CN203278303U - 一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源，包括磷酸铁锂电池（101），进一步包括金属氧化物半导体MOS管保护模块（102），12V启跳输出模块（103），5V稳压线路（104），5V通用串行总线USB输出模块（105），微控制单元MCU控制线路（106），LCD显示模块（107），充电器（108）和充电控制模块（109）。本实用新型用于采用MOS管对磷酸铁锂应急电源进线异常接线保护，提高了异常接线保护的可靠性和降低保护电路成本。

Description

一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，特别地涉及一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源。 

背景技术

磷酸铁锂电池是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池，其具有诸多优点，(1)安全性的改善，磷酸铁锂晶体中的P-O键稳固，难以分解，即便在高温或过充时也不会像钴酸锂一样结构崩塌发热或是形成强氧化性物质，因此拥有良好的安全性。(2)寿命的改善，长寿命铅酸电池的循环寿命在300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂动力电池，循环寿命达到2000次以上，标准充电(5小时率)使用，可达到2000次。同质量的铅酸电池使用时间最多为l～1．5年时间，而磷酸铁锂电池在同样条件下使用寿命将达到7～8年。(3)大容量，具有比普通电池(铅酸等)更大的容量。(4)无记忆效应，可充电池在经常处于充满不放完的条件下工作，容量会迅速低于额定容量值，这种现象叫做记忆效应，像镍氢、镍镉电池存在记忆性，而磷酸铁锂电池无此现象，电池无论处于什么状态，可随充随用，无须先放完再充电。(5)重量轻同等规格容量的磷酸铁锂电池的体积是铅酸电池体积的2／3，重量是铅酸电池的1／3。(6)环保，此种电池不含任何重金属与稀有金属，无毒，无污染，符合欧洲Rolls规定，为绝对的绿色环保电池。铅酸电池中却存在着大量的铅，在其废弃后若处理不当，将对环境够成二次污染，而磷酸铁锂材料无论在生产及使用中，均无污染。 

在汽车电源技术领域，因汽车需要的高安全性和稳定性，需要提供一种安全稳定的备用电源作为汽车用应急电源。目前汽车、卡车在发动机启动时需要由汽车白带的蓄电池提供12V电压，当车的蓄电池无法使用时，汽车就无法启 动，此时就可以用应急电源代替汽车白带的蓄电池，发动汽车。应磷酸铁锂电池具有的优越特性，使得其成为汽车备用电源的较佳选。汽车启动有瞬间大电流，对于大电流的保护通常如下方案： 

(1)在电池的正端或者负端串联一个保险丝 

此方案结构简单易于实现，但是缺点明显：此产品用于大电流启跳通常需达到(200～1000A)，所以此保险丝功率很大，成本高，而且更换麻烦。 

(2)电磁开关保护 

此方案安全可靠，但是体积大，成本高。 

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，避免造成磷酸铁锂电池应急电源的保护电路的成本高，可靠性不高的问题。 

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源，用于采用MOS管对磷酸铁锂应急电源进线异常接线保护，提高了异常接线保护的可靠性和降低保护电路成本。 

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为： 

一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源，包括磷酸铁锂电池，进一步包括金属氧化物半导体MOS管保护模块，12V启跳输出模块，5V稳压线路，5V通用串行总线USB输出模块，微控制单元MCU控制线路，LCD显示模块，充电器和充电控制模块，所述磷酸铁锂电池的输出端连接MOS管保护模块的第一输入端和5V稳压线路的第一输入端，所述5V稳压线路的输出端连接5V通用串行总线USB输出模块的输入端，所述MOS管保护模块的输出端连接12V启跳输出模块的输入端，所述MCU控制线路的第一输入端和第二输入端分别连接磷酸铁锂电池的输出端和12V启跳输出模块的输出端，所述MCU控制线路 的第三输入端连接充电控制模块的第一输出端，所述MCU控制线路的第一输出端连接MOS管保护模块的第二输入端，所述MCU控制线路的第二输出端连接5V稳压线路的第二输入端，所述MCU控制线路的第三输出端连接充电控制模块的第一输入端，所述MCU控制线路的第四输出端连接LCD显示模块的输入端，所述充电器的输出端与所述充电控制模块的第二输入端连接，所述充电控制模块的第二输出端连接磷酸铁锂电池的输入端。 

优选地，所述MCU控制线路采用单片机芯片EM78P260，其引脚P52为第一输入端，引脚P52为第二输入端，引脚P64为第三输入端，引脚P57为第一输出端，引脚P54为第二输出端，引脚P62为第三输出端，引脚P70为第四输出端。 

优选地，所述MOS管保护模块进一步包括第一MOS管Q5，第二MOS管Q6，第三MOS管Q7，第一三极管Ql，第二三极管Q2，第十五电阻Rl5，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第二十电阻R20，稳压二极管ZDl，所述第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7并联连接，其漏极连接12v启跳输出模块的负夹子端，12v启跳输出模块(103)的正夹子端连接第十八电阻Rl8的一端和第一三极管Q4的集电极，第十八电阻R18的另一端与第十七电阻R17串联，所述第十七电阻R17和第十八电阻R18的串联端连接第一三极管Q4的基极，第一三极管Q4的集电极与第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的栅极相连，同时连接第二十电阻R20的一端和稳压二极管Dl的阴极，第十七电阻R17的另一端连接第二三极管Q2的集电极，第十五电阻R15和第十六电阻R16串联，所述第十五电阻R15的另一端连接单片机芯片EM78P260的P57引脚，所述第十五电阻R15和第十六电阻R16的串联端连接第二三极管Q2的基极，所述第十六电阻R16的另一端，第二三极管Q2的发射极，第二十电阻R20的另一端，稳压二极管ZDl的阳极，所述第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的源极接地。 

优选地，5V稳压线路进一步包括第二二极管D2，第四电容C4，集成稳压芯片LM2596，第三二极管D3，电感L和第五电容C5，所述第二二极管D2的阳极连接12V启跳输出模块的正输出端子，所述第二二极管D2的阴极连接第四电容C4的一端，所述第二二极管D2和第四电容C4的公共端连接LM2596的第一引脚输入端，所述LM2596的输出端连接第三二极管D3的阴极和电感L的一端，所述电感L的另一端，LM2596的反馈端以及第五电容的一端连接在一起作为5V稳压线路的输出端，所述第四电容的另一端，LM2596的接地引脚和使能引脚，第三二极管D3的阳极以及第五二极管C5的另一端接地。 

优选地，所述充电控制模块进一步包括第二电阻R2，第三电阻R3，第八电阻R8，第九电阻R9，第十二电阻R12，第三十电阻R30，第三十一电阻R3l，第一二极管Dl，第一三极管Ol，第三三极管Q3，第一电容Cl，所述第一三极管Ol的发射极和第二电阻R2的一端连接充电器的输出端，所述第一三极管Ol的基极与第二电阻R2的另一端以及第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端连接第三三极管Q3的集电极，所述第三三极管Q3的基极连接第十二电阻R12，第九电阻R9和第一电容Cl的一端，所述第九电阻R9的另一端与单片机芯片EM78P260的引脚P64连接，所述第一三极管Ol的集电极与第八电阻R8的一端，第三十电阻R30的一端以及第一二极管Dl的阳极连接，所述第三十电阻R30的另一端与第三十一电阻R3l的一端连接，所述第一二极管Dl的阴极连接磷酸铁锂电池的充电端，所述第三十电阻R30和第三十一电阻R3l的公共端连接单片机芯片EM78P260的引脚P62，所述第八电阻R8，第三十一电阻R3l，第三三极管Q3的集电极，第十二电阻R12的另一端，第一电容Cl的另一端接地。 

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果： 

(1)MOS管保护模块安全可靠，体积小，成本低。 

(2)MCU控制线路可精确检测磷酸铁锂电池的状态，进行相应的充电或 输出动作； 

(3)5V稳压线路，输出稳定，效率高。 

附图说明

图l为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源的原理框图； 

图2为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源中的MCU控制线路的电路结构图； 

图3为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源中的MOS管保护模块的电路结构图； 

图4为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源中的5V稳压线路的电路结构图； 

图5为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源中的充电控制模块的电路结构图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。 

相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。 

参考图l，所示为本实用新型实施例的带短路保护的磷酸铁锂应急电源的原理框图，其包括磷酸铁锂电池101金属氧化物半导体(Metal Oxide  Semiconductor，MOS)管保护模块102，12V启跳输出模块103，5V稳压线路104，5V通用串行总线(Universal Serial BUS，USB)输出模块105，微控制单元(Micro Control Unit，MCU)控制线路106，液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)显示模块107，充电器108和充电控制模块109，其中磷酸铁锂电池101的输出端连接MOS管保护模块102的第一输入端和5V稳压线路104的第一输入端，5V稳压线路104的输出端连接5V通用串行总线USB输出模块105的输入端，MOS管保护模块102的输出端连接12V启跳输出模块103的输入端，MCU控制线路106的第一输入端和第二输入端分别连接磷酸铁锂电池lOl的输出端和12V启跳输出模块103的输出端，MCU控制线路106的第三输入端连接充电控制模块109的第一输出端，MCU控制线路106的第一输出端连接MOS管保护模块102的第二输入端，MCU控制线路106的第二输出端连接5V稳压线路104的第二输入端，MCU控制线路106的第三输出端连接充电控制模块109的第一输入端，MCU控制线路106的第四输出端连接LCD显示模块107的输入端，充电器108的输出端与充电控制模块109的第二输入端连接，充电控制模块109的第二输出端连接磷酸铁锂电池101的输入端。 

通过以上连接关系，磷酸铁锂电池101，5V稳压线路104和5V通用串行总线USB输出模块组成一路5V USB接口的输出回路；磷酸铁锂电池101，MOS管保护模块102和12V启跳输出模块103组成12V输出回路；充电器108，充电控制模块109和磷酸铁锂电池101组成充电回路；各回路的工作方式通过MCU控制线路106进行控制调节，其状态通过LCD显示模块进行显示。磷酸铁锂电池101由多节磷酸铁锂电池单体串联组成，其提供12V电压输出。当电池电压低于12．7V时，通过MCU控制线路106的检测，LCD显示模块107进行需充电显示；当磷酸铁锂电池充电后至其电压高于14．5V时，通过MCU控制线路106的检测，LCD显示模块107进行充电已满显示。 

假设铁锂电池电压=AD2，外接电池电压=AD2-ADl， 

(1)当12V启跳输出模块103的输出外接电池输出短路时，即ADl=AD2，或者反接电池ADl>AD2此时LCD显示模块107进行错误报警，MCU控制线路106向MOS管保护模块102输出低电平，MOS管打开，MOS管保护模块102断开，12V启跳输出模块103的输出夹子无输出。 

(2)当12V启跳输出模块103的输出未夹上电瓶时，MCU控制线路106向MOS管保护模块102输出低电平，MOS管保护模块102断开，12V启跳输出模块103的输出夹子无输出。 

(3)当12V启跳输出模块103的输出夹上正确的电瓶(电瓶电压大于6V)，ADl<AD2-6，MCU控制线路106向MOS管保护模块102输出高电平，MOS管导通，MOS管保护模块102接通，12V启跳输出模块103的输出夹子输出，可以启动。 

在一具体应用实例中，参见图2，MCU控制线路106采用单片机芯片EM78P260，其引脚P52为第一输入端，引脚P54为第二输入端，引脚P64为第三输入端，引脚P57为第一输出端，引脚P54为第二输出端，引脚P62为第三输出端，引脚P70为第四输出端。 

参见图3，MOS管保护模块102进一步包括第一MOS管Q5，第二MOS管Q6，第三MOS管Q7，第一三极管Ql，第二三极管Q2，第十五电阻Rl5，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第二十电阻R20，稳压二极管ZDl，第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7并联连接，其漏极连接12V启跳输出模块103的负夹子端，12V启跳输出模块103的正夹子端连接第十八电阻R18的一端和第一三极管Q4的集电极，第十八电阻R18的另一端与第十七电阻R17串联，第十七电阻R17和第十八电阻R18的串联端连接第一三极管Q4的基极，第一三极管Q4的集电极与第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的栅极相连，同时连接第二十电阻R20的一端和稳压二极管Dl的阴极，第十七电阻R17的另一端连接第二三极管Q2的 集电极，第十五电阻Rl5和第十六电阻Rl6串联，第十五电阻Rl5的另一端连接单片机芯片EM78P260的P57引脚，第十五电阻R15和第十六电阻R16的串联端连接第二三极管Q2的基极，第十六电阻R16的另一端，第二三极管Q2的发射极，第二十电阻R20的另一端，稳压二极管ZDl的阳极，第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的源极接地。工作过程P57输出高电平Q2导通，Q4导通，MOS管Q5，Q6，Q7导通，有输出，反之P57输出低电平，无输出。 

参见图4，5v稳压线路104进一步包括第二二极管D2，第四电容C4，集成稳压芯片LM2596，第三二极管D3，电感L和第五电容C5，第二二极管D2的阳极连接12V启跳输出模块103的正输出端子，第二二极管D2的阴极连接第四电容C4的一端，第二二极管D2和第四电容C4的公共端连接LM2596的第一引脚输入端，LM2596的输出端连接第三二极管D3的阴极和电感L的一端，电感L的另一端，LM2596的反馈端以及第五电容的一端连接在一起作为5V稳压线路104的输出端，第四电容的另一端，LM2596的接地引脚和使能引脚，第三二极管D3的阳极以及第五二极管C5的另一端接地。通过以上提供的5V稳压线路，输出稳定，效率高。 

参见图5，充电控制模块l09进一步包括第二电阻R2，第三电阻R3，第八电阻R8，第九电阻R9，第十二电阻R12，第三十电阻R30，第三十一电阻R3l，第一二极管Dl，第一三极管Ol，第三三极管Q3，第一电容Cl，第一三极管Ol的发射极和第二电阻R2的一端连接充电器l08的输出端，第一三极管Ol的基极与第二电阻R2的另一端以及第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端连接第三三极管Q3的集电极，第三三极管Q3的基极连接第十二电阻R12，第九电阻R9和第一电容Cl的一端，第九电阻R9的另一端与单片机芯片EM78P260的引脚P64连接，第一三极管Ol的集电极与第八电阻R8的一端，第三十电阻R30的一端以及第一二极管Dl的阳极连接，第三十电阻R30的另 一端与第三十一电阻R31的一端连接，第一二极管D1的阴极连接磷酸铁锂电池101的充电端，第三十电阻R30和第三十一电阻R31的公共端连接单片机芯片EM78P260的引脚P62，第八电阻R8，第三十一电阻R31，第三三极管Q3的集电极，第十二电阻R12的另一端，第一电容Cl的另一端接地。通过P64输出PWM占空比来调节电流，此方法可调节电流，对电池起到很好的保护。通过以上电路设置，假设铁锂电池电压=AD2，外接电池电压=AD2-ADl， 

(1)当12V启跳输出模块103输出短路时ADl=AD2或者反接电池ADI>AD2，此时LCD显示模块107错误报警，此时MCU控制线路106的P57输出低电平，MOS管保护模块102的MOS管打开，MOS管保护模块102的保护线路断开，12V启跳输出模块103夹子无输出； 

(2)当12V启跳输出模块103未夹上电瓶时OUT-被R13上拉到9．6V，ADl=9．6V，此时MCU控制线路106的P57输出低电平，MOS管保护模块102的保护线路断开，12V启跳输出模块103夹子无输出， 

(3)当12V启跳输出模块103夹上正确的电瓶(电瓶电压大于6V)，即ADl<AD2-6，此时MCU控制线路106的P57输出高电平，MOS管保护模块102的MOS管导通，MOS管保护模块102的保护线路接通，12V启跳输出模块103夹子输出，可以启动。 

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

Claims (5)

1.一种带短路保护的磷酸铁锂应急电源，包括磷酸铁锂电池(101)，其特征在于，进一步包括金属氧化物半导体MOS管保护模块(102)，12V启跳输出模块(103)，5V稳压线路(104)，5V通用串行总线USB输出模块(105)，微控制单元MCU控制线路(106)，LCD显示模块(107)，充电器(108)和充电控制模块(109)，所述磷酸铁锂电池(101)的输出端连接MOS管保护模块(102)的第一输入端和5V稳压线路(104)的第一输入端，所述5V稳压线路(104)的输出端连接5V通用串行总线USB输出模块(105)的输入端，所述MOS管保护模块(102)的输出端连接12V启跳输出模块(103)的输入端，所述MCU控制线路(106)的第一输入端和第二输入端分别连接磷酸铁锂电池(101)的输出端和12V启跳输出模块(103)的输出端，所述MCU控制线路(106)的第三输入端连接充电控制模块(109)的第一输出端，所述MCU控制线路(106)的第一输出端连接MOS管保护模块(102)的第二输入端，所述MCU控制线路(106)的第二输出端连接5V稳压线路(104)的第二输入端，所述MCU控制线路(106)的第三输出端连接充电控制模块(109)的第一输入端，所述MCU控制线路(106)的第四输出端连接LCD显示模块(107)的输入端，所述充电器(108)的输出端与所述充电控制模块(109)的第二输入端连接，所述充电控制模块(109)的第二输出端连接磷酸铁锂电池(101)的输入端。 

2.根据权利要求l所述的带短路保护的磷酸铁锂应急电源，其特征在于，所述MCU控制线路(106)采用单片机芯片EM78P260，其引脚P52为第一输入端，引脚P52为第二输入端，引脚P64为第三输入端，引脚P57为第一输出端，引脚P54为第二输出端，引脚P62为第三输出端，引脚PT0为第四输出端。 

3.根据权利要求2所述的带短路保护的磷酸铁锂应急电源，其特征在于，所述MOS管保护模块(102)进一步包括第一MOS管Q5，第二MOS管Q6，第三MOS管Q7，第一三极管Ql，第二三极管Q2，第十五电阻R15，第十六 电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第二十电阻R20，稳压二极管ZDl，所述第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7并联连接，其漏极连接12V启跳输出模块(103)的负夹子端，12V启跳输出模块(103)的正夹子端连接第十八电阻Rl8的一端和第一三极管Q4的集电极，第十八电阻R18的另一端与第十七电阻R17串联，所述第十七电阻R17和第十八电阻R18的串联端连接第一三极管Q4的基极，第一三极管Q4的集电极与第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的栅极相连，同时连接第二十电阻R20的一端和稳压二极管Dl的阴极，第十七电阻R17的另一端连接第二三极管Q2的集电极，第十五电阻R15和第十六电阻R16串联，所述第十五电阻R15的另一端连接单片机芯片EM78P260的P57引脚，所述第十五电阻R15和第十六电阻R16的串联端连接第二三极管Q2的基极，所述第十六电阻R16的另一端，第二三极管Q2的发射极，第二十电阻R20的另一端，稳压二极管ZDl的阳极，所述第一MOS管Q5，第二MOS管Q6和第三MOS管Q7的源极接地。 

4.根据权利要求2或3所述的带短路保护的磷酸铁锂应急电源，其特征在于，5V稳压线路(104)进一步包括第二二极管D2，第四电容C4，集成稳压芯片LM2596，第三二极管D3，电感L和第五电容C5，所述第二二极管D2的阳极连接12V启跳输出模块(103)的正输出端子，所述第二二极管D2的阴极连接第四电容C4的一端，所述第二二极管D2和第四电容C4的公共端连接LM2596的第一引脚输入端，所述LM2596的输出端连接第三二极管D3的阴极和电感L的一端，所述电感L的另一端，LM2596的反馈端以及第五电容的一端连接在一起作为5V稳压线路(104)的输出端，所述第四电容的另一端，LM2596的接地引脚和使能引脚，第三二极管D3的阳极以及第五二极管C5的另一端接地。 

5.根据权利要求2或3所述的带短路保护的磷酸铁锂应急电源，其特征在于，所述充电控制模块(109)进一步包括第二电阻R2，第三电阻R3，第八电 阻R8，第九电阻R9，第十二电阻R12，第三十电阻R30，第三十一电阻R3l，第一二极管Dl，第一三极管Ol，第三三极管Q3，第一电容Cl，所述第一三极管Ol的发射极和第二电阻R2的一端连接充电器(108)的输出端，所述第一三极管Ol的基极与第二电阻R2的另一端以及第三电阻R3的一端连接，所述第三电阻R3的另一端连接第三三极管Q3的集电极，所述第三三极管Q3的基极连接第十二电阻R12，第九电阻R9和第一电容Cl的一端，所述第九电阻R9的另一端与单片机芯片EM78P260的引脚P64连接，所述第一三极管Ol的集电极与第八电阻R8的一端，第三十电阻R30的一端以及第一二极管Dl的阳极连接，所述第三十电阻R30的另一端与第三十一电阻R3l的一端连接，所述第一二极管Dl的阴极连接磷酸铁锂电池(101)的充电端，所述第三十电阻R30和第三十一电阻R3l的公共端连接单片机芯片EM78P260的引脚P62，所述第八电阻R8，第三十一电阻R3l，第三三极管Q3的集电极，第十二电阻R12的另一端，第一电容Cl的另一端接地。 

Images