CN201234123Y - 电池保护电路和电池组模块 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于复数节串联二次电池组的电池保护电路，包括充电开关单元和至少一个电池保护单元，充电开关单元设置在电池组的充电回路上并由电池保护单元控制通断，电池保护单元在充电时监测电池组中的一节电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制充电开关单元关断。进一步包括设置在放电回路上并由电池保护单元控制通断的放电开关单元，电池保护单元在放电时监测其中一节电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制放电开关单元关断。本实用新型还公开了一种采用该电池保护电路的电池组模块。本实用新型电池保护电路及电池组模块的设计简单可靠，开发难度低，能有效降低产品成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及二次电池充放电保护技术，尤其是一种用于复数节串联二次电池组的电池保护电路和具有该电池保护电路的电池组模块。
背景技术
目前，高容量、高安全性的二次电池组如锂离子二次电池组的应用日益广泛，如用于各种手持电动器具，在要求较高的电压和较大的电流的应用场合，大多需要多节二次电池串联使用。由于二次电池自身的特点，需要对电池组进行有效的保护，不然如果其中某一颗电池的性能受到影响，整组电池的性能便大打折扣，重者可能会引起电池燃烧、***的严重后果。所以对多节串联的二次电池的应用必须要有能监控每一颗电池状态的保护***，这样才能使电池组的安全性能最大化、电化学性能最大化。
传统的保护电路设计方案有两种：1.采用单片机控制方案，单片机检测每节电池电压和电池组的温度，并时刻监视回路电流大小，一旦电池发生过充、过放、过温、过流等情况，单片机便断开放电回路，当故障恢复后又重新导通。这种方法优点在于控制灵活，缺点在于开发设计难度大，成本高。2.采用单片机+保护IC的做法，这种方法是将一般的保护功能放在IC上，单片机只是配合做一些均衡和电量显示等功能。这种方法优点在于控制灵活，缺点在于开发设计难度大，成本高。
发明内容
本实用新型的主要目的就是解决现有技术中的问题，提供一种开发设计难度小，设计简洁，成本低的电池保护电路。
本实用新型的另一目的是提供一种电池组模块，它包含上述电池保护电路，具有开发难度小，设计简洁，成本低的优点。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种用于复数节串联二次电池组的电池保护电路，其特征在于，包括充电开关单元和至少一个电池保护单元，充电开关单元设置在电池组的充电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在充电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制所述充电开关单元关断。
优选地：
还包括放电开关单元，所述放电开关单元设置在电池组的放电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在放电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制所述放电开关单元关断。
所述放电开关单元包括控制所述放电回路通断的MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor，即金属氧化物半导体场效应晶体管)，所述电池保护单元中的一者还采集所述MOSFET的电压降并根据其判断所述放电回路的电流大小，当其达到预设值时，控制所述MOSFET关断。
所述电池保护单元与所述复数节二次电池一对一地设置。
所述二次电池为锂离子二次电池。
一种带电池保护的电池组模块，包括串联连接的复数节二次电池，其特征在于，还包括充电开关单元和至少一个电池保护单元，充电开关单元设置在电池组的充电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在充电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制所述充电开关单元关断。
优选地：
还包括放电开关单元，所述放电开关单元设置在电池组的放电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在放电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制所述放电开关单元关断。
所述放电开关单元包括控制所述放电回路通断的MOSFET，所述电池保护单元中的一者还采集所述MOSFET的电压降并根据其判断所述放电回路的电流大小，当其达到预设值时，控制所述MOSFET关断。
所述电池保护单元与所述复数节二次电池一对一地设置。
所述二次电池为锂离子二次电池。
本实用新型有益的技术效果是：
本实用新型的电池保护电路在电池组的充电回路上设置有充电开关单元，并由电池保护单元控制开通和关断，优选将电池保护单元与各电池一对一地设置，即每一节电池采用一个电池保护单元，电池保护单元在充电时监测相应电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制充电开关单元关断，及时停止充电，从而避免电池出现过充电现象，延长电池组的寿命。
进一步地，在电池组的放电回路上设置有放电开关单元，电池保护单元在放电时监测相应电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制放电开关单元关断，及时停止放电，从而避免电池出现过放电现象；电池保护单元还在放电时对放电开关单元中的MOSFET的压降进行监测，并根据其判断电流大小，当其达到预设值时控制MOSFET关断，实现对电池的过流保护以及短路保护，从而进一步延长电池组的寿命。
由于采用电池保护单元单独监测和管理一节电池进行充电、放电，本实用新型以较传统方案更为简单可靠的方案保护了每一节电池，其设计更简洁，开发难度更小，降低了产品的设计制造成本。
附图说明
图1为本实用新型电池保护电路一种实施例的电路原理图；
本实用新型的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
具体实施方式
请参考图1，本实施例电池保护电路用于多节串联锂离子二次电池组，电池保护电路包括充电开关单元、放电开关单元以及与各节电池一一对应设置的多个电池保护单元。电池保护单元包括电池保护IC和信号输出电路，电池保护IC具体可选用芯片S-8261，其电压信号采集端通过电池组接口与相应电池的正负极相连，其过充保护控制信号输出端和过放保护控制信号输出端与信号输出电路的相应输入端相连，信号输出电路的相应输出端分别与充电开关单元和放电开关单元的输入端相连。工作时，电池保护IC根据电压检测结果发出过充保护控制信号和过放保护控制信号，经信号输出电路送至充电开关单元和放电开关单元，分别控制充电开关单元和放电开关单元关断，使电池组停止充放电。
以第三节电池B3的电池保护单元为例，电池保护IC U3的电压信号采集管脚VDD(5脚)、VSS(6脚)分别接第三节电池B3的正极B3+和负极，根据串接关系后者即第二节电池B3的正极B2+，信号输出电路包括第一MOS管Q13、第一二极管D13、第二MOS管Q23和第二二极管D23。其中，第一MOS管Q13的栅极接电池保护IC U3的一控制信号输出管脚DO(1脚)，其源极接电压信号采集管脚VDD，其漏极接第一二极管D13的阳极，第一二极管D13的阴极接第二MOS管Q23的栅极，第二MOS管Q23的栅极还接电池保护IC U3的另一控制信号输出管脚CO(3脚)，其源极接电压信号采集管脚VDD，其漏极接第二二极管D23的阳极。
第一二极管D13的阴极另通过电阻R22接下一信号输出电路中的第一二极管D12的阴极，各信号输出电路依此方式顺次连接，末端的信号输出电路(其与图1中第一节电池B1对应)中的第一二极管D11的阴极通过电阻R24接地GND，并通过电阻Rd接至放电开关单元。第二二极管D23的阴极通过电阻R28接下一信号输出电路中的第二二极管D22的阴极，各信号输出电路依此方式顺次连接，末端的信号输出电路(其与图1中第一节电池B1对应)中的第二二极管D21的阴极通过电阻R30接另一地，并通过电阻Rc接至充电开关单元。
充电开关单元包括第三MOS管Qc和第四MOS管Qch，第三MOS管Qc的栅极接电阻Rc(参见图1中CON节点)，其源极接第四MOS管Qch的栅极，并通过电阻Rc1接电池组正极B+，其漏极与第四MOS管Qch的漏极共接电池组负极即地GND，第四MOS管Qch的源极接充电负极J。放电开关单元包括第五MOS管Qd和第六MOS管Qdch，第五MOS管Qd的栅极接电阻Rd(参见图1中DON节点)，其源极接第六MOS管Qdch的栅极，并通过电阻Rd1接放电正极P+(即电池组正极B+)，其漏极与第六MOS管Qdch的漏极共接电池组负极即地GND，第六MOS管Qdch的源极接放电负极P-。
每个电池保护IC检测各自对应锂电池的电压，当电池发生过充、过放时相关控制脚就会通过控制MOS管来控制主回路充、放电控制开关管即第四MOS管Qch、第六MOS管Qdch，停止充电或放电。下面仍以第三节电池B3的保护为例结合具体功能分别加以说明：
过充保护：
当第三节电池B3发生过充情况时，电池保护IC U3检测到电池B3达到过充保护开启电压，其第3脚CO发出低电平信号，第二MOS管Q23导通，电阻Rc上是高电平，第三MOS管Qc导通，第四MOS管Qch截至，充电停止。当过充状况恢复后，电池保护IC U3的第3脚CO发出高电平，第二MOS管Q23截止，电阻Rc上是低电平，第三MOS管Qc截止，第四MOS管Qch导通，充电回路重新导通。
过放保护：
当第三节电池B3发生过放情况时，电池保护IC U3检测到电池B3达到过放保护开启电压，其第1脚DO发出低电平，第一MOS管Q13导通，电阻Rd上是高电平，第五MOS管Qd导通，第六MOS管Qdch截至，放电停止。当过放状况恢复后，电池保护IC U3的第1脚DO发出高电平，第一MOS管Q13截止，电阻Rd上是低电平，第五MOS管Qd截止，第六MOS管Qdch导通，放电回路重新导通。
作为进一步的改进，第一节电池B1的电池保护IC U1的电压信号采集管脚VM通过电阻与第六MOS管Qdch的源极相连，这样，电池保护IC U1还监测第六MOS管Qdch的电压降并根据其判断放电回路的电流大小，当其达到预定电压降阈值时，控制第六MOS管Qdch关断，实现对电池组的过流保护和短路保护。
过流保护：
当电池组放电回路有大电流流过时，第六MOS管Qdch自身的导通内阻产生压降，电流越大，压降越高，所以，电池保护IC U1的2脚VM检测第六MOS管Qdch上的压降，当其超过一定值时，电池保护IC U1便判断发生过流，此时电池保护IC U1的第1脚DO发出低电平，MOS管Q11导通，电阻Rd上为高电平，第五MOS管Qd导通，第六MOS管Qdch截至，放电停止。当过流状况恢复后，电池保护IC U1的第1脚DO发出高电平，MOS管Q13截止，电阻Rd上是低电平，第五MOS管Qd截止，第六MOS管Qdch导通，放电回路重新导通。
短路保护与过流保护的原理一样，但是短路保护时检测的电流值更大，故预设电压阈值也更大。
作为本实用新型的一种变型推广，还可以以一个以上串联的二次电池作为上述电池组中的一个电池单元，电池保护单元对应于各电池单元进行设置，而过充保护开启电压、过放保护开启电压以及过流保护阈值电压均针对各电池单元设置，过充、过放及过流保护的工作原理如前所述。
本实用新型在另一方面还提出了一种电池组模块，其中采用本实用新型的电池保护电路对串联连接的多节二次电池进行充放电保护，优选的实施例中，该电池保护电路依照前述实施例进行设置，电池保护的工作原理亦参考前文，此处不再赘述。
采用本实用新型，可针对电池组中每节二次电池进行过充、过放、过流以及短路保护，能有效地延长电池组的寿命，相对于现有技术，本实用新型的电池保护电路及电池组模块的结构简单可靠，设计开发难度低，从而也有效地降低了产品成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。例如，实施例中优选将电池保护单元与各节电池一对一地设置，但不排除只对部分电池布置本实用新型的电池保护单元进行充放电保护，而对其余电池采用其它均衡方式的方案。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于复数节串联二次电池组的电池保护电路，其特征在于，包括充电开关单元和至少一个电池保护单元，充电开关单元设置在电池组的充电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在充电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制所述充电开关单元关断。
2.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，还包括放电开关单元，所述放电开关单元设置在电池组的放电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在放电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制所述放电开关单元关断。
3.如权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述放电开关单元包括控制所述放电回路通断的MOSFET，所述电池保护单元中的一者还采集所述MOSFET的电压降并根据其判断所述放电回路的电流大小，当其达到预设值时，控制所述MOSFET关断。
4.如权利要求1至3任意一项所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护单元与所述复数节二次电池一对一地设置。
5.如权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述二次电池为锂离子二次电池。
6.一种带电池保护的电池组模块，包括串联连接的复数节二次电池，其特征在于，还包括充电开关单元和至少一个电池保护单元，充电开关单元设置在电池组的充电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在充电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其达到预设的过充保护开启电压时，控制所述充电开关单元关断。
7.如权利要求6所述的电池组模块，其特征在于，还包括放电开关单元，所述放电开关单元设置在电池组的放电回路上并由所述电池保护单元控制开通和关断，所述电池保护单元在放电时监测所述电池组中的一节电池的电压，当判断其降至预设的过放保护开启电压时，控制所述放电开关单元关断。
8.如权利要求7所述的电池组模块，其特征在于，所述放电开关单元包括控制所述放电回路通断的MOSFET，所述电池保护单元中的一者还采集所述MOSFET的电压降并根据其判断所述放电回路的电流大小，当其达到预设值时，控制所述MOSFET关断。
9.如权利要求6至8任意一项所述的电池组模块，其特征在于，所述电池保护单元与所述复数节二次电池一对一地设置。
10.如权利要求9所述的电池组模块，其特征在于，所述二次电池为锂离子二次电池。
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