鋰離子電池低功耗保護(hù)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種低功耗的鋰離子電池保護(hù)裝置，裝置本身具有自身功耗低，輸出電流大的特點(diǎn)，提高了鋰離子電池滿態(tài)的擱置時(shí)間。用于防止鋰離子電池由于過放電而損壞。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電池的過放電是指電池在放電過程中，超過電池放電的終止電壓值，電池放完內(nèi)部儲存的電量。當(dāng)電池電壓下降到一定值后，繼續(xù)放電就會造成過放電，電池過放會給電池帶來損壞，即使充電也只能部分恢復(fù)，容量也會有明顯衰減，所以對電池的過放保護(hù)是至關(guān)重要的。
[0003]一般情況下，鋰離子電池充滿電后給負(fù)載供電，負(fù)載消耗電池的容量，當(dāng)電池容量低于保護(hù)裝置設(shè)計(jì)的電壓值時(shí)，保護(hù)裝置自動(dòng)關(guān)斷鋰離子電池的輸出，保護(hù)電池不過放電，當(dāng)重新充電電池電壓達(dá)到額定值時(shí)，保護(hù)裝置自動(dòng)接通鋰離子電池的輸出，可以給負(fù)載供電。
[0004]而在某些特殊工況下，鋰離子電池充滿后有可能擱置I?3個(gè)月后使用，并且在擱置期間無法對電池進(jìn)行充電，而擱置期間電池保護(hù)裝置一直在工作，要求電池保護(hù)裝置的自身功耗很小。目前市場上的電池保護(hù)裝置多為負(fù)載工作電流微小且自身功耗較大，不能滿足本專利應(yīng)用工況的輸出電流大于4A，且可使電池?cái)R置3個(gè)月的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋰離子電池保護(hù)裝置具有升壓導(dǎo)通和低壓斷電功能，當(dāng)輸出電壓過低時(shí)自動(dòng)切斷電池輸出，從而防止電池因過放電而損壞，電池電壓恢復(fù)后自動(dòng)導(dǎo)通電池輸出。具體的技術(shù)方案為:
[0006]所述一種鋰離子電池低功耗保護(hù)裝置，其特征在于:由采樣設(shè)定電路、控制電路和開關(guān)組成；
[0007]采樣設(shè)定電路由采樣電阻、關(guān)閉電阻、開啟電阻和標(biāo)準(zhǔn)電源組成；采樣電阻由若干子采樣電阻串聯(lián)組成，采樣電阻接在鋰離子電池兩端，子采樣電阻分壓輸出采樣電壓；開啟電阻由若干子開啟電阻串聯(lián)組成，開啟電阻接在標(biāo)準(zhǔn)電源兩端，子開啟電阻分壓輸出開啟電壓；關(guān)閉電阻由若干子關(guān)閉電阻串聯(lián)組成，關(guān)閉電阻接在標(biāo)準(zhǔn)電源兩端，子關(guān)閉電阻分壓輸出關(guān)閉電壓；關(guān)閉電壓和開啟電壓由鋰離子電池電壓隨時(shí)間的放電曲線確定，開啟電壓大于關(guān)閉電壓，關(guān)閉電壓大于鋰離子電池的最低放電電壓；子采樣電阻、子開啟電阻和子關(guān)閉電阻均為MΩ級電阻；
[0008]所述控制電路由兩個(gè)比較器和一個(gè)觸發(fā)器組成，比較器和觸發(fā)器采用CMOS低功耗元件；第一比較器的輸入為米樣電壓和開啟電壓，當(dāng)米樣電壓大于開啟電壓時(shí)，第一比較器輸出高電平；第二比較器的輸入為采樣電壓和關(guān)閉電壓，當(dāng)采樣電壓小于關(guān)閉電壓時(shí)，第二比較器輸出高電平；第一比較器的輸出連接觸發(fā)器的置位端，第二比較器的輸出連接觸發(fā)器的復(fù)位端；
[0009]觸發(fā)器連接開關(guān)，開關(guān)采用大功率場效應(yīng)管，當(dāng)觸發(fā)器輸出高電平時(shí)，開關(guān)閉合，鋰尚子電池輸出，當(dāng)觸發(fā)器輸出低電平時(shí)，開關(guān)斷開，切斷鋰尚子電池輸出。
[0010]有益效果
[0011]本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋰離子電池保護(hù)裝置具有升壓導(dǎo)通和低壓斷電功能，當(dāng)輸出電壓過低時(shí)自動(dòng)切斷電池輸出，從而防止電池因過放電而損壞，電池電壓恢復(fù)后自動(dòng)導(dǎo)通電池輸出。其中比較器和觸發(fā)器采用CMOS低功耗元件，子采樣電阻、子開啟電阻和子關(guān)閉電阻均為ΜΩ級電阻，開關(guān)采用大功率場效應(yīng)管IRF3205，因此電池保護(hù)裝置輸出的最大電流達(dá)110A，而自身的靜態(tài)工作電流小于0.1mA,電池保護(hù)裝置工作一個(gè)月消耗電池容量是0.lmAX24hX30 = 0.072Ah，月消耗電池容量與鋰離子電池月自放電量相當(dāng)。本發(fā)明解決了鋰離子電池放電保護(hù)和在充電后要求長時(shí)間擱置的問題，鋰離子電池充電后的擱置時(shí)間延長到3個(gè)月。
【附圖說明】
[0012]圖1是鋰離子電池放電曲線。
[0013]圖2鋰離子電池保護(hù)裝置原理示意圖。
[0014]圖中，V-電池電壓，Uff—開啟電壓，％—關(guān)閉電壓，K 一場效應(yīng)晶體管，R1、R2、R3、R4、R5和R6 —電阻，N1、N2 —比較器，N3 —觸發(fā)器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
[0016]本實(shí)施例應(yīng)用于水下熱動(dòng)力航行器使用的操雷電池，操雷電池是由8節(jié)鋰離子單體電池串聯(lián)而成，鋰離子單體電池電壓范圍:2.5V?4.2V，經(jīng)8個(gè)單體電池串聯(lián)后的電壓為:8X (2.5 ?4.2)Vo
[0017]鋰離子單體電池電壓隨時(shí)間的放電曲線見圖1，單體電池滿態(tài)電壓4.2V，隨著使用電壓下降至2.5V，電池繼續(xù)放電將損壞電池。圖中虛線所標(biāo)區(qū)域?yàn)榉烹娖脚_區(qū)，電池的工作電壓基本在在3.8V左右。當(dāng)鋰離子單體電池電壓用至2.5V時(shí)必須切斷輸出，否則電池電壓繼續(xù)下降至一定值會造成電池的永久損壞。電池電壓降到3V時(shí)，電池容量已經(jīng)基本耗盡，因此本發(fā)明將關(guān)閉電壓值設(shè)為3V(8串鋰離子電池組設(shè)為8X3V)，電池電壓降到3V時(shí)自動(dòng)切斷輸出，從而達(dá)到保護(hù)電池的目的。
[0018]電池輸出切斷后，空載狀態(tài)下電池電壓將回升，本發(fā)明設(shè)置開啟電壓Uff來防止因電池電壓回升造成用電設(shè)備反復(fù)上電、斷電的振蕩。根據(jù)圖1的放電曲線，開啟電壓值Uff設(shè)為3.55V(8串鋰離子電池組設(shè)為8X3.55V)。
[0019]如圖2所示，鋰離子電池低功耗保護(hù)裝置由采樣設(shè)定電路、控制電路和開關(guān)組成。
[0020]采樣設(shè)定電路由采樣電阻、關(guān)閉電阻、開啟電阻和標(biāo)準(zhǔn)電源組成。
[0021]采樣電阻由子采樣電阻Rl和R2串聯(lián)組成，采樣電阻接在鋰離子電池兩端，子采樣電阻分壓輸出米樣電壓，米樣電壓取鋰離子電池電壓的十分之一。開啟電阻由子開啟電阻R5和R6串聯(lián)組成，開啟電阻接在標(biāo)準(zhǔn)3.3V電源兩端，子開啟電阻分壓輸出開啟電壓。關(guān)閉電阻由子關(guān)閉電阻R3和R4串聯(lián)組成，關(guān)閉電阻接在標(biāo)準(zhǔn)3.3V電源兩端，子關(guān)閉電阻分壓輸出關(guān)閉電壓。使用標(biāo)準(zhǔn)3.3V電源分壓的關(guān)閉電壓和開啟電壓不受電池電壓的影響。
[0022]控制電路部分根據(jù)采樣電壓、關(guān)閉電壓和開啟電壓控制開關(guān)K導(dǎo)通或者關(guān)閉，控制電池的輸出。控制電路由兩個(gè)比較器和一個(gè)觸發(fā)器組成。第一比較器NI的輸入為采樣電壓和開啟電壓，當(dāng)采樣電壓大于開啟電壓時(shí)，第一比較器輸出高電平；第二比較器N2的輸入為采樣電壓和關(guān)閉電壓，當(dāng)采樣電壓小于關(guān)閉電壓時(shí)，第二比較器輸出高電平；第一比較器的輸出連接觸發(fā)器N3的置位端(SET)，第二比較器的輸出連接觸發(fā)器的復(fù)位端(RESET)。觸發(fā)器連接開關(guān)，當(dāng)觸發(fā)器輸出高電平時(shí)，開關(guān)閉合，鋰離子電池輸出，當(dāng)觸發(fā)器輸出低電平時(shí)，開關(guān)斷開，切斷鋰尚子電池輸出。
[0023]當(dāng)采樣電壓大于開啟電壓時(shí)，比較器NI輸出“I”電平，比較器N2輸出“O”電平，將觸發(fā)器N3的輸出設(shè)置“I”電平閉合開關(guān)K ;當(dāng)采樣電壓大小于關(guān)閉電壓時(shí)，比較器NI輸出“O”電平，比較器N2輸出“I”電平，將觸發(fā)器N3的輸出復(fù)位為“O”電平斷開開關(guān)K。
[0024]電池保護(hù)裝置的NI?N3選用CMOS低功耗元器件，Rl?R6選用ΜΩ級的電阻，因此電池保護(hù)裝置的靜態(tài)工作電流小于0.1mA，電池保護(hù)裝置的靜態(tài)工作電流實(shí)測值是98 μπιΑ，因此I個(gè)月的耗電量大約為0.072Ah，極大地降低了電池保護(hù)裝置的功耗，延長了滿態(tài)電池的擱置時(shí)間。開啟電壓值和關(guān)閉電壓用標(biāo)準(zhǔn)電阻分壓，電池保護(hù)裝置中的分壓電阻采用高精度電阻，使分得的三組電壓值更精確，保證了保護(hù)電池裝置控制的準(zhǔn)確性和可靠性。采用大功率場效應(yīng)管IRF3205作為開關(guān)，該器件的的等效電阻僅為8πιΩ，漏極電流(110Α，能夠滿足控制大電流電路的通斷的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種鋰離子電池低功耗保護(hù)裝置，其特征在于:由采樣設(shè)定電路、控制電路和開關(guān)組成； 采樣設(shè)定電路由采樣電阻、關(guān)閉電阻、開啟電阻和標(biāo)準(zhǔn)電源組成；采樣電阻由若干子采樣電阻串聯(lián)組成，采樣電阻接在鋰離子電池兩端，子采樣電阻分壓輸出采樣電壓；開啟電阻由若干子開啟電阻串聯(lián)組成，開啟電阻接在標(biāo)準(zhǔn)電源兩端，子開啟電阻分壓輸出開啟電壓；關(guān)閉電阻由若干子關(guān)閉電阻串聯(lián)組成，關(guān)閉電阻接在標(biāo)準(zhǔn)電源兩端，子關(guān)閉電阻分壓輸出關(guān)閉電壓；關(guān)閉電壓和開啟電壓由鋰離子電池電壓隨時(shí)間的放電曲線確定，開啟電壓大于關(guān)閉電壓，關(guān)閉電壓大于鋰離子電池的最低放電電壓；子采樣電阻、子開啟電阻和子關(guān)閉電阻均為ΜΩ級電阻； 所述控制電路由兩個(gè)比較器和一個(gè)觸發(fā)器組成，比較器和觸發(fā)器采用CMOS低功耗元件；第一比較器的輸入為米樣電壓和開啟電壓，當(dāng)米樣電壓大于開啟電壓時(shí)，第一比較器輸出高電平；第二比較器的輸入為采樣電壓和關(guān)閉電壓，當(dāng)采樣電壓小于關(guān)閉電壓時(shí)，第二比較器輸出高電平；第一比較器的輸出連接觸發(fā)器的置位端，第二比較器的輸出連接觸發(fā)器的復(fù)位端； 觸發(fā)器連接開關(guān)，開關(guān)采用大功率場效應(yīng)管，當(dāng)觸發(fā)器輸出高電平時(shí)，開關(guān)閉合，鋰離子電池輸出，當(dāng)觸發(fā)器輸出低電平時(shí)，開關(guān)斷開，切斷鋰尚子電池輸出。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種低功耗的鋰離子電池保護(hù)裝置，由采樣設(shè)定電路、控制電路和開關(guān)組成；采樣設(shè)定電路由采樣電阻、關(guān)閉電阻、開啟電阻和標(biāo)準(zhǔn)電源組成，輸出采樣電壓、開啟電壓、關(guān)閉電壓至控制電路；控制電路由兩個(gè)比較器和一個(gè)觸發(fā)器組成，控制電路部分根據(jù)采樣電壓、關(guān)閉電壓和開啟電壓控制開關(guān)K導(dǎo)通或者關(guān)閉，控制電池的輸出。本發(fā)明設(shè)計(jì)的鋰離子電池保護(hù)裝置具有升壓導(dǎo)通和低壓斷電功能，當(dāng)輸出電壓過低時(shí)自動(dòng)切斷電池輸出，從而防止電池因過放電而損壞，電池電壓恢復(fù)后自動(dòng)導(dǎo)通電池輸出。本發(fā)明解決了鋰離子電池放電保護(hù)和在充電后要求長時(shí)間擱置的問題，鋰離子電池充電后的擱置時(shí)間延長到3個(gè)月。
【IPC分類】H02J7-00, H02H7-18
【公開號】CN104538937
【申請?zhí)枴緾N201410723151
【發(fā)明人】郝曉哲, 張存新, 林茵
【申請人】中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇五研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月3日