CN209389733U - 锂电池保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于锂电池技术领域，提供了一种锂电池保护板，该锂电池保护板包括电池组、模拟前端模块、主控模块、唤醒模块、充放电模块、光耦隔离模块、及保护模块；电池组与模拟前端模块连接；模拟前端模块通过控制总线和数据总线与主控模块连接；唤醒模块、充放电模块、保护模块均分别与电池组和主控模块连接；唤醒模块用于检测到充电器或负载连接至锂电池保护板时，发送唤醒信号至主控模块；主控模块用于根据是否获取到唤醒信号，发送控制信号至充放电模块，以使充放电模块控制锂电池保护板停止工作或由充电器对电池组进行充电或由电池组对负载进行放电。本实用新型提供的锂电池保护板解决了现有锂电池保护板安全性不够的问题。

Description

锂电池保护板

技术领域

本实用新型属于锂电池技术领域，尤其涉及一种锂电池保护板。

背景技术

随着科学技术的进步以及电子技术的发展，越来越多的电子设备需使用电池进行供电使用，现有电池包括锂电池、铅酸电池等，其中锂电池相比传统铅酸电池具有能量密度大、寿命长、更环保的优点，因此受到广泛使用。

现有锂电池组通常采用硬件锂电池保护板对其进行保护，其锂电池保护板用于对串联锂电池组进行充放电保护，使得保护锂电池组不过放、不过充、不过流、以及输出短路保护，在锂电池充满电时保证各个单体电池之间的电压差异小于设定值，实现电池组各个单体电池的均充。

然而现有的锂电池保护板中，其锂电池组处于实时工作状态，当锂电池保护板未连接充电器以及负载时，锂电池组未关闭电源电路，其还存在电压输出，导致其安全性不够，甚至引发安全事故，同时由于锂电池组实时进行电压输出使得增加了耗能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种锂电池保护板，旨在解决现有锂电池保护板安全性不够的问题。

本实用新型实施例提出一种锂电池保护板，包括电池组、模拟前端模块、主控模块、唤醒模块、充放电模块、光耦隔离模块、及保护模块；

所述电池组与所述模拟前端模块连接；

所述模拟前端模块通过控制总线和数据总线与所述主控模块连接；

所述唤醒模块、所述充放电模块、所述保护模块均分别与所述电池组和所述主控模块连接；

所述模拟前端模块用于检测采集所述电池组的电流、电压、及温度，以及用于根据所述主控模块的控制对所述电池组的内部实现电流均衡控制；

所述唤醒模块用于检测到充电器或负载连接至所述锂电池保护板时，发送唤醒信号至所述主控模块；

所述主控模块用于根据是否获取到所述唤醒信号，发送控制信号至所述充放电模块，以使所述充放电模块控制所述锂电池保护板停止工作或由所述充电器对所述电池组进行充电或由所述电池组对所述负载进行放电；

所述光耦隔离模块与所述主控模块的通讯端口连接，用于消除与上位机进行通信时的信号干扰；

所述保护模块用于所述充电器对所述电池组进行充电时的短路保护。

更进一步地，所述模拟前端模块包括电流检测电路、电压检测电路、均衡控制电路、及温度采集电路；

所述电流检测电路用于检测采集所述电池组的电流；

所述电压检测电路用于检测采集所述电池组的电压；

所述温度采集电路用于检测采集所述电池组的温度；

所述均衡控制电路用于根据所述主控模块的控制对所述电池组的内部实现电流均衡控制。

更进一步地，所述锂电池保护板还包括与所述主控模块连接的存储模块和指示灯；

所述存储模块用于存储所述电池组的状态信息；

所述指示灯用于指示所述电池组的电量状态。

更进一步地，所述充放电模块包括与主控模块连接的充电MOS管和放电 MOS管，所述充电MOS管的栅极和所述放电MOS管的栅极均与所述主控模块连接，所述充电MOS管的源极与所述充电器的负输入端连接，所述充电MOS 管的漏极与所述放电MOS管的漏极连接，所述放电MOS管的源极与所述电池组的负极连接。

更进一步地，所述唤醒模块包括与所述主控模块连接的第一电阻，第一三极管，第二电阻，第二三极管，与所述第一三极管连接的第一二极管和第三电阻，与所述第二三极管连接的第四电阻、第五电阻和第二二极管，及与所述第三电阻连接的第六电阻和第七电阻；

所述主控模块与所述第一电阻一端、所述第一三极管的集电极、所述第二三极管的集电极、及所述第二电阻一端连接，所述第一电阻另一端接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述第一二极管的负极及所述第三电阻一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第二二极管的正极和所述第五电阻一端连接，所述第二三极管的基极与所述第四电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述电池组的正极连接，所述第一二极管的正极接地，所述第二二极管的负极接地，所述第四电阻另一端接地，所述第三电阻另一端与所述第六电阻和所述第七电阻一端连接，所述第五电阻和所述第六电阻另一端与一公共端连接，所述第七电阻另一端接地，所述公共端为所述充电器的负输入端和所述负载的负输出端的公共连接端。

更进一步地，所述保护模块包括一保护MOS管，所述保护MOS管的栅极与所述主控模块连接，所述保护MOS管的源极与所述电池组的正极连接，所述保护MOS管的漏极与所述充电器的正输入端连接。

本实用新型所提供的锂电池保护板，由于设置充放电模块使得可以对电池组进行充电或者放电的控制，由于设置唤醒模块可使得其锂电池保护板当未与充电器和负载连接时，关闭电池电源电路，停止电压输出；当与任一充电器或者负载连接时，其主控模块控制电池组恢复至工作状态，以实现单一由充电器对电池组进行充电或单一由电池组对负载放电；由于设置光耦隔离模块使得可消除主控模块的通讯端口与上位机进行通信时信号干扰，由于设置保护模块使得实现对电池组进行充电时的短路保护，使得增加了锂电池保护板的安全性能，降低了锂电池保护板的耗能，解决了现有锂电池保护板安全性不够的问题。

附图说明

图1是本实用新型的一实施例提供的锂电池保护板的模块图；

图2是本实用新型的一优选实施例提供的锂电池保护板的结构图；

图3是本实用新型的一优选实施例提供的锂电池保护板中与唤醒模块连接的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供的锂电池保护板包括电池组、模拟前端模块、主控模块、唤醒模块、充放电模块、光耦隔离模块、及保护模块，电池组与模拟前端模块连接，模拟前端模块与主控模块连接，唤醒模块、充放电模块、保护模块均分别与电池组和主控模块连接，光耦隔离模块与主控模块的通讯端口连接，当唤醒模块检测到充电器或负载连接至锂电池保护板时，唤醒模块发送唤醒信号至主控模块；主控模块未接收到唤醒信号时，发送控制信号控制关闭锂电池保护板电源电路；主控模块接收到唤醒信号时，发送控制信号以使充放电模块控制由充电器对电池组进行充电或由电池组对负载放电，使得提高产品安全性、稳定性，同时降低锂电池保护板的耗能，同时模拟前端模块可以检测采集电池组的电流、电压、及温度，以及根据主控模块的控制对电池组的内部实现电流均衡控制，光耦隔离模块可以隔离主控模块的通讯端口与上位机通讯时的信号干扰，保护模块可以实现对充电器充电时的短路保护。

实施例一

如图1所示为本实用新型实施例提供的锂电池保护板的模块图。

本实用新型提供的锂电池保护板，包括电池组20、模拟前端模块30、主控模块40、唤醒模块50、充放电模块60、光耦隔离模块70、及保护模块80；其中，电池组20与模拟前端模块30连接；模拟前端模块30通过控制总线和数据总线与主控模块40连接；唤醒模块50、充放电模块60、保护模块80均分别与电池组20和主控模块40连接；其中模拟前端模块30用于检测采集电池组20 的电流、电压、及温度，以及用于根据主控模块40的控制对电池组20的内部实现电流均衡控制；唤醒模块50用于检测到充电器或负载连接至锂电池保护板时，发送唤醒信号至主控模块40；主控模块40用于根据是否获取到唤醒信号，发送控制信号至充放电模块60，以使充放电模块60控制锂电池保护板停止工作或由充电器对电池组20进行充电或由电池组20对负载进行放电；光耦隔离模块70与主控模块的通讯端口连接，用于消除与上位机进行通信时的信号干扰；保护模块80用于充电器对电池组20进行充电时的短路保护。

本实用新型实施例提供的锂电池保护板，通过设置的充放电模块使得可以对电池组进行充电或者放电的控制，通过设置唤醒模块可使得其锂电池保护板当未与充电器和负载连接时，关闭电池电源电路，停止电压输出；当与任一充电器或者负载连接时，其主控模块控制电池组恢复至工作状态，以实现由充电器对电池组进行充电或由电池组对负载放电；通过设置光耦隔离模块使得可消除主控模块的通讯端口与上位机进行通信时信号干扰，通过设置保护模块使得实现对电池组进行充电时的短路保护，使得增加了锂电池保护板的安全性能，降低了锂电池保护板的耗能，解决现有锂电池保护板安全性不够的问题。

实施例二

如图2所示为本实用新型优选实施例提供的锂电池保护板的结构图。其实现原理及产生的技术效果和实施例一相同，为简要描述，本实用新型实施例未提及之处，可参考实施例一中相应内容。

其与实施例一的区别在于，具体的，锂电池保护板还包括与主控模块40 连接的存储模块90和指示灯100。

具体的，模拟前端模块30包括电流检测电路、电压检测电路、均衡控制电路、及温度采集电路；

其中，电流检测电路用于检测采集电池组20的电流；

电压检测电路用于检测采集所述电池组20的电压；

温度采集电路用于检测采集所述电池组20的温度；

均衡控制电路用于根据主控模块40的控制对电池组20的内部实现电流均衡控制。

其中，在本实用新型的一个实施例中，该电池组20的正极B+分别与充电器的正输入端C+和负载的正输出端P-连接，充电器的负输入端C-和负载的负输出端P-相连接，其锂电池保护板为充放电同口设置，其电池组20的正极B+、负极分别与模拟前端模块30的正输入端、负输入端连接。

在本实用新型的一个实施例中，该模拟前端模块30采用BQ76940芯片，其模拟前端模块30可提供过流保护、电源稳压、电池均衡控制、电池电压转换、温度检测等功能，模拟前端模块包括电流检测电路、电压检测电路、均衡控制电路、及温度采集电路，其检测的电流、电压、及温度信号等通过特定数据通讯端口逐个传输至主控模块40中，其主控模块40对各种信号进行AD模数转换后得到电池组20的电流值、电压值、及温度值等信息，其主控模块40根据获取的各个信息通过控制总线发出相应的控制信号至模拟前端模块30，以使模拟前端模块30控制内部MOS管打开，通过两个电阻对单节电芯进行放电，完成被动均衡，实现对电池组20的均衡控制，以使得电池组20内部均衡电流，保证电池组20电压的一致性。并当主控模块40根据获取到模拟前端模块30 检测的电池组20充放电时存在过流、过压、高低温时，发送控制信号至模拟前端模块30，以使模拟前端模块30控制电池组20实现充放电过流、过压、高低温的保护。

在本实用新型的一个实施例中，主控模块40为MCU芯片，本实施例中，其具体采用ATMEGA32M1芯片。其中，主控模块40提供1路UART、1路 CAN、1路SPI、及1路lin通讯功能，其通过通讯端口与上位机相连接，可用于上位机的数据监控，显示当前电池组20的总电压和各单体电池电压，充放电电流，电池组20剩余电量，温度和电池组20现处的工作状态以及故障等讯息等。其中用户可通过上位机与主控模块40的通讯端口进行通讯，使得可采用程序烧写方式对所有保护电压、保护电流、保护温度的阈值以及保护功能等进行灵活调节设置，其主控模块40根据烧写数据对模拟前端模块30进行控制，以实现所有信息的设置。其中，本实施例中，主控模块40的通讯端口连接一光耦隔离模块70，通过光耦隔离模块70的设置使得可消除主控模块40的通讯端口与上位机通讯时的信号干扰，从而达到隔离现场的效果。其中本实施例中，该主控模块40还连接一存储模块90，其主控模块40在充放电时可将其获取的电池组20的电压、电流、充电次数、电量等所有状态信息自动存储至存储模块 90中，其存储模块90用于存储电池组20的状态信息，其可存储前200次充放电的状态信息，上位机如PC等进行数据统计时可通过UART端口进行数据读取，便于用户搜集数据以及故障解析。其中主控模块40还连接一指示灯100，本实施例中，其指示灯100为一路红、三路绿的4路SOC指示灯100，其主控模块40根据获取的电池组20的电量状态信息控制指示灯100的显示，指示灯 100用于指示电池组20的电量状态，其电池组20进行充放电时，通过指示灯 100的指示可便于用户获取电池组20的电量状态。

其中，主控模块40还分别与唤醒模块50、充放电模块60、及保护模块80 连接，其中唤醒模块50可检测锂电池保护板是否与充电器或负载连接，当检测到充电器或负载连接至锂电池保护板时，发送唤醒信号至主控模块40；其主控模块40未获取到唤醒信号时，其发送控制信号至充放电模块60，以使充放电模块60控制锂电池保护板停止工作，使得可降低锂电池保护板的耗能。其主控模块40获取到唤醒信号时，发送控制信号至充放电模块60，以使单一由充电器对电池组20进行充电或单一由电池组20对负载进行放电，使得提高产品安全性、稳定性。其中充放电模块60与主控模块40连接，其根据主控模块40 发出的控制信号控制电池组20的充放电状态。其中保护模块80与主控模块40 连接，当充电器对电池组20进行充电发生短路时，其发出控制信号至主控模块 40，主控模块40根据获取的控制信号控制充放电模块60以使电池组20停止充电，实现短路保护。

进一步地，如图3所示，本实用新型的一个实施例中，其唤醒模块50包括与主控模块40连接的第一电阻R1，第一三极管Q1，第二电阻R2，第二三极管Q2，与第一三极管Q1连接的第一二极管D1和第三电阻R3，与第二三极管 Q2连接的第四电阻R4、第五电阻R5和第二二极管D2，及与第三电阻R3连接的第六电阻R6和第七电阻R7；

主控模块40与第一电阻R1一端、第一三极管Q1的集电极c、第二三极管Q2的集电极c、及第二电阻R2一端连接，第一电阻R1另一端接地，第一三极管Q1的发射极e接地，第一三极管Q1的基极b与第一二极管D1的负极及第三电阻R3一端连接，第二三极管Q2的发射极e与第二二极管D2的正极和第五电阻R5一端连接，第二三极管Q2的基极b与第四电阻R4一端连接，第二电阻R2另一端与电池组20的正极B+连接，第一二极管D1的正极接地，第二二极管D2的负极接地，第四电阻R4另一端接地，第三电阻R3另一端与第六电阻R6和第七电阻R7一端连接，第五电阻R5和第六电阻R6另一端与一公共端连接，第七电阻R7另一端接地，其中公共端为充电器的负输入端C- 和负载的负输出端P-的公共连接端，在本实施例中，其锂电池保护板的充放电同口，其充电器的负输入端C-和负载的负输出端P-设计为公共电路通道。

该主控模块40用于接收唤醒模块50发送的唤醒信号，其中该唤醒信号为下降沿有效，且低电平的时间大于20ms，其用于消除工频干扰。其中在该锂电池保护板未连接负载和充电器时，其主控模块40控制充放电模块60处于关闭状态，此时锂电池保护板处于睡眠状态，即电池组20关闭电源，无电压输出，因此公共端没有被电压驱动。

当公共端连接有负载时，即负载的正输出端P+和负载的负输出端P-之间连有电阻时，由于负载的正输出端P+与电池组20的正极B+连接，因此其公共端的电压转变为高电平，此时其第一三极管Q1的基极b的电平为高电平，使得其第一三极管Q1导通，使得第一三极管Q1的集电极c电平转为低电平，产生下降沿低脉冲，因此使得主控模块40接收到唤醒模块50的唤醒信号，此时主控模块40发送控制信号至充放电模块60，以使充放电模块60控制由电池组20 对负载进行放电。

当公共端与充电器连接时，即充电器的正输出端C+和充电器的负输出端 C-之间连接有电压，且充电器的负输出端C-提供的为负电压，此时第二三极管 Q2的发射极e的电压为负，使得其第二三极管Q2导通，使得第二三极管Q2 的集电极c电平转为低电平，产生下降沿低脉冲，因此使得主控模块40接收到唤醒模块50的唤醒信号，此时主控模块40发送控制信号至充放电模块60，以使充放电模块60控制由充电器对电池组20进行充电。

进一步地，充放电模块60包括与主控模块40连接的充电MOS管Q3和放电MOS管Q4，其中充电MOS管Q3的栅极g和放电MOS管Q4的栅极g均与主控模块40连接，充电MOS管Q3的源极s与充电器的负输入端C-连接，充电MOS管Q3的漏极d与放电MOS管Q4的漏极d连接，放电MOS管Q4 的源极s与电池组20的负极B-连接。其中，当公共端连接有负载时，其充放电模块60接收到主控模块40发送控制信号，此时充放电模块60控制放电MOS 管Q4工作，充电MOS管Q3关闭，此时锂电池板只能进行单一的由电池组20 对负载放电；当公共端连接有充电器时，其充放电模块60接收到主控模块40 发送控制信号，此时充放电模块60控制充电MOS管Q3工作，放电MOS管 Q4关闭，此时锂电池板只能进行单一的由充电器对电池组20充电，因此通过主控模块40控制锂电池保护板只能进行单一的充电或放电操作，使得减少了产品安全事故，提高产品的安全性，稳定性，且减少电池组20的耗能。

进一步地，保护模块80包括一保护MOS管Q5，保护MOS管Q5的栅极g与主控模块40连接，保护MOS管Q5的源极s与电池组20的正极B+连接，保护MOS管Q5的漏极d与充电器的正输入端P+连接，此时根据保护MOS管 Q5的通断检测可实现充电器充电时的短路保护。当充电时短路时，其主控模块 40接收到保护MOS管Q5发送的信号，其主控模块40发出控制信号至充放电模块60，以使充放电模块60停止工作，以停止充电。

本实用新型实施例提供的锂电池保护板，通过设置的充放电模块使得可以对电池组进行充电或者放电的控制，通过设置的主控模块和模拟前端模块使得可对电池实现过流保护、短路保护、以及均衡控制等，通过设置唤醒模块可使得其锂电池保护板当未与充电器和负载连接时，关闭电池组电源电路，停止电压输出；当与任一充电器或者负载连接时，其主控模块控制电池组恢复至工作状态，以实现单一由充电器对电池组进行充电或单一由电池组对负载放电，使得增加了锂电池保护板的安全性能，通过设置光耦隔离模块使得可消除主控模块的通讯端口与上位机进行通信时信号干扰，通过设置保护模块使得实现对电池组进行充电时的短路保护，使得增加了锂电池保护板的安全性能，降低了锂电池保护板的耗能，通过设置的存储模块可存储锂电池保护板充放电时的各个状态信息，并可通过通讯端口传输至上位机，以实现对充放电时的数据采集、故障解析等，通过设置的指示灯可便于用户获取电池组的电量状态，解决了现有锂电池保护板安全性不够的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种锂电池保护板，其特征在于，包括电池组、模拟前端模块、主控模块、唤醒模块、充放电模块、光耦隔离模块、及保护模块；

所述电池组与所述模拟前端模块连接；

所述模拟前端模块通过控制总线和数据总线与所述主控模块连接；

所述唤醒模块、所述充放电模块、所述保护模块均分别与所述电池组和所述主控模块连接；

所述模拟前端模块用于检测采集所述电池组的电流、电压、及温度，以及用于根据所述主控模块的控制对所述电池组的内部实现电流均衡控制；

所述唤醒模块用于检测到充电器或负载连接至所述锂电池保护板时，发送唤醒信号至所述主控模块；

所述主控模块用于根据是否获取到所述唤醒信号，发送控制信号至所述充放电模块，以使所述充放电模块控制所述锂电池保护板停止工作或由所述充电器对所述电池组进行充电或由所述电池组对所述负载进行放电；

所述光耦隔离模块与所述主控模块的通讯端口连接，用于消除与上位机进行通信时的信号干扰；

所述保护模块用于所述充电器对所述电池组进行充电时的短路保护。

2.如权利要求1所述的锂电池保护板，其特征在于，所述模拟前端模块包括电流检测电路、电压检测电路、均衡控制电路、及温度采集电路；

所述电流检测电路用于检测采集所述电池组的电流；

所述电压检测电路用于检测采集所述电池组的电压；

所述温度采集电路用于检测采集所述电池组的温度；

所述均衡控制电路用于根据所述主控模块的控制对所述电池组的内部实现电流均衡控制。

3.如权利要求1或2所述的锂电池保护板，其特征在于，所述锂电池保护板还包括与所述主控模块连接的存储模块和指示灯；

所述存储模块用于存储所述电池组的状态信息；

所述指示灯用于指示所述电池组的电量状态。

4.如权利要求3所述的锂电池保护板，其特征在于，所述充放电模块包括与主控模块连接的充电MOS管和放电MOS管，所述充电MOS管的栅极和所述放电MOS管的栅极均与所述主控模块连接，所述充电MOS管的源极与所述充电器的负输入端连接，所述充电MOS管的漏极与所述放电MOS管的漏极连接，所述放电MOS管的源极与所述电池组的负极连接。

5.如权利要求3所述的锂电池保护板，其特征在于，所述唤醒模块包括与所述主控模块连接的第一电阻，第一三极管，第二电阻，第二三极管，与所述第一三极管连接的第一二极管和第三电阻，与所述第二三极管连接的第四电阻、第五电阻和第二二极管，及与所述第三电阻连接的第六电阻和第七电阻；

所述主控模块与所述第一电阻一端、所述第一三极管的集电极、所述第二三极管的集电极、及所述第二电阻一端连接，所述第一电阻另一端接地，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的基极与所述第一二极管的负极及所述第三电阻一端连接，所述第二三极管的发射极与所述第二二极管的正极和所述第五电阻一端连接，所述第二三极管的基极与所述第四电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述电池组的正极连接，所述第一二极管的正极接地，所述第二二极管的负极接地，所述第四电阻另一端接地，所述第三电阻另一端与所述第六电阻和所述第七电阻一端连接，所述第五电阻和所述第六电阻另一端与一公共端连接，所述第七电阻另一端接地，所述公共端为所述充电器的负输入端和所述负载的负输出端的公共连接端。

6.如权利要求3所述的锂电池保护板，其特征在于，所述保护模块包括一保护MOS管，所述保护MOS管的栅极与所述主控模块连接，所述保护MOS管的源极与所述电池组的正极连接，所述保护MOS管的漏极与所述充电器的正输入端连接。