CN107800162A - 电池控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池控制系统，该电池控制系统包括：正极接入端和负极接入端，分别连接至充电设备或用电负载的正极和负极；充电模块，包括充电控制开关；放电模块，包括放电控制开关；电池管理系统，控制充电控制开关和放电控制开关导通和/或断开；连接至电池管理系统的电池；当接入充电设备时，放电控制开关断开，充电控制开关以预定时间间隔导通，充电模块构成充电回路；当接入负载时，充电控制开关断开，放电控制开关导通，放电模块构成放电回路。通过采用充放电同口的方式，实现了通过供电母线给电池包恒流或者恒压充电，避免了多个电池包并联工作时易出现的大电流互充现象。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体来说，涉及一种电池控制系统。
背景技术
随着储能技术的不断发展，越来越多的设备开始采用AC/DC和电池一起供电的不间断供电系统。然而当多节电池串联或并联使用时，由于单体电池间存在一定差异性，在充电或放电过程中可能导致某一节电池先于其他电池达到过充或者过放，因此实际应用时需要配有电池管理系统(BMS，BATTERY MANAGEMENT SYSTEM)，来采集电池数据、监控电池状态、控制电池的充电和放电、防止电池的过充和过放，延长电池的使用寿命。由于供电母线是由AC/DC的输出构成的稳压电源，只有充放电通路的电池管理系统无法直接接入供电母线中。
为了给电池充电，传统的做法是给电池加上一个额外的充电器，并单独给电池包引出充电接口，这样既增加了接口数目，也增加了充电系统的体积，降低了充电效率。
针对相关技术中电池管理系统无法直接接入供电母线中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中电池管理系统无法直接接入供电母线中的问题，本发明提出一种电池控制系统，通过采用充放电同口，能够实现用供电母线给电池包恒流或者恒压充电。
本发明的技术方案是这样实现的：根据本发明的一个方面，提供了一种电池控制系统。
该电池控制系统包括：正极接入端和负极接入端，正极接入端和负极接入端之间接入充电设备或用电负载；电池，电池的正极与正极接入端电连接：电池的负极通过充电模块或放电模块连接至负极接入端；充电模块，包括充电控制开关，充电模块的第一接入端连接至正极接入端，第二接入端连接至负极接入端，第一输出端连接至电池的正极，第二输出端连接至电池的负极；放电模块，包括放电控制开关，放电模块的输入端连接至电池的负极，输出端连接至负极接入端；电池管理系统，电池管理系统连接至充电控制开关、放电控制开关，并控制充电控制开关和放电控制开关导通和/或断开；当正极接入端与负极接入端接入充电设备时，放电控制开关断开，充电控制开关以预定时间间隔导通，由充电模块构成充电回路；当正极接入端与负极接入端接入用电负载时，充电控制开关断开，放电控制开关导通，由放电模块构成放电回路。
优选地，电池管理系统通过PWM信号控制充电控制开关的导通或断开，以控制电池的充电电流。
优选地，电池的充电电流随PWM信号的占空比的增大而增大。
优选地，充电控制开关为第一N沟道场效应管，第一N沟道场效应管的栅极连接至电池管理系统，漏极连接至二极管的阳极，源极连接至负极接入端；二极管阴极连接至正极接入端；充电模块还包括：电容器，电容器的一端连接至正极接入端，并另一端连接至电感器的一端；电感器的另一端连接至二极管的阳极。
优选地，放电控制开关为第二N沟道场效应管，第二N沟道场效应管的栅极连接至电池管理系统，漏极连接至电容器的另一端，源极连接至负极接入端。
优选地，电池控制系统还包括：公共开关，公共开关为第三N沟道场效应管，第三N沟道场效应管的栅极连接至电池管理系统，源极连接至第二N沟道场效应管的源极，漏极连接至负极接入端。
优选地，还包括：采样电阻器，采样电阻器的一端连接至电池的负极，另一端连接至第二N沟道场效应管的漏极；接地端，接地端连接至第一N沟道场效应管的源极、第二N沟道场效应管的源极、和第三N沟道场效应管的源极。
优选地，电池管理系统还连接至正极接入端、负极接入端、电池的正极、电池的负极、和接地端。
优选地，当正极接入端与负极接入端接入充电设备时或当正极接入端与负极接入端接入用电负载时，公共开关导通。
优选地，还包括：采样电阻器，与电池串联，并且采样电阻器的两端分别连接至电池管理系统，使电池管理系统采集流经采样电阻器的充电电流或放电电流。
本发明通过采用充放电同口的方式，能够实现通过供电母线给电池包恒流或者恒压充电，避免了在要求高可靠供电的系统中多个电池包并联工作时出现的大电流互充现象，降低了单电池系统中由于单个电池出现故障而导致系统失效的概率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的电池控制系统的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种电池控制系统。
如图1所示，根据本发明实施例的电池控制系统包括：
正极接入端PA和负极接入端PB，正极接入端PA和负极接入端PB之间接入充电设备(未示出)或用电负载(未示出)；
电池14，电池14的正极与正极接入端电连接PA，电池14的负极B通过充电模块或放电模块连接至负极接入端PB；
充电模块11，包括充电控制开关，用于形成电池14的充电路径，进一步地，该充电控制开关为第一N沟道场效应管QC；充电模块的第一接入端连接至正极接入端PA，第二接入端连接至负极接入端PB，第一输出端连接至电池的正极，第二输出端连接至电池的负极，当正极接入端PA和负极接入端PB之间接入充电设备时，第一接入端和第二接入端用于接入充电设备的充电电压，第一输出端和第二输出端用于提供为电池14充电的电压；
放电模块12，包括放电控制开关，用于形成电池14的放电路径，进一步地，该放电控制开关为第二N沟道场效应管QD；
电池管理系统13，与充电控制开关和放电控制开关相连，并控制充电控制开关和放电控制开关导通和/或断开；电池管理系统还连接至正极接入端、负极接入端、电池的正极、电池的负极、和接地端；
当正极接入端与负极接入端接入充电设备时，放电控制开关断开，充电控制开关以预定时间间隔导通，由充电模块构成充电回路；当正极接入端与负极接入端接入用电负载时，充电控制开关断开，放电控制开关导通，由放电模块构成放电回路。
在一个实施例中，还包括采样电阻器R，用于使电池管理系统13采集流经采样电阻器R的充电电流或放电电流。具体的，采样电阻器R的一端连接至电池的负极B，另一端连接至第二N沟道场效应管QD的漏极。其中，电池14的正极还连接至电池管理系统13，电池14的负极B还连接至电池管理系统13，电池14可以是电池单体，或者是由多个单体电池组成的电池组。电池管理系统13通过采集采样电阻器R的电压以获取电池14的充电电流和放电电流，通过采集电池14的数据以获取电池14的电压信息。
具体的，充电模块11包括：第一N沟道场效应管QC，第一N沟道场效应管QC的栅极连接至电池管理系统13，漏极连接至二极管D的阳极，源极连接至接地端GND；二极管D，二极管D的阴极连接至正极接入端PA；电容器C，电容器C的一端连接至正极接入端PA，并另一端连接至电感器L的一端；电感器L，电感器L的另一端连接至二极管D的阳极。上述的二极管D、电容器C和电感器L的连接，使得在充电的时候，充电电流从正极接入端PA流向电池14，而不是直接通过第一N沟道场效应管QC，从而起到限制电流流向、保护电路的作用。
放电模块12包括：第二N沟道场效应管QD，第二N沟道场效应管QD的栅极连接至电池管理系统13，漏极连接至电容器C的另一端，源极连接至接地端GND。
优选地，还包括：公共开关，公共开关为第三N沟道场效应管QF，第三N沟道场效应管QF的栅极连接至电池管理系统13，源极连接至接地端GND，漏极连接至负极接入端PB。
当正极接入端PA和负极接入端PB之间连接用电负载时，电池14作为电源，向外输出电流：电池管理系统13控制第一N沟道场效应管QC断开，并且控制第二N沟道场效应管QD导通、和第三N沟道场效应管QF导通；电流经电池14、用电负载、第三N沟道场效应管QF、第二N沟道场效应管QD和采样电阻器R构成放电闭合回路。
当正极接入端PA和负极接入端PB之间接入充电设备时，充电设备对电池14进行充电：电池管理系统13控制第一N沟道场效应管QC以预定时间间隔导通，并且控制第二N沟道场效应管QD断开、和第三N沟道场效应管QF导通。具体的，当第一N沟道场效应管QC导通并且第二N沟道场效应管QD断开时，此时流向充电模块11的充电电流增加，流向电感器L的电流增加，从而充入电池的电压也增加。当第一N沟道场效应管QC断开并且第二N沟道场效应管QD也断开时，此时流向充电模块11的充电电流减小，流向电感器L的电流减小，从而充入电池的电压降低。因此，电池管理系统13通过输出PWM信号控制第一N沟道场效应管QC的导通或断开，以控制电池的充电电流。PWM信号的占空比越大，相应的充电电流越大。
另外，本发明的电池控制系统可以与有源电源一起使用作为备用电池系统，当有源电源失效时，充当用电负载的电源。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过采用充放电同口的方式，能够实现通过供电母线给电池包恒流或者恒压充电，避免了在要求高可靠供电的系统中多个电池包并联工作时出现的大电流互充现象，降低了单电池系统中由于单个电池出现故障而导致系统失效的概率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电池控制系统，其特征在于，包括：
正极接入端和负极接入端，所述正极接入端和所述负极接入端之间接入充电设备或用电负载；
电池，电池的正极与所述正极接入端电连接，电池的负极通过充电模块或放电模块连接至所述负极接入端；
充电模块，包括充电控制开关，充电模块的第一接入端连接至所述正极接入端，充电模块的第二接入端连接至所述负极接入端，充电模块的第一输出端连接至所述电池的正极，充电模块的第二输出端连接至所述电池的负极；
放电模块，包括放电控制开关，放电模块的输入端连接至所述电池的负极，放电模块的输出端连接至所述负极接入端；以及
电池管理系统，所述电池管理系统连接至所述充电控制开关、所述放电控制开关，并控制所述充电控制开关和所述放电控制开关导通和/或断开；
当所述正极接入端与所述负极接入端接入充电设备时，所述放电控制开关断开，所述充电控制开关以预定时间间隔导通，由所述充电模块构成充电回路；
当所述正极接入端与所述负极接入端接入用电负载时，所述充电控制开关断开，所述放电控制开关导通，由所述放电模块构成放电回路。
2.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，
所述电池管理系统通过PWM信号控制所述充电控制开关的导通或断开，以控制电池的充电电流。
3.根据权利要求2所述的电池控制系统，其特征在于，
所述电池的充电电流随所述PWM信号的占空比增大而增大。
4.根据权利要求1所述的电池控制系统，其特征在于，
所述充电控制开关为第一N沟道场效应管，所述第一N沟道场效应管的栅极连接至所述电池管理系统，漏极连接至二极管的阳极，源极连接至所述负极接入端；
二极管的阴极连接至所述正极接入端；
所述充电模块还包括：
电容器，电容器的一端连接至所述正极接入端，电容器的另一端连接至电感器的一端；
电感器的另一端连接至所述二极管的阳极。
5.根据权利要求4所述的电池控制系统，其特征在于，
所述放电控制开关为第二N沟道场效应管，所述第二N沟道场效应管的栅极连接至所述电池管理系统，漏极连接至所述电容器的另一端，源极连接至所述负极接入端。
6.根据权利要求5所述的电池控制系统，其特征在于，所述电池控制系统还包括：
公共开关，所述公共开关为第三N沟道场效应管，所述第三N沟道场效应管的栅极连接至所述电池管理系统，源极连接至所述第二N沟道场效应管的源极，漏极连接至所述负极接入端。
7.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，还包括：
采样电阻器，所述采样电阻器的一端连接至所述电池的负极，另一端连接至所述第二N沟道场效应管的漏极；
接地端，所述接地端连接至所述第一N沟道场效应管的源极、所述第二N沟道场效应管的源极、和所述第三N沟道场效应管的源极。
8.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，
所述电池管理系统还连接至所述正极接入端、所述负极接入端、所述电池的正极、所述电池的负极、和所述接地端。
9.根据权利要求6所述的电池控制系统，其特征在于，
当所述正极接入端与所述负极接入端接入充电设备时或当所述正极接入端与所述负极接入端接入用电负载时，所述公共开关导通。
10.根据上述权利要求1-6中的任一项所述的电池控制系统，其特征在于，还包括：
采样电阻器，与所述电池串联，并且所述采样电阻器的两端分别连接至所述电池管理系统，使所述电池管理系统采集流经所述采样电阻器的充电电流或放电电流。
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