CN210074761U - 一种锂离子电池电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，公开了一种具备过充保护及过电流保护的锂离子电池电路，包括取样电路、第一控制器及至少一个场效应管，取样电路与锂离子电池的电流输入端连接，用于检测所述锂离子电池的充电电流/电压信号；第一控制器的信号输入端与取样电路的输出端连接，用于接收取样电路获取的电流/电压信号，输入的电流/电压信号与第一控制器的预设信号进行比较；场效应管的栅极与第一控制器的控制端连接；若电流/电压信号大于预设信号，则第一控制器向场效应管输入低电平，低电平用于控制场效应管截止，截断锂离子电池的回路电流。

Description

一种锂离子电池电路

技术领域

本实用新型涉及锂离子电池技术领域，更具体地说，涉及一种锂离子电池电路。

背景技术

锂离子电池在手机和笔记本电脑等电子产品领域中是较为常用的可充电电池。以往，锂电池内部存储电能是靠一种可逆的电化学变化来实现的，过度的放电会导致这种电化学变化产生不可逆的反应，目前锂电池放电截止电压一般在2.3V，一旦电池电压低于2.3V，就会发生不可逆转的电化学反应，对电池造成永久性损伤，甚至导致电池报废，给电池的使用带来极大的安全隐患。

因此，在现有技术中提供了一种具备加载保护板的锂离子电池电路，能有效地解决锂离子电池因过渡放电带来的损伤。然而，在现有的技术中，锂离子电池使用过程中，由于使用者的错误使用而造成电池升温，造成电池内电解液的分解而产生气体使其内压上升，使得金属锂等的释出而造成有起火及破裂的危险。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于提供一种具备过充保护及过电流保护的锂离子电池电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种锂离子电池电路，包括取样电路、第一控制器及至少一个场效应管，

所述取样电路与锂离子电池的电流输入端连接，用于检测所述锂离子电池的充电电流/电压信号；

所述第一控制器的信号输入端与所述取样电路的输出端连接，用于接收所述取样电路获取的电流/电压信号，所述电流/电压信号与所述第一控制器的预设信号进行比较；

所述场效应管的栅极与所述第一控制器的控制端连接；

若所述电流/电压信号大于所述预设信号，则所述第一控制器向所述场效应管输入低电平，所述低电平用于控制所述场效应管截止，截断所述锂离子电池的回路电流。

可选地，所述场效应管包括第一场效应管及第二场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述第一控制器的放电保护控制端连接，所述第二场效应管的栅极耦接于所述第一控制器的充电保护控制端；

所述第一场效应管的漏极与所述锂离子电池的负极连接，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极与负载连接。

可选地，所述取样电路包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一电阻及所述第二电阻的一端与所述第一控制器的电源输入端及过充电压感测输入端共同连接，所述第一电阻的另一端耦接于所述锂离子电池的正极；

所述第二电阻的另一端与所述锂离子电池的正极及负极共同连接，所述第三电阻的一端与所述第一控制器的过流检测端连接，所述第三电阻的另一端耦接于所述锂离子电池的负极。

可选地，还包括第二控制器及三端稳压器，所述三端稳压器的输出端与所述第二控制器的电源输入端连接，所述第二控制器的过充电压感测输入端与所述锂离子电池的正极连接。

可选地，还包括第三场效应管、第一二极管及第二二极管，所述第三场效应管的漏极与所述锂离子电池的正极连接，所述第三场效应管的源极与所述第一二极管的阴极连接，所述第三场效应管的栅极耦接于所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接。

可选地，还包括第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，所述第一电容及第二电容的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端及所述第四电容的一端与公共端共同连接，所述第三电容的一端与所述第一电容及第二电容的一端共同连接，所述第三电容的另一端与公共端连接。

在本实用新型所述的锂离子电池电路中，包括取样电路、第一控制器及至少一个场效应管，取样电路与锂离子电池的电流输入端连接，用于检测锂离子电池的充电电流/电压信号，第一控制器用于接收取样电路获取的电流/电压信号，电流/电压信号与第一控制器的预设信号进行比较，场效应管的栅极与所述第一控制器的控制端连接，若电流/电压信号大于预设信号，则第一控制器向场效应管输入低电平，低电平用于控制场效应管截止，截断锂离子电池的回路电流。与现有的技术相比，在本实用新型中，通过取样电路提取充电电路的电流或电压信号与预设信号进行比较，若电路出现过压或过流，则第一控制器输出控制场效应管截止的低电平，截断锂离子电池的回路电流，进而实现对锂离子电池过充保护及过流保护，可有效地防止锂离子电池的特性劣化、起火及破裂，确保安全性，进而延长电池的使用寿命。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是锂离子电池电路的部分保护电路图；

图2是锂离子电池电路的部分充电电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

图1是锂离子电池电路的部分保护电路图，图2是锂离子电池电路的部分充电电路图。如图1、图2所示，在本实用新型的锂离子电池电路第一实施例中，锂离子电池电路主要包括保护电路部分及充电电路部分。其中，保护电路主要由包括取样电路、第一控制器U1及至少一个场效应管。具体地，取样电路用于获取锂离子电池(由B1及B2串联组成)充电电流/电压信号。

取样电路的一端与锂离子电池(B1及B2)的电流输入端(即B1的正极)连接，用于检测/获取锂离子电池(B1及B2)的充电电流/电压信号。

取样电路的另一端与第一控制器U1的信号输入端连接，将获取的电流/电压信号输入第一控制器U1。

第一控制器U1作为保护电路的核心元件，其具有过充、过放、过流及短路保护的功能，还具有充电控制含预充电(脉冲充电)，恒流充电及恒压充电的作用。

第一控制器U1具有：过充电压感测输入端(sens)；放电输出控制端(do)；充电电输出控制端(co)；电池工作电流的采样输入端(vm)；公共端(vss)；延时端(kt)；电压采样端(vc)及电源输入端(vcc)。

具体地，第一控制器U1的信号输入端(与电压采样端vc对应)与取样电路的输出端连接，用于接收取样电路获取的电流/电压信号。其中，在第一控制器U1设有过充、过流及过放等预设信号范围。

第一控制器U1将输入的电流/电压信号与预设信号进行比较，进过延时后，向场效应管(Q1或Q2)输入电平信号(包括高电平/低电平)。

场效应管包括第一场效应管Q1及第二场效应管Q2，上述场效应管为N沟道场效应管，具有开关的作用，其分别控制充电回路与放电回路的导通与关断。

场效应管的栅极与第一控制器U1的控制端连接，具体为，第一场效应管Q1的栅极与第一控制器U1的放电输出控制端(do)连接，第二场效应管Q2的栅极耦接于第一控制器U1的充电电输出控制端连接。

其中，第一场效应管Q1的栅极与第一控制器U1的放电保护控制端(do)连接，第二场效应管Q2的栅极耦接于第一控制器U1的充电保护控制端(co)。

第一场效应管Q1的漏极与锂离子电池B2的负极连接，第一场效应管Q1的源极与第二场效应管Q2的漏极连接，第二场效应管Q2的源极与负载(PC-)连接。

具体地，当取样电路获取的电流/电压信号大于或小于预设信号时，第一控制器U1向场效应管(第一场效应管Q1或第二场效应管Q2)输入电平信号，该电平信号用于控制场效应管导通或截止。

具体而言，在正常状态下的保护电路中，第一控制器U1的vcc为高电平(即电流/电压信号于预设信号)；vss及vm为低电平；do及co为高电平，co端与do端都输出高电平，用于触发两个场效应管(Q1、Q2)，使得两个场效应管(Q1、Q2)都处于导通状态，此时，锂离子电池(B1及B2)可进行充电或放电。

当取样电路提取锂离子电池(B1及B2)的充电电压/电流过充(即大于第一控制器U1的预设信号的范围)时：在通常状态下，第一控制器U1的vcc端逐渐提升至co端，由高电平变为低电平。此时，第一控制器U1的充电电输出控制端向第二场效应管Q2的栅极输入低电平，经适当延时后，使得第二场效应管Q2由导通变为截止，从而切断了锂离子电池(B1及B2)的充电回路，使充电器无法再对锂离子电池(B1及B2)进行充电，起到过充电保护作用。

进一步地，锂离子电池(B1及B2)的过充电解除电压：在充电状态下，第一控制器U1的vcc端逐渐降低至co端由低电平变为高电平。此时，第一控制器U1的充电电输出控制端向第二场效应管Q2的栅极输入高电平，使得第二场效应管Q2由截止变为导通，充电器可对锂离子电池(B1及B2)进行充电。

在一些实施例中，当取样电路提取锂离子电池(B1及B2)的过放电检出电压：在电池放电时，当锂离子电池(B1及B2)电压放至过放保护电压值以下时，vcc逐渐降低至do端由高电平变为低电平。此时，第一控制器U1的放电输出控制端向第一场效应管Q1的栅极输入低电平，经适当延时后，使得第一场效应管Q1由导通变为截止，切断锂离子电池(B1及B2)的回路电流，进而对锂离子电池(B1及B2)形成过放保护。

进一步地，锂离子电池(B1及B2)的过放电解除电压：在过放电状态下，vcc逐渐上升到do端由低电平变为高电平时。此时，第一控制器U1的充电电输出控制端向第一场效应管Q1的栅极输入高电平，使得第一场效应管Q1由截止变为导通，锂离子电池(B1及B2)可向负载进行放电。

在本实施方式中，取样电路包括第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3。第一电阻R1的一端与锂离子电池B1的正极连接，用于获取锂离子电池(B1及B2)的充电电压/电流信号。

第一电阻R1的另一端耦接于第一控制器U1的电源输入端及过充电压感测输入端，将获取锂离子电池(B1及B2)的充电电压/电流信号输入第一控制器U1，第二电阻R2的一端与锂离子电池B1的负极及锂离子电池B2的正极共同连接，用于获取锂离子电池(B1及B2)的充电电压/电流信号。

第三电阻R3的一端耦接于第二场效应管Q2的源极，用于获取锂离子电池(B1及B2)的过流信号，第三电阻R3的另一端耦接于第一控制器U1的电池工作电流的采样输入端，并将锂离子电池(B1及B2)的过流信号输入第一控制器U1。

上述取样电路中的电阻将提取的电流/电压信号分别输入第一控制器U1的各个信号端(例如：过充电压感测输入端、电池工作电流的采样输入端及电压采样端)，提取的电流/电压信号与第一控制器U1内的预设信号进行比较，根据比较的数值范围向场效应管输入高电平或低电平，用于控制场效应管(Q1、Q2)导通或截止。

其中，保护电路还具有过流及负载短路的保护作用。具体为：第三电阻R3检测锂离子电池(B1及B2)的过流或负载短路电压，在通常状态下，vm逐渐升至do由高电平变为低电平时。此时，第一控制器U1的充电电输出控制端向第一场效应管Q1的栅极输入低电平，使得第一场效应管Q1由导通变为截止，切断锂离子电池(B1及B2)回路电流，进而保护锂离子电池(B1及B2)不受瞬间波动电流的击穿。

在本实施方式中，为了提高锂离子电池(B1及B2)的充电效果，可在充电电路设置第二控制器U2及三端稳压器U3。第二控制器U2为充电电路的电源管理器，其具有运算及控制充电电流的作用。三端稳压器U3具有稳压的作用，可将输入12V至24V的电压稳压至5V输出。

具体地，第二控制器U2的电源输入端与三端稳压器U3的输出端连接，用于接收三端稳压器U3输入的5V电压，第二控制器U2的过充电压感测输入端(与DC2端相对应)与锂离子电池B1的正极(PC+)连接，用于控制输入锂离子电池B1的电流。

在本实施方式中，为了提高锂离子电池保护电路的性能，可在电路保护中设置第三场效应管Q3、第一二极管D1、第二二极管D2及第十一电阻R11。其中，第三场效应管Q3具有开关的作用，第一二极管D1为稳压二极管。具体地，第三场效应管Q3的漏极与锂离子电池B1的正极连接，第三场效应管Q3的源极与第一二极管D1的阴极连接，第三场效应管Q3的栅极耦接于第二二极管D2的阴极，第一二极管D1的阳极与第二二极管D2的阳极连接，第十一电阻R11的一端与第三场效应管Q3的栅极及第二二极管D2的阴极共同连接，第十一电阻R11的另一端与公共端连接。其中，第十一电阻R11为第三场效应管Q3的下拉电阻。

在本实施方式中，保护电路还包括第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3及第四电容C4。其中，第四电容C4为延时端电容，上述电容用于消除高频信号干扰。具体地，第一电容C1及第二电容C2的一端与第二电阻R2的一端连接，第一电容C1的另一端及第四电容C4的一端与公共端共同连接，第三电容C3的一端与第一电容C1及第二电容C2的一端共同连接，第三电容C3的另一端与公共端连接，第四电容C4的另一端与第一控制器U1的延时端(kt)，用于提高第一控制器U1延时保护的准确性。

在本实施方式中，保护电路还包括第五电容C5、第六电容C6及第七电容C7。其中，第五电容C5、第六电容C6及第七电容C7串联连接，第七电容C7的另一端与第一控制器U1的电池工作电流的采样输入端(vm)连接，第六电容C6与锂离子电池B1的负极(PC-)连接。

在本实施方式中，为了提高场效应管的工作的稳定性，可在电路中设置第四电阻R4、第五电阻R5及第六电阻R6。具体地，第四电阻R4的一端与第二场效应管Q2的栅极及第一控制器U1的充电电输出控制端(co)共同连接，第四电阻R4的另一端耦接于第二场效应管Q2的源极。

第五电阻R5的一端与第一控制器U1的放电输出控制端(do)连接，第五电阻R5的一端耦接于第一场效应管Q1的栅极。

第六电阻R6设置在第一控制器U1的过充电压感测输入端(sens)与第一电阻R1之间，用于提高输入检测的电流/电压信号。

在本实施方式中，为了提高充电电路的安全性，可在电路中设置保险管FU及第八电容C8。具体地，保险管FU设置在锂离子电池B1的负极(PC-)与负载之间，当充电回流出现尖峰电流时，可及时熔断，进而保护锂离子电池(B1及B2)不受损坏。

进一步地，第八电容C8设置锂离子电池B1的正极(PC+)与负极(PC-)之间，用于吸收锂离子电池正负极之间的波峰电流，能够保护电池或负载不受波动电流的影响。需要说明的是，第八电容C8的容量要设置足够大，例如：50V/800mF、100V/1000mF等。

在本实施方式中，充电电路还设置有第十八电容C18、第一电感L2、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电容C21、第二十二电容C22。其中，上述电容具有滤波的作用。具体地，第一电感L2设置在第十八电容C18于第二十二电容C22的两端之间，第十八电容C18、第十九电容C19及第二十二电容C22并联连接在三端稳压器U3的输入端及公共端之间，对输入三端稳压器U3起滤波作用。

第二十电容C20及第二十一电容C21并联连接在三端稳压器U3的输出端及公共端之间，用于提高三端稳压器U3输出的电流质量。

在本实施方式中，充电电路还设置有第二十六电阻R26、第十六电容C16、第十一电容C11及第十七电容C17。其中，第二十六电阻R26、第十六电容C16及第十一电容C11依次连接，第十七电容C17的一端与第二十六电阻R26的另一端连接，第十六电容C16及第十一电容C11的一端与第二控制器U2的过充电压感测输入端(sens)连接。三端稳压器U3的输入端(DC1)输出的电流经第二十六电阻R26及第十六电容C16输入第二控制器U2。

在一些实施例中，充电电路还设置有第四场效应管Q4、三极管Q8、二极管D4、二极管D5、三极管Q9、电感L1、第十二电阻R12及二极管D3。具体地，第四场效应管Q4的漏极与三极管Q8的集电极及第二十六电阻R26的一端共同连接，第四场效应管Q4的栅极与三极管Q8的发射极连接，三极管Q8的基极与第二十六电阻R26的一端连接。

第四场效应管Q4的源极与电感L1的一端及二极管D4的阴极共同连接，电感L1的另一端与第十二电阻R12及二极管D3依次连接，三端稳压器U3的输入端(DC1)的输出的电流经过第四场效应管Q4、电感L1、第十二电阻R12及二极管D3后，由充电电路的输出端(DC2)输入锂离子电池B1的正极(PC+)。

在一些实施例中，充电电路还设置有第九电容C9、第十电容C10、第十六电阻R16、第十七电阻R17及第十八电阻R18。其中，第九电容C9及第十电容C10并联连接，第十六电阻R16、第十七电阻R17及第十八电阻R18串联连接。

在一些实施例中，充电电路还设置有第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、三极管Q5、三极管Q6及三极管Q7。具体地，三极管具有开关及放大作用。其中，第十五电阻R15的一端与电感L1及第十二电阻R12的一端连接，第十五电阻R15的另一端与三极管Q7的发射极连接，三极管Q7的集电极与第二控制器U2的过充电压感测输入端连接，三极管Q7的基极与三极管Q5及三极管Q6的集电极共同连接。

三极管Q5的基极与第十四电阻R14的一端连接，第十三电阻R13的一端与三极管Q5发射极连接。

在一些实施例中，充电电路还设置有第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、三极管Q10及LED灯。具体地，第七电阻R7的一端与第二控制器U2的LED控制端连接，用于接收第二控制器U2输出的驱动信号。

第七电阻R7的另一端耦接于三极管Q10的基极，三极管Q10的发射极与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端与绿色LED灯的阴极连接，LED灯的阳极与三端稳压器U3的输出端连接，接收三端稳压器U3的输出的+5V电压。

第八电阻R8的一端与红色LED灯的阴极连接，第八电阻R8的另一端耦接于第二控制器U2的LED控制端，已形成LED灯的电流回路，当锂离子电池(B1及B2)正常充电时，红色LED灯常亮，当锂离子电池(B1及B2)充满电时，绿色LED灯常亮。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种锂离子电池电路，其特征在于，包括取样电路、第一控制器及至少一个场效应管，

所述取样电路与锂离子电池的电流输入端连接，用于检测所述锂离子电池的充电电流/电压信号；

所述第一控制器的信号输入端与所述取样电路的输出端连接，用于接收所述取样电路获取的电流/电压信号，输入的所述电流/电压信号与所述第一控制器的预设信号进行比较；

所述场效应管的栅极与所述第一控制器的控制端连接；

若所述电流/电压信号大于所述预设信号，则所述第一控制器向所述场效应管输入低电平，所述低电平用于控制所述场效应管截止，截断所述锂离子电池的回路电流。

2.根据权利要求1所述的锂离子电池电路，其特征在于，

所述场效应管包括第一场效应管及第二场效应管，所述第一场效应管的栅极与所述第一控制器的放电保护控制端连接，所述第二场效应管的栅极耦接于所述第一控制器的充电保护控制端；

所述第一场效应管的漏极与所述锂离子电池的负极连接，所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的源极与负载连接。

3.根据权利要求1所述的锂离子电池电路，其特征在于，

所述取样电路包括第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述第一电阻及所述第二电阻的一端与所述第一控制器的电源输入端及过充电压感测输入端共同连接，所述第一电阻的另一端耦接于所述锂离子电池的正极；

所述第二电阻的另一端与所述锂离子电池的正极及负极共同连接，所述第三电阻的一端与所述第一控制器的过流检测端连接，所述第三电阻的另一端耦接于所述锂离子电池的负极。

4.根据权利要求1或2所述的锂离子电池电路，其特征在于，还包括第二控制器及三端稳压器，所述三端稳压器的输出端与所述第二控制器的电源输入端连接，所述第二控制器的过充电压感测输入端与所述锂离子电池的正极连接。

5.根据权利要求4所述的锂离子电池电路，其特征在于，

还包括第三场效应管、第一二极管及第二二极管，所述第三场效应管的漏极与所述锂离子电池的正极连接，所述第三场效应管的源极与所述第一二极管的阴极连接，所述第三场效应管的栅极耦接于所述第二二极管的阴极，所述第一二极管的阳极与所述第二二极管的阳极连接。

6.根据权利要求3所述的锂离子电池电路，其特征在于，

还包括第一电容、第二电容、第三电容及第四电容，所述第一电容及第二电容的一端与所述第二电阻的一端连接，所述第一电容的另一端及所述第四电容的一端与公共端共同连接，所述第三电容的一端与所述第一电容及第二电容的一端共同连接，所述第三电容的另一端与公共端连接。

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