CN102832660A - 一种具有自动充放电保护功能的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自动充放电保护功能的电路，包括有串联的电池组、电压采集电路、充放电保护电路、控制模块、充电机和用电负载，电压采集电路一端通过电压检测排线分别与电池组的各个单体电池的正负极相连接，另一端与控制模块的输入端口相连，用电负载一端与电池组总正极相连，另一端与放电负端口相连，充电机一端与电池组总正极相连，另一端与充电负端口相连，充放电保护电路的两个控制端分别与控制模块的两个输出端口相连；充放电保护电路包括有充电保护电路、放电保护电路和充放电继电器控制电路，充放电继电器控制电路分别采用三极管驱动充电继电器、放电继电器。本发明体积小、成本低、安全性高，不需要人工操作，降低了操作人员的工作危险。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其是电动汽车锂电池的充放电保护电路，具体为一种具有自动充放电保护功能的电路。
背景技术
电动汽车发展的关键技术是动力锂电池。大量锂电池串联组成锂电池组，为电动汽车提供动力。锂电池能量密度高，难以确保电池的安全性，在过度充电的状态下，电池温度上升后能量过剩，于是电解液分解产生气体，容易使内压上升而产生自燃和破裂的危险；反之，在过度放电的状态下，电解液因分解导致电池特性及耐压劣化，降低可充电次数。因此锂电池的过度充电和过度放电的保护很重要，所以应该设计一种具有自动充放电功能的保护电路。
目前，单节锂电池充放电保护电路已经比较成熟，如图1所示为常见单节锂电池充放电电压检测模块原理图。该模块电路包括过充电压比较器1，过放电压比较器2，逻辑判断控制电路，充电开关和放电开关等组成锂电池检测充放电保护电路。检测比较器1,2检测到锂电池B1的电位后，将被检测的锂电池的电位与检测比较器1,2内置的电压基准比较，然后将比较结果输出给逻辑判断控制电路，逻辑判断控制电路按照事先设定的数值和控制程序去控制充电开关和放电开关的通断。
正常充放电工作时：单节锂电池充放电电压检测模块的逻辑判断控制电路输出引脚C0，DO均为高电平，使充电开关和放电开关均导通，单节电池按正常的充放电进行工作。若单节锂电池充放电电压检测模块检测到过充电压或者过放电压时，逻辑判断控制电路输出引脚C0或者D0为低电平，使充电开关或者放电开关关断，从而实现对单节锂电池过充电压或者过放电压等进行控制和检测，达到保护锂电池使用的安全和延长锂电池组的使用寿命。
因单节电池容量有限，电压有限，难以满足用户的需求。故锂电池一般采用串并联使用，组成串并联电池组，以增加锂电池的输出功率，满足用户的实际需求。目前，锂电池组充放电安全集成电路耐压仅仅24V，多节锂电池组的电压超过24V，则安全保护集成电路不易使用。对锂电池组充放电安全保护集成电路仅能保护8节左右，若锂电池组内单节电池数多于8节则保护困难，控制成本比较高。
发明内容
针对目前锂电池组进行充放电保护的问题，本发明提出了一种简单的具有自动充放电保护功能的电路，并且具有体积小，成本低，安全性高的特点，另外，它不需要人工去操作，因此降低了操作人员的工作危险。
本发明采用的技术方案是：
具有自动充放电保护功能的电路，其特征在于：包括有串联的电池组、电压采集电路、充放电保护电路、控制模块、充电机和用电负载，电压采集电路一端通过电压检测排线分别与电池组的各个单体电池的正负极相连接，另一端与控制模块的输入端口C1相连，用电负载一端F+与电池组总正极Vbat+相连，另一端F-与放电负端口DIS-相连，充电机一端P+与电池组总正极Vbat+相连，另一端P-与充电负端口CHG-相连，充放电保护电路的两个控制端分别与控制模块的两个输出端口CHGCTRL、DISCTRL相连；所述的充放电保护电路包括有充电保护电路、放电保护电路和充放电继电器控制电路，充放电继电器控制电路分别采用三极管Q1、Q2驱动充电继电器RL1、放电继电器RL2，充电继电器RL1、放电继电器RL2的线圈分别作为三极管Q1、Q2的集电极的负载而接到三极管Q1、Q2的集电极与电源VCC之间，控制模块采用MCU单片机；当电压采集电路检测到电池组的总压过低时，MCU单片机输出端口CHGCTRL发出高电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1导通，从而充电继电器RL1吸合，电池组的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL1、充电指示灯DS1和充电保护电路的限流电阻R3连接到充电开关三极管Q3、Q5的基极上，使充电三极管Q3、Q5导通，电池组的负极,通过充电防反接二极管D3、D5和充电三极管Q3、Q4并通过充电负端口CHG-连接到充电机的负极P-,充电机的正极P+连接电池组的总正极Vbat+，充电机开始给电池组充电；当电池组电压达到设定的阈值时，MCU单片机输出端口CHGCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器RL1的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1截止，充电继电器RL1中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL1的线圈的下端经过续流二极管D1流回充电继电器RL1的线圈的上端，把充电继电器RL1的线圈中的能量释放掉，使三极管Q1集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于充电继电器RL1关断，此时电池组的总压Vbat+不能提供一个使充电三极管Q3、Q5导通的电压信号，充电三极管Q3，Q5截止，电池组的负极Vbat-与充电机的负极P-断开连接，充电循环结束；
当电压采集电路检测到电池组的总压为达到额定值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出高电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2导通，从而充电继电器RL2吸合，电池组的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL2、充电指示灯DS2和放电保护电路的限流电阻R4连接到放电开关三极管Q4、Q6的基极上，放电三极管Q4、Q6导通，电池组的负极通过放电防反接二极管D4、D6和放电三极管Q4、Q6并通过充电负端口DIS-连接到用电负载的负极F-,用电负载的正极F+连接电池组的总正极Vbat+，电池组开始给用电负载供电；当电池组电压过低并达到MCU单片机内设定的阈值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2截止，充电继电器RL2中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL2的线圈的下端经过续流二极管D2流回充电继电器RL2的线圈的上端，把充电继电器RL2的线圈中的能量释放掉，使三极管Q2集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于放电继电器RL2关断，电池组的总压Vbat+不能提供一个使放电三极管Q4、Q6导通的电压信号，放电三极管Q4、Q6截止，电池组的负极Vbat-与用电负载的负极F-断开连接，放电循环结束。
有现有的技术相比，本发明的优点体现在：
1、实现了自动控制充放电，无须人工操作；
2、本发明的电路体积小，成本低，所以实用性强；
3、实时性增强：电压采集电路能实时检测电池组的总压，通过控制模块控制相应的保护电路；
4、实现了对锂电池组的的充放电保护的功能。
附图说明
图1为单节电池充放电保护电路的原理图。
图2为锂电池组自动充放电保护电路的原理图。
具体实施方式
如图2所示，一种具有自动充放电保护功能的电路，包括有串联的电池组1、电压采集电路2、充放电保护电路3、控制模块4、充电机5和用电负载6，电压采集电路2一端通过电压检测排线7分别与电池组1的各个单体电池B1-Bn的正负极相连接，另一端与控制模块4的输入端口C1相连，用电负载6一端F+与电池组1总正极Vbat+相连，另一端F-与放电负端口DIS-相连，充电机5一端P+与电池组1总正极Vbat+相连，另一端P-与充电负端口CHG-相连，充放电保护电路3的两个控制端分别与控制模块4的两个输出端口CHGCTRL、DISCTRL相连；充放电保护电路3包括有充电保护电路8、放电保护电路9和充放电继电器控制电路10，充放电继电器控制电路10分别采用三极管Q1、Q2驱动充电继电器RL1、放电继电器RL2，充电继电器RL1、放电继电器RL2的线圈分别作为三极管Q1、Q2的集电极的负载而接到三极管Q1、Q2的集电极与电源VCC之间，控制模块4采用MCU单片机；
其工作过程为：当电压采集电路2检测到电池组1的总压过低时，MCU单片机输出端口CHGCTRL发出高电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1导通，从而充电继电器RL1吸合，电池组1的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL1、充电指示灯DS1和充电保护电路8的限流电阻R3连接到充电开关三极管Q3、Q5的基极上，使充电三极管Q3、Q5导通，电池组的负极,通过充电防反接二极管D3、D5和充电三极管Q3、Q4并通过充电负端口CHG-连接到充电机的负极P-,充电机5的正极P+连接电池组的总正极Vbat+，充电机5开始给电池组1充电；当电池组1电压达到设定的阈值时，MCU单片机输出端口CHGCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器RL1的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1截止，充电继电器RL1中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL1的线圈的下端经过续流二极管D1流回充电继电器RL1的线圈的上端，把充电继电器RL1的线圈中的能量释放掉，使三极管Q1集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于充电继电器RL1关断，此时电池组1的总压Vbat+不能提供一个使充电三极管Q3、Q5导通的电压信号，充电三极管Q3，Q5截止，电池组的负极Vbat-与充电机的负极P-断开连接，充电循环结束；
当电压采集电路2检测到电池组1的总压为达到额定值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出高电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2导通，从而充电继电器RL2吸合，电池组1的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL2、充电指示灯DS2和放电保护电路9的限流电阻R4连接到放电开关三极管Q4、Q6的基极上，放电三极管Q4、Q6导通，电池组1的负极通过放电防反接二极管D4、D6和放电三极管Q4、Q6并通过充电负端口DIS-连接到用电负载6的负极F-,用电负载6的正极F+连接电池组的总正极Vbat+，电池组1开始给用电负载6供电；当电池组1电压过低并达到MCU单片机内设定的阈值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2截止，充电继电器RL2中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL2的线圈的下端经过续流二极管D2流回充电继电器RL2的线圈的上端，把充电继电器RL2的线圈中的能量释放掉，使三极管Q2集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于放电继电器RL2关断，电池组1的总压Vbat+不能提供一个使放电三极管Q4、Q6导通的电压信号，放电三极管Q4、Q6截止，电池组1的负极Vbat-与用电负载的负极F-断开连接，放电循环结束。
Claims (1)
1.一种具有自动充放电保护功能的电路，其特征在于：包括有串联的电池组、电压采集电路、充放电保护电路、控制模块、充电机和用电负载，电压采集电路一端通过电压检测排线分别与电池组的各个单体电池的正负极相连接，另一端与控制模块的输入端口C1相连，用电负载一端F+与电池组总正极Vbat+相连，另一端F-与放电负端口DIS-相连，充电机一端P+与电池组总正极Vbat+相连，另一端P-与充电负端口CHG-相连，充放电保护电路的两个控制端分别与控制模块的两个输出端口CHGCTRL、DISCTRL相连；所述的充放电保护电路包括有充电保护电路、放电保护电路和充放电继电器控制电路，充放电继电器控制电路分别采用三极管Q1、Q2驱动充电继电器RL1、放电继电器RL2，充电继电器RL1、放电继电器RL2的线圈分别作为三极管Q1、Q2的集电极的负载而接到三极管Q1、Q2的集电极与电源VCC之间，控制模块采用MCU单片机；当电压采集电路检测到电池组的总压过低时，MCU单片机输出端口CHGCTRL发出高电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1导通，从而充电继电器RL1吸合，电池组的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL1、充电指示灯DS1和充电保护电路的限流电阻R3连接到充电开关三极管Q3、Q5的基极上，使充电三极管Q3、Q5导通，电池组的负极,通过充电防反接二极管D3、D5和充电三极管Q3、Q4并通过充电负端口CHG-连接到充电机的负极P-,充电机的正极P+连接电池组的总正极Vbat+，充电机开始给电池组充电；当电池组电压达到设定的阈值时，MCU单片机输出端口CHGCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R1接到充电继电器RL1的驱动三极管Q1的基极，三极管Q1截止，充电继电器RL1中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL1的线圈的下端经过续流二极管D1流回充电继电器RL1的线圈的上端，把充电继电器RL1的线圈中的能量释放掉，使三极管Q1集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于充电继电器RL1关断，此时电池组的总压Vbat+不能提供一个使充电三极管Q3、Q5导通的电压信号，充电三极管Q3，Q5截止，电池组的负极Vbat-与充电机的负极P-断开连接，充电循环结束；当电压采集电路检测到电池组的总压为达到额定值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出高电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2导通，从而充电继电器RL2吸合，电池组的正极Vbat+的电压经过保险丝F1、充电继电器RL2、充电指示灯DS2和放电保护电路的限流电阻R4连接到放电开关三极管Q4、Q6的基极上，放电三极管Q4、Q6导通，电池组的负极通过放电防反接二极管D4、D6和放电三极管Q4、Q6并通过充电负端口DIS-连接到用电负载的负极F-,用电负载的正极F+连接电池组的总正极Vbat+，电池组开始给用电负载供电；当电池组电压过低并达到MCU单片机内设定的阈值时，MCU单片机输出端口DISCTRL输出低电平，此电压信号经过限流电阻R2接到放电继电器RL2的驱动三极管Q2的基极，三极管Q2截止，充电继电器RL2中的线圈电流不能突变，产生一个较大的、极性上负下正的反向电动势，电流从充电继电器RL2的线圈的下端经过续流二极管D2流回充电继电器RL2的线圈的上端，把充电继电器RL2的线圈中的能量释放掉，使三极管Q2集电极对地的电压不超过VCC+0.7V，同时，由于放电继电器RL2关断，电池组的总压Vbat+不能提供一个使放电三极管Q4、Q6导通的电压信号，放电三极管Q4、Q6截止，电池组的负极Vbat-与用电负载的负极F-断开连接，放电循环结束。
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