CN202094612U - 一种电池管理系统 - Google Patents

Abstract

一种电池管理系统，包括：电流信号处理模块，检测回路中的电流信号，并将电流信号转换成第一电压信号；单向开关模块，与负载的第二端连接，输出锁定信号；叠加模块，叠加第一电压信号以及锁定信号，以获取叠加电压信号；比较模块，将叠加电压信号与第一参考电压作比较，并在叠加电压信号大于或等于第一参考电压时，输出第一控制信号；缓冲模块，将第一控制信号转换为与第一控制信号相位相反的第二控制信号；第一受控开关，其第一端与电池的负极连接，其第二端与负载的第二端连接，其第三端在第二控制信号的控制下选择性断开第一受控开关的第一端与第二端之间的连接。本实用新型能有效实现过流保护，进行自动锁定和自动解锁，且结构简单、成本低廉。

Description

一种电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池管理系统。

背景技术

在电池应用过程中，由于外部意外原因，电池放电正负端有可能会存在极大的负载，这将会引起电池组超负荷的大电流放电，如果不及时进行保护，将会烧毁电池或保护电路。

目前的主流过流保护采用比较器和门电路实现，配合MCU(MicroControl Unit，微控制单元)实现过流保护的目的，但这种保护电路实现复杂，需要外部门电路和MCU配合使用，器件繁多且成本高昂。

因此，亟需提供一种电池管理系统，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种电池管理系统，以解决现有技术器件繁多且成本高昂的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种电池管理系统，用于检测电池的工作状态，并在电池处于过流工作状态时，切断电池与负载之间的连接并锁定，当外部过流情况解除后，自动连接电池与负载所组成的回路，其中，负载的第一端与电池的正极连接，负载的第二端与第一控制开关连接，电池管理系统包括：电流信号处理模块，检测电池与负载所组成的回路中的电流信号，并将电流信号转换成第一电压信号；单向开关模块，与负载的第二端连接，用于输出锁定信号；叠加模块，分别与电流信号处理模块和单向开关模块连接，叠加第一电压信号以及锁定信号，以获取叠加电压信号；比较模块，与叠加模块连接，将叠加电压信号与第一参考电压作比较，并在叠加电压信号大于或等于第一参考电压时，输出第一控制信号；缓冲模块，与比较模块连接，将第一控制信号转换为与第一控制信号相位相反的第二控制信号；第一受控开关，第一受控开关的第一端与电池的负极连接，第一受控开关的第二端与负载的第二端连接，第一受控开关的第三端在第二控制信号的控制下选择性断开第一受控开关的第一端与第二端之间的连接。

其中，电流信号处理模块包括：检流电阻，设置在电池的负极与第一受控开关之间，其中检流电阻的第一端与电池的负极连接，检流电阻的第二端与第一受控开关的第一端连接；以及运算放大电路，其包括：运算放大器；第一电阻，第一电阻的第一端连接于检流电阻的第一端，第一电阻的第二端连接于运算放大器的反相输入端；第二电阻，第二电阻的第一端与第一电阻的第二端连接，第二电阻的第二端与运算放大器的输出端连接；第三电阻，第三电阻的第一端与第二参考电压连接，第三电阻的第二端与运算放大器的同相输入端连接；第四电阻，第四电阻的第一端连接于运算放大器的同相输入端，第四电阻的第二端与第二参考电压连接；其中，第一电压信号从算放大器的输出端输出。

其中，叠加模块包括：第五电阻，第五电阻的第一端与运算放大器的输出端连接，第五电阻的第二端连接于单向开关模块；第六电阻，第六电阻的第一端与第二参考电压连接，第六电阻的第二端与第五电阻的第二端连接。

其中，比较模块为一比较器，比较器的同相输入端与第六电阻的第二端连接，以获取叠加信号，比较器的反相输入端与第一参考电压连接，比较器对叠加信号与第一参考电压进行比较，在叠加信号大于或等于第一参考电压时，比较器的输出端输出第一控制信号。

其中，单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：第二受控开关的第一端与第五电阻的第二端连接，第二受控开关的第二端与第七电阻的第二端连接，受控开关的第三端与比较器的输出端连接，用于获取第一控制信号，并且根据第一控制信号选择性连接第二受控开关的第一端以及第二端；二极管设置在负载的第二端与第二受控开关的第二端之间，其中，二极管的阳极与负载的第二端连接，阴极与第七电阻的第一端连接，第七电阻的第二端与第二受控开关的第二端连接。

其中，单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：第七电阻的第一端接负载第二端，第七电阻的第二端接二极管的阳极，二极管的阴极接第二受控开关的第二端，第二受控开关的第一端与第五电阻的第二端连接。

其中，单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：第七电阻的第一端接负载的第二端，第七电阻的第二端接第二受控开关的第二端，第二受控开关的第一端接二极管的阳极，二极管的阴极与第五电阻的第二端连接。

其中，第二受控开关为NMOS管。

其中，缓冲模块为反相器，第一控制信号输入至反相器的输入端，并从反相器的输出端输出第二控制信号。

其中，第一受控开关为NMOS管，NMOS管的源极与电池的负极连接，漏极与负载的第二端连接，第二控制信号输入至NMOS管的栅极。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术，本实用新型提供的电池管理系统利用叠加模块提供锁定信号，能有效实现过流保护的目的且可进行自我锁定，负载去除后可自动解除锁定，并且具有结构简单，成本低廉的优点。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的电池管理系统的电路结构图；

图2是根据本实用新型实施例的电池管理系统的单向开关模块的另一实施方式的电路图；

图3是根据本实用新型实施例的电池管理系统的单向开关模块的又一实施方式的电路图；

图4是根据本实用新型实施例的电池管理系统的工作流程图。

具体实施方式

请参见图1，图1是根据本实用新型实施例的电池管理系统的电路结构示意图。

如图1所示，本实用新型所揭示的电池管理系统可用于检测电池101与负载12所组成的回路中的电流，并在电池101处于过流工作状态时，切断电池101与负载12之间的连接并锁定，当负载12去除后，自动解锁过流状态。

具体而言，本实用新型所揭示的电池管理系统包括电流信号处理模块13、叠加模块14、比较模块15、缓冲模块16、第一受控开关17以及单向开关模块18。

其中，电流信号处理模块13用于检测电池101与负载12所组成的回路中的电流信号，并将电流信号转换成第一电压信号；叠加模块14分别与电流信号处理模块13和单向开关模块18连接，叠加第一电压信号以及锁定信号，以获取叠加电压信号；比较模块15与叠加模块14连接，将叠加电压信号与第一参考电压REF作比较，并在叠加电压信号大于或等于第一参考电压REF时，输出第一控制信号；缓冲模块16与比较模块15连接，将第一控制信号转换为与第一控制信号相位相反的第二控制信号；第一受控开关17的第一端171通过检流电阻R0与电池101的负极连接，第一受控开关17的第二端172与负载12的第二端122连接，负载12的第一端121与电池101的正极连接；第一受控开关17的第三端173在第二控制信号的控制下选择性断开第一受控开关17的第一端171与第二端172之间的连接。

请进一步参见图1，单向开关模块18设置于叠加模块14与负载12的第二端P-之间，用于在第一控制信号的控制下选择性连接叠加模块14与负载的第二端P-。

以下将继续参见图1对上述的电流信号处理模块13、叠加模块14、比较模块15、缓冲模块16、第一受控开关17以及单向开关模块18的电路具体实现方式作出详细说明。

如图1所示，电流信号处理模块13包括检流电阻R0和运算放大电路，检流电阻R0设置在电池101的负极与第一受控开关17之间，检流电阻R0的第一端1与电池101的负极连接，检流电阻R0的第二端2分别与第一受控开关17以及第二参考电压VSS连接。

而运算放大电路包括运算放大器132、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4。第一电阻R1的第一端3连接于检流电阻R0的第一端1(如图1所示，为便于说明，二者均可以B-表示)，第一电阻R1的第二端4连接于运算放大器132的反相输入端。第二电阻R2的第一端5与第一电阻R1的第二端4连接，第二电阻R2的第二端6与运算放大器132的输出端A连接。第三电阻R3的第一端7与第二参考电压VSS连接，第三电阻R3的第二端8与运算放大器132的同相输入端连接。第四电阻R4的第一端9连接于运算放大器132的同相输入端，第四电阻R4的第二端10与第二参考电压VSS连接。值得注意的是，为了使此运算放大电路有较好的共模抑制性能，在优选的实施方式中，第一电阻R1与第三电阻R3的电阻值相同，第二电阻R2与第四电阻R4的电阻值相同。第一电压信号从运算放大器132输出端A输出。

请继续参见图1，叠加模块14包括第五电阻R5以及第六电阻R6，其中第五电阻R5的第一端51与运算放大器132的输出端A连接，第五电阻R5的第二端52连接于单向开关模块18的第二控制开关180的第一端181。第六电阻R6的第一端61与第二参考电压VSS连接，第六电阻R6的第二端62与第五电阻R5的第二端52连接。

值得注意的是，上述的第二参考电压VSS优选为参考地电压。

另外，比较模块15优选为比较器，比较器的同相输入端与第六电阻R6的第二端62连接，以获取叠加信号，比较器的反相输入端与第一参考电压REF连接，比较器对叠加信号与第一参考电压REF进行比较，在叠加信号大于或等于第一参考电压REF时，比较器的输出端D输出第一控制信号。

并且，缓冲模块16优选为反相器，第一控制信号输入至反相器的输入端E，并从反相器的输出端F输出第二控制信号，其中，第一控制信号与第二控制信号相位相反。

单向开关模块18包括第二受控开关180、二极管D2以及第七电阻R7，其中第二受控开关180的第一端181与第五电阻R5的第二端52连接，第二受控开关180的第二端182与电阻R7的第二端72连接，第二受控开关180的第三端183与比较模块15的输出端D连接，用于获取第一控制信号，并且根据第一控制信号选择性连接第二受控开关180的第一端181以及第二端182。二极管D2的阳极与负载12的第二端P-连接，阴极与第七电阻R7的第一端71连接，第七电阻R7的第二端72与第二受控开关180的第二端182连接。

值得注意的是，单向开关模块18中二极管D2的位置不限于如图1所示的方式。

请参阅图2所示，单向开关模块18中二极管D2的位置也可以位于第七电阻R7与第二受控开关180之间，即：第七电阻R7的第一端71接负载的第二端P-，第七电阻R7第二端72接二极管D2的阳极，二极管D2的阴极接第二受控开关180的第二端182，第二受控开关180的第一端181与第五电阻R5的第二端52连接(图2未示)。

请参阅图3所示，单向开关模块18中二极管D2的位置还可以位于第二受控开关180与第五电阻R5之间，即：第七电阻R7的第一端71接负载的第二端P-，第七电阻R7第二端72接第二受控开关180的第二端182，第二受控开关180的第一端181接二极管D2的阳极，二极管D2阴极与第五电阻R5的第二端52连接。

在优选实施方式中，上述的第一受控开关17为NMOS管，NMOS管的源极通过检流电阻R0与电池101的负极连接，漏极与负载12的第二端P-连接，第二控制信号输入至NMOS管的栅极。另外，第二受控开关180亦可优选为NMOS管，NMOS管的源极与第五电阻R5的第二端52连接，NMOS管的漏极与通过二极管D2以及第七电阻R7与负载12的第二端P-连接。但，本领域技术人员应该认识到，第一受控开关17或第二受控开关180亦可利用PMOS管或其他具有受控开关功能的元件或模块来实现，本实用新型对此不作具体限定。

以下将参见图4对本实用新型的电池管理系统的工作流程作具体介绍，其中，图4是根据本实用新型第一实施例的电池管理系统的工作流程图，值得注意的是，为了便于说明，在以下的描述中，将第二参考电压VSS设置为优选的地电压，并且，第一受控开关17、第二受控开关180将采用NMOS管来实现，另外，第一控制信号选取为高电平信号，第二控制信号选取为低电平信号。

如图4所示，本实用新型电池管理系统的工作流程包括以下步骤：

步骤201，在电池101与负载12所组成的回路中不存在过流时，比较模块15的输出端D输出低电平信号。

步骤202，第二受控开关180的栅极183获取低电平信号，源极181和漏极182保持断开状态。

步骤203，缓冲模块16将低电平信号转换为高电平信号，并从缓冲模块16的输出端F输出至第一受控开关17的栅极173，使得源极171和漏极172连通，形成稳态。

步骤204，在电池101与负载12所组成的回路中存在过流时，比较器的输出端D输出高电平信号。

步骤205，第二受控开关180的栅极获取高电平信号，源极181和漏极182连通。

步骤206，缓冲模块16将高电平信号转换为低电平信号并从缓冲模块16的输出端F输出至第一受控开关17的栅极173使得源极171和漏极172之间断开以进入过流保护状态。

步骤207，负载12的第二端P-的电位上升至电池101正极的电位，使得比较模块15的反相输入端B保持高电平以至比较器的输出端D亦保持输出高电平，从而锁定过流保护状态。

步骤208，在移除负载12时端点P-的电位下降至地电压，从而拉低比较器的反相输入端B的电位，使得比较器的输出端D输出低电平信号，第二受控开关180的源极181和漏极182断开。其中，在本步骤中，当移除负载12时，第一受控开关17的等效电容上的电量将会通过二极管D2、第七电阻R7、第二受控开关180的漏极182和源极181以及第六电阻R6而放电至地电压。

步骤209，缓冲模块16的输出端F输出高电平信号，第一受控开关17的源极171和漏极172连通，从而自动解除锁定。

值得注意的是，以上的步骤201-203是正常工作状态的工作方式，在正常工作状态中，回路不存在过流；而步骤204-207是进入过流保护状态并进一步锁定过流保护状态的工作方式，在存在过流时，断开回路并一直维持断开状态；步骤208-209是在造成过流的负载去除后，系统自动解除对过流保护状态的锁定的过程。

如上所述，本实用新型提供的电池管理系统利用负载第二端电压提供锁定信号，能有效实现过流保护自锁定和自解除的目的，并且具有结构简单、成本低廉的优点。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池管理系统，用于检测电池的工作状态，并在所述电池处于过流工作状态时，切断所述电池与负载之间的连接并锁定，当外部过流情况解除后，自动连接所述电池与所述负载所组成的回路，其中，所述负载的第一端与所述电池的正极连接，所述负载的第二端与第一受控开关连接，其特征在于，所述电池管理系统包括：

电流信号处理模块，检测所述回路中的电流信号，并将所述电流信号转换成第一电压信号；

单向开关模块，与所述负载的第二端连接，输出锁定信号；

叠加模块，分别与所述电流信号处理模块和所述单向开关模块连接，叠加所述第一电压信号以及所述锁定信号，以获取叠加电压信号；

比较模块，与所述叠加模块连接，将所述叠加电压信号与第一参考电压作比较，并在所述叠加电压信号大于或等于所述第一参考电压时，输出第一控制信号；

缓冲模块，与所述比较模块连接，将所述第一控制信号转换为与所述第一控制信号相位相反的第二控制信号；

第一受控开关，所述第一受控开关的第一端与所述电池的负极连接，所述第一受控开关的第二端与所述负载的第二端连接，所述第一受控开关的第三端在所述第二控制信号的控制下选择性断开所述第一受控开关的第一端与第二端之间的连接。

2.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述电流信号处理模块包括：

检流电阻，设置在所述电池的负极与所述第一受控开关之间，其中所述检流电阻的第一端与所述电池的负极连接，所述检流电阻的第二端与所述第一受控开关的第一端连接；以及

运算放大电路，包括：

运算放大器；

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接于所述检流电阻的第一端，所述第一电阻的第二端连接于所述运算放大器的反相输入端；

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述第一电阻的第二端连接，所述第二电阻的第二端与所述运算放大器的输出端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二参考电压连接，所述第三电阻的第二端与所述运算放大器的同相输入端连接；

第四电阻，所述第四电阻的第一端连接于所述运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的第二端与所述第二参考电压连接；

其中，所述第一电压信号从所述算放大器的输出端输出。

3.根据权利要求2所述的电池管理系统，其特征在于，所述叠加模块包括：

第五电阻，所述第五电阻的第一端与所述运算放大器的输出端连接，所述第五电阻的第二端连接于所述单向开关模块；

第六电阻，所述第六电阻的第一端与所述第二参考电压连接，所述第六电阻的第二端与所述第五电阻的第二端连接。

4.根据权利要求3所述的电池管理系统，其特征在于，所述比较模块为一比较器，所述比较器的同相输入端与所述第六电阻的第二端连接，以获取所述叠加信号，所述比较器的反相输入端与所述第一参考电压连接，所述比较器对所述叠加信号与所述第一参考电压进行比较，在所述叠加信号大于或等于所述第一参考电压时，所述比较器的输出端输出所述第一控制信号。

5.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：

所述第二受控开关的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第二受控开关的第二端与所述第七电阻的第二端连接，所述受控开关的第三端与所述比较器的输出端连接，用于获取所述第一控制信号，并且根据所述第一控制信号选择性连接所述第二受控开关的第一端以及第二端；

所述二极管设置在所述负载的第二端与所述第二受控开关的第二端之间，其中，所述二极管的阳极与所述负载的第二端连接，阴极与所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端与所述第二受控开关的第二端连接。

6.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：

所述第七电阻的第一端接所述负载第二端，所述第七电阻的第二端接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极接所述第二受控开关的第二端，所述第二受控开关的第一端与所述第五电阻的第二端连接。

7.根据权利要求4所述的电池管理系统，其特征在于，所述单向开关模块包括第二受控开关、二极管以及第七电阻，其中：

所述第七电阻的第一端接所述负载的第二端，所述第七电阻的第二端接所述第二受控开关的第二端，所述第二受控开关的第一端接所述二极管的阳极，所述二极管的阴极与所述第五电阻的第二端连接。

8.根据权利要求5至7任一项所述的电池管理系统，其特征在于，所述第二受控开关为NMOS管。

9.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述缓冲模块为反相器，所述第一控制信号输入至所述反相器的输入端，并从所述反相器的输出端输出所述第二控制信号。

10.根据权利要求1所述的电池管理系统，其特征在于，所述第一受控开关为NMOS管，所述NMOS管的源极与所述电池的负极连接，漏极与所述负载的第二端连接，所述第二控制信号输入至所述NMOS管的栅极。

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