CN104868450B - 一种锂电池组短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种锂电池组短路保护电路，包括获取基准电流的短路保护电流基准电路、获取短路电流的短路电流获取电路、电流比较电路、MCU电路、充电执行电路和放电执行电路；其中，电流比较电路为一个比较器，短路电流获取电路从锂电池组中获取实时电流并送入比较器的正相输入端；短路保护电流基准电路从MCU中获取基准电流并送入比较器的反相输入端，比较器的输出端连接MCU的高优先级外中断输入引脚；MCU中设置有短路保护电流大小阈值和短路保护延时时间阈值。本发明有效避免了容性负载上电时的短路误动作，同时去除了复杂繁琐的短路保护执行单元，减少了物料，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于电路控制技术领域，设计电动工具内部电路，尤其涉及一种锂电池组短路保护电路。
背景技术
锂电池在邮电、储能、电动汽车等大功率应用中，均需要多节电池串并联组合，以满足电压和功率的需要。由于生产工艺差异、电池线路老化、负载性能变化等外部条件的影响，导致电池组出现短路现象，电池短路后容易造成负载烧坏、电池放空等危害，造成极大的破坏。如果发现电池短路补救不及时，还会造成火灾，甚至人员伤亡。可见，在锂电池组管理系统中引入短路保护功能是非常重要的。
目前电池管理系统中最常用的短路保护电路是取用分流器或霍尔传感器电流采集信号调理电路电压输出，驱动短路保护执行电路以达到断开充放电功率MOS管。传统技术对电流采集电路和短路保护执行电路等硬件电路的依赖性过强。短路保护延时时间需要通过硬件参数调节，对不同的系统保护时间需设定不同的硬件参数，导致生产工艺复杂。且纯硬件的短路保护电路工作时易导致充放电MOS管寄生振荡，振荡电压可达到两倍的电池组电压，此时需要MOS管有很大的DS工作电压，进而导致MOS管成本增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、生产效率高的锂电池组短路保护电路，以解决现有技术存在的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种锂电池组短路保护电路，包括获取基准电流的短路保护电流基准电路、获取短路电流的短路电流获取电路、电流比较电路、MCU电路、充电执行电路和放电执行电路；其中，电流比较电路为一个比较器，短路电流获取电路从锂电池组中获取实时电流并送入比较器的正相输入端；短路保护电流基准电路从MCU中获取基准电流并送入比较器的反相输入端，比较器的输出端连接MCU的高优先级外中断输入引脚；在MCU中设置有短路保护电流大小阈值和短路保护延时时间阈值，MCU还连接充电执行电路和放电执行电路；放电执行电路包括放电MOS驱动和放电MOS管，放电MOS驱动与放电MOS管的栅极和MCU相连，所述充电执行电路还包括充电MOS驱动和充电MOS管，充电MOS驱动连接充电MOS管的栅极和MCU，放电MOS管的源极连接锂电池组，放电MOS管的漏极和充电MOS管的漏极共同连接负载，负载的另一端连接锂电池组；电流比较电路通过比较短路保护电流基准电路的输出电压和短路电流获取电路的输出电压，把判断的输出送入MCU的高优先级外中断输入引脚；MCU高优先级中断接收到比较器的电平状态进行0→1的翻转后，MCU进入中断服务；MCU进入中断服务时，根据需要执行短路保护延时，再次判断MCU的高优先级外中断输入引脚的电平状态，若依然为1，则说明是短路状态，立即发出信号关闭放电MOS驱动，若为0，清中断，退出中断服务，短路保护过程结束。
所述短路电流获取电路包括与锂电池组连接的分流电阻R1，分流电阻R1的另一端连接比较器的正相输入端。
所述短路电流获取电路还包括连接在分流电阻R1和比较器之间第二电阻R2，在第二电阻R2 和比较器之间连接有第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。
所述短路电流获取电路还包括电容C1和二极管Z1，电容C1和二极管Z1并联后并联在第三电阻R3的两端，其中二极管Z1为稳压二极管，二极管Z1的正极连接第三电阻R3接地的一端，二极管Z1的另一端连接在第三电阻R3与比较器相连的一端。
所述短路保护电流基准电路包括通过MCU控制产生基准电压的可调精密电压源，可调精密电压源的另一端连接比较器。
MCU通过PWM方式控制可调精密电压源，通过调整PWM占空比以配置短路保护电流大小阈值和短路保护延时时间阈值。
所述短路保护电流基准电路还包括连接在可调精密电压源和比较器之间的第四电阻R4，还包括一端连接在第四电阻R4和比较器之间、另一端接地的第五电阻R5。
本发明的有益效果：
1，本发明通过软件配置短路保护电流大小和短路保护延时，极大地提高了生产效率，同时满足各行业的不同应用需求；2 利用软件延时有效避免了容性负载上电时的短路误动作；3，去除了复杂繁琐的短路保护执行单元，减少了物料，降低了成本。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
1、本发明提供的一种锂电池组短路保护电路，包括获取基准电压的短路保护电流基准电路、获取短路电流的短路电流获取电路、电流比较电路、MCU电路、充电执行电路、放电执行电路，电流比较电路为一个比较器，MCU电路包含有一个MCU，短路电流获取电路与锂电池组相连，从锂电池组获取短路电路并送入比较器的正相输入端，短路保护电流基准电路与MCU的输出端获取基准电流并送入比较器的反相输入端，比较器的输出端连接MCU的高优先级外中断输入引脚，在MCU中设置有短路保护电流大小阈值和短路保护延时时间阈值，MCU还连接充电执行电路和放电执行电路。放电执行电路包括放电MOS驱动和放电MOS管，放电MOS驱动与放电MOS管的栅极和MCU相连，充电执行电路包括充电MOS电路和充电MOS管，充电MOS驱动电路连接充电MOS管的栅极和MCU，放电MOS管的源极连接
锂电池组，放点MOS 管的漏极和充电MOS 管的漏极共同连接负载，负载的另一端连接锂电池组。
短路电流获取电路包括与锂电池组连接的分流电阻R1，分流电阻R1 的另一端连接放电MOS管的源极和比较器。在图1中，负载接在B+/CH+与P-之间，当负载需要锂电池组供电时，MCU通过驱动电路打开放电MOS管，此时，锂电池组、负载、放电MOS管和分流电阻R1就构成回路，开始放电。
短路电流获取电路还包括连接在分流电阻R1 和比较器之间第二电阻R2，在第二电阻R2和比较器之间连接有第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地。在一些实施例中，选择分流电阻R1阻值范围在1-10mΩ之间，当放电时流过分流电阻R1的电流为I，分流电阻两端压降Vi=R1×I，再通过R2、R3的串联分压计算得出比较器同向输入端电
短路电流获取电路还包括电容C1和二极管Z1，其中C1、Z1为保护元件，当出现杂讯、过压等异常干扰时，能吸收一定的能量。电容C1和二极管Z1并联后并联在第三电阻R3的两端并，其中二极管Z1为稳压二极管，二极管Z1的正极连接第三电阻R3接地的一端，二极管Z1的另一端连接在第三电阻R3与比较器相连的一端。
短路保护电流基准电路包括通过MCU控制产生基准电压的可调精密电压源，可调精密电压源的另一端连接比较器，还包括连接在可调精密电压源和比较器之间的第四电阻R4，还包括一端连接在第四电阻R4和比较器之间、另一端接地的第五电阻R5。MCU控制器通过PWM方式控制可调精密电压源，电压源输出的参考电压Vref经过第四电阻R4、第五电阻R5的串联分压，进入比较器反相输入端的电压。PWM占空比可通过上位机以短路电流大小的方式进行配置。
本发明通过以下方式进行短路保护：通过软件对MCU设置短路保护电流的大小和短路保护延时时间，将短路电流获取电路中获取的电流与短路保护电流共同送入比较器，比较器判断后将结果送入到MCU中，MCU进行放电MOS管的断路处理。
具体来说，当本发明的电路在正常放电时，比较器的输入中V+＜V-，比较器的输出Vo=0；但当外部负载短路时，短路电流很大，一旦V+≥V-，Vo=1，那么MCU高优先级中断接收到比较器的电平进行0→1的翻转后，那么MCU立即进入中断服务程序。中断服务程序首先根据系统需要执行短路保护延时，然后再次判断中断引脚电平状态，若依然为1，则说明是短路状态，立即发出信号关闭放电MOS 驱动；若为0，则清中断，退出中断服务整个短路保护过程结束。
短路保护电流基准电路受控于MCU，通过软件配置短路保护电流的大小。短路电流获取电路采集分流电阻两端电压。电流比较电路通过比较短路保护电流基准电路的输出电压和短路电流获取电路输出电压，把判断的输出送入MCU 的高优先级外中断输入引脚，一旦MCU进入该中断，首先执行短路保护延时程序，执行完毕立即关断放电MOS 驱动电路。
在本发明中，使用软件来配置短路保护电流大小和短路保护延时，极大地提高了生产效率，同时满足各行业的不同应用需求；而且利用软件设置的中断延时动作可以有效避免容性负载上电时的短路误动作；同时本发明的电路去除了复杂繁琐的短路保护执行单元，减少了物料，降低了成本。
Claims (3)
1.一种锂电池组短路保护电路，包括获取基准电流的短路保护电流基准电路、获取短路电流的短路电流获取电路、电流比较电路、MCU、充电执行电路和放电执行电路；其中，电流比较电路为一个比较器，比较器的输出端连接MCU的高优先级外中断输入引脚；
所述短路电流获取电路包括串联连接在锂电池组与比较器的正相输入端之间的分流电阻（R1）和第二电阻（R2），第三电阻（R3）、电容（C1）和稳压二极管（Z1）三者并联连接在比较器的正相输入端和地之间；所述短路电流获取电路从锂电池组中获取实时电流，短路电流获取电路的输出电压送入比较器的正相输入端；
所述短路保护电流基准电路包括通过MCU的控制产生基准电压的可调精密电压源，所述可调精密电压源的一端连接MCU，另一端连接比较器的反相输入端；所述短路保护电流基准电路从MCU中获取基准电流，短路保护电流基准电路的输出电压送入比较器的反相输入端；其特征在于：
在MCU中设置有短路保护电流大小阈值和短路保护延时时间阈值，MCU还连接充电执行电路和放电执行电路；
所述放电执行电路包括放电MOS驱动和放电MOS管，放电MOS驱动连接在放电MOS管的栅极和MCU之间；所述充电执行电路包括充电MOS驱动和充电MOS管，充电MOS驱动连接在充电MOS管的栅极和MCU之间；放电MOS管的源极连接锂电池组，放电MOS管的漏极和充电MOS管的漏极共同连接负载的一端，负载的另一端连接锂电池组；
所述比较器通过比较短路保护电流基准电路的输出电压和短路电流获取电路的输出电压，把判断后的输出送入MCU的高优先级外中断输入引脚；MCU高优先级外中断输入引脚接收到比较器的电平状态进行0→1的翻转后，MCU进入中断服务程序；
MCU进入中断服务程序时，首先根据需要执行短路保护延时，然后再次判断MCU的高优先级外中断输入引脚的电平状态，若依然为1，则说明是短路状态，立即发出信号关闭放电MOS驱动，若为0，则清中断，退出中断服务程序，短路保护过程结束。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池组短路保护电路，其特征在于：MCU通过PWM方式控制可调精密电压源，通过调整PWM占空比以配置所述短路保护电流大小阈值。
3.根据权利要求1所述的一种锂电池组短路保护电路，其特征在于：所述短路保护电流基准电路还包括串联连接在可调精密电压源和地之间的第四电阻（R4）和第五电阻（R5），第四电阻（R4）和第五电阻（R5）之间的连接点连接到所述比较器的反相输入端。
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