CN113949120B - 一种船用电池***的预充电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种船用电池***的预充电路及方法，涉及电池保护电路技术领域。该电路包括：受控续流模块，并联于接触器；电流采集模块，用于采集预充电路的实时电流；输入电压值采集模块，用于采集受控续流模块的输入电压值；输出电压值采集模块，用于采集受控续流模块的输出电压值；MCU控制器，用于根据实时电流、输入电压值、输出电压值、电感器的电感量以及预设电压差控制开关元件的开启或关闭。以此方式，可以避免放电接触器在闭合时粘连损坏。

Description

一种船用电池***的预充电路及方法

技术领域

本申请的实施例涉及电池保护电路技术领域，并且更具体地，涉及一种船用电池***的预充电路及方法。

背景技术

电池***一般由电池组、放电接触器和负载子***组成，由于负载子***中通常都会包括一个电容量较大的负载电容，当电池组对负载子***放电时，若直接闭合放电接触器，放电接触器闭合过程中会流过很大的电流，从而容易造成放电接触器的触点粘连导致放电接触器损坏，因此在电池***中一般会采用预充电路来解决这一问题。

现有的预充电路通常是由一个预充接触器和一个预充电阻组成，而由于预充电路采用的是阻容预充电路，在负载电容充电初期流过预充电阻的电流非常大，而当负载电容逐渐储满电的过程中，负载电容通过的电流会逐渐减小，因此很难选择一个合适功率的电阻，若选择功率较大的电阻，则体积较大，不易安装，若选择功率较小的电阻吗，则容易发生过载损坏，且采用阻容预充电路的预充时间较长，若负载电容的电容量发生改变，有可能会导致预充电压无法达标而造成放电接触器在闭合时粘连损坏。

发明内容

为了避免放电接触器在闭合时粘连损坏，本申请提供了一种船用电池***的预充电路及方法。

在本申请的第一方面，提供了船用电池***的预充电路。其中，船用电池***包括串联的电池组、放电接触器和负载子***，该电路包括：

受控续流模块，并联于所述放电接触器，包括电感器和开关元件，所述开关元件用于通过其开启或关闭控制所述受控续流模块的开启或关闭；

电流采集模块，与所述受控续流模块连接，用于采集所述预充电路的实时电流；

输入电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输入端，用于采集所述受控续流模块的输入电压值；

输出电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输出端，用于采集所述受控续流模块的输出电压值；

MCU控制器，连接所述电流采集模块的输出端、所述输入电压值采集模块的输出端以及所述输出电压值采集模块的输出端，用于根据所述实时电流、所述输入电压值、所述输出电压值、所述电感器的电感量以及预设电压差控制所述开关元件的开启或关闭。

通过采用上述技术方案，当电池***需要放电时，通过检测放电接触器两端的输入电压值和输出电压值，并结合电感器的电感量和预设电压差来控制预充电路中的电流值，使电流值保持恒定，当负载电容器充满电后，再次检测放电接触器两端的输入电压值和输出电压值，当输入电压值和输出电压值的电压差达到预设电压差后，再开启放电接触器并关闭预充电路，由于放电接触器开启前，放电接触器触头两端的电压差很小，因此不容易发生接触器触头粘连的问题，且通过根据检测到的预充电流对电路进行实时调控，避免了负载电容的电容量发生改变而导致的放电接触器粘连损坏的问题。

优选的，受控续流模块，并联于所述接触器，包括电感器和开关元件，所述开关元件用于通过其开启或关闭控制所述受控续流模块的开启或关闭；

电流采集模块，与所述受控续流模块连接，用于采集所述预充电路的实时电流；

输入电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输入端，用于采集所述受控续流模块的输入电压值；

输出电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输出端，用于采集所述受控续流模块的输出电压值；

MCU控制器，连接所述电流采集模块的输出端、所述输入电压值采集模块的输出端以及所述输出电压值采集模块的输出端，用于根据所述实时电流、所述输入电压值、所述输出电压值、所述电感器的电感量以及预设电压差控制所述开关元件的开启或关闭。

优选的，所述电流采集模块具体包括电流传感器，所述电流传感器的输入端与所述电池组连接，所述电流传感器的输出端与所述MCU控制器连接。

优选的，所述输入电压值采集模块包括：

第一电阻器，所述第一电阻器的一端与所述电池组连接；

第二电阻器，所述第二电阻器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第二电阻器的另一端接地；

第三电阻器，所述第三电阻器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第三电阻器的另一端与所述MCU控制器连接；

第一电容器，所述第一电容器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第一电容器的另一端接地；

第二电容器，所述第二电容器的一端与所述第三电阻器的另一端连接，所述第二电容器的另一端接地。

优选的，所述输出电压值采集模块包括：

第四电阻器，所述第四电阻器的一端与所述负载子***连接；

第五电阻器，所述第五电阻器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第五电阻器的另一端接地；

第六电阻器，所述第六电阻器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第六电阻器的另一端与所述MCU控制器连接；

第三电容器，所述第三电容器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第三电容器的另一端接地；

第四电容器，所述第四电容器的一端与所述第六电阻器的另一端连接，所述第四电容器的另一端接地。

在本申请的第二方面，提供了一种船用电池***的预充方法。该方法包括：

采集电池***的输入电压值值、输出电压值值以及实时电流值；

根据所述输入电压值值、所述输出电压值值、所述实时电流值、预设电压差以及电感器的电感量输出控制脉冲信号；

根据所述控制脉冲信号控制开关元件的开启或关闭；

当所述预充电路开启时，第一N沟道增强型MOS管为开启状态，第二N沟道增强型MOS管、第三N沟道增强型MOS管以及第四N沟道增强型MOS管处于关闭状态；当所述预充电路关闭时，第一N沟道增强型MOS管、第二N沟道增强型MOS管、第三N沟道增强型MOS管以及第四N沟道增强型MOS管处于关闭状态。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是本申请实施例中船用电池***的预充电路的方框图；

图2是本申请实施例中MCU控制器工作过程的示意图；

图3是本申请实施例中船用电池***的预充方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

一方面，本申请提供一种船用电池***的预充电路。

参照图1，该电路包括并联于放电接触器160的受控续流模块110、用于采集预充电路的实时电流的电流采集模块120、用于采集受控续流模块110的输入电压值的输入电压值采集模块130、用于采集受控续流模块110的输出电压值的的输出电压值采集模块140以及用于控制受控续流模块110开启或关闭的MCU控制器150。其中，受控续流模块110包括电感器111和开关元件。MCU控制器150根据采集到的实时电流、输入电压值、输出电压值、电感器111的电感量以及预设电压差来控制受控续流模块110开启或关闭。

需要说明的是，电池***包括电池组、放电接触器160和负载子***170

采用上述技术方案，MCU控制器150通过检测电流采集模块120、输入电压值采集模块130、输出电压值采集模块140采集的实时电流、输入电压值以及输出电压值，并结合受控续流模块110中电感器111的电感量和所需的预设电压差，来输出用于控制受控续流模块110开启或关闭的控制脉冲信号，通过MCU控制器150的调控使预充电流保持恒定，从而使负载电容器171能够快速充电完毕，当MCU控制器150检测到输入电压值和输出电压值达到预设电压差时，即可闭合放电接触器160并关闭预充电路，由于在闭合放电接触器160前，放电接触器160触头两端的电压差很小，因此不容易发生接触器触头粘连的问题，且通过根据检测到的预充电流对电路进行实时调控，避免了负载电容的电容量发生改变而导致的放电接触器160粘连损坏的问题。

下面对受控续流模块110、电流采集模块120、输入电压值采集模块130、输出电压值采集模块140以及MCU控制器150进行具体介绍。

首先，电池***依次包括串联的电池组、放电接触器160以及负载子***170，负载子***170中至少包括一个负载电容器171和一个负载电阻器172。

受控续流模块110并联于放电接触器160的两端，用于调节预充电路中的预充电流。受控续流模块110包括电感器111和开关元件，其中，开关元件用于通过其开启或关闭控制所述受控续流模块110的开启或关闭。

在一些实施例中，开关元件包括第一N沟道增强型MOS管112、第二N沟道增强型MOS管113、第三N沟道增强型MOS管114以及第四N沟道增强型MOS管115。具体地，第一N沟道增强型MOS管112的D极引脚与电池组连接，S极引脚与电感器111连接，G极引脚与MCU控制器150连接。第二N沟道增强型MOS管113的D极引脚与负载子***170中的负载电容连接，S极引脚与电感器111连接，G极引脚与MCU控制器150连接。第三N沟道增强型MOS管114的D极引脚与电感器111连接，S极引脚接地，G极引脚与MCU控制器150连接。第四N沟道增强型MOS管115的D极引脚与电感器111连接，S极引脚接地，G极引脚与MCU控制器150连接。

需要说明的是，N沟道增强型MOS管的S极和D极之间具有一个二极管，且S极连接二极管的正极，D极连接二极管的负极，因此，当N沟道增强型MOS管在关闭状态下，电流也可以从N沟道增强型MOS管的S极流向D极。

在一些实施例中，电流采集模块120包括电流传感器121，电流传感器121的一端与电池组连接，另一端与MCU控制器150连接。当预充电路开启后，电流传感器121可以实时将预充电路中的预充电流进行检测，并将实时电流值输出至MCU控制器中。

输入电压值采集模块130与电池组连接。在一些实施例中，输入电压值采集模块130包括第一电阻器131、第二电阻器132、第三电阻器133、第一电容器134以及第二电容器135。具体地，第一电阻器131的一端与电池组连接，另一端与第二电阻器132连接；第二电阻的另一端接地。第三电阻器133的一端与第一电阻器131的另一端连接，第三电阻器133的另一端与MCU控制器150连接。第一电容器134布置在第一电阻器131与第三电阻器133的电路之间，第一电容器134的一端与第一电阻器131的另一端连接，第一电容器134的另一端接地。第二电容器135布置在第三电阻器133与MCU控制器150的电路之间，第二电容器135的一端与第三电阻器133的另一端连接，第二电容器135的另一端接地。

输出电压值采集模块140与负载子***170中的负载电容器171连接。在一些实施例中，输出电压值采集模块140包括第四电阻器141、第五电阻器142、第六电阻器143、第三电容器144以及第四电容器145。具体地，第四电阻器141的一端与负载电容器171连接，另一端与与第五电阻器142连接；第五电阻的另一端接地。第六电阻器143的一端与第四电阻器141的另一端连接，第六电阻器143的另一端与MCU控制器150连接。第三电容器144布置在第四电阻器141与第六电阻器143的电路之间，第三电容器144的一端与第四电阻器141的另一端连接，第三电容器144的另一端接地。第四电容器145布置在第六电阻器143与MCU控制器150的电路之间，第四电容器145的一端与第六电阻器143的另一端连接，第四电容器145的另一端接地。

在一些实施例中，电池***中还包括用于控制电池***放电的电池管理***(BMS)，当需要放电时，用户可以通过BMS输出请求放电的控制信号，来控制MCU控制器150开始工作。

MCU控制器150的具体控制方式为：参照图1和图2，当需要开始放电时，BMS输出请求放电的控制信号至MCU控制器150处；MCU控制器150接收到控制信号后开始检测输入电压值采集模块130和输出电压值采集模块140采集的输入电压值和输出电压值，并根据输入电压值、输出电压值、电感器111的电感量以及预设电压差来输出初始控制脉冲信号并输出至受控续流模块110中的各开关元件。

具体地，MCU控制器150控制第一N沟道增强型MOS管112开启，并使第二N沟道增强型MOS管113、第三N沟道增强型MOS管114以及第四N沟道增强型MOS管115保持关闭状态。此时，电池组输出的电流通过第一N沟道增强型MOS管112流向电感器111，电流从电感器111流出后再通过第二N沟道增强型MOS管113的续流二极管，使电流从S极流向D极，最终流向负载电容器171。在预充过程中，MCU控制器150实时检测电流采集模块120采集的实时电流值，MCU控制器150根据实时电流值的变化来调整控制脉冲信号的参数，从而来调控预充电路中的预充电流。由于设置了电感器111，通过电感器111阻碍电流变化的特性实现预充电路中的电流保持恒定。当负载电容器171预充完毕后，MCU控制器150再次检测输入电压值和输出电压值，当输入电压值和输出电压值的电压差达到预设电压差时，即可开启放电接触器160并关闭预充电路。需要说明的是，预设电压差是指不会使接触器触头发生粘连的最大电压差。

另一方面，本申请提供了一种船用电池***的预充方法，应用于上述船用电池***的预充电路。参照图3，该方法包括以下步骤：

步骤S210：采集电池***的输入电压值值、输出电压值值以及实时电流值。

步骤S220：根据输入电压值值、输出电压值值、实时电流值、预设电压差以及电感器111的电感量输出控制脉冲信号。

步骤S230：根据控制脉冲信号控制开关元件的开启或关闭。

需要说明的是，预设电压差是指不会使接触器两端触头发生粘连的最大压差。

具体地，在电池***需要进行放电时，先检测预充电路的输入电压值和输出电压值，根据预设电压差、要求的预充时间以及电感器111的电感量能够计算出预充电路中所需的预充电流值。根据采集的输入电压值、输出电压值以及计算出的预充电流值能够输出相应的初始控制脉冲信号。初始控制脉冲信号控制第一N沟道增强型MOS管112开启，并使第二N沟道增强型MOS管113、第三N沟道增强型MOS管114以及第四N沟道增强型MOS管115保持关闭状态。在进行预充的同时，实时采集预充电路中的实时电流值，预充电路中的电流值不同，输出控制脉冲信号的参数不同，从而来调控预充电路中的电流值使预充电流保持恒定。当负载电容充电完毕后，再次检测预充电路的输入电压值和输出电压值，当输入电压值和输出电压值之间的电压差达到预设电压差后，即可开启放电接触器160并关闭预充电路。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的申请范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述申请构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中申请的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (2)

1.一种船用电池***的预充电路，船用电池***包括串联的电池组、放电接触器和负载子***，其特征在于，包括：

受控续流模块，并联于所述放电接触器，包括电感器和开关元件，所述开关元件用于通过其开启或关闭控制所述受控续流模块的开启或关闭；

电流采集模块，与所述受控续流模块连接，用于采集所述预充电路的实时电流；

输入电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输入端，用于采集所述受控续流模块的输入电压值；

输出电压值采集模块，连接于所述受控续流模块的输出端，用于采集所述受控续流模块的输出电压值；

MCU控制器，连接所述电流采集模块的输出端、所述输入电压值采集模块的输出端以及所述输出电压值采集模块的输出端，用于根据所述实时电流、所述输入电压值、所述输出电压值、所述电感器的电感量以及预设电压差控制所述开关元件的开启或关闭；

所述开关元件具体包括：

第一N沟道增强型MOS管，所述第一N沟道增强型MOS管的D极引脚与所述电池组连接，所述第一N沟道增强型MOS管的S极引脚与所述电感器连接，所述第一N沟道增强型MOS管的G极引脚与所述MCU控制器连接；

第二N沟道增强型MOS管，所述第二N沟道增强型MOS管的D极引脚与所述负载子***连接，所述第二N沟道增强型MOS管的S极引脚与所述电感器连接，所述第二N沟道增强型MOS管的G极引脚与所述MCU控制器连接；

第三N沟道增强型MOS管，所述第三N沟道增强型MOS管的D极引脚与所述电感器连接，所述第三N沟道增强型MOS管的S极引脚接地，所述第三N沟道增强型MOS管的G极引脚与所述MCU控制器连接；

第四N沟道增强型MOS管，所述第四N沟道增强型MOS管的D极引脚与所述电感器连接，所述第四N沟道增强型MOS管的S极引脚接地，所述第四N沟道增强型MOS管的G极引脚与所述MCU控制器连接；

所述电流采集模块具体包括电流传感器，所述电流传感器的输入端与所述电池组连接，所述电流传感器的输出端与所述MCU控制器连接；

所述输入电压值采集模块包括：

第一电阻器，所述第一电阻器的一端与所述电池组连接；

第二电阻器，所述第二电阻器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第二电阻器的另一端接地；

第三电阻器，所述第三电阻器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第三电阻器的另一端与所述MCU控制器连接；

第一电容器，所述第一电容器的一端与所述第一电阻器的另一端连接，所述第一电容器的另一端接地；

第二电容器，所述第二电容器的一端与所述第三电阻器的另一端连接，所述第二电容器的另一端接地；

所述输出电压值采集模块包括：

第四电阻器，所述第四电阻器的一端与所述负载子***连接；

第五电阻器，所述第五电阻器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第五电阻器的另一端接地；

第六电阻器，所述第六电阻器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第六电阻器的另一端与所述MCU控制器连接；

第三电容器，所述第三电容器的一端与所述第四电阻器的另一端连接，所述第三电容器的另一端接地；

第四电容器，所述第四电容器的一端与所述第六电阻器的另一端连接，所述第四电容器的另一端接地。

2.一种船用电池***的预充方法，应用于如权利要求1所述的船用电池***的预充电路，其特征在于，包括：

采集电池***的输入电压值、输出电压值以及实时电流值；

根据所述输入电压值、所述输出电压值、所述实时电流值、预设电压差以及电感器的电感量输出控制脉冲信号；

根据所述控制脉冲信号控制开关元件的开启或关闭；

当所述预充电路开启时，第一N沟道增强型MOS管为开启状态，第二N沟道增强型MOS管、第三N沟道增强型MOS管以及第四N沟道增强型MOS管处于关闭状态；当所述预充电路关闭时，第一N沟道增强型MOS管、第二N沟道增强型MOS管、第三N沟道增强型MOS管以及第四N沟道增强型MOS管处于关闭状态。