专利名称：启动电池保护模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种应用于磷酸亚铁锂启动电池的保护模块。
背景技术：
众所周知，锂电池在能量密度、比能量、记忆效果、充放电循环寿命以及环保等方面，均有着其它电池无可比拟的优势，应用锂电池制成的便携式产品，重量轻、体积小、使用寿命称，特别是对环境没有污染，因此受到了人们的广泛重视。由于锂电池结构特性的内在原因所致，决定了锂电池在实际使用中，必须安装一个管理电池安全特性的保护装置，用来防止电池在使用过程中过充电、过放电、过电流和短路时对电池和人们的生命财产造成伤害。目前市场上通用的锂电池保护板一般都是提供小功率、小电流密度保护板，对于瞬间和相对一段时间内能够提供大电流和功率密度足以转动电动机启动大型内燃机的电池保护板还不存在。目前大多数汽车仍采用铅酸电池为汽车启动电源，但目前采用铅酸电池有以下缺点1、铅酸电池污染严重；2、铅酸电池使用年限较短；3、不能控制使用电量，当汽车用电设备过度用电时会造成汽车无法启动。磷酸亚铁锂电池作为一种新型环保，高效、瞬间能大电流放电的动力电池，其独特的性能逐渐被市场接受，越来越多的汽车开始使用磷酸亚铁锂电池作为启动电池。现有的汽车，由于没有设置启动保护器，因此使用磷酸亚铁锂电池作为启动电池，一般不安装电池保护板，或者安装的电池保护板能提供的功率密度不足以启动较大功率内燃机设备，并且这种电池保护板的电流密度和持续时间用户不可调整，不适合在复杂条件下使用。这样就造成磷酸亚铁锂电池在作为启动电池无法满足电流和功率密度要求时就不安装保护板，造成极大的安全隐患，使电池的使用寿命大幅度减少。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种启动电池保护模块，其可以对电池充放电均衡进行管理，保证内燃机高效启动。为实现上述目的，本发明提供了一种启动电池保护模块，其包括一基板，该基板上设有用于与启动电池电性连接的电源连接端，所述基板上还设有散热模块、控制芯片、分别与该控制芯片电性连接的数据采集接口、开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块；所述散热模块设于开关元件外表面上，数据采集接口实时采集启动电池的电压，控制芯片根据当前启动电池的电压，通过控制开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块，以对启动电池进行充放电保护和均衡管理。本发明中，所述控制芯片、开关元件、电流选择开关及时间调节元件均设于基板一表面上，该表面上还设有对控制芯片起保护调节作用的周围原件。其中，所述电源连接端、数据采集接口及平衡控制模块均设于基板的另一表面上，该电源连接端包括电源输出正极端与电源输出负极端，该电源输出正极端及电源输出负极端与启动电池的正、负极对应电性连接。本发明所述的控制芯片包括IC芯片或者MCU，该控制芯片可以采用日本精工或美上美的电池保护IC芯片或MCU。进一步地，所述开关元件包括多个MOS管和/或继电器，该多个MOS管和/或继电器并联或串联连接。本发明中，所述启动电池内包括数节串联连接的电芯，IC芯片或MCU通过电源连接端与启动电池的正、负极电性连接，该IC芯片或MCU还通过数据采集接口与电芯电性连接。更进一步地，所述IC芯片或MCU分别与一时间调节元件、两组开关元件及一电流选择开关电性连接，该时间调节元件、两组开关元件及电流选择开关电性连接后通过一电流检测电阻与电源输出负极端电性连接。本发明中，所述时间调节元件可以为一可变电容，两组开关元件内包括相互并联连接的一放电开关及一充电开关。具体的，所述平衡控制模块内包括电池平衡控制芯片，该电池平衡控制芯片包括正电压连接端子、负电压连接端子、充电用场效应晶体管(FET Field Effect Transistor)控制端子、放电用FTE控制端子、充电控制用FET门极连接端子、放电控制用FET门极连接端子、延时时间设置端子及控制开关端子；所述正电压连接端子与一电芯的正极电性连接，负电压连接端子通过一放电电阻与该电芯的负极电性连接，该正电压连接端子与放电电阻之间连接有滤波电容，延时时间设置端子与放电电阻之间连接有延时电容，该滤波电容与 延时电容之间并联连接；所述控制开关端子电性连接一NMOS管，该NMOS管的栅极与控制开关端子电性连接，其漏极通过一充电电阻连接于电芯的正极，其源极电性连接于放电电阻与电芯负极之间。本发明中，所述控制芯片通过控制开关元件来控制电流的导通或切断，该控制芯片通过调整电流检测电阻以对电流大小进行调整，该控制芯片通过调整时间调节元件的大小以调整允许通过的电流时间。本发明的启动电池保护模块，其应用于磷酸亚铁锂启动电池，其根据内燃机启动时的特点，使用低阻值大功率MOS管、散热模块和高精度反应1C，可以对电池充放电均衡进行管理，能维持承受约5秒左右高功率密度，保证内燃机高效启动，解决磷酸亚铁锂电池作为启动电池时的保护和管理问题，延长电池的使用寿命和使用时的安全问题。
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。图I为本发明的启动电池保护模块一种具体实施例的外部结构示意图；图2为图I中启动电池保护模块的反面结构示意图；图3为本发明的启动电池保护模块一种具体实施例在实际使用中的模块结构示意图；图4为本发明中平衡控制模块一种具体实施例的电路连接示意图。
具体实施例方式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。如图I所示，本发明提供一种启动电池保护模块，其包括一基板10，该基板10上设有用于与启动电池电性连接的电源连接端，所述基板10上还设有散热模块11、控制芯片12、分别与该控制芯片12电性连接的数据采集接口 13、开关元件14、电流选择开关15、时间 调节元件16及平衡控制模块17。所述散热模块11设于开关元件14外表面上，数据采集接口 13实时采集启动电池的电压，控制芯片12根据当前启动电池的电压，通过控制开关元件14、电流选择开关15、时间调节元件16及平衡控制模块17，以对启动电池进行充放电均衡管理。本发明的启动电池保护模块，尤其适用于磷酸亚铁锂启动电池中，其可以通过电源连接端与启动电池相连接，从而对启动电池的充、放电进行均衡管理，可以保证内燃机的高效启动，同时延长启动电池的使用寿命和使用时的安全问题。如图2所示，作为本发明的一种选择性实施例，所述控制芯片12、开关元件14、电流选择开关15及时间调节元件16均设于基板10 —表面上，该表面上还设有对控制芯片12起保护调节作用的周围原件18。在该实施例中，所述电源连接端、数据采集接口 13及平衡控制模块17均设于基板12的另一表面上。其中，该电源连接端包括电源输出正极端102与电源输出负极端104。使用时，该电源输出正极端102及电源输出负极端104与启动电池的正、负极对应电性连接，即本发明的启动电池保护模块通过该电源输出正极端102及电源输出负极端104与启动电池电性连接。本发明中，所述的控制芯片12包括IC芯片或者MCU，该控制芯片12可以采用日本精工或美上美的电池保护IC芯片或MCU。作为本发明的一种较佳实施例，该控制芯片12可以选用日本精工的S-8211系列或S-8204系列的电池保护IC芯片，其反应精度较高。进一步地，所述开关元件14包括多个MOS管和/或继电器，该多个MOS管和/或继电器并联或串联连接。作为本发明的具体实施例，该开关元件14可以优选高功率密度的MOS管和继电器，例如可以选用O IOOkW的开关元件14，该O IOOkW高功率密度的开关元件14配合散热模块11，可以保证内燃机启动的短时间内(IOmS-IOS)开关元件14不会因温度过高而烧毁，可以在很大程度上延长启动电池的使用寿命和使用时的安全问题。由于本发明根据内燃机启动时的特点，使用高精度反应的控制芯片12、低阻值大功率开关元件14及散热模块11，可以使得该启动电池保护模块能承受约5秒左右的高功率密度，保证内燃机高效启动。如图3所示，在本发明中，所述启动电池内可以包括数节串联连接的电芯106，IC芯片或MCU20通过电源连接端与启动电池的正、负极电性连接，该IC芯片或MCU还通过数据采集接口与电芯106电性连接。在该具体实施例中，所述启动电池包括4节串联连接的电芯。进一步地，所述IC芯片或MCU20还分别与一时间调节元件16、两组开关元件及一电流选择开关15电性连接，该时间调节元件16、两组开关元件及电流选择开关15电性连接后通过一电流检测电阻R与电源输出负极端104电性连接。在本发明具体实施例中，所述时间调节元件16可以为一可变电容，两组开关元件内包括相互并联连接的一放电开关Ql及一充电开关Q2。本发明中，电流选择开关15可以根据启动机的功率大小调节电流档次，可以有2-10个电流调节档次不等。时间调节元件16可以调节允许通过的电流时间设置，其时间调节范围为ImS 30S不等。作为本发明的第一种具体实施例，可以选用一组电流为1000A的开关元件14，允许持续时间为30S对应的时间调节元件16可选用IuF IOOuF的可变电容，电流选择开关15变换档次可分为300A、500A、800A及1000A。作为本发明的第二种具体实施例，可以选用一组电流为200A的开关元件14，允许持续时间为IOS对应的时间调节元件16可选用O. OOluF 50uF的可变电容，电流选择开关15变换档次可分为50A、100A、150A及200A。作为本发明的第三种具体实施例，平衡控制模块1 7可实现充电和放电情况下的对电池均衡，均衡电流为50mA 5A不等。本发明的平衡控制模块17可以对电池充、放电一致性进行管理，在本发明具体实施例中，该平衡控制模块17由设于基板10上的两部分模块组成。如图4所示，该平衡控制模块17内包括电池平衡控制芯片172，该电池平衡控制芯片172包括正电压连接端子VDD、负电压连接端子VSS、充电用FET控制端子CTLC、放电用FTE控制端子CTLD、充电控制用FET门极连接端子CO、放电控制用FET门极连接端子D0、延时时间设置端子CTD及控制开关端子CB。其中，充电用FET控制端子CTLC用于控制充电控制用FET门极连接端子CO的输出电压；放电用FTE控制端子CTLD用于控制放电控制用FET门极连接端子DO的输出电压；通过该充电用FET控制端子CTLC以及放电用FTE控制端子CTLD可以单独控制充电控制用FET门极连接端子CO与放电控制用FET门极连接端子D0。特别的，所述电池平衡控制芯片172用于对启动电池内的电芯106进行分别控制，每一电芯106均对应连接有一电池平衡控制芯片172。在本实施例中，仅以两节电芯106对应的两个电池平衡控制芯片172的电路连接方式进行展示，其中一电池平衡控制芯片172的充电用FET控制端子CTLC、放电用FTE控制端子CTLD分别通过电阻R6、电阻R7，与另一电池平衡控制芯片172的充电控制用FET门极连接端子CO及放电控制用FET门极连接端子DO对应联结。所述正电压连接端子VDD与一电芯106的正极电性连接，负电压连接端子VSS通过一放电电阻R1/R3与该电芯106的负极电性连接，该正电压连接端子VDD与放电电阻R1/R3之间连接有滤波电容C1/C4，延时时间设置端子CTD与放电电阻R1/R3之间连接有延时电容C2/C3，该滤波电容C1/C4与延时电容C2/C3之间并联连接。此外，所述控制开关端子CB还电性连接一 NMOS管，该NMOS管的栅极与控制开关端子CB电性连接，其漏极通过一充电电阻R2/R4连接于电芯106的正极，其源极电性连接于放电电阻R1/R3与电芯106负极之间。本发明中，由于可以通过控制芯片12控制开关元件14来控制电流的导通或切断，该控制芯片12还可以通过调整电流检测电阻R以对电流大小进行调整。此外，该控制芯片12还可以通过调整时间调节元件16的大小以调整允许通过的电流时间。因此，本发明的启动电池保护模块不但可以有效解决磷酸亚铁锂电池作为启动电池时的保护和管理问题，延长启动电池的使用寿命和使用时的安全问题，并且启动电池使用时的电流和限制时间可以在一定范围内调整。
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
1.一种启动电池保护模块，包括一基板，该基板上设有用于与启动电池电性连接的电源连接端，其特征在于，所述基板上还设有散热模块、控制芯片、分别与该控制芯片电性连接的数据采集接口、开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块；所述散热模块设于开关元件外表面上，数据采集接口实时采集启动电池的电压，控制芯片根据当前启动电池的电压，通过控制开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块，以对启动电池进行充放电保护和均衡管理。
2.如权利要求I所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述控制芯片、开关元件、电流选择开关及时间调节元件均设于基板一表面上，该表面上还设有对控制芯片起保护调节作用的周围原件。
3.如权利要求2所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述电源连接端、数据采集接口及平衡控制模块均设于基板的另一表面上，该电源连接端包括电源输出正极端与电源输出负极端，该电源输出正极端及电源输出负极端与启动电池的正、负极对应电性连接。
4.如权利要求3所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述控制芯片包括IC芯片或者MCU，该控制芯片采用日本精工或美上美的电池保护IC芯片或MCU。
5.如权利要求I所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述开关元件包括多个MOS管和/或继电器，该多个MOS管和/或继电器并联或串联连接。
6.如权利要求4所述的启动电池保护模块,其特征在于,所述启动电池内包括数节串联连接的电芯，IC芯片或MCU通过电源连接端与启动电池的正、负极电性连接，该IC芯片或MCU还通过数据采集接口与电芯电性连接。
7.如权利要求6所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述IC芯片或MCU分别与一时间调节元件、两组开关元件及一电流选择开关电性连接，该时间调节元件、两组开关元件及电流选择开关电性连接后通过一电流检测电阻与电源输出负极端电性连接。
8.如权利要求7所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述时间调节元件为一可变电容，两组开关元件内包括相互并联连接的一放电开关及一充电开关。
9.如权利要求7所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述平衡控制模块内包括电池平衡控制芯片，该电池平衡控制芯片包括正电压连接端子、负电压连接端子、充电用FET控制端子、放电用FTE控制端子、充电控制用FET门极连接端子、放电控制用FET门极连接端子、延时时间设置端子及控制开关端子；所述正电压连接端子与一电芯的正极电性连接，负电压连接端子通过一放电电阻与该电芯的负极电性连接，该正电压连接端子与放电电阻之间连接有滤波电容，延时时间设置端子与放电电阻之间连接有延时电容，该滤波电容与延时电容之间并联连接；所述控制开关端子电性连接一NMOS管，该NMOS管的栅极与控制开关端子电性连接，其漏极通过一充电电阻连接于电芯的正极，其源极电性连接于放电电阻与电芯负极之间。
10.如权利要求8所述的启动电池保护模块，其特征在于，所述控制芯片通过控制开关元件来控制电流的导通或切断，该控制芯片通过调整电流检测电阻以对电流大小进行调整，该控制芯片通过调整时间调节元件的大小以调整允许通过的电流时间。
全文摘要
本发明涉及电池技术领域，具体公开了一种启动电池保护模块，其包括基板，该基板上设有用于与启动电池电性连接的电源连接端，该基板上还设有散热模块、控制芯片、分别与该控制芯片电性连接的数据采集接口、开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块；所述散热模块设于开关元件外表面上，数据采集接口实时采集启动电池的电压，控制芯片根据当前启动电池的电压，通过控制开关元件、电流选择开关、时间调节元件及平衡控制模块，以对启动电池进行充放电均衡管理。本发明可对电池充放电均衡进行管理，能维持承受约5秒左右高功率密度，保证内燃机高效启动，解决磷酸亚铁锂电池作为启动电池时的保护和管理问题，延长电池的使用寿命和使用时的安全问题。
文档编号H02J7/00GK102856961SQ20121036138
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月25日 优先权日2012年9月25日
发明者李哲, 杨金林, 冯勇, 李恒洲, 吴吉强 申请人:重庆永通信息工程实业有限公司