專利名稱：鋰電池的均衡保護電路及鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鋰電池技術(shù)，尤其涉及一種鋰電池的均衡保護電路及鋰電 池。
背景技術(shù)：
鋰電池自從90年代初開發(fā)成功以來，以其電壓高、體積小、質(zhì)量輕、無記憶效應(yīng)、 無污染、自放電小、壽命長等優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于便攜式電子產(chǎn)品、電動工具和電動車電源 中。在應(yīng)用過程中，作為供電電源的鋰電池通常由多個單體電池串聯(lián)而成，以滿足設(shè) 備所需電壓和功率要求。由于工藝控制和檢測手段的不完善，導(dǎo)致各單體電池的容量存在 差異。由于由多個單體電池串聯(lián)而成的鋰電池的容量只能達到其中最弱的單體電池的容 量，導(dǎo)致無法充分利用各單體電池的容量。另外，在充電過程中，流過單體電池的電流相同， 容量小的單體電池充滿電后，流過鋰電池的電流變得很小，但容量大的單體電池還未充滿， 繼續(xù)充電就會造成容量小的單體電池兩端的電壓過高，從而造成單體電池過充，長期使用 會導(dǎo)致容量小的單體電池提前失效，最終導(dǎo)致鋰電池的提前失效。通常把因單體電池的容 量差異而導(dǎo)致的鋰電池提前失效的現(xiàn)象稱為電池匹配失衡。為解決電池匹配失衡問題，需要在鋰電池的各單體電池上增加額外的保護電路， 在鋰電池充電初期保證恒流的充電狀態(tài)，以達到最快的充電速度，在容量小的單體電池接 近充滿時，即流過的電流減小時，使單體電池兩端的電壓穩(wěn)定到一個安全值，即保證恒壓的 充電狀態(tài)。當(dāng)容量小的單體電池電壓超過該安全值時，保護電路中的分流支路將流過該單 體電池的電流瀉放，從而使得該單體電池兩端的電壓降低。這種通過瀉放單體電池的電流 而使得單體電池兩端電壓降低的技術(shù)稱為嵌壓分流技術(shù)。采用這種技術(shù)的保護電路稱為均 衡保護電路。圖1為現(xiàn)有均衡保護電路的原理圖。如圖1所示，單體電池Bl兩端并聯(lián)有兩條 支路，其中一條支路Sl由恒壓點參考電壓U。v及電壓比較器Pll構(gòu)成，另一條支路S2由電 阻Rll和開關(guān)Kll構(gòu)成。開關(guān)Kll的開閉由電壓比較器Pll的輸出來控制，當(dāng)輸出為高電 平時，開關(guān)Kll閉合，當(dāng)輸出為低電平時開關(guān)Kll打開。當(dāng)單體電池Bl的電壓低于恒壓點 參考電壓Ucv時，電壓比較器Pl 1輸出為低電平，開關(guān)Kl 1打開，使得支路S2處于斷開狀態(tài)。 當(dāng)單體電池Bl的電壓超過恒壓點參考電壓隊,時，電壓比較器Pll輸出高電平，開關(guān)Kll閉 合，使得支路S2閉合，將通過單體電池Bl的一部分電流進行分流，使得單體電池Bl的電壓 降低至恒壓點參考電壓Ucv,并穩(wěn)定在恒壓點參考電壓Ucv?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用三端基準(zhǔn)電壓集成電路和分壓電阻配合的方式，實現(xiàn)恒壓點參 考電壓u。v的功能。如圖2所示，電阻R21與電阻R22用于設(shè)定三端基準(zhǔn)電壓集成電路的輸 出電壓U0,即設(shè)定了恒壓點參考電壓Ucv0理論上U0 = (1+R21/R22) Uref，其中Uref是固定值， 對于TL431或LM431，該固定值為2. 5V。由于生產(chǎn)工藝的問題，三端基準(zhǔn)電壓集成電路通常 存在誤差，不同的三端基準(zhǔn)電壓集成電路采用同樣的分壓電阻，設(shè)定的實際輸出電壓會與輸出電壓U。不同。當(dāng)實際輸出電壓大于輸出電壓U。時，由于單體電池兩端的電壓必須高于 該實際輸出電壓才能使分流支路導(dǎo)通，因此導(dǎo)致單體電池過充。

實用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實用新型提供一種鋰電池的均衡保護電路及鋰 電池，能避免由于三端基準(zhǔn)電壓集成電路的誤差而產(chǎn)生的單體電池過充問題，并能根據(jù)實 際需要調(diào)整三端基準(zhǔn)電壓集成電路的輸出電壓，可有效防止電池匹配失衡現(xiàn)象的發(fā)生，進 而能避免鋰電池提前失效。本實用新型提供了一種鋰電池的均衡保護電路，與所述鋰電池的單體電池并聯(lián)， 包括第一固定電阻、第二固定電阻、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻、三端基準(zhǔn)電壓集成電 路，及用于當(dāng)所述單體電池正極的電壓高于所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路陰極的電壓時，對 流過所述單體電池的部分電流進行分流的分流開關(guān)模塊；所述第一固定電阻的一端與所述單體電池的正極連接，所述第一固定電阻的另一 端與所述第一可調(diào)電阻的一端連接；所述第二固定電阻的一端與所述單體電池的負(fù)極連接，所述第二固定電阻的另一 端與所述第二可調(diào)電阻的一端連接；所述第一可調(diào)電阻的另一端依次與所述第二可調(diào)電阻的另一端、所述三端基準(zhǔn)電 壓集成電路的參考極連接；所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陽極與所述單體電池的負(fù)極連接，陰極與所述分流 開關(guān)模塊連接；所述分流開關(guān)模塊還連接所述單體電池的正極與所述單體電池的負(fù)極。如上所述的鋰電池的均衡保護電路中，所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路可為TL431或 LM431。所述分流開關(guān)模塊可包括PNP晶體管，所述PNP晶體管的基極與所述三端基準(zhǔn)電 壓集成電路的陰極連接，所述PNP晶體管的集電極與所述單體電池的負(fù)極連接，所述PNP晶 體管的發(fā)射極與所述單體電池的正極連接。所述分流開關(guān)模塊還可包括分流電阻，所述PNP晶體管的集電極經(jīng)由所述分流電 阻與所述單體電池的負(fù)極連接。或者，所述分流開關(guān)模塊可包括PNP型達林頓管，所述PNP型達林頓管的基極與所 述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極連接，所述PNP型達林頓管的集電極與所述單體電池的負(fù) 極連接，所述PNP型達林頓管的發(fā)射極與所述單體電池的正極連接。所述分流開關(guān)模塊還可包括分流電阻，所述PNP型達林頓管的集電極經(jīng)由所述分 流電阻與所述單體電池的負(fù)極連接?；蛘撸龇至鏖_關(guān)模塊可包括PNP晶體管及NPN晶體管，所述PNP晶體管的基極 與所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極連接，所述PNP晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的正 極連接，所述PNP晶體管的集電極與所述NPN晶體管的基極連接，所述NPN晶體管的集電極 與所述單體電池的正極連接，所述NPN晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的負(fù)極連接。所述PNP晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的正極之間的布線獨立于所述NPN晶體 管的集電極與所述單體電池的正極之間的布線。[0021]本實用新型還提供了一種鋰電池，包括多個相互串聯(lián)的單體電池及與每個所述 單體電池并聯(lián)的上述任意一種鋰電池的均衡保護電路。由上述技術(shù)方案可知，鋰電池的均衡保護電路通過設(shè)置可調(diào)電阻，消除了三端基 準(zhǔn)電壓集成電路存在的誤差，并且，使用該可調(diào)電阻還能根據(jù)需要方便地調(diào)整三端基準(zhǔn)電 壓集成電路的輸出電壓，使該均衡保護電路能使用在多種具有不同電壓要求的單體電池 上。因此，該均衡保護電路具有操作簡單、安全可靠及高性價比等優(yōu)點，且具有該均衡保護 電路的鋰電池能有效防止電池匹配失衡現(xiàn)象的發(fā)生，進而能避免鋰電池提前失效。下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)均衡保護電路的原理圖。圖2為現(xiàn)有技術(shù)實現(xiàn)恒壓點參考電壓Ucv功能的電路圖。圖3為本實用新型第一實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的示意圖。圖4為本實用新型第二實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。圖5為本實用新型第三實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。圖6為本實用新型第四實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。圖7為本實用新型第五實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。圖8為本實用新型第六實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。圖9為本實用新型第七實施例提供的鋰電池的示意圖。
具體實施方式
圖3為本實用新型第一實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的示意圖。如圖3所 示，均衡保護電路與鋰電池的單體電池Bl并聯(lián)，包括分壓模塊U31、三端基準(zhǔn)電壓集成電 路P31及分流開關(guān)模塊131。其中，該分壓模塊U31包括第一固定電阻R31、第二固定電阻R32、第一可調(diào)電阻 R33及第二可調(diào)電阻R34。第一固定電阻R31的一端與單體電池Bl的正極連接，第一固定 電阻R31的另一端與第一可調(diào)電阻R33的一端連接，第二固定電阻R32的一端與單體電池 Bl的負(fù)極連接，第二固定電阻R32的另一端與第二可調(diào)電阻R34的一端連接，另外，第一可 調(diào)電阻R33的另一端與第二可調(diào)電阻R34的另一端連接后，與三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31 的參考極連接。該三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陽極與單體電池Bl的負(fù)極連接，三端基準(zhǔn)電壓集成 電路的陰極與該分流開關(guān)模塊131連接，且該分流開關(guān)模塊還連接單體電池Bl的正極與負(fù) 極。分流開關(guān)模塊用于當(dāng)單體電池Bl的正極電壓高于三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極電壓 時，即單體電池Bl兩端的電壓超過設(shè)定的電壓值時，對流過單體電池Bl的部分電流進行分 流，從而使單體電池Bl兩端的電壓下降，達到單體電池Bl兩端電壓恒定的目的。本實施例在兩個固定電阻的基礎(chǔ)上增加了兩個可調(diào)電阻，能夠通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻 的阻值糾正制造工藝的偏差所引起的三端基準(zhǔn)電壓集成電路輸出電壓的偏差。且在均衡保 護電路制造完成后，如果三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的輸出電壓存在偏差，僅需調(diào)整可調(diào) 電阻就能消除偏差，避免了更換電阻造成的資源浪費，節(jié)約了時間，并提高了生產(chǎn)效率。
5[0037]并且，通過設(shè)置可調(diào)電阻，可以根據(jù)需要隨時調(diào)整三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的 輸出電壓，使該均衡保護電路能使用在多種具有不同電壓要求的單體電池上，擴大了該均 衡保護電路的使用范圍，進一步節(jié)約了資源。圖4為本實用新型第二實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。如圖4所 示，本實施例中，分流開關(guān)模塊為一個PNP晶體管T41，其發(fā)射極與單體電池Bl的正極連接， 其集電極與單體電池Bl的負(fù)極連接，其基極與三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的陰極連接。當(dāng)單體電池Bl的正極電壓高于三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的陰極電壓時，PNP晶 體管T41導(dǎo)通，流過單體電池Bl的部分電流通過PNP晶體管T41分流，使得單體電池Bl的 正極電壓下降至三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的陰極電壓，保證了單體電池Bl兩端電壓的恒 定。圖5為本實用新型第三實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。如圖5所 示，本實施例中，PNP晶體管T41與單體電池Bl的負(fù)極之間增加了分流電阻R55，以防止流 過NPN晶體管T41的分流電流過大，避免PNP晶體管T41因電流過大導(dǎo)致的過熱損壞。圖6為本實用新型第四實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。本實施例 中，分流開關(guān)模塊為PNP型達林頓管T61，相比于圖4及圖5中的PNP晶體管T41，PNP型達 林頓管T61導(dǎo)通時具有更大的集電極電流，因此具有更好的分流效果。PNP型達林頓管T61 并不局限于圖6所示的兩個PNP晶體管組合的情形，還可以是PNP晶體管與NPN晶體管組 合的PNP型達林頓管。圖7為本實用新型第五實施例連接單體電池的均衡保護電路的電路圖。本實施例 中，在PNP型達林頓管T61的集電極與單體電池Bl的負(fù)極之間增加了分流電阻R75，以防止 流過PNP型達林頓管T61的分流電流過大，避免了 PNP型達林頓管T61因電流過大導(dǎo)致的 過熱損壞。圖8為本實用新型第六實施例提供的鋰電池的均衡保護電路的電路圖。本實施例 中，分流開關(guān)模塊包括PNP晶體管T81及NPN晶體管T82，其中，PNP晶體管T81的基極與三 端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的陰極連接，PNP晶體管T81的發(fā)射極與單體電池Bl的正極連接， PNP晶體管T81的集電極與NPN晶體管T82的基極連接，NPN晶體管T82的集電極與單體電 池Bl的正極連接，NPN晶體管T82的發(fā)射極與單體電池Bl的負(fù)極連接。采用該PNP晶體 管T81推NPN晶體管T82的結(jié)構(gòu)，相比于圖4及圖5中單個PNP晶體管的結(jié)構(gòu)，可進一步增 大分流開關(guān)模塊的分流能力。在本實施例中，當(dāng)單體電池Bl的正極的電壓超過三端基準(zhǔn)電壓集成電路P31的陰 極電壓時，PNP晶體管T81及NPN晶體管T82導(dǎo)通，流過單體電池Bl的部分電流通過NPN晶 體管T82瀉放，使得單體電池Bl的正極的電壓下降，從而將單體電池Bl兩端的電壓穩(wěn)定于 設(shè)定的電壓。當(dāng)NPN晶體管T82流過的分流電流較大時，NPN晶體管T82的集電極與單體 電池Bl的正極之間的連接導(dǎo)線上會產(chǎn)生較大的線損電壓，如果將PNP晶體管T81的電壓采 集點E設(shè)置在圖8所示的位置，使電壓采集點E和PNP晶體管T81集電極之間的布線獨立 于NPN晶體管T82的集電極與單體電池Bl的正極之間的布線，則上述線損電壓就不會影響 電壓采集點E所獲得的單體電池Bl的實際電壓，從而能對單體電池B 1進行準(zhǔn)確的電壓控 制。上述各實施例中，鋰電池的均衡保護電路通過設(shè)置可調(diào)電阻，消除了三端基準(zhǔn)電壓集成電路存在的誤差，并且，使用該可調(diào)電阻還能根據(jù)需要方便地調(diào)整三端基準(zhǔn)電壓集 成電路的輸出電壓，使該均衡保護電路能使用在多種具有不同電壓要求的單體電池上。因 此，該均衡保護電路具有操作簡單、安全可靠及性價比高等優(yōu)點。圖9為本實用新型第七實施例提供的鋰電池的示意圖。如圖9所示，鋰電池90包 括多個相互串聯(lián)的單體電池Bl及鋰電池的均衡保護電路91，其中，每一個單體電池Bl均 并聯(lián)有鋰電池的均衡保護電路91，且鋰電池的均衡保護電路91為上述第一至第七實施例 所描述的鋰電池的均衡保護電路中的任意一種。設(shè)置有鋰電池的均衡保護電路91的鋰電 池90可有效防止電池匹配失衡現(xiàn)象的發(fā)生，進而能避免鋰電池提前失效。需要說明的是，鋰電池的每個單體電池Bl均并聯(lián)有上述實施例提供的鋰電池的 均衡保護電路，并且，各實施例中的單體電池Bl并不局限于附圖中所示的一個電池，還可 以是多個并聯(lián)的單體電池形成的電池組，不管是一個單體電池還是多個并聯(lián)的單體電池形 成的電池組，都可以使用上述各實施例當(dāng)中的均衡保護電路，對電池或電池組的電壓進行 控制。分流開關(guān)模塊的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)并不限于上述實施例中的幾種情況，任何元器件的 組合，只要能實現(xiàn)當(dāng)單體電池正極的電壓高于三端基準(zhǔn)電壓集成電路所設(shè)定的電壓時，瀉 放流過單體電池的一部分電流，并當(dāng)單體電池正極的電壓恢復(fù)到設(shè)定的電壓時，停止瀉放 電流的功能，都能用于本實用新型中。三端基準(zhǔn)電壓集成電路并不限于TL431或LM431，其它任何能使用分壓電阻實現(xiàn) 恒壓點參考電壓Ucv功能的器件都能用于本實用新型中。最后應(yīng)說明的是以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非對其進行限 制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解其依然可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替 換亦不能使修改后的技術(shù)方案脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求1.一種鋰電池的均衡保護電路，與所述鋰電池的單體電池并聯(lián)，其特征在于，包括第 一固定電阻、第二固定電阻、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻、三端基準(zhǔn)電壓集成電路，及用于 當(dāng)所述單體電池正極的電壓高于所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路陰極的電壓時，對流過所述單 體電池的部分電流進行分流的分流開關(guān)模塊；所述第一固定電阻的一端與所述單體電池的正極連接，所述第一固定電阻的另一端與 所述第一可調(diào)電阻的一端連接；所述第二固定電阻的一端與所述單體電池的負(fù)極連接，所述第二固定電阻的另一端與 所述第二可調(diào)電阻的一端連接；所述第一可調(diào)電阻的另一端依次與所述第二可調(diào)電阻的另一端、所述三端基準(zhǔn)電壓集 成電路的參考極連接；所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陽極與所述單體電池的負(fù)極連接，陰極與所述分流開關(guān) 模塊連接；所述分流開關(guān)模塊還連接所述單體電池的正極與所述單體電池的負(fù)極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述三端基準(zhǔn)電壓集 成電路為TL431或LM431。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述分流開關(guān)模塊包 括PNP晶體管，所述PNP晶體管的基極與所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極連接，所述PNP 晶體管的集電極與所述單體電池的負(fù)極連接，所述PNP晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的 正極連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述分流開關(guān)模塊還 包括分流電阻，所述PNP晶體管的集電極經(jīng)由所述分流電阻與所述單體電池的負(fù)極連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述分流開關(guān)模塊包 括PNP型達林頓管，所述PNP型達林頓管的基極與所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極連接， 所述PNP型達林頓管的集電極與所述單體電池的負(fù)極連接，所述PNP型達林頓管的發(fā)射極 與所述單體電池的正極連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述分流開關(guān)模塊還 包括分流電阻，所述PNP型達林頓管的集電極經(jīng)由所述分流電阻與所述單體電池的負(fù)極連 接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述分流開關(guān)模塊包 括PNP晶體管及NPN晶體管，所述PNP晶體管的基極與所述三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極 連接，所述PNP晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的正極連接，所述PNP晶體管的集電極與所 述NPN晶體管的基極連接，所述NPN晶體管的集電極與所述單體電池的正極連接，所述NPN 晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的負(fù)極連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池的均衡保護電路，其特征在于，所述PNP晶體管的發(fā)射極與所述單體電池的正極之間的布線獨立于所述NPN晶體管的 集電極與所述單體電池的正極之間的布線。
9.一種鋰電池，其特征在于，包括多個相互串聯(lián)的單體電池及與每個所述單體電池 并聯(lián)的上述權(quán)利要求1-8任意一項所述的鋰電池的均衡保護電路。
專利摘要本實用新型涉及一種鋰電池的均衡保護電路及鋰電池，該鋰電池的均衡保護電路與鋰電池的單體電池并聯(lián)，包括第一固定電阻、第二固定電阻、第一可調(diào)電阻、第二可調(diào)電阻、三端基準(zhǔn)電壓集成電路及分流開關(guān)模塊。第一固定電阻與第一可調(diào)電阻連接；第二固定電阻與第二可調(diào)電阻連接；第一可調(diào)電阻及第二可調(diào)電阻與三端基準(zhǔn)電壓集成電路的參考極連接；三端基準(zhǔn)電壓集成電路的陰極與分流開關(guān)模塊連接。分流開關(guān)模塊用于當(dāng)單體電池正極的電壓高于三端基準(zhǔn)電壓集成電路陰極的電壓時，對流過單體電池的部分電流進行分流。本實用新型通過設(shè)置可調(diào)電阻能避免器件誤差而產(chǎn)生的單體電池過充問題，進而能避免鋰電池提前失效。
文檔編號H01M10/0525GK201789042SQ20102029109
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者劉昆, 張繼軍, 艾方, 陳鐵 申請人:北京國強環(huán)球科技發(fā)展有限公司