CN205319726U - 安全热插拔式电池电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种安全热插拔式电池电源系统。该系统包括若干电池模块，电池管理板，开关电源以及通讯接口、电源接口；电池模块通过接插件与电池管理板相连，开关电源通过电池管理板为电池模块充电；电池模块包括串联或并联的电池芯组和电池保护板，电池管理板用于管理各电池模块的充放电；当有多组电池模块连在电池管理板上时，只有一组电池模块处于放电状态。通过本申请实现了一种多节电池热插拔管理系统的拓扑结构，多组电池模块只有一个处于放电状态，并通过通讯接口实时监测电池的状态，从而在突发情况下可以自动切换。

Description

安全热插拔式电池电源系统

技术领域

本实用新型涉及一种电池电源系统，具体为一种可热插拔更换电池的，安全不间断电池电源系统。

背景技术

安全和稳定性是医疗仪器设备的重要属性，对于由独立电源(电池)供电的医疗设备来说，电池管理系统的安全和稳定性是其中的关键因素。对于需要连续供电的医疗仪器来说，在电池电量有限的情况下，如何做到在不切断电源的情况下，通过更换电池以保障设备连续的电源供应这一技术具有重要意义。目前，大多数医疗仪器一般采用市电供电，市场上针对于移动式医疗设备的电源系统很少，而能够支持电池热插拔的电源系统则更少。但是随着医疗科学技术的发展，移动式医疗仪器具有广阔的市场前景，如器官移植运输类医疗仪器设备，则能够长时间安全稳定为设备供电的电源系统对移动式医疗仪器的发展具有重要意义。本实用新型针对于此，公开一种用于医疗仪器设备的电池电源系统的拓扑结构，该系统可以同时管理多节电池，支持电池热插拔，通过不断更换电池的方式，保证系统电源的持续供应。系统内部通过数据通讯总线可以实时监测电池状态和系统工作状态，保证了使用设备对电池电源系统的实时控制。

发明内容

本实用新型的目的针对现有技术的不足，提供一种支持电池组热插拔，并且在更换电池组时能为仪器不间断供电的电池管理系统。

本实用新型的具体技术方案如下：

热插拔式电池电源系统包括若干电池模块，电池管理板，开关电源以及通讯接口、电源接口；其中通讯接口包括电池通讯接口、外部设备通讯接口，电源接口包括电池电源接口、外部设备电源接口、开关电源接口；电池模块通过接插件经电池通讯接口、电池电源接口与电池管理板相连，且任意电池模块可自由插拔；开关电源与电池管理板通过开关电源接口相连，开关电源通过电池管理板为电池模块充电；

所述的电池模块包括串联或并联的电池芯组和电池保护板；将电池芯组和电池保护板封装于一个壳体内，在壳体上留出电源和通讯接口、独立电池充电接口、led电量指示灯以及电量查询按键；所述的电池保护板用于实时监测该电池模块内部电池电量、电压、电流、温度等信息，并与外部通讯，同时对该电池进行充放电保护。

所述的电池管理板接收每组电池模块经电池通讯接口(例如SMbus、IIC、串口通讯等)传输的电量、电流、电压、电池温度，以及各电池模块内电池的充电、放电状态，然后将这些信息通过外部设备通讯接口传送至外部设备，外部设备可根据接收信息进行显示或警报。

所述的电池管理板用于管理各电池模块的充放电；当有多组电池模块连在电池管理板上时，每次只有一组电池模块处于放电状态；

进一步地，所述的电池管理板内部还设有若干与电池模块相配对的快速电压检测模块，能实时检测该电池模块的输出电压是否在合理范围之内；当一组电池模块处于放电状态，如果其被拔走或者电量过低时，电池管理板通过电池切换模块迅速切换到下一组电量充足的电池模块进行放电，防止电池过放；

进一步地，所述的电池管理板内部还设有电荷缓冲器，以保证在电池切换过程中电源的持续供应；

进一步地，所述的电池管理板上设有多种电压输出，以满足系统不同的供电需求，当电池电量不满时，通过开关电源可控制电池管理板为电池充电，当电池电量满时，通过开关电源可控制电池管理板停止为电池充电，以防止电池过冲。

所述的电池切换模块能快速选择某一组电池模块为外部设备供电或者选择断电，每次只有一组电池处于放电状态。电池管理板可通过电池通讯接口获取到处于放电状态的电池模块电量的信息，当该电池电量较低时引发电池切换模块的切换动作；电池管理板也可同电源接口处的电压检测模块快速检测于放电状态的电池模块电池输出的电压值，当该电池模块脱离电池管理板时，电压检测模块迅速检测到电压的变化，引发电池切换模块的切换动作，保证了电池模块拔走时的响应实时性。

通过实施本实用新型，实现了一种多节电池热插拔管理系统的拓扑结构，多组电池模块只有一个处于放电状态，并通过通讯接口实时监测电池的状态，从而在突发情况下可以自动切换。每块电池都具有独立保护板，当充放电电流过大、电池温度过高或者电量不足时，对电池进行智能切换和保护。本实用新型充分发挥了电池的性能，提高了电池的使用寿命。同时本系统支持电池模块的热拔插，通过快速电压检测模块保证了电池拔走时切换响应的实时性。电荷缓存器使得电池模块切换时也能保证设备的持续供电。通过电池通讯接口、电压检测模块的配合实现的电池切换算法，保证了电池损坏或拔走时切换的准确性，保障了医疗仪器的安全稳定运行。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是电池切换示意图；

图3是电池切换流程图；

其中电池模块1、电池管理板2、外部设备3、开关电源4、电池组5、电量指示灯口6、电量查询按键7、电池电源接口8、外部设备通讯接口9、开关电源接口10、电池通讯接口11、独立电池充电接口12、电池保护板13、电源按键14、外部设备电源接口15、电池切换模块16、电荷缓存器17、电压检测模块18，交流电源接口19。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的分析。

如图1所示，其为电池电源系统的结构示意图。本实用新型热插拔式电池电源系统包括若干电池模块1(如各种锂电池、铅蓄电池)，一个电池管理板2(如专门针对锂电池管理的电路板，可以采用的锂电池管理芯片如TI的BQ40Z50锂电池管理芯片)，开关电源4(如中国台湾明纬电源LRS-100-24可以实现220V转换为24V稳压电源)以及通讯接口(如SMbus、IIC、串口通讯等)、电源接口(如笔记本电源常用的2011F-9PIN接口)；每组电池模块1通过各自的接插件经电池通讯接口11、电池电源接口8与电池管理板2相连，且任意电池模块1可自由插拔；开关电源4与电池管理板2通过开关电源接口10(如VH396系列连接器，Molex公司电源连接器)相连，开关电源4通过电池管理板2为电池模块1充电；

每组电池模块1内部封装有串联或并联的电池芯组5(如18650锂电池组、聚合物锂电池组)和电池保护板13，并在壳体适当位置留有电源和通讯接插件8和11、电量指示灯口6(可采用发光二极管LED指示灯)、电量查询按键7(可采用轻触开关、非自锁按键开关)、电池保护板13以及独立电池充电接口12；电池保护板13能实时检测该电池模块内电池的电量、电流、电压、温度、充电电流、放电电流等信息。数个电量指示灯将电量分为多档，电量指示灯6默认全灭，当用户按下电量查询按键7后，给予显示。电池模块1可以利用电源适配器通过独立电池充电接口12进行充电。

电池管理板2由电源接口、通讯接口、电池切换模块16、电荷缓存器17、电压检测模块18等组成。多组电池模块通过各自的接插件经电池电源接口8、电池通讯接口11与电池管理板2相连，接插件使得电池模块能够完全脱离电池管理板2，便于电池模块的更换。电池接插件由电池电源接口8和电池通讯接口11组成。电池模块通过电池通讯接口11将电池的电量、电流、电压、温度、各电池模块充电状态、各电池模块放电状态等信息传给电池管理板。

电池切换示意图如图2所示，电池管理板2内部的电池切换模块16(该切换模块可以采用多路继电器或通过MOS管构成的电路实现)能快速选择某一路电池为设备供电或者选择断电，每次只有一组电池处于放电状态。当某一处于放电状态的电池模块电量较低时，电池管理板2通过电池通讯接口11获取到该处电池模块电量低的信息，引发电池切换模块16的切换动作。电池管理板2上每一路电池电源接口都有电压检测模块18(如通过高速AD转换器可实现高精度，连续电压检测；也可以通过多路比较器电路实现对特定几种电压(如3.7V、7.4V)的检测)，该模块可以快速检测电池输出的电压。当某一处于放电状态的电池模块脱离电池管理板2时，电压检测模块18迅速检测到电压的变化，引发电池切换模块16的切换动作，保证了电池模块拔走时的响应实时性。电池管理板的外部设备电源接口15带有电荷缓冲器(可以采用大容量铝电解电容实现)，电荷缓存器保证了电池切换时系统电源的持续供应，使得切换过程安全稳定。电池切换流程如图3所示，电池管理板至上而下迅速循环检测，直到电池管理板2通过电池通讯接口11与电池模块1通讯成功且电池模块电量大于5％，使其放电，通过通讯接口、电压检测模块的配合实现的电池切换算法，保证了电池损坏或拔走时切换的准确性。

电池管理板2实时记录各路电池模块的电量、电流、电压、电池温度、各电池模块充电状态、各电池模块放电状态、各插座上是否有电池模块(如果电池通讯接口11通讯多次失败并且电压检测模块18检测到电池输出电压低于某一阈值时则可认为该电池不存在，否则存在。)等信息。外部设备3与电池管理板2通过外部设备通讯接口9和外部设备电源接口15相连。外部设备电源接口15有多路电源输出，以满足设备多种供电需求。电池管理板2将电池模块的电量、电流、电压、电池温度、各电池模块充电状态、电池模块放电状态、各插座上是否有电池模块等信息通过外部设备通讯接口9传给设备。设备可以根据信息进行显示或警报。设备通过外部设备通讯接口可以实现对电池的关机重启等功能。

市电通过交流电源接口19为开关电源4供电，开关电源4将交流电转化为直流电。开关电源4与电池管理板2通过开关电源接口10相连，开关电源4通过电池管理板为电池充电。当电池电量不满时，开关电源通过电池管理板为电池充电，电池电量满时，停止充电以防止电池过冲。长按电源按键14三秒钟，电池管理板2为设备供电，再长按电源按键14三秒钟，电池管理板2为设备断电。

上述实施例并非是对于本实用新型的限制，本实用新型并非仅限于上述实施例，只要符合本实用新型要求，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.安全热插拔式电池电源系统，其特征在于包括若干电池模块，电池管理板，开关电源以及通讯接口、电源接口；电池模块通过接插件与电池管理板相连，且任意电池模块可自由插拔，开关电源通过电池管理板为电池模块充电；

所述的电池模块包括串联或并联的电池芯组和电池保护板，其中电池保护板用于实时监测该电池模块内部电池电量、电压、电流、温度信息，并与外部通讯，同时对该电池进行充放电保护；

所述的电池管理板用于管理各电池模块的充放电。

2.如权利要求1所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池模块是将电池芯组和电池保护板封装于一个壳体内，在壳体上留出电源和通讯接口、独立电池充电接口、led电量指示灯以及电量查询按键。

3.如权利要求1所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池管理板接收每组电池模块经电池通讯接口传输的电量、电流、电压、电池温度，以及各组电池模块内电池的充电、放电状态，然后将这些信息通过外部设备通讯接口传送至外部设备，外部设备可根据接收信息进行显示或警报。

4.如权利要求1所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于当有两组及两组以上电池模块与电池管理板相连时，只有一组电池模块处于放电状态。

5.如权利要求1所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池管理板内部设有若干与电池模块相配对的快速电压检测模块，能实时检测该电池模块的输出电压是否在合理范围之内；当一组电池模块处于放电状态，如果其被拔走或者电量过低时，电池管理板通过电池切换模块迅速切换到下一组电量充足的电池模块进行放电，防止电池过放。

6.如权利要求1或5所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池管理板内部设有电荷缓冲器，以保证在电池切换过程中电源的持续供应。

7.如权利要求1所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池管理板上设有多种电压输出，以满足系统不同的供电需求，当电池电量不满时，通过开关电源可控制电池管理板为电池充电，当电池电量满时，通过开关电源可控制电池管理板停止为电池充电，以防止电池过冲。

8.如权利要求5所述的安全热插拔式电池电源系统，其特征在于所述的电池切换模块能快速选择某一组电池模块为外部设备供电或者选择断电；电池管理板可通过电池通讯接口获取到处于放电状态的电池模块电量的信息，当该电池电量较低时引发电池切换模块的切换动作；电池管理板也可通过电压检测模块快速检测于放电状态的电池模块电池输出的电压值，当该电池模块脱离电池管理板时，电压检测模块迅速检测到电压的变化，引发电池切换模块的切换动作，保证了电池模块拔走时的响应实时性。