CN106711957B - 一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车，该保护电路包括正极端、负极端，用于检测锂电池单体的电压、电流和温度的检测控制电路、第一PMOS管、第二PMOS管、第一NMOS管和第二NMOS管。当检测控制电路检测到锂电池单体充放电电压、电流或温度出现异常时，将负极端与锂电池单体的负极断开连接，并同时将正极端与负极端直接相连，从而将该锂电池单体旁路掉；相反，当充放电电压、电流和温度均正常时，则将正极端与负极端之间的连接截止，将锂电池单体的负极与负极端正常导通，从而保证锂电池单体进行正常充放电，从而实现当锂电池单体发生故障时将其进行隔离，以避免其发生燃烧或爆炸。

Description

一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车

技术领域

本申请涉及电动汽车技术领域，更具体地说，涉及一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。锂电池由于具有能量密度高、寿命长、循环次数高等优点被广泛用作电动汽车的车载电源。但是由于锂电池单体输出的电压较低，因此一般是利用许多个锂电池单元通过串并联组成整体的车载电源，以满足电机的驱动电压要求。由于加工工艺或其他原因，构成车载电源的锂电池单体有可能在使用中发生故障，这时就必须及时将发生故障的锂电池单体进行隔离，以避免其发生燃烧或爆炸。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车，用于在锂电池单体发生故障时将其进行隔离，以避免器发生燃烧或爆炸。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种锂电池单体的保护电路，包括：

正极端，用于连接所述锂电池单体的正极；

负极端；

用于与所述锂电池单体相连接的检测控制电路，设置有充电控制端和放电控制端，用于当所述锂电池单体的充电电压不高于过充电保护电压时通过所述充电控制端输出高电平信号、高于所述过充保护电压时通过所述充电控制端输出低电平信号，还用于当所述锂电池单体的放电电压不低于过放电电压时通过所述放电控制端输出高电平信号、低于所述过放电电压时通过所述放电控制端输出低电平信号，还用于当所述锂电池单体过流或过温时通过所述充电控制端输出低电平信号、通过所述放电控制端输出低电平信号；

漏极与所述正极端相连接的第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极与所述充电控制端相连接；

源极与所述第一PMOS管的源极相连接的第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极与所述放电控制端相连接、漏极与所述负极端相连接；

源极用于与所述锂电池单体的负极相连接的第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与所述放电控制端相连接；

漏极与所述第一NMOS管的漏极相连接的第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极与所述充电控制端相连接、源极与所述负极端相连接。

可选的，所述充电保护电压为4.2伏或3.4伏。

可选的，所述放电保护电压为2.6伏或2.3伏。

可选的，所述检测控制电路包括：

设置在用于连接所述锂电池单体的正极与所述正极端的连接导线上的过流过温保护元件，用于当所述锂电池的充电电流或放电电流超出预设电流阈值、或当所述锂电池的温度超过预设温度阈值时关断所述连接导线；

一端与所述正极端相连接的保护电阻；

一端与所述保护电阻的另一端相连接的陶瓷电容；

所述陶瓷电容的另一端与所述锂电池单体的负极相连接；

供电端与所述保护电阻的另一端相连接的电芯保护芯片，用于对所述充电电压或所述放电电压进行检测；

所述电芯保护芯片设置有所述充电控制端和所述放电控制端。

可选的，所述预设温度阈值包括60摄氏度。

可选的，所述过流过温保护元件设置在所述锂电池单体的外表面，并与所述外表面紧贴。

可选的，还包括：

一端与所述第一PMOS管的漏极相连接的第一上拉电阻，所述第一上拉电阻的另一端与所述第一PMOS管的栅极相连接。

可选的，还包括：

一端与所述第二PMOS管的漏极相连接的第二上拉电阻，所述第二上拉电阻的另一端与所述第二PMOS管的栅极相连接。

一种车载电源，包括多个通过串联-并联连接在一起的锂电池单体；

所述锂电池单体设置有如上所述的保护电路。

一种汽车，设置有如上所述的车载电源。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开了一种锂电池单体的保护电路、车载电源和汽车，该保护电路包括正极端、负极端，用于检测锂电池单体的电压、电流和温度的检测控制电路，漏极与正极端相连接的第一PMOS管，第一PMOS管的栅极与检测控制电路相连接，源极与第一PMOS管的源极相连接的第二PMOS管，第二PMOS管的栅极与检测控制电路相连接、漏极与负极端相连接，源极用于与锂电池单体的负极相连接的第一NMOS管，第一NMOS管的栅极与检测控制电路相连接，漏极与第一NMOS管的漏极相连接的第二NMOS管，第二NMOS管的栅极与检测控制电路相连接、源极与负极端相连接。当检测控制电路检测到锂电池单体充放电电压、电流或温度出现异常时，将负极端与锂电池单体的负极断开连接，并同时将正极端与负极端直接相连，从而将该锂电池单体旁路掉；相反，当充放电电压、电流和温度均正常时，则将正极端与负极端之间的连接截止，将锂电池单体的负极与负极端正常导通，从而保证锂电池单体进行正常充放电，从而实现当锂电池单体发生故障时将其进行隔离，以避免其发生燃烧或爆炸。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种锂电池单体的保护电路的电路图；

图2为本申请另一实施例提供的一种锂电池单体的保护电路的电路图；

图3为本申请提供的又一种锂电池单体的保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

图1为本申请实施例提供的一种锂电池单体的保护电路的电路图。

如图1所示，本实施例提供的锂电池单体的保护电路包括正极端10、负极端20、检测控制电路30、第一NMOS管K11、第二NMOS关K12、第一PMOS管K21和第二PMOS管K22。

在作为汽车的动力源的车载电源中有大量的锂电池单体，由于每个锂电池单体的输出电压较低，因此为满足车载电源输出较高的驱动电压的需求，车载电源中的锂电池单体通过串联后并联进行连接。为了满足对每个锂电池单体进行保护的需要，每个锂电池单体包括其保护电路构成一个锂电池单元。

上述的正极端10即用于作为该锂电池单元的正极，用于连接其他锂电池单元的负极，同样负极端20作为该锂电池单元的负极，用于连接其他锂电池单元的正极，从而多个锂电池单元串联在一起，使多个锂电池单元的输出电压累加后输出符合要求的驱动电压。

受这种保护电路保护的锂电池单体100的正极与正极端10相连接。

检测控制电路30设置有充电控制端302和放电控制端301，并且与该锂电池单体100相连接，用于对锂电池单体100的充电电压、放电电压、充放电电流和温度进行检测。当锂电池单体100的充电电压不高于过充电保护电压时通过充电控制端302输出高电平信号、高于过充保护电压时通过充电控制端302输出低电平信号；当锂电池单体100的放电电压不低于过放电电压时通过放电控制端301输出高电平信号、低于过放电电压时通过放电控制端301输出低电平信号；当锂电池单体100过流或过温时通过充电控制端302输出低电平信号、通过放电控制端301输出低电平信号。

第一PMOS管K21的漏极与该正极端10相连接，栅极与检测控制电路30的充电控制端302相连接；第二PMOS管K22的源极与第一PMOS管K21的源极相连接、栅极与检测控制电路30的放电控制端301相连接、漏极与该负极端20相连接。

第一NMOS管K11的源极与锂电池单体100的负极相连接的、栅极与检测控制电路30的放电控制端301相连接；第二NMOS管K12的漏极与第一NMOS管K11的漏极相连接、栅极与检测控制电路30的充电控制端302相连接、源极与该负极端20相连接。

当锂电池单体100正常放电时，其输出电压正常，并且也不存在过流或过温的情况，这时检测控制电路30通过放电控制端301输出高电平信号，第一NMOS管K11导通、第二PMOS管K22截止。锂电池单体100的电流由正极输出后，通过正极端10流出，并通过其他锂电池单元流经负载后分成两路，一路经过第二PMOS管K22被截止。另一路经过导通的第二NMOS管K12和第一NMOS管K11后到达锂电池单体100的负极、完成放电。

当锂电池单体100异常放电，即放电电压低于放电保护电压时，检测控制电路100通过放电控制端301输出低电平，这时第一NMOS管K11截止、第二PMOS管K22导通，使锂电池单体100的负极与负极端20断路，正极端10与负极端20通过第一PMOS管K21和第二PMOS管K22形成通路，从而将该发生异常的锂电池单体100隔离，并且不妨碍其他锂电池单元的放电。

当锂电池单体100正常充电时，充电电流达到该保护电路的正极端10之后分成两路，一路经第一PMOS管K21截止。一路经过锂电池单体100，检测控制电路30对锂电池单体100的电压进行检测，符合充电条件时充电控制端302输出高电平信号，第二NOMS管K12导通、第一PMOS管K21截止。电流经过锂电池单体100的正极输入、负极输出，并经过第一NMOS管K11和第二NMOS管K12后完成充电。。

当锂电池单体100异常充电，即锂电池单体100的充电电压超过充电保护电压时，检测控制电路30对该电压进行检测，并通过充电控制端302输出低电平信号，第二NMOS管K12截止、第一PMOS管K21导通。充电电流不再流经锂电池单体100，相反，从正极端10通过第一PMOS管K21和第二PMOS管K22后直接流到负极端20，在有效隔离出现问题的锂电池单体100的同时不影响其他锂电池单元的充电。

当锂电池单体100出现过温或过流时，即锂电池单体100的温度超过预设温度阈值或充放电电流超出预设电流阈值时，检测控制电路30的充电控制端302和放电控制端301均输出低电平信号，这时第一NMOS管K11和第二NMOS管K12截止，第一PMOS管K21和第二PMOS管K22导通。锂电池单体100截止，充放电电流能够继续通过第一PMOS管K21和第二PMOS管K22，其它锂电池单元可以继续工作。

从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种锂电池单体的保护电路，该保护电路包括正极端、负极端，用于检测锂电池单体的电压、电流和温度的检测控制电路，漏极与正极端相连接的第一PMOS管，第一PMOS管的栅极与检测控制电路相连接，源极与第一PMOS管的源极相连接的第二PMOS管，第二PMOS管的栅极与检测控制电路相连接、漏极与负极端相连接，源极用于与锂电池单体的负极相连接的第一NMOS管，第一NMOS管的栅极与检测控制电路相连接，漏极与第一NMOS管的漏极相连接的第二NMOS管，第二NMOS管的栅极与检测控制电路相连接、源极与负极端相连接。当检测控制电路检测到锂电池单体充放电电压、电流或温度出现异常时，将负极端与锂电池单体的负极断开连接，并同时将正极端与负极端直接相连，从而将该锂电池单体旁路掉；相反，当充放电电压、电流和温度均正常时，则将正极端与负极端之间的连接截止，将锂电池单体的负极与负极端正常导通，从而保证锂电池单体进行正常充放电，从而实现当锂电池单体发生故障时将其进行隔离，以避免其发生燃烧或爆炸。

MOS管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)的全称为金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，是一种广泛使用在模拟电路与数字电路的晶体管。MOS管依照其“通道”(工作载流子)的极性不同可分为“N型”与“P型”两种类型，通常称为NMOSFET与PMOSFET，或称为NMOS管、PMOS管。其中PMOS管是指N型衬底、P沟道、靠空穴的流动运送电流的MOS管，而NMOS管的则包括P型衬底和N型沟道。

在本实施例中所提及的充电保护电压和放电保护电压随锂电池单体的类型不同而不同。当锂电池单体为三元材料的锂电池单体时，充电保护电压优选4.2伏，其放电保护电压优选2.6伏；当锂电池单体为铁锂材料的锂电池单体时，充电保护电压优选3.4伏，其放电保护电压优选2.3伏。

实施例二

图2为本申请另一实施例提供的一种锂电池单体的保护电路的电路图。

如图2所示，本实施例提供的保护电路包括正极端10、负极端20、检测控制电路、第一NMOS管K11、第二NMOS管K12、第一PMOS管K21和第二PMOS管K22。

正极端10同样用于连接锂电池单体100的正极。

检测控制电路设置有充电控制端302和放电控制端301。

第一PMOS管K21的漏极与该正极端10相连接，栅极与检测控制电路的充电控制端302相连接；第二PMOS管K22的源极与第一PMOS管K21的源极相连接、栅极与检测控制电路的放电控制端301相连接、漏极与该负极端20相连接。

第一NMOS管K11的源极与锂电池单体100的负极相连接的、栅极与检测控制电路的放电控制端301相连接；第二NMOS管K12的漏极与第一NMOS管K11的漏极相连接、栅极与检测控制电路的充电控制端302相连接、源极与该负极端20相连接。

检测控制电路包括用于检测锂电池单体100是否过流或过温的过流过温保护元件31、保护电阻R1、陶瓷电容C和用于对充电电压或放电电压进行检测的电芯保护芯片32，该芯片设置有上述的充电控制端302和放电控制端301。

过流过温保护元件31设置在正极端10与锂电池单体100的正极之间，即该元件的一端与正极端10相连接、另一端用于连接锂电池单体100的正极。该元件能够根据事先的整定对流过其的电流进行限定，当超出预设的电流阈值时则进行断路操作。同时能够对温度进行检测，当超出预设的温度阈值时同样进行断路操作。为了能够对锂电池单体100的温度进行检测，该过流过温保护元件31固定在该锂电池单体100的外侧，并与该锂电池单体100的外壁紧密接触。

保护电阻R1的一端与正极端10相连接，另一端与陶瓷电容C的一端相连接。陶瓷电容C的另一端用于与锂电池单体100的负极相连接。电芯保护芯片32的供电端与陶瓷电容C的一端相连接，即从正极端10的电压作为该电芯保护芯片32的供电电源。

该电芯保护芯片32在锂电池单体100的充电电压不高于过充电保护电压时通过充电控制端302输出高电平信号、充电电压高于过充保护电压时通过充电控制端302输出低电平信号；在锂电池单体100的放电电压不低于过放电电压时通过放电控制端301输出高电平信号、低于过放电电压时通过放电控制端301输出低电平信号。当锂电池单体100过流或过温时，该过流过温保护元件31截止，该电芯保护芯片失电，这时该充电控制端302和放电控制端301均输出低电平信号。

整个保护电路的工作过程与上一实施例的工作过程相同，在这里就不再赘述。

根据锂电池单体100的工作特性，锂电池单体100的工作温度一般不超过60摄氏度，因此该温度阈值优选60摄氏度，即当过流过温保护元件检测到锂电池单体100超过60摄氏度时截止。

另外，当第一PMOS管K21和第二PMOS管K22均导通、即正极端10与负极端20直接相连接从而将该锂电池单体100旁路掉时，流经第一PMOS管K21和第二PMOS管K22的电流较大，为了对这两个元件进行保护，本电路还进一步包括第一上拉电阻R2和第二上拉电阻R3，如图3所示。第一上拉电阻R2连接在第一PMOS管K21的漏极与栅极之间，第二上拉电阻R3则连接在第二PMOS管K22的漏极与栅极之间。

实施例三

本实施例提供一种车载电源，用于对纯电动汽车或混动汽车的电动机进行供电，包括有多个锂电池单体，每个锂电池单体均设置有如上实施例所提供的保护电路。

实施例四

本实施例提供一种汽车，该汽车为纯电动汽车或油电混动汽车，设置有如上面实施例所提供的车载电源。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种锂电池单体的保护电路，其特征在于，包括：

正极端，用于连接所述锂电池单体的正极；

负极端；

用于与所述锂电池单体相连接的检测控制电路，设置有充电控制端和放电控制端，用于当所述锂电池单体的充电电压不高于过充电保护电压时通过所述充电控制端输出高电平信号、高于所述过充保护电压时通过所述充电控制端输出低电平信号，还用于当所述锂电池单体的放电电压不低于过放电电压时通过所述放电控制端输出高电平信号、低于所述过放电电压时通过所述放电控制端输出低电平信号，还用于当所述锂电池单体过流或过温时通过所述充电控制端输出低电平信号、通过所述放电控制端输出低电平信号；

漏极与所述正极端相连接的第一PMOS管，所述第一PMOS管的栅极与所述充电控制端相连接；

源极与所述第一PMOS管的源极相连接的第二PMOS管，所述第二PMOS管的栅极与所述放电控制端相连接、漏极与所述负极端相连接；

源极用于与所述锂电池单体的负极相连接的第一NMOS管，所述第一NMOS管的栅极与所述放电控制端相连接；

漏极与所述第一NMOS管的漏极相连接的第二NMOS管，所述第二NMOS管的栅极与所述充电控制端相连接、源极与所述负极端相连接。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述充电保护电压为4.2伏或3.4伏。

3.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述放电保护电压为2.6伏或2.3伏。

4.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述检测控制电路包括：

设置在用于连接所述锂电池单体的正极与所述正极端的连接导线上的过流过温保护元件，用于当所述锂电池的充电电流或放电电流超出预设电流阈值、或当所述锂电池的温度超过预设温度阈值时关断所述连接导线；

一端与所述正极端相连接的保护电阻；

一端与所述保护电阻的另一端相连接的陶瓷电容；

所述陶瓷电容的另一端与所述锂电池单体的负极相连接；

供电端与所述保护电阻的另一端相连接的电芯保护芯片，用于对所述充电电压或所述放电电压进行检测；

所述电芯保护芯片设置有所述充电控制端和所述放电控制端。

5.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述预设温度阈值包括60摄氏度。

6.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述过流过温保护元件设置在所述锂电池单体的外表面，并与所述外表面紧贴。

7.如权利要求1～6任一项所述的保护电路，其特征在于，还包括：

一端与所述第一PMOS管的漏极相连接的第一上拉电阻，所述第一上拉电阻的另一端与所述第一PMOS管的栅极相连接。

8.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，还包括：

一端与所述第二PMOS管的漏极相连接的第二上拉电阻，所述第二上拉电阻的另一端与所述第二PMOS管的栅极相连接。

9.一种车载电源，其特征在于，包括多个通过串联-并联连接在一起的锂电池单体；

所述锂电池单体设置有如权利要求1～8任一项所述的保护电路。

10.一种汽车，其特征在于，设置有如权利要求9所述的车载电源。