一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，連接于電池組與電動工具之間，包括電源控制模塊、功率輸出模塊、基準(zhǔn)源模塊和運(yùn)算放大模塊，各個(gè)模塊間兩兩相連。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有電路結(jié)構(gòu)簡單，能夠有效降低生產(chǎn)成本的優(yōu)點(diǎn)，且保護(hù)板自耗電小。
【專利說明】一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種電池組保護(hù)電路，具體地說是一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]目前電動工具領(lǐng)域，在設(shè)計(jì)多個(gè)串聯(lián)鋰離子電池的電池組保護(hù)應(yīng)用方面，沒有專用的保護(hù)芯片，而且有部分電動工具設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)要求電源開關(guān)一直導(dǎo)通，這就要求保護(hù)板實(shí)施保護(hù)后，在不斷開電源開關(guān)的情況下自耗電要小，避免對電池組有不良影響，比較常見的電池組保護(hù)設(shè)計(jì)有MCU單片機(jī)方案和采用單節(jié)保護(hù)IC分壓方案，MCU單片機(jī)方案在設(shè)計(jì)成本、生產(chǎn)成本上都沒有優(yōu)勢，實(shí)施電路復(fù)雜、電路元器件相對較多，需要編寫軟件程序。另一方面，單節(jié)保護(hù)IC分壓方案的實(shí)施也存在電路元器件相對較多的情況，而且在這兩種方案中，保護(hù)板實(shí)施保護(hù)后，如果電源開關(guān)不斷開，保護(hù)板本身的自耗電相對較大。
[0003]針對部分電動工具設(shè)計(jì)的特殊要求，采用目前這兩種方案均存在有電路元器件相對較多、自耗電相對較大的缺點(diǎn)。研究設(shè)計(jì)一種新型保護(hù)電路，以適用在電動工具電源開關(guān)不斷開的情況下，能夠有效減小保護(hù)板本身自耗電，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題是十分有必要的。鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，本適用新型的目的是研究設(shè)計(jì)一種新型的保護(hù)電路，以解決電路成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自耗電大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，以適用在電動工具電源開關(guān)不斷開的情況下，能夠有效減小保護(hù)板本身自耗電。
[0005]為了解決上述問題，本實(shí)用新型的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，連接于電池組與電動工具之間，包括
[0006]電源控制模塊，用于控制功率輸出模塊，驅(qū)動電動工具運(yùn)作與自鎖，分別與基準(zhǔn)源模塊、運(yùn)算放大模塊相連，并直接連至輸出端；
[0007]功率輸出模塊，用于控制電路的功率輸出，串聯(lián)在電池組負(fù)極B-與電路輸出負(fù)極P-之間；
[0008]基準(zhǔn)源模塊，為運(yùn)算放大模塊提供基準(zhǔn)電壓輸入，與運(yùn)算放大模塊相連；
[0009]運(yùn)算放大模塊，用于對電池組進(jìn)行過放保護(hù)和降低保護(hù)板的自耗電。
[0010]優(yōu)選的，所述基準(zhǔn)源模塊包括電阻R5、陰極通過電阻R5連接至電源控制模塊的基準(zhǔn)源U2、并聯(lián)在基準(zhǔn)源U2的陰極與陽極之間的電容Cll ;所述基準(zhǔn)源U2的參考極接到自身的陰極，基準(zhǔn)源U2的陽極邏輯接地。
[0011]優(yōu)選的，所述運(yùn)算放大模塊包括第一比較器和開關(guān)元件Q13 ;所述第一比較器的同相輸入端通過電阻R33與基準(zhǔn)源模塊相連，第一比較器的反相輸入端連接至由電阻R7、電阻R14和電阻R19組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，第一比較器的輸出端通過二極管D12和電阻R35連接至開關(guān)元件Q13的控制端，二極管的陽極與第一比較器的輸出端相連，開關(guān)元件Q13連接在電源控制模塊與地之間。
[0012]優(yōu)選的，所述電源控制模塊包括開關(guān)K1、串聯(lián)在開關(guān)Kl與電路輸出端口正極P+之間的保險(xiǎn)絲F1、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與功率輸出模塊之間的開關(guān)元件Q1、串聯(lián)在開關(guān)元件Ql的控制端與地之間的開關(guān)元件Q3、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與開關(guān)元件Q3的控制端之間的開關(guān)元件Q2、串聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與地之間的開關(guān)元件Q4 ;所述開關(guān)元件Q4的控制端通過電阻R15、二極管D4、電阻R38連接至開關(guān)元件Q5的控制端，二極管D4的陽極與電阻R38相連。
[0013]優(yōu)選的，還包括溫度檢測模塊。
[0014]優(yōu)選的，所述溫度檢測模塊包括第二比較器、與第二比較器的反相輸入端相連的溫度傳感器THl ;所述第二比較器通過電阻R6、電阻R9與電源控制模塊相連，第二比較器的同相輸入端連接至電阻R6和電阻R31之間的節(jié)點(diǎn)，第二比較器的輸出端連接至二極管D13的陽極，并通過二極管D13連接到運(yùn)算放大模塊。
[0015]優(yōu)選的，還包括照明模塊；所述照明模塊包括電阻R4和發(fā)光二極管D5 ；電阻R4和發(fā)光二極管D5串聯(lián)后連接在電路輸出端的正負(fù)極，發(fā)光二極管D5的負(fù)極與輸出端負(fù)極P-相連。
[0016]優(yōu)選的，還包括電量顯示模塊，所述電量顯示模塊包括同相輸入端相互連接的第三比較器和第四比較器、通過電阻分別與第三比較器的輸出端和第四比較器的輸出端相連的發(fā)光二極管D6和發(fā)光二極管D7、通過電阻R28與電影控制模塊相連的發(fā)光二極管D8 ;所述三個(gè)發(fā)光二極管的陰極邏輯共地，所述第三比較器的反相輸入端、第四比較器的反相輸入端與基準(zhǔn)源模塊相連。
[0017]優(yōu)選的，所述開關(guān)元件Ql為MOS管，所述開關(guān)元件Q2為晶體管，所述開關(guān)元件Q3為MOS管，所述開關(guān)元件Q4為晶體管，所述開關(guān)元件Q5為MOS管，所述開關(guān)元件Q13為晶體管。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):一、采用基準(zhǔn)源、運(yùn)算放大器構(gòu)成串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，電路原理結(jié)構(gòu)得到有效簡化，降低生產(chǎn)成本；二、采用MOS管控制保護(hù)板自身自耗電，實(shí)現(xiàn)低功耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施的電路模塊示意圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施的具體電路示意圖。
[0021]圖3為本實(shí)用新型實(shí)施的電源控制模塊電路示意圖。
[0022]圖4為本實(shí)用新型實(shí)施的運(yùn)算放大模塊電路示意圖。
[0023]圖5為本實(shí)用新型實(shí)施的基準(zhǔn)源模塊電路示意圖。
[0024]圖6為本實(shí)用新型實(shí)施的溫度控制模塊電路示意圖。
[0025]圖7為本實(shí)用新型實(shí)施的電量顯示模塊電路示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述。
[0027]本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如圖1?圖6所示，一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，連接于電池組與電動工具之間，包括電源控制模塊、基準(zhǔn)源模塊、運(yùn)算放大模塊、溫度檢測模塊、照明模塊和電量指示模塊。
[0028]其中，電源控制模塊，用于控制電機(jī)的運(yùn)作與自鎖，分別與基準(zhǔn)源模塊、運(yùn)算放大模塊相連，并直接連至輸出端。
[0029]功率輸出模塊，用于控制電路的功率輸出，串聯(lián)在電池組負(fù)極B-與電路輸出負(fù)極P-之間。
[0030]基準(zhǔn)源模塊，為運(yùn)算放大模塊提供基準(zhǔn)電壓輸入，與運(yùn)算放大模塊相連。
[0031]運(yùn)算放大模塊，用于對電池組進(jìn)行過放保護(hù)和降低保護(hù)板的自耗電。
[0032]溫度檢測模塊，檢測并監(jiān)控電池組溫度。
[0033]照明模塊，為電路提供照明。
[0034]電量指示模塊，顯示電池組的當(dāng)前電量。
[0035]基準(zhǔn)源模塊包括電阻R5、陰極通過電阻R5連接至電源控制模塊的基準(zhǔn)源U2、并聯(lián)在基準(zhǔn)源U2的陰極與陽極之間的電容Cll ;基準(zhǔn)源U2的參考極接到自身的陰極，基準(zhǔn)源U2的陽極邏輯接地。
[0036]運(yùn)算放大模塊包括第一比較器和開關(guān)元件Q13 ;第一比較器的同相輸入端通過電阻R33與基準(zhǔn)源模塊相連，第一比較器的反相輸入端連接至由電阻R7、電阻R14和電阻R19組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，第一比較器的輸出端通過二極管D12和電阻R35連接至開關(guān)元件Q13的控制端，二極管的陽極與第一比較器的輸出端相連，開關(guān)元件Q13連接在電源控制模塊與地之間。
[0037]電源控制模塊包括開關(guān)K1、串聯(lián)在開關(guān)Kl與電路輸出端口正極P+之間的保險(xiǎn)絲F1、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與功率輸出模塊之間的開關(guān)元件Q1、串聯(lián)在開關(guān)元件Ql的控制端與地之間的開關(guān)元件Q3、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與開關(guān)元件Q3的控制端之間的開關(guān)元件Q2、串聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與地之間的開關(guān)元件Q4 ;開關(guān)元件Q4的控制端通過電阻R15、二極管D4、電阻R38連接至功率輸出模塊，二極管D4的陽極與電阻R38相連。
[0038]溫度檢測模塊包括第二比較器、與第二比較器的反相輸入端相連的溫度傳感器THl ;第二比較器通過電阻R6、電阻R9與電源控制模塊相連，第二比較器的同相輸入端連接至電阻R6和電阻R31之間的節(jié)點(diǎn)，第二比較器的輸出端連接至二極管D13的陽極，并通過二極管D13連接到運(yùn)算放大模塊。
[0039]照明模塊包括電阻R4和發(fā)光二極管D5 ;電阻R4和發(fā)光二極管D5串聯(lián)后連接在電路輸出端的正負(fù)極，發(fā)光二極管D5的負(fù)極與輸出端負(fù)極P-相連。
[0040]電量顯示模塊，電量顯示模塊包括同相輸入端相互連接的第三比較器和第四比較器、通過電阻分別與第三比較器的輸出端和第四比較器的輸出端相連的發(fā)光二極管D6和發(fā)光二極管D7、通過電阻R28與電影控制模塊相連的發(fā)光二極管D8 ;三個(gè)發(fā)光二極管的陰極邏輯共地，所述第三比較器的反相輸入端、第四比較器的反相輸入端與基準(zhǔn)源模塊相連。
[0041]開關(guān)元件Ql為MOS管，開關(guān)元件Q2為晶體管，開關(guān)元件Q3為MOS管，開關(guān)元件Q4為晶體管，開關(guān)元件Q5為MOS管，開關(guān)元件Q13為晶體管。[0042]在本實(shí)施例中，第一比較器為運(yùn)算放大器U1A，第二比較器為運(yùn)算放大器U1D，第三比較器為運(yùn)算放大器U1B，第四比較器為運(yùn)算放大器U1C。
[0043]該保護(hù)電路的工作過程如下:
[0044]閉合開關(guān)Kl，通過電阻R32、電阻R13、電阻R16、電容C4、電容C6使MOS管Q3導(dǎo)通，然后通過電阻R11、電阻R3、電容C3、二極管D2使MOS管Ql導(dǎo)通。通過電阻R21、電阻R38提供高電平使功率輸出MOS管Q5導(dǎo)通，電路輸出端的正負(fù)極P+/P-輸出電壓。電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
[0045]當(dāng)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)后，通過二極管D4、電阻R15、電阻R17、電容C7使晶體管Q4導(dǎo)通，通過電阻R12、電阻R2、電容C2使晶體管Q2導(dǎo)通，通過電阻R13、電阻R16、電容C6使MOS管Q3導(dǎo)通，電源控制模塊進(jìn)入自鎖工作狀態(tài)。
[0046]同時(shí)，通過電阻R5、電容Cll給基準(zhǔn)源U2提供偏置電壓，使基準(zhǔn)源模塊工作。
[0047]通過電阻R33、電容Cll向運(yùn)算放大器UlA的同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓，通過電阻R7、電阻R14、電阻R19、電容ClO向運(yùn)算放大器UlA的反相輸入端提供比較電壓，使運(yùn)算放大器UlA工作在電壓比較器狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)算放大器UlA第二腳電壓值低于第三腳基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器UlA輸出端輸出高電平，通過二極管D12、電阻R35、電阻R36、電容C15使晶體管Q13導(dǎo)通，使保護(hù)板進(jìn)入過放保護(hù)狀態(tài)。
[0048]當(dāng)保護(hù)板進(jìn)入過放保護(hù)狀態(tài)后，由于晶體管Q13處于導(dǎo)通狀態(tài)，二極管D4、電阻R15、電阻R17、電容C7使晶體管Q4偏置電壓為低電平，晶體管Q4截止，電阻R12、電阻R2、電容C2使晶體管Q2偏置電壓為高電平，晶體管Q2截止。保護(hù)板進(jìn)入低自耗電狀態(tài)。
[0049]在溫度檢測模塊中，通過電阻R6、電阻R31給運(yùn)算放大器UlD的同相輸入端提供溫度基準(zhǔn)電壓，通過電阻R9，溫度傳感器THl給運(yùn)算放大器UlD的反相輸入端提供溫度比較電壓，使運(yùn)算放大器UlD工作在電壓比較器狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)算放大器UlD反相輸入端的電壓低于其同相輸入端的電壓時(shí)，運(yùn)算放大器UlD的輸出端輸出高電平，通過二極管D13、電阻R35、電阻R36、電容C15使晶體管Q13導(dǎo)通，使保護(hù)板進(jìn)入溫度保護(hù)狀態(tài)。
[0050]在電量顯示模塊中，通過電阻R5、電阻R20、電阻R24、電阻R25、電容Cl 1、基準(zhǔn)源U2向運(yùn)算放大器UlB的反相輸入端、運(yùn)算放大器UlC的反相輸入端提供基準(zhǔn)電壓，通過電阻R8、電阻R22、電阻R27向運(yùn)算放大器UlB的同相輸入端、運(yùn)算放大器UlC的同相輸入端提供比較電壓，使運(yùn)算放大器U1B、運(yùn)算放大器UlC工作在電壓比較器狀態(tài)。當(dāng)運(yùn)算放大器UlB同相輸入端的電壓值高于其反向輸入端的基準(zhǔn)電壓，運(yùn)算放大器UlC同相輸入端的電壓值高于其反相輸入端的基準(zhǔn)電壓時(shí)，運(yùn)算放大器UlB輸出端、運(yùn)算放大器UlC輸出端輸出高電平，通過電阻R18、電阻R23、電阻R28，點(diǎn)亮發(fā)光二極管D6、發(fā)光二極管D7、發(fā)光二極管D8，實(shí)現(xiàn)電量指示功能。
[0051]通過電阻R4點(diǎn)亮發(fā)光二極管D5，實(shí)現(xiàn)照明燈功能。
[0052]通過保險(xiǎn)絲Fl實(shí)現(xiàn)鋰離子電池輸出端短路保護(hù)功能。
[0053]當(dāng)鋰離子電池過放保護(hù)后，在電動工具電源開關(guān)不斷開的情況下采用MOS管控制保護(hù)板自耗電，實(shí)現(xiàn)低功耗，實(shí)際測試自耗電為IuA左右。
[0054]在上述實(shí)施例中，四個(gè)比較器可使用單獨(dú)的運(yùn)算放大器，也可使用集成度較高的集成運(yùn)算放大器，在此不做限定。
[0055]以上為本實(shí)用新型較佳的實(shí)現(xiàn)方式，需要說明的是，在不背離本實(shí)用新型精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本實(shí)用新型作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些改變和變形都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，連接于電池組與電動工具之間，包括 電源控制模塊，用于控制功率輸出模塊，驅(qū)動電動工具運(yùn)作與自鎖，分別與基準(zhǔn)源模塊、運(yùn)算放大模塊相連，并直接連至輸出端； 功率輸出模塊，用于控制電路的功率輸出，串聯(lián)在電池組負(fù)極B-與電路輸出負(fù)極P-之間； 其特征在于:還包括 基準(zhǔn)源模塊，為運(yùn)算放大模塊提供基準(zhǔn)電壓輸入，與運(yùn)算放大模塊相連； 運(yùn)算放大模塊，用于對電池組進(jìn)行過放保護(hù)和降低保護(hù)板的自耗電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述基準(zhǔn)源模塊包括電阻R5、陰極通過電阻R5連接至電源控制模塊的基準(zhǔn)源U2、并聯(lián)在基準(zhǔn)源U2的陰極與陽極之間的電容Cll ;所述基準(zhǔn)源U2的參考極接到自身的陰極，基準(zhǔn)源U2的陽極邏輯接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述運(yùn)算放大模塊包括第一比較器和開關(guān)元件Q13 ;所述第一比較器的同相輸入端通過電阻R33與基準(zhǔn)源模塊相連，第一比較器的反相輸入端連接至由電阻R7、電阻R14和電阻R19組成的分壓網(wǎng)絡(luò)，第一比較器的輸出端通過二極管D12和電阻R35連接至開關(guān)元件Q13的控制端，二極管的陽極與第一比較器的輸出端相連，開關(guān)元件Q13連接在電源控制模塊與地之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述電源控制模塊包括開關(guān)K1、串聯(lián)在開關(guān)Kl與電路輸出端口正極P+之間的保險(xiǎn)絲F1、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與功率輸出模塊之間的開關(guān)元件Q1、串聯(lián)在開關(guān)元件Ql的控制端與地之間的開關(guān)元件Q3、串聯(lián)在電路輸出端口正極P+與開關(guān)元件Q3的控制端之間的開關(guān)元件Q2、串聯(lián)在開關(guān)元件Q2的控制端與地之間的開關(guān)元件Q4 ;所述開關(guān)元件Q4的控制端通過電阻Rl5、二極管D4、電阻R38連接至功率輸出模塊，二極管D4的陽極與電阻R38相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，還包括溫度檢測模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述溫度檢測模塊包括第二比較器、與第二比較器的反相輸入端相連的溫度傳感器THl ;所述第二比較器通過電阻R6、電阻R9與電源控制模塊相連，第二比較器的同相輸入端連接至電阻R6和電阻R31之間的節(jié)點(diǎn)，第二比較器的輸出端連接至二極管D13的陽極，并通過二極管D13連接到運(yùn)算放大模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，還包括照明模塊；所述照明模塊包括電阻R4和發(fā)光二極管D5 ;電阻R4和發(fā)光二極管D5串聯(lián)后連接在電路輸出端的正負(fù)極，發(fā)光二極管D5的負(fù)極與輸出端負(fù)極P-相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，還包括電量顯示模塊，所述電量顯示模塊包括同相輸入端相互連接的第三比較器和第四比較器、通過電阻分別與第三比較器的輸出端和第四比較器的輸出端相連的發(fā)光二極管D6和發(fā)光二極管D7、通過電阻R28與電影控制模塊相連的發(fā)光二極管D8 ;所述三個(gè)發(fā)光二極管的陰極邏輯共地，所述第三比較器的反相輸入端、第四比較器的反相輸入端與基準(zhǔn)源模塊相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的串聯(lián)型鋰離子電池組保護(hù)電路，其特征在于，所述開關(guān)元件Ql為MOS管，所述開關(guān)元件Q2為晶體管，所述開關(guān)元件Q3為MOS管，所述開關(guān)元件Q4為晶體管，所述開關(guān)元件Q5為MOS管，所述開關(guān)元件Q13為晶體管。
【文檔編號】H02H7/18GK203491682SQ201320668094
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月28日
【發(fā)明者】余敏 申請人:惠州市藍(lán)微電子有限公司