CN219351311U - 一种锂离子电池保护板结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锂离子电池保护板结构，涉及锂电池技术领域，解决了针对锂离子电池防过充、防过放、防短路和防过流的要求，需要为其配置对应的锂电池保护板的技术问题。该装置包括锂电池保护板和锂电池；所述锂电池保护板包括保护芯片U1和开关场效应管Q1；所述保护芯片U1与所述锂电池、开关场效应管Q1电连接；所述保护芯片U1接收所述锂电池的状态信息，向所述开关场效应管Q1发送电信号，通过所述开关场效应管Q1控制所述锂电池保护板的电路通断。通过保护芯片U1和开关场效应管Q1对锂电池进行保护，控制锂电池与用电负载连接时的回路通断，达到防过充、防过放、防短路和防过流的效果。

Description

一种锂离子电池保护板结构

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，尤其涉及一种锂离子电池保护板结构。

背景技术

在锂离子电池的实际应用中，锂离子电池的特性决定了其无法承受过充电和过放电，同时常规的锂离子电池都有一个允许的最大工作电流，以及不可以出现电池短路等要求。锂离子电池在出现过充电的情况下，锂离子电池内部就会出现析锂现象，析锂现象会有出现燃烧或者爆炸等安全性隐患；锂离子电池在出现过放电时，电池同样会出现失效现象；锂离子电池在出现过流的情况下，电池将出现发热现象，导致的电池出现性能劣化；锂离子电池在出现短路时，电池会因为剧烈发热，内部电解液汽化使得电池内部压力升高，并进而导致电池出现气胀或爆炸等安全性隐患。

为了延长锂离子电池的使用寿命，可靠的使用锂离子电池，在锂离子电池实际使用时，需要对锂离子电池配置保护电路，也即锂电池保护板。

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：

针对锂离子电池防过充、防过放、防短路和防过流的要求，需要为其配置对应的锂电池保护板。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池保护板结构，以解决现有技术中存在的针对锂离子电池防过充、防过放、防短路和防过流的要求，需要为其配置对应的锂电池保护板的技术问题。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锂离子电池保护板结构，包括锂电池保护板和锂电池；所述锂电池保护板包括保护芯片U1和开关场效应管Q1；所述保护芯片U1与所述锂电池、开关场效应管Q1电连接；所述保护芯片U1接收所述锂电池的状态信息，向所述开关场效应管Q1发送电信号，通过所述开关场效应管Q1控制所述锂电池保护板的电路通断。

优选的，所述锂电池保护板还包括充电接口；所述充电接口的第1引脚与所述锂电池电连接；所述充电接口的第4引脚与第5引脚均接地。

优选的，所述锂电池保护板还包括放电接口，所述放电接口的第2引脚与第11引脚均与所述锂电池电连接；所述锂电池通过所述放电接口向用电负载提供用电。

优选的，所述锂电池的放电效率为0.2C。

优选的，所述锂电池保护板的过充电保护延时时间为80-200ms；所述锂电池保护板的过放保护延时时间为40-120ms。

优选的，所述锂电池保护板的过流保护的电流值为3A±0.2A；所述锂电池保护板的过流保护的延时时间为10-15ms。

优选的，所述锂电池保护板的短路保护延迟时间为50-120us。

优选的，所述保护芯片U1的第1引脚、第3引脚分别与所述开关场效应管Q1的第6引脚、第4引脚连接；所述保护芯片U1的第2引脚与所述用电负载的负极连接；所述保护芯片U1的第5引脚、第6引脚分别与所述锂电池的正极、负极相连接。

优选的，所述开关场效应管Q1的第1引脚与所述锂电池的负极连接，所述开关场效应管Q1的第2引脚、第5引脚串联连接，所述开关场效应管Q1的第3引脚接地。

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：

本实用新型通过在锂离子可充电电池内设置有电池组和对应的锂电池保护板，当锂电池进行充放电时，锂电池保护板通过保护芯片U1和开关场效应管Q1对锂电池进行保护，控制锂电池与用电负载连接时的回路通断，达到防过充、防过放、防短路和防过流的效果。

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系统原理图；

图2是本实用新型实施例的充电接口图；

图3是本实用新型实施例的放电接口图。

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锂离子电池保护板结构，包括锂电池保护板和锂电池；锂电池保护板包括保护芯片U1和开关场效应管Q1；保护芯片U1与锂电池、开关场效应管Q1电连接；保护芯片U1接收锂电池的状态信息，向开关场效应管Q1发送电信号，通过开关场效应管Q1控制锂电池保护板的电路通断。

如图2所示，作为可选的实施方式，锂电池保护板还包括充电接口；充电接口的第1引脚与锂电池电连接；充电接口的第4引脚与第5引脚均接地。

如图3所示，作为可选的实施方式，锂电池保护板还包括放电接口，放电接口的第2引脚与第11引脚均与锂电池电连接；锂电池通过放电接口向用电负载提供用电。

作为可选的实施方式，锂电池的放电效率为0.2C。

作为可选的实施方式，锂电池保护板的过充电保护延时时间为80-200ms；锂电池保护板的过放保护延时时间为40-120ms。

作为可选的实施方式，锂电池保护板的过流保护的电流值为3A±0.2A；锂电池保护板的过流保护的延时时间为10-15ms。

作为可选的实施方式，锂电池保护板的短路保护延迟时间为50-120us。

作为可选的实施方式，保护芯片U1的第1引脚、第3引脚分别与开关场效应管Q1的第6引脚、第4引脚连接；保护芯片U1的第2引脚与用电负载的负极连接；保护芯片U1的第5引脚、第6引脚分别与锂电池的正极、负极相连接。

作为可选的实施方式，开关场效应管Q1的第1引脚与锂电池的负极连接，开关场效应管Q1的第2引脚、第5引脚串联连接，开关场效应管Q1的第3引脚接地。

具体的，本实用新型通过在锂离子可充电电池内设置有电池组和对应的锂电池保护板，当锂电池进行充放电时，锂电池保护板通过保护芯片U1和开关场效应管Q1对锂电池进行保护，控制锂电池与用电负载连接时的回路通断，达到防过充、防过放、防短路和防过流的效果。

本实用新型的工作原理为：

锂离子电池保护板结构的电路如图1所示，正常放电时：当锂电池电压在2.6V～4.3V之间时，保护芯片U1的第1引脚和第3引脚均输出高电平(等于供电电压)，第2引脚的电压为0V。此时开关场效应管Q1内的两只N沟道场效应管(第4引脚和第6引脚)均处于导通状态，由于开关场效应管Q1的导通电阻很小，相当于D、S极间直通，此时锂电池的负极与保护电路的P-端相当于直接连通，保护电路有电压输出。

在此电路中，开关场效应管Q1的内部场效应管可等效为两只开关，当开关场效应管Q1内的第4引脚和第6引脚的电压大于1V时，开关管导通，D、S间内阻很小(数十毫欧姆)，相当于开关闭合；当开关场效应管Q1内的第4引脚和第6引脚的小于0.7V时，开关管截止，D、S极间的导通内阻很大(几兆欧姆)，相当于开关断开。

过放电保护：当锂电池通过外接的负载进行放电时，锂电池两端的电压将慢慢降低，同时保护芯片U1内部将通过电阻R1实时监测锂电池电压，当锂电池电压下降到2.5V±01VV(通常称为过放保护电压)时，保护芯片U1认为锂电池已处于过放电状态，其第1引脚的电压变为0V，开关场效应管Q1内Q1截止，此时锂电池的B-与负载P-之间处于断开状态，即锂电池的放电回路被切断，锂电池将停止放电。

进入过放电保护状态后，锂电池电压会上升，若能上升到保护芯片U1的门限电压(3.0V±0.1V，通常称为过放保护恢复电压)，保护芯片U1的第1引脚恢复输出高电平，开关场效应管Q1的第6引脚再次导通。其中，过放保护延时时间为40-120ms。

电池充电：无论保护电路是否进入过放电状态，只要给保护电路的P+与P-端间加上充电电压，保护芯片U1经B-端检测到充电电压后，便立即从第3引脚输出高电平，开关场效应管Q1内的第4引脚导通。即锂电池的B-保护电路的P-通电，充电器对锂电池充电。

过充电保护：当电池通过充电器正常充电时，随着充电时间的增加，锂电池两端的电压将逐渐升高，当锂电池电压升高到4.3V±0.05V(通常称为过充保护电压)时，保护芯片U1将判断锂电池已处于过充电状态，便立即使第3引脚的电压降为0V，开关场效应管Q1内因第4引脚为低电平而截止，此时锂电池的B-极与保护电路的P-端之间处于断开状态并保持，即锂电池的充电回路被切断，停止充电。其中，过充电保护延时时间为80-200ms。

当保护电路的P+与P-端接上放电负载后，虽然开关场效应管Q1的第4引脚截止，但其内部的二极管正方向与放电回路的电流方向相同，所以仍可对负载放电。当锂电池两端电压低于4.1V±0.05V(通常称为过充保护恢复电压)时，保护芯片U1将退出过充电保护状态，第3引脚重新输出高电平，开关场效应管Q1的第4引脚导通，即锂电池的B-端与保护电路P-端又重新接上，锂电池又能进行正常的充放电。

过流保护：由于MOS开关管饱和导通时也存在内阻，所以有电流流过时MOS开关管的D、S极间就会产生压降，保护芯片U1会实时检测MOS开关管D、S极的电压，当电压升到IC保护门限值(一般为0.15V，称为放电过流检测电压)时，其放电保护执行端马上输出低电平，放电控制MOS开关管关断，放电回路被断开。其中，过流保护的电流值为3A±0.2A；锂电池保护板的过流保护的延时时间为10-15ms。

在图中，保护芯片U1通过接在V-端和VSS端之间的电阻R2实时检测MOS开关管上的压降。当负载电流增大时，开关场效应管Q1上的压降也必然增大，当该压降达到0.2V时，保护芯片U1便判断负载电流到达了极限值，于是其第1引脚的电压降为0V，开关场效应管Q1内部的放电控制管关闭，切断锂电池的放电回路，实现过电流保护。

短路保护是过电流保护的一种极限形式，其控制过程及原理与过电流保护一样。其中，短路保护延迟时间50-120us，短路保护恢复方式为断开负载。

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。

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 (9)

1.一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，包括锂电池保护板和锂电池；所述锂电池保护板包括保护芯片U1和开关场效应管Q1；所述保护芯片U1与所述锂电池、开关场效应管Q1电连接；所述保护芯片U1接收所述锂电池的状态信息，向所述开关场效应管Q1发送电信号，通过所述开关场效应管Q1控制所述锂电池保护板的电路通断。

2.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池保护板还包括充电接口；所述充电接口的第1引脚与所述锂电池电连接；所述充电接口的第4引脚与第5引脚均接地。

3.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池保护板还包括放电接口，所述放电接口的第2引脚与第11引脚均与所述锂电池电连接；所述锂电池通过所述放电接口向用电负载提供用电。

4.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池的放电效率为0.2C。

5.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池保护板的过充电保护延时时间为80-200ms；所述锂电池保护板的过放保护延时时间为40-120ms。

6.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池保护板的过流保护的电流值为3A±0.2A；所述锂电池保护板的过流保护的延时时间为10-15ms。

7.根据权利要求1所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述锂电池保护板的短路保护延迟时间为50-120us。

8.根据权利要求3所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述保护芯片U1的第1引脚、第3引脚分别与所述开关场效应管Q1的第6引脚、第4引脚连接；所述保护芯片U1的第2引脚与所述用电负载的负极连接；所述保护芯片U1的第5引脚、第6引脚分别与所述锂电池的正极、负极相连接。

9.根据权利要求3所述的一种锂离子电池保护板结构，其特征在于，所述开关场效应管Q1的第1引脚与所述锂电池的负极连接，所述开关场效应管Q1的第2引脚、第5引脚串联连接，所述开关场效应管Q1的第3引脚接地。

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