一種智能鋰電池保護裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及鋰電池領域，尤其涉及一種智能鋰電池保護裝置及其控制方法。
【背景技術】
[0002]鋰電池的開發已經有十幾年的歷史，隨著鋰電池的技術工藝不斷完善以及國家對新能源的開發鼓勵，鋰電池應用也越來越廣，例如:手機電池、充電寶、電動自行車、電動轎車、電動大巴、醫療設備或各種數碼產品等等。
[0003]鋰電池的各種應用給人們生活帶來便捷服務，同時也突顯了鋰電池安全性的問題。鋰電池在使用過程中發生的爆炸，自燃，等事故也越來越頻繁。所以鋰電池的保護管理以及檢測就顯得尤為重要。
[0004]發明人在實現本發明的過程中發現現有技術至少存在有以下缺點和不足:
[0005]目前的鋰電池保護板不能客觀的反映出鋰電池具體健康狀態；無法通過便攜式手持設備進行人機交互做到對鋰電池的檢測；沒有系統的后臺支持，無法對鋰電池進行整體測試。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種智能鋰電池保護裝置及其控制方法，本發明降低了鋰電池在使用過程中發生火災爆炸的可能性，同時提高了鋰電池在使用過程中的安全性，詳見下文描述:
[0007]一種智能鋰電池保護裝置，所述保護裝置連接組裝好的鋰電池，所述保護裝置包括:微處理器、模擬前端電路、均衡電路、以及MOS驅動電路，
[0008]所述微處理器讀取所述模擬前端電路采集到的信息進行分析，根據單組電池的電壓判斷單組電池的過充與過放實現電壓保護；根據整組鋰電池的溫度信息判斷整組鋰電池的過高溫與過低溫實現溫度保護；根據整組鋰電池的電流信息判斷是否發生短路、過流或過載實現電流保護；
[0009]所述微處理器根據保護狀態來控制所述MOS驅動電路的打開與關閉；
[0010]當充電時，如果單組電池的電壓之間的電壓差大于設定值，所述微處理器將打開相應的所述均衡電路對電壓高的單組電池進行放電，使單組電池的電壓差在設定值之內。[0011 ] 所述保護裝置還包括:數據存儲器，所述數據存儲器用于記錄信息、發生時間。
[0012]所述保護裝置還包括:天線，所述天線用于將信息傳輸至外接的終端設備。
[0013]所述終端設備具體為:手持終端設備或PC機。
[0014]所述均衡電路包括:若干串均衡電路單元，每串均衡電路單元的電路結構相同，均由電容、電阻和均衡三極管組成。
[0015]所述均衡電路單元包括:第一電阻，所述第一電阻的一端連接第一串單組電池的負極，所述第一串單組電池的正極連接第三電阻的一端、第四電阻的一端；所述第三電阻的另一端連接均衡三極管的發射極；所述均衡三極管的集電極連接所述第一串單組電池的負極，所述均衡三極管的基極連接第二電阻的一端；
[0016]所述第二電阻的另一端、所述第四電阻的另一端均連接第一電容的一端，所述第一電容的另一端連接所述第一電阻的另一端；所述第四電阻的另一端、所述第一電阻的另一端分別連接所述模擬前端電路的電源引腳。
[0017]所述MOS驅動電路包括:兩組MOS管，每組MOS管分別連接2個保護電容，一個關斷電阻，其中一組MOS管還連接保險絲。
[0018]一種用于智能鋰電池保護裝置的控制方法，所述控制方法包括以下步驟:
[0019]外接的終端設備通過藍牙技術、wifi技術，或者紅外技術獲取所述智能鋰電池保護裝置采集到的鋰電池數據；
[0020]外接的終端設備對鋰電池數據進行分析處理，擬合充放電曲線或計算鋰電池容量;
[0021]用戶通過外接的終端設備判斷鋰電池的健康程度。
[0022]一種用于智能鋰電池保護裝置的控制方法，所述控制方法包括以下步驟:
[0023]外接的終端設備通過藍牙技術、wifi技術，或者紅外技術獲取所述智能鋰電池保護裝置采集到的鋰電池數據；
[0024]外接的終端設備通過云技術將鋰電池數據上傳到云空間；
[0025]后臺人員對云空間內的鋰電池數據進行分析，并給出分析結果。
[0026]本發明提供的技術方案的有益效果是:本發明能夠為多串鋰電池組提供完善的保護，可以對電壓、電流、溫度等鋰電池參數進行精準的在線測量，能夠對各種故障進行檢測報警并做相關處理工作，該裝置具有黑匣子功能，能夠實時記錄事件發生的時間和代碼數據；并且本發明使用庫侖計電量計算技術(即，在計算鋰電池整租電池容量的時候，微處理器通過電流在時間上積分，得到準確的充入電量與放出電量這種動態的算法)，通過計算和補償，可以實現電量的動態準確估算；該裝置具有均衡功能，通過獨有的均衡機制，保證和延長電芯的可用容量。本發明通過不同的通訊接口，如UART、LIN、CAN、Energbus、Bluetooth等，可以與控制器、儀表、手機App、PC以及其他系統單元進行通信，實現電池組信息的實時監控和其他特殊控制功能的需求。
【附圖說明】
[0027]圖1為智能鋰電池保護裝置的電路結構圖；
[0028]圖2為均衡電路的電路結構圖；
[0029]圖3為MOS驅動電路的電路結構圖；
[0030]圖4為智能鋰電池保護裝置的控制方法的流程圖；
[0031 ]圖5為基于云技術交互的交互示意圖；
[0032]圖6為鋰電池信息欄界面的示意圖；
[0033]圖7為直方圖頁面的示意圖；
[0034]圖8為曲線圖頁面的示意圖；
[0035]圖9為日志頁面的示意圖；
[0036]圖10為智能鋰電池保護裝置的控制方法的另一流程圖。
[0037]附圖中，各標號所代表的部件列表如下:
[0038]1:微處理器；2:模擬前端電路；
[0039]3:均衡電路；4:M0S驅動電路；
[0040]5:數據存儲器；6:天線；
[0041 ]7:時間電路；8:終端設備；
[0042]A:保護裝置；B:鋰電池；
[0043]C:單組電池。
【具體實施方式】
[0044]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0045]實施例1
[0046]一種智能鋰電池保護裝置，參見圖1和圖5，該保護裝置A連接組裝好的鋰電池B(該鋰電池由多個單組電池C組成);該保護裝置包括:微處理器1、模擬前端電路2、均衡電路3、MOS驅動電路4、數據存儲器5、天線6、以及時間電路(RTC) 7。
[0047]模擬前端電路2采集鋰電池B的總電壓、單組電壓、溫度、電流信息(該些信息總稱為數據信息)。微處理器I讀取模擬前端電路2采集到的數據信息進行分析，根據電池的單組電壓判斷電池的過充與過放實現電壓保護；根據電池的溫度信息判斷電池的過高溫與過低溫實現溫度保護；根據電池的電流信息判斷是否發生短路，過流，過載實現電流保護。
[0048]微處理器I根據保護狀態來控制MOS驅動電路4的打開與關閉。當充電時，如果電池的單組電壓之間的電壓差大于設定值，則微處理器I將打開相應的均衡電路3對電壓高的單組電池進行放電，使單組電池的電壓差在設定值之內。
[0049]在裝置運行中會發生電壓保護、電流保護、溫度保護和復位等情況，微處理器I對MOS驅動電路4做出相應處理時還會將當前發生的情況信息記錄到數據存儲器5中，記錄包括事件發生的時間，其中，時間是由微處理器I從時間電路7讀取得到的。微處理器I通過天線6將數據信息傳輸給外接終端設備8。
[0050]具體實現時，微處理器I可以內置藍牙功能，與外接終端設備8 (智能手機或PC機等，本發明實施例對此不做限制)進行數據交互，例如:當智能手機需要電池參數時，智能手機給智能鋰電池保護裝置發送通信指令，微處理器I通過天線6接收到通信指令后，通過藍牙技術，將所有的數據上傳至智能手機。
[0051]其中，微處理器I可以采用型號為CC2541的微處理器；模擬前端電路2中的主電路可以采用型號為BQ76930的芯片。具體實現時，還可以采用其他型號的器件，本發明實施例對此不作限制。
[0052]參見圖2，為了獲取更好的保護效果，本發明實施例還對均衡電路3進行了設計，該均衡電路3包括:若干串均衡電路單元，每串均衡電路單元的電路結構相同，均由電容、電阻和均衡三極管組成，本發明實施例以10串均衡電路單元為例進行說明，具體實現時，本發明實施例對此不作限制。
[0053]下面以第一串均衡電路單元為例進行詳細描述，該第一串均衡電路單元包括:第一電阻R2，第一電阻R2的一端連接第一串電池的負極，第一串電池的正極連接第三電阻R4的一端、第四電阻R5的一端；第三電阻R4的另一端連接均衡三極管Ql的發射極；均衡三極管Ql的集電極連接第一串電池的負極，均衡三極管Ql的基極連接第二電阻R3的一端；第二電阻R3的另一端、第四電阻R5的另一端均連接第一電容Cl的一端，第一電容Cl的另一端連接第一電阻R2的另一端；第四電阻R5的另一端、第一電阻R2的另一端分別連接模擬前端電路的電源引腳(即，連接Ul，Ul的型號為BQ76930，第四電阻R5的另一端連接VCOl引腳，第一電阻R2的另一端連接VCOO引腳；U1的除電源以外的其余引腳接線如下:28腳、29腳接電流采集端的⑶R+⑶R- ； I腳DSG和2腳CHG接圖3的DSG和CHG ； 3腳VSS接AGND ；4腳和5腳是IIC的接口接微處理器CC2541的IIC接口 ；8腳和9腳是BQ76930內部的LDO輸出和輸入給微處理器CC2541供電；13腳是一個溫度傳感器的測試腳，用來測試整組電池的環境溫度；15腳是接最高串的電池組正極。
[0054]其中，不需要均衡時，兩個引腳(VC00引腳、VCOl引腳)輸入阻抗很高，此處可以看做為斷開狀態，此時均衡三極管Ql不導通，那么該均衡電路單元不會有電流流過。
[0055]當第一串電池需要均衡時，那么微處理器CC2541內部決策程序，使能第一串均衡電路單元，模擬前端電路芯片(BQ76930)的引腳VCOO和VCOl內部旁路電