CN213181939U - 一种锂电池参数采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及锂电池技术领域，目的是提供一种锂电池参数采集电路，本实用新型包括有锂离子电池、温度采集电路、电流采集电路、DSP处理单元和上位机通信单元，若干个锂离子电池串联组成锂离子电池组，所述锂离子电池组分别与所述温度采集电路、所述电流采集电路连接，所述温度采集电路、电流采集电路分别采集锂离子电池组的温度信号和电流信号并同时输入至所述DSP处理单元中，所述DSP处理单元将所述温度信号和所述电流信号进行转换处理后发送至所述上位机通信单元，还包括若干个保护芯片，所述保护芯片与所述锂离子电池并联，本实用新型结构合理，实用性强，适合推广。
Description
技术领域
本实用新型涉及锂电池充放电领域，具体涉及一种锂电池参数采集电路。
背景技术
众所周知，环境污染、能源危机已经成为制约世界发展的重要因素。锂电池凭借其高能量比、高放电率的优点，被认为是最有发展潜力的动力电池。电池检测系统是动力系统中非常关键部件，是电池和整个动力系统的联接纽带。为了使电池组稳定、高效、安全工作在最佳状态，消除锂电池的安全隐患问题，电池检测系统至关重要。本文提供的电池管理系统主要是通过实时监测电池参数，包括电压、电流、温度等，判断出电池的状态，并根据此时状态给出电池的使用策略，对电池进行优化的使用，既防止出现滥用，保障其安全有效地使用；又能最大限度地发挥电池的性能，提高能源利用效率。
常用的均衡充电技术包括恒定分流电阻均衡充电、通断分流电阻均衡充电、平均电池电压均衡充电、开关电容均衡充电、降压型变换器均衡充电、电感均衡充电等。成组的锂电池串联充电时，应保证每节电池均衡充电，否则使用过程中会影响整组电池的性能和寿命。而现有的单节锂电池保护芯片均不含均衡充电控制功能，多节锂电池保护芯片均衡充电控制功能需要外接CPU；通过和保护芯片的串行通讯(如I2C总线)来实现，加大了保护电路的复杂程度和设计难度、降低了系统的效率和可靠性、增加了功耗。
CN201520188700.8，一种锂电池检测系统，该实用新型涉及检测系统技术领域，尤其是一种锂电池检测系统。它包括锂电池、单体电压采集电路、温度采集电路、电流采集电路、主控器、显示器和上位机通信单元；锂电池分别与电压采集电路、温度采集电路和电流采集电路电性连接，单体电压采集电路、温度采集电路和电流采集电路分别采集锂电池的电压信号、温度信号和电流信号并同时输入至主控器中，主控器将信号进行整理并将整理后的信号反馈给显示器和上位机通信单元；主控器与锂电池之间还连接有用于接收主控器反馈的控制信号并保护锂电池的保护电路。本实用新型结构简单，操作简单，具有很强的实用性，但该系统无法对锂电池组进行均衡的充电。
因此,需要一种锂电池参数采集电路，采用单节锂电池保护芯片设计电池保护板，对任意串联数的成组锂电池进行过充、过放、过流、短路保护，充电过程中实现整组电池均衡充电。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种锂电池参数采集电路，单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，本实用新型结构合理，设计巧妙，适合推广；
为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种锂电池参数采集电路，包括有锂离子电池、温度采集电路、电流采集电路、DSP处理单元和上位机通信单元，若干个锂离子电池串联组成锂离子电池组，所述锂离子电池组分别与所述温度采集电路、所述电流采集电路连接，所述温度采集电路、电流采集电路分别采集锂离子电池组的温度信号和电流信号并同时输入至所述DSP处理单元中，所述DSP处理单元将所述温度信号和所述电流信号进行转换处理后发送至所述上位机通信单元，还包括若干个保护芯片，所述保护芯片与所述锂离子电池并联。
优选的，电路还包括有充电控制开关器件和放电控制开关器件，所述充电控制开关器件与所述放电控制开关器件与所述锂离子电池组串联。
优选的，电路还包括有充电MOS管栅极和放电MOS管栅极，所述充电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述充电MOS管栅极的另一端与所述充电控制开关器件连接，所述放电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述放电MOS管栅极的另一端与所述放电控制开关器件连接。
优选的，所述充电MOS管栅极、所述放电MOS管栅极和所述保护芯片均设置在控制电路上。
优选的，所述电流采集电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的同相端通过第七电阻与所述锂电池连接，所述第三运算放大器的输出端通过依次连接的第九电阻、第八电阻和采样电阻与锂电池连接，所述采样电阻两端并联有第二电容，所述第三运算放大器的反相端通过第三电容与自身的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端还通过第十电阻与第四运算放大器的同相端连接，所述第四运算放大器的反相端直接与自身的输出端连接，所述第四运算放大器的输出端通过依次连接的第十二电阻和第四电容接地并通过第十二电阻与所述DSP处理单元连接，所述第四电容两端并联有第二稳压管。
优选的，所述温度采集电路包括第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，所述第五运算放大器的同相端通过第十三电阻与所述锂电池连接，所述第十三电阻与第五运算放大器的之间并联有依次连接的第十四电阻和第三稳压二极管，所述第五运算放大器的反相端与第六运算放大器的同相端连接，所述第六运算放大器的同相端连接有热敏感电阻并通过热敏感电阻分别与第五运算放大器的输出和第七运算放大器的同相端连接，所述第七运算放大器的输出端通过第十六电阻与第八运算放大器的同相端连接，所述第八运算放大器的反相端通过第十七电阻与第六运算放大器的输出端连接并通过第十八电阻与自身的输出端连接，所述第八运算放大器的输出端通过依次连接的第二十电阻和第五电容接地并通过第二十电阻与所述DSP处理单元连接，所述第五电容并联有第四稳压二极管。
优选的，还包括有显示器，所述显示器与所述DSP处理单元连接。
优选的，电路还包括有正极BAT+端和负极BAT-端，当所述锂离子电池组在充电时，充电电流依次经过所述正极BAT+端、所述锂离子电池组、所述放电控制开关器件、所述充电控制开关器件和所述负极BAT-端。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
1.降低了锂电池组充电器设计应用的成本；
2.采用单节锂电池保护芯片对任意串联数的成组锂电池进行保护的含均衡充电功能的电池组保护板，该保护板保护功能完善，工作稳定，性价比高，均衡充电误差小于50mV。
附图说明
图1为本实用新型的锂电池组的保护板的示意图；
图2为本实用新型的实施例中锂电池组充电过程时的示意图；
图3为本实用新型的实施例中锂电池组分流均衡过程的示意图；
图4为本实用新型的实施例中锂电池组放电过程时的示意图；
图5为本实用新型的实施例中电流采集电路的电路结构示意图；
图6为本实用新型的实施例中温度采集电路的电路结构示意图。
附图标记说明:1、锂离子电池；2、充电过电压分流放电支路电阻；3、分流放电支路控制用开关器件；4、过流检测保护电阻；5、省略的保护芯片和电路连接部分；6、保护芯片；7、充电MOS管栅极；8、放电MOS管栅极；9、充电控制开关器件；10、放电控制开关器件；11、控制电路；12、主电路；13、分流放电支路。
具体实施方式
下面结合本实用新型的附图1～6，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。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“逆时针”、“顺时针”“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
一种锂电池参数采集电路，包括有锂离子电池、温度采集电路、电流采集电路、DSP处理单元和上位机通信单元，若干个锂离子电池串联组成锂离子电池组，所述锂离子电池组分别与所述温度采集电路、所述电流采集电路连接，所述温度采集电路、电流采集电路分别采集锂离子电池组的温度信号和电流信号并同时输入至所述DSP处理单元中，所述DSP处理单元将所述温度信号和所述电流信号进行转换处理后发送至所述上位机通信单元，还包括若干个保护芯片，所述保护芯片与所述锂离子电池并联。
值得说明的是，电路还包括有充电控制开关器件和放电控制开关器件，所述充电控制开关器件与所述放电控制开关器件与所述锂离子电池组串联。
值得说明的是，电路还包括有充电MOS管栅极和放电MOS管栅极，所述充电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述充电MOS管栅极的另一端与所述充电控制开关器件连接，所述放电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述放电MOS管栅极的另一端与所述放电控制开关器件连接。
值得说明的是，所述充电MOS管栅极、所述放电MOS管栅极和所述保护芯片均设置在控制电路上。
值得说明的是，请参照图5，所述电流采集电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的同相端通过第七电阻与所述锂电池连接，所述第三运算放大器的输出端通过依次连接的第九电阻、第八电阻和采样电阻与锂电池连接，所述采样电阻两端并联有第二电容，所述第三运算放大器的反相端通过第三电容与自身的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端还通过第十电阻与第四运算放大器的同相端连接，所述第四运算放大器的反相端直接与自身的输出端连接，所述第四运算放大器的输出端通过依次连接的第十二电阻和第四电容接地并通过第十二电阻与所述DSP处理单元连接，所述第四电容两端并联有第二稳压管。
值得说明的是，请参照图6，充放电过程中，温度控制也是许多设计者对锂电池保护时需要考虑的因素。在高温的时候对电池进行充电和放电，很有可能会导致电池中所包含的活性物质和电解液产生化学反应，产生非常多的热能，由于电解质含有可以燃烧的有机溶剂，这会导致电池的温度出现失控式地上升，致使电池燃烧，很有可能爆炸。在低温的时候充放电，会对电芯造成损害，最终导致电池损伤，所以准确的测温是十分必要的，所述温度采集电路包括第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，所述第五运算放大器的同相端通过第十三电阻与所述锂电池连接，所述第十三电阻与第五运算放大器的之间并联有依次连接的第十四电阻和第三稳压二极管，所述第五运算放大器的反相端与第六运算放大器的同相端连接，所述第六运算放大器的同相端连接有热敏感电阻并通过热敏感电阻分别与第五运算放大器的输出和第七运算放大器的同相端连接，所述第七运算放大器的输出端通过第十六电阻与第八运算放大器的同相端连接，所述第八运算放大器的反相端通过第十七电阻与第六运算放大器的输出端连接并通过第十八电阻与自身的输出端连接，所述第八运算放大器的输出端通过依次连接的第二十电阻和第五电容接地并通过第二十电阻与所述DSP处理单元连接，所述第五电容并联有第四稳压二极管。
值得说明的是，还包括有显示器，所述显示器与所述DSP处理单元连接，电路还包括有正极BAT+端和负极BAT-端，当所述锂离子电池组在充电时，充电电流依次经过所述正极BAT+端、所述锂离子电池组、所述放电控制开关器件、所述充电控制开关器件和所述负极BAT-端。
值得说明的是，请参照图1，1为单节锂离子电池；2为充电过电压分流放电支路电阻；3为分流放电支路控制用开关器件；4为过流检测保护电阻；5为省略的锂电池保护芯片及电路连接部分；6为单节锂电池保护芯片(一般包括充电控制引脚CO,放电控制引脚DO,放电过电流及短路检测引脚VM,电池正端VDD,电池负端VSS等)；7为充电过电压保护信号经光耦隔离后形成并联关系驱动主电路中充电控制用MOS管栅极；8为放电欠电压、过流、短路保护信号经光耦隔离后形成串联关系驱动主电路中放电控制用MOS管栅极；9为充电控制开关器件；10为放电控制开关器件；11为控制电路；12为主电路；13为分流放电支路。单节锂电池保护芯片数目依据锂电池组电池数目确定，串联使用，分别对所对应单节锂电池的充放电、过流、短路状态进行保护。该系统在充电保护的同时，通过保护芯片控制分流放电支路开关器件的通断实现均衡充电，该方案有别于传统的在充电器端实现均衡充电的做法，降低了锂电池组充电器设计应用的成本。
值得说明的是，请参照图2，当锂电池组充电时，外接电源正负极分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，充电电流流经电池组正极BAT+、电池组中单节锂电池1～N、放电控制开关器件、充电控制开关器件、电池组负极BAT-,电流流向如图2所示。
值得说明的是，请参照图3，系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的充电过电压保护控制信号经光耦隔离后并联输出，为主电路中充电开关器件的导通提供栅极电压；如某一节或几节锂电池在充电过程中先进入过电压保护状态，则由过电压保护信号控制并联在单节锂电池正负极两端的分流放电支路放电，同时将串接在充电回路中的对应单体锂电池断离出充电回路，锂电池组串联充电时，忽略单节电池容量差别的影响，一般内阻较小的电池先充满。此时，相应的过电压保护信号控制分流放电支路的开关器件闭合，在原电池两端并联上一个分流电阻。根据电池的PNGV等效电路模型，此时分流支路电阻相当于先充满的单节锂电池的负载，该电池通过其放电，使电池端电压维持在充满状态附近一个极小的范围内。假设第1节锂电池先充电完成，进入过电压保护状态，则主电路及分流放电支路中电流流向如图3所示。当所有单节电池均充电进入过电压保护状态时，全部单节锂电池电压大小在误差范围内完全相等，各节保护芯片充电保护控制信号均变低，无法为主电路中的充电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即实现均衡充电，充电过程完成。
值得说明的是，当电池组放电时，外接负载分别接电池组正负极BAT+和BAT-两端，放电电流流经电池组负极BAT-、充电控制开关器件、放电控制开关器件、电池组中单节锂电池N～1和电池组正极BAT+,电流流向如图4所示。系统中控制电路部分单节锂电池保护芯片的放电欠电压保护、过流和短路保护控制信号经光耦隔离后串联输出，为主电路中放电开关器件的导通提供栅极电压；一旦电池组在放电过程中遇到单节锂电池欠电压或者过流和短路等特殊情况，对应的单节锂电池放电保护控制信号变低，无法为主电路中的放电控制开关器件提供栅极偏压，使其关断，主回路断开，即结束放电使用过程。
值得说明的是，一般锂电池采用恒流-恒压(TAPER)型充电控制，恒压充电时，充电电流近似指数规律减小。系统中充放电主回路的开关器件可根据外部电路要求满足的最大工作电流和工作电压选型。控制电路的单节锂电池保护芯片可根据待保护的单节锂电池的电压等级、保护延迟时间等选型。单节电池两端并接的放电支路电阻可根据锂电池充电器的充电电压大小以及锂电池的参数和放电电流的大小计算得出。均衡电流应合理选择，如果太小，均衡效果不明显；如果太大，系统的能量损耗大，均衡效率低，对锂电池组热管理要求高，一般电流大小可设计在50～100mA之间。分流放电支路电阻可采用功率电阻或电阻网络实现。这里采用电阻网络实现分流放电支路电阻较为合理，可以有效消除电阻偏差的影响，此外，还能起到降低热功耗的作用。
综上所述，本实用新型的实施原理为：能够实时的监测锂电池组的电流、温度数据，便于工作人员在锂电池充放电时，出现隐患的状态下进行及时的处理，本实用新型结构合理，设计巧妙，适合推广。
Claims (1)
1.一种锂电池参数采集电路，其特征在于，包括有锂离子电池、温度采集电路、电流采集电路、DSP处理单元和上位机通信单元，若干个锂离子电池串联组成锂离子电池组，所述锂离子电池组分别与所述温度采集电路、所述电流采集电路连接，所述温度采集电路、电流采集电路分别采集锂离子电池组的温度信号和电流信号并同时输入至所述DSP处理单元中，所述DSP处理单元将所述温度信号和所述电流信号进行转换处理后发送至所述上位机通信单元，还包括若干个保护芯片，所述保护芯片与所述锂离子电池并联，
电路还包括有充电控制开关器件和放电控制开关器件，所述充电控制开关器件与所述放电控制开关器件与所述锂离子电池组串联；
电路还包括有充电MOS管栅极和放电MOS管栅极，所述充电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述充电MOS管栅极的另一端与所述充电控制开关器件连接，所述放电MOS管栅极的一端与所述保护芯片连接，所述放电MOS管栅极的另一端与所述放电控制开关器件连接；
所述充电MOS管栅极、所述放电MOS管栅极和所述保护芯片均设置在控制电路上；
所述电流采集电路包括第三运算放大器和第四运算放大器，所述第三运算放大器的同相端通过第七电阻与所述锂电池连接，所述第三运算放大器的输出端通过依次连接的第九电阻、第八电阻和采样电阻与锂电池连接，所述采样电阻两端并联有第二电容，所述第三运算放大器的反相端通过第三电容与自身的输出端连接，所述第三运算放大器的输出端还通过第十电阻与第四运算放大器的同相端连接，所述第四运算放大器的反相端直接与自身的输出端连接，所述第四运算放大器的输出端通过依次连接的第十二电阻和第四电容接地并通过第十二电阻与所述DSP处理单元连接，所述第四电容两端并联有第二稳压管，
所述温度采集电路包括第五运算放大器、第六运算放大器、第七运算放大器和第八运算放大器，所述第五运算放大器的同相端通过第十三电阻与所述锂电池连接，所述第十三电阻与第五运算放大器的之间并联有依次连接的第十四电阻和第三稳压二极管，所述第五运算放大器的反相端与第六运算放大器的同相端连接，所述第六运算放大器的同相端连接有热敏感电阻并通过热敏感电阻分别与第五运算放大器的输出和第七运算放大器的同相端连接，所述第七运算放大器的输出端通过第十六电阻与第八运算放大器的同相端连接，所述第八运算放大器的反相端通过第十七电阻与第六运算放大器的输出端连接并通过第十八电阻与自身的输出端连接，所述第八运算放大器的输出端通过依次连接的第二十电阻和第五电容接地并通过第二十电阻与所述DSP处理单元连接，所述第五电容并联有第四稳压二极管，还包括有显示器，所述显示器与所述DSP处理单元连接，
电路还包括有正极BAT+端和负极BAT-端，当所述锂离子电池组在充电时，充电电流依次经过所述正极BAT+端、所述锂离子电池组、放电控制开关器件、充电控制开关器件和所述负极BAT-端。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114755589A (zh) * | 2022-05-13 | 2022-07-15 | 内蒙古大板发电有限责任公司 | 一种直流蓄电池组巡检装置 |
| CN115313563A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-08 | 河南豫清新能源产业有限公司 | 一种锂电池组限流均衡成组方法 |
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| CN115313563A (zh) * | 2022-08-16 | 2022-11-08 | 河南豫清新能源产业有限公司 | 一种锂电池组限流均衡成组方法 |
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