CN103515937A - 带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，包括电池模块、电池保护IC、第一N-MOS、第二N-MOS；电池模块总正极电连接负载正极及充电正极端口；电池模块总负极经第一N-MOS、第二N-MOS后，与负载负极及充电负极端口电连接；电池保护IC分别与第一N-MOS及第二N-MOS电连接；还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝，保护检测IC分别与电池保护IC及二次保护晶体管连接，二次保护晶体管设于电池模块总正极与充电负极之间，保险丝设于第二N-MOS管与充电负极之间，或设于电池模块总负极与第一N-MOS之间，或设于第一N-MOS与第二N-MOS之间。本发明在电池过压、欠压一次保护失效情况下，能稳定、有效、安全地通过二次保护电路保护电池不过度充电或者放电。
Description
技术领域
本发明涉及可充电电池的充电放电保护电路，特别涉及一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路。
背景技术
随着电子行业的发展，可充电电池，特别是锂离子电池，被广泛应用于电动车，手机、摄像机、笔记本电脑、无绳电话、电动工具、遥控或电动玩具、照相机等便携式电子设备中。但由于电池本身的特点，尤其是锂离子电池，其内部含有有机溶剂，承受的过充过放电能力较小，过充、过放会缩短电池的使用寿命，甚至会引起***，危及人身安全，因此，在现有技术中，为了保护用电设备和可充电电池，通常设计电池过压/欠压保护电路或保护板。
在现有技术中，普通过压及欠压保护板一般是利用锂电池专用保护IC的充电控制端口及放电控制端口来控制N-MOSFET的截止（俗称一次过压保护/欠压保护）从而关断充电回路或者放电回路，但是如果充电或者放电控制的N-MOSFET损坏（比如由于外部短路，充电器电压过高，充电或者放电电流过大，N-MOSFET本身质量等问题造成N-MOSFET的D-S极击穿）或者专用保护IC损坏，导致充电无法保护，如果继续充电将会使电池过充，就有可能引起电池漏液，起火燃烧甚至***，如果N-MOSFET的D-S极击穿或者专用保护IC损坏导致放电欠压无法保护，如果锂电池组继续放电将会导致电池失效，漏液或者永久性损坏。
随着技术的发展，在现有技术中，带二次保护功能的锂电池保护电路已经出现，如中国专利200720171518.7公开了一种智能型锂电池充电保护电路，电路中包括有二次保护电路,二次保护电路采用场效应管Q6,场效应管Q6的控制端与电池参数智能管理模块的保护输出端连接,场效应管Q6一端接地,另一端与电池参数智能管理模块的温度检测输入端连接。当出现过压、欠压等情况时，电池参数管理芯片U3触发场效应管Q6导通，电池参数管理芯片U3在其内部通过软件将异常情况均判断为过温，并传输数据给电池保护芯片U2，U2输出低电平给场效应管Q1，停止给充电锂电池供电。然而，上述技术方案至少还存在以下缺陷：其一、场效应管Q1即是充电控制MOS管，也是二次保护控制MOS管，当场效应管Q1损坏，其D-S极已经击穿时，即使电池保护芯片U2输出低电平给场效应管Q1，场效应管Q1也不会截止而停止给充电锂电池供电，达不到异常情况保护的目的；其二、在某些情况下，一次保护失效的问题是因为电池保护芯片U2损坏，失去了控制场效应管Q1截止的功能，由于上述技术方案的二次保护过程仍然需要电池保护芯片U2控制场效应管Q1截止，因而显然二次保护亦会失效；其三、电池过压、欠压，一次保护失效，通常是因为电路硬件出现故障，在此种情况下，通过截止MOS管的方式进行二次保护，固然能暂时解决过压、欠压问题，但是，却给下一次锂电池充电或放电埋下了安全隐患。另外，上述中国专利200720171518.7的背景技术中，还公开了一种利用保险丝进行二次保护的锂电池保护电路，在充电电压过高时，可通过二次保护IC将保险丝烧断，以达到保护充电锂电池的目的，但二次保护IC功能非常单一，只能进行过压保护，对于锂电池放电过程中的欠压问题，该二次保护电路则达不到保护的目的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，该电池保护电路在电池过压、欠压一次保护失效或者滥用的情况下，能稳定、有效、安全地通过二次保护电路保护电池不会过度充电或者放电。
为解决上述技术问题，本发明的第一技术方案为：一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管；所述电池模块的总正极电连接负载正极及充电正极端口；所述电池模块的总负极经第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管后，与负载负极及充电负极端口电连接；所述电池保护IC的放电控制脚与第一N沟道MOS管电连接，所述电池保护IC的充电控制脚与第二N沟道MOS管电连接；还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝，所述二次过压保护/欠压保护检测IC分别与电池保护IC及二次保护晶体管电连接，所述二次保护晶体管设于电池模块总正极与负载负极及充电负极端口之间，所述保险丝设于第二N沟道MOS管与负载负极及充电负极端口之间，或者设于电池模块总负极与第一N沟道MOS管之间，或者设于第一N沟道MOS管与第二N沟道MOS管之间。
为解决上述技术问题，本发明的第二技术方案为：一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管；所述电池模块的总正极电连接负载正极及充电正极端口；所述电池模块的总负极经第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管后，与充电负极端口电连接；所述第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管之间引出负载负极端口；所述电池保护IC的放电控制脚与第一N沟道MOS管电连接，所述电池保护IC的充电控制脚与第二N沟道MOS管电连接；还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝，所述二次过压保护/欠压保护检测IC分别与电池保护IC及二次保护晶体管电连接，所述二次保护晶体管设于电池模块总正极与充电负极端口之间，所述保险丝设于电池模块总负极与第一N沟道MOS管之间。
本发明的有益效果是：本发明在电池保护IC控制第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管截止关断方式的基础上增加独立的电压检测和物理性关断的二次过压保护/欠压保护电路，当任何一节电池电压达到二次过压保护过压设定值，或者低于二次欠压保护设定值时，独立的二次过压保护/欠压保护检测线路就会发出信号给二次保护晶体管使其导通，从而电池组瞬间电流就会通过二次保护晶体管、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管及保险丝形成回路，从而将保险丝熔断，致使彻底切断放电回路而保证电池组不过充电或者不过放电。并且，由于独立的二次过压保护/欠压保护电路不受第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管的D-S极被击穿的影响，也不受电池保护IC失去控制第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管截止的影响，因而，本发明在电池过压、欠压一次保护失效或者滥用的情况下，能稳定、有效、安全地通过二次保护电路保护电池不会过度充电或者放电，从而杜绝电池组有可能引起的电池漏液，起火燃烧甚至***之危险。
附图说明
图1 为本发明一实施例的电路结构示意图。
图2 为本发明另一实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，解析本发明的优点与精神，藉由以下通过实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一：
如图1所示，为一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，该电池保护电路充电正极C+与负载正极P+端口相同，充电负极C-与负载负极P-端口也相同。该电池保护电路包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管N-MOSFET-1、第二N沟道MOS管N-MOSFET-2，其中，所述电池保护IC可采用MM3474电池保护专用IC或者LAPIS ML5235，所述电池模块为若干相互串联的锂电池单元B1～B8，相邻的锂电池单元之间均拉出一引线端，且该引线端分别与电池保护IC不同的电压信号检测端电连接。所述电池模块的总正极B+电连接负载正极P+及充电正极C+端口；所述电池模块的总负极B-电连接第一N沟道MOS管的源极，第一N沟道MOS管的漏极电连接第二N沟道MOS管的漏极，第二N沟道MOS管的源极电连接负载负极P-及充电负极C-端口；所述电池保护IC的放电控制脚DO与第一N沟道MOS管的栅极电连接，所述电池保护IC的充电控制脚CO与第二N沟道MOS管的栅极电连接。该电池保护电路还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝F1，在本实施例中，该二次过压保护/欠压保护检测IC为MCU，该二次保护晶体管为第三N沟道MOS管N-MOSFET-3或者可控硅SCR。所述二次过压保护/欠压保护检测IC的信号输入端电连接电池保护IC的电压数据检测信号输出端，二次过压保护/欠压保护检测IC的控制端电连接可控硅或者第三N沟道MOS管的栅极；所述可控硅或者第三N沟道MOS管设于电池模块总正极B+与负载负极P-及充电负极C-端口之间，所述保险丝设于第二N沟道MOS管与负载负极P-及充电负极C-端口之间，或者设于电池模块总负极B-与第一N沟道MOS管之间，或者设于第一N沟道MOS管与第二N沟道MOS管之间。
如图1所示，该带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路还包括LDO低压差线性稳压器，该LDO低压差线性稳压器与电池模块的总正极B+电连接，并为所述二次过压保护/欠压保护检测IC提供3V或5V的基准电压。所述电池模块总负极B-与第一N沟道MOS管之间设置有大功率检流电阻R1，以便对流过该器件的电流进行采样检测。
该带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路的保护原理是：假定电池模块各锂电池单体的一次过压保护设定值为4.2V，一次欠压保护设定值为2.3V，二次过压保护设定值为4.4V，二次欠压保护设定值为2.1V。充电过程中，当电池模块锂电池单体电压达到4.2V时，若充电控制失效，电池模块各锂电池单体电压将继续上升，当上升到4.4V时，二次过压保护/欠压保护检测IC就会输出一高电平使第三N沟道MOS管或者可控硅导通，一旦导通，瞬间大电流就会依次通过电池模块B+、第三N沟道MOS管或者可控硅、保险丝、第二N沟道MOS管、第一N沟道MOS管、电池模块B-，形成回路而熔断保险丝F1，从而使充电回路物理性断开并停止充电。放电过程中，当电池模块锂电池单体电压降低到2.3V时，若放电控制失效，电池模块各锂电池单体电压将继续下降，当下降到2.1V时，二次过压保护/欠压保护检测IC就会输出一高电平使第三N沟道MOS管或者可控硅导通，一旦导通，瞬间大电流就会依次通过电池模块B+、第三N沟道MOS管或者可控硅、保险丝、第二N沟道MOS管、第一N沟道MOS管、电池模块B-，形成回路而熔断保险丝F1，从而使放电回路物理性断开并停止放电。
实施例二：
如图2所示，为另一种带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，该电池保护电路充电正极C+与负载正极P+端口相同，充电负极C-与负载负极P-端口不同。该电池保护电路包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管，其中，所述电池保护IC可采用MM3474电池保护专用IC或者LAPIS ML5235，，所述电池模块为若干相互串联的锂电池单元B1～B8，相邻的锂电池单元之间均拉出一引线端，且该引线端分别与电池保护IC不同的电压信号检测端电连接。所述电池模块的总正极B+电连接负载正极P+及充电正极C+端口；所述电池模块的总负极B-电连接第一N沟道MOS管的源极，第一N沟道MOS管的漏极电连接第二N沟道MOS管的漏极，第二N沟道MOS管的源极电连接充电负极C-端口；所述第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管之间引出负载负极P-端口；所述电池保护IC的放电控制脚DO与第一N沟道MOS管的栅极电连接，所述电池保护IC的充电控制脚CO与第二N沟道MOS管的栅极电连接。该电池保护电路还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝F1，在本实施例中，该二次过压保护/欠压保护检测IC为MCU，该二次保护晶体管为第三N沟道MOS管N-MOSFET-3或者可控硅SCR。所述二次过压保护/欠压保护检测IC的信号输入端电连接电池保护IC的电压数据检测信号输出端，二次过压保护/欠压保护检测IC的控制端电连接可控硅或者第三N沟道MOS管的栅极；所述可控硅或者第三N沟道MOS管设于电池模块总正极B+与充电负极C-端口之间，所述保险丝设于电池模块总负极B-与第一N沟道MOS管之间。
如图2所示，该带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路还包括LDO低压差线性稳压器，该LDO低压差线性稳压器与电池模块的总正极B+电连接，并为所述二次过压保护/欠压保护检测IC提供3V或5V基准电压。所述电池模块总负极B-与第一N沟道MOS管之间的保险丝F1，同时可作为检流电阻使用，以便对流过该器件的电流进行采样检测。
该带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路的保护原理是：假定电池模块各锂电池单体的一次过压保护设定值为4.2V，一次欠压保护设定值为2.3V，二次过压保护设定值为4.4V，二次欠压保护设定值为2.1V。充电过程中，当电池模块锂电池单体电压达到4.2V时，若充电控制失效，电池模块各锂电池单体电压将继续上升，当上升到4.4V时，二次过压保护/欠压保护检测IC就会输出一高电平使第三N沟道MOS管或者可控硅导通，一旦导通，瞬间大电流就会依次通过电池模块B+、第三N沟道MOS管或者可控硅、第二N沟道MOS管、第一N沟道MOS管、保险丝、电池模块B-，形成回路而熔断保险丝F1，从而使充电回路物理性断开并停止充电。放电过程中，当电池模块锂电池单体电压降低到2.3V时，若放电控制失效，电池模块各锂电池单体电压将继续下降，当下降到2.1V时，二次过压保护/欠压保护检测IC就会输出一高电平使第三N沟道MOS管或者可控硅导通，一旦导通，瞬间大电流就会依次通过电池模块B+、第三N沟道MOS管或者可控硅、第二N沟道MOS管、第一N沟道MOS管、保险丝、电池模块B-，形成回路而熔断保险丝F1，从而使放电回路物理性断开并停止放电。
以上所述，仅是本发明较佳实施方式，凡是依据本发明的技术方案对以上的实施方式所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管；所述电池模块的总正极电连接负载正极及充电正极端口；所述电池模块的总负极经第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管后，与负载负极及充电负极端口电连接；所述电池保护IC的放电控制脚与第一N沟道MOS管电连接，所述电池保护IC的充电控制脚与第二N沟道MOS管电连接；还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝，所述二次过压保护/欠压保护检测IC分别与电池保护IC及二次保护晶体管电连接，所述二次保护晶体管设于电池模块总正极与负载负极及充电负极端口之间；所述保险丝设于第二N沟道MOS管与负载负极及充电负极端口之间，或者设于电池模块总负极与第一N沟道MOS管之间，或者设于第一N沟道MOS管与第二N沟道MOS管之间。
2.根据权利要求1所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：还包括LDO低压差线性稳压器，该LDO低压差线性稳压器与电池模块的总正极电连接，并为所述二次过压保护/欠压保护检测IC提供基准电压。
3.根据权利要求1所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：所述二次保护晶体管为第三N沟道MOS管或者可控硅。
4.根据权利要求1所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：所述电池模块为若干相互串联的锂电池单元，相邻的锂电池单元之间均拉出一引线端，且该引线端分别与电池保护IC不同的电压信号检测端电连接。
5.根据权利要求1-4任一项所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：所述电池模块总负极与第一N沟道MOS管之间设置有大功率检流电阻。
6.带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：包括电池模块、电池保护IC、第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管；所述电池模块的总正极电连接负载正极及充电正极端口；所述电池模块的总负极经第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管后，与充电负极端口电连接；所述第一N沟道MOS管、第二N沟道MOS管之间引出负载负极端口；所述电池保护IC的放电控制脚与第一N沟道MOS管电连接，所述电池保护IC的充电控制脚与第二N沟道MOS管电连接；还包括二次过压保护/欠压保护检测IC、二次保护晶体管及保险丝，所述二次过压保护/欠压保护检测IC分别与电池保护IC及二次保护晶体管电连接，所述二次保护晶体管设于电池模块总正极与充电负极端口之间，所述保险丝设于电池模块总负极与第一N沟道MOS管之间。
7.根据权利要求6所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：还包括LDO低压差线性稳压器，该LDO低压差线性稳压器与电池模块的总正极电连接，并为所述二次过压保护/欠压保护检测IC提供基准电压。
8.根据权利要求6所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：所述二次保护晶体管为第三N沟道MOS管或者可控硅。
9.根据权利要求6所述的带二次过压及欠压保护功能的电池保护电路，其特征在于：所述电池模块为若干相互串联的锂电池单元，相邻的锂电池单元之间均拉出一引线端，且该引线端分别与电池保护IC不同的电压信号检测端电连接。
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