负载自动预充电路及预充系统的制作方法

1.本实用新型涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种负载自动预充电路及预充系统。


背景技术：

2.在实际应用中，当电池接入负载，特别是容性负载时，会产生很大的冲击电流，造成电池管理系统(bms)产生误操作或保险丝熔断等故障。目前，主要通过以下两种方式来解决这个问题。
3.方式一：提高bms系统的过流保护点，该方式降低了bms系统的控制精度、安全性及可靠性，同时增加了功率器件的无效设计冗余，增加了产品成本。方式二：在电池管理系统(bms)中增加一个由软件控制的预充电路，尤其是在电动汽车、电摩等应用中通常会采用该方式，但目前通过软件控制预充电路方式存在系统设计复杂、成本高、通用性差等问题。
4.因此，亟需提供一种新的预充电路，以解决上述现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种结构简单，成本低，通用性好的负载自动预充电路。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种负载自动预充系统，以实现负载自动检测和预充。
7.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种负载自动预充电路，用于并联接在主回路上以给负载电容充电，所述主回路为电池组给负载供电的回路。所述预充电路包括限流电阻、预充开关、主控制单元以及预充关断控制单元，所述限流电阻与所述预充开关串联，所述主控制单元接所述预充开关，所述主控制单元输出导通控制信号使所述预充开关常闭，所述预充关断控制单元用于在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时关断所述预充电路，在所述预充电路关断后，所述主控制单元输出断开控制信号断开所述预充开关。
8.较佳地，所述预充关断控制单元与所述预充开关、限流电阻串联，其包括至少一稳压二极管，所述至少一稳压二极管的反向击穿电压为所述电压阈值。
9.较佳地，所述预充电路还包括二极管，所述二极管与所述预充开关、限流电阻串联，所述二极管的阴极电连接负载电容，阳极电连接电池组。
10.较佳地，所述限流电阻为正温度系数热敏电阻。
11.较佳地，所述主控制单元为电池管理系统，所述预充开关为晶体管。
12.与现有技术相比，本实用新型的负载自动预充电路为常闭电路，负载接入主回路即自动开始预充，无需额外设计外部电路和通讯等软硬件机制，预充电路结构简单，成本低，通用性好。同时，通过限流电阻自动限流，电路可靠性高；且在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时，通过预充关断控制单元关断预充电路实现自动终止预
充，并通过主控制单元控制预充开关断开，降低功耗。
13.为了实现上述目的，本实用新型提供了一种负载自动预充系统，包括并联接在所述主回路上的负载检测电路以及如上所述的预充电路。所述主控制单元为电池管理系统，所述负载检测电路接所述主控制单元，用于在负载接入所述主回路时输出接入信号至所述主控制单元。所述主控制单元在接收到所述接入信号时控制所述主回路上的开关器件导通以导通所述主回路。
14.较佳地，所述负载检测电路包括恒流源电路、第一光电耦合器及开关电路，所述第一光电耦合器的发射端电连接所述恒流源电路，所述开关电路电连接所述第一光电耦合器的接收端及所述主控制单元，于负载接入所述主回路时，所述恒流源电路输出电流使所述第一光电耦合器的接收端导通，而使所述开关电路导通，以输出所述接入信号至所述主控制单元。
15.具体地，所述开关电路包括第二光电耦合器及可控硅，所述可控硅的控制极电连接所述第一光电耦合器的接收端，阳极电连接电池组的正极，阴极电连接所述第二光电耦合器的发射端，所述第二光电耦合器的接收端电连接所述主控制单元。
16.较佳地，所述预充系统还包括第三光电耦合器，所述第三光电耦合器的发射端电连接所述主控制单元，所述第三光电耦合器的接收端接在所述电池组的正极与所述可控硅的阳极之间，在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于所述电压阈值时，所述主控制单元输出低电平信号使所述第三光电耦合器的发射端截止。
17.较佳地，所述主控制单元在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于所述电压阈值时，输出低电平信号断开所述负载检测电路。
18.与现有技术相比，本实用新型的负载自动预充系统通过负载检测电路自动检测负载接入，并在负载接入主回路时输出接入信号至主控制单元，主控制单元依据接入信号控制开关器件导通，从而导通主回路。且，预充电路为常闭电路，负载接入主回路即自动开始预充，无需额外设计外部电路和通讯等软硬件机制，预充电路结构简单，成本低，通用性好。同时，通过限流电阻自动限流，电路可靠性高；且在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时，通过预充关断控制单元关断预充电路实现自动终止预充，并通过主控制单元控制预充开关断开，防止过放等问题的发生。
附图说明
19.图1为典型的电池与负载等效电路图。
20.图2为典型的带有预充电路的电池系统示意图。
21.图3为本实用新型一实施例负载自动预充系统的原理示意图。
22.图4为本实用新型一实施例负载自动预充系统的电路原理图。
23.图5为本实用新型另一实施例带有预充电路的电池系统原理示意图。
具体实施方式
24.为了详细说明本实用新型的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是本实用新型的全部实施例，应理解，本实用新型不受这里描述的示例实施例的限制。基于描述的实施
例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本实用新型的保护范围之内。
25.请参阅图1至图5，本实用新型的负载自动预充系统100包括主回路101、负载检测电路102及预充电路103(如图4所示)。其中，主回路101为电池组1给负载2供电的回路，主回路101上串联有开关器件k1(如图3、图4所示)，开关器件k1控制主回路101的通断。当负载2接入主回路101且开关器件k1闭合时，主回路101导通，电池组1即可通过主回路101给负载2供电。预充电路103并联接在主回路101上，以在负载2接入主回路101时给负载电容cin充电。负载检测电路102接在主回路101上，用于检测负载2的接入，以开启电池组1的相关控制功能，例如，在检测到负载2接入主回路101时，输出接入信号至主控制单元3，通过主控制单元3控制主回路101上的开关器件k1导通，从而导通主回路101给负载2供电。
26.图3示出了负载自动预充系统100的原理示意图，如图3所示，预充电路103并联接在开关器件k1的两端，其包括有限流电阻ptc、预充开关k2以及控制预充开关k2开闭的门电路u1。初始状态，即电池组1没有与负载2连接时，开关器件k1断开，en、er为高电平，预充开关k2常闭，当负载2接入主回路101，无论acc是否接通，电池组1即通过预充开关k2、限流电阻ptc所组成的回路对负载电容cin进行充电。负载检测电路102同样并联接在开关器件k1的两端，当负载2接入主回路101(或进一步按下acc启动负载2)，负载检测电路102输出接入信号至主控制单元3，主控制单元3依据接入信号控制开关器件k1导通，主回路101导通，电池组1即可给负载2供电。
27.以下，结合附图图4至图5对本实用新型的负载自动预充系统100进行详细说明。
28.请参阅图4，具体的，预充电路103包括限流电阻ptc、预充开关q3、主控制单元3以及预充关断控制单元，限流电阻ptc与预充开关q3串联，主控制单元3接预充开关q3。主控制单元3输出导通控制信号使预充开关q3常闭，预充关断控制单元用于在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时关断预充电路103，在预充电路103关断后，主控制单元3输出断开控制信号断开预充开关q3。
29.图4所示实施例中，预充关断控制单元为一稳压二极管z1，稳压二极管z1的反向击穿电压为电压阈值，在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时，稳压二极管z1截止，关断整个预充电路103，预充终止。即是，由稳压二极管z1限制负载电容cin的预充电压值，具体实施中可以选择相应稳压值的稳压二极管z1来自动设定预充的终止电压(负载电容cin的预充电压值)，无需额外采用电压测量比较电路，电路结构简单。当然，预充关断控制单元不限于由一个稳压二极管z1构成，在一些实施例中，也可以是串联多个稳压二极管作为预充关断控制单元，此时，该多个稳压二极管的反向击穿电压之和即为前述电压阈值。
30.附带一提的是，预充关断控制单元也不限于是采用稳压二极管的形式，可选的，也可以采用例如电压比较器6和电压采集电路，如图5所示，通过电压比较器6将负载电容电压与预设的参考电压vref比较，以判别负载电容cin的充电状态，当负载电容cin的充电状态达到负载电容电压大于预设的参考电压vref时，关断预充电路103。
31.再请参阅图4，预充电路103还包括二极管d1、与门u1、电阻r1、电阻r2，预充开关q3为场效应管，主控制单元3为电池管理系统。与门u1的一输入端接高电平，另一输入端接主控制单元3，输出端接电阻r1，电阻r1的另一端接场效应管q3的栅极。限流电阻ptc的一端接
电池组1，另一端接电阻r2，电阻r2的另一端接场效应管q3的源极。稳压二极管z1的阴极接负载2，阳极接二极管d1的阴极，二极管d1的阳极接场效应管q3的漏极。初始状态下，主控制单元3的导通控制信号er为高电平，场效应管q3为导通状态，负载2接入主回路101时，预充回路即可对负载电容cin进行充电。当预充关断控制单元关断预充电路103后，主控制单元3的断开控制信号er为低电平，场效应管q3截止。图4所示实施例中，二极管d1形成单向导通回路，防止负载电容cin过充。
32.作为优选实施例，如图4中所示，限流电阻为正温度系数热敏电阻，借此设计，使得预充回路具有自动恒流、自动过流保护和自动恢复功能。当然，在其它实施例中，也可以采用普通电阻作为限流电阻。
33.再请参阅图4，负载检测电路102包括恒流源电路4、第一光电耦合器及开关电路5，第一光电耦合器的发射端o4a接恒流源电路4，开关电路5接第一光电耦合器的接收端o4b及主控制单元3。于主回路101接入负载2时(或进一步按下acc启动负载2)，恒流源电路4输出电流使第一光电耦合器的发射端o4a导通发光，从而使第一光电耦合器的接收端o4b导通，进而使开关电路5导通，以输出接入信号至主控制单元3。主控制单元3接收到接入信号时，控制开关器件k1导通，主回路101导通，电池组1给负载2供电。此时，负载检测电路102被旁路，降低工作电流，功耗低。
34.该实施例中，负载检测电路102是基于恒流源电路4输出稳定电流驱动第一光电耦合器，可靠性高；同时，采用第一光电耦合器，具有良好的隔离作用。负载检测电路102简单可靠，能够兼容同口、分口。
35.具体的，电阻r3、电阻rs、二极管d3、二极管d4、三极管q1组成了恒流源电路4，电阻r3接三极管q1的基极，电阻rs接三极管q1的发射极，二极管d3、二极管d4串联后与电阻rs并联，电阻rs的电流为恒流源电路4的输出电流，第一光电耦合器的发射端o4a接在三极管q1的集电极。恒流源电路4为常开状态，在接入负载2之前，三极管q1为截止状态，恒流源电路4无电流输出，而当接入负载2后，三极管q1导通，恒流源电路4输出恒定电流给第一光电耦合器供电，以使第一光电耦合器的发射端o4a发光，进而使第一光电耦合器的接收端o4b导通。
36.图4所示实施例中，根据实际选用的第一光电耦合器发射端o4a的特性，选定相应阻值的电阻rs，由电阻rs设定恒流源电路4的输出电流，以满足第一光电耦合器发射端o4a和接收端o4b正常工作所需的电流。串联的二极管d3、二极管d4组成电压基准元件，二极管d3的阳极接三极管q1的基极，二极管d3的阴极接二极管d4的阳极，二极管d4的阴极接电池组1。当然，具体实施中不限于是采用两个二极管d3、d4作为电压基准元件，可以为一个二极管、三个二极管等，还可以是采用稳压二极管等其它可提供稳定电压基准的元件替代。
37.再请参阅图4，具体的，开关电路5包括二极管d2、稳压二极管z2、第二光电耦合器、可控硅、第三光电耦合器。其中，二极管d2的阳极接负载2，阴极接稳压二极管z2的阴极，稳压二极管z2的阳极接恒流源电路4。当电池组1的电压低于正常电压值时(所选用稳压二极管z2的反向击穿电压，可根据实际应用需求选择合适的稳压二极管z2)，稳压二极管z2截止，以关断该负载检测电路102，进而实现电池组1欠压保护。可控硅的控制极电连接第一光电耦合器的接收端o4b，阳极接电阻r5，电阻r5的另一端接第三光电耦合器的接收端o6b，第三光电耦合器的接收端o6b接电池组1的正极，可控硅的阴极电连接第二光电耦合器的发射端o5a，第二光电耦合器的接收端o5b电连接主控制单元3，第三光电耦合器的发射端o6a接
主控制单元3。
38.初始状态下，主控制单元3输出高电平信号使第三光电耦合器的发射端o6a导通发光，而使第三光电耦合器的接收端o6b导通。当负载2接入时，三极管q1导通，恒流源电路4输出的恒定电流使第一光电耦合器的发射端o4a导通发光，而使第一光电耦合器的接收端o4b的mosfet(场效应管)导通，进而使可控硅t2导通、第二光电耦合器的发射端o5a导通，而使第二光电耦合器的接收端o5b导通，以输入接入信号(电平信号)至主控制单元3，从而控制开关器件k1导通。此时，负载检测电路102被旁路，主控制单元3输出低电平信号使第三光电耦合器的发射端o6a截止，将整个负载检测电路102断开。
39.综上，本实用新型的负载自动预充系统100通过负载检测电路102自动检测负载2接入，并在负载2接入主回路101时输出接入信号至主控制单元3，主控制单元3依据接入信号控制开关器件k1导通，从而导通主回路101。且，预充电路103为常闭电路，负载2接入主回路101时即自动开始预充，无需额外设计外部电路和通讯等软硬件机制，预充电路103结构简单，成本低，通用性好。同时，通过限流电阻ptc自动限流，电路可靠性高；且在负载电容电压与电池组电压的差值下降至低于电压阈值时，通过预充关断控制单元关断预充电路103实现自动终止预充，并通过主控制单元3控制预充开关q3断开，防止过放等问题的发生。
40.以上所揭露的仅为本实用新型的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于本实用新型所涵盖的范围。