CN118157080A - 断路器脱扣控制电路、电池管理单元及电池系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种断路器脱扣控制电路、电池管理单元及电池系统。该断路器脱扣控制电路包括：第一电阻，控制器，比较器和同或门。通过比较器和同或门的搭配使用，能够在断路器脱扣控制电路的控制器失效的情况下，由比较器提供第一高电平至同或门，以使同或门输出高电平，驱动断路器脱扣，避免断路器脱扣控制电路在控制器失效的情况下，无法控制断路器脱扣的问题，提高断路器脱扣控制电路的安全性和可靠性。

Description

断路器脱扣控制电路、电池管理单元及电池系统

技术领域

本申请涉及电池技术领域，特别是涉及一种断路器脱扣控制电路、电池管理单元及电池系统。

背景技术

目前电池管理单元通常会使用一个控制器来实现电池的信息采集、电池系统充放电的控制等功能。

为了保证电池系统的安全性与可靠性，电池系统通常会配置断路器作为系统的后备保护。当电池出现过充、过放等故障时，需要断路器脱扣，以切断电池与电池管理单元的回路，防止电池管理单元持续耗电损坏电池。但申请人发现传统技术中断路器脱扣控制可靠性低。

发明内容

基于此，有必要提供一种断路器脱扣控制电路，该电路包括：

第一电阻，第一电阻的第一端用于连接第一电源；

控制器；

比较器，比较器的第一输入端连接第一电阻的第二端以及控制器的第一输出端，比较器的第二输入端用于接入参考电压，参考电压低于第一电源的电压，比较器用于在控制器失效的情况下输出第一高电平；

同或门，同或门的第一输入端连接控制器的第二输出端，同或门的第二输入端连接比较器的输出端，同或门的输出端用于连接断路器，以在比较器的输出信号为高电平的情况下驱动断路器脱扣，断路器串联于电池系统中电池的充放电回路上。

在一个实施例中，控制器用于在电池系统正常工作的情况下，经第一输出端输出第二高电平，且经第二输出端输出低电平，第二高电平的电压低于参考电压。

在一个实施例中，控制器还用于在电池系统发生故障且控制器正常工作的情况下，经第二输出端输出第三高电平。

在一个实施例中，上述电路还包括：

第二电阻，第二电阻的输入端用于连接第二电源，第二电阻的输出端连接比较器的输出端；

电容，电容的第一端连接第二电阻的输出端，电容的第二端接地。

一种电池管理单元，该电池管理单元包括：如上述的断路器脱扣控制电路。

在一个实施例中，上述电池管理单元配置有第一连接线、第二连接线、与第一连接线的第一端连接的第一端口，与第二连接线的第一端连接的第二端口，与第一连接线的第二端连接的第三端口，与第二连接线的第二端连接的第四端口，与比较器的输出端连接的第五端口；

其中，第一端口用于连接断路器的正极端，第二端口用于连接断路器的负极端，第三端口用于连接储能变流器的正极端，第四端口用于连接储能变流器的负极端，第五端口用于连接断路器的受控端。

在一个实施例中，上述电池管理单元还包括：

电源模块，电源模块的正极连接断路器的正极端，电源模块的负极连接断路器的负极端；

电压转换电路，电压转换电路的输入端连接电源模块的输出端，电压转换电路的输出端连接控制器，电压转换电路用于为控制器提供工作电压。

在一个实施例中，上述电池管理单元还包括：

通信模块，通信模块的第一输入输出端用于连接外部设备，通信模块的第二输入输出端连接控制器。

在一个实施例中，上述电池管理单元还包括：

控制器局域网总线，控制器局域网总线的第一端连接控制器，控制器局域网总线的第二端用于连接储能变流器。

一种电池系统，该电池系统包括：

电池；

断路器，断路器串联于电池的充放电回路上；

如上述的电池管理单元。

上述断路器脱扣控制电路通过比较器和同或门的搭配使用，能够在断路器脱扣控制电路的控制器失效的情况下，由比较器提供第一高电平至同或门，以使同或门输出高电平，驱动断路器脱扣，避免断路器脱扣控制电路在控制器失效的情况下，无法控制断路器脱扣的问题，提高断路器脱扣控制电路的安全性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例，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为一实施例的断路器脱扣控制电路的结构框图之一；

图2为一实施例的同或门逻辑输出表格；

图3为一实施例的断路器脱扣控制电路的结构框图之二；

图4为一实施例的电池管理单元的结构框图；

图5为一实施例的电池系统的结构框图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件或信号，但这些元件或信号不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件或信号与另一个元件或信号区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将上拉电阻称为第一电阻，且类似地，可将第一电阻称为上拉电阻。上拉电阻和第一电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

可以理解，“至少一个”是指一个或多个，“多个”是指两个或两个以上。“元件的至少部分”是指元件的部分或全部。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在一个实施例中，如图1所示，提供一种断路器脱扣控制电路100，该电路包括：第一电阻102，控制器104，比较器106和同或门108。

其中，第一电阻102的第一端用于连接第一电源。

第一电阻102可以根据断路器脱扣控制电路100的实际应用要求选取阻值和功率等合适的电阻，具体的，第一电阻102的阻值可以为10K。当然，第一电阻102还可以是其他阻值的一电阻，在此不作限定。第一电源可以根据断路器脱扣控制电路100的实际应用要求选取电压合适的电源，第一电源用于提供一正电压。具体的，第一电源可以为一5V电源。当然，第一电源还可以是其他电压值的一电源，在此不作限定。

第一电阻102和第一电源连接，配置为一推挽输出模式的端口，以输出稳定的电平信号，提高断路器脱扣控制电路100的稳定性。

比较器106的第一输入端连接第一电阻102的第二端以及控制器104的第一输出端，比较器106的第二输入端用于接入参考电压，参考电压低于第一电源的电压，比较器106用于在控制器104失效的情况下输出第一高电平。

在一个实施例中，若第一电压为5V时，参考电压可以为4V，当然，参考电压还可以是其他电压值，在此不作限定。

在控制器104失效的情况下，比较器106的第一输入端为第一电源的幅值电平，由于参考电压低于第一电源的电压，因此，比较器106输出一高电平信号，即第一高电平。

同或门108的第一输入端连接控制器104的第二输出端，同或门108的第二输入端连接比较器106的输出端，同或门108的输出端用于连接断路器，以在比较器106的输出信号为高电平的情况下驱动断路器脱扣，断路器串联于电池系统中电池的充放电回路上。

为保证断路器脱扣控制电路100控制断路器的脱扣控制逻辑与传统的脱扣控制逻辑一致，选择比较器106和同或门108器件，以保证在同或门108输出为高电平的情况下，驱动断路器脱扣，使得该领域的电路系统能够在不修改电路系统的其他电路或配件的情况下，通过直接搭载该断路器脱扣控制电路100的方式，驱动断路器脱扣，从而提高断路器脱扣控制电路100的适用范围。

根据同或门108的器件特性，可以确定如图2所示的同或门108逻辑输出表格。根据同或门108的特性可知，在同或门108的至少一个输入端的输入信号为高电平的情况下，同或门108必然输出一高电平信号。因此，在比较器106的输出为第一高电平的情况下，同或门108输出信号为一高电平信号，由该信号驱动断路器脱扣。

通过比较器106和同或门108的搭配使用，能够在断路器脱扣控制电路100的控制器104失效的情况下，由比较器106提供第一高电平至同或门108，以使同或门108输出高电平，驱动断路器脱扣，避免断路器脱扣控制电路100在控制器104失效的情况下，无法控制断路器脱扣的问题，提高断路器脱扣控制电路100的安全性和可靠性。

在一个实施例中，控制器104用于在电池系统正常工作的情况下，经第一输出端输出第二高电平，且经第二输出端输出低电平，第二高电平的电压低于参考电压。

在电池系统正常工作的情况下，控制器104的第一输出端输出第二高电平，且该第二高电平的电压低于参考电压，因此，比较器106输出一低电平至同或门108的第二输入端。在电池系统正常工作的情况下，控制器104的第二输出端输出低电平至同或门108的第一输入端。如图2所示，根据同或门108的逻辑特性可知，在同或门108的输入端都为低电平的情况下，同或门108输出一低电平，此时，同或门108不驱动断路器脱扣，以维持断路器脱扣控制电路100的正常运行。

在一个实施例中，控制器104还用于在电池系统发生故障且控制器104正常工作的情况下，经第二输出端输出第三高电平。

上述故障可以是电芯电压异常、温度采集异常等异常情况。

如图2所示，根据同或门108的逻辑特性可知，在同或门108至少一个输入端为高电平的情况下，同或门108输出一高电平。由此，在控制器104经第二输出端输出第三高电平至同或门108的第一输入端的情况下，同或门108输出一高电平，以驱动断路器脱扣，避免断路器脱扣控制电路100运行在故障环境下，提高断路器脱扣控制电路100的安全性和可靠性。

在一个实施例中，如图3所示，上述电路还包括：第二电阻110和电容112。

其中，第二电阻110的输入端用于连接第二电源，第二电阻110的输出端连接比较器106的输出端。

电容112的第一端连接第二电阻110的输出端，电容112的第二端接地。

第二电源为比较器106的逻辑电源，用于为比较器106内部供电，第二电源的电压范围确定了比较器106工作的逻辑电平和输出范围，因此，第二电源需要根据比较器106的具体型号和电路系统的输出电平要求确定。在一个实施例种，第二电源可以为一3.3V的电源。当然，上述举例仅作示意说明，并不作限定。

第二电阻110和电容112的选用可以根据比较器106的响应要求确定，以获得合适实际需要的响应时间。

在一个实施例中，如图4所示，提供一种电池管理单元200，该电池管理单元200包括：如上述的断路器脱扣控制电路100。

在一个实施例中，如图4所示，电池管理单元200配置有第一连接线202、第二连接线204、与第一连接线202的第一端连接的第一端口206，与第二连接线204的第一端连接的第二端口208，与第一连接线202的第二端连接的第三端口210，与第二连接线204的第二端连接的第四端口212，与比较器106的输出端连接的第五端口214。

其中，第一端口206用于连接断路器的正极端，第二端口208用于连接断路器的负极端，第三端口210用于连接储能变流器的正极端，第四端口212用于连接储能变流器的负极端，第五端口214用于连接断路器的受控端。

通过配置第一连接线202和第二连接线204，以将电池管理单元200与储能变流器连接，以输出稳定的电信号。

在一个实施例中，如图4所示，上述电池管理单元200还包括：电源模块216和电压转换电路218。

电源模块216的正极连接断路器的正极端，电源模块216的负极连接断路器的负极端。

电源模块216用于为电池管理单元200的各模块器件提供稳定的电源，提高电池管理单元200的稳定性。

如图4所示，电源模块216的正极端可以连接第一端口206，电源模块216的负极端可以连接第二端口208。

电压转换电路218的输入端连接电源模块216的输出端，电压转换电路218的输出端连接控制器104，电压转换电路218用于为控制器104提供工作电压。

电源模块216根据电池管理单元200的各模块器件的规格输出电压信号，具体的，电源模块216可以生成一24V的电压信号至电压转换电路218，再由电压转换电路218降压至3.3V后，输出至控制器104，以为控制器104提供稳定的工作电源，提高电池管理单元200的稳定性。

当然，上述举例仅作说明示意，并不作限定。

在一个实施例中，如图4所示，上述电压转换电路218包括降压电路2182和稳压电路2184。

其中，降压电路2182的输入端连接电源模块216的输出端。

稳压电路2184的输入端连接降压电路2182的输出端，稳压电路2184的输出端连接控制器104的供电端。

降压电路2182根据电源模块216的输出电信号，进行如降压、去噪等信号处理，生成一适配电池管理单元200的各模块器件规格的电信号。该电信号可以是5V，当然，上述举例仅作说明示意，并不作限定。

稳压电路2184根据降压电路2182的输出电信号，进行如滤波等信号处理，生成一稳定的电信号。该电信号可以是3.3V，当然，上述举例仅作说明示意，并不作限定。

稳压电路2184可以包括LDO（低压差线性稳压器，Low Dropout LinearRegulator）电路。LDO电路可以提高稳定、可调的电信号，因此能够扩大电池管理单元200的适用范围。

在一个实施例中，如图4所示，上述电池管理单元200还包括通信模块220。

其中，通信模块220的第一输入输出端用于连接外部设备400，通信模块220的第二输入输出端连接控制器104。

通信模块220用于实现电池系统的各模块器件与控制器104的通信和数据传输，该数据包括电压信息、电流信息和温度信息等。通信模块220可以基于适配该电池管理单元200的通信技术和协议，实现通信和数据传输，如基于Wi-Fi（无线局域网，WirelessFidelity）模块、蓝牙模块、Zigbee（自组织网短距离无线通信技术）模块、LoRa（低功耗广域网，Long Range）模块等实现的无线通信；基于以太网模块、串口模块、CAN（控制器局域网总线，Controller Area Network）模块等实现的有线通信模块；基于GSM（全球移动通信系统，Global System for Mobile Communications）模块、3G（第三代移动通信技术，the 3rdGeneration Mobile Communication System）模块、4G（第四代移动通信及其技术，The 4thGeneration Mobile Communication System）模块、5G（第五代移动通信技术，5thGeneration Mobile Communication System）模块等实现的移动通信模块。当然，上述举例仅作说明示意，并不作限定。

在一个实施例中，以通信模块220的通信技术和协议为菊花链通信为例，进行说明：菊花链通信是一种特定的通信拓扑结构，其中，多个设备按照一定的顺序连接在一起，形成一个环状或链状的结构。在菊花链通信中，数据从一个设备传输到下一个设备，并依次通过每个设备，直到达到目标设备。每个设备在接收到数据后，根据一定的规则将数据传递给下一个设备，直到数据传输到目标设备。这样的传输方式可以实现数据的串行传输，从而减少通信线路的使用和复杂性。在实际应用中，由于电池系统中的各模块器件常以堆叠的方式安装放置，因此，菊花链通信适配于电池系统。搭载菊花链通信的电池系统能够提高其数据传输的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，如图4所示，上述电池管理单元200还包括控制器局域网总线222222。

其中，控制器局域网总线222的第一端连接控制器104，控制器局域网总线222的第二端用于连接储能变流器。

控制器局域网总线222用于进行电池管理单元200和储能变流器的通信和数据传输。

在一个实施例中，如图4所示，上述电池管理单元200还包括直流接触器224。

其中，直流接触器的受控端连接控制器104的控制端，直流接触器串联在断路器的充放电回路上。

直流接触器在直流电路中起到开关和控制电流的作用，实现电路的断开和接通，还能够避免电池管理单元200出现过载损坏，提高电池管理单元200的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，如图5所示，提供一种电池系统500包括：电池502，断路器504和上述电池管理单元200。

其中，断路器504串联于电池502的充放电回路上。

电池502可以是至少一个储能单元的模块，电池502用于为电池502系统500中的其他模块或器件，以及负载提供电源。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种断路器脱扣控制电路，其特征在于，包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端用于连接第一电源；

控制器；

比较器，所述比较器的第一输入端连接所述第一电阻的第二端以及控制器的第一输出端，所述比较器的第二输入端用于接入参考电压，所述参考电压低于所述第一电源的电压，所述比较器用于在所述控制器失效的情况下输出第一高电平；

同或门，所述同或门的第一输入端连接所述控制器的第二输出端，所述同或门的第二输入端连接所述比较器的输出端，所述同或门的输出端用于连接断路器，以在所述比较器的输出信号为高电平的情况下驱动所述断路器脱扣，所述断路器串联于电池系统中电池的充放电回路上。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器用于在所述电池系统正常工作的情况下，经第一输出端输出第二高电平，且经第二输出端输出低电平，所述第二高电平的电压低于所述参考电压。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述控制器还用于在所述电池系统发生故障且控制器正常工作的情况下，经第二输出端输出第三高电平。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：

第二电阻，所述第二电阻的输入端用于连接第二电源，所述第二电阻的输出端连接所述比较器的输出端；

电容，所述电容的第一端连接所述第二电阻的输出端，所述电容的第二端接地。

5.一种电池管理单元，其特征在于，包括：如所述权利要求1-4任一项中的断路器脱扣控制电路。

6.根据权利要求5所述的电池管理单元，其特征在于，所述电池管理单元配置有第一连接线、第二连接线、与所述第一连接线的第一端连接的第一端口，与所述第二连接线的第一端连接的第二端口，与所述第一连接线的第二端连接的第三端口，与所述第二连接线的第二端连接的第四端口，与所述比较器的输出端连接的第五端口；

其中，所述第一端口用于连接所述断路器的正极端，所述第二端口用于连接所述断路器的负极端，所述第三端口用于连接储能变流器的正极端，所述第四端口用于连接所述储能变流器的负极端，所述第五端口用于连接所述断路器的受控端。

7.根据权利要求5所述的电池管理单元，其特征在于，还包括：

电源模块，所述电源模块的正极连接所述断路器的正极端，所述电源模块的负极连接所述断路器的负极端；

电压转换电路，所述电压转换电路的输入端连接所述电源模块的输出端，所述电压转换电路的输出端连接所述控制器，所述电压转换电路用于为所述控制器提供工作电压。

8.根据权利要求5所述的电池管理单元，其特征在于，还包括：

通信模块，所述通信模块的第一输入输出端用于连接外部设备，所述通信模块的第二输入输出端连接所述控制器。

9.根据权利要求5所述的电池管理单元，其特征在于，还包括：

控制器局域网总线，所述控制器局域网总线的第一端连接所述控制器，所述控制器局域网总线的第二端用于连接储能变流器。

10.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统包括：

电池；

断路器，所述断路器串联于所述电池的充放电回路上；

如权利要求5-9任一项所述的电池管理单元。