CN216720940U - 一种充放电电路、电源及电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充放电电路、电源及电动车。充放电电路包括控制单元、二次保护单元以及三端保险丝。控制单元配置有第一电压采样端、充放电控制端。二次保护单元配置有第二电压采样端、保护控制端，三端保险丝串联在充放电回路中。第一电压采样端用于采集电池的电压，充放电控制端与串联在充放电回路中的充放电MOS管的控制端相连接，控制单元用于根据第一电压采样端的采样值调整充放电MOS管的通断状态。第二电压采样端用于采集电池的电压，二次保护单元用于根据第二电压采样端的采样值，通过保护控制端输出控制三端保险丝熔断的信号。

Description

一种充放电电路、电源及电动车

技术领域

本实用新型实施例涉及电动车技术，尤其涉及一种充放电电路、电源及电动车。

背景技术

电池是电动车的动力源，为保证电池的使用安全，需要相应配置控制电路以及安全策略，对电池的工作状态进行监控，并当电池出现过流、过压等异常时，通过执行安全策略避免电池损坏、失火或***。

为配合电动车的销售策略，在使电池满足上述安全要求的同时，还应使电池的设计满足销售目的地的安规要求。例如，若电动车销往欧美，则电池的设计应符合UL/IEC62133，并能够通过UL/IEC62133安规测试。

为达到上述目的，现有技术中，通常采用在原始充放电回路中额外串联一组充电MOS管的方式使整个电池组符合安规认证测试。上述电路设计方式存在如下缺陷：仅通过针对充放电MOS管的控制实现安全控制，无法实现电池的二次保护；对于持续20A/30A放电的，充放电同口的电动车而言，额外再串联一组同样数量的充放电MOS管，会大大的增加整车成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种充放电电路、电源及电动车，以达到有效的对电池实现一次保护以及二次保护的目的。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种充放电电路，包括控制单元、二次保护单元以及三端保险丝；

所述控制单元配置有第一电压采样端、充放电控制端，所述二次保护单元配置有第二电压采样端、保护控制端，所述三端保险丝串联在充放电回路中；

所述第一电压采样端用于采集电池的电压，所述充放电控制端与串联在充放电回路中的充放电MOS管的控制端相连接，所述控制单元用于控制所述充放电MOS管的通断以及根据第一电压采样端的采样值调整所述充放电MOS管的通断状态；

所述第二电压采样端用于采集所述电池的电压，所述二次保护单元用于根据所述第二电压采样端的采样值，通过所述保护控制端输出控制所述三端保险丝熔断的信号。

进一步的，所述二次保护单元包括若干二次保护模块；

所述二次保护单元包括若干二次保护模块；

一个所述二次保护模块配置有若干电压采样端以及一个输出端，每个所述二次保护模块的电压采样端作为所述第二电压采样端，每个所述二次保护模块的输出端作为所述保护控制端；

一个所述二次保护模块用于独立的采集一组电芯的电压以及当检测的电芯电压出现异常时，独立的输出控制所述三端保险丝熔断的信号。

进一步的，一个所述二次保护模块通过与其相连接的一个所述电芯供电。

进一步的，所述电池由15个串联的电芯构成，一个所述二次保护模块用于采集5个所述电芯的电压。

进一步的，还包括检流电阻，所述控制单元还配置有电流检测端；

所述检测电阻串联在充放电回路中，所述控制单元通过所述电流检测端与所述检流电阻相连接。

进一步的，还包括温度传感器，所述控制单元还配置有温度检测端；

所述温度传感器与所述温度检测端相连接，所述温度传感器用于采集所述电池的温度。

进一步的，所述控制单元还配置有预充放电控制端；

所述预充放电控制端与串联在充放电回路中的预充放电MOS管相连接。

进一步的，所述控制单元采用的型号为BQ76952，所述二次保护模块采用的型号为SH367215。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电源，包括电池以及本实用新型实施例记载的充放电电路；

所述充放电电路用于所述电池的充放电控制以及充放电过程中的充放电保护。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种电动车，配置有本实用新型实施例记载的电源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出的充放电电路包括控制单元、二次保护单元以及三端保险丝，其中通过控制单元实现充放电过程的一次保护，通过二次保护单元实现二次保护。充放电电路中，设置控制单元和二次保护单元分别检测电池的电压，当二次保护单元检测到电池的电压超过设定值时，立即控制三端保险丝熔断，二次保护单元实现二次保护的过程不依赖于控制单元，控制单元和二次保护单元分别发挥各自不同的作用，可以有效实现针对整个充放电电路的安全防护。

附图说明

图1是实施例中的充放电电路框图；

图2是实施例中的一种充放电电路简图；

图3是实施例中的电压采集功能电路示意图；

图4是实施例中的电流采集功能电路示意图；

图5是实施例中的辅助功能电路示意图；

图6是实施例中的充放电功能电路示意图；

图7是实施例中的保险丝功能电路示意图；

图8是实施例中的二次保护功能电路示意图；

图9是实施例中的BQ76952引脚图；

图10是实施例中的SH367215引脚图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是实施例中的充放电电路框图，参考图1，充放电电路包括控制单元100、二次保护单元200以及三端保险丝300。

控制单元100配置有第一电压采样端、充放电控制端，二次保护单元200配置有第二电压采样端、保护控制端，三端保险丝300串联在充放电回路中。

第一电压采样端用于采集电池2000的电压，充放电控制端与串联在充放电回路中的充放电MOS管1000控制端相连接，控制单元100用于控制充放电MOS管1000的通断以及根据第一电压采样端的采样值调整充放电MOS管1000的通断状态。

第二电压采样端用于采集电池2000的电压，二次保护单元200用于根据第二电压采样端的采样值，通过保护控制端输出控制三端保险丝300熔断的信号。

示例性的，P+端、P-端作为电池包的连接端，用于接入负载或者充电器。

示例性的，本实施例中，控制单元100具体用于针对电池2000的充放电控制以及在电池充放电控制过程中针对电池2000的一次保护，二次保护单元200用于针对电池2000的二次保护。

作为一种可实施方案的，本实施例中，为便于充放电控制，充放电MOS管1000具体分为充电MOS管和放电MOS管，充放电电路的工作过程包括：

需要对电池2000充电时，控制单元100控制充电MOS管导通，放电MOS管关断，若充电电流超过一定值时，可以控制放电MOS管导通，提高充电能力；

控制单元100监测电池2000的电压，若电压超过第一过压保护阈值，则控制单元100控制充电MOS管关断；

若电池电压恢复至设定的过压恢复值以下，则控制单元100控制充电MOS管恢复导通；

二次保护单元200监测电池2000的电压，若电压超过第二过压保护阈值(第二过压保护阈值可以大于第一过压保护阈值)，则二次保护单元200控制三端保险丝300熔断；

电池2000需要放电时，控制单元100控制放电MOS管导通，充电MOS管关断，若放电电流超过一定值时，可以控制充电MOS管导通，提高放电能力；

控制单元100监测电池2000的电压，若电压低于第一欠压保护阈值，则控制单元100控制放电MOS管关断；

若电池电压恢复至设定的欠压恢复值以上，则控制单元100控制放电MOS管恢复导通。

本实施例提出的充放电电路包括控制单元、二次保护单元以及三端保险丝，其中通过控制单元实现充放电过程的一次保护，通过二次保护单元实现二次保护。充放电电路中，设置控制单元和二次保护单元分别检测电池的电压，当二次保护单元检测到电池的电压超过设定值时，立即控制三端保险丝熔断，二次保护单元实现二次保护的过程不依赖于控制单元，控制单元和二次保护单元分别发挥各自不同的作用，可以有效实现针对整个充放电电路的安全防护。

实施例二

示例性的，本实施例中，电池可以为3串～16串锂电池，根据电池的种类选定控制单元100以及二次保护单元200的型号，并相应设计各芯片的***电路。

作为一种可实施方案，若电池选用15串锂电池，则控制单元100可以选用BQ76952芯片，二次保护单元200可以采用SH367215芯片。

示例性的，BQ76952为针对3串～16串锂电池的保护控制芯片，SH367215芯片为针对3串～5串锂电池的二次保护芯片，充放电保护电路中可以配置一个BQ76952，若干SH367215。

图2是实施例中的一种充放电电路简图，参考图2，充放电电路中设置一个控制单元100(BQ76952)，四个二次保护模块200-1～200-4(SH367215)。

参考图2，充放电电路中配置有充电MOS管Q1、放电MOS管Q2、预充电MOS管Q3、预放电MOS管Q4、三端保险丝300。

示例性的，充电MOS管Q1、放电MOS管Q2采用NMOS管，预充电MOS管Q3、预放电MOS管Q4采用PMOS管。

电池BAT的正极通过三端保险丝300、充电MOS管Q1、放电MOS管Q2与电池包的P+端相连接，电池BAT的负极与电池包的P-端相连接；

电池BAT的正极通过三端保险丝300后还通过预充电MOS管Q3、预放电MOS管Q4与电池包的P+端相连接；

充电MOS管Q1、放电MOS管Q2分别与控制单元100的充放电控制端相连接，预充电MOS管Q3、预放电MOS管Q4分别与控制单元100的预充放电控制端相连接。

控制单元100的电压采样端分别与电池BAT中的各电芯相连接。

每个二次保护模块的电压采样端分别与对应的电芯相连接，每个二次保护模块的输出端通过MOS管Q5与三端保险丝300的控制端相连接。

参考图2，充放电电路还包括温度传感器U1，温度传感器U1用于采集电池BAT的温度，温度传感器U1的输出端与控制单元100的温度检测端相连接。

参考图2，充放电电路还包括检流电阻R1，检流电阻R1串联在充放电回路中，控制单元100的电流检测端分别与检流电阻R1的两端相连接。

示例性的，图2所示的充放电电路的工作过程包括：

需要对电池BAT充电时，控制单元100首先控制预充电MOS管Q3导通，达到设定条件后，控制预充电MOS管Q3关断充电MOS管Q1导通(充电电流经过MOS管Q2中的二极管以及MOS管Q1向电池BAT充电)；

控制单元100监测电池BAT的电压、电流、温度，若电压超过第一过压保护阈值，电流超过第一过流保护阈值或者温度超过第一温度保护阈值，则控制单元100控制充电MOS管Q1关断；

若电池电压、电流、温度恢复至正常值，则控制单元100控制充电MOS管Q1恢复导通；

二次保护模块监测各电芯的电压，若某电芯的电压超过第二过压保护阈值(第二过压保护阈值可以大于第一过压保护阈值)，则相应的二次保护模块输出控制信号，使得三端保险丝300熔断；

电池BAT需要放电时，首先控制预放电MOS管Q4导通，达到设定条件后，控制预放电MOS管Q4关断放电MOS管Q2导通(放电电流经过MOS管Q1中的二极管以及MOS管Q2向外放电)；

控制单元100监测电池BAT的电压、电流、温度，若电压低于第一欠压保护阈值，电流超过第一过流保护阈值或者温度超过第一温度保护阈值，则控制单元100控制放电MOS管Q2关断；

若电池电压、电流、温度恢复至正常值，则控制单元100控制放电MOS管Q2恢复导通。

示例性的，在实际应用过程中，BQ76952以及SH367215的***电路根据需求设定。

图3是实施例中的电压采集功能电路示意图，图9是实施例中的BQ76952引脚图，参考图3和图9，B1～B14端以及B16端作为电压采样端，B1～B14端以及B16端的一侧与各电芯的正极相连接，B1～B14端以及B16端的另一侧通过滤波电阻以及滤波电容后分别与BQ76952的VC1～VC14、VC16引脚相连接，B0端的一侧与一个电芯的负极相连接，B0端的另一侧与BQ76952的VC0引脚相连接。

参考图3，电阻R17～电阻R2作为滤波电阻，电容C16～电容C1作为滤波电容，一个电压采样端通过一个滤波电阻以及一个滤波电容与BQ76952的一个电压采样引脚相连接。例如，B16端通过电阻R17、电容C16与BQ76952的VC16引脚相连接。

示例性的，本方案中，将BQ76952的VC16引脚与VC15引脚短接，将电容C15配置为0欧姆电容，使BQ76952适用于15串电池的电压采集。

参考图3，BQ76952的***电路还包括二极管D1、电阻R18、电容C18、电容C21、电容C22、电容C1、电容C17，上述器件属于BQ76952的常规设置，各器件的连接方式和功能不再详细阐述。

图4是实施例中的电流采集功能电路示意图，参考图4和图9，BQ76952的***电路还包括电阻RS4、电阻RS3、电阻RS2、电阻RS1、电阻R19、电阻R20、电容C19、电容C20。

电阻RS4、电阻RS3、电阻RS2、电阻RS1并联后串联在充放电回路中，作为电流检测电阻。电阻R19、电阻R20作为滤波电阻、电容C19、电容C20作为滤波电容，电流检测电阻的一端通过电阻R19、电容C19与BQ76952的SRP引脚相连接，电流检测电阻的另一端通过电阻R20、电容C20与BQ76952的SRN引脚相连接。

图5是实施例中的辅助功能电路示意图，参考图5，BQ76952的***电路还包括电阻R29；电阻R35、电阻R34、电阻R41、电阻R42、二极管ZD3、接口J2；电阻R27、电阻R26、电阻R30、电阻R28、电容C26。

参考图5，接口J2作为烧录接口，上述图5中其余器件属于BQ76952的常规设置，各器件的连接方式和功能不再详细阐述。

图6是实施例中的充放电功能电路示意图，参考图6，MOS管Q7作为预充电MOS管，BQ76952的预充电控制端PCHG通过电阻R36与MOS管Q7的控制端相连接。电阻RS8、电阻RS7以及电阻RS5并联后还串联于MOS管Q7的漏极，电阻RS8、电阻RS7以及电阻RS5作为MOS管Q7的限流电阻；

MOS管Q9作为预放电MOS管，BQ76952的预放电控制端PDSG通过电阻R47与MOS管Q9的控制端相连接。电阻RS11、电阻RS10以及电阻RS9并联后还串联于MOS管Q9的漏极，电阻RS11、电阻RS10以及电阻RS9作为MOS管Q9的限流电阻。

参考图6和图9，MOS管Q4、MOS管Q3、MOS管Q6、MOS管Q5作为充电MOS管，MOS管Q4、MOS管Q3、MOS管Q6以及MOS管Q5并联后串联在充放电回路中，BQ76952的充电控制端CHG通过电阻R32以及二极管D3后分别通过电阻R37与MOS管Q5的控制端相连接，通过电阻R38与MOS管Q6的控制端相连接，通过电阻R39与MOS管Q3的控制端相连接，通过电阻R40与MOS管Q4的控制端相连接。其中，二极管D3用于保证充电控制信号的单向传递，电阻R37～电阻R40作为驱动电阻；

参考图6，充电MOS管的源极还配置有稳压二极管ZD2，稳压二极管ZD2用于电压的稳压，防止高压对充电MOS管栅源两极的击穿。

参考图6，还配置有三极管Q2、电阻R31、电阻R33。三极管Q2的集电极通过电阻R31与充放电回路相连接，三极管Q2的基极与BQ76952的充电控制端CHG相连接，三极管Q2的发射极通过电阻R33与充电MOS管的源极相连接；

示例性的，当充电MOS管关断时，三极管Q2导通，充电MOS管通过电阻R33以及电阻R31快速放电。

参考图6和图9，MOS管Q13、MOS管Q12、MOS管Q11、MOS管Q10作为放电MOS管，MOS管Q13、MOS管Q12、MOS管Q11以及MOS管Q10并联后串联在充放电回路中，BQ76952的放电控制端DSG通过电阻R50、电阻R51以及二极管D7后分别通过电阻R43与MOS管Q10的控制端相连接，通过电阻R44与MOS管Q11的控制端相连接，通过电阻R45与MOS管Q12的控制端相连接，通过电阻R46与MOS管Q13的控制端相连接；

参考图6，放电MOS管的源极处配置有稳压二极管ZD4。

参考图6，还配置有三极管Q14、二极管D6、电阻R48、电阻R52、电阻R49。

BQ76952的放电控制端DSG通过二极管D6、电阻R48与三极管Q14的基极相连接，三极管Q14的发射极通过电阻R49与放电MOS管的源极相连接，三极管Q14的集电极通过电阻R52与充放电回路相连接。

示例性的，当放电MOS管关断时，三极管Q14导通，放电MOS管通过电阻R49以及电阻R52快速放电。

参考图5和图6，充电MOS管、放电MOS管的漏级以及预充电MOS管、预放电MOS管的源级还通过二极管D4、电阻RS6与三极管Q8的集电极相连接，三极管Q8的基极与BQ7695的BERG端相连接，三极管Q8的发射极通过电容C28接地；电容C30的一端与三极管Q8的集电极相连接，另一端接地。

二极管D4、电阻RS6、三极管Q8、电容C28、电容C30为BQ76952的常规设置，各器件的功能不再详细阐述。

参考图6，还配置有电容C27、电容C29、电阻R53、稳压二极管ZD5、电阻R54、二极管D8、MOS管Q15，电阻R56、电阻R55、二极管D9、电阻R58、电阻R57、二极管D10，电容C32、电容C31、二极管TVS1。上述器件属于BQ76952的常规设置，各器件的连接方式和功能不再详细阐述。

参考图6，还配置有二极管D5，二极管D5的正极接地，二极管D5的负极与BQ76952的放电控制端DSG相连接，二极管D5用于保证P+、P-端反接时，放电控制端DSG处于正常工作电位。

图7是实施例中的保险丝功能电路示意图，参考图7，本方案中使用两个三端保险丝F1、F2，三端保险丝F1和三端保险丝F2并联后串联在充放电回路中。其中三端保险丝的一端与电池的正极B+相连接，另一端与充电MOS管的源极相连接；

参考图7和图8，各二次保护模块的输出端通过FUSE端与MOS管Q1的栅极相连接，MOS管Q1的漏级与三端保险丝F1、三端保险丝F2的控制端相连接，MOS管Q1的源极接地；

参考图7，MOS管Q1的栅源极之间还并联有稳压二极管ZD1、电阻R23、电容C24，稳压二极管ZD1用于稳压，电阻R23以及电容C24用于改善MOS管Q1的通断性能；

参考图7，还包括发光二极管D2，电池的正极B+通过发光二极管D2、电阻R25、电阻R24后与MOS管Q1的漏级相连接，发光二极管D2用于指示三端保险丝是否熔断，电阻R25、电阻R24作为限流电阻。

图8是实施例中的二次保护功能电路示意图，参考图8，本方案中，采用三个二次保护模块U2～U4，配置一个二次保护模块采集5个电芯的电压，每个二次保护模块分别相应配置若干滤波电阻(R76～R71或者R70～R65或者R64～R59)、若干滤波电容(C44～C41、C47或者C40～C37、C45或者C36～C33、C46)以及一个三极管(Q18，同时包括电阻R79、R82、二极管D13或者Q17，同时包括电阻R78、R81、二极管D12或者Q16，同时包括电阻R77、R80、二极管D11)。

图10是实施例中的SH367215引脚图，参考图8和图10，每个二次保护模块的***电路的配置方式相同，以二次保护模块U3为例，B6～B10的一端分别与对应电芯的正极相连接，另一端通过滤波电阻和滤波电容后分别与SH367215的VC5～VC1引脚相连接；

串联的第10个电芯的正极(B10)与SH367215的VDD引脚相连接，串联的第5个电芯的正极(B5)与SH367215的GND引脚相连接；

SH367215的OUT引脚与三极管Q17的发射极相连接，串联的第5个电芯的正极(B5)通过电阻R78与三极管Q17的基极相连接，三极管Q17的集电极通过电阻R81、二极管D12与FUSE端相连接。

二次保护模块监测各电芯的电压，若某电芯的电压超过第二过压保护阈值，则相应的二次保护模块的输出端(OUT端)输出控制信号，使得相应的三极管导通，三极管驱动MOS管Q1导通，进而使三端保险丝F1、F2熔断。

参考图8，本方案中，一个二次保护模块实现电芯电压的采集以及输出控制信号的过程不依赖于其他二次保护模块，可以有效实现针对整个充放电电路的二次保护。

实施例三

本实施例提出一种电源，包括电池、充放电电路，充放电电路用于电池的充放电控制以及充放电过程中的充放电保护。

其中充放电电路可以为实施例一、实施例二中记载的任意一种充放电电路。

实施例四

本实施例提出一种电动车，配置有实施例三中的电源。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种充放电电路，其特征在于，包括控制单元、二次保护单元以及三端保险丝；

所述控制单元配置有第一电压采样端、充电控制端、放电控制端，所述二次保护单元配置有第二电压采样端、保护控制端，所述三端保险丝串联在充放电回路中；

所述第一电压采样端用于采集电池的电压，所述充电控制端与串联在充放电回路中的充电MOS管的控制端相连接，所述放电控制端与串联在所述充放电回路中的放电MOS管的控制端相连接；

所述控制单元用于根据第一电压采样端的采样值调整所述充放电MOS管的通断状态；

所述第二电压采样端用于采集所述电池的电压，所述二次保护单元用于根据所述第二电压采样端的采样值，通过所述保护控制端输出控制所述三端保险丝熔断的信号；

还包括三极管Q2、电阻R31、电阻R33，三极管Q2的集电极通过电阻R31与所述充放电回路相连接，三极管Q2的基极与所述充电控制端相连接，三极管Q2的发射极通过电阻R33与所述充电MOS管的源极相连接；

还包括三极管Q14、二极管D6、电阻R48、电阻R52、电阻R49，所述放电控制端通过二极管D6、电阻R48与三极管Q14的基极相连接，三极管Q14的发射极通过电阻R49与所述放电MOS管的源极相连接，三极管Q14的集电极通过电阻R52与所述充放电回路相连接。

2.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述二次保护单元包括若干二次保护模块；

一个所述二次保护模块配置有若干电压采样端以及一个输出端，每个所述二次保护模块的电压采样端作为所述第二电压采样端，每个所述二次保护模块的输出端作为所述保护控制端；

一个所述二次保护模块用于独立的采集一组电芯的电压以及当检测的电芯电压出现异常时，独立的输出控制所述三端保险丝熔断的信号。

3.如权利要求2所述的充放电电路，其特征在于，一个所述二次保护模块通过与其相连接的一个所述电芯供电。

4.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，还包括检流电阻，所述控制单元还配置有电流检测端；

所述检流电阻串联在充放电回路中，所述控制单元通过所述电流检测端与所述检流电阻相连接。

5.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，还包括温度传感器，所述控制单元还配置有温度检测端；

所述温度传感器与所述温度检测端相连接，所述温度传感器用于采集所述电池的温度。

6.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述控制单元还配置有预充放电控制端；

所述预充放电控制端与串联在充放电回路中的预充放电MOS管相连接。

7.如权利要求1所述的充放电电路，其特征在于，所述控制单元采用的型号为BQ76952，所述二次保护模块采用的型号为SH367215。

8.一种电源，其特征在于，包括电池、权利要求1至7任一所述的充放电电路；

所述充放电电路用于所述电池的充放电控制以及充放电过程中的充放电保护。

9.一种电动车，其特征在于，配置有权利要求8所述的电源。

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