一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，包括供電電路、控制電路、充放電回路、該保護(hù)電路還包括電壓檢測(cè)電路和平衡電路，該電壓檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)鋰電池的電芯電壓的信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，該信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的電壓信號(hào)輸入端一一對(duì)應(yīng)連接，所述平衡電路包括與鋰電池節(jié)數(shù)相匹配的放電平衡回路，該放電平衡回路一一對(duì)應(yīng)連接于每節(jié)鋰電池正、負(fù)極之間，每個(gè)放電平衡回路上設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)開(kāi)關(guān)元件一一對(duì)應(yīng)連接于控制電路的平衡輸出端。該保護(hù)電路具有對(duì)鋰電池電芯電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓檢測(cè)電路，可檢測(cè)出多節(jié)串聯(lián)的鋰電池的各電芯電壓之間存在較大壓差，并通過(guò)平衡電路減少該壓差，可以大大延長(zhǎng)電池的使用壽命。
【專利說(shuō)明】—種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鋰電池保護(hù)電路，特別是指一種用于多節(jié)串聯(lián)的鋰電池的保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的發(fā)展已有很多年，但主要用于手機(jī)、筆記本電腦、照相機(jī)等小型移動(dòng)式電子產(chǎn)品，這些場(chǎng)合往往都單串使用，負(fù)載電流較低，安全系數(shù)高。最近以來(lái)，鋰離子電池以其輕便、高能量密度、無(wú)污染等特點(diǎn)，已經(jīng)開(kāi)始在電動(dòng)自行車、電動(dòng)工具和動(dòng)力玩具領(lǐng)域上得到快速應(yīng)用，并逐步應(yīng)用于混合動(dòng)力車和電動(dòng)車輛領(lǐng)域。但動(dòng)力鋰離子電池的安全性和使用壽命仍是人們目前最為關(guān)注的問(wèn)題，所以對(duì)其的保護(hù)就非常重要。目前，市場(chǎng)上的保護(hù)裝置有兩種:一種是單串的用于上面提到的手機(jī)、照相機(jī)的保護(hù)板。一種是多串的用于電動(dòng)工具等的最大6串左右的保護(hù)板，這種保護(hù)板最大只能支持6節(jié)電池串聯(lián)，如果需要有更多的電池串聯(lián)則只能采用多個(gè)芯片串聯(lián)起來(lái)使用，大大增加了成本。而且這種保護(hù)板一般都沒(méi)有溫度保護(hù)和平衡功能，精度差，對(duì)電池使用的安全性、使用壽命和靈活性都產(chǎn)生很大的影響。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:提供一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，該保護(hù)電路具有對(duì)鋰電池電芯電壓進(jìn)行檢測(cè)的電壓檢測(cè)電路，可檢測(cè)出多節(jié)串聯(lián)的鋰電池的各電芯電壓之間存在較大壓差，并通過(guò)平衡電路減少該壓差，可以大大延長(zhǎng)電池的使用壽命。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，包括供電電路、控制電路、充放電回路、該保護(hù)電路還包括電壓檢測(cè)電路和平衡電路，該電壓檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)鋰電池的電芯電壓的信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，該信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的電壓信號(hào)輸入端一一對(duì)應(yīng)連接，所述平衡電路包括與鋰電池節(jié)數(shù)相匹配的放電平衡回路，該放電平衡回路一一對(duì)應(yīng)連接于每節(jié)鋰電池正、負(fù)極之間，每個(gè)放電平衡回路上設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)開(kāi)關(guān)元件一一對(duì)應(yīng)連接于控制電路的平衡輸出端。
[0005]作為一種優(yōu)選的方案，所述充放電回路包括充電母線正極和充電母線負(fù)極、放電母線正極和放電母線負(fù)極，所述充電母線負(fù)極和放電母線負(fù)極均連接于鋰電池的輸出母線負(fù)極，所述放電母線正極通過(guò)放電MOS管與輸出母線正極連接，該放電MOS管的G極連接放電三極管的集電極，該放電三極管的基極與控制電路的放電輸出端連接；放電三極管的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極連接；所述充電母線正極通過(guò)充電MOS管與輸出母線正極連接，該充電MOS管的G極連接充電三極管的集電極，該充電三極管的基極與控制電路的充電輸出端連接，該充電三極管的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極連接。
[0006]作為一種優(yōu)選的方案，所述保護(hù)電路還包括串聯(lián)于輸入母線上的測(cè)流電阻和檢測(cè)該測(cè)流電阻電流的過(guò)流檢測(cè)電路，該過(guò)流檢測(cè)電路與控制電路的過(guò)流檢測(cè)輸入端連接。
[0007]作為一種優(yōu)選的方案，所述保護(hù)電路還包括連接于供電電路和地線之間的溫度檢測(cè)電路，該溫度檢測(cè)電路包括NTC和分壓電阻，該NTC貼合于鋰電池的外部，該NTC和分壓電阻之間的檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的溫變電壓輸入端連接。
[0008]采用了上述技術(shù)方案后，本實(shí)用新型的效果是:由于電壓檢測(cè)電路對(duì)多節(jié)鋰電池的電芯電壓(即每一節(jié)鋰電池的電壓)，當(dāng)檢測(cè)的每個(gè)電信電壓均大于設(shè)定的電壓值，且任意兩節(jié)電芯的電壓差大于設(shè)定差值時(shí)，電壓較高的那節(jié)電芯對(duì)應(yīng)的開(kāi)關(guān)元件由控制電路控制導(dǎo)通，對(duì)該節(jié)電芯進(jìn)行放電，以達(dá)到任意兩節(jié)電芯的電壓差低于設(shè)定差值，這樣，通過(guò)對(duì)電壓高的電芯進(jìn)行放電的方式，使得各節(jié)電芯的電壓波動(dòng)較小，平衡度提高，從而對(duì)整個(gè)鋰電池充電時(shí)會(huì)充入更多的電量，延長(zhǎng)了鋰電池的使用壽命。
[0009]又由于所述保護(hù)電路還包括串聯(lián)于輸入母線上的測(cè)流電阻和檢測(cè)該測(cè)流電阻電流的過(guò)流檢測(cè)電路，該過(guò)流檢測(cè)電路與控制電路的過(guò)流檢測(cè)輸入端連接，若測(cè)得的電流值大于設(shè)定的過(guò)流保護(hù)值，則在一定的保護(hù)延遲時(shí)間Tl后放電輸出端輸出低電平，而如果測(cè)得的電流值大于設(shè)定的短路保護(hù)值，則在一定的保護(hù)延遲時(shí)間T2 (T2 < T I)后放電輸出端同樣輸出低電平，同上導(dǎo)致放電MOS管關(guān)斷，這樣就達(dá)到了過(guò)流放電保護(hù)。
[0010]又由于所述保護(hù)電路還包括連接于供電電路和地線之間的溫度檢測(cè)電路，該溫度檢測(cè)電路包括NTC和分壓電阻，該NTC貼合于鋰電池的外部，該NTC和分壓電阻之間的檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的溫變電壓輸入端連接，溫度越高，NTC的阻值越小，從而檢測(cè)到的電壓越低，當(dāng)檢測(cè)到的電壓值低于控制電路內(nèi)設(shè)定的溫度保護(hù)值，則放電MOS管關(guān)斷。而當(dāng)關(guān)斷后電芯溫度開(kāi)始降低，低于設(shè)定的溫度恢復(fù)值時(shí)，放電MOS管又導(dǎo)通，這樣使鋰電池的使用更加安全，使用壽命延長(zhǎng)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0012]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的供電電路圖；
[0013]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的控制電路圖；
[0014]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的LED指示電路圖；
[0015]圖4是溫度檢測(cè)電路和過(guò)流檢測(cè)電路圖；
[0016]圖5是電壓檢測(cè)電路、平衡電路和充放電回路的電路圖；
[0017]附圖中:1.供電電路；2控制電路；3.LED指示電路；4.溫度檢測(cè)電路；5.過(guò)流檢測(cè)電路；6.電壓檢測(cè)電路；7.充放電回路；8.平衡電路。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0019]一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，包括供電電路1、控制電路2、充放電回路7、該保護(hù)電路還包括電壓檢測(cè)電路6和平衡電路8、溫度檢測(cè)電路4、過(guò)流檢測(cè)電路5和LED指示電路3。
[0020]如圖5所示，該電壓檢測(cè)電路6包括用于檢測(cè)鋰電池的電芯電壓的信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，該信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)與控制電路2的電壓信號(hào)輸入端(VOLT1、V0LT2、V0LT3)——對(duì)應(yīng)連接，所述平衡電路8包括與鋰電池節(jié)數(shù)相匹配的放電平衡回路，該放電平衡回路一一對(duì)應(yīng)連接于每節(jié)鋰電池正、負(fù)極之間，每個(gè)放電平衡回路上設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)開(kāi)關(guān)元件一一對(duì)應(yīng)連接于控制電路2的平衡輸出端，該開(kāi)關(guān)元件選用平衡MOS管，如圖5中的Q3、Q5、Q10。當(dāng)檢測(cè)到電芯CELL1、CELL2、CELL3的任意一個(gè)電壓均大于一個(gè)設(shè)定的電壓值(如3.8V)，而且任意兩串的電壓差大于某一設(shè)定值(如50mV)時(shí)，電壓較高的那節(jié)電芯對(duì)應(yīng)的平衡MOS管導(dǎo)通，對(duì)電芯進(jìn)行放電以達(dá)到任意兩串的電芯電壓差低于50mV。通過(guò)對(duì)電芯進(jìn)行平衡，可以大大延長(zhǎng)電池的使用壽命。例如，假設(shè)V0LT1、V0LT2、V0LT3檢測(cè)有一節(jié)電壓大于3.8V且，V0LT2-V0LTl=60mV大于50mV，那么說(shuō)明電芯CELL2的電壓過(guò)大，此時(shí)，與電芯CELL2對(duì)應(yīng)的平衡輸出端CELL2BALANCE控制平衡MOS管Q5導(dǎo)通，這樣，就對(duì)電芯CELL2放電，從而平衡各電芯之間的電壓，使其在允許的范圍內(nèi)，這樣，不但使得鋰電池的充放電合理，而且使用壽命延長(zhǎng)。
[0021]如圖5所示，所述充放電回路7包括充電母線正極和充電母線負(fù)極、放電母線正極和放電母線負(fù)極，所述充電母線負(fù)極和放電母線負(fù)極均連接于鋰電池的輸出母線負(fù)極，所述放電母線正極P+通過(guò)放電MOS管Q2與輸出母線正極連接，該放電MOS管的G極連接放電三極管Q6的集電極，該放電三極管Q6的基極與控制電路2的放電輸出端DIS連接；放電三極管Q6的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極P-連接；所述充電母線正極CHG+通過(guò)充電MOS管Q4與輸出母線正極連接，該充電MOS管Q4的G極連接充電三極管Q7的集電極，該充電三極管Q7的基極與控制電路2的充電輸出端CHG連接，該充電三極管Q7的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極P-連接。電壓檢測(cè)電路6檢測(cè)到的電壓大于過(guò)充保護(hù)設(shè)定電壓，那么，控制電路2的充電輸出端CHG輸出低電平，充電三極管Q7截止，充電MOS管Q4的G極電壓高電平，充電MOS管Q4關(guān)斷，充電停止；當(dāng)電壓檢測(cè)電路6檢測(cè)到的小于過(guò)放保護(hù)設(shè)定電壓，那么，放電輸出端DIS輸出低電平，放電三極管Q6截止，放電MOS管Q2的G極電壓高電平，放電MOS管Q2關(guān)斷，放電停止。而如果采集到的電壓處于過(guò)充保護(hù)設(shè)定電壓和過(guò)放保護(hù)設(shè)定電壓之間，則放電輸出端DIS和充電輸出端CHG均輸出高電平，分別通過(guò)電阻R17和R22及R18和R23分壓，使放電三極管Q6和充電三極管Q7導(dǎo)通，然后放電MOS管Q2和充電MOS管Q4也分別導(dǎo)通，整個(gè)電池組可以正常充電和放電，從而使鋰電池具備的過(guò)充和過(guò)放的保護(hù)功能。
[0022]如圖5和圖4所述保護(hù)電路還包括串聯(lián)于輸入母線上的測(cè)流電阻R24和檢測(cè)該測(cè)流電阻R24電流的過(guò)流檢測(cè)電路5，該過(guò)流檢測(cè)電路5與控制電路2的過(guò)流檢測(cè)輸入端連接。過(guò)流檢測(cè)電路5可以通過(guò)對(duì)流過(guò)測(cè)流電阻R24上產(chǎn)生的電壓進(jìn)行運(yùn)算放大，然后再經(jīng)過(guò)控制電路2內(nèi)的AD轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如果測(cè)得的電流值大于設(shè)定的過(guò)流保護(hù)值，則在一定的保護(hù)延遲時(shí)間Tl后放電輸出端DIS輸出低電平，而如果測(cè)得的電流值大于設(shè)定的短路保護(hù)值，則在一定的保護(hù)延遲時(shí)間T2 (T2 <T I)后放電輸出端DIS同樣輸出低電平，同上導(dǎo)致放電MOS管Q2關(guān)斷。
[0023]如圖4所述保護(hù)電路還包括連接于供電電路I和地線之間的溫度檢測(cè)電路4，該溫度檢測(cè)電路4包括NTC和分壓電阻，該NTC貼合于鋰電池的外部，該NTC和分壓電阻之間的檢測(cè)點(diǎn)與控制電路2的溫變電壓輸入端連接。溫度越高，NTC的阻值越小，從而檢測(cè)到的電壓越低，當(dāng)檢測(cè)到的電壓值低于控制電路22內(nèi)設(shè)定的溫度保護(hù)值，則放電MOS管Q2關(guān)斷。而當(dāng)關(guān)斷后電芯溫度開(kāi)始降低，低于設(shè)定的溫度恢復(fù)值時(shí)，放電MOS管Q2又導(dǎo)通。
[0024]如圖1所示，供電電路I通過(guò)MOS管Ql和與之串聯(lián)的電阻Rl及降壓芯片Ul把整個(gè)電池電壓降到控制電路2正常工作的電壓范圍(此處為5V)內(nèi)。
[0025]如圖2所示，該控制電路2包括一個(gè)控制芯片U3，供電電路I將電壓降低到5V后連接控制芯片U3的I腳供電。該控制芯片的2、3、4腳設(shè)定為電壓信號(hào)輸入腳；7腳為充電輸出腳；8腳為放電輸出腳；19腳為溫變電壓輸入腳；18腳為過(guò)流檢測(cè)輸入腳；16、17腳為L(zhǎng)ED指示燈輸出腳；12、13、14腳為平衡輸出腳。
[0026]如圖3所示，該LED指示電路3可以實(shí)時(shí)顯示電池的電量，當(dāng)鋰電池電量不足時(shí)(最低電芯電壓低于某一設(shè)定值)，控制電路2相應(yīng)的16腳輸出低電平，MOS管Q9導(dǎo)通，紅燈亮。而當(dāng)最低電芯電壓高于某一設(shè)定值時(shí)，控制電路2相應(yīng)的17腳輸出低電平，MOS管Q8導(dǎo)通,綠燈亮。
[0027]綜上所述，該保護(hù)電路具有保護(hù)點(diǎn)設(shè)置靈活、保護(hù)功能全面、可串聯(lián)的電池?cái)?shù)量多、精度高、適應(yīng)性廣，既帶有過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、短路等基本保護(hù)功能又帶有平衡、溫度保護(hù)功能，各個(gè)保護(hù)點(diǎn)都能靈活設(shè)置，并且能擴(kuò)展到多節(jié)電池串聯(lián)使用的場(chǎng)合。
【權(quán)利要求】
1.一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，包括供電電路、控制電路、充放電回路、其特征在于:該保護(hù)電路還包括電壓檢測(cè)電路和平衡電路，該電壓檢測(cè)電路包括用于檢測(cè)鋰電池的電芯電壓的信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)，該信號(hào)檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的電壓信號(hào)輸入端一一對(duì)應(yīng)連接，所述平衡電路包括與鋰電池節(jié)數(shù)相匹配的放電平衡回路，該放電平衡回路一一對(duì)應(yīng)連接于每節(jié)鋰電池正、負(fù)極之間，每個(gè)放電平衡回路上設(shè)置有開(kāi)關(guān)元件，每個(gè)開(kāi)關(guān)元件一一對(duì)應(yīng)連接于控制電路的平衡輸出端。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，其特征在于:所述充放電回路包括充電母線正極和充電母線負(fù)極、放電母線正極和放電母線負(fù)極，所述充電母線負(fù)極和放電母線負(fù)極均連接于鋰電池的輸出母線負(fù)極，所述放電母線正極通過(guò)放電MOS管與輸出母線正極連接，該放電MOS管的G極連接放電三極管的集電極，該放電三極管的基極與控制電路的放電輸出端連接；放電三極管的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極連接；所述充電母線正極通過(guò)充電MOS管與輸出母線正極連接，該充電MOS管的G極連接充電三極管的集電極，該充電三極管的基極與控制電路的充電輸出端連接，該充電三極管的發(fā)射極與輸出母線負(fù)極連接。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，其特征在于:所述保護(hù)電路還包括串聯(lián)于輸入母線上的測(cè)流電阻和檢測(cè)該測(cè)流電阻電流的過(guò)流檢測(cè)電路，該過(guò)流檢測(cè)電路與控制電路的過(guò)流檢測(cè)輸入端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的一種多節(jié)鋰電池的保護(hù)電路，其特征在于:所述保護(hù)電路還包括連接于供電電路和地線之間的溫度檢測(cè)電路，該溫度檢測(cè)電路包括NTC和分壓電阻，該NTC貼合于鋰電池的外部，該NTC和分壓電阻之間的檢測(cè)點(diǎn)與控制電路的溫變電壓輸入端連接。
【文檔編號(hào)】H02J7/00GK203674698SQ201320891312
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】王乾, 袁周紅, 季偉源 申請(qǐng)人:江蘇索爾新能源科技有限公司