CN219287175U - 一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池，涉及锂电池技术领域，解决了现有的锂离子电池保护板不能满足动力领域中锂电池的大电流工作要求的技术问题。该装置包括充放电管理电路和信息检测电路；所述充放电管理电路包括充电控制开关K1和放电控制开关K2，所述充电控制开关K1为常闭型直流接触器，所述放电控制开关K2为常开型直流接触器；所述信息检测电路获取锂电池的电流信息和电压信息，所述充放电管理电路根据所述电流信息、电压信息对所述锂电池进行充放电管理。本实用新型用于提供一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池。

Description

一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池。

背景技术

随着锂离子电池生产的原材料和电池生产的加工工艺的提高，现在的锂离子电池在向大容量，高倍率的方向发展，其应用的领域变得日益广泛，特别是在电动自行车、电动摩托车等小型动力应用领域，锂离子电池的使用得到了长足的发展。但由于锂离子电池自身的限制，在动力领域使用锂离子电池时，同样需要配套的PCM系统(锂电池保护电路板)。

其中，动力领域应用的锂离子电池具备工作电流大、负载时间长和应用于感性负载的特点，所配套的PCM系统也应该实现在大电流工作环境下进行工作，但传统的锂离子电池保护板应用的线路板结构无法承受大电流的工作要求。为了应用于大电流场景，传统的锂离子电池保护板的功率元件应用了多个并联的低内阻MOSFET，但在大电流情况下，很容易导致因为电流分配不均衡，导致其中的一个MOSFET烧毁，使得整个系统失效。而多个低内阻MOSFET的应用，也导致了锂电池保护板成本的大幅度提高。成本的提高限制了动力锂离子电池应用，同时也造成了社会资源的浪费。

在实现本实用新型过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的锂离子电池保护板不能满足动力领域中锂电池的大电流工作要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于大电流的锂电池保护电路板及锂电池，以解决现有技术中存在的现有的锂离子电池保护板不能满足动力领域中锂电池的大电流工作要求的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，包括充放电管理电路和信息检测电路；所述充放电管理电路包括充电控制开关K1和放电控制开关K2，所述充电控制开关K1为常闭型直流接触器，所述放电控制开关K2为常开型直流接触器；所述信息检测电路获取锂电池的电流信息和电压信息，所述充放电管理电路根据所述电流信息、电压信息对所述锂电池进行充放电管理。

优选的，所述充放电管理电路还包括工作开关S1，所述工作开关S1与用电负载同步开启和同步关闭。

优选的，所述充放电管理电路还包括第一MOS管Q1和第三MOS管Q3；所述第一MOS管Q1的漏极与所述充电控制开关K1连接，所述第一MOS管Q1的源极均与所述用电负载、锂电池的负极连接；所述第三MOS管Q3的源极连接到所述充电控制开关K1与所述放电控制开关K2之间；所述第三MOS管Q3的漏极与所述工作开关S1的闭触点端连接。

优选的，所述充放电管理电路还包括第二MOS管Q2；所述第二MOS管Q2的栅极与所述工作开关S1的开触点端连接，所述第二MOS管Q2的源极均与所述用电负载、锂电池的负极连接，所述第二MOS管Q2的漏极与所述放电控制开关K2连接。

优选的，所述充电控制开关K1与所述放电控制开关K2串联连接；所述充电控制开关K1的主触点端与所述用电负载的正极连接，所述放电控制开关K2的主触点端与充电控制开关K1的闭触点端连接，所述放电控制开关K2的开触点端与所述锂电池的正极连接。

优选的，所述信息检测电路包括信息检测IC，所述信息检测IC的第1引脚与所述第一MOS管Q1的栅极连接；所述信息检测IC的第3引脚与所述第三MOS管Q3的栅极连接。

优选的，所述锂电池处于正常充电状态时，所述工作开关S1开启，所述第一MOS管Q1截止，所述充电控制开关K1导通，所述充放电管理电路正常工作；所述锂电池处于过充电状态时，所述工作开关S1开启，所述第一MOS管Q1导通，所述充电控制开关K1截止，所述充放电管理电路不工作。

优选的，所述锂电池处于正常放电状态时，所述工作开关S1闭合，所述第三MOS管Q3导通，所述放电控制开关K2导通，所述充放电管理电路正常工作；所述锂电池处于过放电状态时，所述工作开关S1闭合，所述第三MOS管Q3截止，所述放电控制开关K2截止，所述充放电管理电路不工作。

优选的，所述信息检测电路与所述锂电池一体设置，所述充放电管理电路与所述信息检测电路分体设置。

此外，本实用新型还提供了一种锂电池，包括上述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板。

实施本实用新型上述技术方案中的一个技术方案，具有如下优点或有益效果：

本实用新型将充放电管理电路的控制元件由MOS管改为直流接触器，通过不同的直流接触器分别控制充电回路与放电回路，有效地降低了开关部分的接触电阻，大幅降低了开关部分的温升，尤其适用于大电流或者超大电流的应用场合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，附图中：

图1是本实用新型实施例的锂电池保护系统原理图；

图2是现有的锂电池保护系统原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下文将要描述的各种示例性实施例将要参考相应的附图，这些附图构成了示例性实施例的一部分，其中描述了实现本实用新型可能采用的各种示例性实施例。除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。应明白，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型公开的一些方面相一致的流程、方法和装置等的例子，还可使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本实用新型的范围和实质。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”等指示的是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的元件必须具有的特定的方位、以特定的方位构造和操作。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。术语“多个”的含义是两个或两个以上。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接、一体连接、机械连接、电连接、通信连接、直接相连、通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

实施例一：

如图1所示，本实用新型提供了一种适用于大电流的锂电池保护电路板，包括充放电管理电路和信息检测电路；充放电管理电路包括充电控制开关K1和放电控制开关K2，充电控制开关K1为常闭型直流接触器，放电控制开关K2为常开型直流接触器；信息检测电路获取锂电池的电流信息和电压信息，充放电管理电路根据电流信息、电压信息对锂电池进行充放电管理。

作为可选的实施方式，充放电管理电路还包括工作开关S1，工作开关S1与用电负载同步开启和同步关闭。

作为可选的实施方式，充放电管理电路还包括第一MOS管Q1和第三MOS管Q3；第一MOS管Q1的漏极与充电控制开关K1连接，第一MOS管Q1的源极均与用电负载、锂电池的负极连接；第三MOS管Q3的源极连接到充电控制开关K1与放电控制开关K2之间；第三MOS管Q3的漏极与工作开关S1的闭触点端连接。

作为可选的实施方式，充放电管理电路还包括第二MOS管Q2；第二MOS管Q2的栅极与工作开关S1的开触点端连接，第二MOS管Q2的源极均与用电负载、锂电池的负极连接，第二MOS管Q2的漏极与放电控制开关K2连接。

作为可选的实施方式，充电控制开关K1与放电控制开关K2串联连接；充电控制开关K1的主触点端与用电负载的正极连接，放电控制开关K2的主触点端与充电控制开关K1的闭触点端连接，放电控制开关K2的开触点端与锂电池的正极连接。

作为可选的实施方式，信息检测电路包括信息检测IC，信息检测IC的第1引脚与第一MOS管Q1的栅极连接；信息检测IC的第3引脚与第三MOS管Q3的栅极连接。

作为可选的实施方式，锂电池处于正常充电状态时，工作开关S1开启，第一MOS管Q1截止，充电控制开关K1导通，充放电管理电路正常工作；锂电池处于过充电状态时，工作开关S1开启，第一MOS管Q1导通，充电控制开关K1截止，充放电管理电路不工作。

作为可选的实施方式，锂电池处于正常放电状态时，工作开关S1闭合，第三MOS管Q3导通，放电控制开关K2导通，充放电管理电路正常工作；锂电池处于过放电状态时，工作开关S1闭合，第三MOS管Q3截止，放电控制开关K2截止，充放电管理电路不工作。

作为可选的实施方式，信息检测电路与锂电池一体设置，充放电管理电路与信息检测电路分体设置。

具体的，如图2所示，图2是现有的锂电池保护系统原理图，原理图上的电路分为两个部分，第一部分是以集成电路U1(S-8254)和各个电阻电容构成的检测电路，而S-8254A系列为内置高精度电压检测电路和延迟电路，适用于3节或4节串联锂离子/锂聚合物可充电电池保护的IC。通过SEL端子的切换，可用来保护3节或4节串联电池。

其中，U1和电阻R6到R11、电容C1到C7分别构成了外围电压检测和延迟时间设定电路，U1和R13构成了电流检测电路。集成电路U1的第1引脚(COP引脚)输出充电控制信号，控制充电开关Q1的栅极，打开或者关断充电回路；集成电路U1的第3引脚(DOP引脚)输出放电控制信号，控制放电开关Q3的栅极，打开或者关断放电回路。在图2所示的电路中，充电和放电控制MOSFET，即Q1和Q3均为PMOS管，只有集成电路U1的第1引脚(COP引脚)和第3引脚(DOP引脚)的输出信号均为低电平时，充电开关Q1和放电开关Q3才能正常工作。此时，两个控制开关的MOSFET均打开，只有在出现电池过充电或者是过放电的情况下，集成电路的U1的第1引脚(COP引脚)和第3引脚(DOP引脚)输出高电平，关断充电或者放电回路。其中集成电路U1的第2引脚连接P+端，作为过充电或者过放电的恢复控制。

而锂离子电池的保护电路，除了上述的采用PMOSFET的方式(即将Q1、Q3放置到锂电池正极回路的方式)外，在几十安培以下的动力应用领域，更多的是采用NMOSFET方式(即将开关MOSFET放置到电池的负极回路中)，将其充放电控制的信号设置为高电平有效，检测集成电路正常情况下输出高电平，出现异常时输出低电平。

基于上述现有的锂电池保护系统原理图，本实用新型将充放电管理电路的控制元件由MOS管改为直流接触器，通过不同的直流接触器分别控制充电回路与放电回路，有效地降低了开关部分的接触电阻，大幅降低了开关部分的温升，尤其适用于大电流或者超大电流的应用场合。

本实用新型的具体工作原理为：

如图1所示，信息检测电路仍然采用和图2相同的电路。而图中的左半部分即为本实用新型的充放电管理电路：

过充电保护状态：充电控制开关K1为常闭型直流接触器，即在电池组的电压正常情况下，集成电路U1的第1引脚输出低电平，该电平通过电阻R14连接到第一MOS管Q1的栅极。由于第一MOS管Q1为NMOS管，栅极输入低电平为截止状态。此时，充电控制开关K1的线圈没有电流流过，充电控制开关K1的常闭触点没有打开，充电控制开关K1处于导通状态。当电池组因为充电导致某一只电池达到过充电阈值后，集成电路U1的第1引脚输出高电平，该信号同样通过R14送到第一MOS管Q1的栅极，第一MOS管Q1导通，充电控制开关K1的线圈得电，触点从导通状态转变为截止，充电回路不工作，电池组进入过充电保护状态。

对于充电回路，静置状态和工作状态，第二MOS管Q2始终是处于关断状态，此时系统都没有自耗电存在，只有在出现过充电情况下，直流接触器才有电流消耗，但在充电状态下由于有充电器存在，直流接触器的影响可以忽略不计。

过放电保护状态：在系统正常工作的情况下，工作开关S1闭合。需要说明的是，工作开关S1与用电负载同步开启和同步关闭。工作开关S1是和用电负载启动联动的开关，只有在设备开关打开情况下(正常工作情况下)，通过工作开关S1打开放电回路，放电控制开关K2才能正常工作，在使用电池期间，才有放电控制开关K2的电流消耗，而且这个电流只是几十个毫安级别，和电池容量相比可以忽略不计。

此时，集成电路U1的第3引脚(DOP引脚)输出低电平，连接到第三MOS管Q3(PMOS)的栅极，第三MOS管Q3导通。之后通过工作开关S1、电阻R15，电流流向放电控制开关K2，其线圈得到电流产生磁场，拉动常开触点闭合导通，从而打开放电回路，进行正常的放电。若出现电池组中某一只电池电压低于过放电的阈值，或者出现过流或短路现象，集成电路U1的第3引脚(DOP引脚)输出高电平，第三MOS管Q3截止，放电控制开关K2的线圈失去电流，闭合的触点恢复成常开状态，从而关断放电回路，使得电池处于过放电保护状态。

本系统中，使用的信息检测电路为成熟的集成电路，对于电池的充电检测、放电检测、过流检测、短路检测四项功能，都是依靠保护电路中的集成电路进行检测的，使得该保护电路的检测精度，只是受集成电路的精度的影响，与充放电回路动作执行机构由MOSFET改为直流接触器无关。即使用直流接触器后，不会影响保护电流的检测精度，也不会影响对电池保护性能。

进一步的，在实际使用中，可以将信息检测电路和充放电管理电路的直流接触器分开设置，具有安装方便，使用灵活的优点。且同一个电池检测部分，可以配置不同的直流接触器，而不需要改变电池的检测部分的电路整体设计结构，只需要改变直流接触器的型号和采样部分的采样电阻，即可调整整个系统的最大允许工作电流，适应不同参数的要求。

实施例仅是一个特例，并不表明本实用新型就这样一种实现方式。

实施例二：

本实用新型还提供了一种锂电池，包括上述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板。锂电池通过设置如实施例一所示的锂电池保护电路板，将充放电管理电路的控制元件由MOS管改为直流接触器，通过不同的直流接触器分别控制充电回路与放电回路，有效地降低了开关部分的接触电阻，大幅降低了开关部分的温升，能够在大电流的工作环境下仍能保护锂电池。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，本领域技术人员知悉，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等同替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，包括充放电管理电路和信息检测电路；所述充放电管理电路包括充电控制开关K1和放电控制开关K2，所述充电控制开关K1为常闭型直流接触器，所述放电控制开关K2为常开型直流接触器；所述信息检测电路获取锂电池的电流信息和电压信息，所述充放电管理电路根据所述电流信息、电压信息对所述锂电池进行充放电管理。

2.根据权利要求1所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述充放电管理电路还包括工作开关S1，所述工作开关S1与用电负载同步开启和同步关闭。

3.根据权利要求2所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述充放电管理电路还包括第一MOS管Q1和第三MOS管Q3；所述第一MOS管Q1的漏极与所述充电控制开关K1连接，所述第一MOS管Q1的源极均与所述用电负载、锂电池的负极连接；所述第三MOS管Q3的源极连接到所述充电控制开关K1与所述放电控制开关K2之间；所述第三MOS管Q3的漏极与所述工作开关S1的闭触点端连接。

4.根据权利要求2所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述充放电管理电路还包括第二MOS管Q2；所述第二MOS管Q2的栅极与所述工作开关S1的开触点端连接，所述第二MOS管Q2的源极均与所述用电负载、锂电池的负极连接，所述第二MOS管Q2的漏极与所述放电控制开关K2连接。

5.根据权利要求2所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述充电控制开关K1与所述放电控制开关K2串联连接；所述充电控制开关K1的主触点端与所述用电负载的正极连接，所述放电控制开关K2的主触点端与充电控制开关K1的闭触点端连接，所述放电控制开关K2的开触点端与所述锂电池的正极连接。

6.根据权利要求3所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述信息检测电路包括信息检测IC，所述信息检测IC的第1引脚与所述第一MOS管Q1的栅极连接；所述信息检测IC的第3引脚与所述第三MOS管Q3的栅极连接。

7.根据权利要求3所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述锂电池处于正常充电状态时，所述工作开关S1开启，所述第一MOS管Q1截止，所述充电控制开关K1导通，所述充放电管理电路正常工作；所述锂电池处于过充电状态时，所述工作开关S1开启，所述第一MOS管Q1导通，所述充电控制开关K1截止，所述充放电管理电路不工作。

8.根据权利要求3所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述锂电池处于正常放电状态时，所述工作开关S1闭合，所述第三MOS管Q3导通，所述放电控制开关K2导通，所述充放电管理电路正常工作；所述锂电池处于过放电状态时，所述工作开关S1闭合，所述第三MOS管Q3截止，所述放电控制开关K2截止，所述充放电管理电路不工作。

9.根据权利要求1所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板，其特征在于，所述信息检测电路与所述锂电池一体设置，所述充放电管理电路与所述信息检测电路分体设置。

10.一种锂电池，其特征在于，包括权利要求1-9任一所述的一种适用于大电流的锂电池保护电路板。

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