超低功耗锂电池管理单元及并联应用系统的制作方法

本实用新型涉及锂电池的生产与应用技术领域，尤其是涉及一种超低功耗锂电池管理单元及并联应用系统。

背景技术：

目前，在许多行业产品中，都在大量使用锂电池，锂电池以其特有的性能优势已在便携式电器如手提电脑、摄像机、移动通讯中得到普遍应用。开发的大容量锂离子电池已在电动汽车中大量使用，随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力，越来越多的产品将使用锂电池。

在铅酸电池转换锂电池阶段，需求模块化设计实现随意扩大模组容量的需求越来越明显，目前市场上的方案是锂电池模组设计均是以客户需求的容量来设计的，大部分采用硬件或者软硬件结合的方案，电池模组之间直接并联，但是无法做到阻止电池间互相充放电以及实现电池不用时低功耗等要求，并联应用时也无法做到一键开启的功能；目前的锂电池模组的设计不能做到随意并联应用，局限了模块化设计的使用，应用范围较窄。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够实现电池组间不会出现充放电、能做到一键开启且低功耗的锂电池管理单元及并联应用系统。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：一种超低功耗锂电池管理单元，包括用于采集电池组电压的电池电压采集模块、连接于电池电压采集模块上的微处理器MCU、与微处理器MCU连接的放电MOS模块以及充电MOS模块，所述的微处理器MCU接收设置于电池组负极的分流器的电流信号、接收用于给微处理器MCU供电的DC-DC电源模块的供电信号、接收CAN通讯模块传递的电池状态信号以及充放电信号；所述的DC-DC电源模块通过ON/OFF控制模块进行控制。

进一步具体的，所述的锂电池管理单元包括用于检测电池组电压的电压侦测模块，所述的电压侦测模块检测到的电压信号传递到ON/OFF控制模块。

进一步具体的，所述的ON/OFF控制模块包括用于手动启动电池管理单元的自启驱动线路、通过其它信号启动的并联驱动线路、正常工作时的工作线路以及开启工作线路的开关线路。

进一步具体的，所述的自启驱动线路包括输入端DC_IN以及连接在DC-DC电源模块上的输出端，输入端DC_IN分为两路，第一路连接在第二P-MOS管Q2的源极，第二路通过第七电阻R7连接在第二P-MOS管Q2的栅极；第二P-MOS管Q2的漏极通过并联的第四二极管与第六二极管连接在输出端；第二P-MOS管Q2的栅极通过第十一电阻R11后分为两路，第一路通过第十三电阻与第七二极管后连接微处理器MCU，第二路通过并联的开关SW1与第九电容C9后接地。

进一步具体的，所述的工作线路包括输入端POWER_IN以及连接在DC-DC电源模块上的输出端，输入端POWER_IN通过并联的第一电阻R1和第二电阻R2后分为两路，第一路连接第一P-MOS管Q1的源极，第二路连接第一P-MOS管Q1的栅极；所述的第一P-MOS管Q1的漏极通过并联的第二二极管与第三二极管后连接在输出端上。

进一步具体的，所述的并联驱动线路包括输入端POWER_IN以及输出端PACK-，在输入端POWER_IN与输出端PACK-之间依次连接有第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第九电阻R9、光耦PO1、第十二电阻R12；所述的第一稳压二极管ZD1与第二稳压二极管ZD2相向设置。

进一步具体的，所述的开关线路包括与微处理器MCU连接的输入端CTL_POWER以及与第一P-MOS管Q1的栅极连接的输出端，输入端CTL_POWER通过第七二极管D7与第十三电阻R13后分为两路，第一路连接于第三三极管Q3的基极，第二路通过并联的第十五电阻R15与第八电容C8后接地；所述的第三三极管Q3集电极通过电阻R5连接在输出端上；所述的第三三极管Q3发射极接地；在所述的第三三极管Q3的集电极与发射极之间并联第七电容C7与光耦PO1。

进一步具体的，所述的分流器的电流信号通过运算放大器传递给微处理器MCU。

一种超低功耗锂电池模块并联应用系统，包括若干并联起来的电池模块，每个所述的电池模块均通过上述所述的锂电池管理单元进行控制，每个所述的锂电池管理单元之间均并联，每个所述的CAN通讯模块之间为并联状态。

本实用新型的有益效果是：相比与目前方案，此方案可以以一个标准电池模块为基础实现同一电压平台无限容量的扩展；同时具有极低的静态功耗，接近0功耗；并解决并联应用时电池模块间无论充电状态还是放电状态的互相充放电问题，同时实现了并联应用时按压任何一个按钮开关开启系统并自动互联自检，无需逐个开启，方便并联时操作应用；产品应用以标准电池模块为基础直接并联使用无需增加外设电路或模块；大大方便且扩展产品的应用领域。

附图说明

图1是本实用新型锂电池管理单元的原理框图；

图2是本实用新型ON/OFF控制模块的电路图；

图3是本实用新型带有继电器的并联驱动线路的电路图；

图4是本实用新型一键启动的另一种实施方式的原理框图；

图5是本实用新型锂电池管理单元并联应用系统的原理框图；

图6是本实用新型DC-DC电源模块中LDO线路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作详细的描述。

如图1所示一种超低功耗锂电池管理单元，包括用于采集电池组电压的电池电压采集模块、连接于电池电压采集模块上的微处理器MCU、与微处理器MCU连接的放电MOS模块以及充电MOS模块，所述的微处理器MCU接收设置于电池组负极的分流器的电流信号、接收用于给微处理器MCU供电的DC-DC电源模块的供电信号、接收CAN通讯模块传递的电池状态信号以及充放电信号；所述的DC-DC电源模块通过ON/OFF控制模块进行控制。还包括以并联在PACK+端与PACK-端的电压侦测模块，电压侦测模块用于检测电池电压，并将信号传递到ON/OFF控制模块，可以检测到电池电压信号以及充电信号。

放电时，打开ON/OFF控制模块，接通电路通过DC-DC电源模块给微处理器MCU供电，微处理器MCU工作打开放电MOS模块，给负载供电；充电时，锂电池管理单元接入充电器，CAN通讯模块检测到充电信号传递给微处理器MCU，微处理器MCU检测ON/OFF控制模块是否打开，若已打开将其关闭；微处理器MCU打开充电MOS模块，进行充电。

如图2所示ON/OFF控制模块包括用于手动启动锂电池管理单元的自启驱动线路、通过其它信号启动的并联驱动线路、正常工作时的工作线路以及开启工作线路的开关线路。

自启驱动线路用于自主开启锂电池的放电模式，其电路结构为：包括输入端DC_IN以及连接在DC-DC电源模块上的输出端，输入端DC_IN分为两路，第一路连接在第二P-MOS管Q2的源极，第二路通过第七电阻R7连接在第二P-MOS管Q2的栅极；第二P-MOS管Q2的漏极通过并联的第四二极管D4与第六二极管D6连接在输出端；第二P-MOS管Q2的栅极通过第十一电阻R11后分为两路，第一路通过第十三电阻R13与第七二极管D7后连接微处理器MCU（KEY端连接MCU），第二路通过并联的开关SW1与第九电容C9后接地。

并联驱动线路用于被动激活并开启锂电池的放电模式，由若干锂电池管理单元并联后使用，其电路结构为：包括输入端POWER_IN以及输出端PACK-，在输入端POWER_IN与输出端PACK-之间依次连接有第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第九电阻R9、光耦PO1、第十二电阻R12；所述的第一稳压二极管ZD1与第二稳压二极管ZD2相向设置。

工作线路用于锂电池处于放电模式时正常工作状态，其电路结构为：包括输入端POWER_IN以及连接在DC-DC电源模块上的输出端，输入端POWER_IN通过并联的第一电阻R1和第二电阻R2后分为两路，第一路连接第一P-MOS管Q1的源极，第二路连接第一P-MOS管Q1的栅极；所述的第一P-MOS管Q1的漏极通过并联的第二二极管D2与第三二极管D3后连接在输出端上。

开关线路用于将工作线路打开使锂电池处于放电模式，其电路结构为：包括与微处理器MCU连接的输入端CTL_POWER以及与第一P-MOS管Q1的栅极连接的输出端，输入端CTL_POWER通过第七二极管D7与第十三电阻R13后分为两路，第一路连接于第三三极管Q3的基极，第二路通过并联的第十五电阻R15与第八电容C8后接地；所述的第三三极管Q3集电极通过电阻R5连接在输出端上；所述的第三三极管Q3发射极接地；在所述的第三三极管Q3的集电极与发射极之间并联第七电容C7与光耦PO1。

上述四种线路结合使用能够实现自启动以及并联后的一键启动，自启动由工作线路、开关线路以及自启驱动线路共同实现，其工作过程为：需要给负载供电，手动按下按钮SW，使得第二P-MOS管Q2导通，使得从输入端DC_IN输入的电压信号通过第二P-MOS管Q2以及并联的第四二极管D4与第六二极管D6之后输入给DC-DC电源模块，DC-DC电源模块将电压信号转化为符合微处理器MCU启动的电压并启动微处理器MCU，微处理器MCU将高电压供给开关线路的CTL_POWER接口，导通了第三三极管Q3，同时导通了工作线路中的第一P-MOS管Q1，使得电压信号通过第一P-MOS管Q1与并联的第二二极管D2与第三二极管D3后继续给DC-DC电源模块供电。

并联后的一键启动由并联驱动线路、开关线路以及工作线路共同实现，其工作过程为：当其中一个锂电池管理单元启动后将启动信号通过CAN通讯模块同时传递给其它锂电池管理单元，锂电池管理单元中的并联驱动线路接收信号，信号从POWRE_IN接口进入，依次通过第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第九电阻R9、光耦PO1以及第十二电阻R12连接到PACK-接口形成回路，光耦PO1导通使得开关线路与工作线路中的第一P-MOS管Q1形成回路并导通，电压信号通过第一P-MOS管Q1与并联的第二二极管D2与第三二极管D3后继续给DC-DC电源模块供电。

如图3所示在并联驱动线路中将光耦PO1更换为继电器RE1可以达到同样的效果；如图4所示一键启动的方式也可以通过在锂电池管理单元之间增加两条开关连接线的方式实现，但是其具体实现的效果不如上述实施例。

如图5所示在以上述锂电池管理单元的线路为基础，将多个锂电池管理单元进行并联实现，其中CAN通讯模块之间也为并联。每个锂电池管理单元控制一组电池模块，电池模块之间并联。

如图6所示并联的电池模块与并联的锂电池管理单元的工作方法如下，

处于放电模式时：

S1、通过按钮启动第一个锂电池管理单元的ON/OFF控制模块，此时ON/OFF控制模块属于自启动，通过接通按钮导通第二P-MOS管Q2，使得自启驱动线路接通通过电池组给DC-DC电源模块供电；

S2、DC-DC电源模块将电池组的高电压先转化为15V电压，之后通过LDO线路转化为5V电压供给微处理器MCU；

S3、微处理器MCU打开放电MOS模块，同时放电MOS模块与充电MOS模块的本体二极管形成放电回路；

S4、第一个锂电池管理单元的信号输出给其它的锂电池管理单元内的ON/OFF控制模块接通并供电，重复步骤S2、S3；

其中，在步骤S3中，当放电电流达到设定阙值时，开启充电MOS模块。

处于充电模式时：

D1、充电器接入，同时启动所有锂电池管理单元的ON/OFF控制模块，通过ON/OFF控制模块的并联驱动线路与开关线路接通工作线路，给DC-DC电源模块供电；

D2、DC-DC电源模块将高电压转化为供微处理器MCU使用的低电压供给微处理器MCU；

D3、微处理器MCU接收CAN通讯模块的检测到的充电器信号，同时，微处理器MCU检测ON/OFF控制模块是否有按钮启动，若有，手动将按钮复位，直至未有按钮启动为止；

D4、微处理器MCU打开充电MOS模块，同时充电MOS模块与放电MOS模块的本体二极管形成放电回路；

其中，在步骤D4中，当充电电流达到设定阙值时，开启放电MOS模块。

并联应用系统不使用时各电池模块内部的锂电池管理单元均处于休眠状态不工作，为0功耗。

并联应用系统应用时通过任何锂电池管理单元ON/OFF控制模块的启动按钮SW1开启各电池模块内部的锂电池管理单元，保证每个电池模块内部具有过充过放，过流，过温以及电量显示功能均正常，锂电池管理单元正常启动后CAN通讯模块进入互联状态，自检OK后；启动所有锂电池管理单元的放电MOS模块，当系统电流达到一定程度后，各锂电池管理单元通过分流器侦测电流并通过运算放大器进行放大传递给微处理器MCU，确认放电电流达到阈值（比如2A）后，开启充电MOS模块避免放电电流过大时放电MOS模块发热；确保各个电池模块都为放电不会充电，同时避免各个电池模块间互相充放电问题。

系统放电关闭状态休眠时，接入充电器自动唤醒锂电池管理单元，锂电池管理单元检测到进入充电状态，并同时CAN 通讯模块互联自检OK后，锂电池管理单元开启充电MOS模块进入正常充电状态，分流器检测充电电流待本电池模块的充电电流大于一定阈值后（如1A）后，放电MOS模块打开，避免大电流充电导致充电MOS过热，确保各个电池模块都为充电不会放电，同时避免电池模块间互相充放电问题。

综上，此方案可以以一个标准电池模块为基础实现同一电压平台无限容量的扩展；同时具有极低的静态功耗，接近0功耗；并解决并联应用时电池模块间无论充电状态还是放电状态的互相充放电问题，同时实现了并联应用时按压任何一个按钮开关开启系统并自动互联自检，无需逐个开启，方便并联时操作应用；产品应用以标准电池模块为基础直接并联使用无需增加外设电路或模块；大大方便且扩展产品的应用领域。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。