一种带通讯接口的锂电池保护记录仪及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种带通讯接口的锂电池保护记录仪及其控制方法，该锂电池保护记录仪包括：通讯接口电路，通讯接口电路跟上位机软件相连接，将锂电池保护记录仪上发生的所有事件生成文档。一个微处理器作为主机，另一个微处理器作为从机；主机与从机是在中断中进行SPI通信交换电压，均衡等运行时数据。从机会将所采集的电压、温度数据传给主机，主机也会将综合处理后的电池状态，均衡信息传递给从机。主机与外围设备通信也是在中断函数中进行。通过该带通讯接口的锂电池保护记录仪可以使得容量计算更准确，均衡控制更灵活，电芯兼容性更好等优势，使锂电池组的容量能够得到充分利用，长期使用时能够有效提高电池组的使用寿命，减少故障产生。
【专利说明】一种带通讯接口的锂电池保护记录仪及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及锂电池领域，尤其涉及一种带通讯接口的锂电池保护记录仪及其控制方法。
【背景技术】
[0002]铅酸电池的使用已经有几十年的历史，大量使用铅酸电池的不足之处也越来愈突出，如:污染严重、使用寿命短、循环次数少、体积重量大等问题。而锂电池可以弥补这些不足，近几年随着锂电池的技术工艺不断完善以及国家对新能源的开发鼓励，锂离子电池逐渐开始为人们熟知并开始批量应用到各种行业，如:电动自行车电池、电动汽车、数码产品。但是锂电池也有先天的不足就是锂元素是一种非常活跃的元素，很不稳定。锂电池如果短路、过放、过充都会影响电池的安全和使用寿命，所以锂电池保护管理系统的作用就显得尤为重要。
[0003]目前锂电池保护板的技术方案，都是基于一颗电池管理芯片配合外围的元器件来设计的，如:T1、精工、理光等厂家的标准芯片，这些芯片本身都固化了基本的保护功能，用户不能配置过压保护恢复的电压值，欠压保护恢复的电压值，充放电高温保护及恢复的温度点，充放电过流过载及短路的电流值，休眠延时等这些跟锂电池相关的参数。所有用户无法修改芯片的功能，十分不方便。
【发明内容】
[0004]本发明提供了一种带通讯接口的锂电池保护记录仪及其控制方法，本发明能够有效提高电池组的使用寿命，减少故障产生，使用数字式核心，详见下文描述:
[0005]一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，包括:两个微处理器，一个微处理器作为主机，另一个微处理器作为从机；
[0006]所述主机电连接电流检测电路、第一电池均衡电路、第一温度采样电路和MOS驱动电路，所述第一电池均衡电路将每节电池的电压传输给所述主机；所述电流检测电路将每节电池的电流传输给所述主机；所述第一温度采样电路将每节电池的温度传输给所述主机；
[0007]所述从机电连接第二电池均衡电路和第二温度采样电路，第二电池均衡电路将每节电池的电压传输给所述从机；所述第二温度采样电路将每节电池的温度传输给所述从机；
[0008]所述锂电池保护记录仪还包括:通讯接口电路，所述通讯接口电路跟上位机软件相连接，将所述锂电池保护记录仪上发生的所有事件生成文档。
[0009]所述锂电池保护记录仪还包括:M0S驱动电路，
[0010]所述MOS驱动电路包括:充电MOS电路和放电MOS电路，其中，
[0011]所述充电MOS电路控制充电的开与关，
[0012]所述放电MOS电路控制放电的开与关。
[0013]所述锂电池保护记录仪还包括:休眠唤醒电路，所述休眠唤醒电路电连接所述主机。
[0014]所述锂电池保护记录仪还包括:时钟模块，所述时钟模块电连接所述主机。
[0015]所述锂电池保护记录仪还包括:外部数据存储模块，所述外部数据存储模块电连接所述主机。
[0016]所述通讯接口电路采用采用I2C总线、串口、LIN总线和SPI接口的四种通信方式。
[0017]所述主机与所述从机之间采用SPI接口进行数据整合；
[0018]多个所述锂电池保护记录仪之间采用SPI接口进行多个级联通信；
[0019]所述主机通过I2C总线、串口或LIN总线为外围设备提供电池的电量、电流状态信息；
[0020]所述主机通过I2C总线、串口或LIN总线与上位机进行通信。
[0021]一种用于带通讯接口的锂电池保护记录仪的控制方法，所述方法包括:
[0022]1、电压和温度的保护处理:
[0023]采集主机所负责的电池串的电压和温度，并接受由从机发来的电池串电压和温度；
[0024]充电时温度超过50°C，充电MOS电路关断充电开关，放电时温度超过70°C，放电MOS电路关断放电开关；若欠压，则通过放电MOS电路关断放电开关；若超压，则通过充电MOS电路关断充电开关；
[0025]2、电流的保护处理；
[0026]主机根据电压以及电池状态，进行均衡处理并向从机发送均衡命令，采集电流，进入电流保护处理；
[0027]若过载，过流，根据充放电状态关闭充放电开关；
[0028]3、电量的保护处理；
[0029]根据电流及时间计算得到当前电量，最后将需要存储的状态信息储存在外部数据存储模块，主机进入状态判断，如果有负载或是正在充电则进入下一次循环，如若没有负载或者充电，主机则给从机发送休眠指令并进入休眠低功耗模式。
[0030]本发明提供的技术方案的有益效果是:通过该带通讯接口的锂电池保护记录仪可以使得容量计算更准确，均衡控制更灵活，电芯兼容性更好等优势，使用数字式控制核心，内置多种有效的锂电池管理算法使锂电池组的容量能够得到充分利用，长期使用时能够有效提闻电池组的使用寿命，减少故障广生。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1为该带通讯接口的锂电池保护记录仪的安装示意图；
[0032]图2为该带通讯接口的锂电池保护记录仪的结构示意图；
[0033]图3为该带通讯接口的锂电池保护记录仪的电路连接示意图；
[0034]图4为该带通讯接口的锂电池保护记录仪的控制方法的流程图。
[0035]附图中，各标号所代表的部件列表如下:
[0036]Ul:微处理器；U2:电压均衡电路
[0037]U3:温度采样电路；U4:电流检测电路；
[0038]U5:通讯接□电路；U6:M0S驱动电路；
[0039]U7:休眠唤醒电路；U8:时钟模块；
[0040]U9:外部数据存储模块；Ull:主机；
[0041]U12:从机；U21:第一串至第五串电池均衡电路；
[0042]U22:第六串至第十串电池均衡电路；U31:第一温度采样电路；
[0043]U32:第二温度采样电路；U61:充电MOS电路；
[0044]U62:放电 MOS 电路。
【具体实施方式】
[0045]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0046]一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，参见图1、图2和图3，该锂电池保护记录仪包括:两个微处理器Ul、两个电压均衡电路U2 (第一串至第五串电池均衡电路U21 (第一电压均衡电路)，第六串至第十串电池均衡电路U22(第二电压均衡电路)，其中，电压均衡电路中的电池组的串数根据实际应用中的需要进行确定，本发明实施例是以五串为例进行说明)、2个温度采样电路U3 (第一温度采样电路U31，第二温度采样电路U32)、电流检测电路U4、通讯接口电路U5和MOS驱动电路U6。通讯接口电路U5跟上位机软件相连接，把锂电池保护记录仪上发生的所有事件生成文档。一个微处理器Ul作为主机U11，另一个微处理器Ul作为从机U12。
[0047]其中，主机Ull电连接电流检测电路U4、第一串至第五串电池均衡电路U21、第一温度采样电路U31和MOS驱动电路U6，第一串至第五串电池均衡电路U21将第一串至第五串电池组中每节电池的电压传输给主机Ull ；电流检测电路U4将第一串至第五串电池组中每节电池的电流传输给主机Ull ;第一温度采样电路U31将第一串至第五串电池组中每节电池的温度传输给主机U11。主机Ull根据测量到的电压、电流、温度以及电池的特性进行综合分析得到第一串至第五串电池组中每节电池的状态并控制各电路进行相应的动作。
[0048]其中，从机U12电连接第六串至第十串电池均衡电路U22和第二温度采样电路U32，第六串至第十串电池均衡电路U22将第六串至第十串电池组中每节电池的电压传输给从机U12 ;第二温度采样电路U32将第六串至第十串电池组中每节电池的温度传输给从机 U12。
[0049]MOS驱动电路U6包括:充电MOS电路U61和放电MOS电路U62，充电MOS电路U61控制充电的开与关，放电MOS电路U62控制放电的开与关。
[0050]其中，微处理器Ul的型号为SH79F329。
[0051]参见图3，该锂电池保护记录仪还包括:休眠唤醒电路U7，休眠唤醒电路U7电连接主机U11，当无负载且不充电时，该休眠唤醒电路U7将整个锂电池保护记录仪进入休眠工作状态，以保障40uA以下的低功耗。当加上负载或充电时，休眠唤醒电路U7将唤醒整个锂电池保护记录仪进入正常工作状态。
[0052]参见图3，该锂电池保护记录仪还包括:时钟模块U8，时钟模块U8电连接主机U11，该时钟模块U8给锂电池保护记录仪提供当前准确时间。
[0053]参见图3，该锂电池保护记录仪还包括:外部数据存储模块U9，外部数据存储模块U9电连接主机Ull，该外部数据存储模块U9会将发生的短路、过流、过载等运行状态及相应的时间记录进行存储，以便外部设备或电脑进行读取分析。
[0054]其中，通讯接口电路U5采用I2C总线、串口、LIN总线和SPI接口的四种通信方式。
[0055]I)主机Ull与从机U12之间采用SPI接口进行数据整合。
[0056]2)当电池组串连数量多时，锂电池保护记录仪和锂电池保护记录仪之间采用SPI接口进行多个级联通信。
[0057]3)主机Ull与与外围设备的通信:主机Ull通过I2C总线、串口或LIN总线为外围设备提供电池的电量、电流等状态信息。
[0058]4)主机Ull与上位机的通信:主机Ull通过I2C总线、串口或LIN总线与上位机进行通信，上位机能够读取电池的当前状态信息，历史状态信息，能够对保护板进行初始化参数设置。
[0059]该锂电池保护记录仪对每节电池都进行保护，每节电池电压都不能超过充电限制电压，当某节电池电压达到充电限制电压后，充电将停止，电池组不能充满电。电压均衡电路U2可以将电压较高的电池进行均衡，使电池组的每串电压处于一个近乎相等的状态，防止了不能充满电状态的发生，提高了电池容量。
[0060]一种带通讯接口的锂电池保护记录仪的控制方法，参见图4，该锂电池保护记录仪根据需要会设置多片微处理器U1，需要区分主从关系。程序上电或者复位后，程序会根据复位状态寄器，分辨是上电复位，还是运行时复位。上电复位需要初始化硬件和数据，运行时复位只需要校验数据，检查复位状态，并将复位状态记录到外部存储器作为运行日志。复位处理完成后程序根据微处理器Ui的硬件地址进入主机程序或者从机程序。
[0061]主机Ull与从机U12是在中断中进行SPI通信交换电压，均衡等运行时数据。从机U12会将所采集的电压、温度数据传给主机U11，主机Ull也会将综合处理后的电池状态，均衡信息传递给从机U12。主机Ull与外围设备通信也是在中断函数中进行。
[0062]一、电压和温度的保护处理
[0063]程序进入主机Ull程序后，首先采集主机Ull所负责的电池串的电压和温度并接受由从机U12发来的电池串电压和温度。经过综合后，进入电压和温度状态保护处理，若超温，主机Ull则通过MOS驱动电路U6关断充电和放电开关防止电池发生意外。若欠压(检测预充电压〈2.5V，均衡自动开启)，则通过放电MOS电路U62关断放电开关防止过放；若超压，则通过充电MOS电路U61关断充电开关防止过压。
[0064]S卩，充电时温度超过50°C，充电MOS电路关断充电开关，放电时温度超过70°C，放电MOS电路关断放电开关。
[0065]从机Ul2进入从机程序后，首先采集从机Ul2所负责电池串的电压和温度，采集完成后传输给主机U11。然后根据主机Ull发来的均衡信息(通过采集电压差，分三个等级,O?20mV时不作处理,2OmV?10mV均衡等级I级，10mV?200mV均衡等级2级,大于200mV均衡等级3级)对电池进行均衡。检测按键，如果有按键按下，则将主机Ull发送来的电量在指示灯上输出。然后根据主机Ull发来的休眠指令确认是否需要进入休眠，如果不休眠喂过看门狗后进入下一个循环。二、电流的保护处理
[0066]电压和温度保护处理完成后，主机Ull根据电压以及电池状态，进行均衡处理并向从机U12发送均衡命令。然后采集电流，采集完成后，进入电流保护处理，如发现过载(当充电电流超过2A或放电电流超过5A时停止均衡)，过流等现象根据充放电状态关闭充放电开关，短路保护是由硬件实现的，保证了响应的速度。
[0067]三、电量的保护处理
[0068]电流保护处理完成后进入电量统计处理，电量是采用的电流积分法，根据电流及时间计算得到当前电量。最后将本次循环需要存储的状态信息储存在外部数据存储模块U9，存储时会把当前时钟一并存储。最后主机Ull进入状态判断，如果有负载或是正在充电则进入下一次循环，如若不是主机Ull则给从机U12发送休眠指令并进入休眠。当重新有负载或者进行充电程序将会被唤醒继续执行。程序的最后是喂狗，每个循环都需要喂狗一次,程序跑飞时能够自动复位。
[0069]上述流程图展示了软件整体架构，详细列出了软件执行的具体流程，合理的软件流程与严格的测试保证了程序的稳定性。软件在程序中根据地址区分主机Ull与从机U12，使主机程序与从机程序共用一套程序，生产中不用区分主机Ull与从机U12，方便生产。程序实现了看门狗，在恰当的位置进行喂狗，保证了程序在强干扰环境中可靠运行。在数据传输过程中使用了数据和校验方式进行数据的检验，保证了数据传输的准确性。
[0070]本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0071]本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0072]以上所述仅为本发明的较佳实施例，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】
1.一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，包括:两个微处理器，其特征在于，一个微处理器作为主机，另一个微处理器作为从机；所述主机电连接电流检测电路、第一电池均衡电路、第一温度采样电路和MOS驱动电路，所述第一电池均衡电路将每节电池的电压传输给所述主机；所述电流检测电路将每节电池的电流传输给所述主机；所述第一温度采样电路将每节电池的温度传输给所述主机；所述从机电连接第二电池均衡电路和第二温度采样电路，第二电池均衡电路将每节电池的电压传输给所述从机；所述第二温度采样电路将每节电池的温度传输给所述从机； 所述锂电池保护记录仪还包括:通讯接口电路，所述通讯接口电路跟上位机软件相连接，将所述锂电池保护记录仪上发生的所有事件生成文档。
2.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于，所述锂电池保护记录仪还包括:M0S驱动电路， 所述MOS驱动电路包括:充电MOS电路和放电MOS电路，其中， 所述充电MOS电路控制充电的开与关， 所述放电MOS电路控制放电的开与关。
3.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于，所述锂电池保护记录仪还包括:休眠唤醒电路，所述休眠唤醒电路电连接所述主机。
4.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于，所述锂电池保护记录仪还包括:时钟模块，所述时钟模块电连接所述主机。
5.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于，所述锂电池保护记录仪还包括:外部数据存储模块，所述外部数据存储模块电连接所述主机。
6.根据权利要求1所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于，所述通讯接口电路采用采用I2C总线、串口、LIN总线和SPI接口的四种通信方式。
7.根据权利要求6所述的一种带通讯接口的锂电池保护记录仪，其特征在于， 所述主机与所述从机之间采用SPI接口进行数据整合； 多个所述锂电池保护记录仪之间采用SPI接口进行多个级联通信； 所述主机通过I2C总线、串口或LIN总线为外围设备提供电池的电量、电流状态信息； 所述主机通过I2C总线、串口或LIN总线与上位机进行通信。
8.一种用于权利要求1-7中任一权利要求所述的带通讯接口的锂电池保护记录仪的控制方法，其特征在于，所述方法包括: .1、电压和温度的保护处理: 采集主机所负责的电池串的电压和温度，并接受由从机发来的电池串电压和温度； 充电时温度超过50°C，充电MOS电路关断充电开关，放电时温度超过70°C，放电MOS电路关断放电开关； 若欠压，则通过放电MOS电路关断放电开关；若超压，则通过充电MOS电路关断充电开关; .2、电流的保护处理； 主机根据电压以及电池状态，进行均衡处理并向从机发送均衡命令，采集电流，进入电流保护处理； 若过载，过流，根据充放电状态关闭充放电开关； .3、电量的保护处理； 根据电流及时间计算得到当前电量，最后将需要存储的状态信息储存在外部数据存储模块，主机进入状态判断，如果有负载或是正在充电则进入下一次循环，如若没有负载或者充电,主机则给从机发送休眠指令并进入休眠低功耗模式。
【文档编号】H02J7/00GK104134824SQ201410357540
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】李军 申请人:天津动芯科技有限公司