CN108631011A - 一种电池连接装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种电池连接装置，包括：控制电路和防反接检测电路，其中，受控电路与供电负载系统的电源端口连接，防反接检测电路连接在电池接触正极点和电池接触负极点之间；在电池错误连接时，防反接检测电路处于不导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开。本发明能够克服现有技术中存在的电池接反容易发生重大事故的缺陷。

Description

一种电池连接装置
技术领域
本发明涉及供电系统技术领域，尤其涉及一种电池连接装置。
背景技术
随着信息技术的发展，很多数据的安全性已经非常重要，不允许掉电丢失，所以不间断电源系统的应用越来越广泛，电池是作为不间断电源系统的重要组成部分。目前，不间断电源系统中电池的安装、维护和更换量非常巨大，很多公司采取外包的施工和代维形式，专业技术人员数量少，因此电池安装、维护、更换过程中误操作，电池极性接反导致系统严重损坏的情况时有发生。所以，人们对供电设备的容错能力和保护功能的要求日渐提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种电池连接装置，克服现有技术中存在的电池接反容易发生重大事故的缺陷。
本发明采用的技术方案是，所述电池连接装置，包括：受控电路和防反接检测电路，其中，受控电路与供电/负载系统的电源端口连接，防反接检测电路连接在电池接触正极点和电池接触负极点之间；
在电池错误连接时，防反接检测电路处于不导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开。
进一步的，作为一种可选的技术方案，在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，并基于防反接检测电路所处于的导通状态触发受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通，同时基于防反接检测电路所处于的导通状态触发受控电路将防反接检测电路断开。
进一步的，所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关。
进一步的，第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态。
进一步的，作为另一种可选的技术方案，所述装置，还包括：控制电路，与受控电路连接；
在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，并基于防反接检测电路所处于的导通状态触发受控电路处于准备导通状态；
受控电路处于准备导通状态下，若控制电路基于供电开启指令触发受控电路处于导通状态，则受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通，同时受控电路将防反接检测电路断开。
进一步的，在供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通时，若控制电路基于供电断开指令触发受控电路处于断开状态，则受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开，同时受控电路将防反接检测电路导通。
进一步的，所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关；
控制电路包括：第三继电器的控制端和第三继电器的开关，第三继电器的开关串联在受控电路中。
进一步的，第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态；第三继电器的开关处于默认常开状态。
进一步的，所述单向导通电路，包括：二极管、三极管或者场效应管。
进一步的，控制电路与外界微控制器MCU相连，接收所述MCU发来的供电开启指令和供电断开指令。
采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：
本发明所述电池连接装置与现有技术相比：1)在电池防反接上通过继电器的自锁和互锁，使得电池防反接变得非常可靠；2)所述装置完全独立工作，不依赖外界MCU，增加了可靠性；3)外界MCU可以自主控制电池接入和切除，可以使得电池管理更加完备，却不需要增加太多器件。在电池正常工作面临风险时，能够主动切断电池，在风险排除后，可以自动接入电池。；4)所述装置只在电池加入时作用，正常工作后，所述装置不工作，节省功耗，同时增加可靠性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的电池连接装置组成结构示意图；
图2为本发明第二实施例的电池连接装置组成结构示意图；
图3为本发明第三实施例的防反接电路拓扑图；
图4为本发明第三实施例的电池接入前状态图；
图5为本发明第三实施例的电池正常接入后和MCU给出接入指令前稳态状态图；
图6为本发明第三实施例的电池正常接入和MCU给出接入指令后稳态状态图；
图7为本发明第三实施例的电池异常接入和MCU给出接入指令后稳态状态图；
图8为本发明第三实施例的电池异常接入和MCU给出接入指令前稳态状态图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。
本发明第一实施例，一种电池连接装置，如图1所示，包括：受控电路和防反接检测电路，其中，受控电路与供电/负载系统的电源端口连接，防反接检测电路连接在电池接触正极点和电池接触负极点之间；
供电/负载系统同时包含供电系统和负载系统，在充电的工作模式下，供电系统接入，为电池充电；在负载的工作模式下，电池为负载供电。供电/负载系统的电源端口为图1中的POWER+或POWER﹣。电池接触正极点为图1中的BAT+，电池接触负极点为图1中的BAT﹣。
在电池错误连接时，防反接检测电路处于不导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开。电池正确连接指的就是电池接触正极点BAT+和负极点BAT﹣对应连接到供电负载系统的电源端口的POWER+或POWER﹣，即通常所说的电池正向连接；电池错误连接指的就是电池接触负极点BAT﹣和正极点BAT+对应连接到供电负载系统的电源端口的POWER+或POWER﹣，即通常所说的电池反向连接。
可选的，在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，并触发受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通以使供电负载系统为电池充电，或者，电池为供电负载系统供电；同时触发受控电路将防反接检测电路断开。
举例说明，本发明实施例可以采用如下具体的器件组合和连接方式来实现所述电池连接装置：
所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源VCC；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关。
第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态。
第二继电器可以采用直流接触器。
所述单向导通电路，包括：二极管、三极管或者场效应管。
本发明实施例所述电池连接装置：1)在电池防反接上通过继电器的自锁和互锁，使得电池防反接变得非常可靠。比如：互锁体现在防反接检测电路中的第一继电器的控制端对于位于受控回路中的第一继电器的开关的控制，以及受控回路中的第二继电器的控制端对于位于防反接检测电路中的第二继电器的第一开关的控制。自锁体现在受控回路对于位于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关的控制。2)所述装置只在电池加入时作用，正常工作后，所述装置不工作，节省功耗，同时增加可靠性。
本发明第二实施例，一种电池连接装置，如图2所示，包括：控制电路、受控电路和防反接检测电路，其中，控制电路与受控电路连接；受控电路与供电负载系统的电源端口连接，防反接检测电路连接在电池接触正极点和电池接触负极点之间；控制电路在电气上独立于主回路，属于弱电控制回路，受控电路也是由弱点控制回路供电，主回路是指供电负载系统电源端口与相应的电池接触极点之间电连接形成的对电池进行充电的回路或者由电池为负载供电的回路。
供电负载系统同时包含供电系统和负载系统，在充电的工作模式下，供电系统接入，为电池充电；在负载的工作模式下，电池为负载供电。
在电池错误连接时，防反接检测电路处于不导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开。
在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，并触发受控电路处于准备导通状态；
受控电路处于准备导通状态下，若控制电路基于供电开启指令触发受控电路处于导通状态，则受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通以使供电负载系统为电池充电，或者，电池为供电负载系统供电；同时受控电路将防反接检测电路断开。
可选的，在供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通时，若控制电路基于供电断开指令触发受控电路处于断开状态，则受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开以使供电负载系统停止为电池充电，或者，电池停止为供电负载系统供电；同时受控电路将防反接检测电路导通。
可选的，控制电路与外界微控制器MCU相连，接收所述MCU发来的供电开启指令和供电断开指令。
举例说明，本发明实施例可以采用如下具体的器件组合和连接方式来实现所述电池连接装置：
所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源VCC；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关；
控制电路包括：第三继电器的控制端和第三继电器的开关，第三继电器的开关串联在受控电路中。
第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态；第三继电器的开关处于默认常开状态。
第二继电器可以采用直流接触器。
所述单向导通电路，包括：二极管、三极管或者场效应管。
本发明所述电池连接装置：1)在电池防反接上通过继电器的自锁和互锁，使得电池防反接变得非常可靠，比如：互锁体现在防反接检测电路中的第一继电器的控制端对于位于受控回路中的第一继电器的开关的控制，以及受控回路中的第二继电器的控制端对于位于防反接检测电路中的第二继电器的第一开关的控制。自锁体现在受控回路对于位于供电负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关的控制，以及第三继电器的控制端对于第三继电器的开关的控制。2)所述装置完全独立工作，不依赖外界MCU，增加了可靠性；3)外界MCU可以自主控制电池接入和切除，可以使得电池管理更加完备，却不需要增加太多器件。在电池正常工作面临风险时，能够主动切断电池，在风险排除后，可以自动接入电池。4)所述装置只在电池加入时作用，正常工作后，所述装置不工作，节省功耗，同时增加可靠性。
本发明第三实施例，本实施例是在上述实施例的基础上，以将电池接入供电负载系统，为电池充电为例，结合附图3～8介绍一个本发明的应用实例。
本发明实施例所要解决的技术问题是：克服现有技术中存在的电池在施工中接反容易发生重大事故的问题和缺陷，同时只需要电路在电池接入初期工作，大大增加了可靠性并有效降低功耗。提供一种电池连接装置及其操作使用方法。
本发明的电池连接装置包括以下模块：
A、主回路直流接触器K2，包含附图3中的K2、K2O1、K2O2、K2C。图3中K2为直流接触器的控制线包，起着控制直流接触器各接触点动作的作用；K2O1为直流接触器的第一组接触点，为主触点；K2O2为直流接触器的第二组接触点，为辅助常开触点；K2C为直流接触器的第三组接触点，为辅助常闭触点。K2O1类似于前面实施例中第二继电器的第二开关，K2O2类似于前面实施例中第二继电器的第三开关，K2C类似于前面实施例中第二继电器的第一开关。
B、继电器K1，包含附图3中的K1、K1O。图3中K1为继电器的控制线包，起着控制继电器动作的作用；K1O为继电器K1的接触点，为常开触点。K1类似于前面实施例中第一继电器，K10类似于前面实施例中第一继电器的开关。
C、继电器K3，包含附图3中的K3、K3O。图中K3为继电器的控制线包，起着控制继电器K3动作的作用；K3O为继电器K3的接触点，为常开触点。K3类似于前面实施中第三继电器，K3O类似于前面实施例中第三继电器的开关。
D、限流电阻R1。
E、二极管D1。
本实施例的电池连接装置有以下几个部分组成：
1)供电负载系统负排，附图3中的最下面的粗线部分(POWER-和BAT-,逻辑上属于同一部分)。下面的操作使用方法中简称为系统。
2)供电负载系统正排，附图3中的K2O1左侧的粗线部分。供电负载系统正排和负排均为供电负载系统的电源端口。
3)电池正排，附图3中的K2O1右侧的粗线部分。
4)电池极性判断部分，由附图3中R1、D1、K2C、K1串联，连接在电池的正排和负排之间。
5)主接触器K2的受控回路，由附图3中K2O2、K1O并联后，再与K2、K3O串联。连接在控制电路的直流电源VCC与地GND之间。
6)主动控制电路，由附图3中控制信号K3_CTL和K3组成。
本发明实施例所述电池连接装置的操作使用方法包括以下步骤：
场景一：假如电池正常接入，即电池正负极连接正确，如附图4所示。
第一步:电流由BAT+经过限流电阻R1，二极管D1，继电器K2的常闭接点K2C,K1线包回到BAT-；
第二步：K1继电器动作，主回路的常开接点K1O闭合，系统保持稳态，见附图5；
第三步：MCU送控制接入信号，K3_CTL为高电平；
第四步：K3动作，K3O闭合；
第五步：电流经过VCC,K2线包，已经闭合的K1O,已经闭合的K3O,回到GND；
第六步：K2动作，主回路K2O1闭合，POWER+与BAT+连通，电池正常接入；
第七步：K2的辅助常开接触点K2O2闭合；
第八步：K2的辅助常闭接触点K2C断开；
第九步：K1线包所在回路断开，K1释放；
第十步：辅助常开接触点K1O断开；
第十一步：K2线包所在回路，依旧由一个回路VCC,K2，K2O2，K3O,GND可以保持K2线包动作。系统保持稳态如附图6。
通过以上十一个步骤，完成电池接入过程，系统正常工作。
场景二：假如电池接反，即电池正接到系统负，电池负接到系统正，亦电池正负极连接错误，如附图7所示。
第一步：电流由BAT+,经过K1，K2C，到D1，由于D1反相不导通，所以，K1不动作；
第二步：由于K1O和K2O2都不闭合，不管K3O是否闭合，K2的控制回路都不通(附图7，附图8)；
第三步：K2不动作；
第四步：电池无法接入到系统，从而保证不会让电池反接导致故障。
通过以上四个步骤，保证了在电池接反的情况下，不让电池接入系统。
场景三：正常施工结束后，系统在正常工作时，MCU根据工作需要，主动切断电池。
第一步：系统正常工作时，各继电器状态如附图6所示：K2O1闭合，电池正常接入系统，K2C断开，防反接检测电路不工作，K1O断开，K2O2闭合，K3O闭合，K2维持动作状态；
第二步：MCU根据需要，发送切断电池的指令，K3_CTL变为低电平；
第三步：K3线包释放，K3O断开；
第四步：K2线包回路断开；
第五步：K2的主触点K2O1断开，电池与系统脱离，实现电池切除；
第六步：K2O2断开；
第七步：K2C闭合；
第八步：K1线包回路通，电流由BAT+经过限流电阻R1，二极管D1，继电器K2的常闭接点K2C,K1线包回到BAT-；
第九步：K1继电器动作，主回路的常开接点K1O闭合，此时状态如附图5；
通过以上九个步骤，完成了在系统正在工作时，接收到MCU的主动切断电池指令后，切断电池的全部过程。
场景四：MCU主动切断电池后，MCU根据工作需要重新接入电池，MCU发出指令前，系统状态如附图5所示。
第一步：MCU发出指令，K3_CTL变为高电平；
第二步：K3O闭合；
第三步：由于K1O为闭合状态，所以，K2控制回路接通；
第四步：K2O1闭合，接通电池；
第五步：K2的辅助常开触点K2O2闭合；
第六步：K2的辅助常闭接点K2C断开；
第七步：K1线包所在回路断开，K1释放；
第八步：辅助常开接点K1O断开；
第九步：K2线包所在回路，依旧由一个回路VCC,K2，K2O2，K3O,GND可以保持K2线包动作。系统保持稳态如附图6。
通过以上九个步骤，电池切断后的重新接入。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims (10)

1.一种电池连接的装置，其特征在于，包括：
受控电路和防反接检测电路，其中，受控电路与供电负载系统的电源端口连接，防反接检测电路连接在电池接触正极点和电池接触负极点之间；
在电池错误连接时，防反接检测电路处于不导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开。
2.根据权利要求1所述的电池连接装置，其特征在于，在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通，同时受控电路将防反接检测电路断开。
3.根据权利要求1所述的电池连接装置，其特征在于，所述装置，还包括：控制电路，与受控电路连接；
在电池正确连接时，防反接检测电路处于导通状态，受控电路处于准备导通状态；
受控电路处于准备导通状态下，若控制电路基于供电开启指令触发受控电路处于导通状态，则受控电路将供电负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通，同时受控电路将防反接检测电路断开。
4.根据权利要求3所述的电池连接装置，其特征在于，在供电/负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接导通时，若控制电路基于供电断开指令触发受控电路处于断开状态，则受控电路将供电/负载系统的电源端口与相应的电池接触极点之间的电连接断开，同时受控电路将防反接检测电路导通。
5.根据权利要求2所述的电池连接装置，其特征在于，所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电/负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关。
6.根据权利要求5所述的电池连接装置，其特征在于，第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态。
7.根据权利要求3所述的电池连接装置，其特征在于，所述防反接检测电路，包括：串联在电池接触正极点和电池接触负极点之间的限流电阻、单向导通电路、第二继电器的第一开关和第一继电器的控制端；
所述装置，还包括：直流电源；
受控电路包括：串联于所述直流电源与地之间的第二继电器的控制端、开关组和连接于供电/负载系统的电源端口的第二继电器的第二开关，所述开关组包括并联的：第二继电器的第三开关和第一继电器的开关；
控制电路包括：第三继电器的控制端和第三继电器的开关，第三继电器的开关串联在受控电路中。
8.根据权利要求7所述的电池连接装置，其特征在于，第一继电器的开关处于默认常开状态；第二继电器的第一开关处于默认常闭状态，第二继电器的第二、三开关处于默认常开状态；第三继电器的开关处于默认常开状态。
9.根据权利要求5或7所述的电池连接装置，其特征在于，所述单向导通电路，包括：二极管、三极管或者场效应管。
10.根据权利要求3、4或7所述的电池连接装置，其特征在于，控制电路与外界微控制器MCU相连，接收所述MCU发来的供电开启指令和供电断开指令。
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