CN113991776A - 一种低压电池模组充电保护电路及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种低压电池模组充电保护电路及其工作方法，该电路包括控制单元、第一开关、第二开关、第三开关、电阻丝、接触器开关以及充电单元，第二开关以及第三开关分别与接触器开关连接，接触器开关连接电池模组；其中，当电池模组处于正常充电电压区间时，控制单元控制第二开关以及接触器开关导通，以由充电单元对电池模组充电；当电池模组处于低压时，控制单元控制第一开关、第三开关以及接触器开关导通，充电单元输出的电流经过电阻丝进行分压后输入至电池模组，以进行电池模组的充电。通过实施本发明实施例的低压电池模组充电保护电路可实现可适用于种类繁杂的电池模组的充电电压区间。

Description

一种低压电池模组充电保护电路及其工作方法

技术领域

本发明涉及电池充电电路技术领域，尤其涉及一种低压电池模组充电保护电路及其工作方法。

背景技术

充电模块都有充电区间，但是在电池模组充电领域，需要做涵盖低压模组、中压模组、高压模组，这就导致充电模块无法很好的解决宽电压区间的充电应用。

目前市面上对电池模组的充放电设备，主要是两种方式，一种是用双向电源做充放电控制，双向电源充电器一般可支持的电压范围固定不变，现有市面的双向电源也较少，如果针对性的去做开发，周期会很长；第二种是采用直流电源充电结合阻性负载放电的方案。但是，这两种方案的可充电电压范围都是前期产品已经固定了，无法快速解决目前种类繁杂的电池模组电压区间，即不适用于种类繁杂的电池模组的充电电压区间。

因此，有必要设计一种新的电路，实现可适用于种类繁杂的电池模组的充电电压区间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低压电池模组充电保护电路及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种低压电池模组充电保护电路，包括：控制单元、第一开关、第二开关、第三开关、电阻丝、接触器开关以及充电单元，所述第二开关以及所述第三开关分别与所述接触器开关连接，所述接触器开关连接电池模组；其中，当所述电池模组处于正常充电电压区间时，所述控制单元控制所述第二开关以及所述接触器开关导通，以由所述充电单元对所述电池模组充电；当所述电池模组处于低压时，所述控制单元控制所述第一开关、所述第三开关以及所述接触器开关导通，所述充电单元输出的电流经过所述电阻丝进行分压后输入至所述电池模组，以进行所述电池模组的充电。

其进一步技术方案为：所述第一开关包括第一继电器开关K1，所述第二开关包括第二继电器开关K2；所述第三开关包括第三继电器开关K3。

其进一步技术方案为：还包括放电开关Q3以及恒流控制单元，所述恒流控制单元与所述放电开关Q3连接，所述恒流控制单元与所述控制单元连接，所述放电开关Q3与所述电阻丝连接。

其进一步技术方案为：所述恒流控制单元包括恒流控制比较器U1A以及恒流控制比较器U1B；所述恒流控制比较器U1B的同相输入端与所述控制单元连接；所述恒流控制比较器U1B的输出端与所述恒流控制比较器U1A的同相输入端连接，所述恒流控制比较器U1A的输出端与所述放电开关Q3连接。

其进一步技术方案为：还包括过温保护单元，所述过温保护单元包括过温监控器J1，所述过温监控器J1与所述控制单元连接。

其进一步技术方案为：还包括过流保护单元，所述过流保护单元与所述电池模组连接，所述过流保护单元连接有三极管Q12，所述三极管Q12与所述控制单元连接。

其进一步技术方案为：还包括设备倾斜保护单元，所述设备倾斜保护单元包括倾斜传感器，所述倾斜传感器通过三极管Q11与所述控制单元连接。

其进一步技术方案为：所述控制单元通过接触器供电控制单元与所述接触器开关连接，所述接触器供电控制单元包括转换芯片VR1以及供电端子J3，所述转换芯片VR1分别与所述第二开关以及所述第三开关连接，所述转换芯片VR1与所述供电端子J3连接，所述供电端子J3与所述接触器开关连接。

其进一步技术方案为：所述控制单元还连接有供电电源控制单元，所述供电电源控制单元包括继电器开关K4。

另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种低压电池模组充电保护电路的工作方法，包括：

当电池模组处于正常充电电压区间时，控制单元控制第二开关以及接触器开关导通，以由充电单元对电池模组充电；当电池模组处于低压时，控制单元控制第一开关、第三开关以及接触器开关导通，充电单元输出的电流经过电阻丝进行分压后输入至电池模组，以进行电池模组的充电；当电池模组需要放电时，通过控制单元控制第三开关，电池模组的电流通过电阻丝进行放电。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明通过采用第一开关、第二开关、第三开关、电阻丝以及充电单元的方式，利用控制单元控制第一开关、第二开关、第三开关的导通与截止，实现电阻丝对充电单元的分压，以使得充电单元可对低压的电池模组进行充电，电阻丝既可以做充电方案里面的限流负载，同样可以在放电电路中做负载直接放电，实现可适用于种类繁杂的电池模组的充电电压区间。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的一种低压电池模组充电保护电路的示意性框图；

图2为本发明实施例提供的一种低压电池模组充电保护电路的具体电路原理图一；

图3为本发明实施例提供的一种低压电池模组充电保护电路的具体电路原理图二；

图4为本发明实施例提供的一种低压电池模组充电保护电路的具体电路原理图三；

图5为本发明实施例提供的一种低压电池模组充电保护电路的具体电路原理图四；

图中标识说明：

10、控制单元；20、第一开关；30、第二开关；40、第三开关；50、电阻丝；60、接触器开关；70、充电单元；80、过温保护单元；90、过流保护单元；100、设备倾斜保护单元；110、接触器供电控制单元；120、芯片使能控制单元；130、充电限流单元；140、电池模组。

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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种低压电池模组140充电保护电路的示意性框图，该低压电池模组140充电保护电路可适用于种类繁杂的电池模组140的充电电压区间，在正常电压区间内可进行电池模组140的充电，也可在低压情况下进行电池模组140的充电，且可使得电池模组140正常放电。

请参阅图1，上述的一种低压电池模组140充电保护电路，包括：控制单元10、第一开关20、第二开关30、第三开关40、电阻丝50、接触器开关60以及充电单元70，第二开关30以及第三开关40分别与接触器开关60连接，接触器开关60连接电池模组140；其中，当电池模组140处于正常充电电压区间时，控制单元10控制第二开关30以及接触器开关60导通，以由充电单元70对电池模组140充电；当电池模组140处于低压时，控制单元10控制第一开关20、第三开关40以及接触器开关60导通，充电单元70输出的电流经过电阻丝50进行分压后输入至电池模组140，以进行电池模组140的充电。

在本实施例中，通过充电单元70与电阻丝50结合的充电方案，给低压的电池模组140进行充电，电阻丝50既可以做充电方案里面的限流负载，同样可以在放电电路中做负载直接放电。

在一实施例中，请参阅图2，上述的第一开关20包括第一继电器开关K1，第二开关30包括第二继电器开关K2；第三开关40包括第三继电器开关K3。

在本实施例中，电阻丝50的作用总共有四个，一是电池模组140处于正常充电电压区间，假定直流充电模块充电电压范围为20-96V时，通过控制单元10控制第二继电器开关K2，因初始输出电容电压为0V，如果直接对电池模组140进行充电，会产生大电流，对第二继电器开关K2的冲击以及整个电路的冲击较大。因此，正常先是通过电阻丝50进行预充，即打开第一继电器开关K1，让电容电压达到电池电压±1V范围内，再打开第二继电器开关K2，断开第一继电器开关K1，最后打开接触器开关60进行充电，此过程电阻丝50作为预充电阻。

第二个功能是电池模组140处于低压情况下需要充电，比如所需充电的电池模组140电压为10V，通过打开第一继电器开关K1，再打开第三继电器开关K3，将放电负载接入到充电回路中，接入的电阻丝50在充电回路中起到分压作用，保证了充电单元70在最低电压20V输出情况下，电池模组140可以进行正常充电。其中10V的压差被电阻丝50消耗掉。

第三个功能是当电池包模组需要放电时，可以通过控制单元10控制第三继电器开关K3，直接将放电负载即电阻丝50接入进行放电，通过给定不同的占空比，可控制不同的放电电流。

第四个功能是电阻丝50同时可以作为检测负载，当对电池模组140的充电过程中，需要判断该电池模组140容量是否达到要求，比如是否达到出厂的80％，可以通过打开电阻丝50的负载开关，对电池模组140进行拉载，根据拉载的时间，电压跌落的幅度，电池模组140容量等信息，中和计算得出判断模组容量是否衰减太多，从而做出预估判断。

在一实施例中，请参阅图2，上述的一种低压电池模组140充电保护电路还包括放电开关Q3以及恒流控制单元10，恒流控制单元10与放电开关Q3连接，恒流控制单元10与控制单元10连接，放电开关Q3与电阻丝50连接。

具体地，恒流控制单元10包括恒流控制比较器U1A以及恒流控制比较器U1B；恒流控制比较器U1B的同相输入端与控制单元10连接；恒流控制比较器U1B的输出端与恒流控制比较器U1A的同相输入端连接，恒流控制比较器U1A的输出端与放电开关Q3连接。

恒流控制单元10可用于控制单元10对电池模组140的放电过程起到恒流控制的作用，在进行电池模组140的放电过程时，在放电时，控制单元10驱动放电开关Q3导通，且打开第三继电器开关K3，以使得电池模组140的电流经过电阻丝50进行放电。

在本实施例中，控制单元10包括控制芯片，该控制芯片的型号为但不局限于SN74HC74D。

在一实施例中，请参阅图3，上述的一种低压电池模组140充电保护电路还包括过温保护单元80，过温保护单元80包括过温监控器J1，过温监控器J1与控制单元10连接。

过温监控器J1通过加热元件COIL1以及加热元件COIL2分别与电阻丝50连接，实现对电阻丝50的温度情况进行检测，经过过温监控器J1后传输至控制芯片的CLK端脚。

在一实施例中，上述的一种低压电池模组140充电保护电路还包括过流保护单元90，过流保护单元90与电池模组140连接，过流保护单元90连接有三极管Q12，三极管Q12与控制单元10连接。

在本实施例中，过流保护单元90包括电流采样电阻R128、电流采样电阻R132以及电流采样电阻R134。过流保护单元90检测的信号也可以通过三极管Q12传至控制芯片的PRE端脚。

在一实施例中，请参阅图3，上述的一种低压电池模组140充电保护电路还包括设备倾斜保护单元100，设备倾斜保护单元100包括倾斜传感器，倾斜传感器通过三极管Q11与控制单元10连接。倾斜传感器通过三极管Q11传至控制芯片的PRE端脚。

在一实施例中，请参阅图3和图5，上述的控制单元10通过接触器供电控制单元110与接触器开关60连接，接触器供电控制单元110包括转换芯片VR1以及供电端子J3，转换芯片VR1分别与第二开关30以及第三开关40连接，转换芯片VR1与供电端子J3连接，供电端子J3与接触器开关60连接。

在本实施例中，转换芯片VR1的型号为但不局限于LM2677S。

具体地，+24VSW供电电压受控于控制芯片的/Q端脚，当+24VSW得电后，通过控制芯片控制CONT_PWR_LOCAL_CTRL和CONT_PWR_LOCAL_ECON_CTRL脚，使12VE1输出12V，接触器开关60就可以正常吸合。

在一实施例中，控制芯片的CLR端脚接了芯片使能控制单元120，由芯片使能控制单元120可以通过ENABLE_24V去控制控制芯片是否需要工作。控制芯片的/Q端脚输出控制三极管Q13，以使得电池模组140的输出控制开关供电断开或闭合。控制芯片的Q端输出端汇总异常故障汇报给主控芯片。电弧错误故障信号通过二极管D1反馈到控制芯片的PRE端。

在本实施例中，默认上电状态，过温监控器J1为导通状态，控制芯片的CLK端脚为低电平，ENABLE_24V为低电平，控制芯片的CLR端脚为高电平，控制芯片的PRE端脚为高电平，控制芯片的D端脚为高电平。则输出的控制芯片的Q端脚为Q0，控制芯片的/Q端脚为/Q0，即默认状态。这时，芯片使能ENABLE_24V，这样，控制芯片的CLR端脚变低电平，其他状态不变，则输出控制芯片的Q端脚为低电平，控制芯片的/Q0端脚为高电平。

如果状态触发后，控制芯片重新将ENABLE_24V设置为低电平，即CLR高电平，则输出保持不变，控制芯片的Q端脚为低电平，控制芯片的/Q0端脚为高电平。

当温度异常情况下，过温监控器J1为断开状态，可直接断开接触器供电回路，引起控制芯片的CLK端脚为高电平，控制芯片的PRE端脚为高电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

当设备发生倾斜/倒置时，倾斜传感器触发，使控制芯片的PRE端脚拉低，控制芯片的CLK端脚为低电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

当过流信号发生时，使控制芯片的PRE端脚拉低，控制芯片的CLK端脚为低电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

当电弧信号发生时，使控制芯片的PRE端脚拉低，控制芯片的CLK端脚为低电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

当过温监控器J1和设备发生倾斜/倒置同时触发时，控制芯片的PRE端脚拉低，控制芯片的CLK端脚为高电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

当设备无异常，需要停机时，可以通过控制Kill_24V，将控制芯片的PRE端脚拉低，控制芯片的CLK端脚为高电平，控制芯片的CLR端脚保持高电平，控制芯片的D端脚为高电平，则输出控制芯片的Q端脚为高电平，控制芯片的/Q0端脚为低电平，接触器供电控制断开。

在一实施例中，请参阅图5，上述的控制单元10还连接有供电电源控制单元10，供电电源控制单元10包括继电器开关K4。

供电电源控制单元10可供电电源控制即+24VSW。/24VSWEN端脚为低电平时，继电器开关K4吸和，+24V与+24VSW连通。4、5脚接的紧急按钮为急停开关，位于设备的面板上，用于紧急停机使用，默认急停开关是短路的，即4、5脚导通。当急停被拍下，4、5脚断开。1、2脚为启动按钮，也同样位于设备面板上，当按钮触发，软件会根据情况确认是否需要开始设备的充放电工作。

在本实施例中，上述的充电单元70与所述第一继电器开关K1以及第二继电器开关K2之间还连接有充电限流单元130，充电单元70为直流充电模块。

直流充电模块如果做到宽电压输出，需要更稳定的硬件支持，同时成本上会急剧上升。而本实施例通过串入电阻丝50方案，既节省了成本，也不改动原有的电源架构。有了这种方案后，后续直流充电模块选型上可以缩小电源的输出范围，更加的经济。

上述的一种低压电池模组140充电保护电路，通过采用第一开关20、第二开关30、第三开关40、电阻丝50以及充电单元70的方式，利用控制单元10控制第一开关20、第二开关30、第三开关40的导通与截止，实现电阻丝50对充电单元70的分压，以使得充电单元70可对低压的电池模组140进行充电，电阻丝50既可以做充电方案里面的限流负载，同样可以在放电电路中做负载直接放电，实现可适用于种类繁杂的电池模组140的充电电压区间。

在一实施例中，还提供了一种低压电池模组140充电保护电路的工作方法，包括：

当电池模组140处于正常充电电压区间时，控制单元10控制第二开关30以及接触器开关60导通，以由充电单元70对电池模组140充电；当电池模组140处于低压时，控制单元10控制第一开关20、第三开关40以及接触器开关60导通，充电单元70输出的电流经过电阻丝50进行分压后输入至电池模组140，以进行电池模组140的充电；当电池模组140需要放电时，通过控制单元10控制第三开关40，电池模组140的电流通过电阻丝50进行放电。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，一种低压电池模组140充电保护电路的工作方法的具体实现过程，可以参考前述一种低压电池模组140充电保护电路实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，包括：控制单元、第一开关、第二开关、第三开关、电阻丝、接触器开关以及充电单元，所述第二开关以及所述第三开关分别与所述接触器开关连接，所述接触器开关连接电池模组；其中，当所述电池模组处于正常充电电压区间时，所述控制单元控制所述第二开关以及所述接触器开关导通，以由所述充电单元对所述电池模组充电；当所述电池模组处于低压时，所述控制单元控制所述第一开关、所述第三开关以及所述接触器开关导通，所述充电单元输出的电流经过所述电阻丝进行分压后输入至所述电池模组，以进行所述电池模组的充电。

2.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，所述第一开关包括第一继电器开关K1，所述第二开关包括第二继电器开关K2；所述第三开关包括第三继电器开关K3。

3.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，还包括放电开关Q3以及恒流控制单元，所述恒流控制单元与所述放电开关Q3连接，所述恒流控制单元与所述控制单元连接，所述放电开关Q3与所述电阻丝连接。

4.根据权利要求3所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，所述恒流控制单元包括恒流控制比较器U1A以及恒流控制比较器U1B；所述恒流控制比较器U1B的同相输入端与所述控制单元连接；所述恒流控制比较器U1B的输出端与所述恒流控制比较器U1A的同相输入端连接，所述恒流控制比较器U1A的输出端与所述放电开关Q3连接。

5.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，还包括过温保护单元，所述过温保护单元包括过温监控器J1，所述过温监控器J1与所述控制单元连接。

6.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，还包括过流保护单元，所述过流保护单元与所述电池模组连接，所述过流保护单元连接有三极管Q12，所述三极管Q12与所述控制单元连接。

7.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，还包括设备倾斜保护单元，所述设备倾斜保护单元包括倾斜传感器，所述倾斜传感器通过三极管Q11与所述控制单元连接。

8.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，所述控制单元通过接触器供电控制单元与所述接触器开关连接，所述接触器供电控制单元包括转换芯片VR1以及供电端子J3，所述转换芯片VR1分别与所述第二开关以及所述第三开关连接，所述转换芯片VR1与所述供电端子J3连接，所述供电端子J3与所述接触器开关连接。

9.根据权利要求1所述的一种低压电池模组充电保护电路，其特征在于，所述控制单元还连接有供电电源控制单元，所述供电电源控制单元包括继电器开关K4。

10.一种低压电池模组充电保护电路的工作方法，其特征在于，包括：

当电池模组处于正常充电电压区间时，控制单元控制第二开关以及接触器开关导通，以由充电单元对电池模组充电；当电池模组处于低压时，控制单元控制第一开关、第三开关以及接触器开关导通，充电单元输出的电流经过电阻丝进行分压后输入至电池模组，以进行电池模组的充电；当电池模组需要放电时，通过控制单元控制第三开关，电池模组的电流通过电阻丝进行放电。

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