一种锂离子电池过温保护电路的制作方法

本实用新型涉及电源保护电路，具体为一种锂离子电池过温保护电路。

背景技术：

锂离子电池具有重量轻、体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优点，因此大部分动力电池均以锂离子电池作为移动便携电源的首选应用。

由于锂离子电池能量密度高，一旦在锂离子电池的使用过程中出现过度的充电状态，导致电池包温度上升和内压上升会具有发生自燃或爆裂的危险。反之，锂离子电池在过渡放电的状态下也会引起温升导致电池特性劣化，降低电池的使用寿命，因此锂离子电池设计、生产过程中必须充分考虑其使用中充电、放电时的安全性，当锂离子电池出现过度充电状或放电状态时，为防止因温升所导致的内压上升使锂离子电池特性劣化，必须立即切断电池组的充放电状态，从而最大限度保护锂离子电池组的使用安全和延长使用寿命。

现有的锂离子电池的电池管理系统(BMS)主要还是以电池电量的均衡保护和过流保护为主，不能直接检测锂离子电池包腔体内实时的温度，是一种间接的温度监测措施，故对锂电池包腔体内实时温度变化的监测效果有限。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种锂离子电池过温保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种锂离子电池过温保护电路，包括电池组、限温检测集成电路组、功能选择开关、控制逻辑、开关电路、火线接口及零线接口；

所述电池组包括n个串联的电池，由所述电池组的负极到正极分别为第一电池、第二电池、以此类推至第n电池；

所述限温检测集成电路组包括若干个限温检测集成电路；所述限温检测集成电路的接地端均连接所述电池组的负极，且所述限温检测集成电路的输出端分别连接所述控制逻辑的各个不同的输入端；

所述功能选择开关为单刀双掷开关，其动端连接所述控制逻辑和限温检测集成电路的电源正端，其中一个不动端连接所述电池组中所述电池组中处第一电池外任一电池的正极；所述模式开关的另一个不动端连接所述电池组的负极；

所述开关电路的输入端正极连接所述控制逻辑的输出端，所述开关电路的输入端负极连接所述电池组的负极；所述开关电路的输出端一端连接所述电池组的正极，另一端连接所述火线接口；

所述电池组的负极连接所述零线接口。

进一步的，所述限温检测集成电路为现有的申请号为ZL 201620866754.X的限温检测集成电路，包括温度传感器、宽电压调整器、控制电路和输出驱动电路；所述宽电压调整器维持所述限温检测电路内的工作电压为指定水平；所述温度传感器可以将温度信号转化为电信号；所述限温检测集成电路具有保护温度与重启温度，且所述保护温度高于所述重启温度；当电池温度上升到保护温度时，所述控制电路控制所述输出驱动电路输出关断信号；当电池温度降低到重启温度时，所述控制电路控制所述驱动电路自动输出重启信号。

进一步的，对于所述电池组中任一所述电池，均存在一所述限温检测集成电路与之紧贴。

进一步的，所述电池为圆柱状电池，且所述电池呈矩阵排列，相邻的所述电池相互紧贴；所述限温检测电路分别设置在4个相邻的所述电池形成的空腔中。

进一步的，所述开关电路包括光控电压泵、限流电阻、2个功率MOS管；所述光控电压泵内设置有发光二极管和光电池，所述发光二极管的正负极即为所述光控电压泵输入端的正负极，所述光电池的正负极即为所述光控电路输出端的正负极；所述光控电压泵的输入端正极连接所述限流电阻的一端，所述限流电阻的另一端连接即为所述开关电路的输入端正极；所述光控电压泵的输入端负极即为所述开关电路的输入端负极；2个所述功率MOS管的源极均连接所述光电泵输出端的负极，栅极均连接所述光电泵输出端的正极；2个所述功率MOS管的漏极分别是所述电子开关电路输出端的两端。

进一步的，2个所述MOS管均为N沟道MOS管。

进一步的，所述限温检测集成电路组还包括若干个电容；所述电容与所述限温检测集成电路一一对应，所述电容的一端分别连接对应的所述限温检测集成电路的电源端，所述电容的另一端分别连接对应的所述限温检测集成电路的接地端。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.当任何一节锂电池出现过热状态时，本实用新型锂离子电池过温保护电路通过限温检测集成电路输出的数控信号和简单的逻辑控制电路及时自动关断整个电池包的电源回路，直至温升故障排除。

2.本实用新型锂离子电池过温保护电路可以直接检测被测各节锂电池的实际工作温度，乃至可以实时监测整个电池组的全息温升分布，这对改进包体散热设计可以提供理论依据。

3.本实用新型锂离子电池过温保护电路使用光控电压泵产生光生电压直接驱动N沟道MOS管用最简洁的方法构成锂离子电池组正电源的电子开关(高边开关)，实现关断电池火线的功能，不会像采用升压电路驱动N沟道MOS管一样可能引入电磁干扰，也不会像增加一组工作电源一样提高生产成本。

附图说明

图1是本实用新型锂离子电池过温保护电路的电路结构示意图；

图2是本实用新型限温检测集成电路的结构示意图；

图3是本实用新型限温检测集成电路的安装示意图。

附图标记中：1、电池组；2、限温检测集成电路组；21、限温检测集成电路；3、开关电路；4、宽电压调整器；5、控制电路；6、输出驱动电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

一种锂离子电池过温保护电路，如图1所示，包括电池组1、功能选择开关SW、限温检测集成电路组2、控制逻辑、开关电路3、火线接口B+及零线接口B-。

电池组1即为需要保护的锂电池，包括若干个串联的电池，在本实施例中，电池的数量为n，分别是第一电池B1、第二电池B2、第三电池B3、第四电池B4、以此类推,直到第n电池Bn。第一电池B1的正极连接第二电池B2的负极，第二电池B2的正极连接第三电池B3的负极，以此类推，第n-1电池Bn-1的正极连接第六电池Bn的负极，且第一电池B1的负极即为电池组1的负极，第n电池Bn的正极即为电池组1的正极。电池组1的负极连接零线接口B-。

限温检测集成电路组2包括n个限温检测集成电路21和n个电容C，且限温检测集成电路21和电容C一一对应、数量相等，n和先问检测集成电路21分别为第一限温检测集成电路S1、第二限温检测集成电路S2、第三限温检测集成电路S3、以此类推、直到第n限温检测集成电路Sn。电容C的一端分别与对应的限温检测集成电路21的电源端VDD相连，电容C的另一端分别与对应的限温检测集成电路21的接地端GND相连。限温检测集成电路21的输出端GN分别连接控制逻辑的不同的输入端；限温检测集成电路21的接地端GND均连接电池组1的负极；限温检测集成电路21的电源端VDD均连接控制逻辑的电源端连接。功能选择开关SW为单刀双掷开关，控制逻辑的电源端连接功能选择开关SW的动端，功能选择开关SW的一个不动端连接电池组1的负极。电池组1中任一电池的正极连接功能选择开关SW的另一个不动端，根据控制逻辑和限温检测集成电路的工作电压范围限止，一般情况选第二电池B2。

当控制逻辑的输入端输入信号全为“1”，控制逻辑的输出端输出信号为“1”；只有控制逻辑的输入端输入信号有1个“0”，控制逻辑的输出端输出信号为“0”。

开关电路3包括限流电阻R2、光控电压泵JWY、两个功率MOS管。两个功率MOS管分别为第一功率MOS管M1及第二功率MOS管M2。光控电压泵JWY内设置有发光二极管和光电池，当发光二极管通电发光时，光电池在光的照射下产生电动势并对外供电，发光二极管的正负极即为光控电压泵JWY输入端的正负极，光电池的正负极即为光控电路JWY输出端的正负极。第一功率MOS管M1及第二功率MOS管M2的源极均连接光控电压泵JWY的输出端负极，且第一功率MOS管M1及第二功率MOS管M2的栅极均连接光控电压泵JWY的输出端正极。第一功率MOS管M1的漏极连接电池组1的正极，第二功率MOS管的漏极连接火线接口B+。限流电阻R2的一端连接控制逻辑的输出端，另一端连接光控电压泵JWY的输入端正极。光控电压泵JWY的输入端负极连接零线接口B-。

第一功率MOS管M1与第二功率MOS管M2均为N沟道功率MOS管，N沟道MOS管价格较便宜，可以降低生产成本。现有技术中，如果要使用N沟功率MOSFET来关断火线，需要另外增加一组升压电路，但升压电路本身会引入电磁干扰源；或者另外增加一组工作电源，但这会使电路系统的硬件成本增加。本实用新型锂离子电池过温保护电路使用光控电压泵JWY产生光生电压直接驱动N沟道MOS管构成锂离子电池组正电源的电子开关，实现关断电池火线的功能，既不会因人员电磁干扰源，也不会大幅提高生产成本。

如图2所示，限温检测集成电路21为现有的限温检测集成电路，具体为申请号为ZL 201620866754.X的专利所述的限温检测集成电路，包括温度传感器D3、恒流源I2、宽电压调整器4、控制电路5和输出驱动电路6。限温检测集成电路21具有保护温度与重启温度，且保护温度高于重启温度。当电池温度提高到保护温度时，限温检测集成电路21输出关断信号；当电池温度降低到重启温度时，限温检测集成电路21停止输出关断信号。宽电压调整器4用于使限温检测集成电路21内部的工作电压维持在指定水平；恒流源I2为温度传感器D3提供恒定的电流；温度传感器D3的阻值随温度变化而变化，用于将温度信号转化为电信号；控制电路5用于设定基准电压，以表示保护温度及重启温度；输出驱动电路6将温度传感器D3生成的电信号与基准电压进行比较，并决定是否输出关断信号。

如图3所示，电池组1中的电池均为柱状电池，且六个电池呈矩阵排列，分为两列每列3个电池，相邻的电池之间相互紧贴，形成电池组1。限温检测集成电路组2中的限温检测集成电路21分别设置在电池组1的每相邻的电池形成的空腔中，且限温检测集成电路21紧贴于与其相邻的电池组1中的电池，直接检测电池组1中电池的实际工作温度。对于电池组1中的任一电池，均紧贴有至少一个限温检测集成电路21，使每个电池的实际工作温度都能得到检测。

本实用新型锂离子电池过温保护电路的工作过程如下：

调节功能选择开关SW，使功能选择开关SW的动端与连接电池组1负极的不动端相连，本实用新型锂离子电池过温保护电路处于休眠模式。此时，限温检测集成电路21及控制逻辑的电源端均接地，使本实用新型锂离子电池过温保护电路处于断电状态，停止工作，不产生功耗。

调节功能选择开关SW，使功能选择开关SW的动端与连接第二电池B2正极的不动端相连，本实用新型锂离子电池过温保护电路处于运行模式。此时，限温检测集成电路21及控制逻辑正常工作。当电池在常温下运行时，所有限温检测集成电路21的输出端GN均输出“1”，使控制逻辑1的输出也为“1”，驱动光控电压泵JWY工作，光控电压泵JWY输出直流电压加在第一MOS管M1及第二MOS管M2的栅极与源极之间，使第一MOS管M1及第二MOS管M2导通，电池组1正常工作；当电池温度升高到保护温度时，某一个或几个限温检测集成电路21输出关断信号，即输出端GN的输出变为“0”，则使控制逻辑输出也为“0”，光控电压泵JWY停止工作，第一MOS管M1及第二MOS管M2关断，电池组1与火线接口B+之间的电路连接被切断，电池组1停止充放电，从而实现对电池组1的保护；当电池温度降至重启温度时，限温检测集成电路21停止输出关断信号，输出端GN的输出变为“1”，使控制逻辑输出“1”，光控电压泵JWY重新工作，第一MOS管M1及第二MOS管M2导通，电池组1重新正常工作。

当任何一节锂电池出现过热状态时，本实用新型锂离子电池过温保护电路及时自动关断整个电池包的电源回路，直至温升故障排除。并且本实用新型锂离子电池过温保护电路可以直接检测被测各节锂电池的实际工作温度，乃至可以实时监测整个电池组的全息温升分布，这对改进包体散热设计可以提供理论依据。

本发明可以作为现有锂电管理系统BMS的一种补充与完善方案，实际实施时可以与BMS系统结合在一起，二者的开关电路部分可以合用，以利控制成本。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。