CN110837037A - 一种锂电池组保护板二次过压检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂电池组保护板二次过压检测电路,包括一控制模块;一模拟电池输出电路,所述模拟电池输出电路与所述控制模块相连接;一高速ADC采集电路,所述高速ADC采集电路与所述控制模块相连接;一可控限流功率电阻电路,所述可控限流功率电阻电路分别与所述模拟电池输出电路和控制模块相连接;一电压电流采集电路,所述电压电流采集电路分别与所述高速ADC采集电路和模拟电池输出电路相连接。本发明的优点在于:不仅能够可靠有效的检测锂电池组保护板的二次过压保护功能,而且可通过触发保险丝fuse的工作来判断保险丝fuse是否正常;同时能够有效预防大电流冲击损坏保险丝fuse。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池组测试领域,特别涉及一种锂电池组保护板二次过压检测电路。
背景技术
锂电池组保护板保险丝fuse的主要功能是:在锂电池组达到一定电压值(简称二次保护电压)时,保护板监控系统使能输出电平驱动连接保险丝fuse到地的MOSFET管导通,使其形成回路而直接瞬间拉低输入到锂电池组端的电压以及保险丝fuse上过大的电流,持续过充后熔断保险丝fuse,从而起到保护锂电池组过充的作用。当锂电池组电压小于二次保护电压时,MOSFET管不被使能导通,保险丝恢复到正常功能,以上这个过程就是锂电池组保护板二次过压保护和恢复的过程。
现有技术在检测锂电池组保护板二次过压保护功能时,检测方法包括:
①先屏蔽连接保险丝fuse端到地的MOSFET管的导通(即使保险丝fuse端与MOSFET管之间先断开连接),当检测时再接通触发二次过压保护,并通过检测保护板监控系统使能输出和关断输出的电平来间接判断锂电池组保护板二次过压保护和恢复功能是否正常。但这种检测方法存在如下缺陷:没有真正使能保护板保险丝fuse拉低过电流,无法检测保险丝fuse是否正常,即可能对保险丝fuse质量问题存在误判,并导致异常品流出。
②触发二次过压保护直接使MOSFET管导通,进而使保险丝fuse过电流,再通过增加辅助电路来检测二次过压保护功能。但这种方法存在如下缺陷:前端模拟锂电池组输出保护板二次过压保护电压值的恒压源无法进行限流,导致保险丝fuse有大电流冲击,容易损坏保险丝fuse,同时增加辅助电路检测会增加系统复杂度。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种锂电池组保护板二次过压检测电路,解决现有技术在检测锂电池组保护板二次过压保护功能时,无法保证保险丝fuse正常的问题。
本发明是这样实现的:一种锂电池组保护板二次过压检测电路,所述检测电路包括:
一控制模块;
一模拟电池输出电路,所述模拟电池输出电路与所述控制模块相连接,通过所述控制模块控制所述模拟电池输出电路输出电压值到所述锂电池组保护板;
一高速ADC采集电路,所述高速ADC采集电路与所述控制模块相连接,通过所述高速ADC采集电路反馈处理结果给所述控制模块;
一可控限流功率电阻电路,所述可控限流功率电阻电路分别与所述模拟电池输出电路和控制模块相连接,通过所述控制模块控制所述可控限流功率电阻电路关断或导通;
一电压电流采集电路,所述电压电流采集电路分别与所述高速ADC采集电路和模拟电池输出电路相连接,通过所述电压电流采集电路采样所述模拟电池输出电路输出到所述锂电池组保护板的电压变化和所述模拟电池输出电路的电流输出变化,并将采样的电压变化和电流输出变化反馈给所述高速ADC采集电路。
进一步地,所述可控限流功率电阻电路包括:
一第一电阻,所述控制模块与所述第一电阻相连接;
一第一MOS管,所述第一MOS管的栅极与所述第一电阻相连接,所述第一MOS管的源极接地;
一光电耦合器,所述光电耦合器的K端与所述第一MOS管的漏极相连接;
一第二电阻,所述第二电阻的一端与所述光电耦合器的A端相连接,另一端与电源VCC相连接;
一限流功率电阻,所述限流功率电阻的一端分别与所述光电耦合器的E端和所述模拟电池输出电路相连接,所述限流功率电阻的另一端分别与所述光电耦合器的C端和所述锂电池组保护板的正极端相连接。
进一步地,所述模拟电池输出电路包括:
一电压调节运放电路,所述电压调节运放电路的正输入端与所述控制模块相连接,所述电压调节运放电路的负输入端与所述高速ADC采集电路相连接;
一电压采样运放电路,所述电压采样运放电路的输出端与所述电压调节运放电路的负输入端相连接,所述电压采样运放电路的负输入端接地;
一电流调节运放电路,所述电流调节运放电路的正输入端与所述控制模块相连接,所述电流调节运放电路的负输入端与所述高速ADC采集电路相连接;
一电流采样运放电路,所述电流采样运放电路的输出端与所述电流调节运放电路的负输入端相连接;
一采样电阻,所述采样电阻的一端分别与所述电流采样运放电路的正输入端和所述锂电池组保护板的负极端相连接,所述采样电阻的另一端分别与所述电流采样运放电路的负输入端和地相连接;
一第三电阻,所述电压调节运放电路和电流调节运放电路的输出端均与所述第三电阻相连接;
一第二MOS管,所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻相连接,所述第二MOS管的漏极与电源VCC相连接;
一第四电阻,所述第四电阻的一端分别与所述可控限流功率电阻电路、所述电压采样运放电路的正输入端以及所述第二MOS管的源极相连接,所述第四电阻的另一端接地。
进一步地,所述电压电流采集电路包括:
一电压快采样运放电路,所述电压快采样运放电路的输出端与所述高速ADC采集电路相连接,所述电压快采样运放电路的正输入端与所述锂电池组保护板的正极端相连接,所述电压快采样运放电路的负输入端接地;
一电流快采样运放电路,所述电流快采样运放电路的输出端与所述高速ADC采集电路相连接,所述电流快采样运放电路的正、负输入端分别与所述采样电阻的两端相连接。
本发明的优点在于:通过模拟电池输出电路来模拟锂电池组输出电压值,并触发二次过压保护来使能驱动连接保险丝fuse端到地的MOSFET管导通形成回路,使保险丝fuse过电流,同时通过电压电流采集电路来快速采样模拟电池输出电路输出端的电压电流变化,以此来实现判断锂电池组保护板的二次过压保护功能是否正常。因此,通过本发明的技术方案,不仅能够可靠有效的检测锂电池组保护板的二次过压保护功能,而且可通过触发保险丝fuse的工作来判断保险丝fuse是否正常;同时,本发明在模拟电池输出电路的后端设置有可控限流功率电阻电路,因此,可有效防止模拟电池输出电路输出大电流冲击,从而能够有效预防大电流冲击损坏保险丝fuse。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明一种锂电池组保护板二次过压检测电路的原理框图。
图2是现有锂电池组保护板的结构示意图。
图3是本发明一种锂电池组保护板二次过压检测电路的电路图。
具体实施方式
请重点参照图1至图3所示,本发明一种锂电池组保护板200二次过压检测电路100的较佳实施例,下面先来说明一下现有锂电池组保护板200的结构:
请重点参照图2所示,现有的锂电池组保护板200中包含有保险丝fuse(标记为F1)、MOSFET管Q1、MOSFET管Q2以及与保险丝F1连接的MOSFET管Q3;在工作时,触发MOSFET管Q1/Q2关断的B+/B-端电压为一次保护电压,触发MOSFET管Q3导通拉低保险丝F1的电压为二次保护电压,从开始加载二次保护电压到触发MOSFET管Q3导通所要的时间为二次过压保护的延时时间,记为T。
所述检测电路100包括:
一控制模块1,所述控制模块1为单片机(MCU);
一模拟电池输出电路2,所述模拟电池输出电路2与所述控制模块1相连接,通过所述控制模块1控制所述模拟电池输出电路2输出电压值到所述锂电池组保护板200;
一高速ADC采集电路3,所述高速ADC采集电路3与所述控制模块1相连接,通过所述高速ADC采集电路3反馈处理结果给所述控制模块1;所述高速ADC采集电路可采用TMS320F28377S高速ADC芯片来实现;
一可控限流功率电阻电路4,所述可控限流功率电阻电路4分别与所述模拟电池输出电路2和控制模块1相连接,通过所述控制模块1控制所述可控限流功率电阻电路4关断或导通;
一电压电流采集电路5,所述电压电流采集电路5分别与所述高速ADC采集电路3和模拟电池输出电路2相连接,通过所述电压电流采集电路5采样所述模拟电池输出电路2输出到所述锂电池组保护板200的电压变化和所述模拟电池输出电路2的电流输出变化,并将采样的电压变化和电流输出变化反馈给所述高速ADC采集电路3,所述高速ADC采集电路3会对采样的电压变化和电流输出变化的数据进行处理,并将处理结果反馈给控制模块1,以供所述控制模块1判断二次过压保护功能是否正常。
在本发明中,所述可控限流功率电阻电路4包括:
一第一电阻R2,所述控制模块1与所述第一电阻R2相连接;
一第一MOS管U2,所述第一MOS管U2的栅极(G极)与所述第一电阻R2相连接,所述第一MOS管的源极(S极)接地GND;在具体工作时,所述第一电阻R2可用于对第一MOS管U2起到保护的作用;
一光电耦合器U3,所述光电耦合器U3的K端与所述第一MOS管U2的漏极(D极)相连接;
一第二电阻R1,所述第二电阻R1的一端与所述光电耦合器U3的A端相连接,另一端与电源VCC相连接;
一限流功率电阻R22,所述限流功率电阻R22的一端分别与所述光电耦合器U3的E端和所述模拟电池输出电路2相连接,所述限流功率电阻R22的另一端分别与所述光电耦合器U3的C端和所述锂电池组保护板200的正极端(即B+端)相连接;在具体工作时,可通过所述控制模块1来控制所述光电耦合器U3开启或者关断,进而实现开启所述限流功率电阻R22或者关断所述限流功率电阻R22。
所述模拟电池输出电路2包括:
一电压调节运放电路21,所述电压调节运放电路21的正输入端与所述控制模块1相连接,所述电压调节运放电路21的负输入端与所述高速ADC采集电路3相连接;在工作时,可通过所述控制模块1来设置电压值Vset给所述电压调节运放电路21的正输入端,以实现电压的调节功能;
一电压采样运放电路22,所述电压采样运放电路22的输出端与所述电压调节运放电路21的负输入端相连接,所述电压采样运放电路22的负输入端接地GND;在工作时,可通过所述电压采样运放电路22为所述电压调节运放电路21的负输入端提供参考电压;
一电流调节运放电路23,所述电流调节运放电路23的正输入端与所述控制模块1相连接,所述电流调节运放电路23的负输入端与所述高速ADC采集电路3相连接;在工作时,可通过所述控制模块1来设置电流值Iset给所述电流调节运放电路23的正输入端,以实现电流的调节功能;
一电流采样运放电路24,所述电流采样运放电路24的输出端与所述电流调节运放电路23的负输入端相连接;在工作时,可通过所述电流采样运放电路24为所述电流调节运放电路23的负输入端提供参考电流;
一采样电阻R5,所述采样电阻R5的一端分别与所述电流采样运放电路24的正输入端和所述锂电池组保护板200的负极端(即B-端)相连接,所述采样电阻R5的另一端分别与所述电流采样运放电路24的负输入端和地GND相连接;
一第三电阻R16,所述电压调节运放电路21和电流调节运放电路23的输出端均与所述第三电阻R16相连接,该第三电阻R16主要用于驱动所述第二MOS管U1工作;
一第二MOS管U1,所述第二MOS管U1的栅极(G极)与所述第三电阻R16相连接,所述第二MOS管U1的漏极(D极)与电源VCC相连接;
一第四电阻R33,所述第四电阻R33的一端分别与所述可控限流功率电阻电路4、所述电压采样运放电路22的正输入端以及所述第二MOS管U1的源极(S极)相连接,所述第四电阻R33的另一端接地GND,该第四电阻R33作为假负载,可实现反馈的快速调节。
本发明在具体实现时,所述电压调节运放电路21、电压采样运放电路22、电流调节运放电路23以及电流采样运放电路24均可通过OPA1288运放器和高精密、低温漂电阻来实现。
所述电压电流采集电路5包括:
一电压快采样运放电路51,所述电压快采样运放电路51的输出端与所述高速ADC采集电路3相连接,所述电压快采样运放电路51的正输入端与所述锂电池组保护板200的正极端(即B+端)相连接,所述电压快采样运放电路51的负输入端接地GND;在工作时,可通过所述电压快采样运放电路51来快速采样锂电池组保护板200端的电压变化值,并将采样的电压变化值传输给所述高速ADC采集电路3;
一电流快采样运放电路52,所述电流快采样运放电路52的输出端与所述高速ADC采集电路3相连接,所述电流快采样运放电路52的正、负输入端分别与所述采样电阻R5的两端相连接;在工作时,可通过所述电流快采样运放电路52来快速采样流经所述采样电阻R5的电流输出变化值,并将采样的电流输出变化值传输给所述高速ADC采集电路3。本发明在具体实现时,所述电压快采样运放电路51以及电流快采样运放电路52均可通过OPA1288运放器和高精密、低温漂电阻来实现。
本发明的工作原理如下:
通过控制模块1使能所述可控限流功率电阻电路4开启所述限流功率电阻R22;通过控制模块1控制所述模拟电池输出电路2输出电压值,同时启动所述控制模块1内部的定时器开始计时,起点时间记为T1;当所述模拟电池输出电路2输出的电压值达到所述锂电池组保护板200的二次过压保护电压值后,所述锂电池组保护板200会进入到二次过压保护状态,此时所述锂电池组保护板200前端的B+/B-的电压会被拉低,并与前端电压形成回路输出电流;于此同时,所述电压电流采集电路5会采集到所述锂电池组保护板200端电压值瞬间拉低变化和所述模拟电池输出电路2中电流值瞬间拉高变化,并将采集到的电压值瞬间拉低变化和电流值瞬间拉高变化传送给所述高速ADC采集电路3进行处理后回馈给所述控制模块1,所述控制模块1在接收到所述高速ADC采集电路3的处理数据后,马上停止定时器计时,结束时间记为T2;之后所述控制模块1根据接收的处理数据判断二次过压保护功能是否正常,且时间T2-T1即为二次过压保护的延时时间;如果所述控制模块1未接收到所述高速ADC采集电路3的处理数据,则所述控制模块1判断二次过压保护失败。
综上所述,本发明具有如下优点:通过模拟电池输出电路来模拟锂电池组输出电压值,并触发二次过压保护来使能驱动连接保险丝fuse端到地的MOSFET管导通形成回路,使保险丝fuse过电流,同时通过电压电流采集电路来快速采样模拟电池输出电路输出端的电压电流变化,以此来实现判断锂电池组保护板的二次过压保护功能是否正常。因此,通过本发明的技术方案,不仅能够可靠有效的检测锂电池组保护板的二次过压保护功能,而且可通过触发保险丝fuse的工作来判断保险丝fuse是否正常;同时,本发明在模拟电池输出电路的后端设置有可控限流功率电阻电路,因此,可有效防止模拟电池输出电路输出大电流冲击,从而能够有效预防大电流冲击损坏保险丝fuse。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (4)
1.一种锂电池组保护板二次过压检测电路,其特征在于:所述检测电路包括:
一控制模块;
一模拟电池输出电路,所述模拟电池输出电路与所述控制模块相连接,通过所述控制模块控制所述模拟电池输出电路输出电压值到所述锂电池组保护板;
一高速ADC采集电路,所述高速ADC采集电路与所述控制模块相连接,通过所述高速ADC采集电路反馈处理结果给所述控制模块;
一可控限流功率电阻电路,所述可控限流功率电阻电路分别与所述模拟电池输出电路和控制模块相连接,通过所述控制模块控制所述可控限流功率电阻电路关断或导通;
一电压电流采集电路,所述电压电流采集电路分别与所述高速ADC采集电路和模拟电池输出电路相连接,通过所述电压电流采集电路采样所述模拟电池输出电路输出到所述锂电池组保护板的电压变化和所述模拟电池输出电路的电流输出变化,并将采样的电压变化和电流输出变化反馈给所述高速ADC采集电路。
2.如权利要求1所述的一种锂电池组保护板二次过压检测电路,其特征在于:所述可控限流功率电阻电路包括:
一第一电阻,所述控制模块与所述第一电阻相连接;
一第一MOS管,所述第一MOS管的栅极与所述第一电阻相连接,所述第一MOS管的源极接地;
一光电耦合器,所述光电耦合器的K端与所述第一MOS管的漏极相连接;
一第二电阻,所述第二电阻的一端与所述光电耦合器的A端相连接,另一端与电源VCC相连接;
一限流功率电阻,所述限流功率电阻的一端分别与所述光电耦合器的E端和所述模拟电池输出电路相连接,所述限流功率电阻的另一端分别与所述光电耦合器的C端和所述锂电池组保护板的正极端相连接。
3.如权利要求1所述的一种锂电池组保护板二次过压检测电路,其特征在于:所述模拟电池输出电路包括:
一电压调节运放电路,所述电压调节运放电路的正输入端与所述控制模块相连接,所述电压调节运放电路的负输入端与所述高速ADC采集电路相连接;
一电压采样运放电路,所述电压采样运放电路的输出端与所述电压调节运放电路的负输入端相连接,所述电压采样运放电路的负输入端接地;
一电流调节运放电路,所述电流调节运放电路的正输入端与所述控制模块相连接,所述电流调节运放电路的负输入端与所述高速ADC采集电路相连接;
一电流采样运放电路,所述电流采样运放电路的输出端与所述电流调节运放电路的负输入端相连接;
一采样电阻,所述采样电阻的一端分别与所述电流采样运放电路的正输入端和所述锂电池组保护板的负极端相连接,所述采样电阻的另一端分别与所述电流采样运放电路的负输入端和地相连接;
一第三电阻,所述电压调节运放电路和电流调节运放电路的输出端均与所述第三电阻相连接;
一第二MOS管,所述第二MOS管的栅极与所述第三电阻相连接,所述第二MOS管的漏极与电源VCC相连接;
一第四电阻,所述第四电阻的一端分别与所述可控限流功率电阻电路、所述电压采样运放电路的正输入端以及所述第二MOS管的源极相连接,所述第四电阻的另一端接地。
4.如权利要求3所述的一种锂电池组保护板二次过压检测电路,其特征在于:所述电压电流采集电路包括:
一电压快采样运放电路,所述电压快采样运放电路的输出端与所述高速ADC采集电路相连接,所述电压快采样运放电路的正输入端与所述锂电池组保护板的正极端相连接,所述电压快采样运放电路的负输入端接地;
一电流快采样运放电路,所述电流快采样运放电路的输出端与所述高速ADC采集电路相连接,所述电流快采样运放电路的正、负输入端分别与所述采样电阻的两端相连接。
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Y.HSIEH,ETC: "A Li-ion battery string protection system", 《2011 INTERNATIONAL CONFERENCE ON APPLIED ELECTRONICS》 * |
刘跃华: "电流互感器二次过电压监测保护装置", 《中国计量》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113049970A (zh) * | 2021-03-19 | 2021-06-29 | 东莞新能德科技有限公司 | 电池保护板、电池及检测方法 |
CN113300333A (zh) * | 2021-06-28 | 2021-08-24 | 吉林省睿强新能源科技有限公司 | 一种锂电池二级过压防过充保护系统及其控制方法 |
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Publication number | Publication date |
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CN110837037B (zh) | 2021-12-14 |
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