一种锂离子动力电池放电多级电流保护装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种锂离子动力电池放电多级电流保护装置，包括模拟前端、与所述模拟前端连接并用于对电流进行采样的采样电路、分别与所述采样电路和模拟前端连接并对采样电流进行处理得到过流值的单片机，以及与所述模拟前端连接的开关电路；所述单片机依据所述过流值的大小来控制所述开关电路关闭相应的时间进行过流保护。实施本发明的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，具有以下有益效果：具有节能和及时保护功能。
【专利说明】—种锂离子动力电池放电多级电流保护装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池保护领域，特别涉及一种锂离子动力电池放电多级电流保护装置。
【背景技术】
[0002]目前，在锂离子动力电池的二次保护中，使用到了电流保护技术。目前的电流保护技术还未达到节能和及时保护的要求。在发生高于设定保护电流值3倍以上的电流时，其保护时间与设定保护时间一致，因此能耗的保护损耗也是设定保护电流值能耗的9倍，通过公式可以I*I*R*t=P的计算方法可以得到电流值若超过3倍，其功耗损耗值是设定电流值的9倍。可见,其能耗比较大,不能达到节能、及时保护的功能。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不能达到节能、及时保护的功能的缺陷，提供一种具有节能和及时保护功能的锂离子动力电池放电多级电流保护装置。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种锂离子动力电池放电多级电流保护装置，包括模拟前端、与所述模拟前端连接并用于对电流进行采样的采样电路、分别与所述采样电路和模拟前端连接并对采样电流进行处理得到过流值的单片机，以及与所述模拟前端连接的开关电路；所述单片机依据所述过流值的大小来控制所述开关电路关闭相应的时间进行过流保护。
[0005]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述模拟前端包括功率器件，所述功率器件包括充电管和与所述充电管连接的放电管，所述采样电路的采样点为所述充电管与放电管之间的节点。
[0006]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述开关电路的关断时间与所述过流值的大小相关。
[0007]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述采样电路包括第十MOS管。
[0008]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述采样电路还包括第十六电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十六电阻和第七电容；所述第七电容与第十六电阻并联，并联的一端分别与所述第二十二电阻的一端和第二十六电阻的一端连接，并联的另一端接地；所述第十MOS管的漏极与所述第二十六电阻的另一端连接，所述第十MOS管的栅极通过所述第二十三电阻与所述单片机的第九引脚连接，所述第十MOS管的源极连接所述采样点，所述第二十二电阻的另一端与所述单片机的第十引脚连接。
[0009]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述采样电路还包括依次串联的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，还包括第八MOS管、第十九电阻和第二十九电阻，所述第八MOS管的源极分别与所述第一电容的负极和第十九电阻的一端连接，所述第八MOS管的栅极分别与所述第十九电阻的另一端和第二十九电阻的一端连接，所述第二十九电阻的另一端连接所述模拟前端，所述第八MOS管的漏极与所述第十MOS管的源极连接。
[0010]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述开关电路包括第九MOS管和第二十八电阻，所述第九MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极通过所述第二十八电阻连接所述模拟前端，所述第九MOS管的源极接地。
[0011]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述单片机对采样电流进行滤波及运算得到实际电流值，然后将实际电流值与预先设定的电流参考值进行对比得到所述过流值。
[0012]在本发明所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置中，所述第十MOS管在所述锂离子动力电池放电时导通。
[0013]实施本发明的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，具有以下有益效果:由于使用模拟前端、采样电路、开关电路和单片机，采样电路对电流进行采样，单片机对采样电流进行处理得到过流值，单片机依据过流值的大小来控制开关电路关闭相应的时间进行过流保护，这样就可以实现多级电流保护，所以其具有节能和及时保护功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为本发明锂离子动力电池放电多级电流保护装置一个实施例中的电路原理图；
图2为所述实施例中功率器件中采样点的位置示意图；
图3是所述实施例中电流多级保护的坐标示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0017]在本发明锂离子动力电池放电多级电流保护装置实施例中，其锂离子动力电池放电多级电流保护装置的电路原理图如图1所示。图1中，该保护装置包括模拟前端U3、采样电路03、单片机U2和开关电路；其中，采样电路03与模拟前端U3连接并用于对电流进行采样，单片机U2分别与采样电路03和模拟前端U3连接并对采样电流进行处理得到过流值，开关电路与模拟前端U3连接的；单片机U2依据过流值的大小来控制开关电路关闭相应的时间进行过流保护，开关电路的关断时间与过流值的大小相关。这样可实现电流多级保护，所以其具有节能和及时保护功能。
[0018]本实施例中，采样电路03包括第十MOS管QlO，第十MOS管QlO在锂离子动力电池放电时导通。采样电路03还包括第十六电阻R16、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十六电阻R26和第七电容C7 ;第七电容C7与第十六电阻R16并联，并联的一端分别与第二十二电阻R22的一端和第二十六电阻R26的一端连接，并联的另一端接地；第十MOS管QlO的漏极与第二十六电阻R26的另一端连接，第十MOS管QlO的栅极通过第二十三电阻R23与单片机U2的第九引脚连接，第十MOS管QlO的源极连接采样点B (如图2所示)，第二十二电阻R22的另一端与单片机U2的第十引脚连接。
[0019]本实施例中，采样电路03还包括依次串联的第一电容CL1、第二电容CL2、第三电容CL3、第四电容CL4和第五电容CL5，还包括第八MOS管Q8、第十九电阻R19和第二十九电阻R29，第八MOS管Q8的源极分别与第一电容CLl的负极和第十九电阻R19的一端连接，第八MOS管Q8的栅极分别与第十九电阻R19的另一端和第二十九电阻R29的一端连接，第二十九电阻R29的另一端连接模拟前端U3，第八MOS管Q8的漏极与第十MOS管QlO的源极连接。
[0020]本实施例中，开关电路包括第九MOS管Q9和第二十八电阻R28，第九MOS管Q9的漏极与第八MOS管Q8的漏极连接，第九MOS管Q9的栅极通过第二十八电阻R28连接模拟前端U3，第九MOS管Q9的源极接地。
[0021]本实施例中，模拟前端U3包括功率器件，图2为功率器件中采样点的位置示意图，图2中，B为采样点，I为电流方向，功率器件包括充电管和与充电管连接的放电管，采样电路03的采样点为充电管与放电管之间的节点。
[0022]具体的，本发明保护装置使用在可移动的能源存储设备中，利用功率器件本身的内阻作为取样电阻进行电流采样。功率器件放电时通过低内阻的镀镍磷铜片，将充电管和放电管联通，然后取充电管与放电管之间的节点作为采样点。通过这种电流采样方式，在设计中会降低成本，同时也减少走线的难度。这种方式能够更加方便的将电流值获取到。本实施例中由于利用的是功率器件的内阻进行采样，功率器件本身的内阻的离散性是很大的，而且偏差也大。通常下Rds = 4ι?Ω，若电流为40A其产生的采样电压将会是U=IR=40*0.004=160mV，当个别器件Rds =2πιΩ，采样电压就会因此缩减一半只有80mV。为此在多级电流保护装置中，可通过对功率器件内阻进行标定来弥补器件的离散性。
[0023]图3是本实施例中电流多级保护的坐标示意图,横坐标是保护时间，纵坐标是过流值，也就保护电流，单片机U2对采样电流进行滤波及运算得到实际电流值，然后将实际电流值与预先设定的电流参考值进行对比得到过流值。为了方便理解，用一个表达式来表示就是1 = Ic -1r,其中1为过流值；Ic为实际电流值；Ir为电流参考值；这样通过软件算法将过流值(1)计算出来后，判断1所处的范围，根据1的范围找到对应的保护时间(电流保护时间)。也就是说，1的范围不同，其对应的保护时间也不同。这样达到了多级保护。图3只给出了三级保护，第一级保护设置在40A，第二级保护设置在60A，第三级保护设置在IOOA，通过设计三级保护点的应用，能大大减少无用功，使能耗降低60%。同理，以上述同样的方式，在设定好分辨率后，锂离子动力电池放电多级放电保护可以做到3-6级保护。通过不同的设定，达到实用性强、保护迅速等优点。当然，根据具体情况需要，可将其扩展到更多级保护。
[0024]总之，在本实施例中，通过单片机U2对模拟前端Ul的功率器件进行控制，在放电状态下，使第十MOS管QlO导通来打开过流检测端口(采样点)，使采样电流信号进入单片机U2。单片机U2通过算法将采样电流信号进行滤波及运算，将实际电流值计算出来。通过与预先设定的电流参考值进行比较，得出过流值，然后得到过流保护信号，这是单片机U2与模拟前端U3通信，将关断命令发至模拟前端U3，然后关断第九MOS管Q9。本发明保护装置结构简便，保护级数多，数据分析方便，通过单片机进行事先预防并告知用户，这样使锂离子动力电池更安全、可靠。本发明保护装置在短时间内有效的实施保护，保护更及时，能耗更低，保护效果更人性化，其使用也更加灵活、实用性强。
[0025]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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保护范围之内。
【权利要求】
1.一种锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，包括模拟前端、与所述模拟前端连接并用于对电流进行采样的采样电路、分别与所述采样电路和模拟前端连接并对采样电流进行处理得到过流值的单片机，以及与所述模拟前端连接的开关电路；所述单片机依据所述过流值的大小来控制所述开关电路关闭相应的时间进行过流保护。
2.根据权利要求1所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述模拟前端包括功率器件，所述功率器件包括充电管和与所述充电管连接的放电管，所述采样电路的采样点为所述充电管与放电管之间的节点。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述开关电路的关断时间与所述过流值的大小相关。
4.根据权利要求3所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述采样电路包括第十MOS管。
5.根据权利要求4所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述采样电路还包括第十六电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十六电阻和第七电容；所述第七电容与第十六电阻并联，并联的一端分别与所述第二十二电阻的一端和第二十六电阻的一端连接，并联的另一端接地；所述第十MOS管的漏极与所述第二十六电阻的另一端连接，所述第十MOS管的栅极通过所述第二十三电阻与所述单片机的第九引脚连接，所述第十MOS管的源极连接所述采样点，所述第二十二电阻的另一端与所述单片机的第十引脚连接。
6.根据权利要求5所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述采样电路还包括依次串联的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，还包括第八MOS管、第十九电阻和第二十九电阻，所述第八MOS管的源极分别与所述第一电容的负极和第十九电阻的一端连接，所述第八MOS管的栅极分别与所述第十九电阻的另一端和第二十九电阻的一端连接，所述第二十九电阻的另一端连接所述模拟前端，所述第八MOS管的漏极与所述第十MOS管的源极连接。
7.根据权利要求6所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述开关电路包括第九MOS管和第二十八电阻，所述第九MOS管的漏极与所述第八MOS管的漏极连接，所述第九MOS管的栅极通过所述第二十八电阻连接所述模拟前端，所述第九MOS管的源极接地。
8.根据权利要求7所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述单片机对采样电流进行滤波及运算得到实际电流值，然后将实际电流值与预先设定的电流参考值进行对比得到所述过流值。
9.根据权利要求8所述的锂离子动力电池放电多级电流保护装置，其特征在于，所述第十MOS管在所述锂离子动力电池放电时导通。
【文档编号】H02H7/18GK103515936SQ201310476442
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2013年10月12日
【发明者】唐冬明, 颜勇, 罗德锋 申请人:深圳市朗科智能电气股份有限公司