CN102593795A - 多串大功率锂电池控制板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多串大功率锂电池控制板，包括单片机控制模块、均衡电路、电池管理模块和LCD显示模块；单片机控制模块的侦测电池组的电压，电池管理模块传信于单片机控制模块；该电池管理模块的端通过第一、二热敏电阻侦测电池组温度以及侦测流经电阻电流，电池组正极连接充放电共用正极连接端，电池组负极依次通过电阻、第一场效应管连接放电负极连接端后再通过第二场效应管连接充电负极连接端；单片机控制模块通过控制第一、二场效应管通断对电池组进行充放电控制，LCD显示模块受单片机控制模块控制。采用电池管理模块使电流、温度、容量侦测更加精确；采用单片机控制模块为核心，精确高效，提高了电池的均衡性和延长了电池循环寿命。

Description

多串大功率锂电池控制板
技术领域
本发明涉及一种电池控制板，尤其是一种多串大功率锂电池控制板。
背景技术
锂离子电池在使用过程中容易出现一些异常，如过充、过放现象；如果出现过充，电池会鼓胀，严重时可能会起火或爆炸；如果出现过放电，轻则缩短电池使用寿命，重则彻底丧失充放电功能使电池永久失效。目前的锂离子电池有配合过充、过放保护电路的，仅在过放后切断电池向负载的供电，但在使用过程中出现其他问题时没有任何警示，不利于电池质量的改善。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种多串大功率锂电池控制板，可适用于大功率锂电池组，实时监测电池组工作状况，在电池工作异常时切断负载并及时报警。
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多串大功率锂电池控制板，包括单片机控制模块、均衡电路、电池管理模块和LCD显示模块；单片机控制模块的电压侦测端连接电池组的正极，且单片机控制模块通过均衡电路连接电池组的负极；该电池管理模块传信于单片机控制模块；该电池管理模块的电池温度侦测端通过第一热敏电阻连接电池组的负极，且其控制板温度侦测端通过第二热敏电阻连接电池组的负极；该电池管理模块的电流侦测端同时连接电阻两端，电池组正极连接充放电共用正极连接端，电池组负极依次通过电阻、第一场效应管连接放电负极连接端后再通过第二场效应管连接充电负极连接端；所述单片机控制模块的放电控制端控制第一场效应管通断，且其充电控制端控制第二场效应管通断；该LCD显示模块受控连接于单片机控制模块上。
作为本发明的进一步改进，该锂电池控制板还包括有存储芯片，该存储芯片连接单片机控制模块的数据输出端，且该存储芯片连接一I2C传输接口。
作为本发明的进一步改进，该锂电池控制板还包括有保险丝，所述电池组的正极通过该保险丝连接充放电共用正极连接端。
多串大功率锂电池控制板具有电池充放电保护、电量精确计量、电芯均衡、数据传输等多种功能；适用于电动自行车、电动摩托车、电动工具等多种场合，具有保护安全性能高、输出功率大、使用功能多、电池使用寿命长等特点。
本发明的主要功能和原理介绍如下：
1.充电保护：在电池组充电过程中，单片机控制模块对每颗电芯进行电压侦测，将电压模拟信号通过A/D转换为数字信号，与设定的过充保护点进行比对，当任一颗电芯电压高于过充保护值时，且延迟时间超过过充延迟时间，单片机控制模块控制关闭第二场效应管，充电停止。
2.放电保护：在电池组放电过程中，单片机控制模块对每颗电芯进行电压侦测，将电压模拟信号通过A/D转换为数字信号，与设定的过放保护点进行比对，当任一颗电芯电压低于过放保护值时，且延迟时间超过过放延迟时间，单片机控制模块控制关闭第一场效应管，放电停止。
3.过电流/短路保护：在电池组充放电过程中，电池管理模块侦测电阻两端电压，并将电压信号通过A/D转换为数字信号存放在其指定地址寄存器中，单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据获取电流信息；当出现异常导致负载电流过大或短路时，单片机控制模块控制切断第一、二场效应管，充放电截止。
4.过温度保护：第一、二热敏电阻分别侦测控制板和电芯的温度，第一、二热敏电阻的阻值随温度的增高成一定比率的下降；电池管理模块通过侦测第一、二热敏电阻的电压计算出温度，存放在其指定地址寄存器中；单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据获取温度信息，若控制板或电池组温度高于设定值，则单片机控制模块控制关闭第一、二场效应管，充放电截止。
5.容量侦测：电池管理芯片通过充放电电流和充放电时间计量电池容量：充电时，容量增加，放电时，容量降低；并根据放电电流倍率，温度系数做补偿；容量数据存储在其指定地址寄存器中，单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据，获取容量信息。
6.电芯均衡：电池组在充电过程中，单片机控制模块实时侦测每颗电芯电压，当电芯间最大压差超出设定值时，单片机控制模块控制电阻与该电压高的电芯并联分流，实现电芯电压高的充电电流小于电芯电压低的充电电流，以此实现均衡效果。
7.LCD显示：单片机控制模块传输数据给LCD显示模块，显示电池容量、电压、温度、电流、均衡性等数据。
8.数据通讯：单片机控制模块定期将电池容量、电压、电流等数据发送存储在存储芯片中，外界可用I2C通讯协议读取存储芯片内相关数据，进行其它操作。
本发明的有益效果是：采用电池管理模块使电流、温度、容量侦测更加精确；采用单片机控制模块为核心，均衡电路可使用程序控制，更加精确高效，提高了电池的均衡性和延长了电池循环寿命；有过流、过压、过温保护，软件硬件双重保护，安全性能更高；外置LCD显示和数据输出功能；单片机程序化设计，性能稳定，功能多。
附图说明
图1为本发明的电路控制原理示意图。
具体实施方式
实施例：一种多串大功率锂电池控制板，包括单片机控制模块1、均衡电路3、电池管理模块4和LCD显示模块5；单片机控制模块1的电压侦测端连接电池组6的正极，且单片机控制模块1通过均衡电路3连接电池组6的负极；该电池管理模块4传信于单片机控制模块1；该电池管理模块4的电池温度侦测端通过第一热敏电阻NTC1连接电池组6的负极，且其控制板温度侦测端通过第二热敏电阻NTC2连接电池组6的负极；该电池管理模块4的电流侦测端同时连接电阻RS两端，电池组6正极连接充放电共用正极连接端PACK+，电池组6负极依次通过电阻RS、第一场效应管MOS1连接放电负极连接端GND后再通过第二场效应管MOS2连接充电负极连接端Charge-；所述单片机控制模块1的放电控制端控制第一场效应管MOS1通断，且其充电控制端控制第二场效应管MOS2通断；该LCD显示模块5受控连接于单片机控制模块1上。
该锂电池控制板还包括有存储芯片2，该存储芯片2连接单片机控制模块1的数据输出端，且该存储芯片2连接一I2C传输接口。
该锂电池控制板还包括有保险丝F，所述电池组6的正极通过该保险丝F连接充放电共用正极连接端PACK+。
多串大功率锂电池控制板具有电池充放电保护、电量精确计量、电芯均衡、数据传输等多种功能；适用于电动自行车、电动摩托车、电动工具等多种场合，具有保护安全性能高、输出功率大、使用功能多、电池使用寿命长等特点。
本发明的主要功能和原理介绍如下：
1.充电保护：在电池组充电过程中，单片机控制模块对每颗电芯进行电压侦测，将电压模拟信号通过A/D转换为数字信号，与设定的过充保护点进行比对，当任一颗电芯电压高于过充保护值时，且延迟时间超过过充延迟时间，单片机控制模块控制关闭第二场效应管，充电停止。
2.放电保护：在电池组放电过程中，单片机控制模块对每颗电芯进行电压侦测，将电压模拟信号通过A/D转换为数字信号，与设定的过放保护点进行比对，当任一颗电芯电压低于过放保护值时，且延迟时间超过过放延迟时间，单片机控制模块控制关闭第一场效应管，放电停止。
3.过电流/短路保护：在电池组充放电过程中，电池管理模块侦测电阻两端电压，并将电压信号通过A/D转换为数字信号存放在其指定地址寄存器中，单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据获取电流信息；当出现异常导致负载电流过大或短路时，单片机控制模块控制切断第一、二场效应管，充放电截止。
4.过温度保护：第一、二热敏电阻分别侦测控制板和电芯的温度，第一、二热敏电阻的阻值随温度的增高成一定比率的下降；电池管理模块通过侦测第一、二热敏电阻的电压计算出温度，存放在其指定地址寄存器中；单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据获取温度信息，若控制板或电池组温度高于设定值，则单片机控制模块控制关闭第一、二场效应管，充放电截止。
5.容量侦测：电池管理芯片通过充放电电流和充放电时间计量电池容量：充电时，容量增加，放电时，容量降低；并根据放电电流倍率，温度系数做补偿；容量数据存储在其指定地址寄存器中，单片机控制模块通过I2C通讯协议读取相关寄存器数据，获取容量信息。
6.电芯均衡：电池组在充电过程中，单片机控制模块实时侦测每颗电芯电压，当电芯间最大压差超出设定值时，单片机控制模块控制电阻与该电压高的电芯并联分流，实现电芯电压高的充电电流小于电芯电压低的充电电流，以此实现均衡效果。
7.LCD显示：单片机控制模块传输数据给LCD显示模块，显示电池容量、电压、温度、电流、均衡性等数据。
8.数据通讯：单片机控制模块定期将电池容量、电压、电流等数据发送存储在存储芯片中，外界可用I2C通讯协议读取存储芯片内相关数据，进行其它操作。
本例主要电器参数如下表：
Figure BDA0000043791870000071

Claims (3)

1.一种多串大功率锂电池控制板，其特征在于：包括单片机控制模块(1)、均衡电路(3)、电池管理模块(4)和LCD显示模块(5)；单片机控制模块(1)的电压侦测端连接电池组(6)的正极，且单片机控制模块通过均衡电路(3)连接电池组(6)的负极；该电池管理模块(4)传信于单片机控制模块(1)；该电池管理模块(4)的电池温度侦测端通过第一热敏电阻(NTC1)连接电池组的负极，且其控制板温度侦测端通过第二热敏电阻(NTC2)连接电池组的负极；该电池管理模块(4)的电流侦测端同时连接电阻(RS)两端，电池组(6)正极连接充放电共用正极连接端(PACK+)，电池组(6)负极依次通过电阻(RS)、第一场效应管(MOS1)连接放电负极连接端(GND)后再通过第二场效应管(MOS2)连接充电负极连接端(Charge-)；所述单片机控制模块(1)的放电控制端控制第一场效应管通断，且其充电控制端控制第二场效应管通断；该LCD显示模块(5)受控连接于单片机控制模块(1)上。
2.根据权利要求1所述的多串大功率锂电池控制板，其特征在于：该锂电池控制板还包括有存储芯片(2)，该存储芯片(2)连接单片机控制模块(1)的数据输出端，且该存储芯片(2)连接一I2C传输接口。
3.根据权利要求1所述的多串大功率锂电池控制板，其特征在于：该锂电池控制板还包括有保险丝(F)，所述电池组(6)的正极通过该保险丝(F)连接充放电共用正极连接端(PACK+)。
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