锂离子电池充放电硬件二次防护电路制造技术

本实用新型专利技术涉及锂电池技术领域，公开了一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括门限比较器和逻辑控制电路，门限比较器包括第一运放和第二运放，逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，充电控制驱动电路包括GP_CO和CO_CP输入端，放电控制驱动电路包括DO_CP和GP_DO输入端，GP_CO和GP_DO输入端分别与CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，CO_CP和DO_CP输入端分别与门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。本实用新型专利技术的技术方案能够极大地降低锂电池在使用过程中因出现过充、过放而导致燃烧、爆炸等危险的几率。

Secondary protection circuit of lithium-ion battery charging and discharging hardware

【技术实现步骤摘要】
锂离子电池充放电硬件二次防护电路
本技术涉及锂电池
，特别涉及一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路。
技术介绍
当前市场，电动机器人、电动工具、移动电源等低压场合，3～6串低串数锂离子电池应用非常之多，锂离子电池的充放电工作电压、电流及温度都必须严格控制在设定的范围之内，才能保证电池的安全使用。目前，对于这种低串数锂离子电池的监控和保护主要有两种控制方案：其一，利用专用的电池保护IC，此类IC通过芯片内部集成的分压电阻、比较器、组合逻辑电路以及外置电容来实现电池过充、过放、过流、过温和短路等保护逻辑及延时功能，图1为单串电池保护IC典型应用，保护IC外接两个N沟道MOS管和必要的阻容元件便可正常工作，Q21为放电控制MOS管，Q22为充电控制MOS管，D21、D22分别为Q21、Q22内部寄生二极管，正常使用时，保护IC会驱动充放电MOS管处于导通状态，电池正常充放电；在充电过程中当检测到电池电压高于过充电压阈值时，保护IC会驱动充电MOS管截止，充电回路断开，停止充电；在放电过程中当检测到电池电压低于过放电压阈值时，保护IC会驱动放电MOS管截止，放电回路断开，停止放电；其二，利用微处理器芯片(CPU)内部模数转换器(ADC)或者外置ADC对各单体电池电压、电流及温度进行采样，采样数据经过处理后再进行过充、过放、过流、过温和短路等逻辑保护判断，继而控制充放电过程。图2是通信基站BMS典型应用，图2中电池管理系统(BMS)即是采用CPU进行模拟采样、数据处理和逻辑控制的架构，既可内置于电池模组也可外置于电池模组。第一种控制方案是传统的专用电池保护IC，它具有高精度、高集成度的特点，因此在市场上应用比较广泛，针对不同种类的锂离子电池，不同的保护门限值，都有对应的IC型号。但这种专用的电池保护IC完全是通过内部的比较器和组合逻辑电路来驱动外部充放电MOS管，继而实现充电回路和放电回路的保护功能。所以一旦IC内部器件失效或者外部控制MOS管发生粘连、电击穿、热击穿等故障，势必导致充放电保护失控。第二种控制方案利用CPU主控芯片来搭建采样电路、信号调理电路和控制电路，通过软件编程实现对电池的逻辑保护，同时可以通过CAN、RS485、RS232等多种通信总线与外部建立通信连接，实现信息互通和交换。但是这种方案也存在着致命的安全隐患，因为设计人员主观的软件漏洞(BUG)和外部客观的电磁干扰，都可能会引发软件失效或者程序“当机”，从而直接导致充放电过程失控，电池发生过充电、过放电而损坏。
技术实现思路
本技术的主要目的是提出一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，旨在防止锂离子电池因控制程序失效或“当机”出现过充、过放进而造成燃烧、爆炸等危险。为实现上述目的，本技术提出的锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括CPU主保护电路，所述CPU主保护电路包括CPU主控芯片，其特征在于，还包括门限比较器和逻辑控制电路，所述门限比较器包括第一运放和第二运放，所述逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，所述充电控制驱动电路包括GP＿CO和CO＿CP输入端，所述放电控制驱动电路包括DO＿CP和GP＿DO输入端，所述GP＿CO和GP＿DO输入端分别与所述CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，所述CO＿CP和DO＿CP输入端分别与所述门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。进一步地，所述门限比较器还包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及基准电源VREF，所述第一运放形成过充电二次防护电路，所述第二运放形成过放电二次防护电路，电池组总压通过所述电阻R1和R2分压后输出电压比较值，分别进入所述第一运放和第二运放的反向输入端，所述VREF通过所述电阻R3和R4分压后，作为过充参考电压进入所述第二运放的正向输入端，所述VREF通过所述电阻R5和R6分压后，作为过放参考电压进入所述第二运放的正向输入端。进一步地，所述门限比较器还包括供电电源VDD和电容C1、C2、C3以及C4，所述供电电源VDD分别与所述第一运放和第二运放电连接，所述电容C1和C2并联连接，且分别与所述VDD和第一运放电连接，所述电容C3和C4并联连接，且分别与所述VDD和第二运放电连接。进一步地，所述充电控制驱动电路还包括三极管T1、T2、T5、二极管D3、电阻R9、R10、R11、R18、R19、R20以及充电控制MOS管Q2，所述GP＿CO输入端与所述R9连接，所述CO＿CP输入端与所述R10连接，所述T1分别与T2的一端以及R9和R19连接，所述T2的另两端分别与R10以及大地连接，所述R19依次与所述T5、D3以及充电控制MOS管Q2连接，所述R20的两端分别与T5连接。进一步地，所述放电控制驱动电路包括三极管T3、T4、电阻R12、R13、R14、R15、R16、R17以及放电控制MOS管Q1，所述T3分别与所述DO＿CP输入端、R13以及R15连接，所述R13与所述GP＿DO输入端连接，所述T4分别与所述R14、R15以及R16连接，所述放电控制MOS管Q1与所述R16连接，所述R17与所述放电控制MOS管Q1并联连接。进一步地，所述充电控制驱动电路还包括内部寄生二极管D2，所述内部寄生二极管D2的两端与所述充电控制MOS管Q2并联连接。进一步地，所述放电控制驱动电路还包括内部寄生二极管D1，所述内部寄生二极管D1的两端与所述放电控制MOS管Q1并联连接。进一步地，所述逻辑控制电路还包括分流器FL1，所述分流器FL1的两端分别与电池组的负极和充电机的负极电连接。采用本技术的技术方案，具有以下有益效果：本技术的技术方案，采用以CPU软件或专用保护IC为主保护，外加硬件二次防护的双层保护架构，解决了传统电池保护方案单一和不可靠的缺点，极大地降低了锂电池在使用过程中因出现过充、过放而导致燃烧、爆炸等危险的几率，在电动机器人、电动工具、移动电源等低压、低串数锂电池应用场合具有较大的实用价值。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为单串电池保护IC典型的外部连接关系电路原理图；图2为通信基站BMS典型应用电路原理图；图3为CPU主保护加硬件二次防护电路的系统架构图；图4为本技术一实施例的一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路的门限比较器的电路原理图；图5为本技术一实施例的一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路的硬件二次防护电路的逻辑控制的电路原理图。本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本实用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括CPU主保护电路，所述CPU主保护电路包括CPU主控芯片，其特征在于，还包括门限比较器和逻辑控制电路，所述门限比较器包括第一运放和第二运放，所述逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，所述充电控制驱动电路包括GP_CO和CO_CP输入端，所述放电控制驱动电路包括DO_CP和GP_DO输入端，所述GP_CO和GP_DO输入端分别与所述CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，所述CO_CP和DO_CP输入端分别与所述门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。/n

【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括CPU主保护电路，所述CPU主保护电路包括CPU主控芯片，其特征在于，还包括门限比较器和逻辑控制电路，所述门限比较器包括第一运放和第二运放，所述逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，所述充电控制驱动电路包括GP_CO和CO_CP输入端，所述放电控制驱动电路包括DO_CP和GP_DO输入端，所述GP_CO和GP_DO输入端分别与所述CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，所述CO_CP和DO_CP输入端分别与所述门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。


2.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电硬件二次防护电路，其特征在于，所述门限比较器还包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6以及基准电源VREF，所述第一运放形成过充电二次防护电路，所述第二运放形成过放电二次防护电路，电池组总压通过所述电阻R1和R2分压后输出电压比较值，分别进入所述第一运放和第二运放的反向输入端，所述VREF通过所述电阻R3和R4分压后，作为过充参考电压进入所述第二运放的正向输入端，所述VREF通过所述电阻R5和R6分压后，作为过放参考电压进入所述第二运放的正向输入端。


3.根据权利要求1所述的锂离子电池充放电硬件二次防护电路，其特征在于，所述门限比较器还包括供电电源VDD和电容C1、C2、C3以及C4，所述供电电源VDD分别与所述第一运放和第二运放电连接，所述电容C1和C2并联连接，且分别与所述VDD和第一运放电连接，所述电容C3和C4并联连接，且分别与所述VDD和第二运放电连接。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭建华，潘继雄，杜永杰，周幼华，冷陈伟，
申请(专利权)人：深圳市誉娇诚科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44