CN111262301B - 一种锂电池充电管理模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锂电池充电管理模块，包括充电管理电路、电池管理电路，所述充电管理电路包括单片机、Buck驱动电路、场效应管Q101、反向保护二极管D101、使能逻辑电路、输入正极C+、输入负极C‑、电感L101、滤波电容C101、LDO电路、使能开关BT101、输出正极P+、输出负极P、检流电阻RS101、通讯接口、LED显示电路，本发明大大提高电池组在使用过程中的安全性和可靠性；该充电管理电路具有独立保护、体积轻便、使用灵活的特点，可大量装配使用，增加了电池充电过程中的安全性，避免发生意外与损失，同时还具有低功耗的优点。

Description

一种锂电池充电管理模块

技术领域

本发明涉及一种锂电池充电管理模块。

背景技术

随着锂离子电池应用的日益广泛，锂离子电池越来越多的应用于动力电池系统，如电动车、电动工具等；动力类电池包拥有更高的容量与能量密度，为了实现安全使用，在电池端增加充电管理防护具有更高的安全性，能有效管理电路并保护操作人员安全。

目前动力电池组的电池管理电路没有独立的充电管理模块，充电保护部分只具有检测电池电压和过流。当给电池组使用的充电器标准不一致时，有些充电器输出的电压不稳定，甚至产生浪涌电压，乃至击穿电路上的保护器件。

发明内容

本发明的目的是克服现有产品中的不足，提供一种锂电池充电管理模块。

为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种锂电池充电管理模块，包括充电管理电路、电池管理电路，所述充电管理电路包括单片机、Buck驱动电路、场效应管Q101、反向保护二极管D101、使能逻辑电路、输入正极C+、输入负极C-、电感L101、滤波电容C101、LDO电路、使能开关BT101、输出正极P+、输出负极P-、检流电阻RS101、通讯接口、LED显示电路，所述单片机通过Buck驱动电路连接场效应管Q101的G极,所述场效应管Q101的S极、LDO电路的一个输入端都与反向保护二极管D101的负极连接，所述反向保护二极管D101的正极、单片机的充电器电压检测端、使能逻辑电路的充电器检测端都与输入正极C+连接，所述场效应管Q101的D极与电感L101的一端连接，所述电感L101的另一端、滤波电容C101的正极、LDO电路的另一个输入端、单片机的电芯电压检测端、使能开关BT101的一端、电池管理电路的正极端都连接输出正极P+，所述滤波电容C101的负极、检流电阻RS101的一端都与输入负极C-连接，所述检流电阻RS101的另一端、电池管理电路的负极端都与输出负极P-连接，所述检流电阻RS101的两端都与单片机连接，所述使能开关BT101的另一端与使能逻辑电路的开关检测端连接，所述使能逻辑电路的使能控制端与电池管理电路的使能端连接，所述单片机连接通讯接口，所述通讯接口用于与外部通讯，所述单片机连接LED显示电路。

作为优选，LDO电路用于输出的5V稳压电源。

作为优选，电池管理电路包括BMS模块、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻RS1、保险丝F1、电池组，所述BMS模块连接保险丝F1的一端，所述保险丝F1的另一端连接电池组的正极，所述电池组的负极连接地信号GND，所述电阻RS1的一端连接地信号GND，所述电阻RS1的另一端连接BMS模块，所述电阻RS1的另一端还连接场效应管Q2的S极，所述场效应管Q2的G极连接BMS模块，所述场效应管Q2的D极连接场效应管Q1的D极，所述场效应管Q1的G极连接BMS模块，所述场效应管Q1的S极为电池管理电路的负极端，所述保险丝F1的一端为电池管理电路的正极端，所述BMS模块设有使能管脚，所述使能管脚为电池管理电路的使能端。

作为优选，电池组为若干个锂电池相互串联而成。

作为优选，场效应管Q1、场效应管Q2为N沟道场效应管。

作为优选，场效应管Q101为P沟道场效应管。

本发明的有益效果如下：本发明具有独立保护功能的模块级电路，可以应用于电池管理电路之外做充电管理保护，对充电器输入电池组的电压和电流进行管理与监测，大大提高电池组在使用过程中的安全性和可靠性；该充电管理电路具有独立保护、体积轻便、使用灵活的特点，可大量装配使用，而且它带有电流检测，当充电电流过大时，能够及时断开充电回路并停止充电，增加了电池充电过程中的安全性，避免发生意外与损失，同时它还具有低功耗的优点。

附图说明

图1为本发明的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案作进一步说明：

如图1所示，一种锂电池充电管理模块，包括充电管理电路1、电池管理电路2，所述充电管理电路1包括单片机、Buck驱动电路、场效应管Q101、反向保护二极管D101、使能逻辑电路、输入正极C+、输入负极C-、电感L101、滤波电容C101、LDO电路、使能开关BT101、输出正极P+、输出负极P-、检流电阻RS101、通讯接口、LED显示电路，所述单片机通过Buck驱动电路连接场效应管Q101的G极,所述场效应管Q101的S极、LDO电路的一个输入端都与反向保护二极管D101的负极连接，所述反向保护二极管D101的正极、单片机的充电器电压检测端、使能逻辑电路的充电器检测端都与输入正极C+连接，所述场效应管Q101的D极与电感L101的一端连接，所述电感L101的另一端、滤波电容C101的正极、LDO电路的另一个输入端、单片机的电芯电压检测端、使能开关BT101的一端、电池管理电路2的正极端都连接输出正极P+，所述滤波电容C101的负极、检流电阻RS101的一端都与输入负极C-连接，所述检流电阻RS101的另一端、电池管理电路2的负极端都与输出负极P-连接，所述检流电阻RS101的两端都与单片机连接，所述使能开关BT101的另一端与使能逻辑电路的开关检测端连接，所述使能逻辑电路的使能控制端与电池管理电路2的使能端连接，所述单片机连接通讯接口，所述通讯接口用于与外部通讯，所述单片机连接LED显示电路。

如图1所示，LDO电路用于输出的5V稳压电源，所述电池管理电路2包括BMS模块、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻RS1、保险丝F1、电池组，所述BMS模块连接保险丝F1的一端，所述保险丝F1的另一端连接电池组的正极，所述电池组的负极连接地信号GND，所述电阻RS1的一端连接地信号GND，所述电阻RS1的另一端连接BMS模块，所述电阻RS1的另一端还连接场效应管Q2的S极，所述场效应管Q2的G极连接BMS模块，所述场效应管Q2的D极连接场效应管Q1的D极，所述场效应管Q1的G极连接BMS模块，所述场效应管Q1的S极为电池管理电路2的负极端，所述保险丝F1的一端为电池管理电路2的正极端，所述BMS模块设有使能管脚，所述使能管脚为电池管理电路2的使能端。如图1所示，电池组为若干个锂电池相互串联而成，场效应管Q1、场效应管Q2为N沟道场效应管，所述场效应管Q101为P沟道场效应管。

a.单片机；单片机内烧录程序，控制整个模块电路的LED显示电路显示、开关使能控制、电流及电压的检测保护、Buck驱动、通讯接口。充电检测电压、电芯检测电压、充电截止电流和允许流通的最大电流可根据具体项目需求通过软件程序编写设置。检流电阻RS101为检流电阻，当输入的电压过高或过低、输入电流过大时，能够主动检测到异常并控制Buck驱动电路停止充电，避免发生意外与损失。

b.单片机通过Buck驱动电路控制场效应管Q101的G极，使Buck驱动电路对输入的电压进行稳压处理，实现宽电压范围充电输入，同时也能滤除充电器端输入的浪涌电压。

c.使能逻辑电路：分别对充电器输入正极C+与使能开关BT101进行检测，根据该两点的检测状态对电池管理电路进行使能控制。当未进行充电且使能开关BT101断开时，使能逻辑电路则控制电池管理电路进入保护状态，场效应管Q1、场效应管Q2断开，此时充电管理电路失去工作电压而停止工作，整个电池组进入低功耗模式；当进行充电或使能开关BT101闭合时，使能逻辑电路则控制电池管理电路进入正常工作模式，场效应管Q1、场效应管Q2导通，此时充电管理电路进入正常工作模式，电池组能够正常充电或放电。

d.LDO电路；输出的5V稳压电源作为充电管理电路的主电源。

e.LED显示电路:与单片机连接且用于实现电池组当前充放电状态与电池电量的显示电路。

f.通讯接口：与单片机连接且用于实现单片机与外部进行通讯的通讯接口电路。

充电管理电路的工作过程如下：使能开关BT101断开则充电管理电路进入低功耗模式，使能开关BT101闭合或进行充电时则充电管理电路进入正常工作模式，使能逻辑电路对分别对充电器输入正极C+与使能开关BT101进行检测；

当使能BT101断开且未进行充电时，使能逻辑电路的使能控制输出端则控制电池管理电路进入保护状态，场效应管Q1、场效应管Q2断开，此时充电管理模块因失去工作电压而停止工作，整个电池组进入低功耗模式；

当使能开关BT101闭合时，使能逻辑电路检测到电池管理电路的正极端电压而激活，使能逻辑电路的使能控制输出端则控制电池管理电路进入正常工作模式，场效应管Q1、场效应管Q2导通，此时LDO电路正常供电，充电管理电路进入正常工作模式，电池组能够正常充电或放电；

当进行充电时，输入正极C+与输入负极C-对充电管理电路形成供电回路，LDO电路正常供电，此时无论使能开关BT101是何种状态，充电管理电路都能进入正常工作模式，同时使能逻辑电路检测到充电器电压，其使能控制输出端则控制电池管理电路进入正常工作模式；同时单片机对充电器电压与电芯电压进行检测，若二者电压异常时，则不开启Buck驱动电路,禁止充电；若二者电压均正常，则开启Buck驱动电路，允许充电；在充电进行时，单片机通过检流电阻RS101进行充电电流检测，若发生电流异常时，则关闭Buck驱动电路，禁止充电。

本发明具有独立保护功能的模块级电路，可以应用于电池管理电路之外做充电管理保护，对充电器输入电池组的电压和电流进行管理与监测，大大提高电池组在使用过程中的安全性和可靠性；该充电管理电路具有独立保护、体积轻便、使用灵活的特点，可大量装配使用，而且它带有电流检测，当充电电流过大时，能够及时断开充电回路并停止充电，增加了电池充电过程中的安全性，避免发生意外与损失，同时它还具有低功耗的优点。

需要注意的是，以上列举的仅是本发明的一种具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，总之，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种锂电池充电管理模块，其特征在于，包括充电管理电路(1)、电池管理电路(2)，所述充电管理电路(1)包括单片机、Buck驱动电路、场效应管Q101、反向保护二极管D101、使能逻辑电路、输入正极C+、输入负极C-、电感L101、滤波电容C101、LDO电路、使能开关BT101、输出正极P+、输出负极P-、检流电阻RS101、通讯接口、LED显示电路，所述单片机通过Buck驱动电路连接场效应管Q101的G极,所述场效应管Q101的S极、LDO电路的一个输入端都与反向保护二极管D101的负极连接，所述反向保护二极管D101的正极、单片机的充电器电压检测端、使能逻辑电路的充电器检测端都与输入正极C+连接，所述场效应管Q101的D极与电感L101的一端连接，所述电感L101的另一端、滤波电容C101的正极、LDO电路的另一个输入端、单片机的电芯电压检测端、使能开关BT101的一端、电池管理电路(2)的正极端都连接输出正极P+，所述滤波电容C101的负极、检流电阻RS101的一端都与输入负极C-连接，所述检流电阻RS101的另一端、电池管理电路(2)的负极端都与输出负极P-连接，所述检流电阻RS101的两端都与单片机连接，所述使能开关BT101的另一端与使能逻辑电路的开关检测端连接，所述使能逻辑电路的使能控制端与电池管理电路(2)的使能端连接；当使能开关BT101断开则充电管理电路进入低功耗模式，使能开关BT101闭合或进行充电时则充电管理电路进入正常工作模式；当使能开关BT101断开且未进行充电时，使能逻辑电路的使能控制输出端则控制电池管理电路进入保护状态；当使能开关BT101闭合时，使能逻辑电路检测到电池管理电路的正极端电压而激活，使能逻辑电路的使能控制输出端则控制电池管理电路进入正常工作模式；当进行充电时，输入正极C+与输入负极C-对充电管理电路形成供电回路，LDO电路正常供电，此时无论使能开关BT101是何种状态，充电管理电路都能进入正常工作模式，同时使能逻辑电路检测到充电器电压，其使能控制输出端则控制电池管理电路进入正常工作模式；所述单片机连接通讯接口，所述通讯接口用于与外部通讯，所述单片机连接LED显示电路，所述电池管理电路(2)包括BMS模块、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻RS1、保险丝F1、电池组，所述BMS模块连接保险丝F1的一端，所述保险丝F1的另一端连接电池组的正极，所述电池组的负极连接地信号GND，所述电阻RS1的一端连接地信号GND，所述电阻RS1的另一端连接BMS模块，所述电阻RS1的另一端还连接场效应管Q2的S极，所述场效应管Q2的G极连接BMS模块，所述场效应管Q2的D极连接场效应管Q1的D极，所述场效应管Q1的G极连接BMS模块，所述场效应管Q1的S极为电池管理电路(2)的负极端，所述保险丝F1的一端为电池管理电路(2)的正极端，所述BMS模块设有使能管脚，所述使能管脚为电池管理电路(2)的使能端。

2.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理模块，其特征在于，所述LDO电路用于输出的5V稳压电源。

3.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理模块，其特征在于，所述电池组为若干个锂电池相互串联而成。

4.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理模块，其特征在于，所述场效应管Q1、场效应管Q2为N沟道场效应管。

5.根据权利要求1所述一种锂电池充电管理模块，其特征在于，所述场效应管Q101为P沟道场效应管。

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