CN217824355U - 一种多电池并联接入系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多电池并联接入系统，该系统包括：多个电池组接入接口、电池组并联电路和电源电路，电池组并联电路的每个支路包括充电MOS、放电电流检测电路和充电MOS驱动电路。电池组接入接口用于将电池组分别并联接入电池组并联电路的各个支路，电池组并联电路的充电MOS用于在电池组接入支路时阻断电池组负极充电方向的电流，放电电流检测电路用于检测各电池组的放电电流，在检测到高于预定阈值的放电电流的情况下，控制充电MOS驱动电路将充电MOS调整为开启状态，电源电路用于为多个电池组的放电电流检测电路和充电MOS驱动电路供电。本实用新型能够实现操作方便、结构简单、成本较低的多电池联接管理，更好的满足电力驱动设备的多样化供电需求。

Description

一种多电池并联接入系统

技术领域

本实用新型涉及多电池联接管理技术领域，尤其涉及一种多电池并联接入系统。

背景技术

在需要电力驱动的设备中，存在着多电池组合或切换供电的需求，其目的在于增大总的放电量，或便捷的更换供电模块。比如，在轻型电动车领域，为了增大轻型电动车电池续航里程，或为了实现快速换电，车主往往需要随车携带两组或者多组电池，但是能够接入动力系统的只有一组，换电时需要人工插拔电源插头，导致非常不方便。其中，轻型电动车包括电动两轮车、电动三轮车、电动四轮车。

然而，若采用大功率开关来替代人工完成多组电池之间的切换，会增加硬件结构的复杂度，增加成本；若采用多组电池直接并联同时接入动力系统的方法，由于多组电池之间的电压、容量往往有差异，则会造成电池组之间不可控的充放电电流，不仅对电池造成损害，还影响电池的安全和功能的实现。

因此，如何提供一种操作方便、结构简单、成本较低的多电池联接管理系统，是一个亟待解决的问题。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种多电池并联接入系统，用于满足现有电力驱动的设备多样化的供电需求，能够实现多个电池组的简单便携、成本低廉的多电池联接管理。

本实用新型的一个方面提供了一种多电池并联接入系统，该系统包括多个电池组接入接口、电池组并联电路和电源电路，电池组并联电路的每个支路包括充电MOS、放电电流检测电路和充电MOS驱动电路；

所述多个电池组接入接口用于将多个电池组分别并联接入所述电池组并联电路的各个支路；

所述电池组并联电路的充电MOS位于电池组并联电路的各支路中电池组负极与电池组并联电路的总负极之间，用于在电池组接入支路时阻断电池组负极充电方向的电流；

所述放电电流检测电路用于检测各电池组的放电电流，在检测到高于预定阈值的放电电流的情况下，控制所述充电MOS驱动电路将充电MOS调整为开启状态，以彻底打开放电电路；

所述电源电路用于为所述多个电池组的放电电流检测电路和充电MOS驱动电路供电。

在本实用新型的一些实施例中，该系统还包括电源电路控制开关，用于控制所述电源电路的连通或阻断。

在本实用新型的一些实施例中，该系统还包括负载控制器，所述负载控制器的供电线与钥匙开关相连，通过功率输出线与负载相连，用于驱动负载的工作。

在本实用新型的一些实施例中，并联接入的电池组为铅酸电池组、锂电池组或镍氢电池组。

在本实用新型的一些实施例中，在所述电池组并联电路的各个支路上，所述充电MOS的漏极与接入该支路的电池组负极相连接，所述充电MOS的源极与所述电池组并联电路的总负极相连接，所述充电MOS的栅极与所述充电MOS驱动电路相连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述充电MOS为N型MOS管。

在本实用新型的一些实施例中，所述充电MOS包括功率MOS场效应晶体管和半导体二极管。

本实用新型提供的多电池并联接入系统，结构简单、成本较低且不需要人工复杂操作即可自动化完成，极大地丰富了电力驱动设备的供电方式，满足各种灵活的供电需求。

本实用新型的附加优点、目的，以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述，且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显，或者可以根据本实用新型的实践而获知。本实用新型的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。

本领域技术人员将会理解的是，能够用本实用新型实现的目的和优点不限于以上具体所述，并且根据以下详细说明将更清楚地理解本实用新型能够实现的上述和其他目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1为本实用新型一实施中多电池接入系统示意图。

图2为本实用新型又一实施例中多电池接入系统示意图。

图3为本实用新型一实施例中充电MOS结构示意图。

图4为本实用新型又一实施例中充电MOS结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。

在此，还需要说明的是，如果没有特殊说明，术语“连接”在本文不仅可以指直接连接，也可以表示存在中间物的间接连接。

在需要电力驱动的设备中，存在着多电池组合或切换供电的需求。为解决现有的多电池组合或切换供电的诸多问题，实现操作方便、结构简单、成本较低的多电池联接管理，本实用新型提供了一种多电池并联接入系统。

为了防止多电池并联时，电压较高的电池组对其他电池组产生充电电流，本实用新型在每个电池组接入时，使用充电MOS(Metal Oxide Semiconductor)将电池组负极的充电方向的电流阻断，只有在放电方向产生电流时才打开该充电MOS。

充电MOS为功率MOS场效应晶体管和半导体二极管的结合，用于阻断电池组之间充电方向的电流。金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconducotr，MOS)是一种绝缘栅型半导体，功率MOS场效应晶体管基于MOS材料制造，以金属层的栅极隔着氧化层利用电场的效应来控制半导体的场效应。

图1为本实用新型一实施中多电池接入系统示意图，该多电池并联接入系统100包括多个电池组接入接口、电池组并联电路和电源电路，电池组并联电路的每个支路包括充电MOS、放电电流检测电路和充电MOS驱动电路。

在图1中示意性表示出了电池组1、电池组2和电池组3，各个电池组的负极用P-表示，正极用P+表示，多电池并联接入系统的总负极B-和总正极B+，各支路的充电MOS包含Q1，Q2和Q3，以及各支路的放电电流检测电路R1，R2和R3。

多个电池组接入接口用于将多个电池组分别并联接入电池组并联电路的各个支路。电池组并联电路的充电MOS位于电池组并联电路的各支路中电池组负极与电池组并联电路的总负极之间，用于在电池组接入支路时阻断电池组负极充电方向的电流。放电电流检测电路用于检测各电池组的放电电流，在检测到高于预定阈值的放电电流的情况下，控制充电MOS驱动电路将充电MOS调整为开启状态，以彻底打开放电电路。电源电路用于为多个电池组的放电电流检测电路和充电MOS驱动电路供电。具体地，该多电池并联接入系统存在两种状态：微小电流放电状态和大电流放电状态，当负载无放电需求时，该系统为微小放电状态，当负载产生比较大的放电需求时，即放电电流大于预定的阈值，该系统为大电流放电状态。

需要说明的是，本实用新型中提到的控制关系均非信号驱动关系，通过机械传动或电流大小或电流方向关系限定的控制关系。

在本实用新型一实施例中，该系统还包括电源电路控制开关，用于控制所述电源电路的连通或阻断。

需要说明的是，电源电控控制开关为人为操控的，其形式可以为手动操控或电动操控甚至声控，本实用新型并不限于此。

在本实用新型一实施例中，该电源电路控制开关为钥匙开关(KSI，Key Switch)。钥匙开关是一个结合机械结构的电路开关，控制电源电路的开关和闭合。该钥匙开关仅为电源电路控制开关仅为示例，本实用新型并不限于此，例如还可以是通过二维码扫码验证或其他形式控制的电路通断。

图2为本实用新型又一实施例中多电池接入系统示意图，该系统还包括负载控制器，如图2所示，该负载控制器的供电线与钥匙开关相连，通过功率输出线与负载相连，用于驱动负载的工作。负载控制器通过调节电流的大小驱动负载的工作。具体地，该多电池并联接入系统存在三种状态：微小电流放电状态、大电流放电状态和电流完全关闭。当KSI开关闭合，若负载无放电需求，此时该系统为微小放电状态，若负载产生比较大的放电需求，此时该系统为大电流放电状态；当KSI开关断开，负载控制器无电流通过，负载无法驱动，因而该系统处于电流完全关闭状态。例如，在轻型电动车领域，其负载为电动车电机，负载控制器为电机控制器，当钥匙开关闭合，若电动车电机(负载)无放电需求，则只存在微小的放电电流，若电动车(负载)有较大的放电需求，此时产生大电流放电，电机工作驱使电动车前进；当钥匙开关断开，电机控制器(负载控制器)和电源电路断电，使得电机无法被驱动，此时无法驱动电动车电机，电动车处于电流完全关闭状态，不会驱使电动车前进。

图2中示意性表示出了电池组1、电池组2和电池组3，各个电池组的负极用P-表示，正极用P+表示，多电池并联接入系统的总负极B-和总正极B+，各支路的充电MOS包含Q1，Q2和Q3，电源电路控制开关K，以及各支路的放电电流检测电路R1，R2和R3。

在本实用新型一实施例中，该多电池并联接入系统的应用场景为轻型电动车领域，在轻型电动车电器结构中，往往存在钥匙开关，用于控制车身系统的供电，本实用新型的系统的电源电路的供电也由钥匙开关所控制。当钥匙开关闭合，电源电路连通，为放电电流检测电路和充电MOS驱动电路供电，产生放电电流检测电路检测到相应的高于预设阈值(通常小于3A)的放电方向电流时，控制充电MOS驱动电路将充电MOS调整为开启状态，该支路连通，所对应的电池组进行放电；若钥匙开关断开，电源电路呈断电状态，则不允许大电流放电，该多电池并联接入系统处于掉电状态，同时由于充电MOS的存在，电池之间充电的电流也被阻断，避免了电池间的充放电对电池的损害。可选地，该系统还包括电机控制器(负载控制器)，当钥匙开关闭合，若电动车电机(负载)无放电需求，则只存在微小的放电电流，若电动车(负载)有较大的放电需求，此时产生大电流放电，电机工作驱使电动车前进；当钥匙开关断开，电机控制器(负载控制器)和电源电路断电，使得电机无法被驱动，此时无法驱动电动车电机，电动车处于电流完全关闭状态，不会驱使电动车前进。

在本实用新型一实施例中，并联接入的电池组为铅酸电池组、锂电池组或镍氢电池组。

在本实用新型一实施例中，在电池组并联电路的各个支路上，充电MOS的漏极与接入该支路的电池组负极相连接，充电MOS的源极与电池组并联电路的总负极相连接，充电MOS的栅极与充电MOS驱动电路相连接。

在本实用新型一实施例中，充电MOS为N型MOS管。该充电MOS的类型仅为示例，本实用新型并不限于此，例如还可以是P型MOS管，当选用P型MOS管，该电路中充电MOS的连接关系也需适应性的变动。图3为本实用新型一实施例中充电MOS结构示意图，示意性的表示出了N型MOS管的源极、漏极和栅极的结构。

在本实用新型一实施例中，充电MOS包括功率MOS场效应晶体管和半导体二极管。该结构用于阻断充电方向的电流，并在产生放电电流时在充电MOS驱动电路的调整下形成电流回路，同时减少充电MOS的损耗。图4为本实用新型又一实施例中充电MOS结构示意图，该充电MOS为N型MOS管，源极、漏极、栅极以及半导体二极管的结构如图所示，图中该半导体二极管的作用是防止充电电流的形成，同时可以保障形成放电电流。需要说明的是，MOS管通常都是和半导体二极管共同存在以实现所需功能的。

在本实用新型一些实施例中，放电电流检测电路的预设阈值Ig低于3A，只有当通过的放电电流大小超过预设阈值Ig才会通过驱动电路打开充电MOS，从而减小充电MOS的压降和功率损耗。放电电流检测电路用数欧姆以下的低电阻器来检测，即低侧电流感测。该电流检测方式仅为实例，本实用新型不限于此，例如还可以用高侧电流感测，将该电流检测电路放在负载和接地端之间。

在本实用新型一些实施例中，本实用新型的充电MOS驱动电路需要产生瞬态驱动电流来调整充电MOS为开启状态，即打开和关闭MOS管，且对于N型MOS管的门-源电压(Vgs)要高于4V才可以导通。该充电MOS驱动电路可以为直接驱动或图腾柱式驱动。

接下来，对采用该多电池并联接入系统的电力驱动设备的工作流程，以轻型电动车为例对其工作过程进行说明：

当钥匙开关断开时，即使多个电池组同时接入该系统，因多电池并联接入系统和车身控制系统处于掉电状态，不产生放电电流，各支路的充电MOS处于关闭状态，不会产生充电电流。

当钥匙开关闭合，多电池并联接入系统和车身控制系统得电开始工作，但消耗电流较小(小于预设的阈值Ig)，各支路的充电MOS仍处于关闭状态，此时产生的放电电流小于阈值，即使接入新的电池组，同样不会开启充电MOS，电池间不会产生充放电电流。

当车辆行驶时，即产生负载，放电电流增大，优先消耗电压最高的电池组的电流，如图1所示，假设电池组1电压最高，当其放电电流检测电路R1检测到通过的电流大于阈值Ig时，则充电MOS驱动电路将对应的充电MOS Q1调整为开启状态，实现电池组1对车辆的单独供电，其他电池组基本不供电。随着电量的消耗，电池组1的电压降低至接近其他任何一组电池时，例如电池组2，则电池组2逐渐有放电电流产生，且逐渐增大。当电池组2的放电电流大于大于Ig时，则驱动充电MOS Q2为开启状态，实现电池组1和电池组2对车辆的并联供电，依次类推，最终实现n组电池的并联供电。

当电池组需要充电时，每个电池组均可与本实用新型的多电池并联接入系统脱离，进行单独充电。

基于本实用新型，实现了上述流程中的多电池组无人工操作的自动并联，实现了电池总容量的扩大，且本实用新型的结构简单，既结构轻便又成本可控，且未增加明显的放电损耗，通过充电MOS结构防止了电池组间的充电造成的损害，能够应用于多种电力驱动的场景下。

需要明确的是，本实用新型并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见，这里省略了对已知产品的详细描述。在上述实施例中，描述和示出了若干具体的电路设计作为示例。但是，本实用新型的方法过程并不限于所描述和示出的具体电路设计。

本实用新型中，针对一个实施方式描述和/或例示的特征，可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用，和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多电池并联接入系统，其特征在于，该系统包括多个电池组接入接口、电池组并联电路和电源电路，电池组并联电路的每个支路包括充电MOS、放电电流检测电路和充电MOS驱动电路；

所述多个电池组接入接口用于将多个电池组分别并联接入所述电池组并联电路的各个支路；

所述电池组并联电路的充电MOS位于电池组并联电路的各支路中电池组负极与电池组并联电路的总负极之间，用于在电池组接入支路时阻断电池组负极充电方向的电流；

所述放电电流检测电路用于检测各电池组的放电电流，在检测到高于预定阈值的放电电流的情况下，控制所述充电MOS驱动电路将充电MOS调整为开启状态，以彻底打开放电电路；

所述电源电路用于为所述多个电池组的放电电流检测电路和充电MOS驱动电路供电。

2.根据权利要求1所述的多电池并联接入系统，其特征在于，该系统还包括电源电路控制开关，用于控制所述电源电路的连通或阻断。

3.根据权利要求2所述的多电池并联接入系统，其特征在于，该系统还包括负载控制器，所述负载控制器的供电线与钥匙开关相连，通过功率输出线与负载相连，用于驱动负载的工作。

4.根据权利要求1所述的多电池并联接入系统，其特征在于，并联接入的电池组为铅酸电池组、锂电池组或镍氢电池组。

5.根据权利要求1所述的多电池并联接入系统，其特征在于，在所述电池组并联电路的各个支路上，所述充电MOS的漏极与接入该支路的电池组负极相连接，所述充电MOS的源极与所述电池组并联电路的总负极相连接，所述充电MOS的栅极与所述充电MOS驱动电路相连接。

6.根据权利要求1所述的多电池并联接入系统，其特征在于，所述充电MOS为N型MOS管。

7.根据权利要求1所述的多电池并联接入系统，其特征在于，所述充电MOS包括功率MOS场效应晶体管和半导体二极管。

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