一种电池保护装置及系统的制作方法

1.本技术涉及高湿及水下微动力电池领域，具体涉及一种电池保护装置及系统。


背景技术：

2.水下锂电池因为其使用环境的特殊性，在结构上跟普通锂电池有很大的不同，电芯、保护板、外壳基本上是一体结构，难以拆分，后期维护维修困难，维修成本高，损坏即报废，容易造成浪费现象。
3.针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。


技术实现要素：

4.本技术要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供一种电池保护装置及系统，能实现提高电池的稳定性和防水性能。
5.为了实现上述目的，本技术是通过如下的技术方案来实现：
6.一种电池保护装置，其特征在于，包括：
7.表面设置有输入、输出接口的电路板；
8.用于调节电池组的充放电速度的均衡模块，所述均衡模块的第一端与微处理器相连，其第二端与所述电池组相连；
9.用于控制所述电池组放电的第一开关元件，所述第一开关元件的控制端与所述微处理器相连，其输入端与所述电池组的负极相连，其输出端耦接于所述输出接口；
10.用于控制所述电池组充电的第二开关元件，所述第二开关元件的控制端与所述微处理器相连，其输入端与所述输出接口相连，其输出端与所述第一开关元件的输出端相连；
11.用于控制所述均衡模块对所述电池组进行均衡的微处理器。
12.可选地，所述电池组包括至少一个电池单元。
13.可选地，所述均衡模块包括：至少一个均衡单元，第一均衡单元包括：第一电阻、第五开关元件、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容；
14.所述第一电阻的第一端与第一电池单元的正极相连，其第二端与所述微处理器相连；所述第五开关元件的输入端通过所述第二电阻与所述第一电池单元的正极相连，其输出端与所述第一电池单元的负极相连，其控制端通过所述第三电阻与所述微处理器相连；所述第四电阻的第一端与第一电池单元的负极相连，其第二端与所述微处理器相连；所述第一电容的第一端通过所述第一电阻与所述第一电池单元的正极相连，其第二端通过所述第四电阻与所述第一电池单元的负极相连。
15.可选地，相邻所述电池单元共享第3n+1电阻。
16.可选地，所述均衡单元中第n+4开关元件为三极管。
17.可选地，还包括用于获取所述电池组的过充、过放电、过电流电信号的电压检测电路，所述电压检测电路包括：第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第十三电容；
18.所述第二十四电阻的第一端与所述微处理器相连，其第二端通过第二十六电阻与
所述微处理器相连；所述第二十五电阻、所述第十三电容并联于所述第二十四电阻。
19.可选地，还包括温度检测电路，所述温度检测电路包括：第三十五电阻、第三十六电阻、第四十六电阻、第十四电容；
20.所述第四十六电阻的第一端接地，其第二端通过所述第三十五电阻与所述微处理器相连；所述第三十六电阻、所述第十四电容并联于所述第四十六电阻；用于检测所述电池组的温度。
21.可选地，所述第一开关元件为mos管。
22.可选地，所述第二开关元件为mos管。
23.一种电池保护系统，包括外壳，及上述电池保护装置。
24.本技术提供了一种电池保护装置及系统，利用微处理器对电池组进行均衡，利用mos管实现电池组充电或放电，电路简单，损坏可能性低，且防水性能好。
25.为让本技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
26.下面结合附图和具体实施方式来详细说明本技术；
27.图1是本技术一实施例提供的电池保护系统的结构框图；
28.图2是本技术一实施例提供的均衡模块的工作原理图；
29.图3是本技术一实施例提供的电池保护装置的电路结构示意图。
具体实施方式
30.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
31.图1是本技术一实施例提供的电池保护系统的结构框图。请参阅图1，电池保护系统包括：
32.表面设置有输出接口14(未示出输入接口)的电路板10；用于调节电池组13的充放电速度的均衡模块12，均衡模块12的第一端与微处理器11相连，其第二端与电池组13相连；用于控制电池组13放电的第一开关元件q1，第一开关元件q1的控制端与微处理器11相连，其输入端与电池组13的负极相连，其输出端耦接于输出接口14；用于用于控制电池组13充电的第二开关元件q2，第二开关元件q2的控制端与微处理器11相连，其输入端与输出接口相连，其输出端与第一开关元件q1的输出端相连；用于控制均衡模块 12对电池组13进行均衡的微处理器11。
33.图2是本技术一实施例提供的均衡模块的工作原理图。请参阅图2，充电过程中以预均衡开启电压vcbl＝3.7v与传统均衡开启电压vcbh＝4.2v设立开启预均衡与传统均衡开启的分界点，即当单个电芯电压小于或等于3.7v时，微处理器不控制均衡模块对电池组进行均衡；当单个电芯电压大于3.7v且小于或等于4.2v时，微处理器控制均衡模块对电池组进行预均衡；当单个电芯电压大于4.2v时，微处理器控制均衡模块对电池组进行传统均衡。
34.(1)、(2)、(3)、(4)为开启均衡或不开启均衡时电芯的电压原理图：
35.(1)为7串电芯开启预均衡的原理图，1-7为7串电芯的标号，0.065v 为单体电芯的
电压差。当标号为1-7的电芯的电压均大于3.7v且标号为6的电芯压差超过0.065v时，电池组开启预均衡。
36.(2)为7串电芯未能开启预均衡的原理图，同理如(1)，标号为1、3-7 的电芯的电压均大于3.7v且标号为6的电芯压差超过0.065v，但标号为2 的电芯的电压小于3.7v，则不能对电池组开启预均衡。
37.(3)为7串电芯预均衡结束的原理图，同理如(1)，此时标号为1-7的电芯的电压均大于3.7v且电芯压差均不超过0.065v。
38.(4)为7串电芯开启传统均衡的原理图，同理如(1)，标号为1、6、7 的电芯的电压大于4.2v，电池组开启传统均衡。
39.一实施例中，7串电芯的电压均大于3.7v且任一电芯的压差超过0.065v 时开启预均衡；7串电芯中任一电芯的电压大于4.2v时开启传统均衡。
40.图3是本技术一实施例提供的电池保护装置的电路结构示意图。请同时参阅图1与图3，该电路包括第一电池单元b1、第二电池单元b2、第三电池单元b3、第四电池单元b4、第五电池单元b5、第六电池单元b6、第七电池单元b7、第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第十三电阻r13、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十七电阻r17、第十八电阻r18、第十九电阻r19、第二十电阻r20、第二十一电阻r21、第二十二电阻r22、第二十三电阻r23、第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26、第二十七电阻r27、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29、第三十电阻r30、第三十一电阻r31、第三十二电阻r32、第三十三电阻r33、第三十四电阻r34、第三十五电阻r35、第三十六电阻r36、第三十七电阻r37、第三十八电阻r38、第三十九电阻r39、第四十电阻r40、第四十一电阻r41、第四十二电阻r42、第四十三电阻r43、第四十四电阻r44、第四十五电阻r45、第四十六电阻r46、第一电容c1、第二电容c2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容c12、第十三电容c13、第十四电容c14、第十五电容c15、第十六电容c16、第十七电容c17、第十八电容c18、微处理器11的主芯片u1、第一开关元件q1、第二开关元件q2、第三开关元件q3、第四开关元件q4、第五开关元件q5、第六开关元件q6、第七开关元件q7、第八开关元件q8、第九开关元件q9、第十开关元件q10、第十一开关元件q11、第十二开关元件q12、第一保护元件d1、第二保护元件d2、第三保护元件d3、第四保护元件d4、第五保护元件d5、第一保险丝f1、第二保险丝f2。
41.图示13为电池组，由第一电池单元b1、第二电池单元b2、第三电池单元 b3、第四电池单元b4、第五电池单元b5、第六电池单元b6、第七电池单元b7 依序串联而成。
42.图示12为均衡模块，第一电阻r1的第一端与第一电池单元b1的正极相连，其第二端与微处理器11的主芯片u1的第4引脚vc7相连；第五开关元件 q5的输入端通过第二电阻r2与第一电池单元b1的正极相连，其输出端与第一电池单元b1的负极相连，其控制端通过第三电阻r3与微处理器11的主芯片u1的第3引脚vc6相连；第四电阻r4的第一端与第一电池单元b1的负极相连，其第二端与微处理器11的主芯片u1的第3引脚vc6相连；第一电容c1 的第一端通过第一电阻r1与第一电池单元b1的正极相连，其第二端通过第四电阻r4与第一电池单元b1的负极相连。
43.同理可得第六开关元件q6、第七开关元件q7、第八开关元件q8、第九开关元件q9、第十开关元件q10、第十一开关元件q11与对应的电池单元和微处理器11的主芯片u1的连接关系。特别地，相邻电池单元共享第3n+1电阻，对本实施例的电池保护系统有简化电路的贡献。例如，第一均衡单元包括：第一电阻r1、第五开关元件q5、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第一电容c1；第二均衡单元包括：第四电阻r4、第六开关元件q6、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第二电容c2；第一均衡单元与第二均衡单元共用第四电阻r4。
44.一实施例中，第八电容c8的第一端与第二十二电阻r22相连，其第二端与第七电池单元b7的负极相连；第一保护元件d1的输入端与第一电池单元b1 的正极相连，其第二端通过第二十三电阻r23与第九电容c9的第一端相连；第九电容c9的第一端与微处理器11的主芯片u1的第5引脚vdd相连,其第二端接地，第五保护元件d5并联于第九电容c9；第一保险丝f1的第一端与第一电池单元b1的正极相连，其第二端与输出接口相连p+(14)；第十七电容c17 的第一端与第一保险丝f1的第二端相连，其第二端通过第十八电容c18接地，第四保护元件d4的输入端接地，其输出端与输出接口相连p+(14)。
45.一实施例中，该电路包括用于获取所述电池组的过充、过放电、过电流电信号的电压检测电路。电压检测电路包括：第二十四电阻r24、第二十五电阻r25、第二十六电阻r26、第十三电容c13；第二十四电阻r24的第一端与微处理器11的主芯片u1的第20引脚vss相连，其第二端通过第二十六电阻r26与微处理器11的主芯片u1的第10引脚cs相连；第二十五电阻r25、第十三电容c13并联于第二十四电阻r24。第十电容c10的第一端与微处理器11的主芯片u1的第12引脚ct2相连,第十一电容c11的第一端与微处理器11的主芯片u1的第11引脚ct3相连,第十二电容c12的第一端与微处理器11的主芯片u1的第10引脚cs相连,第十电容c10、第十一电容c11、第十二电容c12的第二端均与第二十四电阻r24的第一端相连。
46.一实施例中，该电路包括温度检测电路，用于检测所述电池组的温度。温度检测电路包括：第三十五电阻r35、第三十六电阻r36、第四十六电阻r46、第十四电容c14；第三十五电阻r35的第一端与微处理器11的主芯片 u1的第18引脚vrth相连，其第二端与微处理器11的主芯片u1的第19引脚vth相连，第四十六电阻r46的第一端接地，其第二端与第三十五电阻r35 的第二端相连,第三十六电阻r36、第十四电容c14并联于第四十六电阻r46。
47.一实施例中，第三十电阻r30的第一端与微处理器11的主芯片u1的第 13引脚selc相连，第三十一电阻r31的第一端与微处理器11的主芯片u1 的第14引脚seld相连，第三十二电阻r32的第一端与微处理器11的主芯片 u1的第15引脚self相连，第三十三电阻r33的第一端与微处理器11的主芯片u1的第16引脚sels相连，第三十四电阻r34的第一端与微处理器11 的主芯片u1的第17引脚selt相连，第三十电阻r30、第三十一电阻r31、第三十二电阻r32、第三十三电阻r33、第三十四电阻r34的第二端均接地。
48.一实施例中，该电路包括充放电控制电路，用于控制电池组的充电和放电。充放电控制电路包括：第二十七电阻r27、第二十八电阻r28、第二十九电阻r29、第三十七电阻r37、第三十八电阻r38、第三十九电阻r39、第四十电阻r40、第四十一电阻r41、第四十二电阻r42、第四十三电阻r43、第四十四电阻r44、第四十五电阻r45、第十五电容c15、第十六电容c16、第一开关元件q1、第二开关元件q2、第三开关元件q3、第四开关元件q4、第十二开关元件q12、第二保护元件d2、第三保护元件d3。第一开关元件q1 的控制端通过第四十一电阻r41与第三保护元件d3的输出端相连，其输入端接地，其输出端通过第二十八电阻r28与微
处理器11的主芯片u1的第7引脚vm1相连；第三保护元件d3的输入端通过第二保护元件d2与第二十七电阻r27的第二端相连，第二十七电阻r27的第一端与微处理器11的主芯片 u1的第8引脚co相连；第四十三电阻r43的第一端与第三保护元件d3的输出端相连，其第二端与第一开关元件q1的输入端相连。第二开关元件q2的控制端通过第三十九电阻r39与第二十九电阻r29的第二端相连，第二十九电阻r29的第一端与微处理器11的主芯片u1的第6引脚do相连；其输出端通过第二十八电阻r28与微处理器11的主芯片u1的第7引脚vm1相连，其输入端通过第三十七电阻r37与与第二十九电阻r29的第二端相连。第三开关元件q3的控制端通过第四十二电阻r42与第三保护元件d3的输出端相连，其输入端与第三保护元件d3的输出端相连，其输出端通过第二十八电阻r28 与微处理器11的主芯片u1的第7引脚vm1相连。第四开关元件q4的控制端通过第三十八电阻r38与第二十九电阻r29的第二端相连，其输出端通过第二十八电阻r28与微处理器11的主芯片u1的第7引脚vm1相连，其输入端通过第三十七电阻r37与与第二十九电阻r29的第二端相连。第十二开关元件q12的控制端与第三保护元件d3的输入端相连，其输入端与第三保护元件 d3的输出端相连，其输出端通过第四十四电阻r44与第一开关元件q1的输入端相连；其输入端还与第二十四电阻r24的第二端相连。第十五电容c15 的第一端与第四开关元件q4的输入端相连，其第二端通过第十六电容c16与与第三开关元件q3的输入端相连；第四十五电阻r45的第一端与第三保护元件d3的输入端相连，其第二端与第一开关元件q1的输入端相连；第四十电阻r40的第一端与微处理器11的主芯片u1的第9引脚vm2相连，其第二端接地。
49.一实施例中，第一开关元件q1、第二开关元件q2、第三开关元件q3、第四开关元件q4均为nmos管，其中，第一开关元件q1与第三开关元件q3 并联，用于控制电池组放电；第二开关元件q2与第四开关元件q4并联，用于控制电池组实现电池组的电压为0v进行充电。双mos管提高过电流能力，可提升电池组的工作效率。
50.一实施例中，第一保护元件d1、第二保护元件d2、第三保护元件d3为肖特基二极管。
51.一实施例中，第四保护元件d4为整流二极管，第五保护元件d5为开关二极管。
52.一实施例中，第四十六电阻r46为ntc负温度系数电阻。
53.一实施例中，为了达到更优秀的防水性能，外壳的材料为耐磨损、耐盐碱、防腐蚀的材料，如硬度高的塑料外壳打防水胶，且外壳设计开口面积少，除输入输出接口外壳全方位包裹主控电路板。主控电路板和电池组也做防水处理，方式为胶密封，特别地，外壳和主控电路板和电池组的密封材料须为系统提供散热处理。
54.显然，以上显示和描述了本技术的基本原理和主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，实施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。