CN220544716U - 电池管理电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种电池管理电路及装置，涉及电池管理技术领域，包括依次连接的电池组、放电开关模块、充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块，以及与放电开关模块、充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块均连接的控制模块，通过控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块和充电控制信号控制充电开关模块；并根据放电开关模块的工作电流和放电控制信号，生成第一保护控制信号驱动第一开关模块控制充电开关模块与第二开关模块的通断，或，根据充电开关模块的工作电流和充电控制信号，生成第二保护控制信号驱动第二开关模块控制第一开关模块与电源/负载的通断。解决了现有电池管理电路中采用保险丝进行充放电保护，可靠性低的技术问题。

Description

电池管理电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电池管理技术领域，特别涉及一种电池管理电路及装置。

背景技术

在电动汽车的电池管理电路中，通常使用MOS(metal oxide semiconductor)管作为锂电池充放电回路的开关器件。而电动汽车的锂电池的电芯能量密度较高，充放电电压较大，使得充放电MOS管容易被高压击穿而短路，导致锂电池因为过充或者过放而损坏。

相关技术中，通常在电池管理电路中串联保险丝来进行充放电保护，避免MOS管故障造成的锂电池损坏问题，但是保险丝受锂电池使用环境影响容易产生误动作，使得电池管理电路可靠性较低。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于：提供一种电池管理电路及装置，旨在解决现有电池管理电路中采用保险丝进行充放电保护，可靠性低的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型提供一种电池管理电路，包括依次连接的电池组、放电开关模块和充电开关模块，电池管理电路还包括：

控制模块，与放电开关模块和充电开关模块连接，用于生成放电控制信号，控制放电开关模块导通或关断，生成充电控制信号，控制充电开关模块导通或关断；以及，根据放电开关模块的工作电流和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据充电开关模块的工作电流和充电控制信号，生成第二保护控制信号；

第一开关模块，分别与控制模块、充电开关模块和第二开关模块连接，用于根据第一保护控制信号导通或关断，控制充电开关模块与第二开关模块连接或断开；

第二开关模块，分别与控制模块、电源和负载连接，用于根据第二保护控制信号导通或关断，控制第一开关模块与电源/负载连接或断开。

可选地，第一开关模块包括并联的至少一个第一开关器件，第二开关模块包括并联的至少一个第二开关器件。

可选地，第一开关器件包括场效应管Q1，第二开关器件包括场效应管Q2；

场效应管Q1的栅极和场效应管Q2的栅极均与控制模块连接，场效应管Q1的源极与充电开关模块连接，场效应管Q1的漏极与场效应管Q2的漏极连接，场效应管Q2的源极分别与电源和负载连接。

可选地，控制模块还包括：

温度检测单元，用于检测放电开关模块的工作温度，生成第一温度检测信号，检测充电开关模块的工作温度，生成第二温度检测信号；

控制模块，还用于根据第一温度检测信号和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据第二温度检测信号和充电控制信号，生成第二保护控制信号。

可选地，控制模块还包括：

电流检测单元，分别与放电开关模块和充电开关模块连接，用于检测放电开关模块的工作电流和充电开关模块的工作电流，生成电流检测信号；

控制模块，还用于根据电流检测信号和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据电流检测信号和充电控制信号，生成第二保护控制信号。

可选地，电池管理电路还包括：

驱动模块，与控制模块连接，用于根据放电控制信号，生成放电驱动信号，根据充电控制信号，生成充电驱动信号，根据第一保护控制信号，生成第一保护驱动信号，以及，根据第二保护控制信号，生成第二保护驱动信号；

放电开关模块，与驱动模块连接，用于根据放电驱动信号导通或关断，控制电池组与充电开关模块连接或断开；

充电开关模块，与驱动模块连接，用于根据充电驱动信号导通或关断，控制放电开关模块与第一开关模块连接或断开；

第一开关模块，与驱动模块连接，用于根据第一保护驱动信号导通或关断，控制充电开关模块与第二开关模块连接或断开；

第二开关模块，与驱动模块连接，用于根据第二保护驱动信号导通或关断，控制第一开关模块与电源/负载连接或断开。

可选地，放电开关模块包括并联的至少一个放电开关。

可选地，充电开关模块包括并联的至少一个充电开关。

可选地，控制模块还包括：

电压检测单元，与电池组连接，用于检测电池组中各单体电池的电池电压，生成电压检测信号；

控制模块，还用于根据电压检测信号，生成放电控制信号和充电控制信号。

第二方面，本实用新型提供一种电池管理装置，电池管理装置包括：

如上述的电池管理电路。

本实用新型提供的上述一个或多个技术方案，可以具有如下优点或至少实现了如下技术效果：

本实用新型提供一种电池管理电路及装置，通过控制模块生成放电控制信号和充电控制信号，分别对应控制放电开关模块和充电开关模块的通断，通过控制模块根据放电开关模块的工作电流和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据充电开关模块的工作电流和充电控制信号，生成第二保护控制信号，通过第一开关模块根据第一保护控制信号导通或关断，控制充电开关模块与第二开关模块连接或断开，通过第二开关模块根据第二保护控制信号导通或关断，控制第一开关模块与电源/负载连接或断开。本实用新型，当放电开关模块和/或充电开关模块出现短路故障时，可以通过控制第一开关模块和/或第二开关模块的通断来控制电池组与电源/负载的通断，使得电池管理电路正常工作，实现充放电保护，相较于采用保险丝进行充放电保护，第一开关模块和第二开关模块不会受环境影响产生误动作，解决了现有电池管理电路中采用保险丝进行充放电保护，可靠性低的技术问题，提高了充放电保护的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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，不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型电池管理电路第一实施例的连接示意图；

图2为本实用新型电池管理电路一具体实施方式的电路原理图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

需要说明，在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的装置或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种装置或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括该要素的装置或者系统中还存在另外的相同要素。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

在本实用新型中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。另外，各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的电池管理电路及装置进行详细描述。

实施例一

参照图1和图2，图1为本实用新型电池管理电路第一实施例的连接示意图；图2为本实用新型电池管理电路一具体实施方式的电路原理图。本实施例提供一种电池管理电路，可以包括依次连接的电池组、放电开关模块和充电开关模块，电池管理电路还可以包括：

控制模块，与放电开关模块和充电开关模块连接，用于生成放电控制信号，控制放电开关模块导通或关断，生成充电控制信号，控制充电开关模块导通或关断；以及，根据放电开关模块的工作电流和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据充电开关模块的工作电流和充电控制信号，生成第二保护控制信号；

第一开关模块，分别与控制模块、充电开关模块和第二开关模块连接，用于根据第一保护控制信号导通或关断，控制充电开关模块与第二开关模块连接或断开；

第二开关模块，分别与控制模块、电源和负载连接，用于根据第二保护控制信号导通或关断，控制第一开关模块与电源/负载连接或断开。

本实施例中，电池组可以包括至少一个单体电池，单体电池可以包括磷酸铁锂电池和三元聚合物锂电池等，单体电池的数量可以根据实际使用需求设置，例如，单体电池的数量可以根据电池管理电路的使用时间和待机时间设置。电源包括各种类型的充电电源。电池管理电路处于休眠状态下，放电开关模块、充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块均处于关闭状态。

电池管理电路正常工作时，控制模块控制第一开关模块和第二开关模块均导通。放电开关模块和充电开关模块无故障时，电池组放电时，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块导通，生成充电控制信号控制充电开关模块导通，使得电池组与负载连接开始放电，电池组放电完成后，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块关断，使得电池组与负载断开停止放电，防止电池组过放；电池组充电时，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块导通，生成充电控制信号控制充电开关模块导通，使得电池组与电源连接开始充电，电池组充电完成后，控制模块生成充电控制信号控制充电开关模块关断，使得电池组与电源断开停止充电，防止电池组过充。

电池组放电时，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块导通，生成充电控制信号控制充电开关模块导通，使得电池组与负载连接开始放电，电池组放电完成后，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块关断，若放电开关模块出现短路故障无法关断，此时充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块仍是导通状态，则放电开关模块仍然存在工作电流，控制模块根据放电开关模块的工作电流和控制放电开关模块关断的放电控制信号，生成第一保护控制信号控制第一开关模块断开，使得电池组与负载断开停止放电，防止电池组过放。

电池组充电时，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块的导通，生成充电控制信号控制充电开关模块导通，使得电池组与电源连接开始充电，电池组充电完成后，控制模块生成充电控制信号控制充电开关模块关断，若充电开关模块出现短路故障无法关断，此时放电开关模块、第一开关模块和第二开关模块仍是导通状态，则充电开关模块仍然存在工作电流，控制模块根据充电开关模块的工作电流和控制充电开关模块关断的充电控制信号，生成第二保护控制信号控制第二开关模块断开，使得电池组与电源断开停止充电，防止电池组过充。

作为一具体实施方式，如图2所示，控制模块还可以包括：

电流检测单元，分别与放电开关模块和充电开关模块连接，用于检测放电开关模块的工作电流和充电开关模块的工作电流，生成电流检测信号；

控制模块，还用于根据所电流检测信号和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据电流检测信号和充电控制信号，生成第二保护控制信号。

本实施例中，控制模块可以包括MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片，电流检测单元包括采样电阻R1和电流检测芯片U1，采样电阻R1的一端分别与电池组的负极B-和电流检测芯片U1连接，采样电阻R1的另一端分别与电流检测芯片U1和放电开关模块连接，电流检测芯片U1还与MCU芯片连接，通过检测流过采样电阻R1的电流，检测流过放电开关模块和充电开关模块的工作电流，输出电流检测信号到MCU芯片。

具体的，如图2所示，控制模块还可以包括：

电压检测单元，与电池组连接，用于检测电池组中各单体电池的电池电压，生成电压检测信号；

控制模块，还与用于根据电压检测信号，生成放电控制信号和充电控制信号。

本实施例中，电压检测单元可以检测电池组中各单体电池的电池电压，输出电压检测信号到控制模块，当控制模块判断电池电压过低时，可以生成放电控制信号控制放电开关模块断开，防止电池组过放，当控制模块判断电池电压过高时，可以生成充电控制信号控制充电开关模块断开，防止电池组过充。具体的，控制模块生成放电控制信号和充电控制信号的条件可以根据实际使用需求设置。从而本实施例可以通过控制放电开关模块和充电开关模块的通断状态，进行一次充放电保护，防止电池组过充或过放而损坏。

作为另一具体实施方式，第一开关模块可以包括并联的至少一个第一开关器件，第二开关模块可以包括并联的至少一个第二开关器件。

放电开关模块可以包括并联的至少一个放电开关。

充电开关模块可以包括并联的至少一个充电开关。

本实施例中，第一开关器件的数量、第二开关器件的数量、放电开关的数量和充电开关的数量相同，可以根据实际使用需求设置，例如，可以根据电池组的容量设置，通常电池组的容量越大，流过第一开关模块、第二开关模块、放电开关模块和充电开关模块的放电电流和充电电流越大，因此，第一开关模块、第二开关模块、放电开关模块和充电开关模块对应需要设置多个并联的第一开关器件、多个并联的第二开关器件、多个并联的放电开关和多个并联的充电开关。

具体的，如图2所示，第一开关器件可以包括场效应管Q1，第二开关器件可以包括场效应管Q2；场效应管Q1的栅极和场效应管Q2的栅极均与控制模块连接，场效应管Q1的源极与充电开关模块连接，场效应管Q1的漏极与场效应管Q2的漏极连接，场效应管Q2的源极分别与电源和负载连接。

本实施例中，电池组的正极B+连接正极母线C+/P+，电池组的负极B-连接负极母线C-/P-，放电开关模块、充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块依次设置于负极母线C-/P-。第一开关器件可以包括场效应管Q1和第二开关器件可以包括场效应管Q1，场效应管Q1和场效应管Q1漏极背靠背连接在一起。

作为又一具体实施方式，如图2所示，电池管理电路还可以包括：

驱动模块，与控制模块连接，用于根据放电控制信号，生成放电驱动信号，根据充电控制信号，生成充电驱动信号，根据第一保护控制信号，生成第一保护驱动信号，以及，根据第二保护控制信号，生成第二保护驱动信号；

放电开关模块，与驱动模块连接，用于根据放电驱动信号导通或关断，控制电池组与充电开关模块连接或断开；

充电开关模块，与驱动模块连接，用于根据充电驱动信号导通或关断，控制放电开关模块与第一开关模块连接或断开；

第一开关模块，与驱动模块连接，用于根据第一保护驱动信号导通或关断，控制充电开关模块与第二开关模块连接或断开；

第二开关模块，与驱动模块连接，用于根据第二保护驱动信号导通或关断，控制第一开关模块与电源/负载连接或断开。

本实施例中，驱动模块可以包括四个驱动电路，分别用于根据放电控制信号、充电控制信号、第一保护控制信号和第二保护控制信号对应驱动放电开关模块、充电开关模块、第一开关模块和第二开关模块。驱动电路根据实际使用需求设置，较佳地，放电开关、充电开关、第一开关器件和第二开关器件均可以为管MOS(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，场效应管)，驱动电路均可以为MOS驱动电路。可以理解，四个驱动电路的结构可以相同也可以不同，具体使用时根据实际需求设置。

本实施例提供一种电池管理电路，当放电开关模块和/或充电开关模块出现短路故障时，可以通过控制第一开关模块的场效应管和/或第二开关模块的场效应管的通断来控制电池组与电源/负载的通断，使得电池管理电路正常工作，实现二次充放电保护，相较于采用保险丝进行充放电保护，第一开关模块和第二开关模块不会受环境影响产生误动作，解决了现有电池管理电路中采用保险丝进行充放电保护，可靠性低的技术问题，提高了充放电保护的可靠性。

实施例二

参照图2，在上述实施例一的基础上，本实施例提供一种电池管理电路，控制模块还可以包括：

温度检测单元，还用于检测放电开关模块的工作温度，生成第一温度检测信号，检测充电开关模块的工作温度，生成第二温度检测信号；

控制模块，还用于根据第一温度检测信号和放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据第二温度检测信号和充电控制信号，生成第二保护控制信号。

本实施例中，电池管理电路工作时，控制模块控制第一开关模块和第二开关模块均导通。并且，控制模块生成放电控制信号控制放电开关模块导通，生成充电控制信号控制充电开关模块导通，若放电开关模块出现断路故障，则放电开关模块无法导通，放电开关模块的工作温度出现大幅度跳动，此时控制模块根据第一温度检测信号和放电控制信号，生成第一保护控制信号，控制第一开关模块关断，实现对电池管理电路的二次保护。若充电开关模块出现断路故障，则充电开关模块无法导通，充电开关模块的工作温度出现大幅度跳动，此时控制模块根据第二温度检测信号和充电控制信号，生成第二保护控制信号，控制第二开关模块关断，实现对电池管理电路的二次保护。

可以理解，电流检测芯片、电压检测单元和温度检测单元可以设置于同一AFE(Analog Front End，模拟前端)芯片，也可以分别设置为独立的检测芯片，具体使用时根据实际使用需求选择。温度检测单元还可以与电池组、第一开关模块和第二开关模块连接，检测电池组、第一开关模块和第二开关模块的工作温度，实现过温保护。

本实施例提供一种电池管理电路，通过根据放电开关和/或充电开关的状态和工作电流，控制第一开关模块和/或第二开关模块的通断，可以在放电开关和/或充电开关出现断路故障时，控制第一开关模块和/或第二开关模块关断，防止充放电开关断路时仍控制电池组充放电，导致电池管理电路出现故障，相较于采用保险丝进行充放电保护，第一开关模块和第二开关模块不会受环境影响产生误动作，可靠性较高。并且，本实施例可以精准的根据实际充放电开关的状态，实现充放电保护，准确性较高。

实施例三

本实施例提出一种电池管理装置，电池管理装置可以包括：

如上述的电池管理电路。

需要说明，本实施例中电池管理电路的具体结构参照上述实施例一或实施例二，由于本实施例采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池管理电路，其特征在于，包括依次连接的电池组、放电开关模块和充电开关模块，所述电池管理电路还包括：

控制模块，与所述放电开关模块和所述充电开关模块连接，用于生成放电控制信号，控制所述放电开关模块导通或关断，生成充电控制信号，控制所述充电开关模块导通或关断；以及，根据所述放电开关模块的工作电流和所述放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据所述充电开关模块的工作电流和所述充电控制信号，生成第二保护控制信号；

第一开关模块，分别与所述控制模块、所述充电开关模块和第二开关模块连接，用于根据所述第一保护控制信号导通或关断，控制所述充电开关模块与所述第二开关模块连接或断开；

所述第二开关模块，分别与所述控制模块、电源和负载连接，用于根据所述第二保护控制信号导通或关断，控制所述第一开关模块与所述电源/所述负载连接或断开。

2.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述第一开关模块包括并联的至少一个第一开关器件，所述第二开关模块包括并联的至少一个第二开关器件。

3.如权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述第一开关器件包括场效应管Q1，所述第二开关器件包括场效应管Q2；

所述场效应管Q1的栅极和所述场效应管Q2的栅极均与所述控制模块连接，所述场效应管Q1的源极与所述充电开关模块连接，所述场效应管Q1的漏极与所述场效应管Q2的漏极连接，所述场效应管Q2的源极分别与所述电源和所述负载连接。

4.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述控制模块还包括：

温度检测单元，用于检测所述放电开关模块的工作温度，生成第一温度检测信号，检测所述充电开关模块的工作温度，生成第二温度检测信号；

所述控制模块，还用于根据所述第一温度检测信号和所述放电控制信号，生成第一保护控制信号，或，根据所述第二温度检测信号和所述充电控制信号，生成第二保护控制信号。

5.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述控制模块还包括：

电流检测单元，分别与所述放电开关模块和所述充电开关模块连接，用于检测所述放电开关模块的工作电流和所述充电开关模块的工作电流，生成电流检测信号；

所述控制模块，还用于根据所述电流检测信号和所述放电控制信号，生成所述第一保护控制信号，或，根据所述电流检测信号和所述充电控制信号，生成所述第二保护控制信号。

6.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括：

驱动模块，与所述控制模块连接，用于根据所述放电控制信号，生成放电驱动信号，根据所述充电控制信号，生成充电驱动信号，根据所述第一保护控制信号，生成第一保护驱动信号，以及，根据所述第二保护控制信号，生成第二保护驱动信号；

所述放电开关模块，与所述驱动模块连接，用于根据所述放电驱动信号导通或关断，控制所述电池组与所述充电开关模块连接或断开；

所述充电开关模块，与所述驱动模块连接，用于根据所述充电驱动信号导通或关断，控制所述放电开关模块与所述第一开关模块连接或断开；

所述第一开关模块，与所述驱动模块连接，用于根据所述第一保护驱动信号导通或关断，控制所述充电开关模块与所述第二开关模块连接或断开；

所述第二开关模块，与所述驱动模块连接，用于根据所述第二保护驱动信号导通或关断，控制所述第一开关模块与所述电源/所述负载连接或断开。

7.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述放电开关模块包括并联的至少一个放电开关。

8.如权利要求7所述的电池管理电路，其特征在于，所述充电开关模块包括并联的至少一个充电开关。

9.如权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述控制模块还包括：

电压检测单元，与所述电池组连接，用于检测所述电池组中各单体电池的电池电压，生成电压检测信号；

所述控制模块，还用于根据所述电压检测信号，生成所述放电控制信号和所述充电控制信号。

10.一种电池管理装置，其特征在于，所述电池管理装置包括：

如权利要求1至9任一项所述的电池管理电路。