CN104345244A - 一种电池极性检测及保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池极性检测及保护电路，包括电池极性检测电路和通过该电池极性检测电路检测电池的正负极，如果是按设定接入的电池将电池接入电池生产检测设备中或者用电装置中。本发明的有益效果是，本发明的电池正负极检测电路和两种电池保护电路都不需要经过MCU进行判断，也就是在接入生产检测设备或用电装置前，就能直接反映出电池的正负极，能够很好地保护电池和用电器，因为电池在单独放置时，没有形成回路，不论标识的正负极是否正确都不会损坏，因此，本发明提供了一种对电池本身的保护电路和对用电设备进行保护的电路。

Description

一种电池极性检测及保护电路

技术领域

本发明涉及电池检测及保护领域，特别涉及一种检测锂电池等二次电池的正负极极性的电池极性检测及保护电路。

背景技术

未来，能源的存储成为绿色能源不可或缺的一环，而储能电池又是能源存储的主要手段。而生产电池成品率和品质的高低又是其电池检测设备决定的。目前，电池生产检测设备，比如锂离子电池的化成分容设备，其电池反接检测设备一般都使用的是MCU（单片机）进行检测，而MCU检测其实质是把电池本身接入到检测设备本身的电路中去，使检测设备与电池形成回路。MCU（单片机）检测因为各种原因，在检测电池时，会出现延迟，这样就会导致，即使MCU（单片机）检测到了电池反接了，但因为延迟，实质上也造成了电池隐形损伤，造成电池寿命缩短，严重的会造成品质降低甚至报废。而目前电池生产自动化程度还不高，电池的化成分容的安装过程，全靠人工操作，因为工人的素质和劳动强度问题，经常会在一批安装过程中出现一定比率的电池安装错误，如果在这种情况下，再出现因设备问题而造成电池隐性损伤，会使生产的损失率加大。为改善这种状况，就进行了解决此问题的发明。

另外，电池在使用过程中，对于一些接入电源敏感的设备，比如有些设备如果电池接反了可能会对设备造成损害，因此，在装入电池前都需要认真检查电池的正负极并正确安装，但是根据上面说的，如果万一有的电池极性标反了，将会产生实实在在的损害。因此，在该设备的电源电路中需要有一个电池极性检测电路，当检测到电池安装正确则将电池接入到中，如果万一电池极性反了，则将电池不接入到电路，以对电路进行保护。

如图1所示，此图为目前现有的一种典型的反接保护电路。被测电池的正、负极直接接入或间接接入到电池充放电关键器件MOS管(Q1)的D.S极上。当MCU控制网络监测完电池正、负极是否正确装载后，如果判断装载正确，就按步骤执行后续命令；如果判断装载不正确，就发出命令，拉低MOS管（Q1）,使MOS（Q1）截止，再配合其他电路，从而切断被测电池的正、负极之间的联系。这种电路的设计，大部分情况是可以保护电池反接的。但在某些时候，比如先安装好被测电池，后开启测试设备，这时单片机有个启机过程，单片机启动时，MCU(单片机)最先是复位状态，然后程序从第一条开始执行，在这个过程中，单片机各个I/O口实际是处于失控状态的，其各个I/O口电压输出处于不受控制状态，这样就会造成电池充放电控制MOS管（Q1）也不受控，处于导通状态，继而造成电池充、放电电流不受控，损伤电池；另外一种情况是，先开启测试设备，后安装电池。在这种情况下，即使在安装被测电池前，已经开启了MCU(单片机)，使单片机处于正常侦测状态，但因为软件检测有延迟，当侦测到被测电池安装错误，再发命令实行保护动作后，实际上已经出现了电池隐形损伤。

发明内容

本发明的目的是针对目前电池极性检测电路由于采用MCU通过软硬件进行判断然后决定是否断开电池接入，所产生的延时而可能导致电池或者用电设备损害所造成的不足，提供一种电池极性检测电路，通过该电路对电池的极性进行检测，当极性安装正确时将电池接入电路中，如果不正确则不再将电池接入到电路中。

本发明的技术方案是：一种电池极性检测电路，设置在电池的两极之间，包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池的第一极和第二极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接控制信号，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接高电平；

所述的继电器K1设置在所述的电池电源输出端与用电电器的受电端之间，控制所述的电池电源输出端与所述的用电电器的受电端是否连接。

进一步的，上述的电池极性检测电路中：在所述的电池的两极之间包括指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。

进一步的，上述的电池极性检测电路中：在所述的光耦U1的第一脚与电池的第一极之间设置有限流电阻R1。

进一步的，上述的电池极性检测电路中：在所述的光耦U1的第二脚与所述的电池第二级之间还设置有限流电阻R3。

进一步的，上述的电池极性检测电路中：在控制信号与所述的三极管Q1的基极之间串连有限流电阻R2。

进一步的，上述的电池极性检测电路中：在所述的继电器K1的线圈两端并联有二极管D1，所述的二极管D1的阴极接高电平。

本发明还提供一种在对电池进行生产检测时，对半成品电池进行保护的保护电路，该电池保护电路设置在电池生产检测设备上，包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接通过分压电阻R2接所述的电池生产检测设备的控制信号，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接所述的电池生产检测设备提供的高电平；

所述的继电器K1设置在所述的电池上标明的正极和负极接入电池生产检测设备之间，继电器吸合时，电池接入生产检测设备。

进一步的，上述的电池保护电路中：在所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连时分别串连有限流电阻R1和R3和指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。

本发明还提供一种在使用电池时，对用电装置进行保护的保护电路，当如果电池装反了时，不能将电池接入到用电设备的电源电路中，该电池保护电路包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接通过分压电阻R2接所述的电池上标明的正极，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接所述的电池上标明的正极；

所述的继电器K1设置在所述的电池上标明的正极和负极接入使用电池供电的设备的电源电路之间，继电器吸合时，电池为使用电池供电的设备供电。

进一步的，上的电池保护电路中：在所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连时分别串连有限流电阻R1和R3和指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。

本发明的有益效果是，本发明的电池正负极检测电路和两种电池保护电路都不需要经过MCU进行判断就能直接反映出电池的正负极，并且在电池保护电路中直接将接反了的电池与电路断开，能够很好地保护电池和用电器。

本发明中，电池如果在接入具体的生产检测设备或用电装置前，能事先实现极性的检测，使之不出现反接情况，那么就能杜绝因电池接反而出现的电池受损。因为当电池独立于生产检测设备和用电装置时，是不会产生环路电流而出现受损的。

以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。

附图说明

图1为现有技术中的一种极性接反时的保护电路。

图2为本发明电路原理图。

具体实施方式

实施例1， 如图2所示，本实施例是一种检测电池极性的电路，如图所示，本极性检测电路设置在电池的两极之间，包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1以及电阻等器件；

光耦U1的第一脚和第二脚分别与电池的标定的正负极相连；其中还串连上限流电阻R1和限流电阻R3，正负极标反指示灯LED1。光耦的第三脚接地，第四脚接三极管Q1的基极；三极管Q1的基极通过限流电阻R2接控制信号，在基极与地之间接入电阻R4；三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极通过继电器K1的线圈接高电平；继电器K1设置在所述的电池电源输出端与用电电器的受电端之间，控制所述的电池电源输出端与所述的用电电器的受电端是否连接。

本实施例中，如果电池正负极是按标定的正负极，则光耦的发光二极管和正负极标反指示灯LED1不亮，光耦U1的3、4脚断开，在三极管Q1的基极上加入一个控制信号是高电平时，通过R2和R4压，则基极有电压，所以三极管导通，在继电器的线圈上有电流流过，继电器吸附，电池可以加入到电路中。

实施例2如图2所示，本实施例是电池在生产过程中需要检测时使用的对电池本身进行保护的保护电路，可以设置在电池综合测试设备中，也可以设置在动力电池充电设备上，或别的任何需要检测电池极性的设备上。如图2所示：本实施例中的电池极性检测及保护电路，设置在被测电池的正、负极之间该电路包括一个隔离二极管和一个告警指示LED，以及一个由继电器控制的单刀双掷继电器K1和控制所述的继电器的控制电路；

首先将隔离光耦U1的1脚接被测电池正常安装状况下的负极也就是标明的负极，隔离光耦U1的2脚接被测电池正常安装状况下的正极，将单刀双掷继电器K1的单刀的一端与被测电池负极相连，另一端与后续测试电路网络相连，当电池安装正确，即被测电池的负极通过电阻接隔离光耦的1脚，被测电池正极通过反向的LED1接光耦U1的2脚，此时因光耦电压反向。本实施例的保护电路不动作，即光耦U1不动作，单刀继电器K1的通断动作受设备的MCU控制，可以按步骤执行预定程序；当电池安装错误，即电池正极接继电器单刀一端，此时光耦U1因1、2脚加有正向电压而导通，此时告警LED1也发光告警，而副边3、4脚也导通，把三极管（Q1）基极电压拉倒地，使三极管Q1不受设备MCU控制（也可以避免因MCU因跑飞而出现的故障），又因为三极管基极电压低，至三极管Q1不导通，继电器K1不吸合，就相当于被测电池负极悬空，没有接入任何电路回路中，因而被测电池内部不会有电流流动，电池不会受损。

下面对附图2的工作过程进行描述：

1、当电池安装正确，没有反接的情况，即将隔离光耦U1的1脚接被测电池正常安装状况下的负极，隔离光耦U1的2脚接被测电池正常安装状况下的正极。

此时，因光耦电压反向，本发明的保护电路不动作，即光耦U1不动作，单刀继电器K1的通断动作受MCU控制。继电器K1工作步骤如下：最先继电器K1实际是把电池负极悬空的。MCU控制电路发出命令，使继电器K1吸合，继而把被测电池负极接入后续的电池测试电路网络。从而可以开始测试，完成既定程序。

2、当电池安装错误，出现反接的情况，即将隔离光耦U1的1脚接被测电池正极，隔离光耦U1的2脚接被测电池的负极。

此时，因为隔离光耦U1内部发光二极管受到正向电压，继而动作，整个支路就有电流流过，而告警发光管LED1也开始点亮（提示操作人员，出现电池安装错误）。隔离光耦的3、4脚动作，把继电器K1的控制三极管Q1的基极电压拉到地，使Q1基极电位始终处于三极管截止状态的水平，继而使继电器的通断不受MCU电路的控制。在这种情况下，实际上电池是单独悬空的，不接入任何电路，而且在错误安装方式，即反接没有解除的情况下，电路不受MCU控制，也不会受任何外电路影响，而出现把电池接入后续充放电网络，导致电池受损的情况发生。这种保护状态会一直维持，直至电池接反现象排除。所以能杜绝因电池安装错误而出现的受损现象。

此电路器件少，制作成本低，反应快速。而且电路初始默认状态为保护状态（即电池单独悬空，不接入任何电路回路），这种保护状态发生变化的唯一条件是电池安装正确，只有在电池安装正确的情况下，电池才能接入后续的充放电回路网络。如果被测电池安装错误，出现反接，那么本发明电路会一直处于保护状态，使电池不能接入任何电路回路，继而杜绝任何因反接导致的电池受损发生。

实施例3是一种保护用电设备的保护电路，该电路在电池接入极性接反时，将电池与用电设备的电源电路隔开，只有在接入正确时，才将电池接入到电路中，如图2所示，本实施例中，包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1和一些电阻等。光耦U1的第一脚和第二脚分别与电池上标明的负极和正极相连；在与正负极相连时还分别串连有限流电阻R1和R3以及与光耦U1中的发光二极管同方向接入的反向告警警示灯LED1，光耦的第三脚接地，第四脚接三极管Q1的基极；三极管Q1的基极接通过分压电阻R2接电池上标明的正极，在基极与地之间接入电阻R4；三极管Q1的发射极接地；三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接所述的电池上标明的正极；继电器K1设置在所述的电池上标明的正极和负极接入使用电池供电的设备的电源电路之间，继电器吸合时，电池为使用电池供电的设备供电。本实施例在实际应用中，限流电阻R1、分压电阻R2、限流电阻R3和电阻R4均为10K。

上述电路设置在用电设备的电源电路中，当按正确的方式装入电池后，由于光耦U1的LED不亮，则U1的3、4脚断路，这里，三极管Q1的基极由于接入的是正确电池正极，是高电平，三极管Q1导通，继电器吸合，电池为设备供电。如果接反了，则LED1亮的同时，光耦U1的3、4脚与地短路，三极管Q1的基极低电平，不导通，继电器不吸合，电池不能接入到设备中，对设备进行保护。

Claims (10)

1.一种电池极性检测电路，设置在电池的两极之间，其特征在于：包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池的第一极和第二极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接控制信号，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接高电平；

所述的继电器K1设置在所述的电池电源输出端与用电电器的受电端之间，控制所述的电池电源输出端与所述的用电电器的受电端是否连接。

2.根据权利要求1所述的电池极性检测电路，其特征在于：在所述的电池的两极之间包括指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。

3.根据权利要求2所述的电池极性检测电路，其特征在于：在所述的光耦U1的第一脚与电池的第一极之间设置有限流电阻R1。

4.根据权利要求2或3所述的电池极性检测电路，其特征在于：在所述的光耦U1的第二脚与所述的电池第二级之间还设置有限流电阻R3。

5.根据权利要求1或2或3所述的电池极性检测电路，其特征在于：在控制信号与所述的三极管Q1的基极之间串连有限流电阻R2。

6.根据权利要求1或2或3所述的电池极性检测电路，其特征在于：在所述的继电器K1的线圈两端并联有二极管D1，所述的二极管D1的阴极接高电平。

7.一种电池保护电路，设置在电池生产检测设备上，其特征在于：包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接通过分压电阻R2接所述的电池生产检测设备的控制信号，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接所述的电池生产检测设备提供的高电平；

所述的继电器K1设置在所述的电池上标明的正极和负极接入电池生产检测设备之间，继电器吸合时，电池接入生产检测设备。

8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于：在所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连时分别串连有限流电阻R1和R3和指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。

9.一种电池保护电路，设置在使用电池供电的设备的电源电路中，其特征在于：包括光耦U1、三极管Q1、继电器K1；

所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连；所述的光耦的第三脚接地，第四脚接所述的三极管Q1的基极；

所述的三极管Q1的基极接通过分压电阻R2接所述的电池上标明的正极，在基极与地之间接入电阻R4；所述的三极管Q1的发射极接地；所述的三极管Q1的集电极通过所述的继电器K1的线圈接所述的电池上标明的正极；

所述的继电器K1设置在所述的电池上标明的正极和负极接入使用电池供电的设备的电源电路之间，继电器吸合时，电池为使用电池供电的设备供电。

10.根据权利要求9所述的电池保护电路，其特征在于：在所述的光耦U1的第一脚和第二脚分别与所述的电池上标明的负极和正极相连时分别串连有限流电阻R1和R3和指示发光二极管LED1，所述的指示发光二极管LED1与所述的光耦U1的LED串连。