CN102593898A - 一种锂电池管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种锂电池管理系统，包括处理器、电源模块、电压采样模块、大电流检测及控制模块、小电流检测及控制模块、短路检测及控制模块、过流检测及控制模块、按键唤醒及检测模块、负载唤醒模块、电量显示模块、温度检测模块、充电器检测模块、放电口反向电动势吸收模块、充电开关及其控制模块。本发明提出的锂电池管理系统，可以有效降低功耗。本发明系统为一个锂电池电池包提供过充保护、过放保护、过流保护，短路保护、温度保护功能，并且提供电量显示功能，小电流检测禁止放电功能。整个电路在发生过放保护、过流保护、短路保护、温度保护、不充电不放电的情况或者是很小电流放电的情况任一情况发生时整个电路进入休眠状态。
Description
技术领域
本发明属于电池用电管理技术领域，涉及一种电池管理系统，尤其涉及一种锂电池管理系统。
背景技术
随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在近年逐步向其他产品应用领域发展。然而，现有的锂电池管理系统还存在一些不足，如现有的锂电池管理电路功耗较高。
如中国专利CN201110053928.2公开了一种无损锂电池均衡管理系统及方法。所述无损锂电池均衡管理系统包括至少两个电池模块，每个模块包括一个单体电池，一个均衡电路和一个单片机。所述单片机与所述单体电池及均衡电路连接用于获得单体电池电压和均衡电路的信息以提供相关控制与保护。均衡管理模块连接所述单片机，用于根据所述单片机提供的单体电池电压产生参考信号。每个所述电池模块中的单片机根据所述参考信号，控制所述均衡电路对所述单体电池执行均衡，均衡电路对需要均衡的单体电池进行分流或使其额外放电，以此获得均衡，同时将能量回收利用，提高了系统效率，并且降低功耗。本发明所公开的电池均衡管理系统和均衡管理方法适用于电池组的各种工作状态，具有结构简单、模块化结构、实用性强、能量回收利用的特点。
再如中国专利CN201010162444.7提出了一种锂电池管理系统，由以下模块组成：MCU(微处理)模块、电源模块、总电压采集模块、电流采集模块、绝缘检测模块、继电器控制及诊断模块、HANDSHAKE(握手信号)收发模块、CAN收发器模块、非挥发性记忆模块以及电池模块监控单元1、2....N。该管理系统能够对锂电池单体电压进行实时的监控，并对状态差异大的电池单体进行均衡控制，提高锂电池系统的一致性。同时，该管理系统还能对锂电池系统的总电压，工作电流、温度、绝缘状态及电池SOC\SOH进行综合的监测和管理，并通过CAN网络将数据实时的传送给整车其它电控系统。
上述方案均没有彻底解决锂电池管理电路的功耗问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种锂电池管理系统，可以有效降低功耗。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种锂电池管理系统，所述系统包括：处理器、电源模块、电压采样模块、大电流检测及控制模块、小电流检测及控制模块、短路检测及控制模块、过流检测及控制模块、按键唤醒及检测模块、负载唤醒模块、电量显示模块、温度检测模块、充电器检测模块、放电口反向电动势吸收模块、充电开关及其控制模块；所述处理器分别与电源模块、电压采样模块、大电流检测及控制模块、小电流检测及控制模块、短路检测及控制模块、过流检测及控制模块、按键唤醒及检测模块、负载唤醒模块、电量显示模块、温度检测模块、充电器检测模块、放电口反向电动势吸收模块、充电开关及其控制模块连接；
所述负载唤醒模块用以及时响应负载状态，快速唤醒处理器及电源模块的启动电路；
所述负载唤醒模块包括若干稳压管、若干电阻、MOS管M8、MOS管M9、电容C12，MOS管M8、MOS管M9与电容C12连接，MOS管M8连接WAKEUP网络；
所述负载唤醒模块与P-/C-网络连接，当P-/C-网络电平由低到高变化时，WAKE UP网络会产生一个固定宽度的低电平；当P-/C-网络电平由高到低变化时，MOS管M9会迅速放空电容C12的电量，为下次启动做好准备。
作为本发明的一种优选方案，所述负载唤醒模块包括稳压管Z3、稳压管Z4、稳压管Z5，电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38，MOS管M8、MOS管M9、电容C12；
稳压管Z3的1脚连接到P-/C-网络，稳压管Z3的2脚连接到电阻R35的1脚，电阻R35的2脚同时与稳压管Z4的2脚、电阻R36的1脚、MOS管M9的1脚栅极相连接，电阻R36的2脚连接到地，稳压管Z4的1脚同时与MOS管M9的3脚源极、电容C12的1脚相连接，MOS管M9的2脚漏极连接到R37的1脚，R37的2脚连接到地，电容C12的2脚同时与稳压管Z5的1脚、电阻R38的1脚、MOS管M8的1脚栅极相连接，稳压管Z5的2脚连接到地，电阻R38的2脚连接到地，MOS管M8的3脚源极连接到地，MOS管M8的2脚漏极连接到WAKE UP网络。
作为本发明的一种优选方案，所述小电流检测及控制模块用以检测系统中的小电流，当电流小于设定值时，大电流检测及控制模块关闭，由小电流检测及控制模块来检测电流大小。
作为本发明的一种优选方案，所述小电流检测及控制模块包括电阻R34、电阻R43、电阻R33、电阻RS3，MOS管M6、MOS管DMS3；
R34的1脚连接到DSG2网络，DSG2网络连接到MCU的4脚，R34的2脚同时与R43的1脚、M6的1脚栅极相连接，R43的2脚连接到5V网络，M6的3脚源极连接到地，M6的2脚漏极同时与R33的1脚、DMS3的4脚栅极相连接，R33的2脚连接到PULL网络，DMS3的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与RS3的1脚、OCN2网络连接，RS3的2脚连接到地，DMS3的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极同时连接到P-/C-网络。
作为本发明的一种优选方案，所述电源模块包括二极管D1、二极管D2，三极管Q1，稳压管Z1，MOS管M1、MOS管M2、MOS管NMOS，三端稳压电源U1，电阻R24、R3、R4、R5、R6、R7、R1、R2，电容C5、C6、C1、C2、C3、C4；
二极管D1的1脚连接到B+网络，B+网络连接到电池的总正极；二极管D1的2脚连接到三极管Q1的3脚发射极，二极管D1的2脚同时与二极管D2的2脚、电阻R24的1脚相连接，二极管D2的2脚连接到C+网络，C+网络是连接到充电器的正极；
三极管Q1的1脚基极同时与电阻R24的2脚、电阻R3的1脚相连接，电阻R3的2脚同时与MOS管M1的2脚漏极、MOS管M2的2脚漏极相连接；
MOS管M1的1脚栅极同时与电阻R4的1脚、电阻R5的1脚、电容C5的1脚相连接，MOS管M1的3脚源极连接到地，电阻R4的2脚连接到POWER网络，而POWER网络是连接到处理器的12脚，电阻R5的2脚连接到地，电容C5的2脚连接到地；
MOS管M2的1脚栅极同时与电阻R6的1脚、电阻R7的1脚、电容C6的1脚相连接，MOS管M2的3脚源极连接到地，电阻R6的2脚连接到C+网络，电阻R7的2脚连接到地，电容C6的2脚连接到地；
三极管Q1的2脚集电极同时与R1的1脚、R2的1脚相连接，R2的2脚同时与稳压管Z1的1脚、电容C1的1脚、MOS管NMOS的4脚栅极相连接，稳压管Z1的2脚连接到地，电容C1的2脚连接到地；
电阻R1的2脚同时与MOS管NMOS的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极相连接；
MOS管NMOS的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与电容C2的1脚、三端稳压电源U1的2脚输入脚相连接，电容C2的2脚连接到地，三端稳压电源U1的1脚接地脚连接到地，三端稳压电源U1的3脚输出脚同时与电容C3的1脚、电容C4的1脚、5V的网络相连接，电容C3的2脚连接到地，电容C4的2脚连接到地。
作为本发明的一种优选方案，电压采样模块包括MOS管M4、MOS管M5，电阻R8、R9、R17、R11、R12、R10，电容C8、C9；
MOS管M4的3脚源极与R8的1脚相连接，同时与B+网络连接，B+网络连接到电池的总正极；
MOS管M4的1脚栅极同时与电阻R8的2脚、电阻R17的1脚相连接，电阻R17的2脚连接到MOS管M5的2脚漏极，MOS管M5的3脚源极连接到地，MOS管M5的1脚栅极同时与电阻R11的1脚、R12的1脚、电容C8的1脚相连接，电阻R11的2脚连接到5V网络，电阻R12的2脚连接到地，电容C8的2脚连接到地；
MOS管M4的2脚漏极连接到R9的1脚，电阻R9的2脚同时与电阻R10的1脚、电容C9的1脚、VOT网络相连接，VOT网络连接到处理器的14脚，电阻R10的2脚连接到地，电容C9的2脚连接到地。
作为本发明的一种优选方案，所述大电流检测及控制模块包括电阻R31、R44、R28、R29、R30、R32、RS1、RS2，MOS管M7、MOS管DMS1、MOS管DMS2，三极管Q3、三极管Q4；
电阻R31的1脚连接到网络DSG1，MOS管DSG1网络连接到处理器的17脚，电阻R31的2脚同时与电阻R44的1脚、MOS管M7的1脚栅极相连接；
MOS管M7的3脚源极同时与三极管Q4的2脚集电极、电阻R32的1脚、MOS管DMS1的3脚源极、MOS管DMS2的3脚源极、电阻RS1的1脚、电阻RS2的1脚、OCN1网络相连接，电阻RS1的2脚连接到电阻RS2的2脚，同时连接到地；
MOS管M7的2脚漏极同时与三极管Q4的1脚基极、三极管Q3的1脚基极、电阻R28的1脚相连接，电阻R28的2脚同时与三极管Q3的2脚集电极、PULL网络相连接，三极管Q3的3脚发射极连接到电阻R29的1脚、电阻R29的2脚同时与电阻R30的1脚、电阻R32的2脚、MOS管DMS1的1脚栅极、MOS管DMS2的1脚栅极相连接，电阻R30的2脚连接到三极管Q4的3脚发射极，MOS管DMS1的2脚漏极、MOS管DMS2的2脚漏极同时连接到P-/C-网络。
作为本发明的一种优选方案，按键唤醒及检测模块包括常开按键SW1，电阻R14、R15，电容C15，MOS管M10；
常开按键SW1的1脚连接到B+网络，常开按键SW1的2脚连接到电阻R14的1脚，电阻R14的2脚同时与电容C15的1脚、R15的1脚、MOS管M10的1脚栅极相连接，电容C15的2脚连接到地，电阻R15的2脚连接到地，MOS管M10的3脚源极连接到地，MOS管M10的2脚漏极连接到WAKE UP网络。
一种锂电池管理系统，所述系统包括：处理器、电源模块、电压采样模块、负载唤醒模块、充电器检测模块；所述处理器分别与电源模块、电压采样模块、负载唤醒模块、充电器检测模块连接；
所述负载唤醒模块用以及时响应负载状态，快速唤醒处理器及电源模块的启动电路；
所述负载唤醒模块包括若干稳压管、若干电阻、MOS管M8、MOS管M9、电容C12，MOS管M8、MOS管M9与电容C12连接，MOS管M8连接WAKEUP网络；
所述负载唤醒模块与P-/C-网络连接，当P-/C-网络电平由低到高变化时，WAKE UP网络会产生一个固定宽度的低电平；当P-/C-网络电平由高到低变化时，MOS管M9会迅速放空电容C12的电量，为下次启动做好准备。
本发明的有益效果在于：本发明提出的锂电池管理系统，可以有效降低功耗。本发明系统为一个锂电池电池包提供过充保护、过放保护、过流保护，短路保护、温度保护功能，并且提供电量显示功能，小电流检测禁止放电功能。对外共有五个接口：B+(电池包的总正极)、B-(也就是地，电池包的总负极)、C+(充电器的正极)、P+(放电时负载的正极也是连接到电池包的总正极)、P-/C-(充电器的负极和放电时负载的负极)。整个电路在发生过放保护、过流保护、短路保护、温度保护、不充电不放电的情况或者是很小电流放电的情况任一情况发生时整个电路要进入休眠状态。进入休眠后的功耗极低，当充电器接上以后或者是放电负载接上以后又或者是按键按下以后要迅速唤醒整个电路，进行充电或者是放电，或者电量显示。
附图说明
图1为本发明锂电池管理系统的组成示意图。
图2为本发明系统电源模块的电路图。
图3为本发明系统电压采样模块的电路图。
图4为本发明系统大电流检测及控制模块的电路图。
图5为本发明系统小电流检测及控制模块的电路图。
图6为本发明系统短路检测及控制模块的电路图。
图7为本发明系统过流检测及控制模块的电路图。
图8为本发明系统按键唤醒及检测模块的电路图。
图9为本发明系统负载唤醒模块的电路图。
图10为本发明系统电量显示模块的电路图。
图11为本发明系统温度检测模块的电路图。
图12为本发明系统充电器检测模块的电路图。
图13为本发明系统放电口反向电动势吸收模块的电路图。
图14为本发明系统充电开关及其控制模块的电路图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例一
请参阅图1，本发明揭示了一种锂电池管理系统，所述系统包括：处理器MCU 1、电源模块2、电压采样模块3、大电流检测及控制模块4、小电流检测及控制模块5、短路检测及控制模块6、过流检测及控制模块7、按键唤醒及检测模块8、负载唤醒模块9、电量显示模块10、温度检测模块11、充电器检测模块12、放电口反向电动势吸收模块13、充电开关及其控制模块14。所述处理器MCU 1分别与电源模块2、电压采样模块3、大电流检测及控制模块4、小电流检测及控制模块5、短路检测及控制模块6、过流检测及控制模块7、按键唤醒及检测模块8、负载唤醒模块9、电量显示模块10、温度检测模块11、充电器检测模块12、放电口反向电动势吸收模块13、充电开关及其控制模块14连接。以下分别介绍各模块的组成。
工作原理说明：
整个电路是为一个锂电池电池包提供过充保护、过放保护、过流保护，短路保护、温度保护功能，并且提供电量显示功能，小电流检测禁止放电功能。对外共有五个接口：B+(电池包的总正极)、B-(也就是地，电池包的总负极)、C+(充电器的正极)、P+(放电时负载的正极也是连接到电池包的总正极)、P-/C-(充电器的负极和放电时负载的负极)。整个电路在发生过放保护、过流保护、短路保护、温度保护、不充电不放电的情况或者是很小电流放电的情况任一情况发生时整个电路要进入休眠状态。进入休眠后的功耗极低，当充电器接上以后或者是放电负载接上以后又或者是按键按下以后要迅速唤醒整个电路，进行充电或者是放电，或者电量显示。
图1中第1部分的MCU部分是整个电路的核心。
【电源模块】
电源模块为整个系统的供电部分，其电路如图2所示，这部分电路包括二极管D1、D2，三极管Q1，稳压管Z1，MOS管M1、M2、NMOS，三端稳压电源U1，电阻R24、R3、R4、R5、R6、R7、R1、R2，电容C5、C6、C1、C2、C3、C4。
D1的1脚连接到B+网络，B+网络连接到电池的总正极。D1的2脚连接到Q1的3脚发射极，D1的2脚同时与D2的2脚、R24的1脚相连接，D2的2脚连接到C+网络，C+网络是连接到充电器的正极。Q1的1脚基极同时与R24的2脚、R3的1脚相连接，R3的2脚同时与M1的2脚漏极、M2的2脚漏极相连接，M1的1脚栅极同时与R4的1脚、R5的1脚、C5的1脚相连接，M1的3脚源极连接到地，R4的2脚连接到POWER网络，而POWER网络是连接到MCU的12脚，R5的2脚连接到地，C5的2脚连接到地。M2的1脚栅极同时与R6的1脚、R7的1脚、C6的1脚相连接，M2的3脚源极连接到地，R6的2脚连接到C+网络，R7的2脚连接到地，C6的2脚连接到地。Q1的2脚集电极同时与R1的1脚、R2的1脚相连接，R2的2脚同时与Z1的1脚、C1的1脚、NMOS的4脚栅极相连接，Z1的2脚连接到地，C1的2脚连接到地。R1的2脚同时与NMOS的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极相连接。NMOS的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与C2的1脚、U1的2脚输入脚相连接，C2的2脚连接到地，U1的1脚接地脚连接到地，U1的3脚输出脚同时与C3的1脚、C4的1脚、5V的网络相连接，C3的2脚连接到地，C4的2脚连接到地。
如图2所示，电池包和充电器都可以为整个电路提供工作电源，电池包和充电器的正极电压分别通过一个二极管把电压加到Q1的发射极，然后通过控制WAKE UP网络的状态来实现Q1的发射极和集电极的通断。
当WAKE UP网络为低电平时，Q1的发射极和集电极导通。
当WAKE UP网络为高阻态时，Q1的发射极和集电极断开。
这部分电路中控制WAKE UP网络状态的有两个途径。
一是MCU输出的POWER信号。POWER网络的电平通过R4和R5的分压加到M1的栅极，POWER网络为高电平时，M1的漏极和M1的源极导通，M1的漏极也就是WAKE UP网络的电平被下拉到地，POWER为低电平时，M1的漏极和M1的源极截止，WAKE UP网络的状态为高阻态。整个电路被唤醒后就是MCU通过输出POWER信号为高电平，使得电路不会进入休眠。
二是充电器正极提供的C+信号，当充电器接上以后，充电器的正极电压通过R6和R7的分压后加到M2的栅极，使M2的漏极和M2的源极导通，M2的漏极也就是WAKE UP网络的电平被下拉到地，充电器没有接的情况下，M2的漏极也就是WAKE UP网络为高阻态。
M1和M2任一个管子的漏极被下拉到地时，WAKE UP网络的状态都为低电平。
Q1的发射极和集电极导通后，电池包提供的正极电源或充电器提供的正极电源就加到Q1的集电极，然后经过15V稳压管的稳压及NMOS的降压后加到三端稳压电源的输入端，三端稳压电源输出一个5V电平。
MCU在进入休眠前会使输出的POWER电平为低电平切断MCU本身的电源，实现低功耗。
【电压采样模块】
电压采样模块的电路如图3所示，包括MOS管M4、M5，电阻R8、R9、R17、R11、R12、R10，电容C8、C9。
M4的3脚源极与R8的1脚相连接，同时与B+网络连接，B+网络连接到电池的总正极。M4的1脚栅极同时与R8的2脚、R17的1脚相连接，R17的2脚连接到M5的2脚漏极，M5的3脚源极连接到地，M5的1脚栅极同时与R11的1脚、R12的1脚、C8的1脚相连接，R11的2脚连接到5V网络，R12的2脚连接到地，C8的2脚连接到地。M4的2脚漏极连接到R9的1脚，R9的2脚同时与R10的1脚、C9的1脚、VOT网络相连接，VOT网络连接到MCU的14脚，R10的2脚连接到地，C9的2脚连接到地。
如图3所示，电池包的正极电压通过一个P沟道的MOS管M4后再经R9和R10分压，分压后的电压信号经过C9的滤波输入到MCU的14脚。本部分电路中通过控制M5的漏极和源极的通断来控制M4源极和漏极的通断。
当M5的漏极为低电平时，M4的源极和漏极导通。开启电压采样。
当M5的漏极为高阻态时，M4的源极和漏极断开。禁止电压采样。
当整个电路没有休眠时，5V电源通过R11和R12的分压加到M5的栅极上，使得M5的漏极和源极导通，M5的漏极被下拉到地。使M4的源极和漏极导通，开启电压采样。当整个电路休眠后，5V电源被切断，M5的漏极和源极断开，使得M5的漏极处于高阻态，使M4的源极和漏极断开，禁止电压采样。
【大电流检测及控制模块】
大电流检测及控制模块的电路如图4所示，包括电阻R31、R44、R28、R29、R30、R32、RS1、RS2，MOS管M7、DMS1、DMS2，三极管Q3、Q4。
R31的1脚连接到网络DSG1，DSG1网络连接到MCU的17脚，R31的2脚同时与R44的1脚、M7的1脚栅极相连接。M7的3脚源极同时与Q4的2脚集电极、R32的1脚、DMS1的3脚源极、DMS2的3脚源极、RS1的1脚、RS2的1脚、OCN1网络相连接，RS1的2脚连接到RS2的2脚，同时连接到地。M7的2脚漏极同时与Q4的1脚基极、Q3的1脚基极、R28的1脚相连接，R28的2脚同时与Q3的2脚集电极、PULL网络相连接，Q3的3脚发射极连接到R29的1脚、R29的2脚同时与R30的1脚、R32的2脚、DMS1的1脚栅极、DMS2的1脚栅极相连接，R30的2脚连接到Q4的3脚发射极，DMS1的2脚漏极、DMS2的2脚漏极同时连接到P-/C-网络。
如图4所示，当有电流流过电阻RS1和RS2时，会在RS1和RS2上即OCN1网络的位置产生一定的压降，这个压降经过图1中第7部分电路的滤波以后输入到MCU。MCU会对此滤波后的电压信号进行判断，如果小于一定电压值，MCU输出的DSG1网络输出低电平，通过调整R44和R31的阻值，使M7的栅极处的分压不足以开启MOS管M7，使得M7的漏极和源极断开，此时Q3的集电极和发射极导通，Q4的发射极和集电极断开。PULL网络处的电压通过Q3集电极、Q3的发射极、R29加到DMS1和DMS2的栅极。使DMS1和DMS2的漏极和源极导通。如果MCU采样到RS1和RS2上的压降经滤波后的电压大于一定值，MCU输出的DSG1网络为高阻态，5V的电压通过R44加在M7的栅极，使得M7的漏极和源极导通，此时Q3的集电极和发射极断开，Q4的发射极和集电极导通，将DMS1和DMS2的栅极下拉到OCN1网络处的电平，而OCN1网络处的电平最多几十毫伏的电压，所以DMS1和DMS2的漏极和源极断开。当通过RS1和RS2上的电流很小时，在RS1和RS2上产生的压降也很小，此时MCU也会通过DSG1网络输出高阻态，5V的电压通过R44加在M7的栅极，使得M7的漏极和源极导通，此时Q3的集电极和发射极断开，Q4的发射极和集电极导通，将DMS1和DMS2的栅极下拉到OCN1网络处的电平，而OCN1网络处的电平最多几十毫伏的电压，所以DMS1和DMS2的漏极和源极断开。
【小电流检测及控制模块】
小电流检测及控制模块的电路如图5所示，包括电阻R34、R43、R33、RS3，MOS管M6、DMS3。
R34的1脚连接到DSG2网络，DSG2网络连接到MCU的4脚，R34的2脚同时与R43的1脚、M6的1脚栅极相连接，R43的2脚连接到5V网络，M6的3脚源极连接到地，M6的2脚漏极同时与R33的1脚、DMS3的4脚栅极相连接，R33的2脚连接到PULL网络，DMS3的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与RS3的1脚、OCN2网络连接，RS3的2脚连接到地，DMS3的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极同时连接到P-/C-网络。
如图5所示，整个电路的放电口有图1中第4部分大电流检测及控制部分无法检测到的很小电流流过时，MCU输出DSG1网络为高阻，使得图1中第4部分电路中的DMS1和DMS2的漏极和源极断开，然后MCU会将DSG2网络输出低电平，调整R43和R34的阻值，使得M6栅极分得的电压无法开启MOS管M6，M6的漏极和源极断开，PULL网络处的电压通过R33加在DMS3的4脚上，使得DMS3的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极和1脚源极、2脚源极、3脚源极导通，此时很小的电流就会流经RS3，由于RS3的阻值较大，OCN2网络处的电压信号经过图1中第7部分电路的滤波以后输入到MCU，MCU根据此滤波后的电压信号做出判断是否要对DSG1网络和DSG2网络处的电平做出调整。
【短路检测及控制模块】
短路检测及控制部分的电路如图6所示，包括电阻R25、R26、R27，电容C10，三极管Q2。
R25的1脚连接到5V网络，R25的2脚连接到Q2的2脚集电极，同时与SC网络连接，SC网络连接到MCU的6脚。Q2的3脚发射极连接到地，Q2的1脚基极同时与R27的1脚、R26的1脚、C10的1脚相连接，R27的2脚连接到OCN1网络，R26的2脚连接到地，C10的2脚连接到地。
如图6所示，当这个电路的放电口P+和P-/C-短路时，瞬间会有很大的电流流经图1中第4部分电路中的两个电阻。从而会在OCN1网络处产生较大的电压，OCN1网络处的电压经过R27和R26的分压后加在Q2的基极，使Q2的集电极和发射极导通，Q2的集电极被下拉到地，SC网络处的电压由原来的5V转为现在的低电平，并且SC网络处的反转信号输入到MCU。MCU接收到此反转信号后输出短路保护的信号。
【过流检测及控制模块】
过流检测电压滤波部分的电路如图7所示，包括电阻R13、R45，电容C17、C7。
R13的1脚连接到C17的1脚，同时与OC1网络连接，OC1网络连接到MCU的19脚，C17的2脚连接到地，R13的2脚连接到OCN1网络。R45的1脚连接到C7的1脚，同时与OC2网络连接，OC2网络连接到MCU的18脚，C7的2脚连接到地，R45的2脚连接到OCN2网络。
如图7所示，此部分电路中，OCN1网络处的电压是来自大电流流经图1中第4部分电路中的RS1和RS2上产生的电压信号。OCN2网络处的电压是来自小电流流经图1中第5部分电路中的RS3上产生的电压信号。OCN1网络处的电压经过R13和C17阻容滤波后输入到MCU，OCN2网络处的电压经过R45和C7阻容滤波后输入到MCU。
【按键唤醒及检测模块】
按键唤醒及检测部分的电路如图8所示，包括常开按键SW1，电阻R14、R15，电容C15，MOS管M10。
SW1的1脚连接到B+网络，SW1的2脚连接到R14的1脚，R14的2脚同时与C15的1脚、R15的1脚、M10的1脚栅极相连接，C15的2脚连接到地，R15的2脚连接到地，M10的3脚源极连接到地，M10的2脚漏极连接到WAKEUP网络。
如图8所示，按键SW1按下导通后，电池包电压经过R14和R15的分压，此处电压一是加到M10的栅极，M10的漏极和源极导通，使M10的漏极被下拉到低电平。此时WAKE UP网络处的电压为低电平，使图1中第2部分的电路中得Q1导通，电源开启，整个电路被唤醒，二是MCU被唤醒后，会检测到KEY网络处的分压信号，使MCU判断出按键已经按下，此时需要显示电量。
【负载唤醒模块】
负载唤醒部分的电路如图9所示，包括稳压管Z3、Z4、Z5，电阻R35、R36、R37、R38，MOS管M9、M8，电容C12。
Z3的1脚连接到P-/C-网络，Z3的2脚连接到R35的1脚，R35的2脚同时与Z4的2脚、R36的1脚、M9的1脚栅极相连接，R36的2脚连接到地，Z4的1脚同时与M9的3脚源极、C12的1脚相连接，M9的2脚漏极连接到R37的1脚，R37的2脚连接到地，C12的2脚同时与Z5的1脚、R38的1脚、M8的1脚栅极相连接，Z5的2脚连接到地，R38的2脚连接到地，M8的3脚源极连接到地，M8的2脚漏极连接到WAKE UP网络。
如图9所示，整个电路在正常工作没有休眠的时候，图1中第4部分电路中DMS1和DMS2的栅极都是高电平，DMS1和DMS2的漏极和源极处于导通状态，此时接上负载直接放电应用。当整个电路处于休眠状态时，图1中第2部分电路中的POWER处的电平为低电平，WAKE UP网络处为高阻态，图1中第15部分电路中DMS1和DMS2的栅极都是低电平，图1中第5部分电路中的DMS3的栅极也是低电平。此时接上负载时，放电负载正极口的电压也就是B+网络的电压通过放电负载加到P-/C-网络处，P-/C-网络处电压经过稳压管Z3、R35、Z4加到C12一端，对C12进行充电，由于电容两端的电压不能发生突变，所以C12另一端瞬间电压也是等于C12另一端的电压，通过调整R35和R38的阻值，产生在M8栅极上的电压可以使得M8的漏极和源极瞬间导通。这样就使WAKE UP网络处为低电平。从图1中第2部分知道WAKE UP网络处的电平为低电平时，能够使得Q1的发射极和集电极导通，唤醒整个电路。当负载接在放电口并且发生过放保护或过流保护或短路保护等要进入休眠前，MCU要做一段时间的延迟，使得C12电容充电完毕，如果没有这一段时间的延迟，将会出现进入休眠的瞬间会被再次唤醒。由于R35、R36、都是阻值很大的电阻，这样整个电路休眠后，即使放电负载一直接在放电口，也不会产生很大的功耗。Z3的作用是降低加在R35和R36上的一部分电压，从而降低功耗。负载接在放电口，发生过放保护或过流保护或者短路保护时，图1中第15部分电路中DMS1和DMS2漏极和源极会由MCU控制断开，B+网络处的电压就会瞬间加在P-/C-网络处，此时C12开始充电，移开放电负载后，再快速接上负载去唤醒整个电路，如果电容C12上的电荷放电太慢的话，这时候就会出现B+网络处的电压通过负载不能对C12进行充电。不能对C12进行充电，则M8栅极就不会产生足以使M8的漏极和源极导通的电压。WAKE UP网络处就没有低电平出现，所以就无法唤醒整个电路。解决这一问题就是利用M9来瞬间释放C12上的电荷，负载移除后，由于Z4的单向导电性，M9源极电压低于Z4的稳压值之后就无处泄电，而M9的栅极会通过R36电阻快速泄电，此时M9的源极和栅极之间就会电压差，这个电压差足以开启MOS管M9，使得M9的源极和漏极导通，瞬间将C12上的电荷快速放掉，从而保证了负载再次接上时能够唤醒整个电路。R35和R38分压开启M8，R36给M9的栅极提供泄电通路，R37给M9的源极和漏极限流。Z4一是利用其单向导电，另外一个作用是避免M9的源极和栅极之间的压差过大，损坏MOS管M9。Z5的作用是防止M8的栅极出现高压，损坏MOS管M8。
【电量显示模块】
电量显示部分的电路如图10所示，包括四个LED灯LED1、LED2、LED3、LED4，电阻R39、R40、R41、R42。
LED1的1脚、LED2的1脚、LED3的1脚、LED4的1脚同时连接到5V网络，LED1的2脚连接到R39的1脚，R39的2脚连接到LED1网络，LED1网络连接到MCU的8脚，LED2的2脚连接到R40的1脚，R40的2脚连接到LED2网络，LED2网络连接到MCU的9脚，LED3的2脚连接到R41的1脚，R41的2脚连接到LED3网络，LED3网络连接到MCU的7脚，LED4的2脚连接到R42的1脚，R42的2脚连接到LED4网络，LED4网络连接到MCU的5脚。
如图10所示，MCU通过对LED1网络、LED2网络、LED3网络、LED4网络输出高低电平的变化来控制LED1、LED2、LED3、LED4四个LED灯的亮灭。
【温度检测模块】
温度检测部分的电路如图11所示，包括电阻R16，温度传感器RT1，电容C16。
R16的1脚连接到5V网络，R16的2脚同时与RT1的1脚、C16的1脚、temp网络相连接，temp网络连接到MCU的16脚，RT1的2脚和C16的2脚同时连接到地。
如图11所示，5V电源经过R16和温度传感器RT1的分压，将temp网络处分得的电压信号经过C16滤波后输入到MCU。
【充电器检测模块】
充电器检测部分的电路如图12所示，包括电阻R18、R19。
R18的1脚连接到C+网络，R18的2脚同时与R19的1脚、CTEST网络相连接。CTEST网络连接到MCU的13脚，R19的2脚连接到地。
如图12所示，充电器接上来以后，会在R18和R19连接处即CTEST网络处产生一个电压信号，MCU通过检测是否有此电压信号来判断充电器是否接上。
【放电口反向电动势吸收模块】
放电口反向电动势吸收模块的电路如图13所示，包括二极管DC2、电容C13、C14。
DC2的2脚、C13的1脚同时连接到B+网络，DC2的1脚连接到P-/C-网络，同时DC2的1脚也连接到C14的2脚，C13的2脚连接到C14的1脚。
如图13所示，放电口的负载一般为电机等感性负载，在图1中第15部分电路中DMS1和DMS2的漏极和源极断开的瞬间，放电口P+和P-/C-之间会产生较大的反向电动势，反向电动势可通过此部分电路中的二极管DC2、电容C13、C14来吸收。
【充电开关及其控制模块】
充电开关及其控制部分的电路如图14所示包括二极管DC1，MOS管CMS1、M3，稳压管Z2，电阻R20、R21、R22、R23，电容C11。
DC1的2脚连接到B+网络，DC1的1脚同时与CMS1的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极相连接，CMS1的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与Z2的1脚、R20的1脚、C+网络相连接。CMS1的4脚栅极同时与Z2的2脚、R20的2脚、R21的1脚相连接，R21的2脚连接到M3的2脚漏极，M3的1脚栅极同时与C11的1脚、R22的1脚、R23的1脚相连接，M3的3脚源极连接到地，C11的2脚连接到地，R23的2脚连接到地，R22的2脚连接到CHG网络。
如图14所示，MCU输出的CHG网络处的电压为高电平时，CHG网络处的电压就会通过R22和R23的分压加到M3的栅极上，使得M3的漏极和源极导通，M3的漏极就会被下拉到低电平，此时当充电器接在充电口时，C+网络处的电压就会在R20上产生压降，通过调整R20和R21的值，能使得这个压降可以开启MOS管CMS1，这样CMS1的源极和漏极就会导通，开始充电。MCU输出的CHG网络处的电压为低电平时，M3的栅极上的电压为零，使得M3的漏极和源极断开，M3的漏极处于高阻状态，此时就算充电器接在充电口时，R20上没有压降，CMS1的栅极和源极之间没有压差，这样CMS1的源极和漏极就会断开，禁止充电。DC1在此处可防止充电器反接损坏电路中的期间，并可降低功耗。
综上所述，本发明提出的锂电池管理系统，可以有效降低功耗。本发明系统为一个锂电池电池包提供过充保护、过放保护、过流保护，短路保护、温度保护功能，并且提供电量显示功能，小电流检测禁止放电功能。对外共有五个接口：B+(电池包的总正极)、B-(也就是地，电池包的总负极)、C+(充电器的正极)、P+(放电时负载的正极也是连接到电池包的总正极)、P-/C-(充电器的负极和放电时负载的负极)。整个电路在发生过放保护、过流保护、短路保护、温度保护、不充电不放电的情况或者是很小电流放电的情况任一情况发生时整个电路要进入休眠状态。进入休眠后的功耗极低，当充电器接上以后或者是放电负载接上以后又或者是按键按下以后要迅速唤醒整个电路，进行充电或者是放电，或者电量显示。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (9)
1.一种锂电池管理系统，其特征在于，所述系统包括：处理器、电源模块、电压采样模块、大电流检测及控制模块、小电流检测及控制模块、短路检测及控制模块、过流检测及控制模块、按键唤醒及检测模块、负载唤醒模块、电量显示模块、温度检测模块、充电器检测模块、放电口反向电动势吸收模块、充电开关及其控制模块；所述处理器分别与电源模块、电压采样模块、大电流检测及控制模块、小电流检测及控制模块、短路检测及控制模块、过流检测及控制模块、按键唤醒及检测模块、负载唤醒模块、电量显示模块、温度检测模块、充电器检测模块、放电口反向电动势吸收模块、充电开关及其控制模块连接；
所述负载唤醒模块用以及时响应负载状态，快速唤醒处理器及电源模块的启动电路；
所述负载唤醒模块包括若干稳压管、若干电阻、MOS管M8、MOS管M9、电容C12，MOS管M8、MOS管M9与电容C12连接，MOS管M8连接WAKE UP网络；
所述负载唤醒模块与P-/C-网络连接，当P-/C-网络电平由低到高变化时，WAKE UP网络会产生一个固定宽度的低电平；当P-/C-网络电平由高到低变化时，MOS管M9会迅速放空电容C12的电量，为下次启动做好准备。
2.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
所述负载唤醒模块包括稳压管Z3、稳压管Z4、稳压管Z5，电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38，MOS管M8、MOS管M9、电容C12；
稳压管Z3的1脚连接到P-/C-网络，稳压管Z3的2脚连接到电阻R35的1脚，电阻R35的2脚同时与稳压管Z4的2脚、电阻R36的1脚、MOS管M9的1脚栅极相连接，电阻R36的2脚连接到地，稳压管Z4的1脚同时与MOS管M9的3脚源极、电容C12的1脚相连接，MOS管M9的2脚漏极连接到R37的1脚，R37的2脚连接到地，电容C12的2脚同时与稳压管Z5的1脚、电阻R38的1脚、MOS管M8的1脚栅极相连接，稳压管Z5的2脚连接到地，电阻R38的2脚连接到地，MOS管M8的3脚源极连接到地，MOS管M8的2脚漏极连接到WAKE UP网络。
3.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
所述小电流检测及控制模块用以检测系统中的小电流，当电流小于设定值时，大电流检测及控制模块关闭，由小电流检测及控制模块来检测电流大小。
4.根据权利要求3所述的锂电池管理系统，其特征在于：
所述小电流检测及控制模块包括电阻R34、电阻R43、电阻R33、电阻RS3，MOS管M6、MOS管DMS3；
R34的1脚连接到DSG2网络，DSG2网络连接到MCU的4脚，R34的2脚同时与R43的1脚、M6的1脚栅极相连接，R43的2脚连接到5V网络，M6的3脚源极连接到地，M6的2脚漏极同时与R33的1脚、DMS3的4脚栅极相连接，R33的2脚连接到PULL网络，DMS3的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与RS3的1脚、OCN2网络连接，RS3的2脚连接到地，DMS3的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极同时连接到P-/C-网络。
5.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
所述电源模块包括二极管D1、二极管D2，三极管Q1，稳压管Z1，MOS管M1、MOS管M2、MOS管NMOS，三端稳压电源U1，电阻R24、R3、R4、R5、R6、R7、R1、R2，电容C5、C6、C1、C2、C3、C4；
二极管D1的1脚连接到B+网络，B+网络连接到电池的总正极；二极管D1的2脚连接到三极管Q1的3脚发射极，二极管D1的2脚同时与二极管D2的2脚、电阻R24的1脚相连接，二极管D2的2脚连接到C+网络，C+网络是连接到充电器的正极；
三极管Q1的1脚基极同时与电阻R24的2脚、电阻R3的1脚相连接，电阻R3的2脚同时与MOS管M1的2脚漏极、MOS管M2的2脚漏极相连接；
MOS管M1的1脚栅极同时与电阻R4的1脚、电阻R5的1脚、电容C5的1脚相连接，MOS管M1的3脚源极连接到地，电阻R4的2脚连接到POWER网络，而POWER网络是连接到处理器的12脚，电阻R5的2脚连接到地，电容C5的2脚连接到地；
MOS管M2的1脚栅极同时与电阻R6的1脚、电阻R7的1脚、电容C6的1脚相连接，MOS管M2的3脚源极连接到地，电阻R6的2脚连接到C+网络，电阻R7的2脚连接到地，电容C6的2脚连接到地；
三极管Q1的2脚集电极同时与R1的1脚、R2的1脚相连接，R2的2脚同时与稳压管Z1的1脚、电容C1的1脚、MOS管NMOS的4脚栅极相连接，稳压管Z1的2脚连接到地，电容C1的2脚连接到地；
电阻R1的2脚同时与MOS管NMOS的5脚漏极、6脚漏极、7脚漏极、8脚漏极相连接；
MOS管NMOS的1脚源极、2脚源极、3脚源极同时与电容C2的1脚、三端稳压电源U1的2脚输入脚相连接，电容C2的2脚连接到地，三端稳压电源U1的1脚接地脚连接到地，三端稳压电源U1的3脚输出脚同时与电容C3的1脚、电容C4的1脚、5V的网络相连接，电容C3的2脚连接到地，电容C4的2脚连接到地。
6.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
电压采样模块包括MOS管M4、MOS管M5，电阻R8、R9、R17、R11、R12、R10，电容C8、C9；
MOS管M4的3脚源极与R8的1脚相连接，同时与B+网络连接，B+网络连接到电池的总正极；
MOS管M4的1脚栅极同时与电阻R8的2脚、电阻R17的1脚相连接，电阻R17的2脚连接到MOS管M5的2脚漏极，MOS管M5的3脚源极连接到地，MOS管M5的1脚栅极同时与电阻R11的1脚、R12的1脚、电容C8的1脚相连接，电阻R11的2脚连接到5V网络，电阻R12的2脚连接到地，电容C8的2脚连接到地；
MOS管M4的2脚漏极连接到R9的1脚，电阻R9的2脚同时与电阻R10的1脚、电容C9的1脚、VOT网络相连接，VOT网络连接到处理器的14脚，电阻R10的2脚连接到地，电容C9的2脚连接到地。
7.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
所述大电流检测及控制模块包括电阻R31、R44、R28、R29、R30、R32、RS1、RS2，MOS管M7、MOS管DMS1、MOS管DMS2，三极管Q3、三极管Q4；
电阻R31的1脚连接到网络DSG1，MOS管DSG1网络连接到处理器的17脚，电阻R31的2脚同时与电阻R44的1脚、MOS管M7的1脚栅极相连接；
MOS管M7的3脚源极同时与三极管Q4的2脚集电极、电阻R32的1脚、MOS管DMS1的3脚源极、MOS管DMS2的3脚源极、电阻RS1的1脚、电阻RS2的1脚、OCN1网络相连接，电阻RS1的2脚连接到电阻RS2的2脚，同时连接到地；
MOS管M7的2脚漏极同时与三极管Q4的1脚基极、三极管Q3的1脚基极、电阻R28的1脚相连接，电阻R28的2脚同时与三极管Q3的2脚集电极、PULL网络相连接，三极管Q3的3脚发射极连接到电阻R29的1脚、电阻R29的2脚同时与电阻R30的1脚、电阻R32的2脚、MOS管DMS1的1脚栅极、MOS管DMS2的1脚栅极相连接，电阻R30的2脚连接到三极管Q4的3脚发射极，MOS管DMS1的2脚漏极、MOS管DMS2的2脚漏极同时连接到P-/C-网络。
8.根据权利要求1所述的锂电池管理系统，其特征在于：
按键唤醒及检测模块包括常开按键SW1，电阻R14、R15，电容C15，MOS管M10；
常开按键SW1的1脚连接到B+网络，常开按键SW1的2脚连接到电阻R14的1脚，电阻R14的2脚同时与电容C15的1脚、R15的1脚、MOS管M10的1脚栅极相连接，电容C15的2脚连接到地，电阻R15的2脚连接到地，MOS管M10的3脚源极连接到地，MOS管M10的2脚漏极连接到WAKE UP网络。
9.一种锂电池管理系统，其特征在于，所述系统包括：处理器、电源模块、电压采样模块、负载唤醒模块、充电器检测模块；所述处理器分别与电源模块、电压采样模块、负载唤醒模块、充电器检测模块连接；
所述负载唤醒模块用以及时响应负载状态，快速唤醒处理器及电源模块的启动电路；
所述负载唤醒模块包括若干稳压管、若干电阻、MOS管M8、MOS管M9、电容C12，MOS管M8、MOS管M9与电容C12连接，MOS管M8连接WAKE UP网络；
所述负载唤醒模块与P-/C-网络连接，当P-/C-网络电平由低到高变化时，WAKE UP网络会产生一个固定宽度的低电平；当P-/C-网络电平由高到低变化时，MOS管M9会迅速放空电容C12的电量，为下次启动做好准备。
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