CN210957861U - 一种具有回馈功能的双电池并联控制装置 - Google Patents

Abstract

一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其既能实现电池的并联，又能实现负载的能量回馈，其包括电池控制板、设置于电池控制板上的开关控制模块，开关控制模块的输入端与电池模块连接，开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，电池模块输入端连接充电器，电池模块包括至少两组并联的电池，开关控制模块包括开关，每个电池与控制器之间分别串联有开关，每个开关分别并联有二极管，开关通过开关控制装置实现切换控制。

Description

一种具有回馈功能的双电池并联控制装置

技术领域

本实用新型涉及电池供电控制技术领域，尤其涉及一种具有回馈功能的双电池并联控制装置。

背景技术

一般的电动设备都有自己专有的电池组作为电源来供电，当此电池能量耗尽时需要重新给电池充电或者更换同样规格的电池组，而为了长时间使用电动工具或者延长电动车行驶里程，可以使用其他备用电池组给设备供电，使用备用电池组时需要将原先的电池组拆除或断开，不能直接将两个电池组并联使用，否则多组电池组之间由于电压不同，高电压的电池组会给低电压的电池组充电。由于电池本身的内阻又很小，会导致充电电流很大，从而缩短电池寿命或者损坏电池。

现有常用的电池并联供电的方式是在每个电池的输出端增加一个二极管，二极管的作用在于防止电池之间的相互充电，由于二极管具有反向截止功能，使电池只能向外输出电能给控制器，不用考虑电池间相互充电的问题，然而使用上述电池并联方法只适用负载是纯消耗型的负载，如果负载存在能量回馈，由于二极管的反向阻断作用，回馈的能量无法储存于电池，会导致控制器母线电压抬升，使设备报故障甚至损坏设备。

实用新型内容

针对现有技术中存在的电池并联方法一般只适用于纯消耗型的负载，如果负载存在能量回馈，回馈能量无法存储于电池，易导致控制器母线电压抬升，使设备损坏的问题，本实用新型提供了一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其既能实现电池的并联，又能实现负载的能量回馈。

一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其包括电池控制板、设置于电池控制板上的开关控制模块，所述开关控制模块的输入端与电池模块连接，所述开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，所述电池模块输入端连接充电器，所述电池模块与所述充电器之间串联二极管，所述电池模块包括至少两组并联的电池，其特征在于，所述开关控制模块包括开关，每个所述电池与所述控制器之间分别串联有所述开关，每个所述开关分别并联有二极管，所述开关通过开关控制装置实现切换控制。

其进一步特征在于，所述开关为MOS管；

所述MOS管的内部寄生有二极管；

所述开关控制装置包括MOS管驱动电路或主控制器Uk；

其还包括降压电路，所述降压电路用于给所述MOS管驱动电路或主控制器Uk供电，所述降压电路包括降压芯片U1，所述降压芯片U1的3管脚分别连接电阻R11一端、电容C1一端，所述降压芯片U1的1管脚分别连接电容C2一端、12V电压源；

所述电池模块包括两组电池：电池一、电池二，所述开关包括两个：MOS管，所述二极管包括二极管D1、D2，所述MOS管驱动电路用于对所述MOS管进行驱动控制，所述MOS管驱动电路包括所述MOS管，所述MOS管Q1的栅极分别连接电阻R1、R2一端，所述电阻R2另一端、MOS管Q1源极、所述电容C1、C2一端、电容C5一端、所述降压芯片U1的2管脚、三极管Q2、Q7、Q5发射极、电阻R25一端、电阻R22一端、MOS管Q2集电极均连接管脚GND0，所述电阻R1另一端连接三极管Q3的发射极，所述MOS管Q1漏极管脚GND1；所述MOS管Q2栅极分别连接电阻R11一端、所述R21另一端，所述电阻R11另一端连接所述三极管Q6发射极，所述MOS管Q2发射极连接管脚GND2，所述所述MOS管驱动电路还包括比较器U4C，所述比较器U4C反向输入端9端口连接电阻R8一端，所述比较器U4C同向输入端10端口分别连接电阻R27、R28一端，所述电阻R8另一端连接管脚Bat2_FB，所述比较器U4C同向输入端分别连接电阻R27、R28一端，所述比较器U4C输出端分别连接电阻R23一端、所述电阻R28另一端，所述电阻R23另一端分别连接所述电容C5另一端、管脚key，所述管脚key连接电阻R7、R6一端，所述电阻R27另一端连接管脚Bat1_FB，所述电阻R7另一端连接三极管Q2基极，所述三极管Q2集电极连接电阻R9一端，所述电阻R9另一端分别连接电阻R10一端、三极管Q3基极，所述电阻R10另一端、三极管Q3发射极连接12V电压源，所述电阻R6另一端连接三极管Q7基极，所述三极管Q7集电极分别连接电阻R24一端、所述电阻R25另一端、三极管Q5基极，所述三极管Q7发射极接地，所述三极管Q5集电极连接电阻R22一端，所述电阻R22另一端分别连接电阻R21一端、三极管Q6基极，所述电阻R21另一端、三极管Q6发射极连接12V电压源，所述三极管Q6集电极分别连接所述电阻R21另一端、12V电压源；

所述电池模块包括至少两组电池，分别为电池一WK1、电池二WK2、……电池N WKn，所述AD采样电路的数量、二极管的数量、开关的数量与所述电池的数量一致，所述AD采样电路包括AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路N Mn，所述二极管包括D1、D2……Dn，所述开关包括开关S1、开关S2……开关Sn，所述主控制器Uk通过各个所述AD采样电路分别与相应的各个所述电池连接，各所述AD采样电路分别用于采集相应的各个所述电池的电压；

各个所述AD采样电路均包括运算放大器N4B，所述运算放大器N4B的同向输入端5端口分别连接电阻R25、电容C12一端，所述电阻R25另一端分别连接电阻R28一端、电池，所述运算放大器N4B的反向输入端6端口连接电阻R27一端，所述电阻R27另一端分别连接所述运算放大器N4B的输出端7端口、二极管D2阳极、二极管D3阴极、电阻R26一端，所述二极管D2阴极连接VCC电压源，所述电阻R26另一端连接主控制器Uk的A/D1管脚，所述电阻R28另一端、电容C12另一端、二极管D3阳极、运算放大器N4B的4端口连接管脚AGND；

所述管脚AGND、GND0、GND1、GND2接地，所述管脚Bat1_FB、管脚Bat2_FB分别连接各个所述电池。

采用本实用新型的上述结构可以达到如下有益效果：开关通过电池控制板上的开关控制装置实现导通或关断控制，从而实现各个电池的供电切换，本装置中各个开关分别并联有二极管，由于二极管的单向导通作用，任一开关闭合使相应的电池接入时，控制器输入端都会有电压输入，将该电压引入开关控制装置中，用以控制开关的通断，当开关不导通时，各电池通过开关并联的二极管直接给负载供电，当某个开关闭合后，与开关并联的二极管被短路，并形成回馈通路，负载回馈的能量通过控制器母线再经过闭合的开关输给相应的电池，从而实现负载能量回馈。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的电路结构框图；

图2为本实用新型降压电路的电路原理图；

图3为本实用新型实施例一MOS管驱动电路中MOS管的连接电路原理图；

图4为本实用新型实施例一MOS管驱动电路中的电池切换信号Key产生电路的电路原理图；

图5为本实用新型实施例一MOS管驱动电路中的驱动信号GD1、GD2产生电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例二的电路结构框图；

图7为本实用新型实施例二的AD采样电路的电路原理图。

具体实施方式

见图1，实施例一，一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其包括电池控制板、设置于电池控制板上的开关控制模块1，开关控制模块1的输入端与电池模块2连接，开关控制模块1输出端通过控制器3与负载4连接，电池模块2输入端连接充电器8，电池模块包括两组电池：电池一Bat1、电池二Bat2，开关控制模块1包括开关，每个电池与控制器3之间分别串联有开关S，开关S为MOS管，开关S包括两个：MOS管Q1、MOS管Q2，每个开关S分别并联有二极管D，二极管D包括二极管D1、二极管D2，MOS管Q1、MOS管Q2通过开关控制装置实现切换控制，开关控制装置包括MOS管驱动电路6；

见图2，其还包括降压电路5，降压电路5的作用是将输出电压降低，给MOS管驱动电路供电，降压电路包括降压芯片U1，降压芯片U1的3管脚分别连接电阻R11一端、电容C1一端，降压芯片U1的1管脚分别连接电容C2一端、12V电压源；

见图3、图4、图5，MOS管驱动电路6用于驱动MOS管Q1、MOS管Q2导通或关断，本装置中的MOS管Q1与并联的二极管D1、MOS管Q2与并联的二极管D2可分别用内部寄生有二极管的MOS管代替，由于MOS管内部自带二极管，可以省去外接二极管，应当注意的是当MOS管内部自带二极管时，需要使其内部自带的二极管D自动与电池一Bat1、电池二Bat2形成通路，这样即使不控制MOS管的开关信号，电池一Bat1、电池二Bat2也可以通过二极管D直接给负载供电，MOS管可以是P沟道MOS管，也可以时N沟道MOS管，MOS管可以接在电池正极，也可以接在电池负极，根据所选的MOS管的不同以及MOS管连接位置的不同，所选用的MOS管驱动电路也不同，MOS管的作用在于控制哪个电池接通供电，哪个电池断开供电。当开关S1、开关S2为内部寄生有二极管的MOS管，当MOS管都断开时，电池通过管内寄生的二极管直接给控制器供电，由于二极管的反向阻断作用，此时不能给电池回馈能量，当有一个MOS管闭合时，就能形成回馈通路，负载回馈的能量通过控制器母线再经过MOS管输给电池，需要注意两个电池的开关S不能同时闭合，也不能使电压低的电池先闭合，否则电池间会互相充电损坏电池，本实施例中负载可选用电机；

本实施例中MOS管驱动电路6中的MOS管Q1的栅极分别连接电阻R1、R2一端，电阻R2另一端分别连接MOS管Q1源极、电容C1、C2一端、电容C5一端、降压芯片U1的2管脚、三极管Q2、Q7、Q5发射极、电阻R25一端、电阻R22一端、MOS管Q2集电极，电阻R1另一端连接三极管Q3的发射极，MOS管Q1漏极接地；MOS管Q2栅极分别连接电阻R11一端、R21另一端，电阻R11另一端连接三极管Q6发射极，MOS管Q2发射极连接接地，MOS管驱动电路还包括比较器U4C，比较器U4C反向输入端9端口连接电阻R8一端，比较器U4C同向输入端10端口分别连接电阻R27、R28一端，电阻R8另一端通过管脚Bat2_FB连接电池一Bat1，比较器U4C同向输入端分别连接电阻R27、R28一端，比较器U4C输出端分别连接电阻R23一端、电阻R28另一端，电阻R23另一端分别连接电容C5另一端、管脚key，管脚key连接电阻R7、R6一端，电阻R27另一端通过管脚Bat1_FB连接电池二Bat2，电阻R7另一端连接三极管Q2基极，三极管Q2集电极连接电阻R9一端，电阻R9另一端分别连接电阻R10一端、三极管Q3基极，电阻R10另一端、三极管Q3发射极连接12V电压源，电阻R6另一端连接三极管Q7基极，三极管Q7集电极分别连接电阻R24一端、电阻R25另一端、三极管Q5基极，三极管Q7发射极接地，三极管Q5集电极连接电阻R22一端，电阻R22另一端分别连接电阻R21一端、三极管Q6基极，电阻R21另一端、三极管Q6发射极连接12V电压源，三极管Q6集电极分别连接电阻R21另一端、12V电压源。

其具体工作原理如下所述：本实施例提供了一种不需要外部控制信号的电池切换方式，开关MOS管通过电池控制板上的MOS管驱动电路6实现导通或关断控制，不需要和控制器交互，增加了电池控制板的通用性和可靠性，根据电池电压的不同，需要先接通电压高的电池，另一个电池断开，当此电池的电压下降到与另一电池电压接近时，两个电池一起供电，如果电池电压高低发生改变，则根据电压高低确定MOS管的通断，由于二极管D的单向导通效果，任一电池接入，控制器输入端都会有电压输入，将此电压引入MOS管驱动电路6，来控制MOS管的通断；

MOS管驱动电路6根据需要选择，采用实施例一中图3所示的MOS管驱动电路，电池切换信号Key由图4所示的电路产生，该电池切换信号Key的电平是根据电池电压来判断的，通过运算放大器U4C来搭建滞环比较电路来比较电池一Bat1、电池二Bat2的电压，当电池一Bat1电压高时，输出的电池切换信号Key为高电平，使开关S1（MOS管Q1）导通，开关S2关断。当电池二Bat2电压高时，输出的电池切换信号Key为低电平，使开关S1关断，开关S2导通，图5所示的驱动信号GD1、GD2产生电路用于实现MOS管Q1、MOS管Q2切换导通，电池切换信号Key为开关信号，当key信号为高时，三极管Q7导通，导致三极管Q5和三极管Q6关断，开关S2的驱动信号GD2为低电平，开关S2不导通，而此时三极管Q2导通，引起三极管Q3导通，开关S1的驱动信号GD1为高电平，使开关S1导通，同样分析，当key信号为低时开关S1关断，开关S2导通，从而实现开关S1、开关S2的通断控制，当开关S1关断，开关S2不导通时，电池一Bat1、电池二Bat2通过分别与开关S1、开关S2并联的二极管D1、D2直接给负载供电，当某个开关，例如开关S1闭合后，与开关S1并联的二极管D1被短路，并形成回馈通路，负载回馈的能量通过控制器母线再经过闭合的开关S1输给相应的电池，从而实现负载能量回馈，充电器8用来给各个电池充电，当各个电池的额定电压值一致时，可以只用一个充电器8，接同一个充电口给各个电池充电，为了防止充电时各个电池之间相互充电，也需要在充电器8和各电池端之间加装二极管。

见图2、图6、图7，实施例二，一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其包括电池控制板、设置于电池控制板上的开关控制模块1，开关控制模块1的输入端与电池模块2连接，开关控制模块1输出端通过控制器3与负载4连接，电池模块2输入端连接充电器，电池包括至少三个，分别为电池一WK1、电池二WK2、……电池N WKn，开关控制模块1包括开关，每个电池与控制器3之间分别串联有开关S，开关S包括开关S1、开关S2……开关Sn，开关S1、开关S2……开关Sn均为MOS管，开关S1、开关S2……开关Sn分别并联有二极管D，二极管包括D1、D2……Dn，（本实施例中的开关S1与并联的二极管D1、开关S2与并联的二极管D2……开关Sn与并联的二极管Dn可分别用内部寄生有二极管的MOS管代替），开关S1、开关S2……开关Sn通过开关控制装置实现切换控制，开关控制装置包括AD采样电路7、主控制器Uk，AD采样电路7的数量、二极D管的数量、开关S的数量与电池的数量一致，AD采样电路7包括AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路N Mn，N、n均为大于等于3的正整数，主控制器Uk通过各个AD采样电路分别与相应的各个电池连接，AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路N Mn分别用于采集分别为电池一WK1、电池二WK2、……电池N WKn的电压；

见图2，其还包括降压电路5，降压电路5的作用是将输出电压降低，给MOS管驱动电路供电，降压电路包括降压芯片U1，降压芯片U1的3管脚分别连接电阻R11一端、电容C1一端，降压芯片U1的1管脚分别连接电容C2一端、12V电压源；

见图7，各个AD采样电路7均包括运算放大器N4B，运算放大器N4B的同向输入端5端口分别连接电阻R25、电容C12一端，电阻R25另一端分别连接电阻R28一端、电池，运算放大器N4B的反向输入端6端口连接电阻R27一端，电阻R27另一端分别连接运算放大器N4B的输出端7端口、二极管D2阳极、二极管D3阴极、电阻R26一端，二极管D2阴极连接VCC电压源，电阻R26另一端连接主控制器Uk的A/D1管脚，电阻R28另一端、电容C12另一端、二极管D3阳极、运算放大器N4B的4端口接地，主控制器Uk可采用现有的单片机。

其具体工作原理如下所述：所接电池为两组或超过两组，可以通过主控制器Uk来控制电池的切换，AD采样电路用于采样各电池电压，经过电阻R25、R28分压和电容C12滤波后输入到主控制器Uk的AD口（A/D1管脚），主控制器Uk根据AD采样电路采集获得的各电池电压信号，经过内部程序比较各电池电压值来决定开关S的通断；当开关S1、开关S2……开关Sn不导通时，电池一WK1、电池二WK2、……电池N WKn通过分别与开关S1、开关S2……开关Sn并联的二极管包括D1、D2……Dn直接给负载供电，当某个开关，例如开关S1闭合后，与开关S1并联的二极管D1被短路，并形成回馈通路，负载回馈的能量通过控制器母线再经过闭合的开关S1输给相应的电池，从而实现负载能量回馈；充电器8用来给各个电池充电，当各个电池的额定电压值一致时，可以只用一个充电器8，接同一个充电口给各个电池充电，为了防止充电时各个电池之间相互充电，也需要在充电器8和各电池端之间加装二极管；充电器8用来给各个电池充电，当各个电池的额定电压值一致时，可以只用一个充电器8，接同一个充电口给各个电池充电，为了防止充电时各个电池之间相互充电，也需要在充电器8和各电池端之间加装二极管；

本实施例中使电压最高的电池先接通，其余电池的开关S都断开，充电器8用来给各个电池充电，当各个电池的额定电压值一致时，可以只用一个充电器，接同一个充电口给各个电池充电，为了防止充电时各个电池之间相互充电，也需要在充电器8和各电池端加装二极管。

通常要实现电池控制板上开关MOS管的控制，一般有两种方案：一种是直接在电池控制板上控制，包括硬件直接控制（本实用新型实施例一的技术方案）和主控制器Uk控制（本实用新型实施例二）两种，其中采用主控制器Uk，并通过AD采样电路7采集各电池电压，从而控制各开关的动作需在主控制器Uk内设置相应的数据处理器、比较器，数据处理器、比较器及其内部程序均可采用现有技术。

现有技术中另一种方案是通过控制器来控制开关MOS管的通断，但控制信号需要从控制器连接到电池控制板，同时电池控制板上的电池信息也需要连接到控制器，额外增加了接线数量，如果控制器没有这些接口则无法实现对电池的控制，使用本实用新型的技术方案可以实现并联电池供电的切换控制，需要注意的是开关闭合是有优先顺序的，即电压高的电池所接开关先闭合导通灵活性好，开关S反馈的设置可有效防止控制器母线电压抬升，从而防止设备损坏的问题出现。

Claims (7)

1.一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其包括电池控制板、设置于电池控制板上的开关控制模块，所述开关控制模块的输入端与电池模块连接，所述开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，所述电池模块输入端连接充电器，所述电池模块包括至少两组并联的电池，所述电池模块与所述充电器之间串联二极管，其特征在于，所述开关控制模块包括开关，每个所述电池与所述控制器之间分别串联有所述开关，每个所述开关分别并联有二极管，所述开关通过开关控制装置实现切换控制。

2.根据权利要求1所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，所述开关为MOS管。

3.根据权利要求2所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，所述开关控制装置包括MOS管驱动电路或主控制器Uk。

4.根据权利要求3所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，其还包括降压电路，所述降压电路用于给所述MOS管驱动电路或主控制器Uk供电，所述降压电路包括降压芯片U1，所述降压芯片U1的3管脚分别连接电阻R11一端、电容C1一端，所述降压芯片U1的1管脚分别连接电容C2一端、12V电压源。

5.根据权利要求4所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，所述电池模块包括两组电池：电池一、电池二，所述开关包括两个：MOS管，所述二极管包括二极管D1、D2，所述MOS管驱动电路用于对所述MOS管进行驱动控制，所述MOS管驱动电路包括所述MOS管，所述MOS管Q1的栅极分别连接电阻R1、R2一端，所述电阻R2另一端、MOS管Q1源极、所述电容C1、C2一端、电容C5一端、所述降压芯片U1的2管脚、三极管Q2、Q7、Q5发射极、电阻R25一端、电阻R22一端、MOS管Q2集电极均连接管脚GND0，所述电阻R1另一端连接三极管Q3的发射极，所述MOS管Q1漏极连接管脚GND1；所述MOS管Q2栅极分别连接电阻R11一端、电阻R21另一端，所述电阻R11另一端连接所述三极管Q6发射极，所述MOS管Q2发射极连接管脚GND2，所述MOS管驱动电路还包括比较器U4C，所述比较器U4C反向输入端9端口连接电阻R8一端，所述比较器U4C同向输入端10端口分别连接电阻R27、R28一端，所述电阻R8另一端连接管脚Bat2_FB，所述比较器U4C同向输入端分别连接电阻R27、R28一端，所述比较器U4C输出端分别连接电阻R23一端、所述电阻R28另一端，所述电阻R23另一端分别连接所述电容C5另一端、管脚key，所述管脚key连接电阻R7、R6一端，所述电阻R27另一端连接管脚Bat1_FB，所述电阻R7另一端连接三极管Q2基极，所述三极管Q2集电极连接电阻R9一端，所述电阻R9另一端分别连接电阻R10一端、三极管Q3基极，所述电阻R10另一端、三极管Q3发射极连接12V电压源，所述电阻R6另一端连接三极管Q7基极，所述三极管Q7集电极分别连接电阻R24一端、所述电阻R25另一端、三极管Q5基极，所述三极管Q7发射极接地，所述三极管Q5集电极连接电阻R22一端，所述电阻R22另一端分别连接电阻R21一端、三极管Q6基极，所述电阻R21另一端、三极管Q6发射极连接12V电压源，所述三极管Q6集电极分别连接所述电阻R21另一端、12V电压源。

6.根据权利要求4所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，所述电池模块包括至少两组电池，AD采样电路的数量、二极管的数量、开关的数量与所述电池的数量一致，所述主控制器Uk通过各个所述AD采样电路分别与相应的各个所述电池连接，各所述AD采样电路分别用于采集相应的各个所述电池的电压。

7.根据权利要求6所述的一种具有回馈功能的双电池并联控制装置，其特征在于，各个所述AD采样电路均包括运算放大器N4B，所述运算放大器N4B的同向输入端5端口分别连接电阻R25、电容C12一端，所述电阻R25另一端分别连接电阻R28一端、电池，所述运算放大器N4B的反向输入端6端口连接电阻R27一端，所述电阻R27另一端分别连接所述运算放大器N4B的输出端7端口、二极管D2阳极、二极管D3阴极、电阻R26一端，所述二极管D2阴极连接VCC电压源，所述电阻R26另一端连接主控制器Uk的A/D1管脚，所述电阻R28另一端、电容C12另一端、二极管D3阳极、运算放大器N4B的4端口连接管脚AGND。

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