CN210293485U - 一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，包括锂电池组，锂电池组的输出端与电压采集模块的输入端相连，电压采集模块的输出端与主控模块的电压采集输入端相连，锂电池组的输出端与温度采集模块的输入端相连，温度采集模块的输出端与主控模块的温度采集输入端相连，锂电池组的输出端与通讯模块的输入端相连，通讯模块的输出端与主控模块的通讯输入端相连，锂电池组的输出端与LDO供电模块的输入端相连，充电保护模块的输入端与充电装置相连，充电保护模块的输出端与锂电池组的输出端相连。本实用新型提高了保护精度，降低了开发门槛和开发周期，增加了方案的通用性，并且提高了电池包和电动工具的匹配灵活性。

Description

一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路

技术领域

本实用新型涉及一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路。

背景技术

近年来伴随着直流无刷电机的日益成熟，因其可替代直流电机调速，变频器+变频电机调速，异步电机+减速机调速；具有传统直流电机的有点，同时又取消了碳刷，滑环结构，电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗，可省去更换碳刷的步骤；可以低速大功率运行，可以省去减速机直接驱动大的负载；体积小，重量轻，转矩特性优异，中、低速转矩性能好，启动转矩大，启动电流小；调速范围广，可无极调速，软起软停，制动特性好。基于以上等诸多优点，锂电池电动工具厂家在最近的两年加大了无刷工具的研发和投入，在个别的电动工具，比如电扳手和角磨机方面无刷的出货占比已经达到95％以上。

使用无刷电机，必须配套无刷电机控制板，目前市场最主流的控制方案为6颗N-MOS控制方法，不同的电动工具功率大小不一，如果为了考虑系列的通用性，而在电池包护板上选用大功率的开关，会额外的增加成本。并且无刷控制器具备自主关断大电流回路的能力，需要做的只是把电池的信息传递给无刷控制器即可。

目前市场上常用的方案主要有两种：

第一种方案是电池包和控制器独立工作，锂电池保护板带有放电保护功能，检测电芯电压低于过放保护电压会关闭放电回路。无刷控制器同时通过自带的AD采集模块，采用电阻分压的方式采集输入到控制器的电压，做低压放电提前保护。

电池包和控制器独立工作的劣势：无刷电动工具种类多，功率有大有小，考虑了成本，电池包就不能一包多用，会出现一把机器配一个电池包的情况，最后又很容易造成电池包混用，出现大功率电动工具配小功率电池包而造成电池包烧毁。如果考虑了通用性的问题，电池包就要按照最大功率的电动工具来配置，会造成成本过高，影响结构设计和市场销售。

第二种方案是电池包和控制器相互通讯工作，锂电池保护板只检测电池电压和温度，不做放电保护。电池包和无刷控制器之间采用uart通讯的方式，电动工具在工作时，无刷控制器实时和电池包通讯，搜集电池包的电压，温度数据，判断电池包是否出去可放电状态。

池包和控制器相互通讯工作的劣势：电池包和控制器之间采用单线通讯的模式，首先需要电池包保护方案具有通讯能力，会增加电池包的成本。开发系列性的产品，需要考虑不同的电动工具，不同的充电器，还需要考虑产品的更新换代，考虑因素过多，设计门槛偏高。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，包括锂电池组，所述锂电池组的输出端与电压采集模块的输入端相连，所述电压采集模块的输出端与主控模块的电压采集输入端相连，所述锂电池组的输出端与温度采集模块的输入端相连，所述温度采集模块的输出端与主控模块的温度采集输入端相连，所述锂电池组的输出端与通讯模块的输入端相连，所述通讯模块的输出端与主控模块的通讯输入端相连，所述锂电池组的输出端与LDO供电模块的输入端相连，所述LDO供电模块的输出端与主控模块、温度采集模块、电压采集模块的供电端相连，还包括有充电保护模块，所述充电保护模块的输入端与充电装置相连，所述充电保护模块的输出端与锂电池组的输出端相连。

优选地，所述主控模块为单片机，其型号为MC96F8208SRBN。

优选地，所述电压采集模块包括若干个相同结构的采集模组，包括MOS管Q5，MOS管Q5的漏极通过电阻R5与锂电池组的单个电池相连，MOS管Q5的源极与单片机U2的第十七引脚相连，同时在源极和单片机U2的第十七引脚之间连接有并接的电阻R20和电容C5并接地设置，MOS管Q5的栅极通过电阻R16接地，并还与VCC1相连，MOS管Q5的栅极还通过电阻R13与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极与VCC端相连，三极管Q3的基极通过电阻R14与发射极相连，同时还通过电阻R15与MOS管Q4的漏极相连，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q4的栅极通过电阻R19与单片机U2的第十引脚相连，且还通过电阻R21与MOS管Q4的源极相连。

优选地，所述充电保护模块包括充电保护芯片QC1，充电保护芯片QC1的第五至八引脚与锂电池组相连，充电保护芯片QC1的第一至三引脚连接至二极管D1的阴极，二极管D1的阳极与充电装置相连，二极管D1上并接有二极管D2，充电保护芯片QC1的第四引脚通过电阻R6与充电保护芯片QC1的第一引脚相连，电阻R6上并接有稳压二极管ZD1，其阴极与第一引脚相连，充电保护芯片QC1的第四引脚还通过电阻R9与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极接地，且还通过电容C15与二极管D1的阴极相连，MOS管Q2的栅极通过电阻R10与单片机U2的第九引脚，MOS管Q2的栅极还通过电阻R12与MOS管Q2的源极相连。

优选地，所述充电芯片QC1的型号为AO4435。

优选地，所述温度采集模块包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的一端通过电阻R37与单片机U2的第十引脚相连，热敏电阻RT1的一端还通过电阻R39与单片机U2的第十二引脚相连，热敏电阻RT1的另一端接地，且还通过与电容C14与单片机U2的第十二引脚相连。

优选地，所述通讯模块包括MOS管Q11，MOS管Q11的栅极通过电阻R35与单片机U2的第八引脚相连，还通过电阻R38接地，MOS管Q11的漏极通过电阻R34与ID端，MOS管Q11的源极接地，并通过电容C16与ID端相连，在MOS管Q11的漏极和源极之间并接有稳压二极管D5和二极管D6，其阴极均与电阻R34相连，阳极均接地。

借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：

本实用新型通过单电阻阻值的变化反馈电池包错误信息给电机控制板，控制器接受到错误信号做出停机保护，该方案降低了电池包的成本，同时又能反馈全部的错误给控制器，提高了保护精度，降低了开发门槛和开发周期，增加了方案的通用性，并且提高了电池包和电动工具的匹配灵活性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的电压采集模块的电路图；

图3是本实用新型的主控模块的芯片结构；

图4是本实用新型的充电保护模块的电路图；

图5是本实用新型的温度采集模块的电路图；

图6是本实用新型的通讯模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1所示，一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，包括锂电池组1，所述锂电池组1的输出端与电压采集模块2的输入端相连，所述电压采集模块2的输出端与主控模块3的电压采集输入端相连，所述锂电池组1的输出端与温度采集模块4的输入端相连，所述温度采集模块4的输出端与主控模块3的温度采集输入端相连，所述锂电池组1的输出端与通讯模块5的输入端相连，所述通讯模块5的输出端与主控模块3的通讯输入端相连，所述锂电池组1的输出端与LDO供电模块6的输入端相连，所述LDO供电模块6的输出端与主控模块3、温度采集模块4、电压采集模块3的供电端相连，还包括有充电保护模块7，所述充电保护模块7的输入端与充电装置相连，所述充电保护模块7的输出端与锂电池组1的输出端相连。

如图3所示，所述主控模块3为单片机，其型号为MC96F8208SRBN。

如图2所示，所述电压采集模块2包括若干个相同结构的采集模组，包括MOS管Q5，MOS管Q5的漏极通过电阻R5与锂电池组1的单个电池相连，MOS管Q5的源极与单片机U2的第十七引脚相连，同时在源极和单片机U2的第十七引脚之间连接有并接的电阻R20和电容C5并接地设置，MOS管Q5的栅极通过电阻R16接地，并还与VCC1相连，MOS管Q5的栅极还通过电阻R13与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极与VCC端相连，三极管Q3的基极通过电阻R14与发射极相连，同时还通过电阻R15与MOS管Q4的漏极相连，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q4的栅极通过电阻R19与单片机U2的第十引脚相连，且还通过电阻R21与MOS管Q4的源极相连。

上述电压采集模块采用高精度低温漂电阻分压，MOS管关断耗电回路的采集方法，具体实现方法为需要采集电池电压时，控制MOS管的打开分压回路，采集完毕关闭回路减小耗电。

在上述的采集模组中，依据对锂电池组的个数分别进行采集，而上述的只是单独的一条采集电路，其他的采集电路与上述的一致，只是连接到单片机U2的引脚一通，从第十二至十六引脚。

如图4所示，所述充电保护模块7放在充电正端回路，易于处理充电器插入判断，包括充电保护芯片QC1，充电保护芯片QC1的第五至八引脚与锂电池组相连，充电保护芯片QC1的第一至三引脚连接至二极管D1的阴极，二极管D1的阳极与充电装置相连，二极管D1上并接有二极管D2，充电保护芯片QC1的第四引脚通过电阻R6与充电保护芯片QC1的第一引脚相连，电阻R6上并接有稳压二极管ZD1，其阴极与第一引脚相连，充电保护芯片QC1的第四引脚还通过电阻R9与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极接地，且还通过电容C15与二极管D1的阴极相连，MOS管Q2的栅极通过电阻R10与单片机U2的第九引脚，MOS管Q2的栅极还通过电阻R12与MOS管Q2的源极相连。

上述的所述充电芯片QC1的型号为AO4435，其中，MOS管Q2的型号为2N7002，稳压二极管ZD1的型号为BZT52C12V。

如图5所示，所述温度采集模块4包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的一端通过电阻R37与单片机U2的第十引脚相连，热敏电阻RT1的一端还通过电阻R39与单片机U2的第十二引脚相连，热敏电阻RT1的另一端接地，且还通过与电容C14与单片机U2的第十二引脚相连。使用简单的RC分压电路处理，热敏电阻阻值随温度变化而发生变化，再通过单片机AD采集电压，转换成温度。

如图6所示，所述通讯模块5包括MOS管Q11，MOS管Q11的栅极通过电阻R35与单片机U2的第八引脚相连，还通过电阻R38接地，MOS管Q11的漏极通过电阻R34与ID端，MOS管Q11的源极接地，并通过电容C16与ID端相连，在MOS管Q11的漏极和源极之间并接有稳压二极管D5和二极管D6，其阴极均与电阻R34相连，阳极均接地。

具体工作，在锂电池组放电电压和温度在正常范围以内时，单片机输出高电平控制MOS管Q11打开，此时ID端口对地阻抗为一个固定阻抗，阻值大小为10K。如果锂电池组放电电压和温度错误，单片机控制MOS管Q11关闭，ID回路阻抗为Open。这样ID的状态就两种，可正常充放电，ID对地10K，放电错误，ID对地OPEN。可以通过判断ID对B-的回路阻抗判断是否可以充放电。

上述的LDO供电模块6包括芯片U1，芯片U1的第三引脚与+5V相连，并通过电容C8与芯片U1的第一引脚相连，且芯片U1的第一引脚接地，芯片U1的第二引脚通过串联的电阻R17和电阻R18连接至二极管D4的阴极，二极管D4的阳极与锂电池组相连，而芯片U1的第一引脚和第二引脚之间连接并接的电容C9、稳压二极管ZD2，其中，稳压二极管ZD2的阴极与第二引脚相连，电阻R17和电阻R18之间还连接有电容C10，电容C10的另一端接地。

上述的芯片U1的型号为HT7550-2。

本实用新型通过单电阻阻值的变化反馈电池包错误信息给电机控制板，控制器接受到错误信号做出停机保护，该方案降低了电池包的成本，同时又能反馈全部的错误给控制器，提高了保护精度，降低了开发门槛和开发周期，增加了方案的通用性，并且提高了电池包和电动工具的匹配灵活性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：包括锂电池组(1)，所述锂电池组(1)的输出端与电压采集模块(2)的输入端相连，所述电压采集模块(2)的输出端与主控模块(3)的电压采集输入端相连，所述锂电池组(1)的输出端与温度采集模块(4)的输入端相连，所述温度采集模块(4)的输出端与主控模块(3)的温度采集输入端相连，所述锂电池组(1)的输出端与通讯模块(5)的输入端相连，所述通讯模块(5)的输出端与主控模块(3)的通讯输入端相连，所述锂电池组(1)的输出端与LDO供电模块(6)的输入端相连，所述LDO供电模块(6)的输出端与主控模块(3)、温度采集模块(4)、电压采集模块(2)的供电端相连，还包括有充电保护模块(7)，所述充电保护模块(7)的输入端与充电装置相连，所述充电保护模块(7)的输出端与锂电池组(1)的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述主控模块(3)为单片机，其型号为MC96F8208SRBN。

3.根据权利要求1所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述电压采集模块(2)包括若干个相同结构的采集模组，包括MOS管Q5，MOS管Q5的漏极通过电阻R5与锂电池组(1)的单个电池相连，MOS管Q5的源极与单片机U2的第十七引脚相连，同时在源极和单片机U2的第十七引脚之间连接有并接的电阻R20和电容C5并接地设置，MOS管Q5的栅极通过电阻R16接地，并还与VCC1相连，MOS管Q5的栅极还通过电阻R13与三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极与VCC端相连，三极管Q3的基极通过电阻R14与发射极相连，同时还通过电阻R15与MOS管Q4的漏极相连，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q4的栅极通过电阻R19与单片机U2的第十引脚相连，且还通过电阻R21与MOS管Q4的源极相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述充电保护模块(7)包括充电保护芯片QC1，充电保护芯片QC1的第五至八引脚与锂电池组相连，充电保护芯片QC1的第一至三引脚连接至二极管D1的阴极，二极管D1的阳极与充电装置相连，二极管D1上并接有二极管D2，充电保护芯片QC1的第四引脚通过电阻R6与充电保护芯片QC1 的第一引脚相连，电阻R6上并接有稳压二极管ZD1，其阴极与第一引脚相连，充电保护芯片QC1的第四引脚还通过电阻R9与MOS管Q2的漏极相连，MOS管Q2的源极接地，且还通过电容C15与二极管D1的阴极相连，MOS管Q2的栅极通过电阻R10与单片机U2的第九引脚，MOS管Q2的栅极还通过电阻R12与MOS管Q2的源极相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述充电保护芯片QC1的型号为AO4435。

6.根据权利要求1所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述温度采集模块(4)包括热敏电阻RT1，热敏电阻RT1的一端通过电阻R37与单片机U2的第十引脚相连，热敏电阻RT1的一端还通过电阻R39与单片机U2的第十二引脚相连，热敏电阻RT1的另一端接地，且还通过与电容C14与单片机U2的第十二引脚相连。

7.根据权利要求1所述的一种基于单电阻通讯电池状态的锂电平台电路，其特征在于：所述通讯模块(5)包括MOS管Q11，MOS管Q11的栅极通过电阻R35与单片机U2的第八引脚相连，还通过电阻R38接地，MOS管Q11的漏极通过电阻R34与ID端，MOS管Q11的源极接地，并通过电容C16与ID端相连，在MOS管Q11的漏极和源极之间并接有稳压二极管D5和二极管D6，其阴极均与电阻R34相连，阳极均接地。

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