專利名稱：一種多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池保護(hù)技術(shù)，具體涉及一種用于電動(dòng)產(chǎn)品的鋰電池電芯保護(hù)電 路。
背景技術(shù)：
鋰電池具有體積小、重量輕、容量大、無記憶性、放電倍率高等特點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用 于電動(dòng)產(chǎn)品中。電動(dòng)產(chǎn)品一般具有以下特點(diǎn)1)開機(jī)瞬間沖擊電流大，且工作過程中經(jīng)常 會(huì)遇到過載，電流的變化很大，這就要求電芯線路能夠?qū)ぞ叩倪^載(過流)加以保護(hù)，能 夠根據(jù)不同的工況靈活設(shè)置過載電流的大小及其延時(shí)，以保護(hù)工具內(nèi)的馬達(dá)以及電池不致 損壞。2、鋰電池對(duì)充電電壓有嚴(yán)格的要求，經(jīng)常出現(xiàn)過電壓爆炸或欠電壓損壞電池兩種情 況。因此，電動(dòng)產(chǎn)品電池的充電安全性非常重要，需要對(duì)其提供高精度的過充電壓保護(hù)，同 時(shí)須防止大電流充電對(duì)電池壽命的損壞。幻電動(dòng)產(chǎn)品在有些場(chǎng)合還要求電池充電時(shí)禁止放 電，以避免出現(xiàn)意外。總結(jié)上述電動(dòng)產(chǎn)品特點(diǎn)，鋰電池行業(yè)急需一種適合于電動(dòng)產(chǎn)品領(lǐng)域， 具有完善保護(hù)功能的鋰電池電芯的保護(hù)電路。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型需解決的問題是提供一種用于電動(dòng)產(chǎn)品的具有多種保護(hù)功能且成本 較低的鋰電池電芯保護(hù)電路。根據(jù)上述需解決的問題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為提供一種多節(jié)動(dòng)力鋰電 池電芯保護(hù)電路，包括電池電壓檢測(cè)電路，所述電池電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電芯電壓輸出給MCU 控制單元，由MCU控制單元控制充放電回路工作，實(shí)現(xiàn)電芯保護(hù)，所述電池電壓檢測(cè)電路采 用差分電路，差分輸出每節(jié)電池的電芯電壓傳輸給MCU，實(shí)現(xiàn)單個(gè)電池過充及過放檢測(cè)保 護(hù)。所述保護(hù)電路進(jìn)一步包括與電池電芯連接的均衡電路，在電芯電壓達(dá)到設(shè)定的均 衡起點(diǎn)電壓后，所述MCU控制單元控制均衡電路對(duì)該電芯執(zhí)行均衡。所述保護(hù)電路進(jìn)一步包括充放電電流檢測(cè)及短路保護(hù)電路，該電路與MCU控制單 元及放電回路連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于所述電路不但具有過壓、過流、短 路等基本保護(hù)功能，還具有均衡功能，可實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池的全面保護(hù)；且電壓檢測(cè)電路可提供 精確的電壓，適應(yīng)了電動(dòng)產(chǎn)品對(duì)電池性能的高要求，性價(jià)比較高。

圖1為本實(shí)用新型組成原理示意框圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)三串電池保護(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)說明。如圖1，本實(shí)用新型所述鋰電池電芯保護(hù)電路鋰電池電芯保護(hù)電路，包括電池電壓
3檢測(cè)電路、均衡電路、充放電電流檢測(cè)及短路保護(hù)電路；所述電池電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電芯電 壓輸出給MCU控制單元，由MCU控制單元控制充放電回路工作，實(shí)現(xiàn)電芯保護(hù)，所述電池電 壓檢測(cè)電路采用差分電路，差分輸出每節(jié)電池的電芯電壓傳輸給MCU，實(shí)現(xiàn)單個(gè)電池過充及 過放檢測(cè)保護(hù)。本實(shí)用新型所述電池電壓的檢測(cè)是由運(yùn)放組成的差分電路來實(shí)現(xiàn)的，而不是通過 鋰電池保護(hù)IC實(shí)現(xiàn)的，所述電路能通過差分輸出每節(jié)電池的電芯電壓給MCU進(jìn)行單個(gè)電池 過充以及過放檢測(cè)保護(hù)。圖1中，C+、C-端為充電輸入端，M+、M-為放電輸出端，馬達(dá)等負(fù)載通過一個(gè)開關(guān) 連接在M+、M-兩端，M+與電池正極同端。充電開關(guān)管處于充電正端“C+”與電池正極“M+” 之間，充電端與放電端不同，因此可以選用較低功率的充電開關(guān)管，實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化。所述放電開關(guān)管連接于電芯電路負(fù)極“B-”與負(fù)極放電端子“M-”之間，放電過流 檢測(cè)以及短路保護(hù)電路處于電芯負(fù)極“B-”與放電開關(guān)管之間，輸出端與放電開關(guān)管連接， 通過放電開關(guān)管控制放電電路的通斷。如圖2為本實(shí)用新型一實(shí)施例電路原理圖，其為一個(gè)三節(jié)串聯(lián)鋰電池的電池電芯 保護(hù)電路原理圖。實(shí)施例中，所述電池電壓檢測(cè)電路包括運(yùn)算放大器U1，電芯Rl、B2正端電壓分別 通過電阻R8、R12輸入運(yùn)算放大器Ul兩同向輸入端組成跟隨器電路用于跟隨電Bi、B2電 壓，運(yùn)算放大器Ul中兩運(yùn)放及電阻R1、R3、R7、R9、R10、R13、R16、R21組成差分器電路，差分 輸出對(duì)地的電芯電壓即Bi、B2、B3電芯電壓，最終經(jīng)電阻R14、R18、R20、電容C2、C3、C4組 成的阻容濾波網(wǎng)絡(luò)后送給MCU控制單元進(jìn)行ADC采集。所述均衡電路包括開關(guān)管Ql、Q3、 Q5，MCU檢測(cè)到電芯電壓需均衡時(shí)即通過對(duì)應(yīng)的電阻R22或R19或R17使對(duì)應(yīng)的開關(guān)管Q5 或Q4或Q2導(dǎo)通執(zhí)行均衡。所述充放電電流檢測(cè)及短路保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器U3A、取 樣電阻R39，流經(jīng)取樣電阻R39的電壓經(jīng)運(yùn)算放大器U3A放大后最終輸出給MCU控制單元， MCU控制單元根據(jù)采集到的信號(hào)識(shí)別充放電狀態(tài)以及充放電電流值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過載或者充 電過流時(shí)對(duì)電池組以及馬達(dá)的保護(hù)。另外，當(dāng)電池組輸出端P+、P-發(fā)生短路時(shí)電阻R39上 產(chǎn)生的壓降達(dá)到一定值時(shí)，也觸發(fā)由運(yùn)放組成的比較器翻轉(zhuǎn)，從而關(guān)閉放電MOS管Q12，對(duì) 電芯進(jìn)行保護(hù)。圖2所示實(shí)施例充電過電壓保護(hù)功能充電時(shí)，C+接充電電源正極，C-接充電電源負(fù)極，充電電壓經(jīng)由開關(guān)管Q6、二極管 D2給電池組充電。MCU(似)監(jiān)測(cè)電阻R20、電容C2傳輸過來的集成運(yùn)放Ul的0UT4腳輸出 的Bl電池電壓；另外MCU(U2)監(jiān)測(cè)電阻R18、C4傳輸過來的集成運(yùn)放Ul的OUTl腳輸出的 B2電池電壓；MCU監(jiān)測(cè)電阻R14、C3傳輸過來的集成運(yùn)放Ul的0UT3腳輸出的B3電池電壓。 當(dāng)充電電壓高到一定值時(shí)，MCU監(jiān)測(cè)到Bl B3任意節(jié)中出現(xiàn)了過充電壓OV時(shí)，將通過第14 腳CO端口輸出信號(hào)經(jīng)電阻R36關(guān)斷開關(guān)管Q10，從而關(guān)斷充電MOS管Q6，切斷充電回路。圖2所示實(shí)施例放電欠電壓保護(hù)功能當(dāng)輸出端口“B+/P+ ”與“P-”接上馬達(dá)時(shí)，電池電流經(jīng)“B+/P+ ”、馬達(dá)、“P-、放電開 關(guān)MOS管Q12、電阻R39至電池組負(fù)極，負(fù)責(zé)馬達(dá)啟動(dòng)工作。MCU(U2)監(jiān)測(cè)電阻R20、電容C2 傳輸過來的集成運(yùn)放Ul的0UT4腳輸出的Bl電池電壓；另外MCU(U2)監(jiān)測(cè)電阻R18、C4傳 輸過來的集成運(yùn)放Ul的OUTl腳輸出的B2電池電壓；MCU監(jiān)測(cè)電阻R14、C3傳輸過來的集成運(yùn)放Ul的0UT3腳輸出的B3電池電壓。當(dāng)出現(xiàn)電池電壓低于一定值時(shí)，MCU檢測(cè)到Bl B3任意節(jié)中出現(xiàn)了欠充電壓UV時(shí)，將通過第13腳DO端口經(jīng)電阻R32關(guān)斷開關(guān)管Q9，從而 關(guān)斷放電MOS管Q12，切斷放電回路。圖2所示實(shí)施例充放電溫度保護(hù)功能因鋰電池在充電時(shí)過溫度將會(huì)出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)晶的問題，放電時(shí)過溫度電池內(nèi)部容易 產(chǎn)生高壓氣體，對(duì)電池安全以及壽命造成影響。電池裝配時(shí)溫度傳感器(NTC1，負(fù)溫度系數(shù) 電阻)緊貼在電池表面，NTC阻值能夠根據(jù)電池的溫度變化成線性變化。電阻R4、NTCl的 分壓值能線性反應(yīng)溫度的變化，MCU通過電容Cl、電阻R6組成的阻容濾波電路對(duì)反映電池 溫度變化的電壓進(jìn)行AD采樣，轉(zhuǎn)換成能識(shí)別電池當(dāng)前溫度的值。根據(jù)充放電的不同狀態(tài)， MCU能在充電時(shí)控制電池溫度在0-45 °C內(nèi)，放電時(shí)控制電池溫度在75°C以內(nèi)，從而保護(hù)電 池的安全。圖2所示實(shí)施例放電過流保護(hù)功能放電時(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)線路、馬達(dá)、電池造成 損壞，需要對(duì)其保護(hù)。放電電流經(jīng)電池正極、負(fù)載(一般是馬達(dá))、M0S管Q12、電流取樣電阻 R39至電池負(fù)極。由于放電電流通常達(dá)到30A-50A，因此電流取樣電阻R39阻值不能選擇很 大，通常選擇0. 002 Ω /3W的功率電阻。電流值經(jīng)取樣電阻R39后通過運(yùn)放U3A、電阻R37、 R38.R29組成的比例放大電路放大后，再經(jīng)電阻R26、電容C5組成的阻容濾波輸出給MCU進(jìn) 行AD采集。如果馬達(dá)負(fù)載變大導(dǎo)致放電電流變大，當(dāng)電流達(dá)到一定設(shè)定閥值時(shí)，MCU檢測(cè)到 過電流，經(jīng)一定延時(shí)時(shí)間后MCU連續(xù)確認(rèn)負(fù)載出現(xiàn)過電流則由DO端口輸出低電平關(guān)斷MOS 管Q12，從而保護(hù)線路、馬達(dá)、電池不至損壞。圖2所示實(shí)施例均衡功能通常電池循環(huán)使用一定時(shí)間后，電池組中不同節(jié)的電池容量差異變大，導(dǎo)致電池 電壓低的電池在充電時(shí)經(jīng)常充不滿，在放電時(shí)又經(jīng)常提前過放保護(hù)，隨著循環(huán)次數(shù)的增加 電池總體容量將越來越低。為了解決這一問題，本實(shí)用新型引入充電平衡功能，在充電時(shí)如 果MCU檢測(cè)到電池組中出現(xiàn)電壓不平衡時(shí)，MCU經(jīng)電阻R17、R19、R22驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Q2、Q4、Q5 進(jìn)而對(duì)各個(gè)電池進(jìn)行平衡。所述的MCU控制單元可通過軟件設(shè)置實(shí)現(xiàn)誤差校準(zhǔn)功能，當(dāng)電 芯電壓達(dá)到設(shè)置均衡起點(diǎn)電壓后，MCU通過動(dòng)態(tài)計(jì)算電芯間的壓差，對(duì)壓差超過設(shè)定值的電 芯進(jìn)行平衡。本實(shí)用新型電路可實(shí)現(xiàn)多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯各種保護(hù)功能，不僅限于實(shí)施例所述 三節(jié)，所述電路也不僅僅局限于電動(dòng)工具，也可以應(yīng)用于其他領(lǐng)域，由此保護(hù)原理的設(shè)計(jì)思 路出發(fā)還可以進(jìn)行其他擴(kuò)展設(shè)計(jì)。上述實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型的一種較佳實(shí)施方式，不能以此來限制本實(shí)用新型 的保護(hù)范圍，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思前提下，對(duì)其所做的任何顯而易見的替換和微小變 化均屬于本實(shí)用新型保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路，包括電池電壓檢測(cè)電路，所述電池電壓檢測(cè)電 路檢測(cè)電芯電壓輸出給MCU控制單元，由MCU控制單元控制充放電回路工作，實(shí)現(xiàn)電芯保 護(hù)，其特征在于所述電池電壓檢測(cè)電路采用差分電路，差分輸出每節(jié)電池的電芯電壓并將 其傳輸給MCU，實(shí)現(xiàn)單個(gè)電池過充及過放檢測(cè)保護(hù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步包括與 電池電芯連接的均衡電路，在電芯電壓達(dá)到設(shè)定的均衡起點(diǎn)電壓后，所述MCU控制單元控 制均衡電路對(duì)該電芯執(zhí)行均衡.
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于進(jìn)一步包括充放電電流 檢測(cè)及短路保護(hù)電路，該電路與MCU控制單元及放電回路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述電池電壓 檢測(cè)電路包括運(yùn)算放大器U1，電芯Bi、B2正端電壓分別通過電阻R8、R12輸入運(yùn)算放大器 Ul兩同向輸入端組成跟隨器電路用于跟隨電Bi、B2電壓，運(yùn)算放大器Ul中兩運(yùn)放及電阻 Rl、R3、R7、R9、RIO、R13、R16、R21組成差分器電路，差分輸出對(duì)地的電芯電壓即Bi、B2、B3 電芯電壓，最終經(jīng)電阻R14、R18、R20、電容C2、C3、C4組成的阻容濾波網(wǎng)絡(luò)后送給MCU控制 單元進(jìn)行ADC采集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述均衡電路 包括開關(guān)管Ql、Q3、Q5，MCU檢測(cè)到電芯電壓需均衡時(shí)即通過對(duì)應(yīng)的電阻R22或R19或R17 使對(duì)應(yīng)的開關(guān)管Q5或Q4或Q2導(dǎo)通執(zhí)行均衡。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路，其特征在于所述充放電電 流檢測(cè)及短路保護(hù)電路包括運(yùn)算放大器U3A、取樣電阻R39，流經(jīng)取樣電阻R39的電壓經(jīng)運(yùn) 算放大器U3A放大后最終輸出給MCU控制單元，MCU控制單元根據(jù)采集到的信號(hào)識(shí)別充放 電狀態(tài)以及充放電電流值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)過載或者充電過流時(shí)或短路時(shí)對(duì)電池組以及馬達(dá)的保 護(hù)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種多節(jié)動(dòng)力鋰電池電芯保護(hù)電路。所述保護(hù)電路包括電池電壓檢測(cè)電路，所述電池電壓檢測(cè)電路檢測(cè)電芯電壓輸出給MCU控制單元由MCU控制單元控制充放電回路工作實(shí)現(xiàn)電芯保護(hù)，所述電池電壓檢測(cè)電路采用差分電路差分輸出每節(jié)電池的電芯電壓傳輸給MCU實(shí)現(xiàn)單個(gè)電池過充及過放檢測(cè)保護(hù)；該保護(hù)電路還包括與電池電芯連接的均衡電路，在電芯電壓達(dá)到設(shè)定的均衡起點(diǎn)電壓后，所述MCU控制單元控制均衡電路對(duì)該電芯執(zhí)行均衡。本實(shí)用新型可實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池的全面保護(hù)，適應(yīng)了電動(dòng)產(chǎn)品對(duì)電池性能的高要求，性價(jià)比高。
文檔編號(hào)H02H7/18GK201877808SQ20102053010
公開日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者李潤(rùn)朝 申請(qǐng)人:惠州市藍(lán)微電子有限公司