CN111146493B - 一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，能够实现低功耗、长时间运行，且电路设计简洁、体积小，易于安装固定。使用本发明，通过单片机对检测电压的采样，再通过单片机口线对电池电压检测后的判断后，利用单片机的控制口线对开关电路进行控制，实现对电池激活信号控制，完成对锂电池的自主激活。锂电池自主激活电路可以分布安装在长时间服役水下小平台电路控制部分，例如水雷指控系统中。

Description

一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路。
背景技术
对于长时间服役的水下小平台，绝大多数都是由锂电池进行供电，然而在平台水下服役和岸上服役的过程中锂电池并不是时刻工作，基于锂电池存储特性，长时间不工作的锂电池未保证长时间存储会在电池内部形成氧化膜阻隔阴阳离子反应，因此在长时间存储后为保证锂电池能放出有效电流，需对氧化膜进行击穿，也就是常说的电池激活。然而在服役过程中的水下小平台没有外部设备激活条件。为保证水下小平台锂电池供电的可靠性，需在内部增加锂电池激活电路。本发明设计了一种能定期对锂电池自主激活的电路，确保锂电池在服役过程中能完成电源使命。由于水下平台内部空间有限、服役期时间较长，要求激活电路的体积较小、功耗低，适用于长时间水下自主工作。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，能够实现低功耗、长时间运行，且电路设计简洁、体积小，易于安装固定。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，包括单片机控制模块、电压检测模块以及电池激活模块。
单片机控制模块包括单片机芯片MSP430F1611，记为U12。
电压检测模块包括比较电平产生单元、负载电压产生单元以及电压采样单元。
比较电平产生单元，包括低噪声微功率高精度电压基准芯片ADR291ER，记为U19；还包括第十六电容C16、第六十电容C60；U19的2引脚连接外接电源VCC，VCC通过C16接地；U19的4引脚接地；U19的6引脚一方面通过C60接地，另一方面作为比较电平产生单元的输出端，输出比较电平VeREF+至单片机U12的10引脚。
负载电压产生单元包括第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第二十三～第二十六电阻R23～R26；Q4为N沟道MOS管，Q5为P沟道MOS管。
单片机U12的32引脚输出电池检测控制信号JC_KZ，电池检测信号JC_KZ接入Q5的栅极，Q5的栅极同时通过R23接地；Q5的源极接地，Q5的漏极通过R24接Q4的栅极，Q4的栅极通过R25接锂电池正极，锂电池负极接地；Q4的源极连接锂电池正极，Q4的漏极通过R26接地，Q4的漏极输出负载电压信号JH_OUT。
电压采样单元包括第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，负载电压信号JH_OUT接入到R27的一端，R27的另一端通过R28接地，R27和R28的连接处引出采样电压，采样电压作为锂电池的开路电压接入到U12的59引脚。
单片机U12接收开路电压，判断若对开路电压低于比较电平VeREF+时，单片机U12的36～41引脚输出激活控制信号。
电池激活模块包括控制选通信号产生单元、激活信号产生单元以及激活电路；。
控制选通信号产生单元包括3线路至8线路解码器74ALS138，记为U18，第二电阻R2、三极管S9013LTI即Q3以及第六电阻R6。
U18的1引脚、2引脚和3引脚分别对应连接U12的41引脚、40引脚和39引脚；U18的4引脚、5引脚和6引脚分别对应连接U12的38引脚、37引脚和36引脚。
激活控制信号接入到U18的1～6引脚之后，使得U18的10引脚置为高电平。
Q3的基极通过R2连接U18的10引脚，Q3的发射极接地，Q3的集电极通过R6连接外接电源VCC，Q3的集电极引出控制选通信号。
激活信号产生单元包括四路2输入正与门SN74ALS08即C9、第36电容C36、第15电容C15以及第111电阻R111。
C9的1引脚接U12的复位电平端即U12的58引脚，C9的1引脚由单片机U12置为高电平；C9的2引脚通过R111接外接电源VCC，C9的2引脚同时通过C36接地；C9的3引脚和5引脚相连；C9的4引脚置为高电平；C9的7引脚接地；控制选通信号接入C9的10引脚；C9的11引脚输出激活信号JH_KG；C9的13引脚连接U12的21引脚，并由单片机U12置为高电平；C9的14引脚连接外接电源VCC；C9的14引脚通过C15接地；
激活电路包括第六MOS管、第七MOS管、第二十九～第三十二电阻R29～R32；其中Q6为N沟道MOS管，Q7为P沟道MOS管；
激活信号JH_KG接入Q6的栅极，Q6的栅极通过R29接地，Q6的源极接地，Q6的漏极通过R30接Q7的栅极，Q7的栅极通过R31接锂电池正极，Q7的源极接锂电池正极，Q7的漏极通过R32接地。
有益效果：
本发明提供的基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，通过单片机对检测电压的采样，再通过单片机口线对电池电压检测后的判断后，利用单片机的控制口线对开关电路进行控制，实现对电池激活信号控制，完成对锂电池的自主激活。锂电池自主激活电路可以分布安装在长时间服役水下小平台电路控制部分，例如水雷指控系统中。
附图说明
图1为本发明提供的锂电池自主激活电路原理图；
图2为本发明实施例提供的单片机控制模块原理图；
图3为本发明实施例提供的预置模块原理图；
图4为本发明实施例提供的电压检测模块原理图；
图5为本发明实施例提供的电池激活模块原理图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，包括单片机控制模块、电压检测模块以及电池激活模块。
单片机控制模块包括单片机芯片MSP430F1611，记为U12。
电压检测模块包括比较电平产生单元、负载电压产生单元以及电压采样单元。
比较电平产生单元，如图4(a)所示，用于为单片机芯片提供比较电平VeREF+，包括低噪声微功率高精度电压基准芯片ADR291ER，记为U19；还包括第十六电容C16、第六十电容C60；U19的2引脚连接外接电源VCC，VCC通过C16接地；U19的4引脚接地；U19的6引脚一方面通过C60接地，另一方面作为比较电平产生单元的输出端，输出比较电平VeREF+至单片机U12的10引脚；其中C16＝C60＝0.1μF。
负载电压产生单元，如图4(b)所示，包括第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第二十三～第二十六电阻R23～R26；Q4为N沟道MOS管，Q5为P沟道MOS管；R23＝10kΩ；R24＝4.7MΩ；R25＝8.2MΩ；R26＝75kΩ；Q4为STB80PF55；Q5为MFN06K。
在需要进行电池激活时，单片机U12的32引脚输出电池检测控制信号JC_KZ，具体地，可以对单片机芯片U12进行周期性设置，以便周期性地进行电池激活。单片机电池检测信号JC_KZ接入Q5的栅极，Q5的栅极同时通过R23接地；Q5的源极接地，Q5的漏极通过R24接Q4的栅极，Q4的栅极通过R25接锂电池正极，锂电池负极接地；Q4的源极连接锂电池正极，Q4的漏极通过R26接地，Q4的漏极输出负载电压信号JH_OUT。
电压采样单元，如图4(c)所示，包括第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，R27＝100MΩ；R28＝10MΩ。激活信号JH_OUT接入到R27的一端，R27的另一端通过R28接地，R27和R28的连接处引出采样电压，采样电压作为锂电池的开路电压接入到U12的59引脚。
单片机U12接收开路电压，判断若对开路电压低于比较电平VeREF+时，单片机U12的36～41引脚输出激活控制信号。此处比较电平VeREF+根据经验值进行设定。
电池激活模块包括控制选通信号产生单元、激活信号产生单元以及激活电路。
控制选通信号产生单元，如图5(a)所示，包括3线路至8线路解码器74ALS138，记为U18，第二电阻R2、三极管S9013LTI即Q3以及第六电阻R6。
U18的1引脚、2引脚和3引脚分别对应连接U12的41引脚、40引脚和39引脚；分别对应端口为P45-P43端口，U18的4引脚、5引脚和6引脚分别对应连接U12的38引脚、37引脚和36引脚，分别对应端口为P42-P40。
激活控制信号接入到U18的1～6引脚之后，使得U18的10引脚置为高电平。
Q3的基极通过R2连接U18的10引脚，Q3的发射极接地，Q3的集电极通过R6连接外接电源VCC，Q3的集电极引出控制选通信号；U18的10引脚为高电平输出时，控制选通信号为高电平。
激活信号产生单元，如图5(b)所示，包括四路2输入正与门SN74ALS08即C9、第36电容C36、第15电容C15以及第111电阻R111；R111＝200kΩ，C36＝4.7μF，C15＝0.1μF。
C9的1引脚接U12的复位电平端即U12的58引脚，C9的1引脚由单片机U12置为高电平；C9的2引脚通过R111接外接电源VCC，C9的2引脚同时通过C36接地；C9的3引脚和5引脚相连；C9的4引脚置为高电平，具体地可以设置预置模块输出参数预置信号接入C9的4引脚，从而将C9的4引脚置为高电平；C9的7引脚接地；控制选通信号接入C9的10引脚；C9的11引脚输出激活信号JH_KG；C9的13引脚连接U12的21引脚，并由单片机U12置为高电平；C9的14引脚连接外接电源VCC；C9的14引脚通过C15接地；
激活电路，如图5(c)所示，包括第六MOS管、第七MOS管、第二十九～第三十二电阻R29～R32；其中R29＝10kΩ，R30＝4.7MΩ，R31＝8.2MΩ。其中Q6为N沟道MOS管，Q7为P沟道MOS管。
激活信号JH_KG接入Q6的栅极，Q6的栅极通过R29接地，Q6的源极接地，Q6的漏极通过R30接Q7的栅极，Q7的栅极通过R31接锂电池正极，Q7的源极接锂电池正极，Q7的漏极通过R32接地；R32为大功率负载。
通过单片机对检测电压的采样，再通过单片机口线对电池电压检测后的判断后，利用单片机的控制口线对开关电路进行控制，实现对电池激活信号控制，完成对锂电池的自主激活。
锂电池自主激活电路可以分布安装在长时间服役水下小平台电路控制部分，例如水雷指控系统中。
附图说明：
图1锂电池自主激活电路原理图。锂电池自主激活电路工作原理：通过单片机和串口芯片对自主激活电路进行检测周期预置，基于时钟芯片走时，到达周期检测时间点后，通过单片机芯片U12周期性地进行电池激活。输出电池检测信号，检测当前锂电池的开路电压，当开路电压低于设定的门限值时，则通过单片机控制开关电路输出电池激活信号，通过在激活回路串入的大功率负载电阻，使锂电池以激活电流开始放电，从而完成锂电池激活过程。上述门限值即为比较电平VeREF+，可依据经验值进行设定。
图2单片机控制模块原理图。该模块主要功能是通过P3.4(JC_KZ)口线以及时钟芯片完成对电池电压检测信号周期控制的实现，通过P6.0(ADIN0)对检测电压的采样，再通过P4.0～P4.5对电池电压检测后的判断后对电池激活信号控制。
图3预置模块原理图。本发明实施例中还包括预置模块，该模块主要完成对周期检测参数的预置功能，通过232口线对单片机控制模块收发报文，实现检测周期可控的功能。
图4电压检测模块原理图。该模块主要实现2.5V参考电平的产生，通过单片机控制模块的JC_KZ口线的高电平，实现电池组电压的开路检测，以点火电池组为例，电压范围为12V～15V通过分压电路分压后，在利用单片机控制模块对分压电压进行采样，达到开路电压检测目的，若采样得到的电压值不满足要求，则认为电池组有滞后效应，则单片机控制模块对电池激活模块进行控制。图4(a)为比较电平产生单元，图4(b)为负载电压产生单元，图4(c)为电压采样单元。
图5电池激活模块原理图；该模块主要通过单片机控制模块的P40～P45引脚对选通芯片进行选通，并控制选通时间，通过JH_KG口线产生满足激活时间要求的高电平，通过一级MOS管控制使二级MOS管导通，最终通过R32大功率电阻进行电池激活。图5(a)为控制选通信号产生单元，图5(b)为激活信号产生单元，图5(c)激活电路。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于长期服役水下小平台的锂电池自主激活电路，其特征在于，包括单片机控制模块、电压检测模块以及电池激活模块；
所述单片机控制模块包括单片机芯片MSP430F1611，记为U12；
所述电压检测模块包括比较电平产生单元、负载电压产生单元以及电压采样单元；
所述比较电平产生单元，包括低噪声微功率高精度电压基准芯片ADR291ER，记为U19；还包括第十六电容C16、第六十电容C60；U19的2引脚连接外接电源VCC，VCC通过C16接地；U19的4引脚接地；U19的6引脚一方面通过C60接地，另一方面作为比较电平产生单元的输出端，输出比较电平VeREF+至单片机U12的10引脚；
所述负载电压产生单元包括第四MOS管Q4、第五MOS管Q5、第二十三～第二十六电阻R23～R26；Q4为N沟道MOS管，Q5为P沟道MOS管；
单片机U12的32引脚输出电池检测控制信号JC_KZ，电池检测控制信号JC_KZ接入Q5的栅极，Q5的栅极同时通过R23接地；Q5的源极接地，Q5的漏极通过R24接Q4的栅极，Q4的栅极通过R25接锂电池正极，锂电池负极接地；Q4的源极连接锂电池正极，Q4的漏极通过R26接地，Q4的漏极输出负载电压信号JH_OUT；
所述电压采样单元包括第二十七电阻R27和第二十八电阻R28；激活信号JH_OUT接入到R27的一端，R27的另一端通过R28接地，R27和R28的连接处引出采样电压，所述采样电压作为所述锂电池的开路电压接入到U12的59引脚；
所述单片机U12接收所述开路电压，判断若所述开路电压低于所述比较电平VeREF+时，单片机U12的36～41引脚输出激活控制信号；
所述电池激活模块包括控制选通信号产生单元、激活信号产生单元以及激活电路；
所述控制选通信号产生单元包括3线路至8线路解码器74ALS138，记为U18，第二电阻R2、三极管S9013LTI即Q3以及第六电阻R6；
U18的1引脚、2引脚和3引脚分别对应连接U12的41引脚、40引脚和39引脚；U18的4引脚、5引脚和6引脚分别对应连接U12的38引脚、37引脚和36引脚；
所述激活控制信号接入到U18的1～6引脚之后，使得U18的10引脚置为高电平；
Q3的基极通过R2连接U18的10引脚，Q3的发射极接地，Q3的集电极通过R6连接外接电源VCC，Q3的集电极引出控制选通信号；
所述激活信号产生单元包括四路2输入正与门SN74ALS08即C9、第36电容C36、第15电容C15以及第111电阻R111；
C9的1引脚接U12的复位电平端即U12的58引脚，C9的1引脚由单片机U12置为高电平；C9的2引脚通过R111接外接电源VCC，C9的2引脚同时通过C36接地；C9的3引脚和5引脚相连；C9的4引脚置为高电平；C9的7引脚接地；所述控制选通信号接入C9的10引脚；C9的11引脚输出激活信号JH_KG；C9的13引脚连接U12的21引脚，并由单片机U12置为高电平；C9的14引脚连接外接电源VCC；C9的14引脚通过C15接地；
所述激活电路包括第六MOS管、第七MOS管、第二十九～第三十二电阻R29～R32；其中Q6为N沟道MOS管，Q7为P沟道MOS管；
所述激活信号JH_KG接入Q6的栅极，Q6的栅极通过R29接地，Q6的源极接地，Q6的漏极通过R30接Q7的栅极，Q7的栅极通过R31接所述锂电池正极，Q7的源极接所述锂电池正极，Q7的漏极通过R32接地。
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