申请/专利权人：杭州协能科技股份有限公司

申请日：2019-04-29

公开（公告）日：2024-06-28

公开（公告）号：CN110011382B

主分类号：H02J7/00

分类号：H02J7/00;H02H7/18

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.28#授权;2019.08.06#实质审查的生效;2019.07.12#公开

摘要：本发明提出一种电池组热插拔保护电路及保护方法，所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；所述热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个支路驱动输出端的电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N。本发明有效抑制了浪涌电流和浪涌电压，提升了电路性能。

主权项：1.一种电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；所述热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个调节模块输出端的电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N；第k个支路输出端电压小于第k+1个支路输出端电压，第N-1个支路输出端电压小于第N个支路输出端电压；所述热插拔保护电路还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路输出第一控制信号；所述热插拔保护电路还包括N+1个调节模块，N+1个调节模块分别对应热插拔保护电路的N+1个支路，每个调节模块第一输入端和第二输入端分别连接驱动控制电路输出端和相应支路的输出端，每个调节模块输出端连接相应开关管的控制端；每个调节模块包括第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一稳压管，第一电阻和第一二极管串联组成第一串联电路，第二电阻和第一稳压管并联组成第一并联电路，第一串联电路第一端连接驱动控制电路输出端，其第二端连接第一并联电路第一端，第一并联电路第二端连接调节模块输出端，第二电阻上的电压驱动相应开关管通断。

全文数据：一种电池组热插拔保护电路及保护方法技术领域本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种电池组热插拔保护电路及保护方法。背景技术由于蓄电池、超级电容等蓄电装置为了说明方便，以下都用电池、电池组代替的单体电压和容量都较低，在大系统里难以直接使用，实际中往往需要多节电池串联以提高电压，多节电池并联以提高容量。由于实际生产工艺问题和使用环境的差别，每个单体电池之间都有差异。为了安全和充分发挥电池组的性能，必须配备电池管理系统，而电池管理系统与电池组之间都是通过线束连接的，为了滤除线束上的干扰信号和消除负载变化对检测电压的影响，电池管理系统的输入端口都会并联有滤波电容。在生产组装过程和实际应用中，必然会碰到电池管理系统或其他应用设备与电池组之间的接插件插拔问题，而电池组始终是带电的，也即电池组的接插件插拔必定是热插拔，会引起过电流、过压、负压等可靠性问题。现有技术电池组热插拔保护电路原理图如图1所示，修改接插件各个连接端子的长度，按照连接顺序要求，要求早连接的端子长一点，晚连接的端子短一点，从而实现各电池节点按一定的顺序上电，防止出现负电压，降低浪涌电流和浪涌电压的幅度。但是现有技术浪涌电流和浪涌电压依然存在，各节点的连接和断开延迟时间不可控；需要根据应用定制接插件，使用非常不方便，并且定制成本和量产周期都难以满足快速开发产品的要求；另外，串数扩展也不方便。发明内容本发明的目的是提供一种电池组热插拔保护电路及保护方法，用于解决现有技术中电池组热插拔引起的过流、过压、负压等问题。为实现上述目的，本发明提供了一种电池组热插拔保护电路，所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；所述热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个调节模块的输出电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N。可选的，第k个支路输出端电压小于第k+1个支路输出端电压，第N-1个支路输出端电压小于第N个支路输出端电压。可选的，所述热插拔保护电路还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路输出第一控制信号。可选的，所述热插拔保护电路还包括N+1个调节模块，N+1个调节模块分别对应热插拔保护电路的N+1个支路，每个调节模块第一输入端和第二输入端分别连接驱动控制电路输出端和相应支路的输出端，每个调节模块输出端连接相应开关管的控制端。可选的，每个调节模块包括第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一稳压管，第一电阻和第一二极管串联组成第一串联电路，第二电阻和第一稳压管并联组成第一并联电路，第一串联电路第一端连接驱动控制电路输出端，其第二端连接第一并联电路第一端，第一并联电路第二端连接调节模块输出端，第二电阻上电压驱动相应开关管通断。可选的，所述调节模块还包括第一电容，所述第一电容和第二电阻并联。可选的，所述开关管为MOS管或者IGBT或者功率三极管或者GTO。可选的，所述开关管为双向开关管，所述双向开关管控制电池到应用电路的电流方向或者控制应用电路到电池的电流方向。本发明还提供一种电池组热插拔保护方法，所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个支路输出端的电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N。与现有技术相比，本发明具有以下优点：完全抑制了浪涌电流和浪涌电压，后端电路只需按额定电流、电压选取即可，降低系统成本；按顺序接入和断开电池各节点，避免了负电压损坏后端电路的问题；对单体电池的类型、电压等级无限制，如铅酸、磷酸铁锂、钛酸锂、超级电容、钴酸锂、三元、镍氢等所有电池类型都适用；容易扩展，对任意串数都适用；只需一个控制信号，实现对所有支路的顺序控制；采用的都是通用、低成本元件，系统方案成本低，产品开发周期短；各支路采用的都是完全相同的器件，利于元件备货和降低采购成本；对双向开关和单向开关都适用，并且适用于MOS管、功率三极管，IGBT，GTO等有源开关类型。附图说明图1为现有技术电池组热插拔保护电路原理图；图2为本发明电池组热插拔保护电路原理图；图3为本发明电池组热插拔保护电路的开关管的另一实施例；图4为本发明电池组热插拔保护电路的调节模块的另一实施例；具体实施方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精神和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。需说明的是，附图均采用较为简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。如图2所示，示意了本发明电池组热插拔保护电路原理图，所述电池组通过热插拔保护电路实现与后端应用电路的插拔，以解决电池组与应用电路热插拔过程中的电路可靠性问题。所述电池组包括多个串联的电池，所述热插拔保护电路包括与每节电池正负极对应的多个支路，每个支路都串联一个开关管，所有支路的驱动都由同一个控制信号Vdrv控制开和关，所述开关管可以为MOS管、功率三极管，IGBT，GTO等有源开关类型，所述开关管可以为单向开关管，也可以为双向开关管。在每个支路的驱动电路中，驱动电压都由相同的分压电阻R1和R2分压得到，即所述热插拔保护电路还包括与每个开关管相对应的调节模块，每个调节模块包括每个调节模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一二极管Df和第一稳压管Dp，第一电阻R1和第一二极管Df串联组成第一串联电路，第二电阻R2和第一稳压管Dp并联组成第一并联电路，第一串联电路第一端连接驱动控制电路输出端，其第二端连接第一并联电路第一端，第一并联电路第二端作为调节模块输出端。由于电池组系统中的每节单体电池都有一定的正电压，所以各支路串联开关的驱动参考点电压按顺序排列，即各支路输出端电压满足V0＜V1＜V2。。。＜Vn，所以每个支路开关管的驱动输入电压按相反顺序排列，即Vdrv-V0＞Vdrv-V1＞Vdrv-V2＞。。。＞Vdrv-Vn。由于各支路的分压电阻R1和R2都相同，所以驱动开启时，每个支路串联开关的驱动电压上升速率关系为：V0q＞V1q＞V2q＞。。。＞Vnq。由于所有开关都选用相同类型、相同型号的开关，它们的启动阀值都相同，所以开关开启的先后顺序为：S0＞S1＞S2＞。。。＞Sn-1＞Sn。驱动关闭时，开关关闭的顺序正好相反，也即关闭顺序为：S0＜S1＜S2＜。。。＜Sn-1＜Sn。由于B0的电压在整个系统中是最低的，而开通过程中，B0支路中的开关优先开通，关断过程中，B0支路中的开关最后关断。所以，在整个热插拔过程中，系统都不会出现负电压现象。各开关的开关速度可由电阻值R1和R2的大小来调节，电阻值越大，开关的速度越慢，浪涌电流和浪涌电压就越小。同时各开关之间的开关间隔时间也可以一起调节，电阻值越大，间隔时间越大，电阻值越小，间隔时间越短。调节R1和R2阻值的大小，就可以消除浪涌电流和浪涌电压的问题。稳压管Dp用来钳位驱动电压，防止驱动电压太高而损坏开关管。二极管Df用来隔离各支路开关的驱动，防止各支路的驱动电压相互干涉，或形成干扰回路，引起热插拔保护电路失效。同时，在其中某一或几个支路失效时，Df能够隔离开这些损坏的支路而不影响其他支路的运行。控制信号Vdrv要求满足：Vdrv-Vn*R2R1+R2大于开关管的开通阀值电压，否则电路无法正常工作。如图3所示，示意了本发明电池组热插拔保护电路的开关管的另一实施例原理图，所述开关管为双向开关管，可以控制电池到应用电路的电流方向，也可以控制应用电路到电池的电流方向。所述双向开关管即为两个连接的开关管，两个开关管的驱动电压均为分压电阻R1、R2分压得到，两个开关管的源极连接，一个开关管的漏极连接Bn端，另一个开关管的漏极连接应用电路。如图4所示，示意了本发明电池组热插拔保护电路的调节模块的另一实施例原理图，与图2中调节模块的区别在于，还包括第一电容C，电容C和第二电阻R2并联，用来大幅度降低开关管开通和关断的速度，也即降低浪涌电流和电压，且扩大R1和R2阻值选取的自由度。虽然以上将实施例分开说明和阐述，但涉及部分共通之技术，在本领域普通技术人员看来，可以在实施例之间进行替换和整合，涉及其中一个实施例未明确记载的内容，则可参考有记载的另一个实施例。以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

权利要求：1.一种电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；所述热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个调节模块输出端的电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N。2.根据权利要求1所述的电池组热插拔保护电路，其特征在于：第k个支路输出端电压小于第k+1个支路输出端电压，第N-1个支路输出端电压小于第N个支路输出端电压。3.根据权利要求2所述的电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述热插拔保护电路还包括驱动控制电路，所述驱动控制电路输出第一控制信号。4.根据权利要求3所述的电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述热插拔保护电路还包括N+1个调节模块，N+1个调节模块分别对应热插拔保护电路的N+1个支路，每个调节模块第一输入端和第二输入端分别连接驱动控制电路输出端和相应支路的输出端，每个调节模块输出端连接相应开关管的控制端。5.根据权利要求4所述的电池组热插拔保护电路，其特征在于：每个调节模块包括第一电阻、第二电阻、第一二极管和第一稳压管，第一电阻和第一二极管串联组成第一串联电路，第二电阻和第一稳压管并联组成第一并联电路，第一串联电路第一端连接驱动控制电路输出端，其第二端连接第一并联电路第一端，第一并联电路第二端连接调节模块输出端，第二电阻上的电压驱动相应开关管通断。6.根据权利要求5所述的电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述调节模块还包括第一电容，所述第一电容和第二电阻并联。7.根据权利要求1-6所述的任一种电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述开关管为MOS管或者IGBT或者功率三极管或者GTO。8.根据权利要求1-6所述的任一种电池组热插拔保护电路，其特征在于：所述开关管为双向开关管，所述双向开关管控制电池到应用电路的电流方向或者控制应用电路到电池的电流方向。9.一种电池组热插拔保护方法，其特征在于：所述电池组包括N节串联的电池，第k节电池正极连接第k+1节电池负极；热插拔保护电路包括N+1个支路，第k个支路对应第k节电池正极，第N个支路对应第N节电池正极，每个支路串联一个开关管；第一控制信号用于控制每个开关管的通断，每个支路输出端的电压用于控制相应支路上开关管的通断速率，第k个支路比第k+1个支路导通快，第k个支路比第k+1个支路关断慢，其中，0≤kk+1≤N。

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