一种锂电池保护板制造技术

本发明专利技术公开了一种锂电池保护板。根据各种锂电池保护板隐患的分析，重新确立了控制过程的运算规则，选择最为体现隐患特征的FET功耗累积量作为控制指标，构造新型锂电池保护板。所发明专利技术控制电路用8位MCU采集信号、A/D变换和数据处理，最终通过FET控制电气设备。本发明专利技术还构造了旧有锂电池保护板的二次保护模块，该模块采集原有保护板信号，做A/D变换，处理数据，并将控制控制信号送回原保护板，该模块由链接键与原电池保护板链接，获取模拟信号，获取工作电源，反馈控制信号。经测试，新型锂电池保护板和接口控制模块成功地保护了FET，免受功耗累积过量而引起的烧管现象，可以避免起火和/或爆炸一类的安全事故。

【技术实现步骤摘要】
一种锂电池保护板
本专利技术涉及锂电池应用领域，尤其涉及一种为锂电池保护板提供二次保护的运算规则和控制电路。
技术介绍
在以专用集成电路构成的锂电池保护板中，大功率晶体管通常作为开关器件（以下称之为“电子开关”或“FET”），以此来实现电器设备的运转。相对于机械开关器件，电子器件具有很多优点，首先电子器件尺码总是比同样功能机械器件的尺码小得多；其次电子开关可以无限次开关动作，具有不因频繁开关影响使用寿命的优势；再有，电子开关可以快速动作，时间量级达到微秒级；还有，机械开关动作时有电火花和拉弧现象，电子开关则完全根绝这种危险因子。这是电子开关被广泛使用的四个根本原因。可是，与良好触点的机械开关相比，电子开关总是有一个不为0的导通电阻Ron，少则几个mΩ,多则几十个mΩ。Ron带来额外功耗，大电流运行时，电子开关会急剧发热，散热措施不力，累积时间久了就会烧毁管子，甚至引发安全事故。目前，锂电池保护板通常设有一种大电流保护机制，把电子开关的工作电流限制在某一个极值Imax之下，电流达到或超过Imax,保护功能方才启动，否则那怕电子开关长时间工作在稍小于Imax的状态，保护机制也不会启动。实际上，现有的这种保护机制仅仅是起到了限制瞬间大电流的作用。实际情形却是这样的：瞬间大电流几乎不对锂电池、电子开关和电器设备形成破环作用。Ron引起的功耗累积数十秒或更长时间，才是挥刀砍向锂电池、电子开关和电器设备的杀手。想用电流阈值保护机制杜绝这个危险因子，只能将Imax取得足够低，这样一来，每当电流不太大的上涌，那怕上涌只是瞬间的，过流保护都会立即启动。如此一来，保护板可能会频繁做出保护动作，可以说这样的动作是一种误操作。那么，Imax只能取大，一般都选得远高于正常运行电流，比如一种锂电池手电钻，平均工作电流是6～7A,Imax通常设置为20A。如果取小一些比如15A，作业时的小小阻碍，或是启动阶段的瞬间电流就可能启动保护。如果电钻数十秒或更长时间内工作在14A～20A-ε之间，可能锂电池和/或电子开关和/或电器设备已经过热，甚至烧毁了，电流保护机制也不会启动。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种用于锂电池保护板的补充保护措施——电子开关功耗过载保护，以弥补现有保护板的普遍存在的漏洞。本专利技术依据对现有保护板的缺陷查验，首创“二次保护”概念；本专利技术测量功耗的具体手段是计算功耗时段累积量；本专利技术用微控制器计算功耗时段累积量并输出控制信号。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种锂电池保护板，包括4节锂电池电位B4、B3、B2、B1、放电P沟道FET漏极电位Vd、采样电阻上端电位Vsen=I*Rsen,共6路信号分别输入微控制器MCU的6路接口In0～In5，MCU的A/D变换单元将6个模拟信号转换为数据，微控制器将B1、B2、B3、B4这4个信号进行A/D变换，并计算出4节电池的输出电压V1、V2、V3、V4，检测是循环滚动的，决定充电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或超过一个既定的上限Vmax，并且持续了一段时间Tx，微控制器就将输出端Out0常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使充电场效应管从导通状态跳变为关断状态，充电停止；与此类似，决定放电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或低于一个既定的下限Vmin，并且持续了一段时间Tn，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止；放电场效应管FET压降Vsd(=B4–Vd)与Vsen(=I*Rsen)进行积分计算，得到一个特定时段内的I*Vsd的累积量，积分时间由MCU内部计时器设置；累积量超过一定的量值Pmax，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止，从而避免了电池、放电场效应管和用电器长时段工作在大电流状态。一种锂电池保护板，即旧模式电流保护板，将锂电池保护板放电FET漏极电位Vd、采样电阻上端电位Vsen、GND和B4输给接口板，经MCU处理得出控制信号送回FET栅极G；微控制器将Vd和Vsen这两个信号进行A/D变换，放电场效应管FET压降Vsd(=B4–Vd)与Vsen(=I*Rsen)进行积分计算，得到一个特定时段内的I*Vsd的累积量，积分时间由MCU内部计时器设置。累积量超过一定的量值Pmax，微控制器就将输出端Out0常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止，从而避免了电池、放电场效应管和用电器长时段工作在大电流状态。Out0端口输出信号通过一只二极管送到原保护板中FET的栅极G，这样接口板就不会干扰原保护板的其它工作过程。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术提出保护板自身也需要更上一层次的保护，我们把这种上一层次保护称之为“二次保护”，二次保护不应该仅仅针对FET，还应该面向锂电池和电气设备，为达此目的必须通过电气参数，经数据处理输出控制信号，而不能通过相应部位温度测试来实现二次保护，更何况多数情况中的锂电池、FET和电气设备的核心发热部位是不能设置测温点的，保护命令的下达应该依据能够方便测量的，方便A/D转换的电气参数，动力锂电池驱动的电器设备的工作状态常常是起伏不定的，二次保护应该是一种时间累积量，经过反复帅选，本专利技术把电子开关功耗在特定时段内的累积量用作控制参量，测量信号和数据处理是一个时段接着一个时段地滚动作业的，分时段作业是由微控制器指挥完成的。附图说明：图1是通行锂电池保护板的结构示意图；图2是本专利技术设计的新型锂电池保护板的结构示意图；图3是本专利技术为旧模式电流保护板设计的二次保护模块的结构示意图；具体实施方式：为了加深对本专利技术的理解，下面将结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述，该实施例仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术保护范围的限定。图1所示通行锂电池保护板，负载电流I流经采样电阻Rsen，采样电阻上位电压Vsen=I*Rsen，Vsen送给专用集成电路的过流保护测试管脚。选择集成电路，其过流阈值为Imax*Rsen。一旦I>Imax,专用集成电路输出过流保护触发信号，放电P沟道FET切断负载电流表1所示实验是给锂电池保护板接入一个负载电阻。此负载远大于正常负载（2.5倍左右），又小于过流时的负载（3/4左右），测试记录表明通行锂电池保护板的过流保护是怎么失灵的。本专利技术做这样的测试是基于对电子开关发热机理的分析，实测验证了这种分析，由此就得到了本专利技术提出的“二次保护”概念。表1锂电池保护板FET大电流破坏实验记录(过热温度125℃)名称电池组合方式Imax(A)总电压(V)负载电阻(Ω)过热时间(S)冒烟时间(S)直流枪钻保护板3串3012.50.501522自行车纯硬件保护板13串2并4048.21.251218智能BMS13串2648.52.01725表1是三种通行锂电池保护板FET破坏过程的实测记录，破坏是因输出累积大电流引起的，而此时电流并没有超越保护阈值Imax；一种锂电池保护板，包括4节锂电池电位B4、B3、B2、B1、放电P沟道FET漏极电位Vd、采样电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂电池保护板，其特征在于：包括4节锂电池电位B4、B3、B2、B1、放电P沟道FET漏极电位Vd、采样电阻上端电位Vsen=I*Rsen,共6路信号分别输入微控制器MCU的6路接口In0～In5，MCU的A/D变换单元将6个模拟信号转换为数据，微控制器将B1、B2、B3、B4这4个信号进行A/D变换，并计算出4节电池的输出电压V1、V2、V3、V4，检测是循环滚动的，决定充电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或超过一个既定的上限Vmax，并且持续了一段时间Tx，微控制器就将输出端Out0常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使充电场效应管从导通状态跳变为关断状态，充电停止；与此类似，决定放电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或低于一个既定的下限Vmin，并且持续了一段时间Tn，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止；放电场效应管FET压降Vsd(=B4–Vd)与Vsen(=I*Rsen)进行积分计算，得到一个特定时段内的I*Vsd的累积量，积分时间由MCU内部计时器设置；累积量超过一定的量值Pmax，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止，从而避免了电池、放电场效应管和用电器长时段工作在大电流状态。...

【技术特征摘要】
1.一种锂电池保护板，其特征在于：包括4节锂电池电位B4、B3、B2、B1、放电P沟道FET漏极电位Vd、采样电阻上端电位Vsen=I*Rsen,共6路信号分别输入微控制器MCU的6路接口In0～In5，MCU的A/D变换单元将6个模拟信号转换为数据，微控制器将B1、B2、B3、B4这4个信号进行A/D变换，并计算出4节电池的输出电压V1、V2、V3、V4，检测是循环滚动的，决定充电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或超过一个既定的上限Vmax，并且持续了一段时间Tx，微控制器就将输出端Out0常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使充电场效应管从导通状态跳变为关断状态，充电停止；与此类似，决定放电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或低于一个既定的下限Vmin，并且持续了一段时间Tn，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止；放电场效应管FET压降Vsd=B4–Vd与Vsen=I*Rsen进行积分计算，得到一个特定时段内的I*Vsd...

【专利技术属性】
技术研发人员：华锦文，潘勇，潘一勤，
申请(专利权)人：南通沃能新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32