CN204012676U - 一种电池检测和保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电池检测和保护电路，其解决了现有可充电电池不能得到有效保护而影响寿命的技术问题，其包括可充电电池、电压异常检测电路单元、电池过放保护电路单元和电池过冲及短路保护电路单元，电压异常检测电路单元用于检测可充电电池电压异常并输出检测信号，电池过放保护电路单元用于当可充电电池向负载放电过程中电压降低到预设的阈值时停止放电，电池过冲及短路保护电路单元用于检测可充电电池是否发生短路并输出短路信号及过冲保护；可充电电池设有正极和负极，可充电电池的负极接地。本实用新型广泛用于可充电电池。

Description

一种电池检测和保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种电池保护电路，尤其是涉及一种电池检测和保护电路。

背景技术

现在有很多场合使用各种电池作为备用电源，在正常的情况下电池不工作，在电网断电后电池开始对负载供电。目前使用的可充电电池电路都是非常简单，充电器的输出直接接到电池上，没有保护电路或者仅增加简单的限流保护，无法确保蓄电池的使用寿命。此外，充电器或电池本身也无法知道电池是否正常，包括电池连接线、电池电压。

在工业上使用的电池大多数是蓄电池，电池的寿命有限而且出现过冲和过放后电池的寿命会出现断崖式下降，造成了电池资源的浪费，而且各种蓄电池含有各种重金属，报废后会对环境造成污染。对于过放问题，电池在使用一段时间后电池电压会降低，但是当负载关闭后电压会升高，如果电池电压降低后不关断负载电池就会过放，危害电池的寿命。

发明内容

本实用新型就是为了解决现有可充电电池不能得到有效保护而影响寿命的技术问题，提供了一种能够有效保护可充电电池以延长其寿命的电池检测和保护电路。

本实用新型提供的电池检测和保护电路，包括可充电电池，还包括电压异常检测电路单元、电池过放保护电路单元和电池过冲及短路保护电路单元，电压异常检测电路单元、电池过放保护电路单元和电池过冲及短路保护电路单元分别与可充电电池连接，电压异常检测电路单元用于检测可充电电池电压异常并输出检测信号，电池过放保护电路单元用于当可充电电池向负载放电过程中电压降低到预设的阈值时停止放电，电池过冲及短路保护电路单元用于检测可充电电池是否发生短路并输出短路信号及过冲保护；可充电电池设有正极和负极，可充电电池的负极接地；

电池过放保护电路单元包括第一比较器、第五三极管、第六三极管和PMOS管，PMOS管的栅极通过第十八电阻与第六三极管的集电极连接，PMOS管的源极与可充电电池的正极连接，PMOS管的漏极连接有第三二极管，PMOS管的栅极和第十八电阻之间的节点通过第十九电阻与可充电电池的正极连接，第六三极管的发射极接地，第六三极管的基极通过第二十电阻与第一比较器的输出端连接；可充电电池的正极和负极之间通过串联的第二十六电阻和第二十七电阻连接，同时也通过串联的第二十五电阻、第二十四电阻、第二十三电阻和第二十二电阻连接；第二十六电阻和第二十七电阻之间的节点与第一比较器的正相输入端连接，第二十五电阻和第二十四电阻之间的节点通过第三稳压管接地，第二十四电阻和第二十三电阻之间的节点与第一比较器的反相输入端连接，第五三极管的集电极与第二十三电阻和第二十二电阻之间的节点连接，第五三极管的发射极接地，第五三极管的基极通过第二十一电阻与第一比较器的输出端连接。

优选地，电压异常检测电路单元包括第一三极管、第一发光二极管、第一稳压管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；第三电阻的一端与电池过放保护电路单元的PMOS管的漏极连接，另一端与第一稳压管的阳极连接；第一稳压管的阴极通过第四电阻与可充电电池的负极连接，第一稳压管的阴极和第四电阻之间的节点与第一三极管的基极连接，第一三极管的发射极接地，第一三极管的集电极通过第六电阻接电源；第五电阻的一端接电源，另一端与第一发光二极管的阳极连接，第一发光二极管的阴极与第一三极管的集电极连接，第一三极管的集电极为检测信号输出端。

优选地，电池过冲及短路保护电路单元包括PMOS管、第二三极管、第二稳压管、第二发光二极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻和PTC电阻，电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的漏极与可充电电池的正极连接，电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极与PTC电阻连接，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极与第十五电阻的一端连接，第十五电阻的另一端与第十四电阻的一端连接，第十四电阻的另一端与电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极和PTC电阻之间的节点连接，电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的栅极与第十五电阻和第十四电阻之间的节点连接；第十七电阻的一端与可充电电池的正极连接，另一端与第二稳压管的阳极连接，第二稳压管的阴极通过第十六电阻接地，第二三极管的基极与第二稳压管和第十六电阻之间的节点连接，第二发光二极管的阴极与可充电电池的正极连接，第二发光二极管的阳极与第十三电阻的一端连接，第十三电阻的另一端与电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极和PTC电阻之间的节点连接。

本实用新型的有益效果是，可有效地对电池进行电压异常检测、过放保护、过冲保护、断路保护和短路保护，减少电池的使用量，延长电池的寿命。

本实用新型进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图；

图2是本实用新型的电路原理图。

附图符号说明：

1.可充电电池；2.电压异常检测电路单元；3.电池过放保护电路单元；4.电池过冲及短路保护电路单元；5.控制电路；6.充电器；D1、D2、D3、D4分别为第一发光二极管、第二发光二极管、第三二极管、第四二极管；ZD1、ZD2、ZD3分别为第一稳压管、第二稳压管、第三稳压管；R3、R4、R5、R6、R13、R14、R15、R16、R17分别为第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第十八电阻、第十九电阻、第二十电阻、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十三电阻、第二十四电阻、第二十五电阻、第二十六电阻、第二十七电阻；PTC为PTC电阻；T100.PMOS管，T3.PMOS管；T1.第一三极管，T2.第二三极管，T5.第五三极管；T6.第六三极管；U1A为第一比较器。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型包括可充电电池1、电压异常检测电路单元2、电池过放保护电路单元3、电池过冲及短路保护电路单元4，电压异常检测电路单元2、电池过放保护电路单元3、电池过冲及短路保护电路单元4分别与可充电电池1连接，控制电路5与电压异常检测电路单元2连接，控制电路5与电池过冲及短路保护电路单元4连接，充电器6与控制电路5连接。

电压异常检测电路单元2用于检测电池电压异常并输出检测信号，控制电路5用于接收电压异常检测电路单元2发送的检测信号并控制充电器6的通断。电池过放保护电路单元3用于当电池向负载放电过程中电压降低到预设的阈值时，停止放电。电池过冲及短路保护电路单元4用于检测电池是否发生短路并输出短路信号及过冲保护。

如图2所示，电池过放保护电路单元3包括第一比较器U1A、第五三极管T5、第六三极管T6和PMOS管T100，PMOS管T100的栅极通过第十八电阻R18与第六三极管T6的集电极连接，PMOS管T100的源极与可充电电池1的正极BAT+连接，PMOS管T100的漏极与第三二极管D3的阳极连接，第三二极管D3的阴极为输出端DCOUT+。

PMOS管T100的栅极与第十八电阻R18之间的节点通过第十九电阻R19与可充电电池1的正极BAT+连接，第六三极管T6的发射极接地，第六三极管T6的基极通过第二十电阻R20与第一比较器U1A的输出端连接。

可充电电池1的正极BAT+和负极BAT-之间通过串联的第二十六电阻R26和第二十七电阻R27连接以分压，同时也通过串联的第二十五电阻R25、第二十四电阻R24、第二十三电阻R23和第二十二电阻R22连接以分压，可充电电池1的负极BAT-接地。第二十六电阻R26和第二十七电阻R27之间的节点与第一比较器U1A的正相输入端连接，第二十五电阻R25和第二十四电阻R24之间的节点通过第三稳压管ZD3接地(第三稳压管ZD3的阴极接地)，第二十四电阻R24和第二十三电阻R23之间的节点与第一比较器U1A的反相输入端连接。

第五三极管T5的集电极与第二十三电阻R23和第二十二电阻R22之间的节点连接，第五三极管T5的发射极接地，第五三极管T5的基极通过第二十一电阻R21与第一比较器U1A的输出端连接。

电池过放保护电路单元3的工作原理是，采用导通和关断时不同的电压门限，电池输出电压的门限比电压关断的门限低。当可充电电池1通过DCOUT+端向负载放电时，PMOS管T100是导通的，当放电一段时间后电池电压会降低，当电压降低到一定值时，在第三稳压管ZD3的作用下，第一比较器U1A的反相输入端的电压大于第一比较器U1A的正相输入端的电压，第一比较器U1A的输出端为低电平，导致第六三极管T6关断，PMOS管T100的栅极电压降低到使PMOS管T100关断，从而切断电池的放电，DCOUT+端没有输出，以达到保护的目的。

电压异常检测电路单元2包括第一三极管T1、第一发光二极管D1、第一稳压管ZD1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6。第三电阻R3的一端与PMOS管T100的漏极和第三二极管D3的阳极之间的节点连接，另一端与第一稳压管ZD1的阳极连接。第一稳压管ZD1的阴极与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与可充电电池1的负极BAT-连接。第一稳压管ZD1的阴极和第四电阻R4之间的节点与第一三极管T1的基极连接，第一三极管T1的发射极接地，第一三极管T1的集电极上拉第六电阻R6到电源VCC。第五电阻R5的一端与电源VCC连接，另一端与第一发光二极管D1的阳极连接，第一发光二极管D1的阴极与第一三极管T1的集电极连接，第一三极管T1的集电极为检测信号输出端BAT_OK。

电压异常检测电路单元2的工作原理是，通过第一稳压管ZD1、第三电阻R3和第四电阻R4的比例可以调节设定电池电压的判定值，PMOS管T100的漏极输出的电压高于设定值时第一三极管T1导通，检测信号输出端BAT_OK输出低电平信号给控制电路5，这时第一发光二极管D1亮，此状态代表电池电压正常。如果电池电压低，第一三极管T1不导通第一发光二极管D1灭，检测信号输出端BAT_OK输出的是VCC高电平，此状态代表电池电压不足。需要说明的是，也可以通过第三电阻R3和第四电阻R4(不需要第一稳压管ZD1和第一三极管T1)分压后引出信号接入单片机进行数模转换，计算出精确的电压值。

电池过冲及短路保护电路单元4包括PMOS管T3、第二三极管T2、第二稳压管ZD2、第二发光二极管D2、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17和PTC电阻。PMOS管T3的漏极与可充电电池1的正极BAT+连接，PMOS管T3的源极通过PTC电阻与充电器信号(充电器6通过控制电路5提供)连接。第二三极管T2的发射极接地，第二三极管T2的集电极与第十五电阻R15的一端连接，第十五电阻R15的另一端与第十四电阻R14的一端连接，第十四电阻R14的另一端与PMOS管T3的源极和PTC电阻之间的节点连接，PMOS管T3的栅极与第十五电阻R15和第十四电阻R14之间的节点连接。第十七电阻R17的一端与可充电电池1的正极BAT+连接，第十七电阻R17的另一端与第二稳压管ZD2的阳极连接，第二稳压管ZD2的阴极与第十六电阻R16的一端连接，第十六电阻R16的另一端接地，第二三极管T2的基极与第二稳压管ZD2和第十六电阻R16之间的节点连接。第二发光二极管D2的阴极与可充电电池1的正极BAT+连接，第二发光二极管D2的阳极与第十三电阻R13的一端连接，第十三电阻R13的另一端与PMOS管T3的源极和PTC电阻之间的节点连接。

第四二极管D4的阴极与输出端DCOUT+连接，阳极与充电器信号连接。

电池过冲及短路保护电路单元4的工作原理是，当充电端BAT_IN充电电流过大时PTC电阻发热导致其电阻值增大，电阻值增大后电流就会变小，形成负反馈稳定电流给控制电路5。当刚开始充电时，PMOS管T3后端的电源为低，电流从第二发光二极管D2流过，PMOS管T3后面电压逐渐提高，然后PMOS管T3打开；当电池出现短路后会关闭PMOS管T3，第二发光二极管D2亮，通过将PMOS管T3前后的电压来判断电池是否发生短路。如果充电线路上没有电流流过则可能线路断了也可能是电池充满电，在这个时候使用电压异常检测电路单元2的检测信号输出端BAT_OK的信号控制控制电路5断开，这时通过检测信号输出端BAT_OK的信号是否存在判断电池与充电线是否断路。

上述电路的PMOS管T100和PMOS管T3可以使用三极管代替。

以上所述仅对本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡是在本实用新型的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种电池检测和保护电路，包括可充电电池，其特征在于，还包括电压异常检测电路单元、电池过放保护电路单元和电池过冲及短路保护电路单元，所述电压异常检测电路单元、所述电池过放保护电路单元和所述电池过冲及短路保护电路单元分别与所述可充电电池连接，所述电压异常检测电路单元用于检测所述可充电电池电压异常并输出检测信号，所述电池过放保护电路单元用于当所述可充电电池向负载放电过程中电压降低到预设的阈值时停止放电，所述电池过冲及短路保护电路单元用于检测所述可充电电池是否发生短路并输出短路信号及过冲保护；所述可充电电池设有正极和负极，所述可充电电池的负极接地；

所述电池过放保护电路单元包括第一比较器、第五三极管、第六三极管和PMOS管，所述PMOS管的栅极通过第十八电阻与所述第六三极管的集电极连接，所述PMOS管的源极与所述可充电电池的正极连接，所述PMOS管的漏极连接有第三二极管，所述PMOS管的栅极和所述第十八电阻之间的节点通过第十九电阻与所述可充电电池的正极连接，所述第六三极管的发射极接地，所述第六三极管的基极通过第二十电阻与所述第一比较器的输出端连接；所述可充电电池的正极和负极之间通过串联的第二十六电阻和第二十七电阻连接，同时也通过串联的第二十五电阻、第二十四电阻、第二十三电阻和第二十二电阻连接；所述第二十六电阻和所述第二十七电阻之间的节点与所述第一比较器的正相输入端连接，所述第二十五电阻和所述第二十四电阻之间的节点通过第三稳压管接地，所述第二十四电阻和所述第二十三电阻之间的节点与所述第一比较器的反相输入端连接，所述第五三极管的集电极与所述第二十三电阻和所述第二十二电阻之间的节点连接，所述第五三极管的发射极接地，所述第五三极管的基极通过第二十一电阻与所述第一比较器的输出端连接。

2.根据权利要求1所述的电池检测和保护电路，其特征在于，所述电压异常检测电路单元包括第一三极管、第一发光二极管、第一稳压管、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；所述第三电阻的一端与所述电池过放保护电路单元的PMOS管的漏极连接，另一端与所述第一稳压管的阳极连接；所述第一稳压管的阴极通过所述第四电阻与所述可充电电池的负极连接，所述第一稳压管的阴极和所述第四电阻之间的节点与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极通过第六电阻接电源；所述第五电阻的一端接电源，另一端与所述第一发光二极管的阳极连接，所述第一发光二极管的阴极与所述第一三极管的集电极连接，所述第一三极管的集电极为检测信号输出端。

3.根据权利要求2所述的电池检测和保护电路，其特征在于，所述电池过冲及短路保护电路单元包括PMOS管、第二三极管、第二稳压管、第二发光二极管、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻和PTC电阻，所述电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的漏极与所述可充电电池的正极连接，所述电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极与所述PTC电阻连接，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极与所述第十五电阻的一端连接，所述第十五电阻的另一端与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极和所述PTC电阻之间的节点连接，所述电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的栅极与所述第十五电阻和所述第十四电阻之间的节点连接；所述第十七电阻的一端与所述可充电电池的正极连接，另一端与所述第二稳压管的阳极连接，所述第二稳压管的阴极通过所述第十六电阻接地，所述第二三极管的基极与所述第二稳压管和所述第十六电阻之间的节点连接，所述第二发光二极管的阴极与所述可充电电池的正极连接，所述第二发光二极管的阳极与所述第十三电阻的一端连接，所述第十三电阻的另一端与所述电池过冲及短路保护电路单元的PMOS管的源极和所述PTC电阻之间的节点连接。