專利名稱：：一種鋰電池保護(hù)電路及其保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及鋰電池保護(hù)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種應(yīng)用于電動(dòng)自行車上的鋰電池的保護(hù)電路及其保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
：目前，常規(guī)的電動(dòng)自行車鋰電池包僅具有鋰電池保護(hù)功能，少數(shù)鋰電池包支持簡(jiǎn)單的均衡功能，通常這樣的保護(hù)系統(tǒng)稱為鋰電池保護(hù)板，而電池的充電管理則由外部的充電器完成，充電器與電池包的連接比較簡(jiǎn)單，即通過(guò)Pack+和Pack-端子連接。其充電過(guò)程一般是先恒流再恒壓，當(dāng)恒壓過(guò)程電流降低到0.01C左右即認(rèn)為充電完成。對(duì)于電壓過(guò)低的電池包，一般會(huì)先進(jìn)行涓流預(yù)充電，等電池電壓升高至安全電壓后再進(jìn)行常規(guī)充電，電壓反饋僅取自Pack+、Pack-，即電池組總電壓。這種充電管理的缺點(diǎn)在于只對(duì)電池組的端口電壓進(jìn)行反饋，在電池組內(nèi)電芯一致性較好的情況下，這種充電方式可以達(dá)到預(yù)期的效果；而當(dāng)電池的一致性變差時(shí)，某節(jié)電芯的電壓在充電過(guò)程中提前達(dá)到了限壓值，保護(hù)板為了避免鋰電池過(guò)充損壞，會(huì)切斷充電回路，但此時(shí)其他電芯可能還沒(méi)有充滿，導(dǎo)致電池組電壓達(dá)不到充電器設(shè)定值。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明需解決的問(wèn)題是提供一種鋰電池保護(hù)電路及其保護(hù)方法，該電路及方法針對(duì)電池內(nèi)部各電芯分別進(jìn)行監(jiān)控和管理，對(duì)電池各種狀態(tài)提供完善、精確的保護(hù)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的基本技術(shù)方案為提供一種鋰電池保護(hù)電路，設(shè)于鋰電池包內(nèi)部，與組成鋰電池包的各電池電芯兩極均連接，該電路包括前端采集單元，用于采集電池各電芯電壓、溫度參數(shù)并傳輸給下述的MCU主控單元；MCU主控單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和充電管理；充電控制單元，與上述MCU主控單元連接，受控于MCU主控單元發(fā)出的P麗信號(hào)控制外部充電器工作。優(yōu)選的，所述保護(hù)電路進(jìn)一步包括均衡單元，該單元包括與電池電芯數(shù)量相對(duì)應(yīng)、與各電芯分別連接的多個(gè)均衡執(zhí)行電路，各均衡執(zhí)行電路均與前端采集單元連接。上述鋰電池保護(hù)的電路的工作方法即鋰電池保護(hù)方法步驟為(1)由前端采集單元采集電池各電芯電壓參數(shù)；(2)MCU讀取電池各電芯電壓參數(shù)，判斷電池是否處于充電狀態(tài)，是則進(jìn)入充電管理程序；(3)MCU根據(jù)給定的充電電流及讀取的電芯電壓參數(shù)計(jì)算出P麗占空比后輸出P麗控制信號(hào)，通過(guò)充電控制單元控制充電器充電；(4)再由MCU比較每個(gè)電芯電壓值Vx，選出電芯電壓最大值Vmax;(5)由MCU對(duì)Vmax進(jìn)行判斷，如果Vmax大于設(shè)定值，則MCU通過(guò)P麗信號(hào)控制充電器降低充電電流繼續(xù)充電；(6)由MCU判斷充電電流小于設(shè)定值Ic，則停止充電，否則繼續(xù)充電并循環(huán)檢測(cè)。具體的，步驟(2)中電池處于充電狀態(tài)的條件為前端采集單元采集到的電池電流大于設(shè)定值。具體的，步驟(5)中每滿足條件后，充電電流按百分之一遞減。步驟(2)中，如前端采集單元采集到的電池電流小于設(shè)定值，則MCU進(jìn)入低功耗等待狀態(tài)；如前端采集單元采集到的電池電流、電壓、溫度超出設(shè)定范圍，則MCU進(jìn)入故障查詢狀態(tài)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于所述保護(hù)電路集成充電管理功能，且采用集成芯片分別采集電池各電芯參數(shù)，以電池各電芯參數(shù)判斷充電狀態(tài)并對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行控制，有效避免了僅以鋰電池包兩極Pack+、Pack-電壓為參考時(shí)進(jìn)行充電管理弊端；在這種方式下，電壓反饋從之前的整組電壓反饋調(diào)整為單節(jié)電壓反饋，當(dāng)某節(jié)電芯電壓在充電過(guò)程中達(dá)到限幅值時(shí)，MCU即調(diào)整指令降低充電電流避免電池電壓超限，確保了鋰電池的安全，同時(shí)提高了充電效率。圖1為所述保護(hù)電路原理示意圖；圖2為本發(fā)明優(yōu)選電路原理示意圖；圖3為所述保護(hù)方法流程示意圖；圖4為所述充電管理流程示意圖。具體實(shí)施例方式為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖1為所述保護(hù)電路原理示意圖。如圖，所述的鋰電池充電管理電路，包括用于采集電池各電芯電壓、溫度參數(shù)的前端采集單元11，根據(jù)采集到得的電池各電芯電壓、溫度參數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)控制和充電管理的MCU主控單元10，受控于MCU主控單元、接收P麗信號(hào)控制外部充電器工作的充電控制單元12。所述前端采集單元11采用功能強(qiáng)大的集成芯片0Z890，其通過(guò)串口連接MCU，與其進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。所述充電控制單元12采用光耦元件U1、U2，光耦元件輸入端接收MCU信號(hào)，輸出端連接外部充電器。本實(shí)用新型所述電路中設(shè)有兩路隔離P麗輸出，其中一路用于充電電流指令傳輸，另一路預(yù)留。圖中PACK+、PACK-為負(fù)載連接端子，CHGJN接充電器負(fù)極，充電器正極與負(fù)載正極共用一個(gè)端子。另場(chǎng)效應(yīng)管QIO、Q20組成過(guò)充過(guò)放的保護(hù)電路。如2圖是本發(fā)明的優(yōu)選方案電路圖，該方案與圖1所示方案區(qū)別在于增加了均衡單元，該單元包括與電池電芯數(shù)量相對(duì)應(yīng)、與各電芯分別連接的多個(gè)均衡執(zhí)行電路，各均衡執(zhí)行電路均與前端采集單元連接。如圖中列出了一個(gè)均衡電路的示意圖。即每個(gè)均衡電路包括電阻R1、R2、R3及場(chǎng)效應(yīng)管Q1，所述電阻R1、R2分別與電池電芯兩極連接，另一端連接前端采集單元；所述電阻R3、場(chǎng)效應(yīng)管Q1與電池電芯依次串聯(lián)形成回路，場(chǎng)效應(yīng)管Q1柵極連接前端采集單元。該電路對(duì)應(yīng)于各電池電芯，即每個(gè)電池電芯均設(shè)置一個(gè)這樣的均衡電路，而電路控制端連接于芯片0Z890。對(duì)于優(yōu)選方案中增加了均衡單元，因此所述保護(hù)電路還具有均衡功能。4如圖3、4所示，為上述鋰電池保護(hù)電路的工作方法即鋰電池的保護(hù)方法是MCU上電初始化后，讀取0Z890配置參數(shù)及系統(tǒng)參數(shù)后，判斷系統(tǒng)狀態(tài)。如果系統(tǒng)判斷電路處于放電狀態(tài)或空閑狀態(tài)的話，則降低MCU和0Z890的功耗并進(jìn)入循環(huán)等待，此時(shí)MCU可通過(guò)降低晶振頻率進(jìn)而降低運(yùn)行速度以達(dá)到低功耗；如果系統(tǒng)判斷電路處于故障狀態(tài)，則記錄狀態(tài)信息，并對(duì)0Z890進(jìn)行對(duì)應(yīng)故障的相應(yīng)操作。如果系統(tǒng)判斷電路處于充電狀態(tài)后，則執(zhí)行下列步驟(1)由0Z890實(shí)時(shí)采集電池各電芯電壓參數(shù)；(2)MCU讀取電池各電芯電壓參數(shù)，進(jìn)入充電管理程序；(3)MCU根據(jù)給定的充電電流及讀取的電芯電壓參數(shù)計(jì)算出P麗占空比后輸出P麗控制信號(hào)，通過(guò)充電控制單元控制充電器充電；(4)再由MCU比較每個(gè)電芯電壓值Vx，選出電芯電壓最大值Vmax;(5)由MCU對(duì)Vmax進(jìn)行判斷，如果Vmax大于設(shè)定值，則MCU通過(guò)P麗信號(hào)控制充電器降低充電電流繼續(xù)充電；(6)由MCU判斷充電電流小于設(shè)定值Ic，則停止充電，否則繼續(xù)充電并循環(huán)檢測(cè)。所述步驟(1)中電池處于充電狀態(tài)的條件為前端采集單元采集到的電池電流大于設(shè)定值；步驟(5)中每滿足條件后，充電電流按百分之一遞減。上述為本發(fā)明基本方案保護(hù)方法，對(duì)于優(yōu)選方案，在充電管理之前，還設(shè)置有均衡功能，即步驟1前，先根據(jù)采集的數(shù)據(jù)判斷各電池電芯是否有需要均衡的。如有，則通過(guò)均衡單元實(shí)現(xiàn)電芯均衡后再進(jìn)入充電管理；如沒(méi)有，則進(jìn)行充電進(jìn)入充電管理程序。也就是說(shuō)本發(fā)明所述電路中MCU主控單元具有四種工作狀態(tài)，即空閑、充電、放電、故障，四種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換條件及方式參考下表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中，進(jìn)入充電狀態(tài)后的充電管理過(guò)程為本發(fā)明所要保護(hù)的重點(diǎn)所在，本發(fā)明所述電路采用集成芯片0Z890配合MCU對(duì)電池各種狀態(tài)進(jìn)行控制并提供保護(hù)，尤其是充電狀態(tài)。本發(fā)明所述充電管理功能通過(guò)對(duì)電池各電芯電壓數(shù)據(jù)的采集和分析，由鋰電池主控單元MCU根據(jù)電池狀態(tài)確定充電電流，通過(guò)P麗方式將電流指令發(fā)送給充電器，充電器完全按照鋰電池主控單元的要求進(jìn)行輸出。在這種方式下，電壓反饋從之前的整組電池電壓反饋調(diào)整為單節(jié)電芯電壓反饋，當(dāng)某節(jié)電芯電壓在充電過(guò)程中達(dá)到限幅值時(shí)，MCU即調(diào)整指令降低充電電流避免電池電壓超限，但仍繼續(xù)對(duì)電池組進(jìn)行充電，防止其他電池。這種充電管理方式確保了鋰電池的安全，同時(shí)提高了充電效率。需要說(shuō)明的是，上述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，在未脫離本發(fā)明構(gòu)思前提下對(duì)其所做的任何微小變化及等同替換，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。權(quán)利要求鋰電池保護(hù)電路，其特征在于設(shè)于鋰電池包內(nèi)部，與組成鋰電池包的各電池電芯兩極均連接，包括前端采集單元，用于采集電池各電芯電壓、溫度參數(shù)并傳輸給下述的MCU主控單元；MCU主控單元，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和充電管理；充電控制單元，與上述MCU主控單元連接，受控于MCU主控單元發(fā)出的PWM信號(hào)控制外部充電器工作。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步包括均衡單元，該單元包括與電池電芯數(shù)量相對(duì)應(yīng)、與各電芯分別連接的多個(gè)均衡執(zhí)行電路，各均衡執(zhí)行電路均與前端采集單元連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步所述均衡執(zhí)行電路包括電阻R1、R2、R3及場(chǎng)效應(yīng)管Ql，所述電阻R1、R2分別與電池電芯兩極連接，另一端連接前端采集單元；所述電阻R3、場(chǎng)效應(yīng)管Q1與電池電芯依次串聯(lián)形成回路，場(chǎng)效應(yīng)管Q1柵極連接前端采集單元。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池保護(hù)電路，其特征在于所述前端采集單元采用集成芯片0Z890。5.鋰電池保護(hù)方法，步驟為(1)由前端采集單元實(shí)時(shí)采集電池各電芯電壓參數(shù)；(2)MCU讀取電池各電芯電壓參數(shù)，判斷電池是否處于充電狀態(tài)，是則進(jìn)入充電管理程序；(3)MCU根據(jù)給定的充電電流及讀取的電芯電壓參數(shù)計(jì)算出P麗占空比后輸出P麗控制信號(hào)，通過(guò)充電控制單元控制充電器充電；(4)再由MCU比較每個(gè)電芯電壓值Vx，選出電芯電壓最大值Vmax;(5)由MCU對(duì)Vmax進(jìn)行判斷，如果Vmax大于設(shè)定值，則MCU通過(guò)P麗信號(hào)控制充電器降低充電電流繼續(xù)充電；(6)由MCU判斷充電電流小于設(shè)定值Ic，則停止充電，否則繼續(xù)充電并循環(huán)檢測(cè)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池保護(hù)方法，其特征在于步驟(2)中電池處于充電狀態(tài)的條件為前端采集單元采集到的電池電流大于設(shè)定值。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池保護(hù)方法，其特征在于，步驟(5)中每滿足條件后，充電電流按百分之一遞減。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池保護(hù)方法，其特征在于如前端采集單元采集到的電池電流小于設(shè)定值，則MCU進(jìn)入低功耗等待狀態(tài)。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池保護(hù)方法，其特征在于如前端采集單元采集到的電池電流、電壓、溫度超出設(shè)定范圍，則MCU進(jìn)入故障查詢狀態(tài)。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池保護(hù)方法，其特征在于在步驟(1)之前還包括由MCU判斷是否有需要均衡的電芯，有則先對(duì)該電芯進(jìn)行電量均衡的步驟。全文摘要本發(fā)明公開了一種鋰電池保護(hù)電路及其保護(hù)方法。所述保護(hù)電路設(shè)于鋰電池包內(nèi)部，與組成鋰電池包的各電池電芯兩極均連接，包括前端采集單元、MCU主控單元、充電控制單元。所述保護(hù)方法是由前端采集單元實(shí)時(shí)采集電池各電芯電壓參數(shù)傳輸給MCU，MCU根據(jù)給定的充電電流及讀取的數(shù)據(jù)計(jì)算后輸出PWM控制信號(hào)控制充電器充電；MCU適時(shí)降低充電電流充電或停止充電以對(duì)電池進(jìn)行必要的保護(hù)。所述保護(hù)電路及方法采取單節(jié)電芯電壓反饋方式，有效避免了僅以鋰電池包兩極Pack+、Pack-電壓為參考時(shí)進(jìn)行充電管理的弊端；當(dāng)某節(jié)電芯電壓在充電過(guò)程中達(dá)到限幅值時(shí)，MCU即調(diào)整指令降低充電電流避免電池電壓超限，確保了鋰電池的安全，同時(shí)提高了充電效率。文檔編號(hào)H02H7/18GK101795010SQ20091021451公開日2010年8月4日申請(qǐng)日期2009年12月31日優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日發(fā)明者馮大明,劉飛,張維戈,王占國(guó),鄧杰,阮旭松申請(qǐng)人:惠州市億能電子有限公司