CN111162509A - 一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统 - Google Patents

一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统 Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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    • H02H3/08Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current
    • H02H3/087Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess current for dc applications

Abstract

本发明实施例公开了一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统。该锂电池短路保护电路包括电源转换电路、稳压电路、短路监测电路、光耦隔离电路和开关控制电路;电源转换电路与稳压电路连接,电源转换电路将交流电转换为直流电输出至稳压电路;稳压电路通过开关与锂电池连接,开关导通后稳压电路向锂电池输出充电电压;短路监测电路与锂电池以及光耦隔离电路连接;开关控制电路与光耦隔离电路连接,锂电池短路,短路监测电路通过光耦隔离电路输出控制信号至开关控制电路,开关控制电路控制开关断开。通过本发明实施例的技术方案,实现了对锂电池短接时的保护,避免锂电池因短接而造成毁坏。

Description

一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统
技术领域
本发明实施例涉及锂电池技术,尤其涉及一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统。
背景技术
随着人们生活水平的不断提高,电子设备已经成为生活中必不可少的一部分,尤其是各种家用电器给人们的生活、工作带来了极大的便利。
很多电气设备均需要采用移动电源供电,目前最通用的移动电源就是蓄电池,不仅可以重复使用,而且成本较低,而锂电池是蓄电池中最常见、最普遍的一种,不仅性能稳定,而且储能量较高,性价比高,众所周知,电源产品除了基本的供电以外,还需要对其进行一定的保护,尤其是对短路等情况的保护,一旦负载发生短路或过压,则可能会烧毁用电设备和电源本身,造成较大的经济损失,严重时还会造成人员伤亡。
发明内容
本发明实施例提供一种锂电池短路保护电路及锂电池管理系统,以实现对锂电池短接时的保护,避免锂电池因短接而造成毁坏。
第一方面,本发明实施例提供了一种锂电池短路保护电路,该锂电池短路保护电路包括电源转换电路、稳压电路、短路监测电路、光耦隔离电路和开关控制电路;
电源转换电路与稳压电路连接,电源转换电路将交流电转换为直流电输出至稳压电路;
稳压电路通过开关与锂电池连接,开关导通后稳压电路向锂电池输出充电电压;
短路监测电路与锂电池以及光耦隔离电路连接;
开关控制电路与光耦隔离电路连接,锂电池短路,短路监测电路通过光耦隔离电路输出控制信号至开关控制电路,开关控制电路控制开关断开。
可选地,短路监测电路包括第一电阻、第一三极管、第一二极管和第二电阻;
第一电阻的第一端与稳压电路的输出端连接,第一电阻的第二端与第一三极管的集电极连接;
第一三极管的发射极与光耦隔离电路的第一输入端连接,第一三极管的基极与第一二极管的阳极连接,第一二极管的阴极与锂电池的负极连接;
第二电阻的第一端与锂电池的负极连接,第二电阻的第二端接地。
可选地,开关控制电路包括第三电阻、第二三极管、第三三极管、继电器和控制开关;
第三电阻的第一端与光耦隔离电路的第一输出端连接,第三电阻的第二端与电源正极连接;
第二三极管的基极与光耦隔离电路的第一输出端连接,第二三极管的发射极接地,第二三极管的集电极与第三三极管的基极连接;
第三三极管的集电极与电源正极连接,第三三极管的发射极与继电器的线圈的第一端连接;
继电器的线圈的第二端与控制开关的第一端连接,控制开关的第二端接地。
可选地,光耦隔离电路的第二输入端与第二输出端接地。
可选地,继电器包括第一常开触点,第一常开触点作为开关。
可选地,还包括报警电路;继电器还包括第一常闭触点;
第一常闭触点的第一端与电源正极连接,第一常闭触点的第二端与报警电路的输入端连接,报警电路的输出端接地。
可选地,电源转换电路包括整流器、第二二极管和第一电容;
整流器的第一输出端与第二二极管的阴极连接,整流器的第二输出端与第二二极管的阳极连接;
第二二极管的阴极与稳压电路的输入端连接,第二二极管的阳极接地;
第一电容的第一端与稳压电路的输入端连接,第一电容的第二端接地。
可选地,电源转换电路还包括第二电容、第四电阻和第三二极管;
第二电容的第一端与第四电阻的第一端短接后与整流器第一输入端连接;
第三二极管的第一端与整流器的第一输入端连接,第三二极管的第二端与整流器的第二输入端连接。
可选地,还包括第五电阻、第六电阻、第三电容和第四二极管;
第五电阻的第一端与稳压电路的输出端连接,第五电阻的第二端与第六电阻的第一端短接后与稳压电路的控制端连接,第六电阻的第二端接地;
第三电容的第一端与稳压电路的控制端连接,第三电容的第二端接地;
第四二极管的阴极与稳压电路的输出端连接,第四二极管的阳极与稳压电路的控制端连接。
第二方面,本发明实施例还提供了一种锂电池管理系统,该锂电池管理系统包括如第一方面所述的锂电池短路保护电路。
本发明实施例提供的锂电池短接保护电路包括电源转换电路、稳压电路、短路监测电路、光耦隔离电路和开关控制电路;电源转换电路与稳压电路连接,稳压电路通过开关与锂电池连接,短路监测电路与锂电池以及光耦隔离电路连接;开关控制电路与光耦隔离电路连接;通过电源转换电路将交流电转换为直流电输出至稳压电路,开关导通后稳压电路向锂电池输出充电电压,锂电池短路,短路监测电路通过光耦隔离电路输出控制信号至开关控制电路,开关控制电路控制开关断开,解决锂电池出现短路情况时,负载发生短路或过压,则可能会烧毁用电设备和电源本身的问题,实现了对锂电池短接时的保护,避免锂电池因短接而造成毁坏。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种锂电池短接保护电路结构示意图;
图2为本发明实施例提供的一种锂电池短接保护电路原理图;
图3为本发明实施例提供的另一种锂电池短接保护电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明,而非对本发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种锂电池短接保护电路结构示意图,如图1所示,该锂电池短路保护电路包括电源转换电路10、稳压电路20、短路监测电路50、光耦隔离电路40和开关控制电路60;
电源转换电路10与稳压电路20连接,电源转换电路10将交流电转换为直流电输出至稳压电路20;
稳压电路20通过开关30与锂电池G连接,开关30导通后稳压电路20向锂电池G输出充电电压;
短路监测电路50与锂电池G以及光耦隔离电路40连接;
开关控制电路60与光耦隔离电路40连接,锂电池G短路,短路监测电路50通过光耦隔离电路40输出控制信号至开关控制电路60,开关控制电路60控制开关30断开。
示例性地,从电源转换电路10的输入端接入220V的交流电进行供电,电源转换电路10将交流电转换为直流电输出至稳压电路20,开通开关30使稳压电路20与锂电池G之间的线路导通以对锂电池G进行充电。当短路监测电路50监测到锂电池G短接,则通过光耦隔离电路40输出控制信号至开关电路60,使得开关电路60控制开关30断开,则稳压电路20与锂电池G之间的线路断开,停止对锂电池G继续充电以避免短接时对锂电池G造成烧毁。同理,在锂电池G放电过程中,若短路监测电路50监测到锂电池G短接,则通过光耦隔离电路40输出控制信号至开关电路60,使得开关电路60控制开关30断开,稳压电路20与锂电池G之间的线路断开,停止锂电池G的放电以避免短接时对锂电池G造成烧毁。
本发明实施例的技术方案中,利用光耦隔离电路对锂电池进行短路保护,使得充放电主电路和保护电路之间光耦隔离,互不干扰,以此对锂电池进行可靠的短路检测与控制,也避免了传统短路保护中对电路元器件耐压性能要求高的情况,实现了对锂电池短接时的保护,避免锂电池因短接而造成毁坏。
可选地,图2为本发明实施例提供的一种锂电池短接保护电路原理图,如图2所示,短路监测电路50包括第一电阻R1、第一三极管T1、第一二极管D1和第二电阻R2;
第一电阻R1的第一端与稳压电路20的输出端连接,第一电阻R1的第二端与第一三极管T1的集电极连接;
第一三极管T1的发射极与光耦隔离电路40的第一输入端连接,第一三极管T1的基极与第一二极管D1的阳极连接,第一二极管D1的阴极与锂电池G的负极连接;
第二电阻R2的第一端与锂电池G的负极连接,第二电阻R2的第二端接地。
具体地,第一二极管D1可为一稳压二极管,当锂电池G两端发生短接情况时,第一二极管D1被击穿,第一三极管T1导通,光耦隔离电路40开始工作,从而开关控制电路60开始控制开关30断开;示例性地,第一三极管T1为NPN型三极管。
可选地,图3为本发明实施例提供的另一种锂电池短接保护电路原理图,如图3所示,开关控制电路60包括第三电阻R3、第二三极管T2、第三三极管T3、继电器K和控制开关S;
第三电阻R3的第一端与光耦隔离电路40的第一输出端连接,第三电阻R3的第二端与电源E正极连接;
第二三极管T2的基极与光耦隔离电路40的第一输出端连接,第二三极管T2的发射极接地,第二三极管T2的集电极与第三三极管T3的基极连接;
第三三极管T3的集电极与电源E正极连接,第三三极管T3的发射极与继电器K的线圈的第一端连接;
继电器K的线圈的第二端与控制开关S的第一端连接,控制开关S的第二端接地。
具体地,当光耦隔离电路40开始工作,则第二三极管T2导通,第三三极管T3不导通,继电器K的线圈失电,从而开关30断开。控制开关S可以是一按键开关,用于控制继电器K的线圈得电,若控制继电器K的线圈得电,则开关30导通;示例性地,第二三极管T2为NPN型三极管,第三三极管T3为PNP型三极管。
可选地,如图3所示,光耦隔离电路40的第二输入端与第二输出端接地。
具体地,光耦隔离电路40可以是4N25的光耦和器,包括一发光二极管和内部三极管,发光二极管的阳极可作为光耦隔离电路40的第一输入端,发光二极管的阴极可作为光耦隔离电路40的第二输入端,内部三极管可为NPN型三极管,内部三极管的集电极可作为光耦隔离电路40的第一输出端,内部三极管的发射极可作为光耦隔离电路40的第二输出端。光耦隔离电路40与短路监测电路50连接,同时与开关控制电路60连接,短路监测电路50通过光耦隔离电路40输出控制信号至开关控制电路60,开关控制电路60控制开关30断开。
可选地,如图3所示,继电器K包括第一常开触点K-1,第一常开触点K-1作为开关30。
具体地,继电器K的第一常开触点K-1作为开关30,当继电器K的线圈得电时,继电器K的第一常开触点K-1吸合,稳压电路20与锂电池G之间的线路导通。
可选地,锂电池短接保护电路还包括报警电路B;继电器K还包括第一常闭触点K-2;
第一常闭触点K-2的第一端与电源E正极连接,第一常闭触点K-2的第二端与报警电路B的输入端连接,报警电路B的输出端接地。
具体地,电源E对开关控制电路60对供电,报警电路B可包括一喇叭。锂电池E出现短接的情况,第三三极管T3不导通,继电器K的线圈失电,第一常开触点K-1断开,第二常闭触点K-2吸合,报警电路B发出报警提醒,以提醒使用者及时排除故障。
可选地,如图3所示,电源转换电路10包括整流器T、第二二极管D2和第一电容C1;
整流器T的第一输出端与第二二极管D2的阴极连接,整流器T的第二输出端与第二二极管D2的阳极连接;
第二二极管D2的阴极与稳压电路20的输入端连接,第二二极管D2的阳极接地;
第一电容C1的第一端与稳压电路20的输入端连接,第一电容C1的第二端接地。
具体地,整流器T可以是由四个1N4001整流二极管组成的全桥整流电路,将220V的交流电转换为直流电,并输出至稳压电路20;稳压电路20可包括型号为LM317的芯片,对直流电进行稳压。
可选地,如图3所示,电源转换电路10还包括第二电容C2、第四电阻R4和第三二极管D3;
第二电容C2的第一端与第四电阻R4的第一端短接后与整流器T第一输入端连接;
第三二极管D3的第一端与整流器T的第一输入端连接,第三二极管D3的第二端与整流器T的第二输入端连接。
具体地,220V交流电经过由第二电容C2与第四电阻R4组成的阻容降压电路后再进入整流器T进行直流转换;第三二极管D3可以为瞬态电压抑制二极管。
可选地,如图3所示,锂电池短接保护电路还包括第五电阻R5、第六电阻R6、第三电容C3和第四二极管D4;
第五电阻R5的第一端与稳压电路20的输出端连接,第五电阻R2的第二端与第六电阻R1的第一端短接后与稳压电路20的控制端连接,第六电阻R6的第二端接地;
第三电容C3的第一端与稳压电路20的控制端连接,第三电容C3的第二端接地;
第四二极管D4的阴极与稳压电路20的输出端连接,第四二极管D4的阳极与稳压电路20的控制端连接。
锂电池短接保护电路还可以包括第五二极管D5,第五二极管D5的阴极与第五电阻R5的第一端连接,第五二极管D5的阳极与第六电阻R6的第二端连接。
锂电池短路保护电路的工作过程为:按下控制开关S,继电器K的线圈得电,继电器K的第一常开触点K-1吸合,稳压电路20与锂电池G之间的线路导通,稳压电路20从其输出端输出稳定的直流电对锂电池G进行充电;此时,由于第一三极管T1关断,从稳压电路20输出端输出的稳定的直流电经过第一电阻R1后无法使得光耦隔离电路40导通。开关控制电路60的第二三极管T2的基极电压为高电平,第二三极管T2导通,拉低第三三极管T3基极的电位,第三三极管T3导通,继电器K的线圈保持得电状态,锂电池G正常充电。在锂电池G充电过程中,若其两端发生短接情况,第一二极管D1阴极的电压明显升高,第一二极管D1被反向击穿,第一三极管T1导通,则光耦隔离电路40导通,从而开关控制电路60的第二三极管T2和第三三极管T3截止,此时继电器K的线圈失电,继电器K的第一常开触点K-1断开,实现了对锂电池G的短接保护,同时继电器K的第一常闭触点K-2吸合,报警电路B上电,报警电路B发出报警,以提醒使用者及时排除故障。同理,按下控制开关S,继电器K的线圈得电,继电器K的第一常开触点K-1吸合,锂电池G的电压通过第一常开触点K-1放电,第一三极管T1截止,光耦隔离电路40的发光二极管不导通,内部三极管因得不到光照而不导通,无法使得光耦隔离电路40导通,因此开关控制电路60的第二三极管T2的基极电压为高电压,拉低第三三极管T3基极的电位,第三三极管T3导通,继电器K的线圈保持得电状态,锂电池G正常放电。在锂电池放电过程中,若其两端发生短接情况,第一二极管D1阴极的电压明显升高,第一二极管D1被反向击穿,第一三极管T1导通,则光耦隔离电路40导通,从而开关控制电路60的第二三极管T2和第三三极管T3截止,此时继电器K的线圈失电,继电器K的第一常开触点K-1断开,实现了对锂电池G的短接保护,同时继电器K的第一常闭触点K-2吸合,报警电路B上电,报警电路B发出报警,以提醒使用者及时排除故障。
在上述锂电池短路保护电路的工作过程中,利用光耦隔离电路对锂电池进行短路保护,使得充放电主电路和保护电路之间光耦隔离,互不干扰,以此对锂电池进行可靠的短路检测与控制,也避免了传统短路保护中对电路元器件耐压性能要求高的情况,实现了对锂电池短接时的保护,避免锂电池因短接而造成毁坏,同时,利用报警电路发出短接提醒,以提醒使用者及时排除故障。
本发明实施例还提供了一种锂电池管理系统,该锂电池管理系统包括如上述任一技术方案所述的锂电池短路保护电路,锂电池管理系统的技术方案中的技术特征与锂电池短接保护电路的技术方案中的技术特征一一对应,能够达到与锂电池短接保护电路所达到的技术效果一样的有益效果,其余内容此处不再赘述。
注意,上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解,本发明不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明,但是本发明不仅仅限于以上实施例,在不脱离本发明构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种锂电池短路保护电路,其特征在于,包括电源转换电路、稳压电路、短路监测电路、光耦隔离电路和开关控制电路;
所述电源转换电路与所述稳压电路连接,所述电源转换电路将交流电转换为直流电输出至所述稳压电路;
所述稳压电路通过开关与锂电池连接,所述开关导通后所述稳压电路向所述锂电池输出充电电压;
所述短路监测电路与所述锂电池以及所述光耦隔离电路连接;
所述开关控制电路与所述光耦隔离电路连接,所述锂电池短路,所述短路监测电路通过所述光耦隔离电路输出控制信号至所述开关控制电路,所述开关控制电路控制所述开关断开。
2.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述短路监测电路包括第一电阻、第一三极管、第一二极管和第二电阻;
所述第一电阻的第一端与所述稳压电路的输出端连接,所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的集电极连接;
所述第一三极管的发射极与所述光耦隔离电路的第一输入端连接,所述第一三极管的基极与所述第一二极管的阳极连接,所述第一二极管的阴极与所述锂电池的负极连接;
所述第二电阻的第一端与所述锂电池的负极连接,所述第二电阻的第二端接地。
3.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述开关控制电路包括第三电阻、第二三极管、第三三极管、继电器和控制开关;
所述第三电阻的第一端与所述光耦隔离电路的第一输出端连接,所述第三电阻的第二端与电源正极连接;
所述第二三极管的基极与所述光耦隔离电路的第一输出端连接,所述第二三极管的发射极接地,所述第二三极管的集电极与所述第三三极管的基极连接;
所述第三三极管的集电极与所述电源正极连接,所述第三三极管的发射极与所述继电器的线圈的第一端连接;
所述继电器的线圈的第二端与所述控制开关的第一端连接,所述控制开关的第二端接地。
4.根据权利要求2或3所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述光耦隔离电路的第二输入端与第二输出端接地。
5.根据权利要求3所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述继电器包括第一常开触点,所述第一常开触点作为所述开关。
6.根据权利要求3所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,还包括报警电路;所述继电器还包括第一常闭触点;
所述第一常闭触点的第一端与所述电源正极连接,所述第一常闭触点的第二端与所述报警电路的输入端连接,所述报警电路的输出端接地。
7.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述电源转换电路包括整流器、第二二极管和第一电容;
所述整流器的第一输出端与所述第二二极管的阴极连接,所述整流器的第二输出端与所述第二二极管的阳极连接;
所述第二二极管的阴极与所述稳压电路的输入端连接,所述第二二极管的阳极接地;
所述第一电容的第一端与所述稳压电路的输入端连接,所述第一电容的第二端接地。
8.根据权利要求7所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,所述电源转换电路还包括第二电容、第四电阻和第三二极管;
所述第二电容的第一端与所述第四电阻的第一端短接后与所述整流器第一输入端连接;
所述第三二极管的第一端与所述整流器的第一输入端连接,所述第三二极管的第二端与所述整流器的第二输入端连接。
9.根据权利要求1所述的锂电池短路保护电路,其特征在于,还包括第五电阻、第六电阻、第三电容和第四二极管;
所述第五电阻的第一端与所述稳压电路的输出端连接,所述第五电阻的第二端与所述第六电阻的第一端短接后与所述稳压电路的第控制端连接,所述第六电阻的第二端接地;
所述第三电容的第一端与所述稳压电路的控制端连接,所述第三电容的第二端接地;
所述第四二极管的阴极与所述稳压电路的输出端连接,所述第四二极管的阳极与所述稳压电路的控制端连接。
10.一种锂电池管理系统,其特征在于,包括权利要求1-9任一项所述的锂电池短路保护电路。
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