CN215772623U - 一种pwm控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种PWM控制的充放电回路电池接入结构及其串联式充放电回路结构，电池接入结构包括第一充放电接入端、第二充放电接入端、充放电开关电路、反向充放电开关电路和单片机MCU，充放电开关电路一端与第一充放电接入端耦接，另一端与电池正极耦接，电池负极与第二充放电接入端耦接；反向充放电开关电路一端与第一充放电接入端耦接，另一端与第二充放电接入端耦接；单片机MCU与充放电开关电路、反向充放电开关电路的开关管分别耦接，用于输出PWM信号分别控制开关管的通断。本实用新型结构简单，实现了切入或剔除电池时不会引起开关触点拉弧和电压电流突变，有效提高了充放电设备的稳定性，提升了电池质量保障。

Description

一种PWM控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回 路结构

技术领域

本实用新型属于电子技术领域，尤其是一种PWM控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回路结构。

背景技术

目前，大多数蓄电池生产厂家电池化成采用对蓄电池串联成组进行恒流或恒压充放电，所有接入的电池都是同时充、同时放，不能根据电池组中各个电池性能的差异，让每个电池充至相同电压，使得其中有的电池欠充，有的电池过充，经过多次的充放电循环后，电池组中的各个电池性能差异将愈发明显，从而严重影响了生产厂家对产品质量的把控。尤其是锂电池行业，电池根本不能过充或过放，因为一旦过充或过放，就会大大影响锂电池的性能，甚至报废。因此，在传统的串联式充放电模式下引入了电池接入节点的电路结构，但随着此电路结构的引入而带来的负面影响也不容忽视，电池节点的强行切入切出对设备稳定性产生一定的影响，一方面硬开断容易使得开关触点因为产生拉弧而不可逆损坏，单个节点的损坏可能会引起整个串联电路无法工作；另一方面，硬开断势必会在蓄电池充放电过程中引起电流的跳变，从而对电池化成产生一定的影响，再者电流跳变也会引起电压的跳变，在关键电压采集时电压的一个波动就会导致充放电设备的误判，进而在电池下线后不能达到精确配组，这些附带问题对设备的维护及电池的生产极为不利。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种PWM控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回路结构，实现切入或剔除电池时不会引起开关触点拉弧和电压电流突变。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：

一种PWM控制的充放电回路电池接入结构，包括：第一充放电接入端、第二充放电接入端、充放电开关电路、反向充放电开关电路和单片机MCU，其中，充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与电池的正极耦接，电池的负极与第二充放电接入端耦接；反向充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与第二充放电接入端耦接；单片机MCU与充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管分别耦接，用于输出PWM信号分别控制充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管的通断。

进一步的，本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构，所述充放电开关电路包括MOSFET以及继电器或接触器的一组常开触点，其中，MOSFET与继电器或接触器的一组常开触点并联连接，所述MOSFET的栅极与单片机MCU耦接，源极与第一充放电接入端耦接，漏极与电池的正极耦接。

进一步的，本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构，反向充放电开关电路包括MOSFET以及继电器或接触器的一组常开触点，其中，MOSFET与继电器或接触器的一组常开触点并联连接，所述MOSFET的栅极与单片机MCU耦接，源极与第二充放电接入端耦接，漏极与第一充放电接入端耦接。

进一步的，本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构，所述MOSFET自带反向续流二极管。

进一步的，本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构，所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET。

一种串联式充放电回路结构，包括n个如上述任一的PWM控制的充放电回路电池接入结构和充放电设备，其中，第1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端和第n个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端耦接充放电设备，第i个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端与第i+1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端耦接，其中i∈[1，n-1]，n≥2且为整数。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回路结构，使得切入或剔除电池时不会引起开关触点拉弧和电压电流突变，有效提高了充放电设备的稳定性，提升了电池质量保障。

附图说明

图1是本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构的示意图。

图2是本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构的开关管开通的工作波形图。

图3是本实用新型的PWM控制的充放电回路电池接入结构的开关管关断的工作波形图。

图4是本实用新型的串联式充放电回路结构的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

一种PWM控制的充放电回路电池接入结构，包括：第一充放电接入端、第二充放电接入端、充放电开关电路、反向充放电开关电路和单片机MCU，其中，充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与电池的正极耦接，电池的负极与第二充放电接入端耦接；反向充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与第二充放电接入端耦接；单片机MCU与充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管分别耦接，用于输出PWM信号分别控制充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管的通断。

实施例1

一种PWM控制的充放电回路电池接入结构，如图1所示，包括：第一充放电接入端A、第二充放电接入端B、充放电开关电路、反向充放电开关电路和单片机MCU。

充放电开关电路的一端与第一充放电接入端A耦接，另一端与电池的正极C耦接，电池的负极与第二充放电接入端B耦接。所述充放电开关电路包括MOSFET管Q1以及继电器或接触器的一组常开触点KP1，其中，MOSFET管Q1与继电器或接触器的一组常开触点KP1并联连接，所述MOSFET管Q1的栅极与单片机MCU耦接，源极与第一充放电接入端A耦接，漏极与电池的正极C耦接。所述MOSFET管Q1为N沟道增强型MOSFET，且自带反向续流二极管。

反向充放电开关电路的一端与第一充放电接入端A耦接，另一端与第二充放电接入端B耦接。所述反向充放电开关电路包括MOSFET管Q2以及继电器或接触器的一组常开触点KP2，其中，MOSFET管Q2与继电器或接触器的一组常开触点KP2并联连接，所述MOSFET管Q2的栅极与单片机MCU耦接，源极与第二充放电接入端B耦接，漏极与第一充放电接入端A耦接。所述MOSFET管Q2为N沟道增强型MOSFET，且自带反向续流二极管。

单片机MCU与充放电开关电路的MOSFET管Q1、反向充放电开关电路的MOSFET管Q2分别耦接，用于输出PWM信号分别控制MOSFET管Q1、MOSFET管Q2的开通与关断。

实际应用时，在对电池进行充电或放电过程中，切入电池时，如图2所示，充放电开关电路的PWM1信号的占空比由小到大调节逐步打开MOS管Q1，当完全打开MOS管Q1后，继电器的CH1引脚接入低电平，继电器或接触器的触点KP1吸合，为减少MOS管Q1的开关损耗，并降低发热量，将PWM1信号的占空比由大到小调节逐步使MOS管Q1转为关断状态。当继电器或接触器的触点KP1正常吸合后，需要关闭反向充放电开关电路。如图3所示，反向充放电开关电路的PWM2信号的占空比由小到大调节逐步打开MOS管Q2，当完全打开MOS管Q2后，继电器的CH2引脚接入高电平，继电器或接触器的触点KP2断开，再将PWM2信号的占空比由大到小调节逐步使MOS管Q2转为关断状态。

断开电池时，要先打开反向充放电开关电路，如图2所示，电池节点处PWM2信号的占空比由小到大调节逐步打开MOS管Q2，当完全打开MOS管Q2后，继电器的CH2接入低电平，继电器或接触器的触点KP2吸合，将PWM2信号的占空比由大到小调节逐步使MOS管Q2逐步转为关断状态。当继电器或接触器的触点KP2正常吸合后，需要关闭充放电开关电路，如图3所示，电池节点处PWM1信号的占空比由小到大调节逐步打开MOS管Q1，当完全打开MOS管Q1后，继电器的CH1引脚接入高电平，继电器或接触器KP1断开，再将PWM1信号的占空比由大到小调节逐步使MOS管Q1转为关断状态。

实施例2

一种串联式充放电回路结构，如图4所示，包括n个上述的PWM控制的充放电回路电池接入结构和充放电设备，单片机MCU设置在充放电设备中。

其中，第1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端和第n个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端耦接充放电设备，第i个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端与第i+1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端耦接，其中i∈[1，n-1]，n≥2且为整数。

在串联式充放电回路结构中设置PWM控制的电池接入结构，很大程度上提高了充放电设备的稳定性，以及增加了电池质量的保障性。该电池接入结构由并联在充放电接入端的充放电开关电路和电池、以及并联在充放电接入端的反向充放电开关电路组成，通过充放电开关电路中MOSFET和并接的继电器或接触器的常开触点相互配合，使得切入或剔除电池时不会引起开关触点拉弧和电压电流突变。其一，由于在继电器或接触器通断过程中，电流大于80～100mA，且继电器或接触器的动、静触点在通断瞬间具有10～20V的电压，则触点间就会产生电弧，采用PWM控制开断电池节点后，因为MOSFET的R_DS(on)可以做到很小，远小于继电器或接触器的接触电阻，使得MOSFET和继电器或接触器同时开通时，在继电器或接触器触点上的电流达到最小值，从而避免触点因开断时产生电弧而缩短使用寿命。其二，由于在继电器或接触器通断过程中，会引起电流突变，电流的突变将很直观的体现到电池电压上，因为每个节点的电池都是单独采样，一旦有切入和剔除动作，整个串联回路的电池电压都将产生一定的波动，尤其是到达临界转工艺阶段，电压波动一旦引起误判，电池的一致性得到破坏，逐而影响到后面的配组，严重的可能会带来一系列的电池质量问题。所以本方案中以PWM控制接入电池来实现软开关来消除以上存留问题。

另外，由于MOSFET只是在切换瞬间工作，不会长时间工作在开通状态，基本上不会发热，这样就大大延长了其使用寿命，同时也不用加装散热器，从而简化了生产工艺并降低了生产成本。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种PWM控制的充放电回路电池接入结构，其特征在于，包括：第一充放电接入端、第二充放电接入端、充放电开关电路、反向充放电开关电路和单片机MCU，其中，充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与电池的正极耦接，电池的负极与第二充放电接入端耦接；反向充放电开关电路的一端与第一充放电接入端耦接，另一端与第二充放电接入端耦接；单片机MCU与充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管分别耦接，用于输出PWM信号分别控制充放电开关电路开关管、反向充放电开关电路开关管的通断。

2.根据权利要求1所述的PWM控制的充放电回路电池接入结构，其特征在于，所述充放电开关电路包括MOSFET以及继电器或接触器的一组常开触点，其中，MOSFET与继电器或接触器的一组常开触点并联连接，所述MOSFET的栅极与单片机MCU耦接，源极与第一充放电接入端耦接，漏极与电池的正极耦接。

3.根据权利要求1所述的PWM控制的充放电回路电池接入结构，其特征在于，反向充放电开关电路包括MOSFET以及继电器或接触器的一组常开触点，其中，MOSFET与继电器或接触器的一组常开触点并联连接，所述MOSFET的栅极与单片机MCU耦接，源极与第二充放电接入端耦接，漏极与第一充放电接入端耦接。

4.根据权利要求2或3所述的PWM控制的充放电回路电池接入结构，其特征在于，所述MOSFET自带反向续流二极管。

5.根据权利要求2或3所述的PWM控制的充放电回路电池接入结构，其特征在于，所述MOSFET为N沟道增强型MOSFET。

6.一种串联式充放电回路结构，其特征在于，包括n个如权利要求1-5任一所述的PWM控制的充放电回路电池接入结构和充放电设备，其中，第1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端和第n个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端耦接充放电设备，第i个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第二充放电输入端与第i+1个PWM控制的充放电回路电池接入结构的第一充放电输入端耦接，其中i∈[1，n-1]，n≥2且为整数。

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