CN114421034B - 一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法 - Google Patents

一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法，所述通用微电子开关包括：隔离控制电路，接入若干电子开关，为电子开关提供统一的开断控制接口，控制电子开关的导通和断开；MOS开关电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件独立供电；续流输出电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件提供续流通路。用于对电池模组内各独立部件进行本地供电，同时提供隔离控制电路对各个电子开关进行统一集中控制，便于电池管理系统对各电池模组进行协调控制，此外，通过设置续流输出电路，避免了本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。

Description

一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法
技术领域
本发明属于锂电池模组技术领域，涉及一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法。
背景技术
作为储电工具的动力电池，在使用过程中，一旦发生过充、过放电，电池就要损坏、容量降低，寿命减少；严重的情况下，还会发生爆裂和起火燃烧，目前常采用电池管理系统(BMS)来解决此类问题。在传统的BMS中，电池均衡模块只进行电池模组内各单体或模组间的过充、过放电而引起的电池不一致性的均衡控制管理。但在实际电池模组使用过程中，当系统检测到电池单体故障时，BMS中的电池均衡模块只进行均衡控制，而未改变此电池模组的充放电状态，从而长时间使用可能会导致此电池模组中的其他正常的电池单体处于过充、过放电状态，影响其正常使用。
CN205693409U公开并提供了一种新型锂电池模组大功率充放电装置，它包括主电路、均衡控制电路、驱动电路、信号发生电路。主电路包括两路单个全桥基本电路，全桥基本电路包括8只MOS开关管，其中4只MOS开关管的源极和漏极组成输入端整流桥电路，另4只MOS开关管的源极和漏极组成输出端整流桥电路，输入端整流桥电路与输出端整流桥电路间连接升压变压器，单个全桥基本电路的输入端连接所述均衡控制电路并连接输入电压，输出端连接锂电池模组，8只MOS开关管的栅极分别对应连接驱动电路，驱动电路连接信号发生电路。
CN203103992U公开了一种用于电池模组管理控制系统，包括充放电回路的电子开关和开关控制器；并分别与电池模组及中央处理单元连接，其中，电子开关分别用于控制电池模组充电回路和放电回路的导通和断开；开关控制器与电池管理系统中的中央控制单元相连接，用于接收和反馈电池各参数信号，并控制电子开关做出相应的指令动作；设置电池模组充放电控制系统，在充电回路和放电回路分别可以通过电子开关进行控制，当系统监测到电池单体故障时，可以及时切断该电池模组的充、放电回路使其离线。
CN107658925A公开了一种电池模组的控制系统，包括多个电池组、多个开关单元、充放电装置以及控制单元；多个开关单元之间两两相连以形成串联线路且位于串联线路首端及末端的开关单元还分别与充放电装置相连；位于串联线路中间每个开关单元还分别与两个相邻的电池组中的一个电池组的正极接口及另一个电池组的负极接口相连；当多个电池组处于放电状态时，控制单元控制每个开关单元均以第一方式导通，当控制单元检测到某个电池组达到放电截至电压时，控制单元控制与某个电池组的负极接口相连的开关单元以第二方式导通，直到多个电池组均达到放电截至电压。
大型锂电池组由众多电池模组组成。通常，每个模组具有一些独立于其它模组的局部功率部件，如风扇，加热等装置。这些分布于各模组之内的独立部件，数量众多，结构分散，如果集中供应电源，系统的走线等结构将会大大复杂化。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于锂电池模组的通用微电子开关及其使用方法，本发明提供的通用微电子开关分布于各电池模组内，用于对电池模组内各独立部件进行本地供电，同时提供隔离控制电路对各个电子开关进行统一集中控制，便于电池管理系统对各电池模组进行协调控制，此外，通过设置续流输出电路，避免了本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于锂电池模组的通用微电子开关，所述通用微电子开关包括：
隔离控制电路，接入若干电子开关，为电子开关提供统一的开断控制接口，控制电子开关的导通和断开；
MOS开关电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件独立供电；
续流输出电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件提供续流通路。
本发明提供的通用微电子开关分布于各电池模组内，用于对电池模组内各独立部件进行本地供电，同时提供隔离控制电路对各个电子开关进行统一集中控制，便于电池管理系统对各电池模组进行协调控制，此外，通过设置续流输出电路，避免了本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电子开关分别独立接入电池模组的充电回路和放电回路上，所述电子开关用于独立控制电池模组充电回路和放电回路的导通和断开。
作为本发明一种优选的技术方案，所述MOS管开关电路为宽电压大电流的MOS管开关电路。
宽电压使电子开关可适用于多种电池模组，大电流使电子开关适用于电池模组内不同规格与类型的独立部件，增强了MOS管开关电路的通用性。
作为本发明一种优选的技术方案，所述MOS开关电路包括设置于所述独立部件与本地电源之间的MOS管，通过所述MOS管控制独立部件与本地电源之间的连通和切断。
作为本发明一种优选的技术方案，所述电池模组内的独立部件包括散热装置和加热装置。
作为本发明一种优选的技术方案，所述MOS开关电路还包括MOS比较电路和MOS驱动电路。
所述MOS比较电路的两个输入端分别电性接入所述独立部件的输出端和所述本地电源的输出端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS驱动电路的输入端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS管的栅极。
本发明提供的MOS开关电路的工作原理为：MOS比较电路用于比较独立部件的输出端和本地电源的输出端之间的电压，当独立部件输出端的电压高于本地电源输出端的电压时，输出一个高电平，MOS驱动电路的输入端接入高电平后，将该电压加到MOS管的栅极，MOS管栅极和源极之间有电压降，则MOS管的源极和漏极导通，独立部件与本地电源连通，本地电源向独立部件供电。当独立部件输出端的电压低于本地电源输出端的电压时，比较电路输出一个低电平，MOS驱动电路输入端接入低电平后，将该电压加到MOS管的栅极，MOS管的栅极与源极之间形成负电压，MOS管截止，独立部件与本地电源断开，本地电源停止向独立部件供电。
作为本发明一种优选的技术方案，所述隔离控制电路为光电隔离控制电路，所述隔离控制电路包括光信号发生电路和光电转换电路，所述光信号发生电路通过光纤接入所述光电转换电路，所述的光电转换电路电性接入所述电子开关，所述光信号发生电路产生的光信号经光纤传输至光电转换电路，并由光电转换电路转换为电信号，并通过电信号控制电子开关的导通和断开。
本发明提供的光电隔离控制电路主要通过光电信号控制电子开关的导通和断开，主要包括光信号发生电路和光电转换电路。可选地，光信号发生电路还包括时序控制电路，通过预先设置的控制策略触发时序控制电路的时序控制通道来产生光信号。
作为本发明一种优选的技术方案，所述隔离控制电路还包括光信号放大电路，所述光信号放大电路接入所述光信号发生电路和光电转换电路之间，所述光信号发生电路发出的光信号经光信号放大电路放大后经光线传输至光电转换电路。
需要说明的是，本发明在光信号发生电路和光电转换电路之间设置光信号放大电路的目的在于，将光信号产生电路产生的光信号放大并经由光纤将放大的光信号传输至光电转换器电路，从而能够实现远距离传输。
作为本发明一种优选的技术方案，所述续流输出电路的输入端接入MOS开关电路的输出端，所述续流输出电路的输出端接入电子开关。
本发明设置续流输出电路的目的在于防止本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件，尤其针对具有一定电感性的独立部件(负载)，当通电的感性负载断电时，断电瞬间感性负载所储存的磁场能量要经从“有至无(或零)”的突变，因磁场能量产生的突变会在独立部件内产生电动势(即自感电压)；这种自感电压的大小取决于磁通量变化的速率，自感电压过高会危及回路内电器元件的绝缘，或击穿回路断口间空气绝缘产生破坏作用；续流输出电路的作用就是让自感电压形成闭合回路，以抑制自感电压的升高，最终达到防止电感反电动势破坏独立部件的目的。可选地，续流输出电路可以是反向二极管，使断电瞬间产生的自感电压(或称电动势)有闭合回路，闭合回路流过的电流同时亦抑制了磁通量变化的速率，抑制了自感电压的升高。
第二方面，本发明提供了一种第一方面所述的通用微电子开关的使用方法，所述使用方法包括：
通过隔离控制电路独立控制电子开关的导通和断开，通过MOS开关电路将电池模组内的独立部件接入本地电源，为独立部件独立供电，通过续流输出电路为电池模组内的独立部件提供续流通路，防止本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的通用微电子开关分布于各电池模组内，用于对电池模组内各独立部件进行本地供电，同时提供隔离控制电路对各个电子开关进行统一集中控制，便于电池管理系统对各电池模组进行协调控制，此外，通过设置续流输出电路，避免了本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
附图说明
图1为本发明一个具体实施方式提供的通用微电子开关的电路控制图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在一个具体实施方式中，本发明提供了一种用于锂电池模组的通用微电子开关，所述通用微电子开关如图1所示，包括：
隔离控制电路，接入若干电子开关，为电子开关提供统一的开断控制接口，控制电子开关的导通和断开；
MOS开关电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件独立供电；
续流输出电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件提供续流通路。
本发明提供的通用微电子开关分布于各电池模组内，用于对电池模组内各独立部件进行本地供电，同时提供隔离控制电路对各个电子开关进行统一集中控制，便于电池管理系统对各电池模组进行协调控制，此外，通过设置续流输出电路，避免了本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
进一步地，所述电子开关分别独立接入电池模组的充电回路和放电回路上，所述电子开关用于独立控制电池模组充电回路和放电回路的导通和断开。
进一步地，所述MOS管开关电路为宽电压大电流的MOS管开关电路。
宽电压使电子开关可适用于多种电池模组，大电流使电子开关适用于电池模组内不同规格与类型的独立部件，增强了MOS管开关电路的通用性。
进一步地，所述MOS开关电路包括设置于所述独立部件与本地电源之间的MOS管，通过所述MOS管控制独立部件与本地电源之间的连通和切断。
进一步地，所述电池模组内的独立部件包括散热装置和加热装置。
进一步地，所述MOS开关电路还包括MOS比较电路和MOS驱动电路；
所述MOS比较电路的两个输入端分别电性接入所述独立部件的输出端和所述本地电源的输出端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS驱动电路的输入端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS管的栅极。
本发明提供的MOS开关电路的工作原理为：MOS比较电路用于比较独立部件的输出端和本地电源的输出端之间的电压，当独立部件输出端的电压高于本地电源输出端的电压时，输出一个高电平，MOS驱动电路的输入端接入高电平后，将该电压加到MOS管的栅极，MOS管栅极和源极之间有电压降，则MOS管的源极和漏极导通，独立部件与本地电源连通，本地电源向独立部件供电。当独立部件输出端的电压低于本地电源输出端的电压时，比较电路输出一个低电平，MOS驱动电路输入端接入低电平后，将该电压加到MOS管的栅极，MOS管的栅极与源极之间形成负电压，MOS管截止，独立部件与本地电源断开，本地电源停止向独立部件供电。
进一步地，所述隔离控制电路为光电隔离控制电路，所述隔离控制电路包括光信号发生电路和光电转换电路，所述光信号发生电路通过光纤接入所述光电转换电路，所述的光电转换电路电性接入所述电子开关，所述光信号发生电路产生的光信号经光纤传输至光电转换电路，并由光电转换电路转换为电信号，并通过电信号控制电子开关的导通和断开。
本发明提供的光电隔离控制电路主要通过光电信号控制电子开关的导通和断开，主要包括光信号发生电路和光电转换电路。可选地，光信号发生电路还包括时序控制电路，通过预先设置的控制策略触发时序控制电路的时序控制通道来产生光信号。
进一步地，所述隔离控制电路还包括光信号放大电路，所述光信号放大电路接入所述光信号发生电路和光电转换电路之间，所述光信号发生电路发出的光信号经光信号放大电路放大后经光线传输至光电转换电路。
需要说明的是，本发明在光信号发生电路和光电转换电路之间设置光信号放大电路的目的在于，将光信号产生电路产生的光信号放大并经由光纤将放大的光信号传输至光电转换器电路，从而能够实现远距离传输。
进一步地，所述续流输出电路的输入端接入MOS开关电路的输出端，所述续流输出电路的输出端接入电子开关。
本发明设置续流输出电路的目的在于防止本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件，尤其针对具有一定电感性的独立部件(负载)，当通电的感性负载断电时，断电瞬间感性负载所储存的磁场能量要经从“有至无(或零)”的突变，因磁场能量产生的突变会在独立部件内产生电动势(即自感电压)；这种自感电压的大小取决于磁通量变化的速率，自感电压过高会危及回路内电器元件的绝缘，或击穿回路断口间空气绝缘产生破坏作用；续流输出电路的作用就是让自感电压形成闭合回路，以抑制自感电压的升高，最终达到防止电感反电动势破坏独立部件的目的。可选地，续流输出电路可以是反向二极管，使断电瞬间产生的自感电压(或称电动势)有闭合回路，闭合回路流过的电流同时亦抑制了磁通量变化的速率，抑制了自感电压的升高。
在另一个具体实施方式中，本发明提供了一种通用微电子开关的使用方法，所述使用方法包括：
通过隔离控制电路独立控制电子开关的导通和断开，通过MOS开关电路将电池模组内的独立部件接入本地电源，为独立部件独立供电，通过续流输出电路为电池模组内的独立部件提供续流通路，防止本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
申请人声明，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，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种用于锂电池模组的通用微电子开关，其特征在于，所述通用微电子开关包括：
隔离控制电路，接入若干电子开关，为电子开关提供统一的开断控制接口，控制电子开关的导通和断开；
MOS开关电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件独立供电，所述MOS开关电路为宽电压大电流的MOS开关电路，所述MOS开关电路包括设置于所述独立部件与本地电源之间的MOS管，通过所述MOS管控制独立部件与本地电源之间的连通和切断，所述MOS开关电路还包括MOS比较电路和MOS驱动电路；所述MOS比较电路的两个输入端分别电性接入所述独立部件的输出端和所述本地电源的输出端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS驱动电路的输入端，所述MOS比较电路的输出端电性接入所述MOS管的栅极；
续流输出电路，接入电池模组内的独立部件与本地电源之间，用于为电池模组内的独立部件提供续流通路，所述续流输出电路的输入端接入MOS开关电路的输出端，所述续流输出电路的输出端接入电子开关。
2.根据权利要求1所述的通用微电子开关，其特征在于，所述电子开关分别独立接入电池模组的充电回路和放电回路上，所述电子开关用于独立控制电池模组充电回路和放电回路的导通和断开。
3.根据权利要求1所述的通用微电子开关，其特征在于，所述电池模组内的独立部件包括散热装置和加热装置。
4.根据权利要求1所述的通用微电子开关，其特征在于，所述隔离控制电路为光电隔离控制电路，所述隔离控制电路包括光信号发生电路和光电转换电路，所述光信号发生电路通过光纤接入所述光电转换电路，所述的光电转换电路电性接入所述电子开关，所述光信号发生电路产生的光信号经光纤传输至光电转换电路，并由光电转换电路转换为电信号，并通过电信号控制电子开关的导通和断开。
5.根据权利要求4所述的通用微电子开关，其特征在于，所述隔离控制电路还包括光信号放大电路，所述光信号放大电路接入所述光信号发生电路和光电转换电路之间，所述光信号发生电路发出的光信号经光信号放大电路放大后经光线传输至光电转换电路。
6.一种权利要求1-5任一项所述的通用微电子开关的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括：
通过隔离控制电路独立控制电子开关的导通和断开，通过MOS开关电路将电池模组内的独立部件接入本地电源，为独立部件独立供电，通过续流输出电路为电池模组内的独立部件提供续流通路，防止本地电源关闭时产生的电感反电动势破坏独立部件。
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