專利名稱：一種鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法及其控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法及其控制電路，它適用于基于微處 理器的鋰離子電池保護電路。
背景技術(shù)：
相比其他類型的電池，鋰離子電池具有眾多突出的優(yōu)勢，主要有高能量密度，高電壓， 放電率特性好，無記憶效應(yīng)，無污染等。由于鋰離子電池具有良好的特性，已經(jīng)得到了廣 泛的應(yīng)用。但是，鋰離子電池也有相應(yīng)的弱點，在過充、過放的情況下，容易對電池造成 損壞，在極端情況下，如短路時有發(fā)生爆炸的危險，因此，鋰離子電池必須加以保護。保 護的最主要目的有3個防止過充，過放和短路，另外，還要防止鋰離子電池在工作中， 溫度不能超過一個特定的閾值。(本文中鋰離子電池加上保護電路的整體稱為鋰離子電池， 而把單純的鋰離子電池按業(yè)內(nèi)說法稱為電芯)。
目前己經(jīng)在使用的保護技術(shù)主要有三類 一類是基于專門的保護芯片的組合方案，第 二類是基于模擬開關(guān)電路的方案，第三類是基于通用微處理器的保護電路方案。
基于專門保護芯片的組合方案來源于用于筆記本電腦的鋰離子電池保護方案。該方案 在筆記本電腦應(yīng)用方面已經(jīng)比較成熟，許多公司也推出了較為優(yōu)秀的鋰離子電池管理芯 片，如MITUS畫、Seiko、 Microchip、 Texas Inst濯ents、 Maxim-Dallas、 02Micro等 等。由于筆記本電腦要求的電壓并不高，不超過14.4V，所以使用的鋰離子電池一般最多 使用4組(電芯)串聯(lián)的組合方式，因此單個保護芯片最多只能管理4個電芯；而且筆記 本用鋰離子電池的工作電流也不大， 一般不超過5A。因此該方案難于應(yīng)用于電芯數(shù)量多 的場合。
基于模擬開關(guān)電路的方案是一種低級的實現(xiàn)。這種方案只能應(yīng)用在電流不太大，電壓 不太高的場合，因為模擬電路難以實現(xiàn)精確的控制，而且各方面的保護功能也不完善，如 均衡功能；另外，該方案自耗電也較大。
基于微處理器的方案是第一種方案的擴展，該方案一般采用通用微處理器，如PIC、 瑞薩等S0C芯片。該方案在SoC芯片內(nèi)集成了一個小系統(tǒng)，能夠嵌入特定的目標(biāo)代碼，從 而實現(xiàn)特定的控制功能，因此可以實現(xiàn)管理電芯的各個方面的功能，而且能夠顯著地降低 產(chǎn)品的尺寸和成本。同時，在該方案中，SoC用于管理外圍電路，因此，SoC芯片不需要 直接面對高電壓、大電流，而只需要處理外圍電路傳遞的信號，從而實現(xiàn)靈活高效的控制。 最后，由于SOC的擴展性，使得同一個SOC芯片，可以管理多種電芯組合方式，而不需要重新設(shè)計電路。這些都是該方案的優(yōu)勢。
但是，基于微處理器的方案有一個問題，微處理器在進行保護時，必須處于工作狀態(tài)， 即使在電池未處于工作狀態(tài)時，在這樣的情況下，微處理器功耗較大，消耗電芯的電能， 從而難以滿足鋰電池半電量保存三個月的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，而提供一種功耗 低、延長鋰離子電池自放電周期的基于微處理器的鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法及其 控制電路。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案是該鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法，其 特征在于微處理器與鋰離子電池的充放電電路連接并隨時采樣充放電電流，充放電電路沒 有充放電電流時微處理器保持或者置于休眠模式;充放電電路有充放電電流時微處理器保 持或者自動喚醒進入工作模式。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案還包括一種實現(xiàn)上面所述節(jié)能控制方法的控 制電路，包括過充過放保護電路，其特征在于還設(shè)置有電流電壓轉(zhuǎn)換電路、絕對值電路、 電壓比較器、放大電路、鉗位電路和微處理器，過充過放保護電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路連 接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路與絕對值電路連接，絕對值電路與電壓比較器連接，電壓比較器與 放大電路連接，放大電路通過鉗位電路與微處理器連接。
本發(fā)明所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括第十電阻、第九電阻、第二電容、第一電容、第八 電阻、第四運算放大器，第九電阻一端接地，另一端接入第四運算放大器的反向輸入端； 第十電阻一端與過充過放保護電路連接，另一端接入第四運算放大器的同向輸入端；第二 電容一端接地，另一端與第十電阻連接；第一電容和第八電阻并聯(lián)后跨接在第四運算放大 器的反向輸入端和輸出端之間，第四運算放大器輸出端與絕對值電路連接。
本發(fā)明所述絕對值電路包括第六電阻、第五電阻、第七電阻、第一二極管、第二二極 管和第三運算放大器，第六電阻一端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出連接，另一端接入第三運 算放大器的反向輸入端；第七電阻一端接地，另一端接入第三運算放大器的同向輸入端； 第五電阻跨接在第三運算放大器的同向輸入端與輸出端之間;第一二極管的陽極接在第三 運算放大器的輸出端，第一二極管陰極接電壓比較器；第二二極管的陽極接電流電壓轉(zhuǎn)換 電路輸出端，第二二極管陰極與電壓比較器連接。
本發(fā)明所述電壓比較器包括第三電阻、第四電阻、電源和第二運算放大器，絕對值電 路的輸出端接入第二運算放大器的反向輸入端；第三電阻一端接地，另一端接入第二運算 放大器的同向輸入端;第四電阻一端接入電源，另一端接入第二運算放大^l的同向輸入端，第二運算放大器的輸出端接放大電路。
本發(fā)明所述放大電路包括第一電阻、第二電阻和第一運算放大器，電壓比較器輸出接 第一運算放大器的同向輸入端；第二電阻一端接地，另一端與第一電阻和第一運算放大器 的反向輸入端相接;第一電阻跨接在第一運算放大器的反向輸入端和第一運算放大器的輸 出端之間，第一運算放大器輸出端接鉗位電路、微處理器。
本發(fā)明所述鉗位電路包括箝位二極管，箝位二極管陽極與放大電路、微處理器連接， 箝位二極管陰極與電源連接。
本發(fā)明所述微處理器采用PIC16F887。
本發(fā)明利用微處理器的休眠模式，并構(gòu)造了基于電流的喚醒電路，從而解決了微處理 器需要電壓信號喚醒而難以用于鋰離子電池保護電路的問題。由于微處理器可以休眠，功 耗大大降低，從而延長了鋰離子電池自放電周期。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法的微處理器2與鋰離子電池的充放 電電路連接并隨時采樣充放電電流，充放電電路沒有充放電電流時(充放電電流持續(xù)設(shè)定
時間低于充放電電流閥值下限)微處理器2保持或者置于休眠模式；充放電電路有充放電
電流時(充放電電流持續(xù)設(shè)定時間處于充放電電流閥值范圍內(nèi))微處理器2保持或者自動
喚醒進入工作模式。充放電電流的閥值可根據(jù)實際電池容量、數(shù)量、型號、負(fù)載等情況設(shè)
定。本實施例采用充放電電流持續(xù)1000毫秒低于充放電電流閥值下限時，若微處理器2 處于休眠模式則保持，若微處理器2處于工作模式，則執(zhí)行SLEEP指令，將微處理器2 置于休眠模式；充放電電流持續(xù)1000毫秒處于充放電電流閥值范圍內(nèi)時，若微處理器2 處于工作模式則保持，若微處理器2處于休眠模式，則微處理器2自動喚醒進入工作模式。
本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案還包括一種實現(xiàn)上述所述節(jié)能控制方法的控 制電路，包括過充過放保護電路，其特征在于還設(shè)置有電流電壓轉(zhuǎn)換電路、絕對值電路、 電壓比較器、放大電路、鉗位電路和微處理器2，過充過放保護電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路 連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路與絕對值電路連接，絕對值電路與電壓比較器連接，電壓比較器 與放大電路連接，放大電路通過鉗位電路與微處理器2連接。
本發(fā)明實施例的過充過放保護電路由第一 N型場效應(yīng)管25、第二 N型場效應(yīng)管26、 第一肖特基二極管23、第二肖特基二極管24和電流采樣電阻22組成，第一N型場效應(yīng) 管25為過放保護M0SFET，第二 N型場效應(yīng)管26為過充保護M0SFET，電流采樣電阻22與電芯1負(fù)極連接，電芯1正極接鋰離子電池控制端P2,第二 N型場效應(yīng)管26源極接鋰 離子電池控制端P1，過充過放保護電路為現(xiàn)有技術(shù)。電源VCC通常為+5V，信號地SGND 接電芯1殼體。
本發(fā)明實施例的電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括第十電阻21、第九電阻19、第二電容20、第 一電容17、電阻18、第四運算放大器16，第九電阻19 一端接地，另一端接入第四運算 放大器16的反向輸入端；第十電阻21 —端與過充過放保護電路連接，另一端接入第四運 算放大器16的同向輸入端；第二電容20—端接地，另一端與第十電阻21連接；第一電 容17和第八電阻18并聯(lián)后跨接在第四運算放大器16的反向輸入端和輸出端之間，第四 運算放大器16輸出端與絕對值電路連接。
本發(fā)明實施例的絕對值電路包括第六電阻14、第五電阻ll、第七電阻15、第一二極 管IO、第二二極管13和第三運算放大器12，第六電阻14一端與電流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸 出連接，另一端接入第三運算放大器12的反向輸入端；第七電阻15—端接地，另一端接 入第三運算放大器12的同向輸入端；第五電阻11跨接在第三運算放大器12的同向輸入 端與輸出端之間；第一二極管10的陽極接在第三運算放大器12的輸出端，第一二極管 10陰極接電壓比較器；第二二極管13的陽極接電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端，第二二極管13 陰極與電壓比較器連接。
本發(fā)明實施例的電壓比較器包括第三電阻8、第四電阻9、電源VCC和第二運算放大 器7，絕對值電路的輸出端接入第二運算放大器7的反向輸入端，作為輸入信號；第三電 阻8—端接地，另一端接入第二運算放大器7的同向輸入端；第四電阻9一端接入電源 VCC，另一端接入第二運算放大器7的同向輸入端，第二運算放大器7的輸出端接放大電 路第一二極管10的陰極即絕對值電路的輸出端。而第三電阻8、第四電阻9和電源VCC 的網(wǎng)絡(luò)組成了電壓比較器的參考電壓。
本發(fā)明實施例的放大電路包括第一電阻5、第二電阻6和第一運算放大器4，第二運 算放大器7輸出接第一運算放大器4的同向輸入端；第二電阻6—端接地，另一端與第一 電阻5和第一運算放大器4的反向輸入端相接;第一電阻5跨接在第一運算放大器4的反 向輸入端和第一運算放大器4的輸出端之間，第一運算放大器4輸出端接鉗位電路、微處 理器2。
本發(fā)明實施例的鉗位電路包括箝位二極管3，箝位二極管3正極與放大電路第一運算 放大器4的輸出和微處理器2連接，箝位二極管3負(fù)極與電源VCC連接。最后經(jīng)處理后的 信號接入微處理器2 (PIC16F887)的端口RB5口。
實現(xiàn)方法為在鋰離子電池持續(xù)設(shè)定時間低于充放電電流閥值時，若微處理器2處于休眠模式則保 持，若微處理器2處于工作模式，則執(zhí)行SLEEP指令，將微處理器2置于休眠模式。此時， 主振蕩器停止工作，芯片消耗的電流極低，大約只有幾微安，從而大大降低了微處理器2 的功耗。 一旦鋰離子電池充電或放電后，回路產(chǎn)生電流，持續(xù)設(shè)定時間進入充放電電流閥 值范圍內(nèi)時，微處理器2自動喚醒，執(zhí)行保護功能。微處理器2的休眠喚醒采用PIC16F887 的RB5引腳狀態(tài)變化中斷來實現(xiàn)。觸發(fā)信號來自充放電電路中的電流信號經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換 電路轉(zhuǎn)換后的電壓。當(dāng)鋰離子電池不工作時，回路沒有電流流過，PIC16F887的RB5引腳 輸入為低電平；當(dāng)鋰離子電池由不工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為工作狀態(tài)時，回路產(chǎn)生電流，PIC16F887 的端口RB5引腳輸入由低電平變?yōu)楦唠娖剑l(fā)生引腳狀態(tài)變化中斷，微處理器PIC16F887 被喚醒。電流電壓轉(zhuǎn)換電路中第八電阻18、第九電阻19的選擇要確保鋰離子電池在正常 充電或放電情況下轉(zhuǎn)換后的電壓既要小于電壓比較器的短路參考電壓(第三電阻8、第四 電阻9和電源VCC的網(wǎng)絡(luò)組成)，又要滿足PIC16F887的端口 RB5的高電平輸入要求。為 了解決由于放電和充電過程中的回路電流大小和方向差異而導(dǎo)致的電流采樣后得到的電 壓相對于PIC16F887的RB5輸入引腳的高低電平不一，這里先利用絕對值電路對電流電壓 轉(zhuǎn)換電路得到的采樣電壓取絕對值，從而得到統(tǒng)一的正電壓。為了防止短路時引起電路產(chǎn) 生誤中斷喚醒操作，這里設(shè)計了一個電壓比較器模塊，由于短路時回路電流要高出鋰離子 電池正常工作時回路電路好幾倍，當(dāng)產(chǎn)生短路時，電壓比較器的反向輸入端電壓高于短路 參考電壓，電壓比較器輸出低電平，PIC16F887的端口RB5引腳狀態(tài)不發(fā)生改變，不產(chǎn)生 中斷喚醒；當(dāng)鋰離子電池由不工作狀態(tài)轉(zhuǎn)為正常工作狀態(tài)時，電壓比較器的反向輸入端電 壓低于短路參考電壓，電壓比較器輸出高電平。然后利用運算放大器把經(jīng)電壓比較器輸出 的信號進行放大處理，目的是為了把小電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換得到的小電壓信號提高到 PIC16F887的RB5引腳的高電平要求。為了保護PIC16F887的引腳，在PIC16F887的端口 RB5引腳加入二極管箝位電路。
權(quán)利要求
1、一種鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法，其特征在于微處理器與鋰離子電池的充放電電路連接并隨時采樣充放電電流，充放電電路沒有充放電電流時微處理器保持或者置于休眠模式；充放電電路有充放電電流時微處理器保持或者自動喚醒進入工作模式。
2、 一種實現(xiàn)權(quán)利要求l所述節(jié)能控制方法的控制電路，包括過充過放保護電路，其特征在于還設(shè)置有電流電壓轉(zhuǎn)換電路、絕對值電路、電壓比較器、放大電路、鉗位電路和微處 理器，過充過放保護電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路與絕對值電路連接， 絕對值電路與電壓比較器連接，電壓比較器與放大電路連接，放大電路通過鉗位電路與微處 理器連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述電流電壓轉(zhuǎn)換電路包括第十電阻、 第九電阻、第二電容、第一電容、第八電阻、第四運算放大器，第九電阻一端接地，另一端 接入第四運算放大器的反向輸入端；第十電阻一端與過充過放保護電路連接，另一端接入第 四運算放大器的同向輸入端；第二電容一端接地，另一端與第十電阻連接；第一電容和第八 電阻并聯(lián)后跨接在第四運算放大器的反向輸入端和輸出端之間，第四運算放大器輸出端與絕 對值電路連接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述絕對值電路包括第六電阻、第五 電阻、第七電阻、第一二極管、第二二極管和第三運算放大器，第六電阻一端與電流電壓轉(zhuǎn) 換電路的輸出連接，另一端接入第三運算放大器的反向輸入端；第七電阻一端接地，另一端 接入第三運算放大器的同向輸入端；第五電阻跨接在第三運算放大器的同向輸入端與輸出端 之間；第一二極管的陽極接在第三運算放大器的輸出端，第一二極管陰極接電壓比較器；第 二二極管的陽極接電流電壓轉(zhuǎn)換電路輸出端，第二二極管陰極與電壓比較器連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述電壓比較器包括第三電阻、第四 電阻、電源和第二運算放大器，絕對值電路的輸出端接入第二運算放大器的反向輸入端；第 三電阻一端接地，另一端接入第二運算放大器的同向輸入端；第四電阻一端接入電源，另一 端接入第二運算放大器的同向輸入端，第二運算放大器的輸出端接放大電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述放大電路包括第一電阻、第二電 阻和第一運算放大器，電壓比較器輸出接第一運算放大器的同向輸入端；第二電阻一端接地， 另一端與第一電阻和第一運算放大器的反向輸入端相接；第一電阻跨接在第一運算放大器的反向輸入端和第一運算放大器的輸出端之間，第一運算放大器輸出端接鉗位電路、微處理器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述鉗位電路包括箝位二極管，箝位 二極管陽極與放大電路、微處理器連接，箝位二極管陰極與電源連接。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于所述微處理器采用PIC16F887。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鋰離子電池保護電路節(jié)能控制方法及其控制電路，該節(jié)能控制方法用微處理器采樣充放電電流，充放電電路沒有充放電電流時微處理器保持或者置于休眠模式；充放電電路有充放電電流時微處理器保持或者自動喚醒進入工作模式。該控制電路包括過充過放保護電路，其特征在于還設(shè)置有電流電壓轉(zhuǎn)換電路、絕對值電路、電壓比較器、放大電路、鉗位電路和微處理器，過充過放保護電路與電流電壓轉(zhuǎn)換電路連接，電流電壓轉(zhuǎn)換電路與絕對值電路連接，絕對值電路與電壓比較器連接，電壓比較器與放大電路連接，放大電路通過鉗位電路與微處理器連接。本發(fā)明利用微處理器的休眠模式，構(gòu)造了基于電流的喚醒電路，大幅降低了功耗，從而延長了鋰離子電池自放電周期。
文檔編號H02H7/18GK101420131SQ20081016237
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者劉文昊, 煒 沈 申請人:浙江東冠瑞寶科技有限公司