CN201000908Y - 一种具有电流电压保护装置的二次电池 - Google Patents

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Abstract

在二次电池工作异常的时候，切断电池的工作电路，保证电池的安全，本实用新型提供一种具有电流电压保护装置的二次电池，包括：电池外壳(1)、设置在电池外壳(1)内由多节相互串接的电池单元(21)所组成的电池组(2)以及与该电池组(2)连接的充电回路、放电回路和安全保护装置(3)，所述安全保护装置(3)包括：监测所述电池组(2)的电流并控制所述电池组(2)的电路的通断的电压电流监控装置(5)；以及在所述电池组(2)的电流异常时候切断所述电池组(2)电路的二次电压保护装置(6)。和现有技术相比，本实用新型采用了多次电压电流保护，可靠性更高，同时电路也相对比较简单，成本更低。

Description

一种具有电流电压保护装置的二次电池
技术领域
本实用新型涉及一种二次电池，尤其涉及一种具有两级电压保护装置的二次电池。
背景技术
为了解决动力电池使用铅酸电池造成的环境污染问题，不少厂家已采用锂离子动力电池，锂离子动力电池均由多节电池单元串接而成。在电池充放电的时候，由于种种原因可能造成充放电时候电流电压异常，此时往往会损坏电池，严重的会造成事故，损坏电池周围的环境以及财物，甚至会伤害附近的人身安全。
中国专利申请CN200410096556.1名称为“便携式设备中的过电压保护装置”公开了一种便携式设备中的过电压保护装置。该装置包括过电压检测信号发生单元，用于检测从外部设备施加的功率的过电压并输出过电压检测信号；由过电压信号发生单元的过电压检测信号控制的过电压中断单元，其确定所施加的功率是否应被提供给主电路；及过电压及回流电流中断单元，用于根据过电压中断单元的确定而传输或中断施加到主电路的功率并中断从电池流回的电流。但是该方法和装置还存在以下缺陷：该方案采用的***电路比较复杂，成本较高，可靠性较低。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，在二次电池工作异常的时候，切断电池的工作电路，保证电池的安全。
为了实现以上技术目的，本实用新型提供一种具有电流电压保护装置的二次电池，包括：电池外壳、设置在电池外壳内由多节相互串接的电池单元所组成的电池组以及与该电池组连接的充电回路、放电回路和安全保护装置，所述安全保护装置包括：
监测所述电池组的电流并控制所述电池组的电路的通断的电压电流监控装置；以及在所述电池组的电流异常时候切断所述电池组电路的二次电压保护装置。
所述充电回路包括以下部分串联构成：充电端口、可控保险丝、电池组、温度保险丝以及充电开关；
所述放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口、开关锁、电流保险丝、电池组、温度保险丝、电阻以及放电开关；
所述电池组充电回路中串联充电开关，所述电池组放电回路中串联放电开关；
所述充电开关为可控开关，采用MOS管IRF5305；
所述放电开关为可控开关，采用MOS管IRF3205。
电压电流监控装置所述采用集成多节电芯保护芯片S8254，所述集成多节电芯保护芯片的输入端连接所述电池组中每节电池单元的正负极以及所述电阻的两端，所述集成多节电芯保护芯片的输出端控制放电开关，输出端控制充电开关；
所述二次电压保护装置采用集成多节电芯保护芯片S8244，所述集成多节电芯保护芯片的输入端连接电池组中每节电池单元，所述集成多节电芯保护芯片输出端控制可控保险丝；
所述可控保险丝(14)的熔断是不可恢复的。
通过以上技术手段，本实用新型在电池充放电过程中，如果电压电流出现异常，将切断充电或者放电回路，保证了电池以及周边环境的安全。
为了进一步保障电池的安全，所述安全保护装置还包括：
用于调节所述电池单元电压，并使所述电池组中各电池单元的电压相接近的电池单元电压平衡装置；
以及温度保护装置，所述温度保护装置包括：温度监测装置，和放在所述电池组的间隙中的负温度系数电阻和温度开关相连接，并控制所述充电开关以及放电开关；以及温度保险丝，串联在所述放电回路中。
和现有技术相比，本实用新型采用了多次电压电流保护，可靠性更高，同时电路也相对比较简单，成本更低。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的电路结构示意图；
图3为本实用新型的电池单元电压平衡装置的工作电路示意图；
图4为本实用新型的温度保护装置的工作电路示意图；
图5为本实用新型的电压电流监控装置的工作电路示意图；
图6为本实用新型的二次电压保护装置的工作电路示意图；
图7为本实用新型的温度监控装置的电路示意图。
具体实施方式
如图1所示一种二次电池，包括：电池外壳1、电池组2以及通过连接线路8和所述电池组2连接的安全保护装置3。所述电池组2由多节电池单元21串联连接组成。通过所述安全保护装置3，可以保障所述电池组2在充放电过程中电流、电压以及温度控制在一定范围以内，并且可以保证所述电池组2中的电池单元之间的电压处在相同的水平以上。
该二次电池还包括：剩余电量指示电路17、放电输出端口18、充电输入端口19以及开关锁16。通过所述剩余电量知识电路17可以指示出所述电池组的电量。所述开关锁16串联在所述电池组2的放电回路中，通过所述开关锁16可以断开或者接通所述充放电回路。
如图2所示二次电池电路。电池组2有两个回路：通过放电端口18的放电回路和通过充电端口19的充电回路。充电回路包括以下部分串联构成：充电端口19、可控保险丝14、电池组2、温度保险丝78、第一充电开关91和第二充电开关92。放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口18、开关锁16、电流保险丝15、电池组2、温度保险丝78、电阻13以及放电开关10。
当所述放电回路的放电电流过大，超过所述电流保险丝15的熔断值时，所述电流保险丝15熔断，所述放电回路断路。
所述第一充电开关91和第二充电开关92以及放电开关10为可控开关，其状态为常闭，在控制端送入信号的时候，则开关断开。
所述可控保险丝14状态为常闭，当其控制端收到熔断信号后立即熔断，此熔断不可恢复。
通过连接线路和所述电池组2连接的安全保护装置3包括电池单元电压平衡装置4、电压电流监控装置5、二次电压保护装置6以及温度保护装置。
所述电池单元电压平衡装置4通过线路和所述电池组2以及其中每节电池单元项连接。
所述温度保护装置包括温度监控装置7和温度保险丝78，温度监测装置7的输出端分别连接第一充电开关91和第二充电开关92的控制端和放电开关10的控制端。
所述电压电流监控装置5的输入端和电池组2的电芯以及所述电池组2的放电回路中串联的电阻13相连接，输出端通过导线连接第二充电开关92的控制端和放电开关10的控制端。通过监测所述电阻13上的电压，该电压线形正比于放电回路的电流。所述电压电流监控装置5可以得到所述放电回路的放电电流。所述电压电流监控装置5可以送出控制信号到所述第二充电开关92的控制端或者放电开关10的控制端，切断所述充电回路或者放电回路。
二次电压保护装置6的输入端和所述电池组2两极相连，监测所述电池组2的电压，输出端通过导向和所述可控保险丝14的控制端相连。
所述充电开关为可控开关，采用MOS管IR48；所述放电开关为可控开关，采用MOS管IRF3205。
所述第一充电开关91和第二充电开关92以及放电开关10的控制端分别为所述MOS管的G极。
如图5所示，所述电压电流监控装置5采用集成多节电芯保护芯片12。
所述电池组2中每节电池单元的正负极都通过导线分别连接到所述集成多节电芯保护芯片12的输入端，电池组2放电回路串联接入电阻13，所述电阻13两端通过导线连接到集成多节电芯保护芯片12的输入端，用以检测电池组2放电回路电流。
所述集成多节电芯保护芯片12的输出端122控制放电开关10，所述集成多节电芯保护芯片12的输出端121控制第二充电开关92。
当所述集成多节电芯保护芯片12检测到所述电池组2中任何一节电池单元电压超过一定范围，则该芯片输出端121送出电平信号，切断所述第二充电开关92，从而切断充电回路。
当所述多节电芯保护芯片12检测到所述电池组2中任何一节电池单元电压低于一定范围，则该芯片输出端122送出电平信号，切断所述放电开关10，从而切断放电回路。
电阻13串联在所述电池组2放电回路，用以检测该放电回路的电流。当所述集成多节电芯保护芯片12检测到所述电阻13两端的电压过高，则该芯片输出端122输出电平信号，切断所述放电开关，从而切断放电回路。
所述集成多节电芯保护芯片12采用S8254。
如图6所示，所述二次电压保护装置6采用集成多节电芯保护芯片20。所述充电端口19和可控保险丝14串联连电池组2，集成多节电芯保护芯片20的输入端通过导线连接电池组2中每节电池单元，用于检测每节电池单元的电压。所述集成多节电芯保护芯片20采用S8244。
当所述集成多节电芯保护芯片20检测到所述电池组2中任何一节电池单元的电压超过一定数值，即电压电流监控装置5失效，电池单元的电压过高的时候，所述集成多节电芯保护芯片20输出端通过导线给可控保险丝14送出熔断信号，则可控保险丝14熔断。电流保险丝14熔断不可恢复。
如图3所示，所述电池组2由若干个电池单元21串联连接而成。所述电池单元21和所述电池单元电压平衡装置4并联连接。所述电池单元21和电阻44以及可控开关43串联连接为回路，所述可控开关43的控制端和比较器42的输出端连接。所述比较器42的正相比较端和所述电池单元21的正极相连，为所述电池单元21的电压；所述比较器的负向比较端和所述电池组2的所有电池单元的平均电压值相连接。
所述可控开关43在其控制端为低电平的时候为开路。在所述电池单元21的电压高于电池组2的所有电池单元的平均电压的时候，所述比较器42的输出端给可控开关43的控制送出高电平，所述可控开关43接通，则所述电池单元21通过所述电阻44进行放电，直到电池单元21电压等于所述电池组2的所有电池单元的平均电压值为止。
所述可控开关43可以采用MOS管，所述可控开关43控制端为该COMS管的G极。所述比较器42可以采用运算放大器集成电路LM324。
所述电池组2的所有电池单元的平均电压值可以通过以下方式得到：所述电池组2由N节电池单元21串联连接起来，则可以在所述电池组2和N个阻值相同且大于100M欧姆的电阻串联连接为单独回路，则可以在单个的该电阻上取得所述电池组2的所有电池单元的平均电压值。
如图4所示，一种温度保护装置连接在电池组2充电回路和放电回路中，包括温度监测装置7和温度保险丝78。
所述温度监测装置7和放在所述电池组2的间隙中的负温度系数电阻72和温度开关71相连接，并控制所述第一充电开关91和第二充电开关92以及放电开关10。
所述负温度系数电阻72阻值变化的信号通过导线输入所述温度监测装置7中的运算放大器，该运算放大器的输出端通过导线接第一充电开关91和第二充电开关92控制端。所述运算放大器采用LM358。
所述第一充电开关91和第二充电开关92采用MOS管IR48，所述放电开关10采用MOS管IRF5305。
当所述负温度系数电阻72的温度低于0摄氏度或者高于50摄氏度的时候，所述运算放大器送出电平信号切断所述第一充电开关91，停止所述电池组2的充电。
所述温度开关71为温度记忆合金开关，所述温度开关71的动作信号送入所述温度监测装置7。在所述电池组2的温度超过一定值A的时候，所述温度开关71的动作，该动作信号通过所述温度监测装置7控制所述充电开关92以及放电开关10。当所述电池组2中的温度恢复到一定范围后，所述充电开关92和放电开关10恢复闭合。所述A值大于50摄氏度。
当所述电池组2的温度上升达到某一温度值B的时候，则所述温度保险丝78熔断，切断所述电池组2的充电回路和放电回路。所述B值高于所述A值。
所述温度保险丝78的熔断是不可恢复的。
如图7所示，负温度系数电阻72的电压将随温度的变化而变化，用如图的桥式电路可以检出所述负温度系数电阻72的电压变化就可以检出温度的变化量。负温度系数电阻72的电压接运算放大器76的负向输入端和运算放大器77的正向输入端。电阻74的电压输入运算放大器76的正向输入端，电阻75的电压输入运算放大器77的负向输入端，分别和温度系数电阻72的电压进行比较。运算放大器76输出端和运算放大器77的输出端通过电压转换79控制第一充电开关91的闭合和断开。
所述电压转换79可以依据输入的电压的不同，输出高或者低电平，在本实施例中，高电平断开充电开关(91)，低电平使充电开关(91)闭合。
所述负温度系数电阻72在0到50摄氏度范围内时，所述负温度系数电阻72上电压高于所述电阻75上所分电压，也低于所述电阻74上所分电压。此时，所述运算放大器76和运算放大器77输出通过该电平信号通过所述电压转换79传送到所述充电开关91的控制端，充电回路连通。
当所述负温度系数电阻72的温度低于某一定值，所述负温度系数电阻72上的电压高于所述电阻74上电压，所述运算放大器76输出低电平信号，则所述电压转换79输出高电平，切断所述充电开关91，充电回路开路。当所述温度系数电阻72的温度超过某一定值，所述负温度系数电阻72上的电压低于所述电阻75上电压，所述运算放大器77输出低电平信号，该电平信号通过所述电压转换79切断所述充电开关91，充电回路开路。

Claims (7)

1、一种具有电流电压保护装置的二次电池，包括：电池外壳(1)、设置在电池外壳(1)内由多节相互串接的电池单元(21)所组成的电池组(2)以及与该电池组(2)连接的充电回路、放电回路和安全保护装置(3)，其特征在于所述安全保护装置(3)包括：
监测所述电池组(2)的电流并控制所述电池组(2)电路通断的电压电流监控装置(5)以及在所述电池组(2)的电流异常时切断所述电池组(2)电路的二次电压保护装置(6)。
2、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于：
所述电压电流监控装置(5)含有集成多节电芯保护芯片(12)，该集成多节电芯保护芯片(12)的输入端连接所述电池组(2)中每节电池单元(21)的正负极以及所述电阻(13)的两端，所述集成多节电芯保护芯片(12)的输出端(122)控制放电开关(10)，其第二输出端(121)控制第一充电开关(91)。
3、根据权利要求2所述的二次电池，其特征在于：
所述二次电压保护装置(6)含有集成多节电芯保护芯片(20)，所述集成多节电芯保护芯片(20)的输入端连接电池组(2)中每节电池单元，所述集成多节电芯保护芯片(20)输出端控制可控保险丝(14)。
4、根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于：所述集成多节电芯保护芯片(20)采用S8244；所述集成多节电芯保护芯片(12)采用S8254。
5、根据权利要求3所述的二次电池，其特征在于：所述可控保险丝(14)的熔断是不可恢复的。
6、根据权利要求1或3所述的二次电池，其特征在于所述安全保护装置(3)还包括：
用于调节所述电池单元(21)电压，并使所述电池组(2)中各电池单元(21)的电压相接近的电池单元电压平衡装置(4)；
以及温度保护装置，所述温度保护装置包括：温度监测装置(7)，和放在所述电池组(2)的间隙中的负温度系数电阻(72)和温度开关(71)相连接，并控制所述第一充电开关(91)和第二充电开关(92)以及放电开关(10)；以及温度保险丝(78)，串联在所述放电回路中。
7、根据权利要求1或3所述的二次电池，其特征在于，所述充电回路包括以下部分串联构成：充电端口(19)、可控保险丝(14)、电池组(2)、温度保险丝(78)以及第一充电开关(91)和第二充电开关(92)；
所述放电回路包括以下部分串联构成：放电输出端口(18)、开关锁(16)、电流保险丝(15)、电池组(2)、温度保险丝(78)、电阻(13)以及放电开关(10)；
所述电池组(2)充电回路中串联第一充电开关(91)和第二充电开关(92)，所述电池组(2)放电回路中串联放电开关(10)；
所述第一充电开关(91)和第二充电开关(92)为可控开关，采用MOS管IRF5305；
所述放电开关(10)为可控开关，采用MOS管IRF3205。
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