保護均衡擴展電路的製作方法

2023-05-19 06:58:11

專利名稱：保護均衡擴展電路的製作方法
技術領域：
:本發明涉及一種基於鋰離子電池組監測IC晶片的均衡保護接口擴展電路。
背景技術：
:過去對鋰離子電池組的均衡保護技術，都是通過分立的均衡開關、保護晶片及電阻、電容等組成，因對電池組中每一節電池的均衡都需要一個均衡開關和相應的電阻及電容，分立器件較多，電路複雜，可靠性差。近兩年，隨著市場對動力鋰離子電池需求量的增加，電池組需要串聯的電池數量較多，其均衡保護技術越來越受到人們的重視，IC廠商也陸續推出了自帶均衡開關的監測IC晶片，大大降低了電路設計的複雜性，同時提高了可靠性，但是，目前市場上的檢測IC晶片均衡保護接口均為12個，如果用鋰離子電子組替代48伏的鉛酸電池，需要13節鋰離子電池的串聯方能滿足電壓要求，因此而增加一個監測IC晶片的話，很多應用場合其成本是不能夠被接受的
發明內容
:發明目的:本發明的目的是提供一種基於鋰離子電池組監測IC晶片的均衡保護接口擴展電路，解決現有鋰離子電池組監測IC晶片接口只有12通道，不能單片實現對替代48伏鉛酸電池的鋰離子電池組均衡保護的問題。技術方案:為了解決上述問題，本發明採用以下技術方案，原理在於其由鋰離子電池組監測IC(U4)、MCU(U2)、運算放大器(U5-U7)、隔離開關管(Ul)、電阻(R1-R49)、電容(C-C23)、二極體(D1、D6、D7、D8)、M0S開關(Q1-Q4)及穩壓管(D2、D4、D5)等構成的電子線路，串聯鋰離子電池組中的單節電池的正、負極依次與監測IC晶片的C0-C12相連接，電池組中沒有被保護的第13節電池兩端，連接至由負載電阻和隔離開關管(Ul)組成的均衡保護電路中，並且電池兩端還要分別與兩個運算放大器構成的電壓跟隨器相連接，經電壓跟隨器隔離後送給差分放大電路，經差分運算後傳送給監測IC晶片的模擬輸入埠，監測IC晶片再通過數據接口將此單節電池電壓信息與其他接口得到的電壓信息一起傳輸給MCU (U2)，MCU (U2)將監測IC發送來的數據信息進行判斷，根據得到的數據信息為監測IC晶片發送命令，控制監測IC晶片內部相應接口的集成均衡開關工作，不被監測IC晶片保護的第13節電池由MCU (U2)的I/O 口直接控制隔離開關管做均衡保護。有益效果:在監測IC晶片典型應用的基礎上，僅需增加2片運算放大器，I個開關管、若干電容和電阻就可實現為監測IC晶片擴展一個埠，因使用的鋰離子電池組監測IC晶片內部集成均衡開關，相較傳統均衡保護電路，分立器件大大減少，整體電路實現簡單，工作可靠，利用本方案最多可擴展的埠數量要根據監測IC提供的模擬輸入埠數量決定。


:圖1為本發明均衡保護電路控制框2為本發明均衡保護電路電氣連接1-2中的標號分別為:R1_R49為電阻，Ul為隔離開關管，U2為MCU，U3為比較器，U4為鋰離子電阻組監測IC，U5-U7為運算放大器，Q1-Q4為MOS開關，C1-C23為電容，D1、D6、D7、D8為二極體，D2、D4、D5為穩壓管
具體實施方式
:如圖1-2所示，本具體實施方式
圖中U4為鋰離子電池組監測IC晶片，按照典型應用接好外圍電路，COA至Cl2A依次連接串聯13節鋰離子電池組中的12節單節電池的正、負極，COA接第I節電池的負極，第13節電池的負極連接至C12A，其正極連接至C13A，同時，C12A經R31和R34兩電阻的分壓後再連接U6的第3腳，C13A經R29和R37兩電阻的分壓後連接U6的第5腳，U6是集成了兩個運算放大器的IC晶片，U6輸出的兩路信號分別經電阻R32和R35後連接至U7的反向輸入端和同向輸入端，經U7的差分運算後由第6腳輸出，經過一個串聯電阻R33後接至監測IC晶片U4的19腳，19腳和21腳同為監測IC晶片U4的模擬輸入埠，監測IC晶片將第19腳得到的第13節電池兩端電壓值信息保存起來。隔離開關管Ul，C13A經串聯電阻R4後接至隔離開關管Ul的輸入端，C12A經串聯電阻R6後接至隔離開關管的輸出端，其控制端接至MCU(U2)的7腳。監測IC晶片U4的數據輸出接口是15、16腳，連接至MCU (U2)的11、13腳，兩晶片之間以I2C通信協議通信，監測晶片U4將監測到的13節電池組中各單節電池電壓信息傳輸給MCU(U2)，MCU(U2)做出判斷後，將第I至12節的電池中需要均衡的控制命令傳輸給監測IC晶片U4，監測IC晶片U4再控制內部集成均衡開關實現對電池組中對應單節電池做均衡處理，如果MCU (U2)從監測IC晶片U4得到信息是第13節電池需要均衡，則MCU (U2)通過控制隔離開關管Ul來實現。圖2中電阻RTl是一個熱敏電阻，與電阻R40的一端連接在一起，公共端再接至監測IC晶片U4的模擬輸入埠 21，電阻R40的另一端接至監測IC晶片U4的20腳，從而實現對鋰離子電阻的溫度監測。圖2中MOS開關Q1、Q2和Q3組成放電保護開關，R47和R48為檢流電阻，J2為放電輸出端，MOS開關Q4為充電保護開關，J3為充電端，檢流電阻R47、R48端電壓經放大器U5放大後接比較器U3，其兩路輸出經串聯電阻R9後接至MCU (U2)的9腳，當充電電壓達到設定值時，單片機則控制充電保護開關斷開，達到保護電池組的目的；當放電電流超過設定值時則斷開放電保護開關，保護電池免受損壞。本電路埠擴展數量視電路中監測IC晶片U4和MCU(U2)的模擬輸入埠數量而定，此電路中應用的監測IC晶片有兩個模擬輸入埠，理論上利用該晶片最多可以擴展兩個均衡保護埠，考慮監測IC晶片U4的另一個模擬輸入埠需要連接溫度傳感器，此處只做一路擴展；另外，也可利用MCU (U2)的模擬輸入埠做接口擴展，具體擴展數量視其模擬輸入埠及I/O 口數量而定，每多擴展一個均衡保護埠，則多一組由電壓跟隨隔離電路、差分運算電路和隔離開關管均衡電路組成的保護電路，以上這樣的變換均落在本發明的保護範圍之內。本發明屬於鋰離子電池組均衡保護電路技術領域，由運算放大器、隔離開關管、電容及電阻等組成的電路，因電路使用了內部集成均衡開關監測IC晶片，電路實現簡單，工作穩定可靠，連接接口減少，成本大大降低。
權利要求
1.保護均衡擴展電路，其特徵在於:它由鋰離子電池組監測IC(U4)、MCU(U2)、運算放大器(U5-U7)、隔離開關管(Ul)、電阻(R1-R49)、電容(C-C23)、二極體(D1、D6、D7、D8)、MOS開關(Q1-Q4)及穩壓管(D2、D4、D5)等構成的電子線路，通過對電池組中擴展的單節電池電壓信息進行採集，並傳輸給監測IC的模擬輸入埠，實現對電池組監測IC晶片的均衡保護接口擴展，電路中的MCU(U2)負責數據判斷及處理。
2.根據權利要求1所述的保護均衡擴展電路，其特徵為:由運算放大器(U5-U7)、隔離開關管(Ul)、電容(C-C23)及電阻(R1-R49)等組成的接口擴展電路，對電池組中擴展電池的兩端電壓經過運算放大器(U5-U7)隔離、差分處理後，與MCU(U2)自帶的模擬輸入埠連接。
3.根據權利要求1所述的保護均衡擴展電路，其特徵為:對電池組中擴展電池的均衡保護，由MCU(U2)根據監測數據情況，控制串有負載電阻的光耦開關來實現。
全文摘要
保護均衡擴展電路，它由鋰離子電池組監測IC(U4)、MCU(U2)、運算放大器(U5-U7)、隔離開關管(U1)、電阻(R1-R49)、電容(C-C23)、二極體(D1、D6、D7、D8)、MOS開關(Q1-Q4)及穩壓管(D2、D4、D5)等構成的電子線路，通過對電池組中擴展的單節電池電壓信息進行採集，並傳輸給監測IC的模擬輸入埠，實現對電池組監測IC晶片的均衡保護接口擴展，電路中的MCU(U2)負責數據判斷及處理；本發明屬於鋰離子電池組均衡保護電路技術領域，由運算放大器、隔離開關管、電容及電阻等組成的電路，因電路中使用了內部集成均衡開關的監測IC晶片，電路實現簡單，工作穩定可靠，連接的接口減少，成本大大的降低。
文檔編號H02H7/18GK103199501SQ20121002299
公開日2013年7月10日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者劉冬生, 李青海, 鄭力興, 張雷 申請人:山東潤峰電子科技有限公司, 北京精儀智拓科技有限公司