CN105449312B - 一种用于锂离子电池的加热控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于锂离子电池的加热控制电路，包括电源、电压比较器、温度采集电路、低通RC滤波电路、P沟道MOS管、N沟道MOS管、检测电阻R0和加热器；其中，所述电源分别给温度采集电路和电压比较器供电，温度采集电路的输出信号输入至电压比较器的输入端口，通过检测电阻的检测信号经低通RC滤波电路后输入至电压比较器的输入端口，电压比较器的输出信号控制P沟道MOS管工作，P沟道MOS管的输出信号控制N沟道MOS管工作，N沟道MOS管的输出信号控制加热器工作。本发明专门用于化学电池的充电加热，具有结构简单、稳定可靠、低功耗的优点，不需要BMS***或者保护板的介入，电路可以独立工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种加热控制电路，特别涉及一种用于锂离子电池的加热控制电路。
背景技术
锂离子电池是一种化学电源，受制于热力学定律，对温度极其敏感，在超低温环境中电池的比能量急剧下降，同时有效工作电压也会下降，严重影响使用。尤其是锂离子电池在低温下充电，很容易导致负极石墨析锂，析出的金属锂与电解液反应，破坏石墨的SEI膜，导致电池容量发生不可逆衰减、排气、内阻升高等不良后果。严重情况下，会导致局部短路，甚至刺穿隔膜，直接短路电池，带来火灾隐患。
在实际的实验过程中，发现如果电池在充电时能够保持一个较高的温度，那么在低温下的放电性能将会得到极大的改善，简单说来，保证电池在合理温度下充电，就可以在更低温度下正常工作。
电池包括锂离子电池，铅酸电池，镍氢电池，在实际使用过程中，尤其是有低温环境中使用的情况下，都需要额外的加热电路，用以提高充电时的电池温度。目前的加热电路只是简单的把电池的电能接到加热片上，存在许多隐患。具体表现在：
1、加热电路体积较大，缩减了电池的能量密度。
2、加热电路自身消耗电流，在长期存放过程中有可能把电池电放光，导致电池报废。
3、加热功率不够灵活，有时候加热功率会超过充电功率，尤其是在光伏储能领域，充电功率不稳定，有可能导致冬天电池没有办法充到足够的电量。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种能够根据温度和电池的充放电状态自动控制加热器工作的用于锂离子电池的加热控制电路。
技术方案：本发明提供了一种用于锂离子电池的加热控制电路，包括电源、电压比较器、温度采集电路、电压比较器、低通RC滤波电路、P沟道MOS管、N沟道MOS管、检测电阻R0和加热器；其中，所述电源分别给温度采集电路和电压比较器供电，温度采集电路的输出信号输入至电压比较器的输入端口，通过检测电阻的检测信号经低通RC滤波电路后输入至电压比较器的输入端口，电压比较器的输出信号控制P沟道MOS管工作，P沟道MOS管的输出信号控制N沟道MOS管工作，N沟道MOS管的输出信号控制加热器工作。
进一步，所述温度采集电路包括第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3和负温度系数热敏电阻器NTC，其中，所述电源分别与第1电阻R1和第2电阻R2的一端连接，所述第1电阻R1的另一端分别与电压比较器的输入端和负温度系数热敏电阻器NTC的一端连接，负温度系数热敏电阻器NTC的另一端分别与检测电阻R0的一端、电压比较器的接地端连接，所述第2电阻R2的另一端分别与第四电阻R4的一端和第3电阻R3的一端连接，第3电阻R3的另一端分别与电压比较器的输入端和检测电阻R0的另一端连接；第四电阻R4的另一端分别与电压比较器的输入端和第5电阻R5的一端连接，第5电阻R5的另一端分别与电压比较器的输出端和P沟道MOS管的栅极连接。
进一步，所述低通RC滤波电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、二极管D1和电容C1，所述第六电阻R6的一端与所述电压比较器的输入端连接，所述第六电阻R6的另一端分别与二极管的阴极、电容C1的一端和第七电阻R7的一端连接，二极管的阳极分别与第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端连接，二极管的阳极、第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端均与锂离子电池的的负极连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器的接地端连接。电流检测信号通过低通RC滤波才达到运放，使电池小电流充电的时候工作在一个超低频的震荡状态，提高可靠性，并且避免加热电流超过充电电流。
进一步，所述电压比较器为低功耗双电压比较器。
进一步，所述检测电阻R0的阻值为3kΩ。
进一步，所述电源是锂离子电池经低压差线性稳压器产生的电压。
工作原理：本发明采用两个信号作为加热器开启的条件，要达到一定的温度等级并且电流必须在固定方向上，从而确保只有在低温和充电状态下加热器才工作。因此本发明在传统的桥式比较器电路的电阻桥上增加一个小电阻当做一个低电压参考，此参考电压由电源分压而来，从而将这个电压值的大小来作为电流方向的一个判断标准；温度等级的判断是则通过温度采集电路实现。最后根据两个判断结果来控制加热器工作。
有益效果：与现有技术相比，本发明专门用于化学电池的充电加热，具有结构简单、稳定可靠、低功耗的优点，不需要BMS***或者保护板的介入，电路可以独立工作。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为实施例1中单串保护板电路图；
图3为实施例2中嵌入多串保护板电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
如图1所示，本发明提供的用于锂离子电池的加热控制电路，包括电源VCC、电压比较器U1、温度采集电路、低通RC滤波电路、P沟道MOS管、N沟道MOS管、检测电阻R0和加热器；其中，电源VCC是锂离子电池经低压差线性稳压器产生的稳定的电压，电源VCC分别给温度采集电路和电压比较器供电。电压比较器为ADA4505-1低功耗双电压比较器，即电压比较器中包含8个引脚，其中，引脚1为第一电压比较器的输出端，引脚2为第一电压比较器的负极输入端，引脚3为第一电压比较器的正极输入端，引脚4为接地端，引脚4为第二电压比较器的正极输入端，引脚6为第二电压比较器的负极输入端，引脚7为第二电压比较器的输出端，引脚8为电源端。温度采集电路包括第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3和负温度系数热敏电阻器NTC，其中，电源VCC分别与第1电阻R1和第2电阻R2的一端连接，第1电阻R1的另一端分别与电压比较器的引脚2和负温度系数热敏电阻器NTC的一端连接，负温度系数热敏电阻器NTC的另一端分别与检测电阻R0的一端、电压比较器的引脚4连接，第2电阻R2的另一端分别与第四电阻R4的一端和第3电阻R3的一端连接，第3电阻R3的另一端分别与电压比较器的引脚6和检测电阻R0的另一端连接；第四电阻R4的另一端分别与电压比较器的引脚3和第5电阻R5的一端连接，第5电阻R5的另一端分别与电压比较器的引脚1和P沟道MOS管的栅极连接。低通RC滤波电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、二极管D1和电容C1，第六电阻R6的一端与电压比较器的引脚5连接，第六电阻R6的另一端分别与二极管的阴极、电容C1的一端和第七电阻R7的一端连接，二极管的阳极分别与第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端连接，二极管的阳极、第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端均与锂离子电池的负极连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器的引脚4连接。电压比较器的引脚7与P沟道MOS管的漏极连接，电压比较器的引脚8与电源VCC连接。P沟道MOS管的源极与N沟道MOS管的栅极连接，N沟道MOS管的漏极与加热器连接，N沟道MOS管的源极于锂离子电池的负极连接，锂离子电池的正极与加热器连接。P沟道MOS管和N沟道MOS管均采用高内阻的MOS管，这样利用MOS的寄生二极管来确保***的可靠下拉。
本发明提供的电路结构简单，可靠性高，电路供电采用保护电路中放电MOS管驱动电源，这样即使电池长期存储，保护电路关掉放电MOS管之后，加热电路也会完全停止工作，功耗为0，防止电池进一步过放电。占用电路板的面积极小，基本上不会改变锂离子电池原有的保护电路，由于配备了电流检测单元，加热片的规格相对较为宽松，节约了加热膜定制费用。如果引入PWM单元，可以做到适应更宽的加热片规格。
实施例1：如图2所示，VCC为电路电源，R1、R2、NTC、R3构成一个温度采集电路，检测电阻R0从VCC上分压以得到一个用以检测电流信号的参考电压，其中检测电阻R0的阻值为3kΩ。在电池放电状态或者充电电流非常小的情况下，不需要电路加热。当温度低于设定值的时候，电压比较器的引脚1输出高电压信号；如果此时有足够大的充电电流时候，电压比较器的的引脚7将输出高电平，从而N沟道MOS管Q2导通打开加热器。加热控制电路电源由单节锂电池自身提供，且在保护板保护范围之内，不会因为过放电而导致电池失效。
实施例2：如图3所示，上半部分为一个传统的4串锂离子保护电路，下半部分为本发明的电路部分，锂电池保护是通过反向串联的两个MOS管关断来实现的，其中一个负责放电电流关断，另外一个负责充电电流关断，MOS需要有一个恒定的电压来驱动保持导通状态。为了进一步降低功耗，增加了一个低功耗LDO器件给加热控制电路提供低压电源，其中VCC就是给经过线性稳压器产生的稳定的电压，整个电路只增加了50uA左右的功耗，而且在电池放电保护状态下，加热控制电路会失去电源而停止工作。把加热电路纳入了保护板的保护范围，有效防止加热电路失控、过加热、断路等意外情况。极大地提高了电路可靠性。
Claims (6)
1.一种用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：包括电源、电压比较器、温度采集电路、低通RC滤波电路、P沟道MOS管、N沟道MOS管、检测电阻R0和加热器；其中，所述电源分别给温度采集电路和电压比较器供电，温度采集电路的输出信号输入至电压比较器的输入端口，通过检测电阻的检测信号经低通RC滤波电路后输入至电压比较器的输入端口，电压比较器的输出信号控制P沟道MOS管工作，P沟道MOS管的输出信号控制N沟道MOS管工作，N沟道MOS管的输出信号控制加热器工作。
2.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：所述温度采集电路包括第1电阻R1、第2电阻R2、第3电阻R3和负温度系数热敏电阻器NTC，其中，所述电源分别与第1电阻R1和第2电阻R2的一端连接，所述第1电阻R1的另一端分别与电压比较器的输入端和负温度系数热敏电阻器NTC的一端连接，负温度系数热敏电阻器NTC的另一端分别与检测电阻R0的一端、电压比较器的接地端连接，所述第2电阻R2的另一端分别与第四电阻R4的一端和第3电阻R3的一端连接，第3电阻R3的另一端分别与电压比较器的输入端和检测电阻R0的另一端连接；第四电阻R4的另一端分别与电压比较器的输入端和第5电阻R5的一端连接，第5电阻R5的另一端分别与电压比较器的输出端和P沟道MOS管的栅极连接。
3.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：所述低通RC滤波电路包括第六电阻R6、第七电阻R7、二极管D1和电容C1，所述第六电阻R6的一端与所述电压比较器的输入端连接，所述第六电阻R6的另一端分别与二极管的阴极、电容C1的一端和第七电阻R7的一端连接，二极管的阳极分别与第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端连接，二极管的阳极、第八电阻R8的一端、电容C1的另一端和第七电阻R7的另一端均与锂离子电池的负极连接，第八电阻R8的另一端与电压比较器的接地端连接。
4.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：所述电压比较器为双电压比较器。
5.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：所述检测电阻R0的阻值为3kΩ。
6.根据权利要求1所述的用于锂离子电池的加热控制电路，其特征在于：所述电源是锂离子电池经低压差线性稳压器产生的电压。
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