CN210958312U - 一种电池并联开关控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电池并联开关控制装置，其可实现多个电池供电的灵活切换控制，方便使用者使用。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的输出端连接，所述开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，所述电池的输入端连接充电器，所述电池模块包括至少两组并联的电池，每个所述电池与所述充电器、控制器之间分别串联有二极管，所述开关控制模块包括开关，每个所述电池与连接控制器的所述二极管之间分别串联有所述开关，所述开关通过开关控制装置实现切换控制。

Description

一种电池并联开关控制装置

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，具体为一种电池并联开关控制装置。

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，然而现有的电池并联方法无法控制哪个电池优先工作，如果多个电池电压不同，则电压最高的电池通过二极管输出电能给负载，其他电池由于二极管承受反压而不接通，当此电池电压下降到和另一个电池电压接近时，两个电池一起工作，而对于有些应用场合，需要优先使用外接电池，待外接电池耗尽后才使用内置备用电池，而现有的电池并联控制方法无法实现电池供电的灵活选择，导致使用者使用不方便。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种电池并联开关控制装置，其可实现多个电池供电的灵活切换控制，方便使用者使用。

一种电池并联开关控制装置，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的输出端连接，所述开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，所述电池的输入端连接充电器，所述电池模块包括至少两组并联的电池，每个所述电池与所述充电器、控制器之间分别串联有二极管，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二极管之间分别串联有所述开关，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，所述开关控制装置包括开关控制电路或主控制器U1；

所述开关为继电器、MOS管或晶闸管等电子元件；

所述开关控制电路包括开关S1控制电路、开关S2控制电路，所述开关包括开关S1、开关S2，所述开关S1控制电路包括非门U2A，所述二极管为复合二极管，包括复合二极管D1、D2，所述开关S1、开关S2均为MOS管，所述开关S1的源极分别连接电池一Bat1的正极、电阻R1一端、稳压二极管TD1阴极，所述开关S1的漏极连接所述复合二极管D1的1端口，所述复合二极管D1的2端口连接所述控制器的输入端，所述开关S1栅极分别连接所述稳压二极管TD1阳极、电阻R1另一端、电阻R2一端，所述电阻R2另一端连接三极管Q2集电极，所述三极管Q2发射极接地，所述三级管Q2基极分别连接三极管Q1集电极、电阻R3、R4一端，所述电阻R3另一端连接所述电池一Bat1的正极，所述电阻R4另一端接地，所述三极管Q1发射极接地，所述三极管Q1基极连接非门U2A输出端2端口，所述非门U2A输入端1端口连接电阻R5一端，所述电阻R5另一端分别连接电阻R6一端、三极管Q4、Q3集电极、电阻R7、R8一端，所述电阻R8另一端接地，所述电阻R6集电极分别连接电阻R9一端、稳压二极管TD2阳极、开关S2栅极，所述开关S2源极分别连接所述电阻R9另一端、稳压二极管TD2阴极、电池二Bat2正极，所述开关S2漏极连接所述复合二极管D2的1端口，所述复合二极管D2的2端口连接所述控制器的输入端，所述三极管Q3、Q4发射极接地，所述三极管Q3基极连接所述比较器U1B的输出端7端口，所述比较器U1B同向输入端5端口连接基准电压源Vref，所述比较器U1B反向输入端6端口分别连接电阻R10、R11一端，所述电阻R10另一端连接所述电池二Bat2正极，所述电阻R11另一端接地；

所述开关控制装置还包括采样电路，所述采样电路为AD采样电路，每个所述电池分别通过所述AD采样电路与所述主控制器U1连接。

其还包括降压电路，所述降压电路的输入端与所述电池模块连接，所述降压电路的输出端与所述主控制器U1连接，所述降压电路用于将电池的电压降低并给所述主控制器U1供电，所述降压电路包括降压芯片U11，所述降压芯片U11的4管脚分别连接电容C72、C73一端、有源电容E8正极、管脚BAT、电阻R104一端，管脚BAT用于与所述电池模块连接，所述电容C72另一端连接所述降压芯片U11的3管脚，所述降压芯片U11的2管脚分别连接电感L52一端、电阻R98一端，所述电感L52另一端分别连接所述二极管D21阴极、降压芯片U11的5、9管脚，所述电阻R98另一端分别连接电容C3一端、电阻R109一端、有源电容E3正极、电容C75一端、保险丝F1一端、降压芯片U11的1管脚，所述保险丝F1另一端连接+3.3V电压源，所述电容C3另一端分别连接电阻R109另一端、电阻R9一端、所述降压芯片U11的8管脚，所述降压芯片U11的7管脚、电阻R9另一端、二极管D21阳极、有源电容E8、E3负极、电容C73、C75另一端接地，所述电阻R104另一端分别连接电阻R105一端、三极管Q17集电极，所述三极管Q17基极连接电阻R106一端，所述三极管Q17发射极、电阻R105另一端接地，所述电阻R106另一端连接所述主控制器U1；

所述AD采样电路包括运算放大器N4B，所述运算放大器N4B的同向输入端5端口分别连接电阻R25一端、电容C12一端，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R25另一端分别连接电阻R28一端、管脚WK-in，所述运算放大器N4B的输出端分别连接电阻R27另一端、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另一端连接所述主控制器U1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管脚接地，所述运算放大器N4B的8管脚连接运算放大器的供电电压；

所述电池模块包括电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn，n为正整数，所述二极管包括分别与所述电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn串联的二极管D1、D2……Dn，所述电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn分别连接二极管D1、D2……Dn的阳极，所述二极管D1、D2……Dn的阴极连接所述管脚BAT，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AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路NMn与所述电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn一一对应；

所述开关包括开关一S1、开关二S2……开关N Sn，所述开关一S1、开关二S2……开关N Sn分别串联于所述电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn与所述二极管D1、D2……Dn之间。

采用本实用新型的上述结构可以达到如下有益效果， AD采样电路对各电池的电压进行采集，并将采集的电压输送给主控制器U1，主控制器U1将AD采样电路采集的电压信息与电压阈值进行比较，电压阈值由使用者根据实际需要预先设定，主控制器U1根据比较结果控制各个开关的开断，从而实现了各个电池供电的灵活切换控制，方便了使用者使用。

附图说明

图1为实施例一的电路结构框图；

图2为实施例一的降压电路的电路原理图；

图3为实施例一的AD采样电路的电路原理图；

图4为实施例一电池模块的电路原理图；

图5为实施例二的电路结构框图；

图6为实施例二的电路原理图。

具体实施方式

实施例一，见图1，一种电池并联开关控制装置，其包括至少两个开关S，开关S的切换控制通过主控制器U1实现，其包括电池控制板1、设置于电池控制板1上的开关控制模块2，开关控制模块2的输入端与电池模块3的输出端连接，开关控制模块2的输出端与负载4连接，电池模块3的输入端连接充电器5，电池模块3包括至少两组并联的电池，电池模块3中的各个电池与充电器5、控制器6之间分别串联有二极管，每个电池与控制器6之间分别串联有开关，开关控制模块2包括主控制器U1、AD采样电路7，每个电池分别通过AD采样电路7与所述主控制器U1连接，本实施例中开关S为继电器；

见图2，其还包括降压电路8，降压电路8的输入端与电池模块3连接，降压电路8的输出端与主控制器U1连接，降压电路8包括降压芯片U11，降压芯片U11的4管脚分别连接电容C72、C73一端、有源电容E8正极、管脚BAT、电阻R104一端，管脚BAT用于与电池模块连接，电容C72另一端连接降压芯片U11的3管脚，降压芯片U11的2管脚分别连接电感L52一端、电阻R98一端，电感L52另一端分别连接二极管D21阴极、降压芯片U11的5、9管脚，电阻R98另一端分别连接电容C3一端、电阻R109一端、有源电容E3正极、电容C75一端、保险丝F1一端、降压芯片U11的1管脚，保险丝F1另一端连接+3.3V电压源，电容C3另一端分别连接电阻R109另一端、电阻R9一端、降压芯片U11的8管脚，降压芯片U11的7管脚、电阻R9另一端、二极管D21阳极、有源电容E8、E3负极、电容C73、C75另一端接地，电阻R104另一端分别连接电阻R105一端、三极管Q17集电极，三极管Q17基极连接电阻R106一端，三极管Q17发射极、电阻R105另一端接地，电阻R106另一端连接主控制器U1；

见图3，AD采样电路7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R25一端、电容C12一端，运算放大器N4B的反向输入端6端口连接电阻R27一端，电阻R25另一端分别连接电阻R28一端、管脚WK-in，运算放大器N4B的输出端分别连接电阻R27另一端、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U1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管脚接地，运算放大器N4B的8管脚连接8V电压源；

见图4，电池模块3包括电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn，n为大于等于2的正整数，二极管包括分别与电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn串联的二极管D1、D2……Dn，电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn分别连接二极管D1、D2……Dn的阳极，二极管D1、D2……Dn的阴极连接管脚BAT，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，AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路N Mn与电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn一一对应，AD采样电路中的管脚WK-in分别用于与电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn的正极连接；

开关包括开关一S1、开关二S2……开关N Sn，开关一S1、开关二S2……开关N Sn分别串联于电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn与二极管D1、D2……Dn之间，本实施例中主控制器U1可采用现有具有比较器、数据处理器功能的单片机，降压芯片U11为现有常用的开关电源芯片，采用主控制器U1对通过采样电路获取的电压信号进行比较以及数据处理均采用现有技术。

其具体工作原理如下所述：将本实用新型应用于电动车或电动工具等以电池作为电源供给的设备，电池模块3通过电池转接板1输出电能到控制器6，控制器6控制负载4（本实施例中为电机）输出，将电池化学能转换为机械能，电机通过一定的安装方式固定在机械本体（本实施例中的机械本体为电动车）上；开关S的作用在于控制电池接通供电或断开供电，可以选择通过一个开关闭合控制一个电池的接通，也可选择多个开关一起闭合即多组电池同时供电，由于二极管的反向阻断作用，多个电池一起供电时不会产生电池互相充电的情况，如果当前使用电池的电压降到预先设定的电压阈值后，可通过主控制器U1输出控制信号来断开此组电池的开关，然后再闭合其他开关。开关S的控制通过开关控制模块2实现，开关控制模块2中的AD采样电路7用于对各电池的电压进行采集，电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn的电压分别经AD采样电路一M1、AD采样电路二M2……AD采样电路N Mn与电池一Bat1、电池二Bat2……电池N Batn中的电阻分压、经电容滤波后输入到主控制器U1的A/D1管脚（即AD端口），主控制器U1根据该电压信号控制相应的开关一S1、开关二S2……开关N Sn的导通或断开，开关信号通过主控制器U1的IO口输出高低电平来控制，同时通过二极管D2、D3对该电压信号进行限制；

降压电路8用于将电池供电电压转换为主控制器U1所需的低电压，并给主控制器U1供电，考虑到多个电池可能不会全部接到电池控制板（即接到主控制器U1中），或者使用过程种需要关闭某个电池，而主控制器U1需要电池来供电，为确保电池关闭或拔出时主控制器U1不会断电，因而需要将各个电池通过二极管连在一起给主控制器U1供电，这样任一电池接入都能给主控制器U1供电，并且对主控制器U1的默认上电输出信号也没有什么要求，由于控制电路耗电少，只需选用小电流的二极管即可；

充电器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，也需要在充电器和电池端加装二极管。

实施例二，见图5，一种电池并联开关控制电路装置，其包括两个开关：开关S1、开关S2，开关S1、开关S2的切换控制通过开关控制电路实现，其通过包括电池转接板1、设置于电池转接板1上的开关控制模块2，开关控制模块2输入端与电池模块3输出端连接，开关控制模块2输出端与负载4连接，电池模块3输入端连接充电器5，电池模块3包括两组并联的电池：电池一31、电池二32，电池一31、电池二32与充电器5、控制器6之间分别串联有二极管，二极管为复合二极管，包括复合二极管D1、D2，电池一31、电池二32与负载之间还分别串联开关S1、开关S2，开关S1、开关S2为继电器、MOS管或晶闸管，本实施例中开关S1、开关S2均为MOS管，开关控制模块2包括开关控制电路7，开关控制电路7用于控制开关S1、S2的导通或断开，开关控制电路7包括开关S1控制电路、开关S2控制电路，开关S2控制电路7包括比较器U1B，开关S1控制电路包括非门U2A，具体电路连接关系如下：

见图6，开关S1的源极分别连接电池一Bat1正极、电阻R1一端、稳压二极管TD1阴极，开关S1漏极连接复合二极管D1的1端口，复合二极管D1的2端口连接控制器的输入端，开关S1栅极分别连接稳压二极管TD1阳极、电阻R1另一端、电阻R2一端，电阻R2另一端连接三极管Q2集电极，三极管Q2发射极接地，三级管Q2基极分别连接三极管Q1集电极、电阻R3、R4一端，电阻R3另一端连接电池一Bat1的正极，电阻R4的另一端接地，三极管Q1发射极接地，三极管Q1基极连接非门U2A输出端2端口，非门U2A输入端1端口连接电阻R5一端，电阻R5另一端分别连接电阻R6一端、三极管Q4、Q3集电极、电阻R7、R8一端，电阻R8另一端接地，电阻R6集电极分别连接电阻R9一端、稳压二极管TD2阳极、开关S2栅极，开关S2源极分别连接电阻R9另一端、稳压二极管TD2阴极、电池二Bat2正极，开关S2漏极连接复合二极管D2的1端口，复合二极管D2的2端口连接控制器的输入端，三极管Q3、Q4发射极接地，三极管Q3基极连接比较器U1B的输出端7端口，比较器U1B同向输入端5端口连接基准电压源Vref，比较器U1B反向输入端6端口分别连接电阻R10、R11一端，电阻R10另一端连接电池二Bat2正极，电阻R11另一端接地；

电池转接板1上设置有分别与电池一31、电池二32、控制器6连接的转接口一11、转接口二12、转接口三13，电池一31、电池二32、电池转接板1通过外壳封装，本实施例中滞环比较器U1B采用通用的运算放大器来实现。

其具体工作原理如下所述：将本实用新型应用于电动车或电动工具等以电池作为电源供给的设备，电池一31、电池二32通过电池转接板1输出电能到控制器6，控制器6控制负载4（本实施例中为电机）输出，将电池化学能转换为机械能，电机通过一定的安装方式固定在机械本体（本实施例中的机械本体为电动车）上；在使用本装置为电动车供电时：默认优先使用电池二32供电，此时电池一31处于断开状态，通过比较器U1B设置一个基准电压源Vref，电池二32通过转接口二接入电池转接板1后，通过电阻R10、R11分压，当电池二32的电压高于基准电压源Vref加比较器U1B的置环宽度时，比较器U1B输出低电平，使三极管Q4导通，三极管Q4导通后使开关S2导通，电池二32通过开关S2经过二极管D2输出，给控制器6供电，此时开关S1控制电路的非门U2A的输入端1端口Key1的输入电平为低电平，经过非门U2A后变成高电平使三极管Q1导通，三极管Q2不导通，从而使开关S1断开，电池一31不供电。当电池二32使用一段时间后电压变低，低于设定的基准电压源Vref后，比较器U1B输出高电平，使三极管Q3导通，导致三极管Q4关断，从而将开关S2关断，电池二不输出电压，此时非门U2A的输入端1端口Key1电平为高电平，经过非门U2A后变为低电平，三极管Q1不导通，则三极管Q2开始导通，使开关S1闭合，二极管D1导通，电池一31给负载供电；同时通过充电器给电池二32充电，直至电池二32的电压高于基准电压源Vref加置环宽度，设置设置滞环宽度的目的是防止电池电压波动时开关频繁切换。

本装置中开关S1、开关S2的通断通过电池转接板1上的开关控制电路7来控制，是一种不需要外部控制信号的电池切换方式，增加了电池转接板1的通用性和可靠性，其可实现两组电池互补、均衡放大，在倍增电池容量的同时可避免电池之间因不平衡带来的内部损耗和互充安全问题，主要原因在于，电池一31、电池二32与充电器5、控制器6之间分别串联有二极管，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，当电池一、电池二的额定电压值一致时，可以只用一个充电器给各个电池充电。

Claims (6)

1.一种电池并联开关控制装置，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的输出端连接，所述开关控制模块的输出端通过控制器与负载连接，所述电池的输入端连接充电器，所述电池模块包括至少两组并联的电池，每个所述电池与所述充电器、控制器之间分别串联有二极管，其特征在于，所述开关控制模块包括开关，每个所述电池与连接控制器的所述二极管之间分别串联有所述开关，所述开关通过开关控制装置实现切换控制，所述开关控制装置包括主控制器U1、采样电路。

2.根据权利要求1所述的一种电池并联开关控制装置，其特征在于，所述开关为继电器、MOS管或晶闸管。

3.根据权利要求2所述的一种电池并联开关控制装置，其特征在于，所述采样电路为AD采样电路，每个所述电池分别通过所述AD采样电路与所述主控制器U1连接。

4.根据权利要求3所述的一种电池并联开关控制装置，其特征在于，其还包括降压电路，所述降压电路的输入端与所述电池模块连接，所述降压电路的输出端与所述主控制器U1连接，所述降压电路用于将电池的电压降低并给所述主控制器U1供电，所述降压电路包括降压芯片U11，所述降压芯片U11的4管脚分别连接电容C72、C73一端、有源电容E8正极、管脚BAT、电阻R104一端，管脚BAT用于与所述电池模块连接，所述电容C72另一端连接所述降压芯片U11的3管脚，所述降压芯片U11的2管脚分别连接电感L52一端、电阻R98一端，所述电感L52另一端分别连接二极管D21阴极、降压芯片U11的5、9管脚，所述电阻R98另一端分别连接电容C3一端、电阻R109一端、有源电容E3正极、电容C75一端、保险丝F1一端、降压芯片U11的1管脚，所述保险丝F1另一端连接+3.3V电压源，所述电容C3另一端分别连接电阻R109另一端、电阻R9一端、所述降压芯片U11的8管脚，所述降压芯片U11的7管脚、电阻R9另一端、二极管D21阳极、有源电容E8、E3负极、电容C73、C75另一端接地，所述电阻R104另一端分别连接电阻R105一端、三极管Q17集电极，所述三极管Q17基极连接电阻R106一端，所述三极管Q17发射极、电阻R105另一端接地，所述电阻R106另一端连接所述主控制器U1。

5.根据权利要求3或4任一项所述的一种电池并联开关控制装置，其特征在于，所述AD采样电路包括运算放大器N4B，所述运算放大器N4B的同向输入端5端口分别连接电阻R25一端、电容C12一端，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R25另一端分别连接电阻R28一端、管脚WK-in，所述运算放大器N4B的输出端分别连接电阻R27另一端、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另一端连接所述主控制器U1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管脚接地，所述运算放大器N4B的8管脚连接8V电压源。

6.根据权利要求5所述的一种电池并联开关控制装置，其特征在于，所述电池模块包括的并联电池的数量为n，n为正整数，所述电池、连接控制器的二极管、开关、AD采样电路的数量一致。

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