一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板的制作方法

本实用新型涉及智能机器人电池技术领域，具体地，涉及一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板。

背景技术：

锂电池及锂聚合物电池由于其电容量大、重量轻的优点，成为机器人最佳的首选电池，但是锂及锂聚合物电池的充电技术要求比镍镉、镍氢电池要严格的多，尤其是耐过充电能力差。

目前，应用在智能机器人上锂电池或者锂聚合物电池的保护板设计方式大体都是使用集成保护IC的方式实现，该方式的缺点明显，具体表现为：单体过充保护电压，过放保护电压等参数选择有限，不够灵活，另充电过流，放电过流，短路等检测装置基本是由所选集成IC固化好，不能改动，不能根据实际应用领域做精细化的调整，满足不了客户实际应用需求，存在安全隐患。因此，需要提供一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板，克服现有技术中的不足。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板。

本实用新型的技术方案如下：

一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板，包括电池保护板和设置于所述电池保护板上的保护电路，所述保护电路包括：

输入端，用于与一电池连接；

充放电保护装置，用于所述电池的充电或放电，所述充放电保护装置与所述输入端连接；

保护电路装置，用于对所述电池进行过充、过放、过流，过温，过温以及均衡充电保护，所述保护电路装置分别与所述充放电保护装置和所述输入端连接，所述保护电路装置包括过充过放保护电路、放电过流保护电路、充电过流保护电路和充放电锁定保护电路；

其中，所述充放电锁定保护电路包括充电锁定晶体管和放电锁定晶体管，所述充电锁定晶体管和所述放电锁定晶体管分别与所述充放电保护装置连接。

优选地，所述充放电锁定保护电路的设计，可以让所述充放电保护装置在侦测到过充、过放后维持当前状态，避免状态来回改变，频繁震荡，导致所述保护电路装置中的MOS管失效，让该电池保护板起不到保护所述电池的作用。

优选地，所述充放电保护装置包括充电MOS管和放电MOS管，所述放电MOS管的源极串联一采样电阻与所述输入端的B-连接端连接，所述放电MOS管的栅极与所述输入端的B+连接端连接；所述放电MOS管的漏极还与所述充电MOS管的漏极电连接并定义其连接的节点为节点A。

其中，所述采样电阻用于采样所述电池充放电过程中的电流。

优选地，所述过充过放保护电路包括若干保护IC芯片，若干保护IC芯片通过级联连接方式连接。

其中，所述保护IC芯片包括第一IC保护芯片U1、第二IC保护芯片U2和第三IC保护芯片U3。

优选地，所述放电过流保护电路包括放电过流保护芯片、第十三晶体管和第九晶体管，所述放电过流保护芯片的第二引脚与所述采样电阻连接，所述放电过流保护芯片的第一引脚串联一第二十四电阻与所述第十三晶体管的基极连接，所述第十三晶体管的集电极串联第二十一电阻与所述第九晶体管的基极连接，所述第九晶体管的集电极分别与所述输入端的B+连接端和所述放电MOS管的栅极连接，所述第十三晶体管和所述第九晶体管的发射极均接地。

优选地，所述充电过流保护电路包括充电过流保护芯片、第十六晶体管和第十七晶体管，所述充电过流保护芯片的第二引脚与所述采样电阻连接，所述充电过流保护芯片的第三引脚串联一第三十二电阻与所述第十六晶体管的基极连接，所述第十六晶体管的集电极串联一第三十三电阻与所述第十七晶体管的基极连接，所述第十七晶体管的集电极分别与所述输入端的B+连接端和所述充电MOS管的栅极连接，所述第十六晶体管和所述第十七晶体管的发射极均接地。

优选地，所述输入端包括B-连接端、B1连接端、B2连接端和B+连接端；所述B-连接端与所述电池的负极电连接，所述B+连接端与所述电池的正极电连接，一接线端子分别与所述B1连接端和所述B2连接端电连接。

本实用新型的有益效果为：与现有技术相比，该智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板通过保护电路装置对电池进行过充、过放、过流，过温以及均衡充电的保护，确保电池组在充放电使用过程中安全，高效，稳定；该保护板在电池充电过程中还增加了充放电锁定保护电路达到充电末端均衡功能，保证在充电末端电池之间的一致性，增强了电池组的使用寿命，这些保护的参数点精细，精准，个性化，能独立地匹配机器人的主控板，最大限度的确保在主控板失效的情况下及时有效的保护电池。

附图说明：

图1为本实用新型所述智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板的结构示意图。

图2为本实用新型所述智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板保护电路与电池的连接框架图。

图3为本实用新型所述智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板的电路原理图。

图4为本实用新型所述智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板部分的电路原理图。

图5为本实用新型所述智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板另一部分的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的，技术方案及技术效果更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。应理解，此处所描述的具体实施例，仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参照图1至图3，一种智能机器人的带温控及均衡充电锂电池保护板，包括电池保护板100和设置于电池保护板100上的保护电路200。

请参照图3，保护电路200包括输入端210、充放电保护装置220和保护电路装置230；输入端210分别与充放电保护装置220和保护电路装置230电连接，充放电保护装置220电连接于保护电路装置230。

请参照图4，输入端210主要为连接的接口，用于与一电池101连接，输入端210包括B-连接端、B1连接端、B2连接端和B+连接端；B-连接端与电池101的负极电连接，B+连接端与电池101的正极电连接，一接线端子分别与B1连接端和B2连接端电连接。在本实施例中，电池101是由3串单节锂电池串联组成的电池组。

请参照图5，充放电保护装置220主要用于电池101的充电或放电，充放电保护装置220包括充电MOS管U7和放电MOS管U6。具体地，放电MOS管U6的源极串联一采样电阻RES与B-连接端连接，放电MOS管U6的栅极与B+连接端连接。放电MOS管U6的漏极还与充电MOS管U7的漏极电连接，放电MOS管U6与充电MOS管U7连接的节点为电池101充放电电压的采样点记为节点A，节点A主要用于充放电保护装置220检测电池101在充放电过程中的电压。充电MOS管U7的栅极与B+连接端连接。其中，采样电阻RES用于检测电池101充放电过程中的电流。具体到本实施例中，充电MOS管U7和放电MOS管U6优先选用为FNK10N01-A的MOS管，采样电阻RES的阻值为10mR。

请参照图3，保护电路装置230主要用于对电池101进行过充、过放、过流、过温以及均衡充电的保护，保护电路装置230包括过充过放保护电路231、放电过流保护电路232、充电过流保护电路233和充放电锁定保护电路234。具体地本实施例中，过充过放保护电路231的一端与输入端210连接，另一端的过充过放保护电路231与充放电保护装置220连接，放电过流保护电路232、充电过流保护电路233和充放电锁定保护电路234分别与充放电保护装置220连接。

请参照图4，过充过放保护电路231主要用于对电池101在充放电过程中实现过充过放保护功能，过充过放保护电路231包括若干保护IC芯片，具体地，保护IC芯片包括第一IC保护芯片U1、第二IC保护芯片U2和第三IC保护芯片U3，第一IC保护芯片U1、第二IC保护芯片U2和第三IC保护芯片U3采用单节保护IC芯片通过级联方式连接实现过充、过放保护保护电路200的功能。具体到本实施例中，过充过放保护电路231采用三个单节保护IC芯片级联连接，使得该电池保护板应用范围广，可对多种规格的充放电电池实现保护功能，能适应客户需求。R5402N187KD型号的单节保护IC芯片作为充放电芯片，R5402N187KD型号的保护IC芯片的过充保护电压为4.25±0.025V，R5402N187KD型号的保护IC芯片的过放保护电压为3.0±0.075V。

请参照图5，放电过流保护电路232包括放电过流保护芯片U4、第十三晶体管Q13和第九晶体管Q9。具体地，放电过流保护芯片U4的第二引脚分别与第一绕线电阻RX1和放电MOS管U6连接，放电过流保护芯片U4的第一引脚串联一第二十四电阻R24与第十三晶体管Q13的基极连接，第十三晶体管Q13的集电极串联第二十一电阻R21与第九晶体管Q9的基极连接，第九晶体管Q9的集电极分别与B+连接端和放电MOS管U6的栅极连接，第十三晶体管Q13和第九晶体管Q9的发射极均接地。其中，第一绕线电阻RX1用于增加该保护电路中放电电流的电阻。具体到本实施例中，所述放电过流保护芯片的第二引脚为放电过流检测脚VM，所述放电过流保护芯片的第一引脚为放电过流控制脚DO。2A的PNP功率晶体管为第十三晶体管，第十三晶体管Q13优先选用FCK2A型号的晶体管。第九晶体管Q9优先选用3DD1E型号的NPN晶体管。S8261-G2N型号的保护IC作为放电过流保护芯片，S8261-G2N型号的放电过流保护芯片U4的放电过放的电流为12.5～14.5A。

放电过流保护电路232的工作原理：电池101在放电过程中，当采样电阻RES采样到放电MOS管U6的引脚输出电流大于14.5A时，放电过流保护电路232的放电过流保护芯片U4开始工作，放电过流保护芯片U4的第一引脚输出低电平，第十三晶体管Q13和第九晶体管Q9导通将放电MOS管U6的栅极电压拉低而使其停止工作对电池101起到放电过流保护。

请参照图5，充电过流保护电路233包括充电过流保护芯片U5、第十六晶体管Q16和第十七晶体管Q17。具体地，充电过流保护芯片U5的第二引脚分别与第二绕线电阻RX2和放电MOS管U6连接，充电过流保护芯片U5的第三引脚串联一第三十二电阻R32与第十六晶体管Q16的基极连接，第十六晶体管Q16的集电极串联第三十三电阻R33与第十七晶体管Q17的基极连接，第十七晶体管Q17的集电极分别与B+连接端和充电MOS管U7的栅极连接，第十六晶体管Q16和第十七晶体管Q17的发射极均接地。其中，第二绕线电阻RX2用于增加该保护电路中充电电流的电阻。具体到本实施例中，所述充电过流保护芯片的第二引脚为充电过流控制脚CO，所述充电过流保护芯片的第三引脚为充电过流控制脚CO。2A的PNP功率晶体管为第十六晶体管，第十六晶体管Q16优先选用FCK2A型号的晶体管。第十七晶体管Q17优先选用3DD1E型号的NPN晶体管。

MM3280EA6Y型号的保护IC作为充电过流保护芯片，MM3280EA6Y型号的充电过流保护芯片U5的充电过流的电流为2～4A。

充电过流保护电路233的工作原理：电池101在充电过程中，当采样电阻RES采样到充电MOS管U7的引脚输出电流大于4A时，充电过流保护电路233的充电过流保护芯片U5开始工作，充电过流保护芯片U5的第三引脚输出低电平，第十六晶体管Q16和第十七晶体管Q17、导通将充电MOS管U7的栅极电压拉低而使其停止工作对电池101起到充电过流保护。

请参照图5，充放电锁定保护电路234主要用于保护该保护电路维持稳定，不会受过充或过放影响致使过充过放保护电路231失效，达不到保护保护电路200的作用，充放电锁定保护电路234包括充电锁定晶体管Q18和放电锁定晶体管Q10。具体地，充电锁定晶体管Q18的基极串联第三十五电阻R35与节点A连接，充电锁定晶体管Q18的集电极与充电MOS管U7的第四引脚连接，充电锁定晶体管Q18的发射极接地。放电锁定晶体管Q10的基极串联第二十八电阻R28与节点A连接，放电锁定晶体管Q10的集电极与放电MOS管U6的第四引脚连接，放电锁定晶体管Q10的发射极接地。在本实施例中，充电锁定晶体管Q18和放电锁定晶体管Q10优先选用2SA2210型号的NPN晶体管。

充放电锁定保护电路234的工作原理是：过充过放保护电路231工作时，检测到输入端210单体电压高于4.25±0.025V或低于3.0±0.075V，会启动充放电保护装置220，是充电MOS管U7或者放电MOS管U6关闭，同时会使节点A产生大于0.6V以上的高电位，该高电位会让充放电锁定保护电路234工作，放电锁定晶体管Q10或充电锁定晶体管Q18导通而断开该保护电路200的运行从而对电池101起到充放电的保护，使得电池101在充放电过程中过充或过放后维持当前状态，避免保护电路中的过充或过放电路来回转换，造成电路频率震荡频繁震荡，导致保护电路200中的电子元器件烧坏，从而对电池101失去保护的作用。

保护电路装置230对充放电的过流保护分别采用放电过流保护芯片U4和充电过流保护芯片U5两种不同过流保护IC控制，精准度高，且独立，不会受其他保护IC的影响而失去对电池的保护，过流保护安全性高。

保护电路装置230采用充放电锁定保护电路234对过充、过放再进一步进行锁定保护，增强对电池101安全保护。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。