CN203278206U - 电池组放电保护电路及装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电池组放电保护电路及装置,该电池组放电保护电路,通过电池组中每个检测模块都连接电池组中对应的电池,各个检测模块依次电连接,且通过检测模块控制整个电路开关通/断;电压的检测模块检测对应的电池的电压,在检测到电压小于检测模块的电压阈值时,检测模块控制整个电路断开。本实用新型的电池组放电保护电路及装置,通过检测模块检测电池组中各个电池的电压,在任一电池的电压小于电压阈值时,控制切断放电开关和各个保护开关,中断电池组的放电输出并使保护电路停止工作,防止了电池组中的电池的过放电,提高了电池组中电池的寿命,提高了电池组使用的安全性。

Description

电池组放电保护电路及装置
技术领域
本实用新型涉及电池放电保护技术领域,特别涉及一种电池组放电保护电路及装置。
背景技术
有许多的电子设备和电器使用重复充电使用的二次电池,俗称充电电池或蓄电池,该类电池很多,有铅酸电池,镍镉电池,镍氢电池,锂离子电池和锂聚合物电池等,它们的特性各不相同,但共同的特性是能够反复充放电使用数百次到一千次。锂可充电池有一个很重要的特性,就是当电池放电到一定的程度,一般是80%左右,就需要及时的充电;锂单电池放电还有一个要求,即当单体电压小于3.0V时,就应该切断放电线路,否则继续放电,会让电池内部发生不可逆转的改变,轻者对电池的寿命有影响,重者可能引起安全事故。锂电池的使用有单节和多节之分。单节的放电保护比较简单,直接测试电池的电压,当放电时单体电压小于3.0V时,切断与电池串联的电子开关就可以了。对于多节串联的电池组的使用,情况就比较复杂了。因为串联的几个电池的特性不可能完全一样,有些容量小些或其它原因,会提前放完电。如果此时检测整个电池组的电压,还没有达到放电电压的下限,继续放电,那个先放完电的电池就会发生过放电。
实用新型内容
本实用新型的主要目的为提供一种提高电池使用寿命和安全的电池组放电保护电路及装置。
本实用新型提出一种电池组放电保护电路,与电池组连接,所述电池组至少包括由其输出端开始依次连接的第一节电池和最后一节电池,包括触发模块、放电开关、多个保护开关和多个检测模块,所述检测模块与电池组的电池一一对应,所述检测模块与保护开关一一对应;所述触发模块设有电源端、输出端和触发锁定端,所述检测模块设有检测端、输入端和输出端,所述放电开关及电子开关包括输入端、输出端和触发端,其中:
所述保护开关的输入端与其对应的电池的正极连接,所述保护开关的输出端与其对应的检测模块的检测端连接;所述电池组的输出端经所述放电开关放电输出;
所述触发模块的输入端连接所述电池组的输出端;所述触发模块的输出端与所述放电开关及各个保护开关的触发端连接,用于控制所述放电开关及各个保护开关的导通/断开;
各个检测模块依次电连接,从与所述第一节电池对应的检测模块开始,前一个检测模块的输出端连接下一个检测模块的输入端;所述最后一节电池对应的检测模块的输出端与所述触发模块的触发锁定端连接,以根据对应的检测模块的输出端导通/断开,控制所述触发模块的输出锁定/断开;各个检测模块用于检测其检测端的电压大小,并在任一个检测端的电压小于电压阈值时,断开其检测模块的输出端。
优选地,所述检测模块包括电压测量子模块、光电耦合器和限流电阻,所述电压测量子模块设有第一输入端、第二输入端和输出端,其中:
所有光电耦合器的初级输入端并联,并与所述第一节电池对应的检测模块的检测端连接,各个光电耦合器的初级输出端通过限流电阻连接其对应的电压测量子模块的第二输入端,所有光电耦合器的次级串联连接;与所述第一节电池对应的检测模块的光电耦合器的次级输入端连接其初级输入端,所述最后一节电池对应的检测模块的光电耦合器的次级输出端连接所述触发锁定端;
所述电压测量子模块的第一输入端与其检测模块的检测端连接;各个电压测量子模块依次电连接,前一个电压测量子模块的输出端连接下一个电压测量子模块的第一输入端;所述最后一节电池对应的检测模块的测量子模块的输出端接地。
优选地,所述电压测量子模块包括第一电阻、第二电阻和三端并联稳压芯片,其中:
所述第一电阻的一端与所述第一输入端连接,另一端分别连接所述第二电阻的一端和所述三端并联稳压芯片的检测极;所述第二电阻的另一端连接所述电压测量子模块的输出端;所述三端并联稳压芯片的阳极经所述限流电阻连接所述光电耦合器的初级输出端,所述三端并联稳压芯片的阴极与所述第二电阻的另一端连接。
优选地,所述保护开关包括第一开关管、第一触发电阻和第一二极管;所述第一开关管的第一端连接所述保护开关的输入端,所述第一开关管的第二端连接所述保护开关的输出端,所述第一开关管的第三端依次经所述第一触发电阻和所述第一二极管的正极、负极与所述触发模块的输出端连接。
优选地,所述放电开关包括第二开关管、第二触发电阻和第二二极管;所述第二开关管的第一端连接所述放电开关的输入端,所述第二开关管的第二端连接所述放电开关的输出端,所述第二开关管的第三端依次经所述第二触发电阻和所述第二二极管的正极、负极与所述触发模块的输出端连接。
优选地,所述第一开关管为PMOS管;所述第一开关管的第一端为源极,所述第一开关管的第二端为漏极,所述第一开关管的第三端为栅极;所述第二开关管的为PMOS管;所述第二开关管的第一端为源极,所述第二开关管的第二端为漏极,所述第二开关管的第三端为栅极。
优选地,所述触发模块包括第一轻触不锁定开关、第二轻触不锁定开关、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第三开关管;所述第三开关管的第一端经所述第三电阻连接所述触发模块的输出端,所述第三开关管的第二端接地,所述第三开关管的第三端经所述第四电阻接地和经所述第五电阻连接所述触发锁定端;所述第一轻触不锁定开关的一端经所述第六电阻连接所述触发模块的输入端,另一端连接所述第三开关管的第三端和经所述第二轻触不锁定开关接地。
优选地,所述第三开关管为NMOS管;所述第三开关管的第一端为漏极,所述第三开关管的第二端为源极,所述第三开关管的第三端为栅极。
本实用新型还提出一种电池组放电保护装置,包括如上所述的电池组放电保护电路。
本实用新型的电池组放电保护电路及装置,通过检测模块检测电池组中各个电池的电压,在任一电池的电压小于电压阈值时,控制切断放电开关和各个保护开关,中断电池组的放电输出并使保护电路停止工作,防止了电池组中的电池的过放电,提高了电池组中电池的寿命,提高了电池组使用的安全性。
附图说明
图1是本实用新型电池组放电保护电路一实施例的组成示意图;
图2是本实用新型电池组放电保护电路另一实施例的电路图;
图3是本实用新型电池组放电保护电路另一实施例中电压测量子模块的电路图;
图4是图2中光电耦合器的示意图;
图5是图2中检测模块的示意图;
图6是图2中触发模块的示意图。
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例,参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
如图1所示,图1为本实用新型电池组放电保护电路一实施例的组成示意图。
该实施例提出的电池组放电保护电路,与电池组10连接,电池组10至少包括由其输出端依次连接的第一节电池101和最后一节电池102,包括触发模块20、放电开关30、多个保护开关40和多个检测模块50,检测模块50与电池组10的电池一一对应,检测模块50与保护开关40一一对应;触发模块20设有电源端、输出端和触发锁定端,检测模块50设有检测端、输入端和输出端,放电开关30及电子开关40包括输入端、输出端和触发端,其中:
保护开关40的输入端与其对应的电池的正极连接,保护开关40的输出端与其对应的检测模块50的检测端连接;电池组10的输出端经放电开关30放电输出;
触发模块20的输入端连接电池组10的输出端;触发模块20的输出端与放电开关30及各个保护开关40的触发端连接,用于控制放电开关30及各个保护开关40的导通/断开;
各个检测模块50依次电连接,从与第一节电池101对应的检测模块50开始,前一个检测模块50的输出端连接下一个检测模块50的输入端;最后一节电池102对应的检测模块50的输出端与触发模块20的触发锁定端连接,以根据对应的检测模块50的输出端导通/断开,控制触发模块20的输出锁定/断开;各个检测模块50用于检测其检测端的电压大小,并在任一个检测端的电压小于电压阈值时,断开其检测模块50的输出端。
具体的,本实施例电池组放电保护电路的工作原理如下:
电池组10的放电输出通过放电开关30控制,放电开关30的输出端连接的是外部用电设备、产品等,放电开关30导通则电池组10放电,放电开关30断开则电池组10停止放电。每一个检测模块50都检测其对应的电池的电压,检测模块50的检测端通过与其对应的保护开关40连接其对应的电池的正极;保护开关40导通,检测模块50的检测端接收对应电池的电压输入,检测模块50检测其检测端的电压。放电开关30和各个保护开关40都是由触发模块20的输出端控制导通的,触发模块20导通工作时,触发模块20的输出端控制放电开关30和各个保护开关40的触发端有信号,放电开关30和各个保护开关40都导通;触发模块20断路,触发模块20输出端无信号,则放电开关30和所有保护开关40断开。当所有检测端只要有一个检测端的检测电压小于电压阈值时(电压阈值为一设定值,具体根据元器件的参数确定),则电压小于电压阈值的检测端对应的检测模块50的输出端断开,使得所有检测模块50的输出端都处于断路,最靠近电池组10接地端的电池对应的检测模块50的输出端无电压,进而触发模块20的触发锁定端无信号,触发模块20断路,触发模块20的输出端无信号,放电开关30和各个保护开关40断开,整个电路断开停止工作,电池组10停止放电输出。当所有检测端的电压都大于电压阈值时,电路正常工作,电池组10放电输出。
本实用新型的电池组放电保护电路,通过检测模块50检测电池组中各个电池的电压,在任一电池的电压小于电压阈值时,控制切断放电开关和各个保护开关,中断电池组10的放电输出并使保护电路停止工作,防止了电池组10中的电池的过放电,提高了电池组10中电池的寿命,提高了电池组10使用的安全性。
进一步地,参照图2,本实施例中检测模块50为3个,保护开关40为3个。需要说明的是,本实施例仅仅是以检测模块50和保护开关40都为3个为例,进行细述;当然,检测模块50和保护开关40管还可以为2个、4个、5个或更多个。
检测模块50包括电压测量子模块(A1、A2和A3都为电压测量子模块)、光电耦合器(U1、U4和U5都为光电耦合器)和限流电阻(R6、R7和R8都为限流电阻);具体的,第一节电池E1对应的检测模块50包括电压测量子模块A1、光电耦合器U1和限流电阻R6,第二节电池E2对应的检测模块50包括电压测量子模块A2、光电耦合器U4和限流电阻R7,最后一节电池E3对应的检测模块50包括电压测量子模块A3、光电耦合器U5和限流电阻R8;由于各个检测模块50组成元件和元件的内部连接关系都相同,为了方便描述,本实施例在下面的说明内容中,电压测量子模块的标号统一使用A1,光电耦合器的标号统一使用U1,限流电阻的标号同一使用R6;参照图3,电压测量子模块A1设有第一输入端12、第二输入端13和输出端14。
再参照图4和图5,所有光电耦合器U1的初级输入端1并联,并与第一节电池E1对应的检测模块50的检测端5连接,各个光电耦合器U1的初级输出端2通过限流电阻R6连接其对应的电压测量子模块A1的第二输入端13,所有光电耦合器U1的次级串联连接;与第一节电池E1对应的检测模块50的光电耦合器U1的次级输入端3连接其初级输入端1,最后一节电池E3对应的检测模块50的光电耦合器U1的次级输出端4连接触发锁定端;
电压测量子模块A1的第一输入端12与其检测模块50的检测端5连接;各个电压测量子模块A1依次电连接,前一个电压测量子模块A1的输出端14连接下一个电压测量子模块A1的第一输入端12;最后一节电池E3对应的检测模块50的测量子模块的输出端14接地。
电压测量子模块A1包括第一电阻R12、第二电阻R13和三端并联稳压芯片U6,其中:
第一电阻R12的一端与第一输入端12连接,另一端分别连接第二电阻R13的一端和三端并联稳压芯片U6的检测极;第二电阻R13的另一端连接电压测量子模块A1的输出端14;三端并联稳压芯片U6的阳极经限流电阻R6连接光电耦合器U1的初级输出端2,三端并联稳压芯片U6的阴极与第二电阻R13的另一端连接。本实施例光电耦合器U1选用的是发光二极管与光敏三极管组成的光电耦合器U1,该耦合器发光二极管为初级,光敏三极管为次级。
具体的本实施例中检测模块50的工作原理如下:
继续结合参照图6,电压测量子模块A1的第一输入端12的电压大于或等于电压阈值时,三端并联稳压芯片U6的检测极的电压达到其导通电压,三端并联稳压芯片U6导通,从而使得光电耦合器U1的初级导通,光电耦合器U1初级导通使得光电耦合器U1的次级导通;当所有的电压测量子模块A1的第一输入端12的电压都大于或等于电压阈值时,所欲的光电耦合器U1都导通工作,光电耦合器U1次级串联的回路导通,即所有检测模块50的输出端有电压,触发模块20的触发锁定端有信号,触发模块20导通,触发模块20的输出端有信号,使得放电开关30和各个保护开关40保持导通的状态,电路正常工作。当有一个电压测量子模块A1的第一输入端12的电压小于电压阈值时,即有一个光电耦合器U1不导通,光电后和其次级串联的回路就断开,检测模块50的输出端7无电压,触发锁定端11无信号,触发模块20断开,因此放电开关30和所有保护开关40都断开,电路不工作,电池组10不放电输出。
具体的,保护开关40包括第一开关管(Q2、Q3和Q4都为第一开关管)、第一触发电阻(R1、R2和R3都为第一触发电阻)和第一二极管(D1、D2和D3都为第一二极管);电池E1对应的保护开关40包括第一开关管Q2、第一触发电阻R1和第一二极管D1,电池E2对应的保护开关40包括第一开关管Q2、第一触发电阻R2和第一二极管D2,电池E3对应的保护开关40包括第一开关管Q3、第一触发电阻R3和第一二极管D3;由于各个保护开关40内部的元件连接关系相同,为了方便描述,本实施例在下面的说明中将第一开关管的标号统一使用Q2,第一触发电阻标号的统一使用R1,第三触发电阻的标号统一使用D1。第一开关管Q2的第一端连接保护开关40的输入端,第一开关管Q2的第二端连接保护开关40的输出端,第一开关管Q2的第三端依次经第一触发电阻R1和第一二极管D1的正极、负极与触发模块20的输出端9连接。放电开关30包括第二开关管Q1、第二触发电阻R11和第二二极管D4;第二开关管Q1的第一端连接放电开关30的输入端,第二开关管Q1的第二端连接放电开关30的输出端,第二开关管Q1的第三端依次经第二触发电阻R11和第二二极管D4的正极、负极与触发模块20的输出端9连接。第一开关管Q2为PMOS管;第一开关管Q2的第一端为源极,第一开关管Q2的第二端为漏极,第一开关管Q2的第三端为栅极;第二开关管Q1的为PMOS管;第二开关管Q1的第一端为源极,第二开关管Q1的第二端为漏极,第二开关管Q1的第三端为栅极。本实施例中,各个电子开关中的第一开关管Q2、第一出发电阻和第一二极管D1的具体的参数可以不相同。本实施例中,仅以第一开关管Q2和第二开关管Q1都为PMOS管为一较佳方案;当然,第一开关管Q2和第二开关管Q1还可以为三极管或其它开关性能相同的开关管。
具体的,触发模块20包括第一轻触不锁定开关K1、第二轻触不锁定开关K2、第三电阻R4、第四电阻R5、第五电阻R9、第六电阻R10和第三开关管Q5;第三开关管Q5的第一端经第三电阻R4连接触发模块20的输出端9,第三开关管Q5的第二端接地,第三开关管Q5的第三端经第四电阻R5接地和经第五电阻R9连接触发锁定端11;第一轻触不锁定开关K1的一端经第六电阻R10连接触发模块20的输入端8,另一端连接第三开关管Q5的第三端和经第二轻触不锁定开关K2接地。第三开关管Q5为NMOS管;第三开关管Q5的第一端为漏极,第三开关管Q5的第二端为源极,第三开关管Q5的第三端为栅极。本实施例中,仅以第三开关管Q5为NMOS管作为较佳方案;当然,第三开关管Q5还可以为三极管或其它开关性能相同的开关管。
本实施例触发模块20具体的工作原理如下:
通过按下第一轻触不锁定开关K1(轻触不锁定开关只在按下时闭合,松开后就断开),电池组10的输出通过第六电阻R10加到第三开关管Q5的栅极,第三开关管Q5导通,从而使得第三开关管Q5的漏极相当于接地,即触发模块20的输出端为低电平,触发模块20输出端9连接着放电开关30和各个保护开关40的触发端,放电开关30和各个保护开关40在其本身的触发端连接低电平时导通,从而使得整个电路导通,各个检测模块50的输出端7都有电压信号;第三开关管Q5的栅极经第五电阻R9连接的是触发模块20的触发锁定端11,检测模块50的输出端7都有电压信号,则触发锁定端11有电压,触发锁定端11的电压经第五电阻R9加到第三开关管Q5的栅极,因此,第三开关管Q5保持导通,整个电路保持导通。触发模块20的第三开关管Q5导通后,可通过第二轻触不锁定开关K2手动关断:具体的,按一下第二轻触不锁定开关K2,使第三开关管Q5的栅极直接接地,第三开关管Q5断开,放电开关30和各个保护开关40都断开,检测模块50的输出端无电压,即触发锁定端为低电平,第三开关管Q5保持截止,整个电路断开停止工作;本实施例电池组放电保护电路在电池组10不工作放电输出时,都是断开的,不消耗电能,不会自放电。第三开关管Q5还可通过电路自动保护关断:当电池组10中有任何一个电池放电到电压小于电压阈值时,其对应的检测模块50的输出端7就会断开,使得所有检测模块50输出端7断路,各个检测模块50的输出端7都无电压信号,触发锁定端11就无电压,第三开关管Q5的栅极无电压,第三开关管Q5断开,整个电路断开停止工作。
本实用新型还提出一种电池组放电保护装置,包括电池组放电保护电路,该电池组放电保护电路可包括前示图1至图3所示实施例中所有技术方案,其具体结构可参照前述实施例,在此不做赘述。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池组放电保护电路,与电池组连接,所述电池组至少包括由其输出端开始依次连接的第一节电池和最后一节电池,其特征在于,包括触发模块、放电开关、多个保护开关和多个检测模块,所述检测模块与电池组的电池一一对应,所述检测模块与保护开关一一对应;所述触发模块设有电源端、输出端和触发锁定端,所述检测模块设有检测端、输入端和输出端,所述放电开关及电子开关包括输入端、输出端和触发端,其中:
所述保护开关的输入端与其对应的电池的正极连接,所述保护开关的输出端与其对应的检测模块的检测端连接;所述电池组的输出端经所述放电开关放电输出;
所述触发模块的输入端连接所述电池组的输出端;所述触发模块的输出端与所述放电开关及各个保护开关的触发端连接,用于控制所述放电开关及各个保护开关的导通/断开;
各个检测模块依次电连接,从与所述第一节电池对应的检测模块开始,前一个检测模块的输出端连接下一个检测模块的输入端;所述最后一节电池对应的检测模块的输出端与所述触发模块的触发锁定端连接,以根据对应的检测模块的输出端导通/断开,控制所述触发模块的输出锁定/断开;各个检测模块用于检测其检测端的电压大小,并在任一个检测端的电压小于电压阈值时,断开其检测模块的输出端。
2.根据权利要求1所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述检测模块包括电压测量子模块、光电耦合器和限流电阻,所述电压测量子模块设有第一输入端、第二输入端和输出端,其中:
所有光电耦合器的初级输入端并联,并与所述第一节电池对应的检测模块的检测端连接,各个光电耦合器的初级输出端通过限流电阻连接其对应的电压测量子模块的第二输入端,所有光电耦合器的次级串联连接;与所述第一节电池对应的检测模块的光电耦合器的次级输入端连接其初级输入端,所述最后一节电池对应的检测模块的光电耦合器的次级输出端连接所述触发锁定端;
所述电压测量子模块的第一输入端与其检测模块的检测端连接;各个电压测量子模块依次电连接,前一个电压测量子模块的输出端连接下一个电压测量子模块的第一输入端;所述最后一节电池对应的检测模块的测量子模块的输出端接地。
3.根据权利要求2所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述电压测量子模块包括第一电阻、第二电阻和三端并联稳压芯片,其中:
所述第一电阻的一端与所述第一输入端连接,另一端分别连接所述第二电阻的一端和所述三端并联稳压芯片的检测极;所述第二电阻的另一端连接所述电压测量子模块的输出端;所述三端并联稳压芯片的阳极经所述限流电阻连接所述光电耦合器的初级输出端,所述三端并联稳压芯片的阴极与所述第二电阻的另一端连接。
4.根据权利要求1所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述保护开关包括第一开关管、第一触发电阻和第一二极管;所述第一开关管的第一端连接所述保护开关的输入端,所述第一开关管的第二端连接所述保护开关的输出端,所述第一开关管的第三端依次经所述第一触发电阻和所述第一二极管的正极、负极与所述触发模块的输出端连接。
5.根据权利要求4所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述放电开关包括第二开关管、第二触发电阻和第二二极管;所述第二开关管的第一端连接所述放电开关的输入端,所述第二开关管的第二端连接所述放电开关的输出端,所述第二开关管的第三端依次经所述第二触发电阻和所述第二二极管的正极、负极与所述触发模块的输出端连接。
6.根据权利要求5所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述第一开关管为PMOS管;所述第一开关管的第一端为源极,所述第一开关管的第二端为漏极,所述第一开关管的第三端为栅极;所述第二开关管的为PMOS管;所述第二开关管的第一端为源极,所述第二开关管的第二端为漏极,所述第二开关管的第三端为栅极。
7.根据权利要求1所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述触发模块包括第一轻触不锁定开关、第二轻触不锁定开关、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻和第三开关管;所述第三开关管的第一端经所述第三电阻连接所述触发模块的输出端,所述第三开关管的第二端接地,所述第三开关管的第三端经所述第四电阻接地和经所述第五电阻连接所述触发锁定端;所述第一轻触不锁定开关的一端经所述第六电阻连接所述触发模块的输入端,另一端连接所述第三开关管的第三端和经所述第二轻触不锁定开关接地。
8.根据权利要求7所述的电池组放电保护电路,其特征在于,所述第三开关管为NMOS管;所述第三开关管的第一端为漏极,所述第三开关管的第二端为源极,所述第三开关管的第三端为栅极。
9.一种电池组放电保护装置,其特征在于,包括如权利要求1-8中任一项所述的电池组放电保护电路。
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