CN217484480U - 模拟电芯电路及模拟电池电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及模拟电池技术领域，特别涉及一种模拟电芯电路及模拟电池电路。其中，一种模拟电芯电路包括：电压转换模块，电压转换模块的输入端与供电电源的输出端相连，用于根据供电电源的电压，输出模拟电芯电压；充放电模拟模块，充放电模拟模块的第一端与电压转换模块的输出端相连，充放电模拟模块包括分压单元与电压模拟单元，分压单元的输出端与电压模拟单元的输入端相连，分压单元用于在模拟电芯充电时，与电压模拟单元组成第一电芯回路，第一电芯回路用于根据模拟电芯电压输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，分压单元与电压模拟单元组成第二电芯回路，第二电芯回路用于根据模拟电芯电压输出模拟放电电压。应用本申请能减少电芯资源的浪费。

Description

模拟电芯电路及模拟电池电路

技术领域

本实用新型涉及模拟电池技术领域，特别涉及一种模拟电芯电路及模拟电池电路。

背景技术

随着锂电池的需求日益增多，需要锂电池进行长时间的性能测试。而锂电池是由电芯和保护电路板组成的，目前对锂电池进行测试时，通常需要保护电路板采集电芯上的电压，现有的方案在测试时采用真实电池组，根据实际需求对电池进行反复充放电，多次采集电芯数据，容易造成电芯损坏，造成电芯资源浪费的问题。

实用新型内容

为克服现有技术中的问题，本实用新型提供了一种模拟电芯电路及模拟电池电路，以解决现有方案存在的电芯资源浪费问题。

本实用新型第一方面提供了一种模拟电芯电路，包括：

电压转换模块，所述电压转换模块的输入端与所述供电电源的输出端相连，用于根据所述供电电源的电压输出模拟电芯电压；

充放电模拟模块，所述充放电模拟模块的第一端与所述电压转换模块的输出端相连，所述充放电模拟模块包括分压单元与电压模拟单元，所述分压单元的输出端与所述电压模拟单元的输入端相连，所述分压单元用于在模拟电芯充电时，与所述电压模拟单元组成第一电芯回路，所述第一电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，所述分压单元与所述电压模拟单元组成第二电芯回路，所述第二电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟放电电压。

本实用新型第二方面提供了一种模拟电池电路，包括第一方面的模拟电芯电路和BMS保护电路。

本实用新型实施例提供一种模拟电芯电路及模拟电池电路，其中，模拟电芯电路包括：电压转换模块与充放电模拟模块，电压转换模块的输入端与供电电源的输出端相连，充放电模拟模块的第一端与电压转换模块的输出端相连，且充放电模拟模块包括分压单元与电压模拟单元，分压单元的输出端与电压模拟单元的输入端相连，利用电压转换模块将供电电源的电压转换为模拟电芯电压，且将该模拟电芯电压传递至充放电模拟模块，因为充放电模拟模块包括分压单元与电压模拟单元，而且分压单元的输出端与电压模拟单元的输入端相连，所以在模拟电芯充电时，分压单元和电压模拟单元组成第一电芯回路，且第一电芯回路根据模拟电芯电压输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，分压单元和电压模拟单元组成第二电芯回路，且第二电芯回路根据模拟电芯电压输出模拟放电电压。本方案无需采用真实电池就能在测试时多次采集电池内部电芯的数据，减少电芯资源的浪费。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种模拟电芯电路的结构示意图；

图2是本实用新型提供的另一种模拟电芯电路的结构示意图；

图3是本实用新型提供的一种模拟电芯电路的具体电路图；

图4是本实用新型提供的一种模拟电池电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1所示，图1示出了本实用新型提供的一种模拟电芯电路的结构示意图。如图1所示，一种模拟电芯电路100，包括：

电压转换模块10，所述电压转换模块10的输入端与供电电源E1的输出端相连，用于根据所述供电电源E1的电压，输出模拟电芯电压；

,充放电模拟模块20，所述充放电模拟模块20的第一端与所述电压转换模块10的输出端相连，所述充放电模拟模块20包括分压单元21与电压模拟单元22，所述分压单元21的输出端与所述电压模拟单元22的输入端相连，所述分压单元21用于在模拟电芯充电时，与所述电压模拟单元22组成第一电芯回路，所述第一电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，所述分压单元21与所述电压模拟单元22组成第二电芯回路，所述第二电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟放电电压。

在本实施例中，电压转换模块10作为整个模拟电芯电路100的电源输入单元，电压转换模块10的输入端与供电电源E1的输出端相连，电压转换模块10用于根据供电电源E1提供的电压，输出模拟电芯电压。这里，电压转换模块10对供电电源E1提供的电压进行转换，进而输出模拟电芯电压，该模拟电芯电压为直流电压。

在实际应用中，由于电芯具有固定的额定电压值，因此在模拟电芯电压时，可以根据实际需求对供电电源E1的电压进行适当调整，也即通过电压转换模块10对供电电源E1提供的电压进行转换，输出满足模拟电芯充放电需求的电芯电压。例如，锂电池电芯过充到电压高于5V后，会对电芯造成损坏。所以可以将供电电源E1的电压转换为5V电压作为模拟电芯电压输入充放电模拟模块20，限定锂电池电芯的电压范围。电压转换模块10的结构不是唯一的，只要将外部的供电电源E1的电压转换为模拟电芯电路100适用的直流电压即可。例如，可以供电电源E1的220V的交流电经过变压器的转换，再通过整流滤波输出直流电压，或者将交流电整流滤波输出高压直流电，然后再通过开关电路和高频变压器输出高频低压脉冲，再经过整流滤波，输出低压直流电压。

充放电模拟模块20的第一端与电压转换模块10的输出端相连，充放电模拟模块20用于模拟电芯充放电。充放电模拟模块20包括分压单元21与电压模拟单元22，分压单元21的输出端与电压模拟单元22的输入端相连。在模拟电芯充电时，分压单元21和电压模拟单元22组成第一电芯回路，第一电芯回路输出模拟充电电压。在模拟电芯放电时，分压单元21和电压模拟单元22组成第二电芯回路，第二电芯回路输出模拟放电电压。

充放电模拟模块20是用于模拟电芯充放电，充放电模拟模块20可以包括电阻、电容、二极管和三极管等，将电阻或电容进行串联或者并联，使用二极管和三极管稳定电压，输出需要的电压。而分压单元21的结构不是唯一的，只要在模拟电芯充电时，和电压模拟单元22组成第一电芯回路并输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，和电压模拟单元22组成第二电芯回路并输出模拟放电电压。例如，分压单元21可以包括将二个或二个以上电阻或者电容进行串联。电压模拟单元22可以包括三极管、可调电阻和二极管相连，输出可设定的电压。

模拟电芯电路100还可以采集充放电模拟模块20的电压，即在模拟电芯充电时，采集第一电芯回路输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，采集第二电芯回路输出模拟放电电压。模拟电芯的特性，模拟在对外部放电与被充电器充电两种状态。实现在对电芯充电时，电芯的电压升高，电芯放电时，电芯的电压降低的模拟过程。

在一实施例中，参阅图2，图2示出了本实用新型提供的另一种模拟电芯电路的结构示意图。如图2所示，所述电压转换模块10的第一输出端连接所述分压单元21的第一输入端，所述电压转换模块10的第二输出端连接所述分压单元21的第二输入端。

在本实施例中，如图2所示，电压转换模块10的输入端与供电电源E1的输出端相连。因为充放电模拟模块20包括分压单元21和电压模拟单元22，而充放电模拟模块20的第一端和电压转换模块10的输出端相连，所以电压转换模块10的输出端连接分压单元21的输入端。电压转换模块10的第一输出端连接分压单元21的第一输入端，电压转换模块10的第二输出端连接分压单元21的第二输入端。

在一实施例中，参阅图2，所述分压单元21的第一输出端与所述电压模拟单元22的第一输入端相连，所述分压单元21的第二输出端与所述电压模拟单元22的第二输入端相连。

在本实施例中，因为电压转换模块10连接分压单元21，分压单元21输出端与电压模拟单元22的输入端相连。所以电压转换模块10的第一输出端连接分压单元21的第一输入端，电压转换模块10的第二输出端连接分压单元21的第二输入端。接着，分压单元21的第一输出端与电压模拟单元22的第一输入端相连，分压单元21的第二输出端与电压模拟单元22的第二输入端相连。这样的连接方式使得分压单元21和电压模拟单元22在在模拟电芯充电时形成第一电芯回路并输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，组成第二电芯回路并模拟放电电压。

在一实施例中，参阅图3，图3示出了本实用新型提供的一种模拟电芯电路的具体电路图。如图3所示，所述电压转换模块10包括隔离电源E2，所述隔离电源E2的正极端VIN与负极端GND作为所述电压转换模块10的输入端，所述隔离电源E2的第一输出端V+作为所述电压转换模块10的第一输出端，所述隔离电源E2的第二输出端V-作为所述电压转换模块10的第二输出端。

在本实施例中，电压转换模块10包括隔离电源E2，在实际应用中能够为每个电路单独供电，并且将外部供电电源E1的电压转换为模拟电芯电路100需要的直流电压和适当的电压值，起到转换电压的作用。而电压转换模块10连接供电电源E1，所以隔离电源E2的正极端VIN与负极端GND和供电电源E1的正极端与负极端对应连接。而电压转换模块10又和分压单元21相连，具体为电压转换模块10的第一输出端连接分压单元21的第一输入端，电压转换模块10的第二输出端连接分压单元21的第二输入端，又因为隔离电源E2的第一输出端V+作为电压转换模块10的第一输出端，隔离电源E2的第二输出端V-作为电压转换模块10的第二输出端。所以隔离电源E2的第一输出端V+连接分压单元21的第一输入端，隔离电源E2的第二输出端V-连接分压单元21的第二输入端。可以理解为，隔离电源E2的正极输出端V+和负极输出端V-分别连接分压单元21的第一输入端和第二输入端。

在一实施例中，参阅图3，所述电压转换模块10还包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1的第一端连接所述隔离电源E2的正极端VIN，所述第一电容C1的第二端连接所述隔离电源E2的负极端GND，所述第二电容C2的第一端连接所述隔离电源E2的第一输出端V+，所述第二电容C2的第二端连接所述隔离电源E2的第二输出端V-。

在本实施例中，第一电容C1和第二电容C2可以为滤波电容，用来去除滤波，滤除交流成分，过滤掉电流中的低频信号，使输出的直流更平滑。对输入充放电模拟模块20的电压进行去除滤波。由第一电容C1的第一端连接隔离电源E2的正极端VIN，第一电容C1的第二端连接隔离电源E2的负极端GND，第二电容C2的第一端连接隔离电源E2的第一输出端V+，第二电容C2的第二端连接隔离电源E2的第二输出端V-可以看出，第一电容C1和第二电容C2连接在隔离电源E2的两端，使得隔离电源E2输出稳定的直流电压。

在一实施例中，参阅图3，所述分压单元21包括二极管D、第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1以及第二三极管Q2，所述二极管D的第一端作为所述分压单元21的第二输入端，所述二极管D的第二端与所述第二三极管Q2的基极相连，所述第一电阻R1的第一端作为所述分压单元21的第一输入端，所述第一电阻R1的第二端与所述第一三极管Q1的发射极相连，所述第二电阻R1的第一端与所述第一三极管Q1的基极相连，所述第二电阻R2的第二端与所述第二三极管Q2的集电极相连，所述第一三极管Q1的集电极作为所述分压单元21的第一输出端，所述第二三极管Q2的发射极作为所述分压单元21的第二输出端。

在本实施例中，分压单元21的第一输入端连接第一电阻，分压单元21的第二输入端连接二极管D，因为分压单元21的第一输入端连接电压转换模块10的第一输出端，分压单元21的第二输入端连接电压转换模块10的第二输出端，所以电压转换模块10输出的模拟电芯电压分别输入第一电阻R1和二极管D。对第一电阻R1和第二电阻R2的阻值不进行限制，根据具体的实际电路选取合适的电阻值。第一电阻R1和第二电阻R2可以为限流电阻，串联于电路中，防止电流过大烧坏串联的第一三极管Q1和第二三极管Q2。同时也能起到分压的作用。二极管D可以为稳压二极管，反接在电路中。二极管D的作用是输出稳定的电压，通过连接第二三极管Q2，当模拟电芯电压通过二极管D输入第二三极管Q2时，根据三极管的PN结单向导通性，使得第二三极管Q2导通。三极管有三个引脚，分别是基极、集电极和发射极。第一三极管Q1和第二三极管Q2通过第一电阻R1和第二电阻R2形成电路回路。

在一实施例中，参阅图3，所述分压单元21还包括第三电阻R3和第四电阻R4，所述第三电阻R3的第一端与所述第一电阻R1的第一端相连，所述第三电阻R3的第二端与所述二极管D的第二端相连，所述第四电阻R4的第一端与所述第二三极管Q2的发射极相连，所述第四电阻R4的第二端与所述二极管D的第一端相连。

在本实施例中，分压单元还包括第三电阻R3和第四电阻R4，和第一电阻R1、第二电阻R2、第一三极管Q1、第二三极管Q2和二极管D组成分压单元。第三电阻R3的第一端与第一电阻R1的第一端相连，第三电阻R3的第二端与二极管D的第二端相连，第三电阻R3和第一电阻R1、二极管D串联在电路中，起到限流和分压的作用。第四电阻R4的第一端与第二三极管Q2的发射极相连，第四电阻R4的第二端与二极管D的第一端相连，第四电阻R4与第二三极管Q2和二极管D构成电路回路，起到分压的作用。

在一实施例中，参阅图3，所述第一三极管Q1为PNP管，所述第二三极管Q2为NPN管。

在本实施例中，三极管按照结构的不同可以分为PNP三级管和NPN三级管。PNP三级管和NPN三级管的区别在于电流的方向。电流由第一三极管Q1的发射极流入第一三极管Q1，然后从第一三极管Q1的基极和集电极流出。而电流由第二三极管Q2的基极和集电极流入，然后第二三极管Q2的发射极流出。

在一实施例中，参阅图3，所述电压模拟单元22包括至少一个可调电阻R，所述可调电阻R的第一输入端与所述第一三极管Q1的集电极相连，所述可调电阻R的第二输入端与所述第二三极管Q2的发射极相连。

在本实施例中，可调电阻R通过调节自身的电阻值来改变可调电阻R两端的电压以及和可调电阻R串联的器件的电压。因为可调电阻R和第一三极管Q1的集电极相连，所以当调节可调电阻R的阻值时，因为分压单元21的输出端和电压模拟单元22的输入端相连，并且在模拟电芯充电时，分压单元21和电压模拟单元22组成第一电芯回路，所以可调电阻R在模拟电芯充电时调节阻值，和二极管D、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一三极管Q1以及第二三极管Q2组成第一电芯回路，可调电阻R输出的电压为模拟充电电压。同样地，可以在模拟电芯放电时，可调电阻R调节自身的电阻值并输出模拟放电电压。

为了更好地理解上述实施例，以下结合一个具体的实施例进行详细的解释说明。

在一实施例中，参阅图3，当供电电源E1的正极端和负极端通过第一电容C1分别连接隔离电源E2的正极端VIN和负极端GND，而隔离电源E2的输出端连接第二电容C2时，供电电源E1的电压输出稳定的直流模拟电芯电压，模拟电芯电压为之后的充放电模拟模块20进行供电。其中，第一电容C1和第二电容C2的作用都是将通过的电压中不稳定的滤波去除，隔离电源E2将外部可调的不稳定的供电电源E1的电压转换为稳定的直流电压。然后第二电容C2输出模拟电芯电压到二极管D，二极管D输出稳定的反向电压到第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2导通，并在第二三极管Q2的发射极输出稳定的电压，通过第四电阻R4和可调电阻R串联分压，在可调电阻R的第一端输出稳定的电压，通过调节可调电阻R的阻值，改变电路输出电压，可实现电芯模拟的功能。可以通过调节可调电阻R模拟充电电压逐步提高，这样可以模拟出电芯的电压充电随着充过程中逐步增大到满的状态。同时如果模拟放电时候可以通过调节可调电阻R可以模拟电池的放电过程中电压逐步降低。这样模拟电芯的方式不会存在真实电池组在测试充电放电时电芯的损耗问题，可以快速输出模拟电芯充电和放电时的电压，提高了电芯工作效率。

工作原理：

因为充放电模拟模块20的输出端与电压转换模块10的输入端相连，而充放电模拟模块20包括分压单元21与电压模拟单元22，所以在模拟电芯充电时，电压转换模块10输出的模拟电芯电压通过分压单元21和电压模拟单元22组成的第一电芯回路输出模拟充电电压。因为对电池充电时，电芯电压会升高，输出的模拟充电电压即为模拟对电芯进行充电时电芯电压的变化范围。在模拟电芯放电时，电压转换模块10输出的模拟电芯电压通过分压单元21和电压模拟单元22组成第二电芯回路输出模拟放电电压。因为当电池放电时，电芯电压会下降，所以输出的模拟放电电压即为模拟电芯放电时电芯电压的变化范围。另外，可以通过串联相同的模拟电芯电路100来模拟多组电芯。

参见图4本实施例提供了一种模拟电池电路200，包括上述实施例中的模拟电芯电路100和BMS保护电路110。

容易理解的是，BMS保护电路110与模拟电芯电路100相连，用于检测模拟电芯电路100的输出电压。BMS保护电路可以由控制IC、MOS开关管、熔断保险丝、电阻、电容等器件组成。其中，控制IC输出信号控制MOS开关管导通。模拟电芯电路100和BMS保护电路110连接组成模拟电池电路200，通过采集模拟电芯电路100上的输出电压来检测模拟电芯电路100并起到保护的作用。

另外，由于本实施例提供的一种模拟电池电路200，同本申请相关的内容与实现方式在上述模拟电芯电路100的实施例内容中已经详细描述，故此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟电芯电路，其特征在于，包括：

电压转换模块，所述电压转换模块的输入端与供电电源的输出端相连，用于根据所述供电电源的电压，输出模拟电芯电压；

充放电模拟模块，所述充放电模拟模块的第一端与所述电压转换模块的输出端相连，所述充放电模拟模块包括分压单元与电压模拟单元，所述分压单元的输出端与所述电压模拟单元的输入端相连，所述分压单元用于在模拟电芯充电时，与所述电压模拟单元组成第一电芯回路，所述第一电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟充电电压，在模拟电芯放电时，所述分压单元与所述电压模拟单元组成第二电芯回路，所述第二电芯回路用于根据所述模拟电芯电压输出模拟放电电压。

2.根据权利要求1所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述电压转换模块的第一输出端连接所述分压单元的第一输入端，所述电压转换模块的第二输出端连接所述分压单元的第二输入端。

3.根据权利要求2所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述分压单元的第一输出端与所述电压模拟单元的第一输入端相连，所述分压单元的第二输出端与所述电压模拟单元的第二输入端相连。

4.根据权利要求3所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述电压转换模块包括隔离电源，所述隔离电源的正极端与负极端作为所述电压转换模块的输入端，所述隔离电源的第一输出端作为所述电压转换模块的第一输出端，所述隔离电源的第二输出端作为所述电压转换模块的第二输出端。

5.根据权利要求4所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述电压转换模块还包括第一电容和第二电容，所述第一电容的第一端连接所述隔离电源的正极端，所述第一电容的第二端连接所述隔离电源的负极端，所述第二电容的第一端连接所述隔离电源的第一输出端，所述第二电容的第二端连接所述隔离电源的第二输出端。

6.根据权利要求3所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述分压单元包括二极管、第一电阻、第二电阻、第一三极管以及第二三极管，所述二极管的第一端作为所述分压单元的第二输入端，所述二极管的第二端与所述第二三极管的基极相连，所述第一电阻的第一端作为所述分压单元的第一输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的发射极相连，所述第二电阻的第一端与所述第一三极管的基极相连，所述第二电阻的第二端与所述第二三极管的集电极相连，所述第一三极管的集电极作为所述分压单元的第一输出端，所述第二三极管的发射极作为所述分压单元的第二输出端。

7.根据权利要求6所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述分压单元还包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的第一端与所述第一电阻的第一端相连，所述第三电阻的第二端与所述二极管的第二端相连，所述第四电阻的第一端与所述第二三极管的发射极相连，所述第四电阻的第二端与所述二极管的第一端相连。

8.根据权利要求6所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述第一三极管为PNP管，所述第二三极管为NPN管。

9.根据权利要求6至8任一项所述的模拟电芯电路，其特征在于，所述电压模拟单元包括至少一个可调电阻，所述可调电阻的第一输入端与所述第一三极管的集电极相连，所述可调电阻的第二输入端与所述第二三极管的发射极相连。

10.一种模拟电池电路，其特征在于，所述模拟电池电路包括如权利要求1至9任一项所述的模拟电芯电路和BMS保护电路。

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