CN115051447A - 一种锂电池组安全充电保护方法及其充电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池组安全充电保护方法及其充电保护电路，编码电路根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片；充电保护芯片启动保护控制；通过这样可以解决现有技术中常规充电保护芯片的状态输入的引脚数量不够的问题了，更优选所述上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常，上位机首先计算判别数p，计算判别数p是否满足阈值可以直接判断充电电路是否异常。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂电池组安全充电保护方法及其充电保护电路。
背景技术
相关的现有技术中公开有锂电池组安全充电保护电路如图1，该充电保护电路包括有五节串联锂电池B1、B2、B3、B4和B5，每一节锂电池对应串接有相应的RC滤波电路1，U1为实现信号检测处理的控制芯片，该U1芯片对应有VC1、VC2、VC3、VC4和VC5五个管脚作为检测信号输入端，分别对应连接锂电池B1、B2、B3、B4和B5所分别串接的RC滤波电路1的输出端，U1芯片的CO管脚作为触发信号输出端连接第一输出电路3，U1芯片还有供电电源输入端VDD和接地端VSS，U1芯片、RC滤波电路1以及锂电池组之间的连接方式为常规电路，具体线路连接方式参见图1，图中的第一输出电路3和第二输出电路5分别为两个不同采样电路，第一输出电路3用于电阻采样，第二输出电路5用于温度采样，第二输出电路5并接在自检电路4中，第一输出电路3包括有第三电阻R3、第四电阻R4、第二场效应管Q2和识别电阻Rs，第二输出电路5包括有热敏电阻RT，自检电路4包括有第一场效应管Q1、第一电阻R1、第一电容C1、第一二极管D1、第二电阻R2和第二电容C2，其中，第三电阻R3的一端和U1芯片的CO管脚相连，该第三电阻R3的另一端一路经第四电阻R4接地，另一路连接第二场效应管Q2的栅极，该第二场效应管Q2的源极接地，该第二场效应管Q2的漏极一路经识别电阻Rs接地，另一路连接充电器电路的第一输入端ID1，第一场效应管Q1的漏极连接一节锂电池所对应的RC滤波电路1的输出端，当锂电池组与充电器连接后，正常工作状态下，充电器会通过第一输入端ID1读取识别电阻Rs的阻值，进而判断锂电池是否过充或者有无线路断线，同时，充电器通过第二输入端ID2读取热敏电阻RT的温度值，来判断锂电池组是否在正常的温度值范围内；当充电器从第二输入端ID2输出周期性的触发信号，在第一场效应管Q1导通后，第一节锂电池B1呈现对地断路状态，此时，如果原先U1芯片的CO管脚输出的是正常充电信号(低电平)，在第一节锂电池B1对地短路后，该U1芯片的CO管脚应该会产生输出信号变化(跳变为高电平)，假如第一节锂电池B1对地短路后，U1芯片的CO管脚输出信号不会发生变化，则说明U1芯片本身(充电保护电路自身)或电路中其他元件发生故障(元件单次失效会导致U1芯片的CO管脚输出常高电平或常低电平，如是常高电平，则表现为禁止充电，电路无法正常运行；如是常低电平则表现为允许充电，此时充电安全无法保障)，因此，当U1芯片的CO管脚输出常低电平的情况下，存在过充的危险，需要立即停止充电，并警示报警，综合来看的，现有技术中在常规锂电池保护电路的基础上增加了充电自检方法，触发信号的启动和充电器电路的启动是同步的，当电池组连接充电器启动充电后，充电器就会有规律的发送触发信号至充电保护电路，以确保在整个充电过程中对电路的自检，可以避免因保护电路自身故障或接口电路的错误输出而导致安全事故发生，类似的现有技术中通过串联电池上某一个向外输出状态的支路引出一个触发点，该技术之中如果未设置触发点且没有向外输出状态支路的单个或单个电池出现了问题就没有办法被检测到，因为实践中一组电池中经常需要串联很多电池的，当串联电池数量多的情况下一个常规充电保护芯片的状态输入的引脚数量是不够的，如果设置较多的充电保护芯片来解决的话，不仅仅成本很高并且还需要修改相关的引线与控制逻辑，这样也非常的复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电池组安全充电保护方法及其充电保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：锂电池组安全充电保护电路，包括充电保护芯片，所述的充电保护芯片具有N个充电状态判定输入引脚，还包括有若干个电池向外输出状态支路，电池向外输出状态支路的数量大于N，电池向外输出状态支路分为两类，第一类为具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，第二类为不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的数量少于等于N-1，其中的具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接充电保护芯片的充电状态判定输入引脚，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路的输入端，编码电路的输出端连接充电保护芯片的至少一个充电状态判定输入引脚；编码电路用于根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的输入信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片。
进一步具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路的输入端。
进一步还包括周期触发电路，所述的周期触发电路的输出端与编码电路的输出端连接。
进一步所述的编码电路采用或门逻辑电路。
进一步还包括下行通信电路、上位机、上载通信电路，所述的上载通信电路的输入端与具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述的上载通信电路的输入端还与不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述上载通信电路用于向上位机输出电池向外输出状态数据，所述的上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常，所述的上位机还用于在电池充电异常时向下行通信电路发送触发信号数据，所述下行通信电路的输出端与充电保护芯片的充电状态判定输入引脚电连接，所述下行通信电路基于触发信号数据产生触发信号给充电保护芯片。
进一步所述的上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常具体的：
电池向外输出状态数据为每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值，上位机将每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值按照时间前后排序并拟合为函数，函数的横坐标为时间量t，函数的纵坐标为电压实测数值，在一个判断周期，上位机首先计算判别数p：
其中的ti为时间变量，a为调整数据取样周期的系数，Mi为调整运算精度的系数，Q为电池的数量，判别数p具体表征了每一个支路上电压实测数值拟合函数积分量的再次乘积，通过计算判别数p是否满足阈值可以直接判断充电电路是否异常。
一种锂电池组安全充电保护方法，包括步骤有：
不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端给编码电路的输入端输出信号；
编码电路根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片；充电保护芯片启动保护控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本申请不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端给编码电路的输入端输出信号；编码电路根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片；充电保护芯片启动保护控制；通过这样可以解决现有技术中常规充电保护芯片的状态输入的引脚数量不够的问题了，更优选所述的上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常，上位机首先计算判别数p，通过计算判别数p是否满足阈值可以直接判断充电电路是否异常。
图1为现有技术中的锂电池组安全充电保护电路组成示意图。
图2为本申请锂电池组安全充电保护电路组成示意图。
图3为本申请锂电池组安全充电保护电路组成示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请公开了锂电池组安全充电保护电路，如图2，其包括充电保护芯片1，所述的充电保护芯片1具有N个充电状态判定输入引脚in，还包括有若干个电池向外输出状态支路k，电池向外输出状态支路的数量大于N，电池向外输出状态支路分为两类，第一类为具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，第二类为不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的数量少于等于N-1，其中的具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接充电保护芯片1的充电状态判定输入引脚，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路2的输入端，编码电路2的输出端连接充电保护芯片1的至少一个充电状态判定输入引脚；编码电路2用于根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的输入信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路2输出端输出异常状态信号到充电保护芯片1；具体实施中，所述的编码电路2采用或门逻辑电路，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端给编码电路2的输入端输出信号；编码电路2根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路2输出端输出异常状态信号到充电保护芯片1；充电保护芯片1启动保护控制；通过这样可以解决现有技术中常规充电保护芯片的状态输入的引脚数量不够的问题了。
所以本申请还公开了一种锂电池组安全充电保护方法，包括步骤有：不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端给编码电路2的输入端输出信号；编码电路2根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路2输出端输出异常状态信号到充电保护芯片1；充电保护芯片1启动保护控制。
优选地实施中，本申请具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路2的输入端；这样可以对所有电池的状态统一判别。
优选地实施中，本申请电路还包括周期触发电路3，所述的周期触发电路3的输出端与编码电路2的输出端连接；通过这样实现周期触发电路的自检。
优选地实施中，本申请公开了锂电池组安全充电保护电路，如图3，还包括下行通信电路5、上位机6、上载通信电路4，所述的上载通信电路4的输入端与具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述的上载通信电路4的输入端还与不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述上载通信电路4用于向上位机6输出电池向外输出状态数据，所述的上位机6基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常，所述的上位机6还用于在电池充电异常时向下行通信电路5发送触发信号数据，所述下行通信电路5的输出端与充电保护芯片1的充电状态判定输入引脚电连接，所述下行通信电路5基于触发信号数据产生触发信号给充电保护芯片1。本申请通过上位机的数据运算可以扩充本地运算资源少的问题，在对充电控制安全性要求很高的应用环境中也只有通过上位机扩充才能满足。
所述的上位机6基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常具体的：
电池向外输出状态数据为每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值，上位机将每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值按照时间前后排序并拟合为函数，函数的横坐标为时间量t，函数的纵坐标为电压实测数值，在一个判断周期，上位机首先计算判别数p：
其中的ti为时间变量，a为调整数据取样周期的系数，Mi为调整运算精度的系数，Q为电池的数量，判别数p具体表征了每一个支路上电压实测数值拟合函数积分量的再次乘积(累积，每一个参与累积的变量式实际为一个积分量)，通过计算判别数p是否满足阈值可以直接判断充电电路是否异常，因为判别数p具体表征了每一个支路上电压实测数值拟合函数积分量的再次乘积，所以任一一个的电池支路异常其电压实测数值拟合函数积分量必定异常，任何一个电压实测数值拟合函数积分量异常也都会使判别数p出现突变，所以这样很容易判断充电电路是否异常。
更加优选地，在多个的判断周期判别数p还会发生周期性变化，所以优选的实施中判别数p的周期性变化符合一般性函数y＝sinnx的变化规律，n为自然数，即判别数p的变化周期等于函数y＝sinnx的变化周期，则可以计算判别数p是否存在异常，具体的计算多个周期的pi的整体变化pt是否满足阈值，即计算：pt＝((n-1)/n)*∫sinn-2pidpi-(n-1)*sinn- 1pi*cospi。
Claims (7)
1.锂电池组安全充电保护电路，包括充电保护芯片，其特征在于，所述的充电保护芯片具有N个充电状态判定输入引脚，还包括有若干个电池向外输出状态支路，电池向外输出状态支路的数量大于N，电池向外输出状态支路分为两类，第一类为具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，第二类为不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的数量少于等于N-1，其中的具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接充电保护芯片的充电状态判定输入引脚，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输入端连接电池的电极，不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路的输入端，编码电路的输出端连接充电保护芯片的至少一个充电状态判定输入引脚；编码电路用于根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的输入信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片。
2.根据权利要求1所述的锂电池组安全充电保护电路，其特征在于，具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接编码电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的锂电池组安全充电保护电路，其特征在于，还包括周期触发电路，所述的周期触发电路的输出端与编码电路的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的锂电池组安全充电保护电路，其特征在于，所述的编码电路采用或门逻辑电路。
5.根据权利要求1所述的锂电池组安全充电保护电路，其特征在于，还包括下行通信电路、上位机、上载通信电路，所述的上载通信电路的输入端与具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述的上载通信电路的输入端还与不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端连接，所述上载通信电路用于向上位机输出电池向外输出状态数据，所述的上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常，所述的上位机还用于在电池充电异常时向下行通信电路发送触发信号数据，所述下行通信电路的输出端与充电保护芯片的充电状态判定输入引脚电连接，所述下行通信电路基于触发信号数据产生触发信号给充电保护芯片。
6.根据权利要求5所述的锂电池组安全充电保护电路，其特征在于，所述的上位机基于电池向外输出状态数据判断电池充电是否异常具体的：
电池向外输出状态数据为每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值，上位机将每一个电池向外输出状态支路的输出电压实测数值按照时间前后排序并拟合为函数，函数的横坐标为时间量t，函数的纵坐标为电压实测数值，在一个判断周期，上位机首先计算判别数p：
其中的ti为时间变量，a为调整数据取样周期的系数，Mi为调整运算精度的系数，Q为电池的数量，判别数p具体表征了每一个支路上电压实测数值拟合函数积分量的再次乘积，通过计算判别数p是否满足阈值可以直接判断充电电路是否异常。
7.使用权利要求1所述的电路的一种锂电池组安全充电保护方法，包括步骤有：
不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路的输出端给编码电路的输入端输出信号；编码电路根据多个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”的信号判断是否存在至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常，如果至少一个“不具有专用状态引线的电池向外输出状态支路”信号异常则编码电路输出端输出异常状态信号到充电保护芯片；充电保护芯片启动保护控制。
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