鋰電池二次過壓保護電路及鋰電池保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鋰電池保護電路，尤其設(shè)計鋰電池的二次過壓保護。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，PDA、數(shù)字相機、手機、便攜式音頻設(shè)備和藍牙設(shè)備等越來越多的產(chǎn)品采用鋰電池作為主要電源，鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點，與鎳鎘、鎳氫電池不太一樣，鋰電池必須考慮充電、放電時的安全性，以防止特性劣化.針對鋰電池的過充、過度放電、過電流及短路保護很重要，由于鋰離子電池能量密度高，因此難以確保電池的安全性，在過度充電狀態(tài)下，電池溫度上升后能量將過剩，于是電解液分解而產(chǎn)生氣體，因內(nèi)壓上升而發(fā)生自燃或破裂的危險；反之，在過度放電狀態(tài)下，電解液因分解導(dǎo)致電池特性及耐久性劣化，從而降低可充電次數(shù)，鋰離子電池的保護電路就是要確保這樣的過度充電及放電狀態(tài)時的安全性，并防止特性劣化。
[0003]傳統(tǒng)的鋰離子電池的保護電路一般包括過渡充電保護(過壓保護)和過渡放電保護(欠壓保護)，鋰電池的保護電路由鋰電池保護IC及兩個功率MOSFET所構(gòu)成，其中鋰電池保護IC監(jiān)視電池電壓，當有過度充電及放電狀態(tài)時控制對應(yīng)的功率MOSFET動作以切斷充電回路或放電回路。然而當功率MOSFET故障短路時，鋰電池保護電路將無法正常工作，用戶也很難發(fā)現(xiàn)問題所在，以使鋰電池可能長期處于過充狀態(tài)而損壞甚至發(fā)生危險。
[0004]故，急需一種使用安全可靠的鋰電池保護電路。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種安全可靠的鋰電池二次電壓保護電路。
[0006]本實用新型的另一目的是提供一種鋰電池保護電路，該鋰電池保護電路具有二次過壓保護，使用安全可靠。
[0007]為了實現(xiàn)上有目的，本實用新型公開了一種鋰電池二次電壓保護電路，用于對鋰電池進行二次過壓保護，所述鋰電池具有多節(jié)電池電芯，所述鋰電池二次電壓保護電路包括電壓采集電路、電壓比較電路、保險絲和二次保護開關(guān)，所述電壓采集電路獲取所述鋰電池內(nèi)每一電池電芯的電壓；所述電壓比較電路比較每一電池電芯的電壓與預(yù)設(shè)電壓值，并在任一所述電池電芯的電壓值超出預(yù)設(shè)電壓值時通過輸出端輸出過壓檢測信號，所述預(yù)設(shè)電壓值大于鋰電池之鋰電池保護IC的過壓閥值；所述保險絲串接于所述鋰電池的充電正極和電池電芯總正極之間；所述二次保護開關(guān)的控制端接所述過壓檢測信號，輸入端接所述保險絲的一端，輸出端接地，并依據(jù)所述過壓檢測信號閉合。
[0008]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型設(shè)置了一種鋰電池二次電壓保護電路，用于對鋰電池進行二次過壓保護，不但可以保證在鋰電池保護IC或兩個功率MOSFET故障時，有效保護鋰電池的充電，防止鋰電池過渡充電以至于發(fā)生危險，安全可靠，而且在原鋰電池保護失效時，熔斷絲熔斷，充電回路斷路，以提醒用戶鋰電池故障。
[0009]較佳地，所述鋰電池具有N節(jié)電池電芯，N為大于等于2的整數(shù)，所述電壓采集電路包括N-1路電壓減法器，且N-1路所述電壓減法器的反相輸入端分別接第2節(jié)至第N節(jié)所述電池電芯的正極電壓，N-1路所述電壓減法器的同相輸入端分別接第I節(jié)至第N-1節(jié)所述電池電芯的正極電壓，以使N-1路所述電壓減法器計算并輸出第2節(jié)至第N節(jié)電池電芯的電壓，且第一節(jié)電池電芯的電壓等于第一節(jié)電池電芯的正極電壓。
[0010]具體地，所述多路電壓減法器包括LM324芯片及減法器外圍電路。
[0011]較佳地，所述電壓采集電路還包括N路跟隨器，N路跟隨器的輸入端分別接N節(jié)電池電芯的正極，輸出端接N-1路電壓減法器，用于以采集N節(jié)電池電芯的正極電壓，并將N節(jié)電池電芯的正極電壓輸送至N-1路電壓減法器。具體地，所述N路跟隨器包括LM324芯片及跟隨器外圍電路。
[0012]較佳地，所述鋰電池具有N節(jié)電池電芯，N為大于等于2的整數(shù)，所述電壓比較電路包括N路電壓比較器，N路所述電壓比較器的同相輸入端接第一節(jié)至第N節(jié)電池電芯的電壓，N路所述電壓比較器的反相輸入端接預(yù)設(shè)電壓值大小的基準電壓，N路所述電壓比較器的輸出端接至所述電壓比較電路的輸出端，以在任一所述電池電芯的電壓大于預(yù)設(shè)電壓值時輸出高電平的過壓檢測信號。
[0013]具體地，所述電壓比較電路包括LM339芯片及比較器外圍電路。
[0014]較佳地，所述二次保護開關(guān)包括第一 MOS管和電阻Rl，所述第一 MOS管的柵極(G)接所述電壓比較電路的輸出端，漏極(D)接所述保險絲，源極(S)接地，所述電阻Rl接于所述第一 MOS管的柵極(G)和地之間，所述第一 MOS管依據(jù)所述過壓檢測信號導(dǎo)通以使保險絲的一端接地熔斷，鋰電池的充電回路斷開。具體地，所述第一 MOS管的柵極(G)與地之間還串接有濾波電容Cl。
[0015]本實用新型還公開了一種鋰電池保護電路，包括鋰電池保護1C、充電保護MOS管、放電保護MOS管和鋰電池二次過壓保護電路，所述充電保護MOS管和放電保護MOS管串聯(lián)后并串接于鋰電池的充放電回路，所述鋰電池保護IC的充電控制腳接所述充電保護MOS管的控制端并在單節(jié)電池電芯的電壓超過過壓閥值時控制所述充電保護MOS管斷開，所述鋰電池保護IC的放電控制腳接所述放電保護MOS管的控制端并在單節(jié)電池電芯的電壓低于欠壓閥值時控制所述放電保護MOS管斷開，所述鋰電池二次過壓保護電路如上所述，所述預(yù)設(shè)值大于所述過壓閥值。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型在原有保護電路的基礎(chǔ)上設(shè)置了鋰電池二次電壓保護電路，可以保證在鋰電池保護IC或兩個功率MOSFET故障時，有效保護鋰電池的充電，防止鋰電池過渡充電以至于發(fā)生危險，安全可靠。另一方面，由于所述預(yù)設(shè)值大于所述過壓閥值故本實用新型僅在原鋰電池保護(鋰電池保護1C、充電保護MOS管和放電保護MOS管)失效后開始執(zhí)行的，在鋰電池正常充電過程中，鋰電池二次電壓保護電路的二次保護開關(guān)保持斷開狀態(tài)，僅在原鋰電池保護失效且鋰電池過充時控制二次保護開關(guān)導(dǎo)通以燒壞保險絲，提醒用戶。
[0017]所述預(yù)設(shè)電壓值為4.3V，過壓閥值為4.2V，所述欠壓閥值為2.5V。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型所述鋰電池保護電路電路圖。
[0019]圖2是本實用新型所述電壓采集電路的部分電路圖。
[0020]圖3是本實用新型所述跟隨器的電路圖。
[0021]圖4是本實用新型所述電壓比較電路的部分電路圖。
【具體實施方式】
[0022]為詳細說明本實用新型的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實施方式并配合附圖詳予說明。
[0023]參考圖1，本實用新型公開了一種鋰電池保護電路100，包括鋰電池保護IC10、充電保護MOS管Q1、放電保護MOS管Q2和鋰電池二次過壓保護電路，所述充電保護MOS管Ql和放電保護MOS管Q2串聯(lián)后并串接于鋰電池的充放電回路，所述鋰電池保護IClO的充電控制腳CO接所述充電保護MOS管Ql的控制端并在單節(jié)電池電芯的電壓超過過壓閥值時控制所述充電保護MOS管Ql斷開，所述鋰電池保護IClO的放電控制腳DO接所述放電保護MOS管Q2的控制端并在單節(jié)電池電芯的電壓低于欠壓閥值時控制所述放電保護MOS管Q2斷開，所述鋰電池二次過壓保護電路用于對鋰電池進行二次保護，即用于在鋰電池保護IC10、充電保護MOS管Q1、放電保護MOS管Q2故障，鋰電池的單節(jié)電池電芯電壓超出過壓閥值時斷開鋰電池的充電回路。其中，所述鋰電池具有N節(jié)電池電芯B1-BN，N為大于等于2的整數(shù)。
[0024]其中，所述鋰電池保護IClO不但可以進行過壓和欠壓保護，還可以通過電阻RX檢測充放電的電流量而進行過電流保護。在本實施例中，過壓閥值為4.2V，所述欠壓閥值為2.5V。
[0025]繼續(xù)參考圖1，所述鋰電池二次電壓保護電路包括電壓采集電路11、電壓比較電路12、保險絲13和二次保護開關(guān)14，所述電壓采集電路11獲取所述鋰電池內(nèi)每一電池電芯Bl-BN的電壓；所述電壓比較電路12比較每一電池電芯Bl-BN的電壓與4.3V的預(yù)設(shè)電壓值，并在任一所述電池電芯B1、B2或BN的電壓值超出4.3V時通過輸出端輸出過壓檢測信號，所述預(yù)設(shè)電壓值大于鋰電池之鋰電池保護IC的過壓閥值；所述保險絲13串接于所述鋰電池的充電正極C+和電池電芯總正極B+之間；所述二次保護開關(guān)14的控制端接所述過壓檢測信號，輸入端接所述保險絲13的一端，輸出端接地，并依據(jù)所述過壓檢測信號閉合，以使保險絲13的一端接地，保險絲13直接接于充電正極C+(電池電芯總正極B+也可以)與地之間，充電回路被短路，保險絲13熔斷，鋰電池的充電回路斷開以使所述第一 MOS管接到過壓檢測信號時導(dǎo)通。其中，B-為電池電芯的總負極，C-為充電負極，P+為負載正極，P-為負載負極。漏極(D)即可接保險絲13的輸入端也可以接保險絲13的輸出端。
[0026]繼續(xù)參考圖1，在本實施例中，所述二次保護開關(guān)14包括第一 MOS管Q3和電阻Rl，所述第一MOS管Q3的柵極(G)接所述電壓比較電路的輸出端，漏極⑶接所述保險絲13的一端，源極(S)接地，所述電阻Rl接于所述第一 MOS管的柵極(G)和地之間，所述第一 MOS管Ql依據(jù)所述過壓檢測信號導(dǎo)通。具體地，所述第一 MOS管Q3的柵極(G)與地之間還串接有濾波電容Cl。
[0027]需注意的是，所述預(yù)設(shè)電壓值、過壓閥值為和所述欠壓閥值的具體數(shù)值并非限制在上述的4.3V、4.2V和2.5V范圍內(nèi)，技術(shù)人員可依據(jù)實際需要設(shè)置所需的數(shù)值大小。參考圖1和圖2，所述電壓采集電路11包括N-1路電壓減法器，N-1路所述電壓減法器分別接N節(jié)電池電芯的正極電壓，計算第2節(jié)至第N節(jié)電池電芯的正極電壓與其前一節(jié)(第I節(jié)至第N-1節(jié))電池電芯的正極電壓的差值以獲得第2節(jié)至第N節(jié)電池電芯的電壓，第一節(jié)電池電芯BI的電壓VBl等于第一節(jié)電池電芯BI的正極電壓SBl。
[0028]參考圖2，舉例說明其中第I節(jié)至第5接電池電芯B1-B5的電壓計算方法:圖2為采集第2節(jié)至第5節(jié)電池電芯B2-B5的電壓的四路電壓減法器，所述4路電壓減法器包括四運放集成電路Dl及其外圍電路:四運放集成電路Dl為LM324芯片，四運放集成電路Dl的4腳通過電阻RlO接基準電壓VCC，四運放集成電路Dl的11腳接地；四運放集成電路Dl的I腳(第一輸出端)和2腳(第一反相輸入端)之間串接有電阻R41 (第一反饋電阻)，四運放集成電路Dl的2腳(第一反相輸入端)通過電阻11接電池電芯B2的正極以接收電池電芯B2的正極電壓SB2，四運放集成電路Dl的3腳(第一同相輸入端)通過電阻21接電池電芯B3的正極以接收電池電芯B3的正極電壓SB3，四運放集成電路Dl的