CN106972569A - 智能电池终端、智能电源终端及其匹配检测方法 - Google Patents

智能电池终端、智能电源终端及其匹配检测方法 Download PDF

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杨国霞
安征
陈再励
刘汝寿
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Abstract

一种智能电池终端、智能电源终端及其匹配检测方法，电池内设有电池模组和电池管理***，所述的电池设有主供电回路、预放电支路和通信接口Ⅰ；所述的预放电支路连接电池模组；所述的通信接口连接电池管理***。智能电池终端在普通电池模组的基础上增加预放支路和通信接口，默认通过预放支路输出，输出限流，可以防止电池在静置或是搬运过程中误短路造成电池损坏；通信接口保证电池终端与用电***必须信息交互成功才能正式供电（信息加密传输），否则用电***无法正常工作，防止了假冒伪劣电池在产品上的使用。

Description

智能电池终端、智能电源终端及其匹配检测方法
技术领域
本发明涉及锂电池模组的电池管理***设计领域，应用场合包括电动自行车、滑板车、平衡车、扭扭车、无人机、机器人等使用锂电池提供能量的产品。
背景技术
随着锂电池的推广，越来越多的产品开始使用锂电池为产品提供动力来源，但目前很多产品所使用的锂电池不带电池管理***，或是所带的电池管理***的保护功能不完善，这类电池在使用过程中容易出现以下问题：
1、电池电压直接对外输出，触碰端口很容易触发电池的短路保护，在电压等级较高的情况下，会对人体造成伤害。
2、接口设计简单，容易被仿造，假冒伪劣电池的出现，不但电池本身在使用过程中出现起火、***等很多安全事故，对使用电池的产品也带来相应的损坏，造成极坏的影响。
3、不具备预放电支路，电池直接输出供电电流，引起电池、用电设备的损坏。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种智能电池终端、智能电源终端及匹配检测方法，通过在电池管理***的基础上增加预放电支路和通信接口，解决电池直接对外输出容易触发短路等问题，并且避免假冒伪劣的电池在产品上使用。
本发明采用的技术方案：一种智能电池终端，电池内设有电池模组和电池管理***，其特征在于：所述的电池设有主供电回路、预放电支路和通信接口Ⅰ；所述的预放电支路连接电池模组；所述的通信接口连接电池管理***。
优选的，所述的预放电支路包括预放支路驱动信号PD_Driver，场效应管Q2栅极通过电阻R6连接预放支路驱动信号PD_Driver，场效应管Q2漏极通过电阻R7连接场效应管Q3栅极，通过电阻R8连接场效应管Q3漏极，场效应管Q3漏极连接12V电源；场效应管Q3源极通过电阻R4、R3连接场效应管Q1源极，场效应管Q1漏极通过电阻R2连接二极管D1阴极，二极管D1的阳极连接电池模组对外供电负极P-；场效应管Q1的源极通过电阻R1连接电池模组负极S-。
优选的，所述的通信接口Ⅰ电路包括RS485收发芯片U1，该芯片采用MAX3483E芯片，收发芯片U1的1脚、4脚分别连接电池模组内部MCU串口通信接收端和发送端；收发芯片U1的6脚、7脚连接电阻模组对外通信接口。
优选的，所述的电池管理***包括用于检测电池模组内部每个电芯的电压、充放电电流、温度信息的模拟前端、用于电池模组剩余电量估算的电量计；所述的模拟前端和电量计通过内部通信总线与微控制器Ⅰ连接，所述的微控制器Ⅰ与通信接口Ⅰ连接；微控制器Ⅰ的输入端还连接有电流调理电路。
一种智能电源终端，包括无人机电源，所述的无人机电源内设有微处理器Ⅱ，微处理器Ⅱ连接有通信接口Ⅱ；所述的通信接口Ⅱ能够与智能电池终端的通信接口Ⅰ对接通信。
一种电池与电源终端的匹配检测方法，包括以下步骤：
S1：常规情况下，电池的主供电回路断开，预放电支路保持导通；选择预放电限流电阻，使得预放电支路输出的电流能够使智能电源终端启动校验模式；
S2：当电池放入用电设备时，通信接口Ⅰ和通信接口Ⅱ自动对接，同时预放电支路向智能电源终端提供一个预放电电流，智能电源终端接入预放电电流后，启动校验模式，开始校验电池与设备的匹配信息；电流采样电阻将电池电流信息反馈到微控制器Ⅰ；
S3：微控制器Ⅰ检测到电池终端对外输出电流后，通过通信接口与智能电源终端进行信息交互，信息交互成功后，电池终端导通主供电回路进行正式供电，同时断开预放电支路；若信息交互失败，则电池终端保持主供电回路断开，同时断开预放电支路，切断对外输出，一段时间后恢复预放电支路输出；
S4：信息交互成功后，智能电源终端从校验模式切换为供电模式，接通整机电源，为整机供电；若信息交互失败，智能电源终端不向设备供电，防止损坏设备。
本发明的有益效果：智能电池终端在普通电池模组的基础上增加预放支路和通信接口，默认通过预放支路输出，输出限流，可以防止电池在静置或是搬运过程中误短路造成电池损坏；通信接口保证电池终端与用电***必须信息交互成功才能正式供电（信息加密传输），否则用电***无法正常工作，防止了假冒伪劣电池在产品上的使用。
附图说明
图1是本发明电池终端的***结构图；
图2是本发明预放电支路电路图；
图3是本发明通信接口电路图；
图4是本发明用电设备侧的***结构图；
图5是本发明工作流程图；
图1中，P+：电池模组对外供电正极；P-：电池模组对外供电负极；T+/T-：电池模组对外通信接口。
图2中，PD_Driver： 预放回路驱动信号；S-：电池模组负极；P-：电池模组对外供电负极；R1：电流采样电阻；R2：预放之路限流电阻。
图3中，T+/T-：电池模组对外通信接口；RX：电池模组内部MCU串口通信接收端；TX：电池模组内部MCU串口通信发送端；EN：通信使能信号；U1：RS485收发芯片。
图4中，P+：用电设备供电正极；P-：用电设备供电负极；T+/T-；用电设备通信接口。
具体实施方式
以下是本发明的在无人机领域的一个具体应用实例。无人机在运行过程中对于***的稳定性要求极高，包括控制***和供电***等，因此必须杜绝假冒伪劣电池在产品上的使用，同时需要解决电池本身的短路、无法限流等问题。
如图1所示，智能电池终端设有主输出回路P-、P+，主输出回路在电池默认状态下处于断开状态，通过预放电支路进行输出电流，预放电支路与主输出回路并联，且本身串联有预放电限流电阻和电路保护二极管。
预放电功能：参考图2，默认情况下预放电支路对外供电，即PD_Driver给高电平，导通Q2，将R7与GND导通，12V通过R7和R8分压后提供Q3驱动，使得Q3导通，从而12V经过R3和R4分压后给Q1提供驱动电压，使得Q1导通，从而导通这个预放电之路。当需要切断预放电支路时，只需将PD_Driver给低电平即可。
电池限流功能：通过调节限流电阻的电阻值实现电池的限流输出，使得输出的电流能够使用电***的微控制器MCU和通信接口模块进入正常工作状态，从而启动电池、设备匹配检查程序。
电池防短路功能：限流电阻的存在，可以保证即使P+、P-短路也不会对电池本身造成损坏。通过在主回路设置电流采样电阻，电池微控制器可以在电池短路后断开预放支路的开关，切段输出，延时待短路电流消失后恢复预放电支路输出。
电池、设备匹配检测功能：S1：常规情况下，电池的主供电回路断开，预放电支路保持导通；选择预放电限流电阻，使得预放电支路输出的电流能够使智能电源终端启动校验模式；
S2：当电池放入无人机设备时，通信接口Ⅰ和通信接口Ⅱ自动对接，同时预放电支路向智能电源终端提供一个预放电电流，智能电源终端接入预放电电流后，启动校验模式，开始校验电池与设备的匹配信息；电流采样电阻将电池电流信息反馈到微控制器Ⅰ；
S3：微控制器Ⅰ检测到电池终端对外输出电流后，通过通信接口与智能电源终端进行信息交互，信息交互成功后，电池终端导通主供电回路进行正式供电，同时断开预放电支路；若信息交互失败，则电池终端保持主供电回路断开，同时断开预放电支路，切断对外输出，一段时间后恢复预放电支路输出；
S4：信息交互成功后，智能电源终端从校验模式切换为供电模式，接通整机电源，为整机供电；若信息交互失败，智能电源终端不向设备供电，防止损坏设备。
智能电池终端在普通电池模组的基础上增加预放支路和通信接口，默认通过预放支路输出，输出限流，可以防止电池在静置或是搬运过程中误短路造成电池损坏；通信接口保证电池终端与用电***必须信息交互成功才能正式供电（信息加密传输），否则用电***无法正常工作，防止了假冒伪劣电池在产品上的使用。

Claims (6)

1.一种智能电池终端，电池内设有电池模组和电池管理***，其特征在于：所述的电池设有主供电回路、预放电支路和通信接口Ⅰ；所述的预放电支路连接电池模组；所述的通信接口连接电池管理***。
2.根据权利要求1所述的智能电池终端，其特征在于：所述的预放电支路包括预放支路驱动信号PD_Driver，场效应管Q2栅极通过电阻R6连接预放支路驱动信号PD_Driver，场效应管Q2漏极通过电阻R7连接场效应管Q3栅极，通过电阻R8连接场效应管Q3漏极，场效应管Q3漏极连接12V电源；场效应管Q3源极通过电阻R4、R3连接场效应管Q1源极，场效应管Q1漏极通过电阻R2连接二极管D1阴极，二极管D1的阳极连接电池模组对外供电负极P-；场效应管Q1的源极通过电阻R1连接电池模组负极S-。
3.根据权利要求1所述的智能电池终端，其特征在于：所述的通信接口Ⅰ电路包括RS485收发芯片U1，该芯片采用MAX3483E芯片，收发芯片U1的1脚、4脚分别连接电池模组内部MCU串口通信接收端和发送端；收发芯片U1的6脚、7脚连接电阻模组对外通信接口。
4.根据权利要求1所述的智能电池终端，其特征在于：所述的电池管理***包括用于检测电池模组内部每个电芯的电压、充放电电流、温度信息的模拟前端、用于电池模组剩余电量估算的电量计；所述的模拟前端和电量计通过内部通信总线与微控制器Ⅰ连接，所述的微控制器Ⅰ与通信接口Ⅰ连接；微控制器Ⅰ的输入端还连接有电流调理电路。
5.一种智能电源终端，包括电源，其特征在于：所述的电源内设有微处理器Ⅱ，微处理器Ⅱ连接有通信接口Ⅱ；所述的通信接口Ⅱ能够与智能电池终端的通信接口Ⅰ对接通信。
6.一种电池与电源终端的匹配检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：常规情况下，电池的主供电回路断开，预放电支路保持导通；选择预放电限流电阻，使得预放电支路输出的电流能够使智能电源终端启动校验模式；
S2：当电池放入用电设备时，通信接口Ⅰ和通信接口Ⅱ自动对接，同时预放电支路向智能电源终端提供一个预放电电流，智能电源终端接入预放电电流后，启动校验模式，开始校验电池与设备的匹配信息；电流采样电阻将电池电流信息反馈到微控制器Ⅰ；
S3：微控制器Ⅰ检测到电池终端对外输出电流后，通过通信接口与智能电源终端进行信息交互，信息交互成功后，电池终端导通主供电回路进行正式供电，同时断开预放电支路；若信息交互失败，则电池终端保持主供电回路断开，同时断开预放电支路，切断对外输出，一段时间后恢复预放电支路输出；
S4：信息交互成功后，智能电源终端从校验模式切换为供电模式，接通整机电源，为整机供电；若信息交互失败，智能电源终端不向设备供电，防止损坏设备。
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