一種電池控制電路的製作方法
2023-10-29 23:24:47
專利名稱：一種電池控制電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池控制電路，尤其涉及充電電池的充電和放電管理、保護的控制電路。
背景技術：
由於當前新能源發展的勢頭，充電電池特別是鋰離子電池的應用越來越廣泛，特別是電動工具，電動交通工具等都開始大量應用。由於鋰離子電池的特殊性，每個電池要使用控制電路來提供充電和放電管理和保護，提高使用的安全性和使用壽命。在一些特殊的應用中由於需要特別低的功耗，來滿足電池本身的長期存儲能力。以及使用中防止異常保
護反覆的保護和退出保護帶來的可靠性不高的問題。
發明內容本實用新型的目的是提供一種電池控制電路，本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的。一種用於電池的控制電路，包括微處理器MCU和電源能耗管理電路，電源能耗管理電路包括二極體、三極體、MOS管、電阻和電容，其特徵在於，二極體Dl的陽極和電阻R3的一端與電池的正極B+連接，二極體Dl的陰極連接三極體Q2的發射極，三極體Q2的基極通過電阻R8和MOS管Q4連接到地，電阻R3通過電阻R2連接到MOS管Ql的漏極，MOS管Ql的柵極通過電阻Rl上拉到一電源，MOS管Ql的源極連接到MCU的控制埠 POWER，三極體Q2的基極與電阻R3的另一端相連，並且三極體Q2的基極通過電阻連接到MCU的充電檢測埠 INC，三極體Q2的基極還通過電阻和二極體D2連接到為電池進行充電的充電端CHG-。上述控制電路中三極體Q2的集電極還連接到一穩壓電路。上述控制電路還包括負載檢測電路。上述控制電路的負載檢測電路包括MOS管、穩壓管、二極體、電阻和電容，其中，MOS管Q6的源極、穩壓管Z2的陰極、二極體D5的陰極、電阻R14的一端以及電容C7的一端均連接到電池的正極B+，M0S管Q6的柵極連接到穩壓管Z2的陽極、電阻R15的一端以及電阻R14的另一端，R15的另一端與二極體D5的陽極相連，電容C8的一端與電容C7的另一端相連，電容CS的另一端與二極體D5的陽極相連，二極體D5的陽極連接到負載的一端P-，M0S管Q6的漏極通過電阻R13，與並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，並聯連接的電容C6和電阻R17的另一端與電阻R16的一端均連接到地，電阻R16的另一端連接到所述電阻R15的另一端，MOS管Q5的柵極與上述並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，MOS管Q5的漏極與負載的一端P-相連，MOS管的源極與二極體D3的陽極相連，二極體D3的陰極通過電阻12和電容C5接地。一種用於電池的控制電路，包括負載檢測電路，其特徵在於，該負載檢測電路包括MOS管、穩壓管、二極體、電阻和電容，其中，MOS管Q6的源極、穩壓管Z2的陰極、二極體D5的陰極、電阻R14的一端以及電容C7的一端均連接到電池的正極B+，MOS管Q6的柵極連接到穩壓管Z2的陽極、電阻R15的一端以及電阻R14的另一端，電阻R15的另一端與二極體D5的陽極相連，電容C8的一端與電容C7的另一端相連，電容C8的另一端與二極體D5的陽極相連，二極體D5的陽極連接到負載的一端P_，MOS管Q6的漏極通過電阻R13，與並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，並聯連接的電容C6和電阻R17的另一端與電阻R16的一端均連接到地，電阻R16的另一端連接到所述電阻R15的另一端，MOS管Q5的柵極與上述並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，MOS管Q5的漏極與負載的一端P-相連，MOS管的源極與二極體D3的陽極相連，二極體D3的陰極通過電阻12和電容C5接地。上述控制電路的二極體D3的陰極還通過二極體D4連接到外部開關KEY1。上述控制電路還包括微處理器MCU，對電路進行控制。上述控制電路還包括充放電控制電路(3，4)、溫度檢測電路(7)、電流檢測電路 (5)、短路檢測電路(6)以及電池採樣緩衝電路(8)。上述控制電路還包括電壓採樣電路(2 )，具有採樣切換結構，能夠使得採樣信號去偶消除累積誤差和溫度誤差後再進行採樣。
圖I是本實用新型的原理框圖圖2是電源供給電路以及負載斷開檢測電路圖3是充電控制電路圖4是電流檢測電路圖5是短路檢測電路圖6是溫度檢測電路圖7是ADC採樣緩衝電路圖8是放電控制電路[0021 ]圖9是MCU微控制器電路圖10是電路對外管線埠電路圖11是AD採樣切換電路。
具體實施方式
如圖11，本實用新型的整體電路系統包括第一部分一電源供給電路以及負載斷開檢測電路I，部分2 AD採樣切換電路，部分3充電控制電路，部分4放電控制電路，部分5電流檢測電路，部分6短路檢測電路，部分7溫度檢測電路，部分8ADC採樣緩衝電路，部分9MCU微處理器電路，部分10電路對外管線埠電路。電源供給電路以及負載斷開檢測電路I主要負責整個系統的工作電源供給，在有必要的時候切斷電源降低待機功耗，並檢測是否有充電行為，如果有就打開電源，讓系統運行，管理充電行為。電路還自動檢測負載的切換，當出現保護後只有負載斷開後才可以恢復正常，防止多次保護帶來的失效風險。AD採樣切換電路負責把ADC切換到需要採樣的電池兩端，可以很好的實現極小的採樣誤差，沒有累積誤差滿量程的精度解析度。充電和放電控制電路分別控制電池的充電，防止過衝過放以及短路等。電流檢測電路用來檢測系統的輸出電流，提供判斷是否需要保護的條件。短路檢測以中斷的形式檢測並防止電池短路，一旦發現有短路行為，快速的切斷電源。溫度採集電路主要是測量電池的溫度，嚴格控制電池的放電和充電溫度，延長器使用時間。ADC採樣緩衝電路用來轉換採樣信號的阻抗和電位，並且抵消累積誤差。MCU是整個系統的核心，所有的行為都經過MCU中程序的控制。首先所述的電源電路如圖1，由Rl Ql R2 R3 Dl Q2組成一個電源能耗管理電路，提供電源的開關切換，動態管理電源。其中Dl的陽極連接電池的正B+，Dl的陰極連接Q2的發射極，Q2的基極和B+之間連接電 阻R3，同時Q2的基極通過電阻R2連接到Ql的漏極，Ql的刪極連接到電源+5V，Q1的源極連接到MCU的控制IO POWER控制端。Q2的基極同時連接電阻R4、電阻R8。電阻R4另一端連接電阻R5電阻R7 ，電阻R7通過二極體連接到充電埠的負端。電阻R5的另一端連接到MCU的充電檢測埠 INC，INC和電路地之間連接電阻R6。電阻R8另一端連接到Q4的漏極，Q4的源極接地，Q4的柵極和地之間連接電阻R11、電容C5。Q4柵極通過電阻R12和二極體D3、二極體D4的陰極相連接。二極體D4的陽極連接外部開關KEYl。二極體D3連接Q5的源極，Q5的漏極連接負載的一端P_，P-和B+之間連接二極體D5和C7、C8的串聯。P-和地之間連接電阻R16，Q5柵極和地之間連接電阻R17、電容C6，Q5柵極同時通過電阻R13連接到Q6的漏極，Q6的源極連接到B+，Q6的源極和柵極之間連接穩壓二極體Z2電阻R14，同時Q6柵極通過電阻R15連接到負載一側P-。Q6、Z2、R14和R15實現負載開路的檢測，Q5控制電源的啟動觸發。觸發信號經過D3、R12、Q4後觸發Q2打開電源。Q2的電流通過集電極輸出，先經過由電阻R9電阻RlO三極體Q3穩壓二極體Zl和電容Cl的簡單穩壓電路後送到U2的2腳，U2的I腳接地，2腳通過電容C2接地，3腳通過電容C3、電容C4接地，U2的3腳輸出一個穩定的+5V給系統使用。所述的充電控制電路如圖2，U2的2腳PULL連接到三極體Q7的發射極和電容C15、電阻R41的各一端，電容C15和三極體Q8的漏極連接到電流檢測端0CN，三極體Q7的基極連接到電阻R41、電阻R40的各一端，電阻R40的另一端連接MOS管Q9，Q9源極連接0CN，柵極和源極之間連接電阻R38，同時Q9柵極通過電阻R37連接到MCU的充電控制埠 CHARG。Q7的集電極連接到三極體Q8的4腳，三極體的1、2、3腳並聯，並且和4腳之間連接穩壓二極體Z6和電阻R39，同時Q8的I 2 3腳通過二極體D6連接到充電器的負輸入CHG-。所述的電流檢測電路如圖3，其由電阻R30、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R34、電阻R35、電阻R36，穩壓二極體Z5、電容C14以及IC Ul組成。其中電阻R32連接在Ul的9腳和地之間，U19腳和8腳之間連接電阻R33，Ul的10腳通過電阻R35上拉到電源+5V,同時通過電阻R34連接到電阻R30、電阻R31的一端以及電流採樣端0CN，電阻R30、電阻R31的另一端連接到地。IC的8腳通過電阻R36連接到MCU的電流ADC採樣埠 AD_I，ADC採樣埠 AD_I和地之間連接穩壓二極體Z5、電容C14。經過電阻R30和電阻R31的電流被Ul放大後在Ul的8腳輸出，經過電阻R36後送到MCU的電流採樣埠 AD_I。所述的短路檢測電路附圖4由電阻R28電容C13組成，OCN端電壓經過R28和C13組成的積分電路後送到MCU的內部比較器正輸入埠 CMP，當電壓幅值超過比較值將觸發中斷，快速的關閉放電MOS管。所述的溫度檢測電路如圖5由電阻R29電容C12，熱敏電阻RTO組成。電阻一端連接+5V電源，一端連接MCU的溫度AD採樣輸入TEMP，同時連接Cl2 —端和RTO的一端，Cl2和RTO的另一端連接到公共地。所述的AD採樣緩衝電路如圖6。主要由電阻R24 R25 R26 R27 R19 R20 R18 R21R22以及電容C9電容Cll ClO運放Ul的第一和第二部分組成。電池採樣端分成ADINlADIN2兩個埠，ADINl通過電阻連接到Ul的3腳，同時Ul的3腳通過電阻R25連接到地，對ADINl的信號形成一個分壓。ADIN2通過電阻R23連接到Ul的2腳，同時Ul的2腳通過電阻R26連接到Ul的I腳形成一個放大比例，放大的信號經過電阻R27送到MCU的電池採樣ADEVEN，同時ADEVEN通過二極體Z3和電容C9連接到地。信號ADIN2通過電阻R19連接到Ul的5腳，同時Ul的5腳通過電阻R20連接到地形成信號分壓，信號ADINl通過電阻R18連接到Ul的6腳，同時Ul的6腳通過電阻R21連接到Ul的7腳，同時Ul的7腳通過電阻R22連接到MCU的電池採樣端ADODD，同時ADODD通過二極體TA和電容Cll連接到地。所述的放 電控制電路如圖7，由電阻R46、R47、電阻R48、電阻R49、電阻R50，電阻R61以及電容C18、電容C19、MOS管Q10、三極體Q11、三極體Q12、M0S管Q13、MOS管Q14組成。開關信號MCU的DISCH通過電阻R46連接到MOS管QlO的柵極，同時柵極通過電阻R47連接到驅動電源I3ULL,驅動電源I3ULL對地之間連接電容C18。QlO的源極連接地，漏極連接三極體Qll三極體Q12的基極，同時還通過電阻R48連接到驅動電源PULL。三極體Qll的發射極通過電阻連接到MOS管Q13 MOS管Q14的柵極，三極體Q12的發射極通過電阻R50連接到MOS管Q13 MOS管Q14的柵極，MOS管Q13 MOS管Q14的柵極同時通過電阻R61電容C19連接到地。MOS管Q13 MOS管Q14的源極連接電流檢測埠 OCN，OCN通過電流採樣電阻連接到電池負GND，MOS管Q13 MOS管Q14的漏極連接到電池輸出P-。當DISCH為高電平時MOS管Q13 MOS管Q14同時關閉切斷電流，否則打開輸出電流。所述的MCU電路如圖8。電路由控制MCU ICl,電容C16，電阻R42電阻R43電阻R44電阻R45電容C17組成。電容C17連接到MCU電源+5V和地之間。電容C16連接在MCU4腳和電源正之間，同時MCU4腳通過電阻R42連接到地，形成一個復位電路。MCU電源和地通過電阻R43電阻R44分壓後連接到MCU的42腳即MCU的比較器負輸入埠。MCU的14，15腳，17腳到24腳為電池電壓採樣切換控制埠 I到10通道。MCU25腳是放電控制埠 DISCH。MCU26腳是充電埠 CHARG，MCU30腳是電池採樣埠 ADEVEN，MCU的31腳是電池電壓採樣埠 ADODD。MCU的32腳是電流採樣埠 AD_I，MCU的33腳是溫度採樣埠TEMP。MCU的34腳是I號電池採樣埠 ADCO，MCU的42腳是比較器負輸入，MCU的43腳是比較器正輸入CMP。MCU的44腳是外部充電檢測SHIFT。MCU的4腳是RST復位。MCU的5腳是串口 RXD，MCU的6腳是充電工作INC檢測。MCU的8腳是電源控制管理P0WER，MCU的9腳連接外部開關INK，MCUlO腳MCUll腳MCU12腳MCU13腳分別連接指示燈LEDl LED2LED3 LED4。所述的連接埠如圖 9，分為 B+、KEY2、KEY I、LED I、LED2、LED3、LED4、VCC P-、CHG-、ID,元件有電阻R51、電阻R52、電阻53、電阻R54、電阻R55、電阻R56、電阻R57、電阻R58、電阻59、電容C20，KEY2通過電阻R51連接到B+，KEYl通過電阻R52連接到INK然後INK再通過電阻R53連接到地。埠 LEDl LED2 LED3 LED4分別通過電阻R54電阻R55電阻R56電阻R57連接到MCU的LEDl LED2 LED3 LED4。埠 VCC連接點+5V。埠 CHG-連接到MCUCHG-。埠 ID通過電阻R58連接到SHIFT，同時SHIFT通過電阻R59電容C20連接到地。所述的採樣切換電路如圖10。分為10組。每組有電阻5個，三極體一個MOS管一個二極體一個，埠分別由BlP到B9P，B+置最後一個電池，這裡以十串為例子也就是BPlO輸入 ，輸出為ADC0、ADIN1、ADIN2、以及控制端BENl到BEN10.除第一組電池直接由ADCO直接採樣外，其他的組都由BENx控制打開電路，然後把BxP分別送到ADINl和ADIN2，然後MCU通過採樣ADEVEN、ADODD來取得結果.第一組電池的採樣電路信號BIP由電阻RCl送到三極體QAl發射極，同時QAl發射極通過電容CPl連接到地.BlP還通過電阻RPl連接到QAl的基極，QAl的基極通過電阻連接到MOS管MAl的漏極，MAl源極連接到地，MAI的刪極通過電阻REl連接到MCU的BEN1，同時MAl刪極通過電阻RTl連接到地.三極體QAl的集電極輸出連接ADCO並通過二極體DAl連接到ADINl。第二路採集切換電路由B2P通過電阻RC2連接到三極體QA2，同時B2P通過電阻RP2連接到QA2基極.QA2基極通過電阻RF2連接到MOS管MA2的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE2連接到MCU的BEN2，同時柵極通過電阻RT2連接到地.三極體QA2的發射極通過電容CP2連接到三極體QAl的發射極，三極體集電極通過二極體DA2連接到ADIN2。第三路採集切換電路由B3P通過電阻RC3連接到三極體QA3，同時B3P通過電阻RP3連接到QA3基極.QA3基極通過電阻RF3連接到MOS管MA3的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE3連接到MCU的BEN3，同時柵極通過電阻RT3連接到地.三極體QA3的發射極通過電容CP3連接到三極體QA2的發射極，三極體集電極通過二極體DA3連接到ADINl。第四路採集切換電路由B4P通過電阻RC4連接到三極體QA4，同時B4P通過電阻RP4連接到QA4基極.QA4基極通過電阻RF4連接到MOS管MA4的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE4連接到MCU的BEN4，同時柵極通過電阻RT4連接到地.三極體QA4的發射極通過電容CP4連接到三極體QA3的發射極，三極體集電極通過二極體DA4連接到ADIN2。第5路採集切換電路由B5P通過電阻RC5連接到三極體QA5，同時B5P通過電阻RP5連接到QA5基極.QA5基極通過電阻RF5連接到MOS管MA5的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE5連接到MCU的BEN5，同時柵極通過電阻RT5連接到地.三極體QA5的發射極通過電容CP5連接到三極體QA4的發射極，三極體集電極通過二極體DA5連接到ADINl。第6路採集切換電路由B6P通過電阻RC6連接到三極體QA6，同時B6P通過電阻RP6連接到QA6基極.QA6基極通過電阻RF6連接到MOS管MA6的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE6連接到MCU的BEN6，同時柵極通過電阻RT6連接到地.三極體QA6的發射極通過電容CP6連接到三極體QA5的發射極，三極體集電極通過二極體DA6連接到ADIN2。第7路採集切換電路由B7P通過電阻RC7連接到三極體QA7，同時B7P通過電阻RP7連接到QA7基極.QA7基極通過電阻RF7連接到MOS管MA7的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE7連接到MCU的BEN7，同時柵極通過電阻RT7連接到地.三極體QA7的發射極通過電容CP7連接到三極體QA6的發射極，三極體集電極通過二極體DA7連接到ADINl。第8路採集切換電路由B8P通過電阻RC8連接到三極體QA8，同時B8P通過電阻RP8連接到QA8基極.QA8基極通過電阻RF8連接到MOS管MA8的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE8連接到MCU的BEN8，同時柵極通過電阻RT8連接到地.三極體QA8的發射極通過電容CP8連接到三極 管QA7的發射極，三極體集電極通過二極體DA8連接到ADIN2。第9路採集切換電路由B9P通過電阻RC9連接到三極體QA9，同時B9P通過電阻RP9連接到QA9基極.QA9基極通過電阻RF9連接到MOS管MA9的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RE9連接到MCU的BEN9，同時柵極通過電阻RT9連接到地.三極體QA9的發射極通過電容CP9連接到三極體QA8的發射極，三極體集電極通過二極體DA9連接到ADINl。第10路採集切換電路由B+ (如果是10節電池，就是指B10P)通過電阻RClO連接到三極體QA10，同時BlOP通過電阻RPlO連接到QAlO基極.QAlO基極通過電阻RFlO連接到MOS管MAlO的漏極，MOS管的源極接地，柵極通過電阻RElO連接到MCU的BEN10，同時柵極通過電阻RTlO連接到地.三極體QAlO的發射極通過電容CPlO連接到三極體QA9的發射極，三極體集電極通過二極體DAlO連接到ADIN2。本實用新型中的MCU可以使用但不限於MSP430F248。
權利要求1.一種電池控制電路，包括微處理器MCU和電源能耗管理電路，電源能耗管理電路包括二極體、三極體、MOS管、電阻和電容，其特徵在於，二極體Dl的陽極和電阻R3的一端與電池的正極B+連接，二極體Dl的陰極連接三極體Q2的發射極，三極體Q2的基極通過電阻R8和MOS管Q4連接到地，電阻R3通過電阻R2連接到MOS管Ql的漏極，MOS管Ql的柵極通過電阻Rl上拉到一電源，MOS管Ql的源極連接到MCU的控制埠 POWER，三極體Q2的基極與電阻R3的另一端相連，並且三極體Q2的基極通過電阻連接到MCU的充電檢測埠INC，三極體Q2的基極還通過電阻和二極體D2連接到為電池進行充電的充電端CHG-。
2.如權利要求I所述的控制電路，其特徵在於，其中三極體Q2的集電極還連接到一穩壓電路。
3.如權利要求I或2所述的控制電路，其特徵在於還包括負載檢測電路。
4.如權利要求3所述的控制電路，其特徵在於，該負載檢測電路包括MOS管、穩壓管、二極體、電阻和電容，其中，MOS管Q6的源極、穩壓管Z2的陰極、二極體D5的陰極、電阻R14的一端以及電容C7的一端均連接到電池的正極B+，MOS管Q6的柵極連接到穩壓管Z2的陽極、電阻R15的一端與電阻R14的另一端相連,R15的另一端與二極體D5的陽極相連，電容C8的一端與電容C7的另一端相連，電容C8的另一端與二極體D5的陽極相連，二極體D5的陽極連接到負載的一端P_，M0S管Q6的漏極通過電阻R13，與並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，並聯連接的電容C6和電阻R17的另一端與電阻R16的一端均連接到地，電阻R16的另一端連接到所述電阻R15的另一端，MOS管Q5的柵極與上述並聯連接的電容C6和電阻R17的一端相連，Q5的漏極與負載的一端P-相連，MOS管Q5的源極與二極體D3的陽極相連，二極體D3的陰極通過電阻R12和電容C5接地。
專利摘要本實用新型揭示一種電池控制電路，包括微處理器MCU和電源能耗管理電路，電源能耗管理電路包括二極體、三極體、MOS管、電阻和電容，二極體D1的陽極和電阻R3的一端與電池的正極B+連接，二極體D1的陰極連接三極體Q2的發射極，三極體Q2的基極通過電阻R8和MOS管Q4連接到地，電阻R3通過電阻R2連接到MOS管Q1的漏極，MOS管Q1的柵極通過電阻R1上拉到一電源，MOS管Q1的源極連接到MCU的控制埠POWER，三極體Q2的基極與電阻R3的另一端相連。本實用新型的電池控制電路工作能耗低，能夠滿足電池的長期存儲要求，並且解決了使用中異常保護、反覆保護和退出保護帶來的可靠性不高的問題。
文檔編號H02J7/00GK202633971SQ201120172350
公開日2012年12月26日 申請日期2011年5月26日 優先權日2011年5月26日
發明者韓競科, 黃斌, 蔣闖 申請人:韓競科