CN104882857A - 一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路及方法，包括锂电池组和光伏电源，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件；电路中分别设置有一级保护电路和二级保护电路，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关，二级保护电路的输出连接第二电子充电开关，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大器的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组负极与温度热敏保险丝之间。本发明可以实现锂电池安全充电，防止因过充电而导致锂电池起火。
Description
技术领域
本发明涉及锂电池太阳能路灯，特别涉及一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路及方法。
背景技术
太阳能路灯由铅酸电池储能型逐步向锂电储能型过渡。锂电池在应用过程中必须对电池进行管理，特别是太阳能充电的情况下，一般选择锂电池充电时的平台电压作为充电的参考电压，这样以来，实际充电过程中，光伏组件的空载电压高于锂电池最大电压的20%以上，如果保护失效而不能关断对锂电池的继续充电，则锂电池必然因为过充而起火。市场上的锂电型太阳能路灯的保护方法多沿用电动自行车对锂电池保护方法，但太阳能路灯与电动自行车对锂电池保护的条件不同，电动自行车使用的电源适配器对锂电池充电，对充电电压进行了限制，其安全性有一定的保障，而太阳能路灯对锂电池的充电，为了减小损耗通常采用光伏组件电压直接充电，但在锂电池充满时，由于光伏组件的特性，光伏组件会接近于空载，而光伏组件的空载电压高于锂电池最大电压的20%以上，如此高的电压长期加在锂电池上会造成锂电池性能的降低甚至损坏。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路及方法，是针对光伏组件的电压远高于锂电池组的最大电压的情况和安全性，提出的一种锂电池的电路及方法，电路使用双重保护，外加温度保险丝的保护方法。电路在正常充电的情况下不会触发保险丝，一旦第一道保护失效，第二道保护即触发，从而熔断保险丝，充放电永久终止。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，其中，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路和二级保护电路，一级保护电路用于对锂电池的充电一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接一个电流放大电路，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组电极与温度热敏保险丝之间。
一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，其中，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路和二级保护电路，一级保护电路用于对锂电池的充电一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接第二电子充电开关、控制第二电子充电开关的开与关，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极，锂电池组另一端电极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组另一端电极与温度热敏保险丝之间。
方案进一步是：所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中，壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖。
方案进一步是：所述一级保护电路包括一个微处理控制器、充电电流取样电路和充电电压取样电路，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为电流放大电路的控制端连接电流放大电路。
方案进一步是：所述一级保护电路和二级保护电路包括一个微处理控制器、充电电流取样电路和充电电压取样电路，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端。
方案进一步是：所述二级过压的过压值大于一级过压的过压值。
一种基于所述锂电池充电安全保护电路的安全充电保护方法，所述锂电池安全充电保护电路包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕或紧贴保险丝设置有一个阻性发热元件；充电保护电路还包括一个微处理控制器和充电电压取样电路，充电电压取样电路的输出信号连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极，锂电池组另一端电极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大器的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组另一端电极与温度热敏保险丝之间；在微处理控制器中保存有充电电压阈值和保护充电电压阈值，所述安全充电保护方法包括正常充电步骤和保护锂电池充电的步骤；
所述正常充电步骤是：对锂电池充电过程始终围绕所述第一电子充电开关的通断实现，具体过程是：判断锂电池两端的电压是否高出充电电压阈值，如果高于充电电压阈值则断开所述第一电子充电开关，当锂电池两端的电压低于充电电压阈值，接通所述第一电子充电开关；
所述保护锂电池充电的步骤：当锂电池两端的电压高出充电电压阈值、且断开所述第一电子充电开关的命令未能使第一电子充电开关断开时，判断锂电池两端的电压是否高出保护充电电压阈值，如果高于则断开所述第二电子充电开关，此时电流放大电路输出一个大电流至阻性发热元件将所述温度热敏保险丝熔断，切断充电回路。
方案进一步是：所述保护充电电压阈值高出充电电压阈值10%至20%。
方案进一步是：所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中，壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖。
本发明的有益效果是：结构简单，本发明的连接与保护方式，可以实现锂电池安全充电，防止因过充电而导致锂电池起火。此电路的优点还在于，正常情况下，不会出现温度保险丝的误动作；只有在第一电子充电开关失效并且为短路失效后，同时在光伏充电的情况下才可能触发温度保险丝。也就是两个条件同时具备时，保险丝才能动作，这大大减小由于保险丝的误动作所产生的维护成本。
下面结合附图和实施例对本发明作一详细描述。
附图说明
图1是本发明实施例1电路基本逻辑框图；
图2是本发明实施例1带有微处理器电路的基本逻辑框图；
图3是本发明实施例2电路基本逻辑框图；
图4是本发明实施例2带有微处理器电路的基本逻辑框图。
具体实施方式
实施例1：
一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，如图1所示，包括锂电池组1和光伏电源2，锂电池组为路灯供电；光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路3，光伏电源的电池板安装在路灯杆顶端，锂电池组和充电回路安装在一个控制盒中，充电回路中设置有充电保护电路，其中，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关301和一个温度热敏保险丝303，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件304；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路305和二级保护电路306，一级保护电路用于对锂电池的充电过流和一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接一个电流放大电路307，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组电极与温度热敏保险丝之间。
实施例中：如图2所示，所述一级保护电路包括一个微处理控制器308（当然不仅限于微处理器电路，还可以是其它分立电路和集成电路，这里只是一种优选方案）、充电电流取样电路309和充电电压取样电路310，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为电流放大电路的控制端连接电流放大电路，电流放大电路是一种公知的电路，是将输入信号用大电流输出的方式连接阻性发热元件。
实施例2：
一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，如图3所示：包括锂电池组1和光伏电源2，锂电池组为路灯供电；光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路3，光伏电源的电池板安装在路灯杆顶端，锂电池组和充电回路安装在一个控制盒中，充电回路中设置有充电保护电路，其中，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关301、第二电子充电开关302和一个温度热敏保险丝303，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件304；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路305和二级保护电路306，一级保护电路用于对锂电池的充电过流和一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接第二电子充电开关、控制第二电子充电开关的开与关，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极（负极）连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极（负极），锂电池组负极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极（正极），一个电流放大电路307的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组另一端电极（正极）与温度热敏保险丝之间。
实施例中对锂电池在充电过程中采取了二级保护。第一级保护为常规保护，它包括过压，过放、均衡等。第二级保护为主要是过压保护，且过压值高于第一级保护所设置的过压值。实施例中：所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，例如铅锡合金或低熔点其它合金的组合，从市场上可以直接采购到，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中（例如云母片或玻璃布壳体），壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖（如玻璃布）用环氧树脂粘接固定。当给电阻丝电流驱动时，可以将电绝缘壳体中的保险丝主动熔断。第二极保护一旦触发，它可以主动熔断保险丝，从而永久停止对锂电池的充电进而保护锂电池。
实施例中：如图4所示，所述一级保护电路和二级保护电路在微处理控制器中实现，因此一级保护电路和二级保护电路包括一个微处理控制器308（当然不仅限于微处理器电路，还可以是其它分立电路和集成电路，这里只是一种优选方案）、充电电流取样电路309和充电电压取样电路310，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端。
实施例中：所述二级过压的过压值大于一级过压的过压值。
上述实施例当锂电池电压超过第一级保护所设置的域值时，第一电子充电开关断开，充电停止。正常情况下这种动作会不断执行的，但此时电压并未达到二极保护的域值电压,因此第二电子充电开关是一直闭合的，也就是说电流放大电路输入两端的电压差为零，无电流输出，阻性发热元件不会加热，温度热敏保险丝不会被加热熔断。
但当电压超过第一级保护的域值电压后，如果第一电子充电开关失效，则锂电池会被继续充电，锂电池的电压会继续上升，直到超过第二极保护的域值电压，此时，第二电子充电开关断开，第一电子充电开关仍闭合，电流放大电路输入端有压降，经放大后，给阻性发热元件加热，从而使温度热敏保险丝熔断。温度热敏保险丝熔断后，加热回路断开，同时充放电回路也永久断开，锂电池组得到保护，避免危险发生。
实施例中80℃至250℃温度熔断型保险丝另外一个作用就是，当外界短路或电流异常增大时，温度保险丝也能够熔断并保护电路。温度熔断型保险丝和加热电阻，也可以使用现有的具有此功能的主动熔断型保险丝代替。
此电路的优点还在于，正常情况下，不会出现温度保险丝的误动作；只有在第一电子充电开关失效并且为短路失效后，同时在光伏充电的情况下才可能触发温度保险丝。也就是两个条件同时具备时，保险丝才能动作，这大大减小由于保险丝的误动作所产生的维护成本。
实施例3：
一种基于实施例1或2所述锂电池充电安全保护电路的安全充电保护方法，其中实施例1或2的内容也应作为本实施例的内容。其中：在本方法中，所述锂电池安全充电保护电路包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕或紧贴保险丝设置有一个阻性发热元件；充电保护电路还包括一个微处理控制器和充电电压取样电路，充电电压取样电路的输出信号连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极，锂电池组另一端电极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大器的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组负极与温度热敏保险丝之间；在微处理控制器中保存有充电电压阈值和保护充电电压阈值，所述安全充电保护方法包括正常充电步骤和保护锂电池充电的步骤；
所述正常充电步骤是：对锂电池充电过程始终围绕所述第一电子充电开关的通断实现，具体过程是：判断锂电池两端的电压是否高出充电电压阈值，如果高于充电电压阈值则断开所述第一电子充电开关，当锂电池两端的电压低于充电电压阈值，接通所述第一电子充电开关；
所述保护锂电池充电的步骤：当锂电池两端的电压高出充电电压阈值、且断开所述第一电子充电开关的命令未能使第一电子充电开关断开时，判断锂电池两端的电压是否高出保护充电电压阈值，如果高于则断开所述第二电子充电开关，此时电流放大电路输出一个大电流至阻性发热元件将所述温度热敏保险丝熔断，切断充电回路。
上述实施例中：所述保护充电电压阈值高出充电电压阈值10%至20%。
实施例中：所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中，壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖。
Claims (9)
1.一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，其特征在于，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路和二级保护电路，一级保护电路用于对锂电池的充电一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接一个电流放大电路，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组电极与温度热敏保险丝之间。
2.一种锂电型太阳能路灯对锂电池安全充电保护电路，包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，其特征在于，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕保险丝设置有一个阻性发热元件；所述充电保护电路中分别设置有一级保护电路和二级保护电路，一级保护电路用于对锂电池的充电一级过压保护，所述二级保护电路用于对锂电池充电的二级过压保护，一级保护电路的输出连接第一电子充电开关、控制第一电子充电开关的开与关，二级保护电路的输出连接第二电子充电开关、控制第二电子充电开关的开与关，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极，锂电池组另一端电极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大电路的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组另一端电极与温度热敏保险丝之间。
3.根据权利要求1或2所述的安全充电保护电路，其特征在于，所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中，壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖。
4.根据权利要求1所述的安全充电保护电路，其特征在于，所述一级保护电路包括一个微处理控制器、充电电流取样电路和充电电压取样电路，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为电流放大电路的控制端连接电流放大电路。
5.根据权利要求2所述的安全充电保护电路，其特征在于，所述一级保护电路和二级保护电路包括一个微处理控制器、充电电流取样电路和充电电压取样电路，所述充电电流取样电路和充电电压取样电路串联在充电回路中，充电电流取样电路和充电电压取样电路的输出信号分别连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端。
6.根据权利要求1或2所述的安全充电保护电路，其特征在于，所述二级过压的过压值大于一级过压的过压值。
7.一种基于所述锂电池充电安全保护电路的安全充电保护方法，所述锂电池安全充电保护电路包括锂电池组和光伏电源，光伏电源与锂电池组之间有一个充电回路，充电回路中设置有充电保护电路，所述充电回路在电池组和光伏电源之间串接有第一电子充电开关、第二电子充电开关和一个温度热敏保险丝，围绕或紧贴保险丝设置有一个阻性发热元件；充电保护电路还包括一个微处理控制器和充电电压取样电路，充电电压取样电路的输出信号连接至微处理控制器的信号采样输入电路端，所述微处理控制器设有两个输出控制端，一个控制端作为一级保护电路的输出连接第一电子充电开关控制端，另一个控制端作为二级保护电路的输出连接第二电子充电开关控制端，所述第一电子充电开关和第二电子充电开关相互串联，其中，所述第二电子充电开关与光伏电源一端电极连接，所述第一电子充电开关通过充电保护电路连接锂电池组一端电极，锂电池组另一端电极通过所述温度热敏保险丝连接光伏电源另一端电极，一个电流放大电路的输入两端跨接在所述第二电子充电开关两端，电流放大器的输出连接所述阻性发热元件一端，阻性发热元件另一端连接在锂电池组另一端电极与温度热敏保险丝之间；在微处理控制器中保存有充电电压阈值和保护充电电压阈值，其特征在于，所述安全充电保护方法包括正常充电步骤和保护锂电池充电的步骤；
所述正常充电步骤是：对锂电池充电过程始终围绕所述第一电子充电开关的通断实现，具体过程是：判断锂电池两端的电压是否高出充电电压阈值，如果高于充电电压阈值则断开所述第一电子充电开关，当锂电池两端的电压低于充电电压阈值，接通所述第一电子充电开关；
所述保护锂电池充电的步骤：当锂电池两端的电压高出充电电压阈值、且断开所述第一电子充电开关的命令未能使第一电子充电开关断开时，判断锂电池两端的电压是否高出保护充电电压阈值，如果高于则断开所述第二电子充电开关，此时电流放大电路输出一个大电流至阻性发热元件将所述温度热敏保险丝熔断，切断充电回路。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述保护充电电压阈值高出充电电压阈值10%至20%。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述温度热敏保险丝是80℃至250℃温度熔断型保险丝，所述熔断型保险丝被固定在一个电绝缘壳体中，壳体两端设置有接线端子，所述阻性发热元件是电阻丝，所述电阻丝缠绕在电绝缘壳体的表面，电阻丝的外面有电绝缘保温材料覆盖。
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