CN216564605U - 一种磷酸铁锂动力电池管理电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其是指一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其包括主控模块以及分别与主控模块连接的测控电路以及均衡电路，所述测控电路包括电压测量部分、电流测量部分、温度测量部分以及控制保护部分；所述电压测量部分的每路电压采集通道上设置有保护电阻。本实用新型结构简单、设计巧妙，拓展性强，采集数据功能强大，电流检测范围宽，电压检测精度高，可同时进行多路数据采集，实现对电池充电时进行监测，结构可靠。

Description

一种磷酸铁锂动力电池管理电路

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其是指一种磷酸铁锂动力电池管理电路。

背景技术

磷酸铁锂动力电池因为其单体电压大、能量密度大、自放电小等优点被广泛应用于新能源汽车中，但其所存在的缺点也是显而易见的，必须使用电池管理电路对其进行监测和管理，否则对整个设备的性能有很大影响，甚至引发安全问题。

发明内容

本实用新型针对现有技术的问题提供一种磷酸铁锂动力电池管理电路，结构简单、设计巧妙，拓展性强，采集数据功能强大，电流检测范围宽，电压检测精度高，可同时进行多路数据采集，实现对电池充电时进行监测，结构可靠。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型提供的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，包括主控模块以及分别与主控模块连接的测控电路以及均衡电路，所述测控电路包括电压测量部分、电流测量部分、温度测量部分以及控制保护部分，所述电压测量部分用于检测锂电池两端的电压，所述电流测量部分用于检测锂电池的工作电流，所述温度测量部分用于检测锂电池的温度，所述控制保护部分用于保护锂电池；所述均衡电路用于定期检查各个锂电池单体的电压值；所述电压测量部分的每路电压采集通道上设置有保护电阻。

其中，所述主控模块采用型号为MM9Z1J638的主控芯片U1。

其中，所述电压测量部分包括四路所述电压采集通道，四路所述电压采集通道上分别设置有电阻R31、电阻R32、电阻R33和电阻 R36。

其中，所述电流测量部分包括ISENSEH连接端、ISENSEL连接端、电阻R21、电阻R22和采样电阻Rs，ISENSEH连接端和ISENSEL 连接端分别与主控模块连接，所述ISENSEH连接端依次连接电阻 R21、采样电阻Rs和电阻R22后与所述ISENSEL连接端连接，所述采样电阻Rs用于与锂电池连接。

其中，所述温度测量部分包括温度传感器RT1、电阻R4、电阻 R5、PTB0连接端和PTB5连接端，温度传感器RT1的一端与PTB5 连接端连接，温度传感器RT1的另一端连接于电阻R5的一端、电阻 R4的一端，电阻R4的另一端用于外接电源，电阻R5的另一端与PTB0 连接端连接，PTB0连接端和PTB5连接端分别与主控模块连接。

其中，所述控制保护部分包括PA1连接端、PA0连接端、MOS 管Q1、MOS管Q2、二极管D2和二极管D6，所述MOS管Q1通过PA0连接端与主控模块连接，所述MOS管Q2通过PA1连接端与主控模块连接，MOS管Q1与二极管D2并联，MOS管Q2与二极管 D6并联，MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的漏极连接，MOS管Q1 的源极与ISENSEL连接端连接，所述MOS管Q2的源极与锂电池BAT-端连接。

其中，所述均衡电路包括与主控模块连接的多个旁路开关，每个旁路开关分别并联一个电池。

本实用新型的有益效果：

本实用新型结构简单、设计巧妙，拓展性强，采集数据功能强大，电流检测范围宽，电压检测精度高，可同时进行多路数据采集，实现对电池充电时进行监测，结构可靠。

附图说明

图1为本实用新型的主控模块的电路图。

图2为本实用新型的电压测量部分的电路图。

图3为本实用新型的电流测量部分的电路图。

图4为本实用新型的温度测量部分的电路图。

图5为本实用新型的控制保护部分的电路图。

图6为本实用新型的均衡电路的电路图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。以下结合附图对本实用新型进行详细的描述。

一种磷酸铁锂动力电池管理电路，如图1至图6所示，包括主控模块以及分别与主控模块连接的测控电路以及均衡电路，所述测控电路包括电压测量部分、电流测量部分、温度测量部分以及控制保护部分，所述电压测量部分用于检测锂电池两端的电压，所述电流测量部分用于检测锂电池的工作电流，所述温度测量部分用于检测锂电池的温度，所述控制保护部分用于保护锂电池；所述均衡电路用于定期检查各个锂电池单体的电压值；所述电压测量部分的每路电压采集通道上设置有保护电阻。其中，所述主控模块采用型号为MM9Z1J638的主控芯片U1。

其中，所述电压测量部分包括四路所述电压采集通道，四路所述电压采集通道上分别设置有电阻R31、电阻R32、电阻R33和电阻 R36。

其中，所述电流测量部分包括ISENSEH连接端、ISENSEL连接端、电阻R21、电阻R22和采样电阻Rs，ISENSEH连接端和ISENSEL 连接端分别与主控模块连接，所述ISENSEH连接端依次连接电阻 R21、采样电阻Rs和电阻R22后与所述ISENSEL连接端连接，所述采样电阻Rs用于与锂电池连接。具体地，ISENSEH连接端、ISENSEL 连接端分别与主控芯片U1的ISENSEH引脚、ISENSEL引脚连接。

其中，所述温度测量部分包括温度传感器RT1、电阻R4、电阻 R5、PTB0连接端和PTB5连接端，温度传感器RT1的一端与PTB5 连接端连接，温度传感器RT1的另一端连接于电阻R5的一端、电阻 R4的一端，电阻R4的另一端用于外接电源，电阻R5的另一端与PTB0 连接端连接，PTB0连接端和PTB5连接端分别与主控模块连接。具体地，PTB0连接端和PTB5连接端分别与主控芯片U1的PTB0引脚和PTB5引脚连接。

其中，所述控制保护部分包括PA1连接端、PA0连接端、MOS 管Q1、MOS管Q2、二极管D2和二极管D6，所述MOS管Q1通过PA0连接端与主控模块连接，所述MOS管Q2通过PA1连接端与主控模块连接，MOS管Q1与二极管D2并联，MOS管Q2与二极管 D6并联，MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的漏极连接，MOS管Q1 的源极与ISENSEL连接端连接，所述MOS管Q2的源极与锂电池BAT-端连接。具体地，ISENSEL连接端与主控芯片U1的ISENSEL 引脚连接，PA1连接端、PA0连接端分别与主控芯片U1的PA1引脚、 PA0引脚连接。

具体地，本实用新型设计巧妙，MM9Z1J638其特性为：较宽的电池电流测量范围，根据所选的采样电阻Rs，最高可采集±2000A 的电流；能同步实现电压通道和电流通道间的测量，满足电压采集精度要求；

其中，电流测量部份通过测量采样电阻Rs两端的压降Vdrop来实现的。Vdrop定义为ISENSEL和ISENSEH两个引脚之间的差分电压，Vdrop为正表示正电流，锂电池处于充电状态，Vdrop为负表示负电流，表示锂电池处于放电状态。测控电路的电压测量部分如图2 所示，MM9Z1J638集成了4路电池电压和1路电流采集，可实现电压和电流的同步采集，为了保护MCU的引脚，在每个电压采集通道上加了一个保护电阻，即电阻R31、电阻R32、电阻R33和电阻R36。

锂电池工作电流的测量是通过测量采样电阻Rs两端的压降 Vdrop来实现的。Vdrop定义为ISENSEL和ISENSEH两个引脚之间的差分电压，Vdrop为正表示正电流，锂电池处于充电状态，Vdrop为负表示负电流，表示锂电池处于放电状态。考虑到最终的锂电池管理系统要装载在车辆启动电池上长期测量，锂电池管理系统的供电也是由锂电池供电，本实用新型采用ISENSEH连接锂电池的负极，ISENSEL 连接负载流电的负极的连接方式，这样的连接方式表示测得的电流包括了电池管理系统自身的电流消耗。对于电流采样电阻Rs大小的选择，可以根据测量对象工作时所需最大的电流值来选取，如当Rs为 50Ω。时，电流的测量范围为±2000A，本系统采用2mΩ的采样电阻，电流的测量范围为±50A。

锂电池温度的测量既可以使用MM9Z1J638内部集成温度传感器 (独立的16位ADC)，也可以利用PTB0至PTB5等IO口，通过外接温度传感器进行温度采集。

本实用新型为达到温度的精确测量，采用外接温度传感器的方法，能准确测量各个电池单体的温度。图中的RT1为外接的温度传感器。

在外接温度传感器工作时，引脚PTB5接到传感器的GND脚，在MM9Z1J638的睡眠模式和停止模式下，PTB5自动断开，这样的连接方式可以有效的减少锂电池管理系统自身的功耗。

当锂电池组工作出现异常时，如出现短路，或者锂电池的充电电流过大，或者锂电池的电压过低时，MM9Z1J638切断电池组的工作回路，并给上位机发送故障警报，等故障排除后，恢复电池的工作回路。进一步的，在所示的电路中,PA0为放电保护控制引脚,PA1为充电保护控制引脚。在电池放电时，电流从电池BAT-经过二极管D6和MOS管Q1流至ISENSEL引脚，当电压低于电池放电终止电压时，PA0 控制MOS管Q1关断，锂电池停止放电；在充电时，电流从ISENSEL引脚经过二极管D2和MOS管Q2流至电池BAT-端，当电池的电压达到充电截止电压时，PA1引脚控制MOS管Q2关断，锂电池停止充电，保护电池，防止过充情况的发生。

本实施例中，所述均衡电路包括与主控模块连接的多个旁路开关，每个旁路开关分别并联一个电池。具体地，该均衡电路采用电阻均衡法，每个旁路开关串联有一个分流电阻；原理如下:当电池组进行充放电工作时，定期检查各个电池单体的电压值,当某个电池单体的电压和电池组各个单体电压均值之间的差值超过一定阈值时,闭合对应的旁路开关,通过分流电阻进行分流,从而降低该单体的电压；当电池电压趋于一致时,断开相应的旁路开关。虽然这种均衡电路的效率比较低，但对于由上百节电池单体组成的电池组来说，其复杂度很小，控制相对容易，扩展性较高。

以上所述，仅是本实用新型较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：包括主控模块以及分别与主控模块连接的测控电路以及均衡电路，所述测控电路包括电压测量部分、电流测量部分、温度测量部分以及控制保护部分，所述电压测量部分用于检测锂电池两端的电压，所述电流测量部分用于检测锂电池的工作电流，所述温度测量部分用于检测锂电池的温度，所述控制保护部分用于保护锂电池；所述均衡电路用于定期检查各个锂电池单体的电压值；所述电压测量部分的每路电压采集通道上设置有保护电阻。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述主控模块采用型号为MM9Z1J638的主控芯片U1。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述电压测量部分包括四路所述电压采集通道，四路所述电压采集通道上分别设置有电阻R31、电阻R32、电阻R33和电阻R36。

4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述电流测量部分包括ISENSEH连接端、ISENSEL连接端、电阻R21、电阻R22和采样电阻Rs，ISENSEH连接端和ISENSEL连接端分别与主控模块连接，所述ISENSEH连接端依次连接电阻R21、采样电阻Rs和电阻R22后与所述ISENSEL连接端连接，所述采样电阻Rs用于与锂电池连接。

5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述温度测量部分包括温度传感器RT1、电阻R4、电阻R5、PTB0连接端和PTB5连接端，温度传感器RT1的一端与PTB5连接端连接，温度传感器RT1的另一端连接于电阻R5的一端、电阻R4的一端，电阻R4的另一端用于外接电源，电阻R5的另一端与PTB0连接端连接，PTB0连接端和PTB5连接端分别与主控模块连接。

6.根据权利要求4所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述控制保护部分包括PA1连接端、PA0连接端、MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D2和二极管D6，所述MOS管Q1通过PA0连接端与主控模块连接，所述MOS管Q2通过PA1连接端与主控模块连接，MOS管Q1与二极管D2并联，MOS管Q2与二极管D6并联，MOS管Q1的漏极与MOS管Q2的漏极连接，MOS管Q1的源极与ISENSEL连接端连接，所述MOS管Q2的源极与锂电池BAT-端连接。

7.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂动力电池管理电路，其特征在于：所述均衡电路包括与主控模块连接的多个旁路开关，每个旁路开关分别并联一个电池。

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