技术领域

[0001] 本发明涉及锂电池柱保护领域， 尤其是涉及一种锂电池组充放电保护板及锂电 池组保护系统。

背景技术

[0002] 锂电池组由于具有体积小、 质量轻、 电压高、 功率大、 自放电少以及使用寿命 长等优点， 使其逐渐成为动力电池的主流。 但由于锂电池组的内部能量密度高 ， 在过度充电状态下， 内部热量积聚过多有可能损伤电池性能和使用 寿命。 因 此， 锂电池组必须配用设计优良的保护电路， 以保证其在过度充、 放电状态下 的安全性， 并防止其性能劣化。

[0003] 现有的锂电池组保护用集成电路大多采用纯模 拟电路。 但是纯模拟电路的生 产工艺比硬件复杂， 软件的可靠性不高， 使用不稳定。 并且， 现有的锂电池组 保护方案中都没有考虑锂电池组的电池信息的 资源共享， 不利于锂电池组的大 数据收集和接入物联网。

技术问题

[0004] 本发明要解决的技术问题在于， 提供一种锂电池组充放电保护板及锂电池组保 护系统。

问题的解决方案

技术解决方案

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 构造一种锂电池组充放电保护板

， 配用的锂电池组由多个单体锂电池串联组成， 包括主控电路， 以及与所述主 控电路电性连接的充电控制电路和放电控制电 路； 还包括：

[0006] 采样模块， 与所述主控电路电性连接， 用于采样各个所述单体锂电池的电池信 息数据；

[0007] SMBUS通信端口， 与所述主控电路电性连接， 用于所述主控电路与上位机之 间的数据通信， 以将所述电池信息数据上报给所述上位机； [0008] 蓝牙模块， 与所述主控电路电性连接， 用于所述主控电路与便携式智能设备之 间的数据通信， 以将所述电池信息数据无线发送给所述便携式 智能设备。

[0009] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述采样模块包括：

[0010] 电压采样电路， 与所述主控电路电性连接， 用于采集各个所述单体锂电池的端 电压；

[0011] 电流采样电路， 与所述主控电路电性连接， 用于采集串联的多个所述单体锂电 池的回路电流；

[0012] 温度采样电路， 与所述主控电路电性连接， 用于采集各个所述单体锂电池的电 芯表面温度。

[0013] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述电池信息数据包括各个所述单体锂电 池的电池电压、 回路电流和电芯表面温度， 以及所述锂电池组的充放电状态信 息和电量数据信息。

[0014] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述锂电池组充放电保护板还包括连接在 所述主控电路和锂电池组之间的均衡电路， 其中， 所述锂电池组的各个单体锂 电池并联连接至少一个均衡电路。

[0015] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述锂电池组充放电保护板还包括用于给 所述主控电路、 SMBUS通信端口和所述蓝牙模块供电的供电电路� ��

[0016] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述主控电路包括过充电电压比较模块、 过放电电压比较模块和基准电压源； 所述基准电压源分别为所述过充电电压比 较模块和所述过放电电压比较模块提供供比较 的基准电压；

[0017] 所述过充电电压比较模块的输出端连接所述充 电控制电路， 所述过放电电压比 较模块的输出端连接所述放电控制电路。

[0018] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述充电控制电路和所述放电控制电路均 包括用于作为回路幵关器件的 MOS管。

[0019] 本发明的锂电池组充放电保护板中， 所述主控电路包括中颖 SH79F329型号单 片机。

[0020] 本发明还提供了一种锂电池组保护系统， 包括锂电池组， 还包括上述的锂电池 组充放电保护板。 [0021] 本发明的锂电池组保护系统中， 还包括上位机和便携式智能设备， 所述上位 机通过 SMBUS总线与所述锂电池组充放电保护板连接并� ��行数据通信， 所述便 携式智能设备与所述锂电池组充放电保护板蓝 牙连接并进行数据通信。

发明的有益效果

有益效果

[0022] 实施本发明的技术方案， 至少具有以下的有益效果： 本发明中的锂电池组充放 电保护板能通过采集模块实吋采样各个单体锂 电池的电池信息数据， 且该主控 电路还同吋连接有 SMBUS通信端口和蓝牙模块， 使得该锂电池组充放电保护板 不仅能够将采样到的电池信息数据发送给上位 机， 还能够将采样到的电池信息 数据发送给便携式智能设备， 从而能方便了用户对锂电池组的运行实现多途 径 的管理， 并实现了电池信息数据的资源共享， 利于锂电池组的大数据收集和接 入物联网。

对附图的简要说明

附图说明

[0023] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说 明， 附图中：

[0024] 图 1是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保� �板的结构框图；

[0025] 图 2是本发明的一实施例中的均衡电路的电路图� �

[0026] 图 3是本发明的一实施例中的供电电路的电路图� �

[0027] 图 4是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保� �板的工作原理图；

[0028] 图 5是本发明的一实施例中的锂电池组保护系统� �结构框图；

[0029] 其中， 1、 主控电路； 11、 过充电电压比较模块； 12、 过放电电压比较模块； 1 3、 基准电压源；

[0030] 2、 充电控制电路； 3、 放电控制电路； 4、 采样模块； 41、 电压采样电路； 42

、 电流采样电路； 43、 温度采样电路；

[0031] 5、 SMBUS通信端口； 6、 蓝牙模块； 7、 均衡电路； 8、 供电电路；

[0032] 10、 锂电池组； 20、 锂电池组充放电保护板； 30、 上位机； 40、 便携式智能设 备。 实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式

[0033] 为了对本发明的技术特征、 目的和效果有更加清楚的理解， 现对照附图详细说 明本发明的具体实施方式。

[0034] 图 1至图 4示出了本发明中的一种锂电池组充放电保护� �， 该锂电子组充放电保 护板能够起到延长锂电池组的使用寿命， 加强电池的使用安全性的作用， 一般 情况下， 其配用的锂电池组由多个单体锂电池串联组成 ， 当然， 其配用的锂电 池组也可以由多个单体锂电池并联组成， 即该锂电池组充放电保护板的适用范 围广， 可运用于市面上大部分的锂电池组中。

[0035] 图 1是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保� �板的结构框图。 图 2是本发明 的一实施例中的均衡电路 （7) 的电路图。 图 3是本发明的一实施例中的供电电 路 （8) 的电路图。 图 4是本发明的一实施例中的锂电池组充放电保� �板的工作 原理图。

[0036] 如图 1所示， 该锂电池组充放电保护板包括主控电路 （1) ， 以及与该主控电路

( 1) 电性连接的充电控制电路 （2) 和放电控制电路 （3) 。 该主控电路 （1) 的主要作用在于根据编制的程序、 算法， 实现电池充放电的管理， 保证电池正 常运行， 防止过充、 过放、 过流、 短路等异常现象发生。 而该充电控制电路 （2 ) 和放电控制电路 （3) 的主要作用在于负责幵启 /关断充、 放电回路， 从而达到 充放电保护的功能。

[0037] 参阅图 1， 该锂电池组充放电保护板除了包括上述的主控 电路 （1) 、 充电控制 电路 （2) 和放电控制电路 （3) 外， 该锂电池组充放电保护板还包括采样模块 (4) 、 SMBUS通信端口 （5) 和蓝牙模块 （6) 。

[0038] 该采样模块 （4) 与主控电路 （1) 电性连接， 该采样模块 （4) 的主要作用在 于采样各个单体锂电池的电池信息数据。 一般情况下， 该电池信息数据可包括 各个单体锂电池的电池电压、 回路电流和电芯表面温度， 以及锂电池组的充放 电状态信息和电量数据信息。

[0039] 该 SMBUS通信端口 （5) 与主控电路 （1) 电性连接， 该 SMBUS通信端口 (5 ) 的主要用于主控电路 （1) 与上位机之间的数据通信， 以将电池信息数据上报 给上位机。 即该锂电池组充放电保护板通过 SMBUS总线连接到上位机吋， 上位 机上的软件可以显示采样到的电池信息数据。

[0040] 该蓝牙模块 （6) 与主控电路 （1) 电性连接， 该蓝牙模块 （6) 的主要作用在 于主控电路 （1) 与便携式智能设备之间的数据通信， 以将电池信息数据无线发 送给便携式智能设备。 即该锂电池组充放电保护板可以与便携式智能 设备之间 建立蓝牙等无线连接。 一般情况下， 便携式智能设备包括常见的智能手机、 平 板电脑等。 则建立无线连接后， 该锂电池组充放电保护板采样到的电池信息数 据可以无线发送给智能手机， 并通过 APP软件界面进行显示。

[0041] 可以理解地， 要实现该锂电池组充放电保护板与便携式智能 设备之间的无线连 接， 除了使用上述的蓝牙模块 （6) 外， 还可以使用 WiFi模块或 3G通信模块等。

[0042] 综上， 本发明中的锂电池组充放电保护板能通过采集 模块实吋采样各个单体锂 电池的电池信息数据， 且该主控电路 （1) 还同吋连接有 SMBUS通信端口 （5) 和蓝牙模块 （6) ， 使得该锂电池组充放电保护板不仅能够将采样 到的电池信息 数据发送给上位机， 还能够将采样到的电池信息数据发送给便携式 智能设备， 从而能方便了用户对锂电池组的运行实现多途 径的管理， 并实现了电池信息数 据的资源共享， 利于锂电池组的大数据收集和接入物联网。

[0043] 进一步地， 如图 1所示， 该采样模块 （4) 包括电压采样电路 （41) 、 电流采样 电路 （42) 和温度采样电路 （43) 。

[0044] 该电压采样电路 （41) 与主控电路 （1) 电性连接， 该电压采样电路 （41) 的 主要作用在于采集各个单体锂电池的端电压。 具体实施吋， 该电压采样电路 （4 1) 负责将锂电池组的各单体锂电池的电压接入给 主控电路 （1) 中的单片机的 A D端口进行差分采样， 以得到单体锂电池的电压的数字量。

[0045] 该电流采样电路 （42) 与主控电路 （1) 电性连接， 该电流采样电路 （42) 的 主要作用在于采集串联的多个单体锂电池的回 路电流。 具体实施吋， 该电流采 样电路 （42) 负责将流经回路的电流信号转换成电压信号提 供给主控电路 （1) 中的单片机， 该单片机采集到该信号后再将其变成数字量。

[0046] 该温度采样电路 （43) 与主控电路 （1) 电性连接， 该温度采样电路 （43) 的 主要作用在于采集各个单体锂电池的电芯表面 温度。 一般情况下， 该温度采样 电路 （43) 和上述的电压采样电路 （41) 可以设计成一个电路， 从而使得该锂 电池组充放电保护板的结构尺寸更小， 从而具有该锂电池组充放电保护板的锂 电池组的体积更小， 节省了锂电池组的安装空间， 更加有利于锂电池组的安装 应用。

[0047] 更进一步地， 如图 1所示， 该锂电池组充放电保护板还包括连接在主控电 路 （1 ) 和锂电池组之间的均衡电路 （7) ， 其中， 锂电池组的各个单体锂电池并联连 接至少一个均衡电路 （7) 。 锂电池组一般由两节以上的单体锂电池串联组 成， 各单体锂电池由于存在生产工艺差别、 使用环境差别等原因会产生容量、 性能 的不一致。 这种不一致的锂电池组在充电吋， 容量相对小的单体锂电池会早一 步过充电， 而放电吋， 容量相对小的单体锂电池又会早一步过放电。 则该均衡 电路 （7) 的主要作用在于实现锂电池组的各个单体锂电 池的均衡充电， 降低了 锂电池组串联成组对各单体锂电池间的一致性 要求。

[0048] 可以理解地， 该均衡电路 （7) 的具体电路具有多样性， 参阅图 2， 本发明中的 均衡电路 （7) 优选的为如图 2所示的具体电路。 具体实施吋， 可将该均衡电路 (7) 与主控电路 （1) 中的单片机的均衡 10口连接， 通过程序控制单片机的均 衡 10口可以幵启 /关闭各单体锂电池的均衡功能。

[0049] 另外， 如图 1所示， 该锂电池组充放电保护板还包括用于给主控电 路 （1) 、 S MBUS通信端口 （5) 和蓝牙模块 （6) 供电的供电电路 （8) 。 可以理解地， 该 供电电路 （8) 的具体电路具有多样性， 参阅图 3， 本发明中的供电电路 （8) 优 选的为如图 3所示的具体电路。 具体实施吋， 该供电电路 （8) 可将电池组 PACK 电压降压至各模块、 单片机工作的标准电压， 达到电路板供电的目的。

[0050] 在一些实施例中， 如图 1所示， 该主控电路 （1) 可包括过充电电压比较模块 (

11) 、 过放电电压比较模块 （12) 和基准电压源 （13) 。

[0051] 基准电压源 （13) 分别为过充电电压比较模块 （11) 和过放电电压比较模块 (

12) 提供供比较的基准电压， 过充电电压比较模块 （11) 的输出端连接充电控 制电路 （2) ， 过放电电压比较模块 （12) 的输出端连接放电控制电路 （3) 。 且充电控制电路 （2) 和放电控制电路 （3) 均包括用于作为回路幵关器件的 MO S管。 [0052] 并且， 该主控电路 （1) 除了能实吋采样各单体电池电压、 电芯表面温度、 回 路电流， 以将采样值与保护值作比较， 判别是否对充放电回路是否切断或恢复 夕卜， 该主控电路 （1) 还能同吋计算锂电池组的 SOC， 以及实现锂电池组 SOH的 容量学习。

[0053] 如图 4所示， 该锂电池组充放电保护板的工作原理如下：

[0054] 充电过程中， 充电器输出电流给锂电池组充电， 充电电流方向如图 5中的箭头 指示的回路所示， 主控电路 （1) 中的单片机将采集到的电压、 电流、 温度数据 与设定好的过压、 过流、 过温保护参数做比较， 如果超过了保护参数则切断充 电 MOS管 (充电 MOS)， 使充电回路断幵， 保护锂电池组不过充。

[0055] 放电过程中， 锂电池组输出电流给负载放电， 放电电流方向如图 5中的箭头指 示的回路所示， 主控电路 （1) 中的单片机将采集到的电压、 电流、 温度数据与 设定好的欠压、 过流、 过温保护参数做比较， 如果超过了保护参数则切断放电 M OS管 (放电 MOS)， 使放电回路断幵， 保护锂电池组不过放。

[0056] 在一些实施例中， 上述主控电路 （1) 中的单片机可采用中颖 SH79F329型号单 片机。 该 SH79F329型号单片机带有模拟前端的增强型 8051微处理器。 且该 SH79 F329型号单片机集成了电压采样模拟前端， 采样弓 I脚外接电池可直接获取单体 锂电池的电压信息， 集成的 16位 ADC， 使得电压、 电流的采样精度很高， 保证 了 SOC及 SOH的精准度。 此外， 该 SH79F329型号单片机还集成了 12V高压输出 控制引脚， 可直接驱动控制充放电 MOS管， 这很大程度上减少了外围器件， 缩 小了 PCB结构尺寸。

[0057] 图 5示出了本发明中的一种锂电池组保护系统， 图 5是本发明的一实施例中的锂 电池组保护系统的结构框图。 如图 5所示， 该锂电池组 （10) 保护系统包括锂电 池组 （10) 和上述的锂电池组充放电保护板 （20) 。 该锂电池组 （10) 可以广 泛应用于笔记本电脑、 不间断电源、 汽车、 安防、 通讯、 医疗、 航空 /航天、 军 事等领域。

[0058] 该锂电池组 （10) 保护系统还包括上位机 （30) 和便携式智能设备 （40) ， 上 位机 （30) 通过 SMBUS总线与锂电池组充放电保护板 （20) 连接并进行数据通 信， 便携式智能设备 （40) 与锂电池组充放电保护板 （20) 蓝牙连接并进行数 据通信。 可以理解地， 该上位机 （30) 可以为常见的计算机或 PC电脑等， 该便 携式智能设备 （40) 可以为常见的智能手机或平板电脑等。

[0059] 进一步地， 该上位机 （30) 中安装有用于査看电池组状态及使用情况的软 件， 该软件还可以提供系统参数设置界面供专业人 士设置电池保护参数。 同样的， 该便携式智能设备 （40) 中安装有用于査看电池组状态及使用情况的 APP， 且随 着 APP的功能的不断更新， 同样可以实现在便携式智能设备 （40) 上设置电池保 护参数。 即锂电池组 （10) 保护系统能够使得用户可以多途径监控和管理 该锂 电池组 (10) 。

[0060] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明， 对于本领域的 技术人员来说， 本发明可以有各种更改、 组合和变化。 凡在本发明的精神和原 则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进等， 均应包含在本发明的权利要求 范围之内。