一种锂电池安全管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种锂电池安全管理系统，包括：控制管理单元；依次串联的第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；第一电流采样和第二电流采样；所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极；所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端；所述第三可控开关一端接电池组正极，另一端作为放电端正极，其控制端连接控制管理单元；所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间；所述第二电流采样串接在放电端负极和电池组负极之间。本实用新型专利技术所述的锂电池安全管理系统，能够对电池组进行安全管理，延长锂电池使用寿命，降低电池失效风险，大大降低电池组充放电失控概率，避免出现安全事故。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池安全管理系统
本技术涉及动力锂电池充放电安全管理领域，特别是涉及一种锂电池安全管理系统。
技术介绍
动力锂电池具有能量密度大、功率密度高的优点，因此电动汽车、电动工具、应急启动电源等大功率用电设备大多采用动力锂电池作为能量源。但动力锂电池固有的安全性问题一直没有得到有效的解决，锂电池过充、过放、温度失控、电池电压不一致等都会影响电池使用寿命，严重时将发生电池鼓包、着火、甚至爆炸等安全事故，危及人身财产安全。现有的锂电池管理系统具有一定的安全保护功能，但其对电池的保护和失效管理考虑不够全面，仅具有简单的充放电控制功能，且只具有一级保护，可靠性较低，失效概率较大，仍会经常发生着火、爆炸，无法满足用电设备的安全使用，市场难以接受，需要改进。
技术实现思路
本技术主要解决的技术问题是提供一种锂电池安全管理系统，提升锂电池充电和放电的多级保护，提高锂电池作为大功率用电设备能量源时的可靠性和使用安全性。为解决上述技术问题，本技术采用的一个技术方案是：提供一种锂电池安全管理系统，包括：控制管理单元；依次串联的第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；第一电流采样和第二电流采样；所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，从而控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；所述第三可控开关一端接电池组正极，另一端作为放电端正极，其控制端连接控制管理单元；所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；所述第二电流采样串接在放电端负极和电池组负极之间，用于采集放电电流并反馈给控制管理单元；所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置而在温度过低时给电池组加热。在本技术一个较佳实施例中，所述控制管理单元包括：控制器；正温度系数可恢复热敏电阻F1，连接在充电端P1，充电端P1连接外部充电器，常温下，正温度系数可恢复热敏电阻F1为低阻态，保持正常充电；当充电电流大于设定值时，正温度系数可恢复热敏电阻F1温度升高，变为高阻态，断开充电回路，形成充电过流硬件保护；充电信号监测电路，包括：电阻R101、电阻R102和三极管Q101，电阻R101、电阻R102将充电器电压分压后送入三极管Q101，当外部充电器接入时，IN_CHG端口产生中断信号唤醒控制器，控制器判断是否满足充电条件，执行下一步动作；电压监测电路，包括：电阻R104、电阻R105、电容C102和二极管D101，电阻R104、电阻R105将充电器电压分压后送入电容C102和二极管D101以及控制器AD_CHG端口，当充电器电压在正常范围内，控制器打开第二可控开关，即MOS管Q104，否则Q104处于断开状态；第二可控开关驱动电路，包括电阻R109、电阻R110、电阻R111和三极管Q105，电阻R109、电阻R110和三极管Q105串联在MOS管Q104的源极与电池组负极接口之间，电阻R111连接在三极管Q105的基极和控制端EN_CHG2之间，受控制端EN_CHG2控制，作为充电一级保护机制；同理，电阻R106、电阻R107、电阻R108和三极管Q103组成第一可控开关驱动电路，第一可控开关即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作为充电二级保护机制；MOS管Q102、MOS管Q104形成多级串联的保护机制，只有当两者都打开时才形成充电回路。在本技术一个较佳实施例中，所述第一电流采样包括采样电阻RS1、电阻R103和电容C101，电阻R103和电容C101串联在电池组负极和充电端负极之间，采样电阻RS1两端分别连接充电端负极和电池组负极，用于采集充电回路电流并通过FB_CHG端口反馈给控制器，控制器监测充电电流大小，一旦超出正常值，就会通过EN_CHG2端口关闭MOS管Q104，形成充电过流软件保护。在本技术一个较佳实施例中，所述锂电池安全管理系统还包括电池组一级保护电路，所述电池组一级保护电路包括电池均衡电路和电池电压采集电路。在本技术一个较佳实施例中，所述电池均衡电路包括数条电阻耗能电路，用于消耗电压较高的那一串电池组的电压，维持各串电池组电压相等，所述电阻耗能电路分别连接在控制器与对应的一串电池两端，所述电阻耗能电路分别包括第一耗能电阻、耗能电路三极管、光耦、第二耗能电阻和第三耗能电阻，所述第一耗能电阻和耗能电路三极管串联在对应的一串电池两端，所述光耦、第二耗能电阻也串联在对应的一串电池两端，耗能电路三极管的基极连接在光耦和第二耗能电阻之间，所述第三耗能电阻串联在光耦的控制端与控制器的控制端之间。在本技术一个较佳实施例中，所述电池电压采集电路分别包括控制三极管、电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路，所述电压采集三极管、第一电压采集电阻和第一RC滤波电路串联在每一串电池组的正极和接地线之间，第一RC滤波电路与控制器的AD端口相连接，用于采集对应一串电池组的电压，电压采集三极管的基极还分别串联有第二电压采集电阻，数个第二电压采集电阻并联后与控制三极管相连接，所述控制三极管的基极设置有第三电压采集电阻，所述第三电压采集电阻与控制器的EN_ADC端口相连接，控制器通过EN_ADC端口管理控制三极管的导通或关断，当管理系统满足睡眠条件时，控制器关断控制三极管，从而电压采集三极管也被关断，电压采集通道关闭，进一步降低系统功耗，延长电池组存储时间。在本技术一个较佳实施例中，所述锂电池安全管理系统还包括电池组二级保护电路，所述电池组二级保护电路包括：电池保护芯片；第二RC滤波电路，每一串电池组电压分别通过第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VCX引脚，电池组总正极还通过一个第二RC滤波电路连接至电池保护芯片的VDD引脚进行供电，未使用的电压监测引脚接地；电阻R305和三极管Q301，电阻R305串联在三极管Q301和电池保护芯片输出引脚CO之间，三极管Q301集电极输出端EN_CHG1控制第一可控开关的导通或关断，同时输出端EN_CHG1还接在控制器的输入端口，用于告知控制器EN_CHG1端口的输出状态；当电池保护芯片检测到任一串电池组电压过高时，输出端CO输出高电平，三极管Q301导通，端口EN_CHG1被拉低，三极管Q103断开，MOS管Q102也随之断开，充电回路关闭，避免电池组出现过充，构成电池组电压二级保护，同时，EN_CHG1端口关断信号还送入控制器，控制器进一步将MOS管Q104也关断，确保MOS管Q102、Q104都处于关断状态，避免出现安全事故。在本技术一个较佳实施例中，所述电池电压采集电路和电池组二级保护电路还具有断线保护功能；当电池电压采集电路或电池组二级保护电路采集不到电池组电压时，将关闭第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关，禁止电池组充电或放电。在本技术一个较佳实施例中，所述锂电池安全管理系统还包括温度采集电路，所述温度采集电路包括电阻R401和热敏电阻RT4，电阻R401和热敏电阻RT4分压后接入控制器AD_TSN端口，热敏电阻RT4置于电池组内部，实时监测电池组温度，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池安全管理系统，用于电池组以及其充电和放电的安全管理，其特征在于，包括：控制管理单元；依次串联的第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；第一电流采样和第二电流采样；所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，从而控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；所述第三可控开关一端接电池组正极，另一端作为放电端正极，其控制端连接控制管理单元；所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；所述第二电流采样串接在放电端负极和电池组负极之间，用于采集放电电流并反馈给控制管理单元；所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置而在温度过低时给电池组加热。

【技术特征摘要】
1.一种锂电池安全管理系统，用于电池组以及其充电和放电的安全管理，其特征在于，包括：控制管理单元；依次串联的第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关；第一电流采样和第二电流采样；所述第一可控开关一端接充电端正极，另一端经第二可控开关连接到电池组的正极，组成充电两级保护结构；所述控制管理单元分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制端，从而控制第一可控开关和第二可控开关开通或关断；所述第三可控开关一端接电池组正极，另一端作为放电端正极，其控制端连接控制管理单元；所述第一电流采样串接在充电端负极和电池组负极之间，用于采集充电电流并反馈给控制管理单元；所述第二电流采样串接在放电端负极和电池组负极之间，用于采集放电电流并反馈给控制管理单元；所述电池组是由多节锂电池串并联组成至少2串的锂电池组，所述电池组每一串之间还安装有温控装置而在温度过低时给电池组加热。2.根据权利要求1所述的锂电池安全管理系统，其特征在于，所述控制管理单元包括：控制器；正温度系数可恢复热敏电阻F1，连接在充电端P1，充电端P1连接外部充电器，常温下，正温度系数可恢复热敏电阻F1为低阻态，保持正常充电；当充电电流大于设定值时，正温度系数可恢复热敏电阻F1温度升高，变为高阻态，断开充电回路，形成充电过流硬件保护；充电信号监测电路，包括：电阻R101、电阻R102和三极管Q101，电阻R101、电阻R102将充电器电压分压后送入三极管Q101，当外部充电器接入时，IN_CHG端口产生中断信号唤醒控制器，控制器判断是否满足充电条件，执行下一步动作；电压监测电路，包括：电阻R104、电阻R105、电容C102和二极管D101，电阻R104、电阻R105将充电器电压分压后送入电容C102和二极管D101以及控制器AD_CHG端口，当充电器电压在正常范围内，控制器打开第二可控开关，即MOS管Q104，否则Q104处于断开状态；第二可控开关驱动电路，包括电阻R109、电阻R110、电阻R111和三极管Q105，电阻R109、电阻R110和三极管Q105串联在MOS管Q104的源极与电池组负极接口之间，电阻R111连接在三极管Q105的基极和控制端EN_CHG2之间，受控制端EN_CHG2控制，作为充电一级保护机制；同理，电阻R106、电阻R107、电阻R108和三极管Q103组成第一可控开关驱动电路，第一可控开关即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作为充电二级保护机制；MOS管Q102、MOS管Q104形成多级串联的保护机制，只有当两者都打开时才形成充电回路。3.根据权利要求2所述的锂电池安全管理系统，其特征在于，所述第一电流采样包括采样电阻RS1、电阻R103和电容C101，电阻R103和电容C101串联在电池组负极和充电端负极之间，采样电阻RS1两端分别连接充电端负极和电池组负极，用于采集充电回路电流并通过FB_CHG端口反馈给控制器，控制器监测充电电流大小，一旦超出正常值，就会通过EN_CHG2端口关闭MOS管Q104，形成充电过流软件保护。4.根据权利要求2所述的锂电池安全管理系统，其特征在于，所述锂电池安全管理系统还包括电池组一级保护电路，所述电池组一级保护电路包括电池均衡电路和电池电压采集电路。5.根据权利要求4所述的锂电池安全管理系统，其特征在于，所述电池均衡电路包括数条电阻耗能电路，所述电阻耗能电路分别连接在控制器与对应的一串电池两端，所述电阻耗能电路分别包括第一耗能电阻、耗能电路三极管、光耦、第二耗能电阻和第三耗能电阻，所述第一耗能电阻和耗能电路三极管串联在对应的一串电池两端，所述光耦、第二耗能电阻也串联在对应的一串电池两端，耗能电路三极管的基极连接在光耦和第二耗能电阻之间，所述第三耗能电阻串联在光耦的控制端与控制器的控制端之间。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志敏，
申请(专利权)人：苏州绿恺动力电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32