实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提供一种用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板,通过采用新型保护板用于21V五节锂电池包的保护,可实现多级电流保护、温度保护、反向保护、稳压保护等多重保护功能,另外,通过控制芯片和次级充电保护芯片双芯片与双充电MOS管组成的充电回路,防止由于单一充电MOS管损坏而导致的过充不保护问题,以达到保护电芯的目的,在用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板的普及上有着广泛的市场前景。
为解决上述技术问题,本实用新型提供一种用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板,所述21V五节锂电池包包括第一锂电池、第二锂电池、第三锂电池、第四锂电池和第五锂电池,所述第一锂电池、第二锂电池、第三锂电池、第四锂电池、第五锂电池依次串联,所述保护板包括:
控制芯片和次级充电保护芯片,
所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚依次通过功耗电阻R6、上电防反接二极管D1电性连接所述第五锂电池的正极端,所述功耗电阻R6用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚通过稳压电容C6电性连接所述第一锂电池的负极端,所述稳压电容C6用于放电时稳定输出电压、防止产生误保护,所述控制芯片的电源负极输入管脚GND管脚电性连接所述第一锂电池的负极端,所述电源正极输入管脚VCC管脚与所述电源负极输入管脚GND管脚配合使用为所述控制芯片提供电源,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC5管脚通过功耗电阻R5电性连接所述第五锂电池的正极端,所述功耗电阻R5用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC5管脚通过滤波电容C5电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C5使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC4管脚通过功耗电阻R4电性连接所述第四锂电池的正极端,所述功耗电阻R4用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC4管脚通过滤波电容C4电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C4使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC3管脚通过功耗电阻R3电性连接所述第三锂电池的正极端,所述功耗电阻R3用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC3管脚通过滤波电容C3电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C3使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC2管脚通过功耗电阻R2电性连接所述第二锂电池的正极端,所述功耗电阻R2用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC2管脚通过滤波电容C2电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C2使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC1管脚通过功耗电阻R1电性连接所述第一锂电池的正极端,所述功耗电阻R1用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC1管脚通过滤波电容C1电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C1使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的驱动电压输入管脚DOIN管脚通过下拉电阻R7电性连接所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚,所述下拉电阻R7在发生保护或解除保护时将所述驱动电压输入管脚DOIN管脚的电压拉低到负极,所述控制芯片的驱动电压输入管脚COIN管脚通过下拉电阻R8电性连接所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚,所述下拉电阻R8在发生保护或解除保护时将所述驱动电压输入管脚COIN管脚的电压拉低到负极,
所述控制芯片的DO管脚通过上拉电阻R12分别电性连接充电MOS管Q2的G极、充电MOS管Q1的G极,充电MOS管Q2的S极电性连接充电MOS管Q1的S极,充电MOS管Q2的D极电性连接充电MOS管Q1的D极,
所述控制芯片的CO管脚依次通过上拉电阻R11、充电防反接二极管D3电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,所述控制芯片的CO管脚电性连接放电MOS管Q3的G极,所述充电防反接二极管D3的正极电性连接所述放电MOS管Q3的S极,所述放电MOS管Q3的D极电性连接放电MOS管Q4的S极,放电MOS管Q4的D极电性连接充电MOS管Q1的D极,放电MOS管Q4的G极通过电阻R17电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,
所述电池电压输入管脚VC5管脚、所述电池电压输入管脚VC4管脚、所述电池电压输入管脚VC3管脚、所述电池电压输入管脚VC2管脚、电池电压输入管脚VC1管脚分别对所述第五锂电池、所述第四锂电池、所述第三锂电池、所述第二锂电池、所述第一锂电池进行采样,采样电压信号经由所述控制芯片内部的逻辑电路进行电压比较:
当电压处于设定值X至设定值Y的区间内时,所述控制芯片的DO管脚与CO管脚输出高电平,DO管脚控制放电MOS管Q2打开,CO管脚控制充电MOS管Q3打开,
当电压低于设定值X一定时间后视为低压保护,当电压高于设定值Y一定时间后视为高压保护,DO管脚由高电平切换至高阻态,关断放电MOS管Q1、放电MOS管Q2,CO管脚由高电平切换至高阻态,关断充电MOS管Q3,
所述控制芯片的电流检测管脚VIN管脚通过滤波电容C13电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C13使进入IC的电压信号更加平滑,所述控制芯片的电流检测管脚VIN管脚依次通过功耗电阻R13、Ren合金电阻Rsn电性连接所述第一锂电池的负极端,所述功耗电阻R13用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,当电流经过所述Ren合金电阻Rsn时产生压降,由所述电流检测管脚VIN管脚采集压降参数并对比设定值Z、P,当压降达到设定值Z并持续一段时间后,视为发生过电流现象,当压降达到设定值P时视为发生短路现象,所述DO管脚由高电平切换至高阻态关断放电MOS管Q1、放电MOS管Q2,
所述控制芯片的高压延时管脚TOV管脚通过延时电容C7电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制高压保护的延时时间,所述延时电容C7通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的低压延时管脚TOVD管脚通过延时电容C8电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制低压保护的延时时间,所述延时电容C8通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的过电流延时管脚TOC1管脚通过延时电容C9电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制过电流现象的延时时间,所述延时电容C9通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的电路保护延时管脚TOC2管脚通过延时电容C10电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制短路现象的延时时间,所述延时电容C10通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的温度检测管脚NTC管脚通过热敏电阻NTC与滤波电容C111并联电性连接所述第一锂电池的负极端,当温度升高、热敏电阻NTC的阻值等于或低于设定值Q时,视为发生过热现象,CO管脚由高电平切换至高阻态、关断充电MOS管Q1,DO管脚由高电平切换至高阻态、关断充电MOS管Q2,当温度降低、热敏电阻NTC的阻值回升高于设定值Q时解除过热保护,
所述控制芯片的温度调节管脚TRH管脚通过温度调节电阻R9、滤波电容C12并联电性连接所述第一锂电池的负极端,用于调节过热保护的设定值Q,
所述控制芯片的充电器检测管脚VM管脚通过功耗电阻R10电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,充电器检测管脚VM管脚采集压降数据并对比预设值W,当充电器或负载接入后,电流经过充电MOS管Q1后产生压降,当检测到有压降产生时视为负载接入,当压降达到预设值W时视为充电器接入,
所述保护板的正极电性连接所述第五锂电池的正极端,所述保护板的负极通过电压快恢复二极管D2电性连接所述保护板的正极,
所述次级充电保护芯片的U2CO管脚电性连接MOS管Q5的G极,所述MOS管Q5的S极电性连接所述第五锂电池的正极端,所述MOS管Q5的D极通过电阻R16电性连接所述充电MOS管Q4的G极,
当所述控制芯片所控制的放电MOS管Q3发生短路现象无法关断时,所述次级充电保护芯片会检测到所述电池电压输入管脚VC5管脚、所述电池电压输入管脚VC4管脚、所述电池电压输入管脚VC3管脚、所述电池电压输入管脚VC2管脚、电池电压输入管脚VC1管脚的各节电压,当电压高于所述控制芯片的设定值并持续增长至所述次级充电保护芯片的设定值N,所述次级充电保护芯片介入,关断次级充电MOS管Q4,切断充电回路。
在本实用新型一个较佳实施例中,所述延时电容C7的延时时间为107×电容值。
在本实用新型一个较佳实施例中,所述延时电容C8的延时时间为107×电容值。
在本实用新型一个较佳实施例中,所述延时电容C9的延时时间为106×电容值×2。
在本实用新型一个较佳实施例中,所述延时电容C10的延时时间为105×电容值×2。
在本实用新型一个较佳实施例中,所述温度调节电阻R9的计算公式为所述热敏电阻NTC的阻值×2。
本实用新型的有益效果是:本实用新型用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板通过采用新型保护板用于21V五节锂电池包的保护,可实现多级电流保护、温度保护、反向保护、稳压保护等多重保护功能,另外,通过控制芯片和次级充电保护芯片双芯片与双充电MOS管组成的充电回路,防止由于单一充电MOS管损坏而导致的过充不保护问题,以达到保护电芯的目的,在用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板的普及上有着广泛的市场前景。
具体实施方式
下面将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,所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例,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它实施例,都属于本实用新型保护的范围。
请参阅图1,本实用新型实施例包括:
一种用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板,所述21V五节锂电池包包括第一锂电池、第二锂电池、第三锂电池、第四锂电池和第五锂电池,所述第一锂电池、第二锂电池、第三锂电池、第四锂电池、第五锂电池依次串联。
所述保护板包括:控制芯片和次级充电保护芯片,
所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚依次通过功耗电阻R6、上电防反接二极管D1电性连接所述第五锂电池的正极端,所述功耗电阻R6用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚通过稳压电容C6电性连接所述第一锂电池的负极端,所述稳压电容C6用于放电时稳定输出电压、防止产生误保护,所述控制芯片的电源负极输入管脚GND管脚电性连接所述第一锂电池的负极端,所述电源正极输入管脚VCC管脚与所述电源负极输入管脚GND管脚配合使用为所述控制芯片提供电源,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC5管脚通过功耗电阻R5电性连接所述第五锂电池的正极端,所述功耗电阻R5用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC5管脚通过滤波电容C5电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C5使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC4管脚通过功耗电阻R4电性连接所述第四锂电池的正极端,所述功耗电阻R4用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC4管脚通过滤波电容C4电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C4使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC3管脚通过功耗电阻R3电性连接所述第三锂电池的正极端,所述功耗电阻R3用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC3管脚通过滤波电容C3电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C3使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC2管脚通过功耗电阻R2电性连接所述第二锂电池的正极端,所述功耗电阻R2用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC2管脚通过滤波电容C2电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C2使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的电池电压输入管脚VC1管脚通过功耗电阻R1电性连接所述第一锂电池的正极端,所述功耗电阻R1用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,所述控制芯片的电池电压输入管脚VC1管脚通过滤波电容C1电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C1使进入所述控制芯片的电压信号更加平滑,
所述控制芯片的驱动电压输入管脚DOIN管脚通过下拉电阻R7电性连接所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚,所述下拉电阻R7在发生保护或解除保护时将所述驱动电压输入管脚DOIN管脚的电压拉低到负极,所述控制芯片的驱动电压输入管脚COIN管脚通过下拉电阻R8电性连接所述控制芯片的电源正极输入管脚VCC管脚,所述下拉电阻R8在发生保护或解除保护时将所述驱动电压输入管脚COIN管脚的电压拉低到负极,
所述控制芯片的DO管脚通过上拉电阻R12分别电性连接充电MOS管Q2的G极、充电MOS管Q1的G极,充电MOS管Q2的S极电性连接充电MOS管Q1的S极,充电MOS管Q2的D极电性连接充电MOS管Q1的D极,
所述控制芯片的CO管脚依次通过上拉电阻R11、充电防反接二极管D3电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,所述控制芯片的CO管脚电性连接放电MOS管Q3的G极,所述充电防反接二极管D3的正极电性连接所述放电MOS管Q3的S极,所述放电MOS管Q3的D极电性连接放电MOS管Q4的S极,放电MOS管Q4的D极电性连接充电MOS管Q1的D极,放电MOS管Q4的G极通过电阻R17电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,
所述电池电压输入管脚VC5管脚、所述电池电压输入管脚VC4管脚、所述电池电压输入管脚VC3管脚、所述电池电压输入管脚VC2管脚、电池电压输入管脚VC1管脚分别对所述第五锂电池、所述第四锂电池、所述第三锂电池、所述第二锂电池、所述第一锂电池进行采样,采样电压信号经由所述控制芯片内部的逻辑电路进行电压比较:
当电压处于设定值X至设定值Y的区间内时,所述控制芯片的DO管脚与CO管脚输出高电平,DO管脚控制放电MOS管Q2打开,CO管脚控制充电MOS管Q3打开,
当电压低于设定值X一定时间后视为低压保护,当电压高于设定值Y一定时间后视为高压保护,DO管脚由高电平切换至高阻态,关断放电MOS管Q1、放电MOS管Q2,CO管脚由高电平切换至高阻态,关断充电MOS管Q3,
所述控制芯片的电流检测管脚VIN管脚通过滤波电容C13电性连接所述第一锂电池的负极端,所述滤波电容C13使进入IC的电压信号更加平滑,所述控制芯片的电流检测管脚VIN管脚依次通过功耗电阻R13、Ren合金电阻Rsn电性连接所述第一锂电池的负极端,所述功耗电阻R13用于防止大电流进入所述控制芯片损坏内部集成电路,当电流经过所述Ren合金电阻Rsn时产生压降,由所述电流检测管脚VIN管脚采集压降参数并对比设定值Z、P,当压降达到设定值Z并持续一段时间后,视为发生过电流现象,当压降达到设定值P时视为发生短路现象,所述DO管脚由高电平切换至高阻态关断放电MOS管Q1、放电MOS管Q2,
所述控制芯片的高压延时管脚TOV管脚通过延时电容C7电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制高压保护的延时时间,所述延时电容C7通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的低压延时管脚TOVD管脚通过延时电容C8电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制低压保护的延时时间,所述延时电容C8通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的过电流延时管脚TOC1管脚通过延时电容C9电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制过电流现象的延时时间,所述延时电容C9通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的电路保护延时管脚TOC2管脚通过延时电容C10电性连接所述第一锂电池的负极端,用于控制短路现象的延时时间,所述延时电容C10通过调节容值改变延时时间,
所述控制芯片的温度检测管脚NTC管脚通过热敏电阻NTC与滤波电容C111并联电性连接所述第一锂电池的负极端,当温度升高、热敏电阻NTC的阻值等于或低于设定值Q时,视为发生过热现象,CO管脚由高电平切换至高阻态、关断充电MOS管Q1,DO管脚由高电平切换至高阻态、关断充电MOS管Q2,当温度降低、热敏电阻NTC的阻值回升高于设定值Q时解除过热保护,
所述控制芯片的温度调节管脚TRH管脚通过温度调节电阻R9、滤波电容C12并联电性连接所述第一锂电池的负极端,用于调节过热保护的设定值Q,
所述控制芯片的充电器检测管脚VM管脚通过功耗电阻R10电性连接所述锂电池包的充放电装置负极,充电器检测管脚VM管脚采集压降数据并对比预设值W,当充电器或负载接入后,电流经过充电MOS管Q1后产生压降,当检测到有压降产生时视为负载接入,当压降达到预设值W时视为充电器接入,
所述保护板的正极电性连接所述第五锂电池的正极端,所述保护板的负极通过电压快恢复二极管D2电性连接所述保护板的正极,
所述次级充电保护芯片的U2CO管脚电性连接MOS管Q5的G极,所述MOS管Q5的S极电性连接所述第五锂电池的正极端,所述MOS管Q5的D极通过电阻R16电性连接所述充电MOS管Q4的G极,
当所述控制芯片所控制的放电MOS管Q3发生短路现象无法关断时,所述次级充电保护芯片会检测到所述电池电压输入管脚VC5管脚、所述电池电压输入管脚VC4管脚、所述电池电压输入管脚VC3管脚、所述电池电压输入管脚VC2管脚、电池电压输入管脚VC1管脚的各节电压,当电压高于所述控制芯片的设定值并持续增长至所述次级充电保护芯片的设定值N,所述次级充电保护芯片介入,关断次级充电MOS管Q4,切断充电回路。
优选地,所述延时电容C7的延时时间为107×电容值。
优选地,所述延时电容C8的延时时间为107×电容值。
优选地,所述延时电容C9的延时时间为106×电容值×2。
优选地,所述延时电容C10的延时时间为105×电容值×2。
优选地,所述温度调节电阻R9的计算公式为所述热敏电阻NTC的阻值×2。
多级电流保护功能:由于电机启动时扭矩大、电流大,瞬间产生的大电流极易使市面上的普通产品进入过电流保护状态,本技术方案采用一级电流延时设计,可以避免电机启动时的大电流使产品进入误保护状态,同时二级电流阈值又能对于电机发生短路现象时进行更快速的保护响应。
温度保护功能:利用温控电阻的阻值随温度变化特性,实时采集环境温度,当发生过温现象时关断放电回路,以保护电池、延长电池寿命。
反向保护功能:利用二极管的单向导通特性,当用户将输入端正负极反接时,上电防反接二极管D1处于不导通状态,此时控制芯片不能工作,以此保证电流不会进入电路板中,保证产品的安全性。
稳压保护功能:在锂电池包两端并联一颗容值较大的电容,不放电时锂电池包为这颗电容充电,当发生放电时,放出电容中储存的电荷,稳定锂电池包输出电压,防止由于启动瞬间的大电流将锂电池包电压拉低从而导致锂电池包进入低压误保护状态。
多级充电保护:通过控制芯片和次级充电保护芯片双芯片与双充电MOS管组成的充电回路,防止由于单一充电MOS管损坏而导致的过充不保护问题,以达到保护电芯的目的。
另外,当采用两块控制芯片共同使用时也可以将其中一块控制芯片的DOIN管脚与COIN管脚短接至VCC管脚、CO管脚与DO管脚连接至另一块控制芯片的COIN管脚、DOIN管脚进行级联应用,可采用两块控制芯片组成42V十节电池串联可多并的电池组保护板。
本实用新型用于21V五串锂电池包的充电双重保护型保护板的有益效果是:
通过采用新型保护板用于21V五节锂电池包的保护,可实现多级电流保护、温度保护、反向保护、稳压保护等多重保护功能,另外,通过控制芯片和次级充电保护芯片双芯片与双充电MOS管组成的充电回路,防止由于单一充电MOS管损坏而导致的过充不保护问题,以达到保护电芯的目的。
以上所述仅为本实用新型的实施例,并非因此限制本实用新型的专利范围,凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。