CN214314601U - 一种电池组热插拔电路系统和电池并联电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及电池应用领域，特别涉及一种电池组热插拔电路系统和电池并联电路。本实用新型提供一种电池组热插拔电路系统，所述电池组包括至少一个电池，每个电池的正极相互连接于节点，所述节点用于连接负载的一端，负载的另一端接地；电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元，一个电池组热插拔电路单元连接一个电池，用于管理电池的放电，每个电池组热插拔电路单元均包括开关电路、采样电路和运放电路；采样电路能采集电池电压，运放电路能根据采集电路的电压控制输出信号，从而控制开关电路的断开与闭合，进而控制电池放电回路的断开与闭合，故该电池组热插拔电路系统可将多节电池并联使用，且实现电池热插拔。

Description

一种电池组热插拔电路系统和电池并联电路

技术领域

本实用新型实施例涉及电池应用领域，特别涉及一种电池组热插拔电路系统和电池并联电路。

背景技术

目前电池应用越来越广泛，但电池续航却极大限制了其应用场景，怎样实现电池设备的不间断工作、怎样实现多组电池并联使用、怎样实现电池热拔插成了亟待解决的问题。

目前主要使用单节电池或多节串联使用，其适用性不强。当使用单节电池时其续航时间常常受到电量限制，然而由于电池内阻小，不同电压电池不能直接并联使用，在使用多节电压相近的电池直接并联时，需要先确保电池间电压非常接近，否则会瞬间放电造成电池过热、电池间相互充放电容易造成电池过热着火，因此，不能直接简单的将多节电池并联使用，更不能实现电池热插拔。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型实施例主要解决的技术问题是提供一种电池组热插拔电路系统和电池，该电池组热插拔电路系统可以直接将多节电池并联使用，同时实现电池热插拔。

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种电池组热插拔电路系统，所述电池组包括至少一个电池，每个所述电池的正极相互连接于节点，所述节点用于连接负载的一端，所述负载的另一端接地；

所述电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元，一个所述电池组热插拔电路单元连接一个所述电池，用于管理所述电池的放电，每个所述电池组热插拔电路单元均包括开关电路、采样电路和运放电路；

其中，所述开关电路的第一端连接所述电池的负极，所述开关电路的第二端接地，所述开关电路用于控制每个电池放电回路的断开与闭合；

所述采样电路的第一端连接所述电池的负极，所述采样电路的第二端连接电源，所述采样电路的第三端接地，所述采样电路用于采集所述电池的电压；

所述运放电路的第一输入端连接所述采样电路的第四端，所述运放电路的第二输入端连接所述采样电路的第五端，所述运放电路的输出端连接所述开关电路的第三端，所述运放电路用于根据所述采样电路的电压控制输出信号，从而控制所述开关电路的断开与闭合。

在一些实施例中，所述电池组热插拔电路单元还包括负反馈补偿电路，所述负反馈补偿电路的一端连接所述运放电路的第一输入端、所述负反馈补偿电路的另一端连接所述运放电路的输出端。

在一些实施例中，所述采样电路包括第一电阻、第二电阻和二极管对，所述二极管对包括分别独立的第一二极管和第二二极管；

其中，所述第一二极管的阴极连接所述电池的负极，所述第一二极管的阳极分别连接所述运放电路的第一输入端和所述第一电阻的第一端，所述第二二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极分别连接所述运放电路的第二输入端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端均连接所述电源。

在一些实施例中，所述运放电路为运算放大器；所述运算放大器的反相输入端连接所述采样电路的第四端、所述运算放大器的同相输入端连接所述采样电路的第五端、所述运算放大器的输出端连接所述开关电路的第三端。

在一些实施例中，所述负反馈补偿电路包括第三电阻和第一电容；所述第三电阻的一端连接所述运算放大器的反相输入端、所述第三电阻的另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述运放电路的输出端。

在一些实施例中，所述采样电路还包括限流电阻；所述限流电阻的一端连接所述第一二极管的阴极，所述限流电阻的另一端连接所述电池的负极。

在一些实施例中，所述开关电路为场效应管。

在一些实施例中，所述开关电路为N沟道场效应管；所述N沟道场效应管的漏极连接所述电池的负极，所述N沟道场效应管的栅极连接所述运放电路的输出端、所述N沟道场效应管的源极接地。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例中提供了一种电池并联电路，所述电池并联电路包括如上述第一方面任一项所述的电池组热插拔电路系统。

本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供一种电池组热插拔电路系统，所述电池组包括至少一个电池，每个电池的正极相互连接于节点，所述节点用于连接负载的一端，负载的另一端接地；电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元，一个电池组热插拔电路单元连接一个电池，用于管理电池的放电，每个电池组热插拔电路单元均包括开关电路、采样电路和运放电路；采样电路能采集电池电压，运放电路能根据采样电路的电压控制输出信号，从而控制开关电路的断开与闭合，进而控制电池放电回路的断开与闭合，故该电池组热插拔电路系统可将多节电池并联使用，且实现电池热插拔。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例提供的一种电池组热插拔电路系统的结构框图示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种电池组热插拔电路系统的结构框图示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种电池组热插拔电路单元的电路结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种电池组热插拔电路系统的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种电池组热插拔电路系统的结构框图示意图。如图1所示，所述电池组包括至少一个电池200，每个电池200的正极相互连接于节点A，所述节点A用于连接负载300的一端，所述负载300的另一端接地；

所述电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元100，一个所述电池组热插拔电路单元100连接一个所述电池200，用于管理所述电池200的放电，每个所述电池组热插拔电路单元100均包括开关电路110、采样电路120和运放电路130；

其中，开关电路110的第一端连接电池200的负极，开关电路110的第二端接地，所述开关电路110用于控制所述电池200放电回路的断开与闭合；采样电路120的第一端连接电池200的负极、采样电路120的第二端连接电源Vcc，采样电路120的第三端接地，采样电路120用于采集所述电池200的电压；运放电路130的第一输入端连接采样电路120的第四端，运放电路130的第二输入端连接采样电路120的第五端，运放电路130的输出端连接开关电路110的第三端，运放电路130用于根据采样电路120采集的电压控制输出信号，从而控制所述开关电路110的断开与闭合。

在该电池组热插拔电路系统中，将每个电池组热插拔电路单元100分别连接每个电池200，然后，每个电池组热插拔电路单元100中的采样电路120能采集电池200的电压，运放电路130根据采样电路120采集的电压来控制输出信号，从而控制开关电路110的断开与闭合，进而控制每个电池200放电回路的断开与闭合，使得该电池组热插拔电路系统能够管理一个电池或者是并联电池的放电情况，并且实现电池热插拔。

在其中一些实施例中，请参阅图3，所述采样电路120包括第一电阻R1和第二电阻R2和二极管对；所述二极管对包括分别独立的第一二极管D1和第二二极管D2；其中，第一二极管D1的阴极连接电池200的负极，第一二极管D1的阳极分别连接运放电路130的第一输入端和第一电阻R1的第一端，第二二极管D2的阴极接地，第二二极管D2的阳极分别连接运放电路130的第二输入端和第二电阻R2的第一端，第一电阻R1的的第二端和第二电阻R2的第二端均连接电源Vcc。在该采样电路130中，电源Vcc可以分别通过第一电阻R1、第二电阻R2和二极管对给运放电路130提供工作电流。一般，电源Vcc取12V，在实际应用中，采样电路120使用的电阻数和电源Vcc的电压值均可按照实际需要进行设置，同时，二极管对也可以为共基极三极管对、或者是其他合适的稳压器件，在此不需要拘泥于本实用新型实施例中的限定。

在其中一些实施例中，请再次参阅图3，运放电路130为运算放大器；其中，运算放大器130的反相输入端连接所述采样电路120的第四端、运算放大器130的同相输入端连接采样电路120的第五端、运算放大器130的输出端连接开关电路110的第三端。该运算放大器130通过比较反相输入端和同相输入端的电压值，从而控制输出信号控制开关电路110的断开与闭合。

当电池组热插拔电路系统在切换电池工作时，为了在切换电池时电流稳定，在其中一些实施例中，请一并参阅图2和图3，所述电池组热插拔电路单元100还包括负反馈补偿电路140，所述负反馈补偿电路140的一端连接运放电路130的第一输入端、负反馈补偿电路140的另一端连接所述运放电路130的输出端。当运放电路130为运算放大器时，负反馈补偿电路140的一端连接运算放大器130的反相输入端、负反馈补偿电路140的另一端连接所述运算放大器130的输出端。

具体地，在其中一些实施例中，请参阅图3，如图所示，所述负反馈补偿电路140包括第三电阻R3和第一电容C1；其中，第三电阻R3的一端连接运算放大器130的反相输入端、第三电阻R3的另一端连接第一电容C1的一端，第一电容C1的另一端连接运放电路130的输出端。当电池组热插拔电路系统在切换电池工作时，能通过第三电阻R3和第一电容C1调节切换稳定性，避免反复切换形成振荡。

为了限制稳压电路120中的电流，在其中一些实施例中，请再次参阅图3，采样电路120还包括限流电阻R4；所述限流电阻R4连接在所述第一二极管D1的阴极和所述电池200的负极之间，所述限流电阻R4的一端连接所述第一二极管D1的阴极，所述限流电阻R4的另一端连接所述电池200的负极。

在其中一些实施例中，开关电路110为场效应管。具体地，请参阅图3，开关电路110为N沟道场效应管；N沟道场效应管的漏极连接电池200的负极，N沟道场效应管的栅极连接运放电路130的输出端、N沟道场效应管的源极接地。在实际应用中，开关电路可以是P沟道场效应管、或者是其他合适的开关管，可按实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实用新型实施例中的限定。

下面结合具体的实施例对本实用新型实施例的电池组热插拔电路系统工作过程进行详细阐述。

请参阅图4，在图4中，电池组为两个并联的第一电池210和第二电池220，第一电池210的正极和第二电池220的正极相互连接于节点A，并通过节点A连接负载300的一端，负载300的另一端接地，电池组热插拔电路系统包括第一电池组热插拔电路单元和第二电池组热插拔电路单元，其中，第一电池210的负极和第一电池组热插拔电路单元连接，第二电池220的负极和第二电池组热插拔电路单元串联连接。第一电池组热插拔电路单元包括第一开关电路111、第一采样电路121、第一运放电路131以及第一负反馈补偿电路141，第二电池组热插拔电路单元包括第二开关电路112、第二采样电路122、第二运放电路132以及第二负反馈补偿电路142；其中，第一开关电路111的第一端和第一采样电路121的第一端均连接第一电池210的负极，第二开关电路112的第一端和第二采样电路122的第一端均连接第二电池220的负极。在本实施例中，开关电路均为N沟道场效应管、运放电路均为运算放大器，其余电路的具体连接关系可参见前面任一实施例中的描述，在此不再赘述。

首先，由于第一采样电路121和第二采样电路122的二极管存在，第一运算放大器131和第二运算放大器132的同相输入端电压值恒为二极管压降，一般为0.7V。当第一电池210的电压高于第二电池220的电压时，第一N沟道场效应管111的体二极管导通，第二N沟道场效应管112的体二极管不导通。

对于第一电池210，此时第一电池210处于放电情况，此时第一电池210的放电电流从第一电池210的正极流向负载300、再从负载300流向地、再经第一N沟道场效应管111回到第一电池210的负极。可见，第一电池210的负极对地会有一个负压，那么，此时，第一运算放大器131的反相输入端的电压值为第一采样电路121的二极管压降+所述负压。此时所述负压为小于0的数，故第一运算放大器131的反相输入端的电压值恒小于第一采样电路121的二极管压降，即恒小于0.7V，也即恒小于第一运算放大器131的同相输入端，因此，第一运算放大器131的输出端恒输出高电平，从而控制第一N沟道场效应管111始终保持导通，第一电池210放电。

对于第二电池220，此时，第二N沟道场效应管112不导通，由于第二N沟道场效应管112的体二极管存在，第二运算放大器132的反相输入端电压值为第二电池220的负极对地的压降，即为第一电池210的电压值-第二电池220的电压值+第二采样电路122的二极管压降，由于第一电池210的电压高于第二电池220的电压，故第二运算放大器132的反相输入端电压值恒大于二极管压降，即恒大于0.7V，也恒大于第二运算放大器132的同相输入端电压值，因此，第二运算放大器132的输出端恒输出低电平，从而控制第二N沟道场效应管112始终保持断开，第二电池220不放电。因此，当两个电池的电压差较大时，电压值高的电池进行放电。

当两个电池的电压差较小时，由于电池存在内阻，放电时会在内阻上形成压降，导致电池电压会被内阻拉低，但该电池组热插拔电路系统可以让两个电池切换放电。例如，均不工作时第一电池210的电压高于第二电池220的电压，当放电后第一电池210的电压被内阻拉低电压后，此时，电池组热插拔电路系统检测到第二电池220的电压更高，从而切换到第二电池220放电，第一电池210不放电；当第二电池220的电压值因内阻被拉低后，电池组热插拔电路系统又切换到第一电池210进行放电，如此循环从而使两个电池可以不间断地对设备进行放电。并且再切换的过程中，电池组热插拔电路系统通过第一负反馈补偿电路141和第二负反馈补偿电路142来调节电路的稳定性，避免反复切换形成震荡。

综上可见，该电池组热插拔电路系统实现了并联电路的自动管理，可以随时热插拔，从而实现设备不断电工作。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池并联电路，所述电池并联电路包括如上述第一方面任一项所述的电池组热插拔电路系统。所述电池组热插拔电路系统的具体细节可参见第一方面任一项实施例中的描述，在此不再赘述。本实用新型实施例提供的电池并联电路能通过电池组热插拔电路系统管理并联电池，并且可以随时对电池热插拔，实现对设备不间断的进行放电。

本实用新型提供一种电池组热插拔电路系统，所述电池组包括至少一个电池，每个电池的正极相互连接于节点，所述节点用于连接负载的一端，负载的另一端接地；电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元，一个电池组热插拔电路单元连接一个电池，用于管理电池的放电，每个电池组热插拔电路单元均包括开关电路、采样电路和运放电路；采样电路能采集电池电压，运放电路能根据采集电路的电压控制输出信号，从而控制开关电路的断开与闭合，进而控制电池放电回路的断开与闭合，故该电池组热插拔电路系统可将多节电池并联使用，且实现电池热插拔。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述电池组包括至少一个电池，每个所述电池的正极相互连接于节点，所述节点用于连接负载的一端，所述负载的另一端接地；

所述电池组热插拔电路系统包括至少一个电池组热插拔电路单元，一个所述电池组热插拔电路单元连接一个所述电池，用于管理所述电池的放电，每个所述电池组热插拔电路单元均包括开关电路、采样电路和运放电路；

其中，所述开关电路的第一端连接所述电池的负极，所述开关电路的第二端接地，所述开关电路用于控制每个电池放电回路的断开与闭合；

所述采样电路的第一端连接所述电池的负极，所述采样电路的第二端连接电源，所述采样电路的第三端接地，所述采样电路用于采集所述电池的电压；

所述运放电路的第一输入端连接所述采样电路的第四端，所述运放电路的第二输入端连接所述采样电路的第五端，所述运放电路的输出端连接所述开关电路的第三端，所述运放电路用于根据所述采样电路的电压控制输出信号，从而控制所述开关电路的断开与闭合。

2.根据权利要求1所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述电池组热插拔电路单元还包括负反馈补偿电路，所述负反馈补偿电路的一端连接所述运放电路的第一输入端、所述负反馈补偿电路的另一端连接所述运放电路的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述采样电路包括第一电阻、第二电阻和二极管对，所述二极管对包括分别独立的第一二极管和第二二极管；

其中，所述第一二极管的阴极连接所述电池的负极，所述第一二极管的阳极分别连接所述运放电路的第一输入端和所述第一电阻的第一端，所述第二二极管的阴极接地，所述第二二极管的阳极分别连接所述运放电路的第二输入端和所述第二电阻的第一端，所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第二端均连接所述电源。

4.根据权利要求2所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述运放电路为运算放大器；

所述运算放大器的反相输入端连接所述采样电路的第四端、所述运算放大器的同相输入端连接所述采样电路的第五端、所述运算放大器的输出端连接所述开关电路的第三端。

5.根据权利要求4所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述负反馈补偿电路包括第三电阻和第一电容；所述第三电阻的一端连接所述运算放大器的反相输入端、所述第三电阻的另一端连接所述第一电容的一端，所述第一电容的另一端连接所述运放电路的输出端。

6.根据权利要求3所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述采样电路还包括限流电阻；所述限流电阻的一端连接所述第一二极管的阴极，所述限流电阻的另一端连接所述电池的负极。

7.根据权利要求1所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述开关电路为场效应管。

8.根据权利要求1所述的电池组热插拔电路系统，其特征在于，所述开关电路为N沟道场效应管；所述N沟道场效应管的漏极连接所述电池的负极，所述N沟道场效应管的栅极连接所述运放电路的输出端、所述N沟道场效应管的源极接地。

9.一种电池并联电路，其特征在于，所述电池并联电路包括如权利要求1-8任一项所述的电池组热插拔电路系统。

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