TWM491290U

TWM491290U - 鋰電池保護電路

Info

Publication number: TWM491290U
Application number: TW103208074U
Authority: TW
Inventors: zong-zhe Li
Original assignee: Univ Cheng Shiu
Priority date: 2014-05-09
Filing date: 2014-05-09
Publication date: 2014-12-01

Description

鋰電池保護電路

本創作係關於一種過電壓過電流過溫度保護電路，特別是一種可偵測鋰電池是否有發生過充電和過放電、偵測鋰電池之電流以及偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸的過電壓過電流過溫度保護電路。

傳統之鋰電池充電器僅能對鋰電池進行充電。

然而，當鋰電池在使用使用1.5安培電流充電時，最大電壓不可超過4.2伏特，而此時的溫度範圍必須落在0到45度，否則有可能因為過熱，而損害鋰電池之壽命，甚至產生爆炸。此外，鋰電池在放電時，也不可讓電壓低於2.5伏特，導致過放電現象，這會使電池容量快速變小，減少其循環壽命(Cycle Life)。

因此，如何設計出一可偵測鋰電池是否有發生過充電和過放電、偵測鋰電池之電流以及偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸之過電壓過電流過溫度保護電路，即成為了相關廠商以及研發人員所共同努力的目標。

本案創作人有鑑於習知之鋰電池充電器僅能對鋰電池進行充電，而無法避免鋰電池因為過熱，而損害鋰電池之壽命，甚至產生爆炸，以及因過放電現象使電池容量快速變小等問題，乃著手進行研發，以期可以解決該問題或提供更良善之解決方案，經過不斷努力及試驗，終於研發出本創作。

本創作之目的在於提供一種可偵測鋰電池是否有發生過充電和過放電、偵測鋰電池之電流以及偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸之過電壓過電流過溫度保護電路。

為達到上述之目的，本創作之鋰電池保護電路，係與一可對鋰電池進行充放電之充電電路連接，共同形成一類比式電池管理系統，該鋰電池保護電路係包括一過電壓保護電路、一電流偵測電路以及一過溫度保護電路。

該過電壓保護電路係與一鋰電池之正端連接，並偵測該鋰電池是否有發生過充電和過放電。

該電流偵測電路係與該鋰電池之正端連接，並偵測該鋰電池之電流。

該過溫度保護電路係與該鋰電池連接，並偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸。

因此，藉由上述之構造，本創作可偵測鋰電池是否有發生過充電和過放電、偵測鋰電池之電流以及偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸。

(1)‧‧‧鋰電池保護電路

(10)‧‧‧過電壓保護電路

(100)‧‧‧第一電阻

(101)‧‧‧第二電阻

(102)‧‧‧第三電阻

(103)‧‧‧第一比較器

(104)‧‧‧第一開關

(105)‧‧‧第二比較器

(106)‧‧‧第二開關

(11)‧‧‧電流偵測電路

(110，Ri1)‧‧‧內部電阻

(111)‧‧‧運算放大器

(112)‧‧‧電晶體

(113)‧‧‧外部電阻

(12)‧‧‧過溫度保護電路

(120)‧‧‧第一晶片外部電阻

(121)‧‧‧第二晶片外部電阻

(122)‧‧‧熱敏電阻

(123)‧‧‧第一串聯電阻

(124)‧‧‧第二串聯電阻

(125)‧‧‧第三串聯電阻

(126)‧‧‧第四串聯電阻

(127)‧‧‧第三比較器

(128)‧‧‧第四比較器

(129)‧‧‧第五比較器

(2)‧‧‧鋰電池

(3)‧‧‧類比式電池管理系統

(30)‧‧‧充電電路

(300)‧‧‧電感

(301)‧‧‧電容

(302，RsenI)‧‧‧小電阻

(Vreg)‧‧‧系統穩壓器

(VH)‧‧‧第一參考電壓

(VL)‧‧‧第二參考電壓

(Vctrl)‧‧‧控制電壓

(VHE)‧‧‧第一外部參考電壓

(OVER)‧‧‧第一數位訊號

(VLE)‧‧‧第二外部參考電壓

(UNDER)‧‧‧第二數位訊號

(VsenI)‧‧‧電壓

(Vsup)‧‧‧輸入電壓

Vsen、Vbat4‧‧‧該小電阻之跨壓

VsenI‧‧‧該外部電阻之跨壓

(Icharge)‧‧‧充電電流

(UNDERT)‧‧‧第一數位溫度訊號

(OVERT1)‧‧‧第二數位溫度訊號

(OVERT2)‧‧‧第三數位溫度訊號

(VsenT)‧‧‧熱感應電壓

第一圖係本創作之鋰電池保護電路與一充電電路連接，共同形成一類比式電池管理系統之系統方塊圖。

第二圖係本創作之過電壓保護電路之電路圖。

第三圖係本創作之電流偵測電路之電路圖。

第四圖係本創作之過溫度保護電路之電路圖。

為使熟悉該項技術人員瞭解本創作之目的，兹配合圖式將本創作之較佳實施例詳細說明如下。

首先，請參閱第一圖所示，本創作之鋰電池保護電路(1)，係與一可對鋰電池進行充放電之充電電路(30)連接，共同形成一類比式電池管理系統(3)，本創作之鋰電池保護電路(1)係包括一過電壓保護電路(10)、一電流偵測電路(11)以及一過溫度保護電路(12)。

該過電壓保護電路(10)係與一鋰電池(2)之正端連接，並偵測該鋰電池(2)是否有發生過充電和過放電。

該電流偵測電路(11)係與該鋰電池(2)之正端連接，並偵測該鋰電池(2)之電流。

該過溫度保護電路(12)係與該鋰電池(2)連接，並偵測該鋰電池(2)之溫度，以避免該鋰電池(2)溫度過高而爆炸。

請參考第二圖所示，其中該過電壓保護電路(10)係包括：一第一電阻(100)，其一端係與一系統穩壓器(Vreg)以及該鋰電池(2)之正端連結；一第二電阻(101)，其一端係與該第一電阻(100)之另一端連接，經由電阻分壓得到一第一參考電壓(VH)；一第三電阻(102)，其一端係與該第二電阻(101)之另一端連接，經由電阻分壓得到一第二參考電壓(VL)，另一端接地；一第一比較器(103)，其正輸入端係與該鋰電池(2)之正端連結，負輸入端係與一第一開關(104)連接，該第一開關(104)係藉由一控制電壓(Vctrl)決定該第一比較器(103)之負輸入端係與該第一參考電壓(VH)或一第一外部參考電壓(VHE)連接，經由該第一比較器(103)之比較結果，該第一比較器(103)之輸出端輸出一第一數位訊號(OVER)，代表該鋰電池(2)發生過過充電；以及一第二比較器(105)，其負輸入端係與該鋰電池(2)之正端連結，正輸入端係與一第二開關(106)連接，該第二開關(106)係藉由一控制電壓(Vctrl)決定該第二比較器(105)之一正輸入端係與該第二參考電壓(VL)或一第二外部參考電壓(VLE)連接，經由該第二比較器(105)之比較結果，該第二比較器(105)之輸出端輸出一第二數位訊號(UNDER)，代表該鋰電池(2)發生過過放電。

透過該控制電壓(Vctrl)，可以選擇由內部提供參考電壓或由外部給予適當之參考電壓，確保該過電壓保護電路(10)運作正常。

請參考第一以及三圖所示，其中該電流偵測電路(11)係與該充電電路(30)連接，可將該鋰電池(2)之充電電流(Icharge)轉為一電壓(VsenI)輸出，以控制其他電路，該充電電路(30)包括：一電感(300)，其一端係接收該充電電路(30)之輸入電壓(Vsup)；一電容(301)，其一端係與該電感(300)之另一端連接，另一端係接地；以及一小電阻(302，RsenI)，其一端係與該電感(300)之另一端連接，另一端係與該鋰電池(2)之正端連結；該電流偵測電路(11)包括：一內部電阻(110，Ri1)，其一端與該電感(30)之另一端連接；一運算放大器(111)，其負輸入端係與該內部電阻(110，Ri1)之另一端連接，正輸入端係與該小電阻(302，RsenI)之另一端連接；一電晶體(112)，其閘極係與該運算放大器(111)之輸出端連接，汲極係與該內部電阻(110，Ri1)之另一端連接；以及一外部電阻(113)，其一端係與該電晶體(112)之源極連接，另一端接地。

經由串接該小電阻(302，RsenI)在充電路徑，可藉由該小電阻(302)之跨壓Vsen和Vbat4而反算出充電電流值。而該外部電阻(113，Ri2)之跨壓VsenI即為轉換出之電壓值，其和充電電流(Icharge)的關係式為：

因此，經由該外部電阻(113，Ri2)，可以進行微調，以補償非理想效應。

請參考第四圖所示，其中該過溫度保護電路(12)係包括：一第一晶片外部電阻(120)，其一端係與該系統穩壓器(Vreg)連接；一第二晶片外部電阻(121)，其一端係與該第一晶片外部電阻(120)之另一端連接，另一端接地；一熱敏電阻(122)，其一端係與該第一晶片外部電阻(120)之另一端連接，另一端接地；一第一串聯電阻(123)，其一端係與該系統穩壓器(Vreg)連接；一第二串聯電阻(124)，其一端係與該第一串聯電阻(123)之另一端連接；一第三串聯電阻(125)，其一端係與該第二串聯電阻(124)之另一端連接；一第四串聯電阻(126)，其一端係與該第三串聯電阻(125)之另一端連接，另一端接地；一第三比較器(127)，其負輸入端係與該第一晶片外部電阻(120)之另一端連接，正輸入端係與該第一串聯電阻(123)之另一端連接，輸出端輸出一第一數位溫度訊號(UNDERT)；一第四比較器(128)，其正輸入端係與該第一晶片外部電阻(120)之另一端連接，負輸入端係與該第二串聯電阻(124)之另一端連接，輸出端輸出一第二數位溫度訊號(OVERT1)；以及一第五比較器(129)，其正輸入端係與該第一晶片外部電阻(120)之另一端連接，負輸入端係與該第三串聯電阻(125)之另一端連接，輸出端輸出一第三數位溫度訊號(OVERT2)。

藉由該第一晶片外部電阻(120)、該第二晶片外部電阻(121)和該熱敏電阻(122)形成之電阻分壓，可得到一個隨溫度上升而下降之熱感應電壓(VsenT)。由於該第一串聯電阻(123)、該第二串聯電阻(124)、該第三串聯電阻(125)以及該第四串聯電阻(126)之電阻分壓可以得到三個參考電壓，分別接到該第三比較器(127)、該第四比較器(128)以及該第五比較器(129)之一端輸入，而另外一端輸入則接到熱感應電壓(VsenT)，經過該第三比較器(127)、該第四比較器(128)以及該第五比較器(129)之比較，可以分別得到該第一數位溫度訊號(UNDERT)、該第二數位溫度訊號(OVERT1)以及該第三數位溫度訊號(OVERT2)，以此來避免電池發生過溫度而爆炸。

藉由上述之說明，本創作可偵測鋰電池是否有發生過充電和過放電、偵測鋰電池之電流以及偵測該鋰電池之溫度，以避免該鋰電池溫度過高而爆炸；再者，其結構型態並非所屬技術領域中之人士所能輕易思及而達成者，實具有新穎性以及進步性無疑。

透過上述之詳細說明，即可充分顯示本創作之目的及功效上均具有實施之進步性，極具產業之利用性價值，且為目前市面上前所未見之新創作，完全符合新型專利要件，爰依法提出申請。惟以上所述著僅為本創作之較佳實施例而已，當不能用以限定本創作所實施之範圍。即凡依本創作專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬於本創作專利涵蓋之範圍內，謹請貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。