CN208723568U - 一种锂电池组充放电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电池管理领域，公开了一种锂电池组充放电保护装置，通过电流检测模块检测锂电池组的充电电流和放电电流；充放电保护模块根据充电电流和每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号；电压检测隔离模块转发每个单体电池电压信号；电流检测隔离模块转发充电电流信号；控制模块根据每个单体电池电压信号获取每个单体电池电压，并根据充电电流信号获取充电电流以进行显示。由于充放电保护模块对锂电池组的充放电进行保护，故避免了充放电易过流过压，缺乏充放电保护的缺陷，提高了锂电池组充放电保护装置的可靠性。

Description

一种锂电池组充放电保护装置

技术领域

本实用新型属于电池管理领域，尤其涉及一种锂电池组充放电保护装置。

背景技术

传统的金融设备上一般会用锂电池组作为备用电池，这是因为锂电池的容量大，体积小等优点，通常作为备用电池的首选，然而锂电池的充电和放电是要求比较高，不合适的充电或放电都往往会损坏锂电池，导致锂电池容量变小甚至报废，甚至出现更危险的情况，如引起爆炸事故

故传统的锂电池组充放电保护装置存在充放电易过流过压，缺乏充放电保护的缺陷。

实用新型内容

本实用新型提供了一种锂电池组充放电保护装置，旨在解决传统的锂电池组充放电保护装置存在缺乏充放电保护的问题。

本实用新型是这样实现的，一种锂电池组充放电保护装置，与锂电池组连接，所述锂电池组包括多个单体电池，所述锂电池组充放电保护装置包括：

与各个单体电池连接，用于检测每个单体电池电压的均衡充电接口模块；

与所述锂电池组的负极连接，用于检测锂电池组的充电电流和放电电流的电流检测模块；

与所述均衡充电接口模块和所述电流检测模块连接，用于根据所述充电电流和所述每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据所述放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号的充放电保护模块；

与所述锂电池组的正极和所述充放电保护模块连接，用于根据所述充电控制信号导通或关断的充电控制模块；

与所述充电控制模块和所述充放电保护模块连接，用于根据所述放电控制信号导通或关断的放电控制模块；

与所述充放电保护模块连接，用于转发所述每个单体电池电压信号的电压检测隔离模块；

与所述充放电保护模块连接，用于转发所述充电电流信号的电流检测隔离模块；

与所述电压检测隔离模块和所述电流检测隔离模块连接，用于根据所述每个单体电池电压信号获取所述每个单体电池电压，并根据所述充电电流信号获取所述充电电流以进行显示的控制模块。

本实用新型实施例通过电流检测模块检测锂电池组的充电电流和放电电流；充放电保护模块根据充电电流和每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号；电压检测隔离模块转发每个单体电池电压信号；电流检测隔离模块转发充电电流信号；控制模块根据每个单体电池电压信号获取每个单体电池电压，并根据充电电流信号获取充电电流以进行显示。由于充放电保护模块对锂电池组的充放电进行保护，故避免了充放电易过流过压，缺乏充放电保护的缺陷，提高了锂电池组充放电保护装置的可靠性。同时，对每个单体电池电压和充电电流进行显示，进一步提高了锂电池组充放电保护装置的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术实用新型，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的一种模块结构图；

图2为本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的另一种模块结构图；

图3为本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的另一种模块结构图；

图4为本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的示例电路结构图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

图1示出了本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

上述锂电池组充放电保护装置，与锂电池组连接，锂电池组包括多个单体电池，锂电池组充放电保护装置包括：

与各个单体电池连接，用于检测每个单体电池电压的均衡充电接口模块01。

与锂电池组的负极连接，用于检测锂电池组的充电电流和放电电流的电流检测模块02。

与均衡充电接口模块01和电流检测模块02连接，用于根据充电电流和每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号的充放电保护模块03。

与锂电池组的正极和充放电保护模块03连接，用于根据充电控制信号导通或关断的充电控制模块04。

与充电控制模块04和充放电保护模块03连接，用于根据放电控制信号导通或关断的放电控制模块05。

与充放电保护模块03连接，用于转发每个单体电池电压信号的电压检测隔离模块06。其中，每个单体电池电压信号包括多个单体电池电压信号，多个单体电池电压信号通过分时机制形成每个单体电池电压信号。

与充放电保护模块03连接，用于转发充电电流信号的电流检测隔离模块07。

与电压检测隔离模块06和电流检测隔离模块07连接，用于根据每个单体电池电压信号获取每个单体电池电压，并根据充电电流信号获取充电电流以进行显示的控制模块08。

具体实施中，充电控制模块04和放电控制模块05可以为场效应管。场效应管可以均为PMOS管，为减小PMOS管功耗和源漏极的电压差，保证PMOS的可靠性，充电控制模块04和放电控制模块05均可采用两个PMOS管并联，PMOS管的电流选用大于1.5倍放电电流；充放电保护模块03对充放电的PMOS管开关进行控制，从而实现对充电通路和放电通路的控制。

如图2所示，锂电池组充放电保护装置还包括：与充放电保护模块03和控制模块08连接，用于将电流阈值和电压阈值发送至充放电保护模块03，并将每个单体电池状态信号发送至控制模块08的通信隔离模块09；控制模块08还用于生成电流阈值和电压阈值，并接收每个单体电池状态信号以进行显示；充放电保护模块03还用于根据充电电流、每个单体电池电压和/或放电电流生成每个单体电池状态信号，并根据电流阈值、电压阈值、充电电流和每个单体电池电压生成充电控制信号，根据电压阈值和放电电流生成放电控制信号。

控制模块08通过I2C接口可以对锂电池组进行电池管理，如获取锂电池组的状态信息，对充放电保护模块03进行一些控制和设置，对充放电保护模块03 上的充电控制模块04和放电控制模块05进行控制，另外也可以设置过压或欠压门限值等。

如图3所示，锂电池组充放电保护装置还包括：与充放电保护模块03和控制模块08连接，用于将报警信号发送至控制模块08以进行报警的信号隔离模块10；充放电保护模块03还用于根据放电电流、充电电流和/或每个单体电池电压生成报警信号。

图4示出了本实用新型实施例提供的锂电池组充放电保护装置的示例电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下：

通信隔离模块09包括I2C隔离器U1、第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8。

I2C隔离器U1的A侧电源端AVDD、第一电容C1的第一端、第一电阻R1的第一端以及第二电阻R2的第二端共接于第一电源VAA，I2C隔离器U1的A侧数据信号端ASDA与第三电阻R3的第一端连接，I2C隔离器U1的A侧时钟信号端 ASCL与第四电阻R4的第一端连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第二端以及第四电阻R4的第二端共同构成通信隔离模块09 的第一输入输出端，I2C隔离器U1的B侧电源端BVDD、第二电容C2的第一端、第五电阻R5的第一端以及第六电阻R6的第二端共接于第二电源VBB，I2C隔离器U1的B侧数据信号端BSDA与第七电阻R7的第一端和第五电阻R5的第二端连接，I2C隔离器U1的B侧时钟信号端BSCL与第八电阻R8的第一端和第六电阻R6的第二端连接，第七电阻R7的第二端和第八电阻R8的第二端共同构成通信隔离模块09的第二输入输出端，I2C隔离器U1的B侧接地端BGND、I2C隔离器U1的A侧接地端AGND、第一电容C1的第二端以及第二电容C2的第二端共接于电源地。

信号隔离模块10包括数字隔离器U2、第三电容C3、第四电容C4、第九电阻R9、第十电阻R10以及第十一电阻R11；

数字隔离器U2的A侧电源端VDD1和第三电容C3的第一端共接于第三电源 VCC，数字隔离器U2的A侧第一数据输入端A1、数字隔离器U2的A侧第二数据输入端A2以及数字隔离器U2的A侧第一数据输入输出端A5共同构成信号隔离模块10的第一输入输出端，数字隔离器U2的B侧电源端VDD2和第四电容C4 的第一端共接于第四电源VDD，数字隔离器U2的B侧第一数据输出端B1与第九电阻R9的第一端连接、数字隔离器U2的B侧第二数据输出端B2与第十电阻R10 的第一端连接，数字隔离器U2的B侧第一数据输入输出端B5与第十一电阻R11的第一端连接，第九电阻R9的第二端、第十电阻R10的第二端以及第十一电阻 R11的第二端共同构成信号隔离模块10的第二输入输出端，数字隔离器U2的B 侧接地端GND2、数字隔离器U2的A侧接地端GND1、第三电容C3的第二端以及第四电容C4的第二端共接于电源地。

电压检测隔离模块06包括第一运算放大器U3、第一稳压管Z1、第二稳压管Z2、第五电容C5、第十二电阻R12、第十三电阻R13以及第十四电阻R14；

第一运算放大器U3的正相输入端与第一稳压管Z1的负极和第十二电阻R12 的第一端连接，第十二电阻R12的第二端为电压检测隔离模块06的输入端，第一运算放大器U3的反相输入端与第十三电阻R13的第一端和第十四电阻R14的第一端连接，

第一运算放大器U3的输出端、第十四电阻R14的第二端以及第二稳压管Z2 的负极共同构成电压检测隔离模块06的输出端，

第一运算放大器U3的电源正极端和第五电容C5的第一端共接于第五电源，

第一稳压管Z1的正极、第二稳压管Z2的正极、第十三电阻R13的第二端、第一运算放大器U3的电源负极端以及第五电容C5的第二端共接于电源地。

电流检测隔离模块07包括第二运算放大器U4、第三稳压管Z3、第六电容 C6、第十五电阻R15、第十六电阻R16以及第十七电阻R17。

第二运算放大器U4的正相输入端与第十五电阻R15的第一端连接，第十五电阻R15的第二端为电流检测隔离模块07的输入端，第二运算放大器U4的反相输入端与第十六电阻R16的第一端和第十七电阻R17的第一端连接，第二运算放大器U4的输出端、第十七电阻R17的第二端以及第三稳压管Z3的负极共同构成电流检测隔离模块07的输出端，第二运算放大器U4的电源正极端和第六电容C6的第一端共接于第五电源，第三稳压管Z3的正极、第十六电阻R16 的第二端、第二运算放大器U4的电源负极端以及第六电容C6的第二端共接于电源地。

电流检测模块02包括第七电容C7、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20以及第二十一电阻R21。

第十九电阻R19的第一端、第二十电阻R20的第一端以及第二十一电阻R21 的第一端共同构成电流检测模块02的第一输入输出端，第十八电阻R18的第一端和第十九电阻R19的第一端共同构成电流检测模块02的第二输入输出端，第七电容C7的第一端、第七电容C7的第二端、第十八电阻R18的第二端以及第二十一电阻R21的第二端共同构成电流检测模块02的电流检测端。

以下结合工作原理对图4所示的作进一步说明：

在具体实施过程中，I2C隔离器U1将每个单体电池状态信号从I2C隔离器 U1的A侧数据信号端ASDA发送至I2C隔离器U1的B侧数据信号端BSDA，从而最终发送至充放电保护模块03，同时，并I2C隔离器U1将电流阈值和电压阈值从I2C隔离器U1的B侧数据信号端BSDA发送至I2C隔离器U1的A侧数据信号端ASDA，从而最终发送至控制模块08。

数字隔离器U2将报警信号从数字隔离器U2的A侧第二数据输入端A2发送至数字隔离器U2的B侧第二数据输输出端A2，从而最终发送至控制模块08以进行报警。

第一运算放大器U3的正相输入端接收每个单体电池电压信号，每个单体电池电压信号经放大后从第一运算放大器U3的输出端输出，最终发送至控制模块08。

第二运算放大器U4的正相输入端接收充电电流信号，充电电流信号经放大后从第二运算放大器U4的输出端输出，最终发送至控制模块08。

充放电保护模块03分别检测第二十一电阻R21第二端的第一电压和第十八电阻R18第二端的第二电压，并根据第一电压和第二电压的差值计算充电电流或放电电流。

本实用新型实施例通过电流检测模块检测锂电池组的充电电流和放电电流；充放电保护模块根据充电电流和每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号；电压检测隔离模块转发每个单体电池电压信号；电流检测隔离模块转发充电电流信号；控制模块根据每个单体电池电压信号获取每个单体电池电压，并根据充电电流信号获取充电电流以进行显示。由于充放电保护模块对锂电池组的充放电进行保护，故避免了充放电易过流过压，缺乏充放电保护的缺陷，提高了锂电池组充放电保护装置的可靠性。同时，对每个单体电池电压和充电电流进行显示，进一步提高了锂电池组充放电保护装置的可靠性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种锂电池组充放电保护装置，与锂电池组连接，所述锂电池组包括多个单体电池，其特征在于，所述锂电池组充放电保护装置包括：

与各个单体电池连接，用于检测每个单体电池电压的均衡充电接口模块；

与所述锂电池组的负极连接，用于检测锂电池组的充电电流和放电电流的电流检测模块；

与所述均衡充电接口模块和所述电流检测模块连接，用于根据所述充电电流和所述每个单体电池电压生成充电控制信号，并根据所述放电电流生成放电控制信号，且输出每个单体电池电压信号和充电电压信号的充放电保护模块；

与所述锂电池组的正极和所述充放电保护模块连接，用于根据所述充电控制信号导通或关断的充电控制模块；

与所述充电控制模块和所述充放电保护模块连接，用于根据所述放电控制信号导通或关断的放电控制模块；

与所述充放电保护模块连接，用于转发所述每个单体电池电压信号的电压检测隔离模块；

与所述充放电保护模块连接，用于转发所述充电电流信号的电流检测隔离模块；

与所述电压检测隔离模块和所述电流检测隔离模块连接，用于根据所述每个单体电池电压信号获取所述每个单体电池电压，并根据所述充电电流信号获取所述充电电流以进行显示的控制模块。

2.如权利要求1所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述锂电池组充放电保护装置还包括：

与所述充放电保护模块和所述控制模块连接，用于将电流阈值和电压阈值发送至所述充放电保护模块，并将每个单体电池状态信号发送至所述控制模块的通信隔离模块；

所述控制模块还用于生成所述电流阈值和所述电压阈值，并接收所述每个单体电池状态信号以进行显示；

所述充放电保护模块还用于根据所述充电电流、所述每个单体电池电压和/或所述放电电流生成所述每个单体电池状态信号，并根据所述电流阈值、所述电压阈值、所述充电电流和所述每个单体电池电压生成所述充电控制信号，根据所述电压阈值和所述放电电流生成所述放电控制信号。

3.如权利要求2所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述通信隔离模块包括I2C隔离器、第一电容、第二电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻；

所述I2C隔离器的A侧电源端、所述第一电容的第一端、所述第一电阻的第一端以及所述第二电阻的第二端共接于第一电源，所述I2C隔离器的A侧数据信号端与所述第三电阻的第一端连接，所述I2C隔离器的A侧时钟信号端与所述第四电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端以及所述第四电阻的第二端共同构成所述通信隔离模块的第一输入输出端，所述I2C隔离器的B侧电源端、所述第二电容的第一端、所述第五电阻的第一端以及所述第六电阻的第二端共接于第二电源，所述I2C隔离器的B侧数据信号端与所述第七电阻的第一端和所述第五电阻的第二端连接，所述I2C隔离器的B侧时钟信号端与所述第八电阻的第一端和所述第六电阻的第二端连接，所述第七电阻的第二端和所述第八电阻的第二端共同构成所述通信隔离模块的第二输入输出端，所述I2C隔离器的B侧接地端、所述I2C隔离器的A侧接地端、所述第一电容的第二端以及所述第二电容的第二端共接于电源地。

4.如权利要求1所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述锂电池组充放电保护装置还包括：

与所述充放电保护模块和所述控制模块连接，用于将报警信号发送至所述控制模块以进行报警的信号隔离模块；

所述充放电保护模块还用于根据所述放电电流、所述充电电流和/或所述每个单体电池电压生成所述报警信号。

5.如权利要求4所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述信号隔离模块包括数字隔离器、第三电容、第四电容、第九电阻、第十电阻以及第十一电阻；

所述数字隔离器的A侧电源端和所述第三电容的第一端共接于第三电源，所述数字隔离器的A侧第一数据输入端、所述数字隔离器的A侧第二数据输入端以及所述数字隔离器的A侧第一数据输入输出端共同构成所述信号隔离模块的第一输入输出端，所述数字隔离器的B侧电源端和所述第四电容的第一端共接于第四电源，所述数字隔离器的B侧第一数据输出端与所述第九电阻的第一端连接、所述数字隔离器的B侧第二数据输出端与所述第十电阻的第一端连接，所述数字隔离器的B侧第一数据输入输出端与所述第十一电阻的第一端连接，所述第九电阻的第二端、所述第十电阻的第二端以及所述第十一电阻的第二端共同构成所述信号隔离模块的第二输入输出端，所述数字隔离器的B侧接地端、所述数字隔离器的A侧接地端、所述第三电容的第二端以及所述第四电容的第二端共接于电源地。

6.如权利要求1所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述电压检测隔离模块包括第一运算放大器、第一稳压管、第二稳压管、第五电容、第十二电阻、第十三电阻以及第十四电阻；

所述第一运算放大器的正相输入端与所述第一稳压管的负极和所述第十二电阻的第一端连接，所述第十二电阻的第二端为所述电压检测隔离模块的输入端，所述第一运算放大器的反相输入端与所述第十三电阻的第一端和所述第十四电阻的第一端连接，所述第一运算放大器的输出端、所述第十四电阻的第二端以及所述第二稳压管的负极共同构成所述电压检测隔离模块的输出端，所述第一运算放大器的电源正极端和所述第五电容的第一端共接于第五电源，所述第一稳压管的正极、所述第二稳压管的正极、所述第十三电阻的第二端、所述第一运算放大器的电源负极端以及所述第五电容的第二端共接于电源地。

7.如权利要求1所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述电流检测隔离模块包括第二运算放大器、第三稳压管、第六电容、第十五电阻、第十六电阻以及第十七电阻；

所述第二运算放大器的正相输入端与所述第十五电阻的第一端连接，所述第十五电阻的第二端为所述电流检测隔离模块的输入端，所述第二运算放大器的反相输入端与所述第十六电阻的第一端和所述第十七电阻的第一端连接，所述第二运算放大器的输出端、所述第十七电阻的第二端以及所述第三稳压管的负极共同构成所述电流检测隔离模块的输出端，所述第二运算放大器的电源正极端和所述第六电容的第一端共接于第五电源，所述第三稳压管的正极、所述第十六电阻的第二端、所述第二运算放大器的电源负极端以及所述第六电容的第二端共接于电源地。

8.如权利要求1所述的锂电池组充放电保护装置，其特征在于，所述电流检测模块包括第七电容、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻以及第二十一电阻；

所述第十九电阻的第一端、所述第二十电阻的第一端以及所述第二十一电阻的第一端共同构成所述电流检测模块的第一输入输出端，所述第十八电阻的第一端和所述第十九电阻的第一端共同构成所述电流检测模块的第二输入输出端，所述第七电容的第一端、所述第七电容的第二端、所述第十八电阻的第二端以及所述第二十一电阻的第二端共同构成所述电流检测模块的电流检测端。