本实用新型涉及一种动力电池参数检测与保护电路。
背景技术：
目前，电动汽车越来越普及，动力电池是电动汽车的重要组成部件之一，通常采用锂离子电池作为电动汽车的动力电池。锂离子电池具有能量密度高、无记忆效应、循环寿命高和自放电率低等优点，动力电池对电压、电流、温度、容量等参数的要求非常高，使用不慎会严重损害电池，影响动力电池使用寿命，甚至导致电池烧毁、爆炸，造成生命财产的严重损失。
目前大多数锂离子电池参数检测电路要么只注重参数检测而忽视动力电池保护，要么只注重单体动力电池保护或参数检测功能单一。因此，有必要将动力电池参数检测与保护相结合，设计功能更加全面的动力电池参数检测与保护电路。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、功能全面的动力电池参数检测与保护电路。
本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种动力电池参数检测与保护电路，包括主电路、电压检测电路、电流检测电路、模数转换电路、保护电路、微处理器，所述主电路包括被测动力电池、功率开关管、负载，被测动力电池正极与功率开关管源极相连，功率开关管漏极经负载后连接被测动力电池负极；电压检测电路、电流检测电路的输入端和被测动力电池正极连接，电压检测电路、电流检测电路的输出端和模数转换电路的输入端连接；模数转换电路的输出端和微处理器连接；保护电路的输入端接收电流检测电路输出的电流信号、参考值、手动复位信号、微处理器的故障复位信号，保护电路的输出端和功率开关管的栅极连接。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述模数转换电路的采用AD976芯片，所述电压检测电路包括第一电阻和第二电阻，第一电阻的一端和被测动力电池正极连接，第一电阻另一端与第二电阻一端、AD976芯片的IN2引脚连接，第二电阻另一端接地。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述电流检测电路包括检测电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、运算放大器，所述检测电阻串接在主电路的被测动力电池正极与功率开关管源极之间，所述第三电阻一端接在被测动力电池正极与检测电阻之间，第三电阻另一端连接运算放大器的同相输入端，所述第四电阻的一端接在检测电阻与功率开关管源极之间，第四电阻另一端连接运算放大器的反相输入端，所述第五电阻一端接地，第五电阻另一端连接运算放大器的同相输入端，所述第六电阻跨接在运算放大器的反相输入端与输出端之间，运算放大器的输出端与AD976芯片的IN1引脚连接。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述保护电路包括第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第一比较器和第二比较器，所述第七电阻的一端与运算放大器的输出端相连，第七电阻的另一端与第一比较器的同相输入端、第八电阻一端相连，第八电阻另一端接地，第一比较器的反向输入端与第二比较器的同相输入端相连，所述第九电阻一端接5V电源，第九电阻另一端与第十电阻一端、第二比较器的同相输入端相连，第十电阻另一端接地，第二比较器的反向输入端与微处理器相连，第一比较器和第二比较器的输出端连接在一起并共同接到功率开关管的栅极，所述功率开关管的栅极与源极之间跨接第十一电阻。
上述动力电池参数检测与保护电路，还包括温度检测电路，温度检测电路与微处理器相连。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述温度检测电路的主芯片采用DS18B20。
上述动力电池参数检测与保护电路，还包括显示模块，显示模块与微处理器相连。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述显示模块采用型号为YM12864R液晶模块。
上述动力电池参数检测与保护电路，所述微处理器采用型号为STC12C5A60S2的单片机。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型设有电压检测电路、电流检测电路、温度检测电路、保护电路，能够检测动力电池的电压、电流、和功率参数，同时具备过流保护、欠压保护、过充电保护、过放电保护、防反接保护、过热保护，具有结构简单、成本低、检测精度高、可靠性高的优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构框图。
图2为本实用新型的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，一种动力电池参数检测与保护电路，包括主电路1、电压检测电路2、电流检测电路3、温度检测电路、模数转换电路、保护电路4、显示模块、微处理器，所述主电路1包括被测动力电池5、功率开关管、负载，被测动力电池5正极BAT+与功率开关管源极相连，功率开关管漏极经负载后连接被测动力电池5负极BAT-；电压检测电路2、电流检测电路3的输入端和被测动力电池5正极连接，电压检测电路2、电流检测电路3的输出端和模数转换电路的输入端连接；模数转换电路的输出端、温度检测电路、显示模块和微处理器连接；保护电路4的输入端接收电流检测电路3输出的电流信号、参考值、手动复位信号、微处理器的故障复位信号，保护电路4的输出端和功率开关管的栅极连接。所述微处理器采用型号为STC12C5A60S2的单片机。
如图2所示，微处理器只能处理数字信号，因此检测到的动力电池电压、电流信号必须经过模数转换电路IC2转换变为数字信号后，再送至微处理器，模数转换电路IC2采用AD公司的16位高速、高精度模数转换集成芯片AD976。
如图2所示，所述电压检测电路2包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端和被测动力电池5正极BAT+连接，第一电阻R1另一端与第二电阻R2一端、AD976芯片的IN2引脚连接，第二电阻R2另一端接地（GND）。通过第一电阻R1与第二电阻R2按分压方式来检测动力电池电压，选择合适的第一电阻R1与第二电阻R2的数值确定分压比，从而检测出适合模数转换电路IC2要求的动力电池电压值Us，电压Us送至模数转换电路IC2输入脚的IN2，经模数转换后再送至微处理器。为保证精度，第一电阻R1与第二电阻R2选用+0.1%高精度电阻。
如图2所示，所述电流检测电路3包括检测电阻RS、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、运算放大器IC1，所述检测电阻RS串接在主电路1的被测动力电池5正极BAT+与功率开关管Q1源极之间，所述第三电阻R3一端接在被测动力电池5正极BAT+与检测电阻RS之间，第三电阻R3另一端连接运算放大器IC1的同相输入端，所述第四电阻R4的一端接在检测电阻RS与功率开关管Q1源极之间，第四电阻R4另一端连接运算放大器IC1的反相输入端，所述第五电阻R5一端接地，第五电阻R5另一端连接运算放大器IC1的同相输入端，所述第六电阻R6跨接在运算放大器IC1的反相输入端与输出端之间，运算放大器IC1的输出端与AD976芯片的IN1引脚连接。
为保证电流的检测精度和抗干扰性能，检测到的电流信号采用差分放大器放大。将康铜丝精密检测电阻RS串联于主电路1中作为电流检测传感器，检测电阻RS精度+0.1%，检测到的动力电池电流以差分方式送至运算放大器IC1，运算放大器IC1与第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6一起构成差分放大电路。运算放大器IC1型号为超低噪声、精准型高速运算放大器LT1028。运算放大器IC1输出信号Is分成两路，一路送至模数转换电路IC2的输入脚IN1，经模数转换电路IC2后再送至微处理器；另一路送至第七电阻R7与第八电阻R8串联分压电阻分压后，得到分压信号U2送至第一比较器IC3的同相输入端，用于和参考值比较并判断主电路1是否过流。
如图2所示，所述保护电路4包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第一比较器IC3和第二比较器IC4，所述第七电阻R7的一端与运算放大器IC1的输出端相连，第七电阻R7的另一端与第一比较器IC3的同相输入端、第八电阻R8一端相连，第八电阻R8另一端接地，第一比较器IC3的反向输入端与第二比较器IC4的同相输入端相连，所述第九电阻R9一端接5V电源，第九电阻R9另一端与第十电阻R10一端、第二比较器IC4的同相输入端相连，第十电阻R10另一端接地，第二比较器IC4的反向输入端与微处理器相连，第一比较器IC3和第二比较器IC4的输出端连接在一起并共同接到功率开关管Q1的栅极，所述功率开关管Q1的栅极与源极之间跨接第十一电阻。
温度检测采用常用的DS18B20，DS18B20具有体积小、连线简单、抗干扰能力强、精度高的特点。单片机可以通过1-Wire协议与 DS18B20进行通信，最终将温度读出。1-Wire总线的硬件接口很简单，只需要把 DS18B20 的数据引脚和单片机的一个IO口接上就可以了。
显示单元采用LCD12864（型号为YM12864R中文液晶模块），微处理器将需要显示的数据送至显示单元进行显示。可显示动力电池的电压、电流、电量、系统工作状态、故障信息与故障代码。
电源模块采用现有成熟电路，为整个检测控制系统提供所需要+12V,-12V,+5V电源。
本实用新型的具有过流保护、欠压保护、过充电保护、过放电保护、防反接保护、过热保护，同时具备复位功能。
主电路1因短路和过载造成的过电流保护要求能快速响应，因此采用硬件实现以达到快速响应的目的，过电流保护是通过第一比较器IC3来实现，电流检测电路3的输出信号Is经过第七电阻R7、第八电阻R8组成的分压电路分压后得到信号U2，U2送至第一比较器IC3的同相输入端，参考值是由于+5V电源经过第九电阻R9、第十电阻R10组成的分压电路分压后得到参考值Uref，Uref送至第一比较器IC3的反相输入端，第一比较器IC3的两路输入信号U2和Uref进行比较，当U2（对应主电路1电流）大于参考值时，第一比较器IC3输出高电平控制主电路1中的PMOS功率开关管Q1关断，切断主电路1从而起到过流保护作用。第一比较器IC3的型号为LM393。
过压、欠压、温度保护、过充电保护、过放电保护要求响应的速度相比过流保护慢。微处理器根据采集到的电压、电流、温度信号，判断是否超限，若超过限定值，则微处理器输出低电平故障复位FR信号送至第二比较器IC4的反向输入端，第二比较器IC4输出高电平控制主电路1中的PMOS功率开关管Q1导通，从而复位主电路1，使主电路1正常工作。若确定故障排除后，故障复位还可以采用手动复位的方式，手动复位只需按下手动复位RESET按钮，则第一比较器IC3的反向输入端接地为低电平，则第一比较器IC3输出高电平控制主电路1中的PMOS功率开关管Q1导通，从而复位主电路1，使主电路1正常工作。第二比较器IC4的型号为LM393。
动力电池防反接保护非常简单，利用功率开关管Q1的单向导通性实现即可，因主电路1中的功率开关管Q1采用是PMOS型，当被测动力电池5极性接反时，功率开关管Q1无法导通起到防反接保护。可见，功率开关管Q1除了作为主电路1的通断开关，还具有防反接保护功能，因此，主电路1中不需要再接入常用的防反接保护二极管。