專利名稱：電池保護(hù)電路和電池組模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
、本實(shí)用新型涉及二次電池充放電保護(hù)技術(shù)，尤其是一種用于復(fù)數(shù)節(jié)串
背景技術(shù)：
目前，高容量、高安全性的二次電池組如鋰離子二次電池組的應(yīng)用日 益廣泛，如用于各種手持電動(dòng)器具，在要求較高的電壓和較大的電流的應(yīng) 用場(chǎng)合，大多需要多節(jié)二次電池串聯(lián)使用。由于二次電池自身的特點(diǎn)，需 要對(duì)電池組進(jìn)行有效的保護(hù)，不然如果其中某一顆電池的性能受到影響， 整組電池的性能便大打折扣，重者可能會(huì)引起電池燃燒、爆炸的嚴(yán)重后果。 所以對(duì)多節(jié)串聯(lián)的二次電池的應(yīng)用必須要有能監(jiān)控每一顆電池狀態(tài)的保護(hù) 系統(tǒng)，這樣才能使電池組的安全性能最大化、電化學(xué)性能最大化。
傳統(tǒng)的保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案有兩種1.采用單片機(jī)控制方案，單片機(jī) 檢測(cè)每節(jié)電池電壓和電池組的溫度，并時(shí)刻監(jiān)視回路電流大小， 一旦電池 發(fā)生過充、過放、過溫、過流等情況，單片機(jī)便斷開放電回路，當(dāng)故障恢 復(fù)后又重新導(dǎo)通。這種方法優(yōu)點(diǎn)在于控制靈活，缺點(diǎn)在于開發(fā)設(shè)計(jì)難度大， 成本高。2.采用單片機(jī)+保護(hù)IC的做法，這種方法是將一般的保護(hù)功能 放在IC上，單片機(jī)只是配合做一些均衡和電量顯示等功能。這種方法優(yōu)點(diǎn) 在于控制靈活，缺點(diǎn)在于開發(fā)設(shè)計(jì)難度大，成本高。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供一種開發(fā)設(shè) 計(jì)難度小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，成本低的電池保護(hù)電路。
本實(shí)用新型的另一目的是提供一種電池組模塊，它包含上述電池保護(hù) 電路，具有開發(fā)難度小，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，成本低的優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案
一種用于復(fù)數(shù)節(jié)串聯(lián)二次電池組的電池保護(hù)電路，其特征在于，包括 充電開關(guān)單元和至少一個(gè)電池保護(hù)單元，充電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的充 電回路上并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在充 電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其達(dá)到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述充電開關(guān)單元關(guān)斷。 優(yōu)選地
還包括放電開關(guān)單元，所述放電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的放電回路上 并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在放電時(shí)監(jiān)測(cè) 所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電壓 時(shí)，控制所述放電開關(guān)單元關(guān)斷。
所述放電開關(guān)單元包括控制所述放電回路通斷的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,即金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng) 晶體管)，所述電池保護(hù)單元中的一者還采集所述MOSFET的電壓降并根據(jù) 其判斷所述放電回路的電流大小，當(dāng)其達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述MOSFET 關(guān)斷。
所述電池保護(hù)單元與所述復(fù)數(shù)節(jié)二次電池一對(duì)一地設(shè)置。 所述二次電池為鋰離子二次電池。
一種帶電池保護(hù)的電池組模塊，包括串聯(lián)連接的復(fù)數(shù)節(jié)二次電池，其 特征在于，還包括充電開關(guān)單元和至少一個(gè)電池保護(hù)單元，充電開關(guān)單元 設(shè)置在電池組的充電回路上并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，所述 電池保護(hù)單元在充電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其達(dá) 到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述充電開關(guān)單元關(guān)斷。 優(yōu)選地
還包括放電開關(guān)單元，所述放電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的放電回路 上并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在放電時(shí)監(jiān) 測(cè)所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電 壓時(shí)，控制所述放電開關(guān)單元關(guān)斷。
所述放電開關(guān)單元包括控制所述放電回路通斷的M0SFET，所述電池保 護(hù)單元中的一者還采集所述MOSFET的電壓降并根據(jù)其判斷所述放電回路 的電流大小，當(dāng)其達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述MOSFET關(guān)斷。
所述電池保護(hù)單元與所述復(fù)數(shù)節(jié)二次電池一對(duì)一地設(shè)置。
所述二次電池為鋰離子二次電池。
本實(shí)用新型有益的技術(shù)效果是
本實(shí)用新型的電池保護(hù)電路在電池組的充電回路上設(shè)置有充電開關(guān) 單元，并由電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，優(yōu)選將電池保護(hù)單元與各電池 一對(duì)一地設(shè)置，即每一節(jié)電池采用一個(gè)電池保護(hù)單元，電池保護(hù)單元在充 電時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)電池的電壓，當(dāng)判斷其達(dá)到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制充電開關(guān)單元關(guān)斷，及時(shí)停止充電，從而避免電池出現(xiàn)過充電現(xiàn)象，延 長(zhǎng)電池組的壽命。
進(jìn)一步地，在電池組的放電回路上設(shè)置有放電開關(guān)單元，電池保護(hù)單 元在放電時(shí)監(jiān)測(cè)相應(yīng)電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電壓 時(shí)，控制放電開關(guān)單元關(guān)斷，及時(shí)停止放電，從而避免電池出現(xiàn)過放電現(xiàn)
象；電池保護(hù)單元還在放電時(shí)對(duì)放電開關(guān)單元中的MOSFET的壓降進(jìn)行監(jiān) 測(cè)，并根據(jù)其判斷電流大小，當(dāng)其達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)控制MOSFET關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì) 電池的過流保護(hù)以及短路保護(hù)，從而進(jìn)一步延長(zhǎng)電池組的壽命。
由于采用電池保護(hù)單元單獨(dú)監(jiān)測(cè)和管理一節(jié)電池進(jìn)行充電、放電，本 實(shí)用新型以較傳統(tǒng)方案更為簡(jiǎn)單可靠的方案保護(hù)了每一節(jié)電池，其設(shè)計(jì)更 簡(jiǎn)潔，開發(fā)難度更小，降低了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造成本。

圖1為本實(shí)用新型電池保護(hù)電路一種實(shí)施例的電路原理圖； 本實(shí)用新型的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)施方式

請(qǐng)參考圖1，本實(shí)施例電池保護(hù)電路用于多節(jié)串聯(lián)鋰離子二次電池組， 電池保護(hù)電路包括充電開關(guān)單元、放電開關(guān)單元以及與各節(jié)電池一一對(duì)應(yīng) 設(shè)置的多個(gè)電池保護(hù)單元。電池保護(hù)單元包括電池保護(hù)IC和信號(hào)輸出電 路，電池保護(hù)IC具體可選用芯片S-8261，其電壓信號(hào)采集端通過電池組 接口與相應(yīng)電池的正負(fù)極相連，其過充保護(hù)控制信號(hào)輸出端和過放保護(hù)控 制信號(hào)輸出端與信號(hào)輸出電路的相應(yīng)輸入端相連，信號(hào)輸出電路的相應(yīng)輸 出端分別與充電開關(guān)單元和放電開關(guān)單元的輸入端相連。工作時(shí)，電池保 護(hù)IC根據(jù)電壓檢測(cè)結(jié)果發(fā)出過充保護(hù)控制信號(hào)和過放保護(hù)控制信號(hào)，經(jīng)信 號(hào)輸出電路送至充電開關(guān)單元和放電開關(guān)單元，分別控制充電開關(guān)單元和 放電開關(guān)單元關(guān)斷，使電池組停止充放電。
以第三節(jié)電池B3的電池保護(hù)單元為例，電池保護(hù)IC U3的電壓信號(hào) 采集管腳VDD (5腳)、VSS (6腳)分別接第三節(jié)電池B3的正極B3+和負(fù)極， 根據(jù)串接關(guān)系后者即第二節(jié)電池B3的正極B2+，信號(hào)輸出電路包括第一M0S 管Q13、第一二極管D13、第二MOS管Q23和第二二極管D23。其中，第一 MOS管Q13的柵極接電池保護(hù)ICU3的一控制信號(hào)輸出管腳DO (l腳)，其 源極接電壓信號(hào)采集管腳VDD，其漏極接第一二極管D13的陽(yáng)極，第一二 極管D13的陰極接第二 MOS管Q23的柵極，第二 MOS管Q23的柵極還接電 池保護(hù)ICU3的另一控制信號(hào)輸出管腳CO (3腳)，其源極接電壓信號(hào)采集管腳VDD，其漏極接第二二極管D23的陽(yáng)極。
第一二極管D13的陰極另通過電阻R22接下一信號(hào)輸出電路中的第一 二極管D12的陰極，各信號(hào)輸出電路依此方式順次連接，末端的信號(hào)輸出 電路(其與圖l中第一節(jié)電池B1對(duì)應(yīng))中的第一二極管Dll的陰極通過電 阻R24接地GND，并通過電阻Rd接至放電開關(guān)單元。第二二極管D23的陰 極通過電阻R28接下一信號(hào)輸出電路中的第二二極管D22的陰極，各信號(hào) 輸出電路依此方式順次連接，末端的信號(hào)輸出電路(其與圖l中第一節(jié)電 池Bl對(duì)應(yīng))中的第二二極管D21的陰極通過電阻R30接另一地，并通過電 阻Rc接至充電開關(guān)單元。
充電開關(guān)單元包括第三M0S管Qc和第四M0S管Qch，第三M0S管Qc 的柵極接電阻Rc (參見圖1中C0N節(jié)點(diǎn))，其源極接第四MOS管Qch的柵 極，并通過電阻Rcl接電池組正極B+，其漏極與第四MOS管Qch的漏極共 接電池組負(fù)極即地GND，第四MOS管Qch的源極接充電負(fù)極J。放電開關(guān)單 元包括第五MOS管Qd和第六MOS管Qdch，第五MOS管Qd的柵極接電阻Rd (參見圖1中DON節(jié)點(diǎn))，其源極接第六MOS管Qdch的柵極，并通過電阻 Rdl接放電正極P+ (即電池組正極B+)，其漏極與第六MOS管Qdch的漏極 共接電池組負(fù)極即地GND，第六MOS管Qdch的源極接放電負(fù)極P-。
每個(gè)電池保護(hù)IC檢測(cè)各自對(duì)應(yīng)鋰電池的電壓，當(dāng)電池發(fā)生過充、過 放時(shí)相關(guān)控制腳就會(huì)通過控制MOS管來控制主回路充、放電控制開關(guān)管即 第四MOS管Qch、第六MOS管Qdch，停止充電或放電。下面仍以第三節(jié)電 池B3的保護(hù)為例結(jié)合具體功能分別加以說明
過充保護(hù)-
當(dāng)?shù)谌?jié)電池B3發(fā)生過充情況時(shí)，電池保護(hù)IC U3檢測(cè)到電池B3達(dá) 到過充保護(hù)開啟電壓，其第3腳CO發(fā)出低電平信號(hào)，第二 MOS管Q23導(dǎo)通， 電阻Rc上是高電平，第三MOS管Qc導(dǎo)通，第四MOS管Qch截至，充電停 止。當(dāng)過充狀況恢復(fù)后，電池保護(hù)IC U3的第3腳CO發(fā)出高電平，第二 M0S管Q23截止，電阻Rc上是低電平，第三MOS管Qc截止，第四MOS管 Qch導(dǎo)通，充電回路重新導(dǎo)通。
過放保護(hù)-
當(dāng)?shù)谌?jié)電池B3發(fā)生過放情況時(shí)，電池保護(hù)IC U3檢測(cè)到電池B3達(dá) 到過放保護(hù)開啟電壓，其第1腳D0發(fā)出低電平，第一M0S管Q13導(dǎo)通，電 阻Rd上是高電平，第五MOS管Qd導(dǎo)通，第六MOS管Qdch截至，放電停止。當(dāng)過放狀況恢復(fù)后，電池保護(hù)IC U3的第1腳DO發(fā)出高電平，第一 M0S 管Q13截止，電阻Rd上是低電平，第五MOS管Qd截止，第六M0S管Qdch 導(dǎo)通，放電回路重新導(dǎo)通。
作為進(jìn)一步的改進(jìn)，第一節(jié)電池Bl的電池保護(hù)IC Ul的電壓信號(hào)采 集管腳VM通過電阻與第六M0S管Qdch的源極相連，這樣，電池保護(hù)IC Ul 還監(jiān)測(cè)第六MOS管Qdch的電壓降并根據(jù)其判斷放電回路的電流大小，當(dāng)其 達(dá)到預(yù)定電壓降閾值時(shí)，控制第六MOS管Qdch關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組的過流 保護(hù)和短路保護(hù)。
過流保護(hù)
當(dāng)電池組放電回路有大電流流過時(shí)，第六MOS管Qdch自身的導(dǎo)通內(nèi) 阻產(chǎn)生壓降，電流越大，壓降越高，所以，電池保護(hù)ICU1的2腳VM檢測(cè) 第六MOS管Qdch上的壓降，當(dāng)其超過一定值時(shí)，電池保護(hù)ICUl便判斷發(fā) 生過流，此時(shí)電池保護(hù)IC Ul的第1腳DO發(fā)出低電平，MOS管Qll導(dǎo)通， 電阻Rd上為高電平，第五MOS管Qd導(dǎo)通，第六MOS管Qdch截至，放電停 止。當(dāng)過流狀況恢復(fù)后，電池保護(hù)ICU1的第1腳D0發(fā)出高電平，MOS管 Q13截止，電阻Rd上是低電平，第五MOS管Qd截止，第六MOS管Qdch導(dǎo) 通，放電回路重新導(dǎo)通。
短路保護(hù)與過流保護(hù)的原理一樣，但是短路保護(hù)時(shí)檢測(cè)的電流值更 大，故預(yù)設(shè)電壓閾值也更大。
作為本實(shí)用新型的一種變型推廣，還可以以一個(gè)以上串聯(lián)的二次電池 作為上述電池組中的一個(gè)電池單元，電池保護(hù)單元對(duì)應(yīng)于各電池單元進(jìn)行 設(shè)置，而過充保護(hù)開啟電壓、過放保護(hù)開啟電壓以及過流保護(hù)閾值電壓均 針對(duì)各電池單元設(shè)置，過充、過放及過流保護(hù)的工作原理如前所述。
本實(shí)用新型在另一方面還提出了 一種電池組模塊，其中采用本實(shí)用新 型的電池保護(hù)電路對(duì)串聯(lián)連接的多節(jié)二次電池進(jìn)行充放電保護(hù)，優(yōu)選的實(shí) 施例中，該電池保護(hù)電路依照前述實(shí)施例進(jìn)行設(shè)置，電池保護(hù)的工作原理 亦參考前文，此處不再贅述。
采用本實(shí)用新型，可針對(duì)電池組中每節(jié)二次電池進(jìn)行過充、過放、過 流以及短路保護(hù)，能有效地延長(zhǎng)電池組的壽命，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用 新型的電池保護(hù)電路及電池組模塊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，設(shè)計(jì)開發(fā)難度低，從 而也有效地降低了產(chǎn)品成本。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本實(shí)用新型的具體實(shí)施只局限于這些說明。例如，實(shí)施 例中優(yōu)選將電池保護(hù)單元與各節(jié)電池一對(duì)一地設(shè)置，但不排除只對(duì)部分電 池布置本實(shí)用新型的電池保護(hù)單元進(jìn)行充放電保護(hù)，而對(duì)其余電池采用其 它均衡方式的方案。對(duì)于本實(shí)用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說， 在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都 應(yīng)當(dāng)視為屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1. 一種用于復(fù)數(shù)節(jié)串聯(lián)二次電池組的電池保護(hù)電路，其特征在于，包括充電開關(guān)單元和至少一個(gè)電池保護(hù)單元，充電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的充電回路上并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在充電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其達(dá)到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述充電開關(guān)單元關(guān)斷。
2. 如權(quán)利要求l所述的電池保護(hù)電路，其特征在于，還包括放電開 關(guān)單元，所述放電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的放電回路上并由所述電池保護(hù) 單元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在放電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一 節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述放電 開關(guān)單元關(guān)斷。
3. 如權(quán)利要求2所述的電池保護(hù)電路，其特征在于，所述放電開關(guān) 單元包括控制所述放電回路通斷的M0SFET，所述電池保護(hù)單元中的一者還 采集所述M0SFET的電壓降并根據(jù)其判斷所述放電回路的電流大小，當(dāng)其 達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述M0SFET關(guān)斷。
4. 如權(quán)利要求1至3任意一項(xiàng)所述的電池保護(hù)電路，其特征在于， 所述電池保護(hù)單元與所述復(fù)數(shù)節(jié)二次電池一對(duì)一地設(shè)置。
5. 如權(quán)利要求4所述的電池保護(hù)電路，其特征在于，所述二次電池 為鋰離子二次電池。
6. —種帶電池保護(hù)的電池組模塊，包括串聯(lián)連接的復(fù)數(shù)節(jié)二次電 池，其特征在于，還包括充電開關(guān)單元和至少一個(gè)電池保護(hù)單元，充電開 關(guān)單元設(shè)置在電池組的充電回路上并由所述電池保護(hù)單元控制開通和關(guān) 斷，所述電池保護(hù)單元在充電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng) 判斷其達(dá)到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述充電開關(guān)單元關(guān)斷。
7. 如權(quán)利要求6所述的電池組模塊，其特征在于，還包括放電開關(guān) 單元，所述放電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的放電回路上并由所述電池保護(hù)單 元控制開通和關(guān)斷，所述電池保護(hù)單元在放電時(shí)監(jiān)測(cè)所述電池組中的一節(jié) 電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制所述放電開 關(guān)單元關(guān)斷。
8. 如權(quán)利要求7所述的電池組模塊，其特征在于，所述放電開關(guān)單 元包括控制所述放電回路通斷的M0SFET，所述電池保護(hù)單元中的一者還采集所述MOSFET的電壓降并根據(jù)其判斷所述放電回路的電流大小，當(dāng)其達(dá) 到預(yù)設(shè)值時(shí)，控制所述MOSFET關(guān)斷。
9. 如權(quán)利要求6至8任意一項(xiàng)所述的電池組模塊，其特征在于，所 述電池保護(hù)單元與所述復(fù)數(shù)節(jié)二次電池一對(duì)一地設(shè)置。
10. 如權(quán)利要求9所述的電池組模塊，其特征在于，所述二次電池為 鋰離子二次電池。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種用于復(fù)數(shù)節(jié)串聯(lián)二次電池組的電池保護(hù)電路，包括充電開關(guān)單元和至少一個(gè)電池保護(hù)單元，充電開關(guān)單元設(shè)置在電池組的充電回路上并由電池保護(hù)單元控制通斷，電池保護(hù)單元在充電時(shí)監(jiān)測(cè)電池組中的一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其達(dá)到預(yù)設(shè)的過充保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制充電開關(guān)單元關(guān)斷。進(jìn)一步包括設(shè)置在放電回路上并由電池保護(hù)單元控制通斷的放電開關(guān)單元，電池保護(hù)單元在放電時(shí)監(jiān)測(cè)其中一節(jié)電池的電壓，當(dāng)判斷其降至預(yù)設(shè)的過放保護(hù)開啟電壓時(shí)，控制放電開關(guān)單元關(guān)斷。本實(shí)用新型還公開了一種采用該電池保護(hù)電路的電池組模塊。本實(shí)用新型電池保護(hù)電路及電池組模塊的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，開發(fā)難度低，能有效降低產(chǎn)品成本。
文檔編號(hào)H02H7/18GK201234123SQ20082009557
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月16日
發(fā)明者李春青 申請(qǐng)人:深圳市比克電池有限公司