CN211930291U - 磷酸铁锂电池保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种磷酸铁锂电池保护板，包括：放电MOS管的一端连接到串联的磷酸铁锂电池的正极；充电MOS管的一端与所述放电MOS管的另一端连接，所述充电MOS管的另一端连接到系统的输出端的正极；限流模块的一端连接至所述充电MOS管和放电MOS管的公共端；所述限流模块的另一端连接到MCU主控单元；预充模块连接至MCU主控单元；检流电阻串联在串联的磷酸铁锂电池的负极和所述系统的输出端的负极之间，所述检流电阻与所述MCU主控单元连接；电压采样均衡模块与串联的磷酸铁锂电池连接；AFE能量回馈单元分别与所述电压采样均衡模块和MCU主控单元相连，本实用新型能够实现有效对电池组的充、放电进行实时监控与保护。

Description

磷酸铁锂电池保护板

技术领域

本实用新型涉及一种磷酸铁锂电池保护板。

背景技术

磷酸铁锂电池目前作为一种新型环保，高效，瞬间能大电流放电的动力电池，其独特的性能逐渐被市场接受，目前主要应用在太阳能路灯，电动工具，汽车，火车。高铁等领域，磷酸铁锂动力电池的基准电压为3，2V，为满足使用需求，须将多节电池串联达到所需求的电压，而同一批电芯在做成之后，它们的容量和内阻都存在差导，因此在组合之前一定要把差导较小的电池配在一组，以达到一定程度上的延长电池的循环使用寿命的目的。

对于多个电池串在一起组成的电池组，需对该电池组的每节电池进行充放电过程，太阳能路灯由于要求采用较高的输入电压，甚至是瞬间可变的电压，现有的通用电池保护板已经不能满足该电池在太阳能领域的推广应用，阻碍了其在该领域的推广。

为了解决这个问题，必须采用耐压值很高，耐瞬间大电流冲击的电子器件，这样势必造成体积大，成本高，不能适合技术的发展要求。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供一种磷酸铁锂电池保护板。

本实用新型提供一种磷酸铁锂电池保护板，该包括：

放电MOS管，所述放电MOS管的一端连接到串联的磷酸铁锂电池的正极；

充电MOS管，所述充电MOS管的一端与所述放电MOS管的另一端连接，所述充电MOS管的另一端连接到系统的输出端的正极；

限流模块，所述限流模块的一端连接至所述充电MOS管和放电MOS管的公共端；

MCU主控单元，所述限流模块的另一端连接到所述MCU主控单元；

预充模块，所述预充模块连接至MCU主控单元；

检流电阻，所述检流电阻串联在串联的磷酸铁锂电池的负极和所述系统的输出端的负极之间，所述检流电阻与所述MCU主控单元连接；

电压采样均衡模块，所述电压采样均衡模块与串联的磷酸铁锂电池连接；

AFE能量回馈单元，所述AFE能量回馈单元分别与所述电压采样均衡模块和MCU主控单元相连。

进一步到，上述磷酸铁锂电池保护板中，还包括：

存储模块、加热模块、通讯模块、LCD模块、LED模块，所述存储模块、加热模块、通讯模块、LCD模块、LED模块分别连接到所述MCU主控单元。

进一步到，上述磷酸铁锂电池保护板中，所述LED模块具有6个LED灯指示，其中，4个白色LED灯为电量指示灯为当前电池组剩余电量指示灯，1个红色LED灯为告警、保护时的故障指示灯，1个白色LED灯为电池待机、充电、放电状态指示灯。

进一步到，上述磷酸铁锂电池保护板中，还包括：

NTC采样模块，所述NTC采样模块与串联的磷酸铁锂电池连接，所述AFE能量回馈单元与NTC采样模块连接。

与现有技术相比，本实用新型包括：放电MOS管，所述放电MOS管的一端连接到串联的磷酸铁锂电池的正极；充电MOS管，所述充电MOS管的一端与所述放电MOS管的另一端连接，所述充电MOS管的另一端连接到系统的输出端的正极；限流模块，所述限流模块的一端连接至所述充电MOS管和放电MOS管的公共端；MCU主控单元，所述限流模块的另一端连接到所述MCU主控单元；预充模块，所述预充模块连接至MCU主控单元；检流电阻，所述检流电阻串联在串联的磷酸铁锂电池的负极和所述系统的输出端的负极之间，所述检流电阻与所述MCU主控单元连接；电压采样均衡模块，所述电压采样均衡模块与串联的磷酸铁锂电池连接；AFE能量回馈单元，所述AFE能量回馈单元分别与所述电压采样均衡模块和MCU主控单元相连，本实用新型能够实现有效对电池组的充、放电进行实时监控与保护。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1示本实用新型一实施例的磷酸铁锂电池保护板的示意图。

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型提供一种磷酸铁锂电池保护板，包括：

放电MOS管1，所述放电MOS管的一端连接到串联的磷酸铁锂电池的正极(B+)；

具体的，串联的磷酸铁锂电池可以是由16节磷酸铁锂电池串联而成；

充电MOS管2，所述充电MOS管的一端与所述放电MOS管的另一端连接，所述充电MOS管的另一端连接到系统的输出端的正极(P+)；

限流模块3，所述限流模块的一端连接至所述充电MOS管和放电MOS管的公共端，以控制所述充电MOS管和放电MOS管的最大电流；

MCU主控单元4，所述限流模块的另一端连接到所述MCU主控单元，所述限流模块接受MCU主控单元的控制信号；

预充模块5，所述预充模块连接至MCU主控单元，所述预充模块用于接受或发送相关信息确定工作模式；

优选的，所述磷酸铁锂电池保护板还包括：存储模块6、加热模块7、通讯模块8、LCD模块9、LED模块10，所述存储模块、加热模块、通讯模块、LCD模块、LED模块分别连接到所述MCU主控单元，以接受MCU主控单元的命令并执行；

优选的，所述磷酸铁锂电池保护板还包括：检流电阻11，所述检流电阻串联在串联的磷酸铁锂电池的负极(B-)和所述系统的输出端的负极(P-)之间，所述检流电阻与所述MCU主控单元连接，所述检流电阻用于检测所述系统的输出电流并将检测信号发送到MCU主控单元；

在此，通过连接在电池负极B-和系统输出端P-之间的检流电阻，对电池组充放电电流实时采集监控，用以实现充电电流、放电电流告警和保护。温升小于40℃，精度优于±1％。

电压采样均衡模块12，所述电压采样均衡模块与串联的磷酸铁锂电池连接，所述电压采样均衡模块用于采集串联的磷酸铁锂电池中的各电池的电压；

在此，系统通过电压采样均衡模块可实现对8-16节串联电芯电压实时采集监控，用以实现电芯过压、欠压告警及保护。电芯的电压检测精度在0～45℃条件下为±10mV，在-20～70℃条件下为±30mV。可通过上位机更改告警、保护参数设定值。

NTC采样模块13，所述NTC采样模块与串联的磷酸铁锂电池连接，所述NTC采样模块用于采集串联的磷酸铁锂电池的温度和环境温度；

在此，通过NTC采样模块对电芯温度，环境温度及功率板温度进行实时采集监控，用以实现高温、低温告警及保护。温度检测精度为±2℃。可通过上位机更改告警、保护参数设定值。

AFE能量回馈单元14，所述AFE能量回馈单元分别与所述电压采样均衡模块、NTC采样模块和MCU主控单元相连，所述AFE能量回馈单传送电压、温度信息并接收执行所述MCU主控单的命令。

另外，可通过上位机和通讯模块相连，更改告警、保护参数设定值。

通过检流电阻和限流模块可实现对输出短路的检测和保护功能。

本实用新型还可用于实时电池剩余容量的计算，一次完成充放总容量的学习，SOC估算精度优于±5％。具有充放电循环次数计算功能，当电池组累计放电容量达到设定满容量的20％时，循环次数增加一次可通过上位机更改电池循环容量参数设定值。

充、放电MOSFET开关采用低内阻、大电流，针对后备电源应用的大容值容性负载开机、零切换、两倍充电耐压的优化设计。

充电时可对不均衡的电芯进行均衡，能够有效提高电池的使用时间和循环寿命。可通过上位机设置均衡开启电压和均衡压差。

可选的，所述LED模块具有6个LED灯指示，其中，4个白色LED灯为电量指示灯为当前电池组剩余电量(SOC)指示灯，1个红色LED灯为告警、保护时的故障指示灯，1个白色LED灯为电池待机、充电、放电状态指示灯。

优选的，本实用新型的磷酸铁锂电池保护板(BMS)还可具有手动和自动休眠功能，在外部没有充放电情况下，电池持续48小时自动休眠。当电池组过放保护时保持1分钟通信，BMS进入休眠状态。可通过手动按6S复位按键，6个LED灯依次点亮后，BMS进入休眠。可通过上位机设置待机休眠。

PC机或智能前端可通过遥测、遥信、遥调、遥控等命令通过通讯模块实现电池的数据监控、运行控制和参数设定。终端设备可以通过CAN接口读取所有并联PACK的电池数据的总和。

历史数据是根据BMS发生状态转换时存储在存储模块；实时存储各种告警、保护触发及消除时的测量数据；可通过通讯模块设置记录开始时间、记录结束时间和记录间隔时间来实现存储一定时间段内的测量数据。可通过上位机读取历史数据并保存为excel文件到电脑中。

单体电池过欠压、电池总压过欠压、充放电过流、电芯高低温、环境高低温、均衡策略、电池串联节数、电池容量等各项电池管理参数都可以通过上位机来重新进行设定。

电压相关的功能、温度相关的功能、电流相关的功能(输出短路功能不支持关闭设置)、容量相关的功能等都可以通过上位机设置开启或关闭。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述电压采样均衡模块检测到串联的磷酸铁锂电池中的任意一节电池的电压高于单体过充保护设定值时，磷酸铁锂电池保护板进入过充保护状态，所述充电MOS管关闭，充电设备停止给串联的磷酸铁锂电池充电；单体过压保护后，当串联的磷酸铁锂电池中的具有最高单体电压的一节电池降到单体过充恢复值以下且串联的磷酸铁锂电池的剩余电量(SOC)低于96％时，解除过充保护状态，充电MOS管开通，也可以放电解除。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述电压采样均衡模块检测到串联的磷酸铁锂电池的总电压高于总压过充保护设定值时，磷酸铁锂电池保护板进入过充保护状态，所述充电MOS管关闭，充电设备停止给串联的磷酸铁锂电充电；当所述总压电压降到总压过充恢复值以下时且串联的磷酸铁锂电池的剩余电量(SOC)低于96％，解除过充保护状态，所述充电MOS管开通，也可以放电解除。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述电压采样均衡模块检测到串联的磷酸铁锂电池中的任意一节电池的电压低于单体过放保护设定值时，所述磷酸铁锂电池保护板进入过放保护状态，所述放电MOS管关闭，负载停止给串联的磷酸铁锂电池放电，保持1分钟通信后磷酸铁锂电池保护板关机；发生过放保护后，对串联的磷酸铁锂电池充电以解除过放保护状态，或者通过复位按键操作后，磷酸铁锂电池保护板开机重新检测串联的磷酸铁锂电池的电压是否达到恢复值。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述电压采样均衡模块检测到串联的磷酸铁锂电池的电压低于总压过放保护设定值时，所述磷酸铁锂电池保护板进入过放保护状态，所述放电MOS管关闭，负载停止给串联的磷酸铁锂电池放电，保持1分钟通信后磷酸铁锂电池保护板关机；发生过放保护后，对串联的磷酸铁锂电池充电以解除过放保护状态，或者通过复位按键操作，磷酸铁锂电池保护板开机重新检测电池组电压是否达到恢复值。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述检流电阻检测到充电电流超过充电过流保护设置值时，且达到延时时间，磷酸铁锂电池保护板进入充电过流保护，所述充电MOS管关闭，充电设备停止给电池充电；

发生充电过流保护后，磷酸铁锂电池保护板自动延时恢复，所述充电MOS管开通，重新检测外部充电器电流，放电也可以解除充电过流保护。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述检流电阻检测到放电电流超过放电过流保护设置值时，且达到延时时间，磷酸铁锂电池保护板进入放电过流保护，所述放电MOS管断开，负载停止给电池充电；

发生放电过流保护后，磷酸铁锂电池保护板自动延时恢复，所述放电MOS管开通，重新检测外部负载电流，充电也可以解除放电过流保护。

另外，放电过流保护可以有二级保护，达到瞬态过流保护和放电过流保护一样恢复。瞬态过流保护发生次数达到条件会锁定，恢复必须关机在开机或者充电解除。

优选的，在温度保护方面，BMS可通过NTC采样可以检测6个温度检测端口，实时监测温度变化达到保护措施。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，在充放电状态下，当所述NTC采样模块检测到串联的磷酸铁锂电池中的任意一节电池的温度高于高温保护设定值时，磷酸铁锂电池保护板进入高温保护，所述充电MOS管和放电MOS管均断开，磷酸铁锂电池保护板停止充电或者放电；当串联的磷酸铁锂电池中的每节电池温度低于高温恢复值时，磷酸铁锂电池保护板恢复充电或者放电。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，在充放电状态下，当所述NTC采样模块检测到串联的磷酸铁锂电池中的任意一节电池的温度低于低温保护设定值时，磷酸铁锂电池保护板进入低温保护，所述充电MOS管和放电MOS管均断开，磷酸铁锂电池保护板停止充电或者放电；当串联的磷酸铁锂电池中的每节电池温度高于低温恢复值时，磷酸铁锂电池保护恢复充电或者放电。

本实用新型的磷酸铁锂电池保护板一实施例中，当所述NTC采样模块检测到环境温度高于环境高温设定值时，磷酸铁锂电池保护板发生告警，磷酸铁锂电池保护板不停止充放电；当所述NTC采样模块检测到功率温度高于功率保护设定值时，磷酸铁锂电池保护进入功率高温保护，充电MOS管和放电MOS管均断开，磷酸铁锂电池保护停止充放电。

本实用新型提供磷酸铁锂电池专用保护板，通过专用保护板来实现有效对电池组的充、放电进行实时监控与保护，例如可以防止电池组过充，过放，过热，过流等安全保护功能，确保电池组安全有效的运行。本实用新型能够保证在高温，外部短路，线路板功率管短路时，仍能保护电池安全，不起火。

现有磷酸铁锂电池保护板在高温或短路功率管损坏短路情况下，有损坏电池，甚至可能引起火灾。本实用新型到磷酸铁锂电池保护板能有效解决以上问题。本实用新型的磷酸铁锂电池保护板，主要针对可充电磷酸铁锂电池，起保护作用的集成电路板，例如有效防止电池过充，过放，过流，短路，及超高温的工作环境安全。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种磷酸铁锂电池保护板，其中，该磷酸铁锂电池保护板包括：

放电MOS管，所述放电MOS管的一端连接到串联的磷酸铁锂电池的正极；

充电MOS管，所述充电MOS管的一端与所述放电MOS管的另一端连接，所述充电MOS管的另一端连接到系统的输出端的正极；

限流模块，所述限流模块的一端连接至所述充电MOS管和放电MOS管的公共端；

MCU主控单元，所述限流模块的另一端连接到所述MCU主控单元；

预充模块，所述预充模块连接至MCU主控单元；

检流电阻，所述检流电阻串联在串联的磷酸铁锂电池的负极和所述系统的输出端的负极之间，所述检流电阻与所述MCU主控单元连接；

电压采样均衡模块，所述电压采样均衡模块与串联的磷酸铁锂电池连接；

AFE能量回馈单元，所述AFE能量回馈单元分别与所述电压采样均衡模块和MCU主控单元相连。

2.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，还包括：

存储模块、加热模块、通讯模块、LCD模块和LED模块，所述存储模块、加热模块、通讯模块、LCD模块和LED模块分别连接到所述MCU主控单元。

3.根据权利要求2所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，所述LED模块具有6个LED灯指示。

4.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，6个LED灯指中的4个白色LED灯为电量指示灯为当前电池组剩余电量指示灯。

5.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，6个LED灯指中的1个红色LED灯为告警、保护时的故障指示灯。

6.根据权利要求3所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，6个LED灯指中的1个白色LED灯为电池待机、充电、放电状态指示灯。

7.根据权利要求1所述的磷酸铁锂电池保护板，其中，还包括：

NTC采样模块，所述NTC采样模块与串联的磷酸铁锂电池连接，所述AFE能量回馈单元与所述NTC采样模块连接。

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