CN214412271U - 一种智能锂电安全系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能锂电安全系统，包括：控制板、功率板，电源电路连接外部电源与单片机，功率板接口与单片机之间连接有激活开关电路、无故障开关电路，功率板接口与单片机通信连接，用于数据交互；功率板上分布有：控制板连接口、输出口、电池连接口，控制板连接口与功率板连接口连接，用于与单片机数据交互，输出口连接功率板连接口与受控部件，输出口与电池连接口之间连接有开关电路，开关电路通断通过无故障开关电路驱动，采用可写入控制程序的单片机，可以写入控制程序，使得同一块保护板可根据不同电芯材料要求来更改保护参数；正常的情况下单片机控制开关电路导通，使电芯与外部电路导通，异常时则控制开关电路关断，保护电芯的安全。

Description

一种智能锂电安全系统

技术领域

本实用新型涉及锂电池保护领域，尤其是保护参数可调、具有多种保护功能的锂电池保护板，用于电动车，低速车，电动船舶等锂电池储能领域。

背景技术

市面上常规锂电池保护板，是利用固定参数的控制芯片、MOS开关、电阻、电容及辅助器件，其中控制芯片，在一切正常的情况下控制MOS开关导通，使电芯与外部电路导通，而当电芯电压或回路电流超过规定值时，它立刻控制MOS开关关断，保护电芯的安全，在实用效果上虽然可以满足电池组安全，但是存在着芯片参数固定且无法写入编程的问题，所以一款保护板只能用于一种材料体系的电芯，如电池工厂更换电芯材料体系，则需使用相对应参数的保护板，由于不同材料体系的保护板不等通用，使得生产流程变得复杂，并且为了考虑保护板不良品率，会增加一定采购数量，造成一定成本浪费。

实用新型内容

本实用新型提供一种智能锂电安全系统，保护电池不过放、不过充、不过流、输出短路保护，有效改善串联充电方式下的充电效果，且检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命，为了实现上述目的，采用以下技术方案：包括：控制板、功率板，所述控制板上分布有单片机、功率板接口、电源电路、激活开关电路、无故障开关电路，所述电源电路连接外部电源与所述单片机，所述功率板接口与所述单片机之间连接有激活开关电路、无故障开关电路，所述功率板接口与所述单片机通信连接，用于数据交互；所述功率板上分布有：控制板连接口、输出口、电池连接口，所述控制板连接口与所述功率板连接口连接，用于与所述单片机数据交互，所述输出口连接功率板连接口与受控部件，所述输出口与电池连接口之间连接有开关电路，所述开关电路通断通过所述无故障开关电路驱动。

优选的，所述开关电路采用MOS管驱动，所述开关电路通过控制板连接口、功率板接口与无故障开关电路的输出端连接。优选的，所述激活开关电路采用光耦开关，激活开关电路的输入端接单片机，输出端接功率板接口。

优选的，所述控制板上分布有光耦隔离电路，所述光耦隔离电路连接单片机和功率板接口，用于控制板、功率板之间发射、接收信号的隔离。

优选的，所述光耦隔离电路设置有两路，为光耦隔离电路Ⅰ、光耦隔离电路Ⅱ，光耦隔离电路Ⅰ输入信号端接功率板接口，用于输入功率板的数据，光耦隔离电路Ⅰ输出信号端接单片机的RX管脚；光耦隔离电路Ⅱ的输入信号端接单片机的TX管脚、信号输出端接功率板接口。

优选的，所述控制板上还设置有参数设置接口，所述参数设置接口连接单片机与信号机，用于信号机与单片机的数据交互。

本实用新型的有益效果：采用可写入控制程序的单片机，可以写入控制程序,使得同一块保护板可根据不同电芯材料要求来更改保护参数，而不用更改硬件，如使用三元材料电芯，可将保护电压保护参数改为：过充4.2v过放2.75v，如使用磷酸铁锂材料电芯，便将保护参数改为：过充3.6v过放2.5v，而无需更换整块保护板，起到简化生产流程的作用，也减轻了采购压力；单片机在一切正常的情况下控制开关电路导通，使电芯与外部电路导通，而当电芯电压或回路电流超过设定值时，立刻控制开关电路关断，保护电芯的安全；且控制板和功率板独立分设，有利于散热，延长其使用寿命。

附图说明

图1为关于本专利申请的框架示意图；

图2为控制板中关于单片机的管脚示意图；

图3为控制板中关于功率板接口的硬件图；

图4为控制板中关于激活开关电路的电路原理图；

图5为控制板中关于无故障开关电路的电路原理图；

图6为控制板中关于光耦隔离电路的电路原理图；

图7为控制板的通讯接口硬件原理图；

图8为电源电路的电路原理图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型作进一步说明。

图1所示，本专利包括：控制板、功率板，控制板上分布有单片机、功率板接口、电源电路、激活开关电路、无故障开关电路，电源电路连接外部电源与单片机，用于对单片机供电，功率板接口与单片机之间连接有激活开关电路，用于单片机与功率板接口的同步激活，功率板接口与单片机之间连接有无故障开关电路，用于无故障时触发功率板接口与单片机之间的导通，功率板接口与单片机通信连接；功率板上分布有：控制板连接口、输出口、电池连接口，控制板连接口与功率板连接口连接，用于与单片机数据交互，输出口连接功率板连接口与受控部件，输出口与电池连接口之间连接有开关电路，开关电路通断通过所述无故障开关电路驱动，控制板上承载单片机控制电路，控制功率板开关动作，功率板承载开关电路，负责电池的通电与断电更进一步的说，单片机用于储存保护参数和执行保护指令，通过采样电路检测当前电芯电压或回路电流是否在设定范围内，如一切正常，单片机驱动无故障开关电路导通，通过无故障开关电路的输出信号来控制功率板上的开关电路导通，使电池连接口和输出口导通，使电芯与外部电路导通，如某一参数超出设定范围，它立刻控制开关电路关断，电池连接口和输出口断开，保护电芯的安全。

图2所示，单片机采用BQ76PL455芯片，WAKEUP管脚为激活管脚，WAKEUP管脚高电平时单片机激活，VP管脚上电、激活开关电路导通；当采样电路检测到当前信号正常时，FAULT管脚为高电平，无故障开关电路输入端连接FAULT管脚，控制无故障开关电路的导通。

开关电路采用常规的MOS管或者开关三极管驱动，开关电路通过控制板连接口、功率板接口与无故障开关电路的输出端连接，无故障开关导通使开关电路导通，从而使电池连接口和输出口导通连接，当采样异常时，无故障开关断开，开关电路输入低电平截止，电池连接口和输出口断开。

图3所示，故障开关采用光耦开关，光耦开关的输入端接单片机的WAKEUP管脚，输出端接功率板接口。

图4所示，激活开关电路采用光耦开关，激活开关电路的输入端接单片机的FAULT管脚，输出端接功率板接口。

图5所示，控制板上分布有光耦隔离电路，光耦隔离电路连接单片机和功率板接口，用于控制板、功率板之间发射、接收信号的隔离。

图5所示，光耦隔离电路设置有两路，为光耦隔离电路Ⅰ、光耦隔离电路Ⅱ，光耦隔离电路Ⅰ输入信号端接功率板接口，用于输入功率板的数据，光耦隔离电路Ⅰ输出信号端接单片机的RX管脚；光耦隔离电路Ⅱ的输入信号端接单片机的TX管脚、信号输出端接功率板接口，通过RX、TX管脚实现数据的交互。

控制板上还设置有参数设置接口，参数设置接口连接单片机与信号机，用于信号机与单片机的数据交互。

图7所示，控制板上还设置有两组通讯电路，一组通讯电路连接功率板接口和单片机的COMML、COMMH管脚，另一组连接电路连接功率板接口和单片机的FAULTL、FAULTH管脚，实现通讯作用。

图8所示为电源电路，该电源电路经过升压、降压稳压后输出电压至单片机，升压电路采用B0512S-1W电源模块，输入5v直流电源电压、经隔离升压后输出12v电压；降压稳压电路采用78L05稳压器，12v电压经滤波后输入至稳压器降压处理后输出5v电压，该电压输出至单片机的VIO、VDIG管脚，同时由于单片机的启动基于VP管脚的启动，所以采用了图8所示的共射极放大电路，发射极输出接单片机的VIO、VDIG管脚，当VP管脚低电平时，单片机的VIO、VDIG管脚输入低电平。

采用可写入控制程序的单片机，可以写入控制程序,使得同一块保护板可根据不同电芯材料要求来更改保护参数，而不用更改硬件，如使用三元材料电芯，可将保护电压保护参数改为：过充4.2v过放2.75v，如使用磷酸铁锂材料电芯，便将保护参数改为：过充3.6v过放2.5v即可使用，而无需更换整块保护板，起到简化生产流程的作用，也减轻了采购压力；单片机在一切正常的情况下控制开关电路导通，使电芯与外部电路导通，而当电芯电压或回路电流超过设定值时，立刻控制开关电路关断，保护电芯的安全；且控制板和功率板独立分设，有利于散热，延长其使用寿命。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围，而所附权利要求意在涵盖落入本实用新型精神和范围中的这些修改或者等同替换。

Claims (7)

1.一种智能锂电安全系统，其特征在于：包括：控制板、功率板，所述控制板上分布有单片机、功率板接口、电源电路、激活开关电路、无故障开关电路，所述电源电路连接外部电源与所述单片机，所述功率板接口与所述单片机之间连接有激活开关电路、无故障开关电路，所述功率板接口与所述单片机通信连接，用于数据交互；所述功率板上分布有：控制板连接口、输出口、电池连接口，所述控制板连接口与所述功率板连接口连接，用于与所述单片机数据交互，所述输出口连接功率板连接口与受控部件，所述输出口与电池连接口之间连接有开关电路，所述开关电路通断通过所述无故障开关电路驱动。

2.根据权利要求1所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述开关电路采用MOS管驱动，所述开关电路通过控制板连接口、功率板接口与无故障开关电路的输出端连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述故障开关采用光耦开关，光耦开关的输入端接单片机，输出端接功率板接口。

4.根据权利要求1所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述激活开关电路采用光耦开关，激活开关电路的输入端接单片机，输出端接功率板接口。

5.根据权利要求1所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述控制板上分布有光耦隔离电路，所述光耦隔离电路连接单片机和功率板接口，用于控制板、功率板之间发射、接收信号的隔离。

6.根据权利要求5所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述光耦隔离电路设置有两路，为光耦隔离电路Ⅰ、光耦隔离电路Ⅱ，光耦隔离电路Ⅰ输入信号端接功率板接口，用于输入功率板的数据，光耦隔离电路Ⅰ输出信号端接单片机的RX管脚；光耦隔离电路Ⅱ的输入信号端接单片机的TX管脚、信号输出端接功率板接口。

7.根据权利要求1所述的一种智能锂电安全系统，其特征在于：所述控制板上还设置有参数设置接口，所述参数设置接口连接单片机与信号机，用于信号机与单片机的数据交互。

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