CN202888811U - 一种锂离子电池管理系统短路保护电路 - Google Patents

一种锂离子电池管理系统短路保护电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池管理系统短路保护电路,包括检测模块、取样电阻、保护模块、驱动模块和开关管,所述检测模块和取样电阻分别与电池组连接,所述驱动模块和开关管分别与锂离子电池管理系统的负载连接,所述检测模块与所述取样电阻并联形成第一并联线路,所述驱动模块与所述开关管并联形成第二并联线路,所述第一并联线路与所述第二并联线路串联,所述检测模块以及所述驱动模块均与所述保护模块连接。本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路能够不经过单片机中央处理器也可以直接切断短路电路,并且保证该电路在切断短路电路后,在保护模块的触发下还具有重新恢复工作电路能力。

Description

一种锂离子电池管理系统短路保护电路
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种保护电路,特别是涉及一种锂离子电池管理系统短路保护电路。
背景技术
[0002] 锂离子电池的广泛应用已有十多年,早期主要用于手机、笔记本电脑、摄像机等一系列小型移动式电子产品,这些电子产品中锂离子电池为单个或小数量(2-4串)串联使用,负载电流较低,安全系数较高。但近几年来,锂离子电池以其轻便、高能量密度、无污染等特点,已经开始在电动自行车、电动工具和动力玩具领域上得到快速应用,并逐步应用于混合动力车和电动车辆领域。但动力锂离子电池的安全性仍是人们目前最为关注的问题,所以对其保护显得非常重要。
[0003] 锂离子电池的保护主要包括过充电保护、过放电保护、过电流及短路保护等。目前,很多的锂离子电池组的专用集成保护芯片都采取过充电、过放电和过电流保护,然而,因一些意外导致的电池组短路现象仍然存在,短路造成的回路电流一般在工作额定电流的十倍以上,这很容易给电池本身和外部设备造成严重损害。因此,设计出一种合适的短路保护方案来实现短路电路的高效保护有很大的的现实意义。
[0004]目前很多的短路保护电路多采用MCU直接控制,其一般的工作原理是:利用检测模块检测取样电阻两端的电压,并直接将检测到的电压信号通过引脚反馈给MCU,MCU通过分析,判断,并最终通过另一个引脚输出信号触发驱动模块关断开关管,从而起短路保护电路作用。这种方式虽然使电路变的简单,但事实证明,很多该种MCU应用范围窄,成本高,有时还会因为死机或受外围电路干扰而无法及时采取正确指令,从而导致短路保护电路失效。此外,很多的该种电路在断开电路之后也未能实现自动恢复工作电路的功能。
发明内容
[0005] 本实用新型是为了解决现有技术中的不足而完成的,本实用新型的目的是提供一种能够不经过单片机中央处理器也可以直接切断短路电路,并且保证该电路在切断短路电路后,在保护模块的触发下还具有重新恢复工作电路能力的锂离子电池管理系统短路保护电路。
[0006] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,包括检测模块、取样电阻、保护模块、驱动模块和开关管,所述检测模块和取样电阻分别与电池组连接,所述驱动模块和开关管分别与锂离子电池管理系统的负载连接,所述检测模块与所述取样电阻并联形成第一并联线路,所述驱动模块与所述开关管并联形成第二并联线路,所述第一并联线路与所述第二并联线路串联,所述检测模块以及所述驱动模块均与所述保护模块连接。
[0007] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路还可以是:
[0008] 所述保护模块包括单片机中央处理器和五个三极管,所述检测模块分别与第一三极管、第三三极管和第四三极管的基极连接,所述驱动模块与第三三极管的集电极连接,所述单片机中央处理器分别与第四三极管集电极和第五三极管的基极连接,所述第五三极管的集电极和发射极分别与检测模块连接,所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的发射极连接。
[0009] 所述单片机中央处理器的PWM引脚与第五三极管的基极连接,所述单片机中央处理器的INTERRUPT引脚与所述第四三极管的集电极连接。
[0010] 所述单片机中央处理器为C8051F系列单片机芯片。
[0011 ] 所述开关管为场效应管。
[0012] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,由于其包括检测模块、取样电阻、保护模块、驱动模块和开关管,所述检测模块和取样电阻分别与电池组连接,所述驱动模块和开关管分别与锂离子电池管理系统的负载连接,所述检测模块与所述取样电阻并联形成第一并联线路,所述驱动模块与所述开关管并联形成第二并联线路,所述第一并联线路与所述第二并联线路串联,所述检测模块以及所述驱动模块均与所述保护模块连接。这样,相对于现有技术的优点是不经过单片机中央处理器也可以直接切断短路电路,并且保证该电路在切断短路电路后,在保护模块的触发下还具有重新恢复工作电路能力。
附图说明
[0013] 图1本实用新型一种锂离子电池管理系统示意图。
[0014] 图2本实用新型一种锂离子电池管理系统短路保护电路实施例框图。
[0015] 图3本实用新型一种锂离子电池管理系统短路保护电路图2中保护模块框图。
[0016] 图4本实用新型一种锂离子电池管理系统短路保护电路电路图。
[0017] 图5本实用新型锂离子电池管理系统短路保护电路的保护模块电路图。
`[0018] 图号说明
[0019] I…检测模块 II···驱动模块 III…保护模块
[0020] Rl…取样电阻 Q9…开关管 10…单片机中央处理器
[0021] 1L···电池组 12···负载 13…短路保护电路
具体实施方式
[0022] 下面结合附图的图1至图5对本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路作进一步详细说明。
[0023] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,请参考图1至图5,包括检测模块1、取样电阻RU保护模块II1、驱动模块II和开关管Q9,所述检测模块I和取样电阻Rl分别与电池组11连接,所述驱动模块II和开关管Q9分别与锂离子电池管理系统的负载12连接,所述检测模块I与所述取样电阻Rl并联形成第一并联线路,所述驱动模块II与所述开关管Q9并联形成第二并联线路,所述第一并联线路与所述第二并联线路串联,所述检测模块I以及所述驱动模块II均与所述保护模块III连接。这样,相对于现有技术的优点是不经过单片机中央处理器10也可以直接切断短路电路,并且保证该电路在切断短路电路后,在保护模块III的触发下还具有重新恢复工作电路能力。
[0024] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,请参考图1至图5,在前面技术方案的基础上具体可以是所述保护模块III包括单片机中央处理器10 (也可以称其为MCU)和五个三极管,所述检测模块I分别与第一三极管Ql、第三三极管Q3和第四三极管Q4的基极连接,所述驱动模块II与第三三极管Q3的集电极连接,所述单片机中央处理器10分别与第四三极管Q4集电极和第五三极管Q5的基极连接,所述第五三极管Q5的集电极和发射极分别与检测模块I连接,所述第一三极管Ql的集电极与所述第二三极管Q2的发射极连接。更进一步优选的技术方案为所述单片机中央处理器10的PWM引脚与第五三极管Q5的基极连接,所述单片机中央处理器10的INTERRUPT引脚与所述第四三极管Q4的集电极连接。
[0025] 具体的运作过程为:当电池组发生短路,电路中的电流瞬间变大,流经取样电阻Rl的电流变大。这时,检测模块I中的集成运放器Ul的同相输入端的电压高于反相输入端的参考电压,于是,Ul的输出端向保护模块III输出高电平信号,高电平信号途经电阻R5、二极管Dl直接分成三路:
[0026] 一路经过Rll到达三极管Q3,该路作为第一路,主要起关断整个电路的作用。
[0027] 一路经过R13到达三极管Q4,该路作为第二路,主要负责通知MCU电路已断开。
[0028] 一路经过R9到达三极管Q1,该路作为第三路,主要起导通三极管Q2,提供高电平的作用。目的是使三极管Q1、Q2、Q3能够维持导通状态,从而稳定整个短路保护电路。
[0029] 第一路:高电平信号到达NPN型三极管Q3,其基极电压被拉高,且基极与发射极两端压差大于驱动电压O. 7V,Q3导通,继而,其集极端直接向驱动模块II输出低电平信号。这时,N型MOS管Q6栅极电压被拉低,没有驱动电压,Q6关断,进一步,N型MOS管Q8栅极电平被拉高,栅极与源极两端压差大于2. 0V,Q8导通。P型MOS管Q7的栅极电平被拉高,没有驱动电压,Q7关断,再进一步,N型开关管Q9没有了驱动电压,也即电路被断开。
[0030] 第二路,高电平信号到达NPN型三极管Q4,其基极电压被拉高,且基极与发射极两端压差大于驱动电压O. 7V,Q4被导通,继而触发INTERRUPT引脚,将电路断开信号传给MCU,MCU经过分析,判断,检查并确认电路没有其他异常后,在适当的时间内通过PWM引脚输出高电平脉冲。于是,NPN型三级管Q5的基极电平被拉高,Q5被导通。继而,Q5的集极端输出低电平信号,且低电平信号分为三路,分别关断三极管Ql,Q2,Q3,Q4。继而,连在R14的+12V高电平直接向N型MOS管Q6的栅极输出高电平信号,Q6导通。继而,N型MOS管Q8栅极电平被拉低,Q8关断,P型MOS管Q7的栅极被拉低,Q7导通。继而,Q7的集极端向开关管Q9的栅极输出高电平信号,N型MOS管Q9的栅极与源极压差大于5V,Q9导通,电路恢复正常工作。
[0031] 第三路:高电平信号到达NPN型三极管Ql,其基极电压被拉高,且基极与发射极两端压差大于驱动电压O. 7V,Q1导通。继而,PNP型三极管Q2的基极电压被拉低,发射极与基极的压差大于驱动电压O. 7V,Q2导通,并从集极端输出高电平,这个高电平同时也一样分为三路,使得三极管Q1、Q3、Q4能持续保持导通状态。否则,当电路断开之后,检测模块I的集成电器Ul的输出端将立即输出低电平,使得三极管Q1、Q2、Q3、都断开,这时,接在R14上的+12V高电平直接触发驱动模块II立即闭合开关管Q9。如此一来,电路在短路还未消除之前,又会立即开始工作,继而,检测模块I又会输出高电平,三极管Q3又被导通,驱动模块
II又使得开关管Q9断开,从而,整个电路会处在一个重复开启关闭的不稳定状态。因而,力口上该电路可以在短路未消失之前锁住开关管Q9,从而起到稳定整个短路保护电路的作用。
[0032] 当电路恢复正常工作后,再次发生短路,造成工作电流再次过大时,就同样采取上述一系列动作,如此循环,使得整个电路起到保护短路电路的同时有具有在切断短路电路后重新恢复工作电路的功能。
[0033] 相对于现有技术而言,具有的有益效果在于:
[0034]1、本实用新型通过采用硬件保护短路电路,发生短路时,能够不经过MCU(单片机中央处理器)直接快速断开供电回路,避免了通过MCU控制导致的短路保护电路异常或失效问题,提高了锂电池组的使用安全。
[0035] 2、本实用新型保护电路具有自锁功能,当外围设备或电路一直处于短路状态时,锁住放电MOS —直处于关断状态,唤醒信号MCU响应无效。
[0036] 3、本实用新型提出了一个切断短路电路的方案,同时也设计了一个激活工作电路的方案,使电路具有在切断短路电路后自动重新恢复工作的优点。
[0037] 4、本实用新型具有设计合理,结构简单,保护动作迅速的优点。
[0038] 本实用新型的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,请参考图1至图5,在前面技术方案的基础上具体可以是所述单片机中央处理器10为C8051F系列单片机芯片具备所需功能,成本适中。所述开关管Q9为场效应管。使用场效应管的优点是断开和导通速度快,内阻较小,导通电流大。
[0039] 上述仅对本实用新型中的几种具体实施例加以说明,但并不能作为本实用新型的保护范围,凡是依据本实用新型中的设计精神所作出的等效变化或修饰或等比例放大或缩小等,均应认为落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1. 一种锂离子电池管理系统短路保护电路,其特征在于:包括检测模块、取样电阻、保护模块、驱动模块和开关管,所述检测模块和取样电阻分别与电池组连接,所述驱动模块和开关管分别与锂离子电池管理系统的负载连接,所述检测模块与所述取样电阻并联形成第一并联线路,所述驱动模块与所述开关管并联形成第二并联线路,所述第一并联线路与所述第二并联线路串联,所述检测模块以及所述驱动模块均与所述保护模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,其特征在于:所述保护模块包括单片机中央处理器和五个三极管,所述检测模块分别与第一三极管、第三三极管和第四三极管的基极连接,所述驱动模块与第三三极管的集电极连接,所述单片机中央处理器分别与第四三极管集电极和第五三极管的基极连接,所述第五三极管的集电极和发射极分别与检测模块连接,所述第一三极管的集电极与所述第二三极管的发射极连接。
3.根据权利要求2所述的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,其特征在于:所述单片机中央处理器的PWM引脚与第五三极管的基极连接,所述单片机中央处理器的INTERRUPT弓丨脚与所述第四三极管的集电极连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,其特征在于:所述单片机中央处理器为C8051F系列单片机芯片。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种锂离子电池管理系统短路保护电路,其特征在于:所述开关管为场效应管。
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