專利名稱：一種基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源和自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種新型串聯(lián)鋰電池保護(hù)板的設(shè)計(jì)方法與裝置。本發(fā)明適用于2只至32只采用鋰離子電池的電動(dòng)摩托車、電動(dòng)自行車、電動(dòng)殘疾人代步車、電動(dòng)休閑車、高爾夫球車、電動(dòng)沙灘車、輕型電動(dòng)汽車等電動(dòng)車輛、AGV小車、儲(chǔ)能裝置及移動(dòng)電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于單體動(dòng)力電池能量有限，端電壓較低，電動(dòng)車輛、儲(chǔ)能裝置及電源系統(tǒng)等需要
采用多塊電池進(jìn)行串、并聯(lián)組合成動(dòng)力電池組。鋰離子電池是以含鋰的化合物作正極，以碳素材料為負(fù)極，有機(jī)電解液作為電解液的化學(xué)貯能裝置。它沒(méi)有金屬鋰存在，只有鋰離子，充放電過(guò)程中，鋰離子處于從正極一負(fù)極一正極的搖擺式運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。目前世界上以磷酸鐵鋰電池為代表的鋰離子電池的研發(fā)有重大突破，既提高它的比能量和循環(huán)壽命，又大大提高了電池的安全性。全球許多發(fā)達(dá)國(guó)家將鋰離子電池作為電動(dòng)汽車用動(dòng)力電池的主攻方向。預(yù)計(jì)到2015年以后，鋰離子電池的價(jià)格比有望達(dá)到可以和鉛酸電池競(jìng)爭(zhēng)的水平，而成為未來(lái)電動(dòng)車輛、AGV小車、儲(chǔ)能裝置及移動(dòng)電源的主要?jiǎng)恿﹄姵?。目前鋰離子電池的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，由于鋰電池特性比較活躍，過(guò)壓和過(guò)流等異常工作狀態(tài)都會(huì)造成其永久性的損壞，會(huì)嚴(yán)重影響鋰電池的性能與壽命，通常要通過(guò)鋰離子電池保護(hù)裝置來(lái)防止異常工作狀態(tài)對(duì)電池的損壞。目前市場(chǎng)上鋰離子電池的管理系統(tǒng)和保護(hù)裝置一般有兩種模式，一種是基于美國(guó)德州儀器、凌特、美林等公司生產(chǎn)的電池管理芯片的數(shù)字化電池管理系統(tǒng)，它功能強(qiáng)大，但技術(shù)復(fù)雜、價(jià)格昂貴，制約了在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用。另一種是基于電池保護(hù)芯片的鋰離子電池保護(hù)板，一般都有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路保護(hù)等功能，價(jià)格便宜，應(yīng)用十分廣泛。但現(xiàn)在應(yīng)用的鋰離子電池保護(hù)板在電壓管理上，只有過(guò)充過(guò)放的保護(hù)功能，沒(méi)有低電量告警功能。使用該電池保護(hù)板的鋰離子電池組在使用中，一旦發(fā)現(xiàn)其中一只單體電池的電壓低于過(guò)放電保護(hù)值時(shí)，為了保護(hù)電池組而自動(dòng)切斷電池組主回路，這時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)車輛會(huì)突然失去動(dòng)力，帶來(lái)危險(xiǎn)和使操控變得十分不便；使用儲(chǔ)能裝置及移動(dòng)電源的設(shè)備會(huì)突然失去電源，使設(shè)備突然中止運(yùn)行，丟失數(shù)據(jù)，造成無(wú)法挽回的損失。同時(shí)電池保護(hù)板在過(guò)放電保護(hù)時(shí)，電池組可能正處于大電流放電工作狀態(tài)，突然切斷電池組主回路會(huì)產(chǎn)生巨大的浪涌沖擊，損壞設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰離子電池組保護(hù)板，低成本實(shí)現(xiàn)串聯(lián)鋰離子電池組同時(shí)具有充電保護(hù)、放電保護(hù)和低電量告警的功能，并具有發(fā)送放電保護(hù)、低電量告警、充電保護(hù)信號(hào)功能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛和鋰離子電池組的管控一體化。本發(fā)明采用一對(duì)電池保護(hù)芯片來(lái)監(jiān)控和管理鋰離子電池組，其中第一電池保護(hù)芯片用于鋰離子電池組各單體電池的充電保護(hù)和放電保護(hù)，第二電池保護(hù)芯片用于鋰離子電池組的低電量告警；本發(fā)明通過(guò)高、低電平向上位機(jī)(如電機(jī)控制器)發(fā)送充電保護(hù)、放電保護(hù)、低電量告警等信號(hào)。電機(jī)控制器接收低電量告警信號(hào)后，對(duì)動(dòng)力電池組放電電流進(jìn)行限制，車輛低速運(yùn)行，同時(shí)向駕駛?cè)税l(fā)出聲光告警信號(hào)；電機(jī)控制器接收放電保護(hù)信號(hào)后，對(duì)動(dòng)力電池組放電電流進(jìn)行控制并關(guān)閉電源，車輛停止運(yùn)行；電機(jī)控制器接收充電保護(hù)信號(hào)后，釋放能量回饋功能，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車輛和鋰離子電池組的管控一體化。本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，包括多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊；每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊通過(guò)過(guò)充檢測(cè)輸出線、過(guò)放檢測(cè)輸出線和低電量檢測(cè)輸出線分別與充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)、動(dòng)電路和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路連接；所述單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊包括第一電池保護(hù)芯片、第二電池保護(hù)芯片、電池接口正端、電池接口負(fù)端和過(guò)流檢測(cè)輸入端；第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片的正電源輸入端子通過(guò)電池接口正端與相應(yīng)的單節(jié)電池正極相連，第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片的負(fù)電源輸入端子通過(guò)電池接口負(fù)端與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連；第一電池保護(hù)芯片的通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端通過(guò)電阻與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連，其中，第一電池保護(hù)芯片是通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端和電流采樣電阻與最后一節(jié)的單節(jié)電池負(fù)極相連；第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片是通過(guò)監(jiān)視連接正電源輸入端子與負(fù)電源輸入端子間的電池電壓，以及過(guò)流檢測(cè)端子與負(fù)電源輸入端子的端子間的電壓差實(shí)現(xiàn)控制充電和放電；電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊還通過(guò)電流采樣電阻檢測(cè)整個(gè)電池組回路是否過(guò)流或短路。進(jìn)一步地，所述低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中，低電量檢測(cè)輸出線、過(guò)放檢測(cè)輸出線和過(guò)充檢測(cè)輸出線分別通過(guò)第一電阻與PMOS管的柵極相連，每個(gè)PMOS管的漏極分別與對(duì)應(yīng)所檢測(cè)電池的正極相連，每個(gè)PMOS管的源極分別與第二電阻連接后并接，并與第三電阻和NMOS管的柵極相連，第三電阻另一端和NMOS管的源極并接后與電池組負(fù)端電池的負(fù)極相連；第四電阻的一端與第一三極管的射極并接后與電池組正端電池的正極相連，第四電阻的另一端與第一三極管的基極并接后與第二三極管的射極相連，第一三極管的集電極與第二三極管的基極并接后與第五電阻相連，第五電阻另一端與第一三極管的集電極并接后與光耦的輸入端正極相連，光耦的輸入端負(fù)極與NMOS管的漏極相連；光|禹的輸出端集電極與電源相連，光I禹的輸出端射電極與第六電阻和低電量報(bào)警接口相連，第六電阻另一端接地。所述第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片優(yōu)先選用S8211D芯片、R5400N或R5403N系列芯片。所述多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊優(yōu)選為2-32單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊。所述充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路分別設(shè)有充電保護(hù)接口、放電保護(hù)接口和低電量報(bào)警接口。所述PMOS開(kāi)關(guān)管優(yōu)先選用2SJ210 ;光耦選用PC817或CPC1017N。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果
(I)可以實(shí)現(xiàn)電池保護(hù)板、電機(jī)控制器等電動(dòng)車輛關(guān)鍵部件的互連，克服了因電池保護(hù)板為保護(hù)動(dòng)力電池組突然切斷電源而形成的浪涌電流對(duì)電池保護(hù)板、電機(jī)控制器損壞，提聞了系統(tǒng)的效率和可罪性；(2)由電池保護(hù)板對(duì)動(dòng)力電池組的進(jìn)行監(jiān)控與管理，由電機(jī)控制器執(zhí)行充電保護(hù)、放電保護(hù)、能量回饋充電保護(hù)等功能，電池保護(hù)板不需使用M0SFET、繼電器等零部件，降低了成本；(3)電機(jī)控制器接收低電量告警信號(hào)后，可以對(duì)動(dòng)力電池組放電電流進(jìn)行限制，車輛低速運(yùn)行，同時(shí)向駕駛?cè)税l(fā)出聲光告警信號(hào)，告訴駕駛?cè)瞬扇∵m當(dāng)措施，防止車輛中途拋錨，提高了駕駛安全性。



圖I鋰離子電池保護(hù)板電路原理圖；圖2單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊電路原理圖；圖3低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖4放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖5充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路原理圖；圖6串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板應(yīng)用在移動(dòng)電源上的系統(tǒng)原理圖；圖7串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板應(yīng)用在電動(dòng)摩托車上的系統(tǒng)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不限于實(shí)施例表示的范圍。如圖I所示，一種基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，包括多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9，串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊I ;每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I通過(guò)過(guò)充檢測(cè)輸出線13、過(guò)放檢測(cè)輸出線12和低電量檢測(cè)輸出線11分別與充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5連接；充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5分別設(shè)有充電保護(hù)接口 10、放電保護(hù)接口 8和低電量報(bào)警接口 6。如圖2所示，單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊包括第一電池保護(hù)芯片14、第二電池保護(hù)芯片
15、電池接口正端2、電池接口負(fù)端3、過(guò)流檢測(cè)輸入端4 ;第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15可選用精工的S8211D系列芯片或RICOH的R5400N、R5403N系列芯片；第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15的引腳1、2、3、4、5分別為過(guò)流檢測(cè)端子VM、正電源輸入端子VDD+、負(fù)電源輸入端子VSS-、放電控制輸出端子D0、充電控制輸出端子CO。第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15的正電源輸入端子VDD+ (引腳2)通過(guò)電池接口正端2與相應(yīng)的單節(jié)電池正極相連，第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15的負(fù)電源輸入端子VSS-(引腳3)通過(guò)電池接口負(fù)端3與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連；第一電池保護(hù)芯片14的過(guò)流檢測(cè)端子VM (引腳I)通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端4和過(guò)流電阻Rvm與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連，電池組負(fù)端對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的第一電池保護(hù)芯片14的過(guò)流檢測(cè)端子VM (引腳I)通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端4和電流采樣電阻RS與最后一節(jié)的單節(jié)電池負(fù)極相連；低電量檢測(cè)輸出線11與第二電池保護(hù)芯片15的放電控制輸出端子DO (引腳4)相連，過(guò)放檢測(cè)輸出線12與第一電池保護(hù)芯片14的放電控制輸出端子DO (引腳4)相連，過(guò)充檢測(cè)輸出線13與第一電池保護(hù)芯片14的充電控制輸出端子CO (引腳5)相連。第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15是通過(guò)監(jiān)視連接正電源輸入端子VDD+端子與負(fù)電源輸入端子VSS-間的電池電壓，以及過(guò)流檢測(cè)端子VM與負(fù)電源輸入端子VSS-端子間的電壓差實(shí)現(xiàn)控制充電和放電。電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊除檢測(cè)電池過(guò)充、過(guò)放、低電量外，還通過(guò)電流采樣電阻RS檢測(cè)整個(gè)電池組回路是否過(guò)流、短路。圖3為低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5的原理圖?？稍O(shè)串聯(lián)鋰電池組共有N個(gè)單體鋰電池，N為大于或等于2的自然數(shù)，優(yōu)選為2-32的自然數(shù)。N個(gè)單體鋰電池從電池組負(fù)端起分別標(biāo)記1、2、…、N號(hào)電池。每個(gè)單體鋰電池對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11分別通過(guò)第一電阻(標(biāo)號(hào)分別為RA11、RA21、.'RAN I)與PMOS管(QA11、QA21、…、QAN I)的柵極相連，每個(gè)PMOS管的漏極分別與對(duì)應(yīng)所檢測(cè)電池的正極相連，每個(gè)PMOS管的源極分別與第二電阻(RA12、RA22、…、RAN2)連接后并接，并與第三電阻RA4和 NMOS管QA3的柵極相連，RA4另一端和NMOS管QA3的源極并接后與電池組負(fù)端電池的負(fù)極Vssl相連；第四電阻RAl的一端與第一三極管QAl的射極并接后與電池組正端電池的正極VddN相連，第四電阻RAl的另一端與第一三極管QAl的基極并接后與第二三極管QA2的射極相連，第一三極管QAl的集電極與第二三極管QA2的基極并接后與電阻第五RA2相連，第五電阻RA2另一端與第一三極管QAl的集電極并接后與光稱OPl的輸入端正極相連,光率禹OPl的輸入端負(fù)極與NMOS管QA3的漏極相連。光耦OPl的輸出端集電極與電源VCC相連，光率禹OPl的輸出端射電極與第六電阻RA3和低電量報(bào)警接口 6相連,第六電阻RA3另一端與電源地GND相連。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11的信號(hào)Aol、Ao2、…、AoN均為高電平時(shí)，PMOS管QA11、QA21、…、QANl均截止，NMOS管QA3的柵極為低電平，NMOS管QA3截止，光耦OPl截止，低電量報(bào)警接口 6輸出高電平。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11的信號(hào)Aol、Ao2、…、AoN至少有一個(gè)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的PMOS管導(dǎo)通，NMOS管QA3的柵極為高電平，NMOS管QA3導(dǎo)通，光耦OPl導(dǎo)通，低電量報(bào)警接口 6輸出低電平。圖4為放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7的原理圖。如圖5所示為充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9的原理圖。圖4、5與圖3的結(jié)構(gòu)相同，只是便于區(qū)別，相應(yīng)的元件標(biāo)號(hào)不同。都可設(shè)串聯(lián)鋰電池組共有N個(gè)單體鋰電池，N為大于或等于2的自然數(shù)，優(yōu)選為2-32的自然數(shù)。N個(gè)單體鋰電池從電池組負(fù)端起分別標(biāo)記1、2、…、N號(hào)電池。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)放檢測(cè)輸出線12的信號(hào)Dol、Do2、…、DoN均為高電平時(shí)，PMOS管QDlI、QD21、…、QDNl均截止，NMOS管QD3的柵極為低電平，NMOS管QD3截止，光耦0P2截止，放電保護(hù)接口 8輸出高電平。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)放檢測(cè)輸出線12的信號(hào)Dol、Do2、…、DoN至少有一個(gè)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的PMOS管導(dǎo)通，NMOS管QD3的柵極為高電平，NMOS管QD3導(dǎo)通，光耦0P2導(dǎo)通，放電保護(hù)接口 8輸出低電平。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充檢測(cè)輸出線13的信號(hào)Col、Co2、…、CoN均為高電平時(shí)，PMOS管QClI、QC21、…、QCNl均截止，NMOS管QC3的柵極為低電平，NMOS管QC3截止，光耦0P3截止，充電保護(hù)接口 10輸出高電平。單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充檢測(cè)輸出線13的信號(hào)Col、Co2、…、CoN至少有一個(gè)信號(hào)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的PMOS管導(dǎo)通，NMOS管QC3的柵極為高電平，NMOS管QC3導(dǎo)通，光耦0P3導(dǎo)通，充電保護(hù)接口 10輸出低電平。PMOS開(kāi)關(guān)管可選用NEC的2SJ210，光耦(0P1-0P3)可選用仙童的PC817或CLARE的 CPC1017N。本發(fā)明采用一對(duì)電池保護(hù)芯片組合的方式實(shí)施對(duì)電池組的保護(hù)，其中一只保護(hù)芯片控制電池過(guò)充、過(guò)放，另一只保護(hù)芯片控制電池的低電量告警。該保護(hù)板裝置優(yōu)選用于2只至32只串鋰電池組的保護(hù)，具有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流和短路等基本保護(hù)功能，并具有低電量報(bào)警功能，可根據(jù)不同電池類型設(shè)定低電量報(bào)警電壓值。實(shí)施例I :在移動(dòng)電源的應(yīng)用
該移動(dòng)電源系統(tǒng)采用8個(gè)鋰電池串聯(lián)，電池組額定電壓25. 6V，額定容量40Ah。如圖I-圖6所示，移動(dòng)電源系統(tǒng)包括動(dòng)力電池組、鋰電池保護(hù)板16、放電控制開(kāi)關(guān)器件18、充電控制開(kāi)關(guān)器件19、充電機(jī)20、直流輸出端子21和電池組狀態(tài)指示模塊22。每個(gè)鋰電池保護(hù)板16包括單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9 ;串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊I ;每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I通過(guò)過(guò)充檢測(cè)輸出線13、過(guò)放檢測(cè)輸出線12和低電量檢測(cè)輸出線11分別與充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5連接；充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5分別設(shè)有充電保護(hù)接口 10、放電保護(hù)接口 8和低電量報(bào)警接口 6。每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I包括電池接口正端2、電池接口負(fù)端3、過(guò)流檢測(cè)輸入端4、第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15。第一電池保護(hù)芯片14采用精工的S8211DAWM5Tly，第二電池保護(hù)芯片15采用精工的S8211DALM5T1X。低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9分別如圖3、圖4、圖5所示，主要元件包括電阻、三極管、PMOS開(kāi)關(guān)管、NMOS開(kāi)關(guān)管、光耦。三極管采用ROHM的2SA1037AK，PMOS開(kāi)關(guān)管采用NEC的2SJ210，NMOS開(kāi)關(guān)管采用NEC的2SK1590，光耦采用仙童的PC817。放電控制開(kāi)關(guān)器件18和充電控制開(kāi)關(guān)器件19采用低內(nèi)阻的N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管，均選用IR的IRF3205。 如圖6所示，鋰電池電池保護(hù)板16中每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的電池接口正端2與相應(yīng)鋰電池正極相連，電池接口負(fù)端3與相應(yīng)鋰電池負(fù)極相連，電流采樣電阻RS與電池組負(fù)端相連，電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)流檢測(cè)輸入端4與電流采樣電阻RS相連。電池組負(fù)極BAT-通過(guò)放電控制開(kāi)關(guān)器件18分別與直流輸出端子21和充電控制開(kāi)關(guān)器件19相連，充電控制開(kāi)關(guān)器件19與充電機(jī)20負(fù)極相連；放電控制開(kāi)關(guān)器件18與放電保護(hù)接口 8相連；電池組正極BAT+分別與充電機(jī)20正極和直流輸出端子21相連。低電量報(bào)警接口 6、放電保護(hù)接口 8、充電保護(hù)接口 10與電池組狀態(tài)指示模塊22相連，顯示過(guò)充保護(hù)信號(hào)、過(guò)放保護(hù)新和低電量報(bào)警信號(hào)。當(dāng)鋰電池組放電時(shí)，直流輸出端子21與負(fù)載相連。電池組各單體電池處于正常工作電壓范圍內(nèi)時(shí)8個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11和過(guò)放檢測(cè)輸出線12輸出高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5和放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7的驅(qū)動(dòng)，低電量報(bào)警接口 6和放電保護(hù)接口 8輸出高電平信號(hào)。放電保護(hù)接口 8輸出高電平驅(qū)動(dòng)放電控制開(kāi)關(guān)器件18導(dǎo)通，電池組允許放電。放電過(guò)程中，如某節(jié)電池低于2. 8V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11輸出低電平信號(hào)，低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5驅(qū)動(dòng)低電量報(bào)警接口 6輸出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電池組狀態(tài)指示模塊22輸出聲光報(bào)警，提示電量不足。放電過(guò)程中，如某節(jié)電池低于2. 5V，應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)放檢測(cè)輸出線12輸出低電平信號(hào)，放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7驅(qū)動(dòng)放電保護(hù)接口 8輸出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)放電控制開(kāi)關(guān)器件18關(guān)斷，禁止放電，并且放電保護(hù)接口 8輸出低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)電池組狀態(tài)指示模塊22,顯示電池組處于過(guò)放保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)鋰電池組充電時(shí)，電池組正極BAT+與充電機(jī)正極相連，電池組負(fù)極BAT-通過(guò)放電控制開(kāi)關(guān)器件18和充電控制開(kāi)關(guān)器件19與充電機(jī)20負(fù)極相連。電池組各單體電池處于正常工作電壓范圍內(nèi)時(shí)，8個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充檢測(cè)輸出線13輸出高電平信號(hào)，充電保護(hù)信號(hào)通過(guò)充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9輸出高電平信號(hào)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)充電控制開(kāi)關(guān)器件19導(dǎo)通，允許充電。充電過(guò)程中，如某節(jié)電池電壓高于3. 8V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充檢測(cè)輸出線13輸出低電平信號(hào)，充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9輸出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)充電控制開(kāi)關(guān)器件19關(guān)斷，禁止充電，并且充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9輸出低電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)電池組狀態(tài)指示模塊22,顯示電池組處于過(guò)充保護(hù)狀態(tài)。
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實(shí)施例2 :在電動(dòng)摩托車的應(yīng)用該電動(dòng)摩托車設(shè)計(jì)時(shí)速60Km，續(xù)駛里程65km，額定驅(qū)動(dòng)功率850w，電池組采用13串三元材料鋰離子動(dòng)力電池組，電池組額定電壓48V，額定容量25Ah。如圖I-圖5和圖7所示，電動(dòng)摩托車系統(tǒng)包括動(dòng)力電池組、鋰電池保護(hù)板17、充電控制開(kāi)關(guān)器件19、充電機(jī)20和電機(jī)控制器23。每個(gè)鋰電池保護(hù)板17包括單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9 ;串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊I ;每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I通過(guò)過(guò)充檢測(cè)輸出線13、過(guò)放檢測(cè)輸出線12和低電量檢測(cè)輸出線11分別與充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5連接；充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5分別設(shè)有充電保護(hù)接口 10、放電保護(hù)接口 8和低電量報(bào)警接口 6。每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I包括電池接口正端2、電池接口負(fù)端3、過(guò)流檢測(cè)輸入端4、第一電池保護(hù)芯片14和第二電池保護(hù)芯片15。第一電池保護(hù)芯片14采用RICOH的R5400N 101CA，第二電池保護(hù)芯片15采用RICOH的R5400N150FA。低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9分別如圖3、圖4、圖5所示，主要元件包括電阻、三極管、PMOS開(kāi)關(guān)管、NMOS開(kāi)關(guān)管和光耦。三極管采用ROHM的2SA1037AK，PMOS開(kāi)關(guān)管采用NEC的2SJ210，NMOS開(kāi)關(guān)管采用NEC的2SK1590，光耦采用 CLARE 的 CPC1017N。充電控制開(kāi)關(guān)器件19采用低內(nèi)阻的N溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管，選用IR的IRF510S。電機(jī)控制器23具體可以選用EVK-36、EVK-48、EVK-64、EVK-72等帶智能控制和通訊信號(hào)輸入接口的產(chǎn)品，電池電池保護(hù)板的低電量檢測(cè)輸出線11、過(guò)放檢測(cè)輸出線12、過(guò)充檢測(cè)輸出線13分別與電機(jī)控制器23通訊信號(hào)輸入接口相連。如圖7所示，鋰電池保護(hù)板17中每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的電池接口正端2相應(yīng)鋰電池正極相連，電池接口負(fù)端3與電池負(fù)極相連，電流采樣電阻RS與電池組負(fù)端連接，電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)流檢測(cè)輸入端4與電流采樣電阻RS相連。電機(jī)控制器23的正負(fù)極分別與電池組正極BAT+和負(fù)極BAT相連。充電機(jī)20的正極與電池組正極BAT+相連，充電機(jī)20的負(fù)極通過(guò)充電控制開(kāi)關(guān)器件19與電池組負(fù)極BAT相連。充電控制開(kāi)關(guān)器件19還與充電保護(hù)接口 10相連；低電量報(bào)警接口 6、放電保護(hù)接口 8和充電保護(hù)接口 10分別與電機(jī)控制器23相連。電池組各單體電池處于正常工作電壓范圍內(nèi)時(shí)，13個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11、過(guò)放檢測(cè)輸出線12、過(guò)充檢測(cè)輸出線13均輸出高電平信號(hào)，低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5通過(guò)低電量報(bào)警接口 6輸出高電平信號(hào)，放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7通過(guò)放電保護(hù)接口 8輸出高電平信號(hào)，充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9通過(guò)充電保護(hù)接口 10輸出高電平信號(hào)。電機(jī)控制器23檢測(cè)到放電保護(hù)接口 8為高電平信號(hào)，電池組允許放電。行車放電過(guò)程中，如某節(jié)電池低于2. 9V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的低電量檢測(cè)輸出線11輸出低電平信號(hào)，低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路5通過(guò)低電量報(bào)警接口 6輸出低電平信號(hào)，電機(jī)控制器23檢測(cè)到低電量報(bào)警接口 6為低電平信號(hào)，則電機(jī)控制器23限制輸出功率并發(fā)出告警信號(hào)，車輛限流低速運(yùn)行，提醒駕駛員酌情處置。行車放電過(guò)程中，如某節(jié)電池低于2. 5V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)放檢測(cè)輸出線12輸出低電平信號(hào)，放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路7驅(qū)動(dòng)放電保護(hù)接口 8輸出低電平信號(hào)，電機(jī)控制器23檢測(cè)到放電保護(hù)接口 8為低電平信號(hào)，則電機(jī)控制器23停止輸出，車輛停止運(yùn)行。行車中，如某節(jié)電池高于4. 25V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充檢測(cè)輸出線13輸出低電平信號(hào)，充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9驅(qū)動(dòng)充電保護(hù)接口 10輸出低電平信號(hào)，電機(jī)控制器23檢測(cè)到充電保護(hù)接口 10為低電平信號(hào)，則電機(jī)控制器23禁止能量回饋，以免電池過(guò)充。充電時(shí)，充電保護(hù)接口 10輸出高電平信號(hào)驅(qū)動(dòng)充電控制開(kāi)關(guān)器件19導(dǎo)通，電池組允許充電。充電過(guò)程中，如某節(jié)電池電壓高于4. 25V，對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊I的過(guò)充 檢測(cè)輸出線13輸出低電平信號(hào)，充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路9驅(qū)動(dòng)充電保護(hù)接口 10輸出低電平信號(hào)，驅(qū)動(dòng)充電控制開(kāi)關(guān)器件19關(guān)斷，禁止充電。
權(quán)利要求
1.一種基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于，包括多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊；每個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊通過(guò)過(guò)充檢測(cè)輸出線、過(guò)放檢測(cè)輸出線和低電量檢測(cè)輸出線分別與充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路連接； 所述單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊包括第一電池保護(hù)芯片、第二電池保護(hù)芯片、電池接口正端、電池接口負(fù)端和過(guò)流檢測(cè)輸入端；第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片的正電源輸入端子通過(guò)電池接口正端與相應(yīng)的單節(jié)電池正極相連，第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片的負(fù)電源輸入端子通過(guò)電池接口負(fù)端與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連；第一電池保護(hù)芯片的通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端通過(guò)過(guò)流電阻與相應(yīng)的單節(jié)電池負(fù)極相連，其中，第一電池保護(hù)芯片是通過(guò)過(guò)流檢測(cè)輸入端和電流采樣電阻與最后一節(jié)的單節(jié)電池負(fù)極相連；第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片是通過(guò)監(jiān)視連接正電源輸入端子與負(fù)電源輸入端子間的電池電壓，以及過(guò)流檢測(cè)端子與負(fù)電源輸入端子的端子間的電壓差實(shí)現(xiàn)控制充電和放電；電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊還通過(guò)電流采樣電阻檢測(cè)整個(gè)電池組回路是否過(guò)流或短路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于所述低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路中，低電量檢測(cè)輸出線、過(guò)放檢測(cè)輸出線和過(guò)充檢測(cè)輸出線分別通過(guò)第一電阻與PMOS管的柵極相連，每個(gè)PMOS管的漏極分別與對(duì)應(yīng)所檢測(cè)電池的正極相連，每個(gè)PMOS管的源極分別與第二電阻連接后并接，并與第三電阻和NMOS管的柵極相連，第三電阻另一端和NMOS管的源極并接后與電池組負(fù)端電池的負(fù)極相連；第四電阻的一端與第一三極管的射極并接后與電池組正端電池的正極相連，第四電阻的另一端與第一三極管的基極并接后與第二三極管的射極相連，第一三極管的集電極與第二三極管的基極并接后與第五電阻相連，第五電阻另一端與第一三極管的集電極并接后與光稱的輸入端正極相連，光稱的輸入端負(fù)極與NMOS管的漏極相連；光I禹的輸出端集電極與電源相連，光I禹的輸出端射電極與第六電阻和低電量報(bào)警接口相連，第六電阻另一端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于所述第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片選用S8211D芯片、R5400N或R5403N系列芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于所述多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊為2-32單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于所述充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路分別設(shè)有充電保護(hù)接口、放電保護(hù)接口和低電量報(bào)警接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，其特征在于所述PMOS開(kāi)關(guān)管選用2SJ210 ;光耦選用PC817或CPC1017N。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了基于電池保護(hù)芯片的串聯(lián)鋰電池組保護(hù)板，包括多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊、低電量報(bào)警信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路、放電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和充電保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，串聯(lián)鋰電池中每節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)鋰電池保護(hù)模塊；單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊包括第一電池保護(hù)芯片、第二電池保護(hù)芯片；第一電池保護(hù)芯片和第二電池保護(hù)芯片是通過(guò)監(jiān)視連接正電源輸入端子與負(fù)電源輸入端子間的電池電壓，以及過(guò)流檢測(cè)端子與負(fù)電源輸入端子的端子間的電壓差實(shí)現(xiàn)控制充電和放電；電池組負(fù)端的單節(jié)鋰電池對(duì)應(yīng)的單節(jié)鋰電池保護(hù)模塊還通過(guò)電流采樣電阻檢測(cè)整個(gè)電池組回路是否過(guò)流或短路。本發(fā)明具有高壓保護(hù)、低電量告警、低壓保護(hù)、短路保護(hù)等功能。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102709980SQ20121018696
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者周遠(yuǎn)山, 李慧琪, 查鴻山 申請(qǐng)人:廣州益維電動(dòng)汽車有限公司