基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，具有要求高精度、保護功能豐富、可全面了解電池信息的多串數(shù)鋰電池的控制保護模塊，尤其適用于電動自行車、電動摩托車、電動汽車的電池保護模塊?；谇岸藥в型ㄐ殴δ苣K的鋰電池保護模塊，包括與微處理器連接存儲器，由微處理器控制的降壓模塊、其特征在于：還包括由微處理器控制的電流采樣芯片、模擬前端芯片、RS232通信模塊和RS485通信模塊，通過模擬前端芯片與鋰電池連接。本實用新型提供了一種高檢測精度、可記錄讀取電池錯誤狀態(tài)、通信功能完備、保護功能豐富、更人性化的全功能型的鋰電保護模塊，以使鋰電池在使用過程當中更安全、可靠。
【專利說明】基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，具有要求高精度、保護功能豐富、可全面了解電池信息的多串數(shù)鋰電池的控制保護模塊，尤其適用于電動自行車、電動摩托車、電動汽車的電池保護模塊。
技術背景
[0002]在國家大力倡導綠色環(huán)保、高效、節(jié)能的大背景下，由于鉛酸電池的一些缺點，如:鉛對環(huán)境的污染、質量大、體積大、能量密度低、循環(huán)壽命短、自放電大等，又由于鋰電池的優(yōu)點，如:無環(huán)境污染、循環(huán)壽命長、能量密度高、無記憶效應、體積小、重量輕、自放電小、安全性能好、電壓高、可快速充放電、工作溫度范圍高，使得國家出臺一系列積極政策，鼓勵扶持鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是新能源汽車的發(fā)展，而用在電動自行車、電動摩托車甚至電動汽車上的鋰電池均需要一塊保護性能穩(wěn)定、功能全面、檢測精度高、可讀取電池狀態(tài)的保護模塊。
[0003]電池由一串串聯(lián)和并聯(lián)電池組成。每個串聯(lián)電池；或者并聯(lián)電池組需要過壓,過度放電和短路保護。可根據(jù)不同的電壓閥值，小于3.5μΑ的睡眠流耗，精確內(nèi)部均衡閥值和短路保護來提供這種保護。使用參數(shù)搜索表來尋找鋰離子保護部件，下載數(shù)據(jù)表和應用注釋，以及訂購樣品或者評估模塊。保護模塊類型如前端等。
[0004]模擬前端(Analog Front End (簡稱AFE))設在輸入端,屬進行模擬信號的處理的電路。模擬前端處理的對象是信號源給出的模擬電視、模擬聲音信號，其主要功能包括以下幾個方面:信號放大；頻率變換；調制、解調；鄰頻處理:最大限度地消除鄰頻干擾，用來完成調制、解調、頻率變換、混合等功能；電平調整與控制:用于各頻道的電平進行調整和控制，使頻道內(nèi)和頻道間的電平波動不超過要求的范圍；混合。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是:提供一種基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，以克服傳統(tǒng)鋰電池保護模塊的不足。
[0006]本實用新型通過下述方案解決所述的技術問題:一種基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，包括與微處理器連接存儲器，由微處理器控制的降壓模塊，還包括由微處理器控制的電流采樣芯片、模擬前端芯片、RS232通信模塊和RS485通信模塊，通過模擬前端芯片與鋰電池連接。本實用新型采用I顆模擬前端芯片AFE、1顆微處理主控MCU、2顆通訊芯片、I顆電流檢測芯片、通過大容量的存儲芯片存儲數(shù)據(jù)，其優(yōu)點在于:檢測精度高、保護功能豐富、通訊功能完備、可記錄電池錯誤報警狀態(tài)、可了解電池的詳細狀態(tài)。
[0007]在上述方案基礎上，所述的微處理器通過發(fā)送TXDl和接收RXDl引腳與RS232通信模塊DINl和DOUTl引腳連接；所述的微處理器通過發(fā)送TXD2和接收RXD2引腳與RS485通信模塊D和R引腳連接，所述的微處理器Pl.3和Pl.4引腳分別與使能輸入端RE和DE引腳連接。[0008]在上述方案基礎上，所述的模擬前端芯片與微處理器之間通信采用2線IIC通信方式，微處理器通過P3.1、P3.0、P2.7和P2.6引腳分別與模擬前端芯片的SCL、SDAI/SDA0、SHDN和ALRM引腳連接。
[0009]在上述方案基礎上，所述的電流檢測芯片采用TI的高精度運算放大器，該運算放大器集成有Iic通信功能，所述的微處理器通過Pl.0,Pl.1和Pl.27 P2.6引腳分別與電流采樣芯片的SCL、SDA和ALERT引腳連接，電流采樣芯片的AO和Al引腳接地，IN+和IN-引腳接采樣電阻構成電流采樣電路。
[0010]本實用新型的優(yōu)越性在于:相比傳統(tǒng)的檢測精度誤差大、保護功能少、無法了解電池狀態(tài)的保護模塊更具競爭力，本實用新型提供了一種高檢測精度、可記錄讀取電池錯誤狀態(tài)、通信功能完備、保護功能豐富、更人性化的全功能型的鋰電保護模塊，以使鋰電池在使用過程當中更安全、可靠?？勺鳛檐囉娩囯姳Ｗo模塊。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本實用新型保護模塊的電路框圖；
[0012]圖2為模擬前端與主控MCU的連接電路圖；
[0013]圖3為電流檢測芯片與主控MCU的連接電路圖；
[0014]圖4為通信部分與主控MCU的連接電路圖；
[0015]圖5為本實用新型電路原理圖；
[0016]圖中標號:
[0017]I—微處理器；
[0018]2-電流采樣芯片；
[0019]3—降壓模塊；
[0020]4——模擬前端芯片；
[0021]5——RS232通信模塊；
[0022]6——RS485通信模塊；
[0023]7——存儲器。
【具體實施方式】
[0024]參閱圖1為本實用新型保護模塊的電路框圖，本實用新型一種基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，包括與微處理器I連接的存儲器7，還包括由微處理器控制的電流采樣芯片2、降壓模塊3、模擬前端芯片4、RS232通信模塊5和RS485通信模塊6，通過模擬前端芯片與鋰電池連接。
[0025]其中，模擬前端芯片4為I片前端檢測芯片AFE ;微處理器I為I片主控MCU ；電流采樣芯片2為I片電流檢測芯片；通信部分為RS232通信模塊5和RS485通信模塊6 二塊
-H-* I I
心/T O
[0026]參閱圖2為模擬前端與主控MCU的連接電路圖，所述的模擬前端芯片與微處理器之間通信采用2線IIC通信方式，所述的微處理器通過P3.1、P3.0、P2.7和P2.6引腳分別與模擬前端芯片的SCL、SDAI/SDAO、SHDN和ALRM引腳連接。前端負責采樣每節(jié)電池的電壓，偵測電池的溫度，將模擬信號轉化為數(shù)字信號，主控MCU負責讀回電壓、溫度所對應的數(shù)字信號。由于模擬前端芯片內(nèi)部集成了 14位的ADC模擬數(shù)字轉換模塊，使得電壓的檢測精度可達到±0.1%，故提升了該方案的檢測精度。前端集成有電池過壓、欠壓、高溫、低溫、電芯不匹配、電芯開路等報警輸出功能，可實時通知主控MCU來處理電池的異常。
[0027]參閱圖3為電流檢測芯片與主控MCU的連接電路圖，所述的電流檢測芯片采用TI的高精度運算放大器，該運算放大器集成有IIC通信功能，微處理器通過Pl.0、Pl.1和Pl.27 P2.6引腳分別與電流采樣芯片的SCL、SDA和ALERT引腳連接，電流采樣芯片的AO和Al引腳接地，IN+和IN-引腳接采樣電阻構成電流采樣電路。具有電流檢測精度非常的高的特性，主控MCU可實時控制電流的檢測并讀取電流的數(shù)據(jù)。該芯片可通過配置設置具有充電或放電短路功能，短路電流可靈活設置。
[0028]參閱圖4為通信部分與主控MCU的連接電路圖，主控MCU通過發(fā)送TXDl和接收RXDl引腳與RS232通信模塊5的DINl和DOUTl引腳連接;主控MCU通過發(fā)送TXD2和接收RXD2引腳與RS485通信模塊6的D和R引腳連接，主控MCU的Pl.3和Pl.4引腳分別與RS485通信模塊6的使能輸入端RE和DE引腳連接。本實用新型集成有RS232和RS485通信功能。RS232通信功能可用來通過外部手段校準前端檢測芯片AFE、電流檢測芯片的精度、可通過PC終端上位機來讀取每節(jié)電池的各項參數(shù)，如每顆電芯的電壓、有無出現(xiàn)電芯不匹配、電池包的溫度、電流的大小以及方向、有無出現(xiàn)各種異常等，以達到了解電池健康狀態(tài)的目的。由于該前端檢測芯片AFE具有級聯(lián)的功能，故RS485通信功能可用來將多個電池模塊組成一個大的電源系統(tǒng)，以用作電動摩托車以及電動汽車的供電模塊，并實時監(jiān)測電池的健康狀況，以達到安全使用的目的。
[0029]參閱圖本實用新型電路原理圖5，本實用新型一種基于前端帶有RS232和RS485通信功能的鋰電池保護模塊。
[0030]本實用新型采用美信公司的模擬前端芯片AFE，采樣檢測精度可達±0.1% ;
[0031 ] 電池保護功能豐富，具有電池過充電、過放電、高溫、低溫、充電過流、放電過流、電芯開路、電芯不匹配、短路等保護功能；
[0032]通訊功能完備，具有RS232、RS485等通訊功能，可了解電池的詳細狀態(tài)，也可通過通信網(wǎng)絡來組成一個大的電池組系統(tǒng)；
[0033]可記錄電池錯誤狀態(tài)，該方案配備一顆大容量存儲芯片，以支持該功能。
【權利要求】
1.基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，包括與微處理器連接存儲器，由微處理器控制的降壓模塊、其特征在于:還包括由微處理器控制的電流采樣芯片、模擬前端芯片、RS232通信模塊和RS485通信模塊，通過模擬前端芯片與鋰電池連接。
2.根據(jù)權利要求1所述基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，其特征在于:所述的微處理器通過發(fā)送TXDl和接收RXDl引腳與RS232通信模塊DINl和DOUTl引腳連接；所述的微處理器通過發(fā)送TXD2和接收RXD2引腳與RS485通信模塊D和R引腳連接，所述的微處理器Pl.3和Pl.4引腳分別與使能輸入端RE和DE引腳連接。
3.根據(jù)權利要求1所述基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，其特征在于:所述的模擬前端芯片與微處理器之間通信采用2線IIC通信方式，所述的微處理器通過P3.1、Ρ3.0、Ρ2.7和Ρ2.6引腳分別與模擬前端芯片的SCL、SDAI/SDAO、SHDN和ALRM引腳連接。
4.根據(jù)權利要求1所述基于前端帶有通信功能模塊的鋰電池保護模塊，其特征在于:所述的電流檢測芯片采用TI的高精度運算放大器，該運算放大器集成有IIC通信功能，微處理器通過Pl.0, Pl.1和Pl.27 P2.6引腳分別與電流采樣芯片的SCL、SDA和ALERT引腳連接，電流采樣芯片的AO和Al引腳接地，IN+和IN-引腳接采樣電阻構成電流采樣電路。
【文檔編號】H02H7/18GK203504155SQ201320648280
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權日:2013年10月21日
【發(fā)明者】楊祖喬, 王衛(wèi)清 申請人:上海長園維安電子線路保護有限公司