專利名稱：多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法及其電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋰電池保護(hù)技術(shù)，具體是一種多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法及其電路。
背景技術(shù)：
可充電的鋰離子電池(下簡稱鋰電池)在充、放電工作過程中，需要對其過充電壓、過放電壓以及充電限制電流、放電限制電流等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制，以防止電池提前損壞和保證使用中的安全。
目前，單體鋰電池的保護(hù)電路已很成熟，如圖5所示為常見單體鋰電池保護(hù)電路的原理框圖，該保護(hù)電路包括由比較器a和比較器b組成的電壓檢測電路51，充電控制開關(guān)54，放電控制開關(guān)55、電流檢測電路52和邏輯判斷控制電路53。比較器a、b取樣被檢測電池的正負(fù)極電位，將正負(fù)極的電位差與比較器a、b內(nèi)置的基準(zhǔn)電壓比較，然后將比較結(jié)果輸出給邏輯判斷控制電路53；同時(shí)，電流檢測電路52采樣充電電流或放電電流，進(jìn)行比較后將結(jié)果輸出給邏輯判斷控制電路53，邏輯判斷控制電路53按照事先預(yù)定的程序控制充電控制開關(guān)54和放電控制開關(guān)55的通斷，從而實(shí)現(xiàn)對電池的電壓、充電電流、放電電流進(jìn)行監(jiān)測和控制，達(dá)到防止電池提前損壞和保證使用中的安全的目的。
其中，電池電壓VB等于電池正極電位UB+和負(fù)極電位UB-之差，如下式
VB＝(UB+)-(UB-)………………………………………①單體電池的保護(hù)電路中，電壓檢測電路、電流檢測電路、邏輯判斷控制電路都有一個(gè)基準(zhǔn)電位，上述電路是以電池的負(fù)極電位UB-作為基準(zhǔn)電位。
多節(jié)電池串聯(lián)成電池組后，其電壓檢測電路、電流檢測電路、邏輯判斷控制電路仍然需要一個(gè)基準(zhǔn)電位，通常以串聯(lián)電池組的正極電位USB+或負(fù)極電位USB-作為基準(zhǔn)電位。如圖6所示，假設(shè)我們以串聯(lián)電池組的負(fù)極電位USB-作為基準(zhǔn)電位，根據(jù)式①，任意一節(jié)電池Bn的電壓VBn與基準(zhǔn)電位USB-的關(guān)系如下VBn＝(UBn+)-(UBn-)＝(UBn+)-(UBn-)+(USB-)-(USB-)＝[(UBn+)-(USB-)]-[(UBn-)-(USB-)]…………②即任意一節(jié)電池的電壓VBn等于該電池的正極電位與基準(zhǔn)電位之差[(UBn+)-(USB-)]減去該電池的負(fù)極電位與基準(zhǔn)電位之差[(UBn-)-(USB-)]。
目前常用的一些串聯(lián)電池組保護(hù)電路的電壓檢測方法就是利用公式②的原理制造的。下面我們以一個(gè)3節(jié)串聯(lián)電池組保護(hù)電路為例，說明其工作原理如圖7所示，該保護(hù)電路包括電壓檢測電路71、充電控制開關(guān)74、放電控制開關(guān)75、電流檢測電路72和邏輯判斷控制電路73。本保護(hù)電路將串聯(lián)電池組的負(fù)極電位UB3-作為基準(zhǔn)電位，所述各電壓比較器的內(nèi)部基準(zhǔn)均與串聯(lián)電池組的負(fù)極端相連，比較器的一個(gè)輸入端取樣對應(yīng)單體電池的正極電位UB+，獲得電池的正極電位UB+與基準(zhǔn)電位UB3-的差值數(shù)據(jù)[(UB+)-(UB3-)]，所述比較器另一輸入端取樣電池的負(fù)極電位UB-，獲得電池的負(fù)極電位UB-與基準(zhǔn)電位UB3-的差值數(shù)據(jù)[(UB-)-(UB3-)]，所述數(shù)據(jù)[(UB+)-(UB3-)]和[(UB-)-(UB3-)]在比較器內(nèi)部進(jìn)行比較，并與控制閾值比較后，輸出相應(yīng)的反映各單體電池電壓狀況的電平信號(hào)，以基準(zhǔn)電位UB3-為參考點(diǎn)的邏輯判斷電路73可以方便地接受這些電平信號(hào)，并在邏輯判斷后控制充電控制開關(guān)74和放電控制開關(guān)75的通斷，從而達(dá)到對串聯(lián)電池組中每節(jié)電池都進(jìn)行保護(hù)的作用。
如圖7所示保護(hù)電路中，電壓檢測電路71輸出的電平信號(hào)均采用同一基準(zhǔn)電位UB3-，方便了與邏輯判斷控制電路的連接使用，但是，由于每節(jié)電池的電壓檢測電路均將基準(zhǔn)電位UB3-作為參照電位，隨著串聯(lián)電池的增多，單體電池電位與基準(zhǔn)電位UB3-的電位差越來越大，就產(chǎn)生了一些缺點(diǎn)，主要有1、隨著串聯(lián)電池?cái)?shù)量的增多，單體電池電位與基準(zhǔn)電位之間電位差越來越大，對電路的耐壓要求越來越高；2、隨著單體電池電位與基準(zhǔn)電位之間電位差增大，比較器檢測的電壓范圍越來越廣，從而保證檢測精度也變得越來越困難；3、同時(shí)電路也越來越復(fù)雜起來。
由于以上的缺點(diǎn)，受到集成電路的工藝限制，目前商品化的串聯(lián)電池組保護(hù)集成電路僅僅能做到管理4節(jié)串聯(lián)電池水平。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，以及多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路。
本發(fā)明多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法包括以下步驟a、每一節(jié)單體電池配接一個(gè)電壓監(jiān)測模塊，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊對相應(yīng)單體電池的正負(fù)極電位采樣，比較，輸出以被測單體電池的電極電位為參照電位的充電電壓檢測信號(hào)A和放電電壓檢測信號(hào)B；
由轉(zhuǎn)換電路將所有的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B組合、轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)A’、B’；通過電流監(jiān)測模塊采樣電池組回路電流，獲得以電池組的電極電位為參照電位的充電電流檢測信號(hào)C和放電電流檢測信號(hào)D；b、單片機(jī)接收上述充、放電電壓檢測信號(hào)A’和B’，及充、放電電流檢測信號(hào)C和D，綜合分析電池組的充、放電狀態(tài)正常與否，進(jìn)而控制充電控制開關(guān)或放電控制開關(guān)的通斷。
一種多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，包括單片機(jī)14，連接于單片機(jī)14輸入端的電壓監(jiān)測電路和電流監(jiān)測模塊17，以及由單片機(jī)14控制的、與電池組串聯(lián)的充電控制開關(guān)15和放電控制開關(guān)16，其特征在于所述電壓監(jiān)測電路含若干電壓監(jiān)測模塊12和一轉(zhuǎn)換電路13，所述轉(zhuǎn)換電路13用于將若干電壓監(jiān)測模塊12的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊12的輸入端與相應(yīng)單體電池的正負(fù)電極連接，所有電壓監(jiān)測模塊12的兩輸出端分別接轉(zhuǎn)換電路13的兩個(gè)輸入端，所述轉(zhuǎn)換電路13兩輸出端分別接單片機(jī)14的相應(yīng)輸入端。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于每一節(jié)單體電池配接一個(gè)相對獨(dú)立的電壓監(jiān)測模塊，通過一特殊的轉(zhuǎn)換電路將所在電壓監(jiān)測模塊輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有統(tǒng)一參照電位的電平信號(hào)后傳輸給單片機(jī)，克服了傳統(tǒng)串聯(lián)電池組保護(hù)電路隨著串聯(lián)電池?cái)?shù)量的增多，單體電池電位與基準(zhǔn)電位的電位差越來越大，對電壓監(jiān)測電路的耐壓要求越來越高、電路檢測精度難以保證、而且只能做到管理4節(jié)串聯(lián)電池等缺點(diǎn)，另外本保護(hù)電路功耗低、通用性強(qiáng)，其電壓監(jiān)測模塊的電壓比較電路非常標(biāo)準(zhǔn)化，耐壓要求較低并且一致性好，便于制造，便于控制精度，也便于批量化低成本的生產(chǎn)。


圖1為本多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路的原理框圖；圖2為其電壓監(jiān)測電路的原理圖；圖3為其電流監(jiān)測和邏輯判斷控制部分的原理圖；圖4為本保護(hù)電路的控制流程圖；圖5為常見單體電池保護(hù)電路的原理框圖；圖6為串聯(lián)電池組各電池電位示意圖；圖7為現(xiàn)有3節(jié)串聯(lián)電池保護(hù)電路的原理框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明對現(xiàn)有電路的設(shè)計(jì)思路做了重要的突破，以一種完全新穎的方法設(shè)計(jì)了多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路。
在本發(fā)明中，每一節(jié)單體電池配接一個(gè)電壓監(jiān)測模塊，所述電壓監(jiān)測模塊的工作電源由被監(jiān)測的單體電池提供，所有電壓監(jiān)測模塊均為相對獨(dú)立的電壓監(jiān)測單元。構(gòu)造串聯(lián)電池組時(shí)，根據(jù)串聯(lián)電池組的單體電池?cái)?shù)量需要，串聯(lián)若干電壓監(jiān)測模塊形成串聯(lián)電池組的電壓監(jiān)測電路。電池組工作時(shí)，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊對相應(yīng)單體電池的正負(fù)極電位采樣，比較，輸出以被測單體電池的電極電位為參照電位的充電電壓檢測信號(hào)A和放電電壓檢測信號(hào)B，因?yàn)楦麟妷罕O(jiān)測模塊的輸出信號(hào)A和B均以被測單體電池的電極電位作為參照電位，因而這些充、放電電壓檢測信號(hào)A和B的電位是分散的。為了將所述電位分散的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一基準(zhǔn)電位的信號(hào)，本發(fā)明引入了轉(zhuǎn)換電路，由轉(zhuǎn)換電路將所有的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B組合、轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)A’、B’。
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明。
如圖1所示，本多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路包括單片機(jī)14，連接于單片機(jī)14輸入端的電壓監(jiān)測電路和電流監(jiān)測模塊17，以及由單片機(jī)14控制的、與電池組串聯(lián)的充電控制開關(guān)15和放電控制開關(guān)16，所述電壓監(jiān)測電路含若干電壓監(jiān)測模塊12和一轉(zhuǎn)換電路13，所述轉(zhuǎn)換電路13用于將若干電壓監(jiān)測模塊12的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊12的輸入端與相應(yīng)單體電池的正負(fù)電極連接，所有電壓監(jiān)測模塊12的兩輸出端分別接轉(zhuǎn)換電路13的兩個(gè)輸入端，所述轉(zhuǎn)換電路13兩輸出端分別接單片機(jī)14的相應(yīng)輸入端。
其中，所述轉(zhuǎn)換電路13包括一充電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該充電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包含由若干電子開關(guān)組成的串聯(lián)支路131和與所述串聯(lián)支路131連接的輸出電路132，所述串聯(lián)支路131跨接于電池組正、負(fù)極之間。
所述轉(zhuǎn)換電路13還包括一放電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該放電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包含由若干電子開關(guān)組成的串聯(lián)支路133和與所述串聯(lián)支路133連接的輸出電路134，所述串聯(lián)支路133跨接于電池組正、負(fù)極之間。
參照圖2，在本實(shí)施例中，U1、U2、U3……U7、U8、U9分別為單體電池b1、b2、b3……b7、b8、b9的電壓監(jiān)測模塊，各電壓監(jiān)測模塊的1腳和2腳為輸入端，分別與相應(yīng)單體電池的正、負(fù)極連接，各電壓監(jiān)測模塊的3腳和5腳為輸出端，分別輸出相應(yīng)單體電池的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B。
所述串聯(lián)支路131和串聯(lián)支路133中的電子開關(guān)均采用由兩個(gè)三極管組成的復(fù)合管，下面以接于電壓監(jiān)測模塊U1輸出端(3腳)的電子開關(guān)為例說明其組成，如圖2所示，接于電壓監(jiān)測模塊U1輸出端(3腳)的電子開關(guān)是由三極管Q3和Q5組成復(fù)合管，其中，Q3的基極為本電子開關(guān)的控制端，該控制端與U1的輸出端(3腳)連接，Q3的發(fā)射極接單體電池b1的負(fù)極，Q3的集電極與Q5的基極連接，Q5的發(fā)射極和集電極為本電子開關(guān)的輸入端和輸出端。
如圖2所示，本實(shí)施例在所述串聯(lián)支路131中串接有分壓電阻R1、R10、R20、R21……R56、R57、R65，其中分壓電阻R1一端接電池組負(fù)極USB-，分壓電阻R1另一端接三極管Q5的集電極，所述輸出電路132由三極管Q1組成，三極管Q1的發(fā)射極接電池組負(fù)極USB-，三極管Q1的基極(即輸出電路132的輸入端)接電阻R2到分壓電阻R1和Q5的公共端，三極管Q1的集電極為OVC輸出端；所述串聯(lián)支路133中串接有分壓電阻R3、R12、R24、R25……R59、R60、R67，其中分壓電阻R3一端接電池組負(fù)極USB-，分壓電阻R3另一端接三極管Q8的集電極，所述輸出電路134由三極管Q2組成，三極管Q2的發(fā)射極接電池組負(fù)極USB-，三極管Q2的基極(即輸出電路134的輸入端)接電阻R4到分壓電阻R3和Q8的公共端，三極管Q2的集電極為OVD輸出端。
電池組工作時(shí)，若所有單體電池的電壓均正常，轉(zhuǎn)換電路13的OVC輸出端和OVD輸出端均輸出高電平信號(hào)；當(dāng)有任意一節(jié)單體電池的電壓超出過充電閥值電壓時(shí)，相應(yīng)的電壓監(jiān)測模塊12的輸出信號(hào)關(guān)閉轉(zhuǎn)換電路13中相應(yīng)的電子開關(guān)，轉(zhuǎn)換電路13的OVC輸出端輸出低電平信號(hào)(即高限信號(hào))；當(dāng)任意一節(jié)單體電池的電壓超出過放電閥值電壓時(shí)，相應(yīng)的電壓監(jiān)測模塊12的輸出信號(hào)關(guān)閉轉(zhuǎn)換電路13中相應(yīng)的電子開關(guān)，轉(zhuǎn)換電路13的OVD輸出端輸出低電平信號(hào)(即低限信號(hào))。
在實(shí)際應(yīng)用中，本發(fā)明所述轉(zhuǎn)換電路13中的電子開關(guān)還可以采用三極管或場效應(yīng)管。所述輸出電路132和輸出電路134還可以采用場效應(yīng)管反相器。
參照圖3，在本電池組保護(hù)電路中，U2為單片機(jī)，電流監(jiān)測模塊17含比較器U3A、U3B，其中比較器U3A的反相輸入端接電阻R23到地，U3A的同相端串接電阻R24、R18、R17、R3到地；比較器U3B的反相輸入端串接電阻R21、R17、R3到地，U3B的同相端接電阻R22和R16的公共端；電阻R18、R17、R21的公共端接輸出端Bout-；充電控制開關(guān)15采用場效應(yīng)管MOC，放電控制開關(guān)16采用場效應(yīng)管MOD。本實(shí)施例將充電控制開關(guān)MOC和放電控制開關(guān)MOD作為電流采樣元件，因?yàn)殚_關(guān)管MOSFET的管阻是一個(gè)常數(shù)，因此該管子上的電壓降可以反映流過的電流的大小。工作時(shí)，單片機(jī)U2的7腳和9腳分別接收來自O(shè)VC輸入端和OVD輸入端的充、放電電壓檢測信號(hào)A’、B’(所述OVC輸入端與圖2中的OVC輸出端連接，所述OVD輸入端與圖2中的OVD輸出端連接)，同時(shí)單片機(jī)U2的1腳和3腳接收來自電流監(jiān)測模塊17的充電電流檢測信號(hào)C和放電電流檢測信號(hào)D，單片機(jī)U2綜合分析電池組的充、放電狀態(tài)正常與否，進(jìn)而通過其10腳和11腳控制充電控制開關(guān)MOC和放電控制開關(guān)MOD的通斷，從而達(dá)到保護(hù)電池組的目的。
該電池組保護(hù)電路還包括一負(fù)載檢測電路，參照圖3，所述負(fù)載檢測電路由串聯(lián)的電阻R3、R17構(gòu)成，電阻R17的一端接輸出端Bout-，電阻R3的一端接電池組的負(fù)極USB-(即地)，電阻R3、R17的公共端(即輸出端)接單片機(jī)U2的4腳。當(dāng)放電控制開關(guān)MOD截止后，連接在電路中的負(fù)載將通過電阻R17把U2的4腳拉到高電位，而負(fù)載移開后，沒有了外界高電位的上拉，內(nèi)部下拉電阻R3將把U2的4腳拉到低電位，單片機(jī)U2通過對其4腳電位的判斷，即可知道負(fù)載的接入與移出。
該電池組保護(hù)電路還包括一充電器檢測電路，參照圖3，所述充電器檢測電路由依次串聯(lián)的電阻R4、R19及R18構(gòu)成，電阻R18的一端接輸出端Bout-，電阻R4的一端接電源Vcc，電阻R4、R19的公共端(即輸出端)接單片機(jī)U2的2腳。當(dāng)充電控制開關(guān)MOC截止后，連接在電路中的充電器負(fù)端電壓將通過電阻R18、R19把U2的2腳拉到低電位，而當(dāng)充電器移開后，沒有了外界負(fù)電壓的下拉，內(nèi)部上拉電阻R4把U2的2腳拉向一個(gè)高電位，單片機(jī)U2通過對其2腳電位的判斷，即可知道充電器的接入與移出。
圖4為本保護(hù)電路的控制流程圖，如圖中所示，單片機(jī)根據(jù)電池組中各單體電池的充、放電電壓檢測信號(hào)以及電池組的充、放電電流檢測信號(hào)等關(guān)鍵參數(shù)變化情況控制充放電回路的通斷，同時(shí)根據(jù)負(fù)載和充電器的接入和移開情況，決定是否恢復(fù)正常工作。
其具體保護(hù)方法如下①、每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊12對接于其輸入端的單體電池Bn的正負(fù)極電位采樣，比較，輸出以被測單體電池Bn的電極電位為參照電位的充電電壓檢測信號(hào)A和放電電壓檢測信號(hào)B；由轉(zhuǎn)換電路13將所有的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B組合、轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位USB-為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)A’、B’；通過電流監(jiān)測模塊17采樣電池組回路電流，獲得以電池組的電極電位USB-為參照電位的充電電流檢測信號(hào)C和放電電流檢測信號(hào)D；②、單片機(jī)14接收上述充、放電電壓檢測信號(hào)A’和B’，及充、放電電流檢測信號(hào)C和D，綜合分析電池組的充、放電狀態(tài)正常與否，進(jìn)而控制充電控制開關(guān)15或放電控制開關(guān)16的通斷，達(dá)到保護(hù)電池組的目的。
在上述步驟②中，所述單片機(jī)14進(jìn)行綜合分析的方法如下a、當(dāng)充電電壓檢測信號(hào)A’超過正常值(過充電閥值電壓)關(guān)斷充電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器撤除與否，若充電器撤除，充電電壓恢復(fù)正常后，單片機(jī)控制充電控制開關(guān)導(dǎo)通，重新開通充電回路恢復(fù)充電；b、當(dāng)放電電壓檢測信號(hào)B’低于正常值(過放電閥值電壓)關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器接入與否，若充電器接入，電壓恢復(fù)正常后，單片機(jī)控制放電控制開關(guān)導(dǎo)通，重新接通放電回路；c、當(dāng)負(fù)載短路關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)檢測負(fù)載電阻，若負(fù)載電阻撤除，單片機(jī)控制放電控制開關(guān)導(dǎo)通，重新接通放電回路；d、當(dāng)放電電流檢測信號(hào)D超過正常值關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)檢測負(fù)載電阻，若負(fù)載電阻撤除，則控制放電控制開關(guān)導(dǎo)通，重新接通放電回路；e、當(dāng)充電電流檢測信號(hào)C超過正常值關(guān)斷充電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器撤除與否，若充電器撤除，充電電壓恢復(fù)正常后，單片機(jī)控制充電控制開關(guān)導(dǎo)通，重新開通充電回路恢復(fù)充電。
本發(fā)明對串聯(lián)電池組中各單體電池的電壓采用單獨(dú)檢測的方法，電壓監(jiān)測模塊12在本節(jié)電池電壓范圍內(nèi)工作，因此無論多少節(jié)單體電池串聯(lián)，對于構(gòu)成電壓監(jiān)測模塊的比較器來說，永遠(yuǎn)只需要承受一節(jié)電池的電壓。由于所有的電壓監(jiān)測模塊均為一個(gè)相同的獨(dú)立電路，與串聯(lián)電池的數(shù)量無關(guān)，因此所述電壓監(jiān)測模塊內(nèi)部的電壓比較電路非常標(biāo)準(zhǔn)化，耐壓要求較低并且一致性好，便于制造，便于控制精度，也便于批量化低成本的生產(chǎn)。
本發(fā)明采用特殊設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換電路13，解決了串聯(lián)電池組保護(hù)電路中各電壓監(jiān)測模塊12輸出的充、放電電壓檢測信號(hào)A、B的參照電位不一致的問題，最終使所有的充、放電電壓檢測信號(hào)A、B轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一相對電池組的電極電位USB-的電平信號(hào)A’、B’，提供給單片機(jī)。轉(zhuǎn)換電路13中的電子開關(guān)均采用三極管構(gòu)成，制造方便，理論上認(rèn)為，只要這部分電路的器件耐壓足夠，就可以構(gòu)造任意多節(jié)電池串聯(lián)電池組的保護(hù)電路。
因?yàn)楸Ｗo(hù)電路是長期掛接在電池組的電池上的，無論電池在什么情況下，保護(hù)電路都在消耗電池的電能，這對電池是一個(gè)負(fù)擔(dān)，尤其是電池因?yàn)檫^放電以后，如果沒有及時(shí)充電，而保護(hù)電路卻還在消耗電能，這對電池非常不利，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)因此而造成電池完全失效。因此，如何減少保護(hù)電路的附加功率損耗，是保護(hù)電路能否達(dá)到實(shí)用的重要指標(biāo)之一。本發(fā)明與常規(guī)設(shè)計(jì)思路不同，本電路設(shè)計(jì)的工作方法是無論電池組是否在工作，通常的情況下，單片機(jī)總是將電路控制進(jìn)入低功耗睡眠，但這時(shí)電池組的充電控制開關(guān)和放電控制開關(guān)處于開通狀態(tài)，允許使用者任意使用。當(dāng)任意一節(jié)單體電池的電壓或電池組的電流發(fā)生異常變化的瞬間，單片機(jī)被喚醒，進(jìn)行短暫的控制翻轉(zhuǎn)處理后又重新進(jìn)入低功耗狀態(tài)，這樣設(shè)計(jì)大大減少保護(hù)電路的附加功率損耗，使得整個(gè)電路的正常功耗僅是用常規(guī)方法設(shè)計(jì)的電路功耗的十分之一甚至還要低。另外隨著電池電壓的降低，進(jìn)入過放狀態(tài)后，單片機(jī)在保留了充電回路開通的前提下控制電路進(jìn)入完全不耗電狀態(tài)，使保護(hù)電路的功耗趨向于零，這種保護(hù)方法完全符合電池的實(shí)際使用情況，使保護(hù)電路真正地達(dá)到了商品化的要求。
根據(jù)本發(fā)明，很容易采用市售的元器件構(gòu)造，也非常容易做成專用的集成電路(ASIC)。目前我們采用通常市售的元器件，可以很方便地構(gòu)造出20節(jié)電池之內(nèi)串聯(lián)電池組保護(hù)電路。
權(quán)利要求
1.一種多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于包括以下步驟a、每一節(jié)單體電池配接一個(gè)電壓監(jiān)測模塊，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊對相應(yīng)單體電池的正負(fù)極電位采樣，比較，輸出以被測單體電池的電極電位為參照電位的充電電壓檢測信號(hào)A和放電電壓檢測信號(hào)B；由轉(zhuǎn)換電路將所有的充、放電電壓檢測信號(hào)A和B組合、轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)A’、B’；通過電流監(jiān)測模塊采樣電池組回路電流，獲得以電池組的電極電位為參照電位的充電電流檢測信號(hào)C和放電電流檢測信號(hào)D；b、單片機(jī)接收上述充、放電電壓檢測信號(hào)A’和B’，及充、放電電流檢測信號(hào)C和D，綜合分析電池組的充、放電狀態(tài)正常與否，進(jìn)而控制充電控制開關(guān)或放電控制開關(guān)的通斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于在步驟b中，充電電壓檢測信號(hào)A’超過正常值，關(guān)斷充電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器撤除與否，若充電器撤除，充電電壓恢復(fù)正常后，重新打開充電控制開關(guān)恢復(fù)充電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于在步驟b中，充電電流檢測信號(hào)C超過正常值，關(guān)斷充電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器撤除與否，若充電器撤除，充電電壓恢復(fù)正常后，重新打開充電控制開關(guān)恢復(fù)充電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于在步驟b中，放電電壓檢測信號(hào)B’低于正常值關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)判斷充電器接入與否，若充電器接入，電壓恢復(fù)正常后重新接通放電回路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于在步驟b中，放電電流檢測信號(hào)D超過正常值關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)檢測負(fù)載電阻，若負(fù)載電阻撤除，重新接通放電回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法，其特征在于在步驟b中，負(fù)載短路關(guān)斷放電控制開關(guān)后，單片機(jī)檢測負(fù)載電阻，若負(fù)載電阻撤除，重新接通放電回路。
7.一種多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，包括單片機(jī)(14)，連接于單片機(jī)(14)輸入端的電壓監(jiān)測電路和電流監(jiān)測模塊(17)，以及由單片機(jī)(14)控制的、與電池組串聯(lián)的充電控制開關(guān)(15)和放電控制開關(guān)(16)，其特征在于所述電壓監(jiān)測電路含若干電壓監(jiān)測模塊(12)和一轉(zhuǎn)換電路(13)，所述轉(zhuǎn)換電路(13)用于將若干電壓監(jiān)測模塊(12)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的充、放電電壓檢測信號(hào)，每一個(gè)電壓監(jiān)測模塊(12)的輸入端與相應(yīng)單體電池的正負(fù)電極連接，所有電壓監(jiān)測模塊(12)的兩輸出端分別接轉(zhuǎn)換電路(13)的兩個(gè)輸入端，所述轉(zhuǎn)換電路(13)兩輸出端分別接單片機(jī)(14)的相應(yīng)輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于所述轉(zhuǎn)換電路(13)包括一充電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該電路包含由若干電子開關(guān)組成的串聯(lián)支路(131)和與所述串聯(lián)支路(131)連接的輸出電路(132)，所述串聯(lián)支路(131)跨接于電池組正、負(fù)極之間；以及，一放電信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，該電路包含由若干電子開關(guān)組成的串聯(lián)支路(133)和與所述串聯(lián)支路(133)連接的輸出電路(134)，所述串聯(lián)支路(133)跨接于電池組正、負(fù)極之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于在所述若干電子開關(guān)的串聯(lián)支路(131)中串接有若干分壓電阻，輸出電路(132)的輸入端與接電池組負(fù)極的一分壓電阻相接；在所述若干電子開關(guān)的串聯(lián)支路(133)中串接有若干分壓電阻，輸出電路(134)的輸入端與接電池組負(fù)極的一分壓電阻相接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于所述電子開關(guān)均為三極管或場效應(yīng)管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8或9的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于所述輸出電路(132)和輸出電路(134)均為三極管反相器，或場效應(yīng)管反相器。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于所述充電控制開關(guān)(15)和放電控制開關(guān)(16)均為場效應(yīng)管。
13.根據(jù)權(quán)利要求7的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于還包括一負(fù)載檢測電路，該負(fù)載檢測電路由串聯(lián)的電阻R3、R17構(gòu)成，電阻R17的一端接輸出端Bout-，電阻R3的一端接電池組的地，電阻R3、R17的公共端(即輸出端)接單片機(jī)(14)的一輸入端。
14.根據(jù)權(quán)利要求7的多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)電路，其特征在于還包括一充電器檢測電路，該充電器檢測電路由依次串聯(lián)的電阻R4、R19及R18構(gòu)成，電阻R18的一端接輸出端Bout-，電阻R4的一端接電源Vcc，電阻R4、R19的公共端(即輸出端)接單片機(jī)(14)的一輸入端。
全文摘要
多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法及其電路，其方法為a、每一節(jié)單體電池配接一個(gè)電壓監(jiān)測模塊，電壓監(jiān)測模塊對相應(yīng)單體電池的正負(fù)極電位采樣，比較，輸出以被測單體電池的電極電位為參照電位的充電、放電電壓檢測信號(hào)A和B；由轉(zhuǎn)換電路將所有的信號(hào)A和B組合、轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位的信號(hào)A’、B’；電流監(jiān)測模塊采樣電池組回路電流，獲得以電池組的電極電位為參照電位的充電、放電電流檢測信號(hào)C和D；b、單片機(jī)接收上述信號(hào)A’、B’、C和D，綜合分析后控制充電控制開關(guān)或放電控制開關(guān)的通斷。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)串聯(lián)電池組保護(hù)集成電路只能做到管理4節(jié)串聯(lián)電池的缺陷，其電路功耗低、通用性強(qiáng)。
文檔編號(hào)H02H7/18GK1655416SQ200410015330
公開日2005年8月17日 申請日期2004年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月10日
發(fā)明者丘守慶, 許申生 申請人:深圳市鑫匯科電子有限公司