CN220107638U - 一种多电池并联充放电控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种多电池并联充放电控制装置，包括多个理想二极管单元，每一理想二极管单元与一电池电连接，理想二极管单元包括两个理想二极管，以分别与电池的充电正极和放电正极相连，理想二极管包括场效应管控制器、功率MOS管和信号MOS管，场效应管控制器分别与功率MOS管的栅极和信号MOS管的漏极相连，功率MOS管的源极作为理想二极管的输入端，功率MOS管的漏极作为理想二极管的输出端，功率MOS管的寄生二极管的阳极与功率MOS管的源极相连，功率MOS管的寄生二极管的阴极与功率MOS管的漏极相连，信号MOS管的栅极与使能控制端相连，信号MOS管的源极接地。

Description

一种多电池并联充放电控制装置

技术领域

本实用新型涉及机器人电池充放电技术领域，尤其涉及一种多电池并联充放电控制装置。

背景技术

对于一些AGV(AutomatedGuidedVehicle，自动导引运输车)定制车型，比如复合机器人，由于其自身功率较大，耗电速度较快，导致底盘自带的标准电池满足不了8小时续航的基本需求，这给AGV的使用带来极大的不便。

为了满足续航的要求，目前有两种常见的方法可以提高续航：一种是定制一款大容量的电池，通过增加电芯数量来增大电池容量，进而延长续航时间，但是，该方式存在由于定制化程度较高而导致成本高的问题；另一种是在AGV上搭载两个以上电池，以使定制模组和底盘分别用一个，实现独立充放电，但是，由于锂电池的内阻很小且充放倍率也较小，传统的锂电池直接并联会形成巨大的反灌电流，容易造成电芯寿命减少，还可能造成电芯损坏，进而引起起火甚至爆炸。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多电池并联充放电控制装置，以实现多电池并联同时避免了由于并联电池之间的压降导致的电流反灌的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种多电池并联充放电控制装置，包括多个理想二极管单元，每一所述理想二极管单元与一电池电连接，所述理想二极管单元包括两个理想二极管，以分别与所述电池的充电正极和放电正极相连，所述理想二极管包括场效应管控制器、功率MOS管和信号MOS管，所述场效应管控制器分别与所述功率MOS管的栅极和所述信号MOS管的漏极相连，所述功率MOS管的源极作为所述理想二极管的输入端，所述功率MOS管的漏极作为所述理想二极管的输出端，所述功率MOS管的寄生二极管的阳极与所述功率MOS管的源极相连，所述功率MOS管的寄生二极管的阴极与所述功率MOS管的漏极相连，所述信号MOS管的栅极与使能控制端相连，所述信号MOS管的源极接地。

其进一步技术方案为：每一所述理想二极管的功率MOS管的数目为三个，三个所述功率MOS管并联，三个所述功率MOS管的栅极相连，三个所述功率MOS管的源极相连，三个所述功率MOS管的漏极相连。

其进一步技术方案为：所述场效应管控制器的输出端与所述功率MOS管的漏极相连，所述场效应管控制器的门端与所述功率MOS管的栅极相连，所述场效应管控制器的输入端与所述功率MOS管的源极相连，所述信号MOS管的漏极经一第一二极管后分别与所述场效应管控制器的地端和所述场效应管控制器的关闭端相连，所述场效应管控制器的电压端经一第一电阻后与所述功率MOS管的源极相连，所述场效应管控制器的关闭端和电压端之间连接有一第一电容，所述场效应管控制器的地端与一第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极与所述功率MOS管的源极相连。

其进一步技术方案为：所述电池的充电负极和放电负极分别与所述多电池并联充放电控制装置的充电负极口和放电负极口相连，当所述功率MOS管的源极与所述电池的放电正极相连时，所述功率MOS管的漏极为所述理想二极管单元的放电正极端，多个所述理想二极管单元的所述放电正极端相连形成所述多电池并联充放电控制装置的放电正极口；当所述功率MOS管的漏极与所述电池的充电正极相连时，所述功率MOS管的源极为所述理想二极管单元的充电正极端，多个所述理想二极管单元的所述充电正极端相连形成所述多电池并联充放电控制装置的充电正极口。

其进一步技术方案为：当所述功率MOS管的源极与所述电池的放电正极相连时，所述电池的放电正极与所述功率MOS管的源极之间连接有一一端接地的第二电容和一阳极接地的第三二极管，所述第二电容和所述第三二极管并联。

其进一步技术方案为：所述第二电容的另一端和所述第三二极管的阴极电连接于所述电池的放电正极和所述功率MOS管的源极之间，所述电池的放电正极与所述第二电容的另一端之间与一第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与一一端接地的第七电阻相连。

其进一步技术方案为：所述功率MOS管的漏极分别连接有一一端接地的电解电容和一一端接地的双向瞬变抑制二极管，所述电解电容和所述双向瞬变抑制二极管并联。

其进一步技术方案为：当所述功率MOS管的漏极与所述电池的充电正极相连时，所述电池的充电正极与所述功率MOS管的漏极之间电连接有一第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端与一一端接地的第三电阻相连，所述功率MOS管的源极分别连接有一一端接地的第三电容和一阳极接地的第四二极管，所述第三电容和所述第四二极管并联。

其进一步技术方案为：所述使能控制端经一第四电阻后与所述信号MOS管的栅极相连，所述第四电阻与所述信号MOS管的栅极之间连接有一一端接地的第五电阻。

其进一步技术方案为：所述理想二极管单元的数目为三个，所述电池的数目为三个，三个所述电池并联，所述理想二极管的数目为六个。

本实用新型的有益技术效果在于：本实用新型的多电池并联充放电控制装置通过设置多个与电池一一对应的理想二极管单元，且理想二极管单元包括两个分别与电池的充电正极和放电正极相连的理想二极管，以通过功率MOS管的寄生二极管可保证电流的单向流通，通过信号MOS管控制电池充放电的启止并配合理想二极管的场效应管控制器驱动功率MOS管，以单独对各电池进行充放电控制，且可使得各电池的放电深度保持一致，在保证电流单向流通的前提下缩小了理想二极管的输入端和输出端之间的压降，实现多电池并联同时避免了由于并联电池之间的压降导致的电流反灌的问题，提高安全性能，降低电源回路上的压降，减少了热损耗，避免了发热问题，结构简单，成本低，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多电池并联充放电控制装置的具体应用的框架示意图；

图2为本实用新型实施例提供的多电池并联充放电控制装置的理想二极管与电池的放电正极相连时的电路原理图；

图3为本实用新型实施例提供的多电池并联充放电控制装置的另一理想二极管与电池的放电正极相连时的电路原理图；

图4为本实用新型实施例提供的多电池并联充放电控制装置的理想二极管与电池的充电正极相连时的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图4，图1为本实用新型实施例提供的多电池并联充放电控制装置的具体应用的框架示意图，所述多电池并联充放电控制装置10包括多个理想二极管单元11，每一所述理想二极管单元11与一电池BAT电连接，所述理想二极管单元11包括两个理想二极管111，以分别与所述电池BAT的充电正极BAT_CHG和放电正极BAT_DSG相连，所述理想二极管111包括场效应管控制器U1、功率MOS管和信号MOS管Q10，所述场效应管控制器U1分别与所述功率MOS管的栅极和所述信号MOS管Q10的漏极相连，所述功率MOS管的源极作为所述理想二极管111的输入端，所述功率MOS管的漏极作为所述理想二极管111的输出端，所述功率MOS管的寄生二极管的阳极与所述功率MOS管的源极相连，所述功率MOS管的寄生二极管的阴极与所述功率MOS管的漏极相连，所述信号MOS管Q10的栅极与使能控制端相连，以根据使能控制端的控制信号，实现充放电控制的启止，且场效应管控制器U1可根据信号MOS管Q10的状态控制功率MOS管工作，所述信号MOS管Q10的源极接地。

其中，场效应管控制器U1采用型号为LM5050的高压侧或ingFET控制器，所述功率MOS管可采用型号为IRFB4110PbF的MOS管，使能控制端为机器人的控制芯片的引脚。所述多电池并联充放电控制装置10通过设置多个与电池BAT一一对应的理想二极管单元11，且理想二极管单元11包括两个分别与电池BAT的充电正极BAT_CHG和放电正极BAT_DSG相连的理想二极管111，以通过功率MOS管的寄生二极管可保证电流的单向流通，通过信号MOS管Q10控制电池BAT的充放电的启止并配合理想二极管111的场效应管控制器U1驱动功率MOS管，以单独对各电池BAT进行充放电控制，且可使得各电池BAT的放电深度保持一致，在保证电流单向流通的前提下缩小了理想二极管111的输入端和输出端之间的压降，实现多电池并联同时避免了由于并联电池之间的压降导致的电流反灌的问题，提高安全性能，降低电源回路上的压降，减少了热损耗，避免了发热问题，结构简单，成本低，实用性强。

具体地，每一所述理想二极管111的功率MOS管的数目为三个，三个所述功率MOS管并联，三个所述功率MOS管的栅极相连，三个所述功率MOS管的源极相连，三个所述功率MOS管的漏极相连。其中，三个所述功率MOS管可分别记为Q1、Q2和Q3。

具体地，所述场效应管控制器U1的输出端OUT与所述功率MOS管的漏极相连，所述场效应管控制器U1的门端GATE与所述功率MOS管的栅极相连，所述场效应管控制器U1的输入端IN与所述功率MOS管的源极相连，所述信号MOS管Q10的漏极经一第一二极管D1后分别与所述场效应管控制器U1的地端GND和所述场效应管控制器U1的关闭端OFF相连，第一二极管D1的阴极与信号MOS管Q10的漏极相连，第一二极管D1的阳极分别与所述场效应管控制器U1的地端GND和所述场效应管控制器U1的关闭端OFF相连，所述场效应管控制器U1的电压端VS经一第一电阻R1后与所述功率MOS管的源极相连，所述场效应管控制器U1的关闭端OFF和场效应管控制器U1的电压端VS之间连接有一第一电容C1，所述场效应管控制器U1的地端GND与一第二二极管D2的阳极相连，所述第二二极管D2的阴极与所述功率MOS管的源极相连。

具体地，所述电池BAT的充电负极CHG-和放电负极B-分别与所述多电池并联充放电控制装置10的充电负极口和放电负极口相连，以保证电池BAT和多电池并联充放电控制装置10的等电位参考；当所述功率MOS管的源极与所述电池BAT的放电正极BAT_DSG相连时，所述功率MOS管的漏极为所述理想二极管单元11的放电正极端VOUT，多个所述理想二极管单元11的所述放电正极端VOUT相连形成所述多电池并联充放电控制装置10的放电正极口，以使多个电池BAT的放电正极BAT_DSG经功率MOS管的寄生二极管后相互连接，并保证电流的单向流通；当所述功率MOS管的漏极与所述电池BAT的充电正极BAT_CHG相连时，所述功率MOS管的源极为所述理想二极管单元11的充电正极端VIN，多个所述理想二极管单元11的所述充电正极端相连形成所述多电池并联充放电控制装置10的充电正极口，以连接充电电源，多电池并联充放电控制装置10的充电正极口分别经过各理想二极管单元11的其中一理想二极管111的功率MOS管的寄生二极管后与对应的电池BAT的充电正极BAT_CHG相连，并保证电流单向流通。

具体地，当所述功率MOS管的源极与所述电池BAT的放电正极BAT_DSG相连时，所述电池BAT的放电正极BAT_DSG与所述功率MOS管的源极之间连接有一一端接地的第二电容C2和一阳极接地的第三二极管D3，所述第二电容C2和所述第三二极管D3并联。

具体地，所述第二电容C2的另一端和所述第三二极管D3的阴极电连接于所述电池BAT的放电正极BAT_DSG和所述功率MOS管的源极之间，所述电池BAT的放电正极BAT_DSG与所述第二电容C2的另一端之间与一第六电阻R6的一端相连，所述第六电阻R6的另一端与一一端接地的第七电阻R7相连。其中，所述第六电阻R6的一端电连接于所述电池BAT的放电正极BAT_DSG与所述功率MOS管的源极之间，所述第六电阻R6与所述第七电阻R7之间电连接有控制芯片的电池电压检测端BAT_VAD，电池电压检测端BAT_VAD用于检测电池BAT的电压。

具体地，当所述功率MOS管的源极与所述电池BAT的放电正极BAT_DSG相连时，所述功率MOS管的漏极还可分别连接有一一端接地的电解电容C10和一一端接地的双向瞬变抑制二极管D10，所述电解电容C10和所述双向瞬变抑制二极管D10并联。其中，所述电解电容C10和所述双向瞬变抑制二极管D10可连接于分别与相邻的两个并联电池BAT的放电正极BAT_DSG连接的两个理想二极管单元11中的一个理想二极管单元11的其中一个理想二极管111的功率MOS管的漏极，即相邻的两个理想二极管单元11中的一个理想二极管单元11的其中一个理想二极管111的功率MOS管的漏极连接有所述电解电容C10和所述双向瞬变抑制二极管D10。

具体地，所述理想二极管单元11的数目为三个，则所述理想二极管111的数目为六个，相应地，所述电池BAT的数目为三个，三个所述电池BAT并联。其中，所述电解电容C10和所述双向瞬变抑制二极管D10分别连接于与位于中间的所述电池BAT的放电正极BAT_DSG相连的所述理想二极管111的所述功率MOS管的漏极。

具体地，当所述功率MOS管的漏极与所述电池BAT的充电正极BAT_CHG相连时，所述电池BAT的充电正极BAT_CHG与所述功率MOS管的漏极之间电连接有一第二电阻R2的一端，所述第二电阻R2的另一端与一一端接地的第三电阻R3相连，所述功率MOS管的源极分别连接有一一端接地的第三电容C3和一阳极接地的第四二极管D4，所述第三电容C3和所述第四二极管D4并联。其中，所述功率MOS管的源极与第四二极管D4的阴极相连，所述第二电阻R2与所述第三电阻R3之间电连接有控制芯片的充电电压检测端CHG_VAD，充电电压检测端CHG_VAD用于检测充电电压。

具体地，所述使能控制端经一第四电阻R4后与所述信号MOS管Q10的栅极相连，所述第四电阻R4与所述信号MOS管Q10的栅极之间连接有一一端接地的第五电阻R5。当所述功率MOS管的源极与所述电池BAT的放电正极BAT_DSG相连时，该功率MOS管对应的理想二极管111的信号MOS管Q10的栅极与控制芯片的放电使能控制端DSG_EN相连，以控制与该理想二极管111对应的理想二极管单元11电连接的电池BAT的放电工作的启止；当所述功率MOS管的漏极与所述电池BAT的充电正极BAT_CHG相连时，该功率MOS管对应的理想二极管111的信号MOS管Q10的栅极与控制芯片的充电使能控制端CHG_EN相连，以控制与该理想二极管111对应的理想二极管单元11电连接的电池BAT的充电工作的启止。

综上所述，本实用新型的多电池并联充放电控制装置通过设置多个与电池一一对应的理想二极管单元，且理想二极管单元包括两个分别与电池的充电正极和放电正极相连的理想二极管，以通过功率MOS管的寄生二极管可保证电流的单向流通，通过信号MOS管控制电池充放电的启止并配合理想二极管的场效应管控制器驱动功率MOS管，以单独对各电池进行充放电控制，且可使得各电池的放电深度保持一致，在保证电流单向流通的前提下缩小了理想二极管的输入端和输出端之间的压降，实现多电池并联同时避免了由于并联电池之间的压降导致的电流反灌的问题，提高安全性能，降低电源回路上的压降，减少了热损耗，避免了发热问题，结构简单，成本低，实用性强。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种多电池并联充放电控制装置，其特征在于，包括多个理想二极管单元，每一所述理想二极管单元与一电池电连接，所述理想二极管单元包括两个理想二极管，以分别与所述电池的充电正极和放电正极相连，所述理想二极管包括场效应管控制器、功率MOS管和信号MOS管，所述场效应管控制器分别与所述功率MOS管的栅极和所述信号MOS管的漏极相连，所述功率MOS管的源极作为所述理想二极管的输入端，所述功率MOS管的漏极作为所述理想二极管的输出端，所述功率MOS管的寄生二极管的阳极与所述功率MOS管的源极相连，所述功率MOS管的寄生二极管的阴极与所述功率MOS管的漏极相连，所述信号MOS管的栅极与使能控制端相连，所述信号MOS管的源极接地。

2.根据权利要求1所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，每一所述理想二极管的功率MOS管的数目为三个，三个所述功率MOS管并联，三个所述功率MOS管的栅极相连，三个所述功率MOS管的源极相连，三个所述功率MOS管的漏极相连。

3.根据权利要求1所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述场效应管控制器的输出端与所述功率MOS管的漏极相连，所述场效应管控制器的门端与所述功率MOS管的栅极相连，所述场效应管控制器的输入端与所述功率MOS管的源极相连，所述信号MOS管的漏极经一第一二极管后分别与所述场效应管控制器的地端和所述场效应管控制器的关闭端相连，所述场效应管控制器的电压端经一第一电阻后与所述功率MOS管的源极相连，所述场效应管控制器的关闭端和电压端之间连接有一第一电容，所述场效应管控制器的地端与一第二二极管的阳极相连，所述第二二极管的阴极与所述功率MOS管的源极相连。

4.根据权利要求1所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述电池的充电负极和放电负极分别与所述多电池并联充放电控制装置的充电负极口和放电负极口相连，当所述功率MOS管的源极与所述电池的放电正极相连时，所述功率MOS管的漏极为所述理想二极管单元的放电正极端，多个所述理想二极管单元的所述放电正极端相连形成所述多电池并联充放电控制装置的放电正极口；当所述功率MOS管的漏极与所述电池的充电正极相连时，所述功率MOS管的源极为所述理想二极管单元的充电正极端，多个所述理想二极管单元的所述充电正极端相连形成所述多电池并联充放电控制装置的充电正极口。

5.根据权利要求4所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，当所述功率MOS管的源极与所述电池的放电正极相连时，所述电池的放电正极与所述功率MOS管的源极之间连接有一一端接地的第二电容和一阳极接地的第三二极管，所述第二电容和所述第三二极管并联。

6.根据权利要求5所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述第二电容的另一端和所述第三二极管的阴极电连接于所述电池的放电正极和所述功率MOS管的源极之间，所述电池的放电正极与所述第二电容的另一端之间与一第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与一一端接地的第七电阻相连。

7.根据权利要求5所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述功率MOS管的漏极分别连接有一一端接地的电解电容和一一端接地的双向瞬变抑制二极管，所述电解电容和所述双向瞬变抑制二极管并联。

8.根据权利要求4所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，当所述功率MOS管的漏极与所述电池的充电正极相连时，所述电池的充电正极与所述功率MOS管的漏极之间电连接有一第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端与一一端接地的第三电阻相连，所述功率MOS管的源极分别连接有一一端接地的第三电容和一阳极接地的第四二极管，所述第三电容和所述第四二极管并联。

9.根据权利要求1所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述使能控制端经一第四电阻后与所述信号MOS管的栅极相连，所述第四电阻与所述信号MOS管的栅极之间连接有一一端接地的第五电阻。

10.根据权利要求1所述的多电池并联充放电控制装置，其特征在于，所述理想二极管单元的数目为三个，所述电池的数目为三个，三个所述电池并联，所述理想二极管的数目为六个。