CN112803548A - 充放电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种充放电装置，包括：充电电池组和两个负载端口，第二NMOS管、电阻性电流传感器和控制器，第二NMOS管的S极电连接电阻性电流传感器的第一端，控制器分别与电阻性电流传感器和第二NMOS管的G极电连接；控制器在接收到开始放电指令时，控制器向第二NMOS管的G极持续发送PWM调制信号，且PWM调制信号的占空比≤第一预设值，之后，持续从电阻性电流传感器接收电流值；当电流值>上预设阀值时，降低PWM调制信号的占空比；当电流值<下预设阀值时，提高PWM调制信号的占空比；其中，上预设阀值>下预设阀值。该充放电装置能够有效的抑制浪涌电流。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种充放电装置。
背景技术
充电电池组(例如，动力电池PACK等)是电子产品中一种常见的装置，在使用时，通常都需要设置有两个输电线路，该两个输电线路的一端分别用于电连接充电电池组的正负极、另一端分别用于电连接负载(例如，大功率逆变器等)，可以理解的是，该负载可以理解为一个电容负载，且当充电电池组与负载在接通的瞬间，有可能会出现巨大的浪涌电流，该浪涌电流的尖峰可能高达数百安培，让充电电池组与负载遭受严重EOS(Electrical OverStress，电过应力)冲击、设备损毁，例如，电容受到短路电流的冲击，缩减负载寿命，甚至损毁；NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，N型金氧半场效晶体管)管受到短路电流的巨大冲击，EOS导致损毁；充电电池组瞬间过度放电，缩减寿命；负载中的断路器或者保险丝频繁分断，导致设备寿命严重缩减；负载中的一些载流部件的过电流受损。
因此，如何抑制上述浪涌电流，就成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种充放电装置。
为了实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种充放电装置，包括：充电电池组和两个负载端口，其中，一个负载端口电连接到充电电池组的一电极，另一个负载端口通过电流控制模块电连接到充电电池组的另一电极，所述充电电池组的两个电极分别为正极和负极；所述电流控制模块包括：第二NMOS管、电阻性电流传感器和控制器，第二NMOS管的S极电连接所述电阻性电流传感器的第一端，所述控制器分别与所述电阻性电流传感器和第二NMOS管的G极电连接；第二NMOS管的D极电连接到所述负载端口且电阻性电流传感器的第二端电连接到所述负极，或者第二NMOS管的D极电连接到所述正极且电阻性电流传感器的第二端电连接到负载端口；所述控制器在接收到开始放电指令时，所述控制器向第二NMOS管的G极持续发送PWM调制信号，且所述PWM调制信号的占空比≤第一预设值，之后，持续从所述电阻性电流传感器接收电流值；当电流值>上预设阀值时，降低所述PWM调制信号的占空比；当电流值<下预设阀值时，提高所述PWM调制信号的占空比；其中，上预设阀值>下预设阀值。
作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括：负载状态传感器，所述负载状态传感器能够获取负载的输入电容电压，且将所述输入电容电压发送给所述控制器；所述控制器在接收到开始放电指令时，还执行以下操作：当所接收到的输入电容电压>预设电压值时，将所述PWM调制信号的占空比调整为100％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在负载状态传感器和控制器之间设置有CAN隔离通讯模块。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在第二NMOS管和电阻性电流传感器之间设置有第一NMOS管，第一NMOS管的S极电连接到第二NMOS管的S极，第一NMOS管的D极电连接到电连接电阻性电流传感器的第一端，第一NMOS管的G极电连接到所述控制器；
所述控制器在接收到开始充电指令时，所述控制器控制第一NMOS管的S极和D极导通。
作为本发明一实施方式的进一步改进，还包括：电池组状态感器，所述电池组状态感器能够获取充电电池组的状态值，且将所述状态值发送给所述控制器；所述控制器在接收到开始充电指令时，还执行以下操作：当基于所接收到的所述状态值、确定所述充电电池组的荷电状态符合预设条件时，所述控制器控制第一NMOS管的S极和D极断开。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在第一NMOS管和控制器之间设置有第一隔离驱动器。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在第二NMOS管和控制器之间设置有第二隔离驱动器。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在电阻性电流传感器与控制器之间设置有隔离运算放大器。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在电池组状态传感器和控制器之间设置有变压器隔离模块。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述控制器为MCU。
相对于现有技术，本发明的技术效果在于：本发明实施例提供一种充放电装置，包括：充电电池组和两个负载端口，第二NMOS管、电阻性电流传感器和控制器，第二NMOS管的S极电连接电阻性电流传感器的第一端，控制器分别与电阻性电流传感器和第二NMOS管的G极电连接；控制器在接收到开始放电指令时，控制器向第二NMOS管的G极持续发送PWM调制信号，且PWM调制信号的占空比≤第一预设值，之后，持续从电阻性电流传感器接收电流值；当电流值>上预设阀值时，降低PWM调制信号的占空比；当电流值<下预设阀值时，提高PWM调制信号的占空比；其中，上预设阀值>下预设阀值。该充放电装置能够有效的抑制浪涌电流。
附图说明
图1A和图1B是本发明实施例中的充放电装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中的充放电装置的原理图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本文使用的例如“上”、“上方”、“下”、“下方”等表示空间相对位置的术语是出于便于说明的目的来描述如附图中所示的一个模块或特征相对于另一个模块或特征的关系。空间相对位置的术语可以旨在包括设备在使用或工作中除了图中所示方位以外的不同方位。例如，如果将图中的设备翻转，则被描述为位于其他模块或特征“下方”或“之下”的模块将位于其他模块或特征“上方”。因此，示例性术语“下方”可以囊括上方和下方这两种方位。设备可以以其他方式被定向(旋转90度或其他朝向)，并相应地解释本文使用的与空间相关的描述语。
并且，应当理解的是尽管术语第一、第二等在本文中可以被用于描述各种元件或结构，但是这些被描述对象不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于将这些描述对象彼此区分开。例如，第一NMOS管可以被称为第二NMOS管，并且类似地第二NMOS管也可以被称为第一NMOS管，这并不背离本申请的保护范围。
本发明实施例提供了一种充放电装置，如图1A和图1B所示，包括：
充电电池组1和两个负载端口2，其中，一个负载端口2电连接到充电电池组1的一电极，另一个负载端口2通过电流控制模块3电连接到充电电池组1的另一电极，所述充电电池组1的两个电极分别为正极和负极；这里，该充电电池组1可以由若干充电电池串并联而成，该充电电池可以为镍镉电池、镍氢电池和锂电池等，该充电电池组1设置有正极和负极。在实际使用时，可以在该充放电装置中设置有一个实体接口，在该实体接口中设置有该两个负载端口2，负载端口2用于电连接负载，可以理解的是，当该充放电装置放电时，电流从正极流出，流到一个负载端口2，然后，流入到负载中，之后，再流到另一个负载端口2，之后，再流入到负极中；当该充放电装置充电时，电流从负极流出，流到一个负载端口2，然后，流入到负载中，之后，再流到另一个负载端口2，之后，再流入到正极中。
所述电流控制模块3包括：第二NMOS管3Q2、电阻性电流传感器3R1和控制器3U1，第二NMOS管3Q2的S极电连接所述电阻性电流传感器3R1的第一端，所述控制器3U1分别与所述电阻性电流传感器3R1和第二NMOS管3Q2的G极电连接；这里，电阻性电流传感器3R1的一种可行的实现方式为：根据直流电流通过电阻时、电阻两端产生电压的原理制作而成，该电阻性电流传感器3R1实际就是一个阻值很小的电阻，当有直流电流通过时，产生压降，供直流电流表显示，直流电流表实际为电压表，用电压表来测量这个电压，再将这个电压换算成电流，就完成了大电流的测量。
如图1A所示，第二NMOS管3Q2的D极电连接到所述负载端口2且电阻性电流传感器3R1的第二端电连接到所述负极；这里，如图1A中的实线箭头所示，该充放电装置在放电时，电流从第二NMOS管3Q2的D极流入，然后从第二NMOS管3Q2的S极流出，并流经电阻性电流传感器3R1。
如图1B所示，或者第二NMOS管3Q2的D极电连接到所述正极且电阻性电流传感器3R1的第二端电连接到负载端口2；这里，如图1B中的实线箭头所示，该充放电装置在放电时，电流从第二NMOS管3Q2的D极流入，然后从第二NMOS管3Q2的S极流出，并流经电阻性电流传感器3R1。
所述控制器3U1在接收到开始放电指令时，所述控制器3U1向第二NMOS管3Q2的G极持续发送PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)调制信号，且所述PWM调制信号的占空比≤第一预设值，之后，持续从所述电阻性电流传感器3R1接收电流值；当电流值>上预设阀值时，降低所述PWM调制信号的占空比；当电流值<下预设阀值时，提高所述PWM调制信号的占空比；其中，上预设阀值>下预设阀值。
这里，可以将负载等效成为一个输入电容C1。
这里，可以在该充放电装置中设置有一个操作接口，当用户通过该操作接口向该充放电装置输入一个开始放电指令时，该控制器3U1就会接收到一个开始放电指令；此外，可以在设置有负载端口2的实体接口设置有一个探测器，当该探测器探测到负载端口2与负载电连接时，会向控制器3U1发送开始放电指令，于是，该控制器3U1就会接收到一个开始放电指令，在图1A和图1B中，此时的电流的方向如实线箭头所示。
这里，当控制器3U1接收到开始放电指令时，控制器3U1需要驱动第二NMOS管3Q2将G极和S极导通，此时，G极和S极会从截止状态切换到导通状态，导通电阻仅为几mΩ，初始电荷几乎为零的输入电容C1，因为电容在通电瞬间是处于短路状态的，因此，充电电池组1和放电回路中将瞬间流过数百安培的电流，这个巨大的电流将对充电电池组1和放电回路中的载流器件带来巨大的过电流应力冲击，这将造成部件受到严重损害。
这里，如图2所示，在本发明实施例提供的充放电装置中，控制器3U1在接收到开始放电指令时，控制器3U1会向第二NMOS管3Q2输入PWM调制信号，可以理解的是，电阻性电流传感器3R1可以理解为串联到第二NMOS管3Q2的输出端(即S极)的一个电阻(该电阻的阻值可以根据需要设置，例如，设置为数千Ω等)，同时，在第二NMOS管3Q2的G极和S极之间存在一个等价输入电容Cgs(这里，通过第二NMOS管3Q2的并联，该等价输入电容Cgs可以达到数十nF)，这一等效电路相当于一阶低通滤波器，将PWM信号转换成一个模拟电压信号加载在第二NMOS管3Q2的G极和S极上，基于NMOS管的特性，第二NMOS管3Q2相当于一个可变电阻，其阻值范围可以通过PWM信号来调整。
经过该滤波器处理后，第二NMOS管3Q2的G极和S极上的信号将变成数字电平与模拟信号共存。对输入电容C1初始放电时、采用低占空比(该占空比≤第一预设值)的PWM调制信号来驱动第二NMOS管3Q2，且在之后的时间中，会确保下预设阀值≤占空比≤上预设阀值，从而能够该充放电装置稳定在一个比较合理的涓流放电状态(比如，让电流维持在100mA上下)，从而能够对该充放电装置进行保护，可以理解的是，在该放电过程中，负载的输入电容电压在持续上升，并且接近充电电池组1的放电电压。
本实施例中，还包括：负载状态传感器4，所述负载状态传感器4能够获取负载的输入电容电压，且将所述输入电容电压发送给所述控制器3U1；所述控制器3U1在接收到开始放电指令时，还执行以下操作：当所接收到的输入电容电压>预设电压值时，将所述PWM调制信号的占空比调整为100％。这里，在实际使用中，该负载状态传感器1需要连接到负载中，从而能够获取到负载的输入电容电压。当输入电容电压>预设电压值时，将所述PWM调制信号的占空比调整为100％，则第二NMOS管3Q2完全导通，可以理解的是，该预设电压值非常接近充电电池组1的输出电压，此时，冲击电流将非常微弱的。可选的，预设电压值为充电电池组1的输出电压的75％。
本实施例中，在负载状态传感器4和控制器3U1之间设置有CAN(Controller AreaNetwork，控制器局域网络)隔离通讯模块3U7。这里，该CAN隔离通讯模块3U7的一种可行的实现方式为：采用符合国际标准ISO 11898的设备，ISO11898是国际上应用最广泛的现场总线标准。
这里，该CAN隔离通讯模块3U7还可以电连接到一个负载管理模块，该负载管理模块能够实现对负载的管理。
本实施例中，在第二NMOS管3Q2和电阻性电流传感器3R1之间设置有第一NMOS管3Q1，第一NMOS管3Q1的S极电连接到第二NMOS管3Q2的S极，第一NMOS管3Q1的D极电连接到电连接电阻性电流传感器3R1的第一端，第一NMOS管3Q1的G极电连接到所述控制器3U1；这里，可以理解的是，当该充放电装置处于放电状态时，第一NMOS管3Q1的寄生二极管因为两端电压正向偏置而导通。
所述控制器3U1在接收到开始充电指令时，所述控制器3U1控制第一NMOS管3Q1的S极和D极导通。这里，可以在该充放电装置中设置有一个操作接口，当用户通过该操作接口向该充放电装置输入一个充电指令时，该控制器3U1就会接收到一个开始充电指令；此外，可以在设置有负载端口2的实体接口设置有一个探测器，当该探测器探测到负载端口2与充电电源连接时，会向控制器3U1发送开始充电指令，于是，该控制器3U1就会接收到一个开始充电指令。在图1A和图1B中，电流的方向如虚线箭头所示。
该充电过程可以理解为：当充电电源的输出电压大于充电电池组1的电压，此时，控制器3U1可以驱动第一NMOS管3Q1的S极和D极导通，并且，第二NMOS管3Q2的寄生二极管因为两端电压正向偏置而导通，于是电流就沿着图1A和图1B中的虚线箭头所示。
本实施例中，还包括：电池组状态感器3U5，所述电池组状态感器3U5能够获取充电电池组1的状态值，且将所述状态值发送给所述控制器3U1；
所述控制器3U1在接收到开始充电指令时，还执行以下操作：当基于所接收到的所述状态值、确定所述充电电池组1的荷电状态符合预设条件时，所述控制器3U1控制第一NMOS管3Q1的S极和D极断开。这里，对于充电电池而言，荷电状态(SOC，State Of Charge)是指充电电池组1在使用一段时间或长期搁置不用后的剩余电量与其完全充电状态的电量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0～1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。可选的，该电池组状态传感器3U5可以为模拟前端芯片(AFE，AnalogFront End)。
可选的，该预设条件可以具体为：当所述充电电池组1的荷电状态大于预设值时，符合预设条件，即当充电电池组1中的剩余电量大于某个值时，则表示，该充电电池组1已经充满电了，为了保护充电电池组1，可以停止对充电电池组1的充电。
这里，第一、第二NMOS管为大功率NMOS管。
这里，状态值还可以包括充电电池组1的每个充电电池的电压、温度等参数，该控制器3U1还能够对每个充电电池进行被动均衡调节，缩小充电电池之间的荷电差异，保持一个平衡的荷电状态。
本实施例中，在第一NMOS管3Q1和控制器3U1之间设置有第一隔离驱动器3U2。
本实施例中，在第二NMOS管3Q2和控制器3U1之间设置有第二隔离驱动器3U3。
本实施例中，在电阻性电流传感器3R1与控制器3U1之间设置有隔离运算放大器3U4。
本实施例中，在电池组状态传感器3U5和控制器3U1之间设置有变压器隔离模块3U6。
本实施例中，所述控制器3U1为MCU(Micro Controller Unit，微控制器)。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种充放电装置，其特征在于，包括：
充电电池组(1)和两个负载端口(2)，其中，一个负载端口(2)电连接到充电电池组(1)的一电极，另一个负载端口(2)通过电流控制模块(3)电连接到充电电池组(1)的另一电极，所述充电电池组(1)的两个电极分别为正极和负极；
所述电流控制模块(3)包括：第二NMOS管(3Q2)、电阻性电流传感器(3R1)和控制器(3U1)，第二NMOS管(3Q2)的S极电连接所述电阻性电流传感器(3R1)的第一端，所述控制器(3U1)分别与所述电阻性电流传感器(3R1)和第二NMOS管(3Q2)的G极电连接；
第二NMOS管(3Q2)的D极电连接到所述负载端口(2)且电阻性电流传感器(3R1)的第二端电连接到所述负极，或者第二NMOS管(3Q2)的D极电连接到所述正极且电阻性电流传感器(3R1)的第二端电连接到负载端口(2)；
所述控制器(3U1)在接收到开始放电指令时，所述控制器(3U1)向第二NMOS管(3Q2)的G极持续发送PWM调制信号，且所述PWM调制信号的占空比≤第一预设值，之后，持续从所述电阻性电流传感器(3R1)接收电流值；当电流值>上预设阀值时，降低所述PWM调制信号的占空比；当电流值<下预设阀值时，提高所述PWM调制信号的占空比；其中，上预设阀值>下预设阀值。
2.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于，还包括：
负载状态传感器(4)，所述负载状态传感器(4)能够获取负载的输入电容电压，且将所述输入电容电压发送给所述控制器(3U1)；
所述控制器(3U1)在接收到开始放电指令时，还执行以下操作：当所接收到的输入电容电压>预设电压值时，将所述PWM调制信号的占空比调整为100％。
3.根据权利要求2所述的充放电装置，其特征在于：
在负载状态传感器(4)和控制器(3U1)之间设置有CAN隔离通讯模块(3U7)。
4.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于：
在第二NMOS管(3Q2)和电阻性电流传感器(3R1)之间设置有第一NMOS管(3Q1)，第一NMOS管(3Q1)的S极电连接到第二NMOS管(3Q2)的S极，第一NMOS管(3Q1)的D极电连接到电连接电阻性电流传感器(3R1)的第一端，第一NMOS管(3Q1)的G极电连接到所述控制器(3U1)；
所述控制器(3U1)在接收到开始充电指令时，所述控制器(3U1)控制第一NMOS管(3Q1)的S极和D极导通。
5.根据权利要求4所述的充放电装置，其特征在于，还包括：
电池组状态感器(3U5)，所述电池组状态感器(3U5)能够获取充电电池组(1)的状态值，且将所述状态值发送给所述控制器(3U1)；
所述控制器(3U1)在接收到开始充电指令时，还执行以下操作：当基于所接收到的所述状态值、确定所述充电电池组(1)的荷电状态符合预设条件时，所述控制器(3U1)控制第一NMOS管(3Q1)的S极和D极断开。
6.根据权利要求4所述的充放电装置，其特征在于：
在第一NMOS管(3Q1)和控制器(3U1)之间设置有第一隔离驱动器(3U2)。
7.根据权利要求4所述的充放电装置，其特征在于：
在第二NMOS管(3Q2)和控制器(3U1)之间设置有第二隔离驱动器(3U3)。
8.根据权利要求4所述的充放电装置，其特征在于：
在电阻性电流传感器(3R1)与控制器(3U1)之间设置有隔离运算放大器(3U4)。
9.根据权利要求5所述的充放电装置，其特征在于：
在电池组状态传感器(3U5)和控制器(3U1)之间设置有变压器隔离模块(3U6)。
10.根据权利要求1所述的充放电装置，其特征在于：
所述控制器(3U1)为MCU。
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