CN102055180A - 一种用于电池的柔性保护电路 - Google Patents

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秦国轩
张瑞峰
苗文旭
管世忠
马建国
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Tianjin University
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Abstract

一种用于电池的柔性保护电路，包括外部负载RL，其特征在于它是由电池、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1以及保护电路的输出正极PACK+和保护电路的输出负极PACK-构成；本发明的优越性：1、该电池保护电路结构简单；2、基于薄膜柔性PCB板，在弯曲状态下也可正常工作；3、特别适用于对1.5V柔性电池的短路和电流过载保护；4、柔性电池如果不加保护电路会使得当电池两极(BAT-，BAT+)连接负载阻值过小或短路的时候发生过电流，造成对柔性电池的损坏并且迅速消耗电池电量；5、控制保护电路与柔性电池的两极(BAT-，BAT+)相连，并经过电路引出新的两极(PACK-，PACK+)，新的两极(PACK-，PACK+)与外界负载连接的时候就不再存在上述问题，从而保护了柔性电池。

Description

一种用于电池的柔性保护电路
(一)技术领域：
本发明涉及电池保护领域，尤其是一种用于电池的柔性保护电路。
(二)背景技术：
目前已有的传统电池控制保护电路有很多种，主要包含锂电池的充电保护电路、锂电池的放电保护电路、锂电池组的充放电控制保护电路、铅蓄电池的过充电过放电保护电路。所采用的电池保护电路均基于传统硬质印刷电路板，针对传统硬质电池(厚度超过2毫米)。
尽管电路工作原理相对成熟，但目前的电池控制保护电路难以适用于新型的柔性薄膜电池，原因主要有以下几点：传统的电池保护电路均基于硬质基材，作为柔性电池的控制保护电路就牺牲了柔性电池的柔性可弯曲的优点；传统的电池保护电路整体厚度较大，通常超过2毫米，作为柔性电池的控制保护电路将使得整体厚度明显增大；由于柔性电池电极也为柔性材料，传统电池控制保护电路不易与柔性电池直接连接。这就使得针对柔性薄膜电池需要有专用的新型控制保护电路。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种用于电池的柔性保护电路，它可以克服现有电池保护电路的不足，是一种基于柔性薄膜基材的、可以用于弯曲状态下的、可以承受外界应力的影响的电池保护电路。
本发明的技术方案：一种用于电池的柔性保护电路，包括外部负载RL，其特征在于它是由电池、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1以及保护电路的输出正极PACK+和保护电路的输出负极PACK-构成；其中，所说的电池包括电池正极BAT+和电池负极BAT-；所说的场效应管Q1的漏极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q2的源极和电池的负极BAT-连接，其栅极则与场效应管Q2的漏极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的场效应管Q2的栅极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q1的源极及电池的负极BAT-连接，其漏极与场效应管Q1的栅极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的保护电路的输出正极PACK+与保护电路的输出负极PACK-之间连接外部负载RL；所说的保护电路的输出正极PACK+还与电池的正极BAT+连接；所说的保护电路的输出负极PACK-还与电池的负极BAT-连接。
上述所说的电池是1.5V的柔性电池。
上述所说的场效应管Q1和场效应管Q2是经过AO3416和SOT-23封装的场效应管。
上述所说的电阻R1是经0603封装的贴片电阻。
上述所说的电池保护电路是基于柔性薄膜基材的电池保护电路。
上述所说的柔性薄膜基材是厚度小于0.2mm的柔性PCB板。
本发明的工作原理：在正常使用条件下，场效应管Q2的栅极通过电阻R1连接到电池正极，此时场效应管Q2的栅极电压为电池的电压U，当场效应管Q2的栅源开启电压典型值小于U时，场效应管Q2处于导通状态，导通电阻很小，近似忽略不计，因此保护电路输出负极PACK-与柔性电池负极BAT-近似相等。此时场效应管Q1的栅极由于与保护电路输出负极PACK-相连，所以电压接近于电池负极BAT-(二者仅差Q2的导通压降VDS，很小可近似忽略)，因此场效应管Q1达不到栅源开启电压而处于截止状态，在电路中的相当于开路，电池正常工作。当将保护电路的输出正极PACK+和保护电路的输出负极PACK-短路或外部负载阻值RL很小时，场效应管Q1的栅极(即PACK-)电压由约等于BAT-变成约等于电池正极电压BAT+，而其源极电压仍然为BAT-，故此时场效应管Q1达到开启电压并立即导通，将场效应管Q1的漏极(与场效应管Q2的栅极相连)电压拉低(Q1的VDS相等，接近于BAT-)，于是场效应管Q2退出导通状态变为截止，此时在电池正负极BAT+和BAT-之间相当于连接的是电阻R1和场效应管Q1的导通电阻RDS(ON)串联，而此电阻值较大，限制了电池输出电流，从而起到了短路保护作用。当保护电路的输出电极PACK+和PACK-间的短路故障解除后，Q2返回导通状态，Q1返回截止状态，电池恢复正常供电功能。
本发明的优越性：1、该电池保护电路结构简单；2、基于薄膜柔性PCB板，在弯曲状态下也可正常工作；3、特别适用于对1.5V柔性电池的短路和电流过载保护；3、柔性电池如果不加保护电路会使得当电池两极(BAT-，BAT+)连接负载阻值过小或短路的时候发生过电流，造成对柔性电池的损坏并且迅速消耗电池电量；4、控制保护电路与柔性电池的两极(BAT-，BAT+)相连，并经过电路引出新的两极(PACK-，PACK+)，新的两极(PACK-，PACK+)与外界负载连接的时候就不再存在上述问题，从而保护了柔性电池。
(四)附图说明：
附图为本发明所涉一种用于电池的柔性保护电路的结构示意图。
(五)具体实施方式：
实施例：一种用于电池的柔性保护电路(见附图)，包括外部负载RL，其特征在于它是由电池、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1以及保护电路的输出正极PACK+和保护电路的输出负极PACK-构成；其中，所说的电池包括电池正极BAT+和电池负极BAT-；所说的场效应管Q1的漏极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q2的源极和电池的负极BAT-连接，其栅极则与场效应管Q2的漏极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的场效应管Q2的栅极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q1的源极及电池的负极BAT-连接，其漏极与场效应管Q1的栅极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的保护电路的输出正极PACK+与保护电路的输出负极PACK-之间连接外部负载RL；所说的保护电路的输出正极PACK+还与电池的正极BAT+连接；所说的保护电路的输出负极PACK-还与电池的负极BAT-连接。
上述所说的电池(见附图)是1.5V的柔性电池。
上述所说的场效应管Q1和场效应管Q2(见附图)是经过AO3416和SOT-23封装的场效应管。
上述所说的电阻R1(见附图)是经0603封装的贴片电阻。
上述所说的电池保护电路(见附图)是基于柔性薄膜基材的电池保护电路。
上述所说的柔性薄膜基材是厚度小于0.2mm的柔性PCB板。
上述所说的电池保护电路完全基于0.2mm的柔性PCB板，提供一种针对1.5V柔性电池的短路和电流过载保护功能，在正常使用条件下，场效应管Q2的栅极通过电阻R1连接到电池正极，Q2的VGS＝1.5V，由于场效应管的栅源开启电压典型值为0.6V，所以其处于导通状态，导通电阻RDS(ON)小于34mΩ。此时场效应管Q1的栅极由于与保护电路输出负极PACK-相连，所以电压接近于电池负极BAT-，二者仅差Q2的VDS，因此Q1的VGS达不到栅源开启电压而处于截止状态，在电路中的作用相当于不存在，电池正常工作。当将PACK+和PACK-短路(或外部负载阻值RL等效电阻小于200mΩ)时，场效应管Q1的栅极(即PACK-)电压由约等于BAT-变成约等于BAT+，而其源极电压仍然为BAT-，故此时Q1的VGS≈1.5V，立即导通，将Q1的漏极(与Q2的栅极相连)电压拉低(等于Q1的VDS，接近于BAT-)，于是Q2退出导通状态变为截止，此时在BAT+和BAT-之间相当于连接的是R1(贴片电阻，0603封装)和Q1的RDS(ON)串联，约为1KΩ，因此电流为1.5mA(对比未加入电池保护电路时超过7.5A的过载电流)，起到了短路保护作用。当PACK+和PACK-间的短路故障解除后，Q2返回导通状态，Q1返回截止状态，电池恢复正常供电功能，从而达到了柔性电池保护电路的功能。所述柔性电池保护电路首次针对柔性电池进行短路及过载电流保护，完全基于薄膜柔性材料，可以在弯曲状态下正常工作，所占面积很小，很好的达到了新型的柔性电池的正常和安全工作需求。同时该种柔性电池保护电路易于与柔性电池的集成印刷生产，为未来的柔性电子产业和市场奠定了坚实的理论与应用基础。

Claims (6)

1.一种用于电池的柔性保护电路，包括外部负载RL，其特征在于它是由电池、场效应管Q1、场效应管Q2、电阻R1以及保护电路的输出正极PACK+和保护电路的输出负极PACK-构成；其中，所说的电池包括电池正极BAT+和电池负极BAT-；所说的场效应管Q1的漏极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q2的源极和电池的负极BAT-连接，其栅极则与场效应管Q2的漏极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的场效应管Q2的栅极通过电阻R1连接电池的正极BAT+和保护电路的输出正极PACK+，其源极与场效应管Q1的源极及电池的负极BAT-连接，其漏极与场效应管Q1的栅极和保护电路的输出负极PACK-连接；所说的保护电路的输出正极PACK+与保护电路的输出负极PACK-之间连接外部负载RL；所说的保护电路的输出正极PACK+还与电池的正极BAT+连接；所说的保护电路的输出负极PACK-还与电池的负极BAT-连接。
2.根据权利要求1所说的一种用于电池的柔性保护电路，其特征在于所说的电池是1.5V的柔性电池。
3.根据权利要求1所说的一种用于电池的柔性保护电路，其特征在于所说的场效应管Q1和场效应管Q2是经过AO3416和SOT-23封装的场效应管。
4.根据权利要求1所说的一种用于电池的柔性保护电路，其特征在于所说的电阻R1是经0603封装的贴片电阻。
5.根据权利要求1、2、3或4所说的一种用于电池的柔性保护电路，其特征在于所说的电池保护电路是基于柔性薄膜基材的电池保护电路。
6.根据权利要求5所说的一种用于电池的柔性保护电路，其特征在于所说的柔性薄膜基材是厚度小于0.2mm的柔性PCB板。
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