帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路的製作方法
2023-05-22 09:58:46 1
帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路的製作方法
【專利摘要】本發明公開了帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，包括電池模塊、電池保護IC、第一N-MOS、第二N-MOS；電池模塊總正極電連接負載正極及充電正極埠；電池模塊總負極經第一N-MOS、第二N-MOS後，與負載負極及充電負極埠電連接；電池保護IC分別與第一N-MOS及第二N-MOS電連接；還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測IC、二次保護電晶體及保險絲，保護檢測IC分別與電池保護IC及二次保護電晶體連接，二次保護電晶體設於電池模塊總正極與充電負極之間，保險絲設於第二N-MOS管與充電負極之間，或設於電池模塊總負極與第一N-MOS之間，或設於第一N-MOS與第二N-MOS之間。本發明在電池過壓、欠壓一次保護失效情況下，能穩定、有效、安全地通過二次保護電路保護電池不過度充電或者放電。
【專利說明】帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及可充電電池的充電放電保護電路，特別涉及一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路。
【背景技術】
[0002]隨著電子行業的發展，可充電電池，特別是鋰離子電池，被廣泛應用於電動車，手機、攝像機、筆記本電腦、無繩電話、電動工具、遙控或電動玩具、照相機等可攜式電子設備中。但由於電池本身的特點，尤其是鋰離子電池，其內部含有有機溶劑，承受的過充過放電能力較小，過充、過放會縮短電池的使用壽命，甚至會引起爆炸，危及人身安全，因此，在現有技術中，為了保護用電設備和可充電電池，通常設計電池過壓/欠壓保護電路或保護板。
[0003]在現有技術中，普通過壓及欠壓保護板一般是利用鋰電池專用保護IC的充電控制埠及放電控制埠來控制N-MOSFET的截止(俗稱一次過壓保護/欠壓保護)從而關斷充電迴路或者放電迴路，但是如果充電或者放電控制的N-MOSFET損壞(比如由於外部短路，充電器電壓過高，充電或者放電電流過大，N-MOSFET本身質量等問題造成N-MOSFET的D-S極擊穿)或者專用保護IC損壞，導致充電無法保護，如果繼續充電將會使電池過充，就有可能引起電池漏液，起火燃燒甚至爆炸，如果N-MOSFET的D-S極擊穿或者專用保護IC損壞導致放電欠壓無法保護，如果鋰電池組繼續放電將會導致電池失效，漏液或者永久性損壞。
[0004]隨著技術的發展，在現有技術中，帶二次保護功能的鋰電池保護電路已經出現，如中國專利200720171518.7公開了一種智能型鋰電池充電保護電路，電路中包括有二次保護電路，二次保護電路採用場效應管Q6，場效應管Q6的控制端與電池參數智能管理模塊的保護輸出端連接，場效應管Q6—端接地，另一端與電池參數智能管理模塊的溫度檢測輸入端連接。當出現過壓、欠壓等情況時，電池參數管理晶片U3觸發場效應管Q6導通，電池參數管理晶片U3在其內部通過軟體將異常情況均判斷為過溫，並傳輸數據給電池保護晶片U2，U2輸出低電平給場效應管Ql，停止給充電鋰電池供電。然而，上述技術方案至少還存在以下缺陷:其一、場效應管Ql即是充電控制MOS管，也是二次保護控制MOS管，當場效應管Ql損壞，其D-S極已經擊穿時，即使電池保護晶片U2輸出低電平給場效應管Q1，場效應管Ql也不會截止而停止給充電鋰電池供電，達不到異常情況保護的目的；其二、在某些情況下，一次保護失效的問題是因為電池保護晶片U2損壞，失去了控制場效應管Ql截止的功能，由於上述技術方案的二次保護過程仍然需要電池保護晶片U2控制場效應管Ql截止，因而顯然二次保護亦會失效；其三、電池過壓、欠壓，一次保護失效，通常是因為電路硬體出現故障，在此種情況下，通過截止MOS管的方式進行二次保護，固然能暫時解決過壓、欠壓問題，但是，卻給下一次鋰電池充電或放電埋下了安全隱患。另外，上述中國專利200720171518.7的【背景技術】中，還公開了一種利用保險絲進行二次保護的鋰電池保護電路，在充電電壓過高時，可通過二次保護IC將保險絲燒斷，以達到保護充電鋰電池的目的，但二次保護IC功能非常單一，只能進行過壓保護，對於鋰電池放電過程中的欠壓問題，該二次保護電路則達不到保護的目的。
【發明內容】
[0005]本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，該電池保護電路在電池過壓、欠壓一次保護失效或者濫用的情況下，能穩定、有效、安全地通過二次保護電路保護電池不會過度充電或者放電。
[0006]為解決上述技術問題，本發明的第一技術方案為:一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管；所述電池模塊的總正極電連接負載正極及充電正極埠 ；所述電池模塊的總負極經第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管後，與負載負極及充電負極埠電連接；所述電池保護IC的放電控制腳與第一 N溝道MOS管電連接，所述電池保護IC的充電控制腳與第二 N溝道MOS管電連接；還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲，所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC分別與電池保護IC及二次保護電晶體電連接，所述二次保護電晶體設於電池模塊總正極與負載負極及充電負極埠之間，所述保險絲設於第二 N溝道MOS管與負載負極及充電負極埠之間，或者設於電池模塊總負極與第一 N溝道MOS管之間，或者設於第一 N溝道MOS管與第二 N溝道MOS管之間。
[0007]為解決上述技術問題，本發明的第二技術方案為:一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管；所述電池模塊的總正極電連接負載正極及充電正極埠 ；所述電池模塊的總負極經第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管後，與充電負極埠電連接；所述第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管之間引出負載負極埠 ；所述電池保護IC的放電控制腳與第一 N溝道MOS管電連接，所述電池保護IC的充電控制腳與第二 N溝道MOS管電連接；還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲，所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC分別與電池保護IC及二次保護電晶體電連接，所述二次保護電晶體設於電池模塊總正極與充電負極埠之間，所述保險絲設於電池模塊總負極與第一 N溝道MOS管之間。
[0008]本發明的有益效果是:本發明在電池保護IC控制第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管截止關斷方式的基礎上增加獨立的電壓檢測和物理性關斷的二次過壓保護/欠壓保護電路，當任何一節電池電壓達到二次過壓保護過壓設定值，或者低於二次欠壓保護設定值時，獨立的二次過壓保護/欠壓保護檢測線路就會發出信號給二次保護電晶體使其導通，從而電池組瞬間電流就會通過二次保護電晶體、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管及保險絲形成迴路，從而將保險絲熔斷，致使徹底切斷放電迴路而保證電池組不過充電或者不過放電。並且，由於獨立的二次過壓保護/欠壓保護電路不受第一 N溝道MOS管、第二N溝道MOS管的D-S極被擊穿的影響，也不受電池保護IC失去控制第一 N溝道MOS管、第二N溝道MOS管截止的影響，因而，本發明在電池過壓、欠壓一次保護失效或者濫用的情況下，能穩定、有效、安全地通過二次保護電路保護電池不會過度充電或者放電，從而杜絕電池組有可能引起的電池漏液，起火燃燒甚至爆炸之危險。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為本發明一實施例的電路結構示意圖。[0010]圖2為本發明另一實施例的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]為能進一步了解本發明的特徵、技術手段以及所達到的具體目的、功能，解析本發明的優點與精神，藉由以下通過實施例對本發明做進一步的闡述。
[0012]實施例一:
如圖1所示，為一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，該電池保護電路充電正極C+與負載正極P+埠相同，充電負極C-與負載負極P-埠也相同。該電池保護電路包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管N-M0SFET-1、第二 N溝道MOS管N-M0SFET-2，其中，所述電池保護IC可採用MM3474電池保護專用IC或者LAPIS ML5235，所述電池模塊為若干相互串聯的鋰電池單元BI?B8，相鄰的鋰電池單元之間均拉出一引線端，且該引線端分別與電池保護IC不同的電壓信號檢測端電連接。所述電池模塊的總正極B+電連接負載正極P+及充電正極C+埠 ；所述電池模塊的總負極B-電連接第一 N溝道MOS管的源極，第一 N溝道MOS管的漏極電連接第二 N溝道MOS管的漏極，第二 N溝道MOS管的源極電連接負載負極P-及充電負極C-埠 ；所述電池保護IC的放電控制腳DO與第一 N溝道MOS管的柵極電連接，所述電池保護IC的充電控制腳CO與第二 N溝道MOS管的柵極電連接。該電池保護電路還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲Fl，在本實施例中，該二次過壓保護/欠壓保護檢測IC為MCU，該二次保護電晶體為第三N溝道MOS管N-M0SFET-3或者可控矽SCR。所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC的信號輸入端電連接電池保護IC的電壓數據檢測信號輸出端，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC的控制端電連接可控矽或者第三N溝道MOS管的柵極；所述可控矽或者第三N溝道MOS管設於電池模塊總正極B+與負載負極P-及充電負極C-埠之間，所述保險絲設於第二 N溝道MOS管與負載負極P-及充電負極C-埠之間，或者設於電池模塊總負極B-與第一 N溝道MOS管之間，或者設於第一 N溝道MOS管與第二 N溝道MOS管之間。
[0013]如圖1所示，該帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路還包括LDO低壓差線性穩壓器，該LDO低壓差線性穩壓器與電池模塊的總正極B+電連接，並為所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC提供3V或5V的基準電壓。所述電池模塊總負極B-與第一 N溝道MOS管之間設置有大功率檢流電阻R1，以便對流過該器件的電流進行採樣檢測。
[0014]該帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路的保護原理是:假定電池模塊各鋰電池單體的一次過壓保護設定值為4.2V，一次欠壓保護設定值為2.3V，二次過壓保護設定值為4.4V，二次欠壓保護設定值為2.1V。充電過程中，當電池模塊鋰電池單體電壓達到4.2V時，若充電控制失效，電池模塊各鋰電池單體電壓將繼續上升，當上升到4.4V時，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC就會輸出一高電平使第三N溝道MOS管或者可控矽導通，一旦導通，瞬間大電流就會依次通過電池模塊B+、第三N溝道MOS管或者可控矽、保險絲、第二 N溝道MOS管、第一 N溝道MOS管、電池模塊B-,形成迴路而熔斷保險絲Fl,從而使充電迴路物理性斷開並停止充電。放電過程中，當電池模塊鋰電池單體電壓降低到2.3V時，若放電控制失效，電池模塊各鋰電池單體電壓將繼續下降，當下降到2.1V時，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC就會輸出一高電平使第三N溝道MOS管或者可控矽導通，一旦導通，瞬間大電流就會依次通過電池模塊B+、第三N溝道MOS管或者可控矽、保險絲、第二 N溝道MOS管、第一 N溝道MOS管、電池模塊B-，形成迴路而熔斷保險絲Fl，從而使放電迴路物理性斷開並停止放電。
[0015]實施例二:
如圖2所示，為另一種帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，該電池保護電路充電正極C+與負載正極P+埠相同，充電負極C-與負載負極P-埠不同。該電池保護電路包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管，其中，所述電池保護IC可採用麗3474電池保護專用IC或者LAPIS ML5235，，所述電池模塊為若干相互串聯的鋰電池單元BI?B8，相鄰的鋰電池單元之間均拉出一引線端，且該引線端分別與電池保護IC不同的電壓信號檢測端電連接。所述電池模塊的總正極B+電連接負載正極P+及充電正極C+埠 ；所述電池模塊的總負極B-電連接第一 N溝道MOS管的源極，第一 N溝道MOS管的漏極電連接第二 N溝道MOS管的漏極，第二 N溝道MOS管的源極電連接充電負極C-埠 ；所述第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管之間引出負載負極P-埠 ；所述電池保護IC的放電控制腳DO與第一 N溝道MOS管的柵極電連接，所述電池保護IC的充電控制腳CO與第二 N溝道MOS管的柵極電連接。該電池保護電路還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲Fl，在本實施例中，該二次過壓保護/欠壓保護檢測IC為MCU，該二次保護電晶體為第三N溝道MOS管N-M0SFET-3或者可控矽SCR。所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC的信號輸入端電連接電池保護IC的電壓數據檢測信號輸出端，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC的控制端電連接可控矽或者第三N溝道MOS管的柵極；所述可控矽或者第三N溝道MOS管設於電池模塊總正極B+與充電負極C-埠之間，所述保險絲設於電池模塊總負極B-與第一 N溝道MOS管之間。
[0016]如圖2所示，該帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路還包括LDO低壓差線性穩壓器，該LDO低壓差線性穩壓器與電池模塊的總正極B+電連接，並為所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC提供3V或5V基準電壓。所述電池模塊總負極B-與第一 N溝道MOS管之間的保險絲F1，同時可作為檢流電阻使用，以便對流過該器件的電流進行採樣檢測。
[0017]該帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路的保護原理是:假定電池模塊各鋰電池單體的一次過壓保護設定值為4.2V，一次欠壓保護設定值為2.3V，二次過壓保護設定值為4.4V，二次欠壓保護設定值為2.1V。充電過程中，當電池模塊鋰電池單體電壓達到4.2V時，若充電控制失效，電池模塊各鋰電池單體電壓將繼續上升，當上升到4.4V時，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC就會輸出一高電平使第三N溝道MOS管或者可控矽導通，一旦導通，瞬間大電流就會依次通過電池模塊B+、第三N溝道MOS管或者可控矽、第二 N溝道MOS管、第一 N溝道MOS管、保險絲、電池模塊B-，形成迴路而熔斷保險絲F1，從而使充電迴路物理性斷開並停止充電。放電過程中，當電池模塊鋰電池單體電壓降低到2.3V時，若放電控制失效，電池模塊各鋰電池單體電壓將繼續下降，當下降到2.1V時，二次過壓保護/欠壓保護檢測IC就會輸出一高電平使第三N溝道MOS管或者可控矽導通，一旦導通，瞬間大電流就會依次通過電池模塊B+、第三N溝道MOS管或者可控矽、第二 N溝道MOS管、第一 N溝道MOS管、保險絲、電池模塊B-，形成迴路而熔斷保險絲F1，從而使放電迴路物理性斷開並停止放電。
[0018]以上所述，僅是本發明較佳實施方式，凡是依據本發明的技術方案對以上的實施方式所作的任何細微修改、等同變化與修飾，均屬於本發明技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管；所述電池模塊的總正極電連接負載正極及充電正極埠 ；所述電池模塊的總負極經第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管後，與負載負極及充電負極埠電連接；所述電池保護IC的放電控制腳與第一 N溝道MOS管電連接，所述電池保護IC的充電控制腳與第二 N溝道MOS管電連接；還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲，所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC分別與電池保護IC及二次保護電晶體電連接，所述二次保護電晶體設於電池模塊總正極與負載負極及充電負極埠之間；所述保險絲設於第二N溝道MOS管與負載負極及充電負極埠之間，或者設於電池模塊總負極與第一 N溝道MOS管之間，或者設於第一 N溝道MOS管與第二 N溝道MOS管之間。
2.根據權利要求1所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:還包括LDO低壓差線性穩壓器，該LDO低壓差線性穩壓器與電池模塊的總正極電連接，並為所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC提供基準電壓。
3.根據權利要求1所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:所述二次保護電晶體為第三N溝道MOS管或者可控娃。
4.根據權利要求1所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:所述電池模塊為若干相互串聯的鋰電池單元，相鄰的鋰電池單元之間均拉出一引線端，且該引線端分別與電池保護IC不同的電壓信號檢測端電連接。
5.根據權利要求1-4任一項所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:所述電池模塊總負極與第一 N溝道MOS管之間設置有大功率檢流電阻。
6.帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:包括電池模塊、電池保護1C、第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管；所述電池模塊的總正極電連接負載正極及充電正極埠 ；所述電池模塊的總負極經第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管後，與充電負極埠電連接；所述第一 N溝道MOS管、第二 N溝道MOS管之間引出負載負極埠 ；所述電池保護IC的放電控制腳與第一 N溝道MOS管電連接，所述電池保護IC的充電控制腳與第二 N溝道MOS管電連接；還包括二次過壓保護/欠壓保護檢測1C、二次保護電晶體及保險絲，所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC分別與電池保護IC及二次保護電晶體電連接，所述二次保護電晶體設於電池模塊總正極與充電負極埠之間，所述保險絲設於電池模塊總負極與第一 N溝道MOS管之間。
7.根據權利要求6所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:還包括LDO低壓差線性穩壓器，該LDO低壓差線性穩壓器與電池模塊的總正極電連接，並為所述二次過壓保護/欠壓保護檢測IC提供基準電壓。
8.根據權利要求6所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:所述二次保護電晶體為第三N溝道MOS管或者可控娃。
9.根據權利要求6所述的帶二次過壓及欠壓保護功能的電池保護電路，其特徵在於:所述電池模塊為若干相互串聯的鋰電池單元，相鄰的鋰電池單元之間均拉出一引線端，且該引線端分別與電池保護IC不同的電壓信號檢測端電連接。
【文檔編號】H02H7/18GK103515937SQ201310495451
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】劉亞 申請人:深圳眾鑫凱科技有限公司