專利名稱：多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰電池的充放電保護(hù)電路，尤其是涉及一種由兩節(jié)或者兩節(jié)以上 的多節(jié)鋰電池串聯(lián)的充放電保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
鋰電池因?yàn)楸瘸Ｒ?guī)的鎳鎘電池、鎳氫電池具有電源容量較高和電源質(zhì)量更輕的特 點(diǎn)，被廣泛地作為手機(jī)、電動(dòng)工具等各類手提式或移動(dòng)產(chǎn)品的充電電池。充電電池在 使用過程中，過充電、過放電和過電流都會(huì)影響電池使用壽命和性能，為安全設(shè)計(jì)， 電池的電芯，尤其是鋰離子電芯必須加裝保護(hù)板，以防止過充、過放和短路造成的燃 燒、爆炸等危險(xiǎn)。目前，世界上各大IC設(shè)計(jì)公司RICOH、 MTTSUMI、 NS、 TI、 Maxim等都在生產(chǎn)或 者研發(fā)適合鋰電池保護(hù)的集成芯片，對(duì)于單節(jié)鋰離子電池的保護(hù)芯片技術(shù)方案已經(jīng)比 較成熟，但是，對(duì)于像電動(dòng)工具等這類產(chǎn)品，往往需要兩節(jié)以上鋰電池串聯(lián)提供工作 電壓，隨著電池?cái)?shù)量的增加，現(xiàn)在市場上也有兩節(jié)、三節(jié)、四節(jié)鋰電池的專用保護(hù)芯 片，不過這樣的專用保護(hù)芯片的設(shè)計(jì)難度和制造成本都要比單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片要高 很多，對(duì)于五節(jié)、六節(jié)或者更多節(jié)串聯(lián)起來的鋰電池，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜度增加，集成 電路工藝受到一定的限制，還沒有專門的芯片可供使用， 一般都采用保護(hù)芯片搭接外 圍轉(zhuǎn)換電路的方法來實(shí)現(xiàn)多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)。如有申請(qǐng)?zhí)枮?3146990.6(公開號(hào)為CN1529396A)的中國發(fā)明專利《一種鋰電池充 電保護(hù)電路》通過依次連接的以主控IC芯片及其周邊電路為核心的單元回路，采用低 導(dǎo)通阻值的MOS管作為控制開關(guān)，降低了串聯(lián)保護(hù)線路板的內(nèi)阻，可以符合多個(gè)單節(jié) 鋰電池的充電保護(hù)電路的串聯(lián)工作。但是，該專利的每一節(jié)鋰電池都要配備有兩個(gè)大 功率的充放電控制管，電路功耗大、成本高。另有申請(qǐng)?zhí)枮?00410015330.4(公開號(hào)為 CN1655416A)的中國發(fā)明專利《多節(jié)鋰電池串聯(lián)電池組保護(hù)方法及其電路》，其方法 為每一節(jié)單體電池配接一個(gè)電壓監(jiān)測模塊，電壓監(jiān)測模塊對(duì)相應(yīng)單體電池的正負(fù)極 電位采樣、比較，由轉(zhuǎn)換電路將檢測到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為以電池組的電極電位為參照電位 的信號(hào)；電流監(jiān)測模塊采樣電池組回路電流，獲得以電池組的電極電位為參照電位的 充電、放電電流檢測信號(hào)，單片機(jī)接收上述信號(hào)并控制充電控制開關(guān)或放電控制開關(guān) 的通斷。上述專利克服了傳統(tǒng)和現(xiàn)有的集成保護(hù)芯片無法控制多節(jié)鋰電池串聯(lián)的充放 電保護(hù)的問題，但是電路中用到的電流檢測模塊為獨(dú)立的電路，還需要用到單片機(jī)來控制放電和充電開關(guān)，電路涉及元器件多，成本高，連接較為復(fù)雜，而且單片機(jī)本身 要消耗一定功率，導(dǎo)致鋰電池在放置較長時(shí)間后失去容量而報(bào)廢。目前，己被廣泛使 用的單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片為獨(dú)立封裝的IC集成芯片，具有能同時(shí)檢測充放電電流和電壓的功能，因此，如果希望能夠在電路中采用這種單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片來實(shí)現(xiàn)多節(jié)鋰 電池的充放電保護(hù)，還需要對(duì)現(xiàn)有的電路作出進(jìn)一步的改進(jìn)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種成本和功耗都較 低的、由多個(gè)單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片組合的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù) 電路，包括有至少兩節(jié)依次相互串聯(lián)的鋰電池(BT1、 BT2…BTn);外接負(fù)載(RL);以及充電電源；其特征在于每一節(jié)所述鋰電池(BT1、 BT2…BTn)的兩端均對(duì)應(yīng)地連接有一個(gè)取 樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其中，所述的取樣電路，包括有第一電阻(Rla、 R2a… Rna)、第二電阻(Rlb、 R2b…Rnb)、第一電容(C1、 C2…Cn)、第一二極管(Dla、 D2a… Dna)和控制單節(jié)鋰電池的保護(hù)芯片(ICl、 IC2…ICn)，所述第一電阻(Rla、 R2a…Rna) 的一端和對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的正極相連，另一端經(jīng)所述第一電容(C1、 C2…Cn)接對(duì)應(yīng) 的本節(jié)鋰電池的負(fù)極，所述保護(hù)芯片(IC1、 IC2…ICn)的兩個(gè)電壓輸入端(5、 6)分別并 聯(lián)在所述第一電容(C1、 C2…Cn)兩端，所述第一二極管(Dla、 D2a…Dna)的陰極經(jīng)所 述第二電阻(Rlb、 R2b…Rnb)連接對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的負(fù)極；所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括有第一場效應(yīng)管(Qla、 Q2a…Qna)、第二場效應(yīng)管 (Qlb、 Q2b…Qnb)、第三電阻(Rlc、 R2c…Rnc)、第四電阻(Rld、 R2d…Rnd)和第二二 極管(Dlb、 D2b…Dnb)，所述第一場效應(yīng)管(Qla、 Q2a…Qna)的柵極和所述的保護(hù)芯片 (IC1、 IC2…ICn)的過充觸發(fā)端(3)相連，第一場效應(yīng)管(Qla、 Q2a…Qna)的源極和對(duì)應(yīng) 的本節(jié)鋰電池的正極相連，第一場效應(yīng)管(Qla、 Q2a…Qna)的漏極和所述第三電阻( Rlc、 R2c…Rnc)的第一端相連，所述第二場效應(yīng)管(Qlb、 Q2b…Qnb)的柵極和所述保 護(hù)芯片(IC1、 IC2…ICn)的過放觸發(fā)端(l)相連，第二場效應(yīng)管(Qlb、 Q2b…Qnb)的源極 和對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的正極相連，第二場效應(yīng)管(Qlb、 Q2b…Qnb)的漏極經(jīng)所述第四 電阻(Rld、 R2d…Rnd)與所述第二二極管(Dlb、 D2b…Dnb)的陽極相連；每一節(jié)所述鋰電池(BT1、 BT2…BTn)所對(duì)應(yīng)的第三電阻(Rlc、 R2c…Rnc)的第二端 為共點(diǎn)連接，作為第一公共輸出端(A)，每一節(jié)鋰電池所對(duì)應(yīng)的第二二極管(Dlb、 D2b …Dnb)的陰極共點(diǎn)連接，作為第二公共輸出端(B)，所述第一、第二公共輸出端(A、 B)連接一個(gè)總的公共執(zhí)行電路；所述的公共執(zhí)行電路包括有第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五電阻( R5)、第六電阻(R6)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)和自鎖電阻(RX)，所述第 三場效應(yīng)管(Q3)的柵極與所述第一公共輸出端(A)相連，第三場效應(yīng)管(Q3)源極與所述 充電電源的負(fù)極(p-)相接，第三場效應(yīng)管(Q3)漏極一路連接所述第五電阻(R5)的一端， 另一路接所述第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極，所述第四場效應(yīng)管(Q4)的柵極與所述第二公 共輸出端(B)相連，第四場效應(yīng)管(Q4)源極接第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù)極，第四場效應(yīng)管 (Q4)漏極一路連接所述第六電阻(R6)的一端，另一路接所述第五場效應(yīng)管(Q5)的柵極， 并且，所述第五電阻(R5)的另一端和第六電阻(R6)的另一端相連為一節(jié)點(diǎn)(C)，并由所 述節(jié)點(diǎn)(C)接到任意一節(jié)所述鋰電池(BT1、 BT2…BTn)的正極，所述第六場效應(yīng)管(Q6) 的源極接所述充電電源的負(fù)極(P-)，第六場效應(yīng)管(Q6)的漏極一路和所述第五場效應(yīng)管 (Q5)的漏極相連，另一路和所述自鎖電阻(RX)—端相連，自鎖電阻(RX)的另一端連接 第一個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入端(2)，其余保護(hù)芯片(IC2、 IC3…ICn)的電流控制 輸入端(2)接本節(jié)鋰電池(BT1 、 BT2…BTn)的負(fù)極。考慮到電路在工作過程中電流值的波動(dòng)性，為了避免信號(hào)干擾，保證保護(hù)芯片的 電流檢測端不發(fā)生誤觸發(fā)，所述的公共執(zhí)行電路還包括有限流電阻(RY)和取樣電阻( RZ)，所述限流電阻(RY)的一端與所述的第五場效應(yīng)管(Q5)的源極相連，另一端與第一 個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入端(2)相連；所述取樣電阻(RZ)—端與所述第五場效應(yīng) 管(Q5)的源極相連，另一端接所述第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù)極。這樣，第一個(gè)保護(hù)芯片 (IC1)的電流控制輸入端(2)在電流取樣時(shí)，就能夠不受第五場效應(yīng)管(Q5)本身內(nèi)阻的影 響，確保電流控制輸入端(2)只有在超過額定電流時(shí)才觸發(fā)。為了能夠及時(shí)檢測電路溫度，防止過熱工作，在所述節(jié)點(diǎn)(C)和任意一節(jié)所述鋰電 池(BT1、 BT2…BTn)的正極之間還連接有常閉溫度保險(xiǎn)開關(guān)(F2)， 一旦溫度過高，常閉 溫度保險(xiǎn)開關(guān)(F2)就會(huì)斷開，能夠及時(shí)保護(hù)電路元器件或防止鋰電池因?yàn)闇囟冗^高而 爆炸。所述的第一個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入端(2)和所述第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù) 極兩端上還并聯(lián)有一防止瞬間沖擊電流的延遲電容(CO)，避免在剛接上工作電源時(shí)， 因?yàn)樗查g沖擊電流過大而觸發(fā)保護(hù)芯片，避免第五場效應(yīng)管(Q5)的誤動(dòng)作。為了實(shí)現(xiàn)電路的自我保護(hù)，避免因?yàn)槌潆婋娏鬟^大或電池短路，所述充電電源的 負(fù)極(P-)和所述第四場效應(yīng)管(Q4)漏極之間的回路上還可以串接有一自恢復(fù)保險(xiǎn)絲( Fl)， 一旦充電電流過大，則自恢復(fù)保險(xiǎn)絲即會(huì)切斷充電電源，在電流正常后又會(huì)自動(dòng) 恢復(fù)導(dǎo)通。隨著串聯(lián)鋰電池節(jié)數(shù)的增加，執(zhí)行電路中的場效應(yīng)管的柵極和源極兩端電壓也隨 之增大，為了保證執(zhí)行電路的可靠性，防止過高的電壓擊穿場效應(yīng)管，所述的公共執(zhí)行電路還包括有分別并聯(lián)在所述第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五場效應(yīng) 管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極和源極兩端的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第二穩(wěn)壓管( DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)，其中，所述的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第二穩(wěn) 壓管(DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)的陰極分別與所述的第三場效應(yīng)管( Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極對(duì)應(yīng)相連；所 述的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第二穩(wěn)壓管(DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)的陽 極分別與所述的第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效 應(yīng)管(Q6)的源極對(duì)應(yīng)相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于充分應(yīng)用目前已被廣泛使用的單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片，將每個(gè)鋰電池配合一個(gè)單節(jié)電池保護(hù)芯片，并配合場效應(yīng)管而形成一個(gè)單元回路；每個(gè)單元回路包括一個(gè)取樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，用來監(jiān)測每一節(jié)鋰電 池的電壓并輸出控制信號(hào)；再通過由場效應(yīng)管為核心的執(zhí)行電路來總體控制每一個(gè)鋰 電池的充放電電壓和電流，只要當(dāng)其中的一節(jié)鋰電池工作電壓過高或過低，或者鋰電 池的工作電流過高時(shí)，整個(gè)充放電電路的充電或放電開關(guān)就會(huì)關(guān)閉，停止充放電，以 達(dá)到保護(hù)鋰電池的目的。由于多節(jié)鋰電池之間為串聯(lián)連接，因此電流的監(jiān)測只需要用第一節(jié)鋰電池保護(hù)芯 片的電流控制輸入端進(jìn)行采樣即可，其余保護(hù)芯片的電流控制輸入端可以直接和該保 護(hù)芯片對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的負(fù)極相連，或者在電流控制輸入端串接一電阻后接對(duì)應(yīng)的 本節(jié)鋰電池的負(fù)極。這種多節(jié)鋰電池串聯(lián)保護(hù)電路僅用單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片就能夠?qū)崿F(xiàn)多節(jié)鋰電池串 聯(lián)工作下的充放電保護(hù)，克服了因?yàn)橹圃旃に嚭统杀镜脑驘o法用傳統(tǒng)的鋰電池保護(hù) 芯片實(shí)現(xiàn)多數(shù)量串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)，由于單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片可以直接從市場 上買到成品，無需另行設(shè)計(jì)，因此，可以很容易構(gòu)造出兩節(jié)以上多節(jié)鋰電池串聯(lián)的充 放電保護(hù)電路。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)用單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片控制一節(jié)鋰電池的充放電保護(hù)電路圖。圖2為本發(fā)明兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的實(shí)施例一充放電保護(hù)電路圖。圖3為本發(fā)明兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的實(shí)施例二充放電保護(hù)電路圖。圖4為本發(fā)明兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的實(shí)施例三充放電保護(hù)電路圖。圖5為本發(fā)明兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的實(shí)施例四充放電保護(hù)電路圖。圖6為本發(fā)明兩節(jié)鋰電池串聯(lián)的實(shí)施例五充放電保護(hù)電路圖。圖7為本發(fā)明四節(jié)鋰電池串聯(lián)的充放保護(hù)電路圖。圖8為本發(fā)明n節(jié)鋰電池串聯(lián)的充放電保護(hù)電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
如圖1所示，為現(xiàn)有技術(shù)中一節(jié)鋰電池的充放電保護(hù)電路，該電路采用單節(jié)鋰電池 保護(hù)芯片，該保護(hù)芯片具有兩個(gè)用于采集鋰電池電壓的輸入端5'、 6'， 一個(gè)電流檢測端 2'，以及一個(gè)充電控制端3'和一個(gè)放電控制端1'，在正常情況下，充電控制端3'和放電 控制端l'為高電位，N型放電控制管Q1'和充電控制管Q2'處于導(dǎo)通狀態(tài)，電路的工作方 式可以是電池向負(fù)載放電，也可以是充電器對(duì)電池進(jìn)行充電；當(dāng)保護(hù)電路檢測到異常 現(xiàn)象時(shí)，即過充電時(shí)，充電控制端3'輸出低電平；過放電或過電流時(shí)，放電控制端l'輸 出低電平，從而可以切斷充電或放電回路，實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。
因?yàn)閷?shí)際應(yīng)用中，比如電動(dòng)工具的使用，往往需要兩節(jié)以上鋰電池串聯(lián)提供工作 電壓，采用單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片不能實(shí)現(xiàn)對(duì)多節(jié)串聯(lián)鋰電池的保護(hù)，而現(xiàn)有多節(jié)鋰電 池保護(hù)芯片只能最多控制四節(jié)鋰電池，成本較高，五節(jié)以上串聯(lián)鋰電池保護(hù)芯片目前 更是無法獲得。于是，本發(fā)明就是利用上述單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片設(shè)計(jì)了一個(gè)適合多節(jié) 串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路。
如圖2 圖6所示，為兩節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路的五個(gè)具體實(shí)施例，這些 實(shí)施例中均包括有相互串聯(lián)的鋰電池BT1、鋰電池BT2，鋰電池BT1的正極連接充電電 源的正極p+，鋰電池BT2的負(fù)極經(jīng)充電/放電開關(guān)管連接充電電源的負(fù)極p-;所述的鋰 電池BT1、鋰電池BT2均包含有一個(gè)以R5402型保護(hù)芯片為核心的取樣電路和一個(gè)以小 功率的場效應(yīng)管為核心的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，同時(shí)還具有一個(gè)總的公共執(zhí)行電路；在電壓 過高、電壓過低或電流過大時(shí)，保護(hù)芯片發(fā)出觸發(fā)信號(hào)，通過關(guān)閉充電/放電開關(guān)管實(shí) 現(xiàn)對(duì)鋰電池的充放電保護(hù)。
圖2為實(shí)施例一，具體地，鋰電池BTl的取樣電路包括有第一電阻Rla、第二電阻 Rlb、第一電容C1、第一二極管Dla和R5402型保護(hù)芯片ICl，所述第一電阻Rla的一端 和鋰電池BT1的正極相連，另一端經(jīng)第一電容C1接鋰電池BT1的負(fù)極，所述保護(hù)芯片 IC1的兩個(gè)電壓輸入端5、 6分別并聯(lián)在第一電容C1兩端，所述第一二極管Dla的陰極經(jīng) 第二電阻Rlb連接鋰電池BTl的負(fù)極；
鋰電池BTl的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括有P型第一場效應(yīng)管Qla、 P型第二場效應(yīng)管Qlb、 第三電阻Rlc、第四電阻Rld和第二二極管Dlb，第一場效應(yīng)管Qla的柵極和保護(hù)芯片 IC1的過充觸發(fā)端3相連，第一場效應(yīng)管Qla的源極和鋰電池BTl的正極相連，第一場效 應(yīng)管Qla的漏極和所述第三電阻Rlc的第一端相連，第二場效應(yīng)管Qlb的柵極和保護(hù)芯 片IC1的過放觸發(fā)端1相連，第二場效應(yīng)管Qlb的源極和鋰電池BTl的正極相連，第二場 效應(yīng)管Qlb的漏極經(jīng)第四電阻Rld與第二二極管Dlb的陽極相連。
鋰電池BT2具有和鋰電池BT1相同連接方式的取樣電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其中，鋰電池BT2的取樣電路包括有第一電阻R2a、第二電阻R2b、第一電容C2、第一二極管 D2a和R5402型保護(hù)芯片IC2，第一電阻R2a的一端和鋰電池BT2的正極相連，另一端經(jīng) 第一電容C2接鋰電池BT2的負(fù)極，保護(hù)芯片IC2的兩個(gè)電壓輸入端5、 6分別并聯(lián)在第一 電容C2兩端，第一二極管D2a的陰極經(jīng)第二電阻R2b連接鋰電池BT2的負(fù)極；
鋰電池BT2的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括有P型第一場效應(yīng)管Q2a、 P型第二場效應(yīng)管Q2b、 第三電阻R2c、第四電阻R2d和第二二極管D2b，第一場效應(yīng)管Q2a的柵極和保護(hù)芯片 IC2的過充觸發(fā)端3相連，第一場效應(yīng)管Q2a的源極和鋰電池BT2的正極相連，第一場效 應(yīng)管Q2a的漏極和第三電阻R2c的第一端相連，第二場效應(yīng)管Q2b的柵極和保護(hù)芯片IC2 的過放觸發(fā)端l相連，第二場效應(yīng)管Q2b的源極和鋰電池BT2的正極相連，第二場效應(yīng) 管Q2b的漏極經(jīng)第四電阻R2d與第二二極管D2b的陽極相連，而保護(hù)芯片IC2的電流控制 輸入端2則經(jīng)電阻R2e接回鋰電池BT2的負(fù)極；
另外，鋰電池BTl所對(duì)應(yīng)的第三電阻Rlc的第二端和鋰電池BT2所對(duì)應(yīng)的第三電阻 R2c的第二端為共點(diǎn)連接，作為第一公共輸出端A，而鋰電池BT1所對(duì)應(yīng)的第二二極管 Dlb的陰極和鋰電池BT2所對(duì)應(yīng)的第二二極管D2b的陰極共點(diǎn)連接，作為第二公共輸出
端B;
所述的公共執(zhí)行電路包括有N型第三場效應(yīng)管Q3、 N型第四場效應(yīng)管Q4、第五電 阻R5、第六電阻R6、 N型第五場效應(yīng)管Q5(放電開關(guān)管)、N型第六場效應(yīng)管Q6(充電開 關(guān)管)和自鎖電阻RX;其中，第三場效應(yīng)管Q3的柵極與所述的第一公共輸出端A相 連，第三場效應(yīng)管Q3源極與充電電源的負(fù)極p-相接，第三場效應(yīng)管Q3漏極一路連接第 五電阻R5的一端，另一路接第六場效應(yīng)管Q6的柵極，第四場效應(yīng)管Q4的柵極與所述的 第二公共輸出端B相連，第四場效應(yīng)管Q4源極接所述鋰電池BT1的負(fù)極，第四場效應(yīng)管 Q4漏極一路連接第六電阻R6的一端，另一路接第五場效應(yīng)管Q5的柵極；并且，第五電 阻R5的另一端和第六電阻R6的另一端相連為節(jié)點(diǎn)C，節(jié)點(diǎn)C接到鋰電池BT2的正極，第 六場效應(yīng)管Q6的源極接充電電源的負(fù)極P-，第六場效應(yīng)管Q6的漏極一路和第五場效應(yīng) 管Q5的漏極相連，另一路和自鎖電阻RX—端相連，自鎖電阻RX的另一端連接保護(hù)芯 片IC1的電流控制輸入端2。
正常狀態(tài)下，保護(hù)芯片IC1、保護(hù)芯片IC2的過放觸發(fā)端1和過充觸發(fā)端3均為高電 平，第五場效應(yīng)管Q5、第六場效應(yīng)管Q6導(dǎo)通，充電電源的正極P+連接鋰電池BT2的正 極，充電電源的負(fù)極P-經(jīng)第五場效應(yīng)管Q5、第六場效應(yīng)管Q6和鋰電池BT1的負(fù)極相 連，形成了一個(gè)閉合的充電回路。
當(dāng)其中一個(gè)電池達(dá)到過充狀態(tài)時(shí)，比如鋰電池BT1兩端電壓超過設(shè)定值時(shí)，保護(hù) 芯片IC1的電壓輸入端5、 6檢測到該信號(hào)，保護(hù)芯片IC1的過充觸發(fā)端3變?yōu)榈碗娖?，?一場效應(yīng)管Qla導(dǎo)通，進(jìn)而第三場效應(yīng)管Q3導(dǎo)通，于是，第六場效應(yīng)管Q6的柵極電位 降低，第六場效應(yīng)管Q6截止(即充電開關(guān)管關(guān)閉)，充電電源停止對(duì)電池充電。同時(shí)，鋰電池BTl又可以通過第二電阻Rlb和第一二極管Dla放電，當(dāng)鋰電池BT1兩端電壓放 到設(shè)定值(如4.05V)時(shí)，保護(hù)芯片IC1的過充觸發(fā)端3又回到高電平，電路恢復(fù)正常充電 狀態(tài)，如此反復(fù)，直到兩節(jié)電池都充滿電為止。當(dāng)電池連上負(fù)載RL工作時(shí)，鋰電池的放電保護(hù)過程和所述的充電保護(hù)過程相似， 若任何一個(gè)保護(hù)芯片的電壓輸入端檢測到本節(jié)鋰電池電壓低于設(shè)定電壓值，則該保護(hù) 芯片的過放觸發(fā)端l變?yōu)榈碗娖?，和該保護(hù)芯片的過放觸發(fā)端l相連的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中 的場效應(yīng)管導(dǎo)通，并最終通過執(zhí)行電路使放電開關(guān)管關(guān)閉，切斷放電回路。同理，當(dāng)保護(hù)芯片IC1的電流控制輸入端2檢測到過流信號(hào)時(shí)，即對(duì)所有串聯(lián)在一 起的鋰電池來說，工作電流超過設(shè)定值，保護(hù)芯片IC1的過放觸發(fā)端1變?yōu)榈碗娖?，?五場效應(yīng)管Q5截止(即放電開關(guān)管關(guān)閉)，切斷放電回路。在過流檢測時(shí)，由于保護(hù)芯 片IC1的電流控制輸入端2從第五場效應(yīng)管Q5的自身導(dǎo)通電阻取得電流信號(hào)，此時(shí)，自 鎖電阻RX同時(shí)作為一個(gè)限流電阻；當(dāng)?shù)谖鍒鲂?yīng)管Q5截止時(shí)，自鎖電阻RX保證保護(hù) 芯片IC1的電流控制輸入端2的電位不會(huì)降低，仍然保持觸發(fā)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)第五場效應(yīng)管 Q5(即放電開關(guān)管)的自鎖。圖3為實(shí)施例二，與實(shí)施例一的不同之處在于由第五電阻R5的另一端和第六電阻 R6的另一端所連成的節(jié)點(diǎn)C也可以連接到鋰電池BT1的正極。圖4為實(shí)施例三，是在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上又增加了連接在公共執(zhí)行電路中的限流電 阻RY和取樣電阻RZ，其中，限流電阻RY的一端與所述的第五場效應(yīng)管Q5的源極相 連，另一端與保護(hù)芯片IC1的電流控制輸入端2相連；取樣電阻RZ—端與第五場效應(yīng)管 Q5的源極相連，另一端接鋰電池BT1的負(fù)極。此時(shí)，保護(hù)芯片IC1的電流控制輸入端2 直接從取樣電阻RZ上獲得電流信號(hào)，與實(shí)施例一中從第五場效應(yīng)管Q5自身導(dǎo)通電阻取 得電流信號(hào)相比，實(shí)施例三的取樣電流不受第五場效應(yīng)管Q5自身導(dǎo)通電阻的波動(dòng)干 擾，取樣效果更好。圖5為實(shí)施例四，可以在上述電路中再增加一個(gè)延遲電容CO，該延遲電容CO—端 和保護(hù)芯片IC1的電流控制輸入端2相連，另一端和鋰電池BT1的負(fù)極相連。由于電路 在剛接上負(fù)載瞬間，會(huì)因?yàn)樗查g沖擊電流過大而觸發(fā)保護(hù)芯片IC1，使得第五場效應(yīng)管 Q5截止，延遲電容C0能夠延遲第五場效應(yīng)管Q5的截止時(shí)間，避免第五場效應(yīng)管Q5(即 放電開關(guān)管)的誤動(dòng)作。如圖6所示，為了防止因?yàn)殡姵鼗蛲怆娐范搪芬鸬倪^流，還可以在充電電源的負(fù) 極P-和第六場效應(yīng)管Q6源極的連接回路上串接一個(gè)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1，當(dāng)發(fā)生短路時(shí)， 自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1斷開， 一旦電流正常，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲F1能夠自動(dòng)恢復(fù)電路的導(dǎo)通；還 可以在節(jié)點(diǎn)C和鋰電池BT2的正極之間串接一個(gè)常閉溫度保險(xiǎn)開關(guān)F2， 一旦工作溫度過 高，常閉溫度保險(xiǎn)開關(guān)F2就會(huì)打開，能夠及時(shí)保護(hù)電路元器件或鋰電池。根據(jù)實(shí)施例 二，常閉溫度保險(xiǎn)開關(guān)F2也可以連接在節(jié)點(diǎn)C和鋰電池BT1的正極之間，附圖省略。隨著串聯(lián)鋰電池節(jié)數(shù)的增加，第三場效應(yīng)管Q3、第四場效應(yīng)管Q4的柵極電壓不斷升高，為了保證執(zhí)行電路的可靠性，防止高壓擊穿場效應(yīng)管，還可以在第三場效應(yīng)管Q3、第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管Q5、第六場效應(yīng)管6的柵極和源極兩端再分別增 加一個(gè)穩(wěn)壓管，參見圖6;即，在第三場效應(yīng)管Q3、第四場效應(yīng)管Q4、第五場效應(yīng)管 Q5、第六場效應(yīng)管Q6的柵極分別對(duì)應(yīng)地和第一穩(wěn)壓管DZ1、第二穩(wěn)壓管DZ2、第三穩(wěn) 壓管DZ3、第四穩(wěn)壓管DZ4的陽極連接，而第三場效應(yīng)管Q3、第四場效應(yīng)管Q4、第五 場效應(yīng)管Q5、第六場效應(yīng)管Q6的源極則分別對(duì)應(yīng)地和第一穩(wěn)壓管DZ1、第二穩(wěn)壓管 DZ2、第三穩(wěn)壓管DZ3、第四穩(wěn)壓管DZ4的陰極連接。如圖7所示，為四節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，它是在兩節(jié)串聯(lián)鋰電池的基礎(chǔ) 上再串聯(lián)兩節(jié)鋰電池；電路的基本連接方式不變，特別地是，第三電阻Rlc、第三電阻 R2c、第三電阻R3c和第三電阻R4c最后都共點(diǎn)連接到第三場效應(yīng)管Q3的柵極，第二二 極管Dlb、第二二極管D2b、第二二極管D3b、第二二極管D4b的陰極最后都共點(diǎn)連接 到第四場效應(yīng)管Q4的柵極，第五電阻R5和第六電阻R6的節(jié)點(diǎn)C與鋰電池BT4的正極相 連。由于串聯(lián)電路中的各節(jié)鋰電池電流相同，因此電流檢測只要用第一節(jié)鋰電池BT1 對(duì)應(yīng)的保護(hù)芯片IC1的電流控制輸入端2取樣，自第二節(jié)鋰電池開始的保護(hù)芯片的電流 控制輸入端分別串接電阻R2e、電阻R3e和電阻R4e后接對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的負(fù)極?；?者，也可以將自第二節(jié)鋰電池開始的保護(hù)芯片的電流控制輸入端分別直接和對(duì)應(yīng)的本 節(jié)鋰電池負(fù)極相連；而第五電阻R5和第六電阻R6的節(jié)點(diǎn)C也可以分別和鋰電池BT1、 鋰電池BT2、鋰電池BT3或鋰電池BT4的正極相連，附圖省略。圖8為n節(jié)(n》2， n為自然數(shù))鋰電池串聯(lián)起來的充放電保護(hù)電路，每一節(jié)鋰電池均 分別包括有一個(gè)取樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，并且n節(jié)鋰電池最終都由一個(gè)總的公共 執(zhí)行電路來實(shí)現(xiàn)充電/放電開關(guān)管的關(guān)閉，而每一個(gè)鋰電池所對(duì)應(yīng)的取樣電路和信號(hào)轉(zhuǎn) 換電路的連接方式都基本相同，每一節(jié)鋰電池的取樣電路和信號(hào)轉(zhuǎn)換電路與總的公共 執(zhí)行電路之間的連接方式可以參照兩節(jié)或四節(jié)鋰電池串聯(lián)的保護(hù)電路方式作疊加，以 此類推，這里不作贅述。
權(quán)利要求
1、一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，包括有至少兩節(jié)依次相互串聯(lián)的鋰電池(BT1、BT2…BTn)；外接負(fù)載(RL)；以及充電電源；其特征在于每一節(jié)所述鋰電池(BT1、BT2…BTn)的兩端均對(duì)應(yīng)地連接有一個(gè)取樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，其中，所述的取樣電路，包括有第一電阻(R1a、R2a…Rna)、第二電阻(R1b、R2b…Rnb)、第一電容(C1、C2…Cn)、第一二極管(D1a、D2a…Dna)和控制單節(jié)鋰電池的保護(hù)芯片(IC1、IC2…ICn)，所述第一電阻(R1a、R2a…Rna)的一端和對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的正極相連，另一端經(jīng)所述第一電容(C1、C2…Cn)接對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的負(fù)極，所述保護(hù)芯片(IC1、IC2…ICn)的兩個(gè)電壓輸入端(5、6)分別并聯(lián)在所述第一電容(C1、C2…Cn)兩端，所述第一二極管(D1a、D2a…Dna)的陰極經(jīng)所述第二電阻(R1b、R2b…Rnb)連接對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的負(fù)極；所述的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，包括有第一場效應(yīng)管(Q1a、Q2a…Qna)、第二場效應(yīng)管(Q1b、Q2b…Qnb)、第三電阻(R1c、R2c…Rnc)、第四電阻(R1d、R2d…Rnd)和第二二極管(D1b、D2b…Dnb)，所述第一場效應(yīng)管(Q1a、Q2a…Qna)的柵極和所述的保護(hù)芯片(IC1、IC2…ICn)的過充觸發(fā)端(3)相連，第一場效應(yīng)管(Q1 a、Q2a…Qna)的源極和對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的正極相連，第一場效應(yīng)管(Q1a、Q2a…Qna)的漏極和所述第三電阻(R1c、R2c…Rnc)的第一端相連，所述第二場效應(yīng)管(Q1b、Q2b…Qnb)的柵極和所述保護(hù)芯片(IC1、IC2…ICn)的過放觸發(fā)端(1)相連，第二場效應(yīng)管(Q1b、Q2b…Qnb)的源極和對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池的正極相連，第二場效應(yīng)管(Q1b、Q2b…Qnb)的漏極經(jīng)所述第四電阻(R1d、R2d…Rnd)與所述第二二極管(D1b、D2b…Dnb)的陽極相連；每一節(jié)所述鋰電池(BT1、BT2…BTn)所對(duì)應(yīng)的第三電阻(R1c、R2c…Rnc)第二端為共點(diǎn)連接，作為第一公共輸出端(A)，每一節(jié)鋰電池所對(duì)應(yīng)的第二二極管(D1b、D2b…Dnb)的陰極共點(diǎn)連接，作為第二公共輸出端(B)，所述第一、第二公共輸出端(A、B)連接一個(gè)總的公共執(zhí)行電路；所述的公共執(zhí)行電路包括有第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)和自鎖電阻(RX)，所述第三場效應(yīng)管(Q3)的柵極與所述第一公共輸出端(A)相連，第三場效應(yīng)管(Q3)源極與所述充電電源的負(fù)極(p-)相接，第三場效應(yīng)管(Q3)漏極一路連接所述第五電阻(R5)的一端，另一路接所述第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極，所述第四場效應(yīng)管(Q4)的柵極與所述第二公共輸出端(B)相連，第四場效應(yīng)管(Q4)源極接第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù)極，第四場效應(yīng)管(Q4)漏極一路連接所述第六電阻(R6)的一端，另一路接所述第五場效應(yīng)管(Q5)的柵極，并且，所述第五電阻(R5)的另一端和第六電阻(R6)的另一端連接為一節(jié)點(diǎn)(C)，并由所述節(jié)點(diǎn)(C)連接到任意一節(jié)所述鋰電池(BT1、BT2…BTn)的正極，所述第六場效應(yīng)管( Q6)的源極接所述充電電源的負(fù)極(P-)，第六場效應(yīng)管(Q6)的漏極一路和所述第五場效應(yīng)管(Q5)的漏極相連，另一路和所述自鎖電阻(RX)一端相連，自鎖電阻(RX)的另一端連接第一個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入端(2)，其余保護(hù)芯片(IC2、IC3…ICn)的電流控制輸入端(2)接對(duì)應(yīng)的本節(jié)鋰電池(BT2、BT3…BTn)的負(fù)極。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，其特征在于所述 的公共執(zhí)行電路還包括有限流電阻(RY)和取樣電阻(RZ)，所述限流電阻(RY)的一端與 所述的第五場效應(yīng)管(Q5)的源極相連，另一端與第一個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入 端(2)相連；所述取樣電阻(RZ)—端與所述第五場效應(yīng)管(Q5)的源極相連，另一端接所 述第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù)極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，其特征在于在所 述節(jié)點(diǎn)(C)和任意一節(jié)鋰電池(BT1、 BT2…BTn)的正極之間還連接有常閉溫度保險(xiǎn)開關(guān) (F2)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，其特征在于所述 充電電源的負(fù)極(P-)和所述第六場效應(yīng)管(Q6)漏極之間的回路上還可以串接有一自恢復(fù) 保險(xiǎn)絲(F1)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，其特征在于所述 的第一個(gè)保護(hù)芯片(IC1)的電流控制輸入端(2)和所述第一節(jié)鋰電池(BT1)的負(fù)極兩端上 還并聯(lián)有一防止瞬間沖擊電流的延遲電容(CO)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，其特征在于所述 的公共執(zhí)行電路還包括有分別并聯(lián)在所述第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第 五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極和源極兩端的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第二穩(wěn)壓 管(DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)，其中，所述的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第 二穩(wěn)壓管(DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)的陰極分別與所述的第三場效應(yīng) 管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場效應(yīng)管(Q6)的柵極對(duì)應(yīng)相連； 所述的第一穩(wěn)壓管(DZ1)、第二穩(wěn)壓管(DZ2)、第三穩(wěn)壓管(DZ3)、第四穩(wěn)壓管(DZ4)的 陽極分別與所述的第三場效應(yīng)管(Q3)、第四場效應(yīng)管(Q4)、第五場效應(yīng)管(Q5)、第六場 效應(yīng)管(Q6)的源極對(duì)應(yīng)相連。
全文摘要
一種多節(jié)串聯(lián)鋰電池的充放電保護(hù)電路，包括有至少兩節(jié)依次相互串聯(lián)的鋰電池、外接負(fù)載以及充電電源；其特征在于每一節(jié)所述鋰電池的兩端均對(duì)應(yīng)地連接有一個(gè)取樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，還包括有一個(gè)公共執(zhí)行電路。本發(fā)明充分應(yīng)用單節(jié)鋰電池保護(hù)芯片，將每個(gè)鋰電池配合一個(gè)單節(jié)電池保護(hù)芯片，并配合場效應(yīng)管而形成一個(gè)單元回路；每個(gè)單元回路包括一個(gè)取樣電路和一個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，用來監(jiān)測每一節(jié)鋰電池的電壓并輸出控制信號(hào)；再通過由場效應(yīng)管為核心的執(zhí)行電路來總體控制每一個(gè)鋰電池的充放電電壓和電流，只要當(dāng)其中的一節(jié)鋰電池工作電壓過高或過低，或者鋰電池的工作電流過高時(shí)，電路的充電或放電開關(guān)就會(huì)關(guān)閉，以達(dá)到保護(hù)鋰電池的目的。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101267122SQ20081000130
公開日2008年9月17日 申請(qǐng)日期2008年1月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月2日
發(fā)明者何岳明 申請(qǐng)人:何岳明