CN205195249U - 一种具有数据存储功能的数字bms保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有数据存储功能的数字BMS保护板，所述数字BMS保护板包括：锂电池电压采集芯片IC1、单片机MCU、存储芯片IC2、蓝牙模块、充电开关、放电开关、检流电阻、降压电路，所述数字BMS保护板用于对电动自行车的电池组进行过充过放保护以及充放电过流保护。本实用新型使用电池电压采集芯片加MCU和存储芯片IC2实现数据存储功能；可存储实时数据，记录某时间点最大电压、最小电压、最大电流、最大温度、具体时间发生的故障事件等历史数据，全面监测电池的运行状态，保证电池的安全。

Description

一种具有数据存储功能的数字BMS保护板

技术领域

本实用新型涉及电池保护电路领域，具体涉及用于电动自行车的具有数据存储功能的数字BMS保护板。

背景技术

电池管理系统用于实时监测单体电池电压、电流大小和温度的变化，防止电池出现过充电、过放电、充放电大电流的产生以及过温或欠温，能够提高电池的利用率，延长电池的使用寿命。

数字BMS保护板为其中一种保护板，数字电路实现，采用锂电池采集IC1和MCU及扩展功率MOS管的管理方式。锂电池采集IC1实时检测对应的单体锂电池的电压及电池组电流等参数，并将数据传递给MCU，MCU实时判别电池组状态，给出正常或者保护(过充、过放、过温、欠温、过流)信号，控制整个系统的运行，以保证锂电池工作在稳定的状态，延长锂电池的使用寿命。

传统BMS保护板无法全面了解电池的实时状态，且出现故障时无法具体判断当时的原因以及时间点，无法充分了解锂电池的性能。这种保护板如图1。

目前采用的保护板存在如下缺陷：

1、无法存储历史数据，全面掌控锂电池实时状态；

2、锂电池出现异常时，无法实时判断故障原因以及时间点。

因此，目前所采用的用于电动自行车的电池管理系统的保护板不够完善，不能完全了解电池的运行状态以及出现故障时的故障原因，为后续分析工作带来麻烦。

实用新型内容

针对目前电池管理系统保护板所存在的问题，本发明的目的是提供新的保护板，其主要针对数字BMS保护板进行了改进，能够：

1、实时存储最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及具体时间发生的故障事件等历史数据；

2、更好的以及全面的了解电池的性能以及运行状态。

具体而言，本实用新型提供一种具有数据存储功能的数字BMS保护板，其特征在于，所述数字BMS保护板包括：锂电池电压采集芯片IC1、单片机MCU、存储芯片IC2、蓝牙模块、充电开关、放电开关、检流电阻、降压电路，所述数字BMS保护板用于对电动自行车的电池组进行过充过放保护，

所述充电开关用于控制所述充电器与所述电池组之间的导通与关断；

所述放电开关用于控制所述负载与所述电池组之间的导通与关断；

所述检流电阻与所述电池组串联连接，用于将所述电池组的充放电流反馈至所述锂电池电压采集芯片IC1，所述单片机MCU接收所述锂电池电压采集芯片IC1所采集的数据并输出控制信号给所述锂电池电压采集芯片IC1；

所述存储芯片IC2与所述单片机MCU相连，用来存储历史数据，所述历史数据包括：最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及故障事件及其发生时间；

所述蓝牙模块与所述单片机MCU相连，用于从后者读取实时单体数据以及历史数据；

所述降压电路用于降低所述电池组的总电压提供给所述单片机MCU、存储芯片IC2以及蓝牙模块供电；

所述锂电池电压采集芯片IC1接收来自所述电池组的每个节点的电压信号，并获取每节电池的电压值，并将所采集数据传递给所述单片机MCU，所述锂电池电压采集芯片IC1分别与所述充电开关和所述放电开关相连，并用于控制其开关。

优选地，所述数字BMS保护板还包括RC滤波电路，所述锂电池采集芯片IC1通过所述RC滤波电路监测所述电池组中每个单体电池的电压，并将该电压传递给所述单片机MCU。

优选地，所述数字BMS保护板还包括负温度系数的热敏电阻及分压电阻R1，所述热敏电阻用于监测保护板以及周围环境的温度，热敏电阻与分压电阻R1分压，热敏电阻随温度增加而变小，分压电阻R1上的电压增大。

优选地，所述单片机MCU基于所述锂电池采集芯片IC1传递的所述电池组中每个单体电池的电压、所述检流电阻反馈的所述电池组的充放电流以及通过热敏电阻阻值变化反馈给所述单片机MCU的信号来控制所述充电开关和所述放电开关的导通与关断。

优选地，所述锂电池电压采集芯片IC1实时采集电池单体电压，所述单片机MCU中设置单体过充过放保护电压阈值范围。

优选地，所述放电开关为放电MOS管，所述充电开关为充电MOS管。

优选地，所述锂电池电压采集芯片IC1采用ML5238、所述单片机MCU采用STM8L052C6T6和所述存储芯片IC2采用CAT24C64。

所述降压电路用于将电压降为3.3V。

有益效果

1、本实用新型使用电池电压采集IC1加MCU和存储芯片IC2实现历史数据存储功能；

2、数据存储采用大容量的存储芯片，实时存储最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及等具体时间发生的故障事件等历史数据，全面监控电池运行状态，通过蓝牙模块可以实时读取单体电压以及历史数据，方便判断电池性能和运行状态以及在电池出现故障时读取历史数据分析原因。

附图说明

图1示出了现有数字保护板的结构示意图；

图2示出了本实用新型的保护板的电路结构示意图；

图3示出了本实用新型的保护板的工作流程示意图。

具体实施方式

本发明一个实施例的原理示意图如图2所示。本实施例中的保护板包括锂电池采集IC1、单片机MCU、存储芯片IC2、蓝牙模块、放电MOS管G2、充电MOS管G3、热敏电阻、降压电路等。

如图中所示，本实施例在原有数字保护电路的基础上，加入了存储芯片IC2，采用锂电池采集IC1(ML5238)实时监测单体电池电压以及充放电电流并将数据传递给MCU(STM8L052C6T6)，MCU实时判别电池组状态，给出正常或者保护(过充、过放、过温、过流)信号，通过采集芯片检测的充放电电压、电流，MCU读取电压并将数据传递给存储芯片储存。

如图所示，电池组(或称电池包)、检流电阻、放电MOS管G2、充电MOS管G3依次串联连接。充电MOS管G3连接充电器的一个输入，充电器的另一输入经熔断式保护电路连接电池组的正极。放电MOS管G2的漏极连接负载的一端，负载的另一端经熔断式保护电路连接电池组的正极。

锂电池采集芯片IC1接收来自电池各个节点的电压信号，这里所提到的电池节点指的是任意两节电池之间的节点，以及电池组两端的节点，通过这些节点可以确定每节电池的电压。

IC1输出两路驱动信号：放电驱动信号DO和充电驱动信号CO，二者分别控制放电MOS管G2、充电MOS管G3，电池组正常工作时，放电MOS管G2与充电MOS管G3常通。

MCU设置单体过充过放保护电压阈值范围。在本实施例中，MCU设定的阈值为单体过充电压4.25V、过放2.8V、充电过流12±4A、放电过流45±5A、温度保护75±5℃。MCU将单体最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及具体时间发生的故障等历史数据传递给存储芯片IC2储存，上位机通过蓝牙模块读取历史数据。

所述检流电阻用于将电池组的充放电流反馈至所述锂电采集芯片IC1，所述锂电采集芯片IC1再将数据传递给单片机MCU，此外，保护板还可以包括RC滤波电路，锂电池电压采集芯片IC1通过所述RC滤波电路监测所述电池组中每个单体电池的电压。

保护板还可以包括负温度系数的热敏电阻、分压电阻R1。热敏电阻用于监测保护板以及周围环境的温度，当热敏电阻随温度的升高阻值随之降低，则反馈给MCU的电压升高，当测得温度准换成电压超过MCU预设的温度电压阈值时，MCU则输出控制信号向所述锂电池电压采集片IC。锂电池采集IC1基于MCU发出的控制信号(过充、过放、过流、过温等)控制放电开关和充电开关的导通与关断。

本实施例中的保护板的具体工作流程如下：

1)锂电池正常充放电，当单体达到MCU设定参数(过充4.25V、过放2.8V、充电过流12±4A、放电过流45±5A、温度保护75±5℃)时由MCU输出控制信号给锂电池采集IC1控制放电开关和充电开关可实现保护，电池包连接保护板后驱动信号CO与DO为高电平，控制放电MOS管G2、充电MOS管G3导通。

放电过程：电池包连接负载进行放电，当达到MCU设定的单体过放保护电压值时，驱动信号DO变为低电平，放电MOS管G2关闭，停止放电；此外，放电电流经3.3毫欧的检流电阻反馈给锂电池电压采集IC的Is脚(图中为画出)，并将电流数据再传递给MCU做处理，当放电电流过大，达到MCU设定的放电电流保护值时，MOS管G2也会关闭，电池包停止向负载放电。

充电过程：电池包连接36V充电器进行充电，当IC测得电池组中任意一节电池达到MCU设定的单体过充保护电压值时，驱动信号CO变为低电平，充电MOS管G3关闭，停止充电；此外，由于充电电流经检流电阻反馈给锂电池电压采集IC的Is脚，并将电流数据再传递给MCU做处理，当充电电流过大，达到MCU设定的充电电流保护值时，MOS管G3也会关闭，保护板切断回路，充电器停止向电池包充电。

此外，在单片机MCU对充放电进行控制的同时，单片机MCU将电池采集芯片IC1在放电和充电过程中收集的单体最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及具体时间发生的故障等历史数据传递给存储芯片IC2进行存储。当外部需要读取历史数据时，通过蓝牙模块读取历史数据。

此外，还可以对保护板温度以及周围环境进行测量，当温度超过预定阈值时，MCU也会发出信号给电压采集芯片IC控制CO和DO输出低电平，使放电MOS管G2与充电MOS管G3关断。

可选的，在另一个实施例中，MCU还与报警模块相连，用以发出报警信号。

本发明的方案与现有技术不同，现有技术大多采用单片机本身的容量进行存储数据，但这种方式现有数字保护板无法存储具体时间的历史数据，不能实时监控电池的运行状态，当保护板或者电池出现故障时给分析工作带来麻烦。

虽然上面结合本实用新型的优选实施例对本实用新型的原理进行了详细的描述，本领域技术人员应该理解，上述实施例仅仅是对本实用新型的示意性实现方式的解释，并非对本实用新型包含范围的限定。实施例中的细节并不构成对本实用新型范围的限制，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均落在本实用新型保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有数据存储功能的数字BMS保护板，其特征在于，所述数字BMS保护板包括：锂电池电压采集芯片IC1、单片机MCU、存储芯片IC2、蓝牙模块、充电开关、放电开关、检流电阻、降压电路，所述数字BMS保护板用于对电动自行车的电池组进行过充过放保护，

所述充电开关用于控制充电器与所述电池组之间的导通与关断；

所述放电开关用于控制负载与所述电池组之间的导通与关断；

所述检流电阻与所述电池组串联连接，用于将所述电池组的充放电流反馈至所述锂电池电压采集芯片IC1，所述单片机MCU接收所述锂电池电压采集芯片IC1所采集的数据并输出控制信号给所述锂电池电压采集芯片IC1；

所述存储芯片IC2与所述单片机MCU相连，用来存储历史数据，所述历史数据包括：最大电压、最小电压、最大电流、最大温度以及故障事件及其发生时间；

所述蓝牙模块与所述单片机MCU相连，用于从后者读取实时单体数据以及历史数据上传至上位机；

所述降压电路用于降低所述电池组的总电压提供给所述单片机MCU、存储芯片IC2以及蓝牙模块供电；

所述锂电池电压采集芯片IC1接收来自所述电池组的每个节点的电压信号，并获取每节电池的电压值，并将所采集数据传递给所述单片机MCU，所述锂电池电压采集芯片IC1分别与所述充电开关和所述放电开关相连，并用于控制其开关。

2.根据权利要求1所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述数字BMS保护板还包括RC滤波电路，所述锂电池采集芯片IC1通过所述RC滤波电路监测所述电池组中每个单体电池的电压，并将该电压传递给所述单片机MCU。

3.根据权利要求2所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述数字BMS保护板还包括负温度系数的热敏电阻及分压电阻R1，所述热敏电阻用于监测保护板以及周围环境的温度，热敏电阻与分压电阻R1分压，热敏电阻随温度增加而变小，分压电阻R1上的电压增大。

4.根据权利要求3所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述单片机MCU基于所述锂电池采集芯片IC1传递的所述电池组中每个单体电池的电压、所述检流电阻反馈的所述电池组的充放电流以及通过热敏电阻阻值变化反馈给所述单片机MCU的信号来控制所述充电开关和所述放电开关的导通与关断。

5.根据权利要求4所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述锂电池电压采集芯片IC1实时采集电池单体电压，所述单片机MCU中设置单体过充过放保护电压阈值范围。

6.根据权利要求1所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述放电开关为放电MOS管，所述充电开关为充电MOS管。

7.根据权利要求1所述的数字BMS保护板，其特征在于，所述锂电池电压采集芯片IC1采用ML5238、所述单片机MCU采用STM8L052C6T6和所述存储芯片IC2采用CAT24C64。