CN209250289U - 锂电池功能保护电路板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种锂电池功能保护电路板，其包括电源输入模块、电源输出模块、连接于该电源输入模块和电源输出模块之间的锂电池组及MCU控制模块，MCU控制模块与电源输入模块之间设有输入开关模块，MCU控制模块与电源输出模块之间设有输出开关模块，且MCU控制模块与输入开关模块及输出开关模块之间设有保护电路模块，MCU控制模块配合保护电路模块控制该输入开关模块及输出开关模块的通断。保护电路模块对本实用新型的各种工作状态进行实时监测，一旦发现电路工作异常，将立即触发，并将信号传输至MCU控制模块，且由该MCU控制模块配合保护电路模块控制该输入开关模块及输出开关模块的通断，防止异常产生的危险对电池、电动工具造成损坏或对人员造成伤害。

Description

锂电池功能保护电路板

技术领域：

本实用新型涉及电子技术领域，特指一种锂电池功能保护电路板。

背景技术：

随着科学技术水平的不断提高，社会经济得到了快速发展，人们的生活水平也得到了大幅提高，电工工具开始由传统带线式升级为无线便携式。便携式电动工具较传统带线式区别在于：便携式电动工具使用锂电池进行供电，替代了传统电线式电动工具使用电源线从市电直接提供电的方式。

便携式电动工具离不开锂电池，而锂电池离不开锂电池充放电保护板，因为锂电池充放电保护板在锂电池充电和放电的过程中，提供过压、过流、过热、短路、欠压等一系列保护，由此可见，锂电池保护板对电池安全及设备安全是至关重要的。

锂电池充放电保护板是便携式设备的电源供给的核心，由于电池在充电过程中，可能会有过充的情况，甚至是电池包输出触点因金属仪器相碰短路，如没有保护机制，很可能会发生爆炸、起火的危险。同样，在电池放电过程中，可能会有电池过放、过流、短路等情况，如没有保护机制，会引起电池爆炸、起火或者对电池不可逆损坏的风险。

有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。

实用新型内容：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种锂电池功能保护电路板。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该锂电池功能保护电路板包括：电源输入模块、电源输出模块、连接于该电源输入模块和电源输出模块及锂电池组以及MCU控制模块，该电源输入模块和电源输出模块之间的锂电池组均与所述MCU控制模块连接；所述MCU控制模块与电源输入模块之间设置有输入开关模块，该MCU控制模块与电源输出模块之间设置有输出开关模块，且该MCU控制模块与输入开关模块及输出开关模块之间还设置有保护电路模块，该MCU控制模块配合保护电路模块控制该输入开关模块及输出开关模块的通断。

进一步而言，上述技术方案中，所述输入开关模块包括有金属场效应管Q1以及设置于该金属场效应管Q1外围的分压电阻R2和分压电阻R8，该分压电阻R2和分压电阻R8连接所述MCU控制模块，该金属场效应管Q1通过整流二极管D1和整流二极管D4连接所述锂电池组。

进一步而言，上述技术方案中，所述金属场效应管Q1的型号为NCE4435，该金属场效应管Q1的第四脚G极连接分压电阻R2和分压电阻R8，该金属场效应管Q1的第一、二、三脚S极均连接分压电阻R2，该金属场效应管Q1的第五、六、七、八脚D极均连接整流二极管D1和整流二极管D4。

进一步而言，上述技术方案中，所述输出开关模块包括MOS管Q2、MOS管Q4以及连接于该MOS管Q2与MOS管Q4之间的电阻R6和电阻R3，该电阻R6和电阻R3均连接电阻R10后连接所述MCU控制模块，该MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极相连接，并连接电阻R9后连接所述MCU控制模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述MCU控制模块包括有MCU控制芯片，该MCU控制芯片的型号为S8254ABCFT；该MCU控制芯片连接有状态指示灯模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述保护电路模块包括有设置于所述MCU控制模块与输入开关模块及输出开关模块之间的锂电池组过充过放保护模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述锂电池组过充过放保护模块包括有与MCU控制模块的MCU控制芯片连接的电池电压检测电阻R13、R15、R18，该电池电压检测电阻R13、R15、R18分别连接所述锂电池组中的三节锂电池；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于充电时的所述锂电池组中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压高于充满电压设定值时，MCU控制芯片控制输入开关模块关断，停止对锂电池组充电；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于放电时的所述锂电池组中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压低于停止放电设定值时，MCU控制芯片控制输出开关模块关断，停止对锂电池组放电。

进一步而言，上述技术方案中，所述保护电路模块还包括有设置于所述MCU控制模块与输入开关模块及输出开关模块之间的锂电池组放电过流保护模块，该锂电池组放电过流保护模块包括有设置于锂电池组与输出开关模块之间的电流检测电阻Rsns-1，该电流检测电阻Rsns-1连接所述MCU控制模块中的MCU控制芯片；在锂电池组放电过程中，电流流经电流检测电阻Rsns-1，形成电压差，MCU控制芯片检测电流检测电阻Rsns-1两端的电压，当电压超过0.1V时，MCU控制芯片控制输出开关模块关断，停止对锂电池组放电。

进一步而言，上述技术方案中，所述保护电路模块还包括有输出短路保护模块，该输出短路保护模块包括有用于将在输出开关模块短路后产生的电压反馈至所述MCU控制模块中的反馈电阻R9，该反馈电阻R9连接MCU控制模块中的MCU控制芯片及输出开关模块中MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极。

进一步而言，上述技术方案中，所述保护电路模块还包括有充电防放电模块，该充电防放电模块包括有二极管D7，该二极管D7连接于该电源输入模块与输出开关模块之间，并将电源输入模块电压传递到输出开关模块中MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极上，以致使在锂电池组充电时，该MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极均被强行拉高而使该MOS管Q2和MOS管Q4均处于关断状态，使锂电池组无法放电。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：本实用新型增设输入开关模块、输出开关模块及保护电路模块，该保护电路模块对本实用新型的各种工作状态进行实时监测，一旦发现电路工作异常，将立即触发，并将信号传输至MCU控制模块，且由该MCU控制模块配合保护电路模块控制该输入开关模块及输出开关模块的通断，防止异常产生的危险对电池、电动工具造成损坏或对人员造成伤害，使用起来十分安全，令本实用新型具有极强的市场竞争力。

附图说明：

图1是本实用新型的方框图；

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式：

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1、2所示，为一种锂电池功能保护电路板，其包括：电源输入模块1、电源输出模块2、连接于该电源输入模块1和电源输出模块2之间的锂电池组3以及MCU控制模块4，该电源输入模块1和电源输出模块2及锂电池组3均与所述MCU控制模块4连接，所述MCU控制模块4与电源输入模块1之间设置有输入开关模块5，该MCU控制模块4与电源输出模块2之间设置有输出开关模块6，且该MCU控制模块4与输入开关模块5及输出开关模块6之间还设置有保护电路模块7，该MCU控制模块4配合保护电路模块7控制该输入开关模块5及输出开关模块6的通断。本实用新型增设输入开关模块5、输出开关模块6及保护电路模块7，该保护电路模块对本实用新型的各种工作状态进行实时监测，一旦发现电路工作异常，将立即触发，并将信号传输至MCU控制模块4，且由该MCU控制模块4配合保护电路模块7控制该输入开关模块5及输出开关模块6的通断，防止异常产生的危险对电池、电动工具造成损坏或对人员造成伤害，使用起来十分安全，令本实用新型具有极强的市场竞争力。

所述MCU控制模块4包括有MCU控制芯片41，该MCU控制芯片41的型号为S8254ABCFT；该MCU控制芯片41连接有状态指示灯模块8。

所述输入开关模块5包括有金属场效应管Q1以及设置于该金属场效应管Q1外围的分压电阻R2和分压电阻R8，该分压电阻R2和分压电阻R8连接所述MCU控制模块4，该金属场效应管Q1通过整流二极管D1和整流二极管D4连接所述锂电池组3。所述金属场效应管Q1的型号为NCE4435，该金属场效应管Q1的第四脚G极连接分压电阻R2和分压电阻R8，该金属场效应管Q1的第一、二、三脚S极均连接分压电阻R2，该金属场效应管Q1的第五、六、七、八脚D极均连接整流二极管D1和整流二极管D4。工作时，当MCU控制模块4中的MCU控制芯片41的第一脚COP通过分压电阻R8与金属场效应管Q1的G极，该第一脚COP为低电平时，金属场效应管Q1的G极电压被拉低，金属场效应管Q1的S极与D极导通，电流经金属场效应管Q1、整流二极管D1和整流二极管D4流进Batteries+端，形成电池充电回路，对锂电池组进行充电；当第一脚COP为高电平时，金属场效应管Q1的G极电压等于S极电压，金属场效应管Q1的S极与D极断开，电流无法流进锂电池组对其进行充电。

当MCU控制芯片41的第一脚COP输出低电平时，金属场效应管Q1的G极电压为：Vgs＝R2/(R2+R8)×13.6V＝8.3V，大于金属场效应管Q1的导通阈值电压，金属场效应管Q1工作在饱和区域，此时金属场效应管Q1的导通阻抗极小，即金属场效应管Q1损耗极小。

所述输出开关模块6包括MOS管Q2、MOS管Q4以及连接于该MOS管Q2与MOS管Q4之间的电阻R6和电阻R3，该电阻R6和电阻R3均连接电阻R10后连接所述MCU控制模块4，该MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极相连接，并连接电阻R9后连接所述MCU控制模块4。MOS管Q2和MOS管均为P型MOSFET,当G极电压低于S极电压3V时，S极与D极导通，该MOS管Q2和MOS管导通。电阻R3、R6、R10构成驱动电路，分别驱动MOS管Q2和MOS管。电阻R9将电源输出模块的电压反馈至MCU控制模块4中的MCU控制芯片41。工作时，MCU控制芯片41的第一脚COP输出驱动信号，经电阻R3、R6、R10传递到MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极。当DOP为低电平时，MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极电压被拉低，S极与D极导通，锂电池组的电流由Batteries+经MOS管Q2和MOS管Q4流向DC Output+，形成放电回路；当DOP为高电平时，MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极电压被拉高，S极与D极断开，无法形成放电回路。

所述保护电路模块7包括有设置于所述MCU控制模块4与输入开关模块5及输出开关模块6之间的锂电池组过充过放保护模块71。

所述锂电池组过充过放保护模块71包括有与MCU控制模块4的MCU控制芯片41连接的电池电压检测电阻R13、R15、R18，该电池电压检测电阻R13、R15、R18分别连接所述锂电池组3中的三节锂电池；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于充电时的所述锂电池组3中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压高于充满电压设定值(4.175V)时，MCU控制芯片41控制输入开关模块5关断，停止对锂电池组3充电，达到对锂电池组过充保护的功能；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于放电时的所述锂电池组3中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压低于停止放电设定值(2.75V)时，MCU控制芯片41控制输出开关模块6关断，停止对锂电池组3放电，达到对锂电池组过放保护的功能。

所述保护电路模块7还包括有设置于所述MCU控制模块4与输入开关模块5及输出开关模块6之间的锂电池组放电过流保护模块72，该锂电池组放电过流保护模块72包括有设置于锂电池组3与输出开关模块6之间的电流检测电阻Rsns-1，该电流检测电阻Rsns-1连接所述MCU控制模块4中的MCU控制芯片41；在锂电池组3放电过程中，电流流经电流检测电阻Rsns-1，形成电压差，MCU控制芯片41检测电流检测电阻Rsns-1两端的电压，当电压超过0.1V时，MCU控制芯片41控制输出开关模块6关断，停止对锂电池组3放电。通过计算：IRsns-1＝VRsns-1÷Rsns-1＝0.1V÷0.004Ω＝25A，即过放电电流阈值为25A。过流保护发生后，MCU控制芯片41的第一脚DOP输出高电平，MOS管Q2和MOS管Q4的S极与D极断开，停止对锂电池组放电，达到电池组放电过流保护功能。

所述保护电路模块7还包括有输出短路保护模块73，该输出短路保护模块73包括有用于将在输出开关模块6短路后产生的电压反馈至所述MCU控制模块4中的反馈电阻R9，该反馈电阻R9连接MCU控制模块4中的MCU控制芯片41及输出开关模块6中MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极。如电源输出模块的DC Output+与DC Output-发生短路，那么DC Output+会被拉低至0V，电阻R9将Output+的电压反馈至MCU控制芯片41，MCU控制芯片41判定输出短路，立即将MCU控制芯片41的第一脚DOP输出高电平，MOS管Q2和MOS管Q4的S极与D极断开，停止对锂电池组放电，达到输出短路保护功能。

所述保护电路模块7还包括有充电防放电模块74，该充电防放电模块74包括有二极管D7，该二极管D7连接于该电源输入模块1与输出开关模块6之间，并将电源输入模块1电压传递到输出开关模块6中MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极上，以致使在锂电池组3充电时，该MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极均被强行拉高而使该MOS管Q2和MOS管Q4均处于关断状态，使锂电池组3无法放电。该二极管D7的阴极连接输出开关模块6中MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极。此功能目的是为了防范非专业人员对正在充电的电动工具进行操作，防止误触发电工工具的启动开关，造成人员伤害或者财产损失，即儿童保护模式。

综上所述，本实用新型增设输入开关模块5、输出开关模块6及保护电路模块7，该保护电路模块对本实用新型的各种工作状态进行实时监测，一旦发现电路工作异常，将立即触发，并将信号传输至MCU控制模块4，且由该MCU控制模块4配合保护电路模块7控制该输入开关模块5及输出开关模块6的通断，防止异常产生的危险对电池、电动工具造成损坏或对人员造成伤害，使用起来十分安全，令本实用新型具有极强的市场竞争力。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (10)

1.锂电池功能保护电路板，其包括：电源输入模块(1)、电源输出模块(2)、连接于该电源输入模块(1)和电源输出模块(2)之间的锂电池组(3)以及MCU控制模块(4)，该电源输入模块(1)和电源输出模块(2)及锂电池组(3)均与所述MCU控制模块(4)连接，其特征在于：

所述MCU控制模块(4)与电源输入模块(1)之间设置有输入开关模块(5)，该MCU控制模块(4)与电源输出模块(2)之间设置有输出开关模块(6)，且该MCU控制模块(4)与输入开关模块(5)及输出开关模块(6)之间还设置有保护电路模块(7)，该MCU控制模块(4)配合保护电路模块(7)控制该输入开关模块(5)及输出开关模块(6)的通断。

2.根据权利要求1所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述输入开关模块(5)包括有金属场效应管Q1以及设置于该金属场效应管Q1外围的分压电阻R2和分压电阻R8，该分压电阻R2和分压电阻R8连接所述MCU控制模块(4)，该金属场效应管Q1通过整流二极管D1和整流二极管D4连接所述锂电池组(3)。

3.根据权利要求2所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述金属场效应管Q1的型号为NCE4435，该金属场效应管Q1的第四脚G极连接分压电阻R2和分压电阻R8，该金属场效应管Q1的第一、二、三脚S极均连接分压电阻R2，该金属场效应管Q1的第五、六、七、八脚D极均连接整流二极管D1和整流二极管D4。

4.根据权利要求1所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述输出开关模块(6)包括MOS管Q2、MOS管Q4以及连接于该MOS管Q2与MOS管Q4之间的电阻R6和电阻R3，该电阻R6和电阻R3均连接电阻R10后连接所述MCU控制模块(4)，该MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极相连接，并连接电阻R9后连接所述MCU控制模块(4)。

5.根据权利要求1所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述MCU控制模块(4)包括有MCU控制芯片(41)，该MCU控制芯片(41)的型号为S8254ABCFT；该MCU控制芯片(41)连接有状态指示灯模块(8)。

6.根据权利要求1-5任意一项所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述保护电路模块(7)包括有设置于所述MCU控制模块(4)与输入开关模块(5)及输出开关模块(6)之间的锂电池组过充过放保护模块(71)。

7.根据权利要求1所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述锂电池组过充过放保护模块(71)包括有与MCU控制模块(4)的MCU控制芯片(41)连接的电池电压检测电阻R13、R15、R18，该电池电压检测电阻R13、R15、R18分别连接所述锂电池组(3)中的三节锂电池；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于充电时的所述锂电池组(3)中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压高于充满电压设定值时，MCU控制芯片(41)控制输入开关模块(5)关断，停止对锂电池组(3)充电；该电池电压检测电阻R13、R15、R18检测处于放电时的所述锂电池组(3)中的任意一节锂电池，当检测到任意一节锂电池电压低于停止放电设定值时，MCU控制芯片(41)控制输出开关模块(6)关断，停止对锂电池组(3)放电。

8.根据权利要求7所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述保护电路模块(7)还包括有设置于所述MCU控制模块(4)与输入开关模块(5)及输出开关模块(6)之间的锂电池组放电过流保护模块(72)，该锂电池组放电过流保护模块(72)包括有设置于锂电池组(3)与输出开关模块(6)之间的电流检测电阻Rsns-1，该电流检测电阻Rsns-1连接所述MCU控制模块(4)中的MCU控制芯片(41)；在锂电池组(3)放电过程中，电流流经电流检测电阻Rsns-1，形成电压差，MCU控制芯片(41)检测电流检测电阻Rsns-1两端的电压，当电压超过0.1V时，MCU控制芯片(41)控制输出开关模块(6)关断，停止对锂电池组(3)放电。

9.根据权利要求8所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述保护电路模块(7)还包括有输出短路保护模块(73)，该输出短路保护模块(73)包括有用于将在输出开关模块(6)短路后产生的电压反馈至所述MCU控制模块(4)中的反馈电阻R9，该反馈电阻R9连接MCU控制模块(4)中的MCU控制芯片(41)及输出开关模块(6)中MOS管Q2的D极和MOS管Q4的D极。

10.根据权利要求6所述的锂电池功能保护电路板，其特征在于：所述保护电路模块(7)还包括有充电防放电模块(74)，该充电防放电模块(74)包括有二极管D7，该二极管D7连接于该电源输入模块(1)与输出开关模块(6)之间，并将电源输入模块(1)电压传递到输出开关模块(6)中MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极上，以致使在锂电池组(3)充电时，该MOS管Q2的G极和MOS管Q4的G极均被强行拉高而使该MOS管Q2和MOS管Q4均处于关断状态，使锂电池组(3)无法放电。