CN2733704Y - 本质安全型锂离子电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种在含有爆炸性气体环境中使用的本质安全型锂离子电源。它包括由多个锂离子电池组成的电池组和电池组保护电路，在电池组保护电路与电源输出端之间设有快速关断保护电路，它由纳秒级开通的三极管或场效应管和纳秒级关断的开关管构成，其中该三极管或场效应管的集电极通过电阻与开关管的门极相连，三极管或场效应管的发射极与电池组的正极及开关管的源极相连，三极管或场效应管的基极通过电阻与开关管的漏极相连。由于本实用新型将关断延迟时间降到了纳秒级，所以在保证电源本质安全性的条件下，可以提高电源的输出电压或电流，并可降低电源的能耗。

Description

本质安全型锂离子电源

技术领域

本实用新型属于电源技术领域，特别是一种在含有爆炸性气体环境中使用的本质安全型锂离子电源。

背景技术

现有的锂离子电源包括由多个锂离子电池组成的电池组和电池组保护电路，该保护电路一般说来具有过充电、过放电、过电流、短路四种保护功能。对于在爆炸气体环境下使用的本质安全型电源来说必须符合国家防爆检验标准，其中瞬间短路打火能量是非常重要的指标。为此，现有的本质安全型电源为了防爆均在电池组的输出端串入了限流电阻，并将输出电压或输出电流限制在较低范围，对于电池组来讲其输出端串入限流电阻将有非常大的能量损耗在该电阻上。申请人认为，在某些情况下，例如在矿山救援时，所供救援设备使用的本质安全型电源其输出电压或电流不能太小，可以采用缩短关断延迟时间的方法来达到降低瞬间短路打火能量的目的。但目前所有的专用锂离子电源保护电路的过电流保护和短路保护的关断延迟时间分别为毫秒级与微秒级，不能满足本质安全电源的要求。

发明内容

本实用新型所要解决的问题是对现有的锂离子电源进行改进，提供一种能量损耗小的本质安全型锂离子电源。

解决上述问题的技术方案是：所提供的本质安全型锂离子电源包括由多个锂离子电池组成的电池组和电池组保护电路，本实用新型的改进之处是在电池组保护电路与电源输出端之间设有快速关断保护电路，它由纳秒级开通的三极管或场效应管和纳秒级关断的开关管构成，其中纳秒级开通的三极管或场效应管的集电极通过电阻与纳秒级关断的开关管的门极相连，纳秒级开通的三极管或场效应管的发射极与电池组的正极及纳秒级关断的开关管的源极相连，纳秒级开通的三极管或场效应管的基极通过电阻与纳秒级关断的开关管的漏极相连。上述三极管或场效应管起着监视电池放电电流的作用，一旦该电流在该开关管及与其门极相连的电阻上的压降超过该三极管或场效应管的阈值电压，该三极管或场效应管会在纳秒级开通，集电极电位变高，使得开关管在纳秒级时间内关断，从而实现了降低瞬间短路打火能量的目的。

与现有技术相比，由于本实用新型将关断延迟时间降到了纳秒级，所以在保证电源本质安全性的条件下，可以提高电源的输出电压或电流，并可取消或减小电源输出端的限流电阻，降低电源的能耗。

附图说明

图1是本实用新型的电原理框图。

图2是本实用新型一个实施例的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示：与现有技术一样，本实用新型的电池组1上也接有过充电、过放电、过电流和短路保护电路2，在保护电路2的后面串接两级快速关断保护电路3、4，这两级快速关断保护电路的结构相同，其中第二级快速关断保护电路4作为一种冗余设计，也是本质安全型电源所要求的。图中编号5是负载。

如图2所示：电池组由15个单体锂电池组成，每五个电池为一组，共三组，每组的五个电池并联，然后三组电池再串联。每个锂电池的一端串联一个正温度系数的热敏电阻，也可以在每个锂电池的两端分别各串联一个正温度系数的热敏电阻，其作用是防止电池短路时产生大电流而引起电池过热、起火或爆炸。

图1中的过充电、过放电、过电流和短路保护电路2由主控芯片U₁(型号MM1414)、放电场效应管Q₁、充电开关管Q₂、三极管Q₃及电阻R₁、R₂、R₃、R₆、R₇、R₈电容C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆组成，电池组由串联的三组电池B₁、B₂、B₃组成。第一级快速关断保护电路由纳秒级开通的三极管Q₄、纳秒级关断的开关管Q₁、电阻R₄、R₅、R₉、R₁₀、和电容C₇组成，其中开关管Q₁与保护电路2共用，电阻R4的作用是将三极管Q4输出的电流信号转变为电压信号，驱动开关管Q1的门极(控制极)；电容C7并联在三极管Q4基极与发射极之间，以便去除干扰；电阻R9、R10的作用是把电池组的放电电流转变为电压信号，供三极管Q4判断；电阻R5连接在三极管Q4的基极与电阻R10的一端，其作用是采集电阻R10输出端的电压信号。三极管Q₄时刻监视着电池的放电电流，一旦该电流在开关管Q₁、电阻R₉、R₁₀上的压降超过三极管Q₄的阈值电压，三极管Q₄开通，集电极电位变高使得开关管Q₁的控制极电平变高，开关管Q₁在纳秒级关断。第二级快速关断保护电路开关管Q₅、三极管Q₆、电阻R₁₃、R₁₁、R₁₂、C₁₀、和电容R₁₄组成，其构成和工作原理与第一级快速关断保护电路相同。

由于相当多的负载实际上更多为容性，这样在开机瞬间势必有较大的浪涌电流从电源流出，该电流会使电流快速关断，致使负载不能启动。为此，在快速关断保护电路的输出端串联一个由负温度系数的热敏电阻，以便在开机启动时把电流限制在保护电流以下。

在电源的充电端串联两个反向二极管D₁、D₂，这样在充电时不会从充电端口放电。

Claims (5)

1、一种本质安全型锂离子电源，包括由多个锂离子电池组成的电池组和电池组保护电路，其特征是在电池组保护电路与电源输出端之间设有快速关断保护电路，所说的快速关断保护电路由纳秒级开通的三极管或场效应管(Q₄)和纳秒级关断的开关管(Q₁)构成，其中纳秒级开通的三极管或场效应管(Q₄)的集电极通过电阻与纳秒级关断的开关管(Q₁)的门极相连，纳秒级开通的三极管或场效应管(Q₄)的发射极与纳秒级关断的开关管(Q₁)的源极相连，纳秒级开通的三极管或场效应管(Q₄)的基极通过电阻与纳秒级关断的开关管(Q₁)的漏极相连。

2、如权利要求1所述的锂离子电源，其特征是在每个锂电池的一端串联一个正温度系数的热敏电阻。

3、如权利要求1所述的锂离子电源，其特征是在每个锂电池的两端分别各串联一个正温度系数的热敏电阻。

4、如权利要求1所述的锂离子电源，其特征是在电源的充电端串联两个反向二极管(D₁、D₂)。

5、如权利要求1或3或4所述的锂离子电源，其特征是在快速关断保护电路的输出端串联一个由负温度系数的热敏电阻。

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