CN111823951A - 助力车动力电池系统及持续供能控制方法 - Google Patents

助力车动力电池系统及持续供能控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种助力车动力电池系统及持续供能控制方法，其中，助力车动力电池系统，包括动力电池与系统输出端；包括：电源转换电路，输入端与动力电池的输出端连接，输出端与系统输出端连接；充电管理电路，输入端与电源转换电路的输出端连接；备用电池，输入端与充电管理电路的输出端连接；供电切换电路，输入端与电源转换电路的输出端、备用电池的输出端连接；其中，供电切换电路被设置为当检测到电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，将备用电池的输出端与系统输出端连接。本发明在保护主电源的同时，还能持续输出电力到中控系统，不影响中控系统对车辆的控制。

Description

助力车动力电池系统及持续供能控制方法
技术领域
本发明涉及一种助力车动力电池系统及持续供能控制方法。
背景技术
随着科技的发展，人们在日常生活中使用着各种各样的共享设备，例如共享汽车、共享充电宝、共享自行车及共享助力车等。
现有的共享助力车采用锂电池供电，在使用过程中，共享助力车的锂电池在过放电时会造成锂电池电芯的永久性损坏，因此锂电池内部都会有一个电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)，BMS可控制锂电池电芯的充电以及放电过程；在电池电压低的时候，BMS会切断大电流输出，但这种保护方式方式，在车辆的中控系统还在运行时，很容易因突然断电，造成中控系统控制的停止，进而对中控系统造成损坏。
因此，需要一种电池保护电路，在保护电路的同时，还能持续输出电力到中控系统，不影响中控系统对车辆的控制。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中电池保护电路不能持续输出电力的技术问题，提供一种助力车动力电池系统及持续供能控制方法，在保护电路的同时，能持续输出电力到中控系统，不影响中控系统对车辆的控制。
实现本发明目的的技术方案是助力车动力电池系统，包括动力电池与系统输出端；包括：
电源转换电路，输入端与所述动力电池的输出端连接，输出端与系统输出端连接；
充电管理电路，输入端与所述电源转换电路的输出端连接；
备用电池，输入端与所述充电管理电路的输出端连接；
供电切换电路，输入端与所述电源转换电路的输出端、所述备用电池的输出端连接；
其中，所述供电切换电路被设置为当检测到所述电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，将所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
所述供电切换电路包括电压检测件和导通切换件；所述电压检测件的输入端与所述电源转换电路的输出端连接，输出端连接所述导通切换件；所述导通切换件设置于所述备用电池与所述系统输出端之间，当所述电压检测件检测到所述电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，所述导通切换件将所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
所述电压检测件为电压检测器，其电压检测值与所述第一阈值匹配。
所述导通切换件采用MOS管，当所述电压检测器输出端输出电压小于所述备用电池的输出端的电压时，所述MOS管导通，所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
所述导通切换件采用PMOS管，其栅极连接所述电压检测器输出端，漏极和源极分别连接所述备用电池的输出端和系统输出端。
所述备用电池为可充电电池，其电压不大于第一阈值。
助力车动力电池系统持续供能控制方法，所述助力车动力电池系统包括动力电池与系统输出端，包括以下步骤：
设置一备用电池，由所述动力电池为其充电，其电压为A，将其配置为有条件地连接所述系统输出端；
设置一供电切换电路，其实时检测所述动力电池的第一输出电压B，当B不大于A时，将所述助力车动力电池系统切换为由所述备用电池连接所述系统输出端。
当所述助力车动力电池系统切换为由所述备用电池连接所述系统输出端之后，需外接电源为所述动力电池充电或更换动力电池；所述供电切换电路实时检测所述动力电池的第二输出电压C，当C大于等于A时，将所述助力车动力电池系统切换为由所述动力电池连接所述系统输出端。
本发明具有积极的效果：
(1)本发明设置备用电池和供电切换电路，将供电切换电路设置为当检测到所述电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，将所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接，也即根据判断主电源输出电压的大小来控制是否由备用电池供电，实现了在保护主电源的同时，还能持续输出电力到中控系统，不影响中控系统对车辆的控制。
(2)本发明采用MOS管作为导通切换件，MOS管内阻小且省电。
(3)本发明通过供电切换电路实时检测动力电池的输出端，根据输出端的电压与备用电池输出端电压比较，来切换使用备用电池和动力电池，方法快捷，安全高效，切换速度快，确保了电路安全和持续供电。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电路图。
图3为本发明的电压输出示意图。
图4为图3的a处局部放大图。
具体实施方式
(实施例1)
本发明提供了一种助力车动力电池系统及持续供能控制方法，用于解决现有技术中，电池切换对中控系统不能持续供能的问题。
见图1和2，助力车动力电池系统，包括动力电池与系统输出端；包括：电源转换电路，输入端与动力电池的输出端连接，输出端与系统输出端连接；充电管理电路，输入端与电源转换电路的输出端连接；备用电池，输入端与充电管理电路的输出端连接；供电切换电路，输入端与电源转换电路的输出端、备用电池的输出端连接；其中，供电切换电路被设置为当检测到电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，将备用电池的输出端与系统输出端连接。
电源转换电路包括防反二极管和DC-DC转换器；DC-DC转换器的输出端通过二极管D2连通系统输出端，D2压降为0.4V；其中，DC-DC转换器的芯片型号为MPS4560，适于将36V(实际电压范围为32～42V)输入电压转换为稳态时5V的输出电压；通过设置 DC-DC转换器，有效降低电压，保护电路。
充电管理电路包括充电管理芯片和NMOS管，NMOS管内阻非常小，一般压降仅为0.01V左右，用它来实现电路的切换，效果好。其中，本实施例中充电管理芯片型号为BL4054B，NMOS管型号为SSM3K36MFV；充电管理芯片的4脚接DC-DC转换器输出端； NMOS管的漏极通过电阻R1连接充电管理芯片的5脚；备用电池接充电管理芯片的3 脚；NMOS管的栅极连接外部充电电源；NMOS管的源极接地。
具体来说，备用电池可以选用单节可充电的锂电池，本实施例选择单节标称电压为 3.7V的单节锂电池，其实际电压在3.2～4.2V。通过设置NMOS管，并连接在充电管理芯片的控制端，方便控制对备用电池的充电。
供电切换电路包括电压检测件和导通切换件；电压检测件的输入端与电源转换电路的输出端连接，输出端连接导通切换件；电压检测件为电压检测器，其电压检测值与第一阈值匹配。
导通切换件设置于备用电池与系统输出端之间，当电压检测件检测到电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，导通切换件将备用电池的输出端与系统输出端连接。在本实施例中，导通切换件采用PMOS管，其栅极连接电压检测器输出端，漏极和源极分别连接备用电池的输出端和系统输出端；当电压检测器输出端输出电压小于备用电池的输出端的电压时，PMOS管导通，备用电池的输出端与系统输出端连接。在本实施例中，第一阈值为4V，备用电池的标称电压应不大于4V。
本实施例中，电压检测器的芯片型号为BL8560，PMOS管型号为SSM3J328R；电压检测器的1脚接PMOS管的栅极；电压检测器片的3脚接DC-DC转换器的输出端；PMOS 管的源极连接系统输出端(即图中VOUT)；PMOS管的漏极接电压检测器的3脚；PMOS 管的栅极通过电阻R2接地。本实施例采用的电压检测器的检测值为4V，实际为一个检测区间：3.8～4.2V。通过巧妙设置与第一阈值关联的设置电压检测器，并配合PMOS管，实现电路的切换，降低成本，提高切换速度，确保电路安全和持续供电。
根据上述助力车动力电池系统，则能确定持续功能控制方法为：
设置一备用电池，由动力电池为其充电，其电压为A，将其配置为有条件地连接系统输出端。
设置一供电切换电路，其实时检测动力电池的第一输出电压B，当B不大于A时，将助力车动力电池系统切换为由备用电池连接系统输出端。
当助力车动力电池系统切换为由备用电池连接系统输出端之后，需外接电源为所述动力电池充电或更换动力电池；当供电切换电路实时检测动力电池的第二输出电压C，当C大于等于A时，将助力车动力电池系统切换为由动力电池连接系统输出端。
在本实施例中，A为3.7V(标称电压3.7，实际3.2～4.2V)，B为动态的，当B不大于A时，就使用备用电池，C也是动态，当C大于A时，再次使用动力电池。
本实施例的发明构思是：当有5V动力电池主电源时，不使用备用电池，当没有5V动力电池主电源时，要迅速切换至备用电池。但是，5V动力电池主电源的消耗是一个过程，不是瞬间完成的，因此，倘若将电路设计成要等到5V动力电池主电源降低为0V 后，才切换至备用电池，那么中途就会有一段时间没有电，这是影响使用的。故，本实施例采用4V的电压检测器(实际检测范围3.8～4.2V)，同时备用电池的电压也不超过4V，这样MOS管就可以在5V动力电池主电源降到4V时，切换至备用电池，反之亦然，从而实现平稳的、持续功能，应注意，实际中会呈现一个范围，但均为4V左右。为清楚表示这一过程，如图3和4所示，
V1为动力电池输出端电压；V2为备用电池输出端电压；VOUT为系统输出端电压； A和C为后备电池供电时间段；B和D为主电源供电时间段。
在V1-T坐标系中，5V表示DC-DC转换器稳态时输出的电压；4.2V为4V电压检测器的上限，3.8V为4V电压检测器的下限，电压检测器的回差为±0.2V.
在V2-T坐标系中：3.7V表示备用电池稳态时输出的电压。
在VOUT-T坐标系中：
4.6V表示主电源为5V时经D2二极管降压后的电压(5-0.4＝4.6)；
3.8V表示主电源为4.2V时经D2二极管降压后的电压(4.2-0.4＝3.8)；
3.4V表示主电源为3.8V时经D2二极管降压后的电压(3.8-0.4＝3.4)；
3.69V表示备用电池为3.7V时，经PMOS场效应管降压后的电压(3.7-0.01＝3.69，此处假定场效应管压降为0.01V)。
在VOUT-T坐标系中可以看出：
无论主电源在上升过程、下降过程、或稳定过程中，VOUT都能输出3.4～4.6V电压；在主电源稳定时，无论备用电池是否稳定，VOUT都稳定输出4.6V。
通过这样的电路可确保系统输出端(VOUT)所连接的电路的可靠持续为主控系统供电。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.助力车动力电池系统，包括动力电池与系统输出端；其特征在于，包括：
电源转换电路，输入端与所述动力电池的输出端连接，输出端与系统输出端连接；
充电管理电路，输入端与所述电源转换电路的输出端连接；
备用电池，输入端与所述充电管理电路的输出端连接；
供电切换电路，输入端与所述电源转换电路的输出端、所述备用电池的输出端连接；
其中，所述供电切换电路被设置为当检测到所述电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，将所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
2.根据权利要求1所述的助力车动力电池系统，其特征在于：所述供电切换电路包括电压检测件和导通切换件；所述电压检测件的输入端与所述电源转换电路的输出端连接，输出端连接所述导通切换件；所述导通切换件设置于所述备用电池与所述系统输出端之间，当所述电压检测件检测到所述电源转换电路的输出电压低于第一阈值时，所述导通切换件将所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
3.根据权利要求2所述的助力车动力电池系统，其特征在于：所述电压检测件为电压检测器，其电压检测值与所述第一阈值匹配。
4.根据权利要求3所述的助力车动力电池系统，其特征在于：所述导通切换件采用MOS管，当所述电压检测器输出端输出电压小于所述备用电池的输出端的电压时，所述MOS管导通，所述备用电池的输出端与所述系统输出端连接。
5.根据权利要求4所述的助力车动力电池系统，其特征在于：所述导通切换件采用PMOS管，其栅极连接所述电压检测器输出端，漏极和源极分别连接所述备用电池的输出端和系统输出端。
6.根据权利要求2-5之一所述的助力车动力电池系统，其特征在于：所述备用电池为可充电电池，其电压不大于第一阈值。
7.助力车动力电池系统持续供能控制方法，所述助力车动力电池系统包括动力电池与系统输出端；其特征在于包括以下步骤：
设置一备用电池，由所述动力电池为其充电，其电压为A，将其配置为有条件地连接所述系统输出端；
设置一供电切换电路，其实时检测所述动力电池的第一输出电压B，当B不大于A时，将所述助力车动力电池系统切换为由所述备用电池连接所述系统输出端。
8.根据权利要求7所述的助力车动力电池系统持续供能控制方法，其特征在于：当所述助力车动力电池系统切换为由所述备用电池连接所述系统输出端之后，需外接电源为所述动力电池充电或更换动力电池；所述供电切换电路实时检测所述动力电池的第二输出电压C，当C大于等于A时，将所述助力车动力电池系统切换为由所述动力电池连接所述系统输出端。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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