專利名稱：電池管理系統(tǒng)的充放電開關(guān)互斥的控制組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種可選擇性地切斷充電回路或放電回路的控制組件，特別是有關(guān)于一種應(yīng)用電動機(jī)車或電動自行車電池管理系統(tǒng)的充放電開關(guān)互斥控制的控制組件。
背景技術(shù)：
一般電動機(jī)車使用鋰電池或鎳氫電池的電池組，電池組內(nèi)部均會包含電池管理系統(tǒng)，而電池外觀會依須求設(shè)計充電端子及放電端子和外部的充電器及機(jī)車控制器相連接。 對于電池管理系統(tǒng)而言，主要負(fù)責(zé)監(jiān)控電池狀態(tài)、保護(hù)電池及殘電量估測。最簡單應(yīng)用方式是使用市面上既有的保護(hù)電路芯片，該類保護(hù)電路芯片已具有基本保護(hù)功能且功能上已固定。舉過充保護(hù)功能來說明，當(dāng)電池組發(fā)生過充，此時保護(hù)電路芯片會切斷充電開關(guān)，放電開關(guān)維持導(dǎo)通，所以此時電池組就無法充電但是可以放電。在這種架構(gòu)及正常狀態(tài)下，充放電端子會同時保持有電狀態(tài)。所以，假設(shè)電池組裝在電動機(jī)車上進(jìn)行充電程序，同時又轉(zhuǎn)動油門開關(guān)，此時電動機(jī)車會開始動作，以上動作是不被允許?；蚴请姵亟M移出車體進(jìn)行充電程序，此時放電端子保持有電狀態(tài)，會有安全問題產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于電動車輛電池管理系統(tǒng)的充放電開關(guān)互斥的控制組件，該控制組件包括一電池模塊、一正端模塊、一負(fù)端模塊、一開關(guān)模塊以及一控制模塊。電池模塊包括至少一充電電池。正端模塊包括一充電正端以及一放電正端。負(fù)端模塊包括一充電負(fù)端以及一放電負(fù)端。開關(guān)模塊與電池模塊串聯(lián)于正端模塊與負(fù)端模塊之間，并具有一第一開關(guān)、一第二開關(guān)以及一第三開關(guān)。充電正端、電池模塊、第一及第三開關(guān)以及充電負(fù)端構(gòu)成一充電回路。放電正端、電池模塊、第一及第二開關(guān)以及放電負(fù)端構(gòu)成一放電回路?？刂颇K根據(jù)一檢測端的電平，控制開關(guān)模塊，用以切斷充電回路或放電回路。當(dāng)檢測端的電平為一第一電平時，控制模塊切斷充電回路。當(dāng)檢測端的電平為一第二電平時，控制模塊切斷放電回路。為讓本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下。


圖1為本發(fā)明的控制組件的第一實(shí)施例。圖2為本發(fā)明的控制組件的第二實(shí)施例。圖3為本發(fā)明的控制組件的第三實(shí)施例。圖4為本發(fā)明的控制組件的第四實(shí)施例。圖5為本發(fā)明的控制組件的第五實(shí)施例。[主要元件標(biāo)號說明]100、200、300、400、500 控制組件；
110、210、310、410、510 電池模塊；120、220、320、420、520 正端模塊；130、230、330、430、530 負(fù)端模塊；140、240、340、440、540 開關(guān)模塊；150、250、350、450、550 控制模塊；141 143、241 243、341 343、441 443、541 543 開關(guān)；TNl TN3 :N型晶體管；160:保險絲模塊；161、162:保險絲；TPl TP3 :P型晶體管；371、372:連接器；451、551 微處理器；452、552 保護(hù)集成電路芯片；453、553 驅(qū)動電路；554:電壓調(diào)節(jié)器。
具體實(shí)施例方式圖1為本發(fā)明的控制組件的第一實(shí)施例。該控制組件100包括一電池模塊110、一正端模塊120、一負(fù)端模塊130、一開關(guān)模塊140以及一控制模塊150。本發(fā)明并不限定控制組件100的應(yīng)用領(lǐng)域?？刂平M件100可應(yīng)用于電動機(jī)車或電動自行車之中。另外，亦可利用一外部電源對控制組件100充電。舉例而言，當(dāng)控制組件100接收到一外部電源時，則此外部電源可對控制組件100內(nèi)的電池模塊110充電。當(dāng)控制組件100 耦接一外部負(fù)載時，則控制組件100內(nèi)的電池模塊110可供電予該外部負(fù)載。在本實(shí)施例中，電池模塊110具有至少一充電電池。本發(fā)明并不限定電池模塊110 內(nèi)的充電電池數(shù)量及種類。舉例而言，電池模塊110內(nèi)的充電電池為鎳鎘電池、鎳氫電池或是鋰電池。正端模塊120包括一充電正端CH+以及一放電正端DIS+。負(fù)端模塊130包括一充電負(fù)端CH-以及一放電負(fù)端DIS-。在一充電模式下，控制組件100通過充電正端CH+與充電負(fù)端CH-，接收一外部電源，用以對電池模塊110進(jìn)行充電。在一放電模式下，控制組件 100通過放電正端DIS+與放電負(fù)端DIS-，供電予一外部負(fù)載。開關(guān)模塊140與電池模塊110串聯(lián)于正端模塊120與負(fù)端模塊130之間，并具有開關(guān)141 143。本發(fā)明并不限定開關(guān)141 143的種類。只要能夠提供截止及導(dǎo)通功能的開關(guān)，均可作為開關(guān)141 143。在本實(shí)施例中，開關(guān)141 143為N型晶體管州1 TN3。在本實(shí)施例中，充電正端CH+、電池模塊110、開關(guān)141、143以及充電負(fù)端CH-構(gòu)成一充電回路。放電正端DIS+、電池模塊110、開關(guān)141、142以及放電負(fù)端DIS-構(gòu)成一放電回路?？刂颇K150根據(jù)一檢測端Tdk的電平，控制開關(guān)模塊140，用以切斷充電回路或放電回路。當(dāng)檢測端TDE。的電平為一第一電平(如低電平)時，控制模塊150切斷充電回路。當(dāng)檢測端TDE。的電平為一第二電平(如高電平)時，控制模塊150切斷放電回路。
本發(fā)明并不限定控制模塊150如何切斷充電或放電回路。在本實(shí)施例中，當(dāng)檢測端Tdk的電平為一第一電平時，控制模塊150通過控制信號、，用以不導(dǎo)通N型晶體管TN3。 當(dāng)N型晶體管TN3不被導(dǎo)通時，則可切斷充電回路。因此，沒有電流從充電正端CH+流入充電負(fù)端CH-。相反地，當(dāng)檢測端Tdk的電平為一第二電平時，控制模塊150通過控制信號S⑶用以不導(dǎo)通N型晶體管TN2。當(dāng)N型晶體管TN2不被導(dǎo)通時，則可切斷放電回路。因此，沒有電流從放電負(fù)端DIS-流入放電正端DIS+。在本實(shí)施例中，充電回路與放電回路不會同時被導(dǎo)通。因此，當(dāng)控制組件100進(jìn)行充電操作時，就無法同時進(jìn)行放電操作，或是在控制組件100進(jìn)行放電操作時，就無法進(jìn)行充電操作。另外，控制模塊150還可依據(jù)電池模塊110的電壓，通過控制信號、用以不導(dǎo)通N 型晶體管TN1。舉例而言，當(dāng)電池模塊110內(nèi)的某一充電電池的電壓達(dá)一臨界值時，控制模塊150通過控制信號SC3，不導(dǎo)通N型晶體管TN1，以避免電池模塊110內(nèi)的電池發(fā)生短路、 過度充電或是過度放電。因此，可提高控制組件100的安全性。在其它實(shí)施例中，控制模塊150可通過通訊端CAN_H及CAN_L，與一外部裝置進(jìn)行通訊。本發(fā)明并不限定通訊端CAN_H及CAN_L所傳送的通訊內(nèi)容。在一可能實(shí)施例中，控制模塊150可通過通訊端CAN_H及CAN_L，將目前電池模塊110的殘電量告知外部裝置。在本實(shí)施例中，控制組件100還包括一保險絲模塊160。保險絲模塊160具有保險絲161及162。保險絲161耦接于充電正端CH+與電池模塊110之間。保險絲162耦接于放電正端DIS+與電池模塊110之間。當(dāng)N型晶體管TN3發(fā)生異常，而使得控制模塊150無法通過N型晶體管TN3切斷充電回路時，控制模塊150燒斷保險絲161，用以切斷充電回路。同樣地，當(dāng)N型晶體管TN2 發(fā)生異常，而使得控制模塊150無法通過N型晶體管TN2適時地切斷放電回路時，控制模塊 150將燒斷保險絲162，用以切斷放電回路。當(dāng)保險絲161或162被燒斷時，控制模塊150可發(fā)出一告知信號，讓使用者得知保險絲161已被燒斷，以作出適當(dāng)?shù)奶幚?。因此，通過保險絲模塊160，可提供控制組件100雙
重保護(hù)。然而，通訊端CAN_H、CAN_L以及保險絲模塊160并非必要。為了節(jié)省成本，在其它實(shí)施例中，可選擇性地省略通訊端CAN_H、CAN_L或/及保險絲模塊160。圖2為本發(fā)明的控制組件的第二實(shí)施例。圖2相似圖1，不同之處在于圖1的開關(guān)模塊140耦接在電池模塊110與負(fù)端模塊130之間，而圖2的開關(guān)模塊240耦接在電池模塊210與正端模塊220之間。由于圖2所示的電池模塊210、正端模塊220、負(fù)端模塊230 及控制模塊250與圖1的電池模塊110、正端模塊120、負(fù)端模塊130及控制模塊150相似， 故不再贅述。在圖2中，開關(guān)模塊MO內(nèi)的開關(guān)241 243均為P型晶體管TPl TP3。控制模塊250根據(jù)檢測端Tdk的電平，切換P型晶體管TPl TP3，用以切斷充電回路或是放電回路。舉例而言，當(dāng)檢測端Tdk的電平為低電平時，控制模塊250通過控制信號Sa，不導(dǎo)通P型晶體管TP3，用以切斷充電回路。當(dāng)檢測端Tdk的電平為高電平時，控制模塊250通過控制信號s。2，不導(dǎo)通P型晶體管TP2，用以切斷放電回路。圖3為本發(fā)明的控制組件的第三實(shí)施例。圖3相似圖1，不同之處在于，圖3多了連接器(connector) 371及372，用以與一外部裝置(如電源裝置或負(fù)載裝置)連接。如圖所示。連接器371耦接充電正端CH+、充電負(fù)端CH-以及檢測端TDE。。在本實(shí)施例中，連接器371用以與一外部裝置(如轉(zhuǎn)接器)連接。當(dāng)轉(zhuǎn)接器(adapter)插入連接器371時，控制組件300便可接收到一外部電源，并開始進(jìn)行充電操作。此時，檢測端Tdk的電平為高電平，故控制模塊350不導(dǎo)通開關(guān)342，用以切斷放電回路。連接器372耦接放電正端DIS+、放電負(fù)端DIS-、通訊端CAN_H及CAN_L。在本實(shí)施例中，連接器372用以供電予一外部負(fù)載。舉例而言，當(dāng)一外部負(fù)載耦接到連接器372時， 連接器372便可供電予外部裝置。此時，檢測端Tdk的電平為低電平，故控制模塊350不導(dǎo)通開關(guān)；343，用以切斷充電回路。另外，該外部負(fù)載可通過通訊端CAN_H及CAN_L，與控制組件300進(jìn)行通訊?；蛘?，當(dāng)連接器371及372均未連接到外部裝置時，控制模塊350可同時切斷充電回路及放電回路，或是僅切斷充電回路及放電回路的一者。此外，為了避免使用者連接錯誤，可設(shè)計具有不同形狀的連接器371及372，以避免外部負(fù)載誤插入連接器371，或是一電源轉(zhuǎn)接器誤插入連接器372。本發(fā)明并不限制連接器所耦接的端點(diǎn)及數(shù)量。不同的連接器耦接不同種類的端點(diǎn)。舉例而言，充電類的端點(diǎn)(如充電正端CH+與充電負(fù)端CH-)可耦接到一充電連接器。 放電類的端點(diǎn)(如放電正端DIS+與放電負(fù)端DIS-)可耦接到一放電連接器。檢測類的端點(diǎn)(如檢測端Tdk)可獨(dú)自耦接到一檢測連接器，而通訊類的端點(diǎn)(如通訊端CAN_H及CAN_ L)可耦接到一通訊連接器，或是耦接到該放電連接器。另外，本發(fā)明并不限定控制模塊(150、250、350)的內(nèi)部架構(gòu)。只要能夠切換開關(guān)模塊(如140、M0、340)的控制電路，均可作為控制模塊150、250、350。由于控制模塊150、 250,350的原理相同，故以下僅以控制模塊150為例。該控制模塊150可包括保護(hù)集成電路芯片(protection IC)及微處理器(Micro control unit)，如圖4，可根據(jù)一檢測端Tdec的電平，產(chǎn)生相對應(yīng)的控制信號，用以通過開關(guān)模塊140，切斷充電或放電回路。另外，該保護(hù)集成電路芯片還可依據(jù)電池模塊110內(nèi)電池的電壓，控制開關(guān)模塊140，以避免電池模塊110被過度放電或過度充電。另外，圖4為本發(fā)明的控制組件的第四實(shí)施例。該控制模塊450包括一微處理器 451、一保護(hù)集成電路芯片452以及一驅(qū)動電路453。本實(shí)施例中的控制模塊450亦可應(yīng)用于前述的第一至三實(shí)施例之中。微處理器451根據(jù)檢測端Tdk的電平，產(chǎn)生處理信號Ssi及&2。保護(hù)集成電路芯片452根據(jù)處理信號Ssi，產(chǎn)生控制信號Sa，用以控制開關(guān)443。驅(qū)動電路453根據(jù)處理信號Ss2，產(chǎn)生控制信號S⑶用以控制開關(guān)442。微處理器451還根據(jù)電池模塊410內(nèi)的充電電池的電量，產(chǎn)生一處理信號&3。保護(hù)集成電路芯片452根據(jù)處理信號Ss3，產(chǎn)生控制信號Sra，用以控制開關(guān)441。舉例而言，放電中，當(dāng)電池模塊410內(nèi)的充電電池的電壓達(dá)一臨界值時，保護(hù)集成電路芯片452不導(dǎo)通開關(guān)441，以避免電池模塊410內(nèi)的充電電池被過度放電。圖5為本發(fā)明的控制組件的第五實(shí)施例。圖5相似圖4，不同之處在于圖5的控制模塊陽0多了一電壓調(diào)節(jié)器554。電壓調(diào)節(jié)器M4將電池模塊510的電壓轉(zhuǎn)換成一工作電壓V0P，再將工作電壓Vcip提供予微處理器551。微處理器551根據(jù)工作電壓Vcip而動作。在其它可能實(shí)施例中，控制模塊550具有一電壓產(chǎn)生器(未顯示)，用以控制模塊 550內(nèi)的所有元件所需的工作電壓。由于控制模塊可在適當(dāng)時間切斷充電回路或是放電回路，故可確保在充電操作下，放電正端DIS+及放電負(fù)端DIS-不會有電輸出，以及在放電操作下，充電正端CH+及充電負(fù)端CH-不會有電輸出，因此，可大幅提高安全性。另外，若將一保險絲模塊設(shè)置在充電回路及放電回路中，則當(dāng)控制模塊無法通過開關(guān)模塊切斷充電回路或放電回路時，控制模塊可利用保險絲模塊，切斷充電回路或放電回路。因此，通過保險絲模塊，可提供雙重的保護(hù)。綜合以上所述，本發(fā)明提出一種電動車輛電池管理系統(tǒng)的充放電開關(guān)互斥控制的控制組件，可做到充電時就不能放電，放電時就不能進(jìn)行充電。且于放電時，同時仍保有過放、過電流及短路保護(hù)的功能。而于充電時，同時仍保有過充、過電流及短路保護(hù)的功能。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種控制組件，包括 一電池模塊；一正端模塊，包括一充電正端以及一放電正端； 一負(fù)端模塊，包括一充電負(fù)端以及一放電負(fù)端；一開關(guān)模塊，與該電池模塊串聯(lián)于該正端模塊與該負(fù)端模塊之間，并具有一第一開關(guān)、 一第二開關(guān)以及一第三開關(guān)，該充電正端、該電池模塊、該第一及第三開關(guān)以及該充電負(fù)端構(gòu)成一充電回路，該放電正端、該電池模塊、該第一及第二開關(guān)以及該放電負(fù)端構(gòu)成一放電回路；以及一控制模塊，根據(jù)一檢測端的電平，控制該開關(guān)模塊，用以切斷該充電回路或該放電回路，當(dāng)該檢測端的電平為一第一電平時，該控制模塊切斷該充電回路，當(dāng)該檢測端的電平為一第二電平時，該控制模塊切斷該放電回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其還包括 一第一連接器，耦接該充電正端及該充電負(fù)端；以及一第二連接器，耦接該放電正端及該放電負(fù)端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制組件，其中該第一連接器還耦接該檢測端，該第二連接器還耦接一第一通訊端以及一第二通訊端，該第一及第二通訊端用以與一外部裝置進(jìn)行通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其中該控制模塊包括一微處理器，根據(jù)該檢測端的電平，提供一第一處理信號以及一第二處理信號； 一保護(hù)集成電路芯片，根據(jù)該第一處理信號，控制該第三開關(guān)； 一驅(qū)動電路，根據(jù)該第二處理信號，控制該第二開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制組件，其中該微處理器還根據(jù)該電池的電壓，產(chǎn)生一第三處理信號，該保護(hù)集成電路芯片根據(jù)該第三處理信號，控制該第一開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制組件，其中該保護(hù)集成電路芯片還依據(jù)該電池的電壓， 控制該第一開關(guān)，當(dāng)該電池的電壓達(dá)一臨界值時，該保護(hù)集成電路芯片不導(dǎo)通該第一開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制組件，其中該控制模塊還包括一電壓調(diào)節(jié)器，將該電池模塊的電壓轉(zhuǎn)換成一工作電壓，再將該工作電壓提供予該微處理器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其中該第一、第二及第三開關(guān)為N型晶體管，并耦接于該電池模塊與該負(fù)端模塊之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其中該第一、第二及第三開關(guān)為P型晶體管，并耦接于該電池模塊與該正端模塊之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其還包括一第一保險絲，耦接于該電池模塊與該充電正端之間；以及一第二保險絲，耦接于該電池模塊與該放電正端之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其中該電池模塊內(nèi)的充電電池為一鎳鎘電池、一鎳氫電池或是一鋰電池。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制組件，其中該控制組件應(yīng)用于一電動機(jī)車或一電動自行車。
全文摘要
本發(fā)明提供一種應(yīng)用于電動機(jī)車或電動自行車電池管理系統(tǒng)的充放電開關(guān)互斥的控制組件，該控制組件包括一電池模塊、一正端模塊、一負(fù)端模塊、一開關(guān)模塊以及一控制模塊。該正端模塊包括一充電正端以及一放電正端。負(fù)端模塊包括一充電負(fù)端以及一放電負(fù)端。開關(guān)模塊與電池模塊串聯(lián)于正端模塊與負(fù)端模塊之間，并具有一第一開關(guān)、一第二開關(guān)以及一第三開關(guān)。充電正端、電池模塊、第一及第三開關(guān)以及充電負(fù)端構(gòu)成一充電回路。放電正端、電池模塊、第一及第二開關(guān)以及放電負(fù)端構(gòu)成一放電回路。控制模塊根據(jù)一檢測端的電平，控制開關(guān)模塊，用以切斷充電回路或放電回路。
文檔編號H02J7/00GK102570513SQ20101058072
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者張肇峯 申請人:臺達(dá)電子工業(yè)股份有限公司