多节锂电池串联的电池保护板实现方案
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多节锂电池串联的电池保护板实现方案
本文引用地址：均衡充电板电路工作仿真模型根据上述均衡充电板电路工作的基本原理，在Matlab/Simulink环境下搭建了系统仿真模型，模拟锂组充放电过程中板工作的情况，验证该设计的可行性。为简单起见，给出了锂组仅由2节锂的仿真模型，如图5所示。图5　2节均充保护仿真模型模型中用受控电压源代替单节，模拟电池充放电的情况。图5中，Rs为电池组的电池总内阻，RL为负载电阻，Rd为分流放电支路电阻。所采用的单节保护芯片S28241封装为一个子系统，使整体模型表达时更为简洁。保护芯片子系统模型主要用逻辑运算模块、符号函数模块、一维查表模块、积分模块、延时模块、开关模块、数学运算模块等模拟了保护动作的时序与逻辑。由于仿真环境与真实电路存在一定的差别，仿真时不需要滤波和强弱电隔离，而且多余的模块容易导致仿真时间的冗长。因此，在实际仿真过程中，去除了滤波、光耦隔离、电平调理等电路，并把为大电流分流设计的电阻网络改为单电阻，降低了仿真系统的复杂程度。建立完整的系统仿真模型时，要注意不同模块的输入输出数据和信号类型可能存在差异，必须正确排列模块的连接顺序，必要时进行数据类型的转换，模型中用电压检测模块了强弱信号的转换连接问题。仿真模型中受控电压源的给定信号在波形大体一致的前提下可有微小差别，以代表电池个体充放电的差异。图6为电池组中单节电池电压检测仿真结果，可见采用过流放电支路均充的办法，该电路可正常工作。图6　锂电池电压检测仿真结果系统实验实际应用中，针对某品牌电动自行车生产厂的需求，设计了2组并联、10节串联的36V8A&h锰酸锂动力电池组保护板，其中单节锂电池保护芯片采用日本精工公司的S28241,保护板主要由主电路、控制电路、分流放电支路以及滤波、光耦隔离和电平调理电路等部分组成，其基本结构如图7所示。放电支路电流选择在800mA左右，采用510&O电阻串并联构成电阻网络。图7　锂电池组保护板基本结构调试工作主要分为电压测试和电流测试两部分。电压测试包括充电性能检测过电压、均充以及放电性能检测欠电压两步。可以选择采用电池模拟电源供应器代替实际的电池组进行测试，由于多节电池串联，该一次投入的测试成本较高。也可以使用装配好的电池组直接进行测试，对电池组循环充放电，观测过压和欠压时保护装置是否正常动作，记录过充保护时各节电池的实时电压，判断均衡充电的性能。但此一次测试耗费时间较长。对电池组作充电性能检测时，采用3位半精度电压表对10节电池的充电电压监测，可见各节电池都在正常工作电压范围内，并且单体之间的差异很小，充电过程中电压偏差小于100mV,满充电压4.2V、电压偏差小于50mV。电流测试部分包括过流检测和短路检测两步。过流检测可在电阻负载与电源回路间串接一电流表，缓慢减小负载，当电流增大到过流值时，看电流表是否指示断流。短路检测可直接短接电池组正负极来观测电流表状态。在确定器件完好，电路焊接无误的前提下，也可直接通过保护板上电源指示灯的状态进行电流测试。实际使用中，考虑到外部干扰可能会引起电池电压不稳定的情况，这样会造成电压极短时间的过压或欠压，从而导致电池保护电路错误判断，因此在保护芯片配有相应的延时逻辑，必要时可在保护板上添加延时电路，这样将有效降低外部干扰造成保护电路误动作的可能性。由于电池组不工作时，保护板上各开关器件处于断开状态，故静态损耗几乎为0。当系统工作时，主要损耗为主电路中2个MOS管上的通态损耗，当充电状态下均衡电路工作时，分流支路中电阻热损耗较大，但时间较短，整体动态损耗在电池组正常工作的周期内处于可以接受的水平。经测试，该保护电路的设计能够满足串联锂电池组保护的需要，保护功能齐全，能可靠地进行过充电、过放电的保护，同时均衡充电功能。根据应用的需要，在改变保护芯片型号和串联数，电路中开关器件和能耗元件的功率等级之后，可对任意结构和电压等级的动力锂电池组实现保护和均充。如采用台湾富晶公司的FS361A单节锂电池保护芯片可实现3组并联、12串磷酸铁锂电池组保护板设计等。最终的多款工业产品价格合理，经3年市场检验无返修产品。结论本文采用单节锂电池保护芯片设计实现了多节锂电池串联的电池组保护板，除可完成必要的过电压、欠电压、过电流和短路保护功能外，还可以实现均衡充电功能。仿真和实验结果验证了该方案的可行性，市场使用情况检验了该设计的稳定性。
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BT16C锂电池保护板，以下简称“保护板”是针对不同的应用环境而设计的，支持4～16串3.2V磷酸铁锂电池或其它3.7V锂电池，支持高达60A连续充放电电流。 本保护板具有单串电芯过压、欠压、充放电过流，高低温和短路等软硬件保护功能，通过实时监测电压、电流和温度，计算当前电池容量； 通过监测各种保护状态，作出相关的控制和保护动作； 系统端可透过RS232或SMBus接口与保护板通讯，以获取SOC和SOH等信息； 本保护板具备智能电芯平衡的功能，以提高电池组的有效使用时间和循环寿命； 本保护板支持标准2端口或3端口（...
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锂电池有爆炸的可能，保护板不可以随着去掉！而且必须接有保险！至于你所说的故障，你用的多少AH放电，是放电过程突然停止吗？还是干脆啊不能放？用的什么放电仪？是不是整组电池放电仪？什么牌子？电池装车上可以吗？可以充进电吗？建议你打开检测，保险焊接点。和串联电池线的每根电压！
锂电很危险
保护板有问题，不能去掉，锂电池对电压要求高，
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保存至快速回贴一种锂电池保护板过流值检测模块的制作方法
专利名称一种锂电池保护板过流值检测模块的制作方法
技术领域本实用新型涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池保护板过流值检测模块。
背景技术目前，锂电池保护板在充满电时能保证各单体电池之间的电压差异小于设定值(一般±20mV)，实现电池组各单体电池的均衡，有效地改善了串联充电方式下的充电效果。同时检测电池组中各个单体电池的过压、欠压、过流、短路、过温状态，保护并延长电池使用寿命。欠压保护使每一单节电池在放电使用时避免电池因过放电而损坏。锂电池保护板的过流门槛值对于产品的可靠性、一致性有较大影响，存在以下缺陷1、产品一致性差，影响系统可靠性；2、过流门槛值偏低的会导致系统误操作，偏高会导致系统保护功能减弱；现有手段是通过电子负载，设定恒流值来测试，需要不断改变设定值来估测准确的过流值，效率很低，降低了生产效率。·实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种锂电池保护板过流值检测模块，以达到准确测试锂电池保护板过流门槛值的目的。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是一种锂电池保护板过流值检测模块，包括输入阻抗模块、信号调制放大模块、采样保持模块、输出驱动模块、主控制模块、上位机、锂电池保护板和恒流控制模块，所述的主控制模块的输出端分别与采样保持模块以及恒流控制模块相连接，所述的采样保持模块的输入端与信号调制放大模块的输出端连接，采样保持模块的输出端与输出驱动模块连接，所述的输出驱动模块与主控制模块连接，所述的主控制模块与上位机相连接，所述的恒流控制模块通过输入阻抗模块与信号调制放大模块的输入端相连接，所述的恒流控制模块与锂电池保护板相连接；所述的恒流控制模块，用于根据主控制模块发出脉冲信号控制场效应管，负反馈读取检测电阻形成恒流，通过取样电阻将电流值转化为电压信号；所述的输入阻抗模块，用于将输入信号与信号调制放大模块隔离开；所述的信号调制放大模块，用于将输入电压信号放大；所述的采样保持模块，用于将放大的输入电压信号给电容充放电，保持电压；所述的输出驱动模块，用于提高输入阻抗；所述的主控制模块，用于当锂电池保护板过流保护，断开回路时，读取信号并计算锂电池保护板的过流值，显示于上位机上。所述的主控制模块采用微处理器MCU，其芯片型号为STM32F103VET6。所述的恒流控制模块包括依次连接的功率电感LI、场效应管Ql和检流电阻R1，场效应管Ql的栅极与微处理器MCU输出端连接，漏极与检流电阻Rl连接，源极与电感LI连接，所述的锂电池保护板一端依次通过取样电阻R2、开关SI与电感LI连接，锂电池保护板另一端通过负载与检流电阻Rl相连接。[0013]所述的米样保持模块包括电容Cl、按键开关S2、场效应管Q2,所述的电容Cl 一端与信号调制放大模块的运算放大器输出端连接，电容Cl另一端接地，所述的按键开关S2 —端通过电阻R3与运算放大器输出端接，另一端接地，所述的场效应管Q2的栅极接地，漏极通过电阻R4与运算放大器输出端连接，源极通过电阻R5与微处理器MCU输出端连接。本实用新型采用上述结构，具有以下优点1、能够准确测试锂电池保护板过流门槛值；2、进行全数字化设计，且设计了人机界面，提高了可操作性；3、提高产品生产效率。
以下结合附图
和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明；图I为本实用新型的逻辑结构框图；图2为本实用新型的电路结构图；在图I 图2中，I、输入阻抗模块；2、信号调制放大模块；3、采样保持模块；4、输 出驱动模块；5、主控制模块；6、上位机；7、锂电池保护板；8、恒流控制模块；9、负载。
具体实施方式
如图I 图2所示一种锂电池保护板过流值检测模块，包括输入阻抗模块I、信号调制放大模块2、采样保持模块3、输出驱动模块4、主控制模块5、上位机6、锂电池保护板7和恒流控制模块8，主控制模块5采用微处理器MCU，其芯片型号为STM32F103VET6。主控制模块5的输出端分别与采样保持模块3以及恒流控制模块8相连接，采样保持模块3的输入端与信号调制放大模块2的输出端连接，采样保持模块3的输出端与输出驱动模块4连接，输出驱动模块4与主控制模块5连接，主控制模块5与上位机6相连接，恒流控制模块8通过输入阻抗模块I与信号调制放大模块2的输入端相连接，恒流控制模块8与锂电池保护板7相连接；恒流控制模块8，用于根据主控制模块发出脉冲信号控制场效应管，负反馈读取检测电阻形成恒流，通过取样电阻将电流值转化为电压信号；输入阻抗模块1，用于将输入信号与信号调制放大模块隔离开；信号调制放大模块2,用于将输入电压信号放大；米样保持模块3,用于将放大的输入电压信号给电容充放电,保持电压；输出驱动模块4，用于提高输入阻抗；主控制模块5，用于当锂电池保护板过流保护，断开回路时，读取信号并计算锂电池保护板的过流值，显示于上位机上。恒流控制模块8包括依次连接的功率电感LI、场效应管Ql和检流电阻R1，场效应管Ql的栅极与微处理器MCU输出端连接，漏极与检流电阻Rl连接，源极与电感LI连接，所述的锂电池保护板一端依次通过取样电阻R2、开关SI与电感LI连接，锂电池保护板另一端通过负载9与检流电阻Rl相连接。采样保持模块3包括电容Cl、按键开关S2、场效应管Q2，所述的电容Cl 一端与信号调制放大模块的运算放大器输出端连接，电容Cl另一端接地，所述的按键开关S2—端通过电阻R3与运算放大器输出端接，另一端接地，所述的场效应管Q2的栅极接地，漏极通过电阻R4与运算放大器输出端连接，源极通过电阻R5与微处理器MCU输出端连接。信号调制放大模块2采用运算放大器，其反相输入端通过电阻R8与其输出端连接。输入阻抗模块I也包括运算放大器，其输出端依次通过电阻R6、二极管、电阻R7与信号调制放大模块2的运算放大器的同相输入端连接，锂电池保护板过流值检测模块的检测方法包括以下步骤a)上位机设置电流测试范围，闭合回路开关SI,启动系统；b)主控制模块发出脉冲信号控制场效应管Q1，负反馈读取检测电阻形成恒流，通过提高脉宽调制占空比，电流值逐渐增大，通过取样电阻R2将电流值转化为电压信号；经过输入阻抗模块把输入信号和后级电路隔离开来；c)信号调制放大模块将输入电压信号放大，可放大10倍，以便于后级电路信号处理。信号通过放大后给采样保持模块中电容Cl充电，保持电压，电流在不断变大过程中，记 录下最大值，直至锂电池保护板过流保护，断开回路，微处理器MCU发现回路断开后，读取信号，并计算出锂电池保护板的过流值，反馈到上位机并显示；d)将采样保持模块中电容放电。可通过微处理模块MCU导通场效应管Q2，把电容Cl的电放掉准备下一次测量，也可以使用手动按键开关S2给电容Cl放电。上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种锂电池保护板过流值检测模块，其特征在于包括输入阻抗模块(I)、信号调制放大模块(2 )、采样保持模块(3 )、输出驱动模块(4 )、主控制模块(5 )、上位机(6 )、锂电池保护板(7)和恒流控制模块(8)，所述的主控制模块(5)的输出端分别与采样保持模块(3)以及恒流控制模块(8)相连接，所述的采样保持模块(3)的输入端与信号调制放大模块(2)的输出端连接，采样保持模块(3)的输出端与输出驱动模块(4)连接，所述的输出驱动模块(4)与主控制模块(5)连接，所述的主控制模块(5)与上位机(6)相连接，所述的恒流控制模块(8 )通过输入阻抗模块(I)与信号调制放大模块(2 )的输入端相连接，所述的恒流控制模块(8)与锂电池保护板(7)相连接；
所述的恒流控制模块(8)，用于根据主控制模块发出脉冲信号控制场效应管，负反馈读取检测电阻形成恒流，通过取样电阻将电流值转化为电压信号；
所述的输入阻抗模块(I )，用于将输入信号与信号调制放大模块隔离开；
所述的信号调制放大模块(2)，用于将输入电压信号放大；
所述的采样保持模块(3)，用于将放大的输入电压信号给电容充放电，保持电压；
所述的输出驱动模块(4)，用于提高输入阻抗；
所述的主控制模块(5)，用于当锂电池保护板过流保护，断开回路时，读取信号并计算锂电池保护板的过流值，显示于上位机上。
2.根据权利要求I所述的一种锂电池保护板过流值检测模块，其特征在于所述的主控制模块(5)采用微处理器MCU，其芯片型号为STM32F103VET6。
3.根据权利要求I所述的一种锂电池保护板过流值检测模块，其特征在于所述的恒流控制模块(8)包括依次连接的功率电感(LI)、场效应管(Ql)和检流电阻(Rl)，场效应管(Ql)的栅极与微处理器MCU输出端连接，漏极与检流电阻(Rl)连接，源极与电感(LI)连接，所述的锂电池保护板一端依次通过取样电阻(R2)、开关(SI)与电感(LI)连接，锂电池保护板另一端通过负载(9)与检流电阻(Rl)相连接。
4.根据权利要求I或2所述的一种锂电池保护板过流值检测模块，其特征在于所述的采样保持模块(3 )包括电容(Cl)、按键开关(S2 )、场效应管(Q2 )，所述的电容(Cl) 一端与信号调制放大模块的运算放大器输出端连接，电容(Cl)另一端接地，所述的按键开关(S2)一端通过电阻(R3)与运算放大器输出端接，另一端接地，所述的场效应管(Q2)的栅极接地，漏极通过电阻(R4)与运算放大器输出端连接，源极通过电阻(R5)与微处理器MCU输出端连接。
专利摘要本实用新型公开了一种锂电池保护板过流值检测模块，包括输入阻抗模块、信号调制放大模块、采样保持模块、输出驱动模块、主控制模块、上位机、锂电池保护板和恒流控制模块，主控制模块的输出端分别与采样保持模块以及恒流控制模块相连接，采样保持模块的输入端与信号调制放大模块的输出端连接，采样保持模块的输出端与输出驱动模块连接，输出驱动模块与主控制模块连接，主控制模块与上位机相连接，恒流控制模块通过输入阻抗模块与信号调制放大模块的输入端相连接，恒流控制模块与锂电池保护板相连接。本实用新型具有以下优点1、能够准确测试锂电池保护板过流门槛值；2、进行全数字化设计，且设计了人机界面，提高了可操作性。
文档编号G01R19/165GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者洪平, 阚宏林, 徐嘉 申请人:芜湖天元汽车电子有限公司