CN218920019U - 一种锂电池过充保护装置及电池管理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池过充保护装置及电池管理***，该装置包括：采样模块、主控模块、保护电路和锂电池组；主控模块分别与采样模块、锂电池组和保护电路电连接，采样模块分别与保护电路和锂电池组电连接，保护电路与锂电池组电连接；其中，采样模块，用于采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据；主控模块，用于检测锂电池组的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；保护电路，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。本实用新型提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，根据锂电池组的充放电数据判断锂电池组是否出现过充，保护电路在锂电池组过充时切换单向导通状态，从而保持对外输出能力。

Description

一种锂电池过充保护装置及电池管理***

技术领域

本实用新型涉及锂电池充放电技术领域，尤其涉及一种锂电池过充保护装置及电池管理***。

背景技术

电动汽车通常采用锂电池进行供电，而低压启动锂电池在整车充放电过程中，由于外部充电设备异常，电池被充至额定电量后被继续充电超过其额定容量造成电池过充。当锂离子电池出现过充时，电池电压随极化增大而迅速上升，会引起正极活性物质结构的不可逆变化及电解液的分解，产生大量气体，放出大量的热，使电池温度和内压急剧增加，存在***、燃烧等隐患。

现有技术的充放电方案通常设定阈值，当检测到电池电压达到充电阈值时，通过继电器或者MOS来切断充放电回路，电池无法继续充电，避免了过充风险。当检测到电池电压低于充电阈值时，控制充放电主回路继电器或者MOS闭合，恢复电池正常状态保持对外输出能力并允许被外部设备充电。

但是，现有技术的充放电方案无法检测外部工况的具体情况，导致满足恢复条件满后，外部有可能接着进行充电反复循环导致电池进步一过充，存在更严重的燃烧，***情况发生。且由于电芯的一致性，当部分电芯达到过充状态后就会触发过充保护，失去了对外输出能力。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种锂电池过充保护装置及电池管理***，用以解决现有技术中电池在充放电过程中达到过充时，只能维持锂电池继续进行充电导致锂电池损坏，或者直接切断充放电回路使锂电池失去了对外输出能力的问题。

为达到上述技术目的，本实用新型采取了以下技术方案：

第一方面，本实用新型提供了一种锂电池过充保护装置，包括：采样模块、主控模块、保护电路和锂电池组；主控模块分别与采样模块、锂电池组和保护电路电连接，采样模块分别与保护电路和锂电池组电连接，保护电路与锂电池组电连接；

其中，采样模块，用于采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据；

主控模块，用于检测锂电池组的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；

保护电路，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。

优选的，保护电路包括分流器SHUNT、二极管D2、三极管Q1、电阻R37；分流器SHUNT的一端接锂电池组的负极，分流器SHUNT的另一端接二极管D2的负极，二极管D2的正极接三极管Q1的源极，三极管Q1的栅极接采样模块，电阻R37的两端分别接三极管Q1的源极和栅极。

优选的，保护电路还包括继电器，继电器的一端接二极管D2的负极，继电器的另一端接三极管Q1的漏极。

优选的，保护电路还包括电阻R32、R33，电容C5、C12、C13，电阻R32的一端接分流器SHUNT的一端，电阻R32的另一端接电容C5的一端，电容C5的另一端接电阻R33的一端，电容C13的一端接电容C5的一端，电容C13的另一端接电容C12的一端，电容C12的另一端接电容C5的另一端，电阻R33的另一端接二极管D2的负极。

优选的，主控模块包括两个通信接口；通信接口与外接设备连接；主控模块通过通信接口与外接设备进行通信。

优选的，采样模块包括导通接口；导通接口与三极管Q1的栅极连接；采样模块通过导通接口切换三极管Q1的通断。

优选的，采样模块还包括两个检测接口；两个检测接口分别与分流器SHUNT的两端连接；采样模块通过检测接口确定锂电池组的工作状态。

优选的，采样模块为ADI LTC6813采样芯片。

优选的，主控模块为STM32单片机。

第二方面，本实用新型还提供了一种电池管理***，包括如上述任一种实现方式的锂电池过充保护装置。

采用上述实施例的有益效果是：本实用新型提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，该装置包括：采样模块、主控模块、保护电路和锂电池组；主控模块分别与采样模块、锂电池组和保护电路电连接，采样模块分别与保护电路和锂电池组电连接，保护电路与锂电池组电连接；其中，采样模块，用于采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据；主控模块，用于检测锂电池组的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；保护电路，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。本实用新型提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，通过采样模块采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据，由主控模块来检测锂电池组的整体电压，并根据锂电池组各个单体电芯的充放电数据和锂电池组的整体电压判断锂电池组是否出现过充现象，保护电路在锂电池组过充时切换为单向导通状态，从而保持锂电池组的对外输出能力。

附图说明

图1为本实用新型提供的锂电池过充保护装置的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的保护电路的一实施例的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请参阅图1，图1为本实用新型提供的锂电池过充保护装置的一实施例的结构示意图，本实用新型的一个具体实施例，公开了一种锂电池过充保护装置，包括：采样模块10、主控模块20、保护电路30和锂电池组40；主控模块20分别与采样模块10、锂电池组40和保护电路30电连接，采样模块10分别与保护电路30和锂电池组40电连接，保护电路30与锂电池组40电连接；

其中，采样模块10，用于采集锂电池组40各个单体电芯的充放电数据；

主控模块20，用于检测锂电池组40的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；

保护电路30，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。

与现有技术相比，本实施例提供的一种锂电池过充保护装置，包括：采样模块10、主控模块20、保护电路30和锂电池组40；主控模块20分别与采样模块10、锂电池组40和保护电路30电连接，采样模块10分别与保护电路30和锂电池组40电连接，保护电路30与锂电池组40电连接；其中，采样模块10，用于采集锂电池组40各个单体电芯的充放电数据；主控模块20，用于检测锂电池组40的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；保护电路30，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。本实用新型提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，通过采样模块10采集锂电池组40各个单体电芯的充放电数据，由主控模块20来检测锂电池组40的整体电压，并根据锂电池组40各个单体电芯的充放电数据和锂电池组40的整体电压判断锂电池组40是否出现过充现象，保护电路30在锂电池组40过充时切换为单向导通状态，从而保持锂电池组40的对外输出能力。

请参阅图2，图2为本实用新型提供的保护电路的一实施例的电路结构图，在本实用新型的一些实施例中，保护电路30包括分流器SHUNT、二极管D2、三极管Q1、电阻R37；分流器SHUNT的一端接锂电池组40的负极，分流器SHUNT的另一端接二极管D2的负极，二极管D2的正极接三极管Q1的源极，三极管Q1的栅极接采样模块10，电阻R37的两端分别接三极管Q1的源极和栅极。

在上述实施例中，三极管Q1的栅极与采样模块10连接，采样模块10根据电池的充放电状态产生不同的电压，从而改变三极管Q1的导通状态，也就改变了保护电路30的导通状态，配合二极管D2实现了保护电路30在单向导通状态和双向导通状态之间的切换。因此，在锂电池组40出现过充时，可以切换成单向导通状态，避免锂电池组40继续充电，也保留了锂电池组40的对外输出能力。

在本实用新型的一些实施例中，保护电路30还包括继电器，继电器的一端接二极管D2的负极，继电器的另一端接三极管Q1的漏极。

在上述实施例中，在检测到锂电池组40出现过充时，主控模块20控制继电器断开，切断了锂电池组40的充电回路，避免锂电池组40继续充电导致锂电池组40损坏甚至出现***。

充电时：继电器处于闭合状态，三极管Q1、二极管D2都处于断开状态，可以正常进行充电。

放电时：继电器处于闭合状态，三极管Q1、二极管D2都处于断开状态，可以正常进行放电。

可以理解的是，在非过充状态时，充电和放电的电路状态相同，也即可以同时进行充放电。

过充时：继电器处于断开状态，三极管Q1、二极管D2都处于闭合状态，只能进行放电，不能进行充电。

在本实用新型的一些实施例中，保护电路30还包括电阻R32、R33，电容C5、C12、C13，电阻R32的一端接分流器SHUNT的一端，电阻R32的另一端接电容C5的一端，电容C5的另一端接电阻R33的一端，电容C13的一端接电容C5的一端，电容C13的另一端接电容C12的一端，电容C12的另一端接电容C5的另一端，电阻R33的另一端接二极管D2的负极。

在上述实施例中，采样模块10通过电阻R33和R32分别与分流器SHUNT的两端连接，用来采集分流器SHUNT两端的电压，根据流过分流器SHUNT的电流大小和方向来确定锂电池组40的工作状态，从而对锂电池组40的充放电回路进行准确的控制。

在本实用新型的一些实施例中，主控模块20包括两个通信接口；通信接口与外接设备连接；主控模块20通过通信接口与外接设备进行通信。

在上述实施例中，主控模块20的两个通信接口为CANH接口和CANL接口，主控模块20通过CANH接口和CANL接口和外接设备进行CAN通信，可以根据需要来灵活配置锂电池组40的过充保护阈值。作为优选的实施例，锂电池组40的过充保护阈值为当单体电芯电压大于3.65V或者锂电池组40的总压大于29.6V，本实用新型可以根据实际情况来修改过充保护阈值。

在本实用新型的一些实施例中，采样模块包括导通接口；导通接口与三极管Q1的栅极连接；采样模块通过导通接口切换三极管Q1的通断。

在上述实施例中，采样模块的导通接口为DSG接口，采样模块通过DSG接口与三极管Q1的栅极连接，作为优选的实施例，采样模块通过DSG接口输出10V左右的电压就可以使得三极管Q1导通，配合二极管D2的单向导通，保证了锂电池组40的充放电回路只有对外输出能力，而不能进行充电。

在本实用新型的一些实施例中，采样模块还包括两个检测接口；两个检测接口分别与分流器SHUNT的两端连接；采样模块通过检测接口确定锂电池组40的工作状态。

在上述实施例中，采样模块的两个检测接口为IC+接口和IC-接口，通过IC+接口和IC-接口与分流器SHUNT的两端连接，检测分流器SHUNT两端的电流大小和方向，若分流器SHUNT存在电流，通过判断电流的方向来确定锂电池组40是处于充电状态还是放电状态。

在本实用新型的一些实施例中，采样模块为ADI LTC6813采样芯片。

在上述实施例中，ADI LTC6813采样芯片可测量多达 12 个串联电芯的电压，并支持菊花链通信，支持内部和外部均衡，但一般建议使用外部均衡，它能支持更大电流，并且能有更好的浪涌抑制。

在本实用新型的一些实施例中，主控模块20为STM32单片机。

在上述实施例中，主控模块20选择的STM32单片机可以实现与外接设备的CAN通信，对采样模块10和保护电路30的控制，而对其具体型号不做进一步限制，也可以选择其他单片机，只要其能满足本实用新型的通信和控制需要即可。

第二方面，本实用新型还提供了一种电池管理***，包括如上述任一种实现方式的锂电池过充保护装置。

在上述实施例中，本实用新型还提供了一种电池管理***（BMS），可以智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。

综上，本实施例提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，该装置包括：采样模块、主控模块、保护电路和锂电池组；主控模块分别与采样模块、锂电池组和保护电路电连接，采样模块分别与保护电路和锂电池组电连接，保护电路与锂电池组电连接；其中，采样模块，用于采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据；主控模块，用于检测锂电池组的整体电压，并根据单体电芯的充放电数据或整体电压生成控制指令；保护电路，用于根据控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。本实用新型提供的一种锂电池过充保护装置及电池管理***，通过采样模块采集锂电池组各个单体电芯的充放电数据，由主控模块来检测锂电池组的整体电压，并根据锂电池组各个单体电芯的充放电数据和锂电池组的整体电压判断锂电池组是否出现过充现象，保护电路在锂电池组过充时切换为单向导通状态，从而保持锂电池组的对外输出能力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池过充保护装置，其特征在于，包括：采样模块、主控模块、保护电路和锂电池组；所述主控模块分别与所述采样模块、所述锂电池组和所述保护电路电连接，所述采样模块分别与所述保护电路和所述锂电池组电连接，所述保护电路与所述锂电池组电连接；

其中，所述采样模块，用于采集所述锂电池组各个单体电芯的充放电数据；

所述主控模块，用于检测所述锂电池组的整体电压，并根据所述单体电芯的充放电数据或所述整体电压生成控制指令；

所述保护电路，用于根据所述控制指令切换单向导通状态或双向导通状态。

2.根据权利要求1所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述保护电路包括分流器SHUNT、二极管D2、三极管Q1、电阻R37；所述分流器SHUNT的一端接所述锂电池组的负极，所述分流器SHUNT的另一端接所述二极管D2的负极，所述二极管D2的正极接所述三极管Q1的源极，所述三极管Q1的栅极接所述采样模块，所述电阻R37的两端分别接所述三极管Q1的源极和栅极。

3.根据权利要求2所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述保护电路还包括继电器，所述继电器的一端接所述二极管D2的负极，所述继电器的另一端接所述三极管Q1的漏极。

4.根据权利要求2或3所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述保护电路还包括电阻R32、R33，电容C5、C12、C13，所述电阻R32的一端接所述分流器SHUNT的一端，所述电阻R32的另一端接所述电容C5的一端，所述电容C5的另一端接所述电阻R33的一端，所述电容C13的一端接所述电容C5的一端，所述电容C13的另一端接所述电容C12的一端，所述电容C12的另一端接所述电容C5的另一端，所述电阻R33的另一端接所述二极管D2的负极。

5.根据权利要求1所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述主控模块包括两个通信接口；所述通信接口与外接设备连接；所述主控模块通过所述通信接口与所述外接设备进行通信。

6.根据权利要求2所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述采样模块包括导通接口；所述导通接口与所述三极管Q1的栅极连接；所述采样模块通过所述导通接口切换所述三极管Q1的通断。

7.根据权利要求6所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述采样模块还包括两个检测接口；所述两个检测接口分别与所述分流器SHUNT的两端连接；所述采样模块通过所述检测接口确定所述锂电池组的工作状态。

8.根据权利要求1所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述采样模块为ADILTC6813采样芯片。

9.根据权利要求1所述的锂电池过充保护装置，其特征在于，所述主控模块为STM32单片机。

10.一种电池管理***，其特征在于，包括如上述权利要求1-9任一项所述的锂电池过充保护装置。

Images