CN108683219A - 一种锂电池保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锂电池保护电路，包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路，所述锂电池接入口用于连接所述锂电池正负极，所述放电口用于对所述锂电池放电，所述充电口用于对所述锂电池充电，所述充电电路对所述锂电池进行充电。其中充电口与放电口分开，这样放电口可以继续为了满足性能等要求采用特定设计，充电口可以选取通用性强的接口。电池保护电路中增加一个使能口，放入设备后，使能口拉低才能打开MOS进行放电。同时增加设计电路，使充电时，使能口也会自动拉低，MOS打开，保证正常充电。在其他情况下，电池MOS断开，保证电池对外无输出。充电回路增加单向导通回路，保证放电时，充电口无输出。
Description
技术领域
本发明属于锂离子电池技术领域，尤其涉及一种锂电池保护电路。
背景技术
“锂电池”，是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N.Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M.S.Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。近年来，PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源，现在锂电池已经成为了主流。
锂电池具有如下优点：
1.能量比较高，具有高储存能量密度，已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；
2.使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C(100％DOD)充放电，有可以使用10,000次的记录；
3.额定电压高(单体工作电压为3.7V或3.2V)，约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；锂电池可以通过一种新型的锂电池调压器的技术，将电压调至3.0V，以适合小电器的使用。
4.具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；
5.自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一，一般可做到1％/月以下，不到镍氢电池的1/20；
6.重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5；
7.高低温适应性强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；
8.绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质。
9.生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。
然而，锂电池还存在如下缺点：
1.锂原电池均存在安全性差，有发生***的危险。
2.钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，价格昂贵，安全性较差。
3.锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电。
因此，与镍镉、镍氢电池不太一样，由于锂离子电池能量密度高必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化。为了提高锂电池充放电安全性通常采用如下保护：
1.电压保护：过充、过放保护，这要根据电池的材料不同而有所改变。
过充保护，单节电池保护电压都会高出电池充饱电压50～150mV，动力电池选择电池的充饱电压，甚至还要比此电压还低些。比如锰锂电池，可以选择4.18V～4.2V。因为它是多串数的，整个电池组的寿命容量主要是以容量最低的那颗电池以准，小容量的总是在大电流高电压工作，所以衰减加快。而大容量每次都是轻充轻放，自然衰减要慢得多了。为了让小容量的电池也是轻充轻放，所以过充保护电压点不要选择太高。
过放保护，也是与电池的材料有关，如锰锂电池一般选择在2.8V～3.0V。尽量要比它单颗电池过放的电压稍高点。因为，在国内生产的电池，电池电压低于3.3V后，各颗电池的放电特性完全不一，因此是提前保护电池，这样对电池的寿命是一个很好的保护。总的一点就是尽量让每一颗电池都工作在轻充轻放下工作，一定是对电池的寿命是一个帮助。
过放保护延滞时间，它要根据负载的不同而有所改变，比如电动工具类的，他的启动电流一般都在10C以上，因此会在短时间内把电池的电压拉到过放电压点从而保护。
2.电流保护：它主要体现在工作电流与过电流使开关MOS断开从而保护电池组或负载。
MOS管的损坏主要是温度急剧升高，它的发热也是电流的大小及本身的内阻来决定的，当然小电流，对MOS没什么影响，小电流10A以下，我们可以直接用电压来驱动MOS管。但是大电流一定是要加驱动，给MOS足够大的驱动电流。在设计的时候，MOS管上不能存在超过0.3W的功率。如果功率超过，MOS会产生25度以上的温升，又因它们都是密封的,就算有散热片，长时间工作时，温度还是会上去，产生热量会影响到电池。因此，过流保护(最大电流)，此项是保护板必不可少的，非常关键的一个保护参数。保护电流的大小与MOS的功率息息相关，因此在设计时，要尽量给出MOS能力的余量。
3.短路保护：一般是一个电压比较型的保护，也就是用电压的比较直接关断或驱动的，同时，短路延时的设置也很关键，因为在一般产品中，输入滤波电容都是很大的，在接触时第一时间给电容充电，此时就相当于电池短路来给电容充电。
4.温度保护：一般在智能电池上都会用到，也是不可少的。主要是检测电池的温度来断开总开关来保护电池本身或负载。
5.MOS保护：主要是MOS的电压，电流与温度。MOS的耐压一般要超过电池组的电压。电流是在通过额定电流时MOS管体上的温升了一般不超过25度的温升。一般的过流与短路驱动都不能用芯片直接驱动，而是要外加。在大电流(超过50A)工作时，一般到多级多路驱动，才能保证MOS的同一时间同一电流正常打开与关闭。尤其是电流超过50A时，电流设计上更要细化，一定要做到多级多路驱动控制。这样才能保证MOS的正常过流与短路保护。同时还要注意MOS电流平衡，也就是说多颗MOS并起来用时，要让每一颗MOS管通过的电流，打开与关闭时间都是一致的。
6.自耗电量,这个参数是越小越好，最理想的状态是为零，自耗电分为整体的自耗电和每一串的自耗电。每串自耗电是最关键的，如果每一串的自耗电不一时，那么在长时间搁置下，电池的容量一定会产生变化的。
7.均衡：目前最通用的均衡方式分为两种，一种就是耗能式的，另一种就是转能式的。
A耗能式均衡,主要是把多串电池中某节电池的电量或电压高的用电阻把多余的电能损耗掉。它也分如下三种。
一，充电时时均衡，它主要是在充电时任何一颗电池的电压高出所有电池平均电压时，它就启动均衡，无论电池的电压在什么范围，它主要是应用在智能软件方案上。当然如何定义可以由软件任意调整。此方案的优点它能有更多的时间去做电池的电压均衡。
二，电压定点均衡，就是把均衡启动定在一个电压点上，如锰锂电池，很多就定在4.2V开始均衡。这种方式只是在电池充电的末端进行，所以均衡时间较短，用处可想而知。
三，静态自动均衡，它也可以在充电的过程中进行，也可以在放电时进行，更有特点的是，电池在静态搁置时，如果电压不一致时，它也在均衡着，直到电池的电压达到一致。
以上三种方式都以是参考电压来实现均衡的。其优点就是成本低，设计简单，在电池电压不一致时能起到一定的作用，主要体现在电池长时间搁置自耗引起的电压不一致。理论上是有微弱的可行性。缺点，电路复杂，元件多，温度高，防静电差，故障率高。
B能量转移式均衡，它是让大容量的电池以储能的方式转移到小容量的电池。它也分容量时时均衡与容量定点均衡。它是以检测电池的容量来做均衡的，但是好像没考虑到电池的电压。以10AH的电池组为例，假如电池组中有一颗容量在10.1AH，一颗容量小点的在9.8AH，充电电流为2A，能量均衡电流为0.5A。这时10.1AH的要给小容量9.8AH的转能充电，而9.8AH的电池充电电流就是2A+0.5A＝2.5A，这时9.8AH电池的充电电流就是2.5A，这时9.8AH的容量是补进去了，可是9.8AH电池的电压会是多少呢？显然会比其它电池的上升得更快，如果到了充电末端，9.8AH的一定会大大提前过充保护，在每一次的充放电循环，小容量电池一直处在深充深放的状态。而其它电池是否有充饱，不确定因素太多。
由于近几年的动力锂电池的飞速发展，无论是生产工艺还是材料技术改进上，或价格的优势，都有相当大的突破，因此它也为多并多串打下坚实的基础。替代铅酸电池的时代越来越近。无论电动自行车还是后备电源，它的市场占有率自然也开始疯狂扩大，这是不可否认的事实。那么，为了电池的安全与寿命，锂电池的有效保护自然也少不了，此时保护板在电池包内也是一个非常核心的部件之一。
现有技术中锂电池保护电路设计方案存在以下几个问题：
1.充电器DC头无法通用的问题；
2.电池未放入设备前有电，造成误触短路、火花等问题；
3.放电时，充电口也有电压，造成遇水腐蚀问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种锂电池保护电路，所述锂电池保护电路包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路；
所述锂电池接入口，包括第一接入端和第二接入端，用于连接所述锂电池正负极；
所述放电口，包括第一放电电极和第二放电电极，分别与所述第一接入端和所述第二接入端连接，用于对所述锂电池放电；
所述充电口，包括第一充电电极和第二充电电极，用于对所述锂电池充电；
所述充电电路，连接于所述充电口与所述锂电池接入口之间，对所述锂电池进行充电；其中，
所述放电口和充电口相互分开。
优选地，所述充电口为莲花头或同心圆型。
优选地，所述充电电路包括第一电阻R8、第一电容C6、第一MOS管Q6和第一MOS管控制器。
优选地，所述第一MOS管Q6为AON6236，所述第一MOS管控制器为LM5050-1。
优选地，AON6236管脚1-3、LM5050-1管脚4、第一电阻(R8)的第一端与所述第一充电电极连接，LM5050-1管脚2和3、第一电容(C6)第一端与所述第二充电电极连接，LM5050-1管脚1、电阻R8第二端、第一电容C6第二端连接，AON6236管脚5、LM5050-1管脚6与所述第一接入端连接，所述第二接入端与所述第二充电电极连接，所述第二接入端与所述第二充电电极接地电压。
优选地，所述锂电池包括电池MOS管，所述锂电池放电电路包括使能电路，所述使能电路包括使能口，所述使能口连接所述电池MOS管。
优选地，所述锂电池充电时，所述使能口自动拉低，所述电池MOS管打开，从而保证正常充电。
优选地，所述使能电路包括第二电阻R13、第三电阻R17和第二MOS管Q7。
优选地，所述使能电路通过串接的所述第二电阻R13、第三电阻R17连接于所述充电电路中。
优选地，所述第二MOS管Q7为2N7002K。
优选地，2N7002K管脚3连接所述使能口，2N7002K管脚2、第三电阻(R17)第一端接地，第二电阻(R13)第一端与所述第一充电电极连接，2N7002管脚1、第三电阻(R17)第二端、第二电阻(13)第二端连接。
优选地，所述使能电路设计为所述使能口拉低打开所述MOS管进行放电。
优选地，所述充电电路还包括单向导通电路，所述单向导通电路保证放电时充电口无输出。
优选地，所述单向导通电路包括二极管。
本发明实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
1.充电口与放电口分开，这样放电口可以继续为了满足性能等要求采用特定设计，充电口一般只有正负极就可以，而且电流也比较小，因此可以选取通用性强的接口，比如同心圆、莲花头。
2.电池保护电路中增加一个使能口，放入设备后，使能口拉低才能打开MOS进行放电。同时增加设计电路，使充电时，使能口也会自动拉低，MOS打开，保证正常充电。在其他情况下，电池MOS断开，保证电池对外无输出。
3.充电回路增加单向导通回路，保证放电时，充电口无输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中锂电池保护电路的电路示意图。
图2是本发明实施例中使能电路的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述XXX，但这些XXX不应限于这些术语。这些术语仅用来将XXX区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一电阻也可以被称为第二电阻，类似地，第二电阻也可以被称为第一电阻。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
实施例1：
本实施例提供一种锂电池保护电路，所述锂电池保护电路包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路；如图1所示，所述锂电池接入口，包括第一接入端和第二接入端，用于连接所述锂电池正负极；所述放电口，包括第一放电电极和第二放电电极，分别与所述第一接入端和所述第二接入端连接，用于对所述锂电池放电；所述充电口，包括第一充电电极和第二充电电极，用于对所述锂电池充电；所述充电电路，连接于所述充电口与所述锂电池接入口之间，对所述锂电池进行充电；其中，所述放电口和充电口相互分开。这样放电口可以继续为了满足性能等要求采用特定设计，充电口一般只有正负极就可以，而且电流也比较小，因此可以选取通用性强的接口，比如同心圆、莲花头。
其中，所述充电电路包括第一电阻R8、第一电容C6、第一MOS管Q6和第一MOS管控制器。优选地，所述第一MOS管Q6为AON6236，所述第一MOS管控制器为LM5050-1，它们的具体电路连接方式如附图1所示，其中，AON6236管脚1-3、LM5050-1管脚4、第一电阻(R8)的第一端与所述第一充电电极连接，LM5050-1管脚2和3、第一电容(C6)第一端与所述第二充电电极连接，LM5050-1管脚1、电阻R8第二端、第一电容C6第二端连接，AON6236管脚5、LM5050-1管脚6与所述第一接入端连接，所述第二接入端与所述第二充电电极连接，所述第二接入端、第二放电电极和所述第二充电电极共同接地电压。
实施例2：
本实施例提供一种锂电池保护电路，所述锂电池保护电路包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路；所述锂电池接入口，包括第一接入端和第二接入端，用于连接所述锂电池正负极；所述放电口，包括第一放电电极和第二放电电极，分别与所述第一接入端和所述第二接入端连接，用于对所述锂电池放电；所述充电口，包括第一充电电极和第二充电电极，用于对所述锂电池充电；所述充电电路，连接于所述充电口与所述锂电池接入口之间，对所述锂电池进行充电；其中，所述放电口和充电口相互分开。
其中，所述锂电池包括电池MOS管，所述锂电池放电电路包括使能电路，所述使能电路包括使能口，所述使能口连接所述电池MOS管。
优选地，所述锂电池充电时，所述使能口自动拉低，所述电池MOS管打开，从而保证正常充电。
所述使能电路包括第二电阻R13、第三电阻R17和第二MOS管Q7。
所述使能电路通过串接的所述第二电阻R13、第三电阻R17连接于所述充电电路中。
所述第二MOS管Q7优选为2N7002K。
所述使能电路具体电路连接方式如图2所示，2N7002K管脚3连接所述使能口，2N7002K管脚2、第三电阻(R17)第一端接地，第二电阻(R13)第一端与所述第一充电电极连接，2N7002管脚1、第三电阻(R17)第二端、第二电阻(13)第二端连接。
进一步优选地，所述使能电路设计为所述使能口拉低打开所述MOS管进行放电。
在非充放电的其它情况下，电池MOS断开，保证电池对外无输出。解决了电池未放入设备前有电，造成误触短路、火花等问题。
实施例3：
本实施例提供一种锂电池保护电路，所述锂电池保护电路包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路；所述锂电池接入口，包括第一接入端和第二接入端，用于连接所述锂电池正负极；所述放电口，包括第一放电电极和第二放电电极，分别与所述第一接入端和所述第二接入端连接，用于对所述锂电池放电；所述充电口，包括第一充电电极和第二充电电极，用于对所述锂电池充电；所述充电电路，连接于所述充电口与所述锂电池接入口之间，对所述锂电池进行充电；其中，所述放电口和充电口相互分开。
其中，所述充电电路还包括单向导通电路，保证放电时，充电口无输出。解决了放电时，充电口也有电压，造成遇水腐蚀问题。优选地，在充电电流较小的情况下，所述单向导通电路可以用二极管实现，成本更低。
通过上述实施例的技术方案，与现有技术相比，解决了相应技术问题并具有以下有益技术效果：
1.充电口与放电口分开，这样放电口可以继续为了满足性能等要求采用特定设计，充电口一般只有正负极就可以，而且电流也比较小，因此可以选取通用性强的接口，比如同心圆、莲花头。解决了充电器DC头无法通用的问题。
2.电池保护电路中增加一个使能口，放入设备后，使能口拉低才能打开MOS进行放电。同时增加设计电路，使充电时，使能口也会自动拉低，MOS打开，保证正常充电。在其他情况下，电池MOS断开，保证电池对外无输出。解决了电池未放入设备前有电，造成误触短路、火花等问题。
3.充电回路增加单向导通回路，保证放电时，充电口无输出。解决了放电时，充电口也有电压，造成遇水腐蚀问题。
以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述分离器件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为电路的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种锂电池保护电路，其特征在于，包括锂电池接入口、放电口、充电口和充电电路；
所述锂电池接入口，包括第一接入端和第二接入端，用于连接所述锂电池正负极；
所述放电口，包括第一放电电极和第二放电电极，分别与所述第一接入端和所述第二接入端连接，用于对所述锂电池放电；
所述充电口，包括第一充电电极和第二充电电极，用于对所述锂电池充电；
所述充电电路，连接于所述充电口与所述锂电池接入口之间，对所述锂电池进行充电；其中，
所述放电口和充电口相互分开。
2.根据权利要求1所述锂电池保护电路，其特征在于，所述充电口为莲花头或同心圆型。
3.根据权利要求1所述锂电池保护电路，其特征在于，所述充电电路包括第一电阻(R8)、第一电容(C6)、第一MOS管(Q6)和第一MOS管控制器。
4.根据权利要求1-3任一所述锂电池保护电路，其特征在于，所述锂电池包括电池MOS管，所述锂电池放电电路包括使能电路，所述使能电路包括使能口，所述使能口连接所述电池MOS管。
5.根据权利要求4所述锂电池保护电路，其特征在于，所述锂电池充电时，所述使能口自动拉低，所述电池MOS管打开，从而保证正常充电。
6.根据权利要求5所述锂电池保护电路，其特征在于，所述使能电路包括第二电阻(R13)、第三电阻(R17)和第二MOS管(Q7)。
7.根据权利要求5或6所述锂电池保护电路，其特征在于，所述使能电路通过串接的所述第二电阻(R13)、第三电阻(R17)连接于所述充电电路中。
8.根据权利要求5所述锂电池保护电路，其特征在于，所述使能电路设计为所述使能口拉低打开所述MOS管进行放电。
9.根据权利要求1-3任一项所述锂电池保护电路，其特征在于，所述充电电路还包括单向导通电路，所述单向导通电路保证放电时充电口无输出。
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