專利名稱：鋰電池組充放電控制保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種鋰電池組充放電控制保護(hù)電路，尤其涉及一種將浮地監(jiān) 測信號轉(zhuǎn)換為共地監(jiān)測信號的電路。
背景技術(shù)：
基于鋰電池組物理結(jié)構(gòu)上的原因，對鋰電池組充放電有特定要求，如充電時 須具備有預(yù)充電功能、需恒流、恒壓充電，最大放電電流限制等。同時鋰電池組 在充、放電工作過程中，需要對其過充電壓、過放電壓以及負(fù)載電流等關(guān)鍵參數(shù) 進(jìn)行監(jiān)測和控制。
鋰電池組既不能過充電也不能過度放電。因過充電會產(chǎn)生熱量，使鋰電池組 內(nèi)部溫度上升，電解液氣化，內(nèi)部氣壓升高，甚至有使外殼破裂的危險。過放電 會導(dǎo)致電解液分解，鋰電池組性能下降，縮短壽命。故對鋰電池組充放電管理的 好壞直接影響鋰電池組的安全和使用壽命。
目前，單節(jié)鋰電池充放電保護(hù)電路已較成熟，如圖3所示為常見單節(jié)鋰電池 充放電電壓監(jiān)測模塊原理圖，該模塊電路包括由過充電檢測比較器10、過放電 檢測比較器ll、邏輯判斷控制電路12、充電控制開關(guān)6、放電控制開關(guān)5等組 成的鋰電池監(jiān)測保護(hù)電路。檢測比較器10和11檢測到鋰電池9的電位后，將被 檢測鋰電池的電位與檢測比較器IO、 11內(nèi)置的基準(zhǔn)電壓比較，然后將比較結(jié)果 輸出給邏輯判斷控制電路12，邏輯判斷控制電路12按照事先設(shè)定的數(shù)值和控制 程序去控制充電開關(guān)6和放電控制開關(guān)5的通斷。
正常充、放電工作時單節(jié)鋰電池充放電電壓監(jiān)測模塊的輸出腳CO、 D0均 輸出高電平，使充電控制開關(guān)6和放電控制開關(guān)5均導(dǎo)通，單節(jié)鋰電池按正常充、 放電工作。若單節(jié)鋰電池充放電電壓監(jiān)測模塊檢測到有過充電壓或過放電壓時， 則C0或DO輸出低電平，使充電控制開關(guān)管6或放電控制開關(guān)管5截止，鋰電池 被停止充電或放電，從而實(shí)現(xiàn)對鋰電池的充電電壓、放電電壓、放電電流等進(jìn)行 監(jiān)測和控制，達(dá)到了保證鋰電池使用中的安全和延長鋰電池組的使用壽命。
因單節(jié)鋰電池容量有限，電壓有限，難以滿足實(shí)際用戶要求。故鋰電池一般
都串并聯(lián)使用，組成串并聯(lián)鋰電池組，以增加鋰電池輸出功率，滿足用戶實(shí)際需 求。目前鋰電池組充放電安全保護(hù)集成電路耐壓僅僅24V，多節(jié)串聯(lián)鋰電池組電 壓若超過24V，則安全保護(hù)集成電路耐壓不夠，故不易使用。對鋰電池組充、放 電安全保護(hù)集成電路僅能保護(hù)8節(jié)左右，若鋰電池組內(nèi)單節(jié)電池?cái)?shù)多于8節(jié)則實(shí) 現(xiàn)保護(hù)困難，控制電路成本較高。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種鋰電池組充放電控制 保護(hù)電路，有效保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命。
本實(shí)用新型的上述目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)鋰電池組充放電控制保護(hù)電 路，包括有串聯(lián)多節(jié)鋰電池E1、 E2、……、En-l、 En的鋰電池組，鋰電池組的各 個鋰電池各自并聯(lián)有一個單電池電壓監(jiān)測模塊l，其輸出信號送到電子開關(guān)2，電 子開關(guān)2的輸出信號輸出到光電開關(guān)3，所有光電開關(guān)3的輸出連接到比較控制開 關(guān)4，比較控制開關(guān)4輸出控制放電控制開關(guān)5和充電控制開關(guān)6。
所述的單電池電壓監(jiān)測模塊1檢測與其并聯(lián)的鋰電池E1充放電工作狀態(tài)，在 鋰電池出現(xiàn)過充電壓或者過放電壓時，單電池電壓監(jiān)測模塊l輸出信號到電子開 關(guān)2，電子開關(guān)2產(chǎn)生信號輸出到光電開關(guān)3，光電開關(guān)3產(chǎn)生的信號輸出到比較控 制開關(guān)4，由比較控制開關(guān)4控制充電控制開關(guān)6或者放電控制開關(guān)5斷開，停止對 鋰電池組進(jìn)行充電或者放電。
所述的電子開關(guān)2的輸入端為來自單電池電壓監(jiān)測模塊1輸出的檢測信號過 充電壓信號和過放電壓信號，其分別經(jīng)過一個電阻接到各自三極管Q1和Q2的基 極，兩個三極管Q1和Q2的發(fā)射極共接一電源，兩個三極管Q1和Q2的集電極各自連 接一個二極管D1和D2的陽極，兩個二極管D1和D2的陰極互連為輸出端信號，其輸 出到光電開關(guān)3的輸入端。
所述的光電開關(guān)3接收來自電子開關(guān)2的輸出信號，所述的光電開關(guān)3的輸出 信號連接到比較控制開關(guān)4，光電開關(guān)將浮地信號轉(zhuǎn)換成共地信號E。所有的電子 開關(guān)2具有相同的電路結(jié)構(gòu)，所有的光電開關(guān)3具有相同的電路結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)及效果是提供一種鋰電池組充放電控制保護(hù)電路，有效地 保證各單節(jié)鋰電池使用中的安全和延長使用壽命。
本實(shí)用新型電路，采用電子開關(guān)對單電池電壓監(jiān)測模塊輸出的監(jiān)測信號進(jìn)行 變換處理，采用光電開關(guān)對電子開關(guān)輸出的浮地信號轉(zhuǎn)換成共地信號，有效地解 決了現(xiàn)有安全保護(hù)集成電路耐壓不夠的問題，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組充放電控制保 護(hù)，延長了電池的使用壽命。


圖l 是本實(shí)用新型的線路原理框圖2 是電子開關(guān)和光電開關(guān)原理圖3 是單節(jié)鋰電池充放電電壓監(jiān)測模塊原理圖4 是串聯(lián)鋰電池組各電池電位分布圖5 是比較控制開關(guān)及充放電控制開關(guān)電路原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。 圖1是本實(shí)用新型線路原理框圖，共有N組鋰電池、單節(jié)鋰電池電壓監(jiān)測模 塊、電子開關(guān)和光電開關(guān)結(jié)構(gòu)的電路，每一組電路結(jié)構(gòu)相同，工作原理相同。就 第一組電路鋰電池E1、單節(jié)鋰電池電壓監(jiān)測模塊l、電子開關(guān)2和光電開關(guān)3 而言，通過單節(jié)鋰電池電壓監(jiān)測模塊1檢測鋰電池E1充電和放電工作狀態(tài)，如 果發(fā)現(xiàn)該節(jié)鋰電池E1充電或者放電工作電壓異常，則通過鋰電池充放電壓監(jiān)測 模塊1檢測后并經(jīng)該模塊輸出腳C0或者DO端輸出低電平，再經(jīng)電子開關(guān)2和 光電開關(guān)3，由光電開關(guān)3進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，經(jīng)E端輸出高電平控制信號。由圖可 見經(jīng)光電開關(guān)3將所有單節(jié)鋰電池浮地電位轉(zhuǎn)換成以"E-"端為公共參考點(diǎn)， 實(shí)現(xiàn)了將浮地轉(zhuǎn)換為共地。E端高電平控制信號送入比較控制開關(guān)4，由比較控 制開關(guān)輸出控制充電開關(guān)管6或放電開關(guān)管5的導(dǎo)通或截止，控制鋰電池組的充、 放電回路的通斷。
所以鋰電池組在充、放電工作過程中，做到了既防止鋰電池組過充電、也阻 止鋰電池組過放電，同時對鋰電池組的放電電流、負(fù)載短路等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了有 效監(jiān)測和控制。
通過使用該技術(shù)方案，采用電子開關(guān)和光電轉(zhuǎn)換開關(guān)電路，可將每節(jié)鋰電池 的浮地安全轉(zhuǎn)換為共地，低電壓工作，實(shí)現(xiàn)了電位隔離和統(tǒng)一公共參考點(diǎn)，達(dá)到 鋰電池組使用中的安全和延長鋰電池組的使用壽命。
見圖所示具體工作流程
圖3為單節(jié)鋰電池充放電電壓監(jiān)測模塊原理圖，每一節(jié)鋰電池配接一個鋰電 池電壓監(jiān)測模塊，其內(nèi)部包含有過充電監(jiān)測比較器IO、過放電監(jiān)測比較器ll、 邏輯判斷控制電路12等電路組成。檢測比較器IO、 11檢測鋰電池9的電位，將 被檢測到的鋰電池的電位與檢測比較器10、 11內(nèi)置的基準(zhǔn)電壓比較，然后將比 較結(jié)果輸出給邏輯判斷控制電路12，邏輯判斷控制電路12輸出信號C0為充電 端控制信號，DO為放電端控制信號，由它們再分別去后續(xù)的電子開關(guān)電路以及 光電開關(guān)電路。
結(jié)合圖2和圖5，正常充放電工作時C0、 D0均輸出高電平，使得電子開 光電路中的開關(guān)三極管Q1、 Q2的EB結(jié)反偏，故電子開關(guān)2和光電轉(zhuǎn)換開關(guān)3 均為斷開狀態(tài)；E+通過圖5比較控制開關(guān)及充放電控制開關(guān)電路原理圖上的 R18、 R19分壓，經(jīng)R13、 R14、 R16、 R17為充電控制開關(guān)6、放電控制開關(guān)5 提供給開關(guān)管Q5、 Q6開啟電壓VT，使開關(guān)管Q5、 Q6處于導(dǎo)通，鋰電池組按 正常充、放電工作。
若單電池電壓監(jiān)測模塊1檢測到鋰電池組中某節(jié)鋰電池出現(xiàn)過充電壓或過 放電壓，則單鋰電池電壓監(jiān)測模塊1輸出腳C0或D0則輸出低電平，開關(guān)三極 管Q1、 Q2的EB結(jié)變?yōu)檎?，Ql、 Q2導(dǎo)通，經(jīng)D1或D2到達(dá)C端，C端高電 平使光電開關(guān)3中D3導(dǎo)通，高電平信號經(jīng)光電三極管由E端送出到達(dá)比較控制
5開關(guān)4中Id的6腳，當(dāng)引腳電壓116>115，則引腳電壓U7輸出低電平，經(jīng)DIO、 Dll再去控制開關(guān)管Q5、 Q6的控制極Uc;s，此時開關(guān)管Q5、 Q6的Ugs< VT (Q5、 Q6開啟電壓)，使開關(guān)管Q5、 Q6截止，停止對鋰電池組充、放電。 若單鋰電池電壓監(jiān)測模塊1檢測到負(fù)載出現(xiàn)短路，經(jīng)比較控制開關(guān)4中Rs 取樣電阻，H端獲得高電平控制信號到達(dá)比較控制開關(guān)4上Id的2腳輸入，當(dāng) 引腳電壓U2二 I放+Rs〉U3參考電壓時(設(shè)計(jì)U3參考電壓值值以確定最大放電電流)， 則ICi的l腳輸出低電平控制信號，經(jīng)D13去控制開關(guān)管Q5，使放電控制開關(guān) 管Q5迅速截止，停止鋰電池組放電，實(shí)現(xiàn)對鋰電池組的負(fù)載電流進(jìn)行監(jiān)測和控 制。
可見，該技術(shù)方案經(jīng)光電開關(guān)3將所有單節(jié)鋰電池浮地電位轉(zhuǎn)換成以"E-" 端為公共參考點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了將浮地轉(zhuǎn)換為共地。通過將鋰電池組浮地轉(zhuǎn)換為共地， 實(shí)時方便地控制了鋰電池組最高充電電壓、最大放電電流、過放電電壓、負(fù)載短 路保護(hù)等功能。
若實(shí)際鋰電池組電壓已超過24V,或鋰電池組內(nèi)串并聯(lián)單節(jié)鋰電池?cái)?shù)多于8 節(jié)，現(xiàn)有的鋰電池監(jiān)測保護(hù)IC集成電路耐壓僅僅24V，不能滿足實(shí)際需要。
圖4為串聯(lián)鋰電池組各電池電位分布圖，各單節(jié)鋰電池連接的單鋰電池電壓 監(jiān)測模塊無統(tǒng)一參考電位，即其輸出信號C0、 DO電位無統(tǒng)一參考電位，為浮動 狀態(tài)。各單節(jié)鋰電池電位均呈現(xiàn)浮地狀態(tài)，控制保護(hù)電路難以統(tǒng)一控制。
如果鋰電池每節(jié)電壓為3V，則每節(jié)鋰電池正端相對E-的點(diǎn)位是
鋰電池En電位En=3V;
鋰電池En-l電位En-l=2*3V;
鋰電池E2電^f立E2= (N-l) *3V;
鋰電池E1電位E1=N*3V; N:電池組節(jié)數(shù)；
可見，若N46節(jié)的鋰電池組，則鋰電池E1相對E—電位是48V二E+;
若￡+=48￥，顯然大于現(xiàn)有的鋰電池監(jiān)測保護(hù)IC集成電路耐壓24V;為此， 本實(shí)用新型通過電子開關(guān)2和光電開關(guān)3將各單節(jié)鋰電池浮地轉(zhuǎn)換為共地。轉(zhuǎn)換 后公共參考點(diǎn)選擇為"E-"端；將鋰電池組內(nèi)串聯(lián)各單節(jié)鋰電池浮地統(tǒng)一轉(zhuǎn)換 為參考電位"E-"，可用低電壓3.6V工作，實(shí)使充放電控制與保護(hù)，安全可靠。
權(quán)利要求1、一種鋰電池組充放電控制保護(hù)電路，包括有串聯(lián)多節(jié)鋰電池(E1、E2、……、En-1、En)的鋰電池組，其特征在于所述的鋰電池組的各個鋰電池(E1、E2、……、En-1、En)各自并聯(lián)有一個單電池電壓監(jiān)測模塊(1)，其輸出信號送到電子開關(guān)(2)，電子開關(guān)(2)的輸出信號輸出到光電開關(guān)(3)，所有光電開關(guān)(3)的輸出連接到比較控制開關(guān)(4)，比較控制開關(guān)(4)的兩路輸出分別控制放電控制開關(guān)(5)的通斷和充電控制開關(guān)(6)的通斷；所述的單電池電壓監(jiān)測模塊(1)檢測與其并聯(lián)的鋰電池(E1)充放電工作狀態(tài)，在鋰電池出現(xiàn)過充電壓或者過放電壓時，單電池電壓監(jiān)測模塊(1)輸出信號到電子開關(guān)(2)，電子開關(guān)(2)產(chǎn)生信號輸出到光電開關(guān)(3)，光電開關(guān)(3)產(chǎn)生的信號輸出到比較控制開關(guān)(4)，由比較控制開關(guān)(4)控制充電控制開關(guān)(6)或者放電控制開關(guān)(5)斷開，停止對鋰電池組進(jìn)行充電或者放電。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的鋰電池組充放電控制保護(hù)電路，其特征是所述的電子開關(guān)(2)的輸入端為來自單電池電壓監(jiān)測模塊(1)輸出的檢測 信號過充電壓信號(C0)和過放電壓信號(D0)，其分別經(jīng)過一個電阻接到各 自三極管(Ql、 Q2)的基極，兩個三極管(Ql、 Q2)的發(fā)射極共接一電源，兩個 三極管(Ql、 Q2)的集電極各自連接一個二極管(Dl、 D2)的陽極，兩個二極管 (Dl、 D2)的陰極互連為輸出端信號，其輸出到光電開關(guān)(3)的輸入端；所述的光電開關(guān)(3)接收來自電子開關(guān)(2)的輸出信號，所述的光電開關(guān) (3)的輸出信號連接到比較控制開關(guān)(4)，其將輸入的浮地信號轉(zhuǎn)換成輸出的 共地信號(E);所有的電子開關(guān)(2)具有相同的電路結(jié)構(gòu)，所有的光電開關(guān)(3)具有相同 的電路結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種鋰電池組充放電控制保護(hù)電路。包括有串聯(lián)多節(jié)鋰電池，各鋰電池各自并聯(lián)有一個單電池電壓監(jiān)測模塊，其輸出信號送到電子開關(guān)，電子開關(guān)的輸出信號輸出到光電開關(guān)，所有光電開關(guān)的輸出連接到比較控制開關(guān)，比較控制開關(guān)4輸出控制放電控制開關(guān)和充電控制開關(guān)。光電開關(guān)將浮地信號轉(zhuǎn)換成共地信號，有效地解決了現(xiàn)有安全保護(hù)集成電路耐壓不夠的問題，從而實(shí)現(xiàn)鋰電池組充放電控制保護(hù)，延長了電池的使用壽命。
文檔編號H02H7/18GK201290021SQ20082021623
公開日2009年8月12日 申請日期2008年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月17日
發(fā)明者趙長連 申請人:南京特能電子有限公司