锂动力电池组保护电路制造技术

本实用新型专利技术涉及一种锂动力电池组保护电路，它包括锂电池组，十串锂电池组分别与采样电阻、电流采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温度检测电路、保险丝连接，采样电阻一路与电流采样电路连接，另一路通过放电控制电路、充电控制电路与端口Ⅰ连接，装有控制程序的智能保护芯片Ｕ１分别与放电控制电路、电量显示电路、ＳＭＢＵＳ通信接口、电流采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温度检测电路、检测均衡芯片Ｕ２、检测均衡芯片Ｕ３、检测均衡芯片Ｕ４、保险丝连接，保险丝与端口Ⅱ连接。该电路：可以灵活配置各项保护阀值，加载各种类型电芯的充放电特性，能够适应各种类型，通用性强，开发周期短；具有较高的均衡效率和极低的电能损失。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

锂动力电池组保护电路
本技术涉及一种保护电路，特别涉及一种锂动力电池组保护电路。技术背景目前，国内的锂电池产业发展迅速，每年都有大量的锂电池用于各种用电设备中。 然而锂电池作为一种新型电池材料，具有很高的能量密度，并且在过度充电或放电的情况 下有燃烧甚至爆炸的隐患。尤其是动力锂电池，有着更高的电压和容量，同时必须承受大电 流充、放电以及复杂应用环境的考验，因此动力锂电池组使用安全就显得更重要。此外，市 场上多数保护装置都采用分立元件搭建，保护阀值都为固定数值，不能随意更改，器件的性 能差异会造成保护阀值判断的失准，并且往往只有一级保护系统；动力锂电池组通常由一 个或几个电池组并联，每个电池组由三个到十几个电池串联构成。这种组合方式能提给电 动工具、电动自行车、测试仪器及工业应用所需的电压和功率要求。然而，这种应用普遍的 配置通常并不能发挥其最大功效，因为如果某个串联电芯的容量与其它电芯不匹配将会产 生电池不均衡，从而降低整个电池组的容量，缩短了使用寿命。目前多数锂电池保护系统的 均衡方法一般都采用电阻放电的方法的来实现，如专利号为200610157582. X，这种均衡方 式是通过对电池电量的消耗而达到电池的均衡，这种均衡效率低，如果增强其均衡能力，则 电阻发热量会比较严重，并且浪费了电池本身有限的能源。
技术实现思路
本技术的目的就是克服现有保护系统的不足，提供一种可以灵活配置、高精 度检测、高安全保护、高效率均衡的锂动力电池组保护电路。本新型实为实现上述目的，所采取的技术方案是一种锂动力电池组保护电路，包 括锂电池组，其特征在于十串锂电池组分别与采样电阻、电流采样电路、电压采样电路、均 衡控制电路、温度检测电路、保险丝连接，采样电阻一路与电流采样电路连接，另一路通过 放电控制电路、充电控制电路与端口 I连接，装有控制程序的智能保护芯片Ul分别与放电 控制电路、电量显示电路、SMBUS通信接口、电流采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温 度检测电路、检测均衡芯片U2、检测均衡芯片U3、检测均衡芯片U4、保险丝连接，保险丝与 端口 II连接。本技术具有积极的效果(1)该电路可以灵活配置各项保护阀值，加载各种 类型电芯的充放电特性，能够适应各种类型，通用性强，开发周期短；(2)采用18位A/D模 数转换，并能对每一路保护阀值进行校准，避免了因器件差异造成的检测误差；(3)拥有 多级保护系统，避免因为一级保护故障造成保护失效，提高系统的安全性；(4)包含基于 Δ-Σ库仑计的电量计算系统，能够准确显示剩余电量，不需要外置电量显示板；(5)采用 功率电感对电芯采用电量转移的方式进行均衡，具有较高的均衡效率和极低的电能损失。附图说明图1为本技术电路连接框图。图2为本技术电压采集电路原理图。图3为本技术电流采集电路原理图。图4为本技术温度采集电路原理图。图5为本技术电量均衡电路原理图。图6为本技术保护电路原理图。图7为本技术电量显示电路原理图。具体实施方式如图1所示，锂动力电池组保护电路，包括锂电池组，十串锂电池组分别与采样电 阻、电池采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温度检测电路、保险丝连接，采样电阻一 路与电流采样电路连接，另一路通过放电控制电路、充电控制电路与端口 I连接，装有控制 程序的智能保护芯片Ul分别与放电控制电路、电量显示电路、SMBUS通信接口、电流采样电 路、电压采样电路、均衡器控制电路、温度检测电路、检测均衡芯片U2、检测均衡芯片U3、检 测均衡芯片U4、保险丝连接，保险丝与端口 II连接。图中Ul为装有控制程序的智能保护芯片，它通过PowerLan通信技术将检测均衡 芯片U2、U3、U4双电池信息检测系统连接起来构成了电池电压、电流、温度等信息的检测系 统。装有控制程序的智能保护芯片Ul将采集的信息进行处理，判断是否有超出安全阀值的 危险事件，如果有危险事件发生(如过充电、过放电、过电流、短路、过温等)，则将保护信息 送给放电控制MOSFET或充电控制MOSFET切断充放电回路；如果电池在安全状态，则通过对 名节电芯的电量计算得出电芯是否要进行均衡处理，如果需要，则将均衡信号送给均衡控 制电路，维持电池组每个电芯都在均衡的工作状态；装有控制程序的智能保护芯片Ul通过 对根据对电池充、放电流与时间的积分计算出来电池组的剩余电量，并且信息送给电量显示电 路通过LED或LCD显示出来。如果电池组发生了严重的危险事件达到了二级保护的阀值装有 控制程序的智能保护芯片Ul将会输出二级保护信号，将保险丝熔断，达到彻底保护的目的。如图2所示，Dl DlO为稳压二极管，可以消除外界静电或其它高电压对芯片造 成损坏，提高整个系统的稳定性。Cl对电池电压起到稳定作用，以防止电池电压的突然波动 造成的测量误差。每节电芯的正极连接到芯片的一端，并通过此端口对电芯电压进行检测。如图3所示，在电池充电时电流从BATT-流到PACK-，该电流会在电阻R3，R4上产 生压降，通过滤波后送给装有控制程序的智能保护芯片，芯片经过18位AD转换，并经过算 法计算就可以得出此时的充电电流。当电流放电时电流从PACK-流到BATT-，在电阻R3，电 阻R4上产生与充电时方向相反的压降，由此可以得出放电的电流大小，并能判断方向。如图4所示，检测电路的连接关系为复合二极管Dl的2脚接电容Cl的一端及 地、复合二极管Dl的1脚接电容Cl的另一端。复合二极管Dl为温度感应器件，它可以随 温度的变化而反生电性能的变化，该信息通过TEMP点送给装有控制程序的智能保护芯片， 并通过计算得出当前电芯及保护板自身的温度。如图5所示，均衡控制电路的连接关系为十串锂电池组(BAT1 BAT10)串联， 串联相接处与电容Cl、电容C2、电感Li、电阻Rl的一端相连，电容C2的另一端与锂电池组(BAT2)的正极、NP双沟道场效应管的P沟道Ql-B的S极及电阻Rll的一端连接，电容Cl 的另一端与电池阻(BAT1)的负极、NP双沟道场效应管N沟道Ql-A的S极、电阻RlO的一端 连接，NP双沟道场效应管的P沟道Q1_B、N沟道Ql-A的D极相连并接电感Li、电阻Rl的另 一端，NP双沟道场效应管P沟道Ql-B的G极接电阻Rll的另一端，NP双沟道场效应管的P 沟道Ql-A的G沟道G极接电阻RlO的另一端。L为功率电感，Q为双M0SFET，电路通过装有控制程序的智能保护芯片给出的均衡 信号，将电量多的电芯的一部分能量储存在功率电感中，通过另一个MOSFET的导通，将储 存于电感中的能量转移到相邻的电芯中，由此一步步将电量多的电芯能量转移到电量低的 电芯中，在这个过程中只有很少的能量会损失，因此，可以在电池的任何状态下工作，相对 于放电的旁路法可以节省的大量的能量，并拥有更高的均衡效率。如图6所示，假设在电芯中有任何一节出现过压现象，装有控制程序的智能保护 芯片会立即将过充电信号送给保护电路，关断充电M0SFET，从而切断充电回路，保护电芯不 被过充电。同样，本新型实用系统还具有欠压，过温度，过电流，短路，等电池保护系统的基 本功能，此外，该新型实用还能通过装有控制程序的智能保护芯片对电芯的电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂动力电池组保护电路，包括锂电池组，其特征在于：十串锂电池组（ＢＡＴ１～ＢＡＴ１０）分别与采样电阻、电流采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温度检测电路、保险丝连接，采样电阻一路与电流采样电路连接，另一路通过放电控制电路、充电控制电路与端口Ⅰ连接，装有控制程序的智能保护芯片Ｕ１分别与放电控制电路、电量显示电路、ＳＭＢＵＳ通信接口、电流采样电路、电压采样电路、均衡控制电路、温度检测电路、检测均衡芯片Ｕ２、检测均衡芯片Ｕ３、检测均衡芯片Ｕ４、保险丝连接，保险丝与端口Ⅱ连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王德辉，黄伟，刘和平，王玉菲，姚福彬，王善涛，王姗姗，崔洪桅，王宝，杨剑，高阳，孙亚心，
申请(专利权)人：天津光电通信技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12[中国|天津]