基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，具有要求高精度、保护功能丰富、可全面了解电池信息的多串数锂电池的控制保护模块，尤其适用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车的电池保护模块。基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，包括与微处理器连接存储器，由微处理器控制的降压模块、其特征在于：还包括由微处理器控制的电流采样芯片、模拟前端芯片、RS232通信模块和RS485通信模块，通过模拟前端芯片与锂电池连接。本实用新型提供了一种高检测精度、可记录读取电池错误状态、通信功能完备、保护功能丰富、更人性化的全功能型的锂电保护模块，以使锂电池在使用过程当中更安全、可靠。
【专利说明】基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，具有要求高精度、保护功能丰富、可全面了解电池信息的多串数锂电池的控制保护模块，尤其适用于电动自行车、电动摩托车、电动汽车的电池保护模块。
技术背景
[0002]在国家大力倡导绿色环保、高效、节能的大背景下，由于铅酸电池的一些缺点，如:铅对环境的污染、质量大、体积大、能量密度低、循环寿命短、自放电大等，又由于锂电池的优点，如:无环境污染、循环寿命长、能量密度高、无记忆效应、体积小、重量轻、自放电小、安全性能好、电压高、可快速充放电、工作温度范围高，使得国家出台一系列积极政策，鼓励扶持锂电池产业的发展，特别是新能源汽车的发展，而用在电动自行车、电动摩托车甚至电动汽车上的锂电池均需要一块保护性能稳定、功能全面、检测精度高、可读取电池状态的保护模块。
[0003]电池由一串串联和并联电池组成。每个串联电池；或者并联电池组需要过压,过度放电和短路保护。可根据不同的电压阀值，小于3.5μΑ的睡眠流耗，精确内部均衡阀值和短路保护来提供这种保护。使用参数搜索表来寻找锂离子保护部件，下载数据表和应用注释，以及订购样品或者评估模块。保护模块类型如前端等。
[0004]模拟前端(Analog Front End (简称AFE))设在输入端,属进行模拟信号的处理的电路。模拟前端处理的对象是信号源给出的模拟电视、模拟声音信号，其主要功能包括以下几个方面:信号放大；频率变换；调制、解调；邻频处理:最大限度地消除邻频干扰，用来完成调制、解调、频率变换、混合等功能；电平调整与控制:用于各频道的电平进行调整和控制，使频道内和频道间的电平波动不超过要求的范围；混合。
实用新型内容
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是:提供一种基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，以克服传统锂电池保护模块的不足。
[0006]本实用新型通过下述方案解决所述的技术问题:一种基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，包括与微处理器连接存储器，由微处理器控制的降压模块，还包括由微处理器控制的电流采样芯片、模拟前端芯片、RS232通信模块和RS485通信模块，通过模拟前端芯片与锂电池连接。本实用新型采用I颗模拟前端芯片AFE、1颗微处理主控MCU、2颗通讯芯片、I颗电流检测芯片、通过大容量的存储芯片存储数据，其优点在于:检测精度高、保护功能丰富、通讯功能完备、可记录电池错误报警状态、可了解电池的详细状态。
[0007]在上述方案基础上，所述的微处理器通过发送TXDl和接收RXDl引脚与RS232通信模块DINl和DOUTl引脚连接；所述的微处理器通过发送TXD2和接收RXD2引脚与RS485通信模块D和R引脚连接，所述的微处理器Pl.3和Pl.4引脚分别与使能输入端RE和DE引脚连接。[0008]在上述方案基础上，所述的模拟前端芯片与微处理器之间通信采用2线IIC通信方式，微处理器通过P3.1、P3.0、P2.7和P2.6引脚分别与模拟前端芯片的SCL、SDAI/SDA0、SHDN和ALRM引脚连接。
[0009]在上述方案基础上，所述的电流检测芯片采用TI的高精度运算放大器，该运算放大器集成有Iic通信功能，所述的微处理器通过Pl.0,Pl.1和Pl.27 P2.6引脚分别与电流采样芯片的SCL、SDA和ALERT引脚连接，电流采样芯片的AO和Al引脚接地，IN+和IN-引脚接采样电阻构成电流采样电路。
[0010]本实用新型的优越性在于:相比传统的检测精度误差大、保护功能少、无法了解电池状态的保护模块更具竞争力，本实用新型提供了一种高检测精度、可记录读取电池错误状态、通信功能完备、保护功能丰富、更人性化的全功能型的锂电保护模块，以使锂电池在使用过程当中更安全、可靠。可作为车用锂电保护模块。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型保护模块的电路框图；
[0012]图2为模拟前端与主控MCU的连接电路图；
[0013]图3为电流检测芯片与主控MCU的连接电路图；
[0014]图4为通信部分与主控MCU的连接电路图；
[0015]图5为本实用新型电路原理图；
[0016]图中标号:
[0017]I—微处理器；
[0018]2-电流采样芯片；
[0019]3—降压模块；
[0020]4——模拟前端芯片；
[0021]5——RS232通信模块；
[0022]6——RS485通信模块；
[0023]7——存储器。
【具体实施方式】
[0024]参阅图1为本实用新型保护模块的电路框图，本实用新型一种基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，包括与微处理器I连接的存储器7，还包括由微处理器控制的电流采样芯片2、降压模块3、模拟前端芯片4、RS232通信模块5和RS485通信模块6，通过模拟前端芯片与锂电池连接。
[0025]其中，模拟前端芯片4为I片前端检测芯片AFE ;微处理器I为I片主控MCU ；电流采样芯片2为I片电流检测芯片；通信部分为RS232通信模块5和RS485通信模块6 二块
-H-* I I
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[0026]参阅图2为模拟前端与主控MCU的连接电路图，所述的模拟前端芯片与微处理器之间通信采用2线IIC通信方式，所述的微处理器通过P3.1、P3.0、P2.7和P2.6引脚分别与模拟前端芯片的SCL、SDAI/SDAO、SHDN和ALRM引脚连接。前端负责采样每节电池的电压，侦测电池的温度，将模拟信号转化为数字信号，主控MCU负责读回电压、温度所对应的数字信号。由于模拟前端芯片内部集成了 14位的ADC模拟数字转换模块，使得电压的检测精度可达到±0.1%，故提升了该方案的检测精度。前端集成有电池过压、欠压、高温、低温、电芯不匹配、电芯开路等报警输出功能，可实时通知主控MCU来处理电池的异常。
[0027]参阅图3为电流检测芯片与主控MCU的连接电路图，所述的电流检测芯片采用TI的高精度运算放大器，该运算放大器集成有IIC通信功能，微处理器通过Pl.0、Pl.1和Pl.27 P2.6引脚分别与电流采样芯片的SCL、SDA和ALERT引脚连接，电流采样芯片的AO和Al引脚接地，IN+和IN-引脚接采样电阻构成电流采样电路。具有电流检测精度非常的高的特性，主控MCU可实时控制电流的检测并读取电流的数据。该芯片可通过配置设置具有充电或放电短路功能，短路电流可灵活设置。
[0028]参阅图4为通信部分与主控MCU的连接电路图，主控MCU通过发送TXDl和接收RXDl引脚与RS232通信模块5的DINl和DOUTl引脚连接;主控MCU通过发送TXD2和接收RXD2引脚与RS485通信模块6的D和R引脚连接，主控MCU的Pl.3和Pl.4引脚分别与RS485通信模块6的使能输入端RE和DE引脚连接。本实用新型集成有RS232和RS485通信功能。RS232通信功能可用来通过外部手段校准前端检测芯片AFE、电流检测芯片的精度、可通过PC终端上位机来读取每节电池的各项参数，如每颗电芯的电压、有无出现电芯不匹配、电池包的温度、电流的大小以及方向、有无出现各种异常等，以达到了解电池健康状态的目的。由于该前端检测芯片AFE具有级联的功能，故RS485通信功能可用来将多个电池模块组成一个大的电源系统，以用作电动摩托车以及电动汽车的供电模块，并实时监测电池的健康状况，以达到安全使用的目的。
[0029]参阅图本实用新型电路原理图5，本实用新型一种基于前端带有RS232和RS485通信功能的锂电池保护模块。
[0030]本实用新型采用美信公司的模拟前端芯片AFE，采样检测精度可达±0.1% ;
[0031 ] 电池保护功能丰富，具有电池过充电、过放电、高温、低温、充电过流、放电过流、电芯开路、电芯不匹配、短路等保护功能；
[0032]通讯功能完备，具有RS232、RS485等通讯功能，可了解电池的详细状态，也可通过通信网络来组成一个大的电池组系统；
[0033]可记录电池错误状态，该方案配备一颗大容量存储芯片，以支持该功能。
【权利要求】
1.基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，包括与微处理器连接存储器，由微处理器控制的降压模块、其特征在于:还包括由微处理器控制的电流采样芯片、模拟前端芯片、RS232通信模块和RS485通信模块，通过模拟前端芯片与锂电池连接。
2.根据权利要求1所述基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，其特征在于:所述的微处理器通过发送TXDl和接收RXDl引脚与RS232通信模块DINl和DOUTl引脚连接；所述的微处理器通过发送TXD2和接收RXD2引脚与RS485通信模块D和R引脚连接，所述的微处理器Pl.3和Pl.4引脚分别与使能输入端RE和DE引脚连接。
3.根据权利要求1所述基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，其特征在于:所述的模拟前端芯片与微处理器之间通信采用2线IIC通信方式，所述的微处理器通过P3.1、Ρ3.0、Ρ2.7和Ρ2.6引脚分别与模拟前端芯片的SCL、SDAI/SDAO、SHDN和ALRM引脚连接。
4.根据权利要求1所述基于前端带有通信功能模块的锂电池保护模块，其特征在于:所述的电流检测芯片采用TI的高精度运算放大器，该运算放大器集成有IIC通信功能，微处理器通过Pl.0, Pl.1和Pl.27 P2.6引脚分别与电流采样芯片的SCL、SDA和ALERT引脚连接，电流采样芯片的AO和Al引脚接地，IN+和IN-引脚接采样电阻构成电流采样电路。
【文档编号】H02H7/18GK203504155SQ201320648280
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月21日 优先权日:2013年10月21日
【发明者】杨祖乔, 王卫清 申请人:上海长园维安电子线路保护有限公司