CN116505773B - 电池变压电路及电池系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电池变压电路。所述电池变压电路包括背靠背连接的第一开关管及第二开关管、第三开关管及电感，所述第三开关管与所述第二开关管连接，所述电感与所述第二开关管及所述第三开关管连接。本发明提供的电池变压电路与电芯连接时，可以实现双向导通，同时实现对所述电芯的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护的电池管理功能，实现对所述电芯的双向充放电功能。同时本发明还提供一种电池系统。
Description
技术领域
本发明涉及电池变压领域，特别涉及一种电池变压电路及电池系统。
背景技术
电池芯出厂时电量普遍存在些微差别，且伴随实际操作区域环境、老旧化、过度充电、过放等因素，电池间不一致性愈趋明显，电池使用效率、寿命会变差，情况严重时很有可能造成发生爆炸等安全隐患，现有技术的电池管理系统（Battery Management System,BMS）即用于提高电池的安全性，是一套管理、操控、使用电池组的管理系统。
但是，现有技术的电池通过所述电池管理系统向外供电时，需要变压，以与负载的工作电压相匹配，故现有电池组为三级电池组，请参阅图1，为现有技术的一种电池组的连接示意图，电池组50由电池包51、电池管理系统52和变压板53构成，所述电池管理系统52包括两个MOS管521，所述变压板53包括两个MOS管531，实际使用时，多组电池组之间并联设置，每一所述电池组50内，所述电池管理系统52和所述变压板53分离设置，导致体积大，同时所述电池包51与所述电池管理系统52导通连接，所述电池管理系统52与所述变压板53导通连接，多级连接导致接线繁琐，效率低。
发明内容
为了解决现有技术中电池组接线繁琐、体积大、效率低的技术问题，本发明提供一种具有电池管理功能的电池变压电路，同时还提供一种电池系统。
一种电池变压电路，包括背靠背连接的第一开关管及第二开关管、第三开关管及电感，所述第三开关管与所述第二开关管连接，所述电感与所述第二开关管及所述第三开关管连接。
一种电池系统，包括电池组，所述电池组包括连接设置的电芯及电池变压电路，所述电池变压电路包括背靠背连接的第一开关管及第二开关管、第三开关管及电感，所述第三开关管与所述第二开关管连接，所述电感与所述第二开关管及所述第三开关管连接。
相较于现有技术，本发明提供的电池变压电路，与电芯连接时，背靠背连接的所述第一开关管及所述第二开关管可以实现双向导通，实现对所述电芯的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护的电池管理功能；所述第三开关管与所述第二开关管连接，所述电感与所述第二开关管及所述第三开关管连接，可以实现对所述电芯的双向充放电功能，本发明的电池变压电路通过设置三个开关管，省略了电池管理电路，主电路结构简单，减少开关管数量，降低成本，电路整体体积减小，同时将三级结构优化为二级，各级之间接线减少，简化接线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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，下面描述中的附图仅仅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它的附图，其中：
图1为现有技术的一种电池组的连接示意图；
图2为本发明第一实施例提供的一种电池变压电路的连接示意图；
图3为图2所示的第一开关管、第二开关管、第三开关管及电感的另一种连接方式示意图；
图4为图2所示的电池变压电路的另一种连接示意图；
图5为本发明第二实施例提供的一种电池变压电路的连接示意图；
图6为图5所示的第一开关管、第二开关管、第三开关管及电感的另一种连接方式示意图。
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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
第一实施例
请参阅图2，是本发明一种电池变压电路的连接示意图，电芯100通过电池变压电路10放电或充电。所述电池变压电路10包括第一开关管Q11、第二开关管Q21、第三开关管Q31、电感L11及控制芯片11。所述第一开关管Q11与所述第二开关管Q21背靠背连接，所述第三开关管Q31与所述第二开关管Q21连接，所述电感L11一端作为电压输入端VIN，与所述电芯100连接，另一端与所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31连接。所述控制芯片11与所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31连接，用以控制所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31的导通与关断。
需要说明的，所述电芯100可以为单个电芯，也可是一组电芯组成的电池模组，所述第三开关管Q31可以为三极管或MOS管。
本实施例中，所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31均为MOS管，所述第一开关管Q11具有第一体二极管D11，所述第二开关管Q21具有第二体二极管D21，所述第三开关管Q31具有第三体二极管D31。
所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31均为NMOS管，所述第一开关管Q11的D极作为电压输出端VOUT，所述第一开关管Q11的S极与所述第二开关管Q21的S极连接，所述第一开关管Q11的G极与所述控制芯片11连接；所述第二开关管Q21的D极与所述第三开关管Q31的D极连接，所述第二开关管Q21的G极与所述控制芯片11连接；所述第三开关管Q31的S极接地，所述第三开关管Q31的G极与所述控制芯片11连接；所述电感L11一端作为电压输入端VIN，与所述电芯100连接，另一端与所述第二开关管Q21的D极及所述第三开关管Q31的D极连接。
其中，所述第一开关管Q11用于导通充电回路，所述第二开关管Q21用于导通放电回路，在正常工作情况下，所述第一开关管Q11及所述第二开关管Q21保持导通，可以实现对所述电芯100的充电及放电，通过对所述第一开关管Q11及所述第二开关管Q21的导通与关断控制，可以实现对所述电芯100的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护。
具体而言，所述控制芯片11控制所述第一开关管Q11关断，可以切断充电回路，实现过充保护；当所述控制芯片11控制所述第二开关管Q21关断，可以切断放电回路，实现过放保护、过流保护及短路保护。
当所述电压输出端VOUT连接负载，进行放电升压时，控制方法如下：
在T1时期，所述第三开关管Q31导通，所述电芯100向所述电感L11充电储能；在T2时期，所述第三开关管Q31关断，所述电芯100及所述电感L11同时向负载供电，达到升压目的。
需要说明的是，所述T1时期与所述T2时期为一个周期，在所述放电升压过程中，周期性重复，以稳定升压。
当所述电压输出端VOUT连接充电源，进行充电降压时，控制方法如下：
在T11时期，所述第三开关管Q31关断，充电源的电流经过所述电感L11，对所述电感L11充电储能；在T22时期，所述第一开关管Q11关断，所述第三开关管Q31导通，充能后的所述电感L11对所述电芯100充电，达到降压效果。
需要说明的是，所述T11时期与所述T22时期为一个周期，在所述充电降压过程中，周期性重复，以稳定降压。
可以理解的是，所述电池变压电路10连接电芯及负载，电芯向所述电池变压电路10放电时，本发明所称电压输入端VIN为所述电池变压电路10的电压输入端，本发明所称电压输出端VOUT为所述电池变压电路10的电压输出端；所述电池变压电路10连接电芯及充电源，充电源向电芯充电时，本发明所称电压输入端VIN为所述电池变压电路10的电压输出端，本发明所称电压输出端VOUT为所述电池变压电路10的电压输入端。
还需要说明的是，所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31还可以为PMOS管。
一实施例中，请参阅图3，是本发明的第一开关管、第二开关管、第三开关管及电感的另一种连接方式示意图。第一开关管Q12、第二开关管Q22及第三开关管Q32为NMOS管，所述第一开关管Q12的S极作为电压输出端VOUT，所述第一开关管Q12的D极与所述第二开关管Q22的D极连接，所述第一开关管Q12的G极与所述控制芯片11连接，所述第二开关管Q22的S极与所述第三开关管Q32的D极连接，所述第二开关管Q22的G极与所述控制芯片11连接，所述第三开关管Q32的S极接地，所述第三开关管Q32的G极与所述控制芯片11连接，电感L12一端作为电压输入端VIN，与所述电芯100连接，另一端与所述第二开关管Q22的S极及所述第三开关管Q32的D极连接。
所述电池变压电路10还包括第一滤波电容C11，所述第一滤波电容C11一端接地，另一端与所述第一开关管Q11的D极连接，作为电压输出端VOUT。
此实施例中，所述第一开关管Q12、所述第二开关管Q22及所述第三开关管Q32均为MOS管，所述第一开关管Q12具有第一体二极管D12，所述第二开关管Q22具有第二体二极管D22，所述第三开关管Q32具有第三体二极管D32。
一实施例中，请参阅图4，是图2所示的电池变压电路的另一种连接示意图。所述电池变压电路还包括第二滤波电容C21，所述第二滤波电容C21一端接地，另一端与所述电感L11连接，作为电压输入端VIN。
相较于现有技术，本发明提供的电池变压电路10，与所述电芯100连接时，背靠背连接的第一开关管Q11及第二开关管Q21可以实现双向导通，实现对所述电芯100的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护的电池管理功能，所述第三开关管Q31与所述第二开关Q21管连接，所述电感L11与所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31连接，可以实现放电升压，充电降压，本发明的电池变压电路10通过设置三个开关管，省略了电池管理电路，相较于现有技术的变压板，仅增加一个开关管，实现了电池管理功能，相较于现有的三级电池组结构，将三级结构优化为二级，主电路结构更简单，开关管数量更少，一方面相应简化了控制电路、降低成本，降低了电路损耗，提高了对所述电芯100充放电的效率，使得电路整体体积可以减小，另一方面，将三级结构优化为二级，各级之间接线减少，简化接线。
且，所述电池变压电路10仅需通过驱动信号控制所述第一开关管Q11、所述第二开关管Q21及所述第三开关管Q31的导通和关断即可实现过充保护、过放保护、过流保护、短路保护、放电升压及充电降压，相较于三级电路，不仅需要通过驱动信号控制电池管理系统实现过充保护、过放保护、过流保护及短路保护，还需要通过驱动信号控制变压板实现升降压，本发明的电池变压电路10所需驱动信号更少，控制更加简单方便。
第二实施例
请参阅图5，是本发明提供的另一种电池变压电路的连接示意图，电芯200通过电池变压电路20充电或放电。所述电池变压电路20包括第一开关管Q13、第二开关管Q23、第三开关管Q33、电感L13及控制芯片21。所述第一开关管Q13与所述第二开关管Q23背靠背连接，所述第一开关管Q13与所述电芯200连接，所述第三开关管Q33与所述第二开关管Q23连接，所述电感L13一端作为电压输出端VOUT，另一端与所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33连接，所述控制芯片21与所述第一开关管Q13、所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33连接，用以控制所述第一开关管Q13、所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33的导通与关断。
需要说明的，所述电芯200可以为单个电芯，也可以是一组电芯组成的电池模组，所述第三开关管Q33可以为三极管或MOS管。
本实施例中，所述第一开关管Q13、所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33均为MOS管，所述第一开关管Q13具有第一体二极管D13，所述第二开关管Q23具有第二体二极管D23，所述第三开关管Q33具有第三体二极管D33。
所述第一开关管Q13、所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33均为NMOS管，所述第一开关管Q13的D极作为电压输入端VIN，与所述电芯200连接，所述第一开关管Q13的S极与所述第二开关管Q23的S极连接，所述第一开关管Q13的G极与所述控制芯片21连接；所述第二开关管Q23的D极与所述第三开关管Q33的D极连接，所述第二开关管Q23的G极与所述控制芯片21连接；所述第三开关管Q33的S极接地，所述第三开关管Q33的G极与所述控制芯片21连接；所述电感L13一端作为电压输出端VOUT，另一端与所述第二开关管Q23的D极及所述第三开关管Q33的D极连接。
其中，所述第一开关管Q13用于导通放电回路，所述第二开关管Q23用于导通充电回路，在正常工作情况下，所述第一开关管Q13及所述第二开关管Q23保持导通，可以实现对所述电芯200的充电及放电，通过对所述第一开关管Q13及所述第二开关管Q23的导通与关断控制，可以实现对所述电芯200的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护。
具体而言，所述控制芯片21控制所述第二开关管Q23关断，可以切断充电回路，实现过充保护；当所述控制芯片11控制所述第一开关管Q13关断，可以切断放电回路，实现过放保护、过流保护及短路保护。
当所述电压输出端VOUT连接负载，进行放电降压时，控制方法如下：
在T3时期，所述第三开关管Q33关断，所述电芯200的电流经过所述电感L13，对所述电感L13充电储能；在T4时期，所述第一开关管Q13关闭，所述第三开关管Q33导通，充能后的所述电感L13向负载供电，达到降压目的。
需要说明的是，所述T3时期与所述T4时期为一个周期，在所述放电降压过程中，周期性重复，以稳定降压。
当所述电压输出端VOUT连接充电源，进行充电升压时，控制方法如下：
在T33时期，所述第三开关管Q33导通，充电源向所述电感L13充电储能；在T44时期，所述第三开关管Q33关断，充电源和所述电感L13同时向所述电芯200充电，达到升压目的。
需要说明的是，所述T33时期与所述T44时期为一个周期，在所述充电升压过程中，周期性重复，以稳定升压。
可以理解的是，所述第一开关管Q13、所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33还可以为PMOS管。
一实施例中，请参阅图6，为图5所示的第一开关管、第二开关管、第三开关管及电感的另一种连接方式示意图。第一开关管Q14、第二开关管Q24及第三开关管Q34为NMOS管，所述第一开关管Q14的S极作为电压输入端VIN，与所述电芯200连接，所述第一开关管Q14的D极与所述第二开关管Q24的D极连接，所述第一开关管Q14的G极与所述控制芯片21连接；所述第二开关管Q24的S极与所述第三开关管Q34的D极连接，所述第二开关管Q24的G极与所述控制芯片21连接；所述第三开关管Q34的S极接地，所述第三开关管Q34的G极与所述控制芯片21连接；所述电感L14一端作为电压输出端VOUT，另一端与所述第二开关管Q24的S极及所述第三开关管Q34的D极连接。
所述电池变压电路20还包括第一滤波电容C12，所述第一滤波电容C12一端接地，另一端与所述电感L14连接，作为电压输出端VOUT。
此实施例中，所述第一开关管Q14、所述第二开关管Q24及所述第三开关管Q34均为MOS管，所述第一开关管Q14具有第一体二极管D14，所述第二开关管Q24具有第二体二极管D24，所述第三开关管Q34具有第三体二极管D34。
相较于现有技术，本发明提供的电池变压电路20，与所述电芯200连接时，背靠背连接的第一开关管Q13及第二开关管Q23可以实现双向导通，实现对所述电芯200的过充保护、过放保护、过流保护及短路保护的电池管理功能，所述第三开关管Q33与所述第二开关Q23管连接，所述电感L13与所述第二开关管Q23及所述第三开关管Q33连接，可以实现放电降压，充电升压。
本发明提供一种电池系统，所述电池系统包括电池组，所述电池组包括连接设置的电芯及电池变压电路，所述电池变压电路是如第一实施例的电池变压电路10或如第二实施例的电池变压电路20。
相较于现有技术，本发明提供的电池系统的电池组为二级电池组，接线相对简单，体积小，效率高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种电池变压电路，其特征在于，包括：
背靠背连接的第一开关管及第二开关管，所述第一开关管用于导通充电回路，所述第二开关管用于导通放电回路；
第三开关管，与所述第二开关管连接；
电感，与所述第二开关管及所述第三开关管连接，
所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管为NMOS管，所述第一开关管的D极作为电压输出端VOUT，所述第一开关管的S极与所述第二开关管的S极连接，所述第二开关管的D极与所述第三开关管的D极连接，所述第三开关管的S极接地，所述电感一端作为电压输入端VIN，另一端与所述第二开关管的D极及所述第三开关管的D极连接，
当所述电压输入端VIN连接电芯，所述电压输出端VOUT连接负载时，在T1时期，所述第三开关管导通，所述电芯向所述电感充电储能；在T2时期，所述第三开关管关断，所述电芯及所述电感同时向负载供电，所述T1时期与所述T2时期为一个周期，在放电升压过程中，周期性重复，以稳定升压，
当所述电压输入端VIN连接电芯，所述电压输出端VOUT连接充电源时，在T11时期，所述第三开关管关断，充电源的电流经过所述电感，对所述电感充电储能；在T22时期，所述第一开关管关断，所述第三开关管导通，充能后的所述电感对所述电芯充电,所述T11时期与所述T22时期为一个周期，在充电降压过程中，周期性重复，以稳定降压。
2.根据权利要求1所述的电池变压电路，其特征在于，所述第三开关管为三极管或MOS管。
3.根据权利要求1所述的电池变压电路，其特征在于，所述第一开关管及所述第二开关管为MOS管。
4.根据权利要求1所述的电池变压电路，其特征在于，还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容一端接地，另一端与所述第一开关管的D极连接，作为所述电压输出端VOUT。
5.一种电池变压电路，其特征在于，包括：
背靠背连接的第一开关管及第二开关管，所述第一开关管用于导通充电回路，所述第二开关管用于导通放电回路；
第三开关管，与所述第二开关管连接；
电感，与所述第二开关管及所述第三开关管连接，
所述第一开关管、所述第二开关管及所述第三开关管为NMOS管，所述第一开关管的D极作为电压输入端VIN，所述第一开关管的S极与所述第二开关管的S极连接；所述第二开关管的D极与所述第三开关管的D极连接，所述第三开关管的S极接地，所述电感一端作为电压输出端VOUT，另一端与所述第二开关管的D极及所述第三开关管的D极连接，
当所述电压输入端VIN连接电芯，所述电压输出端VOUT连接负载时，在T3时期，所述第三开关管关断，所述电芯的电流经过所述电感，对所述电感充电储能；在T4时期，所述第一开关管关闭，所述第三开关管导通，充能后的所述电感向负载供电，所述T3时期与所述T4时期为一个周期，在放电降压过程中，周期性重复，以稳定降压，
当所述电压输入端VIN连接电芯，所述电压输出端VOUT连接充电源时，在T33时期，所述第三开关管导通，充电源向所述电感充电储能；在T44时期，所述第三开关管关断，充电源和所述电感同时向所述电芯充电，所述T33时期与所述T44时期为一个周期，在充电升压过程中，周期性重复，以稳定升压。
6.根据权利要求5所述的电池变压电路，其特征在于，还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容一端接地，另一端与所述电感连接，作为所述电压输出端VOUT。
7.一种电池系统，包括电池组，所述电池组包括连接设置的电芯及电池变压电路，其特征在于，所述电池变压电路是如权利要求1-6任一所述的电池变压电路。
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