CN201369556Y - 一种锂电池电芯保护电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种动力锂电池电芯保护电路。所述电芯保护电路包括充电保护单元和放电保护单元，充电保护单元包括高压充电保护电路、过流充电保护电路、过充保护电路和充电开关管，放电保护单元包括过流放电保护电路、短路保护电路和放电开关管。本实用新型巧妙利用一个单节保护IC及与该IC相关联的三极管及阻容元件、一个N沟道的MOS管实现电池电芯的全面保护，适应了电动产品对电池性能的高要求，且电路结构简洁、可靠性高、成本低。

Description

一种锂电池电芯保护电路
技术领域
本实用新型涉及一种主要应用于电动产品的锂电池电芯的保护电路。
背景技术
电动产品为了方便操作，对安全性与便携性有着储多的要求，尤其是在电池方面。锂电池具有体积小、容量大、无记忆性、放电倍率高等特点，广泛应用于电动产品中。
电动产品具有工作电流及开机瞬间电流比较大，需要线路可以能够调整放电过流保护及短路保护的大小及其延时，同时保护之后又可以迅速恢复放电状态。
电动产品电池的充电安全性也非常重要，需要对其提供过充电压保护，高压充电保护及其大电流充电保护，同时充电时禁止放电，正是电动产品的以上特性，本实用新型线路就是因此而设计的。
实用新型内容
本实用新型需解决的问题是提供一种适合于电动产品使用、具有完善保护功能的、低成本的锂电池电芯的保护电路。
针对上述问题，本实用新型采取的技术方案为：
提供一种锂电池电芯保护电路，包括充电保护单元和放电保护单元，所述充电保护单元连接于电芯两极与电池充电端子之间，所述放电保护单元连接于电芯两极与电池放电端子之间，所述充电保护单元输入端连接正极充电端子，输出端通过充电开关管与电芯电路连接；所述放电保护单元输出端与放电开关管连接，放电开关管连接于电芯负极与放电负极端子连接。
所述充电保护单元包括高压充电保护电路、过流充电保护电路及过充保护电路。
所述高压充电保护电路包括三极管Q6，充电电压由充电端子C+引入，经电阻R7、R24分压，当R24上的分压值达到三极管Q9基极的正向导通电压时，Q9导通，则三极管Q6截止，充电开关三极管Q1基极电压为高也截止，切断充电回路。
所述过流充电保护电路包括三极管Q3，Q3的发射极与充电端子C+相联并通过电阻R2和R6连接其基极、集电极通过电阻R12及三极管Q6接地，充电电压由充电端子C+引入，较大电流经过电阻R2产生压降，压降值达到三极管Q3基极的正向导通电压，Q3导通，则充电开关三极管Q1基极电压为高截止，切断充电回路。
所述过充保护电路包括三极管Q7，Q7集电极连接Q6基极，电芯正极B+通过分压电阻R9连接比较器U2A同相输入端，充电端子C+通过电阻连接U2A反相输入端，电芯正极B+充电达到定值即高于C+电压，则U2A输出端输出高电平使Q7导通，则Q6、Q1相继截止，关闭充电回路。
所述放电保护单元包括集成芯片U1，大的放电电流依次经过放电负极端子M-、场效应管Q10和与Q10并联的分压电阻R25，并通过R25向电容C8充电，电容C8两端电压达到芯片U1的过流检测端VM的检测电压后，U1放电控制端DO输出低电平，该低电平通过电阻R16和电阻R23使场效应管Q10截止，切断放电回路。
所述放电保护单元还包括与放电负极端子M-连接的短路保护电路，短路电流经过M-、串联的分压电阻R27和电阻R26，当电阻R26上的分压值达到二极管D4的单向导通电压后，该电压即通过M-经电阻R27、二极管D4向电容C13充电，C13两端电压达到定值，则三极管Q8导通，拉低场效应管Q10的栅极电压，Q10截止，切断放电回路。
本实用新型巧妙地利用了一个单节保护IC及与该IC相关联的三极管及阻容元件、一个N沟道的MOS管实现电池电芯的全面保护，适应了电动产品对电池性能的高要求，且电路结构简洁、可靠性高、成本低。
附图说明
图1为本实用新型组成原理示意框图；
图2为本实用新型具体电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1，本实用新型所述锂电池电芯保护电路包括充电保护单元和放电保护单元，充电保护单元包括高压充电保护电路、过流充电保护电路、过充保护电路和充电开关管，放电保护单元包括过流放电保护电路、短路保护电路和放电开关管。
所述过流充电保护电路、高压充电保护电路输入端均连接充电端子正极，输出端通过充电开关管连接电芯电路正端；所述过充保护电路输入端分别连接电芯电路正端和正极充电端子，输出端连接高压充电保护电路，通过高压充电保护电路控制充电开关管；电芯电路负极与负极充电端子连接在一起。
所述放电开关管连接于电芯电路负极与负极放电端子之间；过流放电保护电路、短路保护电路输入端均与负极放电端子连接，输出端与放电开关管连接，均通过放电开关管控制放电电路的通断。
如图2为为本实用新型具体电路原理图。
本实用新型具有过充电压保护、高压充电保护、充电过流保护、放电过流保护和短路保护功能，并且充电时禁止放电，放电保护后一旦情况解除，可快速恢复放电。其具体工作原理如下：
1、高压充电保护功能
充电时，C+接充电电源正极，C-接充电电源负极，充电电压会在电阻R7与电阻R24之间形成分压。当充电电压高到一定值时，R24上的分压值达到NPN三极管Q9基极的正向导通电压，三极管Q9导通并工作于放大区，则Q9的集电极电压与地相同，三极管Q6的基极与三极管Q9的集电极连接在一起，电压也与地相同，因此三极管Q6工作于截止区，那么电阻R12通过电阻R3与C+相联，R12的电压被拉高，则PNP三极管(充电开关管)Q1的基极电压也为高，Q1工作于截止区，关闭充电回路，充电器无法充电，实现了充电高压保护功能。充电高压保护值的大小可以通过R7与R22的调整。
2.过流充电保护功能
有时充电会产生电涌现象，这个瞬间大电流经过电阻R2时形成压降，当这个压降值达到PNP三极管Q3基极的正向导通电压时，由于Q3的发射极与充电端C+相联、集电极通过R12及Q6接地，因此Q3工作于放大区，则充电开关管Q1基极电压为高，工作于截止区，充电器无法充电，实现了充电时过流保护功能。充电过流保护值的大小可以通过调整电阻R2的阻值来实现。
3.放电过流保护功能
放电时，由于外界负载原因，也可能产生较大的放电电流，会对电芯线路造成损坏，需要对其保护。此电流经过电阻R22和R25分压，由于R22到地的分压随着电流的增加而增加，该电压同时由M-经电阻R25给电容C8充电，当电容C8两端电压达到芯片U1的过流检测端VM的过流检测电压时，芯片U1经过内部电路功能，由放电控制端DO输出低电平。由于MOS管(放电开关管)Q10的栅极通过电阻R23、R16与U1的DO端相联，则Q10截止，关闭放电回来，实现了放电过流保护功能。放电过流值的大小可以通过调整电阻R22与R25的比值来实现，放电过流保护延时时间的长短可以通过调整电容C8的容值来实现。
4.短路保护功能
放电时，如果M+与M-不小心短接，就会形成一个短路电流，对线路造成很大损坏，需要对其保护。该短路电流在电阻R26和R27上形成分压，当电阻R26到地的分压值达到二极管D4的单向导通电压时，电流从M-经电阻R27、二极管D4向电容C13充电。当电容两端的电压值达到NPN三极管Q8基极的单向导通电压时，Q8工作于放大区，此时电阻R23的上的电压被拉低，MOS管Q10截止，放电回路无法放电，实现了短路保护功能。短路电流值的大小可以通过调整电阻R26、R27阻值来实现，短路保护的延时时间的长短可以通过调整C13的容值来实现。
5.过流与短路保护后的快速恢复功能
当线路经过流或者短路保护后，如果负载或线路没有断开，那么M-与B+的电压相同，则此时U1的过流检测端VM会处于高电平状态，二极管D4由于M-此时的电压与B+相同，也会处于单向导通状态，则NPN三极管Q4持续导通，Q4集电极通过电阻R10与U1过流检测端VM相联，发射极接地，则此时Q4工作于放大区，因此过流检测VM端的电压会被拉低，则芯片U1通过内部线路控制，在放电控制DO端会输出高电压，同时Q8也工作于放大区，则R23上的电压被拉低，MOS管Q10仍处于截止状态，放电回路无法放电。
当负载解除时，M-的电位被拉低，电阻R26到地的压降无法达到二极管D4的单向导通电压，则电容C13的电压也会跟着下降，三极管Q8恢复截止，由于DO端已经输出高电平，MOS管Q10会处于打开状态，放电回路可以放电。以往设计中，放电恢复时间要等电容C8两端的电压下降到U1过流检测端VM允许电压以下时，才可以重新放电，无法达到快速恢复。
6.充电时则禁止放电功能
充电时，C+接充电电源正极，C-接充电电源负极。充电电压通过R1与R19的分压，使NPN三极管Q8的基极达到导通电压，而芯片U1由于充电的缘故，放电控制端DO会输出高电平，则Q8工作于放大区，电阻R23电压会被拉低与地相同，故Q10进入截止状态，放电回路无法放电，实现了充电时禁止放电的功能。
本实用新型电路实现了单节动力锂电池电芯各种保护功能，但这种工作方式不仅仅局限于单节电池电芯，多节电芯的保护原理也可以从此思路出发而设计实现。
综上所述也只是本实用新型较佳的实施方式，在不脱离本实用新型构思前提下，任何显而易见的替换和微小变化均属于本实用新型保护范围。

Claims (6)

1、一种锂电池电芯保护电路，包括充电保护单元和放电保护单元，充电保护单元包括高压充电保护电路、过流充电保护电路、过充保护电路和充电开关管，放电保护单元包括过流放电保护电路、短路保护电路和放电开关管；其特征在于：
所述过流充电保护电路、高压充电保护电路输入端均连接充电端子正极，输出端通过充电开关管连接电芯电路正端；
所述过充保护电路输入端分别连接电芯电路正端和正极充电端子，输出端连接高压充电保护电路，电芯电路负极与负极充电端子连接在一起；
所述放电开关管连接于电芯电路负极与负极放电端子之间；过流放电保护电路、短路保护电路输入端均与负极放电端子连接，输出端与放电开关管连接。
2、根据权利要求1所述的锂电池电芯保护电路，其特征在于：所述高压充电保护电路包括三极管Q6，充电电压由充电端子C+引入，经电阻R7、R24分压，当R24上的分压值达到三极管Q9基极的正向导通电压时，Q9导通，则三极管Q6截止，充电开关三极管Q1基极电压为高也截止，切断充电回路。
3、根据权利要求1所述的锂电池电芯保护电路，其特征在于：所述过流充电保护电路包括三极管Q3，Q3的发射极与充电端子C+相联并通过电阻R2和R6连接其基极、集电极通过电阻R12及三极管Q6接地，充电电压由充电端子C+引入，较大电流经过电阻R2产生压降，压降值达到三极管Q3基极的正向导通电压，Q3导通，则充电开关三极管Q1基极电压为高截止，切断充电回路。
4、根据权利要求1所述的锂电池电芯保护电路，其特征在于：所述过充保护电路包括三极管Q7，Q7集电极连接Q6基极，电芯正极B+通过分压电阻R9连接比较器U2A同相输入端，充电端子C+通过电阻连接U2A反相输入端，电芯正极B+充电达到定值即高于C+电压，则U2A输出端输出高电平使Q7导通，则Q6、Q1相继截止，关闭充电回路。
5、根据权利要求2或3或4所述的锂电池电芯保护电路，其特征在于：所述过流放电保护电路包括集成芯片U1，大的放电电流依次经过放电负极端子M-、场效应管Q10和与Q10并联的分压电阻R25，并通过R25向电容C8充电，电容C8两端电压达到芯片U1的过流检测端VM的检测电压后，U1放电控制端DO输出低电平，该低电平通过电阻R16和电阻R23使场效应管Q10截止，切断放电回路。
6、根据权利要求5所述的锂电池电芯保护电路，其特征在于：所述短路保护电路中短路电流经过负极放电端子M-、串联的分压电阻R27和电阻R26，当电阻R26上的分压值达到二极管D4的单向导通电压后，该电压即通过M-经电阻R27、二极管D4向电容C13充电，C13两端电压达到定值，则三极管Q8导通，拉低场效应管Q10的栅极电压，Q10截止，切断放电回路。
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