一种便携式智能电池包的充电保护系统及方法与流程

本发明涉及电池包充电保护技术领域，进一步地说是一种便携式智能电池包充电保护技术的实现方法。

背景技术：

使用诸如手提充电式电转，应急灯和笔记本电脑之类设备的用户注重随时随地使用这些设备的便携性。提供设备便携性关键元件是可重复使用的充电电池。用户希望较长的时间内能持续使用设备，因此不但对电池的容量有较高要求，对电池的安全使用还有更高要求，故本设计方案采用高容量锂电池组，并配备完善的电池组单元充放电控制及电路保护功能，目的是最大可能的保障客户安全使用锂电设备。

锂电池电源管理技术的进步，使得多个锂电池串并联使用成为可能，这样可以提供设备或装置所需的电压及电流，实现想要的功能。同时锂电池电源管理技术不但对电池进行均衡管理，本身还具备一些安全监控功能。

锂电池包在使用过程中，可能存在充电电压不合适，故障电压，反接等极端情况出现；高功率放电或使用环境温度过高时，还会出现电池温度上升等情况，这些都需要考虑到，并做适当的保护措施，保障客户人身安全。

因此，有必要开发一种电池充电保护技术，使其能够在执行电池充电的同时有效地对发生异常充电的情况进行保护，保障客户的生命财产安全。

技术实现要素：

本发明申请提供了便携式智能电池包的充电保护系统及方法，能够在锂电池包充电时，提供安全保护。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：便携式智能电池包的充电保护系统包括：电池包主控单元，负责各种保护输入的数据采集，判断，控制输出；电池包均衡单元及温度采样单元，负责电池电压采样及均衡控制和温度检测；电池电压采样单元，用于单节电池电压采样和多节电池串联总电压检测；电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元；电池包充电受控开关单元。

优选的，电池包主控单元采用但不限于stm32f103微控制器。

优选的，电池包均衡单元采用但不限于oz3710电池管理芯片。

优选的，温度采样单元，利用两个独立的温度采样单元分别对电池温度监控、监控电路板及电池包内部温度，异常温度时，电池包充电受控开关单元关闭，保护电池包。

优选的，两个独立的温度采样单元为ntc1温度采样单元、ntc2温度采样单元，ntc1温度采样单元靠近电池安装，用于监控单节电池温度，ntc1温度采样单元相对应的异常温度报警来自电池包均衡单元的控制，通过iic通讯告知电池包主控单元；ntc2温度采样单元的温度检测数据直接接入电池包主控单元。

优选的，ntc1温度采样单元进行温度采样，是通过一个热电阻接入的采样电路，由oz3710电池管理芯片检测，取得电池温度变化对应的电压值，oz3710电池管理芯片通过iic通讯告知电池包主控单元，电池包主控单元通过程序处理，计算出对应的电池温度实时值，作为温度报警，启动保护动作的依据。

优选的，ntc2温度采样单元，ntc2温度采样单元主要监控电路板及电池包内部温度，ntc2温度采样单元采样的方法也是通过一个热电阻接入的采样电路，ntc2温度采样单元的温度对应的电压输出直接接入电池包主控单元stm32f103微控制器的pbo端口，采集电压数据。

如上所述，ntc1温度采样单元合ntc2温度采样单元形成独立的两道安全保护机制，实时监控电池包的异常温度，观测到异常，立即驱动电池包充电受控开关单元关闭，保护电池包。

优选的，还包括两路电压检测，一路电压检测通过电池电压采样单元检测充电电压，并将数据接入电池包主控单元；另一路电压检测将电池电压采样单元的数据接入电池包均衡单元，电池包均衡单元再将数据通讯传给电池包主控单元，这些电压可以作为均衡依据，也可以作为电压保护参考条件。

优选的，所述电池电压采样单元包括：串联总电压检测单元、单节电池电压采样单元，其中串联总电压检测单元直接接入电池包主控单元，检测充电电压和电池包的总电压，如有异常，由电池包主控单元发出保护控制指令；单节电池电压采样单元由电池包均衡单元负责检测每一节电池的精确电压，并提供电池均衡功能，并将数据通过iic通讯发送给电池包主控单元分析计算，由电池包主控单元采取相应的动作。

优选的，串联总电压检测单元又包括充电电压检测和电池电压检测两部分，充电电压检测充电输入电压，过高过低都将引起充电保护电路动作；电池电压检测反应的是电池总电压，电压达到满电条件，停止充电，电压过低，放电停止。

优选的，电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元从硬件设计上保证充电安全，包括：输入正向整流二极管d1、tvs、压敏电阻、保险丝，正向整流二极管具有单向电压导通功能，防止反接；tvs、压敏电阻从硬件设计上防止浪涌电压及充电过压对电路带来的危害；3a保险丝是充电过流保护。

优选的，电池包充电受控开关单元采用场效应管，该场效应管是一个由电池包主控单元驱动的高功率场效应管，负责导通与关断充电电压的接入。

便携式智能电池包的充电保护方法，包括以下步骤：

(1)充电接入；

(2)电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元工作，保护充电系统；

(3)如检测到电压，判断电压值，如电压过高或过低关闭充电；

(3)如检测到的电压正常，温度采样单元工作，温度异常时关闭充电；

(4)如温度检测值正常，电池电压采样单元监控电池电压，如果电池电压已经充满，结束充电，否则继续充电。

本发明的有益效果：本发明申请的锂电池包充电保护系统及实现方法，采用两个独立的温度检测单元进行温度检测，并通过电池包主控单元、均衡单元的保护，可有效监控锂电池包充电或放电过程中电池温升，防治电池包过热导致的危险；还有充电过压、过流保护、电压反接保护，充电过压保护实施两极保护，第一级输入过压tvs保护，

第二极过压检测单元检测，程序保护可安全且有效地进行电池充电。

附图说明

图1是简要示出根据本发明的多节电池包充电保护结构框图；

图2是简要示出根据本发明的多节电池包充电保护电路组成框图；

图3是示出根据本发明的多节电池包充电保护控制流程图。

附图标记：

110电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元；

120电池包充电受控开关单元；

130电池包主控单元；

140ntc2温度采样单元；

150电池包均衡单元及温度采样单元；

160电池电压采样单元；

310充电电压过压保护单元；330充电电压采样单元；340串联总电压采样单元；350单节电池电压采样单元。

具体实施方式

由图1所示可知，便携式智能电池包的充电保护系统包括：电池包主控电池包主控单元130，负责各种保护输入的数据采集，判断，控制输出；

电池包均衡单元及温度采样单元150，负责电池电压采样及均衡控制和温度检测；

电池电压采样单元160，用于单节电池电压采样和多节电池串联总电压检测；

电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元110；

电池包充电受控开关单元120，电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元110与电池包充电受控开关单元120连接，电池包充电受控开关单元120接受电池包主控电池包主控单元130的指令，导通或者关闭充电电压。

优选的，电池包主控单元130采用stm32f103微控制器。

优选的，电池包均衡单元采用oz3710电池管理芯片。

优选的，温度采样单元，利用两个独立的温度采样单元分别对电池温度监控、监控电路板及电池包内部温度，异常温度时，电池包充电受控开关单元120关闭，保护电池包。

优选的，两个独立的温度采样单元为ntc1温度采样单元、ntc2温度采样单元140，ntc1温度采样单元靠近电池安装，用于监控单节电池温度，ntc1温度采样单元相对应的异常温度报警来自电池包均衡单元的控制，通过iic通讯告知电池包主控单元130；ntc2温度采样单元140的温度检测数据直接接入电池包主控单元130。

优选的，ntc1温度采样单元进行温度采样，是通过一个热电阻接入的采样电路，由oz3710电池管理芯片检测，取得电池温度变化对应的电压值，oz3710电池管理芯片通过iic通讯告知电池包主控单元130，电池包主控单元130通过程序处理，计算出对应的电池温度实时值，作为温度报警，启动保护动作的依据。

优选的，ntc2温度采样单元140，ntc2温度采样单元140主要监控电路板及电池包内部温度，ntc2温度采样单元140的采样方法也是通过一个热电阻接入的采样电路，ntc2温度采样单元140的温度对应的电压输出直接接入电池包主控单元130，图中是进入到stm32f103微控制器的pb0端口，采集电压数据。

如上所述，ntc1温度采样单元合ntc2温度采样单元140形成独立的两道安全保护机制，实时监控电池包的异常温度，观测到异常，立即驱动电池包充电受控开关单元120关闭，保护电池包。

优选的，所述电池电压采样单元160包括：串联总电压检测单元、单节电池电压采样单元350，其中串联总电压检测单元直接接入电池包主控单元130，检测充电电压和电池包的总电压，如有异常，由电池包主控单元130发出保护控制指令；单节电池电压采样单元350由电池包均衡单元负责检测每一节电池的精确电压，并提供电池均衡功能，并将数据通过iic通讯发送给电池包主控单元130分析计算，由电池包主控单元130采取相应的动作。

优选的，串联总电压检测单元又包括充电电压检测和电池电压检测两部分，充电电压检测充电输入电压，过高过低都将引起充电保护电路动作；电池电压检测反应的是电池总电压，电压达到满电条件，停止充电，电压过低，放电停止。

优选的，还包括两路电压检测，一路电压检测通过电池电压采样单元160检测充电电压，并将数据接入电池包主控单元130；另一路电压检测将电池电压采样单元160的数据接入电池包均衡单元，电池包均衡单元再将数据通讯传给电池包主控单元130，这些电压可以作为均衡依据，也可以作为电压保护参考条件。

参考图2，电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元110从硬件设计上保证充电安全，包括：输入正向整流二极管d1、tvs、压敏电阻、保险丝，正向整流二极管具有单向电压导通功能，防止反接；tvs、压敏电阻从硬件设计上防止浪涌电压及充电过压对电路带来的危害；保险丝是充电过流保护。

优选的，电池包充电受控开关单元120采用场效应管，该场效应管是一个由电池包主控单元130驱动的高功率场效应管，负责导通与关断充电电压的接入。

充电电压通过二极管d1进充电电压过压保护电池包主控单元130，再通过过流保护保险丝(3afuse)，再进入电池包充电受控开关单元120，电池包充电受控开关单元120由场效应管和二极管d2等元件构成，接受电池包主控单元130指令控制，由电池包主控单元130(stm32f103)的pa1端口发出通断指令。

参照图2，电池包充电电压采样单元330检测充电电压，数据经由电池包主控单元130的pao端口送入电池包主控单元130；串联总电压采样单元340检测电池总电压，数据经由电池包主控单元130的pa4端口送入电池包主控单元130；单节电池电压采样单元350采集单电池电压，数据经由电池包均衡单元及温度采样单元150，通过iic通讯送达电池包主控单元130，电池包主控单元130接受到这些电压信息后，分析，处理，判断，采取相应保护动作，电压异常，将停止充放电功能。

9.便携式智能电池包的充电保护方法，包括以下步骤：

(1)充电接入；

(2)电池包电压输入、过压、过流、反接保护单元工作，保护充电系统；

(3)如检测到电压，判断电压值，如电压过高或过低关闭充电；

(3)如检测到的电压正常，温度采样单元工作，温度异常时关闭充电；

(4)如温度检测值正常，电池电压采样单元监控电池电压，如果电池电压已经充满，结束充电，否则继续充电。

进一步的，参照图3，充电接入，程序控制开始，s100是充电电压接反保护，如果接反，电池充电不工作，这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，s200是充电电压过高保护，如果电压过高，tvs，压敏元件等动作，保护充电系统，这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，s400是充电电流过流保护，如果充电电流过大，保险丝熔断，保护充电系统，这是一种保护情况。

充电接入，程序控制开始，程序s300运行，检测充电电压，判断充电电压是否正常(s500环节)，如果充电电压过高或者过低，都将开启保护，关闭充电；电压正常，继续往下执行程序(s600环节)。

s600环节为执行程序，检测ntc温度，如果ntc1温度采样单元和ntc2温度采样单元140温度过高或者过低，都将开启保护，关闭充电。ntc1温度采样单元和ntc2温度采样单元140温度都正常，继续往下执行程序(s610环节)。

s610环节为执行程序，检测电池电压，判断电池电压是否正常(s620环节)，如果电池电压已经充满，结束充电。如果没有满电，进入开启充电功能(s630环节)，然后再入(s640环节)检测电池电压，如果没有满电，再进入开启充电功能(s630环节)的循环。如果电池电压已经充满，结束充电。

上述实施例仅例示性说明本发明申请的原理及其功效，而非用于限制本发明申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明请的权利要求所涵盖。