CN115917970A - 继电器驱动电路和具有该继电器驱动电路的电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种继电器驱动电路和一种电池系统，其可以生成用于控制预充电继电器的接通/关断的栅极电压，并且本发明提供一种控制外部设备与电池组之间的电连接的继电器驱动电路，包括：至少一个晶体管，该至少一个晶体管接收使能电平的控制信号以执行接通操作；第一电阻器，通过晶体管的接通操作该第一电阻器的一端连接到电池组的正极并且另一端连接到继电器；以及第二电阻器，该第二电阻器被连接在第一电阻器的另一端与外部设备之间，其中，继电器以第二电阻器的电阻值与第一电阻器和第二电阻器的总和电阻值的比率接收从电池组供应的电力以执行接通操作。

Description

继电器驱动电路和具有该继电器驱动电路的电池系统
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月12日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2021-0004142的优先权和权益，其整体内容通过引用并入本文中。
本发明涉及一种生成用于控制预充电继电器的接通/关断的栅极电压的继电器驱动电路和具有该继电器驱动电路的电池系统。
背景技术
继电器是通过使用预定电信号来控制电路的接通/关断的设备，并且根据其工作原理被分类成机械继电器和电子继电器。机械继电器使用电磁体，并且当电流流过电磁体时，磁触点与电极接触使得电路被连接，由此控制电路的接通/关断。
电子继电器是其中通过在继电器的电路断开/闭合部分中使用半导体开关元件来去除(非接触)电接触的继电器。即，在电子继电器中，当电信号被施加到其输入侧时，高负载电流流到其输出侧，由此控制电路的接通/关断。电子继电器比机械继电器更广泛地使用，因为它可以甚至在输入信号非常小的情况下控制高负载输出信号，因为不存在机械移动部分而具有长使用寿命和快响应速度，并且较少受冲击、振动和安装位置影响。
同时，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)被广泛地用作半导体开关器件，并且为了驱动MOSFET，电力电力必须被施加到其栅极。
由于常规继电器驱动电路具有用于驱动半导体开关器件的单独的电力电路，所以继电器驱动电路变得复杂，电路的面积增加，并且产生额外的成本。
发明内容
技术问题
本发明用于提供一种继电器驱动电路和一种具有该继电器驱动电路的电池系统，其可以在没有单独的电力电路的情况下通过利用电池组的电力驱动继电器驱动电路来控制半导体开关器件的接通/关断。
技术方案
本发明的实施例提供一种控制外部设备与电池组之间的电连接的继电器驱动电路，包括：至少一个晶体管，该至少一个晶体管接收使能电平的控制信号以执行接通操作；第一电阻器，通过晶体管的接通操作，该第一电阻器的一端连接到电池组的正极并且另一端连接到继电器；以及第二电阻器，该第二电阻器被连接在第一电阻器的另一端与外部设备之间，其中，继电器以第二电阻器的电阻值与第一电阻器和第二电阻器的总和电阻值的比率接收从电池组供应的电力以执行接通操作。
继电器驱动电路可以进一步包括齐纳二极管，齐纳二极管被并联连接到第二电阻器以维持第二电阻器的各端之间的电压的电平。
晶体管可以包括：第一晶体管，第一晶体管接收使能电平的控制信号以执行接通操作；以及第二晶体管，第二晶体管在第一晶体管被导通以执行接通操作时接收接地电平的电压以将电池组的正极与第一电阻器电连接。
根据本发明的一个方面的一种电池系统包括：主继电器，主继电器控制外部设备与电池组之间的电连接；预充电继电器，预充电继电器被并联连接到主继电器以在主继电器被接通之前被接通，并且在主继电器被接通之后预定时间流逝之后被关断；BMS，BMS生成控制信号以控制主继电器的切换和预充电继电器的切换；以及继电器驱动电路，继电器驱动电路包括第一继电器驱动电路，第一继电器驱动电路通过包括至少一个晶体管、第一电阻器和第二电阻器来控制预充电继电器的接通/关断，该至少一个晶体管从BMS接收使能电平的第一控制信号以执行接通操作，通过晶体管的接通操作，该第一电阻器的一端连接到电池组的正极并且另一端连接到预充电继电器，第二电阻器被连接在第一电阻器的另一端与外部设备之间，其中，预充电继电器以第二电阻器的电阻值与第一电阻器和第二电阻器的总和电阻值的比率接收从电池组供应的电力以执行接通操作。
第一继电器驱动电路可以进一步包括齐纳二极管，齐纳二极管被并联连接到第二电阻器以维持第二电阻器的各端之间的电压的电平。
晶体管可以包括：第一晶体管，第一晶体管接收使能电平的第一控制信号以执行接通操作；以及第二晶体管，第二晶体管在第一晶体管被导通以执行接通操作时接收接地电平的电压以将电池组的正极与第一电阻器电连接。
预充电继电器可以包括MOSFET，MOSFET通过其栅极端子接收从电池组供应的电力以执行接通操作。
有益的效果
本发明具有通过去除继电器驱动电路中提供的单独的电力电路来简化继电器驱动电路、减少其面积、以及减少成本的效果。
附图说明
图1图示根据实施例的电池系统的框图。
图2详细地图示图1的第一继电器驱动电路的功能的框图。
图3详细地图示图1的第二继电器驱动电路的功能的框图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来详细描述本说明书中公开的实施例，并且在本说明书中，相同或相似的组成元件将由相同或相似的附图标记来表示，并且将省略其冗余描述。表示以下描述中使用的组成元件的术语“模块”和/或“单元、部分或零件”仅被使用以便使本说明书的理解更容易，并且因此，这些术语其本身不具有将它们与彼此区分开的含义或作用。另外，在描述本说明书的实施例中，当确定与本发明相关联的众所周知的技术的详细描述可能使本发明的目标模糊时，其将被省略。另外，附图仅被提供以便允许本说明书中公开的实施例容易被理解并且不应被解释为限制本说明书中公开的精神，并且应理解，本发明包括不脱离本发明的范围和精神的所有修改、等效和替代。
包括诸如第一、第二等的序数的术语仅被用于描述各种组成元件，并且不应被解释为限制这些组成元件。这些术语仅被用于将一个组成元件与其他组成元件区分开。
应理解，当一个组成元件被称为被“连接”或“耦合”到另一组成元件时，它可以被直接连接或耦合到另一组成元件或者可以利用介入在它们之间的又一组成元件被连接或耦合到另一组成元件。相反，应当理解，当描述了元件被“直接耦合”或“直接连接”到另一元件时，在该元件与另一元件之间不存在元件。
在本申请中，应当理解，术语“包括”、“包含”、“具有”、或“配置”指示本说明书中描述的特征、数量、步骤、操作、组成元件、部分、或其组合存在，但是不事先排除一个或多个其他特征、数量、步骤、操作、组成元件、部分、或其组合的存在或添加的可能性。
图1图示根据实施例的电池系统的框图，图2详细地图示图1的第一继电器驱动电路的功能的框图，并且图3详细地图示图1的第二继电器驱动电路的功能的框图。
参考图1，电池系统1包括电池组10、BMS 20、继电器30、以及继电器驱动电路40。
电池组10可以通过包括串联/并联连接的多个电池单体来供应必要的电力。在图1中，电池组10包括串联连接的多个电池单体，并且被连接在电池系统1的两个输出端子OUT1与OUT2之间，而继电器30被连接在电池系统1的正极与输出端子OUT1之间。图1中示出的组件和这些组件之间的连接关系是示例，并且本发明不限于此。
BMS 20可以生成控制继电器30的切换的控制信号并将其传输到继电器驱动电路40。例如，BMS 20将使能继电器驱动电路40的第一控制信号CS1和第二控制信号CS2传输到继电器驱动电路40。
继电器30可以包括预充电继电器31和并联连接到预充电继电器31的主继电器33。继电器30可以被配置为包括半导体开关器件的电子继电器。例如，金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或双极结型晶体管(BJT)可以被用作半导体开关器件，但是本发明不限于此。
预充电继电器31可以利用MOSFET来实现并且它可以根据接通电平的第一栅极电压VG1来切换并且可以被串联连接到预充电电阻器Rf。预充电继电器31可以减小在电池组10和外部设备被连接时出现的浪涌电流以防止由于浪涌电流而导致的对主继电器33的损坏。例如，预充电继电器31在主继电器33被接通之前首先被接通，并且然后在预定时间流逝之后，主继电器33可以被关断以减小浪涌电流。
主继电器33利用双极结型晶体管(BJT)来实现使得它可以根据关断电平的第二栅极电压VG2来切换。主继电器33控制电池系统1与外部设备(例如，负载和充电器)之间的电连接。当主继电器33被接通时，电池系统1和外部设备被电连接到彼此以执行充电或放电。
例如，当外部设备是负载时，可以执行其中电力从电池组10供应到负载的放电操作，并且当外部设备是充电器时，可以执行其中通过充电器对电池组10充电的充电操作。当主继电器33被关断时，电池系统1和外部设备被电分离。
继电器驱动电路40可以包括第一继电器驱动电路41和第二继电器驱动电路43。
第一继电器驱动电路41接收使能电平的第一控制信号CS1以生成能够接通预充电继电器31的第一栅极电压VG1。第一继电器驱动电路41的一端可以被连接到电池组10的正极，并且其另一端可以被连接到电池系统1的第一输出端子OUT1。
参考图2，第一继电器驱动电路41可以包括第一晶体管Q1、第二晶体管Q2、第一电阻器R1、第二电阻器R2、以及齐纳二极管ZD。图2中示出的保护块PB可以包括保护预充电继电器31的各种元件，诸如保险丝。
第一晶体管Q1的基极(B)端子接收从BMS 20传输的第一控制信号CS1，并且第一晶体管Q1的集电极(C)端子被连接到第二晶体管Q2的基极(B)端子。第二晶体管Q2的集电极(C)端子被连接到电池组10的正极，并且第二晶体管Q2的发射极(E)端子被连接到第一电阻器R1的一端。具体地，第二晶体管Q2的发射极(E)端子通过第一电阻器R1被连接到第二电阻器R2的一端、齐纳二极管ZD的阴极、以及预充电继电器31的栅极(G)端子。
第一晶体管Q1是NPN型晶体管，其通过第一控制信号CS1的高电平来导通并且通过其低电平来截止。第二晶体管Q2是PNP型晶体管，其通过被输入到其基极(B)端子的信号的高电平来截止并且通过其低电平来导通。
例如，当使能电平——例如，高电平——的第一控制信号CS1被输入到第一晶体管Q1的基极(B)端子时，第一晶体管Q1被导通，并且第一晶体管Q1的集电极(C)端子被连接到接地GND。接地GND电平的电压被施加到连接到第一晶体管Q1的集电极(C)端子的第二晶体管Q2的基极(B)端子，并且第二晶体管Q2被导通。因此，电池组10的正极和第一电阻器R1通过第二晶体管Q2被连接到彼此，从电池组10供应的电力被施加到MOSFET的栅极端子，并且预充电继电器31被接通。
第一电阻器R1的一端由于第二晶体管Q2的导通操作而被连接到电池组10的正极，并且其另一端被连接到预充电继电器31。具体地，第一电阻器R1的另一端被连接到第二电阻器R2的一端、齐纳二极管ZD的阴极、以及预充电继电器31的栅极端子。
第二电阻管R2被连接在第一电阻器R1与外部设备之间。具体地，第二电阻管R2的一端被连接到第一电阻器R1的另一端，并且第二电阻器R2的另一端通过电池系统1的第一输出端子OUT1被连接到外部设备。
齐纳二极管ZD被并联连接到第二电阻器R2以利用齐纳二极管ZD的击穿电压来钳位第二电阻器R2的各端之间的电压，使得被施加到端子的第一栅极电压VG1的电平可以被恒定地维持。
参考图2，预充电继电器31被实现为MOSFET，其可以根据接通电平的第一栅极电压VG1来切换。MOSFET的漏极(D)端子被连接到电池组10的正极，并且MOSFET的源极(S)端子通过电池系统1的第一输出端子OUT1被连接到外部设备。MOSFET可以通过施加到其栅极(G)端子的第一栅极电压VG1来导通以将电池组与外部设备电连接。
根据该实施例，预充电继电器31根据第二电阻器R2的电阻值与第一电阻器R1和第二电阻器R2的总和电阻值的比率(R2/R1+R2)接收从电池组10供应的电力(P＝VI)，并且可以执行接通操作。例如，第一栅极电压VG1的值可以通过将对应于电池组10的电力的电压(V)与第二电阻器R2与第一电阻器R1和第二电阻器R2的总和(R1+R2)的比率(R2/R1+R2)相乘来计算。
第二继电器驱动电路43可以接收使能电平的第二控制信号CS2以接通主继电器33。第二继电器驱动电路43的一端可以被连接到电池组10的正极，并且其另一端可以被连接到电池系统1的第一输出端子OUT1。
参考图3，第二继电器驱动电路43可以包括第三晶体管Q3。第三晶体管Q3的基极(B)端子接收从BMS 20传输的第二控制信号CS2，并且其集电极(C)端子被连接到主继电器33的基极(B)端子。图3中示出的保护块PB可以包括保护主继电器33的各种元件，诸如保险丝。
第三晶体管Q3是NPN型晶体管，其通过第二控制信号CS2的高电平来导通并且通过其低电平来截止。在这种情况下，主继电器33是PNP型晶体管，其通过被输入到其基极(B)端子的信号的高电平来截止并且通过其低电平来导通。
例如，当使能电平——例如，高电平——的第二控制信号CS2被输入到第三晶体管Q3的基极(B)端子时，第三晶体管Q3被导通，并且第三晶体管Q3的集电极(C)端子被连接到接地GND。接地GND电平的电压被施加到连接到第三晶体管Q3的集电极(C)端子的主继电器33的基极(B)端子，并且主继电器33被接通。然后，电池组10和外部设备可以通过主继电器33被电连接到彼此。
即，在第二继电器驱动电路43中，第二栅极电压VG2不是通过使用电池组10单独地生成，并且通过第三晶体管Q3的接地(GND)电平的电压可以执行可以接通主继电器33的第二栅极电压VG2的功能。
尽管已经结合当前被认为是实用实施例的内容描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在涵盖包括在随附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。

Claims (7)

1.一种控制外部设备与电池组之间的电连接的继电器驱动电路，包括：
至少一个晶体管，所述至少一个晶体管接收使能电平的控制信号以执行接通操作；
第一电阻器，通过所述晶体管的所述接通操作，所述第一电阻器的一端连接到所述电池组的正极并且另一端连接到继电器；以及
第二电阻器，所述第二电阻器被连接在所述第一电阻器的所述另一端与所述外部设备之间，
其中，所述继电器以所述第二电阻器的电阻值与所述第一电阻器和所述第二电阻器的总和电阻值的比率接收从所述电池组供应的电力以执行接通操作。
2.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，进一步包括：
齐纳二极管，所述齐纳二极管被并联连接到所述第二电阻器以维持所述第二电阻器的各端之间的电压的电平。
3.根据权利要求1所述的继电器驱动电路，其中，
所述晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管接收使能电平的控制信号以执行接通操作；以及
第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一晶体管被导通以执行接通操作时接收接地电平的电压以将所述电池组的正极与所述第一电阻器电连接。
4.一种电池系统，包括：
主继电器，所述主继电器控制外部设备与电池组之间的电连接；
预充电继电器，所述预充电继电器被并联连接到所述主继电器以在所述主继电器被接通之前被接通，并且在所述主继电器被接通之后预定时间流逝之后被关断；
BMS，所述BMS生成控制信号以控制所述主继电器的切换和所述预充电继电器的切换；以及
继电器驱动电路，所述继电器驱动电路包括第一继电器驱动电路，所述第一继电器驱动电路通过包括至少一个晶体管、第一电阻器和第二电阻器来控制所述预充电继电器的接通/关断，所述至少一个晶体管从所述BMS接收使能电平的第一控制信号以执行接通操作，通过所述晶体管的所述接通操作，所述第一电阻器的一端连接到所述电池组的正极并且另一端连接到所述预充电继电器，所述第二电阻器被连接在所述第一电阻器的所述另一端与所述外部设备之间，
其中，所述预充电继电器以所述第二电阻器的电阻值与所述第一电阻器和所述第二电阻器的总和电阻值的比率接收从所述电池组供应的电力以执行接通操作。
5.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述第一继电器驱动电路进一步包括齐纳二极管，所述齐纳二极管被并联连接到所述第二电阻器以维持所述第二电阻器的各端之间的电压的电平。
6.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述晶体管包括：
第一晶体管，所述第一晶体管接收使能电平的第一控制信号以执行接通操作；以及
第二晶体管，所述第二晶体管在所述第一晶体管被导通以执行接通操作时接收接地电平的电压以将所述电池组的正极与所述第一电阻器电连接。
7.根据权利要求4所述的电池系统，其中，
所述预充电继电器包括：
MOSFET，所述MOSFET通过其栅极端子接收从所述电池组供应的电力以执行接通操作。
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