專利名稱：啟動電池保護模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及電池技術領域，尤其涉及一種應用于磷酸亞鐵鋰啟動電池的保護模塊。
背景技術：
眾所周知，鋰電池在能量密度、比能量、記憶效果、充放電循環壽命以及環保等方面，均有著其它電池無可比擬的優勢，應用鋰電池制成的便攜式產品，重量輕、體積小、使用壽命稱，特別是對環境沒有污染，因此受到了人們的廣泛重視。由于鋰電池結構特性的內在原因所致，決定了鋰電池在實際使用中，必須安裝一個管理電池安全特性的保護裝置，用來防止電池在使用過程中過充電、過放電、過電流和短路時對電池和人們的生命財產造成傷害。目前市場上通用的鋰電池保護板一般都是提供小功率、小電流密度保護板，對于瞬間和相對一段時間內能夠提供大電流和功率密度足以轉動電動機啟動大型內燃機的電池保護板還不存在。目前大多數汽車仍采用鉛酸電池為汽車啟動電源，但目前采用鉛酸電池有以下缺點1、鉛酸電池污染嚴重；2、鉛酸電池使用年限較短；3、不能控制使用電量，當汽車用電設備過度用電時會造成汽車無法啟動。磷酸亞鐵鋰電池作為一種新型環保，高效、瞬間能大電流放電的動力電池，其獨特的性能逐漸被市場接受，越來越多的汽車開始使用磷酸亞鐵鋰電池作為啟動電池。現有的汽車，由于沒有設置啟動保護器，因此使用磷酸亞鐵鋰電池作為啟動電池，一般不安裝電池保護板，或者安裝的電池保護板能提供的功率密度不足以啟動較大功率內燃機設備，并且這種電池保護板的電流密度和持續時間用戶不可調整，不適合在復雜條件下使用。這樣就造成磷酸亞鐵鋰電池在作為啟動電池無法滿足電流和功率密度要求時就不安裝保護板，造成極大的安全隱患，使電池的使用壽命大幅度減少。

發明內容
本發明的目的在于，提出一種啟動電池保護模塊，其可以對電池充放電均衡進行管理，保證內燃機高效啟動。為實現上述目的，本發明提供了一種啟動電池保護模塊，其包括一基板，該基板上設有用于與啟動電池電性連接的電源連接端，所述基板上還設有散熱模塊、控制芯片、分別與該控制芯片電性連接的數據采集接口、開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊；所述散熱模塊設于開關元件外表面上，數據采集接口實時采集啟動電池的電壓，控制芯片根據當前啟動電池的電壓，通過控制開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊，以對啟動電池進行充放電保護和均衡管理。本發明中，所述控制芯片、開關元件、電流選擇開關及時間調節元件均設于基板一表面上，該表面上還設有對控制芯片起保護調節作用的周圍原件。其中，所述電源連接端、數據采集接口及平衡控制模塊均設于基板的另一表面上，該電源連接端包括電源輸出正極端與電源輸出負極端，該電源輸出正極端及電源輸出負極端與啟動電池的正、負極對應電性連接。本發明所述的控制芯片包括IC芯片或者MCU，該控制芯片可以采用日本精工或美上美的電池保護IC芯片或MCU。進一步地，所述開關元件包括多個MOS管和/或繼電器，該多個MOS管和/或繼電器并聯或串聯連接。本發明中，所述啟動電池內包括數節串聯連接的電芯，IC芯片或MCU通過電源連接端與啟動電池的正、負極電性連接，該IC芯片或MCU還通過數據采集接口與電芯電性連接。更進一步地，所述IC芯片或MCU分別與一時間調節元件、兩組開關元件及一電流選擇開關電性連接，該時間調節元件、兩組開關元件及電流選擇開關電性連接后通過一電流檢測電阻與電源輸出負極端電性連接。本發明中，所述時間調節元件可以為一可變電容，兩組開關元件內包括相互并聯連接的一放電開關及一充電開關。具體的，所述平衡控制模塊內包括電池平衡控制芯片，該電池平衡控制芯片包括正電壓連接端子、負電壓連接端子、充電用場效應晶體管(FET Field Effect Transistor)控制端子、放電用FTE控制端子、充電控制用FET門極連接端子、放電控制用FET門極連接端子、延時時間設置端子及控制開關端子；所述正電壓連接端子與一電芯的正極電性連接，負電壓連接端子通過一放電電阻與該電芯的負極電性連接，該正電壓連接端子與放電電阻之間連接有濾波電容，延時時間設置端子與放電電阻之間連接有延時電容，該濾波電容與 延時電容之間并聯連接；所述控制開關端子電性連接一NMOS管，該NMOS管的柵極與控制開關端子電性連接，其漏極通過一充電電阻連接于電芯的正極，其源極電性連接于放電電阻與電芯負極之間。本發明中，所述控制芯片通過控制開關元件來控制電流的導通或切斷，該控制芯片通過調整電流檢測電阻以對電流大小進行調整，該控制芯片通過調整時間調節元件的大小以調整允許通過的電流時間。本發明的啟動電池保護模塊，其應用于磷酸亞鐵鋰啟動電池，其根據內燃機啟動時的特點，使用低阻值大功率MOS管、散熱模塊和高精度反應1C，可以對電池充放電均衡進行管理，能維持承受約5秒左右高功率密度，保證內燃機高效啟動，解決磷酸亞鐵鋰電池作為啟動電池時的保護和管理問題，延長電池的使用壽命和使用時的安全問題。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I為本發明的啟動電池保護模塊一種具體實施例的外部結構示意圖；圖2為圖I中啟動電池保護模塊的反面結構示意圖；圖3為本發明的啟動電池保護模塊一種具體實施例在實際使用中的模塊結構示意圖；圖4為本發明中平衡控制模塊一種具體實施例的電路連接示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。如圖I所示，本發明提供一種啟動電池保護模塊，其包括一基板10，該基板10上設有用于與啟動電池電性連接的電源連接端，所述基板10上還設有散熱模塊11、控制芯片12、分別與該控制芯片12電性連接的數據采集接口 13、開關元件14、電流選擇開關15、時間 調節元件16及平衡控制模塊17。所述散熱模塊11設于開關元件14外表面上，數據采集接口 13實時采集啟動電池的電壓，控制芯片12根據當前啟動電池的電壓，通過控制開關元件14、電流選擇開關15、時間調節元件16及平衡控制模塊17，以對啟動電池進行充放電均衡管理。本發明的啟動電池保護模塊，尤其適用于磷酸亞鐵鋰啟動電池中，其可以通過電源連接端與啟動電池相連接，從而對啟動電池的充、放電進行均衡管理，可以保證內燃機的高效啟動，同時延長啟動電池的使用壽命和使用時的安全問題。如圖2所示，作為本發明的一種選擇性實施例，所述控制芯片12、開關元件14、電流選擇開關15及時間調節元件16均設于基板10 —表面上，該表面上還設有對控制芯片12起保護調節作用的周圍原件18。在該實施例中，所述電源連接端、數據采集接口 13及平衡控制模塊17均設于基板12的另一表面上。其中，該電源連接端包括電源輸出正極端102與電源輸出負極端104。使用時，該電源輸出正極端102及電源輸出負極端104與啟動電池的正、負極對應電性連接，即本發明的啟動電池保護模塊通過該電源輸出正極端102及電源輸出負極端104與啟動電池電性連接。本發明中，所述的控制芯片12包括IC芯片或者MCU，該控制芯片12可以采用日本精工或美上美的電池保護IC芯片或MCU。作為本發明的一種較佳實施例，該控制芯片12可以選用日本精工的S-8211系列或S-8204系列的電池保護IC芯片，其反應精度較高。進一步地，所述開關元件14包括多個MOS管和/或繼電器，該多個MOS管和/或繼電器并聯或串聯連接。作為本發明的具體實施例，該開關元件14可以優選高功率密度的MOS管和繼電器，例如可以選用O IOOkW的開關元件14，該O IOOkW高功率密度的開關元件14配合散熱模塊11，可以保證內燃機啟動的短時間內(IOmS-IOS)開關元件14不會因溫度過高而燒毀，可以在很大程度上延長啟動電池的使用壽命和使用時的安全問題。由于本發明根據內燃機啟動時的特點，使用高精度反應的控制芯片12、低阻值大功率開關元件14及散熱模塊11，可以使得該啟動電池保護模塊能承受約5秒左右的高功率密度，保證內燃機高效啟動。如圖3所示，在本發明中，所述啟動電池內可以包括數節串聯連接的電芯106，IC芯片或MCU20通過電源連接端與啟動電池的正、負極電性連接，該IC芯片或MCU還通過數據采集接口與電芯106電性連接。在該具體實施例中，所述啟動電池包括4節串聯連接的電芯。進一步地，所述IC芯片或MCU20還分別與一時間調節元件16、兩組開關元件及一電流選擇開關15電性連接，該時間調節元件16、兩組開關元件及電流選擇開關15電性連接后通過一電流檢測電阻R與電源輸出負極端104電性連接。在本發明具體實施例中，所述時間調節元件16可以為一可變電容，兩組開關元件內包括相互并聯連接的一放電開關Ql及一充電開關Q2。本發明中，電流選擇開關15可以根據啟動機的功率大小調節電流檔次，可以有2-10個電流調節檔次不等。時間調節元件16可以調節允許通過的電流時間設置，其時間調節范圍為ImS 30S不等。作為本發明的第一種具體實施例，可以選用一組電流為1000A的開關元件14，允許持續時間為30S對應的時間調節元件16可選用IuF IOOuF的可變電容，電流選擇開關15變換檔次可分為300A、500A、800A及1000A。作為本發明的第二種具體實施例，可以選用一組電流為200A的開關元件14，允許持續時間為IOS對應的時間調節元件16可選用O. OOluF 50uF的可變電容，電流選擇開關15變換檔次可分為50A、100A、150A及200A。作為本發明的第三種具體實施例，平衡控制模塊1 7可實現充電和放電情況下的對電池均衡，均衡電流為50mA 5A不等。本發明的平衡控制模塊17可以對電池充、放電一致性進行管理，在本發明具體實施例中，該平衡控制模塊17由設于基板10上的兩部分模塊組成。如圖4所示，該平衡控制模塊17內包括電池平衡控制芯片172，該電池平衡控制芯片172包括正電壓連接端子VDD、負電壓連接端子VSS、充電用FET控制端子CTLC、放電用FTE控制端子CTLD、充電控制用FET門極連接端子CO、放電控制用FET門極連接端子D0、延時時間設置端子CTD及控制開關端子CB。其中，充電用FET控制端子CTLC用于控制充電控制用FET門極連接端子CO的輸出電壓；放電用FTE控制端子CTLD用于控制放電控制用FET門極連接端子DO的輸出電壓；通過該充電用FET控制端子CTLC以及放電用FTE控制端子CTLD可以單獨控制充電控制用FET門極連接端子CO與放電控制用FET門極連接端子D0。特別的，所述電池平衡控制芯片172用于對啟動電池內的電芯106進行分別控制，每一電芯106均對應連接有一電池平衡控制芯片172。在本實施例中，僅以兩節電芯106對應的兩個電池平衡控制芯片172的電路連接方式進行展示，其中一電池平衡控制芯片172的充電用FET控制端子CTLC、放電用FTE控制端子CTLD分別通過電阻R6、電阻R7，與另一電池平衡控制芯片172的充電控制用FET門極連接端子CO及放電控制用FET門極連接端子DO對應聯結。所述正電壓連接端子VDD與一電芯106的正極電性連接，負電壓連接端子VSS通過一放電電阻R1/R3與該電芯106的負極電性連接，該正電壓連接端子VDD與放電電阻R1/R3之間連接有濾波電容C1/C4，延時時間設置端子CTD與放電電阻R1/R3之間連接有延時電容C2/C3，該濾波電容C1/C4與延時電容C2/C3之間并聯連接。此外，所述控制開關端子CB還電性連接一 NMOS管，該NMOS管的柵極與控制開關端子CB電性連接，其漏極通過一充電電阻R2/R4連接于電芯106的正極，其源極電性連接于放電電阻R1/R3與電芯106負極之間。本發明中，由于可以通過控制芯片12控制開關元件14來控制電流的導通或切斷，該控制芯片12還可以通過調整電流檢測電阻R以對電流大小進行調整。此外，該控制芯片12還可以通過調整時間調節元件16的大小以調整允許通過的電流時間。因此，本發明的啟動電池保護模塊不但可以有效解決磷酸亞鐵鋰電池作為啟動電池時的保護和管理問題，延長啟動電池的使用壽命和使用時的安全問題，并且啟動電池使用時的電流和限制時間可以在一定范圍內調整。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種啟動電池保護模塊，包括一基板，該基板上設有用于與啟動電池電性連接的電源連接端，其特征在于，所述基板上還設有散熱模塊、控制芯片、分別與該控制芯片電性連接的數據采集接口、開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊；所述散熱模塊設于開關元件外表面上，數據采集接口實時采集啟動電池的電壓，控制芯片根據當前啟動電池的電壓，通過控制開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊，以對啟動電池進行充放電保護和均衡管理。
2.如權利要求I所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述控制芯片、開關元件、電流選擇開關及時間調節元件均設于基板一表面上，該表面上還設有對控制芯片起保護調節作用的周圍原件。
3.如權利要求2所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述電源連接端、數據采集接口及平衡控制模塊均設于基板的另一表面上，該電源連接端包括電源輸出正極端與電源輸出負極端，該電源輸出正極端及電源輸出負極端與啟動電池的正、負極對應電性連接。
4.如權利要求3所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述控制芯片包括IC芯片或者MCU，該控制芯片采用日本精工或美上美的電池保護IC芯片或MCU。
5.如權利要求I所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述開關元件包括多個MOS管和/或繼電器，該多個MOS管和/或繼電器并聯或串聯連接。
6.如權利要求4所述的啟動電池保護模塊,其特征在于,所述啟動電池內包括數節串聯連接的電芯，IC芯片或MCU通過電源連接端與啟動電池的正、負極電性連接，該IC芯片或MCU還通過數據采集接口與電芯電性連接。
7.如權利要求6所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述IC芯片或MCU分別與一時間調節元件、兩組開關元件及一電流選擇開關電性連接，該時間調節元件、兩組開關元件及電流選擇開關電性連接后通過一電流檢測電阻與電源輸出負極端電性連接。
8.如權利要求7所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述時間調節元件為一可變電容，兩組開關元件內包括相互并聯連接的一放電開關及一充電開關。
9.如權利要求7所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述平衡控制模塊內包括電池平衡控制芯片，該電池平衡控制芯片包括正電壓連接端子、負電壓連接端子、充電用FET控制端子、放電用FTE控制端子、充電控制用FET門極連接端子、放電控制用FET門極連接端子、延時時間設置端子及控制開關端子；所述正電壓連接端子與一電芯的正極電性連接，負電壓連接端子通過一放電電阻與該電芯的負極電性連接，該正電壓連接端子與放電電阻之間連接有濾波電容，延時時間設置端子與放電電阻之間連接有延時電容，該濾波電容與延時電容之間并聯連接；所述控制開關端子電性連接一NMOS管，該NMOS管的柵極與控制開關端子電性連接，其漏極通過一充電電阻連接于電芯的正極，其源極電性連接于放電電阻與電芯負極之間。
10.如權利要求8所述的啟動電池保護模塊，其特征在于，所述控制芯片通過控制開關元件來控制電流的導通或切斷，該控制芯片通過調整電流檢測電阻以對電流大小進行調整，該控制芯片通過調整時間調節元件的大小以調整允許通過的電流時間。
全文摘要
本發明涉及電池技術領域，具體公開了一種啟動電池保護模塊，其包括基板，該基板上設有用于與啟動電池電性連接的電源連接端，該基板上還設有散熱模塊、控制芯片、分別與該控制芯片電性連接的數據采集接口、開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊；所述散熱模塊設于開關元件外表面上，數據采集接口實時采集啟動電池的電壓，控制芯片根據當前啟動電池的電壓，通過控制開關元件、電流選擇開關、時間調節元件及平衡控制模塊，以對啟動電池進行充放電均衡管理。本發明可對電池充放電均衡進行管理，能維持承受約5秒左右高功率密度，保證內燃機高效啟動，解決磷酸亞鐵鋰電池作為啟動電池時的保護和管理問題，延長電池的使用壽命和使用時的安全問題。
文檔編號H02J7/00GK102856961SQ20121036138
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者李哲, 楊金林, 馮勇, 李恒洲, 吳吉強 申請人:重慶永通信息工程實業有限公司