电池包及其电池管理系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种电池包及其电池管理系统与控制方法。该电池包包括耦接在电池组和负载之间的单个双向开关管，该双向开关管具有第一电极、第二电极和控制电极，该电池管理系统包括：提供充电控制信号和放电控制信号的电池管理电路；以及耦接至双向开关管的控制电极的驱动电路。该驱动电路基于充电控制信号和放电控制信号来控制该双向开关管的导通与关断。其中在双向开关管导通时电流在第一电极与第二电极之间的至少一个方向上流动，在双向开关管关断时第一电极与第二电极之间无电流通过。采用本发明专利技术的实施例，既可以节省电路成本，又能够提供更有效的控制功能。够提供更有效的控制功能。够提供更有效的控制功能。

【技术实现步骤摘要】
电池包及其电池管理系统和控制方法


[0001]本专利技术主要涉及一种电子电路，尤其但不排他地涉及一种电池包及其电池管理系统和控制方法。

技术介绍

[0002]随着手持式电器(例如电动自行车E
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bike、电动踏板车和电动园林工具)的发展，二次电池(例如可再充电电池)成为当前研究的热门。图1所示为传统的电池包10的电路框图。如图1所示，电池包10包括电池组11、充放电电路12、电池管理集成电路13、处理器14以及电池包端子15。
[0003]电池组11可包括一个或多个电池单元。充放电电路12包括串联耦接在电池组11与电池包端子15之间的充电开关管101和放电开关管102。电池管理集成电路13是专门针对电池包而设计的保护和管理单元，耦接至电池组11和处理器14，产生充电控制信号CHG和放电控制信号DSG，以分别控制充电开关管101和放电开关管102。电池包10可通过电池包端子15耦接至负载或外部电源。当外部电源通过电池包端子15连接至电池包10，外部电源通过充电开关管101和放电开关管102或放电开关管102的寄生二极管D2对电池组11充电。当负载通过电池包端子15连接至电池包10，电池包10通过充电开关管101或者充电开关管101的寄生二极管和放电开关管102放电至负载。负载包括由电池包10充电的电容器16和由存储在电容器16上的电能驱动的电子设备。
[0004]现有的充放电电路12存在一些缺点，例如图1所示的充放电电路12由串联结构的MOSFET构成，其电路面积尺寸大。此外，串联结构的MOSFET导通阻抗相加，导致大电流放电时损耗非常大，造成较大的电路自耗能，因此电路效率低、发热严重。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的一个或多个问题，本专利技术的目的是提供一种新的电池管理系统与电池包及控制方法。
[0006]在本专利技术的一个方面，提出一种电池包的电池管理系统，其中该电池包具有耦接在电池组和负载之间的单个双向开关管，该双向开关管具有第一电极、第二电极和控制电极，该电池管理系统包括：电池管理电路，提供充电控制信号和放电控制信号；以及驱动电路，耦接至双向开关管的控制电极，基于充电控制信号和放电控制信号来控制该双向开关管的导通与关断，其中在双向开关管导通时电流在第一电极与第二电极之间的至少一个方向上流动，在双向开关管关断时第一电极与第二电极之间无电流通过。
[0007]在本专利技术的又一个方面，提出一种电池包，单个双向开关管，耦接在电池组与负载之间，以保护和控制对电池组的充电和对负载的放电；以及如如前所述的电池管理系统。
[0008]在本专利技术的再一个方面，提出一种电池包控制方法，其中该电池包具有耦接在电池组和负载之间的单个双向开关管，该双向开关管具有第一电极、第二电极和控制电极，该控制方法包括：基于电池组和处理器的状态，提供充电控制信号和放电控制信号；以及响应
于充电控制信号和放电控制信号，控制该双向开关管的导通与关断，其中在双向开关管导通时电流在第一电极与第二电极之间的至少一个方向上流动，在双向开关管关断时第一电极与第二电极之间无电流通过。
[0009]根据本专利技术的实施例，采用单个双向开关管的充放电电路尺寸大幅度降低，既可以节省电路成本，又能够提供更有效的控制功能。其中在双向开关管关断时，第三下拉电路提供的下拉路径将双向开关管第二电极与控制电极之间的电压钳位为负电压，大大减小了漏电流，使得电池包端子的输出电压保持在安全可接受的低电压，保护了系统和操作员的安全。此外，第四下拉电路监测和控制双向开关管第一电极与第二电极之间的电压差保持小于或等于第一阈值，时钟将控制电极可靠拉低，避免了双向开关管在电压动态跳变时的误导通，防止了异常发生。
附图说明
[0010]为了更好地理解本专利技术，将根据以下附图对本专利技术进行详细描述：
[0011]图1是传统的电池包10的电路框图；
[0012]图2是根据本专利技术一实施例的电池包100的电路框图；
[0013]图3是根据本专利技术一实施例的电池包100A的电路原理图；
[0014]图4是根据本专利技术一实施例的驱动控制单元401A与钳位单元402A的电路图；
[0015]图5是根据本专利技术一实施例的第一下拉电路403A与第二下拉电路404A的电路图；
[0016]图6是根据本专利技术一实施例的电池包100B的电路原理图；
[0017]图7是根据本专利技术一实施例的第三下拉电路405A的电路图；
[0018]图8是根据本专利技术一实施例的电池包100C的电路框图；
[0019]图9是根据本专利技术一实施例的第四下拉电路406A的电路图；
[0020]图10是根据本专利技术一实施例的电池包100D的电路框图。
具体实施方式
[0021]下面将详细描述本专利技术的电池包、电池管理系统、电池包放电方法的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本专利技术。在以下描述中，为了提供对本专利技术的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实施本专利技术。在其他实例中，为了避免混淆本专利技术，未具体描述公知的电路、材料或方法。
[0022]在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本专利技术至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和/或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。应当理解，当称元件“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以是直接连接或耦接到另一元件或者可以存在中间元件。相反，当称元件“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，不存在中间元件。
[0023]图2是根据本专利技术一实施例的电池包100的电路框图。在图2所示的实施例中，电池
包100包括电池组20、充放电电路21、电池管理电路30、驱动电路40以及电池包端子50。
[0024]电池包20可包括一个或多个电池单元，每个电池单元包括可反复充电的二次电池，例如镍铬电池、铅电池、镍金属氧化物电池、锂离子电池和锂聚合物电池。包括单个双向开关管S1的充放电电路21耦接至电池20与电池包端子50之间。驱动电路40用于在充电控制信号DR1和放电控制信号DR2的控制下，控制充放电电路21，对与电池组20和负载端耦接的负载进行双向保护。负载包括由电池包100充电的电容器60和由存储在电容器60上的电能驱动的电子设备。
[0025]充放电电路21是具有双向保护功能的关键结构。在图2所示的实施例中，充放电电路21耦接在电池组正端B+和电池包正端P+之间。在另一个实施例中，充放电电路21可耦接在电池组负端B
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池包的电池管理系统，其中该电池包具有耦接在电池组和负载之间的单个双向开关管，该双向开关管具有第一电极、第二电极和控制电极，该电池管理系统包括：电池管理电路，提供充电控制信号和放电控制信号；以及驱动电路，耦接至双向开关管的控制电极，基于充电控制信号和放电控制信号来控制该双向开关管的导通与关断，其中在双向开关管导通时电流在第一电极与第二电极之间的至少一个方向上流动，在双向开关管关断时第一电极与第二电极之间无电流通过。2.如权利要求1所述的电池管理系统，其中驱动电路包括：驱动控制单元，在充电控制信号和放电控制信号均具有高电平时提供驱动路径，将合适的电压电平施加至双向开关管的控制电极，以导通双向开关管；第一下拉电路，在充电控制信号为低电平时提供从控制电极到第一电极的第一下拉路径，以阻止经双向开关管对电池组充电；以及第二下拉电路，在放电控制信号为低电平时提供从控制电极到第二电极的第二下拉路径，以阻止电池组经双向开关管放电。3.如权利要求2所述的电池管理系统，该驱动电路进一步包括：钳位单元，具有第一输入端、第二输入端和输出端，其中第一输入端接收充电控制信号，第二输入端接收放电控制信号，钳位单元将充电控制信号与放电控制信号的电压电平调整为合适的电压电平提供至输出端。4.如权利要求2所述的电池管理系统，该驱动电路进一步包括：第三下拉电路，当双向开关管保持关断时提供将双向开关管的控制电极下拉至参考地的第三下拉路径，保持控制电极与第二电极之间的电压为负。5.如权利要求2所述的电池管理系统，该驱动电路进一步包括：第四下拉电路，当双向开关管第一电极与第二电极之间的电压差增大至达到第一阈值且继续增大时提供第四下拉路径，该第四下拉路径被控制以使得该电压差小于或等于该第一阈值。6.如权利要求1所述的电池管理系统，其中该双...

【专利技术属性】
技术研发人员：王帅，
申请(专利权)人：成都芯源系统有限公司，
类型：发明
国别省市：