一種鋰電池安全管理系統(tǒng)技術(shù)方案

本實用新型專利技術(shù)公開了一種鋰電池安全管理系統(tǒng)，包括：控制管理單元；依次串聯(lián)的第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和第三可控開關(guān)；第一電流采樣和第二電流采樣；所述第一可控開關(guān)一端接充電端正極，另一端經(jīng)第二可控開關(guān)連接到電池組的正極；所述控制管理單元分別連接第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)的控制端；所述第三可控開關(guān)一端接電池組正極，另一端作為放電端正極，其控制端連接控制管理單元；所述第一電流采樣串接在充電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間；所述第二電流采樣串接在放電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間。本實用新型專利技術(shù)所述的鋰電池安全管理系統(tǒng)，能夠?qū)﹄姵亟M進行安全管理，延長鋰電池使用壽命，降低電池失效風(fēng)險，大大降低電池組充放電失控概率，避免出現(xiàn)安全事故。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種鋰電池安全管理系統(tǒng)
本技術(shù)涉及動力鋰電池充放電安全管理領(lǐng)域，特別是涉及一種鋰電池安全管理系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
動力鋰電池具有能量密度大、功率密度高的優(yōu)點，因此電動汽車、電動工具、應(yīng)急啟動電源等大功率用電設(shè)備大多采用動力鋰電池作為能量源。但動力鋰電池固有的安全性問題一直沒有得到有效的解決，鋰電池過充、過放、溫度失控、電池電壓不一致等都會影響電池使用壽命，嚴(yán)重時將發(fā)生電池鼓包、著火、甚至爆炸等安全事故，危及人身財產(chǎn)安全。現(xiàn)有的鋰電池管理系統(tǒng)具有一定的安全保護功能，但其對電池的保護和失效管理考慮不夠全面，僅具有簡單的充放電控制功能，且只具有一級保護，可靠性較低，失效概率較大，仍會經(jīng)常發(fā)生著火、爆炸，無法滿足用電設(shè)備的安全使用，市場難以接受，需要改進。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本技術(shù)主要解決的技術(shù)問題是提供一種鋰電池安全管理系統(tǒng)，提升鋰電池充電和放電的多級保護，提高鋰電池作為大功率用電設(shè)備能量源時的可靠性和使用安全性。為解決上述技術(shù)問題，本技術(shù)采用的一個技術(shù)方案是：提供一種鋰電池安全管理系統(tǒng)，包括：控制管理單元；依次串聯(lián)的第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和第三可控開關(guān)；第一電流采樣和第二電流采樣；所述第一可控開關(guān)一端接充電端正極，另一端經(jīng)第二可控開關(guān)連接到電池組的正極，組成充電兩級保護結(jié)構(gòu)；所述控制管理單元分別連接第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)的控制端，從而控制第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)開通或關(guān)斷；所述第三可控開關(guān)一端接電池組正極，另一端作為放電端正極，其控制端連接控制管理單元；所述第一電流采樣串接在充電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集充電電流并反饋給控制管理單元；所述第二電流采樣串接在放電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集放電電流并反饋給控制管理單元；所述電池組是由多節(jié)鋰電池串并聯(lián)組成至少2串的鋰電池組，所述電池組每一串之間還安裝有溫控裝置而在溫度過低時給電池組加熱。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述控制管理單元包括：控制器；正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1，連接在充電端P1，充電端P1連接外部充電器，常溫下，正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1為低阻態(tài)，保持正常充電；當(dāng)充電電流大于設(shè)定值時，正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1溫度升高，變?yōu)楦咦钁B(tài)，斷開充電回路，形成充電過流硬件保護；充電信號監(jiān)測電路，包括：電阻R101、電阻R102和三極管Q101，電阻R101、電阻R102將充電器電壓分壓后送入三極管Q101，當(dāng)外部充電器接入時，IN_CHG端口產(chǎn)生中斷信號喚醒控制器，控制器判斷是否滿足充電條件，執(zhí)行下一步動作；電壓監(jiān)測電路，包括：電阻R104、電阻R105、電容C102和二極管D101，電阻R104、電阻R105將充電器電壓分壓后送入電容C102和二極管D101以及控制器AD_CHG端口，當(dāng)充電器電壓在正常范圍內(nèi)，控制器打開第二可控開關(guān)，即MOS管Q104，否則Q104處于斷開狀態(tài)；第二可控開關(guān)驅(qū)動電路，包括電阻R109、電阻R110、電阻R111和三極管Q105，電阻R109、電阻R110和三極管Q105串聯(lián)在MOS管Q104的源極與電池組負(fù)極接口之間，電阻R111連接在三極管Q105的基極和控制端EN_CHG2之間，受控制端EN_CHG2控制，作為充電一級保護機制；同理，電阻R106、電阻R107、電阻R108和三極管Q103組成第一可控開關(guān)驅(qū)動電路，第一可控開關(guān)即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作為充電二級保護機制；MOS管Q102、MOS管Q104形成多級串聯(lián)的保護機制，只有當(dāng)兩者都打開時才形成充電回路。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述第一電流采樣包括采樣電阻RS1、電阻R103和電容C101，電阻R103和電容C101串聯(lián)在電池組負(fù)極和充電端負(fù)極之間，采樣電阻RS1兩端分別連接充電端負(fù)極和電池組負(fù)極，用于采集充電回路電流并通過FB_CHG端口反饋給控制器，控制器監(jiān)測充電電流大小，一旦超出正常值，就會通過EN_CHG2端口關(guān)閉MOS管Q104，形成充電過流軟件保護。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述鋰電池安全管理系統(tǒng)還包括電池組一級保護電路，所述電池組一級保護電路包括電池均衡電路和電池電壓采集電路。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述電池均衡電路包括數(shù)條電阻耗能電路，用于消耗電壓較高的那一串電池組的電壓，維持各串電池組電壓相等，所述電阻耗能電路分別連接在控制器與對應(yīng)的一串電池兩端，所述電阻耗能電路分別包括第一耗能電阻、耗能電路三極管、光耦、第二耗能電阻和第三耗能電阻，所述第一耗能電阻和耗能電路三極管串聯(lián)在對應(yīng)的一串電池兩端，所述光耦、第二耗能電阻也串聯(lián)在對應(yīng)的一串電池兩端，耗能電路三極管的基極連接在光耦和第二耗能電阻之間，所述第三耗能電阻串聯(lián)在光耦的控制端與控制器的控制端之間。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述電池電壓采集電路分別包括控制三極管、電壓采集三極管、第一電壓采集電阻和第一RC濾波電路，所述電壓采集三極管、第一電壓采集電阻和第一RC濾波電路串聯(lián)在每一串電池組的正極和接地線之間，第一RC濾波電路與控制器的AD端口相連接，用于采集對應(yīng)一串電池組的電壓，電壓采集三極管的基極還分別串聯(lián)有第二電壓采集電阻，數(shù)個第二電壓采集電阻并聯(lián)后與控制三極管相連接，所述控制三極管的基極設(shè)置有第三電壓采集電阻，所述第三電壓采集電阻與控制器的EN_ADC端口相連接，控制器通過EN_ADC端口管理控制三極管的導(dǎo)通或關(guān)斷，當(dāng)管理系統(tǒng)滿足睡眠條件時，控制器關(guān)斷控制三極管，從而電壓采集三極管也被關(guān)斷，電壓采集通道關(guān)閉，進一步降低系統(tǒng)功耗，延長電池組存儲時間。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述鋰電池安全管理系統(tǒng)還包括電池組二級保護電路，所述電池組二級保護電路包括：電池保護芯片；第二RC濾波電路，每一串電池組電壓分別通過第二RC濾波電路連接至電池保護芯片的VCX引腳，電池組總正極還通過一個第二RC濾波電路連接至電池保護芯片的VDD引腳進行供電，未使用的電壓監(jiān)測引腳接地；電阻R305和三極管Q301，電阻R305串聯(lián)在三極管Q301和電池保護芯片輸出引腳CO之間，三極管Q301集電極輸出端EN_CHG1控制第一可控開關(guān)的導(dǎo)通或關(guān)斷，同時輸出端EN_CHG1還接在控制器的輸入端口，用于告知控制器EN_CHG1端口的輸出狀態(tài)；當(dāng)電池保護芯片檢測到任一串電池組電壓過高時，輸出端CO輸出高電平，三極管Q301導(dǎo)通，端口EN_CHG1被拉低，三極管Q103斷開，MOS管Q102也隨之?dāng)嚅_，充電回路關(guān)閉，避免電池組出現(xiàn)過充，構(gòu)成電池組電壓二級保護，同時，EN_CHG1端口關(guān)斷信號還送入控制器，控制器進一步將MOS管Q104也關(guān)斷，確保MOS管Q102、Q104都處于關(guān)斷狀態(tài)，避免出現(xiàn)安全事故。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述電池電壓采集電路和電池組二級保護電路還具有斷線保護功能；當(dāng)電池電壓采集電路或電池組二級保護電路采集不到電池組電壓時，將關(guān)閉第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和第三可控開關(guān)，禁止電池組充電或放電。在本技術(shù)一個較佳實施例中，所述鋰電池安全管理系統(tǒng)還包括溫度采集電路，所述溫度采集電路包括電阻R401和熱敏電阻RT4，電阻R401和熱敏電阻RT4分壓后接入控制器AD_TSN端口，熱敏電阻RT4置于電池組內(nèi)部，實時監(jiān)測電池組溫度，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種鋰電池安全管理系統(tǒng)，用于電池組以及其充電和放電的安全管理，其特征在于，包括：控制管理單元；依次串聯(lián)的第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和第三可控開關(guān)；第一電流采樣和第二電流采樣；所述第一可控開關(guān)一端接充電端正極，另一端經(jīng)第二可控開關(guān)連接到電池組的正極，組成充電兩級保護結(jié)構(gòu)；所述控制管理單元分別連接第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)的控制端，從而控制第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)開通或關(guān)斷；所述第三可控開關(guān)一端接電池組正極，另一端作為放電端正極，其控制端連接控制管理單元；所述第一電流采樣串接在充電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集充電電流并反饋給控制管理單元；所述第二電流采樣串接在放電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集放電電流并反饋給控制管理單元；所述電池組是由多節(jié)鋰電池串并聯(lián)組成至少2串的鋰電池組，所述電池組每一串之間還安裝有溫控裝置而在溫度過低時給電池組加熱。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種鋰電池安全管理系統(tǒng)，用于電池組以及其充電和放電的安全管理，其特征在于，包括：控制管理單元；依次串聯(lián)的第一可控開關(guān)、第二可控開關(guān)和第三可控開關(guān)；第一電流采樣和第二電流采樣；所述第一可控開關(guān)一端接充電端正極，另一端經(jīng)第二可控開關(guān)連接到電池組的正極，組成充電兩級保護結(jié)構(gòu)；所述控制管理單元分別連接第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)的控制端，從而控制第一可控開關(guān)和第二可控開關(guān)開通或關(guān)斷；所述第三可控開關(guān)一端接電池組正極，另一端作為放電端正極，其控制端連接控制管理單元；所述第一電流采樣串接在充電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集充電電流并反饋給控制管理單元；所述第二電流采樣串接在放電端負(fù)極和電池組負(fù)極之間，用于采集放電電流并反饋給控制管理單元；所述電池組是由多節(jié)鋰電池串并聯(lián)組成至少2串的鋰電池組，所述電池組每一串之間還安裝有溫控裝置而在溫度過低時給電池組加熱。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述控制管理單元包括：控制器；正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1，連接在充電端P1，充電端P1連接外部充電器，常溫下，正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1為低阻態(tài)，保持正常充電；當(dāng)充電電流大于設(shè)定值時，正溫度系數(shù)可恢復(fù)熱敏電阻F1溫度升高，變?yōu)楦咦钁B(tài)，斷開充電回路，形成充電過流硬件保護；充電信號監(jiān)測電路，包括：電阻R101、電阻R102和三極管Q101，電阻R101、電阻R102將充電器電壓分壓后送入三極管Q101，當(dāng)外部充電器接入時，IN_CHG端口產(chǎn)生中斷信號喚醒控制器，控制器判斷是否滿足充電條件，執(zhí)行下一步動作；電壓監(jiān)測電路，包括：電阻R104、電阻R105、電容C102和二極管D101，電阻R104、電阻R105將充電器電壓分壓后送入電容C102和二極管D101以及控制器AD_CHG端口，當(dāng)充電器電壓在正常范圍內(nèi)，控制器打開第二可控開關(guān)，即MOS管Q104，否則Q104處于斷開狀態(tài)；第二可控開關(guān)驅(qū)動電路，包括電阻R109、電阻R110、電阻R111和三極管Q105，電阻R109、電阻R110和三極管Q105串聯(lián)在MOS管Q104的源極與電池組負(fù)極接口之間，電阻R111連接在三極管Q105的基極和控制端EN_CHG2之間，受控制端EN_CHG2控制，作為充電一級保護機制；同理，電阻R106、電阻R107、電阻R108和三極管Q103組成第一可控開關(guān)驅(qū)動電路，第一可控開關(guān)即MOS管Q102，受控制端EN_CHG1控制，作為充電二級保護機制；MOS管Q102、MOS管Q104形成多級串聯(lián)的保護機制，只有當(dāng)兩者都打開時才形成充電回路。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電流采樣包括采樣電阻RS1、電阻R103和電容C101，電阻R103和電容C101串聯(lián)在電池組負(fù)極和充電端負(fù)極之間，采樣電阻RS1兩端分別連接充電端負(fù)極和電池組負(fù)極，用于采集充電回路電流并通過FB_CHG端口反饋給控制器，控制器監(jiān)測充電電流大小，一旦超出正常值，就會通過EN_CHG2端口關(guān)閉MOS管Q104，形成充電過流軟件保護。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰電池安全管理系統(tǒng)還包括電池組一級保護電路，所述電池組一級保護電路包括電池均衡電路和電池電壓采集電路。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池安全管理系統(tǒng)，其特征在于，所述電池均衡電路包括數(shù)條電阻耗能電路，所述電阻耗能電路分別連接在控制器與對應(yīng)的一串電池兩端，所述電阻耗能電路分別包括第一耗能電阻、耗能電路三極管、光耦、第二耗能電阻和第三耗能電阻，所述第一耗能電阻和耗能電路三極管串聯(lián)在對應(yīng)的一串電池兩端，所述光耦、第二耗能電阻也串聯(lián)在對應(yīng)的一串電池兩端，耗能電路三極管的基極連接在光耦和第二耗能電阻之間，所述第三耗能電阻串聯(lián)在光耦的控制端與控制器的控制端之間。6.根據(jù)權(quán)利...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳志敏，
申請(專利權(quán))人：蘇州綠愷動力電子科技有限公司，
類型：新型
國別省市：江蘇,32