WO2016112718A1

WO2016112718A1 - 锂电池组充放电保护板及锂电池组保护系统

Info

Publication number: WO2016112718A1
Application number: PCT/CN2015/091638
Authority: WO
Inventors: 邵海涵; 邓兆威; 黄兵
Original assignee: 深圳拓邦股份有限公司
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-10-10
Publication date: 2016-07-21
Also published as: CN104617613A

Abstract

一种锂电池组充放电保护板，包括采样模块（4），与主控电路（1）电性连接，用于采样各个单体锂电池的电池信息数据；SMBUS通信端口（5），与主控电路电性连接，用于主控电路与上位机（30）之间的数据通信，以将电池信息数据上报给上位机；蓝牙模块（6），与主控电路电性连接，用于主控电路与便携式智能设备（40）之间的数据通信，以将电池信息数据无线发送给便携式智能设备。锂电池组充放电保护板不仅能够将采样到的电池信息数据发送给上位机，还能够将采样到的电池信息数据发送给便携式智能设备，从而能方便了用户对锂电池组的运行实现多途径的管理，并实现了电池信息数据的资源共享，利于锂电池组的大数据收集和接入物联网。

Description

锂电池组充放电保护板及锂电池组保护系统

技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池柱保护领域，尤其是涉及一种锂电池组充放电保护板及锂电池组保护系统。

背景技术

[0002] 锂电池组由于具有体积小、质量轻、电压高、功率大、自放电少以及使用寿命长等优点，使其逐渐成为动力电池的主流。但由于锂电池组的内部能量密度高，在过度充电状态下，内部热量积聚过多有可能损伤电池性能和使用寿命。因此，锂电池组必须配用设计优良的保护电路，以保证其在过度充、放电状态下的安全性，并防止其性能劣化。

[0003] 现有的锂电池组保护用集成电路大多采用纯模拟电路。但是纯模拟电路的生产工艺比硬件复杂，软件的可靠性不高，使用不稳定。并且，现有的锂电池组保护方案中都没有考虑锂电池组的电池信息的资源共享，不利于锂电池组的大数据收集和接入物联网。

技术问题

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种锂电池组充放电保护板及锂电池组保护系统。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锂电池组充放电保护板

，配用的锂电池组由多个单体锂电池串联组成，包括主控电路，以及与所述主控电路电性连接的充电控制电路和放电控制电路；还包括：

[0006] 采样模块，与所述主控电路电性连接，用于采样各个所述单体锂电池的电池信息数据；

[0007] SMBUS通信端口，与所述主控电路电性连接，用于所述主控电路与上位机之间的数据通信，以将所述电池信息数据上报给所述上位机； [0008] 蓝牙模块，与所述主控电路电性连接，用于所述主控电路与便携式智能设备之间的数据通信，以将所述电池信息数据无线发送给所述便携式智能设备。

[0009] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述采样模块包括：

[0010] 电压采样电路，与所述主控电路电性连接，用于采集各个所述单体锂电池的端电压；

[0011] 电流采样电路，与所述主控电路电性连接，用于采集串联的多个所述单体锂电池的回路电流；

[0012] 温度采样电路，与所述主控电路电性连接，用于采集各个所述单体锂电池的电芯表面温度。

[0013] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述电池信息数据包括各个所述单体锂电池的电池电压、回路电流和电芯表面温度，以及所述锂电池组的充放电状态信息和电量数据信息。

[0014] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述锂电池组充放电保护板还包括连接在所述主控电路和锂电池组之间的均衡电路，其中，所述锂电池组的各个单体锂电池并联连接至少一个均衡电路。

[0015] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述锂电池组充放电保护板还包括用于给所述主控电路、 SMBUS通信端口和所述蓝牙模块供电的供电电路。

[0016] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述主控电路包括过充电电压比较模块、过放电电压比较模块和基准电压源；所述基准电压源分别为所述过充电电压比较模块和所述过放电电压比较模块提供供比较的基准电压；

[0017] 所述过充电电压比较模块的输出端连接所述充电控制电路，所述过放电电压比较模块的输出端连接所述放电控制电路。

[0018] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述充电控制电路和所述放电控制电路均包括用于作为回路幵关器件的 MOS管。

[0019] 本发明的锂电池组充放电保护板中，所述主控电路包括中颖 SH79F329型号单片机。

[0020] 本发明还提供了一种锂电池组保护系统，包括锂电池组，还包括上述的锂电池组充放电保护板。 [0021] 本发明的锂电池组保护系统中，还包括上位机和便携式智能设备，所述上位机通过 SMBUS总线与所述锂电池组充放电保护板连接并进行数据通信，所述便携式智能设备与所述锂电池组充放电保护板蓝牙连接并进行数据通信。

发明的有益效果

有益效果

[0022] 实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：本发明中的锂电池组充放电保护板能通过采集模块实吋采样各个单体锂电池的电池信息数据，且该主控电路还同吋连接有 SMBUS通信端口和蓝牙模块，使得该锂电池组充放电保护板不仅能够将采样到的电池信息数据发送给上位机，还能够将采样到的电池信息数据发送给便携式智能设备，从而能方便了用户对锂电池组的运行实现多途径的管理，并实现了电池信息数据的资源共享，利于锂电池组的大数据收集和接入物联网。

对附图的简要说明

附图说明

[0023] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0024] 图 1是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保护板的结构框图；

[0025] 图 2是本发明的一实施例中的均衡电路的电路图；

[0026] 图 3是本发明的一实施例中的供电电路的电路图；

[0027] 图 4是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保护板的工作原理图；

[0028] 图 5是本发明的一实施例中的锂电池组保护系统的结构框图；

[0029] 其中， 1、主控电路； 11、过充电电压比较模块； 12、过放电电压比较模块； 1 3、基准电压源；

[0030] 2、充电控制电路； 3、放电控制电路； 4、采样模块； 41、电压采样电路； 42

、电流采样电路； 43、温度采样电路；

[0031] 5、 SMBUS通信端口； 6、蓝牙模块； 7、均衡电路； 8、供电电路；

[0032] 10、锂电池组； 20、锂电池组充放电保护板； 30、上位机； 40、便携式智能设备。实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0033] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0034] 图 1至图 4示出了本发明中的一种锂电池组充放电保护板，该锂电子组充放电保护板能够起到延长锂电池组的使用寿命，加强电池的使用安全性的作用，一般情况下，其配用的锂电池组由多个单体锂电池串联组成，当然，其配用的锂电池组也可以由多个单体锂电池并联组成，即该锂电池组充放电保护板的适用范围广，可运用于市面上大部分的锂电池组中。

[0035] 图 1是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保护板的结构框图。图 2是本发明的一实施例中的均衡电路（7) 的电路图。图 3是本发明的一实施例中的供电电路（8) 的电路图。图 4是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保护板的工作原理图。

[0036] 如图 1所示，该锂电池组充放电保护板包括主控电路（1) ，以及与该主控电路

( 1) 电性连接的充电控制电路（2) 和放电控制电路（3) 。该主控电路（1) 的主要作用在于根据编制的程序、算法，实现电池充放电的管理，保证电池正常运行，防止过充、过放、过流、短路等异常现象发生。而该充电控制电路（2 ) 和放电控制电路（3) 的主要作用在于负责幵启 /关断充、放电回路，从而达到充放电保护的功能。

[0037] 参阅图 1，该锂电池组充放电保护板除了包括上述的主控电路（1) 、充电控制电路（2) 和放电控制电路（3) 外，该锂电池组充放电保护板还包括采样模块 (4) 、 SMBUS通信端口（5) 和蓝牙模块（6) 。

[0038] 该采样模块（4) 与主控电路（1) 电性连接，该采样模块（4) 的主要作用在于采样各个单体锂电池的电池信息数据。一般情况下，该电池信息数据可包括各个单体锂电池的电池电压、回路电流和电芯表面温度，以及锂电池组的充放电状态信息和电量数据信息。

[0039] 该 SMBUS通信端口（5) 与主控电路（1) 电性连接，该 SMBUS通信端口 (5 ) 的主要用于主控电路（1) 与上位机之间的数据通信，以将电池信息数据上报给上位机。即该锂电池组充放电保护板通过 SMBUS总线连接到上位机吋，上位机上的软件可以显示采样到的电池信息数据。

[0040] 该蓝牙模块（6) 与主控电路（1) 电性连接，该蓝牙模块（6) 的主要作用在于主控电路（1) 与便携式智能设备之间的数据通信，以将电池信息数据无线发送给便携式智能设备。即该锂电池组充放电保护板可以与便携式智能设备之间建立蓝牙等无线连接。一般情况下，便携式智能设备包括常见的智能手机、平板电脑等。则建立无线连接后，该锂电池组充放电保护板采样到的电池信息数据可以无线发送给智能手机，并通过 APP软件界面进行显示。

[0041] 可以理解地，要实现该锂电池组充放电保护板与便携式智能设备之间的无线连接，除了使用上述的蓝牙模块（6) 外，还可以使用 WiFi模块或 3G通信模块等。

[0042] 综上，本发明中的锂电池组充放电保护板能通过采集模块实吋采样各个单体锂电池的电池信息数据，且该主控电路（1) 还同吋连接有 SMBUS通信端口（5) 和蓝牙模块（6) ，使得该锂电池组充放电保护板不仅能够将采样到的电池信息数据发送给上位机，还能够将采样到的电池信息数据发送给便携式智能设备，从而能方便了用户对锂电池组的运行实现多途径的管理，并实现了电池信息数据的资源共享，利于锂电池组的大数据收集和接入物联网。

[0043] 进一步地，如图 1所示，该采样模块（4) 包括电压采样电路（41) 、电流采样电路（42) 和温度采样电路（43) 。

[0044] 该电压采样电路（41) 与主控电路（1) 电性连接，该电压采样电路（41) 的主要作用在于采集各个单体锂电池的端电压。具体实施吋，该电压采样电路（4 1) 负责将锂电池组的各单体锂电池的电压接入给主控电路（1) 中的单片机的 A D端口进行差分采样，以得到单体锂电池的电压的数字量。

[0045] 该电流采样电路（42) 与主控电路（1) 电性连接，该电流采样电路（42) 的主要作用在于采集串联的多个单体锂电池的回路电流。具体实施吋，该电流采样电路（42) 负责将流经回路的电流信号转换成电压信号提供给主控电路（1) 中的单片机，该单片机采集到该信号后再将其变成数字量。

[0046] 该温度采样电路（43) 与主控电路（1) 电性连接，该温度采样电路（43) 的主要作用在于采集各个单体锂电池的电芯表面温度。一般情况下，该温度采样电路（43) 和上述的电压采样电路（41) 可以设计成一个电路，从而使得该锂电池组充放电保护板的结构尺寸更小，从而具有该锂电池组充放电保护板的锂电池组的体积更小，节省了锂电池组的安装空间，更加有利于锂电池组的安装应用。

[0047] 更进一步地，如图 1所示，该锂电池组充放电保护板还包括连接在主控电路（1 ) 和锂电池组之间的均衡电路（7) ，其中，锂电池组的各个单体锂电池并联连接至少一个均衡电路（7) 。锂电池组一般由两节以上的单体锂电池串联组成，各单体锂电池由于存在生产工艺差别、使用环境差别等原因会产生容量、性能的不一致。这种不一致的锂电池组在充电吋，容量相对小的单体锂电池会早一步过充电，而放电吋，容量相对小的单体锂电池又会早一步过放电。则该均衡电路（7) 的主要作用在于实现锂电池组的各个单体锂电池的均衡充电，降低了锂电池组串联成组对各单体锂电池间的一致性要求。

[0048] 可以理解地，该均衡电路（7) 的具体电路具有多样性，参阅图 2，本发明中的均衡电路（7) 优选的为如图 2所示的具体电路。具体实施吋，可将该均衡电路 (7) 与主控电路（1) 中的单片机的均衡 10口连接，通过程序控制单片机的均衡 10口可以幵启 /关闭各单体锂电池的均衡功能。

[0049] 另外，如图 1所示，该锂电池组充放电保护板还包括用于给主控电路（1) 、 S MBUS通信端口（5) 和蓝牙模块（6) 供电的供电电路（8) 。可以理解地，该供电电路（8) 的具体电路具有多样性，参阅图 3，本发明中的供电电路（8) 优选的为如图 3所示的具体电路。具体实施吋，该供电电路（8) 可将电池组 PACK 电压降压至各模块、单片机工作的标准电压，达到电路板供电的目的。

[0050] 在一些实施例中，如图 1所示，该主控电路（1) 可包括过充电电压比较模块 (

11) 、过放电电压比较模块（12) 和基准电压源（13) 。

[0051] 基准电压源（13) 分别为过充电电压比较模块（11) 和过放电电压比较模块 (

12) 提供供比较的基准电压，过充电电压比较模块（11) 的输出端连接充电控制电路（2) ，过放电电压比较模块（12) 的输出端连接放电控制电路（3) 。且充电控制电路（2) 和放电控制电路（3) 均包括用于作为回路幵关器件的 MO S管。 [0052] 并且，该主控电路（1) 除了能实吋采样各单体电池电压、电芯表面温度、回路电流，以将采样值与保护值作比较，判别是否对充放电回路是否切断或恢复夕卜，该主控电路（1) 还能同吋计算锂电池组的 SOC，以及实现锂电池组 SOH的容量学习。

[0053] 如图 4所示，该锂电池组充放电保护板的工作原理如下：

[0054] 充电过程中，充电器输出电流给锂电池组充电，充电电流方向如图 5中的箭头指示的回路所示，主控电路（1) 中的单片机将采集到的电压、电流、温度数据与设定好的过压、过流、过温保护参数做比较，如果超过了保护参数则切断充电 MOS管 (充电 MOS)，使充电回路断幵，保护锂电池组不过充。

[0055] 放电过程中，锂电池组输出电流给负载放电，放电电流方向如图 5中的箭头指示的回路所示，主控电路（1) 中的单片机将采集到的电压、电流、温度数据与设定好的欠压、过流、过温保护参数做比较，如果超过了保护参数则切断放电 M OS管 (放电 MOS)，使放电回路断幵，保护锂电池组不过放。

[0056] 在一些实施例中，上述主控电路（1) 中的单片机可采用中颖 SH79F329型号单片机。该 SH79F329型号单片机带有模拟前端的增强型 8051微处理器。且该 SH79 F329型号单片机集成了电压采样模拟前端，采样弓 I脚外接电池可直接获取单体锂电池的电压信息，集成的 16位 ADC，使得电压、电流的采样精度很高，保证了 SOC及 SOH的精准度。此外，该 SH79F329型号单片机还集成了 12V高压输出控制引脚，可直接驱动控制充放电 MOS管，这很大程度上减少了外围器件，缩小了 PCB结构尺寸。

[0057] 图 5示出了本发明中的一种锂电池组保护系统，图 5是本发明的一实施例中的锂电池组保护系统的结构框图。如图 5所示，该锂电池组（10) 保护系统包括锂电池组（10) 和上述的锂电池组充放电保护板（20) 。该锂电池组（10) 可以广泛应用于笔记本电脑、不间断电源、汽车、安防、通讯、医疗、航空 /航天、军事等领域。

[0058] 该锂电池组（10) 保护系统还包括上位机（30) 和便携式智能设备（40) ，上位机（30) 通过 SMBUS总线与锂电池组充放电保护板（20) 连接并进行数据通信，便携式智能设备（40) 与锂电池组充放电保护板（20) 蓝牙连接并进行数据通信。可以理解地，该上位机（30) 可以为常见的计算机或 PC电脑等，该便携式智能设备（40) 可以为常见的智能手机或平板电脑等。

[0059] 进一步地，该上位机（30) 中安装有用于査看电池组状态及使用情况的软件，该软件还可以提供系统参数设置界面供专业人士设置电池保护参数。同样的，该便携式智能设备（40) 中安装有用于査看电池组状态及使用情况的 APP，且随着 APP的功能的不断更新，同样可以实现在便携式智能设备（40) 上设置电池保护参数。即锂电池组（10) 保护系统能够使得用户可以多途径监控和管理该锂电池组 (10) 。

[0060] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

权利要求书

一种锂电池组充放电保护板，配用的锂电池组由多个单体锂电池串联组成，包括主控电路（1) ，以及与所述主控电路（1) 电性连接的充电控制电路（2) 和放电控制电路（3) ；其特征在于，还包括：采样模块（4) ，与所述主控电路（1) 电性连接，用于采样各个所述单体锂电池的电池信息数据；

SMBUS通信端口（5) ，与所述主控电路（1) 电性连接，用于所述主控电路（1) 与上位机之间的数据通信，以将所述电池信息数据上报给所述上位机；

蓝牙模块（₆) ，与所述主控电路（1) 电性连接，用于所述主控电路

(1) 与便携式智能设备之间的数据通信，以将所述电池信息数据无线发送给所述便携式智能设备。

根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述采样模块（4) 包括：

电压采样电路（41) ，与所述主控电路 (1) 电性连接，用于采集各个所述单体锂电池的端电压；

电流采样电路（42) ，与所述主控电路 (1) 电性连接，用于采集串联的多个所述单体锂电池的回路电流；

温度采样电路（43) ，与所述主控电路 (1) 电性连接，用于采集各个所述单体锂电池的电芯表面温度。

根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述电池信息数据包括各个所述单体锂电池的电池电压、回路电流和电芯表面温度，以及所述锂电池组的充放电状态信息和电量数据信息。根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述锂电池组充放电保护板还包括连接在所述主控电路（1) 和锂电池组之间的均衡电路（7) ，其中，所述锂电池组的各个单体锂电池并联连接至少一个均衡电路（7) 。

根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述锂电池组充放电保护板还包括用于给所述主控电路（1) 、 SMBUS通信端口（5) 和所述蓝牙模块（6) 供电的供电电路（8) 。

[权利要求 6] 根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述主控电路（1) 包括过充电电压比较模块（11) 、过放电电压比较模块

( 12) 和基准电压源（13) ；所述基准电压源（13) 分别为所述过充电电压比较模块（11) 和所述过放电电压比较模块（12) 提供供比较的基准电压；

所述过充电电压比较模块（11) 的输出端连接所述充电控制电路 (2 ) ，所述过放电电压比较模块（12) 的输出端连接所述放电控制电路

(3) 。

[权利要求 7] 根据权利要求 6所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述充电控制电路（2) 和所述放电控制电路（3) 均包括用于作为回路幵关器件的 MOS管。

[权利要求 8] 根据权利要求 1所述的锂电池组充放电保护板，其特征在于，所述主控电路（1) 包括中颖 SH79F329型号单片机。

[权利要求 9] 一种锂电池组（10) 保护系统，包括锂电池组（10) ，其特征在于，还包括权利要求 1至 8任一项所述的锂电池组充放电保护板（20) 。

[权利要求 10] 根据权利要求 9所述的锂电池组（10) 保护系统，其特征在于，还包括上位机（30) 和便携式智能设备（40) ，所述上位机（30) 通过 S MBUS总线与所述锂电池组充放电保护板（20) 连接并进行数据通信，所述便携式智能设备（40) 与所述锂电池组充放电保护板（20) 蓝牙连接并进行数据通信。