電池包保護控制電路的製作方法

2023-10-23 20:44:32

本實用新型涉及通信驅動電路技術領域，尤其是涉及一種電池包保護控制電路。

背景技術：

現有很多鋰離子電池保護電路採用專用保護晶片及硬體電路來完成，成本相對較高；它的很多參數是保護晶片固化的，設置和控制很不靈活！

技術實現要素：

基於此，有必要針對上述背景技術存在的問題，提供一種電池包保護控制電路，不管如何對鋰離子電池組進行連接或短路，都能及時進行保護，大大的提高了電池包的安全性。

為實現上述目的，本實用新型公開了一種電池包保護控制電路，其包括鋰離子電池組、充電ID啟動單元、MCU控制單元、AFE晶片單元、放電啟動電路、電壓檢測和均衡電路、電池溫度偵測電路、充放電電流檢測電路、充放電控制電路，所述鋰離子電池組包括充放電正極端及充放電負極端，所述充電ID啟動電路輸出端電性連接MCU控制單元及AFE晶片單元，所述MCU控制單元與AFE晶片單元電性連接，所述電壓檢測和均衡電路、電池溫度偵測電路、充放電電流檢測電路、充放電控制電路分別與AFE晶片單元電性連接，所述電壓檢測和均衡電路一端與鋰離子電池組電性連接，所述充放電控制電路一端與充放電電流檢測電路一端電性連接，所述充放電電流檢測電路另一端接地，所述充放電控制電路另一端電性連接充放電負極端；所述電壓檢測和均衡電路一端分別與鋰離子電池組的每一個電池電性連接，所述電壓檢測和均衡電路另一端與AFE晶片單元電性連接，所述放電啟動電路一端與電池組負極端電性連接，所述放電啟動電路另一端與AFE晶片單元及MCU控制單元電性連接。

在其中一個實施例中，所述充電ID啟動電路包括第一三極體、第二三極體、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第六電阻、第一電容、第一二極體、第二二極體及第三二極體，所述第一三極體發射極電性連接鋰離子電池組正極端及充電正極端，所述第一三極體集電極連接第三電阻一端，所述第一三極體基極分別連接第一電阻一端及第二電阻一端，所述第一電阻另一端連接第一三極體發射極，所述第二電阻另一端連接第二三極體集電極，所述第二三極體發射極電性連接充放電負極端，所述第二三極體基極連接第五電阻一端，所述第五電阻另一端與充電ID埠電性連接，所述第六電阻與第一電容並聯連接，所述第六電阻一端與第五電阻連接，所述第六電阻另一端連接充放電負極端，所述第四電阻與第一二極體並聯連接，所述第四電阻一端與第三電阻連接，所述第四電阻另一端接地，所述第三電阻與第四電阻之間分別電性連接第二二極體及第三二極體，所述第二二極體一端與AFR晶片單元電性連接，所述第三二極體一端與MCU控制單元電性連接。

在其中一個實施例中，所述充放電電流檢測電路包括相互並聯的第七電阻及第八電阻、第九電阻、第十電阻、第二電容、第三電容及第四電容，所述第七電阻一端接地，所述第七電阻另一端與充放電控制電路一端電性連接，所述第九電阻一端與第七電阻一端電性連接，所述第十電阻一端與第七電阻另一端電性連接，所述第九電阻另一端與第十電阻另一端通過第二電容一端電性連接，其中，第九電阻另一端與第三電容一端及AFE晶片單元電性連接，第十電阻另一端與第四電容及AFE晶片單元電性連接，所述第三電容及第四電容另一端分別接地。

在其中一個實施例中，所述充放電控制電路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第十一電阻、第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第四二極體、第五二極體及第六二極體，所述第一MOS管的漏極與第二MOS管的漏極電性連接，所述第一MOS管的源極電性連接充放電電流一端，所述第一MOS管的柵極通過第十一電阻與AFE晶片單元電性連接，所述第一MOS管的源極與柵極之間分別並聯第十二電阻及第四二極體；所述第二MOS管的源極電性連接充放電負極端，所述第二MOS管的柵極通過第十三電阻及第十四電阻與第三MOS管的漏極電性連接，所述第二MOS管的源極與漏極之間並聯第十五電阻及第五二極體，所述第十四電阻兩端並聯第六二極體，所述第三MOS管的柵極接地，所述第三MOS管的源極與AFE晶片單元電性連接。

在其中一個實施例中，所述充放電正極端及充放電負極端用於電性連接外部電器裝置或外部充電器，所述外部充電器設置有充電ID埠，所述充電ID啟動電路輸入端與充電ID埠電性連接。

綜上所述，本實用新型電池包保護控制電路通過設置AFE晶片單元及MCU控制單元來監控和控制電壓檢測和均衡電路、充放電電流檢測電路及電池溫度偵測電路，當發生過壓、過流或電池溫度過高時，電壓檢測和均衡電路、充放電電流檢測電路及電池溫度偵測電路其中的至少一個會產生反饋信號給MCU控制單元及AFE晶片單元，MCU控制單元或AFE晶片單元會控制充放電控制電路斷開，從而阻隔住鋰離子電池組對外部電器裝置的放電狀態或外部充電器對鋰離子電池組的充電狀態，不管如何對鋰離子電池組進行連接或短路，都能及時進行保護，大大的提高了電池包的安全性；同時，通過設置充電ID啟動電路，充電ID啟動電路接收充電ID埠的脈衝電壓後反饋信號給MCU控制單元及AFE晶片單元，MCU控制單元及AFE晶片單元開始工作，並對鋰離子電池組每一個電池進行電池電壓、充電電流及電池溫度的檢測。

附圖說明

圖1為本實用新型電池包保護控制電路的電路原理框圖；

圖2為本實用新型電池包保護控制電路的電路原理圖；

圖3為本實用新型充電ID啟動電路的電路原理圖；

圖4為本實用新型充放電電流檢測電路的電路模塊圖；

圖5為本實用新型充放電控制電路的電路模塊圖。

具體實施方式

如圖1至圖5所示，本實用新型電池包保護控制電路包括鋰離子電池組10、充電ID啟動電路20、MCU控制單元30、AFE(Active Front End)晶片單元40、放電啟動電路50、電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70、充放電控制電路80，所述鋰離子電池組10包括充放電正極端P+及充放電負極端P-，所述充放電正極端P+及充放電負極端P-用於電性連接外部電器裝置或外部充電器，以對外部電器裝置放電供電或利用外部充電器進行充電儲能，所述外部充電器設置有充電ID埠90，所述充電ID埠90用於判斷鋰離子電池組10與外部充電器是否匹配對接，以避免鋰離子電池組10插錯位置而誤充電導致損壞的情況發生。

所述充電ID啟動電路20輸入端與充電ID埠90電性連接，所述充電ID啟動電路20輸出端電性連接MCU控制單元30及AFE晶片單元40，所述MCU控制單元30與AFE晶片單元40電性連接，所述AFE晶片單元40接收及反饋信號給MCU控制單元30，MCU控制單元30將反饋信號進行處理後發出控制命令給AFE晶片單元40，所述AFE晶片單元40設置有電池溫度偵測電路，所述電壓檢測和均衡電路60、電池溫度偵測電路、充放電電流檢測電路70、充放電控制電路80分別與AFE晶片單元40電性連接。其中，所述電壓檢測和均衡電路60一端與鋰離子電池組10電性連接，用以對鋰離子電池組10內的每個電池進行電壓檢測；所述電池溫度偵測電路用於檢測鋰離子電池組10內每個電池的電池溫度，並發送反饋信號給AFE晶片單元40；所述充放電電流檢測電路70用以對流經鋰離子電池組10內的電池電流進行監控，並發送反饋信號給AFE晶片單元40；所述充放電控制電路80一端與充放電電流檢測電路70一端電性連接，所述充放電電流檢測電路70另一端接地，所述充放電控制電路80另一端電性連接充放電負極端P-。

所述充電ID啟動電路20接收充電ID埠90的脈衝電壓後反饋信號給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30及AFE晶片單元40開始工作，並對鋰離子電池組10每一個電池進行電池電壓、充電電流及電池溫度的檢測。

具體地，所述充電ID啟動電路20包括第一三極體Q15、第二三極體Q16、第一電阻R76、第二電阻R77、第三電阻R78、第四電阻R79、第五電阻R27、第六電阻R30、第一電容C15、第一二極體D28、第二二極體D24及第三二極體D30，所述第一三極體Q15發射極電性連接電池組正極端P+及充電正極端，所述第一三極體Q15集電極連接第三電阻R78一端，所述第一三極體Q15基極分別連接第一電阻R76一端及第二電阻R77一端，所述第一電阻R76另一端連接第一三極體Q15發射極，所述第二電阻R77另一端連接第二三極體Q16集電極，所述第二三極體Q16發射極電性連接充放電負極端P-，所述第二三極體Q16基極連接第五電阻R27一端，所述第五電阻R27另一端與充電ID埠90電性連接，所述第六電阻R30與第一電容C15並聯連接，所述第六電阻R30一端與第五電阻R27連接，所述第六電阻R30另一端連接充放電負極端P-，所述第四電阻R79與第一二極體D28並聯連接，所述第四電阻R79一端與第三電阻R78連接，所述第四電阻R79另一端接地，所述第三電阻R78與第四電阻R79之間分別電性連接第二二極體D24及第三二極體D30，所述第二二極體D24一端與AFE晶片單元40電性連接，所述第三二極體D30一端與MCU控制單元30電性連接；所述充電ID埠90發出脈衝電壓給充電ID啟動電路20，從而第一三極體Q15及第二三極體Q16導通，喚醒啟動信號分別流到MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30及AFE晶片單元40開始工作，並對鋰離子電池組10每一個電池進行電池電壓、充電電流及電池溫度的檢測。

在其中一個實施例中，所述電壓檢測和均衡電路60一端分別與鋰離子電池組10的每一個電池電性連接，所述電壓檢測和均衡電路60另一端與AFE晶片單元40電性連接。

在其中一個實施例中，所述充放電電流檢測電路70包括相互並聯的第七電阻R69及第八電阻R70、第九電阻R65、第十電阻R66、第二電容C26、第三電容C30及第四電容C28，所述第七電阻R69一端接地，所述第七電阻R69另一端與充放電控制電路80一端電性連接，所述第九電阻R65一端與第七電阻R69一端電性連接，所述第十電阻R66一端與第七電阻R69另一端電性連接，所述第九電阻R65另一端與第十電阻R66另一端通過第二電容C26一端電性連接，其中，第九電阻R65另一端與第三電容C30一端及AFE晶片單元40電性連接，第十電阻R66另一端與第四電容C28及AFE晶片單元40電性連接，所述第三電容C30及第四電容C28另一端分別接地。

在其中一個實施例中，所述充放電控制電路80包括第一MOS管Q13、第二MOS管Q14、第三MOS管Q12、第十一電阻R72、第十二電阻R68、第十三電阻R64、第十四電阻R62、第十五電阻R67、第四二極體D21、第五二極體D22及第六二極體D20，所述第一MOS管Q13的漏極與第二MOS管Q14的漏極電性連接，所述第一MOS管Q13的源極電性連接充放電電流檢測電路70一端，具體地，所述第一MOS管Q13的源極電性連接第八電阻R70另一端，所述第一MOS管Q13的柵極通過第十一電阻R72與AFE晶片單元40電性連接，所述第一MOS管Q13的源極與柵極之間分別並聯第十二電阻R68及第四二極體D21；所述第二MOS管Q14的源極電性連接電池組負極端P-及充放電負極端P-，所述第二MOS管Q14的柵極通過第十三電阻R64及第十四電阻R62與第三MOS管Q12的漏極電性連接，所述第二MOS管Q14的源極與漏極之間並聯第十五電阻R67及第五二極體D22，所述第十四電阻R62兩端並聯第六二極體D20，所述第三MOS管Q12的柵極接地，所述第三MOS管Q12的源極與AFE晶片單元40電性連接。

在其中一個實施例中，所述放電啟動電路50一端與電池組負極端P-電性連接，所述放電啟動電路50另一端與AFE晶片單元40及MCU控制單元30電性連接，在鋰離子電池組10外接入電子裝置後，所述放電啟動電路50發出反饋信號給AFE晶片單元40。

本實用新型充電時，鋰離子電池組10插入到外部充電器，充電ID埠90對鋰離子電池組10與外部充電器是否匹配對接進行判斷，如果鋰離子電池組10與外部充電器匹配，外部充電器會產生電壓給鋰離子電池組10進行充電，此時，充電ID埠90輸出一個脈衝電壓給充電ID啟動電路20，第一三極體Q15及第二三極體Q16處於導通狀態，使得脈衝電壓反饋信號流經給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30及AFE晶片單元40開始工作，電壓檢測和均衡電路60檢測流經鋰離子電池組10的每一個電池電壓，充放電電流檢測電路70檢測流經鋰離子電池組10的每一個電池電流，電池溫度偵測電路檢測鋰離子電池組10內每個電池的電池溫度，並且MCU控制單元30及AFE晶片單元40通過實時通信來監控和控制電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路；當外部充電器充電出現異常時，即發生過壓、過流或電池溫度過高時，電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路其中的至少一個會產生反饋信號給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30或AFE晶片單元40會控制關掉第一MOS管Q13及第二MOS管Q14，從而阻隔住外部充電器對鋰離子電池組10的充電狀態；另外，由於AFE晶片單元40與充放電控制電路80電性連接，AFE晶片單元40可直接控制充放電控制電路80的通斷，當電壓檢測和均衡電路60發出過壓的反饋信號給AFE晶片單元40後，AFE晶片單元40直接控制第一MOS管Q13及第二MOS管Q14關斷，以達到非常快速的保護效果。

本實用新型放電時，鋰離子電池組10插入外部電器裝置如吸塵器後，外部電器裝置等效於一個外部電阻，此時，充放電控制電路80的第一MOS管Q13及第二MOS管Q14處於斷開狀態，鋰離子電池組10的電池組負極端P-會存在一個電壓，經由放電啟動電路50反饋到AFE晶片單元40，AFE晶片單元40及MCU控制單元30開始工作，鋰離子電池正常放電時，電壓檢測和均衡電路60檢測流經鋰離子電池組10的每一個電池電壓，充放電電流檢測電路70檢測流經鋰離子電池組10的每一個電池電流，電池溫度偵測電路檢測鋰離子電池組10內每個電池的電池溫度，並且MCU控制單元30及AFE晶片單元40通過實時通信來監控和控制電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路；當鋰離子電池組10放電出現異常時，即發生過壓、過流或電池溫度過高時，電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路其中的至少一個會產生反饋信號給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30或AFE晶片單元40會控制關掉第一MOS管Q13及第二MOS管Q14，從而阻隔住鋰離子電池組10對外部電器裝置的放電狀態；另外，由於AFE晶片單元40與充放電控制電路80電性連接，AFE晶片單元40可直接控制充放電控制電路80的通斷，當充放電電流檢測電路70發出過流的反饋信號給AFE晶片單元40後，AFE晶片單元40直接控制第一MOS管Q13及第二MOS管Q14關斷，以達到非常快速的保護效果。

綜上所述，本實用新型電池包保護控制電路通過設置AFE晶片單元40及MCU控制單元30來監控和控制電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路，當發生過壓、過流或電池溫度過高時，電壓檢測和均衡電路60、充放電電流檢測電路70及電池溫度偵測電路其中的至少一個會產生反饋信號給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30或AFE晶片單元40會控制充放電控制電路80斷開，從而阻隔住鋰離子電池組10對外部電器裝置的放電狀態或外部充電器對鋰離子電池組10的充電狀態，不管如何對鋰離子電池組10進行連接或短路，都能及時進行保護，大大的提高了電池包的安全性；同時，通過設置充電ID啟動電路20，充電ID啟動電路20接收充電ID埠90的脈衝電壓後反饋信號給MCU控制單元30及AFE晶片單元40，MCU控制單元30及AFE晶片單元40開始工作，並對鋰離子電池組10每一個電池進行電池電壓、充電電流及電池溫度的檢測。

以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。