充電電池的保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種充電電池的保護電路，所述的充電電池包括一個或多個電池單體，包括單片機，保險熔斷回路，電壓采樣模塊，其受單片機控制啟動或停止充電電池的電壓采樣并將電壓數(shù)據(jù)傳送至單片機，開關(guān)管驅(qū)動模塊，其可接收單片機控制信號并控制所述的開關(guān)管動作以將保險熔斷回路導通并將保險絲熔斷。本實用新型的充電電池保護電路改變傳統(tǒng)保護方案的拓撲結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)管置于電池充放電回路外，電池充放電回路連接保險絲，可靠性有所提升，材料成本也大大降低。
【專利說明】充電電池的保護電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電池【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種充電電池的保護電路。
【背景技術(shù)】
[0002]二次動力電池的使用愈來愈普遍，如電動自行車等都需要充電電池，在電池的充放電時，需要對其進行充放電保護，傳統(tǒng)的電池保護方案，主要是由電壓檢測電路、電流檢測電路、功率開關(guān)驅(qū)動電路及功率開關(guān)組成，其中功率開關(guān)一般為功率MOS管。由于成本和功耗的考慮，多數(shù)功率MOS管驅(qū)動做的比較簡陋，電池在復雜負載環(huán)境下工作，由于功率MOS驅(qū)動處理不好，一般為實現(xiàn)低功耗而采用驅(qū)動能力較差的弱上下拉電阻驅(qū)動，功率MOS管極易受損失效，導致整個保護電路失效；同時功率MOS管串聯(lián)在充放電回路，電池充放電時產(chǎn)生較大的熱功率，給成組電池散熱帶來麻煩。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種充電電池的保護電路。
[0004]為實現(xiàn)本實用新型的目的所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種充電電池的保護電路，所述的充電電池包括一個或多個電池單體，包括單片機，
[0006]保險熔斷回路，其包括二極管D3、開關(guān)管和保險絲，所述的二極管D3陽極經(jīng)保險絲與充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點連接，二極管D3的陰極與開關(guān)管連接，所述的開關(guān)管的另一端與充電電池的負極或第二串聯(lián)節(jié)點連接，所述的第一串聯(lián)節(jié)點和第二串聯(lián)節(jié)點間串接有至少一個電池單體，且第一串聯(lián)節(jié)點的電壓高于所述的第二串聯(lián)節(jié)點電壓；電壓采樣模塊，其受單片機控制啟動或停止充電電池的電壓采樣并將電壓數(shù)據(jù)傳送至單片機，開關(guān)管驅(qū)動模塊，其可接收單片機控制信號并控制所述的開關(guān)管動作以將保險熔斷回路導通并將保險絲熔斷。在選擇第一串聯(lián)節(jié)點和第二串聯(lián)節(jié)點時，考慮開關(guān)管的工作電壓即可，其設(shè)置位置可任意選擇。即，可按工況將任意數(shù)量的電池單體包含在熔斷回路內(nèi)。
[0007]所述的電壓采樣模塊包括第一 N溝道場效應管Ml和第五P溝道場效應管M5，單片機采集控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第三電阻R3和第四電阻R4后與充電電池的負極連通，所述的第一 N溝道場效應管Ml的柵極接入第三電阻R3和第四電阻R4間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第十一電阻Rl I和第十電阻RlO連通至充電電池正極，源極與電池負極連通，所述的第五P溝道場效應管M5的柵極接入第十電阻RlO和第十一電阻Rll間，源極與充電電池正極連通，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的Rl和R2后接入電池負極，所述的單片機的電壓采集端接入第一電阻Rl和第二電阻R2間。
[0008]所述的開關(guān)管為第三N溝道場效應管M3，所述的開關(guān)管驅(qū)動模塊包括第四N溝道場效應管M4和第二 P溝道場效應管M2，單片機保險控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第八電阻R8和第九電阻R9后與充電電池負極連通，所述的第四N溝道場效應管M4的柵極接入第八電阻R8和第九電阻R9間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第六電阻R6和第五電阻R5連通至充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點，源極與充電電池負極連通，所述的第二 P溝道場效應管M2的柵極接入第五電阻R5和第六電阻6間，源極與充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點連通，漏極與開關(guān)二極管D2的陽極連通，所述的第三N溝道場效應管M3柵極經(jīng)第十二電阻R12和開關(guān)二極管D2的陰極連通，源極與二極管D3陰極連通，漏極與所述的第二串聯(lián)節(jié)點連通。
[0009]還包括泄放電阻R7，所述的泄放電阻R7—端連接至開關(guān)二極管D2的陰極，另一端與所述的第二串聯(lián)節(jié)點連通。
[0010]所述的正極或第一串聯(lián)節(jié)點與所述的第二串聯(lián)節(jié)點的電壓差在8-20V。
[0011 ] 所述的保險絲串聯(lián)在第一串聯(lián)節(jié)點和第二串聯(lián)節(jié)點間的電池單體之間。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0013]本實用新型的充電電池保護電路改變傳統(tǒng)保護方案的拓撲結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)管置于電池充放電回路外，電池充放電回路連接保險絲，可靠性有所提升，材料成本也大大降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1所示為單片機結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是充電電池保護電路的電壓采樣模塊的線路連接圖。
[0016]圖3是充電電池的保護電路的開關(guān)管驅(qū)動模塊第一實施例的線路連線圖；
[0017]圖4是充電電池的保護電路的開關(guān)管驅(qū)動模塊第二實施例的線路連線圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0019]第一實施例
[0020]如圖1-3所示，本實用新型的充電電池保護電路，包括單片機U1，保險熔斷回路，電壓采樣模塊以及開關(guān)管驅(qū)動模塊，單片機內(nèi)部集成12位ADC模塊，所述的保險熔斷回路包括相串聯(lián)的二極管D3、第三N溝道場效應管M3和保險絲F1，所述的二極管D3陽極經(jīng)串聯(lián)保險絲Fl后與電池輸出正極OUT+ (即充電電池正極)連接，陰極與第三N溝道場效應管M3的漏極連接，所述的第三N溝道場效應管M3的源極與充電電池的負極相接，所述的保險絲Fl串聯(lián)在充電電池正極與電池輸出正極間。即，所述的充電電池正極和第二串聯(lián)節(jié)點間串接有數(shù)個電池單體，如3個，B1-B3，這樣，當作為開關(guān)管的第三N溝道場效應管M3受控導通時，夾在充電電池正極和第二串聯(lián)節(jié)點間的電池單體、保險絲和二極管D3即構(gòu)成短路回路以將保險絲熔斷。
[0021]所述的單片機其可根據(jù)電壓采集模塊采集得到的采樣電壓與預設(shè)的參考電壓比對充放電壓是否正常，當采集電池電壓脫離正常工作范圍，其會通過開關(guān)管驅(qū)動模塊動作使保險絲所在回路短路以熔斷保險絲進行保護。其中，需要說明的是，充電電池優(yōu)選為動力電池，如電動車電池或者汽車電池等，所述的充電電池由多組電池組串并聯(lián)而成，也可以為電池單體，需要指出的是，本實用新型中所指的充電電池可以為一個完整的電池，也可為充電電池的某幾個串聯(lián)的電池單體,也可以為一個電池單體，即，該保護電路可對充電電池整體進行保護，也可以對個別數(shù)個串聯(lián)的電池組進行保護，也就是說，一個充電電池可以包含一個或者一個以上的本實用新型的電池保護電路。
[0022]本實用新型是以一個整體電池為例進行示范性說明。
[0023]其中，電壓采樣模塊受單片機控制啟動或停止充電電池的電壓采樣并將電壓數(shù)據(jù)傳送至單片機，所述的電壓采樣模塊包括第一 N溝道場效應管Ml和第五P溝道場效應管M5，單片機采集控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第三電阻R3和第四電阻R4后與充電電池負極連通，所述的第一 N溝道場效應管Ml的柵極接入第三電阻R3和第四電阻R4間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第十一電阻Rll和第十電阻RlO連通至充電電池正極，源極與電池負極連通，所述的第五P溝道場效應管M5的柵極接入第十電阻RlO和第十一電阻Rl I間，源極與充電電池正極連通，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的Rl和R2后接入電池負極，所述的單片機的電壓采集端接入第一電阻Rl和第二電阻R2間。在工作時，單片機按預定頻率進行電壓采集，即第一 N溝道場效應管受控于單片機，在啟動電壓采樣前打開第一 N溝道場效應管M1，電壓采樣結(jié)束關(guān)閉第一 N溝道場效應管M1，停止采樣，這樣能有效降低系統(tǒng)功耗。同時，采用兩兩串并聯(lián)的RH、RIO, Rl和R2，能有效降低分壓回路的漏電流，給電池的存放帶來優(yōu)勢。同時非連續(xù)的采樣且在采樣以外的時間關(guān)斷分壓回路，此時漏電流幾乎可以忽略了，進而降低這個回路的綜合漏電流，提高電池整體性能。
[0024]當采樣電壓異常時，所述的單片機輸出保險控制信號，所述的開關(guān)管驅(qū)動模塊可接收單片機的保險控制信號并將第三N溝道場效應管M3導通，所述的第二串聯(lián)節(jié)點為充電電池正極以外的任意串聯(lián)節(jié)點,如有10個電池單體串聯(lián)構(gòu)成本實施例的電池，充電電池的正極為總正極，第二串聯(lián)節(jié)點為第七個電池的正極，具體地說，所述的開關(guān)管驅(qū)動模塊包括第四N溝道場效應管M4和第二 P溝道場效應管M2，單片機保險控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第八電阻R8和第九電阻R9后與充電電池負極連通，所述的第四N溝道場效應管M4的柵極接入第八電阻R8和第九電阻R9間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第六電阻R6和第五電阻R5連通至充電電池正極，源極與電池負極連通，所述的第二 P溝道場效應管M2的柵極接入第五電阻R5和第六電阻6間，源極與電池正極連通，漏極與開關(guān)二極管D2的陽極連通，所述的開關(guān)二極管D2的陰極經(jīng)串聯(lián)的第十二電阻R12后連接至所述的第三N溝道場效應管M3柵極以實現(xiàn)對其開關(guān)控制。
[0025]其中，為保證最簡單MOS管驅(qū)動結(jié)構(gòu)，第二串聯(lián)節(jié)點P2選擇以保證充電電池正極電壓BAT+與第二串聯(lián)節(jié)點電壓MIDSELL+電壓在8V-20V為宜。所述的二極管D3為肖特基整流二極管，用以防止部分串聯(lián)電池單獨對外輸出。所述的二極管D2為開關(guān)二極管，用以提升開關(guān)速度，防驅(qū)動級被反灌電壓，所述的第十二電阻R12用以防驅(qū)動振鈴。
[0026]優(yōu)選地，本實用新型的保護電路還包括泄放電阻R7，所述的泄放電阻R7 —端連接至開關(guān)二極管D2的陰極，另一端與所述的串聯(lián)節(jié)點連通。在故障排除后，單片機檢測到電池電壓恢復正常，會關(guān)斷M4，經(jīng)耦合驅(qū)動電路，M3被關(guān)斷，即M2關(guān)斷后，M3柵極等同于懸空，電位被R7下拉，即極間電荷泄放，M3柵源極電壓小于自身導通電壓，M3被關(guān)斷，整體保護電路復位，然后即可更換保險絲。
[0027]下面以采集電池總電壓為例對其工作過程進行闡述說明，充電電池正極BAT+、充電電池負極BAT-為串聯(lián)電池接入端，電池輸出正極OUT+、充電電池負極BAT-為電池充放電負極接入端，單片機按照固定頻率，如5Hz,單片機的采集控制輸出端,如12引腳輸出一個高電平使Ml導通，然后RlO和Rll所構(gòu)成的分壓電路構(gòu)成回路，此時柵源極間為負壓則M5被導通，在M5導通后，因Rl和R2構(gòu)成采樣電路，在Rl和R2間進行電壓采集并傳遞至單片機的電壓采集端，如16引腳，單片機根據(jù)采集得到的電壓信號與預置電壓比對充放電壓是否正常，若正常則不動作并停止采樣，若采集電池電壓脫離正常工作范圍，需要加以保護時，單片機通過保險控制端，如11引腳輸出一個高電平，使M4導通，繼而使M2導通，進而驅(qū)動M3導通，則BAT+、Fl、OUT+、D3、M3、MIDSELL+與部分串聯(lián)電池單體形成電池短路回路，F(xiàn)l被熔斷，電池充放電通路被徹底切斷，防止電池進一步被過充或過放，保護電池安全。此時，對電池使用者也是一個提示，需對電池充電器，負載及電池本身進行排查。在故障排除后，單片機再次電壓取樣并判斷電壓是否恢復正常，若檢測到電池電壓恢復正常，會關(guān)斷M4，經(jīng)耦合驅(qū)動電路，M3被關(guān)斷，重新更換保險絲，電池充放電回路恢復正常，可繼續(xù)使用。
[0028]第二實施例
[0029]如圖4所示，在本實施例中，所述的二極管D3的陽極接入充電電池正極以外的第一串聯(lián)節(jié)點P1，同時將保險絲Fl串聯(lián)在第一串聯(lián)節(jié)點處兩個相鄰的電池單體間，即，第一串聯(lián)節(jié)點替代充電電池正極的作用，相應地，相比于第一實施例，第五電阻R5和第二 P溝道場效應管M2的源極都接入第一串聯(lián)節(jié)點Pl，而第二串聯(lián)節(jié)點P2，各串聯(lián)節(jié)點的選擇只需滿足M3柵源極的工作電壓范圍即可，這樣同樣可以實現(xiàn)本實用新型，具體電路和控制與上述實施例類似，在此不再展開描述。當然，所述的保險絲可以串聯(lián)在保險熔斷回路的任意位置。
[0030]本實用新型的充電電池保護電路，擺脫了傳統(tǒng)電池保護的回路拓撲結(jié)構(gòu)，功率開關(guān)管在電池充放電回路以外，只有在保護動作時才短時間工作，功率開關(guān)管的累計熱功耗不存在了，降低了功率開關(guān)管的使用強度；只需考驗開關(guān)驅(qū)動電路的單方向驅(qū)動能力，容易實現(xiàn)較低的綜合功耗；功率開關(guān)管的選擇與充放電電流不直接相關(guān)，可節(jié)省成本。同時充放電回路串聯(lián)保險絲，保證電池充放電安全。
[0031]而且，本實用新型的保護電路電壓采樣靈活性強，可選擇采集電池單體、電池模塊或電池組電壓。此外；與傳統(tǒng)電池保護方案相比，功率開關(guān)管不經(jīng)過電池充放電回路，這樣，電池充放電過程中，功率開關(guān)管電路部分的持續(xù)熱功率損耗不存在了，散熱處理簡單化；功率開關(guān)管不經(jīng)過充放電回路，受復雜充放電環(huán)境影響的幾率降低，電路可靠性增強。電路結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，成本降低，對工業(yè)化生產(chǎn)有重大意義。
[0032]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種充電電池的保護電路，所述的充電電池包括多個電池單體，其特征在于，包括單片機， 保險熔斷回路，其包括二極管D3、開關(guān)管和保險絲，所述的二極管D3陽極經(jīng)保險絲與充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點連接，所述的二極管D3陰極與開關(guān)管一端連接，所述的開關(guān)管的另一端與充電電池的負極或第二串聯(lián)節(jié)點連接，所述的第一串聯(lián)節(jié)點和第二串聯(lián)節(jié)點間串接有至少一個電池單體，且第一串聯(lián)節(jié)點的電壓高于所述的第二串聯(lián)節(jié)點電壓； 電壓采樣模塊，其受單片機控制啟動或停止充電電池的電壓采樣并將電壓數(shù)據(jù)傳送至單片機， 開關(guān)管驅(qū)動模塊，其可接收單片機控制信號并控制所述的開關(guān)管動作以將保險熔斷回路導通并將保險絲熔斷。
2.如權(quán)利要求1所述的充電電池的保護電路，其特征在于，所述的電壓采樣模塊包括第一 N溝道場效應管Ml和第五P溝道場效應管M5，單片機采集控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第三電阻R3和第四電阻R4后與充電電池的負極連通， 所述的第一 N溝道場效應管Ml的柵極接入第三電阻R3和第四電阻R4間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第十一電阻Rll和第十電阻RlO連通至充電電池正極，源極與電池負極連通， 所述的第五P溝道場效應管M5的柵極接入第十電阻RlO和第十一電阻Rll間，源極與充電電池正極連通，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的Rl和R2后接入電池負極，所述的單片機的電壓采集端接入第一電阻Rl和第二電阻R2間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的充電電池的保護電路，其特征在于，所述的開關(guān)管為第三N溝道場效應管M3，所述的開關(guān)管驅(qū)動模塊包括第四N溝道場效應管M4和第二 P溝道場效應管M2，單片機保險控制輸出端經(jīng)依次串聯(lián)的第八電阻R8和第九電阻R9后與充電電池負極連通， 所述的第四N溝道場效應管M4的柵極接入第八電阻R8和第九電阻R9間，漏極經(jīng)依次串聯(lián)的第六電阻R6和第五電阻R5連通至充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點，源極與充電電池負極連通， 所述的第二 P溝道場效應管M2的柵極接入第五電阻R5和第六電阻6間，源極與充電電池正極或第一串聯(lián)節(jié)點連通，漏極與開關(guān)二極管D2的陽極連通， 所述的第三N溝道場效應管M3柵極經(jīng)第十二電阻R12和開關(guān)二極管D2的陰極連通，源極與二極管D3陰極連通，漏極與所述的第二串聯(lián)節(jié)點連通。
4.如權(quán)利要求3所述的充電電池的保護電路，其特征在于，還包括泄放電阻R7，所述的泄放電阻R7 —端連接至開關(guān)二極管D2的陰極，另一端與所述的第二串聯(lián)節(jié)點連通。
5.如權(quán)利要求1所述的充電電池的保護電路，其特征在于，所述的正極或第一串聯(lián)節(jié)點與所述的第二串聯(lián)節(jié)點的電壓差在8-20V。
6.如權(quán)利要求1所述的充電電池的保護電路，其特征在于，所述的保險絲串聯(lián)在第一串聯(lián)節(jié)點和第二串聯(lián)節(jié)點間的電池單體之間。
【文檔編號】H02H7/18GK203787946SQ201420140443
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】許樹龍, 劉彩秋, 于申軍 申請人:杭州萬好萬家動力電池有限公司