一種鋰電池電芯保護電路的製作方法
2023-05-05 14:43:26 1
專利名稱：一種鋰電池電芯保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種主要應用於電動產品的鋰電池電芯的保護電路。
背景技術：
電動產品為了方便操作，對安全性與便攜性有著儲多的要求，尤其是 在電池方面。鋰電池具有體積小、容量大、無記憶性、放電倍率高等特點， 廣泛應用於電動產品中。
電動產品具有工作電流及開機瞬間電流比較大，需要線路可以能 夠調整放電過流保護及短路保護的大小及其延時，同時保護之後又可以迅 速恢復放電狀態。
電動產品電池的充電安全性也非常重要，需要對其提供過充電壓 保護，高壓充電保護及其大電流充電保護，同時充電時禁止放電，正是電 動產品的以上特性，本實用新型線路就是因此而設計的。
實用新型內容
本實用新型需解決的問題是提供一種適合於電動產品使用、具有完善 保護功能的、低成本的鋰電池電芯的保護電路。
針對上述問題，本實用新型採取的技術方案為
提供一種鋰電池電芯保護電路，包括充電保護單元和放電保護單元， 所述充電保護單元連接於電芯兩極與電池充電端子之間，所述放電保護單 元連接於電芯兩極與電池放電端子之間，所述充電保護單元輸入端連接正 極充電端子，輸出端通過充電開關管與電芯電路連接；所述放電保護單元
輸出端與放電開關管連接，放電開關管連接於電芯負極與放電負極端子連 接。
所述充電保護單元包括高壓充電保護電路、過流充電保護電路及過充 保護電路。
所述高壓充電保護電路包括三極體Q6，充電電壓由充電端子C+引入， 經電阻R7、 R24分壓，當R24上的分壓值達到三極體Q9基極的正嚮導通 電壓時，Q9導通，則三極體Q6截止，充電開關三極體Ql基極電壓為高 也截止，切斷充電迴路。
所述過流充電保護電路包括三極體Q3， Q3的發射極與充電端子C+相 聯並通過電阻R2和R6連接其基極、集電極通過電阻R12及三極體Q6接 地，充電電壓由充電端子C+引入，較大電流經過電阻R2產生壓降，壓降 值達到三極體Q3基極的正嚮導通電壓，Q3導通，則充電開關三極體Ql基極電壓為高截止，切斷充電迴路。
所述過充保護電路包括三極體Q7， Q7集電極連接Q6基極，電芯正極 B+通過分壓電阻R9連接比較器U2A同相輸入端，充電端子C+通過電阻連 接U2A反相輸入端，電芯正極B+充電達到定值即高於C+電壓，則U2A輸 出端輸出高電平使Q7導通，則Q6、 Ql相繼截止，關閉充電迴路。
所述放電保護單元包括集成晶片Ul，大的放電電流依次經過放電負極 端子M-、場效應管Q10和與Q10並聯的分壓電阻R25，並通過R25向電 容C8充電，電容C8兩端電壓達到晶片Ul的過流檢測端VM的檢測電壓後， Ul放電控制端D0輸出低電平，該低電平通過電阻R16和電阻R23使場效 應管Q10截止，切斷放電迴路。
所述放電保護單元還包括與放電負極端子M-連接的短路保護電路，短 路電流經過M-、串聯的分壓電阻R27和電阻R26，當電阻R26上的分壓值 達到二極體D4的單向導通電壓後，該電壓即通過M-經電阻R27、 二極體 D4向電容C13充電，C13兩端電壓達到定值，則三極體Q8導通，拉低場 效應管Q10的柵極電壓，Q10截止，切斷放電迴路。
本實用新型巧妙地利用了一個單節保護IC及與該IC相關聯的三極體 及阻容元件、 一個N溝道的MOS管實現電池電芯的全面保護，適應了電動 產品對電池性能的高要求，且電路結構簡潔、可靠性高、成本低。
圖1為本實用新型組成原理示意框圖； 圖2為本實用新型具體電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作進一步的詳細說明。
如圖1，本實用新型所述鋰電池電芯保護電路包括充電保護單元和放 電保護單元，充電保護單元包括高壓充電保護電路、過流充電保護電路、 過充保護電路和充電開關管，放電保護單元包括過流放電保護電路、短路 保護電路和放電開關管。
所述過流充電保護電路、高壓充電保護電路輸入端均連接充電端子正 極，輸出端通過充電開關管連接電芯電路正端；所述過充保護電路輸入端 分別連接電芯電路正端和正極充電端子，輸出端連接高壓充電保護電路， 通過高壓充電保護電路控制充電開關管；電芯電路負極與負極充電端子連 接在一起。
所述放電開關管連接於電芯電路負極與負極放電端子之間；過流放電 保護電路、短路保護電路輸入端均與負極放電端子連接，輸出端與放電開關管連接，均通過放電開關管控制放電電路的通斷。 如圖2為為本實用新型具體電路原理圖。
本實用新型具有過充電壓保護、高壓充電保護、充電過流保護、放電 過流保護和短路保護功能，並且充電時禁止放電，放電保護後一旦情況解 除，可快速恢復放電。其具體工作原理如下
1. 高壓充電保護功能
充電時，C+接充電電源正極，C-接充電電源負極，充電電壓會在電阻
R7與電阻R24之間形成分壓。當充電電壓高到一定值時，R24上的分壓值 達到NPN三極體Q9基極的正嚮導通電壓，三極體Q9導通並工作於放大區， 則Q9的集電極電壓與地相同，三極體Q6的基極與三極體Q9的集電極連 接在一起，電壓也與地相同，因此三極體Q6工作於截止區，那麼電阻R12 通過電阻R3與C+相聯，R12的電壓被拉高，則PNP三極體(充電開關管) Ql的基極電壓也為高，Ql工作於截止區，關閉充電迴路，充電器無法充 電，實現了充電高壓保護功能。充電高壓保護值的大小可以通過R7與R22 的調整。
2. 過流充電保護功能
有時充電會產生電湧現象，這個瞬間大電流經過電阻R2時形成壓降， 當這個壓降值達到PNP三極體Q3基極的正嚮導通電壓時，由於Q3的發射 極與充電端C+相聯、集電極通過R12及Q6接地，因此Q3工作於放大區， 則充電開關管Q1基極電壓為高，工作於截止區，充電器無法充電，實現 了充電時過流保護功能。充電過流保護值的大小可以通過調整電阻R2的 阻值來實現。
3. 放電過流保護功能
放電時，由於外界負載原因，也可能產生較大的放電電流，會對電芯 線路造成損壞，需要對其保護。此電流經過電阻R22和R25分壓，由於R22 到地的分壓隨著電流的增加而增加，該電壓同時由M-經電阻R25給電容 C8充電，當電容C8兩端電壓達到晶片Ul的過流檢測端VM的過流檢測電 壓時，晶片U1經過內部電路功能，由放電控制端DO輸出低電平。由於M0S 管(放電開關管)Q10的柵極通過電阻R23、 R16與U1的DO端相聯，則 Q10截止，關閉放電回來，實現了放電過流保護功能。放電過流值的大小 可以通過調整電阻R22與R25的比值來實現，放電過流保護延時時間的長 短可以通過調整電容C8的容值來實現。
4. 短路保護功能
放電時，如果M+與M-不小心短接，就會形成一個短路電流，對線路造成很大損壞，需要對其保護。該短路電流在電阻R26和R27上形成分壓， 當電阻R26到地的分壓值達到二極體D4的單向導通電壓時，電流從M-經 電阻R27、 二極體D4向電容C13充電。當電容兩端的電壓值達到NPN三極 管Q8基極的單向導通電壓時，Q8工作於放大區，此時電阻R23的上的電 壓被拉低，M0S管Q10截止，放電迴路無法放電，實現了短路保護功能。 短路電流值的大小可以通過調整電阻R26、 ！^27阻值來實現，短路保護的 延時時間的長短可以通過調整C13的容值來實現。
5. 過流與短路保護後的快速恢復功能
當線路經過流或者短路保護後，如果負載或線路沒有斷開，那麼M-與B+的電壓相同，則此時U1的過流檢測端VM會處於高電平狀態，二極體 D4由於M-此時的電壓與B+相同，也會處於單向導通狀態，則NPN三極體 Q4持續導通，Q4集電極通過電阻R10與Ul過流檢測端VM相聯，發射極 接地，則此時Q4工作於放大區，因此過流檢測VM端的電壓會被拉低，則 晶片U1通過內部線路控制，在放電控制DO端會輸出高電壓，同時Q8也 工作於放大區，則R23上的電壓被拉低，M0S管Q10仍處於截止狀態，放 電迴路無法放電。
當負載解除時，M-的電位被拉低，電阻R26到地的壓降無法達到二極 管D4的單向導通電壓，則電容C13的電壓也會跟著下降，三極體Q8恢復 截止，由於DO端己經輸出高電平，M0S管Q10會處於打開狀態，放電回 路可以放電。以往設計中，放電恢復時間要等電容C8兩端的電壓下降到 U1過流檢測端VM允許電壓以下時，才可以重新放電，無法達到快速恢復。
6. 充電時則禁止放電功能
充電時，C+接充電電源正極，C-接充電電源負極。充電電壓通過R1 與R19的分壓，使NPN三極體Q8的基極達到導通電壓，而晶片U1由於充 電的緣故，放電控制端DO會輸出高電平，則Q8工作於放大區，電阻R23 電壓會被拉低與地相同，故Q10進入截止狀態，放電迴路無法放電，實現 了充電時禁止放電的功能。
本實用新型電路實現了單節動力鋰電池電芯各種保護功能，但這種工 作方式不僅僅局限於單節電池電芯，多節電芯的保護原理也可以從此思路 出發而設計實現。
綜上所述也只是本實用新型較佳的實施方式，在不脫離本實用新型構 思前提下，任何顯而易見的替換和微小變化均屬於本實用新型保護範圍。
權利要求1、一種鋰電池電芯保護電路，包括充電保護單元和放電保護單元，充電保護單元包括高壓充電保護電路、過流充電保護電路、過充保護電路和充電開關管，放電保護單元包括過流放電保護電路、短路保護電路和放電開關管；其特徵在於所述過流充電保護電路、高壓充電保護電路輸入端均連接充電端子正極，輸出端通過充電開關管連接電芯電路正端；所述過充保護電路輸入端分別連接電芯電路正端和正極充電端子，輸出端連接高壓充電保護電路，電芯電路負極與負極充電端子連接在一起；所述放電開關管連接於電芯電路負極與負極放電端子之間；過流放電保護電路、短路保護電路輸入端均與負極放電端子連接，輸出端與放電開關管連接。
2、 根據權利要求1所述的鋰電池電芯保護電路，其特徵在於所述 高壓充電保護電路包括三極體Q6，充電電壓由充電端子C+引入，經電阻 R7、 R24分壓，當R24上的分壓值達到三極體Q9基極的正嚮導通電壓時， Q9導通，則三極體Q6截止，充電開關三極體Ql基極電壓為高也截止， 切斷充電迴路。
3、 根據權利要求1所述的鋰電池電芯保護電路，其特徵在於所述 過流充電保護電路包括三極體Q3， Q3的發射極與充電端子C+相聯並通過 電阻R2和R6連接其基極、集電極通過電阻R12及三極體Q6接地，充電 電壓由充電端子C+引入，較大電流經過電阻R2產生壓降，壓降值達到三 極管Q3基極的正嚮導通電壓，Q3導 通，則充電開關三極體Ql基極電壓 為高截止，切斷充電迴路。
4、 根據權利要求1所述的鋰電池電芯保護電路，其特徵在於所述 過充保護電路包括三極體Q7， Q7集電極連接Q6基極，電芯正極B+通過分 壓電阻R9連接比較器U2A同相輸入端，充電端子C+通過電阻連接U2A反 相輸入端，電芯正極B+充電達到定值即高於C+電壓，則U2A輸出端輸出 高電平使Q7導通，則Q6、 Ql相繼截止，關閉充電迴路。
5、 根據權利要求2或3或4所述的鋰電池電芯保護電路，其特徵在於所述過流放電保護電路包括集成晶片U1，大的放電電流依次經過放電負極端子M-、場效應管Q10和與Q10並聯的分壓電阻R25，並通過R25 向電容C8充電，電容C8兩端電壓達到晶片Ul的過流檢測端VM的檢測電 壓後，Ul放電控制端D0輸出低電平，該低電平通過電阻R16和電阻R23 使場效應管Q10截止，切斷放電迴路。
6、根據權利要求5所述的鋰電池電芯保護電路，其特徵在於所述 短路保護電路中短路電流經過負極放電端子M-、串聯的分壓電阻R27和電 阻R26，當電阻R26上的分壓值達到二極體D4的單向導通電壓後，該電壓 即通過M-經電阻R27、 二極體D4向電容C13充電，C13兩端電壓達到定值， 則三極體Q8導通，拉低場效應管Q10的柵極電壓，Q10截止，切斷放電 迴路。
專利摘要本實用新型涉及一種動力鋰電池電芯保護電路。所述電芯保護電路包括充電保護單元和放電保護單元，充電保護單元包括高壓充電保護電路、過流充電保護電路、過充保護電路和充電開關管，放電保護單元包括過流放電保護電路、短路保護電路和放電開關管。本實用新型巧妙利用一個單節保護IC及與該IC相關聯的三極體及阻容元件、一個N溝道的MOS管實現電池電芯的全面保護，適應了電動產品對電池性能的高要求，且電路結構簡潔、可靠性高、成本低。
文檔編號H02H9/08GK201369556SQ20092005039
公開日2009年12月23日 申請日期2009年1月12日 優先權日2009年1月12日
發明者楊宇幫, 王龍達 申請人:惠州市藍微電子有限公司