一种多节锂电池电压采集装置

技术领域

本发明属于锂电池技术领域，具体涉及一种多节锂电池电压采集装置。

背景技术

随着锂离子电池应用的日益广泛，锂离子电池越来越多地应用于动力电池系统，如电动车、电动工具等；动力类电池包拥有更高的电压要求，因此需要采用多节电池串联使用；同时为了实现安全使用，需要在多节锂电池中监测每节电芯的电压数据，使整个BMS系统能有效管理保护电路，并保证锂电池的正常使用寿命与性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多节锂电池电压采集装置，该电路有利于监测多节锂电池中每节电芯的电压，提高电池使用的安全性。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多节锂电池电压采集装置，包括组合电芯、最低节电压采集电路、高节电压采集电路、单片机、检流电路和MOSFET控制电路，所述组合电芯由多颗锂电芯串联组成，电芯串联后，最低节电芯与最低节电压采集电路连接，高节电芯与高节电压采集电路连接，所述最低节电压采集电路、高节电压采集电路的输出端分别与单片机的电压AD采样接口连接，所述检流电路的输入端与组合电芯连接，输出端与单片机的电流AD采样接口连接，所述单片机的MOSFET控制端与MOSFET控制电路连接，以通过采集到的电压信号和电流信号进行MOSFET状态控制。

进一步地，所述最低节电压采集电路对最低节电芯的电压进行采集，并将采集到的电压信号输入单片机。

进一步地，所述最低节电压采集电路主要由PNP三极管Q1、电阻R1和电容C1组成，Q1的基极与单片机的控制管脚B1_CTL连接，发射极与最低节电芯BAT1的正极连接，集电极通过R1、C1组成的RC电路与单片机的电压采集管脚AD_B1连接。

进一步地，高节电芯的每节电芯分别对应与高节电压采集电路的每节电压采集电路连接，所述高节电压采集电路对高节电芯电压进行采集，并将采集到的各节电压信号输入单片机。

进一步地，高节电压采集电路的每节电压采集电路包括一个PNP型上端采集三极管、两个分压电阻和一组RC电路，且各节电压采集电路共用一个PNP型下端采集三极管；PNP型上端采集三极管的基极与相应节电芯的负极连接，发射极经第一分压电阻与相应节电芯的正极连接，集电极分两路，一路通过RC电路与单片机的电压采集管脚连接，另一路经第二分压电阻与共用的PNP型下端采集三极管连接，然后接地。

进一步地，所述检流电路对组合电芯的电流进行采集，并将采集到的电流信号输入单片机。

进一步地，所述单片机对采集到的电压信号和电流信号进行识别及管理，并根据获取到的电压信号和电流信号进行MOSFET状态控制，以实现整个BMS系统的管理保护状态。

进一步地，所述MOSFET控制电路根据单片机输出的控制信号进行MOSFET充电保护、放电保护及短路保护控制。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：通过电压采集电路对多节锂电池中每节电芯的电压数据进行采集，从而可以通过单片机进行识别及管理，并根据获取到的电压信号和电流信号进行MOSFET状态控制。 该电路不仅能有效解决多节电池电压不匹配的问题，增加电池使用过程中的安全性，避免发生意外与损失，而且实现成本低，降低了锂电池包的整体成本。

附图说明

图1是本发明实施例的电路原理框图。

图2是本发明实施例中最低节电压采集电路和高节电压采集电路图。

图3是本发明实施例中检流及MOSFET控制电路图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种多节锂电池电压采集装置，包括组合电芯1、最低节电压采集电路2、高节电压采集电路3、单片机4、检流电路5和MOSFET控制电路6，所述组合电芯由多颗锂电芯串联组成，电芯串联后，最低节电芯与最低节电压采集电路连接，高节电芯与高节电压采集电路连接，所述最低节电压采集电路、高节电压采集电路的输出端分别与单片机的电压AD采样接口连接，所述检流电路的输入端与组合电芯连接，输出端与单片机的电流AD采样接口连接，所述单片机的MOSFET控制端与MOSFET控制电路连接，以通过采集到的电压信号和电流信号进行MOSFET状态控制。

所述最低节电压采集电路对最低节电芯的电压进行采集，并将采集到的电压信号输入单片机。如图2所示，在本实施例中，所述最低节电压采集电路主要由PNP三极管Q1、电阻R1和电容C1组成，Q1的基极与单片机的控制管脚B1_CTL连接，发射极与最低节电芯BAT1的正极连接，集电极通过R1、C1组成的RC电路与单片机的电压采集管脚AD_B1连接。当需要采集BAT1电压时，单片机通过控制B1_CTL输出低电平，Q1则导通，此次AD_B1的电压等于（Vbat1-0.5V）；当不需要采集BAT1电压时，单片机控制B1_CTL输出高电平，Q1截止，此时AD_B1则无电压。

高节电芯的每节电芯分别对应与高节电压采集电路的每节电压采集电路连接，所述高节电压采集电路对高节电芯电压进行采集，并将采集到的各节电压信号输入单片机。高节电压采集电路的每节电压采集电路包括一个PNP型上端采集三极管、两个分压电阻和一组RC电路，且各节电压采集电路共用一个PNP型下端采集三极管；PNP型上端采集三极管的基极与相应节电芯的负极连接，发射极经第一分压电阻与相应节电芯的正极连接，集电极分两路，一路通过RC电路与单片机的电压采集管脚连接，另一路经第二分压电阻与共用的PNP型下端采集三极管连接，然后接地。当上端采集三极管与下端采集三极管都导通时，流过两个三极管的电流是一致的，此时若保证上端采集与下端采集的阻抗一致，则能够换算得出下端采集两端的电压等于上端采集两端的电压，由于上端采集两端的电压等于电芯电压，因此下端充采集输出电压即是被采集电芯电压。

如图2所示，在本实施例中，所述高节电压采集电路主要由PNP型上端采集三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电阻R2、R3、R4、R5、R7、R8、R9、R10、R12、R13、R14、R15，以及电容C2、C3、C4、C5组成。以第二节电压采集为例说明，PNP三极管Q2的基极接在电芯BAT2的负极；Q2的发射极通过R2与电芯BAT2的正极连接；Q2的集电极与 R12的一端、R7的一端连接；R12的另一端与Q6的发射极连接；R7的另一端与C2的一端连接并与单片机电压采集端AD_B2连接；C2的另一端与Q6的基极、集电极连接并接地GND。Q2的基极接在BAT2的负极，Q2始终处于导通状态，因此流过R2两端的电流I2=(Vbat-0.5V)/R2, 其中0.5V为三极管Q2的Vbe；Q6的基极与集电极都接地GND，因此Q6也始终处于导通状态；由于流过R12的电流等于流过R2的电流，此时若Q6的参数与Q1的参数一致，R12=R2，则可得到R12两端的电压等于R2两端的电压，因此V（AD_B2）=V(R12)+0.5V =I2*R12+0.5V =(Vbat-0.5V)/R2 *R12+0.5V=Vbat 。由此可获得通过RC滤波电路后的AD_B2与GND之间的电压即为电芯BAT2两端的电压。其他高节电压采集电路的原理与方法与此相同，由此即可获得每一节电芯的电压并输入单片机进行电压管理，当某一节电芯电压异常时，单片机则启动保护电路，保证锂电池的安全与正常使用。

所述检流电路对组合电芯的电流进行采集，并将采集到的电流信号输入单片机。

所述单片机对采集到的电压信号和电流信号进行识别及管理，并根据获取到的电压信号和电流信号进行MOSFET状态控制，以实现整个BMS系统的管理保护状态。

所述MOSFET控制电路根据单片机输出的控制信号进行MOSFET充电保护、放电保护及短路保护控制。MOSFET控制电路的工作过程如下：因单片机控制管脚输出电压通常只有5V，无法直接驱动多节电池保护MOSFET，因此需要通过电平转换实现MOSFET驱动控制。如图3所示，以放电管驱动为例说明，当单片机DMOS_CTL输出高电平时，Q103的基极为高电平，Q103集电极与发射极之间为导通状态，Q101也为导通状态，因此Q106的G极被V_MOS电压所驱动，Q106的S极与D极处于导通状态，电池可正常放电；当单片机DMOS_CTL输出低电平时，Q103的基极被R107下拉为低电平，Q103为截止状态，Q101的基极也被R101上拉为高电平，Q101为截止状态，Q106的G极被R115下拉为低电平，Q106的S极与D极处于截止状态，电池禁止放电。

当短路保护发生时，由单片机快速控制SCP_CTL为低电平，使Q108处于截止状态，Q105的基极被R110上拉为高电平，Q105为导通状态，Q106的G极则通过三极管Q105被下拉为低电平，Q106的S极与D极处于截止状态，电池禁止放电。

充电管驱动方法与原理同放电管驱动。

V_MOS电压从电池内部高节电压内选择合适的第X节电压进行供给，可以解决MOSFET Vgs耐压问题。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。