CN108462233A - 电池管理装置及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池管理装置及无人机，该装置，包括：电池管理计量模块，用于采集电芯组的物理参数；电池管理计量模块包括电量计量芯片，所述电量计量芯片用于根据所述物理参数实现相应的功能；微处理器模块，与所述电池管理计量模块电连接，用于接收所述电池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在所述电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。本发明能够充分利用电池管理计量芯片自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，因而极大地缩减了外围电路，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化电池管理系统的整体结构，提升电池的容纳空间。

Description

电池管理装置及无人机
技术领域
本发明涉及电池管理技术领域，尤其涉及一种电池管理装置及无人机。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机不断朝着小型化和模块化方向演变。而占据无人机一大部分重量和体积的电池，在一定程度上限制了无人机的进一步小型化。目前，无人机的电池的能量重量比、能量体积比已经基本稳定在一个范围内，若要在有限的容积内填充尽可能大的电池容量就需要简化电池的管理系统。
现有技术中，往往需要通过复杂的电池管理系统实现对电池的过压、过流等安全保护，并根据电池电量状态对电池进行自主的充放电控制。
但是，这种电池管理系统线路复杂，器件繁多，占据了无人机内部的大量空间，增加了无人机自身的重量和生产成本。
发明内容
本发明提供一种电池管理装置及无人机，通过充分利用电池管理计量模块自身具备的功能，来简化电池管理系统的结构，提升电池的容纳空间。
第一方面，本发明实施例提供一种电池管理装置，所述电池包括电芯组，所装置包括：电池管理计量模块，用于采集所述电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上；所述电池管理计量模块包括电量计量芯片，所述电量计量芯片用于根据所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；
微处理器模块，与所述电池管理计量模块电连接，用于接收池管理计量模块发送的所述电芯组的电量值，并在所述电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态；其中所述电量值是电池管理计量模块根据所述电芯组的电压值换算得到的。
可选地，所述电池管理计量模块还包括：电压采样电路、温度传感器、电流采样电路；所述电压采样电路、温度传感器、电流采样电路均与电量计量芯片电连接；其中：
电压采样电路与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的电压值；并将所述电压值发送给所述电量计量芯片；
温度传感器与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的温度值，并将所述温度值发送给所述电量计量芯片；
电流采样电路与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的输出电流值，并将所述输出电流值发送给所述电量计量芯片；
电量计量芯片，具体用于根据接收到的电压值，计算所述电芯组的电量值，并将电量值发送给微处理器模块；以及根据接收到的电压值，执行对电芯组的过压、欠压保护；根据接收到的温度值，执行对电芯组的过温、欠温保护；根据接收到的输出电流值，执行对电芯组的过流和充放电保护。
可选地，还包括：连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述第一可控开关与所述电量计量芯片连接；其中，所述第一可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；
所述电量计量芯片，具体用于当所述电芯组的电压值不在预设的电压范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。
可选地，还包括：连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述第一可控开关与所述电量计量芯片连接；
所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，控制所述第一可控开关导通，以使得所述电芯组和主回路之间连通，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值；
所述装置还包括：预热电路，所述预热电路设置在电芯组的周围区域，并通过第二可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度小于或者等于第一温度阈值时，控制所述第二可控开关导通，以使得所述预热电路对电芯组进行加热，直到所述电芯组的温度大于第一温度阈值；其中，所述第二可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；
所述装置还包括：散热器，所述散热器设置在电芯组的周围区域，并通过第三可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度大于或者等于第二温度阈值时，控制所述第三可控开关导通，以使得所述散热器对电芯组进行降温，直到所述电芯组的温度小于第二温度阈值；其中，所述第三可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；所述第三可控开关管包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器中的任一种器件。
可选地，还包括：
连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于在主回路中的电流值不在预设的电流范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。
可选地，还包括：
连接所述电芯组和预充电电路的第四可控开关，所述第四可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于在电芯组的电量值小于下限阈值时，控制所述第四可控开关导通，以使得所述电芯组和预充电电路之间连通以使电池处于充电状态；其中，所述第四可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态。
可选地，还包括：
连接电量计量芯片和显示器的数据端口；所述电量计量芯片，具体用于通过所述数据端口将电池状态数据传输给显示器；
所述显示器，用于显示电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电芯组的电量、电压值、输出电流值、温度值中至少一种。
可选地，所述电池管理计量模块还包括：
按键输入面板，所述按键输入面板与所述电量计量芯片电连接，用于接收用户输入的按键信息，所按键信息包括：断开/连通主回路信息、断开/连通预充电电路信息；其中：
所述断开/连通主回路信息用于指示电量计量芯片控制连接电芯组与主回路的第一可控开关处于断开或者连通状态；所述断开/连通预充电电路信息用于指示电量计量芯片控制连接电芯组与预充电电路的第四可控开关处于断开或者连通状态。
可选地，所述电池管理计量模块还包括：
通信端口，所述通信端口与所述电量计量芯片电连接，用于将所述电芯组的物理参数发送给远端主机，和/或接收远端主机发送给电量计量芯片的控制指令，以使所述电量计量芯片根据控制指令执行相应的功能；其中，所述物理参数包括：电芯组的电量、电压值、输出电流值、温度值中至少一种。
可选地，所述微处理器模块包括：微处理器、自放电电路、以及线性稳压电源；所述微处理器与电池管理计量模块电连接，所述自放电电路、线性稳压电源均与微处理器电连接；其中：
线性稳压电源，用于给微处理器提供稳定的电能；
微处理器，用于接收电池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制连接电芯组与所述自放电电路的第五可控开关处于导通状态，以使所述电芯组处于自放电状态。
可选地，所述自放电电路包括：第五可控开关、第一偏置电阻、放电电阻；所述放电电阻的一端与电芯组的正极连接，所述放电电阻的另一端连接第五可控开关的第一端，所述第五可控开关的控制端分别连接微处理器的第一输出端口和偏置电阻的一端；所述第五可控开关的第二端和第一偏置电阻的另一端均接地；所述第五可控开关的控制端接收所述微处理器的第一输出端口所发送的控制信号，以使所述第五可控开关处于导通或者断开状态；
其中，所述微处理器通过第一输出端口的开关信号控制第五可控开关处于导通或者截止状态；当第五可控开关处于导通状态时，电芯组与所述自放电电路连接，以通过放电电阻来损耗电芯组中的电能。
可选地，所述第五可控开关为场效应管；所述第五可控开关的第一端为场效应管的漏极，所述第五可控开关的第二端的源极，所述第五可控开关的控制端为场效应的栅极。
可选地，所述装置还包括：与微处理器连接的充放电控制电路，所述充放电控制电路包括：第六可控开关、第七可控开关、第八可控开关、第二偏置电阻、第三偏置电阻、第四偏置电阻、以及第五偏置电阻；
所述第六可控开关的第一端通过第四偏置电阻、第五偏置电阻接地，且所述第六可控开关的第一端构成外部充电电路或者外部放电电路的正连接端口；所述第六可控开关的第二端分别连接第二偏置电阻的一端、第七可控开关的第二端连接，所述第六可控开关的控制端与第八可控开关的第一端连接，所述第二偏置电阻的另一端与第八可控开关的第一端连接；所述第七可控开关的控制端与第八可控开关的第一端连接，所述第七可控开关的第二端与电芯组的正极连接；所述第八可控开关的第二端接地，所述第八可控开关的控制端与微处理器的第二输出端口连接，并通过第三偏置电阻接地；
其中，所述微处理器通过第二输出端口的开关信号控制第八可控开关处于导通或者截止状态；当第八可控开关处于导通状态时，第六可控开关、第七可控开关处于导通状态，则电芯组与外部充电电路连通；或者外部放电电路连通；
所述微处理器具体用于：
在电芯组的电量值小于下限阈值时，通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关处于导通状态，以使所述电芯组与外部充电电路连通；或者
在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，接收微处理器通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关处于导通状态，以使所述电芯组外部放电电路连通。
第二方面，本发明实施例提供一种无人机，包括两串以上电芯组，还包括：如第一方面中所述的电池管理装置，用以执行对所述电芯组的管理。
本发明提供的电池管理装置及无人机，通过电池管理计量模块来采集所述电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上，并通过电池管理计量模块中的电量计量芯片根据采集到的所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中任一种以上；通过微处理器模块接收池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。本发明能够充分利用电池管理计量芯片自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，因此极大地缩减了电池中的外围电路，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化了整个电池管理系统结构，提升电池的容纳空间，更利于应用所述电池管理装置的无人机小型化的发展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的电池管理装置的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的电池管理装置的结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的电池管理装置的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的电池管理装置中自放电电路的结构示意图；
图5为通过外置端口给电池进行充电或放电的电路结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
以下，对本申请中的部分用语进行解释说明，以便于本领域技术人员理解：
1)无人机，是无人驾驶飞机的简称，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。
2)电池，本发明实施例中提到的电池主要用于无人机中，市场上的无人机电池主要采用聚合物锂电池。锂电池相对其他电池，容量大，倍率高，爆发力强，使得无人机续航能力以及飞行速度大大提升。可以理解，本发明实施例中的电池可以应用到任何其他需要用到电池的电子设备上，这里不作限制。
本发明提供的电池管理装置，可以对的电池电量进行实时监测，当电芯组的电量大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，通过低功耗的微处理器控制电池与放电电路相连，使得电池处于自放电状态。本发明中的装置通过充分利用电池管理计量模块自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化了电池管理系统的结构，提升电池的容纳空间。
图1为本发明实施例一提供的电池管理装置的结构示意图，如图1所示，本实施例中的装置可以包括：电池管理计量模块10和微处理器模块20；电池管理计量模块10中的电量计量芯片与所述微处理器模块20电连接，其中：电池管理计量模块10，用于采集电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上，以及通过所述电量计量芯片根据采集到的所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；微处理器模块20，用于接收池管理计量模块10发送的电芯组的电量值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态；其中所述电芯组的电量值是电池管理计量模块根据电芯组的电压值换算得到的。
现有的电池管理系统中，为了实现对电池的过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护，往往需要设置多个外围保护电路，例如：过流保护电路、过压保护电路、过温保护电路等等，这些外围电路占据了内部的容纳空间，从而在一定程度上限制了所能够放置的电池空间。而在本实施例的装置中，充分利用了电量计量芯片自身的功能，从而只需向计量芯片提供电芯组的物理参数，就可以实现对电芯组的各种保护功能。因此，在的电池管理系统中略去了外围保护电路，从而增加了所能够放置的电池空间。
本实施例，通过电池管理计量模块10来采集电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上，并通过电池管理计量模块中的电量计量芯片根据采集到的所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；通过微处理器模块接收池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。本发明能够充分利用电池管理计量芯片自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，因此极大地缩减了电池的外围电路，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化了整个电池管理系统结构，提升电池的容纳空间。
图2为本发明实施例二提供的电池管理装置的结构示意图，如图2所示，电池管理计量模块10包括：电量计量芯片11、电压采样电路12、温度传感器13、电流采样电路14；所述电压采样电路12、温度传感器13、电流采样电路14均与电量计量芯片11电连接。其中：电压采样电路12，用于获取电芯组的电压值；并将所述电压值发送给电量计量芯片11。温度传感器13，用于获取电芯组的温度值，并将所述温度值发送给电量计量芯片11。电流采样电路14，获取电芯组的输出电流值，并将所述输出电流值发送给电量计量芯片11。电量计量芯片11，用于根据接收到的电压值，计算电芯组的电量值，并将电量值发送给微处理器模块20；以及根据接收到的电压值，执行对电芯组的过压、欠压保护；根据接收到的温度值，执行对电芯组的过温、欠温保护；根据接收到的输出电流值，执行对电芯组的过流和充放电保护。微处理器模块20，用于接收池管理计量模块10采集的电压值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。
本实施例中，还可以包括：连接电芯组和主回路的第一可控开关，所述第一可控开关与所述电量计量芯片连接；其中，所述第一可控开关用于根据所述电量计量芯片11输出的控制信号处于导通或者断开状态；所述第一可控开关管包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。所述电量计量芯片11具体用于当电芯组的电压值不在预设的电压范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。例如，电量计量芯片11的连接端口输出一个电平信号，以使得连接电芯组与主回路的第一可控开关处于断开状态。从而实现对电芯组的过压、欠压保护。其中，本实施例中的主回路是对与电芯组连接用于传输充电电流或放电电流的开关回路中所有导电回路的统称。
本实施例中，还可以通过第一可控开关来控制对电芯组进行预热处理或者散热处理。其中，第一可控开关与电芯组和主回路连接，且所述第一可控开关与所述电量计量芯片11连接。当电芯组的温度大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，控制所述第一可控开关导通，以使得所述电芯组和主回路之间连通，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值。可选地，所述装置还包括：预热电路，所述预热电路设置在电芯组的周围区域，并通过第二可控开关与所述电量计量芯片11连接；所述电量计量芯片11具体用于当电芯组的温度小于或者等于第一温度阈值时，控制所述第二可控开关导通，以使得所述预热电路对电芯组进行加热，直到所述电芯组的温度大于第一温度阈值；其中，所述第二可控开关用于根据所述电量计量芯片11输出的控制信号处于导通或者断开状态；所述第二可控开关管包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。所述装置还包括：散热器，所述散热器设置在电芯组的周围区域，并通过第三可控开关与所述电量计量芯片11连接；所述电量计量芯片11具体用于当电芯组的温度大于或者等于第二温度阈值时，控制所述第三可控开关导通，以使得所述散热器对电芯组进行降温，直到所述电芯组的温度小于第二温度阈值；其中，所述第三可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；所述第三可控开关管包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。
本实施例中，在主回路中的电流值不在预设的电流范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。例如，电量计量芯片11的连接端口输出一个电平信号，以使得连接电芯组与主回路电路的第一可控开关处于断开状态。从而实现对电芯组的过流、欠流保护。应用本实施例中的原理，也可以实现对电芯组构成的回路出现短路时，自动将电芯组与主回路电路断开，从而实现对电芯组的短路保护。
本实施例中，所述装置还包括：连接电芯组和预充电电路的第四可控开关，所述第四可控开关与所述电量计量芯片11连接；所述电量计量芯片11具体用于在电芯组的电量值小于下限阈值时，控制所述第四可控开关导通，以使得所述电芯组和预充电电路之间连通以使电池处于充电状态；其中，所述第四可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；所述第四可控开关管包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。本实施例中的预充电电路是指与电芯组连接，并向电芯组提供电能的电路，举例来说，预充电电路可以是一个电压转换电路，其输入端连接市电，其输出端连接电芯组，用于将市电转化为符合电芯组特性的直流电。
本实施例中的电量计量芯片的型号包括：BQ40Z50和BQ30Z55等；需要说明的是，本实施例不限定电池计量芯片的具体型号。
本实施例，通过电池管理计量模块10来采集电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上，并通过电池管理计量模块中的电量计量芯片根据采集到的所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；通过微处理器模块接收池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。本发明能够充分利用电池管理计量芯片自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，从而极大地缩减了电池的外围电路，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化了整个电池管理系统结构，提升电池的容纳空间。
图3为本发明实施例三提供的电池管理装置的结构示意图，如图3所示，本实施例中的装置，可以包括：电池管理计量模块10和微处理器模块20。其中，电池管理计量模块10包括：电量计量芯片11、电压采样电路12、温度传感器13、电流采样电路14、液晶显示器15、按键输入面板16、通信端口17、主回路控制端口18、预充电电路控制端口19。微处理器模块20包括：微处理器21、线性稳压电源22、自放电电路23等。电池管理计量模块10充分利用了电量计量芯片11本身集成的功能，通过温度传感器13采集电芯组的温度，通过电压采样电路12采集电芯组的电压值，通过电流采样电路14采集电芯组的输出电流值。然后将采集到的电芯组的温度、电压值、输出电流进行处理。以及通过主回路控制端口18输出的控制信号来控制连接主回路与电芯组的可控开关处于导通或者截止状态；通过预充电电路控制端口19输出的控制信号来控制连接电芯组与预充电电路的可控开关处于导通或者截止状态；本实施例中的可控开关包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。从而利用电量计量芯片11内部集成的功能来实现对电芯组的过温、欠温、充放电短路、过压、欠压等安全保护及预充电功能。微处理器模块20通过一个低功耗的微处理器21来实现对电池的自放电功能，在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，将电芯组与自放电电路23连通，以使电池处于放电状态。
本实施例中，由于电池计量芯片11不具备自放电功能，而电池在使用过程中，如果电池长时间保持在高电量状态而未被使用，则会对电池电芯的寿命造成不良影响，甚至可能导致电芯膨胀的情况。电池的自放电状态是指：电芯组的电量大于预设值且电池未使用的时长大于或者等于上限值时，自动损耗电池电量的状态。通过微处理器来获取电池计量芯片中计算得到的电量，并在电芯组的电量大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，将电芯组与自放电电路连通，以使电池处于放电状态。可选地，可以采用BJ8P508ESOT23-6型号的微处理器。
可选地，图3中的装置还可以通过液晶显示器15同步显示电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电量、电压值、输出电流值、温度值中的至少一种。
可选地，图3中的装置还可以通过电量计量芯片11将电池状态数据通过通信端口17发送给远端主机，和/或接收远端主机发送给电量计量芯片11的控制指令，以使所述电量计量芯片11根据控制指令执行相应的功能。
本实施例中，可以通过与电池计量芯片11电连接的电压采样电路12实时采集电芯组的电压值，然后将采集到的电压值传输给电池计量芯片11。其中，本实施例中的电压采样电路12可以集成到电池计量芯片中，也可以是与电池计量芯片独立设置的电压采样电路。
本实施例中，还可以通过与所述电量计量芯片11电连接的按键输入面板16，接收用户输入的按键信息，所按键信息包括：断开或连通主回路信息、断开或连通预充电信息。其中：所述断开或连通主回路信息用于指示电量计量芯片11控制连接电芯组与主回路的可控开关处于断开或者连通；所述断开或连通预充电信息用于指示电量计量芯片11控制连接电芯组与预充电的可控开关处于断开或者连通状态。
本实施例中，按键输入面板16可以接收用户输入的按键信号，例如在电量计量芯片进行过压、过流、过温、充放电短路情况下，使得电芯组与主回路断开时，用户可以通过按键输入面板输入按键信号，以恢复电芯组与主回路的连接。
图4为本发明实施例四提供的电池管理装置中自放电电路的结构示意图，如图4所示，所述自放电电路包括：第五可控开关Q1、第一偏置电阻R1、放电电阻R2；所述放电电阻R2的一端与电芯组的正极连接，所述放电电阻R2的另一端连接第五可控开关Q1的漏极，所述第五可控开关Q1的栅极分别连接微处理器的第一输出端口和偏置电阻R1的一端；所述第五可控开关Q1的源极和第一偏置电阻R1的另一端均接地；其中，所述微处理器通过第一输出端口的开关信号控制第五可控开关Q1处于导通或者截止状态；当第五可控开关Q1处于导通状态时，电芯组与所述自放电电路连接，以通过放电电阻R2来损耗电芯组中的电能。具体地，可以通过微处理器的一个I/O口用来控制自放电电路。例如SELF_DSG端口是微处理器的一个I/O口，当SELF_DSG输出高电平时，微处理器控制MOS管Q1(例如选用型号为AO3404的NMOS器件)处于导通状态，此处通过放电电阻R2发热来损耗电芯组的电量。当端口SELF_DSG输出低电平时，MOS管Q1处于截止状态，则此时自放电状态停止。
可选地，微处理器可以通过脉冲调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号来控制MOS管Q1处于导通或者截止状态。图4中端口BAT+表示电芯组的最高电压，R1表示偏置电阻。电池的自放电过程主要是以放电电阻发热来消耗电量。
图5为通过外置端口给电池进行充电或放电的电路结构示意图。如图5所示，包括：第六可控开关Q5、第七可控开关Q6、第八可控开关Q7、第二偏置电阻R22、第三偏置电阻R31、第四偏置电阻R25、第五偏置电阻R30；所述第六可控开关Q5的漏极通过第四偏置电阻R25、第五偏置电阻R30接地，且所述第六可控开关Q5的漏极构成外部充电电路或者外部放电电路的正连接端口；所述第六可控开关Q5的源极分别连接第二偏置电阻R22的一端、第七可控开关Q6的源极连接，所述第六可控开关Q5的栅极与第八可控开关Q7的漏极连接，所述第二偏置电阻R22的另一端与第八可控开关Q7的漏极连接；所述第七可控开关Q6的栅极与第八可控开关Q7的漏极连接，所述第七可控开关Q6的源极与电芯组的正极连接；所述第八可控开关Q7的源极接地，所述第八可控开关Q7的栅极与微处理器的第二输出端口连接，并通过第三偏置电阻R31接地；其中，所述微处理器通过第二输出端口的开关信号控制第八可控开关Q7处于导通或者截止状态；当第八可控开关Q7处于导通状态时，第六可控开关Q5、第七可控开关Q6处于导通状态，则电芯组与外部充电电路连通；或者外部放电电路连通；所述微处理器具体用于：在电芯组的电量小于下限阈值时，通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关Q7处于导通状态，以使所述电芯组与外部充电电路连通；或者在电芯组的电量大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，接收微处理器通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关Q7处于导通状态，以使所述电芯组外部放电电路连通。
具体地，端口PAD+、端口PAD-分别为外置充放电电路的正负极，网络ADC为微处理器的一个I/O口，用以检测充放电电压，网络PACK+端口连接到电池(电芯组)的输出端口，discharge为微处理器的一个I/O。下面以第八可控开关Q7采用NMOS器件，第六可控开关Q5和第七可控开关Q6采用PMOS器件为例进行详细说明。当需要放电的时，discharge端口输出高电平，使第八可控开关Q7处于导通状态。当第八可控开关Q7处于导通状态时，会将第六可控开关管Q5、第七可控开关Q6的栅极拉低，从而使电池的输出电压可以导通到端口PAD+，从而对外放电。当PAD+端口与外置充电器连接时，由于ADC端口可以实时监测到充电电压，当检测到的电压满足最小的充电阈值时，微处理器控制discharge端口输出高电平使第八可控开关Q7处于导通状态，此时第六可控开关Q5、第七可控开关Q6的栅极拉低，从而使外置充电电路对电池(电芯组)进行充电。需要说明的是，本实施例不限定第六可控开关Q5、第七可控开关Q6、第八可控开关Q7的具体类型，所述第六可控开关Q5、第七可控开关Q6、第八可控开关Q7可以采用：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器等中的任一种器件。
本实施例，通过电池管理计量模块10来采集电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上，并通过电池管理计量模块中的电量计量芯片根据采集到的所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；通过微处理器模块接收池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态。本发明能够充分利用电池管理计量芯片自身具备的功能来实现对电芯组的过压、欠压、过流、过温、欠温，以及充放电保护，因此极大地缩减了电池的外围电路，并通过微处理器来实现电池自放电，从而简化了整个电池管理系统结构，提升电池的容纳空间。有利于采用上述电池管理装置的无人机的小型化发展。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种电池管理装置，所述电池包括电芯组，其特征在于，包括：
电池管理计量模块，用于采集所述电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电压值、温度值、输出电流值中的任一种以上；所述电池管理计量模块包括电量计量芯片，所述电量计量芯片用于根据所述物理参数实现相应的功能，所述功能包括：过压保护、欠压保护、过流保护、过温保护、欠温保护，以及充放电保护中的任一种以上；
微处理器模块，与所述电池管理计量模块电连接，用于接收所述电池管理计量模块发送的所述电芯组的电量值，并在所述电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制电芯组处于放电状态；其中，所述电量值是所述电池管理计量模块根据所述电芯组的电压值换算得到的。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池管理计量模块还包括：电压采样电路、温度传感器、电流采样电路；所述电压采样电路、温度传感器、电流采样电路均与所述电量计量芯片电连接；其中：
电压采样电路与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的电压值；并将所述电压值发送给所述电量计量芯片；
温度传感器与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的温度值，并将所述温度值发送给所述电量计量芯片；
电流采样电路与电芯组电连接，用于获取所述电芯组的输出电流值，并将所述输出电流值发送给所述电量计量芯片；
电量计量芯片，具体用于根据接收到的电压值，计算所述电芯组的电量值，并将电量值发送给微处理器模块；以及根据接收到的电压值，执行对电芯组的过压、欠压保护；根据接收到的温度值，执行对电芯组的过温、欠温保护；根据接收到的输出电流值，执行对电芯组的过流和充放电保护。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述第一可控开关与所述电量计量芯片连接；其中，所述第一可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；
所述电量计量芯片，具体用于当所述电芯组的电压值不在预设的电压范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述第一可控开关与所述电量计量芯片连接；
所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度大于第一温度阈值且小于第二温度阈值时，控制所述第一可控开关导通，以使得所述电芯组和主回路之间连通，所述第一温度阈值小于所述第二温度阈值；
所述装置还包括：预热电路，所述预热电路设置在电芯组的周围区域，并通过第二可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度小于或者等于第一温度阈值时，控制所述第二可控开关导通，以使得所述预热电路对电芯组进行加热，直到所述电芯组的温度大于第一温度阈值；其中，所述第二可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态；
所述装置还包括：散热器，所述散热器设置在电芯组的周围区域，并通过第三可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于当电芯组的温度大于或者等于第二温度阈值时，控制所述第三可控开关导通，以使得所述散热器对电芯组进行降温，直到所述电芯组的温度小于第二温度阈值；其中，所述第三可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
连接所述电芯组和主回路的第一可控开关，所述可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于在主回路中的电流值不在预设的电流范围内时，控制所述第一可控开关断开，以切断所述电芯组和主回路之间的连接。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
连接所述电芯组和预充电电路的第四可控开关，所述第四可控开关与所述电量计量芯片连接；所述电量计量芯片，具体用于在电芯组的电量值小于下限阈值时，控制所述第四可控开关导通，以使得所述电芯组和预充电电路之间连通以使电池处于充电状态；其中，所述第四可控开关用于根据所述电量计量芯片输出的控制信号处于导通或者断开状态。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
连接电量计量芯片和显示器的数据端口；所述电量计量芯片，具体用于通过所述数据端口将电池状态数据传输给显示器；
所述显示器，用于显示所述电芯组的物理参数，所述物理参数包括：电芯组的电量、电压值、输出电流值、温度值中至少一种。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述电池管理计量模块还包括：
按键输入面板，所述按键输入面板与所述电量计量芯片电连接，用于接收用户输入的按键信息，所按键信息包括：断开/连通主回路信息、断开/连通预充电电路信息；其中：
所述断开/连通主回路信息用于指示电量计量芯片控制连接电芯组与主回路的第一可控开关处于断开或者连通状态；所述断开/连通预充电电路信息用于指示电量计量芯片控制连接电芯组与预充电电路的第四可控开关处于断开或者连通状态。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池管理计量模块还包括：
通信端口，所述通信端口与所述电量计量芯片电连接，用于将所述电芯组的物理参数发送给远端主机，和/或接收远端主机发送给电量计量芯片的控制指令，以使所述电量计量芯片根据控制指令执行相应的功能；其中，所述物理参数包括：电芯组的电量、电压值、输出电流值、温度值中至少一种。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的装置，其特征在于，所述微处理器模块包括：微处理器、自放电电路、以及线性稳压电源；所述微处理器与电池管理计量模块电连接，所述自放电电路、线性稳压电源均与微处理器电连接；其中：
线性稳压电源，用于给微处理器提供稳定的电能；
微处理器，用于接收电池管理计量模块发送的电芯组的电量值，并在在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，控制连接电芯组与所述自放电电路的第五可控开关处于导通状态，以使所述电芯组处于自放电状态。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述自放电电路包括：第五可控开关、第一偏置电阻、放电电阻；所述放电电阻的一端与电芯组的正极连接，所述放电电阻的另一端连接第五可控开关的第一端，所述第五可控开关的控制端分别连接微处理器的第一输出端口和偏置电阻的一端；所述第五可控开关的第二端和第一偏置电阻的另一端均接地；所述第五可控开关的控制端接收所述微处理器的第一输出端口所发送的控制信号，以使所述第五可控开关处于导通或者断开状态；
其中，所述微处理器通过第一输出端口的开关信号控制第五可控开关处于导通或者截止状态；当第五可控开关处于导通状态时，电芯组与所述自放电电路连接，以通过放电电阻来损耗电芯组中的电能。
12.根据权利要求11所述的装置，所述第五可控开关为场效应管；所述第五可控开关的第一端为场效应管的漏极，所述第五可控开关的第二端的源极，所述第五可控开关的控制端为场效应的栅极。
13.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：与微处理器连接的充放电控制电路，所述充放电控制电路包括：第六可控开关、第七可控开关、第八可控开关、第二偏置电阻、第三偏置电阻、第四偏置电阻、以及第五偏置电阻；
所述第六可控开关的第一端通过第四偏置电阻、第五偏置电阻接地，且所述第六可控开关的第一端构成外部充电电路或者外部放电电路的正连接端口；所述第六可控开关的第二端分别连接第二偏置电阻的一端、第七可控开关的第二端连接，所述第六可控开关的控制端与第八可控开关的第一端连接，所述第二偏置电阻的另一端与第八可控开关的第一端连接；所述第七可控开关的控制端与第八可控开关的第一端连接，所述第七可控开关的第二端与电芯组的正极连接；所述第八可控开关的第二端接地，所述第八可控开关的控制端与微处理器的第二输出端口连接，并通过第三偏置电阻接地；
其中，所述微处理器通过第二输出端口的开关信号控制第八可控开关处于导通或者截止状态；当第八可控开关处于导通状态时，第六可控开关、第七可控开关处于导通状态，则电芯组与外部充电电路连通；或者外部放电电路连通；
所述微处理器具体用于：
在电芯组的电量值小于下限阈值时，通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关处于导通状态，以使所述电芯组与外部充电电路连通；或者
在电芯组的电量值大于或者等于上限阈值的时间超过预设时限时，接收微处理器通过所述第二输出端口发送的开关信号，以控制所述第八可控开关处于导通状态，以使所述电芯组外部放电电路连通。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第六可控开关、第七可控开关、第八可控开关包括：场效应晶体管、功率开关管、晶闸管、继电器中的任一种器件。
15.一种无人机，包括两串以上电芯组，其特征在于，还包括：如权利要求1-14中任一项所述的电池管理装置，所述电池管理装置用以执行对所述电芯组的管理。
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