CN113394851A - 一种锂电池保护电路和磁粉探伤机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电池保护电路和磁粉探伤机，所述锂电池保护电路包括电池模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和控制器；温度检测模块用于检测环境温度或电池模块的电池温度并输出温度检测信号至控制器；电流检测模块分别与电池模块和控制器连接，用于检测电池模块的放电电流并输出电流检测信号至控制器；电压检测模块分别与电池模块和控制器连接，用于检测电池模块的电芯电压并输出电压检测信号至控制器；控制器用于根据温度检测信号、电流检测信号或电压检测信号控制电池模块的充放电状态；本发明能够有效确保锂电池不会在极寒极热的环境中使用，实现了对锂电池保护的全面性，进而提高了锂电池在使用过程中的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种锂电池保护电路和磁粉探伤机。
背景技术
磁粉探伤仪是用于检查铁制品表面和近表面缺陷的仪器，广泛用于压力容器(锅炉、储气罐、油罐等)、压力管道(气管、油管、水管)、船舶、钢铁、机械装备、航天、航空、电力、汽车、摩托车、石油、化工、铁路、桥梁、电梯、游乐场等的制造、安装、使用过程中。
传统市电供电式的磁粉探伤机逐渐被可充电式磁粉探伤机所取代。可充电式磁粉探伤机采用锂电池供电，锂电池虽然容量大体积小，但使用不当，会造成很严重的事故，锂电池的充电电流、充电电压、放电电压、使用温度等必需严格控制在额定范围内。而磁粉探伤机所使用的锂电池，在恶劣的环境下使用，如极寒极热的环境下极容易在充电或工作过程中，由于温度超出允许范围而出现故障，甚至发生爆炸燃烧等严重事故，存在安全隐患。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种锂电池保护电路和磁粉探伤机，能够有效解决锂电池在充电或放电状态时的安全性问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种锂电池保护电路，包括电池模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和控制器；
所述温度检测模块与所述控制器连接，用于检测环境温度或所述电池模块的电池温度并输出温度检测信号至所述控制器；
所述电流检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的放电电流并输出电流检测信号至所述控制器；
所述电压检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的电芯电压并输出电压检测信号至所述控制器；
所述控制器用于根据所述温度检测信号、电流检测信号或所述电压检测信号控制所述电池模块的充放电状态。
所述的锂电池保护电路中，所述温度检测模块包括环境温度检测单元和电池温度检测单元；
所述环境温度检测单元与所述控制器连接，用于检测环境温度并输出第一温度检测信号至所述控制器；
所述电池温度检测单元与所述控制器连接，用于检测所述电池温度并输出第二温度检测信号至所述控制器。
所述的锂电池保护电路中，所述电流检测模块包括电流检测单元和放大单元；
所述电流检测单元分别与所述电池模块和所述放大单元连接，用于检测所述电池模块的放电电流，并输出电流检测信号至所述放大单元；
所述放大单元与所述控制器连接，用于将所述电流检测信号放大后输出至所述控制器。
所述的锂电池保护电路中，所述电池模块包括电池组和充放电单元，所述电池组包括若干节串联连接的锂电池；所述充放电单元分别与所述电池组和所述控制器连接，用于根据所述控制器输出的控制信号断开或导通所述电池组的充电回路或放电回路。
所述的锂电池保护电路中，所述电压检测模块包括若干个电压检测单元，且所述电压检测单元的数目少于所述锂电池的数目；所述锂电池的正极对应与一个所述电压检测单元连接，或与所述控制器连接；每个所述电压检测单元还均与所述控制器连接，用于检测对应连接的所述锂电池的电芯电压，并输出电压检测信号至所述控制器。
所述的锂电池保护电路中，所述环境温度检测单元包括第一温度传感器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一运算放大器、第二运算放大器和第一开关二极管；
所述第一温度传感器的一端、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端均接电，所述第一温度传感器的另一端连接所述第二电容的一端、所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端，所述第二电容的另一端和所述第三电阻的另一端均接地，所述第四电阻的另一端和所述第八电阻的一端均连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第八电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的正相输入端，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第三电容的一端均连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的一端均连接所述第一运算放大器的正相输入端，所述第一电容的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第三电容的另一端和所述第六电阻的另一端均接地，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第二运算放大器的输出端和所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端、所述第四电容的一端和所述第一开关二极管的第3脚均连接所述控制器，所述第一开关二极管的第1脚和所述第四电容的另一端均接地，所述第一开关二极管的第2脚接电。
所述的锂电池保护电路中，所述电池温度检测单元包括第二温度传感器、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第三运算放大器、第四运算放大器和第二开关二极管；
所述第二温度传感器的一端、所述第五电容的一端和所述第九电阻的一端均接电，所述第九电阻的另一端、第六电容的一端和所述第十六电阻的一端均连接所述第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端和所述第十三电阻的一端均与所述第三运算放大器的正相输入端连接，所述第五电容的另一端、所述第十六电阻的另一端、所述第六电容的另一端和第十三电阻的另一端均接地，所述第二温度传感器的另一端与所述第七电容、第十电阻和第十一电阻的一端连接，所述第七电容的另一端和所述第十电阻的另一端均接地，所述第十一电阻的另一端和所述第十四电阻的一端均与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端和所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第四运算放大器的输出端和所述第十五电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端、所述第八电容的一端和所述第二开关二极管的第3脚均与所述控制器连接，所述第二开关二极管的第2脚接电，所述第二开关二极管的第1脚和所述第八电容的另一端均接地。
所述的锂电池保护电路中，所述电流检测单元包括第十七电阻和第十八电阻；所述第十七电阻的一端连接所述电池模块，所述第十七电阻的另一端和所述第十八电阻的一端均连接OUT-信号端，所述第十八电阻的另一端连接所述放大单元。
所述的锂电池保护电路中，所述放大单元包括第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第五运算放大器、第九电容、第二十二电阻和第三开关二极管；所述第十九电阻的一端接地，所述第十九电阻的另一端和所述第二十二电阻的一端均连接所述第五运算放大器的反相输入端，所述第五运算放大器的正相输入端与所述第二十电阻的一端连接，所述第二十电阻的另一端与所述第十八电阻的另一端连接，所述第二十二电阻的另一端与所述第五运算放大器的输出端和所述第二十一电阻的一端连接，所述第二十一电阻的另一端、所述第九电容的一端和所述第三开关二极管的第3脚均与所述控制器连接，所述第三开关二极管的第2脚接电，所述第三开关二极管的第1脚接地。
一种磁粉探伤机，包括上述的锂电池保护电路。
相较于现有技术，本发明提供的一种锂电池保护电路和磁粉探伤机，所述锂电池保护电路包括电池模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和控制器；所述温度检测模块与所述控制器连接，用于检测环境温度或所述电池模块的电池温度并输出温度检测信号至所述控制器；所述电流检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的放电电流并输出电流检测信号至所述控制器；所述电压检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的电芯电压并输出电压检测信号至所述控制器；所述控制器用于根据所述温度检测信号、电流检测信号或所述电压检测信号控制所述电池模块的充放电状态；本发明能够有效确保锂电池不会在极寒极热的环境中使用，实现了对锂电池保护的全面性，进而提高了锂电池在使用过程中的安全性。
附图说明
图1为本发明提供的锂电池保护电路的结构框图；
图2为本发明提供的锂电池保护电路中电池模块、电流检测单元和电压检测模块的电路原理图；
图3为本发明提供的锂电池保护电路中环境温度检测单元的电路原理图；
图4为本发明提供的锂电池保护电路中电池温度检测单元的电路原理图；
图5为本发明提供的锂电池保护电路中放大单元的电路原理图；
图6、7和8为本发明提供的锂电池保护电路中控制器的电路原理图；
图9为本发明提供的锂电池保护电路在充电过程中的工作流程图；
图10为本发明提供的锂电池保护电路在放电过程中的工作流程图。
具体实施方式
本发明提供的一种锂电池保护电路和磁粉探伤机，能够有效解决锂电池在充电或放电状态下的安全性问题。
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供的锂电池保护电路包括电池模块100、温度检测模块200、电流检测模块300、电压检测模块400和控制器500；所述温度检测模块200分别与所述控制器500连接，用于检测环境温度或所述电池模块100的电池温度并输出温度检测信号至所述控制器500；所述电流检测模块300分别与所述电池模块100和所述控制器500连接，用于检测所述电池模块100的放电电流并输出电流检测信号至所述控制器500；所述电压检测模块400分别与所述电池模块100和所述控制器500连接，用于检测所述电池模块100的电芯电压并输出电压检测信号至所述控制器500；所述控制器500用于根据所述温度检测信号、电流检测信号或所述电压检测信号控制所述电池模块100的充放电状态；本发明通过设置温度检测模块200、电流检测模块300和电压检测模块400，在实现了对锂电池过压和过流保护的同时，还能够对所述锂电池进行过温保护，由此实现了对锂电池保护的全面性，进而提高了锂电池在使用过程中的安全性。
进一步地，所述温度检测模块200包括环境温度检测单元210和电池温度检测单元220；所述环境温度检测单元210与所述控制器500连接，用于检测环境温度并输出第一温度检测信号至所述控制器500；所述电池温度检测单元220与所述控制器500连接，用于检测所述电池温度并输出第二温度检测信号至所述控制器500；由所述环境温度检测单元210在锂电池工作时检测环境温度，以便于根据环境温度来控制锂电池的工作状态，确保锂电池不会在极寒极热的环境下工作。
进一步地，所述电流检测模块300包括电流检测单元310和放大单元320；所述电流检测单元310分别与所述电池模块100和所述放大单元320连接，用于检测所述电池模块100的放电电流，并输出电流检测信号至所述放大单元320；所述放大单元320与所述控制器500连接，用于将所述电流检测信号放大后输出至所述控制器500；本发明通过设置电流检测单元310用于检测锂电池在放电过程中的放电电流，可有效确保所述锂电池的正常放电，之后将放电电流进行放大处理以便于控制器500能够准确地获得检测信号，进而提高检测的灵敏性。
进一步地，所述电池模块100包括电池组110和充放电单元120，所述电池组110包括若干节串联连接的锂电池，所述锂电池与充放电单元120连接，所述充放电单元120与外部充电器或用电器连接，由此形成充电回路或放电回路；所述充放电单元120分别与所述电池组110和所述控制器500连接，用于根据所述控制器500输出的控制信号断开或导通所述电池组110的充电回路或放电回路；具体来说，当所述控制器500控制所述充放电单元120断开停止工作时，那么就会切断所述锂电池的充电回路或放电回路，反之，当所述控制器500控制所述充放电单元120导通工作时，那么所述锂电池的充电回路或放电回路就会导通，完成锂电池的充电过程或放电过程。
进一步地，请参阅图2，所述电压检测模块400包括若干个电压检测单元410，且所述电压检测单元410的数目少于所述锂电池的数目；每节所述锂电池的正极对应与一个所述电压检测单元410连接，或与所述控制器500连接；每个所述电压检测单元410还均与所述控制器500连接，用于检测对应连接的所述锂电池的电芯电压，并输出电压检测信号至所述控制器500；针对每节锂电池对应设置一个电压检测单元410，在锂电池充放电过程中，可实现对每节锂电池的电芯电压进行有效地检测，进而达到对每节锂电池进行独立监测的效果。
具体来说，本实施例中设置四个锂电池，分别为B1、B2、B3和B4，那么对应的设置三个所述电压检测单元410，其中锂电池B1的正极与控制器500连接，锂电池B2、B3和B4的正极则分别对应与一个所述电压检测单元410连接，由此可实现对每一接锂电池的电芯电压进行检测，进而达到对每节锂电池进行独立监测的效果。
进一步地，请参阅图3，所述环境温度检测单元210包括第一温度传感器PT1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第一运算放大器A1、第二运算放大器A2和第一开关二极管D1；所述第一温度传感器PT1的一端、所述第一电容C1的一端和所述第一电阻R1的一端均接电(本实施例中为+5V信号端)，所述第一温度传感器PT1的另一端连接所述第二电容C2的一端、所述第三电阻R3的一端和所述第四电阻R4的一端，所述第二电容C2的另一端和所述第三电阻R3的另一端均接地，所述第四电阻R4的另一端和所述第八电阻R8的一端均连接所述第一运算放大器A1的反相输入端，所述第八电阻R8的另一端连接所述第一运算放大器A1的输出端和所述第二运算放大器A2的正相输入端，所述第一电阻R1的另一端、所述第二电阻R2的另一端和所述第三电容C3的一端均连接所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端和所述第六电阻R6的一端均连接所述第一运算放大器A1的正相输入端，所述第一电容C1的另一端、所述第二电阻R2的另一端、所述第三电容C3的另一端和所述第六电阻R6的另一端均接地，所述第二运算放大器A2的反相输入端连接所述第二运算放大器A2的输出端和所述第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端、所述第四电容C4的一端和所述第一开关二极管D1的第3脚均连接所述控制器500，所述第一开关二极管D1的第1脚和所述第四电容C4的另一端均接地，所述第一开关二极管D1的第2脚接电(本实施例中为+5V信号端)，需要说明书的是，本实施例中+5V信号端的供电是由稳压电源提供；其中，第一电阻R1和第二电阻R2组成电桥的半桥，第一温度传感器PT1和第三电阻R3组成另一个半桥；所述第一温度传感器PT1是用来检测环境温度，电桥的差分信号通过第一运算放大器A1进行差分放大，其输出为Vo1＝510/20*5*1.2(1/1.3-1/(R+1.2)),其中R为第一温度传感器PT1的阻值。第二运算放大器A2工作于电压跟随，其输入为Vo1，输出也为Vo1，只是增加其驱动能力，增加控制器500检测的稳定性，而第七电阻R7和第一开关二极管D1起到电压钳位的作用，对所述控制器500进行保护；控制器500检测到Vo1，通过公式Vo1＝510/20*5*1.2(1/1.3-1/(R+1.2))即可计算出R的大小，然后根据第一温度传感器PT1的阻值表即可推算出此时的温度，那么也就获得了当前的环境温度，进而实现了对环境温度的有效检测。
进一步地，请参阅图4，所述电池温度检测单元220包括第二温度传感器PT2、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4和第二开关二极管D2；所述第二温度传感器PT2的一端、所述第五电容C5的一端和所述第九电阻R9的一端均接电(本实施例中为+5V信号端)，所述第九电阻R9的另一端、第六电容C6的一端和所述第十六电阻R16的一端均连接所述第十二电阻R12的一端，所述第十二电阻R12的另一端和所述第十三电阻R13的一端均与所述第三运算放大器A3的正相输入端连接，所述第五电容C5的另一端、所述第十六电阻R16的另一端、所述第六电容C6的另一端和第十三电阻R13的另一端均接地，所述第二温度传感器PT2的另一端与所述第七电容C7、第十电阻R10和第十一电阻R11的一端连接，所述第七电容C7的另一端和所述第十电阻R10的另一端均接地，所述第十一电阻R11的另一端和所述第十四电阻R14的一端均与所述第三运算放大器A3的反相输入端连接，所述第十四电阻R14的另一端与所述第三运算放大器A3的输出端和所述第四运算放大器A4的正相输入端连接，所述第四运算放大器A4的反相输入端与所述第四运算放大器A4的输出端和所述第十五电阻R15的一端连接，所述第十五电阻R15的另一端、所述第八电容C8的一端和所述第二开关二极管D2的第3脚均与所述控制器500连接，所述第二开关二极管D2的第2脚接电(本实施例中为+5V信号端)，所述第二开关二极管D2的第1脚和所述第八电容C8的另一端均接地；本实施例中所述第二温度传感器PT2用来检测电池温度，环境温度检测单元210和电池温度检测单元220的电路结构和温度检测原理相同，由于对环境温度检测单元210的过程原理进行了详细说明，此处对电池温度检测单元220的工作原理不再赘述。
进一步地，请继续参阅图2，所述电流检测单元310包括第十七电阻R17和第十八电阻R18；所述第十七电阻R17的一端连接所述电池模块100，所述第十七电阻R17的另一端和所述第十八电阻R18的一端均连接OUT-信号端，所述第十八电阻R18的另一端连接所述放大单元320；所述第十七电阻R17为电流采样电阻，本实施例中该电阻的阻值为10mΩ，当短路电路50A时，也只有0.5V，通过设置放大单元320对电流检测信号(本实施例中为电路采样电压ISAMP)进行放大处理，以便于提高检测的精准性。
具体来说，请一并参阅图5，本实施例中所述放大单元320包括第十九电阻R19、第二十电阻R20、第二十一电阻R21、第五运算放大器A5、第九电容C9、第二十二电阻R22和第三开关二极管D3；所述第十九电阻R19的一端接地，所述第十九电阻R19的另一端和所述第二十二电阻R22的一端均连接所述第五运算放大器A5的反相输入端，所述第五运算放大器A5的正相输入端与所述第二十电阻R20的一端连接，所述第二十电阻R20的另一端与所述第十八电阻R18的另一端连接，所述第二十二电阻R22的另一端与所述第五运算放大器A5的输出端和所述第二十一电阻R21的一端连接，所述第二十一电阻R21的另一端、所述第九电容C9的一端和所述第三开关二极管D3的第3脚均与所述控制器500连接，所述第三开关二极管D3的第2脚接电(本实施例中为+5V信号端)，所述第三开关二极管D3的第1脚接地；采用运放正比例放大原理，电流检测信号输入到第五运算放大器A5的正相输入端，接于第五运算放大器A5的输出端及反相输入端的第二十二电阻R22和第十九电阻R19确定放大倍数，放大倍数为(1+R22/R19)＝1+120/20＝7，其中R22为第二十二电阻R22的阻值，R19为第十九电阻R19的阻值，运算放大器的输出端经第二十一电阻R21连接至控制器500来输送放大后的电流检测信号；其中，第二十电阻R20和第三开关二极管D3共同构成一个电压钳位电路来保护控制器500，也即当第五运算放大器A5的输出小于0V时，第三开关二极管D3把输出限制在0V，当第五运算放大器A5的输出大于5V，第三开关二极管D3把输出限制在5V，从而有效保证了送到控制器500的电流检测信号在0-5V的安全范围内。
进一步地，请继续参阅图2，所述充放电单元120包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28；所述第一MOS管M1的第1脚、第2脚、第3脚和所述第三MOS管M3的第1脚、第2脚、第3脚以及所述第二十三电阻R23的一端均连接VBUS信号端和电池组110的正极，所述第二十三电阻R23的另一端、所述第一MOS管M1的第4脚和所述第三MOS管M3的第4脚均连接所述第二十四电阻R24的一端，所述第二十四电阻R24的另一端连接所述第五MOS管M5的漏极，所述第五MOS管M5的栅极和所述第二十七电阻R27的一端均连接所述控制器500，所述第二十七电阻R27的另一端和所述第五MOS管M5的源极均接地；所述第一MOS管M1的第5脚、第6脚、第7脚和第8脚连接MID信号端，所述第二MOS管M2的第5脚、第6脚、第7脚和第8脚连接MID信号端，所述第三MOS管M3的第5脚、第6脚、第7脚和第8脚连接MID信号端，所述第四MOS管M4的第5脚、第6脚、第7脚和第8脚连接MID信号端；所述第二MOS管M2的第1脚、第2脚、第3脚和第四MOS管M4的第1脚、第2脚、第3脚以及所述第二十五电阻R25的一端均连接OUT+信号端，所述第二十电阻R20的另一端、所述第二MOS管M2的第4脚和所述第四MOS管M4的第4脚均连接所述第二十六电阻R26的一端，所述第二十六电阻R26的另一端连接所述第六MOS管M6的漏极，所述第六MOS管M6的栅极和所述第二十八电阻R28的一端均连接所述控制器500，所述第六MOS管M6的源极和所述第二十八电阻R28的另一端接地。
其中，B+信号端和B-信号端为电池组110的输出正负端，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4均为P沟道栅极管，型号为A04407A，第一MOS管M1和第三MOS管M3并联，第二MOS管M2和第四MOS管M4并联，栅极管内部有一个D脚正S极负的寄生二极管，C_CTRL信号端和D_CTRL信号端由控制器500控制，高电平时，第五MOS管M5和第六MOS管M6导通，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4的G脚为低电平，那么栅极管导通，否则栅极管关闭。在正常情况下，第一MOS管M1、第二MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4，锂电池可进行正常的充放电。当充电时，如果发生过压、环境温度小于4℃或环境温度大于40℃时，控制器500关断第二MOS管M2和第四MOS管M4，电流不能从OUT+流到B+,从而关断锂电池的充电回路。当放电时，当发生欠压、过流、短路、环境温度小于-20℃、环境温度大于50℃、电池温度大于70℃或(电池温度-环境温度)大于30℃，控制器500关断第一MOS管M1和第三MOS管M3，电流不能从B+流到OUT+，从而关断锂电池的放电回路。当第一MOS管M1和第三MOS管M3关闭时，由于其内有寄生二极管，所以不影响充电过程，同理，当第二MOS管M2和第四MOS管M4关闭时，由于其内有寄生二极管，所以不影响放电过程。
具体实施时，本实施例中对应设置了三个所述电压检测单元410，每个所述电压检测单元410包括第二十九电阻R29和第三十电阻R30，所述第二十九电阻R29的一端连接对应锂电池的正极，所述第二十九电阻R29的另一端和所述第三十电阻R30的一端均与所述控制器500连接，所述第三十电阻R30的另一端接地；本实施例中三个电压检测单元410的第二十电阻R20分别记为R291、R292和R293，第三十电阻R30分别记为R301、R302和R303；其中，锂电池B1电压最高只有4.2V，直接由控制器500进行采样；锂电池B2的电芯电压则通过R291和R301分压后得到电压检测信号输出至控制器500；锂电池B3的电芯电压则通过R292和R302分压后得到电压检测信号输出至控制器500；锂电池B4的电芯电压则通过R293和R303分压后得到电压检测信号输出至控制器500，由此实现对各节锂电池的采样检测。
进一步地，所述电池组110内部还设置有温度保险丝PT3，所述温度保险丝PT3的一端连接B+信号端和电池组110的正极，所述温度保险丝PT3的另一端连接所述第一MOS管M1的第1脚、第2脚、第3脚和第二十三电阻R23的一端，当电池组110内部温度大于84℃时，则温度保险丝PT3熔断，进而切断锂电池的充放电回路。
进一步地，请一并参阅图6、图7和图8所述控制器500包括控制芯片U1、稳压芯片U2、烧录接口J1、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13和第三十一电阻R31；所述控制芯片U1的第1脚连接所述第六MOS管M6的栅极，所述控制芯片U1的第2脚连接所述第五MOS管M5的栅极，所述控制芯片U1的第26脚连接所述第十五电阻R15的另一端，所述控制芯片U1的第25脚连接所述第七电阻R7的另一端，所述控制芯片U1的第24脚连接所述第二十一电阻R21的另一端，所述稳压芯片U2的第1脚、所述第十电容C10的一端和所述第十一电容C11的一端均连接B+信号端，所述稳压芯片U2的第3脚、所述第十二电容C12的一端和所述第十三电容C13的一端均接电，所述第十电容C10的另一端、所述第十一电容C11的另一端、所述第十二电容C12的另一端和所述第十三电容C13的另一端均接地；所述烧录接口J1的第1脚连接PGD信号端，所述烧录接口J1的第3脚和所述第三十一电阻R31的一端连接MCLR信号端，所述第三十一电阻R31的另一端和所述烧录接口J1的第4脚均接电，所述烧录接口J1的第6脚连接PGC信号端；本实施例中所述控制芯片U1的型号为PIC18F4580，该控制芯片U10路10位的A/D采样接口，不需要再外接A/D转换芯片，性能稳定可靠；所述稳压芯片U2把电池电压稳压到5V供控制芯片U1及外围电路使用，通过设置烧录接口J1以便于所述控制芯片U1的程序升级。
具体地，请一并参阅图9，锂电池在充电过程中，锂电池保护电路的工作步骤如下：
S1、检测环境温度、检测电池温度和检测各节电芯电压；
S2、判断充电回路是否切断，若否，则执行步骤S3，若是则执行步骤S7；
S3、判断环境温度是否小于4℃或大于40℃，若否，则执行步骤S4，若是，则执行步骤S6；
S4、判断电池温度是否大于70℃或者温升是否大于30℃，若否，则执行步骤S5，若是，则执行步骤S6；
S5、判断单节电芯电压是否大于4.2V，若否，则执行步骤S1，若是，则执行步骤S6；
S6、切断充电回路；
S7、判断单节电芯电压是否小于4.1V，若否，则执行步骤S1，若是，则执行步骤S8；
S8、判断电池温度是否小于50℃，若是，则执行步骤S9；若否，则执行S1；
S9、判断环境温度是否大于6℃且小于38℃，若是，则执行步骤S10，若否，则执行步骤S1；
S10、打开充电回路。
当所述电池组110在充电时，所述温度检测模块200和电压检测模块400分别实时检测环境温度、电池温度和各节锂电池的电芯电压。在充电回路没有切断，也即没有充电保护时，首先由控制器500判断出环境温度小于4℃或环境温度大于40℃时则进行充电保护，由控制器500切断充电回路；反之则继续判断，若电池温度大于70℃或电池温升大于30℃时，则进行充电保护，由控制器500切断充电回路；反之则继续判断，若单节电芯电压大于4.2V，同样进行充电保护，由控制器500切断充电回路。当有充电保护时，如果所有锂电池的电芯电压小于4.1V且电池温度小于50℃且环境温度大于6℃且环境温度小于38℃，则解除充电保护，重新接通充电回路，进而实现对锂电池的充电保护。
进一步地，请一并参阅图10，锂电池在放电过程中，锂电池保护电路的工作步骤如下：
S20、检测环境温度、检测电池温度、检测各节电芯电压和检测放电电流；
S21、判断放电回路是否已切断，若否，则执行步骤S22，若是，则执行步骤S27；
S22、判断单节电芯电压是否小于2.7V，若否，则执行步骤S23，若是，则执行步骤S27；
S23、判断环境温度是否小于-20℃或大于50℃，若否，则执行步骤S24，若是，则执行步骤S27；
S24、判断电池温度是否大于70℃或电池温升是否大于30℃，若否，则执行步骤S25，若是，则执行步骤S27；
S25、判断在20ms时间段内放电电流是否大于20A，若否，则执行步骤S26，若是，则执行步骤S27；
S26、判断在300us时间段内放电电流是否大于50A，若是，则执行步骤S27，若否，则执行步骤S20；
S27、切断放电回路；
S28、判断单节电芯电压是否大于3V，若是，则执行步骤S29，若否，则执行S1；
S29、判断环境温度是否大于-18℃且小于48℃，若是，则执行步骤S30，若否，则执行步骤S1；
S30、判断电池温度是否小于50℃，若是，则执行步骤S31，若否，则执行步骤S1；
S31、判断放电回路切断时间累计是否大于20S，若是，则执行步骤S32，若否，则执行步骤S1；
S32、打开放电回路。
当所述电池组110在充电时，由所述温度检测模块200、电压检测模块400和电流检测模块300分别实时检测环境温度、电池温度、电芯电压以及放电电流。在放电回路没有切断，也即没有放电保护时，如果单节电芯电压小于2.7V或环境温度小于-20℃或环境温度大于50℃或电池温度大于70℃或电池温升大于30℃或20ms时间段内检测到放电电流大于20A(过流保护)或300us时间段内检测到放电电流大于50A(短路保护)，则进行放电保护，切断放电回路。当有放电保护时，如果所有电芯电压大于3V且环境温度大于-18℃且环境温度小于48℃且电池温度小于50℃且放电保护时间大于20s，则解除放电保护，重新接通放电回路，进而实现对锂电池放电过程的有效保护。
本发明中的锂电池保护电路具有过压、欠压、过流和短路保护功能，同时还具有环境温度检测及保护功能，当环境温度小于4℃或环境温度大于40℃时，不能充电；当环境温度小于-20℃或环境温度大于50℃时，不能放电，确保电池不会在极寒极热的环境中使用。该锂电池保护电路还具有电池温度检测及保护功能，当电池温度大于70℃或电池温升大于30℃时，认为电池温度异常，禁止充放电；若上述保护均失效的情况下，此时还可以通过电池组110内部的温度保险丝PT3进行硬保护，例如如果电池异常，则其电池温度会快速升高，当电池温度大于84℃时，保险丝熔断，彻底切断充电放回路，达到保护的目的；由此本发明充分考虑了锂电池的特性，对锂电池进行电压、电流、环境温度、电池本体温度进行监测，全方位判断锂电池的工作状态，进行相应的保护，保护全面，消除了锂电池在使用过程中的安全隐患。
本发明还提供了一种磁粉探伤机，包括如上所述的锂电池保护电路，通过设置该锂电池保护电路对锂电池进行保护，同时也确保了磁粉探伤机使用的安全性，拓展了磁粉探伤机的使用范围，由于上文对该锂电池保护电路进行了详细的描述，此处不再赘述。
综上所述，本发明提供的一种锂电池保护电路和磁粉探伤机，所述锂电池保护电路包括电池模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和控制器；所述温度检测模块与所述控制器连接，用于检测环境温度或所述电池模块的电池温度并输出温度检测信号至所述控制器；所述电流检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的放电电流并输出电流检测信号至所述控制器；所述电压检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的电芯电压并输出电压检测信号至所述控制器；所述控制器用于根据所述温度检测信号、电流检测信号或所述电压检测信号控制所述电池模块的充放电状态；本发明能够有效确保锂电池不会在极寒极热的环境中使用，实现了对锂电池保护的全面性，进而提高了锂电池在使用过程中的安全性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种锂电池保护电路，其特征在于，包括电池模块、温度检测模块、电流检测模块、电压检测模块和控制器；
所述温度检测模块与所述控制器连接，用于检测环境温度或所述电池模块的电池温度并输出温度检测信号至所述控制器；
所述电流检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的放电电流并输出电流检测信号至所述控制器；
所述电压检测模块分别与所述电池模块和所述控制器连接，用于检测所述电池模块的电芯电压并输出电压检测信号至所述控制器；
所述控制器用于根据所述温度检测信号、电流检测信号或所述电压检测信号控制所述电池模块的充放电状态。
2.根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述温度检测模块包括环境温度检测单元和电池温度检测单元；
所述环境温度检测单元与所述控制器连接，用于检测环境温度并输出第一温度检测信号至所述控制器；
所述电池温度检测单元与所述控制器连接，用于检测所述电池温度并输出第二温度检测信号至所述控制器。
3.根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述电流检测模块包括电流检测单元和放大单元；
所述电流检测单元分别与所述电池模块和所述放大单元连接，用于检测所述电池模块的放电电流，并输出电流检测信号至所述放大单元；
所述放大单元与所述控制器连接，用于将所述电流检测信号放大后输出至所述控制器。
4.根据权利要求1所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述电池模块包括电池组和充放电单元，所述电池组包括若干节串联连接的锂电池；所述充放电单元分别与所述电池组和所述控制器连接，用于根据所述控制器输出的控制信号断开或导通所述电池组的充电回路或放电回路。
5.根据权利要求4所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述电压检测模块包括若干个电压检测单元，且所述电压检测单元的数目少于所述锂电池的数目；所述锂电池的正极对应与一个所述电压检测单元连接，或与所述控制器连接；每个所述电压检测单元还均与所述控制器连接，用于检测对应连接的所述锂电池的电芯电压，并输出电压检测信号至所述控制器。
6.根据权利要求2所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述环境温度检测单元包括第一温度传感器、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一运算放大器、第二运算放大器和第一开关二极管；
所述第一温度传感器的一端、所述第一电容的一端和所述第一电阻的一端均接电，所述第一温度传感器的另一端连接所述第二电容的一端、所述第三电阻的一端和所述第四电阻的一端，所述第二电容的另一端和所述第三电阻的另一端均接地，所述第四电阻的另一端和所述第八电阻的一端均连接所述第一运算放大器的反相输入端，所述第八电阻的另一端连接所述第一运算放大器的输出端和所述第二运算放大器的正相输入端，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端和所述第三电容的一端均连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端和所述第六电阻的一端均连接所述第一运算放大器的正相输入端，所述第一电容的另一端、所述第二电阻的另一端、所述第三电容的另一端和所述第六电阻的另一端均接地，所述第二运算放大器的反相输入端连接所述第二运算放大器的输出端和所述第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端、所述第四电容的一端和所述第一开关二极管的第3脚均连接所述控制器，所述第一开关二极管的第1脚和所述第四电容的另一端均接地，所述第一开关二极管的第2脚接电。
7.根据权利要求2所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述电池温度检测单元包括第二温度传感器、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第三运算放大器、第四运算放大器和第二开关二极管；
所述第二温度传感器的一端、所述第五电容的一端和所述第九电阻的一端均接电，所述第九电阻的另一端、第六电容的一端和所述第十六电阻的一端均连接所述第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端和所述第十三电阻的一端均与所述第三运算放大器的正相输入端连接，所述第五电容的另一端、所述第十六电阻的另一端、所述第六电容的另一端和第十三电阻的另一端均接地，所述第二温度传感器的另一端与所述第七电容、第十电阻和第十一电阻的一端连接，所述第七电容的另一端和所述第十电阻的另一端均接地，所述第十一电阻的另一端和所述第十四电阻的一端均与所述第三运算放大器的反相输入端连接，所述第十四电阻的另一端与所述第三运算放大器的输出端和所述第四运算放大器的正相输入端连接，所述第四运算放大器的反相输入端与所述第四运算放大器的输出端和所述第十五电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端、所述第八电容的一端和所述第二开关二极管的第3脚均与所述控制器连接，所述第二开关二极管的第2脚接电，所述第二开关二极管的第1脚和所述第八电容的另一端均接地。
8.根据权利要求3所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述电流检测单元包括第十七电阻和第十八电阻；所述第十七电阻的一端连接所述电池模块，所述第十七电阻的另一端和所述第十八电阻的一端均连接OUT-信号端，所述第十八电阻的另一端连接所述放大单元。
9.根据权利要求8所述的锂电池保护电路，其特征在于，所述放大单元包括第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第五运算放大器、第九电容、第二十二电阻和第三开关二极管；所述第十九电阻的一端接地，所述第十九电阻的另一端和所述第二十二电阻的一端均连接所述第五运算放大器的反相输入端，所述第五运算放大器的正相输入端与所述第二十电阻的一端连接，所述第二十电阻的另一端与所述第十八电阻的另一端连接，所述第二十二电阻的另一端与所述第五运算放大器的输出端和所述第二十一电阻的一端连接，所述第二十一电阻的另一端、所述第九电容的一端和所述第三开关二极管的第3脚均与所述控制器连接，所述第三开关二极管的第2脚接电，所述第三开关二极管的第1脚接地。
10.一种磁粉探伤机，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的锂电池保护电路。
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| CN202110779139.0A CN113394851A (zh) | 2021-07-09 | 2021-07-09 | 一种锂电池保护电路和磁粉探伤机 |
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|---|---|---|---|---|
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2021
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