专利名称：动力锂离子电池的保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种动力锂离子电池的保护电路。
背景技术：
锂离子充电电池自20世纪90年代初正式实用化以来，在不到20年的时间里，容 量快速增加，市场迅速增长。现在正从便携产品用途扩展到电动车辆及环保蓄电等领域。动力锂离子电池还处在初期发展阶段，电池的各个技术环节还有待完善，电池管 理系统开发还是薄弱环节。随着电池在电动汽车等领域的使用，人们对电池容量的要求越 来越高，电池容量越大，可集中释放的能量越大，因此危险度更高。因此能量密度越大，安全 措施就越重要。在安全性这一重要且不可或缺的要素方面也必须达标。提高能源容量时， 开发与之相应的安全措施至关重要。锂离子电池作为动力电池使用时，例如用其作为电动自行车的驱动电池使用时， 往往需要将7-13节锂离子电池串联使用，以达到电动机所需要的电压。多节电池串联使用 时尤其是3节以上的电池串联使用时，在用充电器对其充电时，由于每节电池的品质不可 能完全一样，一旦有一节电池处于过充电状态，就可能造成锂离子从正极过度脱嵌，从而使 电极间发生短路，不仅影响电池容量、寿命，而且容易造成电池爆裂、起火等危险事故发生； 将其连接于负载时，由于每节电池的品质不可能完全一样，一旦有一节电池处于过放电状 态，就可能造成锂离子从负极过度脱嵌，从而使电极间发生短路，影响电池容量、寿命；在使 用过程中由于各单体间的容量、自放电等的差异，日积月累，在使用一段时间后，电池组的 荷电保持能力明显降低，影响了锂离子电池在更大范围内的推广应用。因此，多节电池串联 使用时，其性能的好坏不仅取决于电池单体质量的好坏，更重要的取决于其整体质量的高 低。在串联电池组放电过程中，可能出现过流或短路的情况，这种情况如果不及时制止，不 仅严重危害电池的寿命，而且容易造成负载的损害，甚至造成起火、爆裂等现象。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种动力锂离子电池的保护电路，以解 决多节锂离子电池串联使用时，由于各电池单体间的性能差异造成过充电或过放电损坏、 影响电池组的荷电保持能力、降低电池组整体性能的问题，并能够在多节锂离子电池串联 放电时，对电池组实施过流保护。为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是动力锂离子电池的保护电路，包 括过充电保护电路，所述过充电保护电路包括电池保护IC单元和串接于充放电电路中的 过充电控制开关，所述电池保护IC单元包括设置在串联电池组的各单节电池正负极两端 的电池保护IC芯片，沿所述串联电池组的负极端到正极端的方向，位于上游位置的一个电 池保护IC芯片的充电控制用输出端子与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的充 电用控制端子连接，位于最上游位置的电池保护IC芯片的充电用控制端子与所述串联电 池组的负极端连接，位于最下游位置的电池保护IC芯片的充电控制用输出端子与所述过充电控制开关的控制端连接；过放电保护电路，所述过放电保护电路包括所述电池保护IC 单元和串接于充放电电路中的过放电控制开关，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的 放电控制用输出端子与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的放电用控制端子连 接，位于最上游位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子与所述串联电池组的负极端连 接，位于最下游位置的电池保护IC芯片的放电控制用输出端子与所述过放电控制开关的 控制端连接。作为一种优选的技术方案，所述过充电控制开关包括一级过充电开关和二级过充 电开关，所述一级过充电开关为第一双极晶体管，所述二级过充电开关为第一 MOS管，所述 第一 MOS管连接于所述串联电池组的负极端与所述充放电电路输入输出端口的负极端之 间，所述第一双极晶体管的基极与所述位于最下游位置的电池保护IC芯片的充电控制用 输出端子连接，所述第一双极晶体管的集电极与所述第一 MOS管的栅极连接，所述第一双 极晶体管的发射极与所述串联电池组的正极端连接；所述过放电控制开关包括一级过放电 开关和二级过放电开关，所述一级过放电开关为第二双极晶体管，所述二级过放电开关为 第二 MOS管，所述第二 MOS管连接于所述串联电池组的负极端与所述充放电电路输入输出 端口的负极端之间，所述第二双极晶体管的基极与位于最下游位置的电池保护IC芯片的 放电控制用输出端子连接，所述第二双极晶体管的集电极与所述第二 MOS管的栅极连接， 所述第二双极晶体管的发射极与所述串联电池组的正极端连接。作为一种优选的技术方案，所述保护电路还包括一个放电状态均衡电路，所述放 电状态均衡电路包括所述电池保护IC单元，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的放电 控制用输出端子与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的放电用控制端子连接； 设置于所述串联电池组的各单节电池正负极两端的自放电支路，所述自放电支路包括一个 自放电控制开关和一个分流电阻，对应于同一节单节电池，所述电池保护IC芯片的电量均 衡控制用输出端子与所述自放电控制开关的控制端连接；所述过放电控制开关，位于最下 游位置的电池保护IC芯片的放电控制用输出端子与所述过放电控制开关的控制端连接； 过放电信号传递单元，用于将充放电电路的接通状态或断开状态的信号传递到位于最上游 位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子。作为一种优选的技术方案，所述自放电控制开关包括一个第三MOS管；所述过放 电信号传递单元包括一个第三双极晶体管和一个第四双极晶体管，所述第三双极晶体管的 集电极与最上游位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子连接，所述第三双极晶体管的 发射极与所述串联电池组的负极端连接，所述第三双极晶体管的基极与所述第四双极晶体 管的集电极连接，所述第四双极晶体管的发射极与所述串联电池组的正极端连接，所述第 四双极晶体管的基极与所述充放电电路输出端口的负极端连接。作为一种优选的技术方案，所述保护电路还包括一个充电状态均衡电路，所述充 电状态均衡电路包括所述电池保护IC单元和所述自放电支路，对应于同一节单节电池，所 述电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子与所述自放电控制开关的控制端连接。作为一种优选的技术方案，所述电池保护IC芯片的型号为S-8209。作为一种优选的技术方案，所述保护电路还包括一个放电状态过流保护电路，包 括过流控制模块，所述过流控制模块的电流检测用端子经取样电阻与充放电电路连接；串 联于所述充放电电路中的过流控制开关；用于控制所述过流控制开关通断的中间级控制开关，所述中间级控制开关的控制端与所述过流控制模块的放电控制用输出端子连接。作为一种优选的技术方案，所述中间级控制开关包括一个第四MOS管、一个第五 MOS管和一个第六MOS管，所述第四MOS管为一个N沟道MOS管，所述第五MOS管为一个P 沟道MOS管，所述第四MOS管的栅极与所述第五MOS管的栅极连接构成控制端，所述第四 MOS管的漏极与所述第五MOS管的漏极连接构成中间级输出端，所述第四MOS管的源极与串 联电池组的负极端连接，所述第五MOS管的源极与所述过流控制模块的正电压接线端子连 接，所述中间级输出端与所述第六MOS管的栅极连接；所述过流控制开关包括所述第二 MOS 管，所述第六MOS管的漏极与所述第二 MOS管的栅极连接，所述第六MOS管的源极与所述串 联电池组的负极端连接。采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是1.由于本实用新型包括一个过充电保护电路，连接于各单节电池正负极两端的电 池保护IC芯片对各单节电池的充电状态进行检测，若检测到其中一节电池出现过充电状 态，则将该过充电状态通过电池保护IC单元传递，最后通过位于最下游位置的电池保护IC 芯片的充电控制用输出端子输出过充电信号，控制与之连接的过充电控制开关变为OFF，进 而断开充放电电路，停止充电。所以在串联电池组进行充电过程中，任一单节电池出现过充 电状态，都能够及时切断电路，不会对串联电池组造成损坏。2.由于本实用新型包括一个过放电保护电路，电池保护IC芯片对各单节电池的 放电状态进行检测，若检测到其中一节电池出现过放电状态，则将该过放电状态通过电池 保护IC单元传递，最后通过位于最下游位置的电池保护IC芯片的放电控制用输出端子输 出过放电信号，控制与之连接的过放电控制开关变为OFF，进而断开充放电电路，停止放电。 所以在串联电池组进行放电过程中，任一单节电池出现过放电状态，都能够及时切断电路， 不会对串联电池组造成损坏。3.由于本实用新型包括一个放电状态均衡电路，在串联电池组放电过程中，若其 中一节电池出现过放电状态电池电压<过放电检测电压(VDL)，设置于该节电池上的电 池保护IC芯片将该过放电状态通过电池保护IC单元逐个传递到其下游位置的电池保护 IC芯片，若该下游位置的电池保护IC芯片对应的电池电压彡过放电检测电压(VDL)Jl^i 应的电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子输出控制信号，使与其连接的自放电控 制开关导通，通过自放电支路开始放电，当电池电压下降到过放电检测电压(VDL)时，自放 电控制开关断开，停止自放电。这称为放电电量平衡功能。与此同时，最下游位置的电池保 护IC芯片的放电控制用输出端子输出过放电信号，控制与之连接的过放电控制开关变为 OFF，进而断开充放电电路，停止放电。过放电信号传递单元将充放电电路断开状态的信号 传递到位于最上游位置的电池保护IC芯片，使其变为过放电状态，并向下游逐个传递，当 各单节电池电压高于过放电检测电压(VDL)时，通过上述所述的放电电量平衡功能对各电 池进行自放电。最终，使各电池电压稳定在过放电检测电压(VDL)，从而调整好电量平衡。4.由于本实用新型包括一个充电状态均衡电路，在串联电池组充电过程中，电池 保护IC芯片对各单节电池的充电电压进行检测，当检测到任意一节电池的电压> 电量平 衡检测电压(VBU)时，则其对应的电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子输出控制信 号，使与其连接的自放电控制开关导通，通过自放电支路开始放电，这时，如果其它电池的 电压低于电量平衡检测电压(VBU)，则与其它电池的充电速度相比，该节电池的充电速度显得相对平稳，这称为充电状态的电量平衡功能。当电池电压下降到电量平衡解除电压(VBL) 以下时，自放电控制开关断开，停止自放电，最终调整好电量平衡。5.由于本实用新型包括一个放电状态过流保护电路，串联电池组正常放电时，充 放电电路中流过正常的工作电流，过流控制开关处于导通状态，串联电池组正常放电；当出 现过电流或短路情况时，充放电电路中会出现大电流，该过流信号通过取样电阻传递到过 流控制模块的电流检测用端子，当电流检测用端子的电位在过电流检测电压以上，且当该 状态持续时间达到过电流检测延迟时间以上时，则过流控制模块的放电控制用输出端子输 出低电平信号，控制中间级控制开关中的第五MOS管导通，则中间级输出端输出高电平信 号，使第六MOS管导通，第六MOS管的漏极变为低电平，最终控制过流控制开关也就是第二 MOS管关断，切断充放电电路，从而对串联电池组起到了过流保护的作用。
图1是本实用新型实施例中过充电保护电路部分的电路原理图；图2是本实用新型实施例中过放电保护电路部分的电路原理图；图3是本实用新型实施例中放电状态均衡电路部分的电路原理图；图4是本实用新型实施例中充电状态均衡电路部分的电路原理图；图5是本实用新型实施例中过流保护电路部分的电路原理图。
具体实施方式
动力锂离子电池的充放电电路由串联电池组和与其连接的EB+和EB-两个正负输 入输出端口构成。串联电池组由若干节锂离子电池串联而成。本实用新型特别适合由三节 以上锂离子电池串联而成的动力电池使用，作为具体实施例，沿串联电池组的负极端到正 极端的方向，电池组由BAT1、BAT2和BAT3三节锂离子电池串联而成。如图1所示为本实用新型实施例中过充电保护电路部分的电路原理图，为了简化 说明，将动力锂离子电池的保护电路的其它部分省略了。该过充电保护电路包括电池保护 IC单元和串接于充放电电路中的过充电控制开关，过充电控制开关用于控制充放电电路的 通断状态。在各单节电池的正负极两端连接有电池保护IC芯片，依次为ICl芯片、IC2芯片 和IC3芯片，所有的电池保护IC芯片构成电池保护IC单元。本实施例中所用电池保护IC 芯片的型号为S-8209，S-8209为动力锂离子电池专用保护IC芯片，为市售产品。各电池保 护IC芯片具有正电压接线端子VDD、负电压接线端子VSS、充电用控制端子CTLC和充电控 制用输出端子CO。正电压接线端子VDD和负电压接线端子VSS用于与单节电池的正负极连 接。由串联电池组的负极端到正极端的方向，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的充电 控制用输出端子CO与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的充电用控制端子CTLC 连接，位于最上游位置的电池保护ICl芯片的充电用控制端子CTLCl与串联电池组的负极 端连接，位于最下游位置的电池保护IC3芯片的充电控制用输出端子C03与过充电控制开 关的控制端连接。过充电控制开关包括一个一级过充电开关和一个二级过充电开关。一级过充电开 关为第一双极晶体管Trl，二级过充电开关为第一 MOS管附。其中，第一 MOS管附连接于串联电池组的负极端与充放电电路输入输出端口的负极端之间，第一双极晶体管Trl的基 极与位于最下游位置的电池保护IC3芯片的充电控制用输出端子C03连接，第一双极晶体 管Trl的集电极与第一MOS管m的栅极连接，第一双极晶体管Trl的发射极与串联电池组 的正极端连接。过充电保护电路的工作过程1.通常状态由于CTLCl端子被下拉至VSSl电位，因此当BATl高于过放电检测电压(VDL)且低 于过充电检测电压(V⑶)时，ICl芯片变为通常状态。COl端子变为VSSl电位。由于CTLC2 端子通过COl端子被下拉至VSSl电位，因此当BAT2高于过放电检测电压(VDL)且低于过 充电检测电压(V⑶)时，IC2芯片变为通常状态。C02端子变为VSS2电位。由于CTLC3端 子通过C02端子被下拉至VSS2电位，因此当BAT3高于过放电检测电压(VDL)且低于过充 电检测电压(VCU)时，IC3芯片变为通常状态。C03端子变为VSS3电位。通常状态下的IC3芯片通过外接在C03端子上的第一双极晶体管Trl，使第一 MOS 管附变为ON。因此，可以通过连接在EB+-EB-之间的充电器进行充电。2.禁止充电状态以ICl芯片检测到过充电，IC2芯片、IC3芯片处于通常状态时为例，对禁止充电状 态的工作进行说明。由于充电当BATl彡过充电检测电压(V⑶)时，ICl芯片变为过充电状态，COl端子 变为高阻抗状态。IC2芯片的CTLC2端子通过CTLC端子源极电流(ICTLCH)被VDD2端子上 拉。因COl端子处于高阻抗状态，所以CTLC2端子也随之变为VDD2电位。因此，当CTLC2 端子电位彡CTLC端子H电压(VCTLCH)时，IC2芯片也变为过充电状态，C02端子变为高阻 抗状态。同样，IC3芯片的CTLC3端子通过CTLC端子源极电流(ICTLCH)被VDD3端子上拉。 因C02端子处于高阻抗状态，所以CTLC3端子也随之变为VDD3电位。因此，当CTLC3端子 电位彡CTLC端子H电压(VCTLCH)时，IC3芯片也变为过充电状态。过充电状态的IC3芯片通过外接在C03端子上的第一双极晶体管Trl使第一 MOS 管m变为OFF。在这种情况下，禁止通过连接在EB+-EB-之间的充电器进行充电。同样的 工作原理，当BATl或BAT2 >过充电检测电压(V⑶)时，也同样禁止进行充电。如图2所示为本实用新型实施例中过放电保护电路部分的电路原理图，为了简化 说明，将动力锂离子电池的保护电路的其它部分省略了。该过放电保护电路包括图1所示 过充电保护电路部分中的电池保护IC单元和串接于充放电电路中的过放电控制开关，过 放电控制开关用于控制串联电池组的充放电电路通断状态。沿串联电池组的负极端到正极端的方向，位于上游位置的一个电池保护IC芯片 的放电控制用输出端子DO与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的放电用控制端 子CTLD连接，位于最上游位置的电池保护ICl芯片的放电用控制端子CTLDl与串联电池组 的负极端连接，位于最下游位置的电池保护IC3芯片的放电控制用输出端子D03与过放电 控制开关的控制端连接。过放电控制开关包括一个一级过放电开关和一个二级过放电开关。一级过放电开 关为第二双极晶体管Tr2，二级过放电开关为第二 MOS管N2。其中，第二 MOS管N2连接于 串联电池组的负极端与充放电电路输入输出端口的负极端之间，第二双极晶体管Tr2的基极与位于最下游位置的电池保护IC3芯片的放电控制用输出端子D03连接，第二双极晶体 管Tr2的集电极与第二 MOS管N2的栅极连接，第二双极晶体管Tr2的发射极与串联电池组 的正极端连接。过放电保护电路的工作过程1.通常状态由于CTLDl端子被下拉至VSSl电位，因此当BATl高于过放电检测电压(VDL)且低 于过充电检测电压(V⑶)时，ICl芯片变为通常状态。DOl端子变为VSSl电位。由于CTLC2 端子通过DOl端子被下拉至VSSl电位，因此当BAT2高于过放电检测电压(VDL)且低于过 充电检测电压(V⑶)时，IC2芯片变为通常状态。D02端子变为VSS2电位。由于CTLD3端子通过D02端子被下拉至VSS2电位，因此当BAT3高于过放电检测 电压(VDL)且低于过充电检测电压(V⑶)时，IC3芯片变为通常状态。D03端子变为VSS3 电位。通常状态下的IC3芯片通过外接在D03端子上的第二双极晶体管Tr2，使第二 MOS管 N2变为“ON”。因此，可以通过连接在EB+-EB-之间的负载进行放电。2.禁止放电状态以IC3芯片检测到过放电，IC2芯片、ICl芯片处于通常状态时为例，对禁止放电状 态的工作进行说明。由于放电当BATl彡过放电检测电压(VDL)时，ICl芯片变为过放电状态，DOl端子 变为高阻抗状态。IC2芯片的CTLD2端子通过CTLD端子源极电流(ICTLDH)被VDD2端子上 拉。因DOl端子处于高阻抗状态，所以CTLD2端子也随之变为VDD2电位。因此，当CTLD2 端子电位> CTLD端子H电压(VCTLDH)时，IC2也变为过放电状态，D02端子变为高阻抗状 态。同样，IC3芯片的CTLD3端子通过CTLD端子源极电流(ICTLDH)被VDD3端子上拉。因 D02端子处于高阻抗状态，所以CTLD3端子也随之变为VDD3电位。因此，当CTLD3端子电位 彡CTLD端子H电压(VCTLDH)时，IC3芯片也变为过放电状态。过放电状态的IC3芯片通过外接在D03端子上的第二双极晶体管Tr2使第二 MOS 管N2变为“OFF”。在这种情况下，禁止通过连接在EB+-EB-之间的负载进行放电。同样的 工作原理，当BATl或BAT2彡过放电检测电压(VDL)时，也同样禁止进行放电。如图3所示为本实用新型实施例中放电状态均衡电路部分的电路原理图，为了简 化说明，将动力锂离子电池的保护电路的其它部分省略了。该放电状态均衡电路包括图1 所示过充电保护电路部分中的电池保护IC单元、自放电支路、图2所示过放电保护电路部 分中的过放电控制开关和过放电信号传递单元。电池保护IC单元中，沿串联电池组的负极端到正极端的方向，位于上游位置的一 个电池保护IC芯片的放电控制用输出端子DO与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC 芯片的放电用控制端子CTLD连接。位于最下游位置的电池保护IC3芯片的放电控制用输 出端子D03与过放电控制开关的控制端连接。自放电支路设置于串联电池组的各单节电池正负极两端，该自放电支路包括一个 自放电控制开关和一个分流电阻Rfet，自放电控制开关选用一个第三MOS管N3。对应于同 一节单节电池，电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子CB与对应的第三MOS管N3的 栅极连接。过放电信号传递单元，用于将充放电电路的接通状态或断开状态的信号传递到位
9于最上游位置的电池保护ICl芯片的放电用控制端子CTLD1。该过放电信号传递单元包括 一个第三双极晶体管Tr3和一个第四双极晶体管Tr4。其中，第三双极晶体管Tr3的集电极 与最上游位置的电池保护ICl芯片的放电用控制端子CTLDl连接，第三双极晶体管Tr3的 发射极与串联电池组的负极端连接，第三双极晶体管Tr3的基极与第四双极晶体管Tr4的 集电极连接，第四双极晶体管Tr4的发射极与串联电池组的正极端连接，第四双极晶体管 Tr4的基极与充放电电路输出端口的负极端连接。本实用新型的工作过程以IC2芯片检测到过放电，ICl芯片、IC3芯片处于通常状态时为例，对放电状态均 衡电路进行说明。由于放电当BAT2≤过放电检测电压(VDL)时，IC2芯片变为过放电状态，D02端子 变为高阻抗状态。IC3芯片的CTLD3端子通过CTLD端子源极电流(ICTLDH)被VDD3端子上 拉。因D02端子处于高阻抗状态，所以CTLD3端子也随之变为VDD3电位。因此，当CTLD3 端子电位≥CTLD端子H电压(VCTLDH)时，IC3芯片也变为过放电状态。如果BAT3高于过 放电检测电压(VDL)，IC3芯片会使对应的第三MOS管N3变为“ON”。这称为放电电量平衡 功能。过放电状态的IC3芯片通过外接在D03端子上的第二双极晶体管Tr2使放电MOS 管N2变为“OFF”。在这种情况下，禁止通过连接在EB+-EB-之间的负载进行放电。由于之间所连接的负载，EB-端子被上拉。Tr3、Tr4均变为“OFF”，ICl芯 片的CTLDl端子变为高阻抗状态。ICl芯片也变为过放电状态，如果BATl高于过放电检测 电压(VDL)，利用放电电量平衡功能使对应的第三MOS管N3变为“ON”。进行如上所述的工作后，当BAT2达到过放电检测电压(VDL)时，即使在IC2最初 检测到过放电的情况下，也可以通过Tr3、Tr4进行通信，将过放电状态从最下游位置的IC3 芯片传送到最上游位置的ICl芯片，其结果是所有IC芯片均转变为过放电状态，当各电池 均高于过放电检测电压(VDL)时，通过放电电量平衡功能调整好电量平衡。当BAT1-BAT3 的电压下降到≤过放电检测电压(VDL)时，各自的第三MOS管N3变为“OFF”。如图4所示为本实用新型实施例中充电状态均衡电路部分的电路原理图，为了简 化说明，将动力锂离子电池的保护电路的其它部分省略了。该充电状态均衡电路包括图1 所示过充电保护电路中的电池保护IC单元和图3所示放电状态均衡电路中的自放电支路， 对应于同一节单节电池，电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子与自放电支路中的 自放电控制开关的控制端连接。自放电控制开关为自放电MOS管N3。充电均衡电路的工作过程若BATl≥电量平衡检测电压(VBU)时，ICl芯片的CBl端子变为VDDl电位。经 此工作，与CBl端子连接的自放电MOS管N3变为“0N”，自放电支路导通，通过支路中的分流 电阻Rfet对流入BATl的充电电流进行分流。这时，如果BAT2、BAT3低于电量平衡检测电压 (VBU)，与BAT2、BAT3的充电速度相比，则BATl的充电速度显得相对平稳。这称为充电状态 电量平衡功能。不论哪个电池的电压达到电量平衡检测电压(VBU)，各自相对应的自放电 MOS管N3会变为“0N”，从而调整好电量平衡。另外，由于放电，电池电压下降到电量平衡解 除电压(VBL)以下时，IC芯片会使自放电MOS管N3变为“0FF”，停止自放电，最终调整好电 量平衡。[0061]如图5所示为本实用新型实施例中放电状态过流保护电路部分的电路原理图，为 了简化说明，将动力锂离子电池的保护电路的其它部分省略了。该放电状态过流保护电路 包括过流控制模块、串联于充放电电路中的过流控制开关和用于控制过流控制开关通断的 中间级控制开关。其中，过流控制模块的电流检测用端子经取样电阻Rvm与充放电电路连 接；过流控制模块的放电控制用输出端子与中间级控制开关的控制端连接。过流控制模块包括一个过流控制IC4芯片和为过流控制IC4芯片提供稳定电压的 稳压模块。稳压模块包括一个稳压IC5芯片，该稳压IC5芯片的输入端子VIN与接地端子 VSS之间连接有电容Cl，输出端子VOUT与接地端子VSS之间连接有电容C2，输入端子VIN 连接于串联电池组的BATl和BAT2电池之间，输出端子VOUT与过流控制IC4芯片的正电压 接线端子VDD连接；过流控制IC4芯片的电流检测用端子VM与取样电阻Rvm连接，且电流检 测用端子VM与串联电池组的负极端之间连接有芯片保护电路，该芯片保护电路由两个二 极管构成，能够限制电流检测用端子VM的电位，起到保护过流控制IC4芯片的作用。过流 控制IC4芯片的放电控制用输出端子DO与中间级控制开关的控制端连接。中间级控制开关包括一个第四MOS管N4、一个第五MOS管N5和一个第六MOS管 N6。其中，第四MOS管N4为一个N沟道MOS管，第五MOS管N5为一个P沟道MOS管。第四 MOS管N4与第五MOS管N5构成一个CMOS反相器，第四MOS管N4的栅极与第五MOS管N5 的栅极连接构成控制端，第四MOS管N4的漏极与第五MOS管N5的漏极连接构成中间级输 出端，且第四MOS管N4的源极与串联电池组的负极端连接，第五MOS管N5的源极与过流控 制IC4芯片的正电压接线端子VDD连接，中间级输出端与第六MOS管N6的栅极连接。过流控制开关为图2所述过放电保护电路中的第二 MOS管N2，第六MOS管N6的漏 极与第二 MOS管N2的栅极连接，第六MOS管N6的源极与串联电池组的负极端连接。该过电流保护电路的工作过程串联电池组正常放电时，充放电电路中流过正常的工作电流，过流控制IC4芯片 的电流检测用端子VM电位在过电流检测电压以下，放电控制用输出端子DO输出高电平，与 之连接的CMOS反相器的输出低电平，使第六MOS管N6为OFF，第二 MOS管N2导通，串联电 池组正常放电。当出现过电流或短路情况时，充放电电路中会出现大电流，该过电流信号通过取 样电阻Rvm传递到过流控制IC4芯片的电流检测用端子VM，当电流检测用端子VM的电位在 过电流检测电压以上，且当该状态持续时间达到过电流检测延迟时间以上时，则过流控制 IC4芯片的放电控制用输出端子DO输出低电平信号，与之连接的CMOS反相器输出高电平， 与之连接的MOS管N6导通，第六MOS管N6的漏极电位被下拉，控制第二 MOS管N2变为OFF， 切断充放电电路，从而对串联电池组起到了过流保护的作用。
权利要求动力锂离子电池的保护电路，其特征在于包括过充电保护电路，所述过充电保护电路包括电池保护IC单元和串接于充放电电路中的过充电控制开关，所述电池保护IC单元包括设置在串联电池组的各单节电池正负极两端的电池保护IC芯片，沿所述串联电池组的负极端到正极端的方向，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的充电控制用输出端子与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的充电用控制端子连接，位于最上游位置的电池保护IC芯片的充电用控制端子与所述串联电池组的负极端连接，位于最下游位置的电池保护IC芯片的充电控制用输出端子与所述过充电控制开关的控制端连接；过放电保护电路，所述过放电保护电路包括所述电池保护IC单元和串接于充放电电路中的过放电控制开关，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的放电控制用输出端子与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的放电用控制端子连接，位于最上游位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子与所述串联电池组的负极端连接，位于最下游位置的电池保护IC芯片的放电控制用输出端子与所述过放电控制开关的控制端连接。
2.如权利要求1所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述过充电控制开 关包括一级过充电开关和二级过充电开关，所述一级过充电开关为第一双极晶体管，所述 二级过充电开关为第一 MOS管，所述第一 MOS管连接于所述串联电池组的负极端与所述充 放电电路输入输出端口的负极端之间，所述第一双极晶体管的基极与所述位于最下游位置 的电池保护IC芯片的充电控制用输出端子连接，所述第一双极晶体管的集电极与所述第 一 MOS管的栅极连接，所述第一双极晶体管的发射极与所述串联电池组的正极端连接。
3.如权利要求2所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述过放电控制开 关包括一级过放电开关和二级过放电开关，所述一级过放电开关为第二双极晶体管，所述 二级过放电开关为第二 MOS管，所述第二 MOS管连接于所述串联电池组的负极端与所述充 放电电路输入输出端口的负极端之间，所述第二双极晶体管的基极与位于最下游位置的电 池保护IC芯片的放电控制用输出端子连接，所述第二双极晶体管的集电极与所述第二 MOS管的栅极连接，所述第二双极晶体管的发射极与所述串联电池组的正极端连接。
4.如权利要求3所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述保护电路还包 括一个放电状态均衡电路，所述放电状态均衡电路包括所述电池保护IC单元，位于上游位置的一个电池保护IC芯片的放电控制用输出端子 与相邻的位于下游位置的一个电池保护IC芯片的放电用控制端子连接；设置于所述串联电池组的各单节电池正负极两端的自放电支路，所述自放电支路包括 一个自放电控制开关和一个分流电阻，对应于同一节单节电池，所述电池保护IC芯片的电 量均衡控制用输出端子与所述自放电控制开关的控制端连接；所述过放电控制开关，位于最下游位置的电池保护IC芯片的放电控制用输出端子与 所述过放电控制开关的控制端连接；过放电信号传递单元，用于将充放电电路的接通状态或断开状态的信号传递到位于最 上游位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子。
5.如权利要求4所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述自放电控制开 关包括一个第三MOS管；所述过放电信号传递单元包括一个第三双极晶体管和一个第四双 极晶体管，所述第三双极晶体管的集电极与最上游位置的电池保护IC芯片的放电用控制端子连接，所述第三双极晶体管的发射极与所述串联电池组的负极端连接，所述第三双极 晶体管的基极与所述第四双极晶体管的集电极连接，所述第四双极晶体管的发射极与所述 串联电池组的正极端连接，所述第四双极晶体管的基极与所述充放电电路输入输出端口的 负极端连接。
6.如权利要求5所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述保护电路还包 括一个充电状态均衡电路，所述充电状态均衡电路包括所述电池保护IC单元和所述自放 电支路，对应于同一节单节电池，所述电池保护IC芯片的电量均衡控制用输出端子与所述 自放电控制开关的控制端连接。
7.如权利要求1至6任一权利要求所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于 所述电池保护IC芯片的型号为S-8209。
8.如权利要求7所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述保护电路还包 括一个放电状态过流保护电路，包括过流控制模块，所述过流控制模块的电流检测用端子经取样电阻与充放电电路连接；串联于所述充放电电路中的过流控制开关；用于控制所述过流控制开关通断的中间级控制开关，所述中间级控制开关的控制端与 所述过流控制模块的放电控制用输出端子连接。
9.如权利要求8所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述中间级控制开 关包括一个第四MOS管、一个第五MOS管和一个第六MOS管，所述第四MOS管为一个N沟道 MOS管，所述第五MOS管为一个P沟道MOS管，所述第四MOS管的栅极与所述第五MOS管的 栅极连接构成控制端，所述第四MOS管的漏极与所述第五MOS管的漏极连接构成中间级输 出端，所述第四MOS管的源极与串联电池组的负极端连接，所述第五MOS管的源极与所述过 流控制模块的正电压接线端子连接，所述中间级输出端与所述第六MOS管的栅极连接；所述过流控制开关包括所述第二 MOS管，所述第六MOS管的漏极与所述第二 MOS管的 栅极连接，所述第六MOS管的源极与所述串联电池组的负极端连接。
10.如权利要求9所述的动力锂离子电池的保护电路，其特征在于所述过流控制模块包括一个过流控制IC芯片，所述过流控制IC芯片的电流检测用端子与所述串联电池组的 负极端之间连接有芯片保护电路，所述芯片保护电路由两个二极管构成；给所述过流控制IC芯片提供稳定电压的稳压模块，所述稳压模块的输出端与所述过 流控制IC芯片的正电压接线端子连接，所述稳压模块输入端与所述串联电池组连接。
专利摘要本实用新型公开了一种动力锂离子电池的保护电路，其主要技术要点是，它包括可对由多节锂离子电池串联而成的电池组实施过充电和过放电保护的过充电保护电路和过放电保护电路，和可对电池组的各个单体电池实施均衡充放电的充电状态均衡电路和放电状态均衡电路，以及可对串联电池组实施过电流保护的过流保护电路。本实用新型动力锂离子电池的保护电路，解决了多节锂离子电池串联使用时，由于各电池单体间的性能差异，容易造成过充电或过放电损坏、影响电池组的荷电保持能力、降低电池组整体性能的问题，并能够在多节锂离子电池串联放电时，对电池组实施过流保护。本实用新型特别适合由三节以上锂离子电池串联而成的动力电池使用。
文档编号H02H7/18GK201699401SQ20092029045
公开日2011年1月5日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者刘振华, 刘春彬, 张盖西, 纪士洲 申请人:山东上存能源股份有限公司