CN206135414U - 电池管理系统的冗余备份控制电路 - Google Patents

电池管理系统的冗余备份控制电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了电池管理系统的冗余备份控制电路，冗余备份控制电路包含至少两路输入电路，每路输入电流分别包括依次连接的端口防护电路模块、反接保护电路模块、单向导电电路控制模块，其中：端口防护电路模块，用于：接入输入电源，对输入电源进行过滤后得到纯净输入电源并输出至反接保护电路模块；反接保护电路模块，用于：对纯净输入电源进行反接保护，并输出至单向导电电路控制模块；单向导电电路控制模块，用于：根据控制信号控制该路的通断；每路输入电路的单向导电电路控制模块的输出端相连接后输出电源。相对于现有技术，本实用新型电池管理系统的冗余备份控制电路在做冗余备份供电的同时，兼具反接保护功能，增加系统可靠性。

Description

电池管理系统的冗余备份控制电路
技术领域
本实用新型涉及一种电池管理系统，尤其是一种电池管理系统的冗余备份控制电路。
背景技术
随着当今社会不可再生能源的日益紧缺，以及其对环境的污染问题越来越严重，催生出以锂离子电池为主的新能源产业的迅猛发展。而锂离子电池由于生产和使用过程中的一致性问题较为严重，需要电池管理系统对电池的使用进行管理，保证其长时间、安全的使用。
电池管理系统的供电方式通常有两种，从电池模组取电，或是由外部电源系统提供电源，并且为了防止意外情况，需做冗余备份，即将两种供电方式同时设计在电池管理系统中。在发生异常时，两种供电方式需要安全、快速、无缝的切换，保证电池管理系统运行的连续性。然而，为了保持设计的一致性及通用性，两种供电方式的输入端口均是相同，并且要求输入端口的线束不能有误，否则将会损坏内部电池管理系统，造成损失甚至引起安全问题。因此需要对现有的冗余备份电路进行改进，增加反接保护功能，保证电池管理系统的安全、可靠运行。
然而，现有的反接保护电路通常使用二极管串在主回路中或使用较为复杂的控制电路，主要弊端有：在较大功率需求的系统中二极管导通损耗较大，且长时间工作在此状态下寿命无法保证；使用复杂的控制电路一方面会降低系统的可靠性，另一方面会增加系统成本，不利于产品的开发与推广。
实用新型内容
本实用新型的目的在于：提供一种具有反接保护功能的电池管理系统的冗余备份控制电路。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了电池管理系统的冗余备份控制电路，所述冗余备份控制电路包含至少两路输入电路，每路输入电流分别包括依次连接的端口防护电路模块、反接保护电路模块、单向导电电路控制模块，其中：
端口防护电路模块，用于：接入输入电源，对输入电源进行过滤后得到纯净输入电源并输出至反接保护电路模块；
反接保护电路模块，用于：对纯净输入电源进行反接保护，并输出至单向导电电路控制模块；
单向导电电路控制模块，用于：根据控制信号控制该路的通断；
每路输入电路的单向导电电路控制模块的输出端相连接后输出电源。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述端口防护电路模块，具体用于：接入输入电源，并对输入电源吸收静电干扰信号、吸收瞬间过压造成的大电流信号、滤除噪声信号后得到纯净输入电源。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述端口防护电路模块，包含：并联的静电保护电容、瞬变电压抑制二极管、至少一个滤波电容，所述静电保护电容的两端、瞬变电压抑制二极管的两端、至少一个滤波电容的两端分别与输入电源的正极和负极连接。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述反接保护电路模块，包含：第一场效应管、第一保护电阻、第二保护电阻；
第一场效应管的源极与第一保护电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的栅极与第二保护电阻的一端相连；
第一场效应管的漏极、第二电阻的另一端与端口防护电路模块连接，第一场效应管的源极与单向导电电路控制模块连接。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述第一场效应管为PMOS管。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述反接保护电路模块，还包含：稳压管，稳压管的负极与第一场效应管的源极连接，稳压管的正极与第一场效应管的栅极连接。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述单向导电电路控制模块为ORING控制电路模块。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述单向导电电路控制模块，包含：ORING控制电路芯片，ORING控制电路芯片的输入引脚与所述反接保护电路模块连接，ORING控制电路芯片的输出引脚作为单向导电电路控制模块的输出端输出电源，ORING控制电路芯片的使能引脚与外部控制信号连接；
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述单向导电电路控制模块，还包含：第二场效应管；
第二场效应管的漏极与所述ORING控制电路芯片的输出引脚连接，第二场效应管的源极与所述反接保护电路模块连接，第二场效应管的栅极与ORING控制电路芯片的控制引脚连接。
作为本实用新型冗余备份控制电路的一种改进：所述第二场效应管为NMOS管。
相对于现有技术，本实用新型电池管理系统的冗余备份控制电路设置有端口防护电路模块、反接保护电路模块、单向导电电路控制模块，使电路在做冗余备份供电的同时，兼具反接保护功能，增加系统可靠性，降低系统成本，保障系统安全、稳定工作。
附图说明
下面结合附图和各个具体实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行详细说明，其中：
图1为本实用新型电池管理系统的冗余备份控制电路的模块示意图。
图2为本实用新型电池管理系统的冗余备份控制电路的电路示意图。
具体实施方式
请参阅图1，使用本实用新型电池管理系统的冗余备份控制电路，所述冗余备份控制电路包含至少两路输入电路，每路输入电流分别包括依次连接的端口防护电路模块11、反接保护电路模块12、单向导电电路控制模块13，其中：
端口防护电路模块11，用于：接入输入电源，对输入电源进行过滤后得到纯净输入电源并输出至反接保护电路模块；
反接保护电路模块12，用于：对纯净输入电源进行反接保护，并输出至单向导电电路控制模块；
单向导电电路控制模块13，用于：根据控制信号控制该路的通断；
每路输入电路的单向导电电路控制模块11的输出端相连接后输出电源。
优选地，冗余备份控制电路包含两路输入电路，其中一路输入电路接电池模组，另一路输入电路接外部电源，两路输入电路的单向导电电路控制模块11的输出端相连接汇合共同为后端电路系统供电。
请参阅图1，每路输入电源分别经过端口防护电路模块11后接入到反接保护电路模块12，实现对输入电源的反接保护功能，保证输出到后端的电源安全、可靠；单向导电电路控制模块13实现对外部输入电源的选择及冗余备份，每路输入电源在电池管理系统内部具有相同的参考地，实现在一路输入电源异常时，另一输入电源可以安全、快速、无缝切换，继续为后端电池管理系统供电。
本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述端口防护电路模块11，具体用于：接入输入电源，并对输入电源吸收静电干扰信号、吸收瞬间过压造成的大电流信号、滤除噪声信号后得到纯净输入电源。
请参阅图2，本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述端口防护电路模块11，包含：并联的静电保护电容C1、C5、瞬变电压抑制二极管DZ2、DZ4、至少一个滤波电容C2、C3、C4、C6、C7、C8，所述静电保护电容C1、C5的两端、瞬变电压抑制二极管DZ2、DZ4的两端、至少一个滤波电容C2、C3、C4、C6、C7、C8的两端分别与输入电源的正极和负极连接。
以其中一路输入电路为例，当外部电源通过输入电源正确接入到端口防护电路模块11时，端口防护电路模块11中静电保护(Electro Static discharge，ESD)电容C1可吸收静电干扰信号，瞬变电压抑制(Transient Voltage Suppressor，TVS)二极管DZ2可以快速吸收由于瞬间过压造成的大电流信号，保护后端电路器件的正常运行，输入电源再经过不同容值的滤波电容C2、C3、C4滤除噪声信号后得到纯净的电源输入到反接保护电路模块12中。
当外部电源通过输入电源反向接入到端口防护电路模块11时，由于端口防护电路11所选用的ESD电容C1、TVS管DZ2、滤波电容C2、C3、C4均是双向器件，因此不会造成此模块器件的损坏
请参阅图2，本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述反接保护电路模块12，包含：第一场效应管Q1、Q3、第一保护电阻R1、R4、第二保护电阻R2、R5；
第一场效应管Q1、Q3的源极与第一保护电阻R1、R4的一端连接，第一电阻R1、R4的另一端与第一场效应管Q1、Q3的栅极连接，第一场效应管Q1、Q3的栅极与第二保护电阻R2、R5的一端相连；
第一场效应管Q1、Q3的漏极、第二电阻R2、R5的另一端与端口防护电路模块11连接，第一场效应管Q1、Q3的源极与单向导电电路控制模块13连接。
本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述第一场效应管为PMOS管。
PMOS即P型的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，MOS)。以其中一路输入电路为例，反接保护模块12中的第一场效应管为PMOS管，PMOS管Q1的体二极管由于前后压差大于导通的压差，自行导通，此时电流均从PMOS管Q1的体二极管流过，使得第一保护电阻R1和第二保护电阻R2上形成压降，由于输入电压经第一保护电阻R1和第二保护电阻R2的分压后，在第二保护电阻R2两端的电压与PMOS管Q1的栅极电压相同，使得PMOS管Q1满足导通条件，PMOS管Q1由断开状态切换为导通状态，此时电流不再由PMOS管Q1的体二极管流过，而是从PMOS管Q1上流过，PMOS管的导通压降远小于其体二极管的导通压降，因此降低了PMOS管Q1的功率损耗，同时大大提高了PMOS管Q1的工作寿命。
当外部电源通过输入电源反向接入时，由于输入信号反向及二极管的单向导电特性，输入信号的正极进入到反接保护模块时，电流无法从体二极管流过，因此输入电源无法在第一保护电阻R1和第二保护电阻R2上分压，无法驱动PMOS管Q1，即PMOS管Q1不导通，无法形成回路，达到反接保护的功能，同时由于不能形成回路，因此也不会对后端系统造成损坏，保护后端电路系统的安全、可靠。
请参阅图2，本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述反接保护电路模块，还包含：稳压管DZ1、DZ3，稳压管DZ1、DZ3的负极与第一场效应管Q1、Q3的源极连接，稳压管DZ1、DZ3的正极与第一场效应管Q1、Q3的栅极连接。
本实施例增加稳压管，以保护第一场效应管的栅极与源极，使得栅极与源极的电压不超过第一场效应管栅极和源极的最大承受电压。
本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述单向导电电路控制模块13为ORING控制电路模块。
请参阅图2，本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述单向导电电路控制模块13，包含：ORING控制电路芯片U1、U2、Q4，ORING控制电路芯片U1、U2的输入引脚与所述反接保护电路模块12连接，ORING控制电路芯片U1、U2的输出引脚作为单向导电电路控制模块13的输出端输出电源，ORING控制电路芯片U1、U2的使能引脚与外部控制信号连接。
本实施例通过ORING控制电路芯片对输入电路进行选择。
以其中一路输入电路为例，ORING控制电路芯片U1的引脚3、7空接，引脚6接地，使能引脚5通过电阻R3(在另一路输入电路中为电阻R6)接外部控制信号，以控制在不同输入电路中切换。
本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中：所述单向导电电路控制模块13，还包含：第二场效应管Q2、Q4；
第二场效应管Q2、Q4的漏极与所述ORING控制电路芯片U1、U2的输出引脚连接，第二场效应管Q2、Q4的源极与所述反接保护电路模块12连接，第二场效应管Q2、Q4的栅极与ORING控制电路芯片U1、U2的控制引脚连接。
本实用新型冗余备份控制电路的一个实施例中，所述第二场效应管为NMOS管。
NMOS管即N型的金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，MOS)。以其中一路输入电路为例，第二场效应管Q2为NMOS管。PMOS管Q1源极输出后进入到单向导电电路控制模块13，与单向导电电路控制模块13中的NMOS管Q2的源极相连，PMOS管Q1的源极同时还接入ORING控制电路芯片U1的输入引脚2及引脚4，NMOS管Q2的漏极ORING控制电路芯片U1的输出引脚8相连，并作为一路输出电源为后端电路系统供电。其中，NMOS管Q2体二极管会自行导通，电流从NMOS管Q2的体二极管流过并形成压降，ORING控制电路芯片U1可以将NMOS管Q2源极与漏极压降检测出来，并在达到一定值时通过控制引脚1驱动NMOS管Q2的栅极，使得NMOS管Q2导通，此时，电流将不再由NMOS管Q2的体二极管流过，而是从NMOS管Q2上流过，NMOS管Q2的导通压降远小于其体二极管的导通压降，因此降低了NMOS管Q2的功率损耗，同时大大提高了NMOS管Q2的工作寿命。
根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。

Claims (10)

1.电池管理系统的冗余备份控制电路，其特征在于：所述冗余备份控制电路包含至少两路输入电路，每路输入电流分别包括依次连接的端口防护电路模块、反接保护电路模块、单向导电电路控制模块，其中：
端口防护电路模块，用于：接入输入电源，对输入电源进行过滤，得到纯净输入电源并输出至反接保护电路模块；
反接保护电路模块，用于：对纯净输入电源进行反接保护，并输出至单向导电电路控制模块；
单向导电电路控制模块，用于：根据控制信号控制该路的通断；
每路输入电路的单向导电电路控制模块的输出端相连接后输出至后端电路。
2.根据权利要求1所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述端口防护电路模块，具体用于：接入输入电源，并对输入电源吸收静电干扰信号、吸收瞬间过压造成的大电流信号、滤除噪声信号后得到纯净输入电源。
3.根据权利要求2所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述端口防护电路模块，包含：并联的静电保护电容、瞬变电压抑制二极管、至少一个滤波电容，所述静电保护电容的两端、瞬变电压抑制二极管的两端、至少一个滤波电容的两端分别与输入电源的正极和负极连接。
4.根据权利要求1所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述反接保护电路模块，包含：第一场效应管、第一保护电阻、第二保护电阻；
第一场效应管的源极与第一保护电阻的一端连接，第一电阻的另一端与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的栅极与第二保护电阻的一端相连；
第一场效应管的漏极、第二电阻的另一端与端口防护电路模块连接，第一场效应管的源极与单向导电电路控制模块连接。
5.根据权利要求4所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述第一场效应管为PMOS管。
6.根据权利要求4所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述反接保护电路模块，还包含：稳压管，稳压管的负极与第一场效应管的源极连接，稳压管的正极与第一场效应管的栅极连接。
7.根据权利要求1所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述单向导电电路控制模块为ORING控制电路模块。
8.根据权利要求7所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述单向导电电路控制模块，包含：ORING控制电路芯片，ORING控制电路芯片的输入引脚与所述反接保护电路模块连接，ORING控制电路芯片的输出引脚作为单向导电电路控制模块的输出端输出电源，ORING控制电路芯片的使能引脚与外部控制信号连接。
9.根据权利要求8所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述单向导电电路控制模块，还包含：第二场效应管；
第二场效应管的漏极与所述ORING控制电路芯片的输出引脚连接，第二场效应管的源极与所述反接保护电路模块连接，第二场效应管的栅极与ORING控制电路芯片的控制引脚连接。
10.根据权利要求9所述的冗余备份控制电路，其特征在于：所述第二场效应管为NMOS管。
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