CN106558873A - 一种本质安全型电池保护电路 - Google Patents

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王刚
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Abstract

本发明涉及一种本质安全型电池保护电路，属于电子、通信及电气防爆技术领域，由安全充电、电池保护、二级短路限流保护3个子电路组成；其中，安全充电子电路由充电子电路和与其串接的反向二极管构成；电池保护子电路直接与被保护电池的正、负极端连接；二级短路限流保护子电路的正极、负极输入端与电池保护子电路连接，其正极、负极输出端作为该本质安全型电池保护电路的正负极放电端子；安全充电子电路的输出端也与电池保护子电路直接连接，安全充电子电路的正极、负极输入端作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极充电端子；该电路实现简单、可靠性高、适用范围广，可满足爆炸性环境中电子设备电池的本质安全要求。

Description

一种本质安全型电池保护电路
技术领域
本发明涉及电子、通信及电气防爆技术领域，尤其涉及一种针对可充电电池的本质安全保护电路。
背景技术
随着电子技术的进步，应用于石油、化工、煤矿井下等爆炸性环境的本质安全型手持电子设备越来越多，同时为了满足这些手持电子设备高效、持续的运行，通常都需要配备可充电电池。依据国标《GB 3836.1-2010爆炸性环境第1部分：设备通用要求》和《GB3836.4-2010爆炸性环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》的要求，必须对使用在爆炸性环境的可充电电池进行电路上的保护，以达到本质安全要求。目前市面上提出的本质安全型电池采用的保护电路形式，要么为了限流增加限流电阻，严重影响电池效率；要么对电池短路时产生的瞬态能量考虑不足，在电路关断时间上和可靠性上有缺陷。因此，针对以上问题，开发一种可靠的本质安全型电池保护电路，具有重要现实意义。
发明内容
本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种应用于爆炸性环境手持设备的可充电电池保护电路。该电路可以在电池负载发生短路时，快速切断放电通路，使短路时释放的能量不超过国标《GB 3836.1-2010》中所规定的限值。并且该电路在负载恢复正常时，可以自动恢复，并具有安全充电的功能。
一种本质安全型电池保护电路，其特征在于，该电路由安全充电子电路、电池保护子电路、二级短路限流保护子电路组成；其中，所述安全充电子电路由充电子电路和与该充电子电路输入端串接的至少两个反向二极管构成；所述电池保护子电路直接与被保护电池的正极、负极端连接；所述二级短路限流保护子电路的正极、负极输入端与所述电池保护子电路连接，所述二级短路限流保护子电路的正极、负极输出端分别作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极放电端子；所述充电子电路的正极、负极输出端作为安全充电子电路的正极、负极输出端与所述电池保护子电路连接，所述的至少两个反向二极管串接在所述充电子电路输入端，所述安全充电子电路的正极、负极输入端作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极充电端子。
本发明的特点及有益效果：
本发明针对防爆电器设备的锂离子电池，对其充电、放电通路进行分离，并分别进行了独立的设计和安全保护，确保了其满足本质安全的要求，增强了整个电路的安全性和可靠性。该电路在负载发生故障时，可以快速、主动的切断电路，在故障解除时，可以自动恢复。该电路实现简单、可靠性高、适用范围广，可满足爆炸性环境中电子设备电池的本质安全要求。
附图说明
图1为本发明的本质安全型电池保护电路示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种本质安全型电池保护电路，应用于爆炸性环境手持设备的可充电电池的保护，其满足《GB 3836.1-2010》中对本质安全电池的要求。保护设备在爆炸性环境中的使用安全。以下结合附图及实施例详细说明如下：
本发明所述的本质安全型电池保护电路如图1所示，该电路由安全充电子电路6、电池保护子电路2、二级短路限流保护子电路3组成；其中，所述安全充电子电路6由充电子电路4和与该充电子电路输入端串接的至少两个反向二极管5构成；所述电池保护子电路2直接与被保护电池1的正极、负极端连接；所述二级短路限流保护子电路3的正极、负极输入端与电池保护子电路2连接，二级短路限流保护子电路3的正极、负极输出端分别作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极放电端子8；充电子电路4的正极、负极输出端作为安全充电子电路6的正极、负极输出端直接与电池保护子电路2连接，所述的至少两个反向二极管5串接在所述充电子电路4的输入端，所述安全充电子电路6的正极、负极输入端作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极充电端子7。
本发明的各子电路的功能及具体实现方式分别说明如下：
本发明所述的被保护电池1可以为一节或者多节，各节电池之间可以串联、并联或者串并联。
本发明所述的电池保护子电路2，可以根据被保护的电池节数、连接方式(串并联)、充电电压和充电电流，选用市面上常用厂家的专用IC(集成电路芯片)和电路，包括但不限于TI(德州仪器)和精工的电池保护电路。该电路将保护电池在充电过程中防止过充，在放电过程中防止过放。
本发明所述的安全充电子电路6，可以根据被保护的电池节数、连接方式(串并联)、充电电压和充电电流，选用市面上常用厂家的专用IC和电路，包括但不限于TI的电池充电电路。所述反向二极管的选择满足充电电压、充电电流的要求。
本发明所述的二级短路限流保护子电路3，可以根据被保护电池的放电电压、放电电流的要求选用市面上常用厂家的专用IC和电路，包括但不限于TI公司的TPS2594X系列芯片。该子电路需具有低导通内阻(通常需要小于100毫欧)，可以满足电池的使用效率；同时，该子电路的选择必须具有快速的过流保护切断功能，能在负载有短路的情况下，快速切断电池供电，其切断时间应满足：在该时间内由于短路所释放的能量要小于国标《GB 3836.1-2010》所要求的能量，从而达到防爆要求。
本发明提出的本质安全型电池保护电路，其工作原理说明如下：
本电路在实际应用中要依照国标《GB 3836.1-2010》要求与被保护电池胶封为一个整体。电池1在爆炸性环境中正常工作时，只有电池保护子电路2和二级短路限流保护子电路3处于工作状态。由于反向二极管5的存在，安全充电子电路6的端子7无输出。此时，电流经过电池保护子电路2和二级短路限流保护子电路3，经放电端子8，给负载供电。当负载电路有短路故障时，二级短路限流保护子电路3检测出电流升高高过其设定阈值，则迅速切断放电通路，保证瞬间的放电能量不超过《GB 3836.1-2010》中对本质安全电池的要求；当负载电路的短路故障解除时，二级短路限流保护子电路3会自动恢复，打开放电通路，保证负载供电正常。当电池1放电电压低过设定的过放电压值时，电池保护子电路2触发保护，切断放电通路，防止电池1过放损坏电池；当电池1经过充电或其他原因电压超过设定的过放电压值时，电池保护子电路2自动恢复，打开放电通路，保证负载供电正常。
电池在安全区充电时，充电设备电流通过充电端7，进入安全充电子电路6，经过电池保护子电路2，对电池1进行充电。此时，充电子电路4设定了充电电流和充电电压的大小，电池保护子电路2设定的过充电阈值电压的大小。当电池自动充满时，充电子电路4可以切断充电通路；当电池充电过程中发生错误时，充电子电路4可以切断充电通路，并在故障解除时，恢复充电。当电池电压超过了设定的过充电阈值电压时，电池保护子电路2切断充电通路，防止过充损坏电池；当发生过充保护后，电池电压降低，低于过充电阈值电压时，充电通路会自动恢复打开。

Claims (1)

1.一种本质安全型电池保护电路，其特征在于，该电路由安全充电子电路、电池保护子电路、二级短路限流保护子电路组成；其中，所述安全充电子电路由充电子电路和与该充电子电路输入端串接的至少两个反向二极管构成；所述电池保护子电路直接与被保护电池的正极、负极端连接；所述二级短路限流保护子电路的正极、负极输入端与所述电池保护子电路连接，所述二级短路限流保护子电路的正极、负极输出端分别作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极放电端子；所述充电子电路的正极、负极输出端作为安全充电子电路的正极、负极输出端与所述电池保护子电路连接，所述的至少两个反向二极管串接在所述充电子电路输入端，所述安全充电子电路的正极、负极输入端作为该本质安全型电池保护电路的正极、负极充电端子。
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