CN217396299U - 一种用于电动车的双电池控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于电动车的双电池控制***，包括第一电池模组、第二电池模组和电池控制器；其中，电池控制器包括主控芯片、钥匙门、两个电池功率级控制模块、电池电压采样模块和电源模块；钥匙门的两端分别和ACC控制端和动力输出接口连接，在钥匙门闭合导通时连通ACC控制端和动力输出接口，从而激活第一电池模组和第二电池模组；两电池功率级控制模块的输入端分别和第一电池、第二电池的正极连接，两电池功率级控制模块、的输出端共同和动力输出接口连接；电池电压采样模块和主控芯片连接，用于采集第一电池和第二电池的输出电压。本***提供对两组动力电池模组的独立控制，可以解决临停换电风险和解决备用电池的收纳问题。

Description

一种用于电动车的双电池控制***

技术领域

本实用新型涉及电动车领域，尤其涉及一种用于电动车的双电池控制***。

背景技术

目前市面上大多数电动车只支持一组电池使用，为避免没电，通常采用携带一组备用电池的方式，在电动车当前使用的电池用完后，再更换上备用电池。但该电池更换需要临时停车进行更换，在路边临时停车存在安全隐患，且要解决备用电池的收纳问题。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的是提供一种用于电动车的双电池控制***，可以通过电池控制器管理两组动力电池，从而可以灵活有效地管理两组动力电池，解决临停换电风险和解决备用电池的收纳问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于电动车的双电池控制***，包括第一电池模组、第二电池模组和电池控制器；

所述电池控制器包括主控芯片、钥匙门、电池ACC采样及控制模块、第一电池功率级控制模块和第二电池功率级控制模块、电池电压采样模块和电源模块；所述钥匙门的两端分别连接ACC控制端和动力输出接口，在所述钥匙门闭合导通时连通ACC控制端和动力输出接口；

所述电池模组包括一开关单元和一电池，所述开关单元用于控制所述电池的输出；

所述第一电池功率级控制模块和所述第二电池功率级控制模块的控制端和所述主控芯片连接，分别用于第一电池模组、第二电池模组的充放电控制，所述第一电池功率级控制模块、所述第二电池功率级控制模块的输入端分别和第一电池、第二电池的正极连接，所述第一电池功率级控制模块、所述第二电池功率级控制模块的输出端共同和动力输出接口连接；

所述电池电压采样模块和所述主控芯片连接，用于采集第一电池和第二电池的输出电压；

所述电源模块的输入和动力输入输出接口连接，用于给各功能模块供电。

进一步的，所述电池ACC采样及控制模块包括第一继电器、第二继电器和一个二极管，所述第一继电器的常闭端和第一动力电池模组的ACC控制端连接；所述第二继电器的常闭端和第二动力电池模组的ACC控制端连接；所述第一继电器的所述第二继电器的公共端连接，并通过所述二极管连接到所述ACC输入总控制端；所述第一继电器和所述第二继电器和所述主控芯片电连接。

进一步的，所述电池功率级控制模块包括第一电子开关和第二电子开关、滤波电容和一二极管，所述第一电子开关和所述第二电子开关背靠背串联连接；所述第一电子开关、第二电子开关在串联后和所述滤波电容、所述二极管并联连接；所述二极管的阳极和所述电池功率级控制模块的输入端连接，所述二极管的阴极和所述电池功率级控制模块的输出端连接，所述第一电子开关和第二电子开关均为单个MOS管或并联的两个或多个MOS管，所述电池功率级控制模块的控制端和所述主控芯片连接。

进一步的，所述双电池控制***包括第一CAN通信模块和第二CAN通信模块，所述第二通信模块用于所述主控芯片和第二电池模组通信连接；所述第一通信模块用于所述主控芯片和第一电池模组及整车其他部件CAN通信连接。

进一步的，所述PWM选通模块包括一单刀双掷电子开关和一光电耦合器，所述PWM输出端和所述电子开关的公共端连接，所述第一电池模组和第二电池模组的PWM输入端分别连接所述电子开关的常闭端和常开端，所述主控芯片的PWM选通信号通过所述光电耦合器连接到所述电子开关的选通管脚。

进一步的，所述第一电池模组和所述第二电池模组是可更换电池模组，所述电动车设置有用于安装所述第一电池模组和所述第二电池模组的结构。

本实用新型实现了如下技术效果：

电动车通过本实用新型的电池控制器实现对并联的两组动力电池的管理，如通过两组动力电池的工作衔接及缺电提示，及时对电动车的动力电池进行充电或更换动力电池，从而解决临停换电风险和解决备用电池的收纳问题。

附图说明

图1是本实用新型的一个较佳实施例的双电池控制***的原理框图；

图2是本实用新型的实施例的主控芯片及周边的电路图；

图3是本实用新型的实施例的ACC采样及控制模块的电路图；

图4是本实用新型的实施例的第一电池功率级控制模块的电路图；

图5是图4的局部放大图；

图6是本实用新型的实施例的PWM选通模块的电路图；

图7是本实用新型的实施例的电源模块的电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，本实用新型公开一种用于电动车的双电池控制***的功能模型，包括第一电池模组、第二电池模组和电池控制器。其中：

电池控制器30包括第一电池功率级控制模块301、第二电池功率级控制模块302和钥匙门SW3等模块。

第一电池功率级控制模块301和第二电池功率级控制模块302的端子3011、3021分别和第一电池模组10、第二电池模组20的电池BAT1、BAT2的正极BAT1+、BAT2+连接，端子3012、3022共同连接到所述双电池控制***的动力输出端PACK+。

钥匙门SW3的两端SW3.1、SW3.2分别连接到ACC控制端ACC_IN和动力输出端PACK+，ACC控制端ACC_IN分两路分别和第一电池模组10和第二电池模组的ACC控制端ACC_IN_BAT1、ACC_IN_BAT2，ACC_IN_BAT1、ACC_IN_BAT2分别控制SW1、SW2的导通和关断，SW1、SW2的具体电路示例如模块101和模块201所示，其中，Q6的源极和漏级分别连接GND和电池BAT1的负极，Q5的源极和漏级分别连接GND和电池BAT2的负极。

在该模型中，第一电池功率级控制模块301和第二电池功率级控制模块302为相同的功能模块。以第一电池功率级控制模块301为例，包括电子开关Q1、Q2和二极管D1。电子开关Q1、Q2串联后和二极管D1并联。其中电子开关Q1、Q2均为NMOS管，两个MOS管为背靠背串联，即Q1、Q2的漏级连接，源极分别连接到端子3011和端子3012。二极管D1的阳极连接到端子3011，阴极连接到端子3012。

工作原理：

当钥匙门未***钥匙时，钥匙门SW3没有闭合导通时，电池控制器30是没有任何电源供电的，处于关机状态。第一电池模组10的电池BAT1和第二电池模组20的电池BAT2的正极分别通过二极管D1及D2(小电流)导通至动力输出端PACK+。

当钥匙***钥匙门并旋转到ACC档时，钥匙门SW3闭合导通，ACC_IN_Bat1和ACC_IN_Bat2收到信号，激活电池BAT1和BAT2，内部的电子开关SW1(模块101)和SW2(模块201)闭合导通，电池BAT1和BAT2开始工作，提供动力输出。

电池控制器30有了电源供电，开始工作。当钥匙***钥匙门并旋转到ON档时，由MCU控制打开电子开关Q1～Q4(大电流通过)，为整车供电。

在进行在线充电时，由MCU控制打开电子开关Q1～Q4(大电流通过)，外部电源接入动力输出端PACK+，给电池BAT1和BAT2充电。

因MOS管的相关特性，关闭MOS管时，MOS管的源极到漏级关断，但是漏级到源极是关不断的(有寄生二极管的存在)。为做到双向截止保护，故采用两个MOS管一组，如Q1和Q2背靠背串联，每个MOS负责关断一边，有效保护MOS管不被外部大电源击穿损坏。

在本应用中，第一电池模组10和第二电池模组20采用的是可更换电池模组，电动车设置有用于安装第一电池模组10和第二电池模组20的电池槽结构，以同时连接两组电池模组，及实现电池的快速拆装需求。

本实用新型的双电池控制***，提供对电动车的两组动力电池模组的独立控制，可以实施灵活的动力电池的输出管理，可以直接并联输出，或设置成主备模式分时输出，从而解决临停换电风险和解决备用电池的收纳问题。

如图2～图7所示，在实际电路中，电池控制器30由主控芯片U1、电池ACC采样及控制模块、第一电池功率级控制模块301、第二电池功率级控制模块302、锂电池PWM选通模块、串口模块、车速信号输入模块和电源模块等模块组成。各功能模块说明如下。

(1)主控芯片：

如图2所示，主控芯片U1设置有ACC_AD、PACK_AD、VBAT1_MCU_AD和VBAT1_MCU_AD等AD输入引脚，分别用于采集ACC_IN、PACK+、BAT1+和BAT2+的电压。主控芯片U1可根据这些采样信号对电池BAT1和BAT2进行开关控制、充放电控制等操作。

相应的充放电控制信号包括充电控制信号CHG_MCU_EN_BAT1、CHG_MCU_EN_BAT2，放电控制信号DSG_MCU_EN_BAT1、DSG_MCU_EN_BAT2、ACC控制信号ACC_CTL_BAT1、ACC_CTL_BAT2、PWM选择信号PWM_SEL_BAT1、PWM_SEL_BAT2等。

(2)ACC采样及控制模块：

如图3所示，ACC采样及控制模块的具体电路包括：继电器K1、K2等元件。ACC_IN_Bat1、ACC_IN_Bat2和ACC_IN的连接受继电器K1和K2的开关控制。在具体连接上，ACC_IN_Bat1连接继电器K1的常闭引脚，ACC_IN_Bat2连接常闭式继电器K2的常闭引脚；继电器K1、K2的公共引脚连接并通过二极管D7连接到ACC_IN，即在默认状态下，ACC_IN_Bat1、ACC_IN_Bat2和ACC_IN处于连接状态。继电器K2的控制引脚经过电子开关Q8连接ACC_CTL_Bat1，继电器K1的控制引脚经过电子开关Q10连接ACC_CTL_Bat2，MCU通过ACC_CTL_Bat1、ACC_CTL_Bat2控制继电器K1和K2动作，使其继电器K1和K2的公共引脚和常闭引脚断开连接，即ACC_IN_Bat1或ACC_IN_Bat2和ACC_IN断开连接，对应的电池Bat1或Bat2下电关机。

(3)电池功率级控制模块：

电池BAT1与BAT2的功率级控制模块相同，以第一电池功率级控制模块的电路为例，如图4和图5所示：电池BAT1的电源正极VBAT1连接一组由Q1和Q3组成的充电电子开关(Q1和Q3并联，增加带载能力)，再串联一组由Q2和Q4组成的放电电子开关(Q2和Q4并联，增加带载能力)，同时，电子开关Q1～Q4和一组由电容C18、C19组成的滤波电容以及二极管D401并联，其中，二极管D401的导通方向为VBAT1向PACK+。充放电芯片U4和主控芯片U1连接，根据主控芯片U1的充放电信号进行电时：当钥匙门未闭合导通时，电流从VBAT1经过D401到PACK+，提供小电流供电；当钥匙闭合后，电子开关Q1～Q4被U4打开，电流从VBAT1经过Q1～Q4到PACK+，为整车供电。

在本实施例中，电子开关Q1～Q4均采用NMOS管。

充电时：PACK+端连接充电器，唤醒电池充电，芯片U4的BAT引脚和VDDCP引脚分别接收到VBAT1_AD和VBAT的电压，U4控制CHG引脚输出电压，通过R30、D12、D11、R6、R8将电子开关Q1和Q3打开，充电器的充电电流就从PACK+端经过Q2和Q4的寄生二极管，再到Q1和Q3，为BAT1充电。

(4)CAN通讯模块：

本***采用两组CAN通讯组合的方式，BAT1的CAN信息由1号CAN模块收集，BAT2的CAN信息由2号CAN模块收集，MCU整理信息后再送给1号CAN模块，1号CAN模块与整车其他部件CAN通讯相连接，进行指令交互。

(5)PWM选通模块：

PWM信号是一种电信号，电池将0％～100％的电量转化为0～5V电压(例如80％的电量对应4V电压)的电信号输出。可用于一些无CAN通信的其他零件，作为电池电量参考。为此需要一个PWM选通模块以切换PWM信号的输出。

如图6所示，PWM选通模块采用一块单刀双掷电子开关芯片U101，其电源与CAN_5V共用，1号引脚连接BAT1的PWM信号，3号引脚连接BAT2的PWM信号。6号引脚为选通引脚，通过光电耦合器U10连接主控芯片U1的PWM_SEL_Bat2。

当PWM_SEL_Bat2输出低电平信号时，光电耦合器U10不工作，此时U101的1号引脚与4号引脚导通，输出PWM_IN_BAT1的信号；当PWM_SEL_Bat2输出高电平信号时，光电耦合器U10工作，U101的3号引脚与4号引脚导通，输出PWM_IN_BAT2的信号。

(6)车速信号输入模块：

车速信号输入模块，用于读取整车的速度并发送给主控芯片U1，用于判断此时为行车状态还是静置状态。

(7)电源模块：

如图7所示，电池控制器30由锂电池供电，无须再连接其他外部电源。电源模块集成了60V转12V电源，12V转5V电源，5V转3.3V电源，以及5V转5V CAN隔离电源，5V CAN隔离电源保证了CAN通讯及PWM传输不被其他模块干扰。

在具体应用，第一电池模组10和第二电池模组20为可更换电池模组，可从电动车上取下，并单独进行充电。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型作出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于电动车的双电池控制***，其特征在于，包括第一电池模组、第二电池模组和电池控制器；

所述电池控制器包括主控芯片、钥匙门、第一电池功率级控制模块和第二电池功率级控制模块、电池电压采样模块和电源模块；

所述钥匙门的两端分别和ACC控制端和动力输出接口连接，在所述钥匙门闭合导通时连通ACC控制端和动力输出接口，从而激活所述第一电池模组和所述第二电池模组；

所述第一电池功率级控制模块和所述第二电池功率级控制模块的控制端和所述主控芯片连接，所述第一电池功率级控制模块、所述第二电池功率级控制模块的输入端分别和第一电池、第二电池的正极连接，所述第一电池功率级控制模块、所述第二电池功率级控制模块的输出端连接共同和动力输出接口连接；

所述电池电压采样模块和所述主控芯片连接，用于采集第一电池和第二电池的输出电压；

所述电源模块的输入和动力输入输出接口连接，用于给各功能模块供电。

2.如权利要求1所述的双电池控制***，其特征在于，还包括电池ACC采样及控制模块，所述电池ACC采样及控制模块包括第一继电器、第二继电器和一个二极管，所述第一继电器的常闭端和第一动力电池模组的ACC控制端连接；所述第二继电器的常闭端和第二动力电池模组的ACC控制端连接；所述第一继电器的所述第二继电器的公共端连接，并通过所述二极管连接到所述ACC输入总控制端；所述第一继电器和所述第二继电器的控制端和所述主控芯片电连接。

3.如权利要求1所述的双电池控制***，其特征在于，所述电池功率级控制模块包括第一电子开关和第二电子开关、滤波电容和一二极管，所述第一电子开关和所述第二电子开关背靠背串联连接；所述第一电子开关、第二电子开关在串联后和所述滤波电容、所述二极管并联连接；所述二极管的阳极和所述电池功率级控制模块的输入端连接，所述二极管的阴极和所述电池功率级控制模块的输出端连接，所述第一电子开关和第二电子开关均为单个MOS管或并联的两个或多个MOS管，所述电池功率级控制模块的控制端和所述主控芯片连接。

4.如权利要求1所述的双电池控制***，其特征在于，所述双电池控制***还包括第一CAN通信模块和第二CAN通信模块，所述第二CAN通信模块用于所述主控芯片和第二电池模组通信连接；所述第一CAN通信模块用于所述主控芯片和第一电池模组及整车其他部件CAN通信连接。

5.如权利要求1所述的双电池控制***，其特征在于，所述双电池控制***还包括PWM选通模块，所述PWM选通模块包括：一单刀双掷电子开关和一光电耦合器，所述PWM输出端和所述电子开关的公共端连接，所述第一电池模组和第二电池模组的PWM输入端分别连接所述电子开关的常闭端和常开端，所述主控芯片的PWM选通信号通过所述光电耦合器连接到所述电子开关的选通管脚。

6.如权利要求1所述的双电池控制***，其特征在于，所述第一电池模组和所述第二电池模组是可更换电池模组。

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