CN110736917A - 负极保护型锂电池保护板的短路测试电路、测试仪及方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于锂电池产品测试技术领域，提供了一种负极保护型锂电池保护板的短路测试电路、测试仪及方法。该短路测试电路包括：短路启动开关管组件、电容组件、空气开关组、可手动开关的指示单元、控制器、电平转换电路。由于电容组件中包含有多个可独立控制接通的大容量电容，并且控制器所输出的脉冲驱动信号的脉冲宽度也可设置，通过控制接通的大容量电容的具体容量或脉冲驱动信号的脉冲宽度来实现不同的短路测试门槛，再结合提示单元的状态指示来判断电池保护板短路保护功能是否有效，由于短路测试门槛可以从低到高调节，从而避免了直接高门槛测试短路时导致电池保护板和电池组烧毁的风险。

Description

负极保护型锂电池保护板的短路测试电路、测试仪及方法

技术领域

本发明属于锂电池产品测试技术领域，尤其涉及一种负极保护型锂电池保护板的短路测试电路、测试仪及方法。

背景技术

带有保护电路的锂电池产品都具有过充、过放、过流、过温和短路等保护功能，在测试其基本功能时，过充、过放、过流和过温这几项可以使用电子负载仪、直流电源和恒温箱来测试，而短路测试一般有这几种方式：一是直接将输出短路，二是使用负载仪的短路功能，三是使用空气开关。第一和第二种基本上是同一种方式，在产品开发时需要多次测试电池保护板的短路参数是否调好，如果短路参数未调整正确，就会使保护板的短路功能失效或者测试时未到其保护门槛，这样的话，用这三种方法测试轻则会出现烧毁保护板和电池，重则危及人员安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题旨在提供一种全新的负极型锂电池保护板的短方式，无论保护板的短路参数是否调好，均可安全、成功地完成短路测试。

为解决上述技术问题，第一方面，本发明提供一种负极保护型锂电池保护板的短路测试电路，所述负极保护型锂电池保护板具有保护电路、用于与锂电池正极连接的电池板正极B+、用于与锂电池负极连接的电池板负极B-、放电正极P+、放电负极P-，所述电池板负极B-与放电负极P-之间设有放电开关管，所述放电开关管的通断状态由所述保护电路控制；

所述短路测试电路包括：

短路启动开关管组件，具有第一端、第二端及开关控制端，其第一端与所述放电负极P-连接；

电容组件，由多个大容量电容并联而成，各大容量电容的第一端均连接至所述短路启动开关管组件的第二端；

空气开关组件，由多个空气开关并联而成，各空气开关的第一端与所述各大容量电容的第二端一一对应连接，各空气开关的第二端均连接至所述放电正极P+，每个空气开关用于控制对应大容量电容与所述放电正极P+之间的通断；

可手动开关的指示单元，位于由所述电池板负极B-和所述放电负极P-所形成的供电回路上，当被手动开启时使得所述电池板负极B-和所述放电负极P-之间接通而有状态指示，并在所述保护电路发生短路保护时所述状态指示消失，在所述保护电路未发生短路保护时保持所述状态指示；

控制器，其供电负极与所述电池板负极B-连接，用于当检测到所述指示单元有状态指示时，输出一具有预置脉冲宽度的脉冲驱动信号；

电平转换电路，其输入端接收所述驱动电平信号，输出端连接所述短路启动开关管组件的开关控制端，用于将所述脉冲驱动信号进行电平转换后控制所述短路启动开关管组件的开启。

第二方面，本发明还提供了一种测试仪，用于对负极保护型锂电池保护板进行测试，所述测试仪至少包括第一方面所述的短路测试电路。

第三方面，本发明还提供了一种采用第一方面所述的短路测试电路对负极保护型锂电池保护板进行短路测试的方法，所述方法包括：步骤A1，通过控制对应的空气开关将所述电容组件中最小容量的电容接入测试回路；步骤A2，在当前测试回路的电流档位下，开启所述指示单元，若所述状态指示消失，则表明当前的电流档位发生了短路保护，完成测试；若所述状态指示保持，则表明当前的电流档位未发生短路保护，进入下一步骤；步骤A3，在当前测试回路的电流档位下，在预置的范围内调节所述脉冲驱动信号的脉冲宽度以改变时间档位，并且在每一次调节之后，若所述状态指示消失，则表明当前的时间档位发生了短路保护，完成测试；若在所有的时间档位下所述状态指示均保持，则表明所有的时间档位均未发生短路保护，进入下一步骤；步骤A4，通过控制对应的空气开关加大接入测试回路的电容的容量以改变电流档位，并返回执行步骤A2。

本发明各方面所涉及的短路测试电路可用于测试负极保护型锂电池保护板的短路功能，该短路测试电路中的电容组件中包含有多个可独立控制接通的大容量电容，并且控制器所输出的脉冲驱动信号的脉冲宽度也可设置，通过控制接通的大容量电容的具体容量或脉冲驱动信号的脉冲宽度来实现不同的短路测试门槛，再结合提示单元的状态指示来判断电池保护板短路保护功能是否有效，由于短路测试门槛可以从低到高调节，从而避免了直接高门槛测试短路时导致电池保护板和电池组烧毁的风险，不论电池保护板的短路功能是否有效，均可用本电路来测试。短路测试电路的整个电路元器件通用易得，电路结构简单且稳定可靠，可用于锂电池产品实验的验证测试和批量测试以及客户方的产品测试。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的锂电池产品的结构图；

图2是本发明第一实施例提供的负极保护型锂电池保护板的短路测试电路的具体结构图；

图3是本发明第三实施例提供的短路测试流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明第一实施例提供了一种负极保护型锂电池保护板的短路测试电路，该负极保护型锂电池保护板属于锂电池产品的一部分，参照图1，该锂电池产品包含相连接的锂电池组11和负极保护型锂电池保护板12，负极保护型锂电池保护板12具有保护电路121、用于与锂电池组11的正极连接的电池板正极B+、用于与锂电池组11的负极连接的电池板负极B-、放电正极P+、放电负极P-，电池板负极B-与放电负极P-之间设有放电开关管122和充电开关管123，放电开关管122和充电开关管123的通断状态由保护电路121来控制，在充电时，放电开关管122本身是导通的，放电时，充电开关管123本身是导通的。

该负极保护型锂电池保护板的短路测试电路的具体结构具体如图2所示，包括：短路启动开关管组件21、电容组件22、空气开关组23、可手动开关的指示单元及控制器24、电平转换电路25。各部分的具体连接关系以及工作原理如下：

短路启动开关管组件21具有第一端(指图2中各MOS管标记为“3”的引脚)、第二端(指图2中各MOS管标记为“2”的引脚)及开关控制端(指图2中各MOS管标记为“1”的引脚)，其第一端与放电负极P-连接。具体地，考虑到短路瞬间产生的电流最大可达几百上千安培的电流，单个的MOS管无法达到要求，也要确保本短路保护电路能适用于绝大部分的负极保护型锂电池保护板，整个测试仪不能烧坏，因此，实施了中短路启动开关管组件21中采用了多个MOS管的方式，如图2所示，短路启动开关管组件21包括：多个并联的MOS管，各MOS管的源极作为所述第一端，各MOS管的漏极作为所述第二端，各MOS管的栅极作为所述开关控制端。

电容组件22由多个大容量电容并联而成，各大容量电容的第一端均连接至短路启动开关管组件21的第二端，一般情况下，将容量为千级uF。作为一种示例，如图2中所标识的，各大容量电容的容量有多种规格，例如3300uF、4700uF、10000uF等。

空气开关组件23由多个空气开关并联而成，各空气开关的第一端与各大容量电容的第二端一一对应连接，各空气开关的第二端均连接至放电正极P+，每个空气开关用于控制对应大容量电容与放电正极P+之间的通断。工作时，可以通过单一的空气开关控制电容组件22中的某一个大容量电容接通，也可以是同时通过多个空气开关控制电容组件22中的多个大容量电容接通，从而实现不同的短路测试门槛。

可手动开关的指示单元及控制器24中，可手动开关的指示单元位于由电池板负极B-和放电负极P-所形成的供电回路上，当被手动开启时使得电池板负极B-和放电负极P-之间接通而有状态指示，并在保护电路121发生短路保护时所述状态指示消失，在保护电路121未发生短路保护时保持所述状态指示。而控制器的供电负极与电池板负极B-连接，用于当检测到所述指示单元有状态指示时，输出一具有预置脉冲宽度的脉冲驱动信号。

其中，可手动开关的指示单元包括：按键S1和第一发光二极管LED1，按键S1的一端连接5V电源电路，第一发光二极管LED1的阳极通过电阻R16连接到按键S1的另一端，阴极通过第一二极管D1和第二二极管D2后连接放电负极P-。可手动开关的指示单元中采用第一二极管D1和第二二极管D2级联的目的是确保能够反向隔离锂电池组11的电压，在测试短路时，在发出一个脉冲驱动信号的周期内，如果负极保护型锂电池保护板12抢先发生了短路保护，而脉冲还未结束时，放电负极P-与放电正极P+是连接在一起的，不能让放电正极P+的电压倒灌到控制器的相关引脚上，而本短路测试电路又需要适用于大部分的负极保护型锂电池保护板，常用的高串数的锂电池组11总电压可超过100V，所以此处的反向隔离必须大于100V，100V以上的单个二极管很少见，所以此处使用了两个100V的二极管。

其中，控制器具有供电正极端口、供电负极端口、状态指示检测端口、脉冲驱动信号输出端口、设置端口。控制器可采用单片机实现，一般8位以上的MCU均可，作为一种示例，图2中的控制器以现代MC97F1204S为例示出了具体的连接，供电正极端口为第1端口VDD，供电负极端口为第16端口VSS，状态指示检测端口为第5端口，脉冲驱动信号输出端口为第6端口，设置端口为第14和第15端口。具体地，第1端口VDD连接所述5V电源电路，第2、3、4端口为MCU仿真和烧录程序的接口，通过下方连接器J7与外界的仿真和烧录设备连接，第5端口为状态指示检测端口、连接按键S1的另一端，第6端为驱动电平信号输出端口、连接电平转换电路25的输入端，第7-13端口闲置，第14端口通过电阻R17连接单刀双掷开关S3，第15端口通过电阻R12连接单刀双掷开关S2，第16端口VSS连接GND，其中，单刀双掷开关S2和S3共同作为设置端口用来设置驱动电平信号的脉冲宽度，单刀双掷开关S2和S3分别有两种状态，因此，图2中最多可设置四种脉冲宽度。并且，作为供电正极端口的第1端口VDD与作为供电负极端口的第16端口VSS之间通过电容C6连接。

图2中J4为电源接入口，用于外接12V的电源适配器，为整个短路测试电路供电，其端口2输出12V电压信号，端口1连接GND。

上述的5V电源电路包括：三端可编程稳压基准芯片U1、三极管Q5、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电容C3。三端可编程稳压基准芯片U1的阳极端(图2中标记为2)连接GND，阴极端(图2中标记为3)连接三极管Q5的基极，参考端(图2中标记为1)通过电容C3连接至三极管Q5的基极。三极管Q5的发射极作为5V电压输出端连接按键S1的一端和控制器的供电正极端口，并且发射极依次通过电阻R1和电阻R6连接至GND，电阻R1和电阻R6的串联处与三端可编程稳压基准芯片U1的参考端连接，三极管Q5的集电极连接外部12V电源，三极管Q5的栅极与集电极之间还连接有电阻R7。

电平转换电路25的输入端接收该驱动电平信号，输出端连接短路启动开关管组件21的开关控制端，用于将该脉冲驱动信号进行电平转换后控制短路启动开关管组件21的开启。如图2所示，电平转换电路25包括：NPN型三极管Q11、NPN型三极管Q12、PNP型三极管Q13。三极管Q11的基极通过电阻R27连接所述控制器的脉冲驱动信号输出端口，集电极通过电阻R23连接外部12V电源，发射极连接GND。三极管Q12的基极连接所述三极管Q11的集电极，集电极连接外部12V电源，发射极连接三极管Q13的发射极，三极管Q13的基极连接三极管Q11的集电极，集电极连接GND。三极管Q12的发射极和三极管Q13的发射极之间的节点作为输出端连接短路启动开关管组件21的开关控制端。在图2中，电平转换电路25各三极管的基极标记为“1”，集电极标记为“2”，发射极标记为“3”。

另外，如图2所示，GND通过电阻R20连接至电池板负极B-，放电正极P+与放电负极P-之间并联有电阻R28和电阻R29，电阻R28和电阻R29类似于小负载用于稳定电路，外部12V电源依次通过电阻R24、第二发光二极管LED2连接至GND。

通过按下可手动开关的指示单元中的按键S1，第一发光二极管LED1的正极被接入5V电源，第一发光二极管LED1亮起，同时MCU的第5端口也检测到高电平，通过MCU软件使得其第6端口短暂地由默认的高电平转为低电平，经电平转换电路25转换后，短路启动开关管组件21的驱动电压由0V转为12V，各MOS管短暂开启，开启时间由单刀双掷开关S2/S3来调节，一般为100uS-1mS之间，P+和P-对被空气开关组件23接入的那一个大容量电容充电。如果负极保护型锂电池保护板12检测到了短路保护，则放电开关管122会关闭，第一发光二极管LED1的负极P-与MCU的负极B-被断开，第一发光二极管LED1的电源无法形成回路，第一发光二极管LED1熄灭，总体表现为按下按键S1后第一发光二极管LED1闪烁一下就熄灭，即表示负极保护型锂电池保护板12发生了短路保护。如果负极保护型锂电池保护板12未检测到短路保护，则P-和B-始终连接在一起，按下按键S1后第一发光二极管LED1会常亮，即表示负极保护型锂电池保护板12未发生短路保护。

负极保护型锂电池保护板12发生短路保护需要达到两个条件：一是瞬间电流要达到保护电路121设定的值，二是电流持续时间要达到设定的值。针对未发生保护的锂电池组11，可逐渐将电容组件22中大容量电容对应的空气开关依次闭合调节电流档位，加大接入回路的总电容，增大锂电池组11瞬间放电电流，以达到短路保护门槛；也可以通过单刀双掷开关S2/S3调节MCU来增加短路启动开关管组件21的MOS管开启时间调节时间档位。通过空气开关组23的空气开关和单刀双掷开关S2/S3一同调节短路电流和短路时间，测试锂电池组11会在哪个电流或时间档位发生保护，以此来判断负极保护型锂电池保护板12是否存在短路保护以及短路保护的档位是否合理，并调整和优化负极保护型锂电池保护板12的短路保护电路的短路参数。

本发明第二实施例提供了一种测试仪，用于对负极保护型锂电池保护板12进行测试，该测试仪至少包括第一实施例所述的短路测试电路。

该测试仪除包括上述短路测试电路之外，也可以是综合性的测试仪，还兼具测试其他的功能，例如过充测试、过放测试、过流测试等。

本发明第三实施例提供了一种对负极保护型锂电池保护板进行短路测试的方法，采用第一实施例所述的短路测试电路进行测试，如图3所示，该测试方法包括：

步骤A1，通过控制对应的空气开关将电容组件22中最小容量的电容接入测试回路。

考虑到不同的电池保护板的规格不同，如果接入的电容容量过高可能会导致电池保护板和电池组烧毁，因此本步骤中从最小容量的电容开始接入，逐步提高短路测试的门槛，从低到高进行调节，测试回路中接入的电容容量不同代表测试回路所处的电流档位不同。

步骤A2，在当前测试回路的电流档位下，开启所述指示单元，若所述状态指示消失，则表明当前的电流档位发生了短路保护，完成测试；若所述状态指示保持，则表明当前的电流档位未发生短路保护，进入下一步骤。

步骤A3，在当前测试回路的电流档位下，在预置的范围内调节所述脉冲驱动信号的脉冲宽度以改变时间档位，并且在每一次调节之后，若所述状态指示消失，则表明当前的时间档位发生了短路保护，完成测试；若在所有的时间档位下所述状态指示均保持，则表明所有的时间档位均未发生短路保护，进入下一步骤。

调节脉冲宽度可以通过单刀双掷开关S2和S3的状态组合来实现不同的脉冲宽度，例如图2中可以是S2的2-3之间接通、S3的2-3之间接通，也可以是S2的2-1之间接通、S3的2-3之间接通，也可以是S2的2-1之间接通、S3的2-1之间接通，还可以是S2的2-3之间接通、S3的2-1之间接通，MCU根据第14、15端口的不同设置，输出对应脉冲宽度的驱动电平信号，从而实现不同的短路时长。

步骤A4，通过控制对应的空气开关加大接入测试回路的电容的容量以改变电流档位，并返回执行步骤A2。

电容的容量加大时，可以是通过单一的空气开关控制电容组件22中的更大的大容量电容接通，也可以是同时通过多个空气开关控制电容组件22中的多个大容量电容接通，从而整体上提高短路测试门槛。

可以看出，整个测试过程包含了两个调节过程：电流档位调节和时间档位调节，先通过控制接入测试回路的大容量电容实现电流档位的调节，在每个电流档位，再把脉冲时间慢慢增大实现时间档位的调节，如果还没有测到有保护，就把测试回路的大容量电容加大后重复脉冲宽度调大的步骤，直到有保护为止，如果到所有电容都接入，脉冲宽度调到最大后仍没有保护，则说明负极保护型锂电池保护板无短路保护功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种负极保护型锂电池保护板的短路测试电路，其特征在于，所述负极保护型锂电池保护板具有保护电路、用于与锂电池正极连接的电池板正极B+、用于与锂电池负极连接的电池板负极B-、放电正极P+、放电负极P-，所述电池板负极B-与放电负极P-之间设有放电开关管，所述放电开关管的通断状态由所述保护电路控制；

所述短路测试电路包括：

短路启动开关管组件，具有第一端、第二端及开关控制端，其第一端与所述放电负极P-连接；

电容组件，由多个大容量电容并联而成，各大容量电容的第一端均连接至所述短路启动开关管组件的第二端；

空气开关组件，由多个空气开关并联而成，各空气开关的第一端与所述各大容量电容的第二端一一对应连接，各空气开关的第二端均连接至所述放电正极P+，每个空气开关用于控制对应大容量电容与所述放电正极P+之间的通断；

可手动开关的指示单元，位于由所述电池板负极B-和所述放电负极P-所形成的供电回路上，当被手动开启时使得所述电池板负极B-和所述放电负极P-之间接通而有状态指示，并在所述保护电路发生短路保护时所述状态指示消失，在所述保护电路未发生短路保护时保持所述状态指示；

控制器，其供电负极与所述电池板负极B-连接，用于当检测到所述指示单元有状态指示时，输出一具有预置脉冲宽度的脉冲驱动信号；

电平转换电路，其输入端接收所述驱动电平信号，输出端连接所述短路启动开关管组件的开关控制端，用于将所述脉冲驱动信号进行电平转换后控制所述短路启动开关管组件的开启。

2.如权利要求1所述的短路测试电路，其特征在于，所述短路启动开关管组件包括：

多个并联的MOS管，各MOS管的源极作为所述第一端，各MOS管的漏极作为所述第二端，各MOS管的栅极作为所述开关控制端。

3.如权利要求1所述的短路测试电路，其特征在于，所述可手动开关的指示单元包括：

按键S1，其一端连接5V电源电路；

第一发光二极管，其阳极通过电阻R16连接到所述按键S1的另一端，其阴极通过第一二极管D1和第二二极管D2后连接所述放电负极P-。

4.如权利要求3所述的短路测试电路，其特征在于，所述控制器具有供电正极端口、供电负极端口、状态指示检测端口、脉冲驱动信号输出端口、设置端口；

所述供电正极端口连接所述5V电源电路；所述供电负极端口连接GND；所述状态指示检测端口连接所述按键S1的另一端；所述脉冲驱动信号输出端口连接所述电平转换电路的输入端；所述设置端口连接有用于设置所述脉冲驱动信号的脉冲宽度的单刀双掷开关。

5.如权利要求4所述的短路测试电路，其特征在于，所述控制器的供电正极端口与供电负极端口之间通过电容C6连接。

6.如权利要求4所述的短路测试电路，其特征在于，所述5V电源电路包括：三端可编程稳压基准芯片U1、三极管Q5、电阻R1、电阻R6、电阻R7、电容C3；

所述三端可编程稳压基准芯片U1的阳极端连接GND，阴极端连接所述三极管Q5的基极，参考端通过所述电容C3连接至所述三极管Q5的基极；

所述三极管Q5的发射极作为5V电压输出端连接所述按键S1的一端和所述控制器的供电正极端口，并且发射极依次通过所述电阻R1和电阻R6连接至GND，所述电阻R1和电阻R6的串联处与所述三端可编程稳压基准芯片U1的参考端连接，所述三极管Q5的集电极连接外部12V电源，所述三极管Q5的栅极与集电极之间还连接有所述电阻R7。

7.如权利要求4所述的短路测试电路，其特征在于，所述电平转换电路包括：NPN型三极管Q11、NPN型三极管Q12、PNP型三极管Q13；

所述三极管Q11的基极通过电阻连接所述控制器的脉冲驱动信号输出端口，集电极通过电阻连接外部12V电源，发射极连接GND；

所述三极管Q12的基极连接所述三极管Q11的集电极，集电极连接外部12V电源，发射极连接所述三极管Q13的发射极；

所述三极管Q13的基极连接所述三极管Q11的集电极，集电极连接GND；

所述三极管Q12的发射极和三极管Q13的发射极之间的节点作为输出端连接所述短路启动开关管组件的开关控制端。

8.如权利要求4-7任一项所述的短路测试电路，其特征在于，所述GND通过电阻R20连接至所述电池板负极B-；所述放电正极P+与放电负极P-之间并联有电阻R28和电阻R29；所述外部12V电源依次通过电阻R24、第二发光二极管连接至所述GND。

9.一种测试仪，用于对负极保护型锂电池保护板进行测试，其特征在于，所述测试仪至少包括权利要求1-8任一项所述的短路测试电路。

10.一种采用权利要求1-8任一项所述的短路测试电路对负极保护型锂电池保护板进行短路测试的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤A1，通过控制对应的空气开关将所述电容组件中最小容量的电容接入测试回路；

步骤A2，在当前测试回路的电流档位下，开启所述指示单元，若所述状态指示消失，则表明当前的电流档位发生了短路保护，完成测试；若所述状态指示保持，则表明当前的电流档位未发生短路保护，进入下一步骤；

步骤A3，在当前测试回路的电流档位下，在预置的范围内调节所述脉冲驱动信号的脉冲宽度以改变时间档位，并且在每一次调节之后，若所述状态指示消失，则表明当前的时间档位发生了短路保护，完成测试；若在所有的时间档位下所述状态指示均保持，则表明所有的时间档位均未发生短路保护，进入下一步骤；

步骤A4，通过控制对应的空气开关加大接入测试回路的电容的容量以改变电流档位，并返回执行步骤A2。

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