本實(shí)用新型屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在直流電源系統(tǒng)中，電池組擴(kuò)容或需要高可靠性電池組時(shí)，最簡(jiǎn)單的解決方式是：若干個(gè)小容量電池組并聯(lián)而成的一個(gè)N+1的大電池組。在該方案中需要解決的一個(gè)問題：由于基本電池組的特性差異，在并聯(lián)應(yīng)用時(shí)會(huì)遇到電池組間的環(huán)流、負(fù)載無法均衡分配等一系列問題，最終會(huì)讓并聯(lián)而成的電池組無法正常工作。

為了防止電池組間環(huán)流，一般采用在電池組正極端經(jīng)二極管匯接到饋電母線，常用的電氣接線，二極管的單向?qū)щ娞匦阅苡行ё柚闺姵亟M間的能量傳送，無電池組間的環(huán)流。同時(shí)二極管的快速導(dǎo)通特性也展現(xiàn)了多電池組間相互備用性能，當(dāng)某個(gè)電池組電能不足(端口電壓低)時(shí)，端口電壓高的電池組會(huì)自動(dòng)替代其向負(fù)載饋電。同時(shí)由于二極管元件的也隔離了各電池組間的故障影響，子電池組的如何故障形式，都不會(huì)影響整體電源系統(tǒng)的可靠性，最大的影響就是電池組的載荷量減小。

然而二極管的單向?qū)щ娞匦裕芊乐闺姵亟M間的環(huán)流、能隔離各子電池組并聯(lián)應(yīng)用時(shí)的故障影響。但也存在以下的缺點(diǎn)：1、現(xiàn)有技術(shù)條件下無法制造出理想二極管，即導(dǎo)通壓降為零或很小的二極管，在使用中電能損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重。2、二極管在饋電母線電壓低于電池組端電壓時(shí)，電池組就會(huì)向外饋送電能。在電池組需要充電時(shí)，當(dāng)充電電壓大于饋電母線電壓時(shí)，外部負(fù)載會(huì)分流電池組的充電電流，造成無法充足電能。3、二極管是一種不可控的功率電子元件，無法讓一個(gè)具有較高端電壓的電池組不向外輸出電能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)，解決傳統(tǒng)采用二極管電池的方案中，使用中器件電能損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重的問題；解決了傳統(tǒng)采用二極管連接電池組的方案中，在電池組端電壓高于饋電母線電壓，電池組就會(huì)向外饋送電能的問題。本實(shí)用新型能防止并聯(lián)電池組間的環(huán)流、控制負(fù)載分配到子電池組、調(diào)控各電池組的充放電狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)電池組中的子電池組優(yōu)化運(yùn)行，讓其充分發(fā)揮自身的性能優(yōu)勢(shì)，從而延長(zhǎng)電池組的使用壽命，特別是可以讓性能差異大，甚至是不同容量的電池組并聯(lián)運(yùn)行。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)，包括控制器、主控芯片、第一控制信號(hào)輸入端、第二控制信號(hào)輸入端、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端、第一隔離模塊、第二隔離模塊、第三隔離模塊、第四隔離模塊、驅(qū)動(dòng)電路、功率MOS管電路、單向?qū)刂齐娐泛碗娢粰z測(cè)比較電路，第一控制信號(hào)輸入端連接第一隔離模塊，第二控制信號(hào)輸入端連接第二隔離模塊，第一狀態(tài)信號(hào)輸出端連接第三隔離模塊，第二狀態(tài)信號(hào)輸出端連接第四隔離模塊，單向?qū)刂齐娐愤B接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路連接功率MOS管電路，功率MOS管電路連接電位檢測(cè)比較電路，功率MOS管電路還串聯(lián)在負(fù)載的供電回路中，第一控制信號(hào)輸入端、第二控制信號(hào)輸入端、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端、第一隔離模塊、第二隔離模塊、第三隔離模塊、第四隔離模塊、功率MOS管電路、驅(qū)動(dòng)電路、單向?qū)刂齐娐泛碗娢粰z測(cè)比較電路均連接所述主控芯片，第一控制信號(hào)輸入端、第二控制信號(hào)輸入端、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端和第二狀態(tài)信號(hào)輸出端均與控制器連接。

所述主控芯片為單片機(jī)；所述第一隔離模塊包括光耦I(lǐng)C3，所示第一控制信號(hào)輸入端包括電阻R11，電阻R11的1腳連接所述控制器，電阻R11的2腳連接光耦I(lǐng)C3的1腳，光耦I(lǐng)C3的2腳連接所述控制器的電源端，光耦I(lǐng)C3的4腳連接+15V電源，光耦I(lǐng)C3的3腳連接所述主控芯片；所述第二隔離模塊包括光耦I(lǐng)C4，所示第二控制信號(hào)輸入端包括電阻R12，電阻R12的1腳連接所述控制器，電阻R12的2腳連接光耦I(lǐng)C4的1腳，光耦I(lǐng)C4的2腳連接所述控制器的電源端，光耦I(lǐng)C4的4腳連接+15V電源，光耦I(lǐng)C4的3腳連接所述主控芯片；所述第三隔離模塊包括光耦I(lǐng)C5，光耦I(lǐng)C5的4腳為所述第一狀態(tài)信號(hào)輸出端，光耦I(lǐng)C5的3腳連接所述控制器的電源端，光耦I(lǐng)C5的2腳連接所述主控芯片，光耦I(lǐng)C5的1腳連接+15V電源；所述第四隔離模塊包括光耦I(lǐng)C6，光耦I(lǐng)C6的4腳為所述第二狀態(tài)信號(hào)輸出端，光耦I(lǐng)C6的3腳連接所述控制器的電源端，光耦I(lǐng)C6的2腳連接所述主控芯片，光耦I(lǐng)C6的1腳連接+15V電源。

所述驅(qū)動(dòng)電路包括MOS功率器件及驅(qū)動(dòng)U1控制邏輯、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C2和二極管D1，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的2腳和3腳均連接所述主控芯片，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的1腳連接正電源，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的4腳連接地線，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的5腳連接地線，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的8腳連接+15V電源，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的7腳連接電阻R2的1腳，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的6腳通過電阻R3連接二極管D1的正極，二極管D1的正極還連接電阻R1的2腳，電阻R1的1腳連接所述主控芯片，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的8腳還通過電容C2連接地線，電阻R2的2腳和二極管D2的負(fù)極均連接所述功率MOS管電路。

所述功率MOS管電路包括電池正極輸入端BAT1、電池負(fù)極輸入端BAT2、負(fù)載接口KM、功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2、二極管D2、晶閘管Q3、電阻RTC1、電阻RTC2和電容C1，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極連接功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的源極連接功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極連接電池正極輸入端BAT1，電池正極輸入端BAT1還連接所述電位檢測(cè)比較電路，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極、源極和漏極均連接所述驅(qū)動(dòng)電路，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極還連接二極管D2的負(fù)極，二極管D2的正極通過電容C1連接電池負(fù)極輸入端BAT2，電池負(fù)極輸入端BAT2還連接所述電位檢測(cè)比較電路，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極連接負(fù)載接口KM，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極還連接所述電位檢測(cè)比較電路，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極還連接晶閘管Q3的陰極，晶閘管Q3的陽(yáng)極通過并聯(lián)在一起的電阻RTC1和電阻RTC2連接所述電池正極輸入端BAT1，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極和晶閘管Q3的門極均連接主控芯片，電池正極輸入端BAT1連接電池的正極，負(fù)載接口KM連接負(fù)載。

所述電位檢測(cè)比較電路包括電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R28和電阻R29，電阻R25的2腳、電阻R29的2腳和電阻R26的2腳均連接所述功率MOS管電路，電阻R21的1腳和電阻R22的1腳均連接所述主控芯片，電阻R21的2腳連接電阻R25的1腳，電阻R21的2腳還通過電阻R23連接電阻R27的1腳，電阻R22的2腳連接電阻R26的1腳，電阻R22的2腳還通過電阻R24連接電阻R27的1腳，電阻R27的2腳通過電阻R28連接電阻R29的1腳。

本實(shí)用新型的目的是提供一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)，解決傳統(tǒng)采用二極管管理電池的方案中，在使用中電能損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重的問題；解決了傳統(tǒng)采用二極管管理電池的方案中，在饋電母線電壓低于電池組端電壓時(shí)，電池組就會(huì)向外饋送電能的問題。本實(shí)用新型能防止并聯(lián)電池組間的環(huán)流、控制負(fù)載分配到子電池組、調(diào)控各電池組的充放電狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)電池組中的子電池組優(yōu)化運(yùn)行，讓其充分發(fā)揮自身的性能優(yōu)勢(shì)，從而延長(zhǎng)電池組的使用壽命，特別是可以讓性能差異大，甚至是不同容量的電池組并聯(lián)運(yùn)行。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的原理圖框圖；

圖2是本實(shí)用新型的第一控制信號(hào)輸入端、第二控制信號(hào)輸入端、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端、第一隔離模塊、第二隔離模塊、第三隔離模塊和第四隔離模塊的原理圖；

圖3是本實(shí)用新型的功率MOS管驅(qū)動(dòng)模塊的原理圖；

圖4是本實(shí)用新型的功率MOS管電路的原理圖；

圖5是本實(shí)用新型的電位檢測(cè)比較電路的原理圖；

圖中：

控制器1、第一控制信號(hào)輸入端2、第二控制信號(hào)輸入端3、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5、第四隔離模塊6、第三隔離模塊7、第二隔離模塊8、第一隔離模塊9、主控芯片10、電位檢測(cè)比較電路11、驅(qū)動(dòng)電路12、單向?qū)刂齐娐?3、功率MOS管電路14。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

如圖1-圖5所示的一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)，包括控制器1、主控芯片10、第一控制信號(hào)輸入端2、第二控制信號(hào)輸入端3、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5、第一隔離模塊9、第二隔離模塊8、第三隔離模塊7、第四隔離模塊6、驅(qū)動(dòng)電路12、功率MOS管電路14、單向?qū)刂齐娐?3和電位檢測(cè)比較電路11，第一控制信號(hào)輸入端2連接第一隔離模塊9，第二控制信號(hào)輸入端3連接第二隔離模塊8，第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4連接第三隔離模塊7，第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5連接第四隔離模塊6，單向?qū)刂齐娐?3連接驅(qū)動(dòng)電路12，驅(qū)動(dòng)電路12連接功率MOS管電路14，功率MOS管電路14連接電位檢測(cè)比較電路11，功率MOS管電路14還串聯(lián)在負(fù)載的供電回路中，第一控制信號(hào)輸入端2、第二控制信號(hào)輸入端3、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4、第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5、第一隔離模塊9、第二隔離模塊8、第三隔離模塊7、第四隔離模塊6、功率MOS管電路14、驅(qū)動(dòng)電路12、單向?qū)刂齐娐?3和電位檢測(cè)比較電路11均連接所述主控芯片10，第一控制信號(hào)輸入端2、第二控制信號(hào)輸入端3、第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4和第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5均與控制器1連接。

所述主控芯片10為單片機(jī)；所述第一隔離模塊9包括光耦I(lǐng)C3，所示第一控制信號(hào)輸入端2包括電阻R11，電阻R11的1腳連接所述控制器1，電阻R11的2腳連接光耦I(lǐng)C3的1腳，光耦I(lǐng)C3的2腳連接所述控制器1的電源端，光耦I(lǐng)C3的4腳連接+15V電源，光耦I(lǐng)C3的3腳連接所述主控芯片10；所述第二隔離模塊8包括光耦I(lǐng)C4，所示第二控制信號(hào)輸入端3包括電阻R12，電阻R12的1腳連接所述控制器1，電阻R12的2腳連接光耦I(lǐng)C4的1腳，光耦I(lǐng)C4的2腳連接所述控制器1的電源端，光耦I(lǐng)C4的4腳連接+15V電源，光耦I(lǐng)C4的3腳連接所述主控芯片10；所述第三隔離模塊7包括光耦I(lǐng)C5，光耦I(lǐng)C5的4腳為所述第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4，光耦I(lǐng)C5的3腳連接所述控制器1的電源端，光耦I(lǐng)C5的2腳連接所述主控芯片10，光耦I(lǐng)C5的1腳連接+15V電源；所述第四隔離模塊6包括光耦I(lǐng)C6，光耦I(lǐng)C6的4腳為所述第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5，光耦I(lǐng)C6的3腳連接所述控制器1的電源端，光耦I(lǐng)C6的2腳連接所述主控芯片10，光耦I(lǐng)C6的1腳連接+15V電源。

所述驅(qū)動(dòng)電路12包括MOS功率器件及驅(qū)動(dòng)U1控制邏輯、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容C2和二極管D1，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的2腳和3腳均連接所述主控芯片10，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的1腳連接正電源，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的4腳連接地線，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的5腳連接地線，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的8腳連接+15V電源，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的7腳連接電阻R2的1腳，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的6腳通過電阻R3連接二極管D1的正極，二極管D1的正極還連接電阻R1的2腳，電阻R1的1腳連接所述主控芯片10，MOS功率器件柵極驅(qū)動(dòng)芯片U1的8腳還通過電容C2連接地線，電阻R2的2腳和二極管D2的負(fù)極均連接所述功率MOS管電路14。

所述功率MOS管電路14包括電池正極輸入端BAT1、電池負(fù)極輸入端BAT2、負(fù)載接口KM、功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1、功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2、二極管D2、晶閘管Q3、電阻RTC1、電阻RTC2和電容C1，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極連接功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的柵極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的源極連接功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的源極，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的漏極連接電池正極輸入端BAT1，電池正極輸入端BAT1還連接所述電位檢測(cè)比較電路11，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極、源極和漏極均連接所述驅(qū)動(dòng)電路12，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q1的柵極還連接二極管D2的負(fù)極，二極管D2的正極通過電容C1連接電池負(fù)極輸入端BAT2，電池負(fù)極輸入端BAT2還連接所述電位檢測(cè)比較電路11，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極連接負(fù)載接口KM，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極還連接所述電位檢測(cè)比較電路11，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極還連接晶閘管Q3的陰極，晶閘管Q3的陽(yáng)極通過并聯(lián)在一起的電阻RTC1和電阻RTC2連接所述電池正極輸入端BAT1，功率場(chǎng)效應(yīng)管Q2的漏極和晶閘管Q3的門極均連接主控芯片10，電池正極輸入端BAT1連接電池的正極，負(fù)載接口KM連接負(fù)載。

所述電位檢測(cè)比較電路11包括電阻R21、電阻R22、電阻R23、電阻R24、電阻R25、電阻R26、電阻R27、電阻R28和電阻R29，電阻R25的2腳、電阻R29的2腳和電阻R26的2腳均連接所述功率MOS管電路14，電阻R21的1腳和電阻R22的1腳均連接所述主控芯片10，電阻R21的2腳連接電阻R25的1腳，電阻R21的2腳還通過電阻R23連接電阻R27的1腳，電阻R22的2腳連接電阻R26的1腳，電阻R22的2腳還通過電阻R24連接電阻R27的1腳，電阻R27的2腳通過電阻R28連接電阻R29的1腳。

實(shí)施例2：

一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)的控制方法是通過實(shí)施例1所述的一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)所實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟：

步驟1:控制器1通過第一控制信號(hào)輸入端2和第一隔離模塊9向主控芯片10發(fā)出第一控制信號(hào)SW_standby，控制器1通過第二控制信號(hào)輸入端3和第二隔離模塊8向主控芯片10發(fā)出第二控制信號(hào)SW_open，主控芯片10通過單向?qū)刂齐娐?3和驅(qū)動(dòng)電路12來控制功率MOS管電路14的動(dòng)作，功率MOS管電路14串聯(lián)在負(fù)載供電回路中，控制負(fù)載供電回路的導(dǎo)通或斷開；

步驟2：功率MOS管電路14將自身的狀態(tài)信號(hào)通過電位檢測(cè)比較電路11發(fā)送給主控芯片10，主控芯片10將功率MOS管電路14將自身的狀態(tài)信號(hào)處理成第一狀態(tài)信號(hào)SW_ALM和第二狀態(tài)信號(hào)SW_CLOSE，并將第一狀態(tài)信號(hào)SW_ALM通過第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4和第三隔離模塊7發(fā)送給控制器1，將第二狀態(tài)信號(hào)SW_CLOSE通過第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5和第四隔離模塊6發(fā)送給控制器1；

電池端為電池的正極輸入端BAT1，用VBAT表示；饋電端為負(fù)載接口KM，用Vfeed表示；電位參考地為所述功率MOS管電路14的地線，用GND表示；

步驟3：當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)輸入端2和第二控制信號(hào)輸入端3都沒有信號(hào)輸入時(shí)，主控芯片10控制功率MOS管電路14進(jìn)入“閉合”狀態(tài)，此時(shí)功率MOS管電路14使負(fù)載的供電回路導(dǎo)通，第一狀態(tài)信號(hào)輸出端4向控制器1發(fā)出“閉合”信號(hào)；

步驟4：當(dāng)?shù)诙刂菩盘?hào)輸入端3有輸入信號(hào)，且第一控制信號(hào)輸入端2無論處于任何狀態(tài)時(shí)，主控芯片10控制功率MOS管電路14進(jìn)入“斷開”狀態(tài)，此時(shí)功率MOS管電路14使負(fù)載的供電回路斷開，第二狀態(tài)信號(hào)輸出端5向控制器1發(fā)出“斷開”報(bào)警信息；

步驟5：當(dāng)功率MOS管電路14進(jìn)入“閉合”狀態(tài)時(shí)，主控芯片10通過電位檢測(cè)比較電路11監(jiān)測(cè)電池端VBAT與饋電端Vfeed之間的電壓，當(dāng)饋電端Vfeed不懸空或負(fù)載接口KM有電源接入時(shí)，主控芯片10控制功率MOS管電路14進(jìn)入“斷開”狀態(tài)，開關(guān)進(jìn)入第三態(tài)“備用”狀態(tài)。

當(dāng)開關(guān)處于“備用”狀態(tài)并且電池端VBAT與饋電端Vfeed之間電壓VBAT-VFeed<22V或44V時(shí)，主控芯片10控制功率MOS管電路14斷開負(fù)載供電回路，此時(shí)等效于功率MOS管電路14進(jìn)入“斷開”狀態(tài)；當(dāng)電池端VBAT與饋電端Vfeed之間電壓VBAT-VFeed>22V或44V時(shí)，主控芯片10控制功率MOS管電路14接通負(fù)載供電回路，此時(shí)等效于功率MOS管電路14進(jìn)入“閉合”狀態(tài)；當(dāng)饋電端Vfeed懸空沒有接線或負(fù)載接口KM無電源接入時(shí)，VFeed＝0V時(shí)，此時(shí)主控芯片10控制功率MOS管電路14不會(huì)從“閉合”工作狀態(tài)進(jìn)入“備用”工作狀態(tài)。

本實(shí)用新型的目的是提供一種電池組正極端專用的三狀態(tài)開關(guān)，解決傳統(tǒng)采用二極管管理電池的方案中，在使用中電能損耗大，發(fā)熱嚴(yán)重的問題；解決了傳統(tǒng)采用二極管管理電池的方案中，在饋電母線電壓低于電池組端電壓時(shí)，電池組就會(huì)向外饋送電能的問題。本實(shí)用新型能防止并聯(lián)電池組間的環(huán)流、控制負(fù)載分配到子電池組、調(diào)控各電池組的充放電狀態(tài)等，實(shí)現(xiàn)了并聯(lián)電池組中的子電池組優(yōu)化運(yùn)行，讓其充分發(fā)揮自身的性能優(yōu)勢(shì)，從而延長(zhǎng)電池組的使用壽命，特別是可以讓性能差異大，甚至是不同容量的電池組并聯(lián)運(yùn)行。