电动车用铅酸蓄电池组的保护电路板制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电动车用铅酸蓄电池组的保护电路板，包括锂电池保护芯片、第一场效应管、第二场效应管、电阻和电容，还包括分压电路、第一场效应管的驱动电路和第二场效应管的驱动电路，本实用新型专利技术采用廉价又可靠的锂电池保护芯片，通过分压电路进行分压，使锂电池保护芯片适用于铅酸蓄电池；并且增加了场效应管驱动电路，将驱动电压提高，以达到良好地驱动第一场效应管和第二场效应管的效果。本实用新型专利技术的有益效果在于：本实用新型专利技术在现有的锂电池保护芯片的基础上进行了创造性的外围电路设计，使其适用于铅酸蓄电池组，通过较为低廉的成本便可让铅酸蓄电池组特别是免维护铅酸蓄电池组具有全面的保护功能，达到设计的理想使用寿命。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及铅酸蓄电池，尤其是电动车用铅酸蓄电池组的保护电 路板。
技术介绍
电动自行车、电动摩托车为主的轻型电动车(以下简称"电动车")在国内已经达到5000多万部，且每年以2000多万部的速度在增长，这些电 动车绝大多数都使用免维护铅酸蓄电池，铅酸蓄电池的设计寿命一般在3 年以上，但实际使用寿命平均约为14个月，铅酸蓄电池的短寿命大大增加 了废旧电池的回收和铅的再生工作量，大规模的铅回收和再生过程造成很 大的环保负担也浪费了资源。铅酸蓄电池无法达到设计寿命的主要原因是所有的电动车用铅酸蓄 电池内都没有设置可靠的保护装置。使用环境的变化让电池提早到达寿命 终止，主要表现在以下几个方面(一) 电池被过度充电导致寿命终止正常的电动车电池充电器都有过充电保护功能，但使用过程中如果充 电器过热(例如风扇损坏，散热不良)可能导致过充电保护功能异常；二 级更换市场的劣质充电器过充电保护不可靠(但因价格低廉而被普遍采 用)；单只电池落后或电池单体短路都导致过充电保护功能无法实现；电池 硫化导致过充电保护功能无法完成；电池过热将导致过充电保护功能无法 完成。电池被过充电后，电解质中的水被分解，内阻增加，极板硫化，容量 下降，充电发热甚至变形，寿命终止。(二) 电池itit电导致寿命终止正常的控制器都设置过放电保护；过热或控制器的元件损坏可能导致3过放电保护失效；过放电保护后，电池电压回升，控制器解除过放电保护 功能，用户继续使用(放电)将导致电池过放电；电池过》文电后，用户没 有及时充电或报警器的小电流长时间放电将导致电池严重硫化或微短路。电池被过放电后，产生硫化和微短路，容量下降，内阻增加，充电过 程发热甚至变形，导致使用寿命终止。(三) 电池热失控导致寿命终止夏天或在炎热的环境中充电将导致热失控；电池热失控表现在充电之 后电池温度上升，端电压反而下降，恒压充电过程充电电流无法下降到充 电器转灯i殳定值，充电器无法判定是否充电饱和而无法实现停止充电，不 停的充电造成电池失水内阻增加，导致继续发热，直到变形。电池使用一 年以上，正极含锑的电池正极锑的迁移让电池负极析氢过电位下降造成失 水可能导致电池无法"转灯"而造成充电过程热失控。热失控是免维护电池行业世界性的难题，电池本身无法解决这个缺陷。 电动车电池热失控时，只要经过累计48小时以上的连续充电，可能导致电 池寿命终止。(四) 电池被短路导致寿命终止短路可能导致导线烧毁或铅零件熔断；短路可能产生火灾或爆炸。在 电动车电池的安装过程中，作业人员不小心短路无法避免。(五) 电池硫化与老化导致寿命终止电池使用时间长了，自然产生硫化和老化现象；经常充电不饱和造成 逐步硫化；过放电没有及时强制充电将导致硫化。以上五个方面的问题在实际使用中普遍存在，导致铅酸蓄电池无法达 到设计的使用寿命，而且在电动车使用的免维护电池中以上五方面的问题 通过电池本身的电化学技术根本无法彻底解决。在这种情况下，必须通过 电子的手段来解决电池本身存在的不足和缺陷。现有的锂电池内都设有保护电路板，如图1所示，此保护电路板包括 锂电池保护芯片、两个场效应管、两个电阻和一个电容；第一电阻连接于 电池组的正极与锂电池保护芯片的VDD端之间，电容连接于锂电池保护芯片的VDD端与VSS端之间，锂电池保护芯片的Co端连接第二场效应管的栅 极，锂电池保护芯片的Do端连接第一场效应管的栅极，锂电池保护芯片的 VM端通过第二电阻连接到第二场效应管的源极，第一场效应管的漏极与第 二场效应管的漏极相连接，第一场效应管的源极连接电池组的负极。如图2所示，锂电池保护芯片包括五个电压检测器U1-U5， 一个参考电 压单元，相应的延时电路， 一个分频控制逻辑，一个振荡控制逻辑电路和一 个允许或禁止向零伏电池充电的电路。当充电电压或充电电流由小变大， 超过设定值时，输出端Co端经过内部相应延时就转为低电平。在过充或充 电过流之后，电池包离开充电器并有负载连接到VDD端，并当电池的电压 降到过充检测值之下时，相应检测器4皮复位并且Co端的输出变为高电平。 如果电池包仍在充电器上，即使电池的电压降到过充检测值之下时，过充 保护状态仍不会解除。锂电池保护芯片的VM端经过上迷第二电阻;险测输出 端负极的信号，经过比较器与电池负极电压进行比较判定电池的电流方向 和大小是否超过设定值。D0端为过放电检测器和放电过流检测器的输出脚。 当放电电压由高向低，且低于过放电检测器的阀值电压时，DO端在经过内 部固定延时后就转低电平。在检测到过放后，如将充电器与电池组相连接， 并当电池供电电压高于过放电电压检测器的阀值电压时DO端转为高电平。 内置过流、短i 各检测器可以检测到;^电过电流的状态，并经过内置的固定 延时后，通过输出端D0端变为低电平而切断放电；或4全测到短路电流时 4吏D0端的值立即变j氐从而切断;j文电。 一旦纟佥测到过电流或短路后，可将 电池包与负载分离D0端电平变为高。另外，在检测到it^文电后，保护芯片 将暂停内部电路工作以维持在极低的耗电水平(常规值为0. 3微安以内)。上述的这种锂电池保护芯片，通过对电池电压、充电电流、放电电流、 短路电流的判断，控制充电或放电的过程，对电池组进行过充电保护、充 电过电流保护、过放电保护、；故电过电流保护、短路保护，让锂电池达到 设计的理想^:用寿命。由于锂电池保护芯片廉价又可靠，将锂电池保护芯片应用于铅酸蓄电 池的保护，应该是比较容易想到的方案，但到目前为止还没有人实际运用这个方法，原因是实施和设计过程存在较大的难度，也存在一定的技巧。 其中最根本的原因是锂电池的参数与铅酸蓄电池完全不一样，单节锂离子电池(以3. 7V800mAH为例)的参数与铅酸电池组(以48V10Ah为例)的区 别^口下表对比项目单节锂离子电池 (3. 7V800mAH)铅酸电池组 (48V10Ah)过充电保护电压4. 28V60V过放电保护电压2. 5V40V》文电过电:i^/f呆护3A25A短路保护电流6A150A根据以上的对比可以看出，锂电池的保护芯片不能简单应用于铅酸蓄电池的保护，主要原因是耐压不足，工作电压点不符，对MOS管的驱动 电压小，功率小等原因。要将锂电池保护芯片应用于铅酸蓄电池，必须做 出创造性的外围电路设计，到目前为止，还没发现可实际运用的方案。而专门为铅酸蓄电池设计保护芯片则需花费大量的研发经费和研发时 间，成本太高，导致现有的铅酸蓄电池没有可靠的保护装置。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种成本低廉的电动车用铅酸蓄电池组的保 护电路板，其在锂电池保护芯片的基础上进行创造性的外围电路设计，从 而实现对铅酸蓄电池进行全面可靠的保护，让铅酸蓄电池组特别是免维护 铅酸蓄电池组达到设计的理想使用寿命。本技术的技术方案是这样的电动车用铅酸蓄电池组的保护电路 板，包括锂电池保护芯片、第一场效应管、第二场效应管、电阻和电容， 锂电池保护芯片的VM端通过电阻连接到第二场效应管的源极，第一场效应 管的漏极与第二场效应管的漏极相连接，第 一场效应管的源极连接电池組 的负极；还包括分压电路、第一场效应管的驱动电路和第二场效应管的驱 动电路，上述分压电路的电源端连接电池组的正极端，上述分压电本文档来自技高网...

【技术保护点】
电动车用铅酸蓄电池组的保护电路板，包括锂电池保护芯片、第一场效应管、第二场效应管、电阻和电容，锂电池保护芯片的ＶＭ端通过电阻连接到第二场效应管的源极，第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极相连接，第一场效应管的源极连接电池组的负极；其特征在于：还包括分压电路、第一场效应管的驱动电路和第二场效应管的驱动电路，上述分压电路的电源端连接电池组的正极端，上述分压电路的输出端连接上述锂电池保护芯片的ＶＤＤ端，上述锂电池保护芯片的Ｃｏ端通过上述第二场效应管的驱动电路连接至上述第二场效应管的栅极，上述锂电池保护芯片的Ｄｏ端通过上述第一场效应管的驱动电路连接至上述第一场效应管的栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振富，
申请(专利权)人：陈赖容，
类型：实用新型
国别省市：92[中国|厦门]