一种多节锂电池的保护电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种多节锂电池的保护电路，包括供电电路、控制电路、充放电回路、该保护电路还包括电压检测电路和平衡电路，该电压检测电路包括用于检测锂电池的电芯电压的信号检测点，该信号检测点与控制电路的电压信号输入端一一对应连接，所述平衡电路包括与锂电池节数相匹配的放电平衡回路，该放电平衡回路一一对应连接于每节锂电池正、负极之间，每个放电平衡回路上设置有开关元件，每个开关元件一一对应连接于控制电路的平衡输出端。该保护电路具有对锂电池电芯电压进行检测的电压检测电路，可检测出多节串联的锂电池的各电芯电压之间存在较大压差，并通过平衡电路减少该压差，可以大大延长电池的使用寿命。
【专利说明】—种多节锂电池的保护电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锂电池保护电路，特别是指一种用于多节串联的锂电池的保护电路。
【背景技术】
[0002]锂离子电池的发展已有很多年，但主要用于手机、笔记本电脑、照相机等小型移动式电子产品，这些场合往往都单串使用，负载电流较低，安全系数高。最近以来，锂离子电池以其轻便、高能量密度、无污染等特点，已经开始在电动自行车、电动工具和动力玩具领域上得到快速应用，并逐步应用于混合动力车和电动车辆领域。但动力锂离子电池的安全性和使用寿命仍是人们目前最为关注的问题，所以对其的保护就非常重要。目前，市场上的保护装置有两种:一种是单串的用于上面提到的手机、照相机的保护板。一种是多串的用于电动工具等的最大6串左右的保护板，这种保护板最大只能支持6节电池串联，如果需要有更多的电池串联则只能采用多个芯片串联起来使用，大大增加了成本。而且这种保护板一般都没有温度保护和平衡功能，精度差，对电池使用的安全性、使用寿命和灵活性都产生很大的影响。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是:提供一种多节锂电池的保护电路，该保护电路具有对锂电池电芯电压进行检测的电压检测电路，可检测出多节串联的锂电池的各电芯电压之间存在较大压差，并通过平衡电路减少该压差，可以大大延长电池的使用寿命。
[0004]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是:一种多节锂电池的保护电路，包括供电电路、控制电路、充放电回路、该保护电路还包括电压检测电路和平衡电路，该电压检测电路包括用于检测锂电池的电芯电压的信号检测点，该信号检测点与控制电路的电压信号输入端一一对应连接，所述平衡电路包括与锂电池节数相匹配的放电平衡回路，该放电平衡回路一一对应连接于每节锂电池正、负极之间，每个放电平衡回路上设置有开关元件，每个开关元件一一对应连接于控制电路的平衡输出端。
[0005]作为一种优选的方案，所述充放电回路包括充电母线正极和充电母线负极、放电母线正极和放电母线负极，所述充电母线负极和放电母线负极均连接于锂电池的输出母线负极，所述放电母线正极通过放电MOS管与输出母线正极连接，该放电MOS管的G极连接放电三极管的集电极，该放电三极管的基极与控制电路的放电输出端连接；放电三极管的发射极与输出母线负极连接；所述充电母线正极通过充电MOS管与输出母线正极连接，该充电MOS管的G极连接充电三极管的集电极，该充电三极管的基极与控制电路的充电输出端连接，该充电三极管的发射极与输出母线负极连接。
[0006]作为一种优选的方案，所述保护电路还包括串联于输入母线上的测流电阻和检测该测流电阻电流的过流检测电路，该过流检测电路与控制电路的过流检测输入端连接。
[0007]作为一种优选的方案，所述保护电路还包括连接于供电电路和地线之间的温度检测电路，该温度检测电路包括NTC和分压电阻，该NTC贴合于锂电池的外部，该NTC和分压电阻之间的检测点与控制电路的温变电压输入端连接。
[0008]采用了上述技术方案后，本发明的效果是:由于电压检测电路对多节锂电池的电芯电压(即每一节锂电池的电压)，当检测的每个电信电压均大于设定的电压值，且任意两节电芯的电压差大于设定差值时，电压较高的那节电芯对应的开关元件由控制电路控制导通，对该节电芯进行放电，以达到任意两节电芯的电压差低于设定差值，这样，通过对电压高的电芯进行放电的方式，使得各节电芯的电压波动较小，平衡度提高，从而对整个锂电池充电时会充入更多的电量，延长了锂电池的使用寿命。
[0009]又由于所述保护电路还包括串联于输入母线上的测流电阻和检测该测流电阻电流的过流检测电路，该过流检测电路与控制电路的过流检测输入端连接，若测得的电流值大于设定的过流保护值，则在一定的保护延迟时间Tl后放电输出端输出低电平，而如果测得的电流值大于设定的短路保护值，则在一定的保护延迟时间T2 (T2 < T I)后放电输出端同样输出低电平，同上导致放电MOS管关断，这样就达到了过流放电保护。
[0010]又由于所述保护电路还包括连接于供电电路和地线之间的温度检测电路，该温度检测电路包括NTC和分压电阻，该NTC贴合于锂电池的外部，该NTC和分压电阻之间的检测点与控制电路的温变电压输入端连接，温度越高，NTC的阻值越小，从而检测到的电压越低，当检测到的电压值低于控制电路内设定的温度保护值，则放电MOS管关断。而当关断后电芯温度开始降低，低于设定的温度恢复值时，放电MOS管又导通，这样使锂电池的使用更加安全，使用寿命延长。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是本发明实施例的供电电路图；
[0013]图2是本发明实施例的控制电路图；
[0014]图3是本发明实施例的LED指示电路图；
[0015]图4是温度检测电路和过流检测电路图；
[0016]图5是电压检测电路、平衡电路和充放电回路的电路图；
[0017]附图中:1.供电电路；2控制电路；3.LED指示电路；4.温度检测电路；5.过流检测电路；6.电压检测电路；7.充放电回路；8.平衡电路。
【具体实施方式】
[0018]下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0019]一种多节锂电池的保护电路，包括供电电路1、控制电路2、充放电回路7、该保护电路还包括电压检测电路6和平衡电路8、温度检测电路4、过流检测电路5和LED指示电路3。
[0020]如图5所示，该电压检测电路6包括用于检测锂电池的电芯电压的信号检测点，该信号检测点与控制电路2的电压信号输入端(VOLT1、V0LT2、V0LT3)——对应连接，所述平衡电路8包括与锂电池节数相匹配的放电平衡回路，该放电平衡回路一一对应连接于每节锂电池正、负极之间，每个放电平衡回路上设置有开关元件，每个开关元件一一对应连接于控制电路2的平衡输出端，该开关元件选用平衡MOS管，如图5中的Q3、Q5、Q10。当检测到电芯CELL1、CELL2、CELL3的任意一个电压均大于一个设定的电压值(如3.8V)，而且任意两串的电压差大于某一设定值(如50mV)时，电压较高的那节电芯对应的平衡MOS管导通，对电芯进行放电以达到任意两串的电芯电压差低于50mV。通过对电芯进行平衡，可以大大延长电池的使用寿命。例如，假设V0LT1、V0LT2、V0LT3检测有一节电压大于3.8V且，V0LT2-V0LTl=60mV大于50mV，那么说明电芯CELL2的电压过大，此时，与电芯CELL2对应的平衡输出端CELL2BALANCE控制平衡MOS管Q5导通，这样，就对电芯CELL2放电，从而平衡各电芯之间的电压，使其在允许的范围内，这样，不但使得锂电池的充放电合理，而且使用寿命延长。
[0021]如图5所示，所述充放电回路7包括充电母线正极和充电母线负极、放电母线正极和放电母线负极，所述充电母线负极和放电母线负极均连接于锂电池的输出母线负极，所述放电母线正极P+通过放电MOS管Q2与输出母线正极连接，该放电MOS管的G极连接放电三极管Q6的集电极，该放电三极管Q6的基极与控制电路2的放电输出端DIS连接；放电三极管Q6的发射极与输出母线负极P-连接；所述充电母线正极CHG+通过充电MOS管Q4与输出母线正极连接，该充电MOS管Q4的G极连接充电三极管Q7的集电极，该充电三极管Q7的基极与控制电路2的充电输出端CHG连接，该充电三极管Q7的发射极与输出母线负极P-连接。电压检测电路6检测到的电压大于过充保护设定电压，那么，控制电路2的充电输出端CHG输出低电平，充电三极管Q7截止，充电MOS管Q4的G极电压高电平，充电MOS管Q4关断，充电停止；当电压检测电路6检测到的小于过放保护设定电压，那么，放电输出端DIS输出低电平，放电三极管Q6截止，放电MOS管Q2的G极电压高电平，放电MOS管Q2关断，放电停止。而如果采集到的电压处于过充保护设定电压和过放保护设定电压之间，则放电输出端DIS和充电输出端CHG均输出高电平，分别通过电阻R17和R22及R18和R23分压，使放电三极管Q6和充电三极管Q7导通，然后放电MOS管Q2和充电MOS管Q4也分别导通，整个电池组可以正常充电和放电，从而使锂电池具备的过充和过放的保护功能。
[0022]如图5和图4所述保护电路还包括串联于输入母线上的测流电阻R24和检测该测流电阻R24电流的过流检测电路5，该过流检测电路5与控制电路2的过流检测输入端连接。过流检测电路5可以通过对流过测流电阻R24上产生的电压进行运算放大，然后再经过控制电路2内的AD转换电路转换成数字信号，如果测得的电流值大于设定的过流保护值，则在一定的保护延迟时间Tl后放电输出端DIS输出低电平，而如果测得的电流值大于设定的短路保护值，则在一定的保护延迟时间T2 (T2 <T I)后放电输出端DIS同样输出低电平，同上导致放电MOS管Q2关断。
[0023]如图4所述保护电路还包括连接于供电电路I和地线之间的温度检测电路4，该温度检测电路4包括NTC和分压电阻，该NTC贴合于锂电池的外部，该NTC和分压电阻之间的检测点与控制电路2的温变电压输入端连接。温度越高，NTC的阻值越小，从而检测到的电压越低，当检测到的电压值低于控制电路22内设定的温度保护值，则放电MOS管Q2关断。而当关断后电芯温度开始降低，低于设定的温度恢复值时，放电MOS管Q2又导通。
[0024]如图1所示，供电电路I通过MOS管Ql和与之串联的电阻Rl及降压芯片Ul把整个电池电压降到控制电路2正常工作的电压范围(此处为5V)内。
[0025]如图2所示，该控制电路2包括一个控制芯片U3，供电电路I将电压降低到5V后连接控制芯片U3的I脚供电。该控制芯片的2、3、4脚设定为电压信号输入脚；7脚为充电输出脚；8脚为放电输出脚；19脚为温变电压输入脚；18脚为过流检测输入脚；16、17脚为LED指示灯输出脚；12、13、14脚为平衡输出脚。
[0026]如图3所示，该LED指示电路3可以实时显示电池的电量，当锂电池电量不足时(最低电芯电压低于某一设定值)，控制电路2相应的16脚输出低电平，MOS管Q9导通，红灯亮。而当最低电芯电压高于某一设定值时，控制电路2相应的17脚输出低电平，MOS管Q8导通,绿灯亮。
[0027]综上所述，该保护电路具有保护点设置灵活、保护功能全面、可串联的电池数量多、精度高、适应性广，既带有过充、过放、过流、短路等基本保护功能又带有平衡、温度保护功能，各个保护点都能灵活设置，并且能扩展到多节电池串联使用的场合。
【权利要求】
1.一种多节锂电池的保护电路，包括供电电路、控制电路、充放电回路、其特征在于:该保护电路还包括电压检测电路和平衡电路，该电压检测电路包括用于检测锂电池的电芯电压的信号检测点，该信号检测点与控制电路的电压信号输入端一一对应连接，所述平衡电路包括与锂电池节数相匹配的放电平衡回路，该放电平衡回路一一对应连接于每节锂电池正、负极之间，每个放电平衡回路上设置有开关元件，每个开关元件一一对应连接于控制电路的平衡输出端。
2.如权利要求1所述的一种多节锂电池的保护电路，其特征在于:所述充放电回路包括充电母线正极和充电母线负极、放电母线正极和放电母线负极，所述充电母线负极和放电母线负极均连接于锂电池的输出母线负极，所述放电母线正极通过放电MOS管与输出母线正极连接，该放电MOS管的G极连接放电三极管的集电极，该放电三极管的基极与控制电路的放电输出端连接；放电三极管的发射极与输出母线负极连接；所述充电母线正极通过充电MOS管与输出母线正极连接，该充电MOS管的G极连接充电三极管的集电极，该充电三极管的基极与控制电路的充电输出端连接，该充电三极管的发射极与输出母线负极连接。
3.如权利要求2所述的一种多节锂电池的保护电路，其特征在于:所述保护电路还包括串联于输入母线上的测流电阻和检测该测流电阻电流的过流检测电路，该过流检测电路与控制电路的过流检测输入端连接。
4.如权利要求3所述的一种多节锂电池的保护电路，其特征在于:所述保护电路还包括连接于供电电路和地线之间的温度检测电路，该温度检测电路包括NTC和分压电阻，该NTC贴合于锂电池的外部，该NTC和分压电阻之间的检测点与控制电路的温变电压输入端连接。
【文档编号】H02J7/00GK103746346SQ201310751831
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月31日 优先权日:2013年12月31日
【发明者】王乾, 袁周红, 季伟源 申请人:江苏索尔新能源科技有限公司