CN210577908U - 控制电池组的充放电电路及电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例涉及一种控制电池组的充放电电路及电池管理系统，包括：电池组、模拟前端芯片、微处理单元、通讯元件、第一辅助电源和第二辅助电源；第一辅助电源的一端连接于微处理单元和通讯元件，第一辅助电源的另一端连接于电池组的正向输入/输出端；第二辅助电源通过具备导通/断开功能的电子元件并联连接于电池组的正向输入/输出端，以使第二辅助电源的输入/输出端与电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点；通过增加第二辅助电源，并将第二辅助电源的输出端与电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点，减少了电路系统之间连接线缆的成本，避免因金属触点过多影响电池组的寿命。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及电子电路领域，尤其涉及一种控制电池组的充放电电路及电池管理系统。
背景技术
锂离子电池组，尤其是多个串联或多个并联的锂离子电池组，其内阻低、输出的电压高，出现短路电流极大，在电容充放电的瞬间会产生高电流及高压电弧放电，由此会对锂离子电池组接口处的金属触点造成破坏，进而给接口造成永久性的损伤，减少电池组的寿命。
在设备的内部通常除锂离子电子组作为主要的电源外，还通常会设置一些辅助电源，该辅助电源同样对应设置有包含有金属触点的接口，造成设备内金属触点过多，可能会对设备内电池寿命造成一定影响。
发明内容
鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本实用新型实施例提供一种控制电池组的充放电电路及电池管理系统。
第一方面，本实用新型实施例提供一种控制电池组的充放电电路，包括：
电池组、模拟前端芯片、微处理单元、通讯元件、第一辅助电源和第二辅助电源；
所述通讯元件、所述微处理单元和所述模拟前端芯片顺次电性连接，所述模拟前端芯片还连接于所述电池组的正向输入/输出端和负向输入/输出端；
所述第一辅助电源的一端连接于所述微处理单元和所述通讯元件，所述第一辅助电源的另一端连接于所述电池组的正向输入/输出端；
所述第二辅助电源通过具备导通/断开功能的电子元件并联连接于所述电池组的正向输入/输出端，以使所述第二辅助电源的输入/输出端与所述电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点。
在一个可能的实施方式中，所述第二辅助电源为DC-DC IC；
所述第二辅助电源为通过与所述电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点对外部设备进行供电的辅助电源。
在一个可能的实施方式中，所述电子元件至少包括：二极管、三极管或继电器。
在一个可能的实施方式中，所述第二辅助电源的一端通过第一二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；
所述第二辅助电源的另一端通过第二二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；
其中，所述第一二极管和所述第二二极管采用极性相反的形式连接于所述第二辅助电源。
在一个可能的实施方式中，所述电路还包括：
至少两个三极管；
至少一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，其另一端连接于所述第一二极管与所述第二辅助电源之间，其又一端连接于所述第一二极管与所述电池组的正向输入/输出端之间；
至少另一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，其另一端连接于所述电池组的正向输入/输出端；其又一端连接于所述第一二极管。
在一个可能的实施方式中，所述通讯元件至少包括以下之一：
CAN IC、1wire总线接口、HDQ总线接口、I2C总线接口、A2B接口、C2B接口、SPI接口、SMBUS接口、RS-232标准接口、RS-485标准接口或USART收/发器。
在一个可能的实施方式中，所述电池组的负向输入/输出端上还串联设置有采样电阻；
所述电池组的正向输入/输出端和负向输入/输出端之间还并联设置有续流元件。
在一个可能的实施方式中，所述续流元件至少包括以下之一：二极管、 TVS电路或RCL电路。
在一个可能的实施方式中，所述电池组至少包括以下之一：锂离子电池组、镍氢电池组、镍铬电池组、铅酸电池组或超级电容电池组。
第二方面，本实用新型实施例提供一种电池管理系统，包括：如上述第一方面中任一所述的电路。
本实用新型实施例提供的控制电池组的充放电电路，通过增加第二辅助电源，并将第二辅助电源的输出端与电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点，减少了电路系统之间连接线缆的成本，避免因金属触点过多影响电池组的寿命，在电池组休眠状态下采用第二辅助电源复用电池组的正向输入/输出端向外供电，即使金属触点裸露部分出现短路，由于电池组的正向输入/输出端连接有第二辅助电源，不会对金属触点造成用永久性损伤，提高电池组的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种控制电池组的充放电电路的结构示意图；
图2为本实用新型实施例提供的另一种控制电池组的充放电电路的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本实用新型实施例的限定。
图1为本实用新型实施例提供的一种控制电池组的充放电电路的结构示意图，如图1所示，该电路具体包括：
电池组11、模拟前端芯片12、微处理单元13、通讯元件14、第一辅助电源15和第二辅助电源16；
所述通讯元件14、所述微处理单元13和所述模拟前端芯片12顺次电性连接，所述模拟前端芯片12还连接于所述电池组11的正向输入/输出端和负向输入/输出端；
所述第一辅助电源15的一端连接于所述微处理单元13和所述通讯元件14，所述第一辅助电源15的另一端连接于所述电池组11的正向输入/ 输出端；
所述第二辅助电源16通过具备导通/断开功能的电子元件17件并联连接于所述电池组的正向输入/输出端，以使所述第二辅助电源16的输入/输出端与所述电池组11的正向输入/输出端复用同一金属触点。
具体地，第二辅助电源16的两端具体分别采用第一电子元件(设置于第二辅助电源的左侧)和第二电子元件(设置于第二辅助电源的右侧)并联至电池组11的正向输入/输出端。
本实用新型提供的控制电池组的充放电电路中包括三个状态，分别为：休眠状态、放电状态和充电状态；
电路处于休眠状态(也即电池组处于待机状态)时，电池组11、模拟前端芯片12、微处理单元13均被设置为处于最低功耗的状态，由第二辅助电源16为通讯元件14供电，以使通讯元件14可以接收外部单元的指令唤醒微处理单元13以唤醒整个电路，此时，与第二辅助电源16的第一电子元件断开，与第二辅助电源16的第二电子元件导通并通过电池组11的正向输入/输出端向外部单元供电，由此，实现第二辅助电源16复用电池组11的正向输入/输出端向外部单元供电，减少第二辅助电源16的金属触点。
通讯元件14接收到外部单元的唤醒信号时，通过该通讯元件14唤醒微处理单元13，进而通过模拟前端芯片12获取电池组11的状态(例如电量等信息)，进而电池组11向外部单元提供高电压高电流的主电(也即放电状态)。
模拟前端芯片12获取电池组11的状态为欠压时，关闭电池组11的输出，并进入最低功耗的状态，以及通过第一电子元件为电池组11进行预充电链路，以及通过模拟前端芯片12对电池组11进行高电压高电流的快速充电。
本实用新型实施例提供的控制电池组的充放电电路，通过增加第二辅助电源，并将第二辅助电源的输出端与电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点，减少了电路系统之间连接线缆的成本，避免因金属触点过多影响电池组的寿命，在电池组休眠状态下采用第二辅助电源复用电池组的正向输入/输出端向外供电，即使金属触点裸露部分出现短路，由于电池组的正向输入/输出端连接有第二辅助电源，不会对金属触点造成用永久性损伤，提高电池组的使用寿命。
在本发明实施例的一可选方案中，所述第二辅助电源为DC-DC IC；所述第二辅助电源为通过与所述电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点对外部设备进行供电的辅助电源。
在本发明实施例的一可选方案中，所述电子元件至少包括：二极管、三极管或继电器。
具体地，电子元件可以是：肖特基二极管、开关二极管或整流二极管，还可以是N沟道或P沟道MOSFET、NPN或PNP三极管。电子元件又可以是TVS电路或者继电器等。
在本发明实施例的一可选方案中，所述第二辅助电源的一端通过第一二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；所述第二辅助电源的另一端通过第二二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；其中，所述第一二极管和所述第二二极管采用极性相反的形式连接于所述第二辅助电源。
在本发明实施例的一可选方案中，所述电路还包括：至少两个三极管；至少一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，至少一个所述三极管的另一端连接于所述第一二极管与所述第二辅助电源之间，至少一个所述三极管的又一端连接于所述第一二极管与所述电池组的正向输入/输出端之间；
至少一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，至少一个所述三极管的另一端连接于所述电池组的正向输入/输出端；至少一个所述三极管的又一端连接于所述第一二极管。
具体地，三极管可以是N沟道或P沟道MOSFET、NPN或PNP三极管。
在本发明实施例的一可选方案中，三极管还可以采用继电器来代替。
在一个可能的实施方式中，所述通讯元件至少包括以下之一：CAN IC、 1wire总线接口、HDQ总线接口、I2C总线接口、A2B接口、C2B接口、SPI接口、SMBUS接口、RS-232标准接口、RS-485标准接口或USART 收/发器。
在本发明实施例的一可选方案中，所述电池组的负向输入/输出端上还串联设置有采样电阻；所述电池组的正向输入/输出端和负向输入/输出端之间还并联设置有续流元件。
在一个可能的实施方式中，所述续流元件至少包括以下之一：二极管、 TVS电路或RCL电路。
在一个可能的实施方式中，所述电池组至少包括以下之一：锂离子电池组、镍氢电池组、镍铬电池组、铅酸电池组或超级电容电池组。
以下将以电池组为锂电池组(LI-ION)，模拟前端芯片为AFE IC，微处理单元为MCU，通讯元件为CAN IC，第一辅助电源为DC-DC2，第二电源为DC-DC1，对本实用新型实施例进行具体介绍。
图2为本实用新型实施例提供的另一种控制电池组的充放电电路的结构示意图，如图2所示，该电路具体包括：
LI-ION包括正向输入/输出端(PACK+)和负向输入/输出端(PACK-)， DC-DC1通过二极管D1和D2并联至LI-ION的PACK+线路，并且D1和 D2的极性相反，由此可实现单向的导通或断开。
AFE IC、MCU和CAN IC顺次电性连接，并且AFE IC还连接于LI-ION 用于获取LI-ION的电量信息，CAN IC通过CAN总线+和CAN总线-连接于外部单元用于接收外部单元的唤醒指令以唤醒CAN IC。
进一步地，AFE IC与LI-ION的PACK+线路之间还连接有两个N沟道MOSFET(N1和N2)，以及两个P沟道MOSFET(P1和P2)。
进一步地，AFE IC与LI-ION的PACK-线路之间还连接有一个采样电阻R12。
进一步地，在LI-ION的PACK+线路与PACK-线路之间还连接有二极管D3。
LI-ION处于电压正常以及接入放电系统，若此时整个电路系统处于休眠状态(例如，设备关机)，DC-DC1通过二极管D2与PACK+线路形成供电电路，为整个电路系统图重启供电。
DC-DC1可以是12V的辅助电源，以及可以提供12V/200mA电源。
若CAN IC检测到唤醒信号(例如，连续检测到3个显性信号)时， CAN IC退出休眠模式，并调整RXD信号(例如，拉低RXD信号)，若 MCU检测到RXD信号出现变化，则MCU退出休眠模式，并通过GPIO 口向AFE IC输出唤醒信号，AFE IC退出休眠模式以及获取LI-ION的状态和信息发送给MCU。
进一步地，MCU通过数据通讯协议使AFE IC开启N1和N2进行放电，以此提供高电压高电流的主电。
在LI-ION向外输出高电压高电流的主电过程中，AFE IC实时监测 LI-ION的状态和信息发送给MCU，若监测到电池组出现欠压时，通过MCU 控制LI-ION的对外输出，并设置LI-ION进入休眠模式，此时通过PACK+ 线路、二极管D1为DC-DC2供电以保证MCU和CAN IC的供电；再通过二极管D1、三极管P1和三极管P2形成预充电链路。
进一步地，MCU通过数据通讯协议使AFE IC开启N1和N2进行充电，LI-ION获取外部提供的高电压高电流进行充电。
本实用新型实施例还提供一种电池管理系统(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，BMS)，该系统可以包括如图1所示的控制电池组的充放电电路或如图2所示的控制电池组的充放电电路。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种控制电池组的充放电电路，其特征在于，包括：
电池组、模拟前端芯片、微处理单元、通讯元件、第一辅助电源和第二辅助电源；
所述通讯元件、所述微处理单元和所述模拟前端芯片顺次电性连接，所述模拟前端芯片还连接于所述电池组的正向输入/输出端和负向输入/输出端；
所述第一辅助电源的一端连接于所述微处理单元和所述通讯元件，所述第一辅助电源的另一端连接于所述电池组的正向输入/输出端；
所述第二辅助电源通过具备导通/断开功能的电子元件并联连接于所述电池组的正向输入/输出端，以使所述第二辅助电源的输入/输出端与所述电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第二辅助电源为DC-DCIC；
所述第二辅助电源为通过与所述电池组的正向输入/输出端复用同一金属触点对外部设备进行供电的辅助电源。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述电子元件至少包括：二极管、三极管或继电器。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述第二辅助电源的一端通过第一二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；
所述第二辅助电源的另一端通过第二二极管连接于所述电池组的正向输入/输出端；
其中，所述第一二极管和所述第二二极管采用极性相反的形式连接于所述第二辅助电源。
5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电路还包括：
至少两个三极管；
至少一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，其另一端连接于所述第一二极管与所述第二辅助电源之间，其又一端连接于所述第一二极管与所述电池组的正向输入/输出端之间；
至少另一个所述三极管的一端连接于所述模拟前端芯片，其另一端连接于所述电池组的正向输入/输出端；其又一端连接于所述第一二极管。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述通讯元件至少包括以下之一：
CANIC、1wire总线接口、HDQ总线接口、I2C总线接口、A2B接口、C2B接口、SPI接口、SMBUS接口、RS-232标准接口、RS-485标准接口或USART收/发器。
7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电池组的负向输入/输出端上还串联设置有采样电阻；
所述电池组的正向输入/输出端和负向输入/输出端之间还并联设置有续流元件。
8.根据权利要求7所述的电路，其特征在于，所述续流元件至少包括以下之一：二极管、TVS电路或RCL电路。
9.根据权利要求1-8任一所述的电路，其特征在于，所述电池组至少包括以下之一：锂离子电池组、镍氢电池组、镍铬电池组、铅酸电池组或超级电容电池组。
10.一种电池管理系统，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一所述的电路。
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