CN203466559U - 一种锂电池充放电保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种锂电池充放电保护电路，其包括主控电路、热敏电阻，作为开关使用的场效应管、作为开关使用的三极管以及电路采样电阻。通过主控电路监控电芯组的充放电情况，控制场效应管和三极管的断开和连接，以实现锂电池充放电保护作用。本实用新型不仅具有能够单节电芯电压检测，还具有过充电压保护、过放电压保护、过电流保护、输出端短路保护、充电过温度保护，及充放电不同端设计，使产品使用过程中更加安全可靠。
Description
技术领域
本实用新型属于电池领域，特别涉及一种锂电池充放电保护电路。
背景技术
目前多节锂电池串联使用日益普遍，在不少应用场合，都会把电芯组及其保护板做成一体，电芯的电量管理就显得尤为重要。
其中3 ～6串数锂电池应用更是非常之多，由于单节锂电池电压较低，对于要求电压较高的领域，一般都需要将多节电芯串联应用。居于各方面原因，锂电池的充放电工作电压、工作电流及电芯温度都必须严格控制在准确的范围以内，才能保证锂电池的寿命及使用安全。高性能的锂电池保护方案越来越引起人们重视，主要突出过充、过放、温度保护等功能，成本的控制，生产工序的复杂度，等等方面来设计保护板。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供一种具有防锂电池过充、过放以及温度保护的锂电池充放电保护电路。
本实用新型采取的设计方案为：一种锂电池充放电保护电路，包括放电正极端口和放电负极端口，放电正极端口和放电负极端口分别连接相应的放电总线，多节电芯串联成电芯组接入放电正极总线和放电负极总线，各个电源的正极分别与主控电路中的电压采集信号接口连接，放电负极总线上串联一作为开关使用的场效应管QD1和电流采样电阻R12，场效应管QD1的源极与电流采样电阻R12连接，场效应管QD1的栅极与主控电路中的放电控制输出端连接，电流采样电阻R12与场效应管QD1的源极之间的节点与主控电流中的电流信号采样端口连接，外部充电电源的正极与充电电源的正极连接，充电电源的正极与作为控制开关的场效应管CQ1的源极连接，场效应管CQ1的漏极接入放电正极总线，外部充电电源的负极与充电电源的负极连接，充电电源的负极与一作为开关使用的场效应管Q1的源极连接，场效应管Q1的栅极与主控电路中的充电控制输出端口连接，电阻R6、电阻R7以及场效应管Q1的漏极串联，该电阻R6的另一端与充电电源的正极连接，场效应管CQ1的栅极并联接入串联的两个电阻R6和电阻R7之间的节点，主控电路1的充电控制输出端与温度检测模块连接;
所述的温度检测模块包括一热敏电阻NTC，热敏电阻NTC的一端与充电电源的负极连接，热敏电阻NTC另一端接入运算放大器U1A的同步输出端和运算放大器U1B的反相输入端之间连接的节点VT，运算放大器U1A和运算放大器U1B的输出端并联接入作为开关使用的三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极与充电电源的负极串联，三极管Q2的基电极与场效应管Q1的栅极并联并与主控电路1的控制输出端口连接，主控电源的电位输出控制端口接入放电负极总线和场效应管QD1的漏极之间的节点。
作为本发明的改进，所述的场效应管的源极和漏极两端各自接入一个二极管。
作为本发明的改进，在场效应管CQ1的源极和漏极连接的两个节点并联接入一电容C2，二极管D3和二极管D4的阳极并联接入场效应管CQ1的漏极，二极管D3和二极管D4的阴极并联接入放电正极总线，充电电源的正极与充电电源的负极之间接入一电容C1，充电电源的负极与场效应管Q1的源极之间的节点接入一电阻R9，电阻R9的另一端接入主控电路中的充电控制输出端与场效应管Q1的栅极之间的节点。
作为本发明的改进，所述的温度检测模块充电电源的负极与外部充电电源的负极之间的节点通过一个由电阻R3和电阻R2串联的串联电路，该串联电路的另一端接入充电电源的正极，电阻R3和电阻R2之间的节点与运算放大器U1A的反相输入端连接，充电电源的正极和电阻R5之间的节点连接一个由电阻R4和电阻R1组成的串联电路，该串联电路的另一点与充电电源的负极连接，电阻R4和电阻R5之间的节点与运算放大器U1B的同步输入端连接，充电电源的正极与一电阻R5和热敏电阻NTC的串联电路连接，热敏电阻NTC和电阻R5之间的节点接入运算放大器U1A的同步输入端和运算放大器U1B的反相输入端并联电路中，运算放大器U1A的输出端与二极管D2串联，运算放大器U1B的输出端与二极管D1串联，二极管D1和二极管D2的另一端并联并与电阻R10连接，电阻R10与三极管Q2的基极串联，三极管Q2的集电极与主控电路1中的充电控制输出端连接，电阻R10与三极管Q2的基极之间的节点接入电阻R11，该电阻R11的另一端接入充电电源的负极，电阻与充电电源的负极之间的节点接入电阻R8，电阻R8的另一点与充电电源的正极连接，电阻R8和充电电源负极之间的节点接入电容C5，电容的另一点接入充电电源的负极。
作为本发明的进一步改进，电容C3和电容C4串联，二极管D5和二极管D6以及由电容C3和电容C4串联的电路组成一并联电路，该并联电路的一端接入二极管与放电电源总线之间的节点，该并联电路的另一端接入放电电源总线的负极与场效应管QD1的漏极之间的节点。
现有技术相比，本实用新型不仅具有能够单节电芯电压检测，还具有过充电压保护、过放电压保护、过电流保护、输出端短路保护、充电过温度保护，及充放电不同端设计，使产品使用过程中更加安全可靠。
附图说明
图1 为本实用新型提供的锂电池充放电保护电路的结构图。
具体实施方式
为了让本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。
如图1所示。一种锂电池充放电保护电路，包括放电正极端口和放电负极端口，放电正极端口与对应的放电正极总线连接，放电负极端口与放电负极总线连接，四节电芯串联成一个电芯组，串联后的电芯组的正极接入放电正极总线，电芯组的负极接入放电负极总线，各个串联电芯的正极分别与主控电路1中的电压采集信号接口连接，以便主控电路1实时监控各个电芯的电压，放电负极总线上串联一作为开关使用的场效应管QD1和电流采样电阻R12,主控电路1中的放电控制输出端并联电阻R12和电阻R13，电阻R12与场效应管QD1的栅极连接，串联有电阻R14的主控电路1的过电流检测接口和电阻R13接入电阻R12和场效应管QD1的源极之间的节点，电阻R16和场效应管Q5的源极串联，主控电路1中的充电器负极电位输出端串联一电阻R16和一场效应管Q5，场效应管Q5的漏极接入场效应管QC1的漏极与放电负极总线之间的节点，场效应管Q5的栅极与主控电路1中检测第二节电压的接口连接，电流采样电阻R12与放电负极总线之间的节点与主控电流中的电流信号采样端口连接。
外部充电电源的正极与充电电源的正极连接，充电电源的正极与作为控制开关的场效应管CQ1的源极连接，场效应管CQ1的漏极接入二极管D3和二极管D4的并联电路中的阳极，二极管D3和二极管D4并联后的阴极接入放电正极总线，场效应管的源极和漏极的两端并联一个电容C2，电阻R6和电阻R7以及场效应管Q1的漏极串联，场效应管CQ1的栅极接入电阻R6和电阻R7之间的节点，电阻R6和电容C1并联接入充电电源的正极，电容C1的另一端和场效应管Q1的源极接入充电电源的负极，电阻R11的一端与场效应管Q1串联，电阻R11的另一端与二极管D7的阳极串联，二极管D7的阴极接入主控电路1中的充电控制输出端。电阻R9并联接入与场效应管Q1的栅极和源极连接的节点上。主控电路1中的充电控制输出端连接的电阻R11与温度检测模块连接。
温度检测模块包括一热敏电阻NTC，热敏电阻NTC和电阻R5串联，热敏电阻NTC的另一端与充电电源的负极，电阻R5的一端接入充电电源的正极，运算放大器U1A的同步输入端和运算放大器U1B反相输入端之间连接的节点VT与热敏电阻NTC和电阻R5之间的节点连接，运算放大器U1A的输出端与二极管D2的阳极连接，运算放大器U1B的输出端与二极管D1的阳极连接，二极管D1和二极管D2的阴极并联接入电阻R10和作为开关使用的三极管Q2的基极的串联电路中，三极管Q2的发射极与充电电源的负极串联，三极管Q2的基电极、场效应管Q1的栅极以及电阻R9并联接入主控电路1中的充电控制输出端。电阻R11的一端接入电阻R10和三极管Q2的基极之间的节点，电阻R11的另一端接入三极管Q2的发射极与充电电源的负极之间的节点，电阻R2和电阻R3串联接入充电电源的正极和充电电源的负极之间，电阻R1和电阻R4串联接入充电电源的正极和充电电源的负极之间，运算放大器U1A的反相输入端接入电阻R2和电阻R3之间的节点，运算放大器U1B的同步输入端接入电阻R1和电阻R4之间的节点。在电阻R11端接入三极管Q2的发射极与充电电源的负极之间的节点上还连接一个电阻R8和一个电容C5，电阻R8的另一端接入充电电源的正极，电容C5的另一端接入充电电源的负极。
为了保护场效应管，在上述的场效应管的源极和漏极中并联接入一个二极管。
外部电源给电芯充电过程中，当主控电路1检测到充电电芯的电压高于过充保护电压时主控电路1中的充电控制输出端由高电平转化为低电平，控制场效应管Q1和场效应管CQ1断开，从而使电芯停止充电，实现过充电压保护。
电芯向外放电过程中，当主控电路1检测到放电电芯的电压低于过放保护电压时 主控电路1中的放电控制输出端由高电平转化为低电平，控制场效应管QD1断开，从而使电芯停止放电，实现过放电压保护。
电芯向外放电过程中，电流采样电阻R12对电路的放电电流进行采样，主控电路1中的过流检测端对电流采样电阻R12的两端电压进行实时监测，当电流采样电阻R12的两端电压超过主控电路1中过电流检测端设置的电压时，则说明电路中的电流过大，主控电路1控制场效应管QD1断开，从而使电芯停止放电，实现过放电流保护。
外部电源给电芯充电过程中，当电芯温度升高，热敏电阻NTC检测电芯温度，热敏电阻NTC阻值增大，VT点电压降低，当低于运算放大器U1B正极电压时，运算放大器U1B工作，三极管Q2打开，场效应管Q1关断，停止充电，实现充电高温度保护。
外部电源给电芯充电过程中，当电芯温度降低，热敏电阻NTC检测电芯温度，热敏电阻NTC阻值减小，VT点电压升高，当高于运算放大器U1A负极电压时，运算放大器U1A工作，三极管Q2打开，场效应管Q1关断，停止充电，实现充电低温度保护。
本实施例选用的电芯组为四节电芯串联，本实用新型还可以适用四节以外的多节电芯串联，如三节电芯串联、五节电芯串联、七节电芯串联等方式。
以上为本实用新型较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种锂电池充放电保护电路，包括放电正极端口和放电负极端口，放电正极端口和放电负极端口分别连接相应的放电总线，多节电芯串联成电芯组接入放电正极总线和放电负极总线，各个电源的正极分别与主控电路（1）中的电压采集信号接口连接，其特征在于，放电负极总线上串联一作为开关使用的场效应管QD1和电流采样电阻R12，场效应管QD1的源极与电流采样电阻R12连接，场效应管QD1的栅极与主控电路（1）中的放电控制输出端连接，电流采样电阻R12与场效应管QD1的源极之间的节点与主控电流中的电流信号采样端口连接，外部充电电源的正极与充电电源的正极连接，充电电源的正极与作为控制开关的场效应管CQ1的源极连接，场效应管CQ1的漏极接入放电正极总线，外部充电电源的负极与充电电源的负极连接，充电电源的负极与一作为开关使用的场效应管Q1的源极连接，场效应管Q1的栅极与主控电路（1）中的充电控制输出端口连接，电阻R6、电阻R7以及场效应管Q1的漏极串联，该电阻R6的另一端与充电电源的正极连接，场效应管CQ1的栅极并联接入串联的两个电阻R6和电阻R7之间的节点，主控电路（1）的充电控制输出端与温度检测模块连接;
所述的温度检测模块包括一热敏电阻NTC，热敏电阻NTC的一端与充电电源的负极连接，热敏电阻NTC另一端接入运算放大器U1A的同步输出端和运算放大器U1B的反相输入端之间连接的节点VT，运算放大器U1A和运算放大器U1B的输出端并联接入作为开关使用的三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极与充电电源的负极串联，三极管Q2的基电极与场效应管Q1的栅极并联并与主控电路（1）的控制输出端口连接，主控电源的电位输出控制端口接入放电负极总线和场效应管QD1的漏极之间的节点。
2.根据权利要求1所述的锂电池充放电保护电路，其特征在于，所述的场效应管的源极和漏极两端各自接入一个二极管。
3.根据权利要求1所述的锂电池充放电保护电路，其特征在于，在场效应管CQ1的源极和漏极连接的两个节点并联接入一电容C2，二极管D3和二极管D4的阳极并联接入场效应管CQ1的漏极，二极管D3和二极管D4的阴极并联接入放电正极总线，充电电源的正极与充电电源的负极之间接入一电容C1，充电电源的负极与场效应管Q1的源极之间的节点接入一电阻R9，电阻R9的另一端接入主控电路（1）中的充电控制输出端与场效应管Q1的栅极之间的节点。
4.根据权利要求1所述的锂电池充放电保护电路，其特征在于，所述的温度检测模块充电电源的负极与外部充电电源的负极之间的节点通过一个由电阻R3和电阻R2串联的串联电路，该串联电路的另一端接入充电电源的正极，电阻R3和电阻R2之间的节点与运算放大器U1A的反相输入端连接，充电电源的正极和电阻R5之间的节点连接一个由电阻R4和电阻R1组成的串联电路，该串联电路的另一点与充电电源的负极连接，电阻R4和电阻R5之间的节点与运算放大器U1B的同步输入端连接，充电电源的正极与一电阻R5和热敏电阻NTC的串联电路连接，热敏电阻NTC和电阻R5之间的节点接入运算放大器U1A的同步输入端和运算放大器U1B的反相输入端并联电路中，运算放大器U1A的输出端与二极管D2串联，运算放大器U1B的输出端与二极管D1串联，二极管D1和二极管D2的另一端并联并与电阻R10连接，电阻R10与三极管Q2的基极串联，三极管Q2的集电极与主控电路（1）中的充电控制输出端连接，电阻R10与三极管Q2的基极之间的节点接入电阻R11，该电阻R11的另一端接入充电电源的负极，电阻与充电电源的负极之间的节点接入电阻R8，电阻R8的另一点与充电电源的正极连接，电阻R8和充电电源负极之间的节点接入电容C5，电容的另一点接入充电电源的负极。
5.根据权利要求4所述的锂电池充放电保护电路，其特征在于，电容C3和电容C4串联，二极管D5和二极管D6以及由电容C3和电容C4串联的电路组成一并联电路，该并联电路的一端接入二极管与放电电源总线之间的节点，该并联电路的另一端接入放电电源总线的负极与场效应管QD1的漏极之间的节点。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
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| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140305 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |