電池放電保護裝置的製作方法

2023-05-16 07:31:31

專利名稱：電池放電保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電路設計技術領域，尤其涉及一種電池放電保護裝置。
背景技術：
電池作為存儲能量的一種工具已經被普遍應用於生活的各個方面，包括手機電 池、汽車電池、電動車電池等。可重複使用的充電電池是電池發展史上的一個重要轉折點， 其使電池的應用範圍變得更廣，同時減少了一次性電池給環境帶來的嚴重汙染。實際生活 中，鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰聚合物等可充電電池應用特別廣泛，但是電池始終有它的局限性， 例如，電池在放電結束後的電量過低，這種情況稱為電池的過放電，電池的過放電會極大的 減短電池的使用壽命，為了充分利用電池，提高電池的使用效率，必須對電池的放電進行適 當保護，以避免電池的過放電。現有技術提出了一種對電池進行放電保護的電路，如圖1所示，電池B1和電池B2 組成電池組，電池組的負極與電流取樣電阻R4的一端相連，電流取樣電阻R4的另一端與場 效應管F的源極s相連，場效應管的柵極g接於三極體T的集電極c，三極體T的集電極c 又與電阻R2的一端相連，三極體T的發射極e與電池組的正極相連，三極體T的基極b與 穩壓管Z的負極相連，電容C與電阻R3串聯，電容C的另一端與電池B2的負極相連，而電 阻R3的另一端與場效應管F的漏極d相連，穩壓管Z和電阻R1的連接點pi又與電容C和 電阻R3的連接點p2相連，電池B1的負極與電池B2的正極相連。電池的端電壓V通過三極體T的正向PN結eb施加到穩壓管Z上，再到穩壓管Z 上施加上一反向電壓，當電池電壓正常時，電池的端電壓V高於穩壓管Z的反向擊穿電壓， 穩壓管z處於擊穿導通狀態，三極體T的基極b有電流通過，則三極體T的發射極e與集電 極c之間導通，電流在電阻R2產生壓降，形成高電位，場效應管的柵極g因處於高電位而使 漏極與源極之間導通，從而使放電迴路處於導通狀態，當電池在放電過程中因電量損耗，端 電壓V下降到低於穩壓管Z的反向擊穿電壓，則穩壓管Z由擊穿導通狀態進入截止狀態，三 極管T的基極b沒有電流通過，三極體T的發射極e與集電極c之間截止，電阻R2上沒有 電流流過，且R2與電池的負極相連，則R2兩端都為低電位，場效應管的柵極g因處於低電 位而使漏極與源極之間截止，從而使放電迴路處於截止狀態，電池無法進一步放電，使電池 不會因為過放電而損壞。在上述處理過程中，由於電池在停止放電時電池的電壓會瞬間升高，也就是端電 壓V會瞬間升高，此時穩壓管Z會處於擊穿導通狀態，場效應管的柵極g因處於高電位而使 漏極與源極之間導通，因此放電迴路會處於導通狀態，但是由於電池在停止放電時瞬間升 高的電壓為虛電壓，當電池再次放電後，電池的端電壓V會迅速降低，穩壓管Z進入截止狀 態，場效應管的柵極g因處於低電位而使漏極與源極之間截止，放電迴路又一次處於截止 狀態，此時電池的電壓瞬間升高，放電迴路又由截止狀態變為導通狀態，如此反覆，放電回 路就會對負載進行振蕩供電，從而對負載造成了較大的損害，此外，電池的震蕩供電也會造 成電池的過放電，從而縮短了電池的使用壽命。

發明內容
本發明實施例提供一種電池放電保護裝置，用以解決現有技術中存在的由於電池 的放電迴路對負載進行振蕩供電，因此對負載造成了較大損害，且縮短了電池的使用壽命 的問題。本發明實施例技術方案如下一種電池放電保護裝置，包括電池供電單元、單向通路、控制檢測電路和補償電 路；所述單向通路的輸入端與所述電池供電單元的正極相連；所述控制檢測電路的輸入端 與所述單向通路的輸出端相連，輸出端與所述單向通路的參考端相連，接地端與所述電池 供電單元的負極相連；所述補償電路的輸入端與所述電池供電單元的正極相連，輸出端分 別與所述單向通路的參考端和所述控制檢測電路的輸出端相連，接地端與所述電池供電單 元的負極相連；所述控制檢測電路檢測到所述電池供電單元的電壓值低於規定閾值時，發 送電平信號給所述單向通路，使所述單向通路關斷；同時，所述補償電路給所述單向通路提 供切斷電壓。本發明實施例技術方案中，電池放電保護裝置包括電池供電單元、單向通路、控制 檢測電路和補償電路，其中控制檢測電路在檢測到電池供電單元的電壓值低於規定閾值 時，確認此時電池供電單元的電量不足，需要切斷電池供電單元對負載的供電，那麼控制檢 測電路就發送電平信號給單向通路，使單向通路關斷，此時補償電路給單向通路提供切斷 電壓，也就是說使單向通路鎖定在關斷狀態，即使電池供電單元在切換的瞬間，電壓會瞬時 升高，由於此時單向通路已經鎖定在關斷狀態，因此電池供電單元也不會對負載進行振蕩 供電，從而有效地避免了振蕩供電對負載造成的損害，同時也避免了電池的過放電，有效地 延長了電池的使用壽命。


圖1為現有技術中，電池放電保護電路示意圖；圖2為本發明實施例中，電池放電保護裝置示意圖；圖3為本發明實施例中，電池放電保護裝置的具體電路原理示意圖；圖4為本發明實施例中，鎳氫電池在0. 25C的放電速率下的放電曲線示意圖；圖5為本發明實施例中，鎳氫電池在0. 5C的放電速率下的放電曲線示意圖。
具體實施例方式下面結合各個附圖對本發明實施例技術方案的主要實現原理具體實施方式
及其 對應能夠達到的有益效果進行詳細地闡述。本發明實施例提供了一種電池放電保護裝置，如圖2所示，具體包括電池供電單 元21、單向通路22、控制檢測電路23和補償電路24組成，其中單向通路22的輸入端與電池供電單元21的正極相連，輸出端與負載相連，參考端 分別與控制檢測電路23的輸出端和補償電路24的輸出端的相連，當單向通路處於導通狀 態時，單向通路通過輸出端為負載供電，當單向通路處於關斷狀態時，單向通路不再給負載 供電；
控制檢測電路23的輸入端與單向通路22的輸出端相連，輸出端與單向通路22的 參考端相連，接地端與電池供電單元21的負極相連，該控制檢測電路23檢測到電池供電單 元21的電壓值低於規定閾值時，發送電平信號給單向通路22，使單向通路22關斷；補償電路24的輸入端與電池供電單元21的正極相連，輸出端分別與單向通路22 的參考端和所述控制檢測電路23的輸出端相連，接地端與電池供電單元21的負極相連，在 單向通路22不為負載供電，即單向通路22關斷時，補償電路24給單向通路22提供切斷電 壓，也就是使單向通路22鎖定在關斷狀態，即使此時電池供電單元的電壓瞬時升高，單向 通路也依然處於關斷狀態，因此就避免了電池供電單元對負載進行振蕩供電的情況。較佳地，當單向通路22的參考端的電壓值低於輸入端的電壓值時，單向通路22導 通，通過輸出端為負載供電，此時單向通路22的輸入端和輸出端之間處於電流導通狀態， 當單向通路22的參考端的電壓值不低於輸入端的電壓值時，單向通路22關斷，不再通過輸 出端為負載供電，此時單向通路22的輸入端和輸出端之間處於電流截止狀態，較佳地，控制檢測電路23在檢測單向通路22的輸出端的電壓值不低於規定閾值 時，控制單向通路22的參考端的電壓值低於輸入端的電壓值，使單向通路22的輸入端和輸 出端之間處於電流導通狀態，此時單向通路22導通，若檢測到單向通路22的輸出端的電壓 值低於規定閾值，則控制單向通路22的參考端的電壓值等於輸入端的電壓值，使單向通路 22的輸入端和輸出端之間處於電流截止狀態，此時單向通路22關斷；較佳地，在單向通路22為負載供電，即單向通路22導通時，補償電路24為控制檢 測電路23補償工作電流，在單向通路22不為負載供電，即單向通路22關斷時，補償電路24 保持單向通路22的參考端的電壓值等於輸入端的電壓值，也就是使單向通路22鎖定在關 斷狀態。由上述描述可知，電池放電保護裝置包括電池供電單元、單向通路、控制檢測電路 和補償電路，其中控制檢測電路在檢測到電池供電單元的電壓值低於規定閾值時，確認此 時電池供電單元的電量不足，需要切斷電池供電單元對負載的供電，那麼控制檢測電路就 發送電平信號給單向通路，使單向通路關斷，此時補償電路給單向通路提供切斷電壓，也就 是說使單向通路鎖定在關斷狀態，即使電池供電單元在切換的瞬間，電壓會瞬時升高，由於 此時單向通路已經鎖定在關斷狀態，因此電池供電單元也不會對負載進行振蕩供電，從而 有效地避免了振蕩供電對負載造成的損害，同時也避免了電池的過放電，有效地延長了電 池的使用壽命。下面給出更為具體的實施方式。如圖3所示，為本發明實施例中，電池放電保護裝置的具體電路原理示意圖，其 中單向通路包括P-M0SE管D1和二極體D2 ；P-M0SE管D1的源極(S極)作為單向通路的輸入端，與電池供電單元的正極VCC 相連；P-M0SE管D1的漏極(D極)與二極體D2的正極相連；二極體D2的負極作為單向通路的輸出端V0UT，與負載相連；P-M0SE管D1的柵極(G極)作為單向通路的參考端，分別與補償電路的輸出端和 控制檢測電路的輸出端相連；
控制檢測電路包括第一電阻R1、第二電阻R2和電壓比較器；第一電阻R1的第一端作為控制檢測電路的輸入端，與單向通路的輸出端V0UT相 連；第一電阻R1的第二端和第二電阻R2的第一端相連；第一電阻R1和第二電阻R2的連接點與電壓比較器的參考端相連；電壓比較器的輸出端作為控制檢測電路的輸出端，與單向通路的參考端相連；第二電阻R2的第二端與電壓比較器的接地端連接後，作為控制檢測電路的接地 端，與電池供電單元的負極GND相連；補償電路包括第三電阻R3和電容C ；第三電阻R3的第一端作為補償電路的輸入端，與電池供電單元的正極VCC相連；第三電阻R3的第二端與電容C的第一端相連；第三電阻R3和電容C的連接點作為補償電路的輸出端，與單向通路的參考端相 連；電容C的第二端作為補償電路的接地端，與電池供電電源的負極GND相連。其中，電池供電單元可以為一個電池，也可以為由多個電池組成的電池組。此外，電池供電單元在進行電量備份時，需要由外部電源為負載供電，如圖3所 示，外部電源的輸出端通過二極體D3與負載相連。圖3所示的電池放電保護裝置在實際工作過程中有四種狀態電池供電單元備份 狀態、電池供電單元供電輸出狀態、電池供電單元切斷狀態、更換電池供電單元後的電路重 啟狀態，下面分別對四種工作狀態時的工作原理分別進行介紹。第一種狀態，電池供電單元備份狀態在電池供電單元備份狀態中，外部電源的輸出端VIN與二級管D3的正極相連，二 極管D3的負極與負載相連，外部電源直接為負載供電，此時單向通路的輸出端V0UT的電 壓值近似於外部電源輸出端VIN的電壓值(二極體D3在導通時有管壓降，大概在0. 5V左 右)，單向通路的輸出端V0UT的電壓值通過第一電阻R1和第二電阻R2分壓後得到的電壓 值為電壓比較器的參考端的電壓值，電壓比較器將參考端的電壓值與規定閾值進行比較， 比較得到參考端的電壓值高於規定閾值，此時電壓比較器的輸入端和輸出端之間處於電流 導通狀態，電壓比較器將輸出端的電壓值拉低，P-M0SE管D1的柵極(G極)的電壓值低於 源極(S極)的電壓值，此時P-M0SE管D1的源極(S極)和漏極(D極)之間處於電流導通 狀態，電池供電單元的正極VCC的電壓值通過P-M0SE管D1到達二極體D2的正極，由於外 部電源的輸出端VIN的電壓值高於電池供電單元的正極VCC的電壓值，因此二極體D2反向 截止，電池供電單元不對外進行供電輸出，此時電池供電單元通過第三電阻R3為電壓比較 器補償正常工作電流。第二種狀態，電池供電單元供電輸出狀態在外部電源突然掉電的情況下，根據電池供電單元備份狀態可知，當外部電源的 輸出端VIN的電壓值高於電池供電單元的正極VCC的電壓值時，電池供電單元不對外進行 供電輸出，二極體D2反向截止，當外部電源的輸出端VIN的電壓值低於電池供電單元的正 極VCC的電壓值時，二極體D3截止，電池供電單元的正極VCC的電壓通過P-M0SE管D1和 二極體D2到達單向通路的輸出端V0UT，電池供電單元的正極VCC的電壓值經過第一電阻R1和第二電阻R2的分壓後得到的電壓值為電壓比較器的參考端的電壓值，電壓比較器將 參考端的電壓值與規定閾值進行比較，比較得到參考端的電壓值高於規定閾值，即此時電 池供電單元的電量充足，此時電壓比較器的輸入端和輸出端之間處於電流導通狀態，電壓 比較器將輸出端的電壓值拉低，此時由電池供電單元為負載供電，電池供電單元通過第三 電阻R3為電壓比較器補償正常工作電流。第三種狀態，電池供電單元切斷狀態通過對電池在不同放電速率下的放電測試，我們可以確定出電池電量和電池電壓 之間存在一定的對應關係，以鎳氫電池為例，圖4和圖5分別為鎳氫電池在0. 25C和0. 5C 的放電速率下的放電曲線圖，由圖4和圖5可知，電池電壓和其電量之間的關係基本是接近 線性的，同時，從圖4和圖5可以看到，在電池的電量快要放光時，電池的電壓已經低於正常 的供電電壓，因此若要對電池進行放電保護，就需要在電池電壓低於正常工作電壓時，切斷 電池對負載的供電。在電池供電單元的電量快要消耗光時，單向通路的輸出端V0UT的電壓值低於正 常供電電壓，此時單向通路的輸出端V0UT的電壓值經過第一電阻R1和第二電阻R2分壓到 得到的電壓值為電壓比較器的參考端的電壓值，電壓比較器將參考端的電壓值與規定閾值 進行比較，比較得到參考端的電壓值低於規定閾值，即此時電池供電單元的電量不足，電壓 比較器的輸入端和輸出端之間就處於電流截止狀態，電壓比較器的輸出端的電壓值升高， 與電池供電單元的正極VCC的電壓值相等，此時P-M0SE管D1的源極(S極)和漏極(D極) 之間處於電流截止狀態，電池供電單元不再為負載供電。電池供電單元在切斷供電時，正極VCC的電壓值瞬間升高，由於P-M0SE管D1的源 極(S極)和漏極(D極)之間處於電流截止狀態，同時P-M0SE管D1的柵極(G極)的電壓 和正極VCC的電壓相等，因此P-M0SE管D1的源極(S極)和漏極(D極)之間始終處於電 流截止狀態，電池供電單元不再對負載供電。第四種狀態，更換電池供電單元後的電路重啟狀態在更換電池供電單元後，電池供電單元的電量很充足，在插上電池供電單元的瞬 間，電池供電單元正極VCC的電壓通過第三電阻R3給電容C充電，由於電容C上的電量為 0，P-M0SE管D1的柵極(G極)的電壓值為0，而P-M0SE管D1的源極(S極)的電壓值為電 池供電單元的正極VCC的電壓值，因此P-M0SE管D1的源極(S極)和漏極(D極)之間處 於電流導通狀態，電池供電單元的正極VCC的電壓值經過第一電阻R1和第二電阻R2的分 壓後得到的電壓值為電壓比較器的參考端的電壓值，電壓比較器將參考端的電壓值與規定 閾值進行比較，比較得到參考端的電壓值高於規定閾值，即此時電池供電單元的電量充足， 此時電壓比較器的輸入端和輸出端之間處於電流導通狀態，電壓比較器將輸出端的電壓值 拉低，此時由電池供電單元為負載供電，電池供電單元通過第三電阻R3為電壓比較器補償 正常工作電流。本發明實施例中，電壓比較器可以但不限於為ZR431。顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精 神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍 之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
一種電池放電保護裝置，其特徵在於，包括電池供電單元、單向通路、控制檢測電路和補償電路；所述單向通路的輸入端與所述電池供電單元的正極相連；所述控制檢測電路的輸入端與所述單向通路的輸出端相連，輸出端與所述單向通路的參考端相連，接地端與所述電池供電單元的負極相連；所述補償電路的輸入端與所述電池供電單元的正極相連，輸出端分別與所述單向通路的參考端和所述控制檢測電路的輸出端相連，接地端與所述電池供電單元的負極相連；所述控制檢測電路檢測到所述電池供電單元的電壓值低於規定閾值時，發送電平信號給所述單向通路，使所述單向通路關斷；同時，所述補償電路給所述單向通路提供切斷電壓。
2.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，當所述單向通路的參考端的 電壓值低於輸入端的電壓值時，所述單向通路導通，通過輸出端為負載供電。
3.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述控制檢測電路在檢測到 所述單向通路的輸出端的電壓值不低於規定閾值時，控制所述單向通路的參考端的電壓值 低於輸入端的電壓值，使所述單向通路導通，否則，控制所述單向通路的參考端的電壓值等 於輸入端的電壓值，使所述單向通路關斷。
4.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述補償電路在所述單向通 路導通時，為所述控制檢測電路補償工作電流，否則，保持所述單向通路的參考端的電壓值 等於輸入端的電壓值。
5.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述單向通路包括P-M0SE管 和二極體；所述P-M0SE管的源極作為所述單向通路的輸入端； 所述P-M0SE管的漏極與所述二極體的正極相連； 所述二極體的負極作為所述單向通路的輸出端； 所述P-M0SE管的柵極作為所述單向通路的參考端。
6.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述控制檢測電路包括第一 電阻、第二電阻和電壓比較器；所述第一電阻的第一端作為所述控制檢測電路的輸入端； 所述第一電阻的第二端和第二電阻的第一端相連； 所述第一電阻和第二電阻的連接點與電壓比較器的參考端相連； 所述電壓比較器的輸出端作為所述控制檢測電路的輸出端；所述第二電阻的第二端與所述電壓比較器的接地端連接後，作為所述控制檢測電路的 接地端。
7.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述補償電路包括第三電阻 和電容；第三電阻的第一端作為所述補償電路的輸入端； 第三電阻的第二端與所述電容的第一端相連； 所述第三電阻和所述電容的連接點作為所述補償電路的輸出端； 所述電容的第二端作為所述補償電路的接地端。
8.如權利要求1所述的電池放電保護裝置，其特徵在於，所述電池供電單元為電池或 電池組。
全文摘要
本發明公開了一種電池放電保護裝置，包括電池供電單元、單向通路、控制檢測電路和補償電路，其中所述控制檢測電路檢測到所述電池供電單元的電壓值低於規定閾值時，發送電平信號給所述單向通路，使所述單向通路關斷；同時，所述補償電路給所述單向通路提供切斷電壓。採用本發明技術方案，解決了現有技術中存在的由於電池的放電迴路對負載進行振蕩供電，因此對負載造成了較大損害，且縮短了電池的使用壽命的問題。
文檔編號H02H7/18GK101877478SQ20101021923
公開日2010年11月3日 申請日期2010年6月25日 優先權日2010年6月25日
發明者嚴鵬飛 申請人:中興通訊股份有限公司