专利名称：一种电池控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池控制电路，尤其涉及充电电池的充电和放电管理、保护的控制电路。
背景技术：
由于当前新能源发展的势头，充电电池特别是锂离子电池的应用越来越广泛，特别是电动工具，电动交通工具等都开始大量应用。由于锂离子电池的特殊性，每个电池要使用控制电路来提供充电和放电管理和保护，提高使用的安全性和使用寿命。在一些特殊的应用中由于需要特别低的功耗，来满足电池本身的长期存储能力。以及使用中防止异常保护反复的保护和退出保护带来的可靠性不高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种电池控制电路，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。一种用于电池的控制电路，包括微处理器MCU和电源能耗管理电路，电源能耗管理电路包括二极管、三极管、MOS管、电阻和电容，其特征在于，二极管Dl的阳极和电阻R3的一端与电池的正极B+连接，二极管Dl的阴极连接三极管Q2的发射极，Q2的基极通过电阻R8和MOS管Q4连接到地，电阻R3通过电阻R2连接到MOS管Ql的漏极，Ql的栅极通过电阻Rl上拉到一电源，Ql的源极连接到MCU的控制端口 POWER，Q2的基极与R3的另一端相连，并且Q2的基极通过电阻连接到MCU的充电检测端口 INC，Q2的基极还通过电阻和二极管D2连接到为电池进行充电的充电端CHG-。上述控制电路中Q2的集电极还连接到一稳压电路。上述控制电路还包括负载检测电路。上述控制电路的负载检测电路包括MOS管、稳压管、二极管、电阻和电容，其中，MOS管Q6的源极、稳压管Z2的阴极、二极管D5的阴极、电阻R14的一端以及电容C7的一端均连接到电池的正极B+，M0S管Q6的栅极连接到稳压管Z2的阳极、电阻R15的一端以及电阻R14的另一端，R15的另一端与二极管D5的阳极相连，电容C8的一端与电容C7的另一端相连，电容CS的另一端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阳极连接到负载的一端P-，M0S管Q6的漏极通过电阻R13，与并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，并联连接的电容C6和电阻R17的另一端与电阻R16的一端均连接到地，电阻R16的另一端连接到所述电阻R15的另一端，MOS管Q5的栅极与上述并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，Q5的漏极与负载的一端P-相连，MOS管的源极与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极通过电阻12和电容C5接地。一种用于电池的控制电路，包括负载检测电路，其特征在于，该负载检测电路包括MOS管、稳压管、二极管、电阻和电容，其中，MOS管Q6的源极、稳压管Z2的阴极、二极管D5的阴极、电阻R14的一端以及电容C7的一端均连接到电池的正极B+，MOS管Q6的栅极连接到稳压管Z2的阳极、电阻R15的一端以及电阻R14的另一端，R15的另一端与二极管D5的阳极相连，电容C8的一端与电容C7的另一端相连，电容C8的另一端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阳极连接到负载的一端P-，MOS管Q6的漏极通过电阻R13，与并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，并联连接的电容C6和电阻R17的另一端与电阻R16的一端均连接到地，电阻R16的另一端连接到所述电阻R15的另一端，MOS管Q5的栅极与上述并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，Q5的漏极与负载的一端P-相连，MOS管的源极与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极通过电阻12和电容C5接地。上述控制电路的二极管D3的阴极还通过二极管D4连接到外部开关KEY1。上述控制电路还包括微处理器MCU，对电路进行控制。上述控制电路还包括充放电控制电路(3，4)、温度检测电路(7)、电流检测电路
(5)、短路检测电路(6)以及电池采样缓冲电路(8)。 上述控制电路还包括电压采样电路(2 )，具有采样切换结构，能够使得采样信号去偶消除累积误差和温度误差后再进行采样。
图I是本发明的原理框图
图2是电源供给电路以及负载断开检测电路 图3是充电控制电路 图4是电流检测电路 图5是短路检测电路 图6是温度检测电路 图7是ADC采样缓冲电路 图8是放电控制电路 图9是MCU微控制器电路 图10是电路对外管线端口电路 图11是AD采样切换电路 本发明实施方式
如图11，本发明的整体电路系统包括部分I电源供给电路以及负载断开检测电路，部分2 AD采样切换电路，部分3充电控制电路，部分4放电控制电路，部分5电流检测电路，部分6短路检测电路，部分7温度检测电路，部分8ADC采样缓冲电路，部分9MCU微处理器电路，部分10电路对外管线端口电路。电源供给电路以及负载断开检测电路I主要负责整个系统的工作电源供给，在有必要的时候切断电源降低待机功耗，并检测是否有充电行为，如果有就打开电源，让系统运行，管理充电行为。电路还自动检测负载的切换，当出现保护后只有负载断开后才可以恢复正常，防止多次保护带来的失效风险。AD采样切换电路负责把ADC切换到需要采样的电池两端，可以很好的实现极小的采样误差，没有累积误差满量程的精度分辨率。充电和放电控制电路分别控制电池的充电，防止过冲过放以及短路等。电流检测电路用来检测系统的输出电流，提供判断是否需要保护的条件。短路检测以中断的形式检测并防止电池短路，一旦发现有短路行为，快速的切断电源。温度采集电路主要是测量电池的温度，严格控制电池的放电和充电温度，延长器使用时间。ADC采样缓冲电路用来转换采样信号的阻抗和电位，并且抵消累积误差。MCU是整个系统的核心，所有的行为都经过MCU中程序的控制。首先所述的电源电路如图1，由Rl Ql R2 R3 Dl Q2组成一个电源能耗管理电路，提供电源的开关切换，动态管理电源。其中Dl的阳极连接电池的正B+，Dl的阴极连接Q2的发射极，Q2的基极和B+之间连接电阻R3，同时Q2的基极通过电阻R2连接到Ql的漏极，Ql的删极连接到电源+5V，Q1的源极连接到MCU的控制IO POWER控制端。Q2的基极同时连接电阻R4、电阻R8。电阻R4另一端连接电阻R5电阻R7 ，电阻R7通过二极管连接到充电端口的负端。电阻R5的另一端连接到MCU的充电检测端口 INC，INC和电路地之间连接电阻R6。电阻R8另一端连接到Q4的漏极，Q4的源极接地，Q4的栅极和地之间连接电阻R11、电容C5。Q4栅极通过电阻R12和二极管D3、二极管D4的阴极相连接。二极管D4的阳极连接外部开关KEYl。二极管D3连接Q5的源极，Q5的漏极连接负载的一端P_，P-和B+之间连接二极管D5和C7、C8的串联。P-和地之间连接电阻R16，Q5栅极和地之间连接电阻R17、电容C6，Q5栅极同时通过电阻R13连接到Q6的漏极，Q6的源极连接到B+，Q6的源 极和栅极之间连接稳压二极管Z2电阻R14，同时Q6栅极通过电阻R15连接到负载一侧P-。Q6、Z2、R14和R15实现负载开路的检测，Q5控制电源的启动触发。触发信号经过D3、R12、Q4后触发Q2打开电源。Q2的电流通过集电极输出，先经过由电阻R9电阻RlO三极管Q3稳压二极管Zl和电容Cl的简单稳压电路后送到U2的2脚，U2的I脚接地，2脚通过电容C2接地，3脚通过电容C3、电容C4接地，U2的3脚输出一个稳定的+5V给系统使用。所述的充电控制电路如图2，U2的2脚PULL连接到三极管Q7的发射极和电容C15、电阻R41的各一端，电容C15和三极管Q8的漏极连接到电流检测端0CN，三极管Q7的基极连接到电阻R41、电阻R40的各一端，电阻R40的另一端连接MOS管Q9，Q9源极连接0CN，栅极和源极之间连接电阻R38，同时Q9栅极通过电阻R37连接到MCU的充电控制端口 CHARG。Q7的集电极连接到三极管Q8的4脚，三极管的1、2、3脚并联，并且和4脚之间连接稳压二极管Z6和电阻R39，同时Q8的I 2 3脚通过二极管D6连接到充电器的负输入CHG-。所述的电流检测电路如图3，其由电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R34、电阻R35、电阻R36，稳压二极管Z5、电容C14以及IC Ul组成。其中电阻R32连接在Ul的9脚和地之间，U19脚和8脚之间连接电阻R33，Ul的10脚通过电阻R35上拉到电源+5V,同时通过电阻R34连接到电阻R30、电阻R31的一端以及电流采样端0CN，电阻R30、电阻R31的另一端连接到地。IC的8脚通过电阻R36连接到MCU的电流ADC采样端口 AD_I，ADC采样端口 AD_I和地之间连接稳压二极管Z5、电容C14。经过电阻R30和电阻R31的电流被Ul放大后在Ul的8脚输出，经过电阻R36后送到MCU的电流采样端口 AD_I。所述的短路检测电路附图4由电阻R28电容C13组成，OCN端电压经过R28和C13组成的积分电路后送到MCU的内部比较器正输入端口 CMP，当电压幅值超过比较值将触发中断，快速的关闭放电MOS管。所述的温度检测电路如图5由电阻R29电容C12，热敏电阻RTO组成。电阻一端连接+5V电源，一端连接MCU的温度AD采样输入TEMP，同时连接Cl2 —端和RTO的一端，Cl2和RTO的另一端连接到公共地。所述的AD采样缓冲电路如图6。主要由电阻R24 R25 R26 R27 R19 R20 R18 R21R22以及电容C9电容Cll ClO运放Ul的第一和第二部分组成。电池采样端分成ADINlADIN2两个端口，ADINl通过电阻连接到Ul的3脚，同时Ul的3脚通过电阻R25连接到地，对ADINl的信号形成一个分压。ADIN2通过电阻R23连接到Ul的2脚，同时Ul的2脚通过电阻R26连接到Ul的I脚形成一个放大比例，放大的信号经过电阻R27送到MCU的电池采样ADEVEN，同时ADEVEN通过二极管Z3和电容C9连接到地。信号ADIN2通过电阻R19连接到Ul的5脚，同时Ul的5脚通过电阻R20连接到地形成信号分压，信号ADINl通过电阻R18连接到Ul的6脚，同时Ul的6脚通过电阻R21连接到Ul的7脚，同时Ul的7脚通过电阻R22连接到MCU的电池采样端ADODD，同时ADODD通过二极管TA和电容Cl I连接到地。所述的放电控制电路如图7，由电阻R46、R47、电阻R48、电阻R49、电阻R50，电阻R61以及电容C18、电容C19、MOS管Q10、三极管Q11、三极管Q12、M0S管Q13、MOS管Q14组成。开关信号MCU的DISCH通过电阻R46连接到MOS管QlO的栅极，同时栅极通过电阻 R47连接到驱动电源I3ULL,驱动电源I3ULL对地之间连接电容C18。QlO的源极连接地，漏极连接三极管Qll三极管Q12的基极，同时还通过电阻R48连接到驱动电源PULL。三极管Qll的发射极通过电阻连接到MOS管Q13 MOS管Q14的栅极，三极管Q12的发射极通过电阻R50连接到MOS管Q13 MOS管Q14的栅极，MOS管Q13 MOS管Q14的栅极同时通过电阻R61电容C19连接到地。MOS管Q13 MOS管Q14的源极连接电流检测端口 OCN，OCN通过电流采样电阻连接到电池负GND，MOS管Q13 MOS管Q14的漏极连接到电池输出P-。当DISCH为高电平时MOS管Q13 MOS管Q14同时关闭切断电流，否则打开输出电流。所述的MCU电路如图8。电路由控制MCU ICl,电容C16，电阻R42电阻R43电阻R44电阻R45电容C17组成。电容C17连接到MCU电源+5V和地之间。电容C16连接在MCU4脚和电源正之间，同时MCU4脚通过电阻R42连接到地，形成一个复位电路。MCU电源和地通过电阻R43电阻R44分压后连接到MCU的42脚即MCU的比较器负输入端口。MCU的14，15脚，17脚到24脚为电池电压采样切换控制端口 I到10通道。MCU25脚是放电控制端口 DISCH。MCU26脚是充电端口 CHARG，MCU30脚是电池采样端口 ADEVEN，MCU的31脚是电池电压采样端口 ADODD。MCU的32脚是电流采样端口 AD_I，MCU的33脚是温度采样端口TEMP。MCU的34脚是I号电池采样端口 ADCO，MCU的42脚是比较器负输入，MCU的43脚是比较器正输入CMP。MCU的44脚是外部充电检测SHIFT。MCU的4脚是RST复位。MCU的5脚是串口 RXD，MCU的6脚是充电工作INC检测。MCU的8脚是电源控制管理P0WER，MCU的9脚连接外部开关INK，MCUlO脚MCUll脚MCU12脚MCU13脚分别连接指示灯LEDl LED2LED3 LED4。
所述的连接端口如图 9，分为 B+、KEY2、KEYl、LEDl、LED2、LED3、LED4、VCC P-、CHG-,ID,元件有电阻R51、电阻R52、电阻53、电阻R54、电阻R55、电阻R56、电阻R57、电阻R58、电阻59、电容C20，KEY2通过电阻R51连接到B+，KEYl通过电阻R52连接到INK然后INK再通过电阻R53连接到地。端口 LEDl LED2 LED3 LED4分别通过电阻R54电阻R55电阻R56电阻R57连接到MCU的LEDl LED2 LED3 LED4。端口 VCC连接点+5V。端口 CHG-连接到MCUCHG-。端口 ID通过电阻R58连接到SHIFT，同时SHIFT通过电阻R59电容C20连接到地。所述的采样切换电路如图10。分为10组。每组有电阻5个，三极管一个MOS管一个二极管一个，端口分别由BlP到B9P，B+置最后一个电池，这里以十串为例子也就是BPlO输入，输出为ADC0、ADIN1、ADIN2、以及控制端BENl到BEN10.除第一组电池直接由ADCO直接采样外，其他的组都由BENx控制打开电路，然后把BxP分别送到ADINl和ADIN2，然后MCU通过采样ADEVEN、ADODD来取得结果.第一组电池的采样电路信号BIP由电阻RCl送到三极管QAl发射极，同时QAl发射极通过电容CPl连接到地.BlP还通过电阻RPl连接到QAl的基极，QAl的基极通过电阻连接到MOS管MAl的漏极，MAl源极连接到地，MAI的删极通过电阻REl连接到MCU的BEN1，同时MAl删极通过电阻RTl连接到地.三极管QAl的集电极输出连接ADCO并通过二极管DAl连接到ADIN1.
第二路采集切换电路由B2P通过电阻RC2连接到三极管QA2，同时B2P通过电阻RP2连接到QA2基极.QA2基极通过电阻RF2连接到MOS管MA2的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE2连接到MCU的BEN2，同时栅极通过电阻RT2连接到地.三极管QA2的发射极通过电容CP2连接到三极管QAl的发射极，三极管集电极通过二极管DA2连接到ADIN2.
第三路采集切换电路由B3P通过电阻RC3连接到三极管QA3，同时B3P通过电阻RP3连接到QA3基极.QA3基极通过电阻RF3连接到MOS管MA3的漏极，MOS管的源极接地，栅极 通过电阻RE3连接到MCU的BEN3，同时栅极通过电阻RT3连接到地.三极管QA3的发射极通过电容CP3连接到三极管QA2的发射极，三极管集电极通过二极管DA3连接到ADIN1.
第四路采集切换电路由B4P通过电阻RC4连接到三极管QA4，同时B4P通过电阻RP4连接到QA4基极.QA4基极通过电阻RF4连接到MOS管MA4的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE4连接到MCU的BEN4，同时栅极通过电阻RT4连接到地.三极管QA4的发射极通过电容CP4连接到三极管QA3的发射极，三极管集电极通过二极管DA4连接到ADIN2.
第5路采集切换电路由B5P通过电阻RC5连接到三极管QA5，同时B5P通过电阻RP5连接到QA5基极.QA5基极通过电阻RF5连接到MOS管MA5的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE5连接到MCU的BEN5，同时栅极通过电阻RT5连接到地.三极管QA5的发射极通过电容CP5连接到三极管QA4的发射极，三极管集电极通过二极管DA5连接到ADIN1.
第6路采集切换电路由B6P通过电阻RC6连接到三极管QA6，同时B6P通过电阻RP6连接到QA6基极.QA6基极通过电阻RF6连接到MOS管MA6的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE6连接到MCU的BEN6，同时栅极通过电阻RT6连接到地.三极管QA6的发射极通过电容CP6连接到三极管QA5的发射极，三极管集电极通过二极管DA6连接到ADIN2.
第7路采集切换电路由B7P通过电阻RC7连接到三极管QA7，同时B7P通过电阻RP7连接到QA7基极.QA7基极通过电阻RF7连接到MOS管MA7的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE7连接到MCU的BEN7，同时栅极通过电阻RT7连接到地.三极管QA7的发射极通过电容CP7连接到三极管QA6的发射极，三极管集电极通过二极管DA7连接到ADIN1.
第8路采集切换电路由B8P通过电阻RC8连接到三极管QA8，同时B8P通过电阻RP8连接到QA8基极.QA8基极通过电阻RF8连接到MOS管MA8的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE8连接到MCU的BEN8，同时栅极通过电阻RT8连接到地.三极管QA8的发射极通过电容CP8连接到三极管QA7的发射极，三极管集电极通过二极管DA8连接到ADIN2.
第9路采集切换电路由B9P通过电阻RC9连接到三极管QA9，同时B9P通过电阻RP9连接到QA9基极.QA9基极通过电阻RF9连接到MOS管MA9的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RE9连接到MCU的BEN9，同时栅极通过电阻RT9连接到地.三极管QA9的发射极通过电容CP9连接到三极管QA8的发射极，三极管集电极通过二极管DA9连接到ADIN1.第10路采集切换电路由B+ (如果是10节电池，就是指B10P)通过电阻RClO连接到三极管QA10，同时BlOP通过电阻RPlO连接到QAlO基极.QAlO基极通过电阻RFlO连接到MOS管MAlO的漏极，MOS管的源极接地，栅极通过电阻RElO连接到MCU 的BEN10，同时栅极通过电阻RTlO连接到地.三极管QAlO的发射极通过电容CPlO连接到三极管QA9的发射极，三极管集电极通过二极管DAlO连接到ADIN2.
本发明中的MCU可以使用但不限于MSP430F248。
权利要求
1.一种用于电池的控制电路，包括微处理器MCU和电源能耗管理电路，电源能耗管理电路包括二极管、三极管、MOS管、电阻和电容，其特征在于，二极管Dl的阳极和电阻R3的一端与电池的正极B+连接，二极管Dl的阴极连接三极管Q2的发射极，Q2的基极通过电阻R8和MOS管Q4连接到地，电阻R3通过电阻R2连接到MOS管Ql的漏极，Ql的栅极通过电阻Rl上拉到一电源，Ql的源极连接到MCU的控制端口 POWER，Q2的基极与R3的另一端相连，并且Q2的基极通过电阻连接到MCU的充电检测端口 INC，Q2的基极还通过电阻和二极管D2连接到为电池进行充电的充电端CHG-。
2.如权利要求I所述的控制电路，其特征在于，其中Q2的集电极还连接到一稳压电路。
3.如权利要求I或2所述的控制电路，其特征在于还包括负载检测电路。
4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，该负载检测电路包括MOS管、稳压管、二极管、电阻和电容，其中，MOS管Q6的源极、稳压管Z2的阴极、二极管D5的阴极、电阻R14的一端以及电容C7的一端均连接到电池的正极B+，MOS管Q6的栅极连接到稳压管Z2的阳极、电阻R15的一端与电阻R14的另一端相连,R15的另一端与二极管D5的阳极相连，电容C8的一端与电容C7的另一端相连，电容C8的另一端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阳极连接到负载的一端P_，M0S管Q6的漏极通过电阻R13，与并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，并联连接的电容C6和电阻R17的另一端与电阻R16的一端均连接到地，电阻R16的另一端连接到所述电阻R15的另一端，MOS管Q5的栅极与上述并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，Q5的漏极与负载的一端P-相连，MOS管Q5的源极与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极通过电阻R12和电容C5接地。
5.一种用于电池的控制电路，包括负载检测电路，其特征在于，该负载检测电路包括MOS管、稳压管、二极管、电阻和电容，其中，MOS管Q6的源极、稳压管Z2的阴极、二极管D5的阴极、电阻R14的一端以及电容C7的一端均连接到电池的正极B+，MOS管Q6的栅极连接到稳压管Z2的阳极、电阻R15的一端与电阻R14的另一端相连，R15的另一端与二极管D5的阳极相连，电容C8的一端与电容C7的另一端相连，电容C8的另一端与二极管D5的阳极相连，二极管D5的阳极连接到负载的一端P-，MOS管Q6的漏极通过电阻R13，与并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，并联连接的电容C6和电阻R17的另一端与电阻R16的一端均连接到地，电阻R16的另一端连接到所述电阻R15的另一端，MOS管Q5的栅极与上述并联连接的电容C6和电阻R17的一端相连，Q5的漏极与负载的一端P-相连，MOS管Q5的源极与二极管D3的阳极相连，二极管D3的阴极通过电阻R12和电容C5接地。
6.如权利要求4或5所述的控制电路，其特征在于，其中二极管D3的阴极还通过二极管D4连接到外部开关KEYl。
7.如权利要求4或5所述的控制电路，其特征在于，该控制电路还包括微处理器MCU，对电路进行控制。
8.如权利要求4或5所述的控制电路，其特征在于，还包括充放电控制电路(3，4)、温度检测电路(7)、电流检测电路(5)、短路检测电路(6)以及电池采样缓冲电路(8)。
9.如权利要求I或5所述的控制电路，其特征在于，还包括电压采样电路(2)，具有采样切换结构，能够使得采样信号去偶消除累积误差和温度误差后再进行采样。
全文摘要
本发明提供了一种电池控制电路，使用微处理器MCU对电路进行控制，利用电源电路进行能耗管理，利用负载检测电路进行负载开路检测，能够在负载不断开的情况下锁定保护状态，负载断开后自动恢复。本发明的电池控制电路工作能耗低，能够满足电池的长期存储要求，并且解决了使用中异常保护、反复保护和退出保护带来的可靠性不高的问题。
文档编号H02J7/00GK102801185SQ201110137128
公开日2012年11月28日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者韩竞科, 黄斌, 蒋闯 申请人:韩竞科