CN205407352U - 一种锂电池及其保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池及其保护电路，所述保护电路包括第一电池保护模块、第二电池保护模块、充电开关模块和放电开关模块；所述第一电池保护模块通过充电开关模块和放电开关模块对电芯提供过充保护和过放保护；所述第二电池保护模块在第一电池保护模块失效时，通过充电开关模块对电芯提供过充保护。即便第一电池保护模块失效，也有第二电池保护模块对锂电池进行保护，提高了锂电池的安全性，即，双层保护能够更有效的降低锂电池产生危险的可能性。

Description

一种锂电池及其保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池领域，特别涉及一种锂电池及其保护电路。

背景技术

近期很多LEV（如平衡车，扭扭车，电动滑板车）用锂电池频繁被报道发生爆炸，主要原因就是采用了结构设计不安全，配备功能不够有效的电路保护板的锂电池。现有技术的锂电池的缺陷具体体现如下：

1、现有的锂电池一般采用厚度很薄的PVC膜对电池外部进行包裹，当面对外部强力，环境变化，冲击，碰撞，振动等一系列外部因素时无法抵御这些因素所带来的损伤，容易引起锂电池遭到破坏，形变，甚至短路爆炸；

2、现有锂电池都是采用每两个紧挨着排列组装，并没有将每两个电池单独隔离，这样电池间的温度传导影响明显，且当电池受到损伤时非常容易引起短路，甚至发生爆炸；

3、现有锂电池采用的电路保护板皆是只有一层保护线路，即只有1路控制IC+1路MOS，当IC和MOS两者任一者失效的情况下，都有可能导致锂电池被过度充电或过度放电，而过度充电使电池容易发生起火，爆炸，过度放电容易使电池发生胀气；

4、现有锂电池采用电路保护板没有温度监测保护功能，一方面在放电时，当电池温度达到一定限度时无法让电池停止工作输出，另一方面在充电时无法停止对电池充电，从而引起电池过度充电发生损伤，起火，甚至爆炸。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种锂电池及其保护电路，即便第一电池保护模块失效，也有第二电池保护模块对锂电池进行保护，提高了锂电池的安全性。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种锂电池的保护电路，所述保护电路包括第一电池保护模块、第二电池保护模块、充电开关模块和放电开关模块；所述第一电池保护模块通过充电开关模块和放电开关模块对锂电池的电芯提供过充保护和过放保护；所述第二电池保护模块在第一电池保护模块失效时，通过充电开关模块对电芯提供过充保护。

所述的锂电池的保护电路中，所述第二电池保护模块启动过充保护的阈值电压比第一电池保护模块启动过充保护的阈值电压高。

所述的锂电池的保护电路中，所述充电开关模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极均连接电芯的充电端，所述第一MOS管的源极连接第二MOS管的源极、第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极；所述第一MOS管的栅极为充电开关模块的控制信号输入端、连接第一电池保护模块、第二电池保护模块、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极；所述第三MOS管的源极和第四MOS管的源极连接外部供电端。

所述的锂电池的保护电路中，所述放电开关模块包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；所述第五MOS管的源极和第六MOS管的源极均连接电芯的放电端，所述第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极、第七MOS管的源极和第八MOS管的源极；所述第五MOS管的栅极为放电开关模块的控制信号输入端、连接第一电池保护模块、第二电池保护模块、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极；所述第七MOS管的漏极和第八MOS管的漏极连接外部用电端。

所述的锂电池的保护电路中，所述保护电路还包括用于检测电芯温度的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端连接第一电池保护模块的温度信号输入端。

所述的锂电池的保护电路中，所述第一电池保护模块包括型号为SH367004的电池保护芯片。

所述的锂电池的保护电路中，所述第二电池保护模块包括型号为S8215的电池保护芯片。

一种锂电池，包括电池壳体、电芯和电池保护板，所述电池保护板上设置有如上所述的锂电池的保护电路，所述电池保护板与电芯电连接，所述电池保护板和电芯均设置在电池壳体内部。

所述的锂电池中，所述锂电池还包括用于支持和隔离电芯的支架，所述支架设置在电池壳体内，所述支架设置有若干凹槽，所述电芯设置在所述支架的凹槽内。

所述的锂电池中，所述电池壳体为PA765+型塑料壳体。

相较于现有技术，本实用新型提供的锂电池及其保护电路中，所述保护电路包括第一电池保护模块、第二电池保护模块、充电开关模块和放电开关模块；所述第一电池保护模块通过充电开关模块和放电开关模块对电芯提供过充保护和过放保护；所述第二电池保护模块在第一电池保护模块失效时，通过充电开关模块对电芯提供过充保护。即便第一电池保护模块失效，也有第二电池保护模块对锂电池进行保护，提高了锂电池的安全性，即，双层保护能够更有效的降低锂电池产生危险的可能性。

附图说明

图1为本实用新型提供的锂电池的立体图。

图2为本实用新型提供的锂电池中，支架的正视图。

图3为本实用新型提供的锂电池中，支架的俯视图。

图4为本实用新型提供的锂电池中，支架的左视图。

图5为本实用新型提供的锂电池的保护电路的结构框图。

图6为本实用新型提供的锂电池的保护电路的电路原理图。

具体实施方式

本实用新型提供一种锂电池及其保护电路，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，本实用新型提供一种锂电池，所述锂电池包括电池壳体10、卡箍20、输出导线30、接头40、电芯（即，锂电池的电芯）和电池保护板（图中未示出）。所述电池保护板（即，电路保护板）为PCB板，所述电池保护板上设置有锂电池的保护电路，所述电池保护板和电芯均设置在电池壳体10内部。所述电池保护板与电芯电连接，还与输出导线30电连接，即，电芯通过电池保护板与输出导线30连接。所述输出导线30的一部分伸出电池壳体10，所述接头40固定在所述输出导线30伸出电池壳体10一端的端部。所述输出导线30与电池壳体10结合处设置有卡箍20，避免锂电池在实际使用时被拉扯而遭到破坏。

请参阅图2、图3和图4，本实用新型提供的锂电池，还包括用于支持和隔离电芯的支架，所述支架设置在电池壳体10内，所述支架设置有若干凹槽110，所述电芯设置在所述支架的凹槽110内。所述凹槽110有多个，对应的，电芯也有多个，本实施例中，每个凹槽110内放置两个电芯，当然，在其他实施例中，每个凹槽110内也可放置一个或多个电芯。优选的，所述凹槽110为圆弧形凹槽，不仅有利于固定电芯，还有利于散热。

所述支架可将每两个电芯单独隔离，一方面避免了电芯间相互短路，并有效降低了电芯间的热传导影响，另一方面采用支架能够强力加强电池内部结构，更容易承受外部因素带来的冲击，有效降低了电池产生危险的可能性。

进一步的，所述电池壳体10为PA765+型塑料壳体，换而言之，所述电池壳体10采用了符合UL746C，防火等级至少达到V-1，RTI值至少80C的高性能塑胶料PA765+进行制作。被所述电池壳体10包裹的锂电池，能够更好的承受1.2米跌落，冲击，振动，高低温变化等外部因素所带来的损伤，不会发生起火，爆炸。同样的，所述支架也采用与电池壳体10相同的塑胶材料制作，增加了结构强度和防高温能力。

请参阅图5，所述电池保护板上设置的锂电池的保护电路，包括第一电池保护模块120、第二电池保护模块130、温度检测模块140、放电开关模块150和充电开关模块160；所述第一电池保护模块120通过充电开关模块160和放电开关模块150对锂电池的电芯170提供过充保护、过放保护、过流保护和短路保护；所述第二电池保护模块130在第一电池保护模块120失效时，通过充电开关模块160对电芯170提供过充保护。

换而言之，所述充电开关模块160设置在电芯170的充电回路上，用于根据自身的通断来控制充电回路的通断，进而起到充电保护的作用。

所述放电开关模块150设置在电芯170的放电回路上，用于根据自身的通断来控制放电回路的通断，进而起到放电保护的作用。

本实施例中，放电回路和充电回路共线设置。

所述温度检测模块140，用于检测电芯的温度，所述温度检测模块140的输出端连接第一电池保护模块120的温度信号输入端和第二电池保护模块130的温度信号输入端。所述温度检测模块140优选为温度感应器件，具体为热敏电阻，所述温度感应器件设置在电芯表面。本实施例中，有五组电芯，每组有两个电芯，每组电芯表面设置温度感应器件。

所述第一电池保护模块120，用于通过充电开关模块160和放电开关模块150，对电芯170提供过充保护、过放保护、过流保护和短路保护。

所述第二电池保护模块130，用于通过充电开关模块160对电芯170提供过充保护。

所述温度检测模块140的输出端连接第一电池保护模块120的温度信号输入端和第二电池保护模块130的温度信号输入端。所述第一电池保护模块120的充电控制端和所述第二电池保护模块130的充电控制端均连接充电开关模块160的控制信号输入端；所述第一电池保护模块120的放电控制端和所述第二电池保护模块130的放电控制端均连接放电开关模块150的控制信号输入端。

由此可知，即便第一电池保护模块失效，也有第二电池保护模块对锂电池进行保护，提高了锂电池的安全性，即，双层保护能够更有效的降低锂电池产生危险的可能性。

当然，所述第二电池保护模块130还可以通过充电开关模块160和放电开关模块150对电芯170提供过充保护、过放保护、过流保护和短路保护。即，所述第二电池保护模块130与第一电池保护模块120对电池的保护功能相同，即便其中一个保护模块失效，也不影响对电池的保护，提高了锂电池使用的安全。同理，如果需提供三重保护或四重保护，只需增加第二电池保护模块130的数量，并将各个电池保护模块设置成并联形式即可，本实用新型不作限定。

进一步的，所述第二电池保护模块130启动过充保护的阈值电压比第一电池保护模块120启动过充保护的阈值电压高。这样设置，使得两个保护模块均正常工作时，第一电池保护模块120优先启动过充保护，使得第一电池保护模块120的优先级高于第二电池保护模块130，避免两个模块冲突；同时，也使得在第一电池保护模块120失效后，第二电池模块130能继续对锂电池的电芯进行保护。优选的，所述第一电池保护模块120启动过充保护的阈值电压为4.25V。

同样的，所述第二电池保护模块130启动过放保护的阈值电压比第一电池保护模块120启动过放保护的阈值电压低。这样设置，使得两个保护模块均正常工作时，第一电池保护模块120优先启动过放保护，使得第一电池保护模块120的优先级高于第二电池保护模块130，避免两个模块冲突；同时，也使得在第一电池保护模块120失效后，第二电池模块130能继续对锂电池的电芯进行保护。优选的，所述第一电池保护模块120启动过放保护的阈值电压为2.5V。

进一步的，请参阅图6，所述第一电池保护模块120包括第一电池保护芯片U1，所述第一电池保护芯片U1的CHG端为第一电池保护模块120的充电控制端、连接充电开关模块160的控制信号输入端。所述第一电池保护芯片U1的DSG端为第一电池保护模块120的放电控制端、连接放电开关模块150的控制信号输入端，本实施例中，所述第一电池保护芯片U1的DSG端通过电阻R连接放电开关模块150的控制信号输入端。所述第一电池保护芯片U1的VDD端通过保险丝F或温度开关与电芯170的正极连接。所述第一电池保护芯片U1的T（TEMP）4端、T3端、T2端、T1端和T0端（图中未示出）连接对应的温度感应器件。所述第一电池保护芯片U1的GND端接地。本实施例中，所述第一电池保护芯片U1的型号为SH367004，当然也可以采用其他具有同等功能的芯片（如单片机）代替，本实用新型不作限定。

所述第二电池保护模块130包括第二电池保护芯片U2，本实施例中，为了节约成本，所述第二电池保护芯片U2的功能较第一电池保护芯片U1的功能少，其主要用来进行充电保护。当然，在其他实施例中，所述第二电池保护芯片U2完全可以与第一电池保护芯片U1相同，具有相同的功能，本实用新型不作限定。所述第二电池保护芯片U2的VDD端通过保险丝F或温度开关与电芯170的正极连接。所述第二电池保护芯片U2的GND端接地，所述第二电池保护芯片U2的CHG端为第二电池保护模块130的充电控制端、连接充电开关模块160的控制信号输入端。所述第二电池保护芯片U2的型号为S8215，当然也可以采用其他具有同等功能的芯片（如单片机）代替，本实用新型不作限定。

所述充电开关模块160包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4；所述第一MOS管Q1的漏极和第二MOS管Q2的漏极均连接电芯170的充电端；所述电芯170的充电端在本实施例中为电芯170的负极，当然，在其他实施例中也可以是正极。所述第一MOS管Q1的源极连接第二MOS管Q2的源极、第三MOS管Q3的漏极和第四MOS管Q4的漏极；所述第一MOS管Q1的栅极为充电开关模块160的控制信号输入端、连接第一电池保护模块的充电控制端、第二电池保护模块的充电控制端、第二MOS管Q2的栅极、第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极；所述第三MOS管Q3的源极和第四MOS管Q4的源极通过接头40连接外部供电端。所述第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4均为NMOS管。当然，所述第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3和第四MOS管Q4也可以用作用类似的三极管或者电子开关代替，本实用新型不作限定。

进一步的，所述充电开关模块160还包括第一二极管D1和第二二极管D2，所述第一二极管D1的正极连接第二二极管D2的正极、并通过电阻R连接第一电池保护芯片U1的CHG端和第二电池保护芯片U2的CHG端；所述第一二极管D1的负极连接第一MOS管Q1的栅极和第二MOS管Q2的栅极；所述第二二极管D2的负极连接第三MOS管Q3的栅极和第四MOS管Q4的栅极。二极管的设置有效的避免了充电电流和充电电压对第一电池保护芯片U1的影响。

所述放电开关模块150包括第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7和第八MOS管Q8。所述第五MOS管Q5的源极和第六MOS管Q6的源极均连接电芯170的放电端；所述电芯170的放电端在本实施例中为电芯170的负极，当然，在其他实施例中也可以是正极。因电芯可反复充放电，故，所述电芯170的充电端和放电端实际上为同一端口。所述第五MOS管Q5的漏极连接第六MOS管Q6的漏极、第七MOS管Q7的源极和第八MOS管Q8的源极；所述第五MOS管Q5的栅极为放电开关模块150的控制信号输入端、连接第一电池保护模块120的放电控制端、第二电池保护模块130的放电控制端、第六MOS管Q6的栅极、第七MOS管Q7的栅极和第八MOS管Q8的栅极；所述第七MOS管Q7的漏极和第八MOS管Q8的漏极连接外部用电端，所述外部用电端为与所述端子40连接的用电设备。所述第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7和第八MOS管Q8均为PMOS管。当然，所述第五MOS管Q5、第六MOS管Q6、第七MOS管Q7和第八MOS管Q8也可以用作用类似的三极管或者电子开关代替，本实用新型不作限定。

进一步的，所述放电开关模块150还包括第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端连接第二电阻R2的一端、第一电池保护芯片U1的DSG端，所述第一电阻R1的另一端连接第五MOS管Q5的栅极和第六MOS管Q6的栅极，所述第二电阻R2的另一端连接第七MOS管Q7的栅极和第八MOS管Q8的栅极。

如图6所示的电路原理图，并联后的第五MOS管Q5+第六MOS管Q6与并联后的第七MOS管Q7+第八MOS管Q8构成串联关系，以组成双路放电MOS管；并联后的第一MOS管Q1+第二MOS管Q2与并联后的第三MOS管Q3+第四MOS管Q4构成串联关系，以组成双路充电MOS管。本实施例中，所述锂电池为10S电池，具有两个第一电池保护芯片U1和两个第二电池保护芯片U2，每个第一电池保护芯片U1和第二电池保护芯片U2控制五个电芯（电池）；两个第一电池保护芯片U1构成第一路保护，同样的，两个第二电池保护芯片U2构成第二路保护。第一电池保护芯片U1和第二电池保护芯片U2通过时刻检测每节电池（电芯）电压的变化来判定电池是否达到过度放电（比如电压下降到2.5V）或过度充电状态（比如电压下降到4.25V），一旦当中任意一节电压达到阈值，第一电池保护芯片U1就会控制MOS的关断。正常情况下，第一电池保护芯片U1就能控制MOS的关断来保护电池。但是在实际使用中，我们依然需要考虑元件失效的情况，所以本实用新型在应用上具有如下5点好处：

1、在放电时，如果第五MOS管Q5或第六MOS管Q6任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第七MOS管Q7和第八MOS管Q8，继续起到防止电池被过度放电的作用。同理，如果第七MOS管Q7或第八MOS管Q8任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第五MOS管Q5和第六MOS管Q6以发挥作用。

2、当电池意外发生过大电流放电，或者输出短路时，如果第五MOS管Q5或第六MOS管Q6任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第七MOS管Q7和第八MOS管Q8，继续起到防止电池被过度放电的作用。同理，如果第七MOS管Q7或第八MOS管Q8任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第五MOS管Q5和第六MOS管Q6以发挥作用。

3、在充电时，如果第一MOS管Q1或第二MOS管Q2任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第三MOS管Q3和第四MOS管Q4，继续起到防止电池被过度充电的作用。同理，如果第三MOS管Q3或第四MOS管Q4任一者失效，比如击穿后短路，那么U1和U2都能继续控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2以发挥作用。

4、并且在充电时，如果起第一路保护的U1失效，那么起第二路保护的U2还能继续控制充电MOS。同理如果起第二路保护的U2失效，那么起第一路保护的U1还能继续控制充电MOS。

配备了双路保护的电路板，能够更加有效的防止电池发生过度充电，过度放电，外部短路，过大电流放电，显著降低了不平衡充电时电池发生危险的可能性。

5、所述温度感应器件、温度开关或保险丝，皆是贴附于电池表面，当有任意一个温度感应器件或温度开关或保险丝检测到电池温度达到限值，比如80摄氏度，那么电池保护模块就输出信号，控制MOS管断开，起到保护作用。

综上所述，本实用新型提供的锂电池及其保护电路，采用了高性能塑胶外壳对电池进行包裹，内部设计采用支架将每两个电池单独隔离，以尽可能抵御或消除外部因数对电池带来的影响。配备采用了双路控制IC（芯片）+双路MOS+5路温度检测保护的电路保护板。当某一路IC失效的情况下都有另一路IC作为后备发挥作用，同理当某一路MOS失效的情况下也有另一路MOS作为后备起到开关作用，同时配备了5路温度检测保护，当IC检测到任何一路温度达到保护条件时都能启动保护。有了双层保护能够更有效的降低电池产生危险的可能性。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中的元件。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂电池的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第一电池保护模块、第二电池保护模块、充电开关模块和放电开关模块；所述第一电池保护模块通过充电开关模块和放电开关模块对锂电池的电芯提供过充保护和过放保护；所述第二电池保护模块在第一电池保护模块失效时，通过充电开关模块对电芯提供过充保护。

2.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述第二电池保护模块启动过充保护的阈值电压比第一电池保护模块启动过充保护的阈值电压高。

3.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述充电开关模块包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管；所述第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极均连接电芯的充电端，所述第一MOS管的源极连接第二MOS管的源极、第三MOS管的漏极和第四MOS管的漏极；所述第一MOS管的栅极为充电开关模块的控制信号输入端、连接第一电池保护模块、第二电池保护模块、第二MOS管的栅极、第三MOS管的栅极和第四MOS管的栅极；所述第三MOS管的源极和第四MOS管的源极连接外部供电端。

4.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述放电开关模块包括第五MOS管、第六MOS管、第七MOS管和第八MOS管；所述第五MOS管的源极和第六MOS管的源极均连接电芯的放电端，所述第五MOS管的漏极连接第六MOS管的漏极、第七MOS管的源极和第八MOS管的源极；所述第五MOS管的栅极为放电开关模块的控制信号输入端、连接第一电池保护模块、第二电池保护模块、第六MOS管的栅极、第七MOS管的栅极和第八MOS管的栅极；所述第七MOS管的漏极和第八MOS管的漏极连接外部用电端。

5.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括用于检测电芯温度的温度检测模块，所述温度检测模块的输出端连接第一电池保护模块的温度信号输入端。

6.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述第一电池保护模块包括型号为SH367004的电池保护芯片。

7.根据权利要求1所述的锂电池的保护电路，其特征在于，所述第二电池保护模块包括型号为S8215的电池保护芯片。

8.一种锂电池，其特征在于，包括电池壳体、电芯和电池保护板，所述电池保护板上设置有如权利要求1-7任意一项所述的锂电池的保护电路，所述电池保护板与电芯电连接，所述电池保护板和电芯均设置在电池壳体内部。

9.根据权利要求8所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池还包括用于支持和隔离电芯的支架，所述支架设置在电池壳体内，所述支架上设置有若干凹槽，所述电芯设置在所述支架的凹槽内。

10.根据权利要求8所述的锂电池，其特征在于，所述电池壳体为PA765+型塑料壳体。