CN218586884U - 一种铅酸电池的充电放电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铅酸电池的充电放电保护电路，包括外部供电电路、静电雷击保护电路、高压保护电路、过流保护和充电限流电路以及放电欠压保护切断电路；所述外部供电电路与静电雷击保护电路连接，所述静电雷击保护电路与高压保护电路连接，所述高压保护电路与过流保护充电限流电路连接，所述过流保护充电限流电路与放电欠压保护切断电路连接，所述放电欠压保护切断电路与铅酸电池的正极连接，所述铅酸电池的负极与地线连接。本实用新型铅酸电池的充电放电保护电路具有抑制高压、限流充电、防止过放等作用，对铅酸电池具有保护作用，提高铅酸电池的使用寿命。

Description

一种铅酸电池的充电放电保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池管理系统领域，具体是一种铅酸电池的充电放电保护电路。

背景技术

12V铅酸电池是目前被电动摩托车或者电动自行车上广泛使用的备用弱电供电系统。当电动摩托车或者电动自行车上的电门锁开启后，电动摩托车或者电动自行车上使用的48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源为整车外设及驱动车轮的电机供电，电动摩托车或者电动自行车上使用的48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源再通过直流降压模块降压后为中央控制单元VCU、车上的外部弱电系统设备(例如GPS模块、GPRS模块等、蓝牙、ABS、无线通通讯设备)、仪表盘等供电，同时，电动摩托车或者电动自行车上使用的48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源通过直流降压模块降压后通过VCU智能管理为12V铅酸电池充电。当电动摩托车或者电动自行车上的电门锁关闭后，48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源关闭供电，直流降压模块停止与中央控制单元VCU、车上的外部弱电系统设备、仪表盘等供电，此时，为了保证中央控制单元VCU以及车上的外部弱电系统设备继续工作，12V铅酸电池为中央控制单元VCU以及车上的外部弱电系统设备供电。

铅酸电池在充电和放电过程中，常出现高压充电、过流充电、过放等现象，该现象会缩短铅酸电池的使用寿命，甚至会引起爆炸，危及人身安全。

因此需要提供一种用于为电动摩托车或者电动自行车上的中央控制单元VCU和外部弱电系统设备供电的铅酸电池的充电放电保护电路，从而提高铅酸电池的使用寿命。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种铅酸电池的充电放电保护电路，本铅酸电池的充电放电保护电路具有抑制高压、限流充电、防止过放等作用，对铅酸电池具有保护作用，提高铅酸电池的使用寿命。

为实现上述技术目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种铅酸电池的充电放电保护电路，包括外部供电电路、静电雷击保护电路、高压保护电路、过流保护和充电限流电路以及放电欠压保护切断电路；所述外部供电电路与静电雷击保护电路连接，所述静电雷击保护电路与高压保护电路连接，所述高压保护电路与过流保护充电限流电路连接，所述过流保护充电限流电路与放电欠压保护切断电路连接，所述放电欠压保护切断电路与铅酸电池的正极连接，所述铅酸电池的负极与地线连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述外部供电电路的输出为直流电压14.4V。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述静电雷击保护电路包括瞬态抑制二极管D2和肖特基二极管D1，所述外部供电电路的输出端同时与瞬态抑制二极管D2的一端和肖特基二极管D1的正极连接，所述瞬态抑制二极管D2的另一端连接地线，所述肖特基二极管D1的负极与高压保护电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述高压保护电路包括电阻R1至电阻R4、瞬态抑制二极管D3、三极管Q1和场效应管M1，所述静电雷击保护电路内的肖特基二极管D1的负极同时与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极和场效应管M1的S极连接，所述电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端和瞬态抑制二极管D3的一端连接，瞬态抑制二极管D3的另一端连接地线，电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接，场效应管M1的G极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端同时与三极管Q1的集电极和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接地线，场效应管M1的D极与过流保护和充电限流电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述过流保护和充电限流电路包括电容C1、热敏电阻RT1、电阻R5、电阻R6和肖特基二极管D4，所述高压保护电路中的场效应管M1的D极同时与电容C1的一端、热敏电阻RT1的一端、电阻R6的一端和肖特基二极管D4负极连接，电容C1的另一端连接地线，热敏电阻RT1的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R6的另一端、肖特基二极管D4的正极和电阻R5的另一端相互连接后与放电欠压保护切断电路连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述放电欠压保护切断电路包括电阻R7至电阻R10、电容C2、三极管Q2、二极管D5和场效应管M2，所述过流保护和充电限流电路内的电阻R5的另一端与场效应管M2的D极连接，电阻R7的一端与二极管D5的正极连接，电阻R7的另一端同时与电阻R8的一端、电容C2的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R8的另一端、电容C2的另一端和三极管Q2的发射极均连接地线，三极管Q2的集电极通过电阻R9同时与电阻10的一端和场效应管M2的G极连接，场效应管M2的S极同时与电阻R10的另一端、二极管D5的负极和铅酸电池的正极连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，还包括电压检测电路，所述电压检测电路与中央控制单元VCU内的MCU连接，MCU与放电欠压保护切断电路内的电阻R7的一端连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述电压检测电路包括电容C3、电阻R11和电阻R12，所述电阻R12的一端与铅酸电池的正极连接，电阻R12的另一端同时与电阻R11的一端、电容C3的一端和中央控制单元VCU内的MCU连接，电阻R11的另一端和电容C3的另一端均连接地线。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述铅酸电池用于为外部弱电系统设备和中央控制单元VCU供电，所述放电欠压保护切断电路内的场效应管M2的D极与外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。

作为本实用新型进一步改进的技术方案，所述铅酸电池为12V铅酸电池V1；过流保护和充电限流电路与放电欠压保护切断电路之间的连接位置还用于与电动车上的外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型铅酸电池的充电放电保护电路结构简单，同时具有抑制高压、限流充电、防止过放等作用，在对铅酸电池充电和放电的过程中可以保护铅酸电池，提高铅酸电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型电路原理示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本实用新型的具体实施方式作出进一步说明：

本实施例提供一种用于为电动摩托车或者电动自行车(简称电动车)上的中央控制单元VCU和外部弱电系统设备(例如GPS模块、GPRS模块等、蓝牙、ABS、无线通通讯设备)供电的铅酸电池的充电放电保护电路，如图1所示，具体包括外部供电电路、静电雷击保护电路1、高压保护电路2、过流保护和充电限流电路3、放电欠压保护切断电路4以及电压检测电路5；所述外部供电电路、静电雷击保护电路1、高压保护电路2、过流保护充电限流电路、放电欠压保护切断电路4依次连接，放电欠压保护切断电路4和电压检测电路5均与12V铅酸电池V1的正极连接，电压检测电路5还与中央控制单元VCU内的MCU连接，中央控制单元VCU内的MCU与放电欠压保护切断电路4连接，12V铅酸电池V1的负极与地线连接。

所述外部供电电路的输出为直流电压14.4V。外部供电电路包括电动摩托车或者电动自行车上使用的48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源和直流降压模块，高压供电系统电源通过直流降压模块降压后得到直流电压14.4V。

其中放电欠压保护切断电路4与外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。外部供电电路可以通过静电雷击保护电路1、高压保护电路2、过流保护和充电限流电路3为外部弱电系统设备(即图1中的外部设备)和中央控制单元VCU供电，同时，外部供电电路可以依次通过静电雷击保护电路1、高压保护电路2、过流保护和充电限流电路3、放电欠压保护切断电路4为12V铅酸电池V1充电。当然，当外部供电电路停止供电时，12V铅酸电池V1也可以为外部弱电系统设备和中央控制单元VCU供电。

具体地，当电动车上的电门锁开启后，电动车上使用的48V、60V、72V或96V电瓶等高压供电系统电源通过直流降压模块降压后为中央控制单元VCU、车上的外部弱电系统设备(例如GPS模块、GPRS模块等、蓝牙、ABS、无线通通讯设备)、仪表盘等供电，同时，电动车上使用的高压供电系统电源通过直流降压模块降压后输出14.4V后通过本实施例的充电放电保护电路为12V铅酸电池V1充电。当电动车上的电门锁关闭后，高压供电系统电源关闭供电，直流降压模块停止为中央控制单元VCU、车上的外部弱电系统设备、仪表盘等供电，此时，12V铅酸电池V1为中央控制单元VCU以及车上的外部弱电系统设备供电。

本实施例中，如图1所示，所述静电雷击保护电路1包括瞬态抑制二极管D2和肖特基二极管D1，所述外部供电电路的输出端同时与瞬态抑制二极管D2的一端和肖特基二极管D1的正极连接，所述瞬态抑制二极管D2的另一端连接地线，所述肖特基二极管D1的负极与高压保护电路2连接。

静电雷击保护电路1中，当发生静电高压或者雷击电磁脉冲高压时，即电压超过14.4V时，瞬态抑制二极管D2瞬间导通，实现外部高压脉冲吸收；肖特基二极管D1防止了VCU内部高压反灌到外部供电电路。

本实施例中，如图1所示，所述高压保护电路2包括电阻R1至电阻R4、瞬态抑制二极管D3、三极管Q1和场效应管M1，所述静电雷击保护电路1内的肖特基二极管D1的负极同时与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极和场效应管M1的S极连接，所述电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端和瞬态抑制二极管D3的一端连接，瞬态抑制二极管D3的另一端连接地线，电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接，场效应管M1的G极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端同时与三极管Q1的集电极和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接地线，场效应管M1的D极与过流保护和充电限流电路3连接。

高压保护电路2实现了外部连续高压(超过14.4V)进入后，快速瞬间切断外部供电电路，确保12V铅酸电池V1充电电压在安全电压范围。当输入电压超过14.4V，D3瞬间导通，R1、R2产生压降，导致Q1导通，Q1导通后M1的S极和G极电压相同，M1关断。反之，当输入电压不超过14.4V时，M1导通。

本实施例中，如图1所示，所述过流保护和充电限流电路3包括电容C1、热敏电阻RT1、电阻R5、电阻R6和肖特基二极管D4，所述高压保护电路2中的场效应管M1的D极同时与电容C1的一端、热敏电阻RT1的一端、电阻R6的一端和肖特基二极管D4负极连接，电容C1的另一端连接地线，热敏电阻RT1的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R6的另一端、肖特基二极管D4的正极和电阻R5的另一端相互连接后与放电欠压保护切断电路4连接。

过流保护和充电限流电路3具有实现限流和恒流充电功能，同时具备小电流修复严重馈电的12V铅酸电池V1功能。当12V铅酸电池V1长期处于亏电时，12V铅酸电池V1和外部供电有较大的压差形成大电流，此时热敏电阻RT1过热保护熔断，R6作为限流电阻用小电流缓慢给12V铅酸电池V1充电修复。当铅酸电池修复至正常电压(约10.5V)时，RT1热敏电阻和小阻值限流电阻R5组成快速充电电路。

本实施例中，如图1所示，所述放电欠压保护切断电路4包括电阻R7至电阻R10、电容C2、三极管Q2、二极管D5和场效应管M2，所述过流保护和充电限流电路3内的电阻R5的另一端同时与场效应管M2的D极、外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接，电阻R7的一端与二极管D5的正极连接，电阻R7的另一端同时与电阻R8的一端、电容C2的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R8的另一端、电容C2的另一端和三极管Q2的发射极均连接地线，三极管Q2的集电极通过电阻R9同时与电阻10的一端和场效应管M2的G极连接，场效应管M2的S极同时与电阻R10的另一端、二极管D5的负极和12V铅酸电池V1的正极连接。中央控制单元VCU内的MCU与放电欠压保护切断电路4内的电阻R7的一端连接。

本实施例中，如图1所示，所述电压检测电路5包括电容C3、电阻R11和电阻R12，所述电阻R12的一端与12V铅酸电池V1的正极连接，电阻R12的另一端同时与电阻R11的一端、电容C3的一端和中央控制单元VCU内的MCU连接，电阻R11的另一端和电容C3的另一端均连接地线。电压检测电路5与MCU连接，由MCU检测电压，实现软件欠压保护。

本实施例中，如图1所示，所述12V铅酸电池V1用于为外部弱电系统设备(简称外部设备)和中央控制单元VCU供电，放电欠压保护切断电路4内的场效应管M2的D极与外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。

当电动车上的电门锁开启后，电动车上使用的高压供电系统电源通过直流降压模块降压后通过充电放电保护电路为12V铅酸电池V1充电，同时，高压供电系统电源通过直流降压模块降压后(即外部供电电路)通过静电雷击保护电路1、高压保护电路2、过流保护和充电限流电路3为中央控制单元VCU以及外部弱电系统设备供电。12V铅酸电池V1充电过程中，场效应管M2处于导通状态，外部供电电路为12V铅酸电池V1充电。

放电欠压保护切断电路4具有中央控制单元VCU和外部弱电系统设备供电低压截止保护功能，当电动车上的电门锁关闭时，高压供电系统电源关闭供电，外部供电电路停止为中央控制单元VCU、车上的外部弱电系统设备供电，此时，12V铅酸电池V1开始为中央控制单元VCU以及车上的外部弱电系统设备供电。12V铅酸电池V1开始放电，场效应管M2处于导通状态，当信号BAT_12V低于10V时，稳压二极管D5截止导通(即反向截止，稳压二极管D5为10V稳压管)，此时Q2关断，M2关断，12V铅酸电池V1停止放电，从而防止12V铅酸电池V1过放，保护了12V铅酸电池V1，此为硬件欠压保护。当MCU检测到信号ADC_12低于预设电压值(即电池欠压保护值，约10.5V)时，同时中央控制单元VCU还需继续执行重要工作，MCU可以输出MCU_IO信号至R7的一端，使得Q2导通，M2导通，保证12V铅酸电池V1继续为中央控制单元VCU供电，当中央控制单元VCU重要工作执行完毕后，MCU再控制Q2关断，M2关断，此为软件欠压保护。

本铅酸电池的充电放电保护电路结构简单，同时具有抑制高压、限流充电、防止过放等作用，对铅酸电池具有保护作用，提高铅酸电池的使用寿命。

本实用新型的保护范围包括但不限于以上实施方式，本实用新型的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：包括外部供电电路、静电雷击保护电路、高压保护电路、过流保护和充电限流电路以及放电欠压保护切断电路；所述外部供电电路与静电雷击保护电路连接，所述静电雷击保护电路与高压保护电路连接，所述高压保护电路与过流保护充电限流电路连接，所述过流保护充电限流电路与放电欠压保护切断电路连接，所述放电欠压保护切断电路与铅酸电池的正极连接，所述铅酸电池的负极与地线连接。

2.根据权利要求1所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述外部供电电路的输出为直流电压14.4V。

3.根据权利要求1所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述静电雷击保护电路包括瞬态抑制二极管D2和肖特基二极管D1，所述外部供电电路的输出端同时与瞬态抑制二极管D2的一端和肖特基二极管D1的正极连接，所述瞬态抑制二极管D2的另一端连接地线，所述肖特基二极管D1的负极与高压保护电路连接。

4.根据权利要求3所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述高压保护电路包括电阻R1至电阻R4、瞬态抑制二极管D3、三极管Q1和场效应管M1，所述静电雷击保护电路内的肖特基二极管D1的负极同时与电阻R1的一端、三极管Q1的发射极和场效应管M1的S极连接，所述电阻R1的另一端同时与电阻R2的一端和瞬态抑制二极管D3的一端连接，瞬态抑制二极管D3的另一端连接地线，电阻R2的另一端与三极管Q1的基极连接，场效应管M1的G极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端同时与三极管Q1的集电极和电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端连接地线，场效应管M1的D极与过流保护和充电限流电路连接。

5.根据权利要求4所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述过流保护和充电限流电路包括电容C1、热敏电阻RT1、电阻R5、电阻R6和肖特基二极管D4，所述高压保护电路中的场效应管M1的D极同时与电容C1的一端、热敏电阻RT1的一端、电阻R6的一端和肖特基二极管D4负极连接，电容C1的另一端连接地线，热敏电阻RT1的另一端与电阻R5的一端连接，电阻R6的另一端、肖特基二极管D4的正极和电阻R5的另一端相互连接后与放电欠压保护切断电路连接。

6.根据权利要求5所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述放电欠压保护切断电路包括电阻R7至电阻R10、电容C2、三极管Q2、二极管D5和场效应管M2，所述过流保护和充电限流电路内的电阻R5的另一端与场效应管M2的D极连接，电阻R7的一端与二极管D5的正极连接，电阻R7的另一端同时与电阻R8的一端、电容C2的一端和三极管Q2的基极连接，电阻R8的另一端、电容C2的另一端和三极管Q2的发射极均连接地线，三极管Q2的集电极通过电阻R9同时与电阻10的一端和场效应管M2的G极连接，场效应管M2的S极同时与电阻R10的另一端、二极管D5的负极和铅酸电池的正极连接。

7.根据权利要求6所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：还包括电压检测电路，所述电压检测电路与中央控制单元VCU内的MCU连接，MCU与放电欠压保护切断电路内的电阻R7的一端连接。

8.根据权利要求7所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述电压检测电路包括电容C3、电阻R11和电阻R12，所述电阻R12的一端与铅酸电池的正极连接，电阻R12的另一端同时与电阻R11的一端、电容C3的一端和中央控制单元VCU内的MCU连接，电阻R11的另一端和电容C3的另一端均连接地线。

9.根据权利要求6所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述铅酸电池用于为外部弱电系统设备和中央控制单元VCU供电，所述放电欠压保护切断电路内的场效应管M2的D极与外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。

10.根据权利要求1-9任一项所述的铅酸电池的充电放电保护电路，其特征在于：所述铅酸电池为12V铅酸电池V1；过流保护和充电限流电路与放电欠压保护切断电路之间的连接位置还用于与电动车上的外部弱电系统设备和中央控制单元VCU连接。

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