充电电池保护板检测线断线保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种充电电池保护板检测线断线保护电路包括：n个断线检测电阻、检测单元和控制单元，n为大于等于2的自然数；断线检测电阻通过检测线连接在检测单元的输入端上，每一个断线检测电阻与对应的电池形成并联结构，n个断线检测电阻形成串联结构；检测单元实时检测每个断线检测电阻电压，控制单元根据检测结果得到相应信号控制锂电池保护板的充、放电模块导通或关断。本实用新型给每个电池并联了一个断线检测电阻，当其中一根或锂电池保护板多根检测线断线时，通过断线检测电阻的分压，检测其对应电池过充和过放信号来控制充、放电模块的关断，避免断线导致的过充或者过放不能检测而引起危害的问题。
【专利说明】充电电池保护板检测线断线保护电路
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及充电电池保护板，具体涉及充电电池保护板检测线断线保护电 路。
【背景技术】
[0002] 目前锂电池越来越广泛地应用于电动工具、电动自行车、储能系统等领域，出于安 全性考虑，锂电池保护板成为锂电池应用中必不可少的部件，在锂电池使用过程中实现过 充电、过放电、过电流以及过温等的保护功能。
[0003] 其中，过充电和过放电是通过检测各组电池的电压与预设电压阈值的比较结果进 行相应保护的，但是在实际使用过程中，存在一根或者多根电压检测线断线的问题，现有的 设计要么没有检测线断线保护功能，要么只对一根电池检测线断线保护，对多个电池同时 断线的保护无能为力。如果不能对单个或者多个电池的检测线断线都进行有效检测，从而 进行相应的保护处理，检测线断线的一个或者多个锂电池就有可能发生起火、爆炸、燃烧等 危害安全的问题。 实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的问题是在充电电池保护板中单个或多个电池的检测线断 线后不能对其进行有效检测，得不到相应保护，进而可能发生起火、爆炸、燃烧等危害的问 题。
[0005] 为了解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是提供一种充电电池保护 板检测线断线保护电路，用于实现由η个充电电池串联组成的电池组进行过充、过放保护， 充电电池保护板上设有充电模块和放电模块，其特征在于，该保护电路包括：η个断线检测 电阻、检测单元和控制单元，η为大于等于2的自然数；
[0006] 电池组的两端以及相邻两块充电电池之间分别引出一根检测线，检测线的另一端 连接到所述检测单元的输入端上，每一个断线检测电阻的两端分别连接在相邻的两根检测 线上，所述每一个断线检测电阻与对应的充电电池形成并联结构，η个所述断线检测电阻形 成串联结构；
[0007] 所述检测单元实时检测所述每个断线检测电阻的电压，并根据检测结果得到相应 的过充、过放信号；所述控制根据过充、过放信号控制所述充电模块和所述放电模块导通或 关断；
[0008] 相邻两个电池并联的断线检测电阻Rn_i、Rn阻值不同。
[0009] 在上述充电电池保护板检测线断线保护电路中，所述断线检测电阻Rn_i和R n阻值 满足：Rm/R，过充保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过充保护电压阈值）或Rm/V 过放保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过放保护电压阈值），2X过放保护电压阈值 〈对应相邻电池电压差其中〈2X过充保护电压阈值。
[0010] 在上述充电电池保护板检测线断线保护电路中，断线检测电阻第奇数个阻值相 同，第偶数个阻值相等。
[0011] 本实用新型在电池组的每个电池上并联一个断线检测电阻，且相邻的两个断线检 测电阻的阻值不同，在电压检测线没有断线时，检测单元检测到断线检测电阻的电压是该 电池的实际电压值；如果其中一根或者多根检测线断线，通过断线检测电阻的分压，检测单 元检测到电池过充和过放两种信号，控制单元关断充电和放电模块，避免断线导致的过充 或者过放不能检测的问题，保证安全，而且电路简单、成本低廉，开发设计和生产工艺易于 实现，只要有断线，不管是一串还是多串电压检测线断线，充电和放电模块都进行保护，有 效地解决断线的检测和保护的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型的原理示意图；
[0013] 图2为本实用新型的具体实施例的电路图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做出详细的说明。
[0015] 如图1所示，本实用新型提供的充电电池保护板检测线断线保护电路，用于实现 由η个充电电池串联组成的电池组1进行过充、过放保护，其中充电电池保护板上设有充电 模块3和放电模块4。该保护电路包括：η个断线检测电阻2、检测单元5和控制单元6, η 为大于等于2的自然数。其中，充电电池可以是锂电池也可以是其他种类的充电电池；断线 检测电阻7可以为贴片电阻、引线电阻或者其他形式的电阻。
[0016] 电池组1的两端以及相邻两块电池之间分别引出一根检测线，检测线的另一端连 接到检测单元5的输入端上，每一个断线检测电阻2的两端分别连接在相邻的两根检测线 上，这样，每一个断线检测电阻2与对应的充电电池形成并联结构，所有的断线检测电阻形 成串联结构。
[0017] 检测单元5实时检测每个断线检测电阻的电压，并根据检测结果得到相应的过 充、过压信号，控制模块6根据过充、过压信号控制充电模块和放电模块导通或关断。
[0018] 充电模块3和放电模块4通过M0S管、继电器或接触器实现导通或关断。
[0019] 相邻两个电池并联的断线检测电阻Rn_i、Rn阻值不同，且R n_i和Rn阻值满足：Rn_/ Rn>过充保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过充保护电压阈值）或Rm/心〈过放保护 电压阈值八对应相邻电池电压差-过放保护电压阈值），2过放保护电压阈值〈对应相邻 电池电压差〈2过充保护电压阈值。从而保证只要检测线断线其对应的断线检测电阻电压 中有小于过放保护电压阈值或大于过充保护电压阈值出现。
[0020] 现实应用中，为了方便使用，断线检测电阻阻值通常只需选用两种，其中第奇数个 阻值相等，第偶数个阻值相等，即R1 = R3 = R5……，R2 = R4 = R6……。
[0021] 当检测线出现断线情况时，检测单元就可以根据每一个断线检测电阻的电压与相 应保护电压阈值的比较结果获得过充、过放信号，无论是一根断线还是多根检测线断线，都 可以检测到过充、过放信号，并通过充电M0S管和放电M0S管控制关断充电模块和放电模 块。
[0022] 下面结合具体实施例对在检测线断线后本实用新型的断线保护工作原理进行具 体说明
[0023] 如图2所示为本实用新型的具体实施例的电路图，该实施例用于对四组串联的磷 酸铁锂电池进行保护，其中磷酸铁锂电池的标称电压为3. 2V，过充保护电压阈值一般设置 为3. 8V，过放保护电压阈值一般设置为2. 5V。充电电池保护板上保护芯片使用精工电子 S8204B系列芯片，检测单元5和控制单元6设置在S8204B系列芯片上。
[0024] 为清晰表达断线检测和保护功能，仅对本实施例中的电压检测部分进行详细的分 析。图2中的R1、R2、R3、R4为断线检测电阻，考虑电池系统对自身耗电的要求，S卩Rn/Rn+1> 过充保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过充保护电压阈值）或Rn/Rn+1〈过放保护电压 阈值八对应相邻电池电压差-过放保护电压阈值），该实施例中选择R1 = R3 = 1M，R2 = R4 = 200K。
[0025] 在本实施例中如果每根检测线连接正常，每个断线检测电阻上最大的耗电等于与 其并联的电池电压除以其阻值，则每个断线检测电阻最大自耗电为过充电压阈值除以其阻 值，当断线检测电阻阻值为300K欧姆时，以3. 8V除以300K的阻值，得出最大自耗电为19 微安，50多个小时才消耗1晕安时的电量，几乎可以忽略不计，充、放电M0S管都打开，不会 触发充、放电保护。
[0026] 如果B-(接Vss)和B4+(接V4)其中一根或者两根检测线断线，锂电池保护芯片 S8204B不工作，充电M0S管Ml和放电M0S管M2不导通，进而不会发生过充电和过放电情 况。
[0027] 如果B1+、B2+和B3+三根检测线中至少一根断线，则根据不同断线执行相应的操 作，下面通过B1+、B2+和B3+三根检测线的不同断线情况分别介绍本实用新型的工作原 理：
[0028] (1)B1+、B2+和B3+中任意一根断线。此时，检测单元检测到的断线的检测线两侧 检测线的电压差上、下限分别为5V和7. 6V。
[0029] ①检测线B1+(接VI)断线，则检测线B-和B2+的压差上、下限分别为5V和7. 6V。
[0030] 当检测线B-和B2+的压差为5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到VI 点电压为5VX 1ΜΛ1Μ+200Κ) = 4. 17V，大于过充保护电压阈值3. 8V ;检测到V2点电压为 5V-4. 17V = 0. 83V，小于过充保护电压阈值2. 5V，则锂电池保护芯片S8204B控制单元接收 到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断；
[0031] 当检测线Β-和Β2+的压差为7. 6V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到VI 点电压为7. 6VX 1ΜΛ1Μ+200Κ) = 6. 33V，大于过充保护电压阈值3. 8V ;检测到V2点电压为 7. 6V-6. 33V = 1. 27V，小于过充保护电压阈值2. 5V，则锂电池保护芯片S8204B控制单元接 收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[0032] ②检测线Β2+(接V2)断线：则检测线Β1+和Β3+的压差上、下限分别为5V和7. 6V。
[0033] 当检测线Β1+和Β3+的压差为5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到V2 点的电压为5VX200V(1M+200K) = 0. 83V，检测到V3点的电压为5V-0. 83V = 4. 17V，锂电 池保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断；
[0034] 当检测线B1+和B3+的压差为5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到V2 点电压为 7. 6VX200V(1M+200K) = 1. 27V，检测到 V3 点电压为 7. 6V-1. 27V = 6. 33V，锂电 池保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[0035] ③检测线B3+(接V3)断线：则检测线B2+和B4+的压差上、下限分别为5V和7. 6V。
[0036] 当检测线B2+和B4+的压差为5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到V3 点电压为5VX 1ΜΛ1Μ+200Κ) = 4. 17V，检测到V4电压为5V-4. 17V = 0. 83V，锂电池保护芯 片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断；
[0037] 当检测线Β2+和Β4+的压差为5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测到V3 点的电压为7. 6VX 1ΜΛ1Μ+200Κ) = 6. 33V，检测到V4点电压为7. 6V-6. 33V = 1. 27V，锂电 池保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[0038] (2)Β1+、Β2+和Β3+中相邻的两根线断线，检测单元检测到的两根断线检测线两侧 检测线电压的电压差上、下限分别为为7. 5V和11. 4V。
[0039] ①检测线Β1+和Β2+断线：则检测线Β-和Β3+的压差上、下限分别为7.5V和 11. 4V。
[0040] 当检测线Β-和Β3+的压差为7. 5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测 到 VI 点电压为 7. 5VX 1ΜΛ1Μ+200Κ+1Μ) = 3. 41V，检测到 V2 点电压为 7. 5VX200K/ (1Μ+200Κ+1Μ) = 0. 68V，检测到 V3 点电压为 7. 5V-3. 41V-0. 68V = 3. 41V，此时，锂电池保护 芯片S8204B控制单元接收到的只有过放信号，没有过充信号，放电M0S管关断，而在实际应 用中，电池电压达到过放下限，用户会接入充电电源，电池电压迅速升高到3V以上，检测线 Β-和Β3+的压差达到9V以上，则VI点电压为4. 09V以上，V2点电压为0. 82V以上，V3点 电压为4. 09V以上，此时，锂电池保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放 电M0S管都关断；
[0041] 当检测线Β-和Β3+的电压差为11.4V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检 测到 VI 点电压为 11. 4VX1MA1M+200K+1M) = 5. 18V，检测到 V2 点电压为 11. 4VX200K/ (1M+200K+1M) = 1. 04V，V3 点电压为 11. 4V-5. 18V-1. 04V = 5. 18V，锂电池保护芯片 S8204B 控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[0042] ②检测线B2+和B3+断线：则检测线B1+和B4+的压差上、下限分别为7.5V和 11. 4V。
[0043] 当检测线B1+和B4+的电压差为7. 5V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检 测到 V2 点电压为 7. 5VX200V(200K+1M+200K) = 1. 07V，检测到 V3 点电压为 7. 5VX 1M/ (200K+1M+200K) = 5. 36V，检测到 V4 点电压为 7. 5V-1. 07V-5. 36V = 1. 07V，锂电池保护芯 片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断；
[0044] 当检测线B1+和B4+的电压差为11. 4V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测 到 V2 点电压为 1L 4VX200V(200K+1M+200K) = L 63V，检测到 V3 点电压为 1L 4VX1M/ (200K+1M+200K) = 8. 14V，检测到 V4 点电压为 11. 4V-1. 63V-8. 14V = 1. 63V，锂电池保护芯 片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[0045] (3)B1+、B2+和 B3+ 同时断线，B-和 B4+ 的压差为 10V 和 15. 2V。
[0046] 当检测线B-和B4+的电压差为10V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测 至丨J VI 点电压为 10VX1MA200K+1M+200K+1M) = 4. 17V，检测到 V2 点电压为 10VX200K/ (200Κ+1Μ+200Κ+1Μ) = 0. 83V，同理，检测到 V3 点电压为 4. 17V，V4 点 V3 电压为 0. 83V，锂 电池保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电M0S管都关断；
[0047] 当检测线Β-和Β4+的电压差为15. 2V时，锂电池保护芯片S8204B检测单元检测 到 VI 点电压为 15. 2VX 1ΜΛ200Κ+1Μ+200Κ+1Μ) = 6. 83V，检测到 V2 点电压为 15. 2VX 200K/ (200K+1M+200K+1M) = 1. 27V，同理，检测到V3点电压为6. 83V，V4点电压为1. 27V，锂电池 保护芯片S8204B控制单元接收到过充和过放信号，充、放电MOS管都关断。
[0048] (4)当不相邻的B1+和B3+同时断线，等同于其中的B1+和B3+分别断线，锂电池 保护芯片S8204B控制单元接收到过充信号和过放信号，充、放电M0S管都关断。
[〇〇49] 本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本实用新型的启示下 作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保 护范围之内。
【权利要求】
1. 充电电池保护板检测线断线保护电路，用于实现由η个充电电池串联组成的电池组 进行过充、过放保护，充电电池保护板上设有充电模块和放电模块，其特征在于，该保护电 路包括：η个断线检测电阻、检测单元和控制单元，η为大于等于2的自然数； 电池组的两端以及相邻两块充电电池之间分别引出一根检测线，检测线的另一端连 接到所述检测单元的输入端上，每一个断线检测电阻的两端分别连接在相邻的两根检测线 上，所述每一个断线检测电阻与对应的充电电池形成并联结构，η个所述断线检测电阻形成 串联结构； 所述检测单元实时检测所述每个断线检测电阻的电压，并根据检测结果得到相应的过 充、过放信号；所述控制根据过充、过放信号控制所述充电模块和所述放电模块导通或关 断； 相邻两个电池并联的断线检测电阻Rm、Rn阻值不同。
2. 如权利要求1所述的充电电池保护板检测线断线保护电路，其特征在于，所述断线 检测电阻L和Rn阻值满足：Rm/R，过充保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过充保 护电压阈值）或〈过放保护电压阈值八对应相邻电池电压差-过放保护电压阈值）， 2X过放保护电压阈值〈对应相邻电池电压差〈2X过充保护电压阈值。
3. 如权利要求1所述的充电电池保护板检测线断线保护电路，其特征在于，断线检测 电阻第奇数个阻值相同，第偶数个阻值相等。
【文档编号】H02H7/18GK203839929SQ201420259475
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】皮雳, 杨建勋 申请人:北京海特远舟新能源科技有限公司