CN101877478B - 电池放电保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池放电保护装置，包括电池供电单元、单向通路、控制检测电路和补偿电路，其中所述控制检测电路检测到所述电池供电单元的电压值低于规定阈值时，发送电平信号给所述单向通路，使所述单向通路关断；同时，所述补偿电路给所述单向通路提供切断电压。采用本发明技术方案，解决了现有技术中存在的由于电池的放电回路对负载进行振荡供电，因此对负载造成了较大损害，且缩短了电池的使用寿命的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种电池放电保护装置。
背景技术
电池作为存储能量的一种工具已经被普遍应用于生活的各个方面，包括手机电池、汽车电池、电动车电池等。可重复使用的充电电池是电池发展史上的一个重要转折点，其使电池的应用范围变得更广，同时减少了一次性电池给环境带来的严重污染。实际生活中，铅酸、镍氢、镍镉、锂聚合物等可充电电池应用特别广泛，但是电池始终有它的局限性，例如，电池在放电结束后的电量过低，这种情况称为电池的过放电，电池的过放电会极大的减短电池的使用寿命，为了充分利用电池，提高电池的使用效率，必须对电池的放电进行适当保护，以避免电池的过放电。
现有技术提出了一种对电池进行放电保护的电路，如图1所示，电池B1和电池B2组成电池组，电池组的负极与电流取样电阻R4的一端相连，电流取样电阻R4的另一端与场效应管F的源极s相连，场效应管的栅极g接于三极管T的集电极c，三极管T的集电极c又与电阻R2的一端相连，三极管T的发射极e与电池组的正极相连，三极管T的基极b与稳压管Z的负极相连，电容C与电阻R3串联，电容C的另一端与电池B2的负极相连，而电阻R3的另一端与场效应管F的漏极d相连，稳压管Z和电阻R1的连接点p1又与电容C和电阻R3的连接点p2相连，电池B1的负极与电池B2的正极相连。
电池的端电压V通过三极管T的正向PN结eb施加到稳压管Z上，再到稳压管Z上施加上一反向电压，当电池电压正常时，电池的端电压V高于稳压管Z的反向击穿电压，稳压管Z处于击穿导通状态，三极管T的基极b有电流通过，则三极管T的发射极e与集电极c之间导通，电流在电阻R2产生压降，形成高电位，场效应管的栅极g因处于高电位而使漏极与源极之间导通，从而使放电回路处于导通状态，当电池在放电过程中因电量损耗，端电压V下降到低于稳压管Z的反向击穿电压，则稳压管Z由击穿导通状态进入截止状态，三极管T的基极b没有电流通过，三极管T的发射极e与集电极c之间截止，电阻R2上没有电流流过，且R2与电池的负极相连，则R2两端都为低电位，场效应管的栅极g因处于低电位而使漏极与源极之间截止，从而使放电回路处于截止状态，电池无法进一步放电，使电池不会因为过放电而损坏。
在上述处理过程中，由于电池在停止放电时电池的电压会瞬间升高，也就是端电压V会瞬间升高，此时稳压管Z会处于击穿导通状态，场效应管的栅极g因处于高电位而使漏极与源极之间导通，因此放电回路会处于导通状态，但是由于电池在停止放电时瞬间升高的电压为虚电压，当电池再次放电后，电池的端电压V会迅速降低，稳压管Z进入截止状态，场效应管的栅极g因处于低电位而使漏极与源极之间截止，放电回路又一次处于截止状态，此时电池的电压瞬间升高，放电回路又由截止状态变为导通状态，如此反复，放电回路就会对负载进行振荡供电，从而对负载造成了较大的损害，此外，电池的震荡供电也会造成电池的过放电，从而缩短了电池的使用寿命。
发明内容
本发明实施例提供一种电池放电保护装置，用以解决现有技术中存在的由于电池的放电回路对负载进行振荡供电，因此对负载造成了较大损害，且缩短了电池的使用寿命的问题。
本发明实施例技术方案如下：
一种电池放电保护装置，包括：电池供电单元、单向通路、控制检测电路和补偿电路；所述单向通路的输入端与所述电池供电单元的正极相连；所述控制检测电路的输入端与所述单向通路的输出端相连，输出端与所述单向通路的参考端相连，接地端与所述电池供电单元的负极相连；所述补偿电路的输入端与所述电池供电单元的正极相连，输出端分别与所述单向通路的参考端和所述控制检测电路的输出端相连，接地端与所述电池供电单元的负极相连；其中，所述补偿电路包括第三电阻和电容；第三电阻的第一端作为所述补偿电路的输入端；第三电阻的第二端与所述电容的第一端相连；所述第三电阻和所述电容的连接点作为所述补偿电路的输出端；所述电容的第二端作为所述补偿电路的接地端；所述控制检测电路检测到所述电池供电单元的电压值低于规定阈值时，发送电平信号给所述单向通路，使所述单向通路关断；同时，所述补偿电路给所述单向通路提供切断电压。
本发明实施例技术方案中，电池放电保护装置包括电池供电单元、单向通路、控制检测电路和补偿电路，其中控制检测电路在检测到电池供电单元的电压值低于规定阈值时，确认此时电池供电单元的电量不足，需要切断电池供电单元对负载的供电，那么控制检测电路就发送电平信号给单向通路，使单向通路关断，此时补偿电路给单向通路提供切断电压，也就是说使单向通路锁定在关断状态，即使电池供电单元在切换的瞬间，电压会瞬时升高，由于此时单向通路已经锁定在关断状态，因此电池供电单元也不会对负载进行振荡供电，从而有效地避免了振荡供电对负载造成的损害，同时也避免了电池的过放电，有效地延长了电池的使用寿命。
附图说明
图1为现有技术中，电池放电保护电路示意图；
图2为本发明实施例中，电池放电保护装置示意图；
图3为本发明实施例中，电池放电保护装置的具体电路原理示意图；
图4为本发明实施例中，镍氢电池在0.25C的放电速率下的放电曲线示意图；
图5为本发明实施例中，镍氢电池在0.5C的放电速率下的放电曲线示意图。
具体实施方式
下面结合各个附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。
本发明实施例提供了一种电池放电保护装置，如图2所示，具体包括电池供电单元21、单向通路22、控制检测电路23和补偿电路24组成，其中：
单向通路22的输入端与电池供电单元21的正极相连，输出端与负载相连，参考端分别与控制检测电路23的输出端和补偿电路24的输出端的相连，当单向通路处于导通状态时，单向通路通过输出端为负载供电，当单向通路处于关断状态时，单向通路不再给负载供电；
控制检测电路23的输入端与单向通路22的输出端相连，输出端与单向通路22的参考端相连，接地端与电池供电单元21的负极相连，该控制检测电路23检测到电池供电单元21的电压值低于规定阈值时，发送电平信号给单向通路22，使单向通路22关断；
补偿电路24的输入端与电池供电单元21的正极相连，输出端分别与单向通路22的参考端和所述控制检测电路23的输出端相连，接地端与电池供电单元21的负极相连，在单向通路22不为负载供电，即单向通路22关断时，补偿电路24给单向通路22提供切断电压，也就是使单向通路22锁定在关断状态，即使此时电池供电单元的电压瞬时升高，单向通路也依然处于关断状态，因此就避免了电池供电单元对负载进行振荡供电的情况。
较佳地，当单向通路22的参考端的电压值低于输入端的电压值时，单向通路22导通，通过输出端为负载供电，此时单向通路22的输入端和输出端之间处于电流导通状态，当单向通路22的参考端的电压值不低于输入端的电压值时，单向通路22关断，不再通过输出端为负载供电，此时单向通路22的输入端和输出端之间处于电流截止状态，
较佳地，控制检测电路23在检测单向通路22的输出端的电压值不低于规定阈值时，控制单向通路22的参考端的电压值低于输入端的电压值，使单向通路22的输入端和输出端之间处于电流导通状态，此时单向通路22导通，若检测到单向通路22的输出端的电压值低于规定阈值，则控制单向通路22的参考端的电压值等于输入端的电压值，使单向通路22的输入端和输出端之间处于电流截止状态，此时单向通路22关断；
较佳地，在单向通路22为负载供电，即单向通路22导通时，补偿电路24为控制检测电路23补偿工作电流，在单向通路22不为负载供电，即单向通路22关断时，补偿电路24保持单向通路22的参考端的电压值等于输入端的电压值，也就是使单向通路22锁定在关断状态。
由上述描述可知，电池放电保护装置包括电池供电单元、单向通路、控制检测电路和补偿电路，其中控制检测电路在检测到电池供电单元的电压值低于规定阈值时，确认此时电池供电单元的电量不足，需要切断电池供电单元对负载的供电，那么控制检测电路就发送电平信号给单向通路，使单向通路关断，此时补偿电路给单向通路提供切断电压，也就是说使单向通路锁定在关断状态，即使电池供电单元在切换的瞬间，电压会瞬时升高，由于此时单向通路已经锁定在关断状态，因此电池供电单元也不会对负载进行振荡供电，从而有效地避免了振荡供电对负载造成的损害，同时也避免了电池的过放电，有效地延长了电池的使用寿命。
下面给出更为具体的实施方式。
如图3所示，为本发明实施例中，电池放电保护装置的具体电路原理示意图，其中：
单向通路包括P-MOSE管D1和二极管D2；
P-MOSE管D1的源极(S极)作为单向通路的输入端，与电池供电单元的正极VCC相连；
P-MOSE管D1的漏极(D极)与二极管D2的正极相连；
二极管D2的负极作为单向通路的输出端VOUT，与负载相连；
P-MOSE管D1的栅极(G极)作为单向通路的参考端，分别与补偿电路的输出端和控制检测电路的输出端相连；
控制检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和电压比较器；
第一电阻R1的第一端作为控制检测电路的输入端，与单向通路的输出端VOUT相连；
第一电阻R1的第二端和第二电阻R2的第一端相连；
第一电阻R1和第二电阻R2的连接点与电压比较器的参考端相连；
电压比较器的输出端作为控制检测电路的输出端，与单向通路的参考端相连；
第二电阻R2的第二端与电压比较器的接地端连接后，作为控制检测电路的接地端，与电池供电单元的负极GND相连；
补偿电路包括第三电阻R3和电容C；
第三电阻R3的第一端作为补偿电路的输入端，与电池供电单元的正极VCC相连；
第三电阻R3的第二端与电容C的第一端相连；
第三电阻R3和电容C的连接点作为补偿电路的输出端，与单向通路的参考端相连；
电容C的第二端作为补偿电路的接地端，与电池供电电源的负极GND相连。
其中，电池供电单元可以为一个电池，也可以为由多个电池组成的电池组。
此外，电池供电单元在进行电量备份时，需要由外部电源为负载供电，如图3所示，外部电源的输出端通过二极管D3与负载相连。
图3所示的电池放电保护装置在实际工作过程中有四种状态：电池供电单元备份状态、电池供电单元供电输出状态、电池供电单元切断状态、更换电池供电单元后的电路重启状态，下面分别对四种工作状态时的工作原理分别进行介绍。
第一种状态，电池供电单元备份状态：
在电池供电单元备份状态中，外部电源的输出端VIN与二级管D3的正极相连，二极管D3的负极与负载相连，外部电源直接为负载供电，此时单向通路的输出端VOUT的电压值近似于外部电源输出端VIN的电压值(二极管D3在导通时有管压降，大概在0.5V左右)，单向通路的输出端VOUT的电压值通过第一电阻R1和第二电阻R2分压后得到的电压值为电压比较器的参考端的电压值，电压比较器将参考端的电压值与规定阈值进行比较，比较得到参考端的电压值高于规定阈值，此时电压比较器的输入端和输出端之间处于电流导通状态，电压比较器将输出端的电压值拉低，P-MOSE管D1的栅极(G极)的电压值低于源极(S极)的电压值，此时P-MOSE管D1的源极(S极)和漏极(D极)之间处于电流导通状态，电池供电单元的正极VCC的电压值通过P-MOSE管D1到达二极管D2的正极，由于外部电源的输出端V1N的电压值高于电池供电单元的正极VCC的电压值，因此二极管D2反向截止，电池供电单元不对外进行供电输出，此时电池供电单元通过第三电阻R3为电压比较器补偿正常工作电流。
第二种状态，电池供电单元供电输出状态：
在外部电源突然掉电的情况下，根据电池供电单元备份状态可知，当外部电源的输出端VIN的电压值高于电池供电单元的正极VCC的电压值时，电池供电单元不对外进行供电输出，二极管D2反向截止，当外部电源的输出端VIN的电压值低于电池供电单元的正极VCC的电压值时，二极管D3截止，电池供电单元的正极VCC的电压通过P-MOSE管D1和二极管D2到达单向通路的输出端VOUT，电池供电单元的正极VCC的电压值经过第一电阻R1和第二电阻R2的分压后得到的电压值为电压比较器的参考端的电压值，电压比较器将参考端的电压值与规定阈值进行比较，比较得到参考端的电压值高于规定阈值，即此时电池供电单元的电量充足，此时电压比较器的输入端和输出端之间处于电流导通状态，电压比较器将输出端的电压值拉低，此时由电池供电单元为负载供电，电池供电单元通过第三电阻R3为电压比较器补偿正常工作电流。
第三种状态，电池供电单元切断状态：
通过对电池在不同放电速率下的放电测试，我们可以确定出电池电量和电池电压之间存在一定的对应关系，以镍氢电池为例，图4和图5分别为镍氢电池在0.25C和0.5C的放电速率下的放电曲线图，由图4和图5可知，电池电压和其电量之间的关系基本是接近线性的，同时，从图4和图5可以看到，在电池的电量快要放光时，电池的电压已经低于正常的供电电压，因此若要对电池进行放电保护，就需要在电池电压低于正常工作电压时，切断电池对负载的供电。
在电池供电单元的电量快要消耗光时，单向通路的输出端VOUT的电压值低于正常供电电压，此时单向通路的输出端VOUT的电压值经过第一电阻R1和第二电阻R2分压到得到的电压值为电压比较器的参考端的电压值，电压比较器将参考端的电压值与规定阈值进行比较，比较得到参考端的电压值低于规定阈值，即此时电池供电单元的电量不足，电压比较器的输入端和输出端之间就处于电流截止状态，电压比较器的输出端的电压值升高，与电池供电单元的正极VCC的电压值相等，此时P-MOSE管D1的源极(S极)和漏极(D极)之间处于电流截止状态，电池供电单元不再为负载供电。
电池供电单元在切断供电时，正极VCC的电压值瞬间升高，由于P-MOSE管D1的源极(S极)和漏极(D极)之间处于电流截止状态，同时P-MOSE管D1的栅极(G极)的电压和正极VCC的电压相等，因此P-MOSE管D1的源极(S极)和漏极(D极)之间始终处于电流截止状态，电池供电单元不再对负载供电。
第四种状态，更换电池供电单元后的电路重启状态：
在更换电池供电单元后，电池供电单元的电量很充足，在插上电池供电单元的瞬间，电池供电单元正极VCC的电压通过第三电阻R3给电容C充电，由于电容C上的电量为0，P-MOSE管D1的栅极(G极)的电压值为0，而P-MOSE管D1的源极(S极)的电压值为电池供电单元的正极VCC的电压值，因此P-MOSE管D1的源极(S极)和漏极(D极)之间处于电流导通状态，电池供电单元的正极VCC的电压值经过第一电阻R1和第二电阻R2的分压后得到的电压值为电压比较器的参考端的电压值，电压比较器将参考端的电压值与规定阈值进行比较，比较得到参考端的电压值高于规定阈值，即此时电池供电单元的电量充足，此时电压比较器的输入端和输出端之间处于电流导通状态，电压比较器将输出端的电压值拉低，此时由电池供电单元为负载供电，电池供电单元通过第三电阻R3为电压比较器补偿正常工作电流。
本发明实施例中，电压比较器可以但不限于为ZR431。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种电池放电保护装置，其特征在于，包括：电池供电单元、单向通路、控制检测电路和补偿电路；
所述单向通路的输入端与所述电池供电单元的正极相连；所述控制检测电路的输入端与所述单向通路的输出端相连，输出端与所述单向通路的参考端相连，接地端与所述电池供电单元的负极相连；所述补偿电路的输入端与所述电池供电单元的正极相连，输出端分别与所述单向通路的参考端和所述控制检测电路的输出端相连，接地端与所述电池供电单元的负极相连；其中，所述补偿电路包括第三电阻和电容；第三电阻的第一端作为所述补偿电路的输入端；第三电阻的第二端与所述电容的第一端相连；所述第三电阻和所述电容的连接点作为所述补偿电路的输出端；所述电容的第二端作为所述补偿电路的接地端；
所述控制检测电路检测到所述电池供电单元的电压值低于规定阈值时，发送电平信号给所述单向通路，使所述单向通路关断；同时，所述补偿电路给所述单向通路提供切断电压。
2.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，当所述单向通路的参考端的电压值低于输入端的电压值时，所述单向通路导通，通过输出端为负载供电。
3.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，所述控制检测电路在检测到所述单向通路的输出端的电压值不低于规定阈值时，控制所述单向通路的参考端的电压值低于输入端的电压值，使所述单向通路导通，否则，控制所述单向通路的参考端的电压值等于输入端的电压值，使所述单向通路关断。
4.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，所述补偿电路在所述单向通路导通时，为所述控制检测电路补偿工作电流，否则，保持所述单向通路的参考端的电压值等于输入端的电压值。
5.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，所述单向通路包括P-MOSE管和二极管；
所述P-MOSE管的源极作为所述单向通路的输入端；
所述P-MOSE管的漏极与所述二极管的正极相连；
所述二极管的负极作为所述单向通路的输出端；
所述P-MOSE管的栅极作为所述单向通路的参考端。
6.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，所述控制检测电路包括第一电阻、第二电阻和电压比较器；
所述第一电阻的第一端作为所述控制检测电路的输入端；
所述第一电阻的第二端和第二电阻的第一端相连；
所述第一电阻和第二电阻的连接点与电压比较器的参考端相连；
所述电压比较器的输出端作为所述控制检测电路的输出端；
所述第二电阻的第二端与所述电压比较器的接地端连接后，作为所述控制检测电路的接地端。
7.如权利要求1所述的电池放电保护装置，其特征在于，所述电池供电单元为电池或电池组。
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| CN101877478A (zh) | 2010-11-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Li Ruihui Inventor before: Yan Pengfei |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20171120 Address after: Yunling Industrial Development Zone of Yunxiao County, Zhangzhou, Fujian Province, 363399 Patentee after: ZHANGZHOU HUARUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 518057 Nanshan District Guangdong high tech Industrial Park, South Road, science and technology, ZTE building, Ministry of Justice Patentee before: ZTE Corporation |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Cell discharge protective device Effective date of registration: 20181023 Granted publication date: 20141217 Pledgee: Bank of Xiamen Limited by Share Ltd Zhangzhou branch Pledgor: ZHANGZHOU HUARUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2018350000125 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 363000 Yunling Industrial Development Zone, Yunxiao County, Zhangzhou City, Fujian Province Patentee after: Zhangzhou Huarui Lithium New Energy Technology Co., Ltd. Address before: 363399 Yunling Industrial Development Zone, Yunxiao County, Zhangzhou, Fujian, China Patentee before: ZHANGZHOU HUARUI PHOTOELECTRIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address |