專利名稱：一種新型多用途鋰電池組及其保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋰電池組，尤其是可任意改變組合方式，組合出不同 容量和電壓的一種新型多用途鋰電池組及其保護電路。
背景技術(shù)：
自100多年前發(fā)明了鉛酸電池，可充電電池就因為使用成本低廉而被廣泛
的應用到人們的生活中。但是隨著科學技術(shù)水平的不斷進步，近年來可以生產(chǎn) 出質(zhì)量更輕、體積更小、能量密度更高、使用壽命更長的鋰電池，因而被廣泛 的用做手機、筆記本電腦、電動工具等便攜式用電池的電源。
可充電電池在使用過程中，過充電、過放電和過電流都會影響電池的使用 壽命，甚至發(fā)生危險。所以為了電池的可靠使用，電池最好加裝保護電路板，
尤其是鋰電池都是必須加裝保護電路的，因此世界上各大IC廠商都推出了適合
于一節(jié)到四節(jié)電池集成保護芯片，但是對于更多串電池組的保護，需要多個電 池集成保護芯片和較多的外圍電路組合，電路復雜，成本高，所以鋰電池組所 使用的保護板，都是制作在一塊電路板上，保護板設有每一節(jié)電池的電壓檢測 端子和充放電控制開關(guān)。通常，在生產(chǎn)鋰電池組的時候，需要先組合好電池組， 然后通過與電池組連接在一起的保護板監(jiān)測電池組內(nèi)的每一節(jié)電池的電壓變 化，在出現(xiàn)過壓、欠壓、過流等異常情況的時候，可以及時關(guān)斷電池組的輸出。
因為保護板的限制，所以每一種電壓的鋰電池組都需要相應的一種保護板， 因而大容量、高電壓電池組制作困難，成本也高。電池一旦組合，也無法更改 電池規(guī)格，因而最終用戶使用很不方便，使得高電壓、大容量的鋰電池組應用 受到極大地限制，在很多領(lǐng)域至今還在使用重量高、體積大容量低的鉛酸電池。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的是提供一種新型多用途鋰電池組及其保護電路，其對現(xiàn)有 鋰電池的組合方式作出了重要突破。使用這種全新的電路結(jié)構(gòu)和組合方式，大容量鋰電池組合將變的非常容易，就象搭積木一樣，用戶可以根據(jù)需要隨意變
換電池組的規(guī)格和形狀，比如一個2并8串的24V10Ah鋰電池組，無需改變電 池和電路，只需改變連線方式，就可以筒單的組合出4并4串的12V20AH或者 1并16串的48V4AH的鋰電池組，大大拓展了其4吏用范圍。廠家也因為只需生 產(chǎn)有限的幾種規(guī)格的電池單元和保護控制開關(guān)，生產(chǎn)成本也會大大降低。
本實用新型的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)
一種新型多用途鋰電池組及其保護電路，包括至少一個相對獨立的電池單 元、電壓檢測電路模塊和一個充、放電保護控制電路模塊，所述電池單元上并 聯(lián)一電壓檢測電路模塊，所述電池單元外串聯(lián)一充、放電保護控制電路模塊和 一負載模塊，所述負栽才莫塊可為充電器。
所述電池組可包含一個電池單元，也可包含多個電池單元，各電池單元之 間可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。
所述電池單元有一正極接口和一負極接口 ，電池單元設有兩根信號線接口 ， 其中一信號線接口輸出充電信號，另一信號線接口輸出放電信號。
所述各電池單元并聯(lián)的電壓檢測電路模塊之間為串聯(lián)，串聯(lián)在一起的多個 電壓檢測電路模塊構(gòu)成了電池組的保護電路。所迷電壓檢測電路模塊主要包括 一保護邏輯電路模塊，所述保護邏輯電路模塊上有一充電控制輸入接口、 一放 電控制輸入接口、 一充電控制輸出接口和一i文電控制輸出接口，充電控制輸入 接口連接上一電池單元的充電控制輸出接口 ，并接收上一電池單元的充電控制 輸出接口輸出的充電信號，放電控制輸入接口連接上一電池單元的放電控制輸 出接口，并接收上一電池單元的輸出的放電信號；此電池單元上的充電控制輸 出接口連接下一電池單元的充電控制輸入接口 ，并將此電池單元接收到的充電 信息和其自身的充電信息輸出給下一電池單元的充電控制輸入接口；此電池單 元上的放電控制輸出接口連接下一電池單元的放電控制輸入接口，并將此電池 單元接收到的放電信息和其自身的放電信息輸出給下一電池單元的放電控制輸 入接口；各電池單元電路的輸出信號受上一個電池單元的輸出信號控制。電池單元由至少一塊電池組成，各電池可以任意串并聯(lián)方式組合，每塊電 池上并聯(lián)一電壓監(jiān)測模塊和一電量均衡模塊，每個電壓監(jiān)測模塊和電量均衡模 塊均連接到保護邏輯電路才莫塊。
所述的充、放電保護控制電路模塊包括溫控開關(guān)、過流開關(guān)、充滿檢測、 短路檢測、均衡控制、充電開關(guān)和放電開關(guān)，所述充、放電保護控制電路模塊 通過充電控制輸入接口和放電控制輸入接口串接到電壓檢測電路中，充、放電 保護控制電路模塊中的控制邏輯模塊分別連接溫控開關(guān)、過流開關(guān)、充滿4全測、 短路檢測、均衡控制、充電開關(guān)和放電開關(guān)。所述充、放電控制電路模塊的使 用只和電池組的正、負極相連，其自身的供電由相連的電池單元供電。
本實用新型所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路的有益效果為基于 這種新型電池保護電路的電池單體設計，使用這種結(jié)構(gòu)的保護電路，可以生產(chǎn) 出合適M^格的通用電池單體，電池單體相對獨立，只要配合一個電池充放電保 護控制電路就可以正常工作。
使用該方法，只需要一種規(guī)格的電池單體，就可以通過任意串并聯(lián)方式組合 出不同電壓不同容量的電池組，用戶可以根據(jù)需要隨意變換電池組的規(guī)格、形 狀和串、并聯(lián)的連接方式，以組合成多種電壓、容量的電池組，大大拓展了其 使用范圍及應用領(lǐng)咸，有利于產(chǎn)品的推廣。廠家也因為只需生產(chǎn)有限的幾種規(guī) 格的電池單元和保護控制開關(guān)，生產(chǎn)成本也會大大降低，具有很好的市場潛力， 促進市場經(jīng)濟發(fā)展，符合社會發(fā)展需求。


圖1是本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路的結(jié)構(gòu) 示意電路的示意圖3是本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路的電壓檢測電路模塊的示意圖； 圖4
放電保護控制電路才莫塊的示意圖。 圖中
1、電池單元；2、充、放電保護控制電路4莫塊；3、負載；4、電池；5、電 壓檢測電路模塊；6、正極接口； 7、負極接口； 8、信號線接口； 9、電壓監(jiān)測 模塊；10、電量均衡模塊；11、保護邏輯電路模塊；12、充電控制輸入接口； 13、放電控制輸入接口； 14、充電控制輸出接口； 15、放電控制輸出接口。
具體實施方式
如圖l和2所示，本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護 電路，包括四個^m相同的相對獨立的電池單元1、四個電壓檢測電路4莫塊5 和一個充、放電保護控制電路模塊2，所述其中兩個電池單元并聯(lián)，剩余兩個 電池單元并聯(lián)，所述兩組并聯(lián)電i^間為串聯(lián)；所述電池單元外串聯(lián)一充、放 電保護控制電路模塊2和一負載模塊3，所述負載才莫塊3可為充電器。
所述四個相對獨立的電池單元1可全部串聯(lián)。
所述四個相對獨立的電池單元1可全部并聯(lián)。
所述每個電池單元上并聯(lián)一電壓檢測電路模塊5，各電壓檢測電路模塊之間 為串聯(lián)，各電壓檢測電路模塊形成的串聯(lián)電路內(nèi)串聯(lián)充、放電保護控制電路模 塊2,并構(gòu)成電池組的保護電路。每個電壓檢測電路都檢測本電池單元內(nèi)的各 串電池的電壓狀態(tài)，以判斷電池是否可以正常充、放電，在電壓超出設定上限 的同時，可以完成充電電量均衡。同時，該電路還才艮據(jù)上一串電池單元的電壓 檢測電路輸出的信號，來改變本單元電路的輸出狀態(tài)。
所述電池組可包含一個電池單元，也可包含多個電池單元，各電池單元既 可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)，但是每個電池單元都有一相對獨立的電壓檢測電路模塊5。同時，其可以通過將電池單元以任意串、并聯(lián)方式組合出不同電壓不同 容量的電池組，但是電池串并聯(lián)應該按照"電壓相同的電池可并聯(lián)，容量相同 的電池可串聯(lián)的原則"進行，這個電池組具有有公用的正極和負極以及一個充 放電控制信號輸入接口和一個充放電控制信號輸出接口 。
如圖2和3所示，本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護 電路，所述電池單元1有一正極接口 6和一負極接口 7，電池單元設有兩根信 號線接口 8，其中一信號線接口輸出充電信號，另一信號線接口輸出放電信號； 如果使用高級數(shù)字總線接口，也可以根據(jù)需要設計出各種附加功能，比如電池 單體的溫度檢測、電壓顯示、容量顯示、電路休眠控制、放電電量轉(zhuǎn)移均衡控 制等。
所述電池單元上并聯(lián)一電壓檢測電路模塊5,所述電壓檢測電路模塊5主要 包括一保護邏輯電路模塊ll，所述保護邏輯電路模塊11上有一充電控制輸入接 口 12、 一放電控制輸入接口 13、 一充電控制輸出接口 14和一放電控制輸出接 口 15。充電控制輸入接口 12連接上一電池單元的充電控制輸出接口 14,并接 收上一電池單元的充電控制輸出接口 14輸出的充電信號，放電控制輸入接口 13連接上一電池單元的放電控制輸出接口 15，并接收上一電池單元的輸出的放 電信號；此電池單元上的充電控制輸出接口 14連接下一電池單元的充電控制輸 入接口 12,并將此電池單元接收到的充電信息和其自身的充電信息輸出給下一 電池單元的充電控制輸入接口 12;此電池單元上的放電控制輸出接口 15連接 下一電池單元的放電控制輸入接口 13,并將此電池單元接收到的放電信息和其 自身的放電信息輸出給下一電池單元的放電控制輸入接口 13。電池單元的電壓 檢測電路是微功耗、低成本的，電壓檢測電路正常功耗大約只有10UA,和普通 單節(jié)電池使用的保護電路功耗一樣。
每個電池單元的電壓檢測電路才莫塊5本身，除了檢測本電池單元電壓以外， 還起信號中繼作用，其信號輸出在電氣和上一個電池單元是隔離的。這樣，任 意數(shù)量的電池單元都可以串聯(lián)或并聯(lián)組合，但是最終的輸出信號的電壓只取決 于最后一個電池單元的電壓。該電路可廣泛用于各種鋰電池、或其它鉛酸、鎳氫等可充電電池組。
電池單元1由四塊電池組成，電池單元1內(nèi)的電池全部串聯(lián)，每塊電池上
并聯(lián)一電壓監(jiān)測模塊9和一電量均衡模塊10，每個電壓監(jiān)測模塊9和電量均衡 模塊10均連接到保護邏輯電路模塊11。
如圖4所示，本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路， 所述的充、放電保護控制電路模塊2包括溫控開關(guān)、過流開關(guān)、充滿檢測、短 路檢測、均衡控制、充電開關(guān)和放電開關(guān)，所述充、放電保護控制電路模塊2 通過充電控制輸入接口 12和放電控制輸入接口 13串接到電壓檢測電路模塊5 中，充、放電保護控制電路模塊2中的控制邏輯模塊分別連接溫控開關(guān)、過流 開關(guān)、充滿檢測、短路檢測、均衡控制、充電開關(guān)和放電開關(guān)。所述充、放電 控制電路模塊2的使用只和電池組的正、負極相連，其自身的供電由相連的電 池單元供電，由于采用了大功率的MOSFET管驅(qū)動，功耗極低，可以只由電池 單元的輸出信號供電，同時還集成了電流檢測、溫度開關(guān)等安全相關(guān)功能。
所述電池單元1可包含一節(jié)電池，也可包含多節(jié)電池，各電池既可以并聯(lián)， 也可以串聯(lián)，但是每節(jié)電池都有一過充和過放電壓監(jiān)測模塊和一過充和過放電 量均衡才莫塊，其電路的輸出信號受上一個電池單元的輸出信號控制，電池組最 末端的電池單元輸出信號控制公用的充放電開關(guān)，任意一個電池單元輸出欠壓 或者過壓信號，與^目串聯(lián)其它所有下級電池單元都會輸出欠壓或者過壓信號， 最終是充放電保護電路關(guān)閉充電或者放電開關(guān)，這樣通過把電壓檢測電路模塊 5和保護控制短路分開的設計，使得只需一個規(guī)格電池單元就可以通過簡單的 串并聯(lián)，組合出多種規(guī)格的大容量鋰電池組，大大簡化了大容量電池組的組合 方式。
大容量電池組由任意多個小電池組單元和一個充、放電保護控制電路模塊2 組成，每個電池單元內(nèi)含有一塊電池電壓檢測電路模塊5，每塊電壓檢測電路 模塊5設置有多路電壓監(jiān)測模塊9、電量均衡模塊10、上一串電池過壓及欠壓 信號輸入耦合電路和本單元欠壓和過壓信號輸出耦合電路，充、放電保護控制 電路模塊2包含溫度檢測、過流檢測、均衡控制、充電開關(guān)、放電開關(guān)，最低電壓電池單元的輸出信號耦合到充放電控制電路上，組合成一個完整的大容量 電池組。
如果電池單元的充、放電控制信號輸入為低電平，或者電池單元內(nèi)部電池 有過壓或者欠壓，則充、放電控制信號輸出也為低電平，只有控制信號輸入為 高電平，且電池單元內(nèi)部電池沒有過壓或者欠壓，控制輸出信號才是高電平。
本實用新型實施例所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路，在制作時， 將一節(jié)或多節(jié)電池進行串聯(lián)或并聯(lián)，組合成一電池單元1,并在該電池單元上
并聯(lián)一電壓檢測電路模塊5;將多個相對獨立的相同規(guī)格電池單元以任意方式 串聯(lián)或并聯(lián)，并將每個電池單元上的電壓檢測電路模塊5——串聯(lián)，同時在其 串聯(lián)電路上連接一充、放電保護控制電路才莫塊2,從而組合成一電池組。其可 以電池單元1全部串聯(lián)的方式形成一大容量電池組，也可以電池單元1全部并 聯(lián)的方式形成一高電壓電池組，還可以電池單元串、并聯(lián)結(jié)合的方式形成一高 電壓、大容量的電池組。該電池組在使用時，每個電池單元都受上一電池單元 的電壓檢測電路模塊5的控制，如若任意一電池單元出現(xiàn)故障都將使得其停止 工作；但由于各電池單元上均有一電壓檢測電路模塊5，使得電池單元相對獨 立，在出現(xiàn)故障時，可分別對各電池單元進行才企測，找出故障電池單元，可將 其取掉或進行維修，而不會損壞其它電池單元。
以上所述的實施例，只是本實用新型較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員在本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應包含在 本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種新型多用途鋰電池組及其保護電路，包括至少一個相對獨立的電池單元、電壓檢測電路模塊和一個充、放電保護控制電路模塊，所述連接在一起的電池單元外串聯(lián)一充、放電保護控制電路模塊和一負載模塊，所述充、放電保護控制電路模塊通過充電控制輸入接口和放電控制輸入接口串接到電壓檢測電路中，充、放電保護控制電路模塊中的控制邏輯模塊分別連接溫控開關(guān)、過流開關(guān)、充滿檢測、短路檢測、均衡控制、充電開關(guān)和放電開關(guān)，其特征在于每個電池單元上分別并聯(lián)一電壓檢測電路模塊，所述各電壓檢測電路模塊之間為串聯(lián)，串聯(lián)在一起的多個電壓檢測電路模塊構(gòu)成了電池組的保護電路，各電池單元電路的輸出信號受上一個電池單元的輸出信號控制。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路，其特征在于 電壓檢測電路模塊主要包括"保護邏輯電路模塊，保護邏輯電路模塊上有一充 電控制輸入接口、 一放電控制輸入接口、 一充電控制輸出接口和一放電控制輸 出接口，充電控制輸入接口連接上一電池單元的充電控制輸出接口，放電控制 輸入接口連接上一電池單元的放電控制輸出接口；充電控制輸出接口連接下一 電池單元的充電控制輸入接口；放電控制輸出接口連接下"電池單元的放電控 制輸入接口。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路，其特征在于 電池組可包含一個電池單元，也可包含多個電池單元，各電池單元之間可以并 聯(lián)，也可以串聯(lián)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路，其特征 在于電池單元有一正極接口和一負極接口，電池單元設有兩根信號線接口， 其中一信號線接口輸出充電信號，另一信號線接口輸出放電信號。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述的新型多用途鋰電池組及其保護電路， 其特征在于電池單元由至少一塊電池組成，各電池可以任意串并聯(lián)方式組合， 每塊電池上并聯(lián)一 電壓監(jiān)測模塊和一 電量均衡模塊，每個電壓監(jiān)測才莫塊和電量 均衡模塊均連接到保護邏輯電路模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種新型多用途鋰電池組及其保護電路，包含一個或多個電池單元，各電池單元既可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)，每個電池單元都有一相對獨立的電壓檢測電路模塊，電壓檢測電路模塊可檢測其電池單元的電壓信息，各電池單元電路的輸出信號受上一個電池單元的輸出信號控制；其可以通過將電池單元以任意串、并聯(lián)方式組合出不同電壓不同容量的電池組，這個電池組具有公用的正極和負極以及一個充放電控制信號輸入接口和一個充放電控制信號輸出接口。本實用新型有益效果為以不同組合方式組合成多種電壓、容量的電池組，大大拓展了其使用范圍，有利于產(chǎn)品的推廣；生產(chǎn)成本低。
文檔編號H02J7/00GK201364940SQ20082018068
公開日2009年12月16日 申請日期2008年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月8日
發(fā)明者蔡道華 申請人:蔡道華