CN209786123U - 一种锂电池充放电一体化软硬件保护板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，包括锂电池电量侦测单元、锂电池、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，所述锂电池分别连接电池电量侦测单元、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，锂电池充电保护单元还连接充电器，本实用新型锂电池充放电一体化软硬件保护板成本低，保护功能齐全，待机功耗约等于0μA，实际测试4μA左右，大大加长电池包的寿命，电量指示灯按键延时显示。成本和行业中的纯硬件方案成本相当，但是功能更丰富。甚至比TI的硬件方案还便宜。

Description

一种锂电池充放电一体化软硬件保护板

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，具体是一种锂电池充放电一体化软硬件保护板。

背景技术

锂电池作为一种新兴的能源，已经逐步替代镍氢、镍铬、蓄电池大量被各国使用。由于锂电池对过冲和过放要求很高，所以一个完整锂电池保护板，需要兼备过冲，过放，充电过温，放电过温等完整的功能。目前行业锂电池保护板的方案形式多样化，有硬件方案，软硬件一起的方案。硬件方案成本低、功能固定化。比如TI，上海中颖，精工，比亚迪等等。但是都会出现某些功能无法达到客户要求；软硬件一起的方案是目前行业大量采用的保护方式。尤其目前欧洲19年新执行62841的标准，很多硬件方案已经不能满足。

所以怎样做出符合最新标准，而且价格便宜是目前电动工具行业对锂电池保护板的共同需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，包括锂电池电量侦测单元、锂电池、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，所述锂电池分别连接电池电量侦测单元、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，锂电池充电保护单元还连接充电器。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述锂电池电量侦测单元包括电池电压检测电路和温度侦测回路，温度侦测回路采用NTC热敏电阻。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述充电器内部还设有指示灯回路，指示灯回路包括开关管Q14，开关管Q14的发射极连接电阻R26和21V直流电压，开关管Q14的基极连接电阻R26和电阻R36，电阻R36的另一端连接开关SW1和电容C18，电容C18的另一端连接开关SW1的另一端和地，三极管Q14的集电极连接四个稳压管，稳压管的另一端通过电阻连接指示灯。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述锂电池放电保护单元包括开关管Q1和开关管Q2，开关管Q1的漏极连接开关管Q1A的漏极、电阻R48、电阻R52和负载端P-，开关管Q1的源极连接开关管Q1A的源极、电阻R53盒地，开关管Q1的栅极连接开关管Q18的集电极，开关管Q18的基极连接电阻R55、电阻R56和开关管Q19的集电极，三极管Q19的基极连接三极管Q20的集电极，三极管Q20的基极连接电阻R60和电阻R61，开关管Q1A的栅极连接三极管Q18的集电极和电阻R54，电阻R54的另一端连接电阻R49，电阻R49的另一端连接开关管Q17的栅极，开关管Q17的源极连接电阻R48，电阻R48的另一端连接负载端P-。

作为本实用新型的进一步技术方案：所述充电器内部的控制元件为8位单片机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型锂电池充放电一体化软硬件保护板成本低，保护功能齐全，待机功耗约等于0μA，实际测试4μA左右，大大加长电池包的寿命，电量指示灯按键延时显示。成本和行业中的纯硬件方案成本相当，但是功能更丰富。甚至比TI的硬件方案还便宜。

附图说明

图1为本实用新型的电气原理图。

图2为锂电池保护板-充电过程保护流程图；

图3为锂电池保护板-放电过程保护流程图；

图4为指示灯回路电路图。

图5为电池包单节电压和温度侦测回路电路图。

图6为单片机周边回路及充电回路电路图。

图7为电池包放电保护回路电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1：请参阅图1，一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，包括用于检测锂电池电量和温度信息的锂电池电量侦测单元、用于存储电能的锂电池、用于给锂电池提供充电电压的充电器、用于保护锂电池在充电状态下免受异常情况毁损的锂电池充电保护单元和用于保护锂电池在放电状态下免受异常情况毁损的锂电池放电保护单元，所述锂电池分别连接电池电量侦测单元、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，锂电池充电保护单元还连接充电器。

锂电池电量侦测单元包括电池电压检测电路和温度侦测回路，温度侦测回路采用NTC热敏电阻。如图5所示，本部分电路实现的是电池包单节过冲和过放和温度侦测保护，图中开关管Qb1～开关管Qb5作为切断待机功耗的MOS管，B1～B5是电池包每节电压的输入端，同理3～10节电池包串联的处理方式也是一样。电阻Rb1～电阻Rb5，电阻Rb1A～电阻Rb5A作为电池电压的分压，电容Cb1～电容Cb5电容作为旁路滤波作用。I/O口14作为开关管Qb1～开关管Qb5的驱动开关，单片机A/D口2，3，5，6，7作为单片机侦测单节电池包电压。实现充电过冲，放电过放保护。单片机A/D口8，电阻R47，电容C8，NT电容C，电阻R16作为温度侦测回路，实现充电过温，低温，放电过温低温保护。

锂电池放电保护单元包括开关管Q1和开关管Q2，开关管Q1的漏极连接开关管Q1A的漏极、电阻R48、电阻R52和负载端P-，开关管Q1的源极连接开关管Q1A的源极、电阻R53盒地，开关管Q1的栅极连接开关管Q18的集电极，开关管Q18的基极连接电阻R55、电阻R56和开关管Q19的集电极，三极管Q19的基极连接三极管Q20的集电极，三极管Q20的基极连接电阻R60和电阻R61，开关管Q1A的栅极连接三极管Q18的集电极和电阻R54，电阻R54的另一端连接电阻R49，电阻R49的另一端连接开关管Q17的栅极，开关管Q17的源极连接电阻R48，电阻R48的另一端连接负载端P-。如图7所示，本部分电路实现的是电池包在没有充电状态下对负载进行放电的放电保护电路。(1)当负载P+和P-插入的瞬间，开关管Q1和开关管Q1A是关闭，这个时候P-会瞬间产生一个电压对电容C17和电阻R25进行瞬间充电，(见2-3分析)同充电一样触发单片机IC1正常工作。(2)单片机IC1正常工作的时候，开始侦测电池包是否有过放过温，一旦电池包所有状态正常，打开开关管Q1和开关管Q1A，可以放电。(3)I/O口9，电阻R58，电阻R57，开关管Q19，电阻R55，电阻R56，电阻R54，电阻R53，开关管Q18，开关管Q1，开关管Q1A，构成放电开关控制；(4)电阻R48，电阻R52，开关管Q17，电阻R59，电容C22，稳压管ZD2，电阻R50，电阻R51，I/O口10构成软件设定的放电过电流保护，此部分线路图过流侦测并不是按照传统的方案增加取样电阻，而是侦测MOS管的内阻电阻Rds_on的值实现精确的放电电流侦测，避免负载电流过大损坏MOS管。(5)开关管Q20，电阻R61，电阻R60这三颗元器件构成硬件负载短路保护，当负载短路，比如电动螺丝批出现堵转等等异常情况，此时电流很大采用软件方案的保护有时候不能够及时切断MOS开关管Q1和开关管Q1A，造成烧毁。一旦出现此种情况电阻R61和电阻R60能够取样一个很大的电压值，将开关管Q20管导通，此保护和如上(4)的保护采取谁快谁切断的保护功能，实际测试在400uS就能实现保护。

充电器内部的控制元件为8位单片机。如图6所示，图中：(1)C+为充电正极，电容C-充电负极，B+电池包电压正极，B-电池包负极；(2)P+为放电负载正极，P-为放电负载负极(负载比如为电动螺丝批)，本线路图采用P+，B+连接在一起，P-，电容C-连接在一起，C+和B-独立连接；(3)U1周边回路为21V转5V电压回路，给单片机IC1供电，单片机IC1采用行业通用的8位单片机IC1，至少需要8路AD，的16PIN单片机IC1即可；(4)D1，D1A是充电防反接保护，I/O口11，开关管Q1，电阻R1，电阻R1A，开关管Q15，电阻R40，电阻R39构成充电开关回路，实现功能为过冲切断开关管Q1，放电的时候切断开关管Q1，待机时切断开关管Q1；(5)电阻R2，开关管Q2，电阻R4，电阻R7，开关管Q4，电阻R14，二极管D7，I/O口13，I/O口12，电阻R41，电容C19，电阻R42，电容C5，电阻R12，电阻R25，电容C17，C+，P-构成充电器插入侦测，放电负载插入侦测，并同时LDO U1工作，为本专利重点保护内容。具体实现方式为当充电插入的时候瞬间触发电容C5和电阻R12，此时可以同时将开关管Q2和开关管Q4两个mos管导通，LDO U1正常工作输出5V或者3.3V，给单片机IC1供电，单片机IC1一旦正常工作，马上将I/O口13输出高电平，来接手电阻R12和电容C5。(因为电阻R12和电容C5的触发回路是瞬间，这样做的目的是做到待机的时候整个保护板没有任何功耗)。(6)当单片机IC1正常工作的时候，开I/O口11，此时充电器对电池包进行正常充电，充电过程中实时侦测温度，还有每一节电池包的电量。

实施例2，在实施例1的基础上，充电器内部还设有指示灯回路，指示灯回路如图4所示，包括开关管Q14，开关管Q14的发射极连接电阻R26和21V直流电压，开关管Q14的基极连接电阻R26和电阻R36，电阻R36的另一端连接开关SW1和电容C18，电容C18的另一端连接开关SW1的另一端和地，三极管Q14的集电极连接四个稳压管，稳压管的另一端通过电阻连接指示灯。图中的指示灯可以按照客户要求增加或者减少。本电路通过调整电容C18的容值，能够实现轻触开关按下并马上松开，LED灯能够延时1～10S的指示时间。灯一旦灭掉实现0电流功耗。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，包括锂电池电量侦测单元、锂电池、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，其特征在于，所述锂电池分别连接电池电量侦测单元、充电器、锂电池充电保护单元和锂电池放电保护单元，锂电池充电保护单元还连接充电器。

2.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，其特征在于，所述锂电池电量侦测单元包括电池电压检测电路和温度侦测回路，温度侦测回路采用NTC热敏电阻。

3.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，其特征在于，所述充电器内部还设有指示灯回路，指示灯回路包括开关管Q14，开关管Q14的发射极连接电阻R26和21V直流电压，开关管Q14的基极连接电阻R26和电阻R36，电阻R36的另一端连接开关SW1和电容C18，电容C18的另一端连接开关SW1的另一端和地，三极管Q14的集电极连接四个稳压管，稳压管的另一端通过电阻连接指示灯。

4.根据权利要求1所述的一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，其特征在于，所述锂电池放电保护单元包括开关管Q1和开关管Q2，开关管Q1的漏极连接开关管Q1A的漏极、电阻R48、电阻R52和负载端P-，开关管Q1的源极连接开关管Q1A的源极、电阻R53盒地，开关管Q1的栅极连接开关管Q18的集电极，开关管Q18的基极连接电阻R55、电阻R56和开关管Q19的集电极，三极管Q19的基极连接三极管Q20的集电极，三极管Q20的基极连接电阻R60和电阻R61，开关管Q1A的栅极连接三极管Q18的集电极和电阻R54，电阻R54的另一端连接电阻R49，电阻R49的另一端连接开关管Q17的栅极，开关管Q17的源极连接电阻R48，电阻R48的另一端连接负载端P-。

5.根据权利要求1-3任一所述的一种锂电池充放电一体化软硬件保护板，其特征在于，所述充电器内部的控制元件为8位单片机。