一种串锂电池组控制装置及方法与流程

本发明涉及串锂电池组，尤其涉及一种串锂电池组控制装置及方法。

背景技术：

串锂电池组是将多个锂电池进行串联后组成的电池模组，进而满足一定的电压需求。现有技术中，串锂电池组的管理系统功能单一，保护功能兼容性不强，特别是在未充电时，充电口一般存在虚电压，由于这些虚电压的存在，导致串锂电池组在一些特殊的场景中不能满足应用需求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够消除串锂电池组充电接口的虚电压，进而满足多种应用场景的控制装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种串锂电池组控制装置，其包括有充电端正极、充电端负极、mos管q1、放电端正极、放电端负极、上电检测单元、主控单元和串锂电池组，所述充电端正极接入的电信号传输至mos管q1的漏极，所述mos管q1的栅极连接于所述主控单元，所述mos管q1的源极和所述放电端正极均连接于所述串锂电池组的正极，所述串锂电池组负极的电信号可传输至所述充电端负极相连接，所述放电端负极的电信号可传输至所述串锂电池组的负极，所述上电检测单元连接于所述充电端正极与所述主控单元之间，所述上电检测单元用于检测所述充电端正极的上电状态并以电信号的形式反馈至所述主控单元，所述主控单元用于当所述充电端正极连接于高电位时控制所述mos管q1导通，当所述充电端正极未连接于高电位时控制所述mos管q1关断。

优选地，所述上电检测单元包括有二极管d31和光耦u16，所述二极管d31的阳极连接于充电端正极，所述二极管d31阴极的电信号通过限流后传输至所述光耦u16的发光管阳极，所述光耦u16的发光管阴极接地，所述光耦u16的光敏管集电极通过上拉电阻r56连接于高电位，所述光耦u16的光敏管发射极接地，所述光耦u16的光敏管集电极作为所述上电检测单元的输出端而连接于所述主控单元。

优选地，还包括有采样电阻和差分放大器，所述采样电阻串接于所述串锂电池组负极的线路上，所述采样电阻的两端分别连接于所述差分放大器的同相端和反相端，所述差分放大器的输出端连接于所述主控单元，所述主控单元用于对所述采样电阻的电流信号进行检测，并且当所述采样电阻的电流信号达到预设的充电电流阈值时，控制所述mos管q1关断。

优选地，还包括有mos管q2、硬件保护单元和与门，所述串锂电池组的负极连接于所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端与所述充电端负极和mos管q2的漏极相连接，所述硬件保护单元的输入端连接于所述差分放大器的输出端，所述硬件保护单元输出端的电信号传输至所述与门的第一输入端，所述与门的第二输入端连接于所述主控单元，所述与门输出端的电信号传输至所述mos管q2的栅极，当所述串锂电池组处于放电状态时，所述硬件保护单元和所述主控单元分别向所述与门的第一输入端和第二输入端加载高电平信号，所述硬件保护单元用于对所述采样电阻的电流信号进行检测，并且当所述采样电阻的电流信号达到预设的短路电流阈值时，所述硬件保护单元向所述与门的第一输入端输出低电平信号，所述与门随之输出低电平信号并控制所述mos管q2关断。

优选地，还包括有一rs触发器，所述rs触发器的两输入端分别连接于所述主控单元和所述硬件保护单元，所述rs触发器的输出端连接于所述与门的第一输入端。

优选地，所述主控单元连接有电源单元，所述电源单元用于获取所述充电端正极或串锂电池组正极输出的电信号，并转换为可供所述主控单元上电的电源信号。

优选地，还包括有一上电自锁单元，所述上电自锁单元的输入端连接于所述串锂电池组的正极，所述上电自锁单元的输出端连接于所述电源单元，所述上电自锁单元的控制端连接于所述主控单元，所述上电自锁单元包括有触发按键，所述上电自锁单元用于当所述串锂电池组输出上电电压并且所述触发按键闭合时，将所述上电电压加载于所述电源单元的输入端，当所述触发按键复位时，所述主控单元控制所述上电自锁单元锁定在当前状态，直至所述上电自锁单元输入的电压异常断开时，停止向所述电源单元加载上电电压。

一种串锂电池组控制方法，该方法基于串锂电池组控制装置实现，所述串锂电池组控制装置包括有充电端正极、充电端负极、mos管q1、放电端正极、放电端负极、上电检测单元、主控单元和串锂电池组，所述充电端正极接入的电信号传输至mos管q1的漏极所述mos管q1的栅极连接于所述主控单元，所述mos管q1的源极和所述放电端正极均连接于所述串锂电池组的正极，所述串锂电池组负极的电信号可传输至所述充电端负极相连接，所述放电端负极的电信号可传输至所述串锂电池组的负极，所述上电检测单元连接于所述充电端正极与所述主控单元之间，所述方法包括如下步骤：步骤s1，所述上电检测单元检测所述充电端正极的上电状态并以电信号的形式反馈至所述主控单元；步骤s2，所述主控单元根据所述上电检测单元反馈的信号判断所述充电端正极是否连接于高电位，若是，则执行步骤s3，若否，则执行步骤s4；步骤s3，所述主控单元控制所述mos管q1导通；步骤s4，，所述主控单元控制所述mos管q1关断。

优选地，所述串锂电池组控制装置还包括有采样电阻和差分放大器，所述采样电阻串接于所述串锂电池组负极的线路上，所述采样电阻的两端分别连接于所述差分放大器的同相端和反相端，所述差分放大器的输出端连接于所述主控单元，所述方法还包括有：步骤s5，所述主控单元对所述采样电阻的电流信号进行检测，并判断所述采样电阻的电流信号是否达到预设的充电电流阈值，若是，则执行步骤s6，若否，则执行步骤s7；步骤s6，所述主控单元控制所述mos管q1关断；步骤s7，所述主控单元控制所述mos管q1导通。

优选地，所述串锂电池组控制装置还包括有mos管q2、硬件保护单元和与门，所述串锂电池组的负极连接于所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端与所述充电端负极和mos管q2的漏极相连接，所述硬件保护单元的输入端连接于所述差分放大器的输出端，所述硬件保护单元输出端的电信号传输至所述与门的第一输入端，所述与门的第二输入端连接于所述主控单元，所述与门输出端的电信号传输至所述mos管q2的栅极，当所述串锂电池组处于放电状态时，所述方法还包括有：步骤s8，所述硬件保护单元和所述主控单元分别向所述与门的第一输入端和第二输入端加载高电平信号，以控制所述mos管q2导通；步骤s9，所述硬件保护单元对所述采样电阻的电流信号进行检测，并且判断所述采样电阻的电流信号是否达到预设的短路电流阈值，若是，则执行步骤s10，若否，则执行步骤s11；步骤s10，所述硬件保护单元向所述与门的第一输入端输出低电平信号，所述与门随之输出低电平信号并控制所述mos管q2关断；步骤s11，所述硬件保护单元和所述主控单元控制所述mos管q2保持在导通状态。

本发明公开的串锂电池组控制装置中，当所述充电端正极和充电端负极连接于充电器时，所述上电检测单元对该连接状态进行检测，所述主控单元根据所述上电检测单元反馈的信号判断所述充电端正极是否连接于高电位，若连接于高电位，则所述主控单元控制所述mos管q1导通，同时进入充电状态，若未连接于高电位，则所述主控单元控制所述mos管q1关断，此时所述充电端正极处无虚电压存在。相比现有技术而言，本发明能够消除充电接口的虚电压，使得串锂电池组能够应用于多种场景，较好地符合了应用需求。

附图说明

图1为本发明提供的串锂电池组控制装置的电路框图；

图2为本发明提供的上电检测单元的电路原理图；

图3为本发明提供的电源单元的电路原理图；

图4为本发明提供的上电自锁单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种串锂电池组控制装置，结合图1和图2所示，其包括有充电端正极c+、充电端负极c-、mos管q1、放电端正极p+、放电端负极p-、上电检测单元1、主控单元2和串锂电池组3，所述充电端正极c+接人的电信号传输至mos管q1的漏极，所述mos管q1的栅极连接于所述主控单元2，所述mos管q1的源极和所述放电端正极p+均连接于所述串锂电池组3的正极，所述串锂电池组3负极的电信号可传输至所述充电端负极c-相连接，所述放电端负极p-的电信号可传输至所述串锂电池组3的负极，所述上电检测单元1连接于所述充电端正极c+与所述主控单元2之间，所述上电检测单元1用于检测所述充电端正极c+的上电状态并以电信号的形式反馈至所述主控单元2，所述主控单元2用于当所述充电端正极c+连接于高电位时控制所述mos管q1导通，当所述充电端正极c+未连接于高电位时控制所述mos管q1关断。

上述串锂电池组控制装置中，当所述充电端正极c+和充电端负极c-连接于充电器时，所述上电检测单元1对该连接状态进行检测，所述主控单元2根据所述上电检测单元1反馈的信号判断所述充电端正极c+是否连接于高电位，若连接于高电位，则所述主控单元2控制所述mos管q1导通，同时进入充电状态，若未连接于高电位，则所述主控单元2控制所述mos管q1关断，此时所述充电端正极c+处无虚电压存在。相比现有技术而言，本发明能够消除充电接口的虚电压，使得串锂电池组能够应用于多种场景，较好地符合了应用需求。

本实施例中，请参见图2，所述上电检测单元1包括有二极管d31和光耦u16，所述二极管d31的阳极连接于充电端正极c+，所述二极管d31阴极的电信号通过限流后传输至所述光耦u16的发光管阳极，所述光耦u16的发光管阴极接地，所述光耦u16的光敏管集电极通过上拉电阻r56连接于高电位，所述光耦u16的光敏管发射极接地，所述光耦u16的光敏管集电极作为所述上电检测单元1的输出端而连接于所述主控单元2。

上述上电检测单元1中，当充电端正极c+有充电电压时，通过所述二极管d31驱使所述光耦u16的发光管导通，所述光耦u16的光敏管随之导通，进而将所述光耦u16的光敏管集电极电压拉低，所述主控单元2根据所述光耦u16光敏管集电极的电平状态判断所述充电端正极c+和充电端负极c-是否插接于充电器。

请参见图1，本实施例还包括有采样电阻shunt和差分放大器9，所述采样电阻shunt串接于所述串锂电池组3负极的线路上，所述采样电阻shunt的两端分别连接于所述差分放大器9的同相端和反相端，所述差分放大器9的输出端连接于所述主控单元2，所述主控单元2用于对所述采样电阻shunt的电流信号进行检测，并且当所述采样电阻shunt的电流信号达到预设的充电电流阈值时，控制所述mos管q1关断。基于上述电路可实现过充保护。

进一步地，本实施例还包括有mos管q2、硬件保护单元4和与门5，所述串锂电池组3的负极连接于所述采样电阻shunt的第一端，所述采样电阻shunt的第二端与所述充电端负极c-和mos管q2的漏极相连接，所述硬件保护单元4的输入端连接于所述差分放大器9的输出端，所述硬件保护单元4输出端的电信号传输至所述与门5的第一输入端，所述与门5的第二输入端连接于所述主控单元2，所述与门5输出端的电信号传输至所述mos管q2的栅极，当所述串锂电池组3处于放电状态时，所述硬件保护单元4和所述主控单元2分别向所述与门5的第一输入端和第二输入端加载高电平信号，所述硬件保护单元4用于对所述采样电阻shunt的电流信号进行检测，并且当所述采样电阻shunt的电流信号达到预设的短路电流阈值时，所述硬件保护单元4向所述与门5的第一输入端输出低电平信号，所述与门5随之输出低电平信号并控制所述mos管q2关断。在上述硬件保护单元4的作用下，当外部设备发生短路故障时，能够可靠的关断并锁住输出。

本实施例还包括有一rs触发器6，所述rs触发器6的两输入端分别连接于所述主控单元2和所述硬件保护单元4，所述rs触发器6的输出端连接于所述与门5的第一输入端。该rs触发器6可以对其输入信号起到锁存作用。

本实施例中，请参见图1和图3，所述主控单元2连接有电源单元7，所述电源单元7用于获取所述充电端正极c+或串锂电池组3正极输出的电信号，并转换为可供所述主控单元2上电的电源信号。

结合图1和图4所示，本实施例还包括有一上电自锁单元8，所述上电自锁单元8的输入端连接于所述串锂电池组3的正极，所述上电自锁单元8的输出端连接于所述电源单元7，所述上电自锁单元8的控制端连接于所述主控单元2，所述上电自锁单元8包括有触发按键，所述上电自锁单元8用于当所述串锂电池组3输出上电电压并且所述触发按键闭合时，将所述上电电压加载于所述电源单元7的输入端，当所述触发按键复位时，所述主控单元2控制所述上电自锁单元8锁定在当前状态，直至所述上电自锁单元8输入的电压异常断开时，停止向所述电源单元7加载上电电压。

基于上述上电自锁单元8实现了：在输入电压异常断开时，只有再次按下触发按键才能使得所述电源单元7等后续电路上电，从而在输入侧异常上电、掉电时，有效避免了串锂电池组承受电流冲击。

在此基础上，本发明还涉及一种串锂电池组控制方法，结合图1至图4所示，该方法基于串锂电池组控制装置实现，所述串锂电池组控制装置包括有充电端正极c+、充电端负极c-、mos管q1、放电端正极p+、放电端负极p-、上电检测单元1、主控单元2和串锂电池组3，所述充电端正极c+接入的电信号传输至mos管q1的漏极，所述mos管q1的栅极连接于所述主控单元2，所述mos管q1的源极和所述放电端正极p+均连接于所述串锂电池组3的正极，所述串锂电池组3负极的电信号可传输至所述充电端负极c-相连接，所述放电端负极p-的电信号可传输至所述串锂电池组3的负极，所述上电检测单元1连接于所述充电端正极c+与所述主控单元2之间，所述方法包括如下步骤：

步骤s1，所述上电检测单元1检测所述充电端正极c+的上电状态并以电信号的形式反馈至所述主控单元2；

步骤s2，所述主控单元2根据所述上电检测单元1反馈的信号判断所述充电端正极c+是否连接于高电位，若是，则执行步骤s3，若否，则执行步骤s4；

步骤s3，所述主控单元2控制所述mos管q1导通；

步骤s4，，所述主控单元2控制所述mos管q1关断。

上述方法还进一步包括有：

步骤s5，所述主控单元2对所述采样电阻shunt的电流信号进行检测，并判断所述采样电阻shunt的电流信号是否达到预设的充电电流阈值，若是，则执行步骤s6，若否，则执行步骤s7；

步骤s6，所述主控单元2控制所述mos管q1关断；

步骤s7，所述主控单元2控制所述mos管q1导通。

此外，当所述串锂电池组3处于放电状态时，所述方法还包括有：

步骤s8，所述硬件保护单元4和所述主控单元2分别向所述与门5的第一输入端和第二输入端加载高电平信号，以控制所述mos管q2导通；

步骤s9，所述硬件保护单元4对所述采样电阻shunt的电流信号进行检测，并且判断所述采样电阻shunt的电流信号是否达到预设的短路电流阈值，若是，则执行步骤s10，若否，则执行步骤s11；

步骤s10，所述硬件保护单元4向所述与门5的第一输入端输出低电平信号，所述与门5随之输出低电平信号并控制所述mos管q2关断；

步骤s11，所述硬件保护单元4和所述主控单元2控制所述mos管q2保持在导通状态。

本发明公开的串锂电池组控制装置及方法，其相比现有技术而言的有益效果在于，本发明通过电路优化，在移除充电器时实现了充电口正负极无虚电压；同时，本发明对充、放电的过压、过流能够及时有效的保护，当发生故障时，系统自动切断电池组与外部设备的连接；而且，本发明采用专用电池管理芯片，兼容4-12串的电池组，能够提供单体电池的监控与均衡保护；其次，本发明还具有硬件短路保护机制，即增加了硬件短路保护单元，当外部设备发生短路故障时，能够可靠的关断并锁住输出；再次，本发明能够实现按键上电并有自锁电路，再次触发按键可实现延迟断电；此外，当系统关闭时，可通过外部充电器唤醒系统，还可通过外部led指示灯显示管理系统的实时状态，如电量信息、充放电状态、故障状态灯等等；为实现外部通信，外部设备还可通过can、232/485的方式与串锂电池组控制装置进行数据交互，从而满足多种场景的应用需求。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。