CN105337266A - 电池组保护板电路、电池组保护板、电池组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池组保护板电路(10)，包括：控制器(11)；分电压采样电路(13)；多路选择开关电路(14)，其控制端(A,B,C,D)电连接至控制器(11)、且其多个输入端分别电连接至分电压采样电路(13)的多个采样电压输出端(ADC1～ADC16)；电流采样电路(16)，适于电连接至电池组(30)；A/D转换电路(15)，电连接多路选择开关电路(14)的输出端(ADCV)以及电流采样电路(16)，并电连接至控制器(11)；以及充放电开关电路(17)，电连接电流采样电路(16)且其控制信号输入端(CD_MOS)电连接至控制器(11)。此外，还提供采用上述电路的电池组保护板及电池组件。本发明具有成本低、可扩展性强等优点。

Description

电池组保护板电路、电池组保护板、电池组件

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种电池组保护板电路、一种电池组保护板以及一种电池组件。

背景技术

锂电池具有容量高、体积小、重量轻等优点，由多块锂电池单元组成的锂电池组则以其更高的容量而被应用到许多领域，例如在电动车中，可以利用锂电池组取代传统的铅酸电池。锂电池组一般都需要专门的电路对其进行各种管理，例如在锂电池组出现过充、过放、过流等情形时进行有效保护；而这些电路通过设置在锂电池组保护板中。

目前的锂电池组保护板电路通常设置有专用保护芯片和与其电连接的充电MOS管(Metal-Oxide-SemiconductorTransistor)及放电MOS管，由专用保护芯片来控制充电MOS管和放电MOS的开关状态。然而，专用保护芯片的采用，一方面其导致整个保护板电路的成本比较高，另一方面其存在扩展性差的问题。

发明内容

因此，为克服现有技术存在的缺陷和不足，本发明的实施例提供一种电池组保护板电路、一种电池组保护板以及一种电池组件。

具体地，本发明的实施例提供的电池组保护板电路，应用于包括串接的多个电池单元的电池组。其中，所述电池组保护板电路包括：控制器、分电压采样电路、多路选择开关电路、电流采样电路、A/D转换电路以及充放电开关电路。分电压采样电路适于电连接至电池组且具有多个采样电压输出端。多路选择开关电路的控制端电连接至控制器，且其多个输入端分别电连接至分电压采样电路的多个采样电压输出端。电流采样电路适于电连接至电池组。A/D转换电路电连接多路选择开关电路的输出端以及电流采样电路，并且还电连接至控制器。充放电开关电路电连接电流采样电路且其控制信号输入端电连接至控制器。

在本发明的一个实施例中，上述控制器包括单片机。

在本发明的一个实施例中，上述电池组保护板电路还包括放电均衡电路。所述放电均衡电路包括多个放电均衡单元，每个放电均衡单元适于电连接电池组的多个电池单元之一相对应者的正极和负极，并且所述多个放电均衡单元的多个控制端电连接至控制器。

在本发明的一个实施例中，每一个放电均衡单元包括光电耦合器、电阻以及开关元件；光电耦合器的原边的一端作为多个放电均衡单元的多个控制端之一，开关元件的控制端电连接光电耦合器的副边的一端，开关元件的第一端适于电连接至相对应的电池单元的负极，以及开关元件的第二端通过所述电阻电连接光电耦合器的副边的另一端且适于电连接至相对应的电池单元的正极。

在本发明的一个实施例中，上述分电压采样电路包括多个分压电阻组，适于分别电连接至电池组的多个电池单元的正极；每个分压电阻组中的电阻之间的电连接点作为上述多个采样电压输出端之一。

在本发明的一个实施例中，上述电流采样电路为分流器，其具有第一电压感测端和第二电压感测端；所述第一电压感测端电连接所述充放电开关电路、所述第二电压感测端适于电连接至所述电池组，以及所述第一电压感测端和第二电压感测端还电连接至所述A/D转换电路。

在本发明的一个实施例中，上述充放电开关电路包括多个并接的放电开关元件和多个并接的充电开关元件；所述多个并接的放电开关元件的第一端电连接电流采样电路的第一电压感测端，所述多个并接的放电开关元件的第二端电连接至所述多个并接的充电开光元件的第二端，所述多个并接的充电开关元件的第一端电连接至预设电位，以及所述多个并接的放电开关元件和所述多个并接的充电开关元件的控制端均电连接至充放电开关电路的上述控制信号输入端。

在本发明的一个实施例中，上述电池组保护板电路还包括通讯电路；所述通讯电路电连接至控制器，其数据发送路径和数据接收路径分别设置有光电耦合器。

在本发明的一个实施例中，上述电池组保护板电路还包括温度感测电路；所述温度感测电路包含至少一个温度感测单元电路，且所述至少一个温度感测单元电路的输出端电连接至控制器。

在本发明的一个实施例中，上述电池组保护板电路还包括直流电压转换电路，适于电连接至电池组的正端、且电连接至控制器、多路选择开关电路、A/D转换电路和充放电开关电路等的电源端。

此外，本发明的实施例提供的电池组保护板包括板体和设置在板体上的上述任意一种电池组保护板电路。

另外，本发明的实施例提供的电池组件，包括电池组以及与所述电池组电连接的上述任意一种电池组保护板电路。

本发明的有益效果是：本发明通过对电池组保护板电路的重新设计，可以实现低成本、可扩展性强等优点。

附图说明

图1是本发明的实施例的一种电池组件的结构框图。

图2是图1所示控制器的电路图。

图3是图1所示放电均衡电路及分电压采样电路的电路图。

图4是图1所示多路选择开关电路的电路图。

图5是图1所示A/D转换电路的电路图。

图6是图1所示电流采样电路及充放电开关电路的电路图。

图7是图1所示通讯电路的电路图。

图8是图1所示温度感测电路的电路图。

图9是图1所示直流电压转换电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，其为本发明的一个实施例的电池组件的结构框图。如图1所示，本实施例的电池组件包括电池组30和电连接电池组30的电池组保护板电路10。在此，电池组30包括串接的多个电池单元例如本实施例所示的16个电池单元，但本发明并不以此为限，也可以为13个或其他数量。此外，电池组30可以为锂电池组或者其他电池组。

具体地，电池组保护板电路10包括：控制器11、放电均衡电路12、分电压采样电路13、多路选择开关电路14、A/D(Analog-to-Digital,模拟至数字)转换电路15、电流采样电路16、充放电开关电路17、通讯电路18、温度感测电路19以及直流电压转换电路20。其中，放电均衡电路12适于电连接至电池组30中串接的多个电池单元并接受控制器11的控制。分电压采样电路13适于电连接至电池组30中串接的多个电池单元的正极cell1～cell16以采样各个电池单元的电压，也即进行分电压采样，采样后得到的分电压输出至多路选择开关电路14。多路选择开关电路14接受控制器11的控制将分电压采样电路13提供的采样电压输出至A/D转换电路15，由A/D转换电路传送给控制器11后可计算得知电池组30中的各个电池单元的电压以及电池组30的总电压。另外，电流采样电路16适于电连接至电池组30的负端BAT-，其两个电压感测端电连接至A/D转换器15，由A/D转换器15将感测到的电压信息传送给控制器11后可计算出充/放电总电流。温度感测电路19用于感测所处位置的温度并提供给控制器11。如此，控制器11可根据获取的分电压、总电压、充/放电总电流、感测温度等参数的具体状态来控制放电均衡电路12及充放电开关电路17的动作。另外，通讯电路18电连接至控制器11，其可用于将控制器11获取的分电压、总电压、充/放电总电流、感测温度等参数的具体状态传送给外部例如上位机供用户查看。直流电压转换电路20适于电连接至电池组30的正端ADC+，并对从电池组30的正端BAT+获取的电压进行直流转换，例如转换出两个电压VCC和VCC+12V作为输出；其中VCC例如代表+5V，VCC+12V代表+12V；转换出的输出电压将作为上述各个电路的工作电压。

请一并参阅图1和图2，控制器11包括单片机，并且单片机的输入/输出端口通过编程进行了相应的功能定义。此外，可以理解的是，单片机还会设置一些必要的外围电路，例如晶振电路和电源电路等等，其为常规设计，在此不再赘述。

请一并参阅图1和图3，放电均衡电路12包括多个放电均衡单元121，其多个控制端EQ_CTRL1～EQ_CTRL16电连接至控制器11。此外，单个放电均衡单元121电连接相对应的电池单元的正极例如cell16和负极(例如电连接cell15的极)。更具体的，单个放电均衡单元121包括光电耦合器PD1、电阻R2～R4和开关元件例如N型场效应晶体管Q1；光电耦合器PD1原边的一端电连接至VCC，另一端作为控制端例如EQ_CTRL16；N型场效应晶体管Q1的栅极(控制端)电连接光电耦合器PD1副边的一端，N型场效应晶体管Q1的源极(第一端)适于电连接至相对应的电池单元的负极(例如电连接cell15的极)并通过电阻R4电连接至其栅极，N型场效应晶体管Q1的漏极(第二端)通过电阻R3适于电连接至相对应的电池单元的正极cell16和通过电阻R3和R2电连接至光电耦合器PD1副边的另一端。对于放电均衡电路12中的多个放电均衡单元121，当控制器11获知在电池组30在放电过程中某个电池单元的电压高于设定的阈值，则相对应的放电均衡单元121中的N型场效应晶体管Q1将导通，以将该电池单元的电压降低至设定的阈值以下。

请再一并参考图1和图3，分电压采样电路13包括多个分压电阻组，这些分压电阻组分别电连接在电池组30中的多个电池单元的正极cell1～cell16和预设电位例如地电位GND之间，并且这些分压电阻组中的分压电阻之间的电连接点作为采样电压输出端ADC1～ADC16。具体地，例如单个分压电阻组包括电阻R5和电阻R6，电阻R5和R6串接在相对应的电池单元的正极例如cell16和地电位GND之间，而电阻R5和R6之间的电连接点作为采样电压输出端例如ADC16。可以理解的是，通过采样某个电池单元的正极的电压值例如ADC16和其下一级电池单元的正极的电压值例如ADC15，利用两个采样电压值之间的差值(ADC16-ADC15)即可得到该电池单元的电压，也即整个电池组30的电池单元分压值。此外，将电池组30中的各个电池单元分压值相加即可得到电池组30的总电压。

请一并参阅图1和图4，多路选择开关电路14的电源端电连接VCC，其多个控制端A,B,C,D电连接至控制器11，其多个输入端分别电连接至分电压采样电路13的多个采样电压输出端ADC1～ADC16。通过控制器11对其控制端A,B,C,D的控制选择从其多个输入端之一输入的分电压采样值送至其输出端ADCV作为输出。值得一提的是，多路选择开关电路14的控制端和输入端的数量并不限于图4所示，其可由分电压采样电路13的采样电压输出端的数量来确定。

请一并参阅图1和图5，A/D转换电路15包括A/D转换芯片U1，其电连接至多路选择开关电路14的输出端ADVC，并且电连接至电流采样电路16的两个电压感测端I_sen1及I_sen2。此外，A/D转换芯片U1还配置有SPI接口(SerialPeripheralInterface,串行外设接口)并通过SPI接口电连接至控制器11，但本发明并不以此为限。该SPI接口包括多个端口，例如串行数据输入端口data_in、串行数据输出端口data_out及串行时钟输入端口SCK等。该A/D转换芯片U1例如为16位AD转换芯片AD7705，其还具有数据输出准备端口DRDY。可以理解的是，A/D转换芯片U1还会配置必要的辅助电路例如晶振电路、参考电压电路等，此为常规设计，在此不再赘述。

请一并参阅图1和图6，电流采样电路16为分流器，其具有电连接至A/D转换电路15的两个电压感测端I_sen1及I_sens2；并且电压感测端I_sen2还适于电连接至电池组30的负端BAT-。在此值得一提的是，电流采样电路16的设置通常是为了采样获取电池组30的充/放电电流，因此其与其他电路元件的连接关系并不做特别限制，只要能实现采样获取电池组30的充/放电电流之目的即可。

承上述，充放电开关电路17包括多个并接的充电开关元件例如N型场效应晶体管Q2～Q4、多个并接的放电开关元件例如N型场效应晶体管Q5～Q7、多个控制开关元件例如三极管Q8～Q9、二极管D2、以及多个电阻R7～R14及R16～R17，并且具有控制信号输入端CD_MOS以电连接至控制器11。具体地，多个并接的N型场效应晶体管Q2～Q4的源极(第一端)电连接至分流器的电压感测端I_sen1，多个并接的N型场效应晶体管Q2～Q4的漏极(第二端)电连接至多个并接的N型场效应晶体管Q5～Q7的漏极(第二端)，多个并接的N型场效应晶体管Q5～Q7的源极(第一端)通过电阻(未标示)连接至低电位GND，N型场效应晶体管Q2～Q7的栅极(控制端)分别通过电阻R7,R8,R9,R11,R12,R13电连接至三极管Q8的发射极，多个并接的场效应晶体管Q2～Q4的源极通过电阻R10电连接至三极管Q8的发射极，以及多个并接的场效应晶体管Q5～Q7的源极通过电阻R14电连接至三极管Q8的发射极。此外，三极管Q8的集电极电连接至VCC+12V，三极管Q8的基极通过二极管D2电连接至其发射极。三极管Q9的基极通过电阻R17电连接至控制信号输入端CD_MOS，三极管Q9的发射极电连接至低电位GND，三极管Q9的集电极电连接至三极管Q8的基极并通过电阻R16电连接至VCC+12V。因此，通过切换控制输入端CD_MOS端输入信号的电平高低，即可控制N型场效应管Q2～Q7的导通和关断状态。

请一并参阅图1和图7，通讯电路18包括数据发送端TXD和数据接收端RXD；连接数据发送端TXD的数据发送路径包括开关元件例如三极管Q10、光电耦合器PD2以及电阻R18～R20，连接数据接收端RXD的数据接收路径包括光电耦合器PD3、电容C1～C2、电阻R21～R22。具体地，三极管Q10的基极通过电阻R18电连接至数据发送端TXD，三极管Q10的集电极通过电阻R19电连接至VCC，三极管Q10的发射极电连接至光电耦合器PD2原边的一端并通过电阻R20电连接至光电耦合器PD2原边的另一端且接地地位GND，光电耦合器PD2副边的一端接地电位GND。电容C2的一端连接至光电耦合器PD3原边的一端且通过电阻R23连接至外部，电容C2的另一端连接至光电耦合器PD2副边的另一端和光电耦合器PD3原边的另一端，电阻R22与电容C2并联；光电耦合器PD3副边的一端接地电位GND，光电耦合器PD3副边的另一端通过电阻R21接VCC并通过电阻24电连接至数据接收端RXD，并且数据接收端RXD还通过电容C1接地电位GND。

请一并参阅图1和图8，温度感测电路19包括至少一个温度感测单元电路例如两个，且这两个温度感测单元电路的输出端Ntc_adc1及Ntc_adc2电连接至控制器11。具体地，其中一个温度感测单元电路包括热敏电阻Rt1、电阻R25及电容C3，另一个温度感测单元电路包括热敏电阻Rt2、电阻R26及电容C4。热敏电阻Rt1的一端接VCC，另一端通过电阻R25接地电位GND，电阻R25和热敏电阻Rt1之间的电连接点电连接至输出端Ntc_adc1，且电容C3和电阻R25并联。类似的，热敏电阻Rt2的一端接VCC，另一端通过电阻R26接地电位GND，电阻R26和热敏电阻Rt2之间的电连接点电连接至输出端Ntc_adc2，且电容C4和电阻R26并联。

请一并参阅图1和图9，直流电压转换电路20电连接至电池组30的正端BAT+，其设置有多个直流电压转换芯片U2及U3以将电池组30的正端BAT+获取的直流输入电压转换成VCC和VCC+12V作为输出，以向上述各个电路提供工作电压。其中，直流电压转换芯片U2配置有反馈回路。

此外，本发明的实施例还提供一种电池组保护板，其包括板体(未示出)以及如上所述的电池组保护板电路10，电池组保护板电路10与板体形成电连接。本实施例中，板体上例如设置有多个焊盘，以将电池组保护板电路0与电池组30的各个电池单元的正极及负极形成电连接，当然也可以使用线缆来连接电池组保护板电路0与电池组30的各个电池单元的正极及负极。

另外，本领域技术人员在不脱离本发明的设计思路的前提下，对上述电路进行适当的变更，例如适当改变单片机为其他可编程控制器，根据电池组30中的电池单元的数量相应地改变放电均衡电路12中的放电均衡单元121的数量、分电压采样电路13中的分压电阻组的数量、多路选择开关电路14中的控制端数量及输入端数量等等，这些适当的变更均应属于本发明的发明范畴。

综上所述，本发明通过对电池组保护板电路的重新设计，可以实现低成本、可扩展性强等优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种电池组保护板电路(10)，应用于包括串接的多个电池单元的电池组(30)，其特征在于，所述电池组保护板电路(10)包括：

控制器(11)；

分电压采样电路(13)，适于电连接至所述电池组(30)且具有多个采样电压输出端(ADC1～ADC16)；

多路选择开关电路(14)，其控制端(A,B,C,D)电连接至所述控制器(11)、且其多个输入端分别电连接至所述分电压采样电路(13)的所述多个采样电压输出端(ADC1～ADC16)；

电流采样电路(16)，适于电连接至所述电池组(30)；

A/D转换电路(15)，电连接所述多路选择开关电路(14)的输出端(ADCV)以及所述电流采样电路(16)，并电连接至所述控制器(11)；以及

充放电开关电路(17)，电连接所述电流采样电路(16)且其控制信号输入端(CD_MOS)电连接至所述控制器(11)。

2.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，所述控制器(11)包括单片机。

3.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，还包括：

放电均衡电路(12)，包括多个放电均衡单元(121)；每个放电均衡单元(121)适于电连接所述电池组(30)的所述多个电池单元之一相对应者的正极和负极，并且所述多个放电均衡单元(121)的多个控制端(EQ_CTRL1～EQ_CTRL16)电连接至所述控制器(11)。

4.如权利要求3所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，每一个放电均衡单元(121)包括光电耦合器(PD1)、电阻(R3)以及开关元件(Q1)；所述光电耦合器(PD1)的原边的一端作为所述多个放电均衡单元(121)的所述多个控制端(EQ_CTRL1～EQ_CTRL16)之一，所述开关元件(Q1)的控制端电连接所述光电耦合器(PD1)的副边的一端，所述开关元件(Q1)的第一端适于电连接至所述相对应的电池单元的负极，以及所述开关元件(Q1)的第二端通过所述电阻(R3)电连接所述光电耦合器(PD1)的副边的另一端且适于电连接至相对应的电池单元的正极。

5.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，所述分电压采样电路(13)包括多个分压电阻组，适于分别电连接至所述电池组(30)的所述多个电池单元中的正极(cell1～cell16)；每个分压电阻组中的电阻(R5,R6)之间的电连接点作为所述多个采样电压输出端(ADC1～ADC16)之一。

6.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，所述电流采样电路(16)为分流器，其具有第一电压感测端(I_sen1)和第二电压感测端(I_sen2)；所述第一电压感测端(I_sen1)电连接所述充放电开关电路(17)、所述第二电压感测端(I_sen2)适于电连接至所述电池组(30)，以及所述第一电压感测端(I_sen1)和第二电压感测端(I_sen2)还电连接至所述A/D转换电路(15)。

7.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，所述充放电开关电路(17)包括多个并接的放电开关元件(Q5,Q6,Q7)和多个并接的充电开关元件(Q2,Q3,Q4)；所述多个并接的放电开关元件(Q5,Q6,Q7)的第一端电连接所述电流采样电路(16)的所述第一电压感测端(I_sen1)，所述多个并接的放电开关元件(Q5,Q6,Q7)的第二端电连接至所述多个并接的充电开关元件(Q2,Q3,Q4)的第二端，所述多个并接的充电开关元件(Q2,Q3,Q4)的第一端电连接至预设电位(GND)，以及所述多个并接的放电开关元件(Q5,Q6,Q7)和所述多个并接的充电开关元件(Q2,Q3,Q4)的控制端均电连接至所述充放电开关电路(17)的所述控制信号输入端(CD_MOS)。

8.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，还包括：

通讯电路(18)，电连接至所述控制器(11)；所述通讯电路(18)的数据发送路径和数据接收路径分别设置有光电耦合器(PD2,PD3)。

9.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，还包括：

温度感测电路(19)，包括至少一个温度感测单元电路，所述至少一个温度感测单元电路的输出端(Ntc_adc1,Ntc_adc2)电连接至所述控制器(11)。

10.如权利要求1所述的电池组保护板电路(10)，其特征在于，还包括：

直流电压转换电路，适于电连接至所述电池组(30)的正端(ADC+)、且电连接至所述控制器(11)、所述多路选择开关电路(14)、所述A/D转换电路(15)和所述充放电开关电路(17)的电源端。

11.一种电池组保护板，包括：板体和设置在所述板体上的如权利要求1至10任意一项所述的电池组保护板电路(10)。

12.一种电池组件，包括：电池组(30)以及与所述电池组(30)电连接的如权利要求1至10任意一项所述的电池组保护板电路(10)。