CN107046277B - 一种电池包欠压保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池包欠压保护电路，该电池包欠压保护电路包括：主板控制系统、电池管理系统和电池包；电池包为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列；电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，当电池组的电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包输出；主板控制系统用于从电池管理系统中获取所述预置数量的电池组中的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统；其中，预置欠压保护电压小于预置过放保护电压。本发明提供的电池包欠压保护电路使得电池包存储能量被充分利用的基础上，确保主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免电池管理系统突然断电导致的伤害事故发生。

Description

一种电池包欠压保护电路

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种电池包欠压保护电路。

背景技术

电动运动器材，例如平衡车在使用过程中，其能量来源是电池包，电池包在提供能源的过程中，其电压会逐渐降低，当降低到预置的过放保护电压时，需要关断输出保护电池本身，因为过量放电会导致电池永久性损坏，这部分工作由电池管理系统(BatteryManagementSystem，BMS)完成。但如果电池包突然断电，主板控制系统失去能量来源会导致运动器材突然停止，使用者有可能会失去平衡，导致摔倒受伤。为了避免这种情况的发生，一般的电动运动器材采用两级保护设计，除了BMS的过放保护，主板控制系统会检测电池包的输出电压，也提供一级欠压保护，该保护点高于电池包的过放保护电压，当检测到电池包的输出电压等于或低于主板控制系统的欠压保护电压时，提前采取欠压保护，通过软停机的方式关闭电动运动器材，保护使用者的安全。

电池包是以单节电池单元为基本单位组成的电池阵列，首先是由1个或几个单节电池并联成电池组，然后各个电池组串联组成电池包。现有技术中，BMS检测每个电池组的电压，无论哪个电池组电压低于过放保护电压，都关断整个电池包输出；但是主板控制系统是以电池包输出电压为判断标准，当电池包输出电压低于欠压保护电压时，则关机，设置欠压保护电压>n*过放保护电压，n为电池组串联的个数，目的是使得主板控制系统先于BMS进行欠压保护。如果电池包的各个电池组电压值保持一致，则只要设置欠压保护电压>n*过放保护电压，主板控制系统就可以实现先于BMS进行欠压保护。但是如果各个电池组电压值不一致，而且差异过大，就有可能出现BMS先于主板控制系统进行欠压保护，如果设置欠压保护电压>>n*过放保护电压，可以大大降低BMS优先保护的几率，但是电池包的存储能量利用率会大大降低，增加了产品的成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提出一种电池包欠压保护电路，使得电池包存储能量被充分利用的基础上，确保主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免电池管理系统突然断电导致的伤害事故发生。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一方面提供了一种电池包欠压保护电路，该电池包欠压保护电路包括：主板控制系统、电池管理系统和电池包；所述电池包为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成；

所述电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，当电池组的电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包输出；

所述主板控制系统用于从电池管理系统中获取所述预置数量的电池组中的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统；

其中，所述预置欠压保护电压大于所述预置过放保护电压。

其中，所述主板控制系统包括有第一比较器，所述第一比较器的正极连接所述最低电压的输出端，所述第一比较器的负极连接所述预置欠压保护电压的输出端。

其中，所述电池管理系统包括有第二比较器，所述第二比较器的正极连接电池组的电压检测信号的输出端；所述第二比较器的负极连接所述预置过放保护电压的输出端。

其中，所述电池管理系统还包括有一差分放大器，所述差分放大器的正负极分别连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正负极，所述第二比较器的正极连接所述差分放大器的输出端。

其中，所述电池管理系统还包括有电阻R5和电阻R6，所述第二比较器的正极通过电阻R5连接所述差分放大器的输出端；所述第二比较器的负极通过电阻R6连接所述预置过放保护电压的输出端。

其中，所述电池管理系统还包括电阻R1、R2、R3和R4，所述差分放大器的正极通过电阻R1连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正极；所述差分放大器的负极通过电阻R2连接所述电池组的电压检测信号的输出端的负极；所述电阻R3的一端连接差分放大器的正极，另一端连接差分放大器的VCC端；所述电阻R4的一端连接差分放大器的负极，另一端连接差分放大器的接地端；差分放大器的输出端连接差分放大器的VCC端。

另一方面提供了一种电池包欠压保护电路，该电池包欠压保护电路包括：主板控制系统、电池管理系统和电池包；所述电池包为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成；

所述电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，将每组电池组的电压进行比较得到预置数量的电池组中的最低电压，并将所述最低电压发送给主板控制系统，当所述最低电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包输出；

所述主板控制系统用于接收电池管理系统发送的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统；

其中，所述预置欠压保护电压大于所述预置过放保护电压。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主板控制系统以电池组的输出电压为判断标准，通过设置主板控制系统的预置欠压保护电压大于电池管理系统的预置过放保护电压，主板控制系统当电池组的最低电压小于预置欠压保护电压时通过软停机方式关机，确保了主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免因电池管理系统突然断电而导致的伤害事故发生，而且以电池组的输出电压为判断标准使得电池包存储能量被充分利用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式1提供的一种电池包欠压保护电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1对本发明实施例作进一步的详细描述。图1是本发明具体实施方式1提供的一种电池包欠压保护电路的电路图，如图1所示，在一些优选的实施例中，该电池包欠压保护电路包括：主板控制系统10、电池管理系统20和电池包30；所述电池包30为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成，如图1所示，预置数量用n表示，n为正整数，电池包30包括有第一电池组301、第二电池组302、第三电池组303、……第n电池组30n，而每组电池组由n个单节电池并联组成，例如第一电池组301由单节电池Cell11、Cell21、……、Celln1，共n个单节电池并联组成；所述电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，当电池组的电压小于等于预置过放保护电压VBL_B时关闭电池包输出；所述主板控制系统用于从电池管理系统中获取所述预置数量的电池组中的最低电压Vcell_low，当所述最低电压Vcell_low小于等于预置欠压保护电压VBL_M时通过软停机方式关闭主板控制系统10；其中，所述预置欠压保护电压VBL_M大于所述预置过放保护电压VBL_B。

主板控制系统10用于从电池管20按预置周期检测每组电池组的电压，将每组电池组的电压进行比较得到预置数量的电池组中的最低电压Vcell_low，并将所述最低电压Vcell_low发送给主板控制系统20；也可以是电池管理系统20按预置周期检测每组电池组的电压，并将每组电池组的电压发送给主板控制系统10，主板控制系统10用于将每组电池组的电压进行比较得到预置数量的电池组中的最低电压Vcell_low。预置周期可以为1s、5s、10s、1min等，电池组电压检测的预置周期由用户根据实际需要进行设置，这里不做限定。

本发明中，主板控制系统以电池组的输出电压为判断标准，通过设置主板控制系统的预置欠压保护电压大于电池管理系统的预置过放保护电压，主板控制系统当电池组的最低电压小于预置欠压保护电压时通过软停机方式关机，确保了主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免因电池管理系统突然断电而导致的伤害事故发生，而且以电池组的输出电压为判断标准使得电池包存储能量被充分利用。

如图1所示，在一些优选的实施例中，主板控制系统10包括有第一比较器U1，所述第一比较器U1的正极连接所述最低电压Vcell_low的输出端，所述第一比较器U1的负极连接所述预置欠压保护电压VBL_M的输出端。第一比较器U1将预置数量的电池组中的最低电压Vcell_low与预置欠压保护电压VBL_M作比较，当所述最低电压Vcell_low小于等于预置欠压保护电压VBL_M时，主板控制系统10通过软停机方式关机。如图1所示，在电路设计中，电池包电压输出端的负极Vb-连接第一比较器U1的接地端，在电路设计上电池包和主板控制系统功能性地连接在一起，Vb+为电池包电压输出端的正极，第一比较器U1的输出端为VBL_MP。

如图1所示，在一些优选的实施例中，所述电池管理系统20包括有第二比较器U2，所述第二比较器U2的正极连接电池组的电压检测信号(Vcell_n)的输出端；所述第二比较器U2的负极连接所述预置过放保护电压VBL_B的输出端。电池组的电压检测信号Vcell_n的输出端依次将每组电池组的电压传输到第二比较器U2的正极，第二比较器U2将依次将电池组的电压与预置过放保护电压VBL_B作比较，若出现电池组的电压小于等于预置过放保护电压VBL_B时，电池管理系统20关闭电池包30的输出。第二比较器U2的输出端为VBL_BP。预置欠压保护电压VBL_M大于预置过放保护电压VBL_B，确保了主板控制系统10能先于电池管理系统20执行欠压保护，实现了电池包储能的最大效率使用，避免了突然断电导致的用户伤害事故发生。

如图1所示，在一些优选的实施例中，所述电池管理系统20还包括有一差分放大器U3，所述差分放大器U3的正负极分别连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正负极(分别为Vcell_n+和Vcell_n-)，所述第二比较器U2的正极连接所述差分放大器U3的输出端。

如图1所示，在一些优选的实施例中，所述电池管理系统20还包括有电阻R5和电阻R6，所述第二比较器U2的正极通过电阻R5连接电池组的电压的输出端；所述第二比较器U2的负极通过电阻R6连接所述预置过放保护电压VBL_B的输出端。电阻R5和电阻R6起到限流作用。

如图1所示，在一些优选的实施例中，所述电池管理系统20还包括电阻R1、R2、R3和R4，所述差分放大器U3的正极通过电阻R1连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正极；所述差分放大器的负极通过电阻R2连接所述电池组的电压检测信号的输出端的负极；所述电阻R3的一端连接差分放大器的正极，另一端连接差分放大器的VCC端；所述电阻R4的一端连接差分放大器的负极，另一端连接差分放大器的接地端；差分放大器的输出端连接差分放大器的VCC端。

作为一个并列的实施例，电池包欠压保护电路包括：主板控制系统10、电池管理系统20和电池包30；所述电池包30为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成；所述电池管理系统20用于按预置周期检测每组电池组的电压，将每组电池组的电压进行比较得到预置数量的电池组中的最低电压，并将所述最低电压发送给主板控制系统10，当所述最低电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包20输出；所述主板控制系统10用于接收电池管理系统20发送的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统10；其中，所述预置欠压保护电压大于所述预置过放保护电压。即主板控制系统与电池包管理系统都是以预置数量的电池组中的最低电压作为判断标准，同样也可实现电池包存储能量能被充分利用，并确保主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免电池管理系统突然断电导致的伤害事故发生。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主板控制系统以电池组的输出电压为判断标准，通过设置主板控制系统的预置欠压保护电压大于电池管理系统的预置过放保护电压，主板控制系统当电池组的最低电压小于预置欠压保护电压时通过软停机方式关机，确保了主板控制系统的欠压保护功能先于电池管理系统，避免因电池管理系统突然断电而导致的伤害事故发生，而且以电池组的输出电压为判断标准使得电池包存储能量被充分利用。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池包欠压保护电路，所述电池包欠压保护电路包括：主板控制系统、电池管理系统和电池包；所述电池包为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成；其特征在于：

所述电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，当电池组的电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包输出；

所述主板控制系统用于从电池管理系统中获取所述预置数量的电池组中的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统；

其中，所述预置欠压保护电压大于所述预置过放保护电压。

2.根据权利要求1所述的一种电池包欠压保护电路，其特征在于，所述主板控制系统包括有第一比较器，所述第一比较器的正极连接所述最低电压的输出端，所述第一比较器的负极连接所述预置欠压保护电压的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种电池包欠压保护电路，其特征在于，所述电池管理系统包括有第二比较器，所述第二比较器的正极连接电池组的电压检测信号的输出端；所述第二比较器的负极连接所述预置过放保护电压的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种电池包欠压保护电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括有一差分放大器，所述差分放大器的正负极分别连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正负极，所述第二比较器的正极连接所述差分放大器的输出端。

5.根据权利要求4所述的一种电池包欠压保护电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括有电阻R5和电阻R6，所述第二比较器的正极通过电阻R5连接所述差分放大器的输出端；所述第二比较器的负极通过电阻R6连接所述预置过放保护电压的输出端。

6.根据权利要求5所述的一种电池包欠压保护电路，其特征在于，所述电池管理系统还包括电阻R1、R2、R3和R4，所述差分放大器的正极通过电阻R1连接所述电池组的电压检测信号的输出端的正极；所述差分放大器的负极通过电阻R2连接所述电池组的电压检测信号的输出端的负极；所述电阻R3的一端连接差分放大器的正极，另一端连接差分放大器的VCC端；所述电阻R4的一端连接差分放大器的负极，另一端连接差分放大器的接地端；差分放大器的输出端连接差分放大器的VCC端。

7.一种电池包欠压保护电路，所述电池包欠压保护电路包括：主板控制系统、电池管理系统和电池包；所述电池包为由预置数量的电池组串联形成的电池阵列，所述电池组由预置数量的单节电池并联组成；其特征在于：

所述电池管理系统用于按预置周期检测每组电池组的电压，将每组电池组的电压进行比较得到预置数量的电池组中的最低电压，并将所述最低电压发送给主板控制系统，当所述最低电压小于等于预置过放保护电压时关闭电池包输出；

所述主板控制系统用于接收电池管理系统发送的最低电压，当所述最低电压小于等于预置欠压保护电压时通过软停机方式关闭主板控制系统；

其中，所述预置欠压保护电压大于所述预置过放保护电压。

Images