CN204103553U - 具有场效应管击穿检测的电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有场效应管击穿检测的电池管理系统。解决现有技术中电池管理系统功率开关管容易被击穿而造成电池损坏，以及并未具有对保护失效后做出处理的问题。系统包括电池组、开关模块、采样电阻、电源管理模块、中央处理模块、单体电压采集接口模块、单体电压采集IC模块、报警模块，本实用新型的优点是具有场效应管击穿检测功能，能够及时发现控制开关模块异常情况，并具有报警模块能及时进行报警，提醒用户需及时维修，防止电池组在失控的情况下继续使用，导致维修的发生，而且还能够对控制开关模块失效进行进一步保护处理，保护了电池。

Description

具有场效应管击穿检测的电池管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种电源管理技术，尤其是涉及一种具有场效应管击穿检测的电池管理系统。

背景技术

目前，电动车已经在人们的生活中普遍应用，随着时代的发展，锂电池在电动自行车上的运用也越来越广泛，为了防止电池出现过度充放电或短路等情况，动力电池通常都设有充放电保护电路，使动力电池充电或放电至一定的电压阈值以后停止充电或放电，从而保证动力电池的安全，但目前采用的保护电路，即管理系统，电路中所采用的功率开关管基本为NMOS,而NMOS管在高电压或大电流的情况下往往容易被击穿，阻抗会高于正常状态下，在继续使用的过程中就会不断发热，而越发热阻值就越大，阻值越大就越发热，最终很可能会引发电池组冒烟、着火等安全事故。另外这些电池虽然虽然涉及到了对电池实现保护，但并未对保护失效后做进一步的检测和处理。

发明内容

本实用新型主要是解决现有技术中电池管理系统功率开关管容易被击穿而造成电池损坏，以及并未具有对保护失效后做出处理的问题，提供了一种具有击穿检测、保护失效后报警的具有场效应管击穿检测的电池管理系统。

本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的一种具有场效应管击穿检测的电池管理系统，包括由多个电池串联而成的电池组、开关模块、采样电阻，电池组正极通过连接控制开关模块、采样电阻后连接在电池组负极，系统还包括有电源管理模块、中央处理模块、单体电压采集接口模块、单体电压采集IC模块、报警模块、电压比较模块，所述中央处理模块连接到控制开关的控制端上，中央处理模块还具有采样线路连接至控制开关与采样电阻之间的线路上，所述报警模块与中央处理模块连接，所述电源管理模块分别连接到报警模块、中央处理模块和单体电压采集接口模块上，所述单体电压采集接口模块与电池组连接，且单体电压采集接口模块与单体电压采集IC模块连接，单体电压采集IC模块与中央处理单元连接，所述电压比较器模块并接在采样电阻上，电压比较器模块输出端连接在中央处理模块上。本实用新型中单元电压采集IC模块通过单体电压采集接口模块对电池组单体电池电压数据进行采集，采样线路对回路电流进行采集，中央处理模块根据这些数据检测单体电池是否过充、过放，电池组是否过流，同时中央处理模块根据检测到的情况控制控制开关模块开闭，对队电池组进行充电保护和放电保护。电压比较器用于对采样电阻两端电压进行比较，中央处理模块根据比较情况判断控制开关模块是否被击穿，并在判断击穿后控制报警模块进行报警，提醒用户需及时维修，防止电池组在失控的情况下继续使用，导致维修的发生。电源管理模块用于满足系统中不同工作电压的需求。本实用新型不仅能对电池组进行过充、过放、短路、过流等保护，还具有控制开关模块击穿失效的检测，并在失效的情况下能够通过报警模块报警，使用户能够及时发现及时进行维修。

作为一种优选方案，所述控制开关模块包括放电控制的MOS管Q1、充电控制的MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别连接至中央处理模块上，MOS管Q1的漏极连接至MOS管Q2的漏极，MOS管Q1的源极与采样电阻连接，MOS管Q2的源极与电池组正极连接，二极管D1正极连接MOS管Q1源极，二极管D1负极连接MOS管Q1漏极，二极管D2正极连接MOS管Q2源极，二极管D2负极连接MOS管Q2漏极。控制开关模块对电池组进行充电保护和放电保护，在中央处理模块检测到电池组有单体电压过充时，控制充电控制的MOS管Q2关闭，断开充电电路，对电池组进行充电保护，若此时中央处理模块通过电压比较模块仍检测到由充电电流，则认为MOS管Q2已被击穿，进行报警。在中央处理模块检测到电池组有单体电压过放、电池组过流、电池组总正与总负短路时，控制放电控制的MOS管Q1关闭，断开放电电路，对电池组进行放电保护，若此时中央处理模块通过采用线路仍检测到有放电电流，则认为MOS管Q1已被击穿，进行报警。

作为一种优选方案，单体电压采集接口模块包括有若干正极接线和负极接线，这些正极接线分别连接到电池组单体电池的正极上，负极接线连接至电池组的负极，单体电压采集IC模块具有若干检测接口，检测接口分别对应与正极接线、负极接线连接。单体电压采集接口模块分别对电池组每个单体电池电压进行检测，由单体电压采集IC模块对电压数据进行采集然后发送至中央处理模块。

作为一种优选方案，所述报警模块包括扬声器、三极管Q3、发光二极管D3、电阻R1、电阻R2，所述扬声器正极连接电源正极，扬声器负极连接三极管Q3集电极，三极管Q3发射极接地，三极管Q3基极通过连接电阻R1后连接到中央处理模块上，电阻R2一端连接在扬声器正极上，电阻R2另一端连接发光二极管D3正极，发光二极管D3负极连接扬声器负极。报警模块受中央处理模块控制，在中央处理模块检测到控制开关模块被击穿时，发送信号至三极管Q3基极，使得三极管Q3导通，扬声器和发光二极管D3都被导通，进行声光报警。

作为一种优选方案，系统还包括有温度传感器、保险丝和保险丝控制开关，所述保险丝设置在控制开关模块与电池组正极之间的线路上，保险丝控制开关设置在保险丝与电池组正极之间的线路上，且保险丝控制开关的控制端连接在中央处理模块上，所述温度传感器设置在控制开关模块表面上，温度传感器分别与中央处理模块和电源管理模块相连接。中央处理模块控制保险丝控制开关工作，温度传感器紧贴在控制开关模块的两MOS管表面上，将检测到的温度信号传输给中央处理模块。当中央处理模块检测到MOS管温度超过设定值时，认为MOS管存在异常，则中央处理模块控制保险丝控制开关打开以熔断回路保险丝，停止电池组工作，避免了危险的发生。另外在中央处理模块控制控制开关模块断开，停止工作后，中央处理模块继续检测到电池组单体电压升高或下降，则认为控制开关模块失效，但并未发热，中央处理模块控制保险丝控制开关打开，熔断回路中的保险丝，使电池组物理切断工作回路，避免电池组继续工作，引发危险。

因此，本实用新型的优点是：具有场效应管击穿检测功能，能够及时发现控制开关模块异常情况，并具有报警模块能及时进行报警，提醒用户需及时维修，防止电池组在失控的情况下继续使用，导致维修的发生，而且还能够对控制开关模块失效进行进一步保护处理，保护了电池。

附图说明

附图1是本实用新型的一种电路结构框示图；

附图2是本实用新型中报警模块的一种电路结构示意图。

1-电池组  2-单体电压采集接口模块  3-单体电压采集IC模块  4-电源管理模块  5-报警模块  6-中央处理模块  7-保险丝控制开关  8-控制开关模块  9-电压比较模块  10-采样电阻  11-保险丝  12-扬声器  13-温度传感器。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

本实施例一种具有场效应管击穿检测的电池管理系统，如图1所示，包括电池组1、控制开关模块8、采样电阻10、保险丝11、保险丝控制开关7、电压比较模块9、单体电压采集接口模块2、单体电压采集IC模块3、电源管理模块4、报警模块5、、中央处理模块6。电池组由多个单体电池串联而成，电池组的正极连接控制开关模块一端、控制开关模块另一端连接采样电阻一端、采样电阻另一端连接电池组负极，这样构成一个回路。

单体电源采集接口模块2包括若干正极接线和一个负极接线，正极接线分别连接到电池组中各单体电池的正极上，负极接线连接到电池组的负极。单体电压采集接口模块与单体电压采集IC模块3相连接，单体电压采集IC模块信号输出端连接到中央处理模块6上，另外电源管理模块具有两个端口分别连接到单体电压采集IC模块上，通过单体电压采集IC模块分别与电池组的总正极和总负极相连接，电源管理模块还分别与报警模块5、中央处理模块6连接，报警模块连接到中央处理模块上。电压比较模块9具有两个输入端，分别连接在采样电阻两端，将电压比较模块并联在采样电阻上，且电压比较器模块输出端连接到中央处理模块上。中央处理模块还具有采样线路，采样线路连接至控制开关与采样电阻之间的线路上。

为了进一步提高对电池的保护，系统还设置有保险丝11、保险丝控制开关7、温度传感器13，温度传感器分别与电源管理模块4和中央处理模块6相连接，该温度传感器安装时安装在控制开关模块的表面上。保险丝设置在控制开关模块与电池组正极之间的线路上，保险丝控制开关设置在保险丝与电池组正极之间的线路上，且保险丝控制开关的控制端连接在中央处理模块上。

如图1所示，控制开关模块8包括放电控制的MOS管Q1、充电控制的MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别连接至中央处理模块6上，MOS管Q1的漏极连接至MOS管Q2的漏极，MOS管Q1的源极与采样电阻10连接，MOS管Q2的源极与电池组正极连接，二极管D1正极连接MOS管Q1源极，二极管D1负极连接MOS管Q1漏极，二极管D2正极连接MOS管Q2源极，二极管D2负极连接MOS管Q2漏极。

如图2所示，报警模块5包括扬声器12、三极管Q3、发光二极管D3、电阻R1、电阻R2，所述扬声器正极连接电源正极，扬声器负极连接三极管Q3集电极，三极管Q3发射极接地，三极管Q3基极通过连接电阻R1后连接到中央处理模块上，电阻R2一端连接在扬声器正极上，电阻R2另一端连接发光二极管D3正极，发光二极管D3负极连接扬声器负极。

本实施例系统中央处理模块通过单体电压采集IC模块、单体电压采集接口模块检测电池组单体的电压电流情况，若检测到电池组有单体电压过充时，则控制MOS管Q2关闭，实现充电保护。若检测到电池组有单体电压过放、电池组过流、电池组总正与总负短路，则控制MOS管Q1关闭，断开放电电路，对电池组进行放电保护。这样实现了对电池组过充保护、过放保护。

系统具有场效应管击穿检测和保护。若在充电过程中中央处理模块已经控制MOS管Q2关闭了，此时若此时中央处理模块通过电压比较模块仍检测到有充电电流，则认为MOS管Q2已被击穿，中央处理模块发送信息给报警模块，报警模块进行报警。若在放电过程中中央处理模块已经控制MOS管Q1关闭了，若此时中央处理模块通过采用线路仍检测到有放电电流，则认为MOS管Q1已被击穿，中央处理模块发送信息给报警模块，报警模块进行报警。

为了进一步保护电池组，系统还具有温度检测功能，温度传感器检测控制开关模块两MOS管的温度，当中央处理模块检测到MOS管温度超过设定值时，认为MOS管存在异常，则中央处理模块控制保险丝控制开关打开以熔断回路保险丝，停止电池组工作，避免了危险的发生。另外在中央处理模块控制控制开关模块断开，停止工作后，中央处理模块继续检测到电池组单体电压升高或下降，则认为控制开关模块失效，但并未发热，中央处理模块控制保险丝控制开关打开，熔断回路中的保险丝，使电池组物理切断工作回路，避免电池组继续工作，引发危险。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了电池组、单体电压采集接口模块、单体电压采集IC模块、电源管理模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种具有场效应管击穿检测的电池管理系统，其特征在于：包括由多个电池串联而成的电池组（1）、控制开关模块（8）、采样电阻（10），电池组正极通过连接控制开关模块（8）、采样电阻（10）后连接在电池组负极，系统还包括有电源管理模块（4）、中央处理模块（6）、单体电压采集接口模块（2）、单体电压采集IC模块（3）、报警模块（5）、电压比较模块（9），所述中央处理模块连接到控制开关的控制端上，中央处理模块还具有采样线路连接至控制开关与采样电阻之间的线路上，所述报警模块与中央处理模块连接，所述电源管理模块分别连接到报警模块、中央处理模块和单体电压采集接口模块上，所述单体电压采集接口模块与电池组连接，且单体电压采集接口模块与单体电压采集IC模块连接，单体电压采集IC模块与中央处理单元连接，所述电压比较器模块并接在采样电阻上，电压比较模块输出端连接在中央处理模块上。

2.根据权利要求1所述的具有场效应管击穿检测的电池管理系统，其特征是所述控制开关模块（8）包括放电控制的MOS管Q1、充电控制的MOS管Q2、二极管D1、二极管D2，MOS管Q1的栅极和MOS管Q2的栅极分别连接至中央处理模块（6）上，MOS管Q1的漏极连接至MOS管Q2的漏极，MOS管Q1的源极与采样电阻（10）连接，MOS管Q2的源极与电池组正极连接，二极管D1正极连接MOS管Q1源极，二极管D1负极连接MOS管Q1漏极，二极管D2正极连接MOS管Q2源极，二极管D2负极连接MOS管Q2漏极。

3.根据权利要求1所述的具有场效应管击穿检测的电池管理系统，其特征是单体电压采集接口模块（2）包括有若干正极接线和负极接线，这些正极接线分别连接到电池组（1）单体电池的正极上，负极接线连接至电池组的负极，单体电压采集IC模块具有若干检测接口，检测接口分别对应与正极接线、负极接线连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有场效应管击穿检测的电池管理系统，其特征是所述报警模块（5）包括扬声器（12）、三极管Q3、发光二极管D3、电阻R1、电阻R2，所述扬声器正极连接电源正极，扬声器负极连接三极管Q3集电极，三极管Q3发射极接地，三极管Q3基极通过连接电阻R1后连接到中央处理模块上，电阻R2一端连接在扬声器正极上，电阻R2另一端连接发光二极管D3正极，发光二极管D3负极连接扬声器负极。

5.根据权利要求1或2或3所述的具有场效应管击穿检测的电池管理系统，其特征是还包括有温度传感器（13）、保险丝（11）和保险丝控制开关（7），所述保险丝设置在控制开关模块（8）与电池组正极之间的线路上，保险丝控制开关设置在保险丝与电池组正极之间的线路上，且保险丝控制开关的控制端连接在中央处理模块（6）上，所述温度传感器设置在控制开关模块表面上，温度传感器分别与中央处理模块（6）和电源管理模块（4）相连接。