CN203813423U - 一种通用型锂电池保护系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种通用型锂电池保护系统，包括锂电池组分别连接负载和充电机，其特征在于：所述的保护系统为单片机采集锂电池组的电池信息，单片机通过充、放电主通道控制电路实现锂电池组的充放电转换；充电电流检测模块、放电电流检测模块分别采集回路中的电压值后传递给单片机。由于采用上述的结构，本实用新型可以对目前市场上所有类型的锂电池实现有效保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池的应用领域，特别涉及一种通用型锂电池保护系统。
背景技术
在新能源体系中，电池是其中不可或缺的重要组成部分。近年来，锂电池以其能量密度高、使用寿命长、单节电压高等优点获得广泛应用。但是由于锂电池在加热、过充/过放电流、振动、挤压等滥用条件下可能导致电池寿命缩短以致损坏，甚至会发生着火、爆炸等事件，因此需要对动力锂电池组进行保护。
目前锂电池保护方案主要有：精工S8261针对单节电池、凌特bq77910、凹凸OZ8920、AD公司AD7280A等芯片主要针对8-16串锂电池组的，但是他们保护门限电压多是为磷酸铁锂、锰酸锂而设定。目前任然没有一种方案可以有效地对钛酸锂电池等新型锂电池进行保护。
针对上述问题，提供一种通用的保护系统，对目前市场上所有类型的锂电池实现有效保护是现有技术需要解决的问题。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种通用型锂电池保护系统，以达到对目前市场上所有类型的锂电池进行有效保护的目的。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是，一种通用型锂电池保护系统，包括锂电池组分别连接负载和充电机，其特征在于：所述的保护系统为单片机采集锂电池组的电池信息，单片机通过充、放电主通道控制电路实现锂电池组的充放电转换；充电电流检测模块、放电电流检测模块分别采集回路中的电压值后传递给单片机。
所述的单片机在锂电池组充电时设置过充电压OV和释放电压UV两个门槛电压，当电池充电达到过充电压OV时单片机断开锂电池组的充电电路，当锂电池组的电压回落到UV时单片机才允许充电机重新启动充电功能；锂电池组在放电时设有过放电压OD和过放释放电压UVD两个门槛电压，当锂电池组放电达到过放电压OD时单片机禁止锂电池组放电，当锂电池组电压上升到UVD时单片机才可以重新启动放电功能。
所述的单片机的型号为STM8L1514K。
所述的充电机和负载分别通过欠压唤醒及断充电器检测电路、断负载检测电路将工作信息反馈到单片机。
所述的单片机通过预充电回路接入锂电池组的充电回路中。
所述的保护系统设有短路保护模块、放电过流判断模块。
所述的单片机连接有温度检测模块、系统通讯模块。
所述的锂电池组连接系统电源产生模块为整个保护系统进行供电。
所述的保护系统中设有弱电锁判断模块。
所述的锂电池组通过单节电池电压差分电路模块完成单体电池电压的差分后送入单片机，单片机内置A/D转换模块进行转换；单片机通过均衡控制模块接入锂电池组。
一种通用型锂电池保护系统，由于采用上述的结构，本实用新型可以对目前市场上所有类型的锂电池实现有效保护。可以适合目前各种电压门槛锂电池保护的需要，同时具有功能可裁剪优化等优点（请对本实用新型的优点进行描述）
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明；
图1为本实用新型一种通用型锂电池保护系统的结构框图；
图2为本实用新型一种通用型锂电池保护系统中系统电源产生模块的电路图；
图3为本实用新型一种通用型锂电池保护系统中单片机的A/D转换模块的电路图；
图4为本实用新型一种通用型锂电池保护系统中放电通道的电路图；
图5为本实用新型一种通用型锂电池保护系统中充电通道的电路图；
在图1中，1、锂电池组；2、单片机；3、充电机；4、负载；5、单节电池电压差分电路；6、充、放电主通道控制电路；7、欠压唤醒及断充电器检测电路；8、断负载检测电路；9、充电电流检测模块；10、放电电流检测模块；11、预充电回路；12、放电过流判断模块；13、短路保护模块；14、温度检测模块；15、系统电源产生模块；16、系统通讯模块；17、弱电锁判断模块；18、均衡控制模块。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括锂电池组1分别连接负载4和充电机3，保护系统中单片机2采集锂电池组1的电池信息，单片机2通过充、放电主通道控制电路6实现锂电池组1的充放电转换；充电电流检测模块9、放电电流检测模块10分别采集回路中的电压值后传递给单片机2。充电机3和负载4分别通过欠压唤醒及断充电器检测电路7、断负载检测电路8将工作信息反馈到单片机2。单片机2通过预充电回路11接入锂电池组1的充电回路中。单片机2通过均衡控制模块18接入锂电池组1。
本实用新型设有短路保护模块13、放电过流判断模块12。单片机2连接有温度检测模块14、系统通讯模块16。锂电池组1连接系统电源产生模块15为整个保护系统进行供电。保护系统中设有弱电锁判断模块17。
具体的，本实用新型采用低端控制模式。图1中B+为锂电池组1的正极。电池处于放电状态时，电流从电池内部流程经B+通过负载流向D-，从D-经放电控制通道流向电池负极。电池处于充电状态时，电流从充电机正极流出经B+进入电池，再从电池负极流出，通过充电控制通道流向C-，C-最后与充电机负极相连。
本实用新型以STM8L1514K单片机2为控制核心，该单片机具有低功耗、外设资源丰富等特点非常适合作为相对复杂的嵌入式系统控制器。单节电池串联以后每节电池正极电位不同，单节电池电压差分电路5完成电池串单体电池电压的差分后送入单片机2，利用单片机2内置A/D转换模块进行转换，获得锂电池组1所有电池信息。根据锂电池使用特性，锂电池在充电时有两个门槛电压。一是过充电压OV，当电池充电达到OV时保护系统必须禁止充电；二是过充释放电压UV，当电池禁充以后，由于锂电池的特性电池电压会有一定的回落，只有电压回落到UV时电池保护系统才可以重新启动充电功能。锂电池在放电时也有两个门槛电压。一是过放电压OD，当电池放电达到OD时保护系统必须禁止其放电；二是过放释放电压UVD，由于锂电池的特性，当其禁放以后电池电压会反弹，只有其电压上升到UVD时电池保护系统才可以重新启动放电功能。由于充、放电流方向不同大小相差较大，为保证采样的精度，本实用新型分别采用二个独立模块进行检测。当锂电池充放电电流过大时也会伤害电池本身，本实用新型设计了过流保护OC功能。锂电池的温度对电池使用来说也极为重要，温度过高不仅影响电池的充放电特性而且会引起电池爆炸，造成安全事故,所以本实用新型连接有温度检测模块14，具有过温保护功能OT及过温保护释放功能UT。
整个锂电池系统工作短路必须进行保护。锂电池具有三种工作状态：充电、放电、静置，保护系统需要知道锂电池所处状态及各种工作状态相互转化的条件。锂电池静置状态与工作状态的切换条件由弱电锁判断模块17提供。当电池处于欠压状态时必须进入低功耗模式，然后由接上充电器来进行解锁。电池电压过低时必须先用小电流对其充电直到电压足够高时改用正常电流充电以保护电池，系统设计了预充电回路11、充放电主通道两种电流通道。系统设计了通讯模块为了根据不同类型电池修改其对应的参数和将电池实时参数上传给其他设备。整个方案的工作电源来自需要保护的电池本身所以方案的供电也进行了特殊设计。
本实用新型的电源全部来自需要保护的锂电池组1，可分为单片机2供电、普通外设供电、差分回路供电、A/D转换参考电位四个部分。如图2所示从锂电池组1两端引出BAT+和地，经Q1、Q2、F1产生10.6V稳压电源，再过HT7133-1产生3.1V稳压电源，最后经过ICL600产生-3.1V电位。为了在电池处于静置状态时使系统功耗最小化，系统电源产生模块15采用MOSFET管Q3、Q4对10.6V和3.1V进行控制，如图中BMU_POWER和VCC。Q3、Q4的控制信号BMU_POWER_SW、POWER_SW由单片机2提供。-3.1V电位是差分运放供电用。为提高AD采样精度，采用三端稳压器AZ432设计一个参考电位AD_REF，如图3所示。
电池放电时，电流从电池正极流出经负载到D-，再经通道流向电池负极（即地），如图4所示。采用两个MOSFET管FET1、FET2来提高主通道的通流能力，其控制由单片机2发出的控制信号Discharge_MOSFET_Ctrl控制。R06为电流取样电阻，一般取1mΩ。电阻R1与二极管D1构成三极管Q1的控制电路，如图所示，其一端连接电池正极B+,另一端与取样电阻R06相连。主通道放电电流在50A以下时，R06上的压降很小，二极管D1处于导通状态，D1选用导通压降为0.3V的管子。三极管Q1处于不导通状态，Q1的三脚电位与Q2的三脚电位（Discharge_Short_Current_Protect）一致。当放电通道发生
短路时其电流会很大，Current_Res_Monitor电位就会抬高，D1两端压差消失,D1不再导通，三极管Q1导通，Discharge_Short_Current_Protect电位被拉低。进一步Discharge_Mosfet_Monitor电位被拉低，主通道FET1、FET2关断，电池组停止放电起到短路保护作用。一旦FET1、FET2关断D-电位同B+相同，此时三极管Q2导通，Discharge_Short_Current_Protect电位被锁定为低电平，FET1、FET2保持断开，与Discharge_MOSFET_Ctrl电平没有关系，这样就起到放电短路保护并锁定的作用。D-端与负载分离，Q2重新关断，放电主通道才可以解锁，也就是断负载解锁功能。
如图5所示，充电主通道电流从充电器流出进入电池B+，从锂电池负极流出经充电主通道流向充电器的负极。
上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种通用型锂电池保护系统，包括锂电池组（1）分别连接负载（4）和充电机（3），其特征在于：所述的保护系统为单片机（2）采集锂电池组（1）的电池信息，单片机（2）通过充、放电主通道控制电路（6）实现锂电池组（1）的充放电转换；充电电流检测模块（9）、放电电流检测模块（10）分别采集回路中的电压值后传递给单片机（2）。
2.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的单片机（2）在锂电池组（1）充电时设置过充电压OV和释放电压UV两个门槛电压，当电池充电达到过充电压OV时单片机（2）断开锂电池组（1）的充电电路，当锂电池组（1）的电压回落到UV时单片机（2）才允许充电机重新启动充电功能；锂电池组（1）在放电时设有过放电压OD和过放释放电压UVD两个门槛电压，当锂电池组（1）放电达到过放电压OD时单片机（2）禁止锂电池组（1）放电，当锂电池组（1）电压上升到UVD时单片机（2）才可以重新启动放电功能。
3.根据权利要求1或2所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的单片机（2）的型号为STM8L1514K。
4.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的充电机（3）和负载（4）分别通过欠压唤醒及断充电器检测电路（7）、断负载检测电路（8）将工作信息反馈到单片机（2）。
5.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的单片机（2）通过预充电回路（11）接入锂电池组（1）的充电回路中。
6.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的保护系统设有短路保护模块（13）、放电过流判断模块（12）。
7.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的单片机（2）连接有温度检测模块（14）、系统通讯模块（16）。
8.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的锂电池组（1）连接系统电源产生模块（15）为整个保护系统进行供电。
9.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的保护系统中设有弱电锁判断模块（17）。
10.根据权利要求1所述的一种通用型锂电池保护系统，其特征在于：所述的锂电池组（1）通过单节电池电压差分电路模块（5）完成单体电池电压的差分后送入单片机（2），单片机（2）内置A/D转换模块进行转换；单片机（2）通过均衡控制模块（18）接入锂电池组（1）。
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