一种电动助力车保护板的充、放电半分口电路

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种电动助力车保护板的充、放电半分口电路。

背景技术

在电动助力车实际运行过程中，保护板系统控制是非常重要的组成部分，可实时监控电池状态，能保证动力电池始终处于最佳的工作状态。目前，为使骑行用户便于区分充、放电端口，一般电动助力车的保护板设计成充、放电同口，即电池包充电时需要将其从助力车上拆卸下来以释放放电插头，充电过程较为繁琐。另鉴于对电动助力车充电器质量轻、体积小、散热效果好等要求，设计充电器充电电流比放电电流小，则要求过电流可较小的充电MOS需要与放电MOS保持一致以共同流经较大放电电流，从而增加了研发成本。

为规避以上弊端，后续出现充、放电全分口的保护板，充电MOS管可选择过电流能力较低的MOS管，便于节约降本，而且简化其充电过程。但因充、放电完全分口，当放电MOS管失效（短路或断路）时不可及时检测到电池风险,而且存在着电池充电同时电池在放电的情况，容易引发溜车等事故。

发明内容

本发明目的是：提供一种电动助力车保护板的充、放电半分口电路，解决充、放电同口设计成本过高以及充放电过程较为麻烦的问题，而且可以避免充放电全分口设计中放电MOS管失效所带的风险以及规避电池在充电同时放电的情况。

本发明的技术方案是：一种电动助力车保护板的充、放电半分口电路，包括：电池模块、控制模块、放电模块、充电模块、第一检流模块、第二检流模块；所述电池模块的正极端口连接到充放电回路的正极端口；所述放电模块与所述控制模块的放电控制端口连接，所述充电模块与所述控制模块的充电控制端口连接；所述第一检流模块连接在所述电池模块和所述放电模块之间，所述第二检流模块连接在所述放电模块和所述充电模块之间，所述第一检流模块的两端分别连接到所述控制模块的第一电流检测端口，所述第二检流模块的两端分别连接到所述控制模块的第二电流检测端口；所述电池模块的负极端口依次经过所述第一检流模块和所述放电模块连接到放电回路的负极端口，所述电池模块的负极端口依次经过所述第一检流模块、所述放电模块、所述第二检流模块和所述充电模块连接到充电回路的负极端口；所述控制模块用于控制所述放电模块或所述充电模块的打开和关闭，根据所述第二检流模块的检测电流判断所述电池模块是否在充电状态，根据所述第一检流模块的检测电流判断动力回路电流大小。

通过充、放电半分口电路，电流同时流经充电模块、放电模块、第一检流模块、第二检流模块，通过控制模块对第一检流模块和第二检流模块的电流检测，可以判断充电状态以及监控放电是否正常，避免安全隐患。

其进一步的技术方案是：所述第一检流模块包括第一检流电阻R1，所述第二检流模块包括第二检流电阻R2，所述放电模块包括放电MOS Q1，所述充电模块包括充电MOS Q2；所述第一检流电阻R1的一端连接所述电池模块的负极端口，另一端连接所述放电MOS Q1的源极；所述放电MOS Q1的源极和栅极连接所述控制模块的放电控制端口，所述放电MOS Q1的漏极连接到所述放电回路的负极端口；所述第二检流电阻R2的一端连接所述放电MOS Q1的漏极，另一端连接所述充电MOS Q2的漏极；所述充电MOS Q2的源极和栅极连接所述控制模块的充电控制端口，所述充电MOS Q2的源极连接到所述充电回路的负极端口；所述第一检流电阻R1的两端分别连接所述控制模块的第一电流检测端口，所述第二检流电阻R2的两端分别连接所述控制模块的第二电流检测端口。

通过第一检流电阻、放电MOS、第二检流电阻、充电MOS组成的充、放电半分口电路，在充电时电流同时流经充放电MOS以及检流电阻，可以检测到充电电流以确认在充电过程中，充电电路稳定性更好；当放电MOS失效模式为断电时，放电MOS始终打不开以保证其充放电均不可进行；当放电MOS失效模式为短路时，电池在未使能放电MOS闭合条件下可充电可放电，同时MCU会报出错误预警以避免充放电的进行，具体措施包括电池在充电状态则断开充电MOS，电池在放电状态则断开负载；半分口的设计使得充放电过程较为简便，且充电MOS和放电MOS无需保持一致，便于节约成本；通过控制模块对比分析两个检流电阻的电流，可以判断电池的充放电状态，避免误操作引起的事故。

其进一步的技术方案是：所述放电MOS Q1和所述充电MOS Q2均由N沟道的MOS管和寄生二极管构成，所述寄生二极管的正极连接所述N沟道的MOS管的源极，所述寄生二极管的负极连接所述N沟道的MOS管的漏极。

通过N沟道的MOS管和寄生二极管构成开关MOS，由控制模块可以实现开关MOS的开启和关闭。

其进一步的技术方案是：所述放电MOS Q1中包含的N沟道的MOS管和寄生二极管的数量比所述充电MOS Q2多。

由于充、放电半分口电路在充电时电流同时流经充放电MOS，放电时只经过放电MOS，因此放电MOS中的MOS管和寄生二极管的数量要比充电MOS多，以满足实际工作需求。

其进一步的技术方案是：所述控制模块包括模拟前端IC和MCU；所述模拟前端IC和所述MCU之间通过I2C通信；所述第一检流电阻R1的两端分别连接所述模拟前端IC上的第一电流检测端口，所述第二检流电阻R2的两端分别连接所述MCU上的第二电流检测端口；所述放电MOS Q1的栅极连接所述模拟前端IC上的放电控制端口，所述充电MOS Q1的栅极连接所述模拟前端IC上的充电控制端口。

通过模拟前端IC可以采集单体电压和检流电阻的电压，进而采集电流以及控制充放电MOS的开启和关闭；模拟前端IC和MCU之间通过I2C通信获取电池信息，然后比对第一检流电阻的电流和第二检流电阻的电流判断相应的充放电状态。

其进一步的技术方案是：所述放电MOS Q1的源极与所述控制模块的放电控制端口之间串接有并联的第一源极电阻和第一稳压管，所述放电MOS Q1的栅极与所述控制模块的放电控制端口之间串接有第一栅极电阻；所述充电MOS Q2的源极与所述控制模块的充电控制端口之间串接有并联的第二源极电阻和第二稳压管，所述充电MOS Q2的栅极与所述控制模块的充电控制端口之间串接有第二栅极电阻。

通过设置栅极电阻和源极电阻作为泄放电阻，泄放掉栅极-源极的少量静电，防止MOS管产生误动作，为MOS管提供偏置电压，通过稳压管稳定保护栅源极之间电压。

其进一步的技术方案是：所述电池模块的正极端口与所述充放电回路的正极端口之间串联熔断器。

通过熔断器保护电路的安全运行。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本申请提供的电动助力车保护板的充、放电半分口电路的结构框图；

图2是本申请提供的电动助力车保护板的充、放电半分口电路的电路图。

具体实施方式

实施例：本申请提供一种电动助力车保护板的充、放电半分口电路，结合参考图1和图2，该充、放电半分口电路包括：电池模块、控制模块、放电模块、充电模块、第一检流模块、第二检流模块。

电池模块的正极端口B+连接到充放电回路的正极端口P+/C+；放电模块与控制模块的放电控制端口连接，充电模块与控制模块的充电控制端口连接；第一检流模块连接在电池模块和放电模块之间，第二检流模块连接在放电模块和充电模块之间，第一检流模块的两端分别连接到控制模块的第一电流检测端口，第二检流模块的两端分别连接到控制模块的第二电流检测端口；电池模块的负极端口B-依次经过第一检流模块和放电模块连接到放电回路的负极端口P-，电池模块的负极端口B-依次经过第一检流模块、放电模块、第二检流模块和充电模块连接到充电回路的负极端口C-。

如图2所示，第一检流模块包括第一检流电阻R1，第二检流模块包括第二检流电阻R2，放电模块包括放电MOS Q1（DSG MOS），充电模块包括充电MOS Q2（CHG MOS）。

第一检流电阻R1的一端连接电池模块（Battery）的负极端口B-，另一端连接放电MOS Q1的源极；放电MOS Q1的源极和栅极连接控制模块的放电控制端口DSG_CTL，放电MOSQ1的漏极连接到放电回路的负极端口P-；第二检流电阻R2的一端连接放电MOS Q1的漏极，另一端连接充电MOS Q2的漏极；充电MOS Q2的源极和栅极连接控制模块的充电控制端口CHG_CTL，充电MOS Q2的源极连接到充电回路的负极端口C-。

第一检流电阻R1的两端分别连接控制模块的第一电流检测端口Currentdetect1，第二检流电阻R2的两端分别连接控制模块的第二电流检测端口Currentdetect2。

放电MOS Q1和充电MOS Q2均由N沟道的MOS管和寄生二极管构成，寄生二极管的正极连接N沟道的MOS管的源极，寄生二极管的负极连接N沟道的MOS管的漏极。

放电MOS Q1中包含的N沟道的MOS管和寄生二极管的数量比充电MOS Q2多。示例性的，图2中放电MOS Q1包含三组MOS管和寄生二极管，充电MOS Q2包含一组MOS管和寄生二极管。图中的数量仅为泛指，在实际应用中需要根据电路的充放电电流的大小来决定，一般情况下充电电流为0.3C或0.5C，放电电流一般为1.5C或2C（比如：若电池容量是10AH，则0.5C的电流为5A，0.3C的电流为3A，1.5C的电流为15A，2C的电流为20A），由于半分口电路的充电同时流经充放电MOS，放电只经过放电MOS，因此充电所选用的MOS相对放电的MOS少。

控制模块用于控制放电模块或充电模块的打开和关闭，根据第二检流模块的检测电流判断电池模块是否在充电状态，根据第一检流模块的检测电流判断动力回路电流大小。

可选的，控制模块包括模拟前端IC（AFE IC）和MCU；模拟前端IC和MCU之间通过I2C通信。

第一检流电阻R1的两端分别连接模拟前端IC上的第一电流检测端口Currentdetect1，第二检流电阻R2的两端分别连接MCU上的第二电流检测端口Current detect2；放电MOS Q1的栅极连接模拟前端IC上的放电控制端口DSG_CTL，充电MOS Q1的栅极连接模拟前端IC上的充电控制端口CHG_CTL。

模拟前端IC可以采集单体电压、采集第一检流电阻R1（精密电阻）的电压进而采集电流、控制充放电MOS的开启和关闭，MCU和模拟前端IC通过I2C通信获取电池信息，比对AFEIC所采集到的R1的电流和MCU采集到的R2的电流来判断相应充放电状态。

（模拟前端芯片）即为锂电池BMS用数字前端芯片，可采集电池单体电压、电流、控制MOS关断。在保护模式下，可以独立保护锂电池Pack，提供过充电保护、过放电保护、温度保护、充放电过流保护、短路保护、二次过充电保护等，集成平衡开关提高电芯一致性；在采集模式下，可配合MCU管理锂电池Pack，同时使能所有保护功能。

由于AFE IC只有一路电流检测，故另外一个对比电流（R2上的电流）检测只能由MCU来检测，对比分析以判断相应的充放电状态。

为了保证电路的可靠性，放电MOS Q1的源极与控制模块的放电控制端口DSG_CTL之间串接有并联的第一源极电阻Rs1和第一稳压管ZD1，放电MOS Q1的栅极与控制模块的放电控制端口DSG_CTL之间串接有第一栅极电阻Rg1。

充电MOS Q2的源极与控制模块的充电控制端口CHG_CTL之间串接有并联的第二源极电阻Rs2和第二稳压管ZD2，充电MOS Q2的栅极与控制模块的充电控制端口CHG_CTL之间串接有第二栅极电阻Rg2。

栅极电阻和源极电阻为泄放电阻，用于泄放掉栅极-源极的少量静电，放置MOS管产生误动作，为MOS管提供偏置电压，稳压管用于稳定保护栅源极之间的电压。

在实际应用中，对于放电MOS Q1或充电MOS Q2中包含多组MOS管的，对于每个MOS管，分别连接对应的栅极电阻，对于源极电阻和稳压管，多个MOS管可连接至同一个源极电阻和稳压管。

电池模块的正极端口B+与充放电回路的正极端口P+/C+之间串联熔断器Fuse。

本申请提供的电动助力车保护板的充、放电半分口电路在实际应用中，MCU可以通过第二检流电阻R2来检测充电电流以判断电池是否在充电状态，模拟前端IC可以通过检测第一检流电阻R1来判断动力回路电流大小，且可控制动力回路充放电MOS的打开和关闭。

第一检流电阻R1和第二检流电阻R2的电流可以对比分析，当电池在充电时，流经第二检流电阻R2的充电电流和流经第一检流电阻R1的电流保持一致；若流经第一检流电阻R1的电流I1比流经第二检流电阻R2的电流I2小或I2的符号与I1的相反，则说明充电时电池仍在放电，此时控制放电MOS断开便可终止电池的充放电同时进行的进程。当电池在放电时，第一检流电阻R1上可检测到放电电流，第二检流电阻R2上无充电电流；若第一检流电阻R1上有充电电流，则可判断此时充放电同时进行。

由此可以看出，充、放电半分口电路在充电时其电流同时流经充放电MOS以及检流电阻，可以检测到充电电流来确定处于充电过程中，充电电路稳定性更好。当放电MOS的失效模式为断路时，放电MOS始终打不开以保证充放电均不可进行；当放电MOS的失效模式为短路时，电池在未使能放电MOS闭合条件下可充电可放电，MCU则会报出错误预警以避免充放电的进行，具体措施包括：电池在充电状态则断开充电MOS，电池在放电状态则断开负载。半分口设计使得充放电过程较为简便，且放电MOS Q1系列与充电MOS Q2系列无需保持一致，便于节约成本。此外，通过对比分析第一检流电阻R1和第二检流电阻R2的电流，可以清晰判断电池的充放电状态，避免误操作引起的事故。

综上所述，本申请提供的电动助力车保护板的充、放电半分口电路，通过充、放电半分口电路，电流同时流经充电模块、放电模块、第一检流模块、第二检流模块，通过控制模块对第一检流模块和第二检流模块的电流检测，可以判断充电状态以及监控放电是否正常，避免安全隐患。

另外，通过第一检流电阻、放电MOS、第二检流电阻、充电MOS组成的充、放电半分口电路，在充电时电流同时流经充放电MOS以及检流电阻，可以检测到充电电流以确认在充电过程中，充电电路稳定性更好；当放电MOS失效模式为断电时，放电MOS始终打不开以保证其充放电均不可进行；当放电MOS失效模式为短路时，电池在未使能放电MOS闭合条件下可充电可放电，同时MCU会报出错误预警以避免充放电的进行，具体措施包括电池在充电状态则断开充电MOS，电池在放电状态则断开负载；半分口的设计使得充放电过程较为简便，且充电MOS和放电MOS无需保持一致，便于节约成本；通过控制模块对比分析两个检流电阻的电流，可以判断电池的充放电状态，避免误操作引起的事故。

另外，通过N沟道的MOS管和寄生二极管构成开关MOS，由控制模块可以实现开关MOS的开启和关闭。

另外，由于充、放电半分口电路在充电时电流同时流经充放电MOS，放电时只经过放电MOS，因此放电MOS中的MOS管和寄生二极管的数量要比充电MOS多，以满足实际工作需求。

另外，通过模拟前端IC可以采集单体电压和检流电阻的电压，进而采集电流以及控制充放电MOS的开启和关闭；模拟前端IC和MCU之间通过I2C通信获取电池信息，然后比对第一检流电阻的电流和第二检流电阻的电流判断相应的充放电状态。

另外，通过设置栅极电阻和源极电阻作为泄放电阻，泄放掉栅极-源极的少量静电，防止MOS管产生误动作，为MOS管提供偏置电压，通过稳压管稳定保护栅源极之间电压。

另外，通过熔断器保护电路的安全运行。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。