一种电池开关电路以及包含该电路的供电管理系统的制作方法

本实用新型涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电池开关电路以及包含该电路的供电管理系统。

背景技术：

在工业系统中，通信设备的供电系统中通常配置有ac/dc转换单元，ac/dc转换单元将市电转换为直流电压后输出给负载和备用电池。市电供电正常的情况下，ac/dc转换单元输出的直流电压给负载供电的同时给电池充电，当市电断电时，通过备用的电池给通信设备供电。电池的容量有限，电池的供电时间有限，若市电长时间停电(即停电时长超过电池备用时长)，电池长时间与负载接通会出现电池过放问题，因此，现有技术中在电池放电过程中电池电压达到预设阈值时需要将电池和负载断开，以防止电池过放电而损坏。

业界常用的方法是利用直流接触器断开负载和ac/dc转换单元输出通路的连接，从而断开电池和负载的连接，具体系统结构如图1所示。但该技术方案使用的直流接触器通常尺寸较大、成本较高，使得占用空间大，不利于微型化，也不利于企业低成本运营需求。该技术方案在市电来电后，由于负载与ac/dc转换单元输出通路已断开，ac/dc转换单元输出的电信号首先会对电池充电，并保证电池被充入一定能量后才接入负载，如规定当电池电压靠近浮充电压时才控制直流接触器接入负载，这种工作模式下，当之前市电停电电池放电过多时，市电来电后电池首先进入限流充电阶段，该阶段充电电流小需要较长时间才能进入浮充阶段，即较长时间电池电压才能靠近浮充电压，通信设备等负载需要较长时间才能接入供电，使用不便，用户体验不好。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种电池开关电路以及包含该电路的供电管理系统。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种电池开关电路，包括：

继电器，所述继电器的常开开关串接在电池充电和/或放电通路中；

分别与所述继电器的常开开关并联的至少一个mos管，mos管的源极和漏极分别与常开开关的两端连接；

延时单元以及引入外部控制信号的控制信号输入端子；

所述控制信号输入端子分别与继电器的线圈通电控制端和延时单元的输入端连接，延时单元的输出端与mos管的栅极连接。

上述技术方案的有益效果为：该开关电路通过继电器和mos管组合控制电池充电和/或放电回路的接通或切断，相较于传统的接触器、断路器，该电路结构体积小、成本低；特别地，通过延时单元使得切断回路时，在继电器动作之前，mosfet继续导通，等继电器完全断开后，mos管才断开，能减少继电器断开的应力，消除断开拉弧，避免继电器的触点发热损毁。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述mos管的体二极管导通方向与电池充电通路的电流方向相同。

上述技术方案的有益效果为：mos管的体二极管的导通方向与电池充电电流方向一致，利用二极管的单向导通特性，即使该开关电路继电器和mos管断开后，体二极管在充电回路中也是导通的，使充电回路不具备断开功能，可以防止开关电路闭合时的拉弧，进一步地保护了继电器的触点。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括继电器线圈通电电路，所述继电器线圈通电电路包括第三二极管、第一三极管、第十五电阻、第七电容和第十四电阻；

所述第十四电阻的第一端与控制信号输入端子连接，第十四电阻的第二端分别与第七电容的第一端、第十五电阻的第一端和第一三极管的基极连接，第七电容的第二端、第十五电阻的第二端和第一三极管的发射极与地连接；

第一三极管的集电极分别与第三二极管的阳极和继电器线圈的第一端连接，第三二极管的阴极和继电器线圈的第二端均与第一电源端连接；

所述第十四电阻的第一端作为继电器的线圈通电控制端。

上述技术方案的有益效果为：公开了继电器线圈的通电回路，第十四电阻的第一端输入高电平时，继电器线圈导通，第十四电阻的第一端输入低电平时，继电器线圈断开不通电，控制原理简单，且通过第三二极管构成线圈的能量泄放回路，提高控制的可靠性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述延时单元包括第八电阻、与第八电阻串联的钳位电路、隔离电路以及与隔离电路串联的延时电路，所述隔离电路和延时电路构成的串联通路并联于钳位电路两端。

上述技术方案的有益效果为：通过隔离电路实现了信号隔离，避免后级电路对继电器线圈电路的影响，提高稳定性，该延时单元通过硬件实现延时功能，相较软件延时具有更好的可靠性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述钳位电路包括相互并联的第九电阻和第四稳压管，所述隔离电路包括第十电阻和光耦隔离器件，所述延时电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第二稳压二极管、第三三极管、第五电容和第六电容；

所述第九电阻的第一端和第四稳压管的阴极均与第八电阻的第一端连接，第八电阻的第二端与第二正电源端连接，第九电阻的第二端和第四稳压管的阳极均与第二负电源端连接；

所述第十电阻的第一端与控制信号输入端子连接，第十电阻的第二端与光耦隔离器件的第一端连接，光耦隔离器件的第二端与地连接，光耦隔离器件的第四端分别与第八电阻的第一端连接，光耦隔离器件的第三端分别与第四电阻的第一端和第六电阻的第一端连接；

第四电阻的第二端分别与第五电阻的第一端、第五电容的第一端和第二稳压二极管的阴极连接，第二稳压二极管的阳极与第三三极管的基极连接，第三三极管的集电极分别与第六电阻的第二端和第六电容的第一端连接，第六电容的第二端、第三三极管的发射极、第五电容的第二端、第五电阻的第二端均与第二负电源端连接；

第六电容的第一端还与mos管的栅极连接。

上述技术方案的有益效果为：公开了延时单元的详细电路结构，该电路结果能够稳定可靠性的实现延时功能。

为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种供电管理系统，包括ac/dc转换单元、电池和至少一个负载；

ac/dc转换单元的输入端与市电连接，ac/dc转换单元的输出通路为主通路、所述电池的充放电端通过电池支路连接到主通路，所述负载的供电端通过负载支路连接到主通路；

在电池支路中设置有本实用新型所述的电池开关电路，当电池开关电路的继电器和mos管导通时，电池支路导通，电池的充放电端通过电池支路、主通路和负载支路分别与ac/dc转换单元的输出端和负载供电端接通，当电池开关电路的继电器和mos管断开时，电池支路断开，电池的充放电端不与ac/dc转换单元的输出端和负载的供电端接通。

上述技术方案的有益效果为：除了具备上述电池开关电路的有益效果外，特别地，该供电管理系统在电池的充放电端与ac/dc转换单元的输出端的连接通路中设置开关电路，负载的供电端与ac/dc转换单元的输出端一直接通，当市电停电后再上电时，会优选给负载供电，开关电路闭合后才会给电池充电，这样保证了市电上电时能够及时给负载供电，提高用户体验。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括在电池支路、主通路和负载支路三者中的全部或部分中还串接有过流保护元件；

和/或还包括串接于ac/dc转换单元的输入端和市电连接通路中的交流滤波器；

和/或还包括控制模块，所述控制模块的输出端与控制信号输入端子连接。

上述技术方案的有益效果为：通过过流保护元件能够保护电池，避免过大电流损毁电池；通过交流滤波器能够滤除ac/dc转换单元以及后级直流负载产生的谐波对交流输电系统的不良影响，补偿ac/dc转换单元以及后级直流负载的无功功率。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述ac/dc转换单元包括整流子单元、dcdc转换子单元和充电管理子单元；

所述整流子单元的输入端与市电连接，整流子单元的输出端与dcdc转换子单元的输入端连接，dcdc转换子单元的输出端与充电管理子单元的输入端连接，充电管理子单元的输出端分别与负载的供电端和电池的充放电端连接。

上述技术方案的有益效果为：公开了ac/dc转换单元的一种硬件结构，该结构能够有效实现交流到直流转换，并且能够实现对电池充放电的有效管理。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括电池电压检测单元，所述电池电压检测单元的输出端与控制模块的电池电压输入端连接；

还包括市电检测单元，所述市电检测单元的输出端与控制模块的市电检测输入端连接。

上述技术方案的有益效果为：实施监测电池电压和市电状态，便于后级处理和控制。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式中电池开关电路的结构示意图；

图2是本实用新型一具体实施方式中延时单元的电路结构图；

图3是本实用新型一具体实施方式中供电管理系统的电路结构图；

图4是本实用新型一具体实施方式中供电管理系统的电回路简图；

图5是本实用新型一具体实施方式中供电管理系统的控制结构图；

图6是本实用新型一具体实施方式中控制模块的一种硬件结构图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例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例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型公开了一种电池开关电路，在一种优选实施方式中，如图1所示，该电池开关电路包括：

继电器，继电器的常开开关串接在电池充电和/或放电通路中；

分别与继电器的常开开关并联的至少一个mos管，mos管的源极和漏极分别与常开开关的两端连接；

延时单元以及引入外部控制信号的控制信号输入端子；

控制信号输入端子分别与继电器的线圈通电控制端和延时单元的输入端连接，延时单元的输出端与mos管的栅极连接。

在本实施方式中，继电器的常开开关可串接在电池充电通路中，也可串接在电池放电通路中，由于电池的充电和放电通路通常为共用的，因此，继电器的常开开关也可串接在电池的充放电通路中。

在本实施方式中，mos管可为n沟道功率mos管，也可为p沟道功率mos管。

在本实施方式中，延时单元用于将控制信号输入端子引入的外部控制信号延时一定时间后再输出到mos管栅极，控制mos管的导通和截止，特别地，当需要切断电池放电时，外部控制信号使继电器先断开，该外部控制信号经过延时单元延时一定时间后再使mos管截止。延时单元优选但不限于采用现有技术中公开号为cn102497215b的中国专利所披露的延时输出电路结构，或者采用现有技术中公开号为cn104836102b的中国专利所披露的延时输出单元结构和原理，在此不再赘述。

在本实施方式中，控制信号输入端子引入的外部控制信号优选为高低电平信号。

在本实施方式中，多个mos管并联在一起时，能够减小直流阻抗，增加过流能力。

在一种优选实施方式中，mos管的体二极管导通方向与电池充电通路的电流方向相同。

在本实施方式中，mos管的体二极管为mos管本身自带有寄生二极管，如图1和图4所示，作用是防止mos管源极、漏极两端电压过压的情况下，烧坏mos管，因为在过压对mos管造成破坏之前，二极管先反向击穿，将大电流直接到地，从而避免mos管被烧坏；也可防止管子的源极和漏极反接时烧坏mos管，也可以在电路有反向感生电压时，为反向感生电压提供通路，避免反向感生电压击穿mos管。

在本实施方式中，mos管为n沟道功率mos管时，如图1和图4所示，nmos管的源极与常开开关靠近电池负极的一端连接，nmos管的漏极与常开开关靠近电池正极的一端连接；

或者mos管为p沟道功率mos管时，pmos管的源极与常开开关靠近电池正极的一端连接，pmos管的漏极与常开开关靠近电池负极的一端连接。

在一种优选实施方式中，如图2所示，还包括继电器线圈通电电路，继电器线圈通电电路包括第三二极管vd3、第一三极管vt1、第十五电阻r15、第七电容c7和第十四电阻r14；

第十四电阻r14的第一端与控制信号输入端子连接，第十四电阻r14的第二端分别与第七电容c7的第一端、第十五电阻r15的第一端和第一三极管vt1的基极连接，第七电容c7的第二端、第十五电阻r15的第二端和第一三极管vt1的发射极与地gnd连接；

第一三极管vt1的集电极分别与第三二极管vd3的阳极和继电器线圈的第一端连接，第三二极管vd3的阴极和继电器线圈的第二端均与第一电源端(+12v)连接；

第十四电阻r14的第一端作为继电器的线圈通电控制端。

在本实施方式中，第十五电阻r15和第十四电阻r14构成分压偏置网络，第七电容c7具有滤波作用，第三二极管vd3为继电器线圈的泄放支路。

在本实施方式中，第十四电阻r14的阻值优选但不限于为1.1kω，第十五电阻r15的阻值优选但不限于为4.99kω，第七电容c7的容值优选但不限于为10uf。第三二极管vd3优选的为肖特基二极管。

在一种优选实施方式中，如图2所示，延时单元包括第八电阻r8、与第八电阻r8串联的钳位电路、隔离电路以及与隔离电路串联的延时电路，隔离电路和延时电路构成的串联通路并联于钳位电路两端。

在本实施方式中，钳位电路优选但不限于为稳压二极管，隔离电路优选但不限于为光电隔离电路。

在一种优选实施方式中，如图2所示，钳位电路包括相互并联的第九电阻r9和第四稳压管vd4，隔离电路包括第十电阻r10和光耦隔离器件d1，延时电路包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第二稳压二极管vd2、第三三极管vt3、第五电容c5和第六电容c6；

第九电阻r9的第一端和第四稳压管vd4的阴极均与第八电阻r8的第一端连接，第八电阻r8的第二端与第二正电源端(+48v)连接，第九电阻r9的第二端和第四稳压管vd4的阳极均与第二负电源端(-48v)连接；

第十电阻r10的第一端与控制信号输入端子连接，第十电阻r10的第二端与光耦隔离器件d1的第一端连接，光耦隔离器件d1的第二端与地gnd连接，光耦隔离器件d1的第四端分别与第八电阻r8的第一端连接，光耦隔离器件d1的第三端分别与第四电阻r4的第一端和第六电阻r6的第一端连接；

第四电阻r4的第二端分别与第五电阻r5的第一端、第五电容c5的第一端和第二稳压二极管vd2的阴极连接，第二稳压二极管vd2的阳极与第三三极管vt3的基极连接，第三三极管vt3的集电极分别与第六电阻r6的第二端和第六电容c6的第一端连接，第六电容c6的第二端、第三三极管vt3的发射极、第五电容c5的第二端、第五电阻r5的第二端均与第二负电源端(-48v)连接；

第六电容c6的第一端还与mos管的栅极连接。

在本实施方式中，第八电阻r8的阻值优选但不限于为4.3kω，第九电阻r9的阻值优选但不限于为2kω，第十电阻r10的阻值优选但不限于为1.1kω，第五电阻r5的阻值优选但不限于为15kω，第六电阻r6的阻值优选但不限于为10kω，第四电阻r4的阻值优选但不限于为4.99kω，第六电容c6的容值优选但不限于为1000pf,第五电容c5的容值优选但不限于为10uf。

在本实施方式中，钳位电路用于防止输入电压过大损坏后级电路；第五电容c5为充电电容，通过为其充电实现延时功能，其容值大小决定了延时时间长短，优选的，延时时间至少要满足不小于继电器动作时间，如8ms；第五电阻r5给第五电容c5提供一个快速放电的通道。

本实用新型还公开了一种供电管理系统，在一种优选实施方式中，如图3和图4所示，该系统包括ac/dc转换单元、电池和至少一个负载；

ac/dc转换单元的输入端与市电连接，ac/dc转换单元的输出通路为主通路、电池的充放电端通过电池支路连接到主通路，负载的供电端通过负载支路连接到主通路；

在电池支路中设置有上述电池开关电路，当电池开关电路的继电器和mos管导通时，电池支路导通，电池的充放电端通过电池支路、主通路和负载支路分别与ac/dc转换单元的输出端和负载供电端接通，当电池开关电路的继电器和mos管断开时，电池支路断开，电池的充放电端不与ac/dc转换单元的输出端和负载的供电端接通。

在本实施方式中，现有技术中，电池通常包含正极和负极，其充电和放电通路共用一个通路，因此，其正极或负极可作为电池充放电端。

在本实施方式中，负载供电端通过负载支路、主通路一直与ac/dc转换单元的输出端连接，采用了优先负载供电策略。

在一种优选实施方式中，如图3所示，在电池支路、主通路和负载支路三者中的全部或部分中还串接有过流保护元件；

和/或还包括串接于ac/dc转换单元的输入端和市电连接通路中的交流滤波器；

和/或还包括控制模块，控制模块的输出端与控制信号输入端子连接。

在本实施方式中，过流保护元件优选但不限于为保险丝、熔断器等。交流滤波器优选但不限于选择hp12/24。

在本实施方式中，控制模块优选但不限于为一刀两掷的开关，开关包括两个静触点，一个动触点，动触点可在两个静触点间切换连接，动触点与控制信号输入端子连接，两个静触点分别连接电源端和地，动触点的动作可手控操作，通过切换动触点与静触点的连接，可以实现高低电平信号输出至控制信号输入端子。

在本实施方式中，控制模块优选但不限于为信号接收单元，信号接收单元的输出端与控制信号输入端子连接。信号接收单元可为光信号接收单元，或者为无线通信信号接收模块，或者为有线通信信号接收模块。

在本实施方式中，信号接收单元为光信号接收单元时，优选但不限于为光电开关，其接收外部光信号后输出高电平信号至控制信号输入端子，使开关电路闭合，当不能接收到外部光信号后，输出低电平至控制信号输入端子，使开关断开，切断电池与主通路和负载支路的连接。

在本实施方式中，信号接收单元为无线通信信号接收模块时，优选但不限于选择wifi通信模块、zigbee通信模块、gsm通信模块、lte通信模块或3g通信模块等现有产品，利用这些模块内部的调制解调芯片的任一个控制管脚与控制信号输入端子连接，这样便于远程控制电池开关电路的导通或闭合。

在本实施方式中，信号接收单元为有线通信信号接收模块时，优选但不限于选择以太网口通信模块、串口通信模块等现有产品。

在一种优选实施方式中，ac/dc转换单元包括整流子单元、dcdc转换子单元和充电管理子单元；

整流子单元的输入端与市电连接，整流子单元的输出端与dcdc转换子单元的输入端连接，dcdc转换子单元的输出端与充电管理子单元的输入端连接，充电管理子单元的输出端分别与负载的供电端和电池的充放电端连接。

在本实施方式中，整流子单元用于将市电转换为直流电，dcdc转换子单元用于将大电压的直流电转换为较小电压的直流电，为后级使用做准备，充电管理子单元为电池充电管理。转换为整流子单元优选但不限于为整流桥芯片，如kbj2504。dcdc转换子单元优选但不限于为dcdc降压芯片，如nhd110d48实现110v到48v转换。充电管理子单元优选但不限于为48v电池供电系统降压型开关电源芯片eg1186。具体的电路结构可参照选用的芯片的数据手册，在此不再赘述。

在一种优选实施方式中，还包括电池电压检测单元，电池电压检测单元的输出端与控制模块的电池电压输入端连接；

还包括市电检测单元，市电检测单元的输出端与控制模块的市电检测输入端连接。

在本实施方式中，电池电压检测单元优选但不限于采用精密电阻分压网络，包括第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻的第一端与电池正极连接，第一分压电阻的第二端分别与第二分压电阻的第一端连接，第二分压电阻的第二端与地连接，第一分压电阻的第二端作为电池电压检测单元的输出端。第一分压电阻和第二分压电阻的阻值需要根据后级信号采集单元的电压允许输入范围进行调节，为现有技术，在此不再赘述。

在本实施方式中，市电检测单元优选但不限于为设置于市电供电回路中的电流互感器或电压互感器，优选的，可选择输出模拟电压的现有产品。

在本实施方式中，优选的，如图6所示，控制模块包括第一参考电源、第一比较器a1、第二比较器a2和或门；第一参考电源的输出端与第一比较器a1的负向输入端连接，电池电压检测单元的输出端与第一比较器a1的正向输入端连接，第一比较器a1的输出端与或门的第一输入端连接；市电检测单元的输出端与第二比较器a2的正向输入端连接，第二比较器a2的负向输入端与地连接，第二比较器a2的输出端与或门的第二输入端连接；或门的输出端与电池开关电路的控制信号输入端子。当电池电压放电低至电压阈值时，第一比较器a1输出低电平，同时当市电断电时，第二比较器a2输出低电平，或门输出低电平至控制信号输入端子，电池开关电路断开。

在本实施方式中，第一参考电源的输出电压为电池放电的低压阈值，当电池电压检测单元为图6所示的第一分压电阻r1和第二分压电阻r2的串联电路时，第一参考电源的输出电压为电池电压达到低压阈值时第一分压电阻r1的第二端输出电压值，第一参考电源可选择ti、adi等电压基准芯片，该芯片的输出电压值接近上述低压阈值或低压阈值的分压值。

在本实施方式中，第一比较器a1和第二比较器a2优选但不限于选择lm324，或门优选但不限于选择7432。

在本实施方式中，优选的，控制模块为mcu、单片机等微处理器，如型号为stm32051c8t6，分别通过一个a/d采集管脚与电池电压检测单元的输出端和市电检测单元的输出端连接。控制模块通过一个i/o管脚输出高低电平至控制信号输入端子。

在本实施方式中，低压阈值优选但不限于为电池电量为满电量的10％到30％时电池正极的电压值。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。