CN207743302U - 一种聚合物锂电池保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种聚合物锂电池保护板，所述聚合物锂电池保护板由钢片、FPC、插件、PCB、镍带及保护电路组成。所述保护板FPC焊盘开孔采用“U型”槽设计，使得PCB与FPC在焊接过程中，PCB板上的印锡能与FPC上锡膏充分融合，保证焊接可靠性；所述保护板PCB在FPC折弯处有凹槽设计，满足FPC折弯时尺寸上的要求；所述保护电路采用双重保护方案，过流保护采用精密电阻进行采样，可以有效地提高过流保护的精度。本实用新型公开的一种聚合物锂电池保护板，其不仅提高了电池在结构上的可靠性，保护电路还可以对电池进行有效地保护，显著减低电池保护板的故障率，从而提高锂电池的安全性，具有重大的生产实践意义。

Description

一种聚合物锂电池保护板

技术领域

本实用新型涉及保护板技术领域，特别是涉及一种聚合物锂电池保护板。

背景技术

目前，聚合物锂离子电池，由于具有更高的安全性，更高的质量能量密度，已越来越受到业界和客户的青睐。在电池手工装配的过程中，往往伴随着撕、拉、扯的现象，尤其是对于带弯折的FPC，导致保护板安全可靠性降低。除此以外，常规的PTC+fuse+IC+MOS保护形式，不能满足安规中限功率电源的要求，为了提升保护板的安全保护性能，采用双重保护可以有效地保护电池的安全。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种聚合物锂电池保护板，不仅提高了电池在结构上的可靠性，保护电路还可以对电池进行有效地保护，从而提高锂电池的安全性，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种聚合物锂电池保护板，包括保护板主体10，所述保护板主体10包括横向焊接在一起的PCB30和 FPC20。

其中，所述PCB30正面设置有第一焊接焊盘31，反面设置有第二焊接焊盘 32和第三焊接焊盘33，所述FPC20的正面分别具有钢片21和第四焊接焊盘34，所述FPC20的背面在与所述钢片21相对应的位置具有一个插接口22；所述 PCB30的第一焊接焊盘31和所述FPC20的第四焊接焊盘34焊接在一起；所述 PCB30正面的第二焊接焊盘32和第三焊接焊盘33分别与第二镍片12和第一镍片11相接，所述第一镍片11和第二镍片12分别与所述锂电池电芯的负极和正极相接；所述插接口22与外部电池充电设备相接。

其中，所述FPC的第四焊接焊盘开孔采用“U型”槽设计。

其中，所述PCB在FPC折弯处有凹槽设计，满足FPC折弯时尺寸上的要求。

其中，所述保护板还包括保护电路，所述保护电路采用双重保护方案。

其中，第一重保护电路包括第一重保护控制芯片U1，所述第一重保护控制芯片U1的外部电源负极端子VM与电阻R2相接，所述第一重保护控制芯片 U1的过流检测端子VINI与电阻R SC1、电容C3相接；所述第一重保护控制芯片U1的电源端子VDD分别接电阻R1和电容C1，所述R1分别接外部电池充电设备的正极端P+、电容C2、电阻R3；所述第一重保护控制芯片U1的接地端子VSS分别接电容C1、电阻RSC1、容C3相接，所述第一重保护控制芯片 U1的放电端子DO与场效应管MOS Q1、Q2中开关管T1的栅极G1相接，所述第一重保护控制芯片U1的充电端子CO与MOS Q1、Q2中开关管T2的栅极 G2相接；所述MOS Q1、Q2中开关管T1的漏极D1和MOS Q1、Q2中开关管 T2的漏极D2相接，所述MOS Q1、Q2中开关管T1的源极S1与所述电阻R4、所述MOS Q3、Q4中开关管T4的源极S2相接，所述MOS Q1、Q2中开关管 T2的源极S2分别与电阻R2、电容C2、负温度系数热敏电阻NTC、识别电阻 ID和外部电池充电设备的负极端P-相接。

其中，第二重保护电路包括第二保护控制芯片U2，所述第二保护控制芯片 U2的外部电源负极端子VM与电阻R4相接，所述第二保护控制芯片U2的过流检测端子VINI与电阻RSC2、电容C5、电阻R SC1、电容C3相接；所述第二保护控制芯片U2的电源端子VDD分别接电阻R3和电容C4，电阻R3分别接锂电池的电芯正极B+和电阻R1；所述第二保护控制芯片U2的接地端子VSS 分别接电容C4、锂电池电芯负极B-、电阻RSC2、电容C5；所述第二保护控制芯片U2的放电端子DO与场效应管MOS Q3、Q4中开关管T3的栅极G1相接，所述第二保护控制芯片U2的充电端子CO与MOS Q3、Q4中开关管T4的栅极 G2相接，所述MOS Q3、Q4中开关管T4的源极S2分别与R4、所述MOS Q1、 Q2中开关管T1的源极S1相接，所述MOS Q3、Q4中开关管T1的源极S1与电阻RSC1、电容C3相接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本实用新型提供了一种聚合物锂电池保护板，其可以对电池的过充形成有效的安全保护，显著减低电池保护板的故障率，可以大大降低电池***事故的发生，从而提高锂电池的安全性，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板具有的保护板结构图；

图2为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板具有的保护板电路的连接示意图；

图3为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板的正视图；

图4为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板的后视图；

图5为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板俯视图；

图6为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板中所包括的PCB的正视图

图7为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板中所包括的PCB的俯视图；

图8为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板中所包括的FPC的正视图；

图9为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板中所包括的FPC的后视图；

图10为本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板所包括的FPC的俯视图；

图中，10为保护板主体，11为第一镍片，12为第二镍片，20为FPC，30 为PCB，21为钢片，22为插接口，31为第一焊接焊盘，32为第二焊接焊盘， 33为第三焊接焊盘，34为第四焊接焊盘，35为共同焊接部，5-凹槽。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1、图3至图5，对于本实用新型提供的一种聚合物锂电池保护板，包括保护板主体(10)，所述保护板主体(10)包括焊接在一起的FPC(20)和 PCB(30)；

一并参见图6至图10，PCB(30)正面设置有第一焊接焊盘(31)，反面设置第二焊接焊盘(32)和第三焊接焊盘(33)，FPC(20)的正面分别具有钢片 (21)和第四焊接焊盘(34)，FPC(20)的背面在与所述钢片(21)相对应的位置具有一个插接口(22)。PCB(30)的第一焊接焊盘(31)和所述FPC(20) 的第四焊接焊盘(34)焊接在一起。PCB(30)正面的第二焊接焊盘(32)和第三焊接焊盘(33)分别与第二镍片(12)和第一镍片(11)相接，所述第一镍片(11)和第二镍片(12)分别与所述锂电池电芯的负极和正极相接。

具体实现上，所述PCB(30)的第一焊接焊盘(31)和FPC(20)的第四焊接焊盘(34)焊接在一起，具体的共同焊接部(35)如图3所示，从而所述 PCB(30)和所述FPC(20)焊接在一起组成所述保护板主体(10)。

具体实现上，一并参见图3，所述PCB(30)正面的第二焊接焊盘(32)和第三焊接焊盘(33)分别与第二镍片(12)和第一镍片(11)相接，所述第一镍片(11)和第二镍片(12)分别与所述锂电池电芯的负极和正极相接，所述插接口(22)与外部电池充电设备相接，因此，所述电池保护板位于所述锂离子的电芯和外部电池充电设备之间，从而通过所述电池保护板形成的双重保护电路防护，从而在保证安全性的条件下，方便外部电池充电设备通过来对锂电池进行充电。所述保护板FPC焊盘开孔采用“U型”槽设计，使得PCB与FPC 在焊接过程中，PCB板上的印锡能与FPC上锡膏充分融合，保证焊接可靠性；

所述保护板还包括保护电路，所述保护电路采用双重保护方案，过流保护采用精密电阻进行采样，可以有效地提高过流保护的精度，所述保护电路采用双重保护方案，可以有效的满足限功率电源的要求。对于本实用新型提供了一种聚合物锂电池保护板，所述双重保护具有保护板电路，参见图2，所述保护板电路包括第一重保护电路100和第二重保护电路200；

在本实用新型中，所述第一重保护电路100用于对所述锂电池电芯进行过充电、过放电、过电流和短路保护；

所述第二重保护电路200，与所述初级保护电路相连接，用于在第一重保护电路保护功能失效时，对所述锂电池的电芯进行过充电、过放电、过电流和短路保护，具体通过第二保护芯片U2控制场效应管MOS Q3、Q4中开关管T3和 T4的通断进行保护。

参见图2，具体实现上，所述第一重保护电路100包括第一重保护控制芯片 U1，所述第一重保护控制芯片U1的电流检测端子VINI与采用电阻R SC1、电容C3相接；

需要说明的是，所述第二重保护电路200，用于在第一重保护电路保护功能失效时，对所述锂电池进行过充、过放、过流、短路保护，具体通过第二重保护控制芯片U2来控制MOS Q3、Q4中开关管T3和T4的通断进行过充保护。

需要说明的是，在正常工作状态下，第一重保护电路100中第一重保护控制芯片U1的充电端子CO、放电端子DO输出高电平，电流检测端子VINI电压为低电平，此时MOS Q1、Q2内两只N沟道场效应管T1、T2均处于导通状态。电池通过充电器正常充电时，随着时间的增加，电池电芯两端的电压逐渐升高，当电池电芯的电压升高到U1的过充电检测电压后，且这种状态保持在过充电检测延迟时间以上时，第一重保护控制芯片U1的充电端子CO由高电平变为低电平，T2管截止，充电回路被切断，电路进入过充保护状态。当电池通过外接负载进行放电时，电芯两端电压缓慢降低，当第一重保护控制芯片U1检测到电芯的电压下降至过放检测电压后，且这种状态保持在过放电检测延迟时间以上时， U1的放电端子DO由高电平变为低电平，T1管截止，即电芯的放电回路被切断而停止放电。当充电、放电电流在规定值或额定值以上时，会导致U1的电流检测端子VINI的电压降低到充电过电流检测电压、放电过电流检测电压以下，若这种状态持续保持在充电、放电过电流检测延迟时间以上的情况下，控制充电、放电的T2、T1管关闭停止充放电，电路进行过流保护。电池在对负载放电过程中，当U1的电流检测端子VINI处于负载短路检测电压值以上，且这种状态持续保持在负载短路检测延迟时间以上，第一重保护控制芯片U1的放电端子DO 由高电平变为低电平，T1管关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。

当第一重保护电路100保护失效时，电池连接充电器正常充电，随着时间的增加，电池电芯两端的电压将逐渐升高，当第二重保护控制芯片U2检测到电池电压达到过充电检测电压后，且这种状态保持在过充电检测延迟时间以上时， U2的充电端子CO由高电平变为低电平，T3、T4管截止，从而切断充电回路进行过充保护。当电池通过外接负载进行放电时，电芯两端电压缓慢降低，当第二重保护控制芯片U2检测到电芯的电压下降至过放检测电压后，且这种状态保持在过放电检测延迟时间以上时，U2的放电端子DO由高电平变为低电平，T3 管截止，即电芯的放电回路被切断而停止放电。当充电、放电电流在规定值或额定值以上时，会导致U2的电流检测端子VINI的电压降低到充电过电流检测电压、放电过电流检测电压以下，若这种状态持续保持在充电、放电过电流检测延迟时间以上的情况下，控制充电、放电的T4、T3管关闭停止充放电，电路进行过流保护。电池在对负载放电过程中，当U2的电流检测端子VINI处于负载短路检测电压值以上，且这种状态持续保持在负载短路检测延迟时间以上，第二重保护控制芯片U2的放电端子DO由高电平变为低电平，T3管关断，从而切断放电回路，起到短路保护作用。

在本实用新型中，具体实现上，所述MOS Q1、Q2中开关管T2的源极S2 还可以分别与负温度系数热敏电阻NTC和外部用户身份ID识别电路相连接。

需要说明的是，对于本实用新型，第一重保护控制芯片U1和第二重保护控制芯片U2的参数需满足对锂电池电芯的充电限制电压要求；所述MOS Q1、Q2 中的开关管T1、T2和MOS Q3、Q4中的开关管T3、T4等N沟道的场效应晶体管MOSFET，它们的参数需满足锂电池电芯放电能力的要求，并且与第一重保护控制芯片U1和第二重保护控制芯片U2相匹配。此外，还可以结合用户需求，对需要进一步连接的负温度系数热敏电阻NTC、外部用户身份ID识别电路等进行选型。具体实现上，第一重保护电路100的过充保护电压低于第二重保护电路200的过充保护电压，第一重保护电路100的过放保护电压高于第二重保护电路200的过放保护电压，第一重保护电路100的过放保护电压高于第二重保护电路200的过放保护电压，第一重保护电路100的充电过流保护电流与第二重保护电路200的充电过流保护电流相同，第一重保护电路100的放电过流保护电流范围小于第二重保护电路200的放电过流保护电流范围。

具体生产实践上，对于本实用新型，需要注意以下事项：

1、电池保护板的元器件分布均匀，排在同一电路单元的元器件相对集中排列，以便于调试和维修；

2、有相互连线的元器件应相对靠近排列，以利于提高布线密度和保证走线距离最短；

3、对热敏感的元器件，布置时应远离发热量大的元器件(如NTC应远离 MOSFET)。

4、对于ID、NTC布线时，其走线应位于FPC的中间，降低装配过程中对 FPC撕裂几率。

5、为了测试方便，电池保护板的设计上可以设定必要的测试点(如NTC、身份识别ID电路、二次保护的测试点)。

6、器件布局时，将PCB的第二焊接焊盘和第三焊接焊盘与器件面分开布局，有效提高过流能力。

需要注意的是，对于本实用新型，在PCB与FPC相结合的设计中，为了满足过大电流的需求，正极、负极均增加一个焊盘，FPC采用压延铜，以满足用户对折弯的需要。

具体实现上，本实用新型的用户还可以进行组装Pack后的测试：对组装Pack 后的锂电池进行电性能测试。在电检柜上通过对开路电压、正常充电测试、正常放电测试、保护特性电检程序的设置，将组装Pack后的电池进行电性能测试，测试结果应满足设计的要求。

综上所述，与现有技术相比较，本实用新型提供了一种聚合物锂电池保护板，其可以对电池的过充形成有效的安全保护，显著减低电池保护板的故障率，可以大大降低电池***事故的发生，从而提高锂电池的安全性，具有广泛的市场应用前景，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种聚合物锂电池保护板，其特征在于，包括保护板主体(10)，所述保护板主体(10)包括横向焊接在一起的PCB(30)和FPC(20)。

2.根据权利要求1所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，所述PCB(30)正面设置有第一焊接焊盘(31)，反面设置有第二焊接焊盘(32)和第三焊接焊盘(33)，所述FPC(20)的正面分别具有钢片(21)和第四焊接焊盘(34)，所述FPC(20)的背面在与所述钢片(21)相对应的位置具有一个插接口(22)；所述PCB(30)的第一焊接焊盘(31)和所述FPC(20)的第四焊接焊盘(34)焊接在一起；所述PCB(30)正面的第二焊接焊盘(32)和第三焊接焊盘(33)分别与第二镍片(12)和第一镍片(11)相接，所述第一镍片(11)和第二镍片(12)分别与所述锂电池电芯的负极和正极相接；所述插接口(22)与外部电池充电设备相接。

3.根据权利要求2所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，所述FPC的第四焊接焊盘开孔采用“U型”槽设计。

4.根据权利要求3所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，所述PCB在FPC折弯处有凹槽设计，满足FPC折弯时尺寸上的要求。

5.根据权利要求1所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，所述保护板还包括保护电路，所述保护电路采用双重保护方案。

6.根据权利要求5所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，第一重保护电路包括第一重保护控制芯片U1，所述第一重保护控制芯片U1的外部电源负极端子VM与电阻R2相接，所述第一重保护控制芯片U1的过流检测端子VINI与电阻R SC1、电容C3相接；所述第一重保护控制芯片U1的电源端子VDD分别接电阻R1和电容C1，所述R1分别接外部电池充电设备的正极端P+、电容C2、电阻R3；所述第一重保护控制芯片U1的接地端子VSS分别接电容C1、电阻RSC1、电容C3、电阻RSC2、电容C5，所述第一重保护控制芯片U1的放电端子DO与场效应管MOSQ1、Q2中开关管T1的栅极G1相接，所述第一重保护控制芯片U1的充电端子CO与MOS Q1、Q2中开关管T2的栅极G2相接；所述MOS Q1、Q2中开关管T1的漏极D1和MOS Q1、Q2中开关管T2的漏极D2相接，所述MOS Q1、Q2中开关管T1的源极S1与所述电阻R4、所述MOS Q3、Q4中开关管T4的源极S2相接，所述MOS Q1、Q2中开关管T2的源极S2分别与电阻R2、电容C2、负温度系数热敏电阻NTC、识别电阻ID和外部电池充电设备的负极端P-相接。

7.根据权利要求6所述的聚合物锂电池保护板，其特征在于，第二重保护电路包括第二保护控制芯片U2，所述第二保护控制芯片U2的外部电源负极端子VM与电阻R4相接，所述第二保护控制芯片U2的过流检测端子VINI与电阻R SC2、电容C5、电阻R SC1、电容C3相接；所述第二保护控制芯片U2的电源端子VDD分别接电阻R3和电容C4，电阻R3分别接锂电池的电芯正极B+和电阻R1；所述第二保护控制芯片U2的接地端子VSS分别接电容C4、锂电池电芯负极B-、电阻RSC2、电容C5；所述第二保护控制芯片U2的放电端子DO与场效应管MOS Q3、Q4中开关管T3的栅极G1相接，所述第二保护控制芯片U2的充电端子CO与MOS Q3、Q4中开关管T4的栅极G2相接，所述MOS Q3、Q4中开关管T4的源极S2分别与R4、所述MOS Q1、Q2中开关管T1的源极S1相接，所述MOS Q3、Q4中开关管T1的源极S1与电阻RSC1、电容C3相接。