一种开关电路和电池化成分容装置
技术领域
本实用新型属于电子技术领域,尤其涉及一种开关电路和电池化成分容装置。
背景技术
电池在进行化成分容时,可以采用多个电池串联的方式进行,串联化成分容可以有效减少线材数量以及线材带来的能量损耗。当其中一个电池出现异常时,通常需要停止整个电池系统来拆卸维修或更换故障的电池,这样十分不利于电池系统的维护和持续性的工作。现有技术中通常通过继电器来控制电池的切离与切入,可以减小异常电池对整串电池化成分容的影响。
虽然随着技术的不断发展,继电器的切换指令响应与动作越来越快,但仍然存在10-20ms的断连期,使电路形成短暂的断流,虽然极短,但不能忽视其对电池化成分容效果带来的影响,同时,继电器的切换会产生尖峰电压,对电池产生冲击造成损坏,对化成分容系统的影响很大。
实用新型内容
本实用新型提供了一种开关电路和电池化成分容装置,旨在解决现有的电池系统中,继电器的切换会产生尖峰电压,对电池产生冲击造成损坏以及造成电路短暂的断流的问题。
本实用新型提出了一种开关电路,与电池单体连接,所述开关电路包括:
用于根据检测的所述电池单体的电压生成检测电压的采样模块;
与所述采样模块连接,用于根据所述检测电压生成第一控制信号和第二控制信号的控制模块;
与所述控制模块连接,用于根据所述第一控制信号导通或关断所述电池单体串联化成分容回路的第一开关模块;
与所述控制模块连接,用于根据所述第二控制信号导通或关断所述电池单体续流旁路的第二开关模块。
在其中一个实施例中,所述第一开关模块包括:
用于储电和对外放电的第一充放电单元;
与所述第一充放电单元连接,用于根据所述第一充放电单元的放电消耗电能的第一电阻单元;
与所述控制模块连接,用于根据所述第一控制信号切换至所述第一充放电单元的第一充电回路或者所述第一充放电单元的第一放电回路的第一切换单元;
与所述第一充放电单元以及所述单体电池连接,用于根据所述第一充放电单元的电压导通或关断所述电池单体串联化成分容回路的第一开关单元。
在其中一个实施例中,所述第一充放电单元包括:第一储能电容;
所述第一储能电容的第一端为所述第一充放电单元的第一输入输出端,所述第一储能电容的第二端为所述第一充放电单元的第二输入输出端。
在其中一个实施例中,所述第一切换单元包括:第一单刀双掷开关;
所述第一单刀双掷开关的动触点为所述第一切换单元的公共端,所述第一单刀双掷开关的第二定触点为所述第一切换单元的充电回路选择端,所述第一单刀双掷开关的第二定触点连接第一直流电源,所述第一单刀双掷开关的第一定触点为所述第一切换单元的放电回路选择端。
在其中一个实施例中,所述第一开关单元与所述电池单体串联连接,所述第一开关单元包括:第一MOS管;
所述第一MOS管的栅极作为所述第一开关单元的控制端,所述第一MOS 管的源极作为所述第一开关单元的输入端,所述第一MOS管的漏极作为所述第一开关单元的输出端。
在其中一个实施例中,所述第二开关模块包括:
用于储电和对外放电的第二充放电单元;
与所述第二充放电单元连接,用于根据所述第二充放电单元的放电消耗电能的第二电阻单元;
与所述控制模块连接,用于根据所述第二控制信号切换至所述第二充放电单元的第二充电回路或者所述第二充放电单元的第二放电回路的第二切换单元;
与所述第二充放电单元以及所述单体电池连接,用于根据所述第二充放电单元的电压导通或关断所述电池单体续流旁路的第二开关单元。
在其中一个实施例中,所述第二充放电单元包括:第二储能电容;
所述第二储能电容的第一端为所述第二充放电单元的第一输入输出端,所述第二储能电容的第二端为所述第二充放电单元的第二输入输出端。
在其中一个实施例中,所述第二切换单元包括:第二单刀双掷开关;
所述第二单刀双掷开关的动触点为所述第二切换单元的公共端,所述第二单刀双掷开关的第二定触点连接第二直流电源,所述第二单刀双掷开关的第二定触点为为所述第二切换单元的公共端充电回路选择端,所述第二单刀双掷开关的第一定触点为为所述第二切换单元的公共端放电回路选择端。
在其中一个实施例中,所述第二开关单元与所述电池单体并联连接,所述第二开关单元包括:第二MOS管;
所述第二MOS管的栅极作为所述第二开关单元的控制端,所述第二MOS 管的漏极作为所述第二开关单元的输入端,所述第二MOS管的源极作为所述第二开关单元的输出端。
此外,本实用新型提出了一种电池化成分容装置,所述电池化成分容装置包括n个单体电池、电源模块以及n个上述的开关电路;
第i个开关电路的第三输入输出端与第i-1个单体电池的正极和所述第i-1 个开关电路的第二输入输出端连接,第i个开关电路的第一输入输出端与第i 个单体电池的负极连接,第i个开关电路的第二输入输出端与第i个单体电池的正极和第i+1个开关电路的第三输入输出端连接,第1个开关电路的第三输入输出端与所述电源模块的正极连接,第n个开关电路的第二输入输出端与第n 个单体电池的正极和所述电源模块的负极连接;其中,n个所述控制模块集成设置;
其中,i为小于等于n的自然数。
本实用新型实施例通过采样模块采集电池单体的电压生成检测电压,当检测电压异常时,控制模块输出第一控制信号和第二控制信号,第一开关模块根据第一控制信号关断电池单体串联化成分容回路的同时,第二开关模块根据第二控制信号导通电池单体续流旁路;或者第一开关模块根据第一控制信号导通电池单体串联化成分容回路的同时,第二开关模块根据第二控制信号关断电池单体续流旁路,从而接入或切断电池单体,通过第一开关模块和第二开关模块实现续流和软开关切换方式,减少电池单体接入、切离时电流冲击。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的开关电路的模块结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的第一开关模块的模块结构示意图;
图3为本实用新型实施例提供的第二开关模块的模块结构示意图;
图4为本实用新型实施例提供的开关电路的电路原理示意图;
图5为本实用新型实施例提供的电池化成分容装置的电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,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。同时,在本实用新型的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样,除非上下文清楚地指明其它情况,否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解,在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
为了说明本申请上述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
图1为本实用新型实施例提供的一种开关电路1的模块结构示意图,如图 1所示,本实施例中的开关电路1,与电池单体2连接,其中,开关电路1包括:用于根据检测的电池单体2的电压生成检测电压的采样模块10;与采样模块10 连接,用于根据检测电压生成第一控制信号和第二控制信号的控制模块20;与控制模块20连接,用于根据第一控制信号导通或关断电池单体串联化成分容回路的第一开关模块30;与控制模块20连接,用于根据第二控制信号导通或关断电池单体续流旁路的第二开关模块40。
在本实施例中,通过采样模块10采集电池单体2的电压生成检测电压,控制模块20根据检测电压输出第一控制信号和第二控制信号,第一开关模块30 根据第一控制信号导通或关断电池单体串联化成分容回路,第二开关模块40 根据第二控制信号导通或关断电池单体续流旁路,从而接入或切断电池单体2,通过第一开关模块30和第二开关模块40实现软开关切换方式,减少电池单体 2接入、切离时电流冲击,且能够续流。
具体来说,控制模块20根据检测电压生成第一电平的第一控制信号或第二电平的第一控制信号,以及第三电平的第二控制信号或第四电平的第二控制信号,当第一控制信号为第一电平、第二控制信号为第四电平时,电池单体串联化成分容回路导通,电池单体续流旁路关断,当第一控制信号为第二电平、第二控制信号为第三电平时,电池单体串联化成分容回路关断,电池单体续流旁路导通。其中,电池单体串联化成分容回路包括与该电池单体串联连接的第一开关模块,电池单体续流旁路包括与该电池单体并联连接的第二开关模块。
如图2所示,在其中一个实施例中,第一开关模块30包括:用于储电和对外放电的第一充放电单元31;与第一充放电单元31连接,用于根据第一充放电单元31的放电消耗电能的第一电阻单元32;与控制模块20连接,用于根据第一控制信号切换至第一充放电单元31的充电回路以及第一充放电单元31的放电回路的第一切换单元33;与第一充放电单元31以及单体电池连接,用于根据第一充放电单元31的电压导通或关断电池单体串联化成分容回路的第一开关单元34。在第一充放电单元31的充电回路导通时,第一充放电单元31的电压上升,在第一充放电单元31的放电回路导通时,第一充放电单元31的电压下降。
在其中一个实施例中,第一充放电单元31包括:第一储能电容C1;第一储能电容C1的第一端通过第一电阻单元连接第一直流电源,第一储能电容C1 的第二端通过第一切换单元33连接第一直流电源,第一储能电容C1的第一端连接第一开关单元34的控制端,第一储能电容C1的第二端连接第一开关单元 34的输出端。
在其中一个实施例中,第一切换单元33包括:第一单刀双掷开关K1;第一单刀双掷开关K1的动触点为第一切换单元33的公共端,第一单刀双掷开关 K1的第二定触点为充电回路选择端,第一单刀双掷开关K1的第二定触点连接第一直流电源,第一单刀双掷开关K1的第一定触点为放电回路选择端。
在本实施例中,第一单刀双掷开关K1的动触点连接第一单刀双掷开关K1 的第二静触点时,第一储能电容C1、第一电阻单元R1、第一单刀双掷开关K1 的动触点以及第一单刀双掷开关K1的第二静触点连接第一直流电源形成第一充放电单元31的充电回路。第一单刀双掷开关K1的动触点连接第一单刀双掷开关K1的第一静触点时,第一储能电容C1、第一电阻单元R1、第一单刀双掷开关K1的动触点以及第一单刀双掷开关K1的第一静触点连接形成第一充放电单元31的充电回路。
在其中一个实施例中,第一开关单元34与电池单体2串联连接,第一开关单元34包括:第一MOS管Q1;第一MOS管Q1的栅极作为第一开关单元34 的控制端,第一MOS管Q1的源极作为第一开关单元34的输入端,第一MOS 管Q1的漏极作为第一开关单元34的输出端。
如图3所示,在其中一个实施例中,第二开关模块40包括:用于储电和对外放电的第二充放电单元41;与第二充放电单元41连接,用于根据第二充放电单元41的放电消耗电能的第二电阻单元42;与控制模块20连接,用于根据第二控制信号切换至第二充放电单元41的充电回路或者放电回路的第二切换单元43;与第二充放电单元41以及单体电池连接,用于根据第二充放电单元 41的电压导通或关断电池单体续流旁路的第二开关单元44。在第二充放电单元的充电回路导通时,第二充放电单元41的电压上升,在第二充放电单元41的放电回路导通时,第二充放电单元41的电压下降。
在其中一个实施例中,第二充放电单元41包括:第二储能电容C2;第二储能电容C2的第一端通过第二电阻单元连接第二直流电源,第二储能电容C2 的第二端通过第二切换单元43连接第二直流电源,第二储能电容C2的第一端连接第二开关单元44的控制端,第二储能电容C2的第二端连接第二开关单元 44的输出端。
在其中一个实施例中,第二切换单元43包括:第二单刀双掷开关K2;第二单刀双掷开关K2的动触点为第二切换单元43的公共端,所述第二单刀双掷开关K2的第二定触点连接第二直流电源,所述第二单刀双掷开关K2的第二定触点为充电回路选择端,所述第二单刀双掷开关K2的第一定触点为放电回路选择端。
在其中一个实施例中,第二开关单元44与电池单体2并联连接,第二开关单元44包括:第二MOS管Q2;第二MOS管Q2的栅极作为第二开关单元44 的控制端,第二MOS管Q2的漏极作为第二开关单元44的输入端,第二MOS 管Q2的源极作为第二开关单元44的输出端。
在本实施例中,第二单刀双掷开关K2的动触点连接第二单刀双掷开关K2 的第二静触点时,第二储能电容C2、第二电阻单元R2、第二单刀双掷开关K1 的动触点以及第二单刀双掷开关K2的第二静触点连接第二直流电源形成第二充放电单元41的充电回路。第二单刀双掷开关K2的动触点连接第二单刀双掷开关K2的第一静触点时,第二储能电容C2、第二电阻单元R2、第二单刀双掷开关K2的动触点以及第二单刀双掷开关K2的第一静触点连接形成第二充放电单元41的充电回路。
在本实施例中,第一储能电容C1的电容值和第二储能电容C2的电容值,以及第一电阻R1的电阻值和第二电阻R2的电阻值可以根据用户需要设定预设的电容值和电阻值,以调节第一储能电容C1的电容值和第二储能电容C2充放电时间。
图5为本实用新型实施例提供的一种电池化成分容装置的模块结构示意图,如图5所示,本实施例中的电池化成分容装置,包括n个单体电池、电源模块以及n个上述的开关电路;
第i个开关电路的第三输入输出端与第i-1个单体电池的正极和第i-1个开关电路的第二输入输出端连接,第i个开关电路的第一输入输出端与第i个单体电池的负极连接,第i个开关电路的第二输入输出端与第i个单体电池的正极和第i+1个开关电路的第三输入输出端连接,第1个开关电路的第三输入输出端与电源模块的正极连接,第n个开关电路的第二输入输出端与第n个单体电池的正极和电源模块的负极连接;其中,n个控制模块集成设置;其中,i为小于等于n的自然数。
以下结合工作原理对图2至图4所示的作进一步说明:
采样模块10采集电池单体2的电压生成检测电压,当检测电压大于第一预设电压时,则判断电池单体充电完成,或者当检测电压小于第二预设电压时,则判断电池单体放电完成。此时,控制模块根据检测电压生成第二电平的第一控制信号和第三电平的第二控制信号,第二电平的第一控制信号控制第一充放电单元的放电回路导通,第一充放电单元放电,电压降低,第一开关单元关断,同时,第三电平的第二控制信号控制第二充放电单元的充电回路导通,第二充放电单元充电,电压升高,第二开关单元导通,将电池单体切离串联化成分容回路,导通续流旁路。当检测电压位于第二预设电压到第一预设电压之间时,则判断电池单体处于正常充放电状态,此时,控制模块根据检测电压生成第一电平的第一控制信号和第四电平的第二控制信号,第一电平的第一控制信号控制第一充放电单元的充电回路导通,第一充放电单元充电,电压升高,第一开关单元导通,同时,第四电平的第二控制信号控制第二充放电单元的放电回路导通,第二充放电单元放电,电压降低,第二开关单元关断,将电池单体接入串联化成分容回路,关断续流旁路。
具体来说,当检测电压异常、电池单体放电完成或充电完成时,控制模块 20输出第二电平的第一控制信号和第三电平的第二控制信号,其中,第二电平的第一控制信号控制第一单刀双掷开关K1的动触点连接第一单刀双掷开关K1 的第一静触点,第一储能电容C1通过第一电阻R1进行放电,第一MOS管Q1 的栅极和第一MOS管Q1的漏极两端的电压逐渐降低,当第一MOS管Q1的栅极和第一MOS管Q1的漏极两端的电压低于第一MOS管Q1的导通电压时,电池单体2串联的第一MOS管Q1从导通状态转换为关断状态。同时,第三电平的第二控制信号控制第二单刀双掷开关K2的动触点连接第二单刀双掷开关 K2的第二静触点,第二直流电源通过第二电阻R2对第二储能电容C2进行充电,第二MOS管Q2的栅极和第二MOS管Q2的漏极两端的电压逐渐升高,当第二MOS管Q2的栅极和第二MOS管Q2的漏极两端的电压升高至第二MOS 管Q2的导通电压时,与电池单体2并联的第二MOS管Q2关断状态转换为导通状态,关断电池单体串联化成分容回路,通过续流旁路将电池单体2短路后切离串联化成分容回路。
同理,当检测电压正常且电池单体处于正常充放电状态时,第一电平的第一控制信号控制第一单刀双掷开关K1的动触点连接第一单刀双掷开关K1的第二静触点,直流电源通过第一电阻R1对第一储能电容C1进行充电,第一MOS 管Q1的栅极和第一MOS管Q1的漏极两端的电压逐渐升高,当第一MOS管 Q1的栅极和第一MOS管Q1的漏极两端的电压升高至第一MOS管Q1的导通电压时,与电池单体2并联的第一MOS管Q1导通,将电池单体2接入串联化成分容回路。同时,第四电平的第二控制信号控制第二单刀双掷开关K2的动触点连接第二单刀双掷开关K2的第一静触点,第二储能电容C2通过第二电阻 R2进行放电,第二MOS管Q2的栅极和第二MOS管Q2的漏极两端的电压逐渐降低,当第一MOS管Q1的栅极和第一MOS管Q1的漏极两端的电压低于第一MOS管Q1的导通电压时,电池单体2串联的第一MOS管Q1关断,第二开关模块40不工作,单体电池通过第一开关模块30接入串联化成分容回路。
控制模块20输出第一控制信号和第二控制信号控制第一单刀双掷开关K1 和第二单刀双掷开关K2,来控制第一储能电容C1和第二储能电容C2的充放电状态的转换,从而,控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的导通或关断,利用第一储能电容C1和第二储能电容C2充电的延迟效应,实现软开关切换方式,减少电池单体2接入、切离时电流冲击,且能够续流。
本实用新型实施例通过采样模块采集电池单体的电压生成检测电压,当检测电压异常时,控制模块输出第一控制信号和第二控制信号,第一开关模块根据第一控制信号关断电池单体串联化成分容回路的同时,第二开关模块根据第二控制信号导通电池单体续流旁路;或者第一开关模块根据第一控制信号导通电池单体串联化成分容回路的同时,第二开关模块根据第二控制信号关断电池单体续流旁路,从而接入或切断电池单体,通过第一开关模块和第二开关模块实现续流和软开关切换方式,减少电池单体接入、切离时电流冲击。电池单体串联化成分容回路
以上所述实施例,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。