一种基于电池安全管理系统的储能电源的制作方法

1.本实用新型涉及储能电源的电池安全管理技术领域，尤其涉及一种基于电池安全管理系统的储能电源。


背景技术：

2.储能电源是可以通过锂电池存储电能的设备，而后在需要的时候可以对外进行放电。为了保证储能电源中锂电池的安全，需要锂电池安全管理系统对锂电池的充放电进行管理和监控。
3.申请人已经申请过相关专利，见名称为“一种便携式储能电源的充放电安全保护电路”，中国专利号“202122122955.2”。该专利提供一种便携式储能电源的充放电安全保护电路，包括第一安全芯片u1和电池组，电池组包括多级串联的蓄电池，多级串联的蓄电池包括依次连接的第一级蓄电池直到最后一级蓄电池，第一级蓄电池的负极作为电池组的负极进行接地，第一级蓄电池的正极与上一级蓄电池的负极连接，中间一级蓄电池的正极与上一级蓄电池的负极连接，最后一级蓄电池的正极作为电池组的正极bat+，电池组的正极bat+通过电阻r1与第一安全芯片u1的电源端vdd连接。本实用新型通过第一安全芯片u1，可以实现每一级蓄电池的保护，可以实现充放电控制，在出现过流过压等情况时，可以及时断开蓄电池的充电或者输出，保证蓄电池的安全，增加放电安全性。
4.上述的这种电路可以应用于小型的便携式储能电源，但是应用在大型的储能电源时，电池数量较多，小型的安全电路无法直接应用。而且大型的储能电源其充电电流较大，存在充电电流过大时充电开关管发热量较大的问题。


技术实现要素：

5.为此，需要提供一种基于电池安全管理系统的储能电源，解决大型储能电源电池数量较多时安全管理以及充电开关管发热量较大的问题。
6.为实现上述目的，本实用新型提供了一种基于电池安全管理系统的储能电源，包括多个第一充电开关管、两个以上的第一安全芯片和依次串联的两组以上的蓄电池组，依次串联的两组以上的蓄电池组的正极作为电池正极放电端pack+且负极接地；每组蓄电池组对应一个第一安全芯片，每组的蓄电池组包括多个依次串联的蓄电池，第一个的蓄电池的正极作为蓄电池组的正极输出，下一个的蓄电池的正极与上一个蓄电池的负极连接，最后一个的蓄电池的负极作为蓄电池组的负极输出；每组蓄电池组中的每个蓄电池的正极连接到对应的第一安全芯片的电压监控端；第一安全芯片的控制输出端依次级联，最后一个的第一安全芯片的控制输出端中的充电控制端与三极管q9的发射极连接，所述三极管q9的基极通过电阻接地，三极管q9的集电极与所述多个第一充电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的漏极接地，所述多个第一充电开关管的源极接电池负极放电端pack-。
7.进一步地，还包括多个的第二安全芯片和多个第二充电开关管，第二安全芯片的电压监控端分别与蓄电池的正极连接，第二安全芯片的充电控制端分别接一个二极管后再
连接在一起后通过三极管q36与多个第二充电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的源极通过所述第二充电开关管的漏极、源极后接电池负极放电端pack-。
8.进一步地，还包括三极管q35，三极管q35的集电极和基极与电池正极放电端pack+连接，三极管q35的发射级通过电阻r97、二极管d5正极、二极管d5负极后与三极管q36的集电极连接，三极管q36的基极与第二安全芯片的充电控制端连接，三极管q36的发射级接地。
9.进一步地，所述第一充电开关管的数量与型号与第二充电开关管相同。
10.进一步地，还包括稳压二极管tvs6，稳压二极管tvs6的正极与多个第二充电开关管的源极连接，稳压二极管tvs6的负极与第二充电开关管的漏极连接。
11.进一步地，还包括稳压二极管tvs5，稳压二极管tvs5的正极与多个第一充电开关管的源极连接，稳压二极管tvs5的负极与第一充电开关管的漏极连接。
12.进一步地，还包括多个的放电开关管，最后一个的第一安全芯片的控制输出端中的放电控制端通过二极管d2与多个放电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的漏极通过多个放电开关管的漏极、源极后再接地。
13.进一步地，还包括稳压二极管tvs4，稳压二极管tvs4的正极与多个放电开关管的源极连接，稳压二极管tvs4的负极与多个放电开关管的漏极连接。
14.区别于现有技术，上述技术方案通过多个的第一安全芯片以及第一安全芯片的级联，实现对更多电池的安全监控，而后通过多个的第一充电开关管，可以实现多个第一充电开关管分担充电电流，使得每个充电开关管的电流降低，避免单个充电开关管过热的情况。
附图说明
15.图1为本实用新型公开实施例的电池安全管理系统的一局部电路结构图；
16.图2为本实用新型公开实施例的电池安全管理系统的另一局部电路结构图；
17.图3为本实用新型的公开实施例的第二安全芯片的电路结构图；
18.图4为本实用新型的公开实施例的热敏电阻电路结构图；
19.图5为本实用新型的公开实施例的电池接口的电路结构图。
具体实施方式
20.为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
21.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中各个位置出现的“实施例”一词并不一定指代相同的实施例，亦不特别限定其与其它实施例之间的独立性或关联性。原则上，在本技术中，只要不存在技术矛盾或冲突，各实施例中所提到的各项技术特征均可以以任意方式进行组合，以形成相应的可实施的技术方案。
22.除非另有定义，本文所使用的技术术语的含义与本技术所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中对相关术语的使用只是为了描述具体的实施例，而不是旨在限制本技术。
23.在本技术的描述中，用语“和/或”是一种用于描述对象之间逻辑关系的表述，表示可以存在三种关系，例如a和/或b，表示：存在a，存在b，以及同时存在a和b这三种情况。另
外，本文中字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的逻辑关系。
24.在本技术中，诸如“第一”和“第二”之类的用语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的数量、主次或顺序等关系。
25.在没有更多限制的情况下，在本技术中，语句中所使用的“包括”、“包含”、“具有”或者其他类似的表述，意在涵盖非排他性的包含，这些表述并不排除在包括所述要素的过程、方法或者产品中还可以存在另外的要素，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者产品中不仅可以包括那些限定的要素，而且还可以包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法或者产品所固有的要素。
26.与《审查指南》中的理解相同，在本技术中，“大于”、“小于”、“超过”等表述理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等表述理解为包括本数。此外，在本技术实施例的描述中“多个”的含义是两个以上(包括两个)，与之类似的与“多”相关的表述亦做此类理解，例如“多组”、“多次”等，除非另有明确具体的限定。
27.在本技术实施例的描述中，所使用的与空间相关的表述，诸如“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“垂直”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等，所指示的方位或位置关系是基于具体实施例或附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术的具体实施例或便于读者理解，而不是指示或暗示所指的装置或部件必须具有特定的位置、特定的方位、或以特定的方位构造或操作，因此不能理解为对本技术实施例的限制。
28.除非另有明确的规定或限定，在本技术实施例的描述中，所使用的“安装”“相连”“连接”“固定”“设置”等用语应做广义理解。例如，所述“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体设置；其可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通信连接；其可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；其可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本技术所属技术领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述用语在本技术实施例中的具体含义。
29.请参阅图1到图5，本实用新型提供了一种基于电池安全管理系统的储能电源，包括多个第一充电开关管(包括mos管q17、mos管q19、mos管q21、mos管q23、mos管q25、mos管q27)、两个以上的第一安全芯片(包括芯片u1和u2，芯片的型号可以为cw1274)和依次串联的两组以上的蓄电池组(包括电池组b6到b1以及另一电池组b12到b7)，依次串联的两组以上的蓄电池组的正极作为电池正极放电端pack+且负极接地；每组蓄电池组对应一个第一安全芯片，本实用新型中，电池组b1到b6对应安全芯片u1，电池组b7到b12对应安全芯片u2，如果有更多组的电池，则需要更多的安全芯片。当然储能电源还要壳体以及放在壳体内的电路板和蓄电池等，本实用新型的安全管理系统的电路置于电路板上，具体的结构设置可以参考申请人之前申请的专利。
30.每组的蓄电池组包括多个依次串联的蓄电池，每个蓄电池可以通过电池连接座连接到本电路上，如图5所示，具体地，电池可以通过导电与连接座的端子连接，连接座只要能实现导电即可。第一个的蓄电池的正极作为蓄电池组的正极输出，下一个的蓄电池的正极与上一个蓄电池的负极连接，最后一个的蓄电池的负极作为蓄电池组的负极输出。如电池组b12到b7中，包含6个电池b12到电池b7，第一个电池b12正极作为自身电池组的正极，由于
该电池组是第一个电池组，则该电池组的正极是所有电池组串联后的正极，即电池正极放电端pack+。下一个蓄电池b11的正极与上一个电池b12的负极连接，该电池组中最后一个电池b7的负极作为该电池组的负极，由于电池组与电池组之间也是串联的，则该电池组的负极是接到下一个电池组b6到b1的正极上，形成电池组之间进行串联的电池组。每组蓄电池组中的每个蓄电池的正极连接到对应的第一安全芯片的电压监控端，如电池组b12到b7每个正极连接到第一安全芯片u1的电压监控端(b12连接到u1的vc6,b11连接到u1的vc5直到b7连接到u1的vc1)。第一安全芯片的控制输出端依次级联，即上级的第一安全芯片u1的控制输出端(包括放电控制端do、充电控制端co)连接到下一个第一安全芯片u2的控制接收端(包括上级电池充电信号端ctlc和上级电池放电信号端ctld)，由于这两个芯片分别处在图1和图2，所以之间的导线用标号m2和m3进行连接。如果有更多的电池，则有更多的第一安全芯片，则可以按照第一安全芯片u1与第一安全芯片u2的级联关系对更多的第一安全芯片进行依次级联，直到最后一个第一安全芯片作为控制输出端进行控制输出。最后一个的第一安全芯片(本实用新型以u2为例)的控制输出端中的充电控制端co与三极管q9的发射极连接，所述三极管q9的基极通过电阻接地，三极管q9的集电极与所述多个第一充电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的漏极接地，所述多个第一充电开关管的源极接电池负极放电端pack-。
31.需要说明的是，上述实施例仅仅描述了第一充电开关管和第一安全芯片充电控制的情况，所以多个第一充电开关管的漏极是直接与地连接，当然如果有其他的放电控制等情况，则可以在第一充电开关管的漏极与地之间接入更多的控制器件，本实施例的附图也给出了详细的放电控制，即直接进行接地的描述与附图内通过更多控制器件再接地并不矛盾，电路中很多附加的电路通断控制的功能或者电阻限流的功能如果不需要的话，是可以将前后直接连接在一起，即是常通和不限流的情况，也是可以实现除开附加功能的其他主要功能。则所述多个第一充电开关管的源极直接与电池负极放电端pack-连接的情况也是类似的，图中给出的实施例还包括第二充电开关管，文字的说明与附图给出的实施例并不矛盾，仅仅是附加功能是否存在时的不同描述。
32.上述技术方案在工作时，安全芯片检测到电池都处于安全状态，则co端输出可以充电的信号，通过三极管q9输出到多个第一充电开关管的栅极，则多个第一充电开关管同时打开进行充电。如果电池处于充满状态，则安全芯片检测到后输出禁止充电的信号，通过三极管q9输出到多个第一充电开关管的栅极，则多个第一充电开关管同时关闭禁止充电，实现安全检测和放电控制，更多的安全芯片的内部工作原理可以参考安全芯片的使用手册。这样通过多个的第一安全芯片以及第一安全芯片的级联，实现对更多电池的安全监控，而后通过多个的第一充电开关管，可以实现多个第一充电开关管分担充电电流，使得每个充电开关管的电流降低，避免单个充电开关管过热的情况。
33.当然，第一安全芯片也可以对温度进行检测，如图4所示，可以外接温度检测电阻r119(热敏电阻),当温度升高过高的时候，第一安全芯片的温度检测端可以检测到电阻的变化，可以通过充电控制端关闭充电输入或者通过放电控制端关闭放电输出，保证电池安全性。
34.为了进一步保证充电的安全，实现电路的充电双保险，如图3所示，还包括多个的第二安全芯片(包括芯片u100、芯片u101和芯片u102，芯片的型号可以为cw1051)和多个第
二充电开关管(包括mos管q29、mos管q30、mos管q31、mos管q32、mos管q33、mos管q34)，第二安全芯片的电压监控端分别与蓄电池的正极连接，如芯片u100的电压监控端vc4与电池b12的正极连接，芯片u100的电压监控端vc3与电池b11的正极连接，芯片u101与芯片u100类似。当然为了限流，电池与电压监控端之间还会串联电阻，但是正如上面提到的，如果不需要限流，也可以直接连接。第二安全芯片的充电控制端co分别接一个二极管(u100的co端接二极管d100，u101的co端接二极管d101以及u102的co端接二极管d102)后再连接在一起后通过三极管q36与多个第二充电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的源极通过所述第二充电开关管的漏极、源极后接电池负极放电端pack-。这里需要说明的是，二极管起到了与门的作用，只要有一个co端为高电平，三个三极管的负极co2就会是高电平，则三极管q36就会接收到高电平。而后三极管q36对该信号转换后输出到第二充电开关管的栅极，实现对第二充电开关管的控制。三极管q36起到非门的作用，这里需要根据实际需要选择对应的三极管和三极管接法，非门三极管的接法有多种，本实施例的附图给出了npn三极管的非门接法，二极管d5的正极可以接高电平，这样当有一个保护芯片发出保护信号高电平，则co2就会是高电平，三极管q36输出低电平关闭第二充电开关管，则不会进行充电，实现充电保护。
35.在某些实施例中，还包括三极管q35，三极管q35的集电极和基极与电池正极放电端pack+连接，三极管q35的发射级通过电阻r97、二极管d5正极、二极管d5负极后与三极管q36的集电极连接，三极管q36的基极与第二安全芯片的充电控制端连接，三极管q36的发射级接地。这样当正极放电端pack+与电池没有连接好时，则三极管q35不会产生高电平，则三极管q36也无法有高电平来驱动第二充电开关管的栅极，即在异常时不会进行充电，保证了电路的安全。
36.进一步地，所述第一充电开关管的数量与型号与第二充电开关管相同。这样可以实现相同的控制能力，实现保护的一致性。
37.本实用新型的第一安全芯片还具有放电控制功能。为了实现对放电的控制，还包括多个的放电开关管(包括mos管q16、mos管q18、mos管q20、mos管q22、mos管q24、mos管q26)，最后一个的第一安全芯片(芯片u2)的控制输出端中的放电控制端do通过二极管d2与多个放电开关管的栅极连接，所述多个第一充电开关管的漏极通过多个放电开关管的漏极、源极后再接地。这样在需要放电且安全的情况下，放电控制端do输出信号给多个放电开关管的栅极，实现放电。需要说明的是，充电和放电的电流方向是不同，当放电的时候，第一充电开关管和第二充电开关管虽然是不导通的，但是放电的电流可以经过第一充电开关管和第二充电开关管(在有第二充电开关管的实施例中)内部的二极管，实现电路的导通和放电。而在充电的时候，第一充电开关管和第二充电开关管工作，放电开关管不导通，充电的电流可以经过放电开关管内部的二极管，实现电路的导通和充电。将第一充电开关管、第二充电开关管和放电开关管都放置在零线端附近，这样pcb上大面积的铜箔可以放置在相对靠近的位置，可以承受更高的电流。
38.正如上述提到的，开关管内部的放电二极管可以用来流过电流实现电路导通，但是这样会在开关管内部产生一定热量，为了避免在开关管内部的二极管流过太多的电流，可以在每组的开关管两端额外设置一个稳压二极管进行分流。如图2所示，还包括稳压二极管tvs4，稳压二极管tvs4的正极与多个放电开关管的源极连接，稳压二极管tvs4的负极与
多个放电开关管的漏极连接。以及还包括稳压二极管tvs6，稳压二极管tvs6的正极与多个第二充电开关管的源极连接，稳压二极管tvs6的负极与第二充电开关管的漏极连接。以及本实用新型还包括稳压二极管tvs5，稳压二极管tvs5的正极与多个第一充电开关管的源极连接，稳压二极管tvs5的负极与第一充电开关管的漏极连接。通过稳压二极管，可以分担开关管内部二极管的电流，避免开关管内部过流和过热。
39.需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。