一种多节锂电池保护系统的制作方法

本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种多节锂电池保护系统。

背景技术：

锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、高电压、自放电率低等优点，可应用于很多电子设备，如手机，电动车，蓝牙设备等开始采用锂电池作为主电源。

目前市场上的锂离子电池的管理系统和保护装置一般有两种模式，一种是基于ti，美林等公司生产的电池管理芯片的数字化电池管理系统，虽然功能强大，但是技术复杂，价格高昂，制约了在实际中的广泛应用。另一种是基于电池保护芯片的锂离子电池保护板，具备基础的功能。但目前没有一种系统兼具对电池的电压、电流、过温等保护，导致电池产生过温、过流、过压等问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种兼具过压保护、过流保护和过温保护的多节锂电池保护系统，来解决上述存在的技术问题，具体采用以下的技术方案来实现。

本发明提供一种多节锂电池保护系统，包括n节锂电池、温度采集模块、控制模块和检测模块，每节锂电池、每个控制模块与每个温度采集模块一一对应连接，所述控制模块与所述n节锂电池、所述温度采集模块连接，所述检测模块包括n个输入端口的过压检测单元、n个输入端口的过温检测单元和n个输入端口的过流检测单元，所述控制模块包括n个连接在每节锂电池两端的主控芯片，每个主控芯片分别与所述过压检测单元、所述过温检测单元和所述过流检测单元对应的输入端口连接，其中，n为大于等于3的整数，每节所述锂电池串联连接；

所述控制模块用于对所述锂电池进行实时信号收集并输出对应的电信号至所述检测模块，所述检测模块用于接收所述电信号进行处理，所述实时信号包括所述温度采集模块用于采集所述锂电池的实时温度、所述控制模块收集所述锂电池的电压信号或电流信号。

作为上述技术方案的进一步改进，当n为3时，所述n节锂电池包括串联连接的第一节锂电池、第二节锂电池和第三节锂电池，所述控制模块包括并联连接的第一主控芯片、第二主控芯片和第三主控芯片，所述温度采集模块包括并联连接的第一温度采集电路、第二温度采集电路和第三温度采集电路；

所述第一节锂电池、所述第一主控芯片与所述第一温度采集电路连接，所述第一节锂电池与所述第一主控芯片的输入端、所述第一主控芯片的接地端连接，所述过压检测单元的第一输入端口与所述第一主控芯片的第一输出端口连接，所述过温检测单元的第一输入端口与所述第一主控芯片的第二输出端口连接，所述过流检测单元的第一输入端口与所述第一主控芯片的第三输出端口连接；

所述第二节锂电池、所述第二主控芯片与所述第二温度采集电路连接，所述第二节锂电池与所述第二主控芯片的输入端、所述第二主控芯片的接地端连接，所述过压检测单元的第二输入端口与所述第二主控芯片的第一输出端口连接，所述过温检测单元的第二输入端口与所述第二主控芯片的第二输出端口连接，所述过流检测单元的第二输入端口与所述第二主控芯片的第三输出端口连接；

所述第三节锂电池、所述第三主控芯片与所述第三温度采集电路连接，所述第三节锂电池与所述第三主控芯片的输入端、所述第三主控芯片的输出端连接，所述过压检测单元的第三输入端口与所述第三主控芯片的第一输出端口连接、所述过温检测单元的第三输入端口与所述第三主控芯片的第二输出端口连接、所述过流检测单元的第三输入端口与所述第三主控芯片的第三输出端口连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一温度采集电路包括第一热电偶、第一电阻、第一三极管、第一二极管和第二电阻，所述第一热电偶与所述第一节锂电池、所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述第一三级管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的阳极与所述第二电阻连接；

所述第二温度采集电路包括第二热电偶、第三电阻、第二三极管、第二二极管和第四电阻，所述第二热电偶与所述第二节锂电池、所述第三电阻连接，所述第三电阻与所述第二三级管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的阳极与所述第四电阻连接；

所述第三温度采集电路包括第三热电偶、第五电阻、第三三极管、第三二极管和第六电阻，所述第三热电偶与所述第三节锂电池、所述第五电阻连接，所述第五电阻与所述第三三级管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述第三二极管的阴极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的阳极与所述第六电阻连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述过压检测单元包括第一电压检测电路、第二电压检测电路和第三电压检测电路，所述第一电压检测电路、所述第二电压检测电路和所述第三电压检测电路对应连接所述过压检测单元的每个输入端口；

所述第一电压检测电路包括第七电阻、第一开关管、第四二极管、第五二极管、第四三极管和第八电阻，所述第七电阻与所述第一开关管的栅极连接，所述第一开关管的源极与所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极、所述第五二极管的阴极与所述第四三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极与所述第五二极管的阳极连接，所述第四三极管的集电极与所述第八电阻连接；

所述第二电压检测电路包括第九电阻、第二开关管、第六二极管、第七二极管、第五三极管和第十电阻，所述第九电阻与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的源极与所述第六二极管的阳极连接，所述第六二极管的阴极、所述第七二极管的阴极与所述第五三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极与所述第七二极管的阳极连接，所述第五三极管的集电极与所述第十电阻连接；

所述第三电压检测电路包括第十一电阻、第三开关管、第八二极管、第九二极管、第六三极管和第十二电阻，所述第十一电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第三开关管的源极与所述第八二极管的阳极连接，所述第八二极管的阴极、所述第九二极管的阴极与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的发射极与所述第九二极管的阳极连接，所述第六三极管的集电极与所述第十二电阻连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为mos管，所述第四三极管、所述第五三极管和所述第六三极管为放大三极管。

作为上述技术方案的进一步改进，多节锂电池保护系统还包括：

三条通信总线，分别与所述过压检测电路、所述过温保护电路和所述过流保护电路连接，用于传输所述实时信号；

显示模块，与三条所述通信总线连接，用于显示所述实时信号。

作为上述技术方案的进一步改进，所述显示模块包括：

判断单元，与所述通信总线连接，用于判断所述实时信号是否超过预设阈值并生成检测结果；

调整单元，与所述判断单元连接，用于根据所述检测结果对所述锂电池所在的电路进行调整。

本发明提供了一种多节锂电池保护系统，具有以下有益效果：

(1)通过将锂电池和温度采集模块、控制模块连接，可以实时对锂电池的温度进行检测，将控制模块分别与过压检测单元、过温检测单元和过流检测单元连接，可以对锂电池或锂电池所在的电路出现异常情况进行有效保护。

(2)过压检测单元、过流检测单元和过温检测单元进链接在每个主控芯片的输出端，根据锂电池的数量可以设置过压检测单元、过流检测单元和过温检测单元的输出端口数量，简化了电路设计，适用性强。

(3)采用过压保护、过流保护和过温保护的一体化系统，可以有效解提高锂电池在充放电路中的工作稳定性，同时成本低廉，易大规模推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的多节锂电池保护系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的多节锂电池保护系统的电路原理图；

图3为本发明实施例提供的显示模块的结构框图；

图4为本发明实施例提供的温度采集模块的电路图；

图5为本发明实施例提供的过压检测单元的电路图。

主要元件符号说明：

100-多节锂电池保护系统；110-锂电池；120-温度采集模块；130-控制模块；140-检测模块；150-过温检测单元；160-过压检测单元；170-过流检测单元；180-第一节锂电池；181-第二节锂电池；182-第三节锂电池；183-第一主控芯片；184-第二主控芯片；185-第三主控芯片；193-第一温度采集电路；194-第二温度采集电路；195-第三温度采集电路；196-第一电压检测电路；197-第二电压检测电路；198-第三电压检测电路；200-多节锂电池保护系统；210-通信总线；220-显示模块；230-判断单元；240-调整单元。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参阅图1及图2，本发明提供了一种多节锂电池保护系统100，包括包括n节锂电池110、温度采集模块120、控制模块130和检测模块140，每节锂电池110、每个控制模块130与每个温度采集模块120一一对应连接，所述控制模块130与所述n节锂电池110、所述温度采集模块120连接，所述检测模块140包括n个输入端口的过压检测单元160、n个输入端口的过温检测单元150和n个输入端口的过流检测单元170，所述控制模块130包括n个连接在每节锂电池110两端的主控芯片，每个主控芯片分别与所述过压检测单元160、所述过温检测单元150和所述过流检测单元170对应的输入端口连接，其中，n为大于等于3的整数，每节所述锂电池110串联连接；

所述控制模块130用于对所述锂电池110进行实时信号收集并输出对应的电信号至所述检测模块140，所述检测模块140用于接收所述电信号进行处理，所述实时信号包括所述温度采集模块120用于采集所述锂电池110的实时温度、所述控制模块130收集所述锂电池110的电压信号或电流信号。

本实施例中，锂电池是一种由锂金属或锂合金为正-负极材料，使用非水电解质溶液的电池，锂电池通常有两种外型：圆柱型和方型，电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂(或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等)及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成，电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和ptc元件(部分圆柱式使用)，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。单节锂电池的电压为3.7v(磷酸亚铁锂正极的为3.2v)，电池容量也不可能无限大，常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。温度采集模块可以是温度传感器与每节锂电池连接，用于实时采集锂电池接入到电路中的温度情况，控制模块连接至温度检测模块和锂电池，即控制模块、温度采集模块和锂电池一一对应设置，控制模块为控制芯片如mcu，过压检测单元、过温检测单元和过流检测单元的输入端口数量与接入的锂电池的数量相同，且过压检测单元、过温检测单元和过流检测单元的数量分别为一个，对电路上的每节锂电池进行过压、过温和过流实时检测并提供保护，简化了电路设计，提高了多节锂电池电路的工作稳定性。

需要说明的是，产生过流的原因包括过载电流和短路电流，过载电流是指电气回路因所接用电设备过多或所供设备过载，如所接电动机的机械负载过大等原因而过载。短路电流是指当回路绝缘因种种原因包括过载损坏，电位不相等的导体经阻抗可忽略不计的故障点而导通，短路回路的通路全为金属通路，其短路电流值可达回路导体载流量的几百至几千倍，可产生异常高温或巨大的机械应力从而引起种种灾害。电力系统中电路状态和电磁状态的突然变化是产生过电压的根本原因。过电压分为外过电压和内过电压两大类。研究电力系统中各种过电压的起因，并采取措施加以限制，是确定电力系统绝缘配合的前提。

当n为3时，所述n节锂电池110包括串联连接的第一节锂电池180、第二节锂电池181和第三节锂电池182，所述控制模块130包括并联连接的第一主控芯片183、第二主控芯片184和第三主控芯片185，所述温度采集模块120包括并联连接的第一温度采集电路193、第二温度采集电路194和第三温度采集电路195；

所述第一节锂电池180、所述第一主控芯片183与所述第一温度采集电路193连接，所述第一节锂电池180与所述第一主控芯片183的输入端、所述第一主控芯片183的接地端连接，所述过压检测单元160的第一输入端口与所述第一主控芯片183的第一输出端口连接，所述过温检测单元150的第一输入端口与所述第一主控芯片183的第二输出端口连接，所述过流检测单元170的第一输入端口与所述第一主控芯片183的第三输出端口连接；

所述第二节锂电池181、所述第二主控芯片184与所述第二温度采集电路194连接，所述第二节锂电池181与所述第二主控芯片184的输入端、所述第二主控芯片184的接地端连接，所述过压检测单元160的第二输入端口与所述第二主控芯片184的第一输出端口连接，所述过温检测单元150的第二输入端口与所述第二主控芯片184的第二输出端口连接，所述过流检测单元170的第二输入端口与所述第二主控芯片184的第三输出端口连接；

所述第三节锂电池182、所述第三主控芯片185与所述第三温度采集电路连接，所述第三节锂电池与所述第三主控芯片的输入端、所述第三主控芯片185的输出端连接，所述过压检测单元160的第三输入端口与所述第三主控芯片185的第一输出端口连接、所述过温检测单元150的第三输入端口与所述第三主控芯片185的第二输出端口连接、所述过流检测单元170的第三输入端口与所述第三主控芯片185的第三输出端口连接。

应理解，控制模块是通过对锂电池进行实时信号收集并输出对应的电信号至检测模块，检测模块接收电信号进行处理，该实时信号包括温度采集模块采集锂电池的实时温度，当判断电路上的实时温度超过预设温度时，控制模块收集锂电池的电压或电流信号，通过过温检测单元、过流检测单元和过压检测单元电路中的电压或电流进行保护，例如分压或分流，可以实现锂电池的正常充电或放电过程。

参阅图4，可选地，所述第一温度采集电路193包括第一热电偶、第一电阻r1、第一三极管b1、第一二极管d1和第二电阻r2，所述第一热电偶与所述第一节锂电池k1、所述第一电阻连接，所述第一电阻与所述第一三级管的基极连接，所述第一三极管的集电极与所述第一二极管的阴极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的阳极与所述第二电阻连接；

所述第二温度采集电路194包括第二热电偶、第三电阻r3、第二三极管b2、第二二极管d2和第四电阻r4，所述第二热电偶与所述第二节锂电池、所述第三电阻连接，所述第三电阻与所述第二三级管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的阳极与所述第四电阻连接；

第三温度采集电路195包括第三热电偶、第五电阻r5、第三三极管b3、第三二极管d3和第六电阻r6，所述第三热电偶与所述第三节锂电池、所述第五电阻连接，所述第五电阻与所述第三三级管的基极连接，所述第三三极管的集电极与所述第三二极管的阴极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的阳极与所述第六电阻连接。

本实施例中，热电偶是温度测量表中常用的测量元件，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表转换成被测介质的温度。热电偶与对应的锂电池物理连接，用于实时检测电池温度并输出检测电流。上述各个电阻均为稳压电阻，三极管用于对输出电流进行放大，以提高对每节锂电池检测的精确度。

可选地，参阅图5，所述过压检测单元160包括第一电压检测电路196、第二电压检测电路197和第三电压检测电路198，所述第一电压检测电路196、所述第二电压检测电路197和所述第三电压检测电路198对应连接所述过压检测单元190的每个输入端口；

所述第一电压检测电路196包括第七电阻r7、第一开关管m1、第四二极管d4、第五二极管d5、第四三极管b4和第八电阻r8，所述第七电阻与所述第一开关管的栅极连接，所述第一开关管的源极与所述第四二极管的阳极连接，所述第四二极管的阴极、所述第五二极管的阴极与所述第四三极管的基极连接，所述第四三极管的发射极与所述第五二极管的阳极连接，所述第四三极管的集电极与所述第八电阻连接；

所述第二电压检测电路197包括第九电阻r9、第二开关管m2、第六二极管d6、第七二极管d7、第五三极管b5和第十电阻r10，所述第九电阻与所述第二开关管的栅极连接，所述第二开关管的源极与所述第六二极管的阳极连接，所述第六二极管的阴极、所述第七二极管的阴极与所述第五三极管的基极连接，所述第五三极管的发射极与所述第七二极管的阳极连接，所述第五三极管的集电极与所述第十电阻连接；

所述第三电压检测电路198包括第十一电阻r11、第三开关管m3、第八二极管d8、第九二极管r9、第六三极管b6和第十二电阻r12，所述第十一电阻与所述第三开关管的栅极连接，所述第三开关管的源极与所述第八二极管的阳极连接，所述第八二极管的阴极、所述第九二极管的阴极与所述第六三极管的基极连接，所述第六三极管的发射极与所述第九二极管的阳极连接，所述第六三极管的集电极与所述第十二电阻连接。

本实施例中，第一电压检测电路、第二电压检测电路和第三电压检测电路的电路结构图相同，每个电压检测电路均由两个稳压电阻组成，过压检测电路、过流检测电路和过温检测电路原理均相同。所述第一开关管、所述第二开关管和所述第三开关管为mos管，所述第四三极管、所述第五三极管和所述第六三极管为放大三极管，以实现对电路的过压检测和保护。

可选地，参阅图2、图3，多节锂电池保护系统200还包括：

三条通信总线210，分别与所述过压检测电路、所述过温保护电路和所述过流保护电路连接，用于传输所述实时信号；

显示模块220，与三条所述通信总线连接，用于显示所述实时信号。

在本实施例中，所述显示模块220包括判断模块230和调整模块240，判断模块与通信总线连接，用于判断实时信号是否超过预设阈值并生成检测结果，调整模块与判断单元连接，用于根据检测结果对锂电池所在的电路进行调整。显示模块可以为显示屏，通信总线可以是rs485总线。当判断实时信号超过预设阈值时生成检测结果，调整单元根据检测结果对锂电池所在的电路进行调整，如出现过压、过流需要进行输入电压的调节，或者输出电流的调节。以提高电路的工作稳定性。

本发明提供的一种多节锂电池保护系统，通过将锂电池和温度采集模块、控制模块连接，可以实时对锂电池的温度进行检测，将控制模块分别与过压检测单元、过温检测单元和过流检测单元连接，可以对锂电池或锂电池所在的电路出现异常情况进行有效保护。过压检测单元、过流检测单元和过温检测单元进链接在每个主控芯片的输出端，根据锂电池的数量可以设置过压检测单元、过流检测单元和过温检测单元的输出端口数量，简化了电路设计，适用性强。采用过压保护、过流保护和过温保护的一体化系统，可以有效解提高锂电池在充放电路中的工作稳定性，同时成本低廉，易大规模推广。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。