CN201113411Y - 电池保护装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电池保护装置，包括至少一个电池保护单元，所述电池保护单元包括：第一检测单元，与电池正极和充放电正极端相连，用于检测电池的过充电压、过放电压；第二检测单元，与开关单元和充放电负极端相连，用于检测电池的过流电压、短路电压；比较控制单元，用于判断电池过充、过放、过流或短路时，通知控制开关单元断开充放电回路；开关单元，位于电池负极与充放电负极端之间，用于根据比较控制单元信号控制充放电回路的导通和断开。本实用新型可对电池出现过充、过放、过流或短路等情形时进行有效保护，且电路结构简单，易于实现和推广。

Description

电池保护装置
【技术领域】
本实用新型涉及电池技术领域，尤其涉及电池保护装置。
【背景技术】
电池在充放电过程中有可能会出现过充、过放、过流或短路等情形，因此在实际使用过程中，一般需要其配置一定的保护电路。目前一种应急电子节能灯中揭露了一种过充保护电路结构，该应急电子节能灯由变压器、低压整流器、稳压器、三态指示器、电池组、控制器、低频逆变器、高压整流器、高频逆变器、节能灯管组成。其中：稳压器对电池组进行过充保护充电，未充满前，三态指示器中的绿灯亮，充满(充电中止)时，绿灯灭，红灯亮，有故障时，黄灯亮。
上述过充保护电路的不足之处在于，其仅仅保护电池组的过充情况，对于其他有可能损坏电池的情况比如电池过放、过流、短路等不能进行保护，存在安全隐患。
【发明内容】
本实用新型的发明目的是提供一种电池保护装置，可对电池出现过充、过放、过流或短路情形时进行有效保护，且结构简单。
为达到上述发明目的，本实用新型提出以下的技术方案：
一种电池保护装置，包括至少一个电池保护单元，所述电池保护单元包括：
第一检测单元，与电池正极和充放电正极端相连，用于检测电池的过充电压、过放电压；
第二检测单元，与开关单元和充放电负极端相连，用于检测电池的过流电压、短路电压；
比较控制单元，用于设置过充电压阈值、过放电压阈值、过流电压阈值、短路电压阈值，设置过充保护延迟时间值、过放保护延迟时间值、过流保护延迟时间值、短路保护延迟时间值，还用于分别判断所述过充电压、过放电压、过流电压、短路电压大于或等于其电压阈值，且持续时间大于或等于其保护延迟时间值时，通知控制开关单元断开充放电回路；
开关单元，位于电池负极与充放电负极端之间，用于根据比较控制单元信号控制充放电回路的导通和断开。
优选地，该电池保护装置包括至少两个级连的电池保护单元，在各电池保护单元中，前一电池保护单元的充放电负极端与后一电池保护单元的充放电正极端相连。
优选地，该电池保护装置还包括热敏过流保护单元，与所述电池保护单元相连，用于对电池进行过流保护。
优选地，该电池保护装置还包括热敏过流保护单元，与所述第一电池保护单元或最末电池保护单元相连，用于对电池进行过流保护。
优选地，，所述热敏过流保护单元具体为正温度系数热敏电阻器。
其中，所述开关单元包括至少两个金属氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)。
其中，所述电池保护单元具体包括芯片S8261或R5405。
从以上技术方案可以看出，本实用新型通过设置第一检测单元、第二检测单元对电池过充、过放、过流和短路状态进行电压信号采集，比较控制单元根据预先设置好的阈值和延迟保护时间值进行判断，进而控制开关单元的导通和断开，从而达到了保护电池和电池组的目的。另外，本实用新型的电路结构简单，易于实现和推广，具有很高的商业价值。
【附图说明】
图1为本实用新型电池保护单元的结构框图；
图2为本实用新型电池保护单元一种实施例的电路图；
图3为本实用新型电池保护装置一种实施例的电路图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
本实用新型提供一种电池保护装置，包括至少一个电池保护单元，如图1所示，所述电池保护单元包括：第一检测单元1，与电池正极和充放电正极端相连，用于检测电池的过充电压、过放电压。第二检测单元2，与开关单元和充放电负极端相连，用于检测电池的过流电压、短路电压。比较控制单元3，用于设置过充电压阈值、过放电压阈值、过流电压阈值、短路电压阈值，设置过充保护延迟时间值、过放保护延迟时间值、过流保护延迟时间值、短路保护延迟时间值，还用于分别判断所述过充电压、过放电压、过流电压、短路电压大于或等于其电压阈值，且持续时间大于或等于其保护延迟时间值时，通知控制开关单元断开充放电回路。开关单元4，位于电池负极与充放电负极端之间，用于根据比较控制单元信号控制充放电回路的导通和断开。
电池保护单元的工作原理如下：
过充保护：当第一检测单元1检测到电池电压值大于或等于过充电压阈值，并且持续时间大于或等于过充保护延迟时间值时，比较控制单元3会向开关单元4输出控制信号，开关单元4将断开，该组电流回路断开。当电池电压小于过充电压阈值时，比较控制单元3控制开关单元4导通，从而电流回路接通。其中，过充保护延迟时间值一般设置为1秒左右。
过放保护：当第一检测单元检测1到电池电压值大于或等于过放电压阈值，并且持续时间大于或等于过放保护延迟时间值时，比较控制单元3会向开关单元4输出控制信号，开关单元4将断开，该组电流回路断开。当电池电压小于过放电压阈值时，比较控制单元3控制开关单元4导通，从而电流回路接通。其中，过放保护延迟时间值一般设置为1秒左右。
过流保护：第二检测单元2可以通过检测开关单元4的等效内阻上的压降，来判断回路电流情况。当第二检测单元2检测到电池电压值大于或等于过流电压阈值，并且持续时间大于或等于过流保护延迟时间值时，比较控制单元3会向开关单元4输出控制信号，开关单元4将断开，该组电流回路断开。当电池电压小于过流电压阈值时，比较控制单元3控制开关单元4导通，从而电流回路接通。其中，过流保护延迟时间值一般设置为1毫秒左右。
短路保护：第二检测单元2可以通过检测开关单元4的等效内阻上的压降，来判断回路电流情况。当第二检测单元2检测到电池电压值大于或等于短路电压阈值，并且持续时间大于或等于短路保护延迟时间值时，比较控制单元3会向开关单元4输出控制信号，开关单元4将断开，该组电流回路断开。当电池电压小于过充电压阈值时，比较控制单元控制开关单元导通，从而电流回路接通。其中，短路保护延迟时间值一般设置为1微秒左右。
在一种较优的实施例中，如图2所示，所述电池保护单元可以由？芯片及其外围电路来实现。其中，所述开关单元4可以由至少两个金属氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)来实现。
其具体工作过程如下：
过充保护：当芯片U1的Vdd脚检测到有电池电压达到过充电电压阈值，并且时间在过充保护延迟时间值以上，Dout会使输出低电平，MOSFET变为OFF，该组电流回路断开。当电池电压降到过充电解除电压一下，MOSFET变为ON，电流回路接通。
过放电保护：在放电过程中，当芯片的Vdd脚检测到某单体电池电压小于过放电电压阈值，且在过放电保护延迟时间值以上时，Dout会使输出低电平，MOSFET变为OFF，该组电流回路断开。当所有组的电池电压都在过放电电压阈值以上时，MOSFET变为ON，放电回路开通。
过流保护：
芯片的V-脚通过检测MOSFET的等效内阻RSENSE上的压降，来判断回路电流情况，当RSENSE上的压降大于过流电压阈值时，并且时间在过电流保护延迟时间值以上，Dout会使输出低电平，MOSFET变为OFF，该组电流回路断开。
短路保护：芯片的V-脚通过检测MOSFET的等效内阻RSENSE上的压降，来判断回路电流情况，当RSENSE上的压降大于短路电压阈值时，并且时间在过短路保护延迟时间值以上，Dout会使输出低电平，MOSFET变为OFF，该组电流回路断开。
一个电池保护单元可用于一节电池的保护，对于由多节电池组成的电池组，则需要多个电池保护单元进行保护。当本实用新型的电池保护装置用于对多节电池组进行保护时，如图3所示，其包括至少两个级连的电池保护单元，在各电池保护单元中，前一电池保护单元的充放电负极端与后一电池保护单元的充放电正极端相连：第一电池保护单元、第二电池保护单元、……第N-1电池保护单元和第N电池保护单元，所述第一电池保护单元的充放电负极端与第二电池保护单元的充放电正极端相连，……以此类推，所述第N-1电池保护单元的充放电负极端与第N电池保护单元的充放电正极端相连；第一电池保护单元的充放电正极端作为整个电池组的充放电正极端，第N电池保护单元的充放电负极端作为整个电池组的充放电负极端。
对于多个电池保护单元的情形，由于各个电池保护单元为串联连接，只要其中一个电池保护单元中的开关单元断开，则整个回路都将被断开。
在具体的实施例中，电池保护单元可以由芯片S8261或R5405及其外围电路来实现。
作为本实用新型的进一步改进，本实用新型的电池保护装置还包括热敏过流保护单元。对于单个电池的情形，热敏过流保护单元与所述电池保护单元相连，用于对电池进行过流保护。对于多节电池组的情形，热敏过流保护单元连接在第一电池保护单元的充放电正极端，或最后一块即第N电池保护单元的充放电负极端，由于第一电池保护单元的充放电正极端作为整个电池组的充放电正极端，第N电池保护单元的充放电负极端作为整个电池组的充放电负极端，因此热敏过流保护单元设置于此可有效地控制整个电路的导通和断开。当然，这只是一种优选的实施方式，由于多个电池保护单元是串联连接的，热敏过流保护单元也可以连接于中间的电池保护单元。
作为一种较优实施例，上述热敏过流保护单元可以采用正温度系数热敏电阻器PTC。其工作过程是，当电路的电流达到一定值时，通过PTC的电流也增大，从而PTC的功率上升，产生大量的热量，而根据热敏电阻的特性，由于温度上升，其内阻上升的很快，可达到瞬间切断电流回路的目的。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1、一种电池保护装置，其特征在于，包括至少一个电池保护单元，所述电池保护单元包括：
第一检测单元，与电池正极和充放电正极端相连，用于检测电池的过充电压、过放电压；
第二检测单元，与开关单元和充放电负极端相连，用于检测电池的过流电压、短路电压；
比较控制单元，用于设置过充电压阈值、过放电压阈值、过流电压阈值、短路电压阈值，设置过充保护延迟时间值、过放保护延迟时间值、过流保护延迟时间值、短路保护延迟时间值，还用于分别判断所述过充电压、过放电压、过流电压、短路电压大于或等于其电压阈值，且持续时间大于或等于其保护延迟时间值时，通知控制开关单元断开充放电回路；
开关单元，位于电池负极与充放电负极端之间，用于根据比较控制单元信号控制充放电回路的导通和断开。
2、根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，包括至少两个级连的电池保护单元，在各电池保护单元中，前一电池保护单元的充放电负极端与后一电池保护单元的充放电正极端相连。
3、根据权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于，还包括热敏过流保护单元，与所述电池保护单元相连，用于对电池进行过流保护。
4、根据权利要求2所述的电池保护装置，其特征在于，还包括热敏过流保护单元，与所述第一电池保护单元或最末电池保护单元相连，用于对电池进行过流保护。
5、根据权利要求3或4所述的电池保护装置，其特征在于，所述热敏过流保护单元具体为正温度系数热敏电阻器。
6、根据权利要求5所述的电池保护装置，其特征在于，所述开关单元包括至少两个金属氧化层半导体场效晶体管MOSFET。
7、根据权利要求5所述的电池保护装置，其特征在于，所述电池保护单元具体包括芯片S8261或R5405。
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