本實(shí)用新型涉及電池保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

由于電池內(nèi)阻較小，電池短路會(huì)產(chǎn)生很大的電流，引起電池發(fā)熱，甚至爆炸危險(xiǎn)，可充電電池低于終止電壓繼續(xù)放電可造成不可逆的損害，二次電池特別是鋰離子電池應(yīng)用時(shí)，一定要防止短路和過(guò)放電。

目前常用的電池短路保護(hù)電路主要有以下形式：熔斷式保險(xiǎn)、自恢復(fù)式保險(xiǎn)、雙金屬片式過(guò)流保護(hù)器及集成有短路保護(hù)功能的鋰離子電池保護(hù)芯片構(gòu)成的短路保護(hù)電路等形式。

熔斷式保險(xiǎn)，將保險(xiǎn)絲串聯(lián)在電路中，當(dāng)電路中電流異常升高到一定的高度的時(shí)候，保險(xiǎn)絲自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用。通過(guò)這種方式實(shí)現(xiàn)短路的分?jǐn)?，其主要缺陷在于保護(hù)后恢復(fù)正常工作需要更換保險(xiǎn)，可更換式保險(xiǎn)安裝在保險(xiǎn)盒(座)內(nèi)，一般外形較大，不適合高密度安裝場(chǎng)合應(yīng)用，可高密度安裝的片狀焊接時(shí)保險(xiǎn)，不利于快速更換。保險(xiǎn)絲是通過(guò)電流的熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路的分?jǐn)?，因此熔斷電流和?dòng)作時(shí)間受環(huán)境溫度和負(fù)載影響。

自恢復(fù)式保險(xiǎn)，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲是一種過(guò)流電子保護(hù)元件，采用高分子有機(jī)聚合物在高壓、高溫，硫化反應(yīng)的條件下，攙加導(dǎo)電粒子材料后，經(jīng)過(guò)特殊的工藝加工而成，它的應(yīng)用方法如保險(xiǎn)絲一樣串聯(lián)在電路中，正常工作時(shí)，保險(xiǎn)絲處于低阻狀態(tài)，當(dāng)電路中電流急速上升時(shí)，保險(xiǎn)絲從低阻狀態(tài)變?yōu)楦咦锠顟B(tài)來(lái)保護(hù)電路。當(dāng)短路故障排除、溫度下降后，保險(xiǎn)絲恢復(fù)低阻狀態(tài)，從而完成對(duì)電路的保護(hù)，無(wú)須人工更換。它的動(dòng)作原理是利用電流的熱效應(yīng)和能量平衡方式實(shí)現(xiàn)。其缺陷在于：一是動(dòng)作后有殘流和熱點(diǎn)存在，熱點(diǎn)會(huì)加速電池老化；二是動(dòng)作時(shí)間慢，典型值1-3s；三是動(dòng)作電流受環(huán)境溫度影響。

雙金屬片式過(guò)流保護(hù)器，又稱溫控開(kāi)關(guān)、熱保護(hù)器，可實(shí)現(xiàn)電流溫控雙重保護(hù)。其動(dòng)作過(guò)程結(jié)構(gòu)圖和動(dòng)作原理：當(dāng)電流通過(guò)有阻抗的雙金屬元件，遇非正常工作時(shí)，隨電流增大或周?chē)鷾囟壬咧猎O(shè)定溫度值時(shí)，雙金屬元件迅速動(dòng)作，打開(kāi)觸點(diǎn)，切斷電路；當(dāng)裝置冷卻到安全工作溫度時(shí)，觸點(diǎn)自動(dòng)閉合，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。其缺陷在于：一是典型的雙金屬裝置即使故障沒(méi)有排除也能復(fù)位，這導(dǎo)致在故障狀態(tài)和保護(hù)狀態(tài)之間不停切換，這可能損壞設(shè)備；二是它是有觸點(diǎn)式切斷，觸點(diǎn)壽命有限；三是它也是利用電流熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電流和動(dòng)作時(shí)間受環(huán)境影響。隨著技術(shù)的發(fā)展，雙金屬片式過(guò)流保護(hù)器在電池組上的應(yīng)用逐漸變少。

鋰離子電池保護(hù)芯片內(nèi)置短路保護(hù)，當(dāng)芯片檢測(cè)到超出短路閾值電壓后，保護(hù)芯片關(guān)斷場(chǎng)效應(yīng)管，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)，當(dāng)短路狀態(tài)排除后，兩個(gè)串聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)管源極兩端電壓降低到閾值以下時(shí)，電路恢復(fù)正常狀態(tài)。為適應(yīng)容性負(fù)載，短路保護(hù)有一定的延時(shí)時(shí)間。但是短路保護(hù)的發(fā)生有一定概率伴隨欠壓保護(hù)的發(fā)生，欠壓保護(hù)一旦啟動(dòng)，電路進(jìn)入休眠工作狀態(tài)，即使短路狀態(tài)排除，電路也不能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。必須采用充電的方式，電路才能從休眠進(jìn)入正常工作狀態(tài)。因此，鋰離子電池保護(hù)芯片內(nèi)置短路保護(hù)存在“閉鎖”問(wèn)題。

因此，現(xiàn)有技術(shù)需要改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。

一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路，包括：

電池組、短路和欠壓保護(hù)電路、負(fù)載和充電器；

所述充電器通過(guò)短路和欠壓保護(hù)電路以后向電池組充電，或由電池組經(jīng)短路和欠壓保護(hù)電路向負(fù)載供電，所述短路和欠壓保護(hù)電路保護(hù)電池組免受短路和欠壓影響。

在基于上述用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的一個(gè)實(shí)施例中，所述短路和欠壓保護(hù)電路為：分流穩(wěn)壓器IC1為T(mén)L431芯片，用作比較器，其內(nèi)含2.5V基準(zhǔn)電壓，場(chǎng)效應(yīng)管VT1為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，用于切斷電池和負(fù)載間的電子開(kāi)關(guān)，電阻R1、R2串聯(lián)的分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成負(fù)載側(cè)的電壓采樣電路，連接在分流穩(wěn)壓器IC1的REF端，作為比較信號(hào)的輸入，與內(nèi)部基準(zhǔn)比較，電容C1與電阻R4、R6串聯(lián)，構(gòu)成延時(shí)電路，PNP三極管VT2 構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管VT1的驅(qū)動(dòng)電路，穩(wěn)壓二極管VZ2用于保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管VT1的 GS端，防止GS端擊穿，電阻R7為穩(wěn)壓二極管VZ2的限流電阻，電阻R8 接在場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端，用于給場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端寄生電容放電，提高截止速度，電阻R9并聯(lián)在VT1的DS兩端，用于故障解除后保護(hù)的恢復(fù)。

在基于上述用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的另一個(gè)實(shí)施例中，所述分流穩(wěn)壓器IC1和與其串聯(lián)的電阻R1、R2替換為穩(wěn)壓管VZ1。

在基于上述用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的另一個(gè)實(shí)施例中，所述分流穩(wěn)壓器IC1替換為比較器IC2和穩(wěn)壓管VZ1。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型通過(guò)短路和欠壓保護(hù)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電池短路的保護(hù)，動(dòng)作快速、自動(dòng)恢復(fù)，殘流極低，不存在熱點(diǎn)、閉鎖等問(wèn)題，兼具欠壓保護(hù)功能，將該電路嵌入在電池組內(nèi)、或負(fù)載端，有效保護(hù)電池免受短路和欠壓加速電池老化和傷害的影響。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹。

圖1是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1電池組、2短路和欠壓保護(hù)電路、3負(fù)載、4充電器。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

圖1是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，所述用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路包括：

電池組1、短路和欠壓保護(hù)電路2、負(fù)載3和充電器4；

所述充電器4通過(guò)短路和欠壓保護(hù)電路2以后向電池組1充電，或由電池組1經(jīng)短路和欠壓保護(hù)電路2向負(fù)載3供電，所述短路和欠壓保護(hù)電路2 保護(hù)電池組1免受短路和欠壓影響。

實(shí)施例1

圖2是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

所述短路和欠壓保護(hù)電路2為：分流穩(wěn)壓器IC1為T(mén)L431芯片，用作比較器，其內(nèi)含2.5V基準(zhǔn)電壓，場(chǎng)效應(yīng)管VT1為N溝道場(chǎng)效應(yīng)管，用于切斷電池和負(fù)載間的電子開(kāi)關(guān)，電阻R1、R2串聯(lián)的分壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成負(fù)載側(cè)的電壓采樣電路，連接在分流穩(wěn)壓器IC1的REF端，作為比較信號(hào)的輸入，與內(nèi)部基準(zhǔn)比較，電容C1與電阻R4、R6串聯(lián)，構(gòu)成延時(shí)電路，PNP三極管VT2 構(gòu)成場(chǎng)效應(yīng)管VT1的驅(qū)動(dòng)電路，穩(wěn)壓二極管VZ2用于保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管VT1的 GS端，防止GS端擊穿，電阻R7為穩(wěn)壓二極管VZ2的限流電阻，電阻R8 接在場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端，用于給場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端寄生電容放電，提高截止速度，電阻R9并聯(lián)在VT1的DS兩端，用于故障解除后保護(hù)的恢復(fù)。

其工作原理為：

正常工作狀態(tài)：正常工作時(shí)，負(fù)載兩端電壓經(jīng)電阻R1、R2串聯(lián)分壓網(wǎng)絡(luò)分壓，電阻R2上的分壓加在分流穩(wěn)壓器IC1的REF端，大于分流穩(wěn)壓器 IC1內(nèi)部基準(zhǔn)電壓2.5V，因此分流穩(wěn)壓器IC1的輸出端三極管飽和， CATHODE端電壓接近0.7V(飽和壓降)，電容C1兩端電壓約0.7V，PNP 三極管VT2的基極B有電流流過(guò)，其電流流向?yàn)椋築P+至PNP三極管VT2 的EB結(jié)至電阻R5至電阻R4至分流穩(wěn)壓器IC1的CATHODE端到分流穩(wěn)壓器IC1的ANODE端到場(chǎng)效應(yīng)管VT1的DS端到BP-，PNP三極管VT2飽和導(dǎo)通，經(jīng)電阻R7限流后，BP+加在場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端，場(chǎng)效應(yīng)管VT1飽和導(dǎo)通，BP-和OUT-接通，電池通過(guò)BP+到OUT+到負(fù)載電阻RL到場(chǎng)效應(yīng)管VT1到OUT-的電流流向，正常輸出供給負(fù)載。

短路保護(hù)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)負(fù)載間短路時(shí)，OUT+和OUT-電位相等，分流穩(wěn)壓器 IC1截止，電容C1通過(guò)電阻R3、R4和PNP三極管VT2的BE結(jié)向電阻R6 充電，隨著C1電壓上升，當(dāng)電容C1兩端的電壓接近BP+時(shí)，PNP三極管 VT2進(jìn)入截止工作區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端電壓低于其門(mén)閘電壓，場(chǎng)效應(yīng)管VT1截止，BP-和OUT-斷開(kāi)，切斷電池和負(fù)載間供電聯(lián)系，只要短路狀態(tài)不排除，場(chǎng)效應(yīng)管VT1一直處于截止?fàn)顟B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了短路保護(hù)目的。

短路狀態(tài)恢復(fù)：如果短路故障排除，電阻R1、R2檢測(cè)負(fù)載端電壓在電阻R2上分壓大于2.5V，電路恢復(fù)至正常工作狀態(tài)，正常給負(fù)載端供電。

欠壓保護(hù)實(shí)現(xiàn)：電池正常給負(fù)載供電時(shí)，如果電阻R1、R2檢測(cè)負(fù)載端電壓在電阻R2上分壓小于2.5V，分流穩(wěn)壓器IC1截止，電容C1通過(guò)電阻 R3、R4和PNP三極管VT2的BE結(jié)向電阻R6充電，隨著電容C1電壓上升，當(dāng)電容C1兩端的電壓接近BP+時(shí)，PNP三極管VT2進(jìn)入截止工作區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管VT1的GS兩端電壓低于其門(mén)閘電壓，場(chǎng)效應(yīng)管VT1截止，BP- 和OUT-斷開(kāi)，切斷電池和負(fù)載間供電聯(lián)系，只要負(fù)載持續(xù)存在，場(chǎng)效應(yīng)管 VT1一直處于截止?fàn)顟B(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了電池欠壓保護(hù)目的。

欠壓保護(hù)恢復(fù)：如果負(fù)載從輸出端斷開(kāi)，且電阻R2上的電壓大于2.5V，或在負(fù)載端接入充電器，電路從欠壓保護(hù)狀態(tài)下恢復(fù)為正常工作狀態(tài)。

實(shí)施例2

圖3是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，使用穩(wěn)壓管VZ1替代實(shí)施例1 中的分流穩(wěn)壓器IC1，進(jìn)一步降低了產(chǎn)品成本，其工作原理與實(shí)施例1相似，負(fù)載電壓檢測(cè)和比較由穩(wěn)壓管VZ2實(shí)現(xiàn)，與實(shí)施例1的差異在于欠壓保護(hù)精度稍低。

實(shí)施例3

圖4是本實(shí)用新型的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路的又一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，采用比較器IC2和穩(wěn)壓基準(zhǔn)電路 VZ1替代實(shí)施例1中的分流穩(wěn)壓器IC1，比較器IC2輸出集電極開(kāi)路方式。

以上對(duì)本實(shí)用新型所提供的一種用于高密度安裝的電池短路和欠壓保護(hù)電路進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。