CN110291706B - 供电装置以及包括供电装置的电池组 - Google Patents

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Abstract

公开根据各种实施例的供电装置以及包括供电装置的电池组。公开一种供电装置以及包括供电装置的电池组，供电装置包括：调节器单元，用于降低施加到输入端子的输入电力的电压；感测单元，用于感测调节器单元的输出电压；参考电压控制器，用于接收输入电力作为驱动电力，并且基于感测的调节器单元的输出电压，执行反馈控制使得调节器单元的输出电压对应于预设参考电压；第一开关，布置在输入端子与参考电压控制器之间，以限制施加到参考电压控制器的驱动电力。

Description

供电装置以及包括供电装置的电池组
技术领域
本公开涉及一种供电装置以及包括供电装置的电池组。
背景技术
电池组可包括电池和电池管理单元。电池可包括二次电池(二次单体)，并且二次电池(二次单体)可表示可将化学能转换为电能并释放电能并且相反地可接收电能并将电能存储为化学能的电池，即，可交替地重复充电和放电的电池。电池管理单元可感测电池的状态，诸如，电池的电压、电流和温度，并且根据感测的电池的状态控制电池的充/放电。电池管理单元可通过接收由电池输出的电力来被驱动。在这种情况下，因为电池管理单元以低于电池的电压的电压被驱动，所以可需要用于降低用于提供恒定电压的电池的电压的供电装置。
供电装置可将从外部输入的电压转换为特定电压并输出特定电压。此外，供电装置可包括调节器以稳定输出电压或将输出电压转换为另一电压。
供电装置通常可包括在施加待转换的输入电压的输入端子处的开关，并且当开关断开时，输入电压的施加可被阻止以对供电装置进行停用。供电装置可具有当通过接通开关施加输入电力时由连接到输入端子的电容器等产生的大的浪涌电流的局限。
发明内容
技术问题
提供了一种能够在响应于启动信号而被启动时即使在不包括用于减少浪涌电流的单独配置的情况下也防止浪涌电流的发生的供电装置以及包括所述供电装置的电池组。
技术方案
根据本公开的一方面，一种供电装置包括：调节器，降低施加到输入端子的输入电力的电压；感测单元，感测调节器的输出电压；参考电压控制器，接收输入电力作为驱动电力，并且基于感测的调节器的输出电压反馈控制调节器的输出电压对应于预设参考电压；以及第一开关，布置在输入端子与参考电压控制器之间，以控制施加到参考电压控制器的驱动电力。
例如，第一开关可形成独立于在调节器中流动的电流的电流流动。
作为另一示例，当用于启动所述供电装置的启动信号被施加到第一开关时，第一开关可被接通以向参考电压控制器供应驱动电力，并且响应于参考电压控制器的启动，调节器可开始输出。
作为另一示例，所述供电装置还可包括：电容器，布置在输入端子与调节器之间以去除包括在输入电力中的噪声，其中，即使当第一开关被断开时，调节器也可保持与电容器的电连接。
作为另一示例，第一开关可包括绝缘开关元件。
根据本公开的另一方面，一种电池组包括：电池，包括至少一个电池单体；电池管理单元，控制电池的充电和放电；以及供电装置，包括：调节器，降低电池的电压以供应电池管理单元的操作电力；感测单元，感测调节器的输出电压；参考电压控制器，接收电池的电力作为驱动电压并且基于感测的调节器的输出电压，控制调节器的输出电压对应于预设参考电压；以及第一开关，控制施加到参考电压控制器的驱动电力。
例如，第一开关可形成独立于从电池流向电池管理单元的电流的电流流动。
作为另一示例，用于启动电池管理单元的启动信号可从外部被施加到第一开关，并且当第一开关响应于启动信号被接通时，供电装置可开始对电池管理单元供电。
作为另一示例，供电装置还可包括：电容器，去除包括在电池的电力中的噪声，并且即使当第一开关被断开时，调节器也可保持与电容器的电连接。
作为另一示例，第一开关可包括绝缘开关元件。
有益效果
根据各种实施例的供电装置以及电池组可在响应于启动信号而被启动时即使不包括用于减少浪涌电流的额外配置也防止浪涌电流的发生。
此外，因为不必包括用于减少浪涌电流的额外配置，所以可在供电装置中去除不必要的功耗，并且可简化供电装置的内部电路配置以减少供电装置的总体积以及供电装置的制造成本。
附图说明
图1是示意性地示出根据本公开的实施例的电池组的内部配置的示图。
图2示意性地示出供电装置的内部配置。
图3示意性地示出根据本公开的实施例的供电装置的内部配置。
图4是示意性地示出根据本公开的实施例的电池组的内部配置的示图。
具体实施方式
从以下结合附图对实施例的描述，本公开的优点和特征以及本公开的实施方法将变得清楚。然而，应当理解，本公开不限于下面描述的实施例，而是可以以各种不同的形式实现，并且可包括落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。提供下面描述的实施例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域普通技术人员充分传达本公开的范围。在本公开的以下描述中，当认为相关技术的某些详细描述可能不必要地模糊本公开的主题时，将省略相关技术的某些详细描述。
这里使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不意在限制本公开。如这里使用的，除非上下文另外清楚地指示，否则单数形式也意在包括复数形式。应当理解，当在这里使用时，诸如“包括”、“包含”和“具有”的术语指定存在叙述的特征、整体、步骤、操作、元件、组件或它们的组合，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件或它们的组合。尽管这里可使用诸如“第一”和“第二”的术语来描述各种元件或组件，但是这些元件或组件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件或组件与另一个元件或组件区分开。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的实施例，并且在下面的描述中，相同的参考标记将用于表示相同的元件，并且为了简明，将省略对其的冗余描述。
图1是示意性地示出根据本公开的实施例的电池组的内部配置的示图。
参照图1，电池组10可包括：包括至少一个电池单体的电池20、电池管理单元23、充/放电开关25以及供电装置100。
供电装置100可输出通过降低输入电压Vi获得的输出电压Vo。供电装置100可通过去除输入电压Vi的噪声来输出稳定的输出电压Vo。供电装置100可向对电压变化敏感的集成电路(IC)(诸如，微处理器、中央处理器(CPU)、处理器核、多处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA))供应特定的恒定电压。
电池20可存储电力并且包括至少一个电池单体(未示出)。一个电池单体可被包括在电池20中，或者多个电池单体可被包括在电池20中，并且多个电池单体可串联、并联或者串并联连接。包括在电池20中的电池单体的数量及其连接方法可根据期望的输出电压Vo和电力存储容量来确定。
电池单体可包括除可再充电铅蓄电池以外的二次电池。例如，电池单体可包括镍镉电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂离子电池或锂聚合物电池。
充/放电开关25可布置在电池20的高电流路径上，以控制电池20的充电电流和放电电流的流动。充/放电开关25可根据电池管理单元23的控制信号而被接通/断开。充/放电开关25可包括继电器或场效应晶体管(FET)开关。
电池管理单元23可包括能够处理数据的任何类型的装置，诸如，可获取关于电池20的信息(诸如，电池20的电流、电压和温度)以分析电池20的状态并确定用于电池20的保护的需求的处理器。这里，例如，处理器可指的是嵌入在硬件中并且具有用于执行由程序中的命令或代码表示的功能的物理构造的电路的数据处理装置。作为示例，嵌入在硬件中的数据处理装置可包括任何处理装置，诸如，微处理器、中央处理器(CPU)、处理器内核、多处理器、专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)；然而，本公开不限于此。
电池20可根据串联连接方法和并联连接方法中的至少一种方法而具有各种电压，并且电池20的电压可随着电池20被放电或充电而变化。例如，当电池20被放电时，电池20的电压可逐渐减小，并且当电池20被充电时，电池20的电压可逐渐增大。在这方面，为了使用由电池20提供的电力作为操作电力，电池管理单元23可从对电压进行稳定以供应特定恒定电压的供电装置100接收电力。同时，通常，电池20的电压可具有超过作为电池管理单元23的操作电压的5V的大小。
供电装置100可输出预设参考电压，而不管电池20的电压的变化如何。供电装置100可包括调节器，并且通过调节器输出特定的恒定电压。预设参考电压可通过考虑电池管理单元23所需的额定电压来设置。例如，当预设参考电压是5V时，供电装置100可被控制为即使当电池20的电压增大或减小时也输出5V的恒定电压。
根据一个实施例，电池管理单元23可从供电装置100接收作为预设参考电压的恒定电压，感测诸如电池20的电流、电压和温度的信息，并且基于感测的信息获得诸如剩余电力、寿命或充电状态(SOC)的信息。例如，电池管理单元23可通过使用传感器来测量电池20的电池单体的单元电压和温度。
图2示意性地示出控制输入电压的供电装置的内部配置。
参照图2，供电装置200可包括：浪涌电流限制单元250、主开关210、电容器220、降压单元230以及绝缘开关240。
降压单元230可降低施加到主开关210的输入电压的大小。降压单元230可将输入电压的大小降低到操作连接到输出端子的负载(未示出)所需的电压。为了进行恒定电压输出，降压单元230可包括线性调节器和开关调节器中的至少一个，其中，线性调节器用于操作活动区域中的元件以降低输入电压，开关调节器用于根据基于脉宽调制信号重复接通/断开开关来降低电压。
通常，供电装置200可阻断降压单元230与施加输入电力的输入端子之间的电连接，以停止对连接到输出端子的负载的供电。此后，当用于控制供电装置200的启动和停用的外部控制装置将启动信号施加到供电装置200时，供电装置200可恢复输入端子与降压单元230之间的连接，以恢复对负载的供电。
主开关210可布置在输入端子与降压单元230之间。外部控制装置可通过向主开关210施加控制信号来控制输入端子与降压单元230之间的电连接。例如，供电装置200可在供电装置200的输入端子处连接到电池20以从电池20接收输入电力，并且电池管理单元23可连接到供电装置200的用于供应通过降低输入电力的电压Vi获得的输出电压Vo作为电池管理单元23的操作电力的输出端子。
如参照图1所述，输入电压Vi可具有比输出电压Vo高的电平。因为输入电压Vi被施加到主开关210，所以可能需要将外部控制装置与输入电压Vi绝缘。为此，主开关210可包括绝缘开关240；然而，因为主开关210应当向连接到输出端子的负载供电，所以相对高的输入电流可流经主开关210。例如，当供应给负载的平均电流是20A时，具有高于平均电流的额定值的绝缘开关的成本可显著高于额定值低于1A的绝缘开关的成本。考虑这种成本增大的问题，如图2中所示，两级开关可被包括以确保与外部控制装置绝缘，其中，主开关210在两级开关中被控制并且具有低额定电流的绝缘开关240还被布置在两级开关中。在这种情况下，可能需要还包括用于向绝缘开关240施加单独的电力的电压源VCC，因此，供电装置200的体积可能增大。
电容器220可去除电池20的电压中的噪声，以向降压单元230提供稳定的电压。此外，电容器220可根据降压单元230的反馈控制对输入/输出的振荡进行稳定。当主开关210被接通时，电容器220可充电到与输入电力的电压对应的电压。
同时，电容器220可在主开关210被接通时允许大电流流经电容器220。电容器220可在主开关210被接通时跨过电容器220(即，在电容器220的两端之间)具有0V的电压。在主开关210被接通之后，通过输入电力的电压Vi被输入端子与电容器220之间的内部电阻元件分压而获得的相当大的大小的电流可被施加到电容器220。在主开关210被接通时流动的相当大的电流可被定义为浪涌电流，并且浪涌电流可随着时间逐渐减小。例如，当主开关210被接通时，37.8V可被施加到电容器220，并且当由于导体等引起的内部电阻之和为150mΩ时，在开始对电容器220充电时施加到电容器220的初始浪涌电流的大小可以是大约252A，其等于37.8/0.15。这种浪涌电流可损坏供电装置200的内部元件和电连接到供电装置200的其他装置。
通常，供电装置200还可包括浪涌电流限制单元250，其中，浪涌电流限制单元250包括可限制电容器220的浪涌电流的电阻元件等。在这种情况下，浪涌电流限制单元250可在主开关210被接通时减小浪涌电流；然而，即使当浪涌电流的问题被消除时，由于包括在浪涌电流限制单元250中的电阻元件等引起的不必要的功耗也可发生，因此供电装置200的效率可大大降低。
也就是说，对于图2中所示的供电装置200，由于浪涌电流限制单元250引起的不必要的功耗可增加，并且供电装置200的体积和成本可大大增加。与此不同，根据本公开的实施例的供电装置100可在启动时不引起浪涌电流，因此可不需要诸如用于限制浪涌电流的电阻元件的电路配置，这将在下面参照图3详细描述。
图3示意性地示出根据本公开的实施例的供电装置的内部配置。
参照图3，供电装置100可包括：电容器110、第一开关120、调节器130、参考电压控制器140以及感测单元150。
供电装置100可从输入端子接收输入电力，降低输入电力的电压，并向负载供电。例如，当电池20的电力作为输入电力被供应并且电池管理单元23连接到输出端子时，供电装置100可降低由电池20供应的输入电力的电压Vi并且将其施加到电池管理单元23。例如，当电池20的电压是50V并且电池管理单元23用5V的电压进行操作时，电池管理单元23可不直接使用电池20的电压作为操作电力，因此可需要供电装置100。在这种情况下，供电装置100可将作为电池20的施加到输入端子的电压的50V的电压降低为5V的电压，并将其输出到电池管理单元23。
如参照图2描述的降压单元230，调节器130可降低作为施加到输入端子的电压的输入电压Vi。为了进行恒定电压输出，调节器130可包括线性调节器和开关调节器中的至少一个，其中，线性调节器用于操作活动区域中的元件以降低输入电压Vi，开关调节器用于根据基于脉宽调制信号重复接通/断开开关来降低电压。
感测单元150可感测调节器130的输出电压Vo。感测单元150可向参考电压控制器140提供关于感测的输出电压Vo的信息。
如图3中所示，供电装置100可包括用于提供从输入端子到输出端子的电流流动的第一路径和用于提供从输入端子到参考电压控制器140的电流流动的第二路径。供电装置100可通过第一路径向连接到输出端子的负载供电，并且通过第二路径向参考电压控制器140供电。第一路径可以是供应给负载的电流所流经的路径，并且比流经第二路径的电流大得多的电流可流经第一路径。
第一开关120可布置在电容器110与参考电压控制器140之间。与图2中所示的主开关210不同，第一开关120可控制第二路径的电流流动而不是第一路径的电流流动。第一开关120的接通/断开可不影响第一路径的电流流动。也就是说，第一路径和第二路径可提供彼此独立的电流流经的路径。当第一开关120被断开并且因此第二路径被阻断时，供应给参考电压控制器140的操作电力可被阻断。在这种情况下，参考电压控制器140可被停用，并且调节器130可被停用以不从参考电压控制器140接收控制信号。也就是说，供电装置100可通过断开第一开关120而被停用；然而，供电装置100可通过阻断参考电压控制器140的操作电力，而不是如参照图2描述的主开关210那样直接阻断输入端子与输出端子之间的电流流动而被停用。
第一开关120可包括绝缘开关元件(例如，光耦合器)以保护参照图2描述的外部控制装置免受施加到输入端子的高电压。与参照图2所描述的主开关210不同，因为第一开关120布置在第二路径中，所以不是参照图2所述的主开关210和绝缘开关240的两级结构而是与绝缘开关240对应的第一开关120可直接布置在第二路径上，其中，与通过用于向负载供电的电流所流经的第一路径相比，相当低的电流所流经第二路径。因此，供电装置100可在用简化的电路配置被绝缘的状态下通过接收启动信号来启动。
参考电压控制器140可通过接收施加到输入端子的输入电力作为用于操作的电力的驱动电力来操作。驱动电力可通过第一开关120来控制，并且当第一开关120被断开时，参考电压控制器140可被停用。参考电压控制器140可输出用于控制调节器130的输出电力的电压的Vo的大小的控制信号。参考电压控制器140可基于预设参考电压与由感测单元150感测的输出电压Vo之间的差来反馈控制控制信号的大小。也就是说，参考电压控制器140可修改用于控制输出电压Vo的控制信号，直到调节器130的输出电压Vo等于预设参考电压。预设参考电压可通过考虑负载的操作电力来设置。例如，当供电装置100的输出电力的负载以7V的电压操作时，预设参考电压可被设置为7V。
例如，当调节器130包括线性调节器时，线性调节器可包括双极晶体管和场效应晶体管中的至少一个。在这种情况下，参考电压控制器140可通过控制施加到双极晶体管或场效应晶体管的控制电极的电压的大小来控制调节器130的输出电压Vo的大小。也就是说，参考电压控制器140可执行用于修改施加到控制电极的电压的大小的反馈控制，直到调节器130的输出电压Vo等于预设参考电压。
根据一个实施例，第一开关120可通过从外部控制装置接收启动信号被接通。当第一开关120被接通时，参考电压控制器140可接收驱动电力并输出用于控制调节器130的控制信号。当参考电压控制器140的控制信号施加到调节器130时，调节器130可根据该控制信号向电池管理单元23输出和供应电力。也就是说，外部控制装置可通过向第一开关120施加启动信号或者通过断开第一开关120来控制供电装置100的启动和停用。
根据一个实施例，在根据启动信号启动供电装置100时，因为电容器110已经被充电到输入电力的电压Vi，所以可限制或防止由于在输入电力的电压Vi与跨过电容器的电压(即，电容器的两端之间的电压)之间的差而在操作开始时发生浪涌电流。即使当第一开关120被断开时，电容器110也可保持与输入端子的电连接。换言之，即使当第一开关120被断开时，电容器110也可保持与输入端子的电连接，因此可保持被充电到与输入电压Vi对应的电压的状态。在这种情况下，当第一开关120被接通时，因为跨过电容器110的电压与输入端子的电压之间几乎没有差别，所以如参照图2描述的浪涌电流那样的相当大的电流可不被施加。
供电装置100可去除(不包括)参照图2描述的主开关210以及包括用于防止浪涌电流的电阻和保护元件的浪涌电流限制单元250。因此，供电装置100可减少包括在供电装置100中的组件的数量，从而减小供电装置100的体积并显著降低供电装置100的制造成本。此外，由于包括在用于减小浪涌电流的浪涌电流限制单元250中的电阻元件而导致的不必要的功耗可被去除，并且内部电路配置可在不担心由于浪涌电流而导致的对内部配置的损坏的情况下被设计。
图4是示意性地示出根据本公开的实施例的电池组的内部配置的示图。
参照图4，供电装置100可接收通过电池20供应的电力，并且向电池管理单元23供应通过降低接收的输入电力的电压而获得的输出电力Vo。
供电装置100可包括用于去除输入电力中的噪声并对输入电力进行稳定的电容器110、用于降低输入电力的电压Vi的调节器130、用于将调节器130的输出电压Vo控制为具有与预设参考电压对应的值的参考电压控制器140、以及用于控制参考电压控制器140的操作电力的第一开关120。
供电装置100可从电池20接收输入电力，降低输入电力的电压Vi，并且提供与电池管理单元23的操作电力相同的电力。当第一开关120被接通时，供电装置100可被启动以开始供应电池管理单元23的操作电力，而当第一开关120被断开时，供电装置100可被停用以关闭电池管理单元23。
根据一个实施例，当供电装置100接收到启动信号时，供电装置100可向电池管理单元23供电以启动电池管理单元23。启动信号可由电池组10的外部控制装置施加以启动电池管理单元23。当启动信号被施加到第一开关120时，第一开关120可被接通以向参考电压控制器140供电。当通过接收电源而被启动时，参考电压控制器140可向调节器130施加控制信号，使得调节器130可向电池管理单元23供电。电池管理单元23可通过接收通过降低输入电力的电压而获得的调节器130的输出电力Vo来启动，并且可开始通过感测电池20的电压、电流和温度来分析电池20的状态。
根据实施例，电容器110可保持与电池20的电连接，而不管接通/断开第一开关120。当第一开关120通过接收激活信号被接通时，因为电容器110用与输入电力的电压对应的电压(不是0V)被充电，所以由于横跨电容器110的电压与输入电力的电压之间的差而导致的大的浪涌电流可不会发生。因此，即使在不包括用于限制浪涌电流的大小的浪涌电流限制单元250的情况下，供电装置100也可被安全地激活。
已经参照本公开的示例实施例具体示出和描述了本公开。然而，本领域普通技术人员将理解，在不脱离由如以下权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可在其中进行形式上和细节上的各种改变。因此，描述的实施例应当仅被认为是描述性意义，而不是出于限制的目的。因此，本公开的范围可不由上面的详细描述限定，而是由以下权利要求限定，并且等效范围内的所有差异将被解释为包括在本公开中。

Claims (8)

1.一种供电装置，包括：
调节器，降低施加到输入端子的输入电力的电压；
感测单元，感测调节器的输出电压；
参考电压控制器，接收输入电力作为驱动电力，并且基于感测的调节器的输出电压，反馈控制调节器的输出电压对应于预设参考电压；
电容器，布置在输入端子与调节器之间；以及
第一开关，布置在电容器与参考电压控制器之间，以控制施加到参考电压控制器的驱动电力，
其中，电容器还布置在输入端子与第一开关之间，并且
其中，第一开关形成独立于在调节器中流动的电流的电流流动。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，
当用于启动所述供电装置的启动信号被施加到第一开关时，第一开关被接通以向参考电压控制器供应驱动电力，并且
响应于参考电压控制器的启动，调节器开始进行输出。
3.根据权利要求1所述的供电装置，
其中，电容器被构造为用于去除输入电力中的噪声，并且
其中，即使在第一开关被断开时调节器也保持与电容器的电连接。
4.根据权利要求1所述的供电装置，其中，
第一开关包括绝缘开关元件。
5.一种电池组，包括：
电池，包括至少一个电池单体；
电池管理单元，控制电池的充电和放电；以及
供电装置，包括：调节器，降低电池的电压以供应电池管理单元的操作电力；感测单元，感测调节器的输出电压；参考电压控制器，接收电池的电力作为驱动电力，并且基于感测的调节器的输出电压，控制调节器的输出电压对应于预设参考电压；电容器，布置在输入端子与调节器之间；以及第一开关，布置在电容器与参考电压控制器之间，以控制施加到参考电压控制器的驱动电力，
其中，电容器还布置在输入端子与第一开关之间，并且
其中，第一开关形成独立于从电池流向电池管理单元的电流的电流流动。
6.根据权利要求5所述的电池组，其中，
用于启动电池管理单元的启动信号从外部被施加到第一开关，并且
当第一开关响应于启动信号被接通时，供电装置开始对电池管理单元供电。
7.根据权利要求5所述的电池组，其中，
其中，电容器被构造为用于去除电池的电力中的噪声，并且
即使当第一开关被断开时，调节器也保持与电容器的电连接。
8.根据权利要求5所述的电池组，其中，
第一开关包括绝缘开关元件。
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