CN203690902U - 一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池管理***技术领域，具体公开了一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置。本实用新型包括：充电MOS驱动电路、放电MOS驱动电路和电流取样电路分别与微处理器相连，放电MOS驱动电路与电池专用过流保护芯片相连，充电MOS驱动电路与充电MOS管相连，放电MOS驱动电路与放电MOS管相连，取样电阻的一端分别与放电MOS管、电池专用过流保护芯片和电流取样电路相连，取样电阻的另一端接地，TVS二极管分别与充电MOS管、放电MOS管、取样电阻和充电器的负极连接端P-/C-相连。本实用新型实现了对负载及电池组的实时软硬件两级过流保护，性能安全可靠，反应速度快，保护门限可设置，使用灵活方便。

Description

一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置

技术领域

本实用新型涉及电池管理***技术领域，尤其是涉及一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置。

背景技术

电池组在各个领域中用途广泛，被广泛用于通讯基站后备电源、储能柜、电动工具等设备；而作为其保护的电池管理***则是必不可少的配套***。在实际应用中，在一些负载电流较大的场合，当由于负载内部产生局部短路或其它原因造成负载电流超过最大允许电流(即过流)时，若不及时断开负载，往往容易造成负载过热或烧毁，从而影响整个电池组的寿命。采用完善可靠的过流保护措施可在一旦出现过流时，瞬间断开负载，从而保护负载和电池组，减少损害。

现有的电池组过流保护措施大多采用单一的电池专用芯片的硬件保护(硬件电路)或者单一的软件控制保护作为安全措施，存在可靠性有限的问题。特别是单一的软件控制，虽然门值可灵活设置，但相对单纯的硬件电路保护，其反应速度较慢。

目前还没有有效的方案来解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型所解决的技术问题是提供一种快速可靠的过流保护装置，主要应用在电池管理***中的过流保护。本实用新型通过信号检测和保护输出电路，实现了对负载及电池组的实时软硬件两级过流保护，克服了现有技术中安全及可靠性不高的缺陷。本实用新型性能安全可靠，反应速度快，保护门限可设置，使用灵活方便，较容易被设计者掌握并应用。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置；包括：

微处理器、充电MOS驱动电路、放电MOS驱动电路、电池专用过流保护芯片、电流取样电路、取样电阻、充电MOS管、放电MOS管和TVS二极管；所述充电MOS驱动电路、所述放电MOS驱动电路和所述电流取样电路分别与所述微处理器相连，所述放电MOS驱动电路与所述电池专用过流保护芯片相连，所述充电MOS驱动电路与所述充电MOS管相连，所述放电MOS驱动电路与所述放电MOS管相连，所述取样电阻的一端分别与所述放电MOS管、所述电池专用过流保护芯片和所述电流取样电路相连，所述取样电阻的另一端接地，所述TVS二极管分别与所述充电MOS管、所述放电MOS管、所述取样电阻和充电器的负极连接端P-/C-相连。

优选地，所述充放电MOS管的数量不少于2个。

更加优选地，所述取样电阻的数量不少于1个。

更加优选地，所述微处理器包含I/O接口，所述I/O接口分别与所述充电MOS驱动电路、所述放电MOS驱动电路和所述电流取样电路相连。

更加优选地，所述TVS二极管为1个双向TVS二极管或2个串联的单向TVS二极管。

更加优选地，所述电流取样电路包括运算放大器IC1，电阻R1、R2、R3和R4，以及电容C1和C2；所述取样电阻分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R1和所述电阻R2均与所述电容C1相连，所述电容C1分别与所述运算放大器IC1的正负极相连，所述电阻R3与所述运算放大器IC1相连，所述运算放大器IC1与所述电阻R4相连，所述电容C2的一端分别与所述电阻R4和所述微处理器相连，所述电容C2的另一端接地。

更加优选地，所述电阻R1和所述电阻R2阻值相同，所述电阻R1和所述电阻R2的取值范围为100欧姆～10K欧姆，所述电阻R3的取值范围为1K欧姆～330K欧姆，所述电阻R4的取值范围为100欧姆～330K欧姆，所述电容C1和所述C2的取值范围为0.01微法～100微法。

更加优选地，所述充电MOS驱动电路包括电阻R5、R6、R7、R8和R9，二极管D1以及MOS管M1和M2；所述微处理器与所述电阻R5相连，所述电阻R6的一端和所述电阻R5均与所述MOS管M1相连，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7与所述MOS管M1相连，所述电阻R8的一端和所述电阻R7均与所述MOS管M2相连，所述电阻R8的另一端接12V电源的正极，所述MOS管M2和所述二极管D1均与所述电阻R9相连，所述二极管D1与所述充电MOS管相连。

更加优选地，所述放电MOS驱动电路包括电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16和R17，二极管D2，三极管Q1以及MOS管M3和M4；所述微处理器与所述电阻R10相连，所述电阻R11的一端和所述电阻R10均与所述MOS管M3相连，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R12与所述MOS管M3相连，所述电阻R13的一端和所述电阻R12均与所述MOS管M4相连，所述电阻R13的另一端接12V电源的正极，所述电阻R14和所述电阻R15均与所述MOS管M4相连，所述电阻R14与所述二极管D2相连，所述电阻R15、所述电阻R16的一端和所述三极管Q1均与所述电池专用过流保护芯片相连，所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R17与所述三极管Q1相连，所述电阻R17和所述二极管D2均与所述放电MOS管相连。

更加优选地，所述电池专用过流保护芯片采用S8239-A芯片。

更加优选地，所述取样电阻采用毫欧级电流采样电阻，包括插件电阻或贴片电阻。

本实用新型的工作过程是：

取样电阻将采集到的工作电流信号分别送给过流保护芯片和取样电路，取样电路再把转换的电流信号送给微处理器。过流保护芯片和微处理器根据输入的电流信号进行判断，如果电流达到相应保护启动门限值，过流保护芯片输出放电MOS关断信号给放电MOS驱动电路，微处理器分别输出MOS关断信号给充电MOS驱动电路和放电MOS驱动电路，以断开负载。

其中，I/O是input/output的缩写，即输入输出端口。每个设备都会有一个专用的I/O地址，用来处理自己的输入输出信息。CPU与外部设备、存储器的连接和数据交换都需要通过接口设备来实现，前者被称为I/O接口，而后者则被称为存储器接口。存储器通常在CPU的同步控制下工作，接口电路比较简单；而I/O设备品种繁多，其相应的接口电路也各不相同，因此，习惯上说到接口只是指I/O接口。所述I/O接口芯片的功能是负责实现CPU通过***总线把I/O电路和***设备联系在一起。这些芯片大都是集成电路，通过CPU输入不同的命令和参数，并控制相关的I/O电路和简单的外设作相应的操作，常见的接口芯片如定时/计数器、中断控制器、DMA控制器、并行接口、A/D口等。

其中，所述MOS管是金属(metal)-氧化物(oxid)-半导体(semiconductor)场效应晶体管，或者称是金属-绝缘体(insulator)-半导体。MOS管的source和drain是可以对调的，他们都是在P型backgate中形成的N型区。在多数情况下，这个两个区是一样的，即使两端对调也不会影响器件的性能。这样的器件被认为是对称的。

其中，所述TVS管是瞬态抑制二极管(Transient Voltage Suppressor)的简称。它的特点是：响应速度特别快(为ps级)；耐浪涌冲击能力较放电管和压敏电阻差，其10/1000μs波脉冲功率从400W～30KW，脉冲峰值电流从0.52A～544A；击穿电压有从6.8V～550V的系列值，便于各种不同电压的电路使用。TVS管有单向与双向之分，单向TVS管的特性与稳压二极管相似，双向TVS管的特性相当于两个稳压二极管反向串联。

其中，所述电池专用过流保护芯片选用精工的S8239-A系列芯片，其内置高精度电压检测电路和延迟电路，适合于多节电池串联的可充电电池组的过电流监视和保护；通过电压检测电路来判断电流的大小，通过延迟电路来决定保护的动作时间。8239芯片已经整合了移动侦测功能(OV7949\OV7950\韩国PC1030都不具有该功能)，电路更加简洁，节省了成本，也降低了故障率，更轻易实现板块小型化。高清晰性价比高，而且功耗较小，功耗能做到65毫安左右。8239芯片具有分辨率高、噪声低、暗电流小以及感光范围大等诸多优点，这种传感器拥有的一项专利技术能够为CMOS-APS提供较高的填充因子数。与感光面积局限在二极管面积内的传统APS像素，Sarnoff方法能够将标准CMOS加工芯片的大部分面积转变为感光面积，高达78％的填充因子是产品具备高感光度的有力保证。此芯片方案面世以来被大多数国家的安防公司广泛使用。

其中，所述取样电阻包括插件电阻或贴片电阻，所述插件电阻和贴片电阻的特性为低温度系数、高精密度、超低阻值、大功率。所述插件电阻和贴片电阻的材质一般为合金、康铜或锰铜。贴片电阻的体积和重量只有传统插件电阻的1/10左右，一般采用SMT之后，电子产品体积缩小40％～60％，重量减轻60％～80％。贴片电阻可靠性高、抗振能力强。焊点缺陷率低，高频特性好，减少了电磁和射频干扰，易于实现自动化，提高生产效率。降低成本达30％～50％，节省材料、能源、设备、人力、时间等。贴片电阻的优势在于性能好，体积小，缺点是功率小。插件电阻的优势是规格多，功率大，缺点是体积大。

其中，所述微处理器用一片或少数几片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。微处理器与传统的中央处理器相比，具有体积小、重量轻和容易模块化等优点。微处理器的基本组成部分有：寄存器堆、运算器、时序控制电路，以及数据和地址总线。微处理器能完成取指令、执行指令，以及与外界存储器和逻辑部件交换信息等操作，是微型计算机的运算控制部分。它可与存储器和***电路芯片组成微型计算机。

其中，所述运算放大器IC1(简称“运放”)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，大部分的运放是以单芯片的形式存在。运放的种类繁多，广泛应用于电子行业当中。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，本实用新型采用了由微处理器、充电MOS驱动电路、放电MOS驱动电路、电池专用过流保护芯片、电流取样电路、取样电阻、充放电MOS管和TVS二极管所构成的信号检测和保护输出电路，实现了对负载及电池组的实时软硬件两级过流保护，其中软件保护可灵活配置保护门限值和动作时间。本实用新型性能安全可靠，反应速度快，保护门限可设置，使用灵活方便，能够很好地被设计者掌握并应用到实际中，具有广泛的推广意义。

附图说明

图1示例性地示出了本实用新型结构示意图；

图2示例性地示出了电流取样电路结构示意图；

图3示例性地示出了充电MOS驱动电路结构示意图；

图4示例性地示出了放电MOS驱动电路结构示意图。

图1～图4中所示的附图标记如下：1、微处理器，2、充电MOS驱动电路，3、放电MOS驱动电路，4、电池专用过流保护芯片，5、电流取样电路，6、取样电阻，7、充电MOS管，8、放电MOS管，9、TVS二极管。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型所解决的技术问题、所提供的技术方案，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型的实施，但并不用于限定本实用新型。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，

在优选的实施例中，图1示例性地示出了本实用新型的结构示意图；包括：。

微处理器1、充电MOS驱动电路2、放电MOS驱动电路3、电池专用过流保护芯片4、电流取样电路5、取样电阻6、充电MOS管7、放电MOS管8和TVS二极管9；所述充电MOS驱动电路2、所述放电MOS驱动电路3和所述电流取样电路5分别与所述微处理器1相连，所述放电MOS驱动电路3与所述电池专用过流保护芯片4相连，所述充电MOS驱动电路2与所述充电MOS管7相连，所述放电MOS驱动电路3与所述放电MOS管8相连，所述取样电阻6的一端分别与所述放电MOS管8、所述电池专用过流保护芯片4和所述电流取样电路5相连，所述取样电阻6的另一端接地，所述TVS二极管9分别与所述充电MOS管7、所述放电MOS管8、所述取样电阻6和充电器的负极连接端P-/C-相连。

在更加优选的实施例中，所述充放电MOS管8的数量不少于2个。

在更加优选的实施例中，所述取样电阻6的数量不少于1个。

在更加优选的实施例中，所述微处理器1包含I/O接口，所述I/O接口分别与所述充电MOS驱动电路2、所述放电MOS驱动电路3和所述电流取样电路5相连。

在更加优选的实施例中，所述TVS二极管9为1个双向TVS二极管或2个串联的单向TVS二极管。

在更加优选的实施例中，图2示例性地示出了电流取样电路5结构示意图；所述电流取样电路5包括运算放大器IC1，电阻R1、R2、R3和R4，以及电容C1和C2；所述取样电阻6分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R1和所述电阻R2均与所述电容C1相连，所述电容C1分别与所述运算放大器IC1的正负极相连，所述电阻R3与所述运算放大器IC1相连，所述运算放大器IC1与所述电阻R4相连，所述电容C2的一端分别与所述电阻R4和所述微处理器1相连，所述电容C2的另一端接地。

在更加优选的实施例中，所述电阻R1和所述电阻R2阻值相同，所述电阻R1和所述电阻R2的取值范围为100欧姆～10K欧姆，所述电阻R3的取值范围为1K欧姆～330K欧姆，所述电阻R4的取值范围为100欧姆～330K欧姆，所述电容C1和所述C2的取值范围为0.01微法～100微法。

在更加优选的实施例中，图3示例性地示出了充电MOS驱动电路2结构示意图；所述充电MOS驱动电路2包括电阻R5、R6、R7、R8和R9，二极管D1以及MOS管M1和M2；所述微处理器1与所述电阻R5相连，所述电阻R6的一端和所述电阻R5均与所述MOS管M1相连，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7与所述MOS管M1相连，所述电阻R8的一端和所述电阻R7均与所述MOS管M2相连，所述电阻R8的另一端接12V电源的正极，所述MOS管M2和所述二极管D1均与所述电阻R9相连，所述二极管D1与所述充电MOS管7相连。

在更加优选的实施例中，图4示例性地示出了放电MOS驱动电路3结构示意图；所述放电MOS驱动电路3包括电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16和R17，二极管D2，三极管Q1以及MOS管M3和M4；所述微处理器1与所述电阻R10相连，所述电阻R11的一端和所述电阻R10均与所述MOS管M3相连，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R12与所述MOS管M3相连，所述电阻R13的一端和所述电阻R12均与所述MOS管M4相连，所述电阻R13的另一端接12V电源的正极，所述电阻R14和所述电阻R15均与所述MOS管M4相连，所述电阻R14与所述二极管D2相连，所述电阻R15、所述电阻R16的一端和所述三极管Q1均与所述电池专用过流保护芯片4相连，所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R17与所述三极管Q1相连，所述电阻R17和所述二极管D2均与所述放电MOS管8相连。

在更加优选的实施例中，所述电池专用过流保护芯片4采用S8239-A芯片。

在更加优选的实施例中，所述取样电阻6采用毫欧级电流采样电阻，包括插件电阻或贴片电阻。

具体的实施例：

本实用新型的工作过程是：

取样电阻将采集到的工作电流信号分别送给过流保护芯片和取样电路，取样电路再把转换的电流信号送给微处理器。过流保护芯片和微处理器根据输入的电流信号进行判断，如果电流达到相应保护启动门限值，过流保护芯片输出放电MOS关断信号给放电MOS驱动电路，微处理器分别输出MOS关断信号给充电MOS驱动电路和放电MOS驱动电路，以断开负载。

根据实际应用需求，***设置两个过流保护门限值，较小的对应软件保护启动门限值(可以灵活配置门限值和动作时间)，较大的对应硬件(过流保护专用芯片)保护门限值。取样电阻将采集到的工作电流信号分别送给过流保护芯片和取样电路，取样电路再把转换的电流信号送给微处理器。过流保护芯片和微处理器根据输入的电流信号进行判断，如果电流达到相应保护启动门限值，过流保护芯片输出放电MOS关断信号给放电MOS驱动电路，微处理器分别输出MOS关断信号给充电MOS驱动电路和放电MOS驱动电路，以断开负载。

以上通过优选的和具体的实施例详细的描述了本实用新型，但本领域技术人员应该明白，本实用新型并不局限于以上所述实施例，凡在本实用新型的基本原理之内，所作的任何修改、组合及等同替换等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，包括：微处理器、充电MOS驱动电路、放电MOS驱动电路、电池专用过流保护芯片、电流取样电路、取样电阻、充电MOS管、放电MOS管和TVS二极管；所述充电MOS驱动电路、所述放电MOS驱动电路和所述电流取样电路分别与所述微处理器相连，所述放电MOS驱动电路与所述电池专用过流保护芯片相连，所述充电MOS驱动电路与所述充电MOS管相连，所述放电MOS驱动电路与所述放电MOS管相连，所述取样电阻的一端分别与所述放电MOS管、所述电池专用过流保护芯片和所述电流取样电路相连，所述取样电阻的另一端接地，所述TVS二极管分别与所述充电MOS管、所述放电MOS管、所述取样电阻和充电器的负极连接端P-/C-相连。

2.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述充放电MOS管的数量不少于2个；所述取样电阻的数量不少于1个。

3.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述微处理器包含I/O接口，所述I/O接口分别与所述充电MOS驱动电路、所述放电MOS驱动电路和所述电流取样电路相连。

4.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述TVS二极管为1个双向TVS二极管或2个串联的单向TVS二极管。

5.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述电流取样电路包括运算放大器IC1，电阻R1、R2、R3和R4，以及电容C1和C2；所述取样电阻分别与所述电阻R1和所述电阻R2相连，所述电阻R1和所述电阻R2均与所述电容C1相连，所述电容C1分别与所述运算放大器IC1的正负极相连，所述电阻R3与所述运算放大器IC1相连，所述运算放大器IC1与所述电阻R4相连，所述电容C2的一端分别与所述电阻R4和所述微处理器相连，所述电容C2的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述电阻R1和所述电阻R2阻值相同，所述电阻R1和所述电阻R2的取值范围为100欧姆～10K欧姆，所述电阻R3的取值范围为1K欧姆～330K欧姆，所述电阻R4的取值范围为100欧姆～330K欧姆，所述电容C1和所述C2的取值范围为0.01微法～100微法。

7.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述充电MOS驱动电路包括电阻R5、R6、R7、R8和R9，二极管D1以及MOS管M1和M2；所述微处理器与所述电阻R5相连，所述电阻R6的一端和所述电阻R5均与所述MOS管M1相连，所述电阻R6的另一端接地，所述电阻R7与所述MOS管M1相连，所述电阻R8的一端和所述电阻R7均与所述MOS管M2相连，所述电阻R8的另一端接12V电源的正极，所述MOS管M2和所述二极管D1均与所述电阻R9相连，所述二极管D1与所述充电MOS管相连。

8.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述放电MOS驱动电路包括电阻R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16和R17，二极管D2，三极管Q1以及MOS管M3和M4；所述微处理器与所述电阻R10相连，所述电阻R11的一端和所述电阻R10均与所述MOS管M3相连，所述电阻R11的另一端接地，所述电阻R12与所述MOS管M3相连，所述电阻R13的一端和所述电阻R12均与所述MOS管M4相连，所述电阻R13的另一端接12V电源的正极，所述电阻R14和所述电阻R15均与所述MOS管M4相连，所述电阻R14与所述二极管D2相连，所述电阻R15、所述电阻R16的一端和所述三极管Q1均与所述电池专用过流保护芯片相连，所述电阻R16的另一端接地，所述电阻R17与所述三极管Q1相连，所述电阻R17和所述二极管D2均与所述放电MOS管相连。

9.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述电池专用过流保护芯片采用S8239-A芯片。

10.根据权利要求1所述的电池管理***中的实时软硬件两级过流保护装置，其特征在于，所述取样电阻采用毫欧级电流采样电阻，包括插件电阻或贴片电阻。

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