CN203205896U

CN203205896U - 一种电池包充电电路

Info

Publication number: CN203205896U
Application number: CN 201220737144
Authority: CN
Inventors: 朱祥; 何志强; 杨云
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2022-12-28

Abstract

一种电池包充电电路，外部充电电源可通过该充电电路给电池包充电，电池包还可以通过电池包充电电路给负载提供电源；电池包充电电路包括：充电保护开关管、放电保护开关管、控制充电保护开关管和放电保护开关管导通和断开的电池管理模块以及用于在充电时给充电保护开关管提供电压并使其导通的分压电路；通过分压电路的电压输出端给电池管理模块的第二驱动端提供电压，进一步驱动充电保护开关管，使得在电池包电压很小的情况下，充电保护开关管的控制端便有一电压，可以让外部充电电源直接给电池包充电，不需要将电池包拆开，并且电路结构简单，操作方便。

Description

一种电池包充电电路

技术领域

本实用新型涉及电池充放电技术领域，具体涉及一种电池包充电电路。

背景技术

锂电池或铁电池包成的电池包在长期存放后，由于电池自放电，电池电压会慢慢降低，甚至会降到接近0V。这种情况的电池需要通过对电池使用非常小的电流，即所谓的“涓流”充电的方式，“唤醒”电池。然后才能使用较大的电流对电池进行正常的充电。

在电池包的电压低到电池包管理电路不能工作时，充、放电路径的MOS管将处于非导通状态，充、放电功能都不能使用。当外接外部充电电源时，充电MOS管的G端等若悬空，其电压不确定，GS之间的电压差也无法确定，故MOS管不能导通，因此充电电流无法进入各节电池。

一般的做法是将电池包内的各节电池取出来，直接在各单节电池的正负极之间或者在电池包的正负极之间进行“涓流”充电，唤醒电池。这种方法需要将电池包拆开，操作很繁琐；而且还可能在拆解过程中损坏电池。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，现有技术中外接外部充电电源时，充电MOS的G端没有电压，等于G端悬空。所以，G、S端之间的电压不确定，MOS管不能导通。所以不能直接对整个电池包进行充电。要想能够对整个电池包进行“涓流”充电，需要解决G端电压的问题。故本实用新型提供了一种可以解决G端电压的电池包充电电路。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种电池包充放电电路，外部充电电源可通过该充放电电路给电池包充电，电池包还可以通过所述电池包充放电电路给负载提供电源；电池包充放电电路包括：充电保护开关管、放电保护开关管、控制充电保护开关管和放电保护开关管导通和断开的电池管理模块以及用于在充电时给充电保护开关管提供电压并使其导通的分压电路；所述电池包的电源端连接电池管理模块的电源端，电池包的负端连接电池管理模块的地信号，电池包的电源端连接充放电正极端子；所述电池管理模块的第一驱动端连接放电保护开关管的控制端，所述放电保护开关管的第一端与地信号连接，第二端连接放电负极端子；所述电池管理模块的第二驱动端连接充电保护开关管的控制端，所述充电保护开关管的第一端连接放电保护开关管的第二端，充电保护开关管的第二端连接充电负极端子；所述分压电路连接在充放电正极端子和充电负极端子之间，所述分压电路的电压输出端连接至电池管理模块的第二驱动端。

进一步地，所述分压电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2串联后的一端连接电池包的电源端，另一端充电保护开关管的第二端；电阻R1和电阻R2串联的节点为分压电路的电压输出端。

进一步地，所述充电保护开关管为NMOS管。

进一步地，所述MOS管体内包括二极管，所述二极管的正极连接MOS管的源极，二极管的负极连接MOS管的漏极。

进一步地，放电保护开关管为MOS管。

进一步地，所述电池包充电电路还包括采样电阻Rs，所述放电保护开关管的第一端通过所述采样电阻Rs与地信号连接，采样电阻Rs的两端分别连接至电池管理模块。

进一步地，所述电池管理模块为电池管理芯片。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的电池包充放电电路，通过分压电路的电压输出端给电池管理模块的第二驱动端提供电压，进一步驱动充电保护开关管以使充电保护开关管导通，那么即使在电池包电压很小的情况下，可以让外部充电电源直接给电池包充电，不需要将电池包拆开，并且电路结构简单，操作方便。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例电池包充电电路原理图。

图2是本实用新型第二实施例电池包充电电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型第一实施例电池包充电电路原理图；本实施例公开了一种电池包充放电电路，外部充电电源可通过该充放电电路给电池包10充电，电池包10还可以通过所述电池包充放电电路给负载提供电源；电池包充放电电路包括：充电保护开关管50、放电保护开关管40、控制充电保护开关管50和放电保护开关管40导通和断开的电池管理模块20以及用于在充电时给充电保护开关管50提供电压并使其导通的分压电路30；电池包10的电源端连接电池管理模块20的电源端VPP，电池包10的负端连接电池管理模块20的地信号GND，电池包的负端也是整个电路的电压参考点。电池包10的电源端连接充放电正极端子A；所述电池管理模块10的第一驱动端DSG连接放电保护开关管40的控制端，放电保护开关管40的第一端与地信号GND连接，第二端连接放电负极端子C；电池管理模块20的第二驱动端CHG连接充电保护开关管50的控制端，充电保护开关管50的第一端连接放电保护开关管40的第二端，充电保护开关管50的第二端连接充电负极端子B；分压电路30连接在充放电正极端子A端和充电负极端子B之间，分压电路30的电压输出端连接至电池管理模块20的第二驱动端CHG。本实施例通过分压电路30的电压输出端给电池管理模块20的第二驱动端CHG提供电压，进一步驱动充电保护开关管50，使得在电池包电压很小的情况下，充电保护开关管的控制端便有一电压，可以让外部充电电源直接给电池包充电，不需要将电池包拆开，并且电路结构简单，操作方便。

本实施例中，当电池包10放电时，如果过放，电池管理模块20检测到电池包10过放时，可以控制放电保护开关管40断开，强制电池包10不再放电。当外部充电电源给电池包10充电时，电池管理模块20检测到电池包10的电源端过充时，可以控制充电保护开关管50断开，从而使外部电源不能继续给电池包10充电。当电池包10的电压低于电池管理模块20的电源电压时，电池管理模块20不能正常工作，当外部电源给电池包10充电时，由于分压电路30的两端分别连接在充放电正极端子A端和充电负极端子B之间，分压电路30的电压输出端可以给电池管理模块20的第二驱动端提供电压，使得充电保护开关管50导通。

图2是本实用新型第二实施例电池包充电电路原理图；参考图2，本实施例中分压电路30包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2串联后的一端连接电池包10的电源端，另一端充电保护开关管50的第二端；电阻R1和电阻R2串联的节点为分压电路30的电压输出端。为了降低电路的功耗，需要减小电路中的工作电流，电路中的电阻需要选取阻值比较大的，达到兆欧姆级别。

充电保护开关管50为MOS管Q2，放电保护开关管40为MOS管Q1。MOS管Q2的栅极连接电池管理模块20的第二驱动端，MOS管Q1的栅极连接电池管理模块20的第一驱动端，MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的漏极连接，MOS管Q1的源极是MOS管Q1的第一端，MOS管Q2源极是MOS管Q2的第二端。两个MOS管体内包括二极管，所述二极管的正极连接MOS管的源极，二极管的负极连接MOS管的漏极。电池包充电电路还包括采样电阻Rs，所述放电保护开关管40的第一端通过所述采样电阻Rs与地信号连接，采样电阻Rs的两端分别连接至电池管理模块20；电池管理模块20可以采样电阻Rs的电压，进而可以得知电阻Rs上的电流大小，判断是否过流，如果过流，电池管理模块20可以断开相应电路。

电池包10内部有一定数量的锂电池或铁电池，是一组串行连接的锂电池或者铁电池，具体数量根据不同的应用有所不同，本实例中以16节锂电池为例，整个电池包的电压最高可达4.2V*16=67.2V。电池包在放电工作时，外接的端子正极是充放电正极端子A，负极是放电负极端子C；此时充电负极端子B空悬。电池包在充电时，外接的端子正极是充放电正极端子A，负极是充电负极端子B；此时放电负极端子C悬空。

电池管理模块20是电池包的主要管理电路。实现电池的管理功能。包括电池电压、温度、电流等参数的检测，由电池包正极与负极之间的电压供电。本实施例中，电池管理模块20为电池管理芯片。当电池包正负极之间的电压不够时，该模块会停止工作，它的第二驱动端CHG和第一驱动端DSG没有固定电平，处于悬空状态。

放电MOS管Q1与充电MOS管Q2都是N沟道增强型功率MOS管，分别用以导通或者关断放电电流和充电电流。放电MOS管Q1的源极经过一个阻值很小的采样电阻Rs连接到电池包10的负端GND。该采样电阻Rs的作用是采样流经电池包的电流大小与方向。采样结果由电池管理模块10处理，并且用以决定电池管理模块10第二驱动端CHG端与第一驱动端DSG端输出何种电压来驱动两个MOS管的栅极。电流采样电阻Rs应该选取功率比较大的金属电阻。阻值应该根据使用环境中电流的大小和电池管理模块20的电压采样范围，选择合适的阻值。一般来说，选取毫欧姆级别的金属采样电阻。

放电MOS管Q1的栅极G连接到电池管理模块20的第一驱动端DSG。第一驱动端DSG可以提供0V和12V的电平用以驱动MOS管Q1。充电MOS管Q2的S端连接到电池包的充电负极端子B上。充电MOS管Q2的栅极G连接到电池管理模块20的第一驱动端CHG。第一驱动端CHG可以提供0V和12V的电平用以驱动MOS管Q2。放电MOS管Q1与充电MOS管Q2需要流过比较大的电流，所以依据使用环境所需要的电流大小来选取功率合适的MOS管。一般从成本考虑选择N-MOS。如75N75之类的N-MOS管。

当外接外部充电电源时，充放电正极端子A接到外部充电电源的正极，充电负极端子B接到外部充电电源的负极。充放电正极端子A与充电负极端子B之间有串联的电阻R1与电阻R2，经电阻分压后，充电MOS管Q2的栅极G有了一定的电压，具体值由充电电压值和电阻R1与电阻R2的比值决定。放电MOS管Q2的源极连接到充电负极端子B，即连接外部充电电源的负极。所以，根据放电MOS管Q2导通所需要的G、S之间的电压，和充电电压来调整电阻R1与电阻R2的比值，可以使得放电MOS管Q2能够导通。

此时，电池充电的电流回路如下：从外部充电电源正极流出，由充放电正极端子A进入电池包，并经电池包内各节电池，从电池包负极流出。再经过电流采样电阻Rs，放电MOS管Q1，充电MOS管Q2，最后经充电负极端子B回到外部充电电源。

在该回路中放电MOS管Q1的栅极在电池管理模块20恢复正常工作之前，也是处于悬空状态，即放电MOS管Q1也不能导通。但是，由于MOS管内部存在体二极管，参考图2中，并且该二极管导通方向与充电电流流经方向一致，充电的电流可以通过该二极管流动。当然，该二极管的正向电流不会太大，只适合“涓流”充电阶段的电流通过，即小电流流过。当“涓流”充电一段时间，电池包被“唤醒”；“唤醒”即电池包充电并达到一定的电压，该电压可供电池管理模块进行工作。电压上升到电池管理模块20能够恢复工作后，放电MOS管Q1的G端被电池管理模块20驱动，可以使放电MOS管Q1完全导通。之后电池包就可以进行正常的充电、放电了。

分压电路30是本实用新型中实现极低电压充电的重要部分。电阻R1与电阻R2的阻值应该根据外部充电电源的电压来设计。外部充电电源的电压为一般电池包的最高电压。比如本实施例中，外接外部充电电源的最高电压为电池包最高电压67.2V。为了能够保证外接外部充电电源时，充电MOS管Q2能够导通，要求充电MOS管Q2的栅源极间电压能够高于其阈值电压。一般的功率MOS管，如75N75导通时的栅源极间电压在4V至20V之间，可取典型值12V。所以，可以取电阻R1与 R2的比值为R1：R2=4:1。出于减少电阻功耗的目的，电阻值应该选取比较大的值，比如R1=4Mohm，R2=1Mohm。考虑单个电阻耐压范围，出于安全考虑，R1可以分别是2个以上电阻的串联组合。

综上，本实用新型以较低的成本、简单的电路、较低的功耗实现极低电压下的电池包充电，能够使电池包的使用更方便。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种电池包充电电路，外部充电电源可通过该充电电路给电池包充电，电池包还可以通过所述电池包的充电电路给负载提供电源；其特征在于，电池包充电电路包括：

充电保护开关管、放电保护开关管、控制充电保护开关管和放电保护开关管导通和断开的电池管理模块以及用于在充电时给充电保护开关管提供电压并使其导通的分压电路；所述电池包的电源端连接电池管理模块的电源端，电池包的负端连接电池管理模块的地信号，电池包的电源端连接充放电正极端子；所述电池管理模块的第一驱动端连接放电保护开关管的控制端，所述放电保护开关管的第一端与地信号连接，第二端连接放电负极端子；所述电池管理模块的第二驱动端连接充电保护开关管的控制端，所述充电保护开关管的第一端连接放电保护开关管的第二端，充电保护开关管的第二端连接充电负极端子；所述分压电路连接在充放电正极端子和充电负极端子之间，所述分压电路的电压输出端连接至电池管理模块的第二驱动端。

2.根据权利要求1所述的电池包充电电路，其特征在于，所述分压电路包括电阻R1和电阻R2，所述电阻R1和电阻R2串联，电阻R1和电阻R2串联后的一端连接电池包的电源端，另一端充电保护开关管的第二端；电阻R1和电阻R2串联的节点为分压电路的电压输出端。

3.根据权利要求1所述的电池包充电电路，其特征在于，所述充电保护开关管为 MOS管。

4.根据权利要求3所述的电池包充电电路，其特征在于，所述MOS管体内包括二极管，所述二极管的正极连接MOS管的源极，二极管的负极连接MOS管的漏极。

5.根据权利要求1所述的电池包充电电路，其特征在于，放电保护开关管为 MOS管。

6.根据权利要求5所述的电池包充电电路，其特征在于，所述MOS管体内包括二极管，所述二极管的正极连接MOS管的源极，二极管的负极连接MOS管的漏极。

7.根据权利要求1-6任一项所述的电池包充电电路，其特征在于，所述电池包充电电路还包括采样电阻Rs，所述放电保护开关管的第一端通过所述采样电阻Rs与地信号连接，采样电阻Rs的两端分别连接至电池管理模块。

8.根据权利要求1-6任一项所述的电池包充电电路，其特征在于，所述电池管理模块为电池管理芯片。