專利名稱：充電電池的過充電保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種充電電池組控制電路，尤其涉及一種充電電池的過充電保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有作為高容量可充電電池的鋰離子電池，其由于沒有記憶效應(yīng)而成為理想的充 電電池。當(dāng)鋰離子電池應(yīng)用于電子產(chǎn)品、電機(jī)或車輛等動(dòng)力產(chǎn)品中時(shí)，往往需要將多節(jié)鋰離 子電池串聯(lián)使用，以達(dá)到動(dòng)力產(chǎn)品所需的電壓。例如，在筆記本電腦上，通常采用3 4節(jié) 鋰離子電池串聯(lián)起來(lái)形成11. IV或14. 8V的電池系統(tǒng)。然而，串聯(lián)電池不可避免地由于電 池單體的電壓、電氣特性差異，會(huì)出現(xiàn)每組串聯(lián)電池中每個(gè)電池的電壓和容量皆有差異，該 種差異經(jīng)過多次的充放電循環(huán)后會(huì)變得越來(lái)越明顯，從而嚴(yán)重影響串聯(lián)電池系統(tǒng)的壽命和 可靠性。尤其是采用目前常用的快速充電器進(jìn)行充電時(shí)，此種影響更加明顯。持續(xù)大電流 的充電極易造成其中某些電池電壓過高，長(zhǎng)期處于過充狀態(tài)，而其他電池電壓則無(wú)法充滿。 這樣，使得整體串聯(lián)電池的容量整體下降。而且，會(huì)造成過充的電池出現(xiàn)老化現(xiàn)象，壽命大 大降低。故此，基于此問題，通常在多節(jié)電池串聯(lián)系統(tǒng)中一般會(huì)增加平衡控制電路，以平衡 每組電池中單體電芯之間的電壓，提高電池系統(tǒng)的循環(huán)壽命和可靠性。請(qǐng)參考圖1，目前常用的充電電池的過充電保護(hù)裝置3，一般采用的平衡控制電路 100為采用被動(dòng)的平衡方式，即在每節(jié)電芯上并聯(lián)一個(gè)電阻和一個(gè)開關(guān)，開關(guān)由平衡控制電 路100控制，平衡控制電路100會(huì)對(duì)每節(jié)電芯的電壓進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)電芯的電壓 異常后，即對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制，從而控制充電控制電路200的動(dòng)作。具體為，若發(fā)現(xiàn)其中一個(gè) 電芯的電壓過高時(shí)，將和該電芯并聯(lián)的開關(guān)閉合，則，會(huì)有一部分的充電電流通過相應(yīng)的電 阻被旁路掉，從而減緩該電芯的充電速度。此種被動(dòng)平衡方式能實(shí)現(xiàn)一定的平衡效果，然而，其多余的能量(電壓高的電芯 存儲(chǔ)了多余能量)皆通過平衡電阻以熱能的方式消耗掉，效果不佳，而且容易造成平衡電 阻過度發(fā)熱，引起電池使用時(shí)溫度過高，安全性欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種充電電池的過充電保護(hù)裝 置，其可實(shí)現(xiàn)電池由大電流快速充電轉(zhuǎn)至小電流慢速充電，從而平衡多節(jié)電池之間的電壓 及容量，防止電池過充，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及提高電池的安全可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置包括檢測(cè)電路、充電控制電 路、平衡控制電路及保護(hù)芯片。所述檢測(cè)電路及所述保護(hù)芯片的輸入端分別與電池連接，以 對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，并分別輸出不同的檢測(cè)信號(hào)。所述充電控制電路的輸入端與所述保 護(hù)芯片的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信號(hào)而進(jìn)行慢速充電動(dòng)作。所述平衡控制電 路與所述檢測(cè)電路的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信號(hào)啟動(dòng)而進(jìn)行平衡充電動(dòng)作。
如上所述，本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置能使充電電池在進(jìn)行大電流的快速 充電，其電壓達(dá)一定值后，平衡控制電路根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)而啟動(dòng)，并使充電控制電路進(jìn) 入小電流的慢速充電，從而使充電模式從大電流充電轉(zhuǎn)為小電流充電，使得電池組中較高 電壓的電池持續(xù)消耗能量，而其他電池則進(jìn)行小電流充電以持續(xù)增加能量，從而使多節(jié)充 電電池之間的電壓及容量趨于平衡，防止了電池過飽和充電，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及 提高電池的安全可靠性。


圖1是一種傳統(tǒng)的充電電池的過充電保護(hù)裝置的示意圖。圖2是本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。圖3是如圖2所示充電電池的過充電保護(hù)裝置的詳細(xì)示意圖。圖4是如圖3所示充電電池的過充電保護(hù)裝置的電路示意圖。圖5是如圖4所示充電電池的過充保護(hù)裝置的平衡控制電路的動(dòng)作示意圖。圖6是本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置的另一實(shí)施例的示意圖。圖7是如圖6所示充電電池的過充電保護(hù)裝置的電路示意圖。圖中各附圖標(biāo)記說明如下充電電池的過充電保護(hù)裝置1、2
檢測(cè)電路10差動(dòng)放大電路11
比較電路13基準(zhǔn)電壓源15
充電控制電路20快速充電控制開關(guān)21
慢速充電控制開關(guān)23控制開關(guān)25
平衡控制電路30保護(hù)芯片50
光耦合開關(guān)電路70發(fā)光二極管71
晶體管73P型場(chǎng)效應(yīng)管Q5-I
N型場(chǎng)效應(yīng)管Q8、Q9第一輸出端CHG
第二輸出端PF限流電阻Rl
耗能電阻R具體實(shí)施例方式為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所達(dá)成的目的及功效，以下結(jié)合實(shí)施例并配合附 圖予以詳細(xì)說明。請(qǐng)參閱圖2-圖4，本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置1的第一個(gè)實(shí)施例包括檢測(cè) 電路10、充電控制電路20、平衡控制電路30及保護(hù)芯片50。其中，檢測(cè)電路10與保護(hù)芯 片50分別用于檢測(cè)多節(jié)電池間的電壓狀況并輸出不同的檢測(cè)信號(hào)，充電控制電路20與保 護(hù)芯片50連接，并根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)而進(jìn)行慢速充電動(dòng)作，平衡控制電路30與檢測(cè)電路 10連接，并根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)啟動(dòng)而進(jìn)行平衡充電動(dòng)作。如圖所示，檢測(cè)電路10包括差動(dòng)放大電路11、比較電路13及基準(zhǔn)電壓源15。本 實(shí)施例中，該基準(zhǔn)電壓源15采用TL431芯片，其為檢測(cè)電路10的比較電路13提供一基準(zhǔn) 電壓值，該基準(zhǔn)電壓值可人為調(diào)節(jié)。差動(dòng)放大電路11包括若干差動(dòng)放大器，比較電路13包括若干比較器，差動(dòng)放大器與比較器的個(gè)數(shù)因充電電池的節(jié)數(shù)不同而相應(yīng)設(shè)定，本實(shí)施例 中，充電電池、差動(dòng)放大器及比較器的個(gè)數(shù)為4。差動(dòng)放大器的兩輸入端分別與兩節(jié)電池連 接，以比較兩節(jié)電池之間的電壓差，差動(dòng)放大器的輸出端與比較器的一輸入端連接，以將差 動(dòng)放大器的比較結(jié)果送至比較器。比較器的另一輸入端與基準(zhǔn)電壓源15相接，比較器將差 動(dòng)放大器輸出的結(jié)果電壓與基準(zhǔn)電壓值進(jìn)行比較，并輸出不同的檢測(cè)信號(hào)。具體地，若差動(dòng) 放大器輸出的結(jié)果電壓低于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，則比較電路13關(guān)閉平衡控制電路30，若差動(dòng)放 大器輸出的結(jié)果電壓高于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，則比較電路13啟動(dòng)平衡控制電路30。充電控制電路20包括快速充電控制開關(guān)21、慢速充電控制開關(guān)23及控制開關(guān) 25。本實(shí)施例中采用的保護(hù)芯片50為0Z8952芯片。該保護(hù)芯片50與電池及充電控制電路 20連接，以對(duì)電路中發(fā)生的過壓、過電流、過電壓情況進(jìn)行監(jiān)控檢測(cè)。保護(hù)芯片50檢測(cè)各節(jié) 電池的電壓，若其中一節(jié)電池的電壓高于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，保護(hù)芯片50的第一輸出端CHG與 第二輸出端PF分別輸出檢測(cè)信號(hào)給快速充電控制開關(guān)21與控制開關(guān)25，從而使其分別進(jìn) 行不同動(dòng)作。以下將有詳細(xì)描述。具體地，該快速充電控制開關(guān)21分別與保護(hù)芯片50的第一輸出端CHG及電池連 接，具體地，該快速充電控制開關(guān)21包括P型場(chǎng)效應(yīng)管Q6及二極管。該P(yáng)型場(chǎng)效應(yīng)管Q6根 據(jù)保護(hù)芯片50的第一輸出端CHG輸出的檢測(cè)信號(hào)而導(dǎo)通，從而啟動(dòng)快速充電控制開關(guān)21， 以對(duì)電池進(jìn)行大電流的快速充電動(dòng)作。其中，該保護(hù)芯片50與快速充電控制開關(guān)21的P 型場(chǎng)效應(yīng)管Q6的柵極連接，以控制P型場(chǎng)效應(yīng)管Q6的導(dǎo)通及截止。該慢速充電控制開關(guān)23包括P型場(chǎng)效應(yīng)管Q5及二極管。充電控制電路20還包 括一限流電阻R1，限流電阻Rl與該慢速充電控制開關(guān)23連接，若慢速充電控制開關(guān)23導(dǎo) 通時(shí)，限流電阻Rl限制充電電流而提供低電流給充電電池。兩充電控制開關(guān)21、23的外圍 還具有電容、電阻、保險(xiǎn)絲、二極管等元件。該控制開關(guān)25的輸入端與保護(hù)芯片50的第二輸出端PF連接，控制開關(guān)25的輸 出端與慢速充電控制開關(guān)23連接，以控制該慢速充電控制開關(guān)23的導(dǎo)通。具體的描述請(qǐng) 參見下文。在本實(shí)施例中，平衡控制電路30包括若干平衡控制單元，相應(yīng)地，平衡控制單元 的個(gè)數(shù)為4，每?jī)晒?jié)充電電池之間設(shè)有一個(gè)平衡控制單元。每一平衡控制單元均由P型場(chǎng)效 應(yīng)管、二極管及耗能電阻R2組成。每一平衡控制單元的P型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極均與相應(yīng)的比 較電路13的輸出端連接，P型場(chǎng)效應(yīng)管之間通過相應(yīng)的漏極及射極連接。具體地，控制開關(guān)25包括P型場(chǎng)效應(yīng)管Q7及N型場(chǎng)效應(yīng)管Q8，P型場(chǎng)效應(yīng)管Q7 的射極與基準(zhǔn)電壓源15連接，柵極與保護(hù)芯片50的第二輸出端PF連接，以接收第二輸出 端PF的檢測(cè)信號(hào)，而漏極則與N型場(chǎng)效應(yīng)管Q8的柵極連接。N型場(chǎng)效應(yīng)管Q8的漏極與慢 速充電控制開關(guān)23的P型場(chǎng)效應(yīng)管Q5的柵極連接，從而啟動(dòng)慢速充電控制開關(guān)23，以使電 池進(jìn)入低電流的慢速充電動(dòng)作?！矫?，保護(hù)芯片50與充電電池連接從而獲取各節(jié)充電電池的電壓，若其中一節(jié) 電池的電壓高于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，保護(hù)芯片50的第一輸出端CHG輸出檢測(cè)信號(hào)，使得與其連 接的快速充電控制開關(guān)21進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，S卩，快速充電路徑被斷開；另一方面，控制開關(guān)25 與慢速充電控制開關(guān)23連接，P型場(chǎng)效應(yīng)管Q7及N型場(chǎng)效應(yīng)管Q8相繼導(dǎo)通，從而導(dǎo)通慢 速充電控制開關(guān)23，使得電池進(jìn)入慢速充電狀態(tài)。此時(shí)，充電模式由大電流充電轉(zhuǎn)為小電流
5充電。請(qǐng)參閱圖4與圖5，現(xiàn)舉例說明本發(fā)明平衡控制電路30的啟動(dòng)時(shí)的工作狀況。若 檢測(cè)電路10與保護(hù)芯片50分別檢測(cè)出第三節(jié)電池的電壓高于基準(zhǔn)電壓值時(shí)，檢測(cè)電路10 與保護(hù)芯片50分別輸出檢測(cè)信號(hào)，保護(hù)芯片50輸出的檢測(cè)信號(hào)使快速充電路徑被斷開，慢 速充電路徑被導(dǎo)通，此時(shí)，充電模式由大電流充電轉(zhuǎn)為小電流充電，而小充電電流被提供給 節(jié)電池，檢測(cè)電路10輸出的檢測(cè)信號(hào)使連接于第三節(jié)電池與第二節(jié)電池之間的平衡控制 單元導(dǎo)通，而其它平衡控制單元導(dǎo)通斷開，所以，小充電電流將分別流經(jīng)各節(jié)電池，由于平 衡控制單元導(dǎo)通，第三節(jié)電池亦會(huì)輸出電流給平衡控制單元，當(dāng)?shù)谌?jié)電池輸出電流給平 衡控制單元時(shí)，該電流將被平衡控制單元的耗能電阻R2所消耗(如圖5箭頭所示)。所以 第三節(jié)電池將持續(xù)消耗能量，而其它節(jié)電池以小電流充電持續(xù)增加能量使得多節(jié)充電電池 之間的電壓及容量趨于平衡，防止了電池過飽和充電，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及提高電 池的安全可靠性。圖6、圖7為本發(fā)明充電電路的過充電保護(hù)裝置2的第二個(gè)實(shí)施例的示意圖。本 實(shí)施例中，該充電電路的過充電保護(hù)裝置2還包括光耦合開關(guān)電路70。該耦合光開關(guān)電路 70包括發(fā)光二極管71及晶體管73。發(fā)光二極管71電耦接至平衡控制電路30的輸出端， 用以根據(jù)平衡控制電路30的信號(hào)決定是否發(fā)光。而晶體管73電耦接至控制開關(guān)25，并根 據(jù)發(fā)光二極管71的發(fā)光與否而決定晶體管73的阻抗，而使控制開關(guān)25導(dǎo)通或截止。具體地，該控制開關(guān)25為N型場(chǎng)效應(yīng)管Q9，該N型場(chǎng)效應(yīng)管Q9分別與充電控制 電路20及保護(hù)芯片50相連。具體地，本實(shí)施例中，該保護(hù)芯片50為S-82M芯片。其中， N型場(chǎng)效應(yīng)管Q9的柵極與光耦合開關(guān)電路70的輸出端連接，漏極與快速充電控制開關(guān)21 連接，而射極則分別與保護(hù)芯片50及慢速充電控制開關(guān)23連接，用以控制充電控制電路20 由快速充電狀態(tài)轉(zhuǎn)為慢速充電狀態(tài)。充電初期，快速充電控制開關(guān)21處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)平衡控制電路30因接收比較 電路13相應(yīng)的檢測(cè)信號(hào)而被啟動(dòng)時(shí)，其輸出的信號(hào)送至光耦合開關(guān)電路70，光耦合開關(guān)電 路70隨之啟動(dòng)，并使控制開關(guān)25，即N型場(chǎng)效應(yīng)管Q9截止。此時(shí)，N型場(chǎng)效應(yīng)管Q9使得與 其漏極相接的快速充電控制開關(guān)21截止，而與其射極相接的慢速充電控制開關(guān)23導(dǎo)通，從 而使電池進(jìn)入慢充充電狀態(tài)。此時(shí)，充電模式從大電流充電轉(zhuǎn)為小電流充電，使能量較低的 電池進(jìn)行充電工作，能量較高的電池進(jìn)行耗電工作，使得各電池的電壓、容量趨于平衡，防 止了電池的過飽和充電，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及提高電池的安全可靠性。綜上所述，本發(fā)明充電電池的過充電保護(hù)裝置1，2能使充電電池在進(jìn)行大電流的 快速充電后，平衡控制電路30啟動(dòng)并使充電控制電路20的快速充電控制開關(guān)21截止，而 導(dǎo)通慢速充電控制開關(guān)23，從而進(jìn)入小電流的慢速充電，從而使充電模式從大電流充電轉(zhuǎn) 為小電流充電，而平衡控制電路30的啟動(dòng)，使得電池組中較高電壓的電池持續(xù)消耗能量， 而其他電池則進(jìn)行小電流充電以持續(xù)增加能量，從而使多節(jié)充電電池之間的電壓及容量趨 于平衡，防止了電池過飽和充電，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及提高電池的安全可靠性。
權(quán)利要求
1.一種充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于，包括檢測(cè)電路、充電控制電路、平 衡控制電路及保護(hù)芯片；所述檢測(cè)電路及所述保護(hù)芯片的輸入端分別與電池連接，以對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，并 分別輸出不同的檢測(cè)信號(hào)；所述充電控制電路的輸入端與所述保護(hù)芯片的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信 號(hào)而進(jìn)行慢速充電動(dòng)作；所述平衡控制電路與所述檢測(cè)電路的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信號(hào)啟動(dòng)而 進(jìn)行平衡充電動(dòng)作。
2.如權(quán)利要求1所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述檢測(cè)電路包括 差動(dòng)放大電路、比較電路及基準(zhǔn)電壓源，所述差動(dòng)放大電路與電池連接，用以比較電池之間 的電壓差，所述比較電路的輸入端分別與差動(dòng)放大電路的輸出端及所述基準(zhǔn)電壓源連接， 所述比較電路的輸出端與所述平衡控制電路的輸入端連接。
3.如權(quán)利要求2所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述充電控制電路 包括快速充電控制開關(guān)、慢速充電控制開關(guān)，所述快速充電控制開關(guān)與所述保護(hù)芯片的輸 出端連接。
4.如權(quán)利要求3所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述充電控制電路 還包括控制開關(guān)，所述控制開關(guān)的輸入端與所述保護(hù)芯片的輸出端連接，所述控制開關(guān)的 輸出端與所述慢速充電控制開關(guān)連接，從而控制所述慢速充電控制開關(guān)的導(dǎo)通動(dòng)作。
5.如權(quán)利要求4所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述控制開關(guān)與所 述保護(hù)芯片連接，所述控制開關(guān)的輸出端與所述快速充電控制開關(guān)連接，并根據(jù)所述保護(hù) 芯片的檢測(cè)信號(hào)從而控制所述快速充電控制開關(guān)的截止動(dòng)作。
6.如權(quán)利要求5所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于還包括光耦合開關(guān) 電路，所述光耦合開關(guān)電路的輸入端耦接至所述平衡控制電路的輸出端，所述光耦合開關(guān) 電路的輸出端與所述控制開關(guān)的輸入端連接。
7.如權(quán)利要求1所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述平衡控制電路 包括P型場(chǎng)效應(yīng)管、二極管及耗能電阻。
8.如權(quán)利要求4所述的充電電池的過充電保護(hù)裝置，其特征在于所述控制開關(guān)包括N 型場(chǎng)效應(yīng)管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種充電電池的過充電保護(hù)裝置，其包括檢測(cè)電路、充電控制電路、平衡控制電路及保護(hù)芯片。所述檢測(cè)電路及所述保護(hù)芯片的輸入端分別與電池連接，以對(duì)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，并分別輸出不同的檢測(cè)信號(hào)。所述充電控制電路的輸入端與所述保護(hù)芯片的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信號(hào)而進(jìn)行慢速充電動(dòng)作。所述平衡控制電路與所述檢測(cè)電路的輸出端連接，并根據(jù)相應(yīng)的所述檢測(cè)信號(hào)啟動(dòng)而進(jìn)行平衡充電動(dòng)作。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)電池由大電流快速充電轉(zhuǎn)至小電流慢速充電，同時(shí)平衡多節(jié)電池之間的電壓及容量，防止電池過充，從而延長(zhǎng)電池的使用壽命及提高電池的安全可靠性。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102122812SQ200910214099
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者唐福來(lái), 張男勝, 林世杰, 王川榮, 陳信瑋 申請(qǐng)人:富港電子(昆山)有限公司, 正崴精密工業(yè)股份有限公司