CN220586003U - 一种便携式储能装置及其电池充放电管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种便携式储能装置及其电池充放电管理电路，包括：串接在电池的充放电路径中的一级充电保护开关电路(1)、放电保护开关电路(2)、二级充电保护开关电路(3)；一级多节电池保护电路(4)，在任一节电池充电下电压过压或者电流过流时断开所述一级充电保护开关电路(1)，以及在任一节电池的放电下电压过压或者电流过流时断开所述放电保护开关电路(2)；二级多节电池保护电路(5)，在任一节电池充电下电压过压时断开所述二级充电保护开关电路(3)，且所述二级多节电池保护电路(5)的过充保护电压高于所述一级多节电池保护电路(4)充电时的过充保护电压；本实用新型两组电路组合后可提供更可靠的充电保护。

Description

一种便携式储能装置及其电池充放电管理电路

技术领域

本实用新型涉及电池管理系统，尤其涉及一种电池管理系统及其电池充放电管理电路。

背景技术

便携式储能装置是一种可充电的便携式电源，包括多节锂离子电池或其他类型的可充电电池、BMS(Battery Management System，电池管理系统)、逆变器等。主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。便携式储能装置中既有的电池管理系统只能进行过充电和过放电的监测，保护可靠性不够。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便携式储能装置及其电池充放电管理电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一方面，构造一种电池充放电管理电路，应用于便携式储能装置的电池管理系统中，所述便携式储能装置包括多节串联的电池，所述电池充放电管理电路包括：

开关单元，由串接在电池的充放电路径中的一级充电保护开关电路、放电保护开关电路、二级充电保护开关电路构成；

一级多节电池保护电路，与各节电池两端分别连接，用于采样各节电池的电压以所述充放电路径的电流，在任一节电池充电下电压过压或者电流过流时断开所述一级充电保护开关电路，以及在任一节电池的放电下电压过压或者电流过流时断开所述放电保护开关电路；

二级多节电池保护电路，与各节电池两端分别连接，用于在任一节电池充电下电压过压时断开所述二级充电保护开关电路；

其中，所述二级多节电池保护电路的过充保护电压高于所述一级多节电池保护电路充电时的过充保护电压。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述一级多节电池保护电路包括多节电池保护芯片，所述二级多节电池保护电路包括多节电池二级保护芯片；所述多节电池保护芯片和所述多节电池二级保护芯片均具有电池负极连接端和多个电池正极连接端，多节串联的电池中第一个电池的负极以及第一个至最后一个电池的正极按照顺序对应连接至所述多节电池保护芯片的电池负极连接端以及多个电池正极连接端，多节串联的电池中第一个电池的负极以及第一个至最后一个电池的正极还按照顺序对应连接至所述多节电池二级保护芯片的电池负极连接端以及多个电池正极连接端；所述多节电池保护芯片还包括过流检测端，第一个电池的负极经由检流电阻、开关单元与电池的后级电路的负极连接，所述过流检测端连接至检流电阻和开关单元之间。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述一级充电保护开关电路、放电保护开关电路、二级充电保护开关电路均包括多个并联的开关管。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述一级充电保护开关电路包括同向并联且都带体二极管的第一MOS管、第二MOS管，所述放电保护开关电路包括同向并联且都带体二极管的第三MOS管、第四MOS管，所述二级充电保护开关电路包括同向并联且都带体二极管的第五MOS管、第六MOS管，且第一MOS管、第五MOS管是同向串联，第一MOS管和第三MOS管是反向串联。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述多节电池保护芯片具有充电保护输出端子，所述一级充电保护开关电路还包括第一三极管、第一电阻、第一二极管、第二电阻、第三电阻；

所述多节电池保护芯片的所述充电保护输出端子依次经由第一三极管、第一电阻连接至第一二极管的正极，第一二极管的负极经由第二电阻连接至所述第一MOS管的栅极，第一二极管的负极还经由第三电阻连接至所述第一MOS管的栅极。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述多节电池保护芯片具有放电保护输出端子，所述放电保护开关电路还包括第五电阻、第六电阻、第七电阻；

所述多节电池保护芯片的所述放电保护输出端子连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端经由所述第六电阻连接第三MOS管的栅极，所述第五电阻的第二端还经由所述第七电阻连接第四MOS管的栅极。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述多节电池二级保护芯片具有充电保护输出端子，所述二级充电保护开关电路还包括第八电阻、第二三极管、第二二极管、第九电阻、第三三极管、第十电阻、第十一电阻第十二电阻、第十三电阻；

所述第十电阻的一端连接至最后一节电池的正极，所述第十电阻的第二端经由第三三极管接地，所述第十电阻的第二端经由所述第十一电阻连接至第五MOS管的栅极，所述第十电阻的第二端还经由第十二电阻连接至第六MOS管的栅极，所述多节电池二级保护芯片的充电保护输出端子经由第八电阻、第二三极管连接第二二极管的正极，第二二极管的负极经由第九电阻连接第三三极管的基极，第三三极管的基极还经由第十三电阻接地。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，所述多节电池保护芯片采用CW1244，所述多节电池保护芯片的VC0引脚连接第一个电池的负极，VC1引脚至VC4引脚分别按照顺序经由各自对应的电阻连接第一个电池至最后一个电池的正极，VC0至VC4引脚分别经由电容接电池负极，CS引脚经由第十四电阻连接至检流电阻与开关单元之间；

多节电池二级保护芯片采用CW1051，所述多节电池二级保护芯片的VSS引脚连接第一个电池的负极，VC1引脚至VC4引脚分别按照顺序经由各自对应的电阻连接第一个电池至最后一个电池的正极。

进一步地，在本实用新型所述的电池充放电管理电路中，还包括第一温检电阻、第二温检电阻、第三温检电阻、第四温检电阻，所述多节电池保护芯片的RDOT引脚经由第一温检电阻连接至第四温检电阻的第一端，RCOT引脚经由第二温检电阻连接至第四温检电阻的第一端，RUT引脚经由第三温检电阻连接至第四温检电阻的第一端，第四温检电阻的第二端接第一节电池的负极。

二方面，构造一种便携式储能装置，包括电池管理系统，所述电池管理系统包括所述的电池充放电管理电路。

本实用新型的便携式储能装置及其电池充放电管理电路，具有以下有益效果：本实用新型利用一级多节电池保护电路、一级充电保护开关电路、放电保护开关电路配合对电池的充放电过程中的过压、过流进行保护，而且还设置二级多节电池保护电路配合二级充电保护开关电路来应对一级多节电池保护电路失效情况下的过充隐患，两组电路组合后可提供更可靠的充电保护；进一步地的，本实用新型还可以基于选定的多节电池保护芯片配合外围电路实现过温保护、掉线保护。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图：

图1是本实用新型电池充放电管理电路的拓扑图；

图2是本实用新型电池充放电管理电路的具体实施例的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，本实用新型的电池充放电管理电路，应用于便携式储能装置的电池管理系统中。所述便携式储能装置包括多节串联的电池、MCU、逆变器、电池管理系统。电池管理系统包括本实用新型的电池充放电管理电路，所述电池充放电管理电路包括：

开关单元，由串接在电池的充放电路径中的一级充电保护开关电路1、放电保护开关电路2、二级充电保护开关电路3构成；

一级多节电池保护电路4，与各节电池两端分别连接，用于采样各节电池的电压以所述充放电路径的电流，在任一节电池充电下电压过压或者电流过流时断开所述一级充电保护开关电路1，以及在任一节电池的放电下电压过压或者电流过流时断开所述放电保护开关电路2；

二级多节电池保护电路5，与各节电池两端分别连接，用于在任一节电池充电下电压过压时断开所述二级充电保护开关电路3；

其中，所述二级多节电池保护电路5的过充保护电压高于所述一级多节电池保护电路4充电时的过充保护电压，所以一旦一级多节电池保护电路4失效，二级多节电池保护电路5可以接替其对充电过压进行保护。

参考图2，一个具体实施例中，以四个电池为例。P2接电池，J8接逆变器。所述一级多节电池保护电路4包括多节电池保护芯片U5，所述二级多节电池保护电路5包括多节电池二级保护芯片U4，所述多节电池保护芯片U5采用CW1244，多节电池二级保护芯片U4采用CW1051，U5可以设定充电时的过充保护电压、过放保护电流、过流检测阈值电压、充电过流保护电压、温度保护设定值，U4可以设定充电时的过充保护电压，而且U4的过充保护电压高于U5的过充保护电压。

所述多节电池保护芯片U5具有多个电池正极连接端VC1-VC4、电池负极连接端VC0、充电保护输出端子CO、放电保护输出端子DO、过流检测端CS等，所述多节电池二级保护芯片U4具有多个电池正极连接端VC1-VC4、电池负极连接端VSS、充电保护输出端子CO等。多节串联的电池中，第一个电池的负极(图中BGND，即电池地)连接U5的VC0引脚，第一个至最后一个电池的正极B1、B2、B3、B4按照顺序经由各自对应的电阻R91、R88、R84、R80对应连接至所述多节电池保护芯片U5的VC1、VC2、VC3、VC4引脚，同时BGND连接U4的VSS引脚，B1、B2、B3、B4还按照顺序经由各自对应的电阻R91、R88、R84、R80对应连接至所述多节电池二级保护芯片U4的VC1、VC2、VC3、VC4引脚。U5的VC0至VC4引脚分别经由各自对应的电容C52-C49接BGND，BGND经由检流电阻R112、开关单元与电池的后级电路(本实施例为逆变器)的负极连接，U5的CS引脚经由第十四电阻R104连接至检流电阻R112与开关单元之间，U5的CS引脚还经由C53接电池地BGND。所述多节电池二级保护芯片U4的VSS引脚连接BGND，VC1引脚至VC4引脚分别按照顺序经由各自对应的电阻R83、R89、R87、R82连接B1、B2、B3、B4。U4的VSS、VC1、VC2、VC3、VC4引脚中，相邻两个引脚之间连接一个电容。

本实施例中，所述一级充电保护开关电路1、放电保护开关电路2、二级充电保护开关电路3均包括多个并联的开关管，本实施例中具体是两个开关管并联。参考图2，具体来说，所述一级充电保护开关电路1包括同向并联且都带体二极管的第一MOS管Q23、第二MOS管Q26，所述放电保护开关电路2包括同向并联且都带体二极管的第三MOS管Q22、第四MOS管Q25，所述二级充电保护开关电路3包括同向并联且都带体二极管的第五MOS管Q24、第六MOS管Q27，且第一MOS管Q23、第五MOS管Q24是同向串联，第一MOS管Q23和第三MOS管Q22是反向串联。

更具体地，所述一级充电保护开关电路1还包括第一三极管Q20、第一电阻R95、第一二极管D18、第二电阻R102、第三电阻R114，所述多节电池保护芯片U5的CO引脚依次经由第一三极管Q20、第一电阻R95连接至第一二极管D18的正极，第一二极管D18的负极经由第二电阻R102连接至所述第一MOS管Q23的栅极，第一二极管D18的负极还经由第三电阻R114连接至所述第一MOS管Q23的栅极。

更具体地，所述放电保护开关电路2还包括第五电阻R97、第六电阻R105、第七电阻R110；所述多节电池保护芯片U5的DO引脚连接所述第五电阻R97的第一端，所述第五电阻R97的第二端经由所述第六电阻R105连接第三MOS管Q22的栅极，所述第五电阻R97的第二端还经由所述第七电阻R110连接第四MOS管Q25的栅极。

更具体地，所述二级充电保护开关电路3还包括第八电阻R76、第二三极管Q19、第二二极管D16、第九电阻R100、第三三极管Q21、第十电阻R96、第十一电阻R101第十二电阻R103、第十三电阻R109；所述第十电阻R96的一端连接至最后一节电池的正极，所述第十电阻R96的第二端经由第三三极管Q21接地，所述第十电阻R96的第二端经由所述第十一电阻R101连接至第五MOS管Q24的栅极，所述第十电阻R96的第二端还经由第十二电阻R103连接至第六MOS管Q27的栅极，所述多节电池二级保护芯片U4的CO引脚经由第八电阻R76、第二三极管Q19连接第二二极管D16的正极，第二二极管D16的负极经由第九电阻R100连接第三三极管Q21的基极，第三三极管Q21的基极还经由第十三电阻R109接地。

进一步地，U5的外围电路还包括第一温检电阻R81、第二温检电阻R86、第三温检电阻R90、第四温检电阻R85，所述多节电池保护芯片U5的RDOT引脚经由第一温检电阻R81连接至第四温检电阻R85的第一端，RCOT引脚经由第二温检电阻R86连接至第四温检电阻R85的第一端，RUT引脚经由第三温检电阻R90连接至第四温检电阻R85的第一端，第四温检电阻R85的第二端接第一节电池的负极。

本实施例的保护原理是：

1)过充电保护：芯片U5的管脚VC1、VC2、VC3、VC4分别连接到4串电池组的正负极，任意一颗电池电压超过过充保护电压并持续一定时间，芯片管脚CO端电平反转，将充电MOS管Q23及Q26关断，停止充电。

2)过放电保护：芯片U5的管脚VC1、VC2、VC3、VC4分别连接到4串电池组的正负极，任意一颗电池电压降低到过放保护电压并持续一定时间，芯片管脚DO端电平反转，将放电MOS管Q22及Q25关断，停止放电。

3)放电过电流：电池组在正常放电过程中，如放电电流变大，芯片U5管脚CS端电压同步增大，当CS端电压高于过流检测阈值电压并持续一定时间，芯片管脚DO端电平反转，将放电MOS管Q22及Q25关断，停止放电。

4)充电过电流：在充电过程中，芯片U5管脚CS端电压低于充电过流保护电压，并持续一定时间，芯片管脚CO端电平反转，将充电MOS管Q23及Q26关断，停止充电。

5)断线保护：如因某种原因导致各电池连接线或者焊点虚焊，此时VC1-VC4中任一者检测判断为断线状态，芯片U5的CO及DO管脚输出电平反转，同时关端充放电MOS，禁止充电与放电。

6)过温保护：充放电过温保护采用温度传感器NTC进行温度变化采集，由芯片U5的管脚RDOT、RCOT、RUT及外围电阻R81、R85、R86、R90组成过温保护电路，当达到温度保护设定值并持续一段时间后，即可进入温度保护模式，同时将充放电的MOS管关断，实现对电池组的充放电高低温保护。

7)二级过充电保护：当U5失效后，有很大几率导致电池过充而产生安全事故。芯片U4通过对每一节电芯电压的采集，其中任何一颗电芯电压超过了过充电保护电压，且持续一定时间，芯片U4的CO端电平反转，将充电MOS管Q24及Q27关断，停止充电，从而为电池组提供过充电保护。

综上所述，本实用新型的便携式储能装置及其电池充放电管理电路，具有以下有益效果：本实用新型利用一级多节电池保护电路、一级充电保护开关电路、放电保护开关电路配合对电池的充放电过程中的过压、过流进行保护，而且还设置二级多节电池保护电路配合二级充电保护开关电路来应对一级多节电池保护电路失效情况下的过充隐患，两组电路组合后可提供更可靠的充电保护；进一步地的，本实用新型还可以基于选定的多节电池保护芯片配合外围电路实现过温保护、掉线保护。

需要说明的是，本文提到的“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型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，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

时上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (10)

1.一种电池充放电管理电路，应用于便携式储能装置的电池管理系统中，所述便携式储能装置包括多节串联的电池，其特征在于，所述电池充放电管理电路包括：

开关单元，由串接在电池的充放电路径中的一级充电保护开关电路(1)、放电保护开关电路(2)、二级充电保护开关电路(3)构成；

一级多节电池保护电路(4)，与各节电池两端分别连接，用于采样各节电池的电压以所述充放电路径的电流，在任一节电池充电下电压过压或者电流过流时断开所述一级充电保护开关电路(1)，以及在任一节电池的放电下电压过压或者电流过流时断开所述放电保护开关电路(2)；

二级多节电池保护电路(5)，与各节电池两端分别连接，用于在任一节电池充电下电压过压时断开所述二级充电保护开关电路(3)；

其中，所述二级多节电池保护电路(5)的过充保护电压高于所述一级多节电池保护电路(4)充电时的过充保护电压。

2.根据权利要求1所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述一级多节电池保护电路(4)包括多节电池保护芯片(U5)，所述二级多节电池保护电路(5)包括多节电池二级保护芯片(U4)；所述多节电池保护芯片(U5)和所述多节电池二级保护芯片(U4)均具有电池负极连接端和多个电池正极连接端，多节串联的电池中第一个电池的负极以及第一个至最后一个电池的正极按照顺序对应连接至所述多节电池保护芯片(U5)的电池负极连接端以及多个电池正极连接端，多节串联的电池中第一个电池的负极以及第一个至最后一个电池的正极还按照顺序对应连接至所述多节电池二级保护芯片(U4)的电池负极连接端以及多个电池正极连接端；所述多节电池保护芯片(U5)还包括过流检测端，第一个电池的负极经由检流电阻(R112)、开关单元与电池的后级电路的负极连接，所述过流检测端连接至所述检流电阻(R112)和开关单元之间。

3.根据权利要求2所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述一级充电保护开关电路(1)、放电保护开关电路(2)、二级充电保护开关电路(3)均包括多个并联的开关管。

4.根据权利要求3所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述一级充电保护开关电路(1)包括同向并联且都带体二极管的第一MOS管(Q23)、第二MOS管(Q26)，所述放电保护开关电路(2)包括同向并联且都带体二极管的第三MOS管(Q22)、第四MOS管(Q25)，所述二级充电保护开关电路(3)包括同向并联且都带体二极管的第五MOS管(Q24)、第六MOS管(Q27)，且第一MOS管(Q23)、第五MOS管(Q24)是同向串联，第一MOS管(Q23)和第三MOS管(Q22)是反向串联。

5.根据权利要求4所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述多节电池保护芯片(U5)具有充电保护输出端子，所述一级充电保护开关电路(1)还包括第一三极管(Q20)、第一电阻(R95)、第一二极管(D18)、第二电阻(R102)、第三电阻(R114)；

所述多节电池保护芯片(U5)的所述充电保护输出端子依次经由第一三极管(Q20)、第一电阻(R95)连接至第一二极管(D18)的正极，第一二极管(D18)的负极经由第二电阻(R102)连接至所述第一MOS管(Q23)的栅极，第一二极管(D18)的负极还经由第三电阻(R114)连接至所述第一MOS管(Q23)的栅极。

6.根据权利要求4所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述多节电池保护芯片(U5)具有放电保护输出端子，所述放电保护开关电路(2)还包括第五电阻(R97)、第六电阻(R105)、第七电阻(R110)；

所述多节电池保护芯片(U5)的所述放电保护输出端子连接所述第五电阻(R97)的第一端，所述第五电阻(R97)的第二端经由所述第六电阻(R105)连接第三MOS管(Q22)的栅极，所述第五电阻(R97)的第二端还经由所述第七电阻(R110)连接第四MOS管(Q25)的栅极。

7.根据权利要求4所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述多节电池二级保护芯片(U4)具有充电保护输出端子，所述二级充电保护开关电路(3)还包括第八电阻(R76)、第二三极管(Q19)、第二二极管(D16)、第九电阻(R100)、第三三极管(Q21)、第十电阻(R96)、第十一电阻(R101)第十二电阻(R103)、第十三电阻(R109)；

所述第十电阻(R96)的一端连接至最后一节电池的正极，所述第十电阻(R96)的第二端经由第三三极管(Q21)接地，所述第十电阻(R96)的第二端经由所述第十一电阻(R101)连接至第五MOS管(Q24)的栅极，所述第十电阻(R96)的第二端还经由第十二电阻(R103)连接至第六MOS管(Q27)的栅极，所述多节电池二级保护芯片(U4)的充电保护输出端子经由第八电阻(R76)、第二三极管(Q19)连接第二二极管(D16)的正极，第二二极管(D16)的负极经由第九电阻(R100)连接第三三极管(Q21)的基极，第三三极管(Q21)的基极还经由第十三电阻(R109)接地。

8.根据权利要求5所述的电池充放电管理电路，其特征在于，所述多节电池保护芯片(U5)采用CW1244，所述多节电池保护芯片(U5)的VC0引脚连接第一个电池的负极，VC1引脚至VC4引脚分别按照顺序经由各自对应的电阻(R91、R88、R84、R80)连接第一个电池至最后一个电池的正极，VC0至VC4引脚分别经由电容接电池负极，CS引脚经由第十四电阻(R104)连接至检流电阻(R112)与开关单元之间；

多节电池二级保护芯片(U4)采用CW1051，所述多节电池二级保护芯片(U4)的VSS引脚连接第一个电池的负极，VC1引脚至VC4引脚分别按照顺序经由各自对应的电阻(R83、R89、R87、R82)连接第一个电池至最后一个电池的正极。

9.根据权利要求8所述的电池充放电管理电路，其特征在于，还包括第一温检电阻(R81)、第二温检电阻(R86)、第三温检电阻(R90)、第四温检电阻(R85)，所述多节电池保护芯片(U5)的RDOT引脚经由第一温检电阻(R81)连接至第四温检电阻(R85)的第一端，RCOT引脚经由第二温检电阻(R86)连接至第四温检电阻(R85)的第一端，RUT引脚经由第三温检电阻(R90)连接至第四温检电阻(R85)的第一端，第四温检电阻(R85)的第二端接第一节电池的负极。

10.一种便携式储能装置，其特征在于，包括电池管理系统，所述电池管理系统包括如权利要求1-9任一项所述的电池充放电管理电路。