CN112599872A - 电池管理***、电池包及用电装置 - Google Patents

电池管理***、电池包及用电装置 Download PDF

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CN112599872A CN202011581224.8A CN202011581224A CN112599872A CN 112599872 A CN112599872 A CN 112599872A CN 202011581224 A CN202011581224 A CN 202011581224A CN 112599872 A CN112599872 A CN 112599872A
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battery management
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王万甲
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Abstract

本申请实施例公开了一种电池管理***、电池包及用电装置。电池管理***包括第一连接端、第二连接端、第一光耦、第二光耦、第一单向开关及第二单向开关，第一光耦包括第一光电三极管、第二光耦包括第二光电三极管，第一光电三极管与第一单向开关反向并联，第二光电三极管与第二单向开关反向并联，反向并联的第一光电三极管和第一单向开关，以及，反向并联的第二光电三极管和第二单向开关串联于第一连接端及第二连接端之间。通过以上方式，能够实现具有隔离的双向导通功能，并且可做到低成本。

Description

电池管理***、电池包及用电装置
技术领域
本申请实施例涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电池管理***、电池包及用电装置。
背景技术
电池管理***(BMS)俗称之为电池保姆或电池管家，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。在电池管理***中，一般通过干接点与外部器件进行连接，用于信号传输、通信等。
干接点电路是一种无极性的电气开关，由于无极性特点，电气开关的两个接点连接在线路上时可以相互调换位置。干接点电路可以与继电器、蜂鸣器、LED灯或其他功能电路连接，内部通过控制电气开关的状态来决定功能电路的工作状态。
干接点电路实现无极性是基于双向导通功能，得益于MOS型光耦本身具备双向导通功能，使得目前的干接点电路一般是围绕MOS型光耦来设计的，然而，MOS型光耦的成本一般是比较高的，使得基于MOS型光耦的干接点电路的成本上升，从而造成整个电池管理***的成本也相应上升，进而使得产品的市场竞争力下降。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种电池管理***、电池包及用电装置，能够解决现有技术中电池管理***使用基于MOS光耦的干接点电路成本过高而使得电池管理***竞争力不高的技术问题。
本申请实施例为解决上述技术问题提供了如下技术方案：
在第一方面，本申请实施例提供了一种电池管理***，包括第一控制端、第二控制端、第一连接端、第二连接端、第一光耦、第二光耦、第一单向开关及第二单向开关；所述第一光耦包括第一发光二极管及第一光电三极管，所述第二光耦包括第二发光二极管及第二光电三极管；所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的阳极均与所述第一控制端连接，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的阴极均与第二控制端连接，所述第一控制端与所述第二控制端之间用于被施加启动电压；所述第一光电三极管和所述第一单向开关反向并联，所述第二光电三极管和所述第二单向开关反向并联；反向并联的所述第一光电三极管和所述第一单向开关，以及，反向并联的所述第二光电三极管和所述第二单向开关串联于第一连接端和第二连接端之间。
可选的，所述第一光电三极管的发射极、所述第一单向开关的输入端、所述第二光电三极管的发射极及所述第二单向开关的输入端共同连接；所述第一光电三极管的集电极与所述第一单向开关的输出端均与第一连接端连接；所述第二光电三极管的集电极与所述第二单向开关的输出均与第二连接端连接。
可选的，所述第一光电三极管的发射极与所述第一单向开关的输入端均与第一连接端连接；所述第一光电三极管的集电极、所述第一单向开关的输出端、所述第二光电三极管的集电极及所述第二单向开关的输出端共同连接；所述第二光电三极管的发射极与所述第二单向开关的输入端均与第二连接端连接。
可选的，所述第一单向开关为第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述第一单向开关的输入端，所述第一二极管的阴极为所述第一单向开关的输出端。
可选的，所述第二单向开关为第二二极管，所述第二二极管的阳极为所述第二单向开关的输入端，所述第二二极管的阴极为所述第二单向开关的输出端。
可选的，所述第一单向开关为第三光耦，所述第三光耦包括第三发光二极管及第三光电三极管；所述第三发光二极管的阳极与阴极之间被施加启动电压，所述第三光电三极管的集电极为所述第一单向开关的输入端，所述第三光电三极管的发射极为所述第一单向开关的输出端。
可选的，所述第二单向开关为第四光耦，所述第四光耦包括第四发光二极管及第四光电三极管；所述第四发光二极管的阳极与阴极之间被施加启动电压，所述第四光电三极管的集电极为所述第二单向开关的输入端，所述第四光电三极管的发射极为所述第二单向开关的输出端。
可选的，所述第一光耦和第二光耦为双极结型晶体管型光耦。
在第二方面，本申请实施例提供了一种电池包，包括如上所述的电池管理***；以及电池模组，所述电池模组与所述电池管理***连接。
在第三方面，本申请实施例提供了一种用电装置，包括如上所述的电池包；以及负载，所述电池包用于为所述负载供电。
可选的，该用电装置包括储能产品、无人机、电动工具或电动车辆。
本申请实施例的有益效果是：区别于相关技术，提供一种电池管理***、电池包及用电装置。电池管理***包括第一连接端、第二连接端、第一光耦、第二光耦、第一单向开关及第二单向开关，第一光耦包括第一光电三极管、第二光耦包括第二光电三极管，第一光电三极管与第一单向开关反向并联，第二光电三极管与第二单向开关反向并联，反向并联的第一光电三极管和第一单向开关，以及，反向并联的第二光电三极管和第二单向开关串联于第一连接端及第二连接端之间。通过以上方式，能够实现具有隔离的双向导通功能，并且可做到低成本。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片仅作为示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本申请实施例提供一种电池包的结构示意图；
图2是本申请实施例提供一种干接点电路的应用场景示意图；
图3是本申请实施例提供一种干接点电路的结构示意图；
图4是图3中提供一种双向导通电路的结构示意图；
图5是图3中提供另一种双向导通电路的结构示意图；
图6至图9是图4中提供一种双向导通电路的结构示意图；
图10至图13是图4中提供另一种双向导通电路的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，图1是本申请实施例提供一种电池包的结构示意图。如图1所示，电池包100包括电池管理***10及电池模组20，电池管理***10与电池模组20连接，连接形式可以是CAN总线连接。
电池包100相当于一个储能***，而电池模组20则是作为该储能***的能量储存单元，其中，电池模组20可以由多个储能电池所组成，电池模组20被配置为将储能电池各种实时的运行状态信息，例如电池电压、电流、温度、保护量等等，通过CAN总线上传至电池管理***10，并且接收来自电池管理***10的控制指令。而电池管理***10则配置为接收并监测来自电池模组20各种实时的运行状态信息，并将这些信息传递至外部，或者，将这些信息进行处理以评估电池模组20的状态以及进行对储能电池进行安全保护等等。
如图2所示，电池管理***10包括干接点电路11。干接点电路11是一个隔离型的控制开关，该控制开关与外部电路连接时，通过控制该控制开关的开关状态，可控制外部电路的工作状态。
例如，外部电路包括光电感应开关OPT及LED灯，光电感应开关OPT包括发光二极管和光电三极管，发光二极管的阴极接地，发光二极管的阳极与干接点电路11中的一个接点连接，干接点电路11中的另一个接点与LED灯的阳极连接，LED灯的阴极与光电三极管的集电极连接，光电三极管的发射极接地。
干接点电路11导通两个接点时，发光二极管有电流流过而产生光线，从而使得光电三极管导通，此时LED灯有电流流过而发光；干接点电路11断开两个接点时，发光二极管无电流流过而未能产生光线，使得光电三极管未能导通，此时LED灯无电流流过，不发光。
具体的，如图3所示，干接点电路11包括双向导通电路111、控制器112及驱动电路113。驱动电路113分别于控制器112及双向导通电路111连接，驱动电路113可根据控制器112输出的控制信号来驱动双向导通电路111的导通与关断。
如图4所示，双向导通电路111包括第一控制端A1、第二控制端A2、第一连接端B1、第二连接端B2、第一光耦U1、第二光耦U2、第一单向开关S1及第二单向开关S2。
第一光耦U1包括第一发光二极管D1及第一光电三极管Q1，第二光耦U2包括第二发光二极管D2及第二光电三极管Q2。
第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阳极均与第一控制端A1连接，第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阴极均与第二控制端A2连接，第一控制端A1与第二控制端A2之间用于被施加启动电压。
第一光电三极管Q1和第一单向开关S1反向并联，第二光电三极管Q2和第二单向开关S2反向并联，反向并联的第一光电三极管Q1和第一单向开关S1，以及，反向并联的第二光电三极管Q2和第二单向开关S2串联于第一连接端B1和第二连接端B2之间。
反向并联意味着，并联后的两个并联端点有电流流通时，同一时刻电流只能流过其中一个器件，例如，第一光电三极管Q1和第一单向开关S1反向并联时，当并联后的两个并联端点有电流流通时，同一时刻电流只能流通第一光电三极管Q1而不流通第一单向开关S1，或者，电流只能流通第一单向开关S1而不流通第一光电三极管Q1。第二光电三极管Q2和第二单向开关S2反向并联时也是如此，在此不再赘述。
当第一控制端A1与第二控制端A2之间被施加启动电压时，第一发光二极管D1和第二发光二极管D2均有电流流过而产生光线，第一光电三极管Q1和第二光电三极管Q2接收到光线后导通。
第一光电三极管Q1和第二光电三极管Q2导通后，由于第一光电三极管Q1和第一单向开关S1是反向并联的，第二光电三极管Q2和第二单向开关S2也是反向并联的，并且两者并联后串联在第一连接端B1与第二连接端B2之间，使得第一连接端B1与第二连接端B2之间将形成两条电流路径，其中一条电流路径的电流通过第一光电三极管Q1和第二单向开关S2，另一条电流路径的电流通过第一单向开关S1和第二光电三极管Q2。
当第一连接端B1与第二连接端B2之间存在电压差时，第一连接端B1与第二连接端B2之间通过其中一条电流路径实现电流的流通，因而能够实现双向导通，并且是无极性的，即，第一连接端B1与第二连接端B2连接在线路上时可以互换。并且，由于无论电流通过哪一条路径流通，都会经过一个光耦，因而双向导通电路111也具备隔离功能。因此，双向导通电路111可以相当于MOS型光耦。
当第一控制端A1与第二控制端A2之间未被施加启动电压时，可以理解的是，第一连接端B1与第二连接端B2将断开连接。
在本实施例中，可以通过对第一光耦U1、第二光耦U2、第一单向开关S1和第二单向开关S2进行合理的选型时，可以做到总体成本较MOS型光耦大幅降低，并且还可以进一步优化双向导通电路111的性能。
在一些实施例中，第一光耦U1和第二光耦U2均为BJT(双极结型晶体管)型光耦。而为了提升双向导通电路111的性能，在一些实施例中，BJT型光耦的型号为TLP240A，其耐压值为80V，高于一般的具有60V耐压值的MOS型光耦，因此，相较于MOS型光耦，耐压性能更佳。
在控制是否对第一控制端A1与第二控制端A2之间施加启动电压以决定导通或是断开第一控制端A1与第二控制端A2之间的连接时，具体的，如图4所示，驱动电路113包括第一电阻R1、第二电阻R2及NPN型三极管Q。
第一电阻R1的一端与控制器112连接，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端及NPN型三极管Q的基极连接，第二电阻R2的另一端及NPN型三极管Q的发射极接地，NPN型三极管Q的集电极用于与第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阴极连接，并且，第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阴极用于连接启动电压正极。
当控制器112输出高电平时，NPN型三极管Q导通，使得第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阴极接地，相当于第一发光二极管D1和第二发光二极管D2的阳极和阴极之间被施加启动电压，从而第一发光二极管D1和第二发光二极管D2有电流流过而发出光线，第一光电三极管Q1和第二光电三极管Q2接收到光线后导通，此时，双向导通电路111工作并导通第一连接端B1与第二连接端B2。
当控制器112输出低电平时，可以理解的是，第一光电三极管Q1和第二光电三极管Q2未能导通，此时，双向导通电路111不工作并断开第一连接端B1与第二连接端B2。
对于双向导通电路11，更具体而言，如图4所示，第一光电三极管Q1的发射极、第一单向开关S1的输入端S1_IN、第二光电三极管Q2的发射极及第二单向开关S2的输入端S2_IN共同连接，第一光电三极管Q1的集电极与第一单向开关S1的输出端S1_OUT均与第一连接端B1连接，第二光电三极管Q2的集电极与第二单向开关S2的输出端S2_OUT均与第二连接端B2连接。
在本实施例中，在双向导通电路111工作的情况下，当第一连接端B1的电压高于第二连接端B2的电压时，将会形成一条电流依次流经第一连接端B1、第一光耦U1、第二单向开关S2和第二连接端B2的电流路径；当第二连接端B2的电压高于第一连接端B1的电压时，将会形成一条电流依次流经第二连接端B2、第二光耦U2、第一单向开关S1和第一连接端B1的电流路径。因此，其能够实现双向导通。
由于双向导通电路111是一种无极性电路，这会使得双向导通电路11存在其它变形以实现同样的作用或功能，例如，在一些实施例中，如图5所示，第一光电三极管Q1的发射极与第一单向开关S1的输入端S1_IN均与第一连接端B1连接，第一光电三极管Q1的集电极、第一单向开关S1的输出端S1_OUT、第二光电三极管Q2的集电极及第二单向开关S2的输出端S2_OUT共同连接，第二光电三极管Q2的发射极与第二单向开关S2的输入端S2_IN均与第二连接端B2连接。
在本实施例中，在双向导通电路111工作的情况下，当第一连接端B1的电压高于第二连接端B2的电压时，将会形成一条电流依次流经第一连接端B1、第一单向开关S1、第二光耦U2和第二连接端B2的电流路径；当第二连接端B2的电压高于第一连接端B1的电压时，将会形成一条电流依次流经第二连接端B2、第二单向开关S2、第一光耦U1和第一连接端B1的电流路径。因此，其能够实现双向导通。
第一单向开关S1作为单向导通器件，其只能允许电流从输出端流至输出端，而不允许电流从输出端流出输入端。第一单向开关S1可以包括任意能够实现单向导通的电子开关管或开关器件，例如，在一些实施例中，如图6所示，第一单向开关S1为第一二极管D3，第一二极管D3的阳极为第一单向开关S1的输入端S1_IN，第一二极管D3的阴极为第一单向开关S1的输出端S1_OUT。
又例如，在一些实施例中，如图7所示，第一单向开关S1为第三光耦U3，第三光耦U3包括第三发光二极管D4及第三光电三极管Q4，第三发光二极管Q4的阳极与阴极之间用于被施加启动电压，第三光电三极管Q4的集电极为第一单向开关S1的输入端S1_IN，第三光电三极管Q4的发射极为第一单向开关S1的输出端S1_OUT。
第二单向开关S2的特性与第一单向开关S1一致，因此，第二单向开关S2可以包括任意能够实现单向导通的电子开关管或开关器件，例如，如图8所示，第二单向开关S2为第二二极管D5，第二二极管D5的阳极为第一单向开关S2的输入端S2_IN，第二二极管D2的阴极为第二单向开关S2的输出端S2_OUT。
又例如，如图9所示，第二单向开关S2为第四光耦U4，第四光耦U4包括第四发光二极管D6及第四光电三极管Q5，第四发光二极管D6的阳极与阴极之间用于被施加启动电压，第四光电三极管Q5的集电极为第二单向开关S2的输入端S2_IN，第四光电三极管Q5的发射极为第二单向开关S2的输出端S2_OUT。
可以理解的是，第一单向开关S1和第二单向开关S2组合时，可以得到多种不同的变形。
如图10所示，第一单向开关S1为二极管，第二单向开关S2也为二极管。
如图11所示，第一单向开关S1为二极管，第二单向开关S2为光耦。
如图12所示，第一单向开关S1为光耦，第二单向开关S2为二极管。
如图13所示，第一单向开关S1为光耦，第二单向开关S2也为光耦。
图10至图13所示的双向导通电路的具体工作过程可以参考上述实施例，在此不再赘述，值得说明的是，图10至图13所示仅示出了双向导通电路的若干变形，在不违背本申请新型的技术构思或精神的基础上，双向导通电路还可以存在其他任意合适的变形，而所有这些变形均应落在本申请的保护范围之内。
作为本申请实施例的另一方面，提供一种用电装置，包括如上所述的电池包100以及负载，电池包100用于为负载供电。
在一些实施例中，用电装置包括储能产品、无人机、电动工具及电动车辆。
最后要说明的是，本申请可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本申请内容的额外限制，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。并且在本申请的思路下，上述各技术特征继续相互组合，并存在如上所述的本申请不同方面的许多其它变化，均视为本申请说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (11)

1.一种电池管理***，其特征在于，包括第一控制端、第二控制端、第一连接端、第二连接端、第一光耦、第二光耦、第一单向开关及第二单向开关；
所述第一光耦包括第一发光二极管及第一光电三极管，所述第二光耦包括第二发光二极管及第二光电三极管；
所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的阳极均与所述第一控制端连接，所述第一发光二极管和所述第二发光二极管的阴极均与第二控制端连接，所述第一控制端与所述第二控制端之间用于被施加启动电压；
所述第一光电三极管和所述第一单向开关反向并联，所述第二光电三极管和所述第二单向开关反向并联；
反向并联的所述第一光电三极管和所述第一单向开关，以及，反向并联的所述第二光电三极管和所述第二单向开关串联于第一连接端和第二连接端之间。
2.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，
所述第一光电三极管的发射极、所述第一单向开关的输入端、所述第二光电三极管的发射极及所述第二单向开关的输入端共同连接；
所述第一光电三极管的集电极与所述第一单向开关的输出端均与第一连接端连接；
所述第二光电三极管的集电极与所述第二单向开关的输出端均与第二连接端连接。
3.根据权利要求1所述的电池管理***，其特征在于，
所述第一光电三极管的发射极与所述第一单向开关的输入端均与第一连接端连接；
所述第一光电三极管的集电极、所述第一单向开关的输出端、所述第二光电三极管的集电极及所述第二单向开关的输出端共同连接；
所述第二光电三极管的发射极与所述第二单向开关的输入端均与第二连接端连接。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池管理***，其特征在于，所述第一单向开关为第一二极管，所述第一二极管的阳极为所述第一单向开关的输入端，所述第一二极管的阴极为所述第一单向开关的输出端。
5.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池管理***，其特征在于，所述第二单向开关为第二二极管，所述第二二极管的阳极为所述第二单向开关的输入端，所述第二二极管的阴极为所述第二单向开关的输出端。
6.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池管理***，其特征在于，所述第一单向开关为第三光耦，所述第三光耦包括第三发光二极管及第三光电三极管；
所述第三发光二极管的阳极与阴极之间被施加启动电压，所述第三光电三极管的集电极为所述第一单向开关的输入端，所述第三光电三极管的发射极为所述第一单向开关的输出端。
7.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池管理***，其特征在于，所述第二单向开关为第四光耦，所述第四光耦包括第四发光二极管及第四光电三极管；
所述第四发光二极管的阳极与阴极之间被施加启动电压，所述第四光电三极管的集电极为所述第二单向开关的输入端，所述第四光电三极管的发射极为所述第二单向开关的输出端。
8.根据权利要求1-3中任意一项所述的电池管理***，其特征在于，所述第一光耦和第二光耦为双极结型晶体管型光耦。
9.一种电池包，其特征在于，包括如权利要求1至8任意一项所述的电池管理***；以及
电池模组，所述电池模组与所述电池管理***连接。
10.一种用电装置，其特征在于，包括如权利要求9所述的电池包；以及
负载，所述电池包用于为所述负载供电。
11.根据权利要求10所述的用电装置，其特征在于，包括储能产品、无人机、电动工具或电动车辆。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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