大功率锂电池保护器的制作方法

文档序号:12067040阅读:343来源:国知局
大功率锂电池保护器的制作方法与工艺

本发明属于锂电池保护技术领域,具体地来说,是一种大功率锂电池保护器。



背景技术:

锂电池,是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。其中,锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。

随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用,锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用,并在逐步向其他产品应用领域发展,目前已成为锂电池的主流产品。

锂电池无记忆效应,因而循环次数多、使用寿命长。与此同时,锂电池也存在一些缺陷,例如不能出现过充或过放,否则将极大地损害锂电池的使用寿命。

特别地,对于大功率锂电池而言,该情况将更为严重。为此,需要对锂电池的充放电过程进行保护。由于大功率锂电池的保护较为复杂,并非简单的叠加即可实现,现有结构多需要使用专用驱动芯片。而专用驱动芯片成本极为昂贵,不利于生产制造。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种大功率锂电池保护器,。

本发明的目的通过以下技术方案来实现:

一种大功率锂电池保护器,包括采集单元、控制单元、驱动单元、执行单元:

所述采集单元用于采集锂电池包的充放电电流、所述锂电池包中单体锂电池的电压及所述锂电池包与充电器及负载的通断状态,并将采集到的数据输出至所述控制单元;

所述控制单元用于根据所述采集到的数据与预定阈值对比,根据对比结果向所述驱动单元发出指令信号;

所述驱动单元用于根据所述指令信号,驱动所述执行单元执行动作,所述驱动单元具有至少一个放电驱动半桥和/或充电驱动半桥;

所述执行单元用于执行对所述锂电池包及所述单体锂电池的通断切换。

作为上述技术方案的改进,所述采集单元包括:

电压监测器,用于采集所述单体锂电池的电压;

电流监测器,用于采集所述锂电池包的充放电电流。

作为上述技术方案的进一步改进,所述控制单元包括运算器、比较器与信号发生器:

所述运算器用于根据所述采集到的数据进行计算;

所述比较器用于将所述采集到的数据或所述运算器的计算值与所述预定阈值进行比较,并将比较结果输出至所述信号发生器;

所述信号发生器用于根据比较结果而发生对应的所述指令信号,并将所述指令信号输出至所述驱动单元。

作为上述技术方案的进一步改进,所述充电驱动半桥包括第一NPN型三极管、第二NPN型三极管与一个PNP型三极管:

所述第一NPN型三极管的发射极与所述PNP型三极管的发射极连接;

所述第一NPN型三极管的基极、所述第二NPN型三极管的集电极与所述PNP型三极管的发射极同时连接。

作为上述技术方案的进一步改进,所述充电驱动半桥为多个时,多个所述充电驱动半桥之间并联连接。

作为上述技术方案的进一步改进,所述放电驱动半桥包括第一NPN型三极管、第二NPN型三极管与一个PNP型三极管:

所述第一NPN型三极管的发射极与所述PNP型三极管的发射极连接;

所述第一NPN型三极管的基极、所述第二NPN型三极管的集电极与所述PNP型三极管的发射极同时连接。

作为上述技术方案的进一步改进,所述放电驱动半桥为多个时,多个所述放电驱动半桥之间并联连接。

作为上述技术方案的进一步改进,所述执行单元包括至少一个充电执行器与至少一个放电执行器:

所述充电执行器用于接通/切断所述锂电池包与所述单体锂电池的充电电路;

所述放电执行器用于接通/切断所述锂电池包与所述单体锂电池的放电电路。

作为上述技术方案的进一步改进,所述充电执行器包括多个并联连接的MOS管(金属-氧化物半导体场效应晶体管),所述MOS管的栅极与所述驱动单元连接,所述MOS管的源极与所述充电器的负极连接,所述充电侧MOS管的漏极与所述锂电池包的负极连接。

作为上述技术方案的进一步改进,所述放电执行器包括多个并联连接的MOS管,所述MOS管的栅极与所述驱动单元连接,所述MOS管的源极与所述单体锂电池的负极连接,所述MOS管的漏极与所述锂电池包的负极连接。

本发明的有益效果是:通过设置采集单元、控制单元、驱动单元、执行单元,驱动单元具有至少一个放电驱动半桥和/或充电驱动半桥,控制单元根据采集单元采集的信息,控制驱动单元而驱动执行单元实现对锂电池包及单体电池的充放电电路的通断切换,提供了一种成本低廉、易于制造的大功率锂电池保护器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附附图,作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的总体结构图;

图2是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的采集单元的结构图;

图3是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的控制单元的结构图;

图4是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的驱动单元的结构图;

图5是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的充电驱动半桥的结构图;

图6是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的放电驱动半桥的结构图;

图7是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的执行单元的结构图;

图8是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的充电执行器的结构图;

图9是本发明实施例1提供的大功率锂电池保护器的放电执行器的结构图。

主要元件符号说明:

1000-大功率锂电池保护器,0100-采集单元,0110-电压监测器,0120-电流监测器,0200-控制单元,0210-运算器,0220-比较器,0230-信号发生器,0300-驱动单元,0310-充电驱动半桥,0311-充电侧第一NPN型三极管,0312-充电侧第二NPN型三极管,0313-充电侧PNP型三极管,0320-放电驱动半桥,0321-放电侧第一NPN型三极管,0322-放电侧第二NPN型三极管,0323-放电侧PNP型三极管,0400-执行单元,0410-充电执行器,0411-充电侧MOS管,0420-放电执行器,0421-放电侧MOS管。

具体实施方式

为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对大功率锂电池保护器进行更全面的描述。附图中给出了大功率锂电池保护器的优选实施例。但是,大功率锂电池保护器可以通过许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使对大功率锂电池保护器的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反,当元件被称作“直接在”另一元件“上”时,不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在大功率锂电池保护器的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/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。

实施例1

请参阅图1,大功率锂电池保护器1000包括采集单元0100、控制单元0200、驱动单元0300、执行单元0400:

采集单元0100用于采集锂电池包的充放电电流、锂电池包中单体锂电池的电压及锂电池包与充电器及负载的通断状态,并将采集到的数据输出至控制单元0200;

控制单元0200用于根据采集到的数据与预定阈值对比,根据对比结果向驱动单元0300发出指令信号;

驱动单元0300用于根据指令信号,驱动执行单元0400执行动作,驱动单元0300具有至少一个充电驱动半桥0310和/或放电驱动半桥0320;

执行单元0400用于执行对锂电池包及单体锂电池的通断切换。

具体而言,充电驱动半桥0310、放电驱动半桥0320的数量取决于大功率锂电池的具体功率。当充电驱动半桥0310为多个时,多个充电驱动半桥0310并联连接,分别用以驱动锂电池包内不同部分的若干个单体电池。同理,当放电驱动半桥0320为多个时,多个放电驱动半桥0320并联连接,分别用以驱动锂电池包内不同部分的若干个单体电池。

由此,仅需通过简单的驱动半桥电路,即可实现对执行单元0400的驱动,无需采用专用驱动芯片,极大地降低了大功率锂电池保护器1000的制造难度与成本。

优选地,采集单元0100包括:

电压监测器0110,用于采集单体锂电池的电压;

电流监测器0120,用于采集锂电池包的充放电电流。

进一步优选,采集单元0100还包括:

充电器监测器0130,用于监测锂电池包与充电器的通断状态;

负载监测器0140,用于检测锂电池包与负载的连接状态。

具体而言,锂电池包根据电量的需要,常常需要通过多个单体锂电池串联或并联组成。为此,电压监测器0110分别连接于各个单体锂电池的正负极,对各个单体锂电池的电压进行采集。

优选地,控制单元0200包括运算器0210、比较器0220与信号发生器0230:

运算器0210用于根据采集到的数据进行计算;

比较器0220用于将采集到的数据或运算器0210的计算值与预定阈值进行比较,并将比较结果输出至信号发生器0230;

信号发生器0230用于根据比较结果而发生对应的指令信号,并将指令信号输出至驱动单元0300。

优选地,充电驱动半桥0310包括充电侧第一NPN型三极管0311、充电侧第二NPN型三极管0312与一个充电侧PNP型三极管0313:

充电侧第一NPN型三极管0311的发射极与充电侧PNP型三极管0313的发射极连接;

充电侧第一NPN型三极管0311的基极、充电侧第二NPN型三极管0312的集电极与充电侧PNP型三极管0313的发射极同时连接,充电侧第二NPN型三极管0312的基极与控制单元0200连接,充电侧第二NPN型三极管0312的发射极与充电侧PNP型三极管0313的集电极连接。

优选地,当充电驱动半桥0310为多个(2个以上)时,多个充电驱动半桥0310之间并联连接。

优选地,放电驱动半桥0320包括放电侧第一NPN型三极管0321、放电侧第二NPN型三极管0322与一个放电侧PNP型三极管0323:

放电侧第一NPN型三极管0321的发射极与放电侧PNP型三极管0323的发射极连接;

放电侧第一NPN型三极管0321的基极、放电侧第二NPN型三极管0322的集电极与放电侧PNP型三极管0323的发射极同时连接。

优选地,当放电驱动半桥0320为多个(2个以上)时,多个放电驱动半桥0320之间并联连接。

优选地,驱动单元0300的驱动电压取自第4节电池,具有更为精确的控制效果。

优选地,执行单元0400包括至少一个充电执行器0410与至少一个放电执行器0420:

充电执行器0410用于接通/切断锂电池包与单体锂电池的充电电路;

放电执行器0420用于接通/切断锂电池包与单体锂电池的放电电路。

优选地,充电执行器0410为多个,以匹配大功率锂电池的电压与电流状态。多个充电执行器0410之间并联连接,分别对应不同的单体电池,进一步提高大功率锂电池保护器1000的灵活性。

优选地,放电执行器0420为多个,以匹配大功率锂电池的电压与电流状态。多个放电执行器0420之间并联连接,分别对应不同的单体电池,进一步提高大功率锂电池保护器1000的灵活性。

优选地,充电执行器0410包括多个并联连接的MOS管(金属-氧化物半导体场效应晶体管),亦即充电侧MOS管0411。充电侧MOS管0411的栅极与驱动单元0300连接,充电侧MOS管0411的源极与充电器的负极连接,充电侧MOS管0411的漏极与锂电池包的负极连接。进一步优选,充电侧MOS管0411的源极与漏极之间连接有二极管,避免充电侧MOS管0411受到反向电压的冲击,起到保护作用。

优选地,充电侧MOS管0411为N沟道MOS管。充电侧MOS管0411的栅极分别通过不同阻值的电阻与充电侧第一NPN型三极管0311的发射极、充电侧第二NPN型三极管0312的集电极连接,充电侧MOS管0411的源极与充电侧第二NPN型三极管0312的发射极连接。

进而,充电侧第一NPN型三极管0311的集电极与基极之间设有一调压电阻,充电时,充电侧第一NPN型三极管0311的集电极接以高电平,得以保持导通。由此,充电侧MOS管0411的栅极与源极之间具有一电压差,使充电侧MOS管0411保持导通,锂电池包得以进行充电。

当过充时,电压监测器0110采集的电压高于充电阈值,控制单元0200向充电侧第二NPN型三极管0312的基极发出高电平信号,使充电侧第二NPN型三极管0312保持接通。进而,充电侧PNP型三极管0313得以导通,充电侧MOS管0411的栅源电荷快速释放,充电侧MOS管0411断开,使充电电路切断而不会过充。

优选地,放电执行器0420包括多个并联连接的MOS管,亦即放电侧MOS管0421。放电侧MOS管0421的栅极与驱动单元0300连接,放电侧MOS管0421的源极与单体锂电池的负极连接,放电侧MOS管0421的漏极与锂电池包的负极连接。进一步优选,放电侧MOS管0421的源极与漏极之间连接有二极管,避免放电侧MOS管0421受到反向电压的冲击,起到保护作用。

优选地,放电侧MOS管0421为N沟道MOS管。放电侧MOS管0421的栅极分别通过不同阻值的电阻与放电侧第一NPN型三极管0321的发射极、放电侧第二NPN型三极管0322的集电极连接,放电侧MOS管0421的源极与放电侧第二NPN型三极管0322的发射极连接。

进而,放电侧第一NPN型三极管0321的集电极与基极之间设有一调压电阻,放电时,放电侧第一NPN型三极管0321的集电极接以高电平,得以保持导通。由此,放电侧MOS管0421的栅极与源极之间具有一电压差,使放电侧MOS管0421保持导通,锂电池包得以进行放电。

当过放时,电压监测器0110采集的电压高于放电阈值,控制单元0200向放电侧第二NPN型三极管0322的基极发出高电平信号,使放电侧第二NPN型三极管0322保持接通。进而,放电侧PNP型三极管0323得以导通,放电侧MOS管0421的栅源电荷快速释放,放电侧MOS管0421断开,使放电电路切断而不会过放。

在这里示出和描述的所有示例中,任何具体值应被解释为仅仅是示例性的,而不是作为限制,因此,示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

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