CN112838647B - 一种带多重保护功能锂离子电池电路 - Google Patents

一种带多重保护功能锂离子电池电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种带多重保护功能锂离子电池电路，包括充电防反接电路、温度传感器双路并联温度保护电路、充电双路开关MOS串联保护电路、放电双路开关MOS串联保护电路、电池充放电熔断保险丝保护电路、每节电池电压过充、过放保护电路、电池充电过电流保护电路、电池放电过电流保护电路。本发明采用一个集成芯片做为主控制，通过对每一节电池（BATTERY BAT1—BAT10)每一节电池电压进行采集。充电、放电时，能确保锂离子电池的安全性。同时具有充电、放电过电流保护、温度保护、防反充电、熔断保险等多重保护功能。

Description

一种带多重保护功能锂离子电池电路
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，具体为一种带多重保护功能锂离子电池电路。
背景技术
锂离子电池作为大多数移动设备的电源得到了广泛的应用,同时它的保护问题也变得尤为重要,因为如果电路发生故障,轻则电池永久性损坏,重则设备一同损坏甚至发生安全问题。为使锂离子电池在充放电的过程中能够安全高效的工作,锂离子电池保护电路的设计是很关键的。锂离子电池集成保护电路一般通过各个保护单元电路有效地监测和防止锂离子电池的损坏。
如 CN201420205429.X 公开了一种锂电池保护电路，包括第一MOS管、第二MOS管以及温度感应元件；第一保护芯片用于对锂电池提供过充、过放、过流以及短路保护，第二保护芯片用于对所述锂电池进行充电保护以及过热保护。同时，通过温度感应元件能够检测锂电池以及外界环境的温度并输入到第二保护芯片，第二保护芯片从而根据检测结果对充电电流进行调节，防止锂电池过热。
CN201920238994.9公开了一种低功耗锂电池保护电路，包括电阻(R1-R15)、MOS管(Q1-Q6)、锂电池(BT1-BT6)、开关S1、三极管Q7、电源BT7，所述锂电池(BT1-BT6)依次串接，锂电池BT1的输入端接地，锂电池BT6的输出端串接电阻R1接三极管Q7的集电极，三极管Q7的基极依次串接电阻R14和开关S1接电源BT7的输出端。通过闭合开关S1，MOS管(Q1-Q6)导通，电路开始耗电，通过开断闭合接入的开关S1可使该电路在工作和断开省电两种状态间切换。
CN202021071830.0 公开了一种锂电池保护电路，包括第一充电保护MOS管、第一放电保护MOS管、第二充电保护MOS管和继电器，第二驱动电路U2的输出与第二充电保护MOS管的栅极连接，第二充电保护MOS管的漏极与电池正极之间串联继电器，继电器的常闭触点第一端与第一充电保护MOS管的源极连接等。
CN202010528680.X 公开一种双节串联锂电池保护电路，包括电源管理芯片N1、MOS管V2和二极管V1，其中，所述MOS管V2源极接二极管V1的正极，二极管V1的负极接电源管理芯片N1管脚，MOS管V2漏极与电池正电极连接，栅极与电池负电极连接；当电池安装正确时，MOS管V2栅极为低电平，所述MOS管V2导通；当电池反接时，MOS管V2栅极为高电平，所述MOS管V2关断。所述双节串联锂电池保护电路基于国产芯片和MOS管设计，满足了保护电路国产化的发展需求。
发明内容
本发明采用一种串联式方式进行双重保护，其中一组MOS管发生短路时，另外一组还能够正常的切断电路进行保护，从而提供了一种带多重保护功能锂离子电池电路，可以更安全的保护锂离子电池的使用。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种带多重保护功能锂离子电池电路，包括充电防反接电路、温度传感器双路并联温度保护电路、充电双路开关MOS串联保护电路、放电双路开关MOS串联保护电路、电池充放电熔断保险丝保护电路、每节电池电压过充、过放保护电路、电池充电过电流保护电路、电池放电过电流保护电路：
充电电路：充电由充电正极C+出，经防反二极管D1、D2、电流熔断保险丝F1、F2、F3，至多串锂离子电池正极B+、多串锂离子电池负极B-，通过R37、R38电流采样电阻、第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5，回路至充电负极C-；
放电电路： 放电由多串锂离子电池正极B+出，经电流熔断保险丝F1、F2、F3，至连接放电负载正极P+、连接放电负载负极P-，经第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8，通过电流采样电阻R37、R38，回路至多串锂离子电池负极B-；
电池温度控制：集成芯片U1的TS脚对温度热敏电阻R26、R27两个温电阻进行电压采样，计算出当前温度，当充电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的CHG输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当放电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的DSG输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电压控制：集成芯片U1的VC1、VC2、VC3、VC4、VC5、VC6、VC7、VC8、VC9、VC10对应每串锂离子电池BAT10至BAT1，并对每串锂离子电池电压进行采样，当给电池充电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压高于设定电压值时，集成芯片U1的CHG输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当电池给负载放电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压低于设定电压值时，集成芯片U1的DSG输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电流控制：充电时，充电电流控制：集成芯片U1的RS1、RS2对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当充电电流大于设定值时，集成芯片U1的CHG输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；放电时，放电电流控制：当集成芯片U1的RS1、RS2对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当放电电流大于设定值时，集成芯片U1的DSG输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路。
进一步：充电防反接电路：充电正极回路中，充电通过两个并联二极管D1、D2，接充电正极C+、接充电负极C-，两个并联二极管D1、D2正向导通，形成充电回路，接充电负极C-、接充电正极C+，两个并联二极管D1、D2反向截止，无法充电。
进一步：充电双路开关MOS串联保护电路是由第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5组成，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5两个MOS在电路上串联，当其中一路MOS短路或开路时，充电电路都将断开，集成芯片U1的CHG输出低电平，另一路MOS同样能正常断开充电回路。
进一步：放电双路开关MOS串联保护电路是由第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11三个MOS并联，第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8三个MOS并联后，两组MOS再串联组成双路放电MOS保护；当其中一组MOS短路或开路，集成芯片U1的DSG输出低电平，另一组MOS同样能正常断开放电回路。确保锂离子电池的安全性。
进一步：电池充放电熔断保险丝保护电路是由三个熔断保险丝F1、F2、F3并联于充放电正极的回路中，当充电或放电电流达到熔断保险电流时，熔断保险将熔断，充放电路开路，保护电池安全。
本发明具备以下有益效果：采用一个集成芯片做为主控制，通过对每一节电池（BATTERY BAT1—BAT10)每一节电池电压进行采集。
充电、放电过电流保护，集成芯片U1对主电路中的R37 R38电阻电流采样，如果超过设计的电流值，将会关断充电MOS或放电MOS管，确保电池的安全。
充电、放电温度保护，集成芯片U1对电路中的温度传感R26 R27(NTC)进行温度采样，如果超过电芯允许值，将会关断充电或放电MOS管。
防反充电设计,在充电回路上接入单向导通的二极管D1、D2，当充电器反接时，二极管是反向无法导通形成充电回路，可以保护电路、电池反接时不损坏。
熔断保险，作为最后安全的保障，防止充电或放电MOS全部损坏情况下，对电池异常充放电，当电流超过熔断保险电流时，熔断保险直接熔断，电池将不能再继续使用，防止电池出现起火、燃烧等安全问题。
总之，本发明采用了锂电池保护芯片双重MOS串联加熔断保险组成多重保护电路，其中一组MOS管发生短路时，另外一组还能够正常的切断电路进行保护，从而达到了双重保护，同时，在MOS管失效的情况下，还能正常保护锂离子电芯，防止安全事故发生，能更安全的保护锂离子电池的使用。
附图说明
图1为本发明设计原理图；
图2为本发明充电两组MOS 管串联控制电路图；
图3为本发明充电两组MOS 管串联控制电路局部放大图；
图4为本发明放电两组MOT管串联控制控制电路图；
图5为本发明容断保险丝电路图；
图6为本发明单向充电防反接电路图。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-6所示，一种带多重保护功能锂离子电池电路，包括充电防反接电路、温度传感器双路并联温度保护电路、充电双路开关MOS串联保护电路、放电双路开关MOS串联保护电路、电池充放电熔断保险丝保护电路、每节电池电压过充、过放保护电路、电池充电过电流保护电路、电池放电过电流保护电路。
本实施例采用多串锂电池保护集成芯片U1对锂离子电池的电压、温度、充电电流、放电电流具有监测功能；
充电MOS是单独运用于充电回路中，主要用于对锂离子电池充电过压断开、充电电流过流、充电电池温度过低或过高，进行断开；
放电保护MOS是单独运用于放电回路中，主要用锂离子对外部负载放电，电压过低、放电电流过流、放电电池温度过低或过高，进行断开保护电池；
D1、D2是采用的二极管特性，正向导通反向截止的功能 ，充电商只能是正向给到电池 充电，反接电池将无法形成电流，保护了锂电池安全。解决充电线反接问题。
充电电路：充电由充电正极C+出，经防反二极管D1、D2、电流熔断保险丝F1、F2、F3，至多串锂离子电池正极B+、多串锂离子电池负极B-，通过R37、R38电流采样电阻、第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5，回路至充电负极C-；
放电电路： 放电由多串锂离子电池正极B+出，经电流熔断保险丝F1、F2、F3，至连接放电负载正极P+、连接放电负载负极P-，经第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8，通过电流采样电阻R37、R38，回路至多串锂离子电池负极B-；
电池温度控制：集成芯片U1的TS脚（13)对温度热敏电阻R26、R27两个温电阻进行电压采样，计算出当前温度，当充电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当放电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电压控制：集成芯片U1的VC1（28）、VC2（27）、VC3（26）、VC4（25）、VC5（24）、VC6（21）、VC7(20)、VC8（19）、VC9（18）、VC10（17）对应每串锂离子电池BAT10至BAT1，并对每串锂离子电池电压进行采样，当给电池充电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压高于设定电压值时，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当电池给负载放电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压低于设定电压值时，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电流控制：充电时，充电电流控制：集成芯片U1的RS1(12)、RS2(11)对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当充电电流大于设定值时，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；放电时，放电电流控制：当集成芯片U1的RS1(12)、RS2(11)对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当放电电流大于设定值时，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路。
其中：充电防反接电路：充电正极回路中，充电通过两个并联二极管D1、D2，接充电正极C+、接充电负极C-，两个并联二极管D1、D2正向导通，形成充电回路，接充电负极C-、接充电正极C+，两个并联二极管D1、D2反向截止，无法充电。
充电双路开关MOS串联保护电路是由第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5组成，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5两个MOS在电路上串联，当其中一路MOS短路或开路时，充电电路都将断开，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，另一路MOS同样能正常断开充电回路。
放电双路开关MOS串联保护电路是由第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11三个MOS并联，第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8三个MOS并联后，两组MOS再串联组成双路放电MOS保护；当其中一组MOS短路或开路，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，另一组MOS同样能正常断开放电回路。确保锂离子电池的安全性。
电池充放电熔断保险丝保护电路是由三个熔断保险丝F1、F2、F3并联于充放电正极的回路中，当充电或放电电流达到熔断保险电流时，熔断保险将熔断，充放电路开路，保护电池安全。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种带多重保护功能锂离子电池电路，包括充电防反接电路、温度传感器双路并联温度保护电路、充电双路开关MOS串联保护电路、放电双路开关MOS串联保护电路、电池充放电熔断保险丝保护电路、每节电池电压过充、过放保护电路、电池充电过电流保护电路、电池放电过电流保护电路，其特征在于：
充电电路：充电由充电正极C+出，经防反二极管D1、D2、电流熔断保险丝F1、F2、F3，至多串锂离子电池正极B+、多串锂离子电池负极B-，通过R37、R38电流采样电阻、第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5，回路至充电负极C-；
放电电路： 放电由多串锂离子电池正极B+出，经电流熔断保险丝F1、F2、F3，至连接放电负载正极P+、连接放电负载负极P-，经第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8，通过电流采样电阻R37、R38，回路至多串锂离子电池负极B-；
电池温度控制：集成芯片U1的TS脚（13)对温度热敏电阻R26、R27两个温电阻进行电压采样，计算出当前温度，当充电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当放电时温度高于或低于设定的允许范围，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电压控制：集成芯片U1的VC1（28）、VC2（27）、VC3（26）、VC4（25）、VC5（24）、VC6（21）、VC7(20)、VC8（19）、VC9（18）、VC10（17）对应每串锂离子电池BAT10至BAT1，并对每串锂离子电池电压进行采样，当给电池充电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压高于设定电压值时，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；当电池给负载放电时，单串或单节锂离子电池或总电池电压低于设定电压值时，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
电池电流控制：
充电时，充电电流控制：集成芯片U1的RS1(12)、RS2(11)对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当充电电流大于设定值时，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5将断开充电回路；放电时，放电电流控制：当集成芯片U1的RS1(12)、RS2(11)对电流采样电阻R37、R38进行电流采样，当放电电流大于设定值时，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11及第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8将断开放电回路；
充电防反接电路：充电正极回路中，充电通过两个并联二极管D1、D2，接充电正极C+、接充电负极C-，两个并联二极管D1、D2正向导通，形成充电回路，接充电负极C-、接充电正极C+，两个并联二极管D1、D2反向截止，无法充电；
充电双路开关MOS串联保护电路是由第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5组成，第一充电保护MOS开关Q6、第二充电保护MOS开关Q5两个MOS在电路上串联，当其中一路MOS短路或开路时，充电电路都将断开，集成芯片U1的CHG(7)输出低电平，另一路MOS同样能正常断开充电回路。
2.根据权利要求1所述的一种带多重保护功能锂离子电池电路，其特征在于：放电双路开关MOS串联保护电路是由第一放电保护MOS开关Q9、Q10、Q11三个MOS并联，第二放电保护MOS开关Q4、Q7、Q8三个MOS并联后，两组MOS再串联组成双路放电MOS保护；当其中一组MOS短路或开路，集成芯片U1的DSG（8）输出低电平，另一组MOS同样能正常断开放电回路。
3.根据权利要求1所述的一种带多重保护功能锂离子电池电路，其特征在于：电池充放电熔断保险丝保护电路是由三个熔断保险丝F1、F2、F3并联于充放电正极的回路中，当充电或放电电流达到熔断保险电流时，熔断保险将熔断，充放电路开路，保护电池安全。
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