CN2514502Y

CN2514502Y - 可充电池的保护电路

Info

Publication number: CN2514502Y
Application number: CN 01271337
Authority: CN
Inventors: 王传福; 严岳清; 曾子生; 杨海珊
Original assignee: BYD Co Ltd
Current assignee: BYD Co Ltd
Priority date: 2001-12-25
Filing date: 2001-12-25
Publication date: 2002-10-02
Anticipated expiration: 2011-12-25

Abstract

本实用新型涉及一种可充电池的保护电路,包括两组场效应管u₃、u₄和两组集成电路u₁、u₂,其中u₃、u₄与电池串联连接组成保护电路回路,u₁与u₃连接组成保护电路的一次保护部分,u₂与u₄组成二次保护部分;该保护电路在实际应用中防止或降低电池过充而发生爆炸危险,是锂离子电池应用于手机等便携式电子器械时不可缺少的保护装置。

Description

可充电池的保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种可充电池的保护电路，具体地说是对锂离子电池具有过充、过放的二次保护功能的电路。

背景技术

可充电的二次电池作为电子设备的驱动电源已广泛应用，但由于电池本身的特点，过充、过放会缩短电池的使用寿命，甚至会引起爆炸，危及人身安全，尤其对于锂离子电池，因电池内部含有有机溶剂，其承受的过充电能力较小，在应用于手机等便携式电子器械时通常会设置有一次保护电路，但是当一次保护电路中保护的集成电路或场效应管损坏时还会造成电池过充而发生危险。

实用新型内容

本实用新型的目的就是提供一种可充电池的保护电路，是将二次保护电路代替一次保护电路，以便提高电池的过充、过放性能，防止或降低电池过充而发生爆炸危险。

本实用新型的一种可充电池的保护电路，具有对电池过充、过放的二次保护功能，包括两组场效应管(简写为MOS)u₃、u₄和两组集成电路(简写为IC)u₁、u₂，u₃、u₄与电池串联连接组成保护电路回路，u₁的过充控制端(简写为CO)与u₃中之一的场效应管连接，u₁的过放控制端(简写为DO)与u₃中之二的场效应管连接，从而组成保护电路的一次保护部分，u₂的CO端与u₄组成二次保护部分；当一次保护部分能正常工作时，二次保护部分的u₄处于导通状态，过充、过放、过电流的保护均由一次保护的u₁及u₃来执行；当u₁或u₃失效而不能正常工作时，电池继续充电超过一次保护上限达到二次保护上限，u₄断开从而起到二次保护作用；

上述可充电池的保护电路的u₂与u₁所检测的上限电压优选遵循不等式：V_CU2≥V_CU1+100mv，其中，V_CU2：二次保护上限电压、V_CU1：一次保护上限电压；

上述的可充电池的保护电路的u₄进一步包括两个以并联连接的场效应管。

本实用新型的可充电池的保护电路的设计，考虑了一次保护IC及场效应管失效的情况，且价格相对于用SCP的双重保护电路成本大大降低，而安全性能得到进一步提高，并在实际应用中防止或降低电池过充而发生爆炸危险，得到客户的好评。

附图说明：

图1是本实用新型的实施例1保护电路图；

图2是本实用新型的实施例2保护电路图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型主题进行详细说明：

如图图1所示，该保护电路包括两组集成电路和两组场效应管，其中：

U₁、U₂为保护集成电路IC，其作用是检测、逻辑判断、控制；

U₃、U₄为场效应管MOS，其作用是受保护IC控制来将充电或放电回路导通或断开；

R1、C1，R2、C2各组成一对RC滤波器，以防保护IC受干扰误动作；

R1、R2可在充电电压过高时或充电器接反时起到限流作用。

PTC用来感知电池包内的温度及充放电回路中的电流来判断是否应将回路断开。

P+、P-：为安装了锂电池保护电路的电池包的充电器或负载的连接端；

B+、B-：为电芯的正负极；

在保护IC U1及U2中，VDD、VSS分别为保护IC电源的输入端及电芯电压的检测端，CO、DO分别为保护IC的过充控制端和过放控制端，VM为保护IC的过电流检测端；

在场效应管U3及U4中，此场效应管内封装了两个完全相同但相互独立的场效应管，可通过外部引线使它们串联或并联，其中D为场效应管的漏极，S为场效应管的源极，G为场效应管的栅极；

P+通过R1、R3分别与保护IC U1、U2的VDD端相连，同时P+通过PTC与电芯正极相连，电芯负极与保护IC U1、U2的VSS端相连，同时又与场效应管U3一场应管的源极相连，C1、C2分别并在保护IC U1、U2的VDD、VSS两端；场效应管U3内部两场效应管的漏极相连，保护IC U1的DO、CO端分别与U3内部两场效应管的栅极相连；场效应管U4内部的两场效应管漏极、源极、栅极分别相连，保护IC U2的CO端与U4内部两场效应管的栅极相连；R2一端与保护IC的VM端相连，另一端与U3一场效应管的源极、U4两场效应管的漏极相连；R4一端与保护IC U2的VM端相连，另一端与场应管U4的源极相连并引出作为P-端。

二次保护部分U4内部两个场效应管并联减小内阻。

保护IC U1、U2同时侦测电池电压。当一次保护能正常工作时，二次保护的场效应管U4处于导通状态，因V_CU1＜V_CU2(备注：V_CU1、V_CU2分别为一、二次保护部分上限电压)，故二次保护部分不起作用，此时工作状态与普通一次保护部分类似。当一次保护不能正常(保护IC或场效应管U3失效)场效应管U3不能正常断开时，电池继续充电超过一次保护上限达到二次保护上限，二次保护起作用，对应的场效应管U4断开从而起到保护作用。

保护电路还包括使用该保护IC能起到短路保护功能的特殊要求。例如考虑最坏的情况：

电池电压(MAX)：V1＝4.2V 电池电压(MIN)：R0＝30mΩ

一次保护中UPA1870的导通电阻(MIN)：R1＝15mΩ

二次保护中UPA1870的导通电阻(MAX)：R2＝27/2＝13.5mΩ

线路板和电池间的电阻值：R＝25mΩ(包括镍带及焊接电阻)

1)当R3为B+和R1间的电阻时，有

V1-V1/(R0+2R1+R2+R3)*(R0+R3)-V1/(R0+2R1+R2+R3)*2R1＝

0.58V＜0.9V

结果可满足短路保护的条件。

2)当R3在其它位置上，有V1-V1/(R0+2R1+R2+R3)*R0-V1/(R0+2R1+R2+R3)*2R1＝1.64V

不能实现短路保护

3)R3＝0

V-SHORT电压＝0.77V＜0.9V

可以看出R3的位置很重要，提高点焊、焊接质量、缩短连接镍带的长度，用相对内阻值较小的温度保护器代替PTC都可减少R3的阻值。如R3不能更小，则对于一次保护IC要用较大导通电阻的场效应管，或对于二次保护IC用较小导通电阻的场效应管。

保护电路，还包括一次保护部分与二次保护部分元器件的选择。

1)保护IC：为保证二次保护电路工作的可靠性，其一次保护上限电压和二次保护上限电压，必须遵循以下原则：V_CU2≥V_CU1+100mv

V_CU2：二次保护上限电压

V_CU1：一次保护上限电压

两保护IC的过充电检测延迟时间选择原则是：一次保护IC过充电检测延迟时间较长，在秒级，因这时，电压上升还较缓慢，电池电压还基本在安全范围之内；二次保护IC过充电检测延迟时间较短，在毫秒级，因这时电池已过充，电压上升很快，如不迅速控制，极易发生危险。

保护IC选择了内置延时电路的IC，这样过充电的延迟时间精度很高且可靠。而外置延时的保护IC会由于电容的质量造成延时不精确、无过充保护功能或无延迟时间等故障，增加故障机率。

2)C1电容：C1电容的质量对整个保护电路的性能有很大的影响。因若电容阻抗变得很小，则极易使电池、电阻R1、电容C1形成电流回路，给电池放电，且对保护IC的电池电压取样也将变小而不准确。

保护电路还包括双重保护电路线路板布线时需要注意的事项：因为二次保护部分保护IC的DO脚悬空，故干扰信号极易进入保护IC，影响保护IC的正常工作。为避免产生振荡现象，在PCB布线时应注意缩短保护IC中DO、CO引脚至场效应管之间的引线。

如图2所示，U4为单独的场效应管，但电池保护电路的元件及工作原理亦同图1，同样属于本实用新型的保护的范围。

Claims

1、可充电池的保护电路，其特征在于：所述的保护电路具有对电池过充、过放的二次保护功能，包括两组场效应管(简写为MOS)u₃、u₄和两组集成电路(简写为IC)u₁、u₂，u₃、u₄与电池串联连接组成保护电路回路，u₁的过充控制端(简写为CO)与u₃中之一的场效应管连接，u₁的过放控制端(简写为DO)与u₃中之二的场效应管连接，从而组成保护电路的一次保护部分，u₂的CO端与u₄组成二次保护部分；当一次保护部分能正常工作时，二次保护部分的u₄处于导通状态，过充、过放、过电流的保护均由一次保护的u₁及u₃来执行；当u₁或u₃失效而不能正常工作时，电池继续充电超过一次保护上限达到二次保护上限，u₄断开从而起到二次保护作用。

2、根据权利要求1所述的可充电池的保护电路，其特征在于：所述u₂与u₁所检测的上限电压遵循不等式：V_CU2≥V_CU1+100mv，其中，V_CU2：二次保护上限电压、V_CU1：一次保护上限电压。

3、根据权利要求1所述的可充电池的保护电路，其特征在于：所述u₄包括两个以并联连接的场效应管。