CN109659907B - 一种锂电池短路检测保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锂电池短路检测保护方法，包括应用于锂电池短路检测保护方法的短路检测单元，所述短路检测单元包括电流采集模块、电压比较模块、MCU控制单元以及放电输出模块；所述电流采集模块用于采集当前电流；一种短路检测保护方法，包括以下步骤：MCU控制单元判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平；若是，MCU控制单元再识别当前电路的放电模式；短路中断按照MCU控制单元判定的放电模式进行相对应的中断操作。本发明的有效益处在于：通过MCU控制单元，使得电路不管在PWM调制输出模式、从20％占空比递增到全输出的软启动输出模式或是全功率输出模式都可完成短路保护；且通过MCU控制单元可分别对不同放电模式进行中断处理，对放电MOS管性能要求降低。

Description

一种锂电池短路检测保护方法
技术领域
本发明涉及锂电池短路保护领域，具体为一种锂电池短路检测保护方法。
背景技术
随着电池驱动的便携式电动工具的飞速发展，锂电池充放电保护板的需求越来越多，除了基本的充放电电压、充放电电流、充放电温度的保护，短路保护这种极端异常条件的保护动作也要求越来越灵敏，常见的有FUSH熔断保护，硬件放大器比较锁定保护等。
FUSH熔断保护是一种破坏性保护，在一次短路保护后，电池包就不能再次使用；而硬件放大器比较锁定保护具有多次重复性保护的功能，且不会容易造成误触发，但这种方式只适合放电输出无PWM调制的情况下进行的短路保护，如果处于PWM调制输出状态下短路，因硬件放大回路的积分电路，在PWM有效占空比比较小的情况下，无法触发短路保护，造成MOS管烧毁，甚至起火爆炸现象。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种锂电池短路检测保护方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种锂电池短路检测保护方法，包括应用于锂电池短路检测保护方法的短路检测单元，所述短路检测单元包括电流采集模块、电压比较模块、MCU控制单元以及放电输出模块；所述电流采集模块用于采集当前电流；所述电压比较模块的第一输入端和第二输入端分别连接电流采集模块和短路基准电流输出端；所述电压比较模块用于对采集电流和短路基准电流进行比较判断，输出相应的电平；所述电压比较模块的输出端与所述MCU控制单元的信号输入端连接；所述MCU控制单元的信号输出端与所述放电输出模块的输入端连接，所述放电输出模块的输出端外接负载；所述放电输出模块包括一放电MOS管，所述MCU控制单元控制放电MOS管的放电状态；
一种短路检测保护方法，包括以下步骤：
所述MCU控制单元判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平；若是，所述MCU控制单元再识别当前电路的放电模式；
短路中断按照所述MCU控制单元判定的放电模式进行相对应的中断操作。
进一步的，在所述MCU控制单元在识别放电模式中，所述MCU控制单元依靠其内部CPU的放电信号标识识别所述放电模式。
进一步的，所述放电模式包括全功率输出模式和PWM调制输出模式。
进一步的，在所述MCU控制单元判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平中，所述采集电流大于所述短路基准电流时，所述电压比较模块的电位进行“0-1”翻转，输出为高电平。
进一步的，在所述全功率输出模式中，所述MCU控制单元通过设置中断延时时间对中断进行延时，在中断延时时间段内保持对中断引脚的电平进行检测，MCU的外部中断引脚若在中断延时时间内仍为高电平，触发短路中断有效标志，断开放电MOS管，以此切断放电电路。
进一步的，在所述PWM输出模式中，所述MCU控制单元先将PWM调制输出模式转化为全功率输出模式；所述MCU控制单元在中断延时时间段内继续保持检测外部中断引脚的电位变化；MCU的外部中断引脚若在中断延时时间内仍为高电平，触发短路中断有效标志，切断放电电路。
进一步的，在中断延时时间段内，若MCU的外部中断引脚的电位出现低电平，即出现“1-0”的翻转，所述MCU控制单元退出短路检测。
进一步的，所述MCU控制单元退出短路检测过程中，若初始放电模式为PWM调制输出模式时，需先将全功率放电模式切换为PWM调制输出模式，最终退出短路检测。
进一步的，所述中断延时时间设置为100-500μs。
本发明的有效益处在于：通过MCU控制单元，软件动态识别电路的放电模式；使得电路不管在PWM调制输出模式、从20％占空比递增到全输出的软启动输出模式或是全功率输出模式都可完成短路保护，应用范围广；且通过MCU控制单元可分别对不同放电模式进行中断处理，保证短路识别的可靠性和及时性，对放电MOS管性能要求降低。
附图说明
图1为本发明的系统框图。
图2为本发明的软件流程图。
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的；相同或相似的标号对应相同或相似的部件；附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例
为解决现有技术中硬件比较器锁定保护无法运用于PWM调制放电模式的问题，本发明的实施例提供一种锂电池短路检测保护方法，如图1-图2所示，包括应用于锂电池短路检测保护方法的短路检测单元，短路检测单元包括电流采集模块1、电压比较模块2、MCU控制单元3以及放电输出模块4；电流采集模块1用于采集当前电流值；电压比较模块2的第一输入端和第二输入端分别连接电流采集模块1和短路基准电流输出端；电压比较模块2用于对采集电流和短路基准电流进行比较判断，输出相应的电平；电压比较模块2的输出端与MCU控制单元3的信号输入端连接；所述MCU控制单元的信号输出端与所述放电输出模块4的输入端连接，所述放电输出模块4的输出端外接负载；所述放电输出模块4包括一放电MOS管，所述MCU控制单元3控制放电MOS管的放电状态；
一种短路检测保护方法，包括以下步骤：
MCU控制单元3判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平；若是，MCU控制单元3再识别当前电路的放电模式；
短路中断按照MCU控制单元3判定的放电模式进行相对应的中断操作。
本实施例中，电流采集模块1将采集到的电流值传输至电压比较模块2的第一输出端，电压比较模块2的第二输入端接收基准短路电流，通过将采集电流值与预设的基准短路电流值一起输入至电压比较模块2，从而比较其采集电流与基准短路电压的大小，判断过程如下：如果采集电流值大于基准短路电流值，触发电压比较模块2输出为高电平；如果采集电流值小于基准短路电流值，电压比较模块2的输出仍为低电平。进一步的，本实施例还设置了延时触发时间，当采集电流值大于基准短路电流值持续超过5-10μs时，电压比较模块2将输出高电平到MCU控制单元3的外部中断引脚中。
本实施例中，MCU控制单元3包括一个MCU控制器，中断设置为上升沿中断，当MCU控制器的外部中断引脚接收到高电平后，MCU控制器通过其内部的CPU首先识别当前电路为何种放电模式，MCU控制器通过其内部CPU的放电信号标识对放电模式进行识别后，中断过程按照其放电模式采取相对应的中断方式，进一步的，MCU控制器内部设置有中断延时时间，在中断延时时间内，持续对中断引脚的电平进行检测。本实施例中，放电模式包括全功率输出模式和PWM调制输出模式，其中，PWM调制模式包括一种软启动模式。放电电路中可能由于设备产生静电的原因，静电可能造成所采集到的电流过大，使电压比较模块输出一个高电平，造成误触发，所以为了避免静电的干扰，中断延时时间设置为100-500μs，本实施例中，中断延时时间优选为100μs。
电压比较模块2输出一个高电平到MCU控制器的外部中断引脚后，特别的，放电模式为全功率输出模式时，MCU控制器在中断延时时间内持续保持对中断引脚的电平进行检测，若外部中断引脚在中断延时时间仍为高电平时，MCU控制器触发短路中断有效标志，断开放电MOS管，以此切断放电电路；否则退出检测。
进一步的，放电模式为PWM调制输出模式时，首先将PWM调制输出模式切换为全功率输出模式，若MCU控制器的外部中断引脚在中断延时时间仍为高电平时，MCU控制器触发短路中断有效标志，断开放电MOS管，以此切断放电电路，否则，切换为PWM调制输出模式，退出检测。
进一步的，在短路状态下，如果电路处于PWM调制输出模式时，如果不先将PWM调制输出模式切换为全功率输出模式，由于在短路状态下，硬件触发延时时间一般为10μs内，而一般PWM调制周期为100μs-1ms，由于中断延时时间设置为100-500μs，在短路中断延时时间内持续进行检测时，PWM进入关闭周期后，短路信号因MOS管关断变为低电平，造成误认为不是短路，退出短路检测，这样就可能烧毁MOS管甚至造成更严重的灾害。
本实施例通过MCU控制单元3可实现软件动态识别不同的放电模式并采取相对应的短路保护，保证短路识别的可靠性和及时性，应用范围广。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，包括应用于锂电池短路检测保护方法的短路检测单元，所述短路检测单元包括电流采集模块（1）、电压比较模块（2）、MCU控制单元（3）以及放电输出模块（4）；所述电流采集模块（1）用于采集当前电流；所述电压比较模块（2）的第一输入端和第二输入端分别连接电流采集模块（1）和短路基准电流输出端；所述电压比较模块（2）用于对采集电流和短路基准电流进行比较判断，输出相应的电平；所述电压比较模块（2）的输出端与所述MCU控制单元（3）的信号输入端连接；所述MCU控制单元的信号输出端与所述放电输出模块（4）的输入端连接，所述放电输出模块（4）的输出端外接负载；所述放电输出模块（4）包括一放电MOS管，所述MCU控制单元（3）控制放电MOS管的放电状态；
所述方法包括以下步骤：
所述MCU控制单元（3）判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平；若是，所述MCU控制单元（3）再识别当前电路的放电模式；
短路中断按照所述MCU控制单元（3）判定的放电模式进行相对应的中断操作；
所述放电模式包括全功率输出模式，在所述全功率输出模式中，所述MCU控制单元（3）通过设置中断延时时间对中断进行延时，在中断延时时间段内保持对中断引脚的电平进行检测，MCU的外部中断引脚若在中断延时时间内仍为高电平，触发短路中断有效标志，断开放电MOS管，以此切断放电电路。
2.根据权利要求1所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，在所述MCU控制单元（3）在识别放电模式中，所述MCU控制单元（3）依靠其内部CPU的放电信号标识识别所述放电模式。
3.根据权利要求2所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，所述放电模式包括PWM调制输出模式。
4.根据权利要求1所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，在所述MCU控制单元（3）判断其外部中断引脚所接收到的信号是否为高电平中，所述采集电流大于所述短路基准电流时，所述电压比较模块的电位进行“0-1”翻转，输出为高电平。
5.根据权利要求3所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，在所述PWM调制输出模式中，所述MCU控制单元（3）先将PWM调制输出模式切换为全功率输出模式；所述MCU控制单元（3）在中断延时时间段内继续保持检测外部中断引脚的电位变化；MCU的外部中断引脚若在中断延时时间内仍为高电平，触发短路中断有效标志，切断放电电路。
6.根据权利要求1所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，在中断延时时间段内，若MCU的外部中断引脚的电位出现低电平，即出现“1-0”的翻转，所述MCU控制单元（3）退出短路检测。
7.根据权利要求6所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，所述MCU控制单元（3）退出短路检测过程中，若初始放电模式为PWM调制输出模式时，需先将全功率输出模式转化为PWM调制输出模式，最终退出短路检测。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种锂电池短路检测保护方法，其特征在于，所述中断延时时间设置为100-500μs。
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