專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰電池電芯保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于電動(dòng)產(chǎn)品的鋰電池電芯的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
電動(dòng)產(chǎn)品為了方便操作，對(duì)安全性與便攜性有著諸多的要求，尤其是在電池方面。 鋰電池具有體積小、容量大、無(wú)記憶性、放電倍率高等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)產(chǎn)品中。電動(dòng)產(chǎn)品具有工作電流及開(kāi)機(jī)瞬間電流比較大的特點(diǎn)，需要線路能夠調(diào)整放電過(guò) 流保護(hù)及短路保護(hù)的電流大小及其延時(shí)，同時(shí)保護(hù)之后又可以迅速恢復(fù)放電狀態(tài)。為了適 應(yīng)電動(dòng)產(chǎn)品的以上特性，電動(dòng)產(chǎn)品電池的充電安全性也非常重要，需要對(duì)其提供過(guò)充電壓 保護(hù)，同時(shí)充電時(shí)禁止放電，特殊情況下還要求有禁止充電保護(hù)，本實(shí)用新型線路就是因此 而設(shè)計(jì)的。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種適合于電動(dòng)產(chǎn)品使用、具有完善保護(hù)功能的鋰電池 電芯的保護(hù)電路。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是提供一種鋰電池電芯保護(hù)電路， 包括充電保護(hù)單元及放電保護(hù)單元，所述充電保護(hù)單元包括過(guò)充保護(hù)電路、充電禁止放電 電路和充電開(kāi)關(guān)管，所述放電保護(hù)單元包括放電過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路和放電開(kāi)關(guān) 管；其特征在于所述充電開(kāi)關(guān)管連接于充電端子正極與電芯電路正極之間；放電開(kāi)關(guān)管 連接于電芯電路負(fù)極與負(fù)極放電端子之間；所述過(guò)充保護(hù)電路輸入端與充電端子正極連 接，輸出端與充電開(kāi)關(guān)管控制端連接；電芯電路負(fù)極與充電端子負(fù)極連接；放電過(guò)流保護(hù) 電路、短路保護(hù)電路輸入端均與放電端子負(fù)極連接，輸出端與放電開(kāi)關(guān)管控制端連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于其巧妙地利用了一個(gè)兩節(jié)電池保 護(hù)IC及與該IC相關(guān)聯(lián)的二極管、三極管及阻容元件、一個(gè)N溝道的MOS管實(shí)現(xiàn)電池電芯的 全面保護(hù)，適應(yīng)了電動(dòng)產(chǎn)品對(duì)電池性能的高要求；且所述電路中各元件多次復(fù)用實(shí)現(xiàn)多種 功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可靠性高、成本低。

圖1為本實(shí)用新型所述電芯保護(hù)電路實(shí)施例原理圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型所揭示的鋰電池電芯保護(hù)電路，包括充電保護(hù)單元及放電保護(hù)單元， 還包括禁止充電/禁止放電電路。其中，充電保護(hù)單元包括過(guò)充保護(hù)電路、充電禁止放電電 路和充電開(kāi)關(guān)管，充電開(kāi)關(guān)管連接于充電端子正極與電芯電路正極之間；放電保護(hù)單元包 括放電過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路和放電開(kāi)關(guān)管，放電開(kāi)關(guān)管連接于電芯電路負(fù)極與負(fù)極放電端子之間。具體實(shí)施例電路如圖1所示，該電路具有過(guò)充電壓保護(hù)、過(guò)放電壓保護(hù)、放電過(guò)流 保護(hù)和短路保護(hù)功能，并且具有充電時(shí)禁止放電，放電保護(hù)后一旦情況解除可快速恢復(fù)放 電功能。其具體工作原理如下1、過(guò)充電壓保護(hù)功能過(guò)充保護(hù)電路包括集成芯片U1、開(kāi)關(guān)三極管Q7、驅(qū)動(dòng)電阻R5及電容C8。充電時(shí)， 電路中端子C+接充電電源正極，端子C-接充電電源負(fù)極，集成芯片Ul CO端輸出高電平， 經(jīng)電阻R5、電容C8控制三極管Q7導(dǎo)通，進(jìn)而充電開(kāi)關(guān)管Ql導(dǎo)通，電源經(jīng)充電開(kāi)關(guān)管Ql、 充電二極管Dl對(duì)鋰離子電芯進(jìn)行正常充電。當(dāng)鋰離子電池電壓充電達(dá)到過(guò)充保護(hù)閥值時(shí)， 集成芯片Ul CO端輸出低電平，經(jīng)電阻R5、電容C8控制三極管Q7截止，進(jìn)而使充電開(kāi)關(guān)管 Ql截止切斷充電回路，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)充電壓保護(hù)功能。2.充電時(shí)則禁止放電功能充電禁止放電電路包括驅(qū)動(dòng)電阻R20、二極管D5及三極管Q9，充電電壓經(jīng)驅(qū)動(dòng)電 阻R20、二極管D5使三極管Q9導(dǎo)通，進(jìn)而使放電開(kāi)關(guān)管Qll截止切斷放電回路，實(shí)現(xiàn)充電禁 止放電功能。3.放電過(guò)流保護(hù)功能放電過(guò)流保護(hù)電路包括集成芯片U1、場(chǎng)效應(yīng)管QlO及電容C4、C5。放電時(shí)，由于外 界負(fù)載原因，可能產(chǎn)生較大的放電電流，會(huì)對(duì)電芯線路造成損壞，需要對(duì)其保護(hù)。當(dāng)放電允 許開(kāi)關(guān)Sl接通時(shí)，三極管Q3、Q4導(dǎo)通，大電流經(jīng)過(guò)放電開(kāi)關(guān)管Q11，會(huì)在Qll上產(chǎn)生壓降， 該電壓同時(shí)由P-經(jīng)電阻R16、場(chǎng)效應(yīng)管Q10、電阻R13對(duì)電容C4、C5充電，當(dāng)電容C4、C5兩 端電壓達(dá)到芯片Ul的過(guò)流檢測(cè)端VM的過(guò)流檢測(cè)電壓以上時(shí)，芯片Ul經(jīng)過(guò)內(nèi)部電路功能， 由放電控制端DO輸出低電平。由于放電開(kāi)關(guān)管Qll的柵極通過(guò)電阻R12、三極管Q3與Ul 的DO端相聯(lián)，則Qll截止，關(guān)閉放電回路，實(shí)現(xiàn)了放電過(guò)流保護(hù)功能。其中，放電過(guò)流保護(hù)閾值的大小可以通過(guò)調(diào)整電阻Rll與R13的比值來(lái)實(shí)現(xiàn)，放電 過(guò)流保護(hù)延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以通過(guò)調(diào)整電容C4、C5的容值來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.短路保護(hù)功能短路保護(hù)電路包括三極管Q9、Q10及電容C7。放電時(shí)，如果放電端子正負(fù)極P+與 P-不小心短接，就會(huì)形成一個(gè)短路電流，對(duì)線路造成很大損壞，需要對(duì)其保護(hù)。當(dāng)P+與P-短 路時(shí)，P 一對(duì)B —的電流達(dá)到短路保護(hù)電流，在放電開(kāi)關(guān)管Qll上產(chǎn)生的電壓降通過(guò)P-經(jīng) 電阻R16、場(chǎng)效應(yīng)管Q10、二極管D4向電容C7充電，C7兩端電壓達(dá)到定值，則三極管Q9導(dǎo) 通，拉低開(kāi)關(guān)管Qll的柵極電壓，Qll截止切斷放電回路，實(shí)現(xiàn)了短路保護(hù)功能。短路保護(hù) 的延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短可以通過(guò)調(diào)整C7的容值來(lái)實(shí)現(xiàn)。5.過(guò)放電壓保護(hù)功能放電時(shí)，放電端子正極P+接負(fù)載正極，P-接負(fù)載負(fù)極，當(dāng)放電允許開(kāi)關(guān)Sl接通時(shí)， 三極管Q3、Q4導(dǎo)通，集成芯片Ul DO端輸出高電平，經(jīng)電阻R12、三極管Q3控制放電開(kāi)關(guān) 管Qll導(dǎo)通，B 一經(jīng)放電放電開(kāi)關(guān)管Qll至P —對(duì)鋰離子電芯進(jìn)行正常放電。當(dāng)任意單節(jié) 鋰離子電池電芯電壓下降至過(guò)放保護(hù)閥值電壓以下時(shí)，集成芯片Ul DO端輸出低電平，經(jīng)電 阻Q3、R12控制Qll截止，切斷放電回路。從而實(shí)現(xiàn)過(guò)放電壓保護(hù)功能。6.過(guò)流與短路保護(hù)后的快速恢復(fù)功能[0023]所述快速恢復(fù)電路包括電容C7、三極管Q5、Q9。當(dāng)線路經(jīng)過(guò)流或者短路保護(hù)后，如 果負(fù)載或線路沒(méi)有斷開(kāi)，那么放電端子正負(fù)極P+與P-的電壓相同，則此時(shí)集成芯片Ul的 過(guò)流檢測(cè)端VM會(huì)處于高電平狀態(tài)，二極管D4由于P-此時(shí)的電壓與P+相同，也會(huì)處于單向 導(dǎo)通狀態(tài)，則NPN三極管Q5持續(xù)導(dǎo)通，Q5集電極與Ul過(guò)流檢測(cè)端VM相聯(lián)，發(fā)射極接地，則 此時(shí)Q5工作于放大區(qū)，因此過(guò)流檢測(cè)VM端的電壓會(huì)被拉低，則芯片Ul通過(guò)內(nèi)部線路控制， 在放電控制DO端會(huì)輸出高電壓，同時(shí)三極管Q9也工作于放大區(qū)，拉低放電開(kāi)關(guān)管Qll的柵 極電壓，場(chǎng)效應(yīng)管Qll仍處于截止?fàn)顟B(tài)，放電回路無(wú)法放電。當(dāng)負(fù)載解除時(shí)，P-的電位被拉低，電阻R16到地的壓降無(wú)法達(dá)到二極管D4的單向 導(dǎo)通電壓，則電容C7的電壓也會(huì)跟著下降，三極管Q5、Q9恢復(fù)截止，由于DO端已經(jīng)輸出高 電平，放電開(kāi)關(guān)管Qll會(huì)處于打開(kāi)狀態(tài)，放電回路可以放電。以往設(shè)計(jì)中，放電恢復(fù)時(shí)間要 等電容C4、C5兩端的電壓下降到Ul過(guò)流檢測(cè)端VM允許電壓以下時(shí)，才可以重新放電，無(wú)法 實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)。7.充電禁止電路、放電禁止電路功能所述禁止充電/禁止放電電路包括三極管Q6、Q7、Q8及開(kāi)關(guān)S2。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2接通 時(shí)，三極管Q6、Q7導(dǎo)通，使充電開(kāi)關(guān)管Ql處于截止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)禁止充電；三極管Q8導(dǎo)通，使 放電放電開(kāi)關(guān)管Qll處于截止?fàn)顟B(tài)，實(shí)現(xiàn)禁止放電；本實(shí)用新型電路實(shí)現(xiàn)了兩節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯各種保護(hù)功能，但這種工作方式不僅 僅局限于兩節(jié)電池電芯，多節(jié)電芯的保護(hù)原理也可以從此思路出發(fā)而設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，除此之外，本實(shí)用新型還可以有其 他實(shí)現(xiàn)方式。也就是說(shuō)，在沒(méi)有脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，任何顯而易見(jiàn)的替換也應(yīng)落 入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種鋰電池電芯保護(hù)電路，包括充電保護(hù)單元及放電保護(hù)單元，所述充電保護(hù)單元 包括過(guò)充保護(hù)電路、充電禁止放電電路和充電開(kāi)關(guān)管，所述放電保護(hù)單元包括放電過(guò)流保 護(hù)電路、短路保護(hù)電路和放電開(kāi)關(guān)管；其特征在于所述充電開(kāi)關(guān)管連接于充電端子正極 與電芯電路正極之間；放電開(kāi)關(guān)管連接于電芯電路負(fù)極與負(fù)極放電端子之間；所述過(guò)充保 護(hù)電路輸入端與充電端子正極連接，輸出端與充電開(kāi)關(guān)管控制端連接；電芯電路負(fù)極與充 電端子負(fù)極連接；放電過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路輸入端均與放電端子負(fù)極連接，輸出端 與放電開(kāi)關(guān)管控制端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步包括用于放電時(shí) 過(guò)流或短路保護(hù)后實(shí)現(xiàn)快速恢復(fù)放電功能的快速恢復(fù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述快速恢復(fù)電路包括 電容C7、三極管Q5、Q9 ；發(fā)生過(guò)流或短路的負(fù)載解除后，放電端子負(fù)極P-的電位被拉低，電 阻R16到地的壓降無(wú)法達(dá)到二極管D4的單向?qū)妷?，則電容C7的電壓下降，三極管Q5、 Q9恢復(fù)截止，此時(shí)集成芯片Ul DO端輸出高電平，放電開(kāi)關(guān)管Qll處于打開(kāi)狀態(tài)，放電回路 恢復(fù)放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步包括禁止充電/ 禁止放電電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述禁止充電/禁止放 電電路包括三極管Q6、Q7、Q8及開(kāi)關(guān)S2 ；充電/放電禁止電路中開(kāi)關(guān)S2閉合，三極管Q6、 Q7相繼導(dǎo)通，則充電開(kāi)關(guān)管Ql截止實(shí)現(xiàn)充電禁止；同時(shí)三極管Q8導(dǎo)通，則放電開(kāi)關(guān)管Qll 截止實(shí)現(xiàn)放電禁止。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任意一項(xiàng)所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述過(guò)充 保護(hù)電路包括集成芯片Ul、開(kāi)關(guān)三極管Q7、驅(qū)動(dòng)電阻R5及電容C8 ；充電時(shí)，集成芯片Ul通 過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻R5、電容C8控制開(kāi)關(guān)三極管Q7導(dǎo)通，進(jìn)而充電開(kāi)關(guān)管Ql導(dǎo)通；當(dāng)電池電壓充 電達(dá)到過(guò)充保護(hù)閥值時(shí)，集成芯片Ul控制開(kāi)關(guān)三極管Q7截止，進(jìn)而充電開(kāi)關(guān)管Ql截止切 斷充電回路實(shí)現(xiàn)過(guò)充保護(hù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述充電禁止放電電路 包括驅(qū)動(dòng)電阻R20、二極管D5及三極管Q9，充電電壓經(jīng)驅(qū)動(dòng)電阻R20、二極管D5使三極管 Q9導(dǎo)通，進(jìn)而使放電開(kāi)關(guān)管Qll截止切斷放電回路，實(shí)現(xiàn)充電禁止放電功能。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述放電過(guò)流保護(hù)電路 包括集成芯片U1、場(chǎng)效應(yīng)管QlO及電容C4、C5 ；當(dāng)放電允許開(kāi)關(guān)Sl接通，三極管Q4、Q3相 繼導(dǎo)通，集成芯片Ul DO腳輸出高電平使放電開(kāi)關(guān)管Qll導(dǎo)通進(jìn)行正常放電，大的放電電流 依次經(jīng)過(guò)放電開(kāi)關(guān)管Qll至放電端子負(fù)極P-，并通過(guò)電阻R16、場(chǎng)效應(yīng)管Q10、電阻R13向 電容C4、C5充電，當(dāng)電容C4、C5兩端電壓達(dá)到集成芯片Ul的過(guò)流檢測(cè)端VM的檢測(cè)電壓后， 集成芯片Ul放電控制端DO輸出低電平，則三極管Q3截止，切斷放電放電開(kāi)關(guān)管Qll的驅(qū) 動(dòng)高電平，則負(fù)載將放電端子負(fù)極P-端電平拉高至放電端子正極P+相同，高電平通過(guò)電阻 R16、場(chǎng)效應(yīng)管Q10、二極管D4使三極管Q9導(dǎo)通，將放電開(kāi)關(guān)管Qll驅(qū)動(dòng)電平拉至低電平切 斷放電回路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述短路保護(hù)電路包括 三極管Q9、Q10及電容C7，當(dāng)放電端子正極P+與負(fù)極P-短路時(shí)，在放電開(kāi)關(guān)管Qll上產(chǎn)生的電壓降通過(guò)放電端子負(fù)極P-、電阻R16、場(chǎng)效應(yīng)管Q10、二極管D4向電容C7充電，C7兩 端電壓達(dá)到定值，則三極管Q9導(dǎo)通，拉低放電開(kāi)關(guān)管Qll的柵極電壓Qll截止，切斷放電回路。
專(zhuān)利摘要一種鋰電池電芯保護(hù)電路，包括充電保護(hù)單元及放電保護(hù)單元，充電保護(hù)單元包括過(guò)充保護(hù)電路、充電禁止放電電路和充電開(kāi)關(guān)管；放電保護(hù)單元包括放電過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路和放電開(kāi)關(guān)管；充電開(kāi)關(guān)管連接于充電端子正極與電芯電路正極之間；放電開(kāi)關(guān)管連接于電芯電路負(fù)極與負(fù)極放電端子之間；過(guò)充保護(hù)電路輸入端與充電端子正極連接，輸出端與充電開(kāi)關(guān)管控制端連接；電芯電路負(fù)極與充電端子負(fù)極連接；放電過(guò)流保護(hù)電路、短路保護(hù)電路輸入端均與放電端子負(fù)極連接，輸出端與放電開(kāi)關(guān)管控制端連接。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)電池電芯的全面保護(hù)，適應(yīng)了電動(dòng)產(chǎn)品對(duì)電池性能的高要求；且所述電路中各元件多次復(fù)用實(shí)現(xiàn)多種功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、可靠性高、成本低。
文檔編號(hào)H02H7/18GK201877809SQ20102066961
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月20日
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