CN210608617U

CN210608617U - 一种双检流电路的锂电池保护板电路

Info

Publication number: CN210608617U
Application number: CN201921751242.9U
Authority: CN
Inventors: 翁亦红; 张凤敏
Original assignee: Fujian Scud Power Technology Co Ltd
Current assignee: Fujian Scud Power Technology Co Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2020-05-22
Anticipated expiration: 2029-10-18

Abstract

本实用新型涉及一种双检流电路的锂电池保护板电路，包括13S6P电芯组、每节均衡电路、每节滤波电路、电芯温度检测电路、锂电保护检测与控制IC、充、放电检流电路、检流滤波电路、放电控制输出电路、放电控制开关、负载在位检测电路、充电控制输出、充电控制开关、适配器在位检测电路、IC供电滤波电路、二级过压保护控制电路、IC编程下载接口和三端保险丝；锂电池包运用了双检流电路，实现电池包放电过流保护，和充电过流保护，且两者保护值可以不同。适应实际多样性要求。

Description

一种双检流电路的锂电池保护板电路

技术领域

本实用新型涉及以锂电池供电的电子产品应用领域，特别是一种双检流电路的锂电池保护板电路。

背景技术

随着社会发展，对锂电池需求不断增加。锂电池广泛运用于手机，电动工具，运动健身电子产品，无人机，汽车，等等。锂电池容量和电压也从小到大得到提升，从而锂电池的保护电路丰富起来。不同的电子产品要求相应的锂电池包容量和相应放电电流，电池包容量不同导致对电池包充电电流也不同，充电电流也会因被要求充电速度不同而不同。最终大概率出现电池包的放电电流值与充电电流值不相等，很有可能成倍率关系。

电池包的放电过流保护值Im_dis(A)与充电过流保护值Im_chg(A)由两个要素决定：1.前端控制IC（AFE）的放电与充电过流保护电压Vm(mV),如某产品A用的SH367309 的这个电压值可选择最小值为20mV。2.串联在放电充电共同支路上的检流电阻Rs(m ohm)。关系式： Im_dis= Vm/Rs和Im_chg= Vm/Rs 。

为了满足电池包的放充电过流保护值要求，需要选择合适的检流电阻。如当要得到放/充电过流保护值为20A,选用Vm=20mV时，Rs 取 1m ohm。还要依温升选定不同封装，这里选3921。

无人机、电动工具、电动单车、户外运动健身电动车等等电动产品更多地运用锂电池。这些锂电池包大多采用单个检流电路，当放、充电过流保护电压Vm(mV)固定后（不带MCU就不能Vm修改），Im_dis(A)与Im_chg(A)值就是一样的。如产品A，选Rs=1m ohm,保护电压Vm(mV)选最小值20mV,那么最大放电电流20A，最大充电电流也是20A，但是电池包由单体电芯通过串联组装起来，单体电芯标准充电电流（如1.1A）与最大放电电流 (如10A)相差很大，那么当用这种电芯组装成电池包（如13S6P），充电过流值就会偏大（20A，实际应该要求6.6A）。单个检流电路设计不能满足目前电动产品多用途多样化需求。如果带上MCU ，针对放/充电，可以修改Vm,达到Im_dis(A)与Im_chg(A) 值就不一样,增加了硬件成本和编写软件成本。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种双检流电路的锂电池保护板电路，有效且灵活配置放电和充电过流保护值，提高该电路的适应性，满足放电和充电不同的过流保护值设计要求；当充电时，如果放电负载回路有短路故障可以实现充电过流保护。

本实用新型采用以下方案实现：一种双检流电路的锂电池保护板电路，其特征在于：包括13S6P电芯组、每节均衡电路、每节滤波电路、电芯温度检测电路、锂电保护检测与控制IC、充、放电检流电路、检流滤波电路、放电控制输出电路、放电控制开关、负载在位检测电路、充电控制输出、充电控制开关、适配器在位检测电路、IC供电滤波电路、二级过压保护控制电路、IC编程下载接口和三端保险丝；所述13S6P电芯组分别通过所述每节均衡电路和所述每节滤波电路和与所述锂电保护检测与控制IC连接；所述每节均衡电路和所述每节滤波电路电性相连；所述二级过压保护控制电路、所述IC供电滤波电路、所述检流滤波电路、所述电芯温度检测电路、所述IC编程下载接口、所述适配器在位检测电路、所述负载在位检测电路、所述放电控制输出电路和所述充电控制输出电路均与所述锂电保护检测与控制IC电性相连；所述二级过压保护控制电路还与所述三端保险丝电性相连；所述放电控制输出电路与所述放电控制开关电性相连；所述充电控制输出电路与所述充电控制开关电性相连；所述13S6P电芯组与所述充、放电检流电路电性相连；所述检流滤波电路与所述充、放电检流电路电性相连；所述充、放电检流电路分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关电性相连；所述三端保险丝、所述IC供电滤波电路、所述放电控制开关和所述充电控制开关均与所述外部终端电性相连。

进一步地，所述充、放电检流电路包括第一检流电阻R66和第二检流电阻R67；所述第一检流电阻R66和第二检流电阻R67电性相连；所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66，所述第一检流电阻R66连接所述放电控制开关，组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的大；或者，所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66和第二检流电阻R67，第二检流电阻R67连接所述放电控制开关,组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的小；由充电回路的C-端连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第二检流电阻R67与第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的小；或者，由C-端连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的大。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

（1）本实用新型可以方便改变两个检流电阻值，来满足放电过流保护值Im_dis(A)和充电过流保护值Im_chg(A)，且两值可以不同。

（2）本实用新型当插入适配器时，如果放电回路有短路，可以实现充电过流保护。

（3）本实用新型电路适应性大大提高，满足不同设计需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构框图。

图2为本实用新型实施例的各个子电路原理图。

图3为本实用新型实施例的Im_dis大于Im_chg的电池包的双检流电路原理图。

图4为本实用新型实施例的Im_chg大于Im_dis的电池包的双检流电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

如图1、2所示，本实施例提供了一种双检流电路的锂电池保护板电路，其特征在于：包括13S6P电芯组、每节均衡电路、每节滤波电路、电芯温度检测电路、锂电保护检测与控制IC、充、放电检流电路、检流滤波电路、放电控制输出电路、放电控制开关、负载在位检测电路、充电控制输出、充电控制开关、适配器在位检测电路、IC供电滤波电路、二级过压保护控制电路、IC编程下载接口和三端保险丝；所述13S6P电芯组分别通过所述每节均衡电路和所述每节滤波电路和与所述锂电保护检测与控制IC连接；所述每节均衡电路和所述每节滤波电路电性相连；所述二级过压保护控制电路、所述IC供电滤波电路、所述检流滤波电路、所述电芯温度检测电路、所述IC编程下载接口、所述适配器在位检测电路、所述负载在位检测电路、所述放电控制输出电路和所述充电控制输出电路均与所述锂电保护检测与控制IC电性相连；所述二级过压保护控制电路还与所述三端保险丝电性相连；所述放电控制输出电路与所述放电控制开关电性相连；所述充电控制输出电路与所述充电控制开关电性相连；所述13S6P电芯组与所述充、放电检流电路电性相连；所述检流滤波电路与所述充、放电检流电路电性相连；所述充、放电检流电路分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关电性相连；所述三端保险丝、所述IC供电滤波电路、所述放电控制开关和所述充电控制开关均与所述外部终端电性相连。

在本实施和例中，所述充、放电检流电路包括第一检流电阻R66和第二检流电阻R67；所述第一检流电阻R66和第二检流电阻R67电性相连；所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66，所述第一检流电阻R66连接所述放电控制开关，组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的大；或者，所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66和第二检流电阻R67，第二检流电阻R67连接所述放电控制开关,组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的小；由充电回路的C-端连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第二检流电阻R67与第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的小；或者，由C-端连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的大。

较佳的，在本实施例中，充电口由2条线路构成，C+正极与C-负极，C-端在充电回路中。

较佳的，在本实施例中，锂电池包放电与充电过流保护值，采用双检流回路实现方法。电芯负极连接检流电阻R66，R66连接放电MOS管Q21和Q23,组成放电检流回路，放电过流保护值取值较大；由C-连接充电MOS管，MOS管连接检流电阻R67与R66,再接入电芯负，组成充电检流回路，充电过流保护值取值较小。电芯负极连接检流电阻R66与R67，R67连接放电MOS管Q21和Q23,组成放电检流回路，放电过流保护值取值较小；由C-连接充电MOS管，MOS管连接检流电阻R66,再接入电芯负，组成充电检流回路，充电过流保护值取值较大。本实施例还由R37与Q10串联，再与D3连接，组成对U3负压保护作用(当C-出现过负压时，U3-36PIN会出现不良)。本实施例还由R48 串上D4,接到U3-42PIN与C-之间，检测适配器是否插入；由R47连接U3-41PIN 与P-之间，检测负载是否在位。

较佳的，在本实施例中可以将以下5个元件可以换成其他器件：U3,Q10,D3,Q21,Q23,Q24,R66,R67，ZD4,R47,R48,D4；

较佳的，本实施例可以在13S6P锂电池组运用；也可以在任意串数并数电池组中运用；也可以在其他类似电池组中运用。

较佳的，在本实施例中，每节均衡电路：以第5节为例，当此节电压高出其它节一定值时，该电路启动对此节电芯以设计电流值旁路放电，达各节均衡目的。

每节滤波电路：以第8节为例，该低通滤波器把第8节电芯电压送入U3 检量，同时虑除拢信号。

充、放电检流电路：把充电电流或放电电流的大小转换为电压信号。

检流滤波电路：把转化的电压信号送入U3 测量，同时虑除拢信号。

放电控制开关：控制电芯组是否对外放电。如过流，短路，过温保护时关断该电路，不对外放电。

充电控制开关：控制适配器是否对电芯组充电。如过流，过压，过温保护时关断该电路，不充电。

放电控制输出： U3 输出放电控制信号到放电控制开关。

充电控制输出： U3 输出充电控制信号到充电控制开关，同时当C-出现过低电压时保护U3。

负载在位检测：U3通过该电路检测外部负载是否还在位。

适配器在位检测：U3通过该电路检测充电器（适配器）是否还在位。

IC供电滤波电路：电芯组供电给U3,同时虑除拢信号。

三端保险丝：当放电充电电流达一定值时熔断主回路，或当二级充电过压时熔断主回路。

二级过压保护控制电路：当U3送出二级过压保护动作信号时，通过该电路启动三端保险丝自熔断主回路。

IC编程下载接口：U3的各保护值以及相关功能软件通过该电路下载到IC 中。

电芯温度检测电路：将3处电芯的温度转换为电信号，并传送到U3的T1/T2/T3。

较佳的，在本实施例包含：1.电池包总接线图以及双检流电路结成；2.电池包一级、二级过压保护的工作原理；3.Im_dis大于Im_chg的电池包的双检流电路测控原理；4.Im_chg大于Im_dis的电池包的双检流电路原理电路测控原理；5.电池包温度保护实现。如下。

（1）13S6P电芯组从低到高依次接入B0 到 B13，B0-B13分别串入电阻后接入U3的VC1-VC14;电池包放电接口为P+/P-, 充电接口为P+/C-;放电检流回路由检流电阻和放电MOS管串联后接入P-与GND之间，充电检流回路由检流电阻和充电MOS管串联后接入C-与GND之间。结成双回路检流锂电保护板。

（2）电池包一级、二级过压保护的工作原理为：一、二级电芯电压（第n节）检测由U3的VC(n+1)和VC(n)送入检测。当判断为一级过压时，U3-36PIN送出关断电平到Q10,经D3 到Q24, Q24截止，关闭充电，实现一级过压保护；当判断为二级过压时，U3-47PIN送出关断电平到Q3,经J1 到F1(三端FUSE), 三端FUSE熔断，关闭所有回路。

（3）如图3所示，Im_dis大于Im_chg的电池包的双检流电路测控原理为：放电电流要求大，如20A；充电电流要求值小，如6.6A。U3电流采集量Vm_in =V_r66+V_r67, U3配置保护电压Vm=20mV。当充电时（放电I_dis=0），I_chg 由电芯负流经检流电阻R66 （如取1mohm）和R67(如取2m ohm),产生相应压降V_r66和V_r67，检流电阻总电阻值为3 m ohm。算出充电过流保护值Im_chg 大约为 6.6 A ,I_chg大于6.6A 后 U3-36送出关断信号到Q24,关闭充电; 当放电时（充电I_chg=0）,I_dis 由P-流经检流电阻R66 （如取1m ohm）,达电芯负, V_r67=0 , Vm_in =V_r66，算出放电过流保护值Im_dis 大约为 20 A ，当I_dis大于20A后，U3-34PIN 送出关断信号到放电MOS管，关闭放电;

（4）如图4所示， Im_chg大于Im_dis的电池包的双检流电路原理电路测控原理为：充电电流要求大，如20A；放电电流要求值小，如6.6A。U3电流采集量Vm_in =V_r66+V_r67,U3配置保护电压Vm为20mV。当充电时（放电I_dis=0），I_chg 由电芯负流经检流电阻R66（如取1m ohm）,产生相应压降V_r66，检流电阻总电阻值为1 m ohm。算出充电过流保护值Im_chg 大约为 20A ,I_chg大于20A 后 U3-36送出关断信号到Q24,关闭充电; 当放电时（充电I_chg=0）,I_dis 由P-流经检流电阻R66 （如取1m ohm）和R67(如取2m ohm),达电芯负,检流电阻总阻值为3m ohm，算出放电过流保护值Im_dis 大约为 6.6 A ，当I_dis大于6.6A后，U3-34PIN 送出关断信号到放电MOS管，关闭放电;

（5）电池包温度保护实现如图1中电芯温度检测电路，三只热敏电阻分别接入U3-20,21,22 PIN,监控充放电时芯不同部位温度，实时保护。

较佳的，本实施例可以使用在锂电芯组产品运用中，由选定双检流电阻值，设计出不同的放电过流保护值Im_dis(A)和充电过流保护值Im_chg(A)，满足电池包多样化需求。

较佳的，本实施例可以方便改变两个检流电阻值，来满足放电过流保护值Im_dis(A)和充电过流保护值Im_chg(A)，且两值可以不同。如某产品B（采用13串6并电池包）要求Im_dis为20A，Im_chg为 6.6A。保护电压Vm(mV)可选最小值20mV, 可选单电芯标准充电电流1.1A，6并后充电电流最大值为 6.6A。 2.当插入适配器时，如果放电回路有短路，可以实现充电过流保护。 3. 电路适应性大大提高，满足不同设计需求。

值得一提的是，本实用新型保护的是硬件结构，至于控制方法不要求保护。以上仅为本实用新型实施例中一个较佳的实施方案。但是，本实用新型并不限于上述实施方案，凡按本实用新型方案所做的任何均等变化和修饰，所产生的功能作用未超出本方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种双检流电路的锂电池保护板电路，其特征在于：包括13S6P电芯组、每节均衡电路、每节滤波电路、电芯温度检测电路、锂电保护检测与控制IC、充、放电检流电路、检流滤波电路、放电控制输出电路、放电控制开关、负载在位检测电路、充电控制输出、充电控制开关、适配器在位检测电路、IC供电滤波电路、二级过压保护控制电路、IC编程下载接口和三端保险丝；所述13S6P电芯组分别通过所述每节均衡电路和所述每节滤波电路和与所述锂电保护检测与控制IC连接；所述每节均衡电路和所述每节滤波电路电性相连；所述二级过压保护控制电路、所述IC供电滤波电路、所述检流滤波电路、所述电芯温度检测电路、所述IC编程下载接口、所述适配器在位检测电路、所述负载在位检测电路、所述放电控制输出电路和所述充电控制输出电路均与所述锂电保护检测与控制IC电性相连；所述二级过压保护控制电路还与所述三端保险丝电性相连；所述放电控制输出电路与所述放电控制开关电性相连；所述充电控制输出电路与所述充电控制开关电性相连；所述13S6P电芯组与所述充、放电检流电路电性相连；所述检流滤波电路与所述充、放电检流电路电性相连；所述充、放电检流电路分别与所述放电控制开关和所述充电控制开关电性相连；所述三端保险丝、所述IC供电滤波电路、所述放电控制开关和所述充电控制开关均与外部终端电性相连。

2.根据权利要求1所述的一种双检流电路的锂电池保护板电路，其特征在于：

所述充、放电检流电路包括第一检流电阻R66和第二检流电阻R67；所述第一检流电阻R66和第二检流电阻R67电性相连；所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66，所述第一检流电阻R66连接所述放电控制开关，组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的大；或者，所述13S6P电芯组负极连接第一检流电阻R66和第二检流电阻R67，第二检流电阻R67连接所述放电控制开关,组成放电检流回路，放电过流保护值取值比充电的小；由充电回路的C-端(连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第二检流电阻R67与第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的小；或者，由C-端连接所述充电控制开关，所述充电控制开关连接第一检流电阻R66,再接入所述13S6P电芯组负极，组成充电检流回路，充电过流保护值取值比放电的大。