大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种大容量、高功率输出的磷酸铁锂动力锂离子电池的保护电路，其包括可对由多节锂离子充电电池串联而成的电池组实施过充电保护的过充电保护电路，和可对电池组实施过放电保护的过放电保护电路，和可对电池组实施过电流保护的过电流保护电路，以及可对电池组的各个电池单体实施均衡充电的均衡充电电路。本实用新型专利技术不仅解决了由于电池组的各电池单体间存在性能差异，容易因单节电池的过充电或过放电，造成整组电池损坏的问题，而且它通过均衡充电电路，使充电后的各个电池单体的充电电压基本保持一致，从而提高了整组电池的荷电保持能力，提升了电池组的整体性能，延长了电池的使用寿命。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及锂离子充电电池的保护电路，特别涉及一种与充电电池组合在一起使用的保护电路。
技术介绍
锂离子电池没有记忆效应，所以是理想的充电电池。其作为动力电池使用时，例如用其作为电动自行车的驱动电池使用时，往往需要将7至13节锂离子电池串联使用，以达到电动机所需要的电压。多节电池串联使用时，尤其是4节以上的电池串联使用时，由于每节电池的性能指标不可能完全一样，每节电池在充电、放电时的步调就不可能完全一致。一旦有一节电池处于过充电状态，就可能造成锂离子从正极过度脱嵌，从而使电极间发生短路，不仅影响电池容量、寿命，而且容易造成电池爆裂、起火等极端现象。一旦有一节电池处于过放电状态，就可能造成锂离子从负极过度脱嵌，从而使电极间发生短路，影响电池容量、寿命。由于各电池单体间的容量、自放电等的差异，日积月累，在使用一段时间后，电池组的荷电保持能力明显降低，影响了锂离子电池在更大范围内的推广应用。另外，充电过程中或放电过程中，都有可能出现过流或短路的情况，这种情况如果不及时制止，不仅严重危害电池的寿命，而且容易造成用电器的损坏、造成起火、爆裂等现象。因此，多节电池串联使用时，其性能的好坏不仅取决于电池单体质量的好坏，更重要的取决于其整体质量的高低。遗憾的是，在公知技术中，没有找到针对4节以上的锂离子电池组成的电池组使用的保护电路。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，以解决在多节锂离子电池串联使用时，由于各电池单体间存在性能差异，容易因单节电池的过充电或过放电，造成整组电池损坏的问题。本技术为了实现上述目的，采用的技术解决方案是：大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，包括由输入输出端口和连接于输入输出端口之间的电池单元组成的主电路，所述电池单元是由多节锂离子充电电池串联而成的电池组；该保护电路还包括过充电保护电路和过放电保护电路；所述过充电保护电路包括一个串联在所述主电路中的充电控制开关，和可将电池的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的过充电电压检测部，和根据所述过充电电压检测部的输出信号控制所述充电控制开关通/断的过充电逻辑控制部；所述过放电保护电路包括一个串联在所述主电路中的放电控制开关，和可将电池的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的过放电电压检测部，和根据所述过放电电压检测部的输出信号控制所述放电控制开关通/断的过放电逻辑控制部。上述过充电电压检测部包括连接在所述每一节电池的正负极两端、可将每一节电池的实际电压与设定的该节电池的充电限制电压进行比较并分别输出比较结果的多个差动电路；所述过充电逻辑控制部包括可根据所述这些差动电路的输出信号进行逻辑运算的过充电逻辑电路和可将所述过充电逻辑电路输出的电压信号与一个设定的相当于过充电逻辑电路输出的低电平的电压进行比较并输出比较结果的电压比较器。上述过放电电压检测部包括连接在所述每一节电池的正负极两端、可将每一节电池的实际电压与设定的该节电池的放电限制电压进行比较并分别输出比较结果的多个差动电路；所述过放电逻辑控制部包括可根据所述这些差动电路的输出信号进行逻辑运算的过放电逻辑电路和可将所述过放电逻辑电路输出的电压信号与一个设定的相当于所述多个放电限制电压之和的电压进行比较并输出比较结果的电压比较器。上述电池单元的每一节电池的正负极两端分别连接一个均衡充电电路。上述均衡充电电路包括可将所述一节电池的电压与设定的单节电池的额定电压进行比较并输出比较结果的电压检测部和自放电支路；所述自放电支路包括一个阻抗元件和一个可根据相应的电压检测部的比较结果控制所述自放电支路通/断的自放电控制开关。上述保护电路还包括过电流保护电路，过电流保护电路包括放电过电流保护电路和充电过电流保护电路。上述放电过电流保护电路包括可将所述放电控制开关的两端的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的第一过电流检测部，和根据所述第一过电流检测部的输出信号控制所述放电控制开关延时断开的第一延时电路；所述第一过电流检测部包括多个并联的电压比较器；所述第一延时电路包括时钟振荡器和可根据时钟振荡器的时钟进行计数的多个计数器，所述第一延时电路的多个计数器与所述第一过电流检测部的多个电压比较器一一相应。上述充电过电流保护电路包括可将所述充电控制开关的两端的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的第二过电流检测部，和根据所述第二过电流检测部的输出信号控制所述充电控制开关延时断开的第二延时电路；所述第二过电流检测部包括多个并联的电压比较器；所述第二延时电路包括时钟振荡器和可根据时钟振荡器的时钟进行计数的多个计数器，所述第二延时电路的多个计数器与所述第二过电流检测部的多个电压比较器一一相应。上述主电路中串联有电感元件。上述充电控制开关和放电控制开关均由MOSFET管构成。本技术的有益效果：由于该保护电路包括一个过充电保护电路和一个过放电保护电路，充电时，当每一节电池的实际电压都低于设定的充电限制电压时，过充电逻辑控制部的差动电路向过充电逻辑控制部的过充电逻辑电路提供单节电池的实际电压，这些实际电压信号经过过充电逻辑控制部的过充电逻辑电路的运算后输出到过充电逻辑控制部的电压比较器，此时，输入电压比较器的电压信号一定是一个高于过充电逻辑电路输出的低电平的电压，所以电压比较器将其与设定的低于过充电逻辑电路输出的低电平的电压比较后向充电控制开关发出高电平，充电控制开关导通，电池组正常充电。当任何一节电池的实际电压高于设定的充电限制电压时，相应的差动电路就会向过充电逻辑电路发出低电平，过充电逻辑电路经过运算和电压比较器比较后，则向充电控制开关发出低电平，断开充电电路，停止充电。放电时，当每一节电池的实际电压都高于设定的放电限制电压时，过放电电压检测部的差动电路向过放电逻辑控制部的过放电逻辑电路提供单节电池的实际电压，这些实际电压信号经过过放电逻辑控制部的过放电逻辑电路的运算后输出到过放电逻辑控制部的电压比较器，与一个低于设定的相当于所述多个放电限制电压之和的电压进行比较，如果高于该电压，则向放电控制开关发出高电平，放电控制开关导通，电池组正常放电；如果低于该电压，则向放电控制开关发出低电平，放电控制开关断开，停止放电。当任何一节电池的实际电压低于设定的放电限制电压时，相应的差动电路就会向过放电逻辑电路发出低电平，过放电逻辑电路经过运算和电压比较器比较后，也向放电控制开关发出低电平，断开放电电路，停止放电。因此，在多节锂离子电池串联使用时，任本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，包括由输入输出端口和连接于输入输出
端口之间的电池单元组成的主电路，所述电池单元是由多节锂离子充电电池串联而成的电池
组；其特征在于：所述保护电路还包括过充电保护电路和过放电保护电路；所述过充电保护
电路包括一个串联在所述主电路中的充电控制开关，和可将电池的电压与设定电压进行比较
并输出比较结果的过充电电压检测部，和根据所述过充电电压检测部的输出信号控制所述充
电控制开关通/断的过充电逻辑控制部；所述过放电保护电路包括一个串联在所述主电路中的
放电控制开关，和可将电池的电压与设定电压进行比较并输出比较结果的过放电电压检测部，
和根据所述过放电电压检测部的输出信号控制所述放电控制开关通/断的过放电逻辑控制部。
2.根据权利要求1所述的大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，其特征在于：所
述过充电电压检测部包括连接在所述每一节电池的正负极两端、可将每一节电池的实际电压
与设定的该节电池的充电限制电压进行比较并分别输出比较结果的多个差动电路；所述过充
电逻辑控制部包括可根据所述这些差动电路的输出信号进行逻辑运算的过充电逻辑电路和可
将所述过充电逻辑电路输出的电压信号与一个设定的相当于过充电逻辑电路输出的低电平的
电压进行比较并输出比较结果的电压比较器。
3.根据权利要求1所述的大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，其特征在于：所
述过放电电压检测部包括连接在所述每一节电池的正负极两端、可将每一节电池的实际电压
与设定的该节电池的放电限制电压进行比较并分别输出比较结果的多个差动电路；所述过放
电逻辑控制部包括可根据所述这些差动电路的输出信号进行逻辑运算的过放电逻辑电路和可
将所述过放电逻辑电路输出的电压信号与一个设定的相当于所述多个放电限制电压之和的电
压进行比较并输出比较结果的电压比较器。
4.根据权利要求1至3任一项所述的大容量、高功率动力锂离子电池的保护电路，其特
征在于：所述电池单元的每一节电池的正负极两端分别连接一个均衡充电电路。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，刘振华，
申请(专利权)人：青岛海霸能源集团有限公司，
类型：实用新型
国别省市：