鋰離子電池組用充電器保護裝置的製作方法
2023-10-08 16:32:04
專利名稱：鋰離子電池組用充電器保護裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電器保護電路。具體說，是用來為鋰離子電池組充電的充電器保護裝置。
背景技術：
目前，鋰離子電池組正逐漸地應用於電動自行車和一些動力設備上。在鋰離子電池組生 產行業都知道，鋰離子電池組具有高達幾十伏甚至上百伏的電壓值和高達幾十安時甚至上百 安時的高容量。給這種鋰離子電池組充電時，如果出現短路或極性接反情況，就會產生巨大 的衝擊電流而燒壞充電器。又由於這種鋰離子電池組的電壓較高，當先接通充電器電源，後 將充電器與電池組連接在一起進行充電時，充電器的輸出電壓與電池組間會有幾十伏的電壓 差，使得充電器與電池組連接的瞬間會產生打火或起弧，而打火或起弧可產生強烈的電流衝 擊和電磁輻射，從而對充電器和鋰離子電池組內部的均衡電路帶來危害。
發明內容
本發明要解決的問題是提供一種充電器保護裝置。這種充電器保護裝置，不僅可避免充 電器被燒壞的情況發生，還不會危害充電器和鋰離子電池組內部的均衡電路。 為解決上述問題，採取以下技術方案
本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置含有分壓器和充電電流傳感器。其特點是還包 括超壓檢測模塊、欠壓檢測模塊、開關閉合條件檢査模塊、電流歸零檢測模塊、復位脈衝生 成模塊和保護開關。鋰離子電池組的兩個電極分別與超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸入端 相連，超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸出端與開關閉合條件檢查模塊的輸入端相接，而開 關閉合條件檢査模塊的輸出端又與保護開關的輸入端相連。電流歸零檢測模塊中有電流檢測 器，充電電流傳感器與電流檢測器相連，電流歸零檢測模塊的輸出端與復位脈衝生成模塊的 輸入端相接，復位脈衝生成模塊的輸出端又與保護開關相連接。
採取上述方案，具有以下優點
由於本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置除了分壓器外，還包括超壓檢測模塊、欠 壓檢測模塊、開關閉合條件檢查模塊、電流歸零檢測模塊、復位脈衝生成模塊和保護開關； 鋰離子電池組的兩個電極分別與超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸入端相連，超壓檢測模塊 和欠壓檢測模塊的輸出端與開關閉合條件檢査模塊的輸入端相接，而開關閉合條件檢查模塊 的輸出端又與保護開關的輸入端相連。電流歸零檢測模塊中有電流檢測器，充電電流傳感器 與電流檢測器相連，電流歸零檢測模塊的輸出端與復位脈衝生成模塊的輸入端相接，復位脈 衝生成模塊的輸出端又與保護開關相連接。
該鋰離子電池組用充電器保護裝置相當於一個控制開關，在電池組未與充電器連接前，
這個開關處於斷開狀態。當電池組與充電器相接後，由保護裝置來對電池組的電壓進行檢測， 若電池組的電壓低於可充電的最小額定電壓值，或者電池組的電壓超過額定的最大可充電電 壓時，則開關不能閉合。也就是說，當電池組電壓處在設定範圍內時，開關才處於閉合狀態， 進行充電。同時，在充電過程中若發生電池組電壓不在設定範圍內或者充電電流向零跳變時， 開關會立即恢復到斷開狀態。因此，本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置不僅可防止那 些短路、反接或打火等意外的情況發生，而一旦發生這些意外情況時，又能迅速切斷充電回 路，從而避免了對充電器或鋰離子電池組帶來的危害。
圖1是本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置方框圖2是本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置電路原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的鋰離子電池組用充電器保護裝置由分壓器、充電電流傳感器、超 壓檢測模塊、欠壓檢測模塊、開關閉合條件檢查模塊、電流歸零檢測模塊、復位脈衝生成模 塊和保護開關組成，鋰離子電池組的兩個電極分別與超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸入端 相連，超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸出端與開關閉合條件檢查模塊的輸入端相接，而開 關閉合條件檢查模塊的輸出端又與保護開關的輸入端相連。電流歸零檢測模塊中有電流檢測 器，充電電流傳感器與電流檢測器相連，電流歸零檢測模塊的輸出端與復位脈衝生成模塊的 輸入端相接，復位脈衝生成模塊的輸出端又與保護開關相連接。
如圖2所示，其中的保護開關採用一個直流繼電器RL1，其一個常開觸點與充電器CC/CV 的恆流、恆壓充電輸出端out相連，另一個觸點與連接器P+相接。繼電器RL1的控制線圈一 端與供電電源Vccl相連，另一端與三極體Q1的集電極相接。三極體Q1的發射極接地，其 基極與電阻R4和R2的連接端相連，電阻R2的另一端接地，電阻R4的另一端與電阻R3和 穩壓二極體ZD1的陰極相接，而電阻R3的另一端與連接器P+連接在一起。穩壓二極體ZD1 的陽極與三極體Q2的基極和電阻R6相連，三極體Q2的集電極與三極體Ql的基極相連， 三極體Q2的發射極接地。電阻R6的另一端與單穩觸發器IC1的輸出端3腳相接。其中的單 穩觸發器IC1採用型號為NE555的IC1和外圍器件組成(也可採用其它形式，如比較器或運 算放大器等構成)。單穩觸發器IC1的8腳和4腳與電源VCC相連。電阻RT1的一端與電源 VCC相連，另一端與單穩觸發器IC1的6、 7腳相接，單穩觸發器IC1的6、 7腳又通過電容 器CT1接地。單穩觸發器IC1的1腳接地、5腳通過電容器Cl接地、2腳與電阻R5和電容 器C2相接，電阻R5的一端與電源VCC相連。電容器C2的一端與比較器IC2的輸出端相連， 比較器IC2的一端接在點阻R7和電阻R8的連接點上，電阻R8的非連接端接地，電阻R7 的非連接端工作時與一個基準電壓Vref相連。比較器IC2的正端與電阻Rl相連，電阻Rl 的另一端與電阻RSl及連接器P-相接，而電阻RS1的另一端與地相接。當充電器通電時，繼電器RL1的初始狀態為斷開狀態，電池BT通過連接器的P+與充電 器相接時，如果電池電壓在設定的範圍之內，則繼電器RL1的觸點閉合，充電器對電池組進 行正常充電。若電池組出現短路、欠低或反接時，繼電器RL1的觸點不會閉合，從而起到保 護作用。在正常狀態下，由於是先電池連接、再閉合充電，因此連接器處不會出現打火現象。 另外，在充電過程中如果出現短路、欠壓、超壓或充電電流向零跳變時，繼電器RL1會立即 斷開。從而避免了這些意外給充電器帶來的危害。
其中的開關電路不限於使用繼電器，也可採用MOS功率場效應管。
開關閉合條件檢査模塊由兩個NPN三極體Ql和Q2組成，用於開關電路的通斷控制。 電阻(R3+R4)和R2的分壓值與三極體Ql的基極和發射極的PN結電壓值構成最低可允許 充電電壓值的檢測，在電池電壓低於該最低可允許充電電壓值時，電阻(R3+R4)和電阻R2 的分壓值將低於三極體Q1的eb結電壓Vebl，使三極體Q1不導通。在電池BT短路、反接 時，三極體Q1依然不導通，只有當電池BT的電壓高於這個最低設定的欠壓值時，三極Q1 的基極才有電流通過，三極Q1開始導通，使開關閉合。
超壓檢測模塊由電阻R3、 R4、穩壓二極體ZD1和三極體Q2組成，當電池BT的電壓 VB與Vebl的差值由電阻R3和R4分壓後與穩壓二極體ZD1的雪崩電壓值VZD1及三極體Q2 的eb結電壓值Veb2之和比較，且電池BT的電壓VB未超過額定的最大可允許充電電壓時， (VB-Vebl) / (R3+R4) < (VZD1+Veb2)，三極體Q2不導通，而三極體Ql依然導通。一 旦電池BT的電壓超過這個設定的電壓值時，三極體Q2開始導通，且三極體Q2的集電極與 發射極間的電壓會下降。當三極體Q2的集電極與發射極間的電壓降到小於三極體Ql的發射 極與基極電壓Vebl時，三極體Q1截止，作為開關的繼電器RL1斷開。因此，開關閉合條件 就是只有在電池BT的電壓VB大於額定的最小可充電電壓值、同時又不超過最大額定可允許 充電電壓時，才能使使三極體Q2截止、三極Q1導通，進而使繼電器RL1閉合。
電流歸零檢測模塊由電阻RS1和比較器IC2組成。電阻RS1串接在充電迴路中，用來檢 測充電電流的變化並轉化為電壓值。由電阻R7和R8的分壓值(VrefXR8) / (R7+R8)作為 比較器IC2的比較參考值，該參考電壓值可設定為最小的充電電流與零電流之間的某個電流 值Io與電阻RSl的乘積。當充電電流向零變化時，比較器IC2的輸出狀態將由高電平轉為低 電平。反之，則由低電平轉為高電平。由電阻R5和電容器C2組成的微分電路用來提取高電 平跳變的邊沿信號，由該邊沿信號觸發單穩觸發器IC1，由其三腳輸出一個足夠寬的正脈衝， 使三極體Q2導通、Ql截止，使開關切斷。為下一次的電池組帶電連接做好出事準備。
權利要求
1.鋰離子電池組用充電器保護裝置，包括分壓器和充電電流傳感器；其特徵在於還包括超壓檢測模塊、欠壓檢測模塊、開關閉合條件檢查模塊、電流歸零檢測模塊、復位脈衝生成模塊和保護開關；鋰離子電池組的兩個電極分別與超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸入端相連，超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸出端與開關閉合條件檢查模塊的輸入端相接，而開關閉合條件檢查模塊的輸出端又與保護開關的輸入端相連；電流歸零檢測模塊中有電流檢測器，充電電流傳感器與電流檢測器相連，電流歸零檢測模塊的輸出端與復位脈衝生成模塊的輸入端相接，復位脈衝生成模塊的輸出端又與保護開關相連接。
全文摘要
本發明公開一種用來為鋰離子電池組充電的充電器保護裝置。它含有分壓器和充電電流傳感器，其特點是還包括超壓檢測模塊、欠壓檢測模塊、開關閉合條件檢查模塊、電流歸零檢測模塊、復位脈衝生成模塊和保護開關。分壓器分別與超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸入端相連，超壓檢測模塊和欠壓檢測模塊的輸出端與開關閉合條件檢查模塊的輸入端相接，開關閉合條件檢查模塊的輸出端與保護開關的輸入端相連。電流歸零檢測模塊中有電流檢測器，充電電流傳感器與電流檢測器相連，電流歸零檢測模塊的輸出端與復位脈衝生成模塊的輸入端相接，復位脈衝生成模塊的輸出端又與保護開關相連接。本發明可避免充電器被燒壞的情況發生，不會危害充電器和鋰離子電池組內部的均衡電路。
文檔編號H02J7/04GK101183797SQ20071013349
公開日2008年5月21日 申請日期2007年10月22日 優先權日2007年10月22日
發明者吳鴻大 申請人:馮建湘