一种多节锂电池电压检测及保护电路的制作方法

本实用新型涉及电学设计技术领域，具体为一种多节锂电池电压检测及保护电路。

背景技术：

近年来，便携式电子产品的迅猛发展促进了电池技术的更新换代。锂离子电池由于其具有高能量密度、长寿命、低自放电率、无污染等特性，迅速成为市场的主流电池产品。电池出现过充电或过放电状态，会降低电池的安全性能，同时出现电池特性恶化现象，降低锂电池的使用寿命，过充电、过放电或短路状态，都能因电解液分解而导致电池特性恶化，可能使电池起火甚至爆炸，危及主机以及使用者。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种多节锂电池电压检测及保护电路，以解决上述背景技术中提出的某个或某些问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种多节锂电池电压检测及保护电路，包括cpu、单体电池电压转换电路、电源电路、放电电流检测电路和过充电、过放电控制mosfet电路，多路单体电池电压转换电路的输出端与cpu的i/o口连接，电源电路的输出端与所述cpu的输入端连接。

作为优选，所述cpu采用pic16c74单片机，pic16c74单片机的8路模拟输入口共用一个采样/保持器，pic16c74单片机自带8个a/d变换器。

作为优选，a/d变换器的vdd引脚电压为+5v，且a/d变换的精度计算为：1lsb＝5/256＝19.5mv≈20mv。

作为优选，电源电路采用max667电路，电源电路为cpu提供所需5v电压。

作为优选，max667电路包括正常和停止两种模式，正常模式的静态工作电流为15μa，停止模式的静态电流为0.2μa。

作为优选，电压转换电路采用6个运算放大器组成6个减法器。

作为优选，过充电、过放电控制mosfet电路的vdss的电压值大于40v。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本多节锂电池电压检测及保护电路可以满足电池保护的需要，保护功能齐全，能可靠地进行过充电、过放电的保护，确保电池组的安全。以单片机为核心的电池保护电路。由于单片机具有运算功能强大、软件编程灵活等特点，以其为核心的保护电路也由此具备了功能多元化，使用灵活，尤其是其功能的可扩展性的突出优点。

2、本多节锂电池电压检测及保护电路的电池组中任何一只单体电池的充电电压超过允许的最大值时，切断充电回路。电池组中任何一只单体电池的放电电压低于极限电压时，切断放电回路。若电池组的放电电流大于极限值，或负载电路短路时，切断放电回路。当上述不正常状态消除后，应能自动地恢复电池组的正常工作专状态。

附图说明

图1为本实用新型的保护电路原理示意图；

图2为本实用新型采用7节锂电池组的电路原理示意图；

图3为本实用新型减法器的电路示意图；

图4为本实用新型七路a/d实现框图；

图5为本实用新型pic16c74管脚排列示意图；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-5，本实用新型提供以下技术方案：

一种多节锂电池电压检测及保护电路，如图1所示，包括cpu、单体电池电压转换电路、电源电路、放电电流检测电路和过充电、过放电控制mosfet电路，多路单体电池电压转换电路的输出端与cpu的i/o口连接，电源电路的输出端与所述cpu的输入端连接。

进一步的，cpu采用pic16c74单片机，pic16c74单片机的8路模拟输入口共用一个采样/保持器pic16c74单片机自带8个a/d变换器。

具体的，a/d变换器的vdd引脚电压为+5v，且a/d变换的精度计算为：1lsb＝5/256＝19.5mv≈20mv。

值得说明的是，电源电路采用max667电路，电源电路为cpu提供所需5v电压，max667电路包括正常和停止两种模式，正常模式的静态工作电流为15μa，停止模式的静态电流为0.2μa。

值得注意的是，电压转换电路采用6个运算放大器组成6个减法器。

此外，过充电、过放电控制mosfet电路的vdss的电压值大于40v。

下面结合7节单体串联锂电池组队本实用新型的技术方案进行行清楚、完整地描述：

如图2所示，7路单体电池电压经转换电路转换为对地的电压后送入cpu(pic16c74)的i/o口，经过cpu内部的8个a/d器变换后，电压与过压、欠压门限值比较，比较结果再经过故障逻辑判断，如果各单体电池的电压均在过压值以下，欠压门限值以上，输出驱动信号，使过充电、过放电控制mosfet导通，电池组正常充放电。如果任意一个单体电池的电压高于过充电门限值，输出信号使充电控制mosfet关断，电池组停止充电工作。如果任意一个单体电池的电压低于过放电保护门限值，输出信号使放电控制mosfet关断，电池组停止放电工作。过电流时，ptc高阻，切断电路。

7串锂离子电池组设计的保护电路，需对7路电压模拟信号进行采集、处理，并要解决单片机对模拟信号的处理、通道的切换和相对电压的变换等问题，pic16c74单片机是一种低功耗、高性能，价格适中的cmos全静态8位eeprom单片微型处理器，40dip，其中i/o口就有33脚，适于加装较多外围器件和设备，管脚排列如图5所示。pic16c74芯片包含192字节数据存储器(ram)和4kbyte字节程序存储器(rom)容量，33个输出/输入口，3个定时/计数器，3个捕捉/比较/pwm模数和两个串行口，同步串行口可配置成三线spi或二线i2c工作方式，串行口可设置成同步或异步，以及八通道高速a/d变换器部分。软件结构上，采用risc指令结构，具有8级堆栈，多个内部和外部中断位，指令35条，易于编程。与其他单片机(如m8031芯片)相比，pic16c74具有如下几个其他芯片无法比拟的特点：(1)内部带有8个a/d变换通道，仅此一点，在需要进行a/d变换时，就省去了附加的a/d转换外围芯片；(2)软件指令仅35条，利用编程实现；(3)低功耗，高速cmoseprom技术，在5v4mhz时仅耗电小于2ma，在3v32khz时，仅耗电15μa；(4)更为重要的是，该芯片具有休眠功能，即执行sleep工作方式，此方式下，芯片耗电极小(小于1μa)，当需芯片重新工作时，可通过内部或外围中断方式唤醒芯片转入正常工作方式。

保护电路电源由电池组供电，为了能保证cpu正常供电，在电源变换上采用max667，提供cpu所需5v电源。在cpu正常工作状态时，使max667处于正常模式下工作，cpu处于休眠工作方式时，为max667的5脚(shdn端)提供高于1.5v的信号，使max667处于停止模式下。

电压转换可以采用运算放大器构成减法器，见图3，通过模拟电压相减，将电池两端的相对电压转换为对地电压，使检测电路能够判断电池的状态。具体实现上，相对电压转换需要使用6个运放组成6个减法器，因为处于最低电位处的电池其正极对地电位就是它的正负极电压差，无需减法器进行电位转换，基本框图如图4，同时对电位较高的6个锂离子电池进行相对电位转换。直接给出7个电池的正负极电压，实时性较强。

本实施例的多节锂电池电压检测及保护电路在使用时，保护电路上电后，pic16c74先进行初始化，然后对a/d通道进行扫描检测。使用timer0计数器作为时钟，由内部时钟源经过1/16分频后获得，即时钟周期为16μs(pic16c74芯片时钟频率为4mhz，1/4分频后得到内部时钟源，为1mhz)。再由软件设置timer0的计数，250个时钟周期溢出一次，从而达到延时4ms的要求。软件内部再由软件检测的方法，计数25次得到100ms的计时。程序使用此计时作为工作时间间隔，每100ms完成一次通道扫描，检测一个电池的电压，0.7s完成一次全通道扫描。timer0采用溢出中断，a/d转换以及电压工作范围判断都在中断程序内完成。a/d模块设置为8通道模拟输入工作方式，采用查询的方式来判断a/d是否完成，主程序大部分时间处于等待状态，根据a/d取样结果，判断是否过充电或者过放电，并控制mos管的开通和关断。

本实用新型的多节锂电池电压检测及保护电路可以满足电池保护的需要，保护功能齐全，能可靠地进行过充电、过放电的保护，确保电池组的安全。以单片机为核心的电池保护电路。由于单片机具有运算功能强大、软件编程灵活等特点，以其为核心的保护电路也由此具备了功能多元化，使用灵活，尤其是其功能的可扩展性的突出优点，在电池组中任何一只单体电池的充电电压超过允许的最大值时，切断充电回路。电池组中任何一只单体电池的放电电压低于极限电压时，切断放电回路。若电池组的放电电流大于极限值，或负载电路短路时，切断放电回路。当上述不正常状态消除后，应能自动地恢复电池组的正常工作专状态。

此外，在使用单片机上，可以配合其它外围辅助电路实现更多其他的功能。如：扩展按键以及液晶显示屏，实现人机交互，将当前电池电量显示给用户。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应本了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本实用新型的优选例，并不用来限制本实用新型，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。