CN211629899U

CN211629899U - 一种应用于电机的6串锂电池保护电路

Info

Publication number: CN211629899U
Application number: CN202020220278.0U
Authority: CN
Inventors: 严盼盼; 李杰栋; 张强根; 田凯; 滕跃; 刘滕航
Original assignee: Suzhou Jieyuefei Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Jieyuefei Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2030-02-27

Abstract

本申请涉及一种应用于电机的6串锂电池保护电路，包括主控制器U1、6节锂电池保护IC芯片U2、以及充电MOS开关电路、放电MOS开关电路。充电MOS开关电路串联连接在锂电池的充电回路中，放电MOS开关电路串联连接在锂电池的放电回路中。所述6节锂电池保护IC芯片U2用于在锂电池充放电过程中，检测锂电池组的充放电电压；所述6节锂电池保护IC芯片U2用于在检测到锂电池组过充或过放时，发送过充或过放信号给主控制器U1；所述主控制器U1用于在收到锂电池保护IC芯片的过充信号时，控制充电MOS开关电路断开，实现过充保护，并用于在收到6节锂电池保护IC芯片U2的过放信号时，控制放电MOS开关电路断开，实现过放保护。

Description

一种应用于电机的6串锂电池保护电路

技术领域

本申请属于电池技术领域，特别涉及锂电池的保护，具体涉及一种应用于电机的6串锂电池保护电路。

背景技术

锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以，锂电池长期没有得到应用。近年来，PDA、数字相机、手机、便携式音频设备和蓝牙设备等越来越多的产品采用锂电池作为主要电源，现在锂电池已经成为了主流。

由于利电子电池能量密度高，必须考虑充电、放电时的安全性，以防止特性劣化。在锂电池的日常充电、放电过程中，容易出现过充和过放的情况。多次过充和过放会对锂电池造成永久性的损坏，缩短锂电池的使用寿命，当锂电池损坏之后仍继续使用，容易导致锂电池发生爆炸，甚至危及使用者的生命安全。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：解决现有技术中的问题，提供一种应用于电机的锂电池保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提供了一种应用于电机的6串锂电池保护电路，包括供电模块、主控制器U1、6节锂电池保护IC芯片U2、以及充电MOS 开关电路、放电MOS开关电路；

所述充电MOS开关电路串联连接在锂电池的充电回路中，所述放电MOS开关电路串联连接在锂电池的放电回路中；

所述6节锂电池保护IC芯片U2的电压检测端口连接锂电池组，所述6节锂电池保护IC芯片U2的充电保护引脚CO和放电保护引脚 DO连接主控制器U1的信号输入端，所述主控制器U1的控制信号输出端连接充电MOS开关电路和放电MOS开关电路的控制端；

所述供电模块包括三端稳压器U4、带反并联二极管的P沟道MOS 管Q1，第一供电触发电路以及第二供电触发电路，所述三端稳压器 U4的输出端输出5V器件工作电压；所述P沟道MOS管Q1的源极接电机接入口的正极端M+，所述P沟道MOS管Q1的漏极以及外部供电电源VCC均通过正向连接的二极管D1接入三端稳压器U4的输入端；

所述第一供电触发电路包括NPN三极管Q2，所述P沟道MOS 管Q1的栅极连接NPN三极管Q2的集电极，所述NPN三极管Q2的基级连接主控制器U1的驱动控制信号输出端，所述NPN三极管Q2 的发射极接地；

所述第二供电触发电路包括电阻R14和二极管D2，所述电阻R14 一端连接Q1的栅极，所述电阻R14的另一端通过正向连接的二极管 D2与充电接入口的负极端CH-连接。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，所述充电MOS开关电路包括带反并联二极管的第一N沟道MOS管Q5、PNP 三极管Q7、电阻R39，所述PNP三极管Q7的发射极通过串联电阻 R39连接主控制器U1的过充控制信号输出端，所述PNP三极管Q7 的基级接地，所述PNP三极管Q7的集电极与第一N沟道MOS管Q5 的栅极连接，所述第一N沟道MOS管Q5的源极连接充电端口的负极端，所述第一N沟道MOS管Q5的漏极与锂电池接入口的负极端连接。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，所述放电MOS开关电路包括带反并联二极管的第二N沟道MOS管QM1，所述第二N沟道MOS管QM1的栅极连接主控制器U1的过放控制信号输出端，所述第二N沟道MOS管QM1的漏极与负载接入口的负极端连接，所述第二N沟道MOS管QM1的源极与锂电池接入口的负极端连接。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，还包括充放电高温检测电路，所述充放电高温检测电路包括热敏电阻NTC 和分压电阻R54，分压电阻R54的一端接5V电源，另一端与NTC串接后接地，所述热敏电阻NTC与分压电阻R54的串联点连接至主控制器U1的温度检测信号输入端。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括比较器U5，所述比较器U5 的反向输入端通过电压采样电阻R42连接第二N沟道MOS管QM1 的源极，所述比较器U5的正向输入端接入基准电压电路，所述比较器U5的输出端连接主控制器U1的短路检测信号输入端。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，还包括过流检测电路，所述过流检测电路包括电压采样电阻R45，所述电压采样电阻R45的一端连接锂电池接入口的负极端，所述电压采样电阻 R45的另一端连接主控制器U1的过流检测信号输入端。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，所述基准电压电路包括电阻R43和电阻R50，所述电阻R43的一端通过与电阻R50串联后接地，所述电阻R43的另一端连接5V电压，所述电阻 R43与R50的串联点与比较器U5的正向输入端连接。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，包括电机调速控制模块，所述电机调速控制模块包括电阻R2、电阻R3和调速开关K2，所述电阻R3的一端通过依次串联连接的电阻R2、调速开关K2接入电机接入口的正极端M+，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2与电阻R3的串联点接入主控制器U1。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，所述三端稳压器U4的输入端还通过反向连接的二极管D2连接至所述电阻 R2与调速开关K2的串联点。

进一步地，根据本实用新型所述的6串锂电池保护电路，还包括状态显示电路，所述状态显示电路包括单片机以及一组LED灯，所述单片机与主控制器U1的串行数据接口连接，所述单片机输出端口连接所述一组LED灯，所述一组LED灯用于显示锂电池租的SOC状态。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的锂电池保护电路可以对锂电池进行充放电保护，避免锂电池的过充、过放，延长锂电池的使用寿命。同时还加入了过流保护、短路保护

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。

图1是本实用新型锂电池保护电路的结构框图；

图2是本实用新型锂电池保护电路的电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。

实施例1

本实施例提供了一种锂电池保护电路，如图1所示，包括用于接入6节锂电池组的锂电池组接入口B+端及B-端，用于接入充电器的充放电接入端口CH+端和CH-端，用于接入电机的电机接入端口M+ 端和M-端，主控制器U1、6节锂电池保护IC芯片U2、以及充电MOS 开关电路、放电MOS开关电路。

所述充电MOS开关电路串联连接在锂电池的充电回路中，所述放电MOS开关电路串联连接在锂电池的放电回路中。

所述6节锂电池保护IC芯片U2的电压检测端口连接锂电池组的B+端及B-端，用于在锂电池充放电过程中，检测锂电池组的充放电电压；所述6节锂电池保护IC芯片U2的充电保护引脚、放电保护引脚连接主控制器U1，用于在检测到锂电池组过充或过放时，发送过充或过放信号给主控制器U1；所述主控制器U1连接充电MOS开关电路的控制端，用于在收到锂电池保护IC芯片的过充信号时，控制充电MOS开关电路断开，实现过充保护；所述主控制器U1连接放电 MOS开关电路的控制端，用于在收到6节锂电池保护IC芯片U2的过放信号时，控制放电MOS开关电路断开，实现过放保护。

本实施例以电机为例，对本实用新型的锂电池保护电路进行说明，如图2所示，为应用于电机的锂电池保护电路的电路图。本实施例用于电机的锂电池组由6节锂电池串联组成，单节锂电池的电压为 4.25V。

本实施例的锂电池保护电路包括：用于连接锂电池的两锂电池接入口B+端及B-端，用于接入充电器的充放电接入端口CH+端和CH- 端、用于接入电机的两负载接入端口M+端和M-端，以及主控制器 U1、6节锂电池保护IC芯片U2、以及充电MOS开关电路、放电MOS 开关电路。

其中，充电MOS开关电路包括带反并联二极管的第一N沟道 MOS管Q5、PNP三极管Q7、电阻R39、二极管D9；放电MOS开关电路包括带反并联二极管的第二N沟道MOS管QM1、电阻R35。

B+端连接CH+端，PNP三极管Q7的发射极通过串联电阻R39连接U1的第15引脚，PNP三极管Q7的基级通过电阻R40接地，PNP 三极管Q7的集电极与第一N沟道MOS管Q5的栅极连接，所述第一 N沟道MOS管Q5的源极连接二极管D9的阳极，二极管D9的阴极连接CH-端，所述第一N沟道MOS管Q5的漏极与B-端连接。

B+端连接M+端，第二N沟道MOS管QM1的栅极连接主控制器 U1的第20引脚，所述第二N沟道MOS管QM1的漏极与M-端连接，所述第二N沟道MOS管QM1的源极与B-端连接，且M+端与M-端之间连接有二极管D6。

6节锂电池保护IC芯片U2的VCC引脚连接B+端，VSS引脚连接 B-端，6节锂电池B1、B2、B3、B4、B5、B6的检测电压分别通过各自对应的电压采样电路输入U2的六个电压检测端口(VC1、VC2、VC3、 VC4、VC5、VC6、)，U2的CO端连接主控制器U1的第10引脚，DO 端连接主控制器U1的第9引脚。

本实用新型的锂电池保护电路工作时，将锂电池组的两端分别接入B+端和B-端之间，充电器接入CH+端和CH-端，电机接入M+端和 M-端。正常工作时，6节锂电池保护IC芯片U2的CO端及DO端均输出高电平，U1的第15引脚和第20引脚均输出高电平，第一N沟道MOS管Q5、PNP三极管Q7，以及第二N沟道MOS管QM1均导通，此时，锂电池可自由的进行充放电，充电时，电流由B+端和B- 端之输入至锂电池，放电时，锂电池的电流由M+端和M-端之输出至电机。

锂电池充电过程中，6节锂电池保护IC芯片U2如果检测到其中任意一节锂电池电压或者锂电池组的总电压超过预设的过充保护电压值，则CO端的输出由高电平转为低电平，此时，U1的第10引脚根据接收到的低电平信号，认为锂电池组已充满，U1第15引脚的输出由高电平转为低电平，PNP三极管Q7、第一N沟道MOS管Q5 关断，停止充电器对锂电池的充电，实现对锂电池的过充保护。

锂电池持续放电时，6节锂电池保护IC芯片U2如果检测到其中任意一节锂电池电压或者锂电池组的总电压低于预设的过放保护电压阈值，则DO端的输出由高电平转为低电平，此时，U1的第9引脚根据接收到的低电平信号，认为锂电池组已放电完成，U1第20引脚的输出由高电平转为低电平，第二N沟道MOS管QM1关断，负载回路关断，电机工作停止，实现对锂电池的过放保护。

作为进一步优化的实施方案，本实施例还设置了锂电池组电压检测电路，包括串联连接的电压采样电阻R24和R25，所述电压采样电阻R25的一端与R24串联后接入VCC电源，所述电压采样电阻R25 的另一端与充电端口的负极端连接，所述电压采样电阻R24和R25的串联点接入单片机U1的第12引脚。所述单片机U1用于在U2故障的情况下，根据锂电池组电压检测电路采集的锂电池组总的充放电电压，触发充电MOS开关电路或主放电MOS开关电路、从放电MOS 开关电路的导通或关断。

更进一步地，本实施例设置了状态显示电路，包括单片机 SC92F7251以及一组LED灯，所述的一组LED灯包括L1、L2、L3、L4、 L5、L6、L7、L8、L9，其中，所述L1、L2、L3、L4、L5用于显示电池组的SOC状态，所述L6、L7、L8、L9用于显示电机的运行状态。单片机SC92F7251的串行输入输出接口与主控制器U1连接，根据U1 反馈的电池组电量信息，单片机SC92F7251控制L1、L2、L3、L4、L5、 L6、L7、L8、L9的状态。

本实施例中，当电池组剩余电量为10％时，L1点亮；当电池组剩余电量为25％时，L2点亮；当电池组剩余电量为50％时，L3点亮；当电池组剩余电量为75％时，L4点亮；当电池组电量为100％时，L5 点亮。当电机启动时，L6点亮，当电机低档运行时，L8点亮，当电机高档运行时L9点亮，当电机正常速度运行时，L7点亮。

作为更进一步地实施方式，本实施例还设置了充放电检测电路，包括电阻R28、电阻R29以及二极管D8，所述电阻R28的一端连接至5V电源，所述电阻R28的另一端通过串联电阻R29与二极管D8 的阳极连接，所述二极管D8的阴极与充电端口CH-连接，所述电阻 R28和电阻R29的串联点连接至单片机U1的第15引脚，当充电器接入充电接口(CH+、CH-)时，充放电检测电路接通，单片机U1根据检测到的电压信号，判定电池组是否处于正常充放电过程，从而控制供电电路的工作。

本实施例还进一步包括电机调速控制模块，所述电机调速控制模块包括电阻R2、电阻R3和调速开关K2，所述电阻R3的一端通过依次串联连接的电阻R2、调速开关K2接入电机接入口的正极端M+，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2与电阻R3的串联点接入主控制器U1。

本实施例设置有供电模块，用于为各器件提供稳定的5V电压源，所述供电电路包括三端稳压器U4、带反并联二极管的P沟道MOS管 Q1以及第一供电触发电路，所述三端稳压器U4的输出端输出5V器件工作电压；

所述P沟道MOS管Q1的源极接电机接入口的正极端M+，所述 P沟道MOS管Q1的漏极以及外部供电电源VCC均通过正向连接的二极管D1接入三端稳压器U4的输入端，且所述三端稳压器U4的输入端还通过反向连接的二极管D3连接至所述电阻R2与调速开关K2的串联点；

所述第一供电触发电路包括NPN三极管Q2，所述P沟道MOS 管Q1的栅极连接NPN三极管Q2的集电极，所述NPN三极管Q2的基级连接主控制器U1的18引脚，所述NPN三极管Q2的发射极接地。正常充放电时，单片机U1控制三极管Q2接通，从而Q1导通，供电电路接通。当U1检测到充电器接入时，触发NPN三极管导通Q2，从而P沟道MOS管Q1触发导通，供电模块开始工作。

进一步地，本实施例还设置了第二供电触发电路，包括电阻R14 和二极管D2，所述电阻R14一端连接Q1的栅极，所述电阻R14的另一端连接二极管D2的阳极，所述二极管D2的阴极与充电接入口的负极端CH-连接。当充电器接入时，电池组的充电回路接通时，二极管D2导通，从而触发Q1导通。在NPN三极管Q2故障的情况下，通过供电触发电路可以保证供电电路正常工作。

本实施例的供电电路在工作过程中，三端稳压器U4的输入端电压可以选择锂电池组的供电电压，也可以选择外部VCC电源提供的供电电压。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上还设置了过流检测电路、短路检测电路和充放电高温检测电路。

所述过流检测电路包括电压采样电阻R45和电容C21，所述电压采样电阻R45的一端连接B-端，电压采样电阻R45的另一端连接主控制器U1的第14引脚，电容C21的一端接电压采样电阻R45，另一端接地。当锂电池组的回路电流过大时，R45检测到高电位，并反馈到U1第14引脚，U1通过第20引脚输出低电平信号，驱动QM1截止，电机停止工作，实现过流保护。

所述短路检测电路包括比较器U5、电压采样电阻R42、R43、R50，以及电容C25，其中，R43、R50串联连接，比较器U5的反向输入端 (第3引脚)通过R42连接QM1的源极，所述比较器U5的正向输入端(第1引脚)连接至R43、R50的串联点，电容C25的一端连接至U5的第3引脚，所述比较器U5的输出端(第4引脚)连接主控制器U1的第3引脚。当负载短路时，QM1源极瞬间产生大电流，U5 第3引脚检测到高电位，从而第4引脚输出高电平信号，U1第3引脚检测到该高电平信号后，立即关断QM1，实现短路保。

所述充放电高温检测电路包括热敏电阻NTC、分压电阻R54、电容C20，其中，电容C20并联连接在热敏电阻NTC的两端，分压电阻 R54的一端接5V电源，另一端与NTC串接后接地。所述热敏电阻NTC 与分压电阻R54的串联点连接至主控制器U1的第11引脚。

在锂电池在充电或放电过程中，当锂电池表面体温度达到55-70 度左右时，热敏电阻NTC的阻值降低，流经NTC和R54的串联电流增大，R54两端的电压增大，NTC和R54串联点的电位增大。当U1 第11脚检测到该高电位时，立即关断Q5与QM1，实现充放电高温保护功能。

以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims

1.一种应用于电机的6串锂电池保护电路，其特征在于：包括供电模块、主控制器U1、6节锂电池保护IC芯片U2、以及充电MOS开关电路、放电MOS开关电路；

所述6节锂电池保护IC芯片U2的电压检测端口连接锂电池组，所述6节锂电池保护IC芯片U2的充电保护引脚CO和放电保护引脚DO连接主控制器U1的信号输入端，所述主控制器U1的控制信号输出端连接充电MOS开关电路和放电MOS开关电路的控制端；

所述供电模块包括三端稳压器U4、带反并联二极管的P沟道MOS管Q1，第一供电触发电路以及第二供电触发电路，所述三端稳压器U4的输出端输出5V器件工作电压；所述P沟道MOS管Q1的源极接电机接入口的正极端M+，所述P沟道MOS管Q1的漏极以及外部供电电源VCC均通过正向连接的二极管D1接入三端稳压器U4的输入端；

所述第一供电触发电路包括NPN三极管Q2，所述P沟道MOS管Q1的栅极连接NPN三极管Q2的集电极，所述NPN三极管Q2的基级连接主控制器U1的驱动控制信号输出端，所述NPN三极管Q2的发射极接地；

所述第二供电触发电路包括电阻R14和二极管D2，所述电阻R14一端连接Q1的栅极，所述电阻R14的另一端通过正向连接的二极管D2与充电接入口的负极端CH-连接。

2.根据权利要求1所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，所述充电MOS开关电路包括带反并联二极管的第一N沟道MOS管Q5、PNP三极管Q7、电阻R39，所述PNP三极管Q7的发射极通过串联电阻R39连接主控制器U1的过充控制信号输出端，所述PNP三极管Q7的基级接地，所述PNP三极管Q7的集电极与第一N沟道MOS管Q5的栅极连接，所述第一N沟道MOS管Q5的源极连接充电端口的负极端，所述第一N沟道MOS管Q5的漏极与锂电池接入口的负极端连接。

3.根据权利要求1所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，所述放电MOS开关电路包括带反并联二极管的第二N沟道MOS管QM1，所述第二N沟道MOS管QM1的栅极连接主控制器U1的过放控制信号输出端，所述第二N沟道MOS管QM1的漏极与负载接入口的负极端连接，所述第二N沟道MOS管QM1的源极与锂电池接入口的负极端连接。

4.根据权利要求1所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，还包括充放电高温检测电路，所述充放电高温检测电路包括热敏电阻NTC和分压电阻R54，分压电阻R54的一端接5V电源，另一端与NTC串接后接地，所述热敏电阻NTC与分压电阻R54的串联点连接至主控制器U1的温度检测信号输入端。

5.根据权利要求3所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，还包括短路检测电路，所述短路检测电路包括比较器U5，所述比较器U5的反向输入端通过电压采样电阻R42连接第二N沟道MOS管QM1 的源极，所述比较器U5的正向输入端接入基准电压电路，所述比较器U5的输出端连接主控制器U1的短路检测信号输入端。

6.根据权利要求3所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，还包括过流检测电路，所述过流检测电路包括电压采样电阻R45，所述电压采样电阻R45的一端连接锂电池接入口的负极端，所述电压采样电阻R45的另一端连接主控制器U1的过流检测信号输入端。

7.根据权利要求5所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，所述基准电压电路包括电阻R43和电阻R50，所述电阻R43的一端通过与电阻R50串联后接地，所述电阻R43的另一端连接5V电压，所述电阻R43与R50的串联点与比较器U5的正向输入端连接。

8.根据权利要求1所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，包括电机调速控制模块，所述电机调速控制模块包括电阻R2、电阻R3和调速开关K2，所述电阻R3的一端通过依次串联连接的电阻R2、调速开关K2接入到电机接入口的正极端M+，所述电阻R3的另一端接地，所述电阻R2与电阻R3的串联点接入主控制器U1。

9.根据权利要求8所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，所述三端稳压器U4的输入端还通过反向连接的二极管D2连接至所述电阻R2与调速开关K2的串联点。

10.根据权利要求1所述的6串锂电池保护电路，其特征在于，还包括状态显示电路，所述状态显示电路包括单片机以及一组LED灯，所述单片机与主控制器U1的串行数据接口连接，所述单片机输出端口连接所述一组LED灯，所述一组LED灯用于显示锂电池组的SOC 状态。