CN112152303A

CN112152303A - 一种磷酸铁锂电池宽温保护装置

Info

Publication number: CN112152303A
Application number: CN202011200030.9A
Authority: CN
Inventors: 于浩; 王铁钢; 王伟; 胡鹏程; 刘庆新; 孙晓宇; 毕艳红; 焦琳; 赵洋; 赵辉; 翟晓宇; 王琪; 刘静; 宋世禹; 王小兵
Original assignee: Shenyang Railway Science And Technology Research Institute Co ltd
Current assignee: Shenyang Railway Science And Technology Research Institute Co ltd
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2020-12-29

Abstract

本发明公开了电池保护技术领域的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，包括四节磷酸铁锂电池BT、芯片U1、电阻R、MOSFET管Q、电容C、热保护器KT，四节磷酸铁锂电池串联后，第四节磷酸铁锂电池BT4正极连接到芯片U1的16脚VDD为芯片U1提供电源正极，第一节磷酸铁锂电池BT1负极通过电阻R4接到芯片U1的7脚VSS为芯片U1供电源负极，本发明主要针对可充电磷酸铁锂电池，起保护作用的集成电路板，能有效防止电池过充，过放，过流，短路，及超高温的工作环境安全，微加热控制线路，解决极端低温环境下电池组的高效工作。

Description

一种磷酸铁锂电池宽温保护装置

技术领域

本发明涉及电池保护技术领域，具体为一种磷酸铁锂电池宽温保护装置。

背景技术

磷酸铁锂电池目前作为一种新型环保，高效，瞬间能大电流放电的动力电池，其独特的性能逐渐被市场接受，目前主要应用在太阳能路灯，电动工具，汽车,火车。高铁等领域，磷酸铁锂动力电池的单节标称电压为3.2V，为满足使用需求，须将多节电池串联达到所需求的电压，而同一批电芯在做成之后，它们的容量和内阻都存在差导，因此在组合之前一定要把内阻和容量相差较小的电池配在一组，以达到一定程度上的延长电池的循环使用寿命的目的。对于多个电池串在一起组成的电池组，需对该电池组的每节电池进行充放电过程，太阳能路灯由于要求采用较高的输入电压，甚至是瞬间可变的电压，现有的通用电池保护板已经不能满足该电池在太阳能领域的推广应用，阻碍了其在该领域的推广。为了解决这个问题，必须采用耐压值很高，耐瞬间大电流冲击的电子器件，这样势必造成体积大，成本高，不能适合技术的发展要求，基于此，本发明设计了一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，包括四节磷酸铁锂电池BT、芯片U1、电阻R、MOSFET管Q、电容C、热保护器KT，四节磷酸铁锂电池串联后，第四节磷酸铁锂电池BT4正极连接到芯片U1的16脚VDD为芯片U1提供电源正极，第一节磷酸铁锂电池BT1负极通过电阻R4接到芯片U1的7脚VSS为芯片U1供电源负极，电阻R9、R11、R8、R3的一端分别接芯片U1的15脚VC1、14脚VC2、13脚VC3、12脚VC4，所述电阻R9的另一端接第四节磷酸铁锂电池BT4正极，所述R11的另一端接分别接第三节磷酸铁锂电池BT3正极、第四节磷酸铁锂电池BT4负极，所述R8的另一端分别接第二节磷酸铁锂电池BT2正极、第三节磷酸铁锂电池BT3负极，所述R3的另一端接第一节磷酸铁锂电池BT1正极，芯片U1的10脚SEL通过电阻R10接在第四节磷酸铁锂电池BT4正极，芯片5脚CDT通过电容C7接地，芯片U1的6脚CCT通过电容C6接地，芯片U1的1脚COP通过电阻14连接MOSFET管Q1，芯片U1的2脚VMP通过电阻13连接MOSFET管Q1，芯片U1的3脚DOP通过电阻R12连接MOSFET管Q2，芯片U1的4脚VINI一端通过R15、C1连接MOSFET管Q1，芯片U1的4脚VINI另一端通过R15连接R1、R2，且R1和R2并联设置，R1的另一端接地，电容C1、C2、C3、C4一端分别接在芯片U1的15脚VC1、14脚VC2、13脚VC3、12脚VC4，电容C1、C2、C3、C4的另一端接在第四节磷酸铁锂电池BT4正极。

优选的，所述芯片U1为SH367003XBAAOO 16引脚控制芯片，且芯片U1的内部设置有缓冲电路、延时电路和控制电路。

优选的，正常充电时，由所述芯片U1的1脚COP和电阻R14给MOS管Q1提供导通电压，形成充放电回路，充电快完成时，所述芯片U1检测到第一节磷酸铁锂电池BT1、第二节磷酸铁锂电池BT2、第三节磷酸铁锂电池BT3或第四节磷酸铁锂电池BT4的电压超过3.75V，芯片U1内部对检测到的信号处理后，通过芯片U1的1脚COP控制MOSFET管Q1关闭，形成过充保护电路。

优选的，在放电时，所述芯片U1检测到第一节磷酸铁锂电池BT1、第二节磷酸铁锂电池BT2、第三节磷酸铁锂电池BT3或第四节磷酸铁锂电池BT4的电压低于2.0V，芯片U1内部对检测到的信号处理后，通过芯片U1的3脚DOP来控制MOSFET管Q2关闭，形成过放保护电路。

优选的，当外部短路或用电器的电流过大超过设定值，则电阻R1，R2的电压降升高，通过电阻R15送到芯片U1的4脚VINI与芯片U1内部基准值比较，高于基准值，芯片U1通过3脚DOP控制MOSFET管Q2关闭输出，同时若MOSFET管Q1、Q2流过的电流过大，芯片U1的2脚VMP和16脚VDD之间的电压超出芯片VDD的设定值，芯片VDD通过3脚DOP控制MOSFET管Q2关闭输出，形成短路过流保护电路。

优选的，当环境温度高于75摄氏度热保护器KT迅速断开，及时断开了电池的充放电回路，形成高温保护电路。

优选的，所述MOSFET管Q1和MOSFET管Q2并联串联设置，且MOSFET管Q1和MOSFET管Q2的V+接电池组保护电路输出+极，V-接电池组保护电路输出-极，电池组为芯片HT7580U1，2脚供电，RT1为热传感器，HT7050U2的2脚为供电端由U1输出后R8、R13、RT1分压后提供电源，HT7050U2，2脚检测热传感器的温度变化，通过1脚输出控制Q1、Q3开关管的关闭与导通，HT7050U3的2脚为供电端由R1、R7、R14分压后提供，HT7050U3，2脚检测电池电压，当电池电压在设定范围内控制Q2、Q4开关管的通断，给电池组提供加热，加热时LED灯D1点亮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明主要针对可充电磷酸铁锂电池，起保护作用的集成电路板，能有效防止电池过充，过放，过流，短路，及超高温的工作环境安全，微加热控制线路，解决极端低温环境下电池组的高效工作。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，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，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明过充保护电路图；

图3为本发明过放保护电路图；

图4为本发明短路过流保护电路图；

图5为本发明高温保护电路图；

图6为本发明电气元件在电路板上分布图；

图7为本发明微加热控制电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，包括四节磷酸铁锂电池BT、芯片U1、电阻R、MOSFET管Q、电容C、热保护器KT，四节磷酸铁锂电池串联后，第四节磷酸铁锂电池BT4正极连接到芯片U1的16脚VDD为芯片U1提供电源正极，第一节磷酸铁锂电池BT1负极通过电阻R4接到芯片U1的7脚VSS为芯片U1供电源负极，电阻R9、R11、R8、R3的一端分别接芯片U1的15脚VC1、14脚VC2、13脚VC3、12脚VC4，电阻R9的另一端接第四节磷酸铁锂电池BT4正极，R11的另一端接分别接第三节磷酸铁锂电池BT3正极、第四节磷酸铁锂电池BT4负极，R8的另一端分别接第二节磷酸铁锂电池BT2正极、第三节磷酸铁锂电池BT3负极，R3的另一端接第一节磷酸铁锂电池BT1正极，芯片U1的10脚SEL通过电阻R10接在第四节磷酸铁锂电池BT4正极，芯片5脚CDT通过电容C7接地，改变电容的大小可改变过放电延时时间，芯片U1的6脚CCT通过电容C6接地，改变电容的大小可改变过充电延时时间，芯片U1的1脚COP通过电阻14连接MOSFET管Q1，芯片U1的2脚VMP通过电阻13连接MOSFET管Q1，芯片U1的3脚DOP通过电阻R12连接MOSFET管Q2，芯片U1的4脚VINI一端通过R15、C1连接MOSFET管Q1，芯片U1的4脚VINI另一端通过R15连接R1、R2，且R1和R2并联设置，R1的另一端接地，电容C1、C2、C3、C4一端分别接在芯片U1的15脚VC1、14脚VC2、13脚VC3、12脚VC4，电容C1、C2、C3、C4的另一端接在第四节磷酸铁锂电池BT4正极，能有效防止电压微抖增强抗干扰，芯片U1为SH367003XBAAOO 16引脚控制芯片，且芯片U1的内部设置有缓冲电路、延时电路和控制电路；

如图2所示，正常充电时，由芯片U1的1脚COP和电阻R14给MOS管Q1提供导通电压，形成充放电回路，充电快完成时，芯片U1检测到第一节磷酸铁锂电池BT1、第二节磷酸铁锂电池BT2、第三节磷酸铁锂电池BT3或第四节磷酸铁锂电池BT4的电压超过3.75V，芯片U1内部对检测到的信号处理后，通过芯片U1的1脚COP控制MOSFET管Q1关闭，形成过充保护从而关闭充电回路，保护电池不被过充；

如图3所示，在放电时，芯片U1检测到第一节磷酸铁锂电池BT1、第二节磷酸铁锂电池BT2、第三节磷酸铁锂电池BT3或第四节磷酸铁锂电池BT4的电压低于2.0V，芯片U1内部对检测到的信号处理后，通过芯片U1的3脚DOP来控制MOSFET管Q2关闭，从而关闭放电回路，保护电池不被过放；

如图4所示，当外部短路或用电器的电流过大超过设定值，则电阻R1，R2的电压降升高，通过电阻R15送到芯片U1的4脚VINI与芯片U1内部基准值比较，高于基准值，芯片U1通过3脚DOP控制MOSFET管Q2关闭输出，同时若MOSFET管Q1、Q2流过的电流过大，芯片U1的2脚VMP和16脚VDD之间的电压超出芯片VDD的设定值，芯片VDD通过3脚DOP控制MOSFET管Q2关闭输出，双重保护了功率管和电池，不被短路的大电流损坏元器件和电池；

当环境温度高于75摄氏度热保护器KT迅速断开，及时断开了电池的如图2和图3所示充放电回路，保证了电池不在高温环境下工作；

如图6-7所示，MOSFET管Q1和MOSFET管Q2并联串联设置，且MOSFET管Q1和MOSFET管Q2的V+接电池组保护电路输出+极，V-接电池组保护电路输出-极，电池组为芯片HT7580U1，2脚供电，RT1为热传感器，HT7050U2的2脚为供电端由U1输出后R8、R13、RT1分压后提供电源，HT7050U2，2脚检测热传感器的温度变化，通过1脚输出控制Q1、Q3开关管的关闭与导通，HT7050U3的2脚为供电端由R1、R7、R14分压后提供，HT7050U3，2脚检测电池电压，当电池电压在设定范围内控制Q2、Q4开关管的通断，给电池组提供加热，加热时LED灯D1点亮

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims

1.一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，包括四节磷酸铁锂电池（BT）、芯片（U1）、电阻（R）、MOSFET管（Q）、电容（C）、热保护器（KT），其特征在于：四节磷酸铁锂电池串联后，第四节磷酸铁锂电池（BT4）正极连接到芯片（U1）的16脚（VDD）为芯片（U1）提供电源正极，第一节磷酸铁锂电池（BT1）负极通过电阻R4接到芯片（U1）的7脚（VSS）为芯片（U1）供电源负极，电阻R9、R11、R8、R3的一端分别接芯片（U1）的15脚（VC1）、14脚（VC2）、13脚（VC3）、12脚（VC4），所述电阻R9的另一端接第四节磷酸铁锂电池（BT4）正极，所述R11的另一端接分别接第三节磷酸铁锂电池（BT3）正极、第四节磷酸铁锂电池（BT4）负极，所述R8的另一端分别接第二节磷酸铁锂电池（BT2）正极、第三节磷酸铁锂电池（BT3）负极，所述R3的另一端接第一节磷酸铁锂电池（BT1）正极，芯片（U1）的10脚（SEL）通过电阻R10接在第四节磷酸铁锂电池（BT4）正极，芯片5脚（CDT）通过电容C7接地，芯片（U1）的6脚（CCT）通过电容C6接地，芯片（U1）的1脚（COP）通过电阻14连接MOSFET管（Q1），芯片（U1）的2脚（VMP）通过电阻13连接MOSFET管（Q1），芯片（U1）的3脚（DOP）通过电阻R12连接MOSFET管（Q2），芯片（U1）的4脚（VINI）一端通过R15、C1连接MOSFET管（Q1），芯片（U1）的4脚（VINI）另一端通过R15连接R1、R2，且R1和R2并联设置，R1的另一端接地，电容C1、C2、C3、C4一端分别接在芯片（U1）的15脚（VC1）、14脚（VC2）、13脚（VC3）、12脚（VC4），电容C1、C2、C3、C4的另一端接在第四节磷酸铁锂电池（BT4）正极。

2.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：所述芯片（U1）为SH367003XBAAOO 16引脚控制芯片，且芯片（U1）的内部设置有缓冲电路、延时电路和控制电路。

3.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：正常充电时，由所述芯片（U1）的1脚（COP）和电阻R14给MOS管Q1提供导通电压，形成充放电回路，充电快完成时，所述芯片（U1）检测到第一节磷酸铁锂电池（BT1）、第二节磷酸铁锂电池（BT2）、第三节磷酸铁锂电池（BT3）或第四节磷酸铁锂电池（BT4）的电压超过3.75V，芯片（U1）内部对检测到的信号处理后，通过芯片（U1）的1脚（COP）控制MOSFET管（Q1）关闭，形成过充保护电路。

4.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：在放电时，所述芯片（U1）检测到第一节磷酸铁锂电池（BT1）、第二节磷酸铁锂电池（BT2）、第三节磷酸铁锂电池（BT3）或第四节磷酸铁锂电池（BT4）的电压低于2.0V，芯片（U1）内部对检测到的信号处理后，通过芯片（U1）的3脚（DOP）来控制MOSFET管（Q2）关闭，形成过放保护电路。

5.根据权利要求1所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：当外部短路或用电器的电流过大超过设定值，则电阻R1，R2的电压降升高，通过电阻R15送到芯片（U1）的4脚（VINI）与芯片（U1）内部基准值比较，高于基准值，芯片（U1）通过3脚（DOP）控制MOSFET管（Q2）关闭输出，同时若MOSFET管（Q1）、（Q2）流过的电流过大，芯片（U1）的2脚（VMP）和16脚（VDD）之间的电压超出芯片（VDD）的设定值，芯片（VDD）通过3脚（DOP）控制MOSFET管（Q2）关闭输出，形成短路过流保护电路。

6.根据权利要求3所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：当环境温度高于75摄氏度热保护器KT迅速断开，及时断开了电池的充放电回路，形成高温保护电路。

7.根据权利要求5所述的一种磷酸铁锂电池宽温保护装置，其特征在于：所述MOSFET管（Q1）和MOSFET管（Q2）并联串联设置，且MOSFET管（Q1）和MOSFET管（Q2）的V+接电池组保护电路输出+极，V-接电池组保护电路输出-极，电池组为芯片HT7580（U1，2脚）供电，RT1为热传感器，HT7050（U2）的2脚为供电端由U1输出后R8、R13、RT1分压后提供电源，HT7050（U2，2脚）检测热传感器的温度变化，通过1脚输出控制Q1、Q3开关管的关闭与导通，HT7050（U3）的2脚为供电端由R1、R7、R14分压后提供，HT7050（U3，2脚）检测电池电压，当电池电压在设定范围内控制Q2、Q4开关管的通断，给电池组提供加热，加热时LED灯D1点亮。