带续流电路的锂电池保护电路装置.pdf

本发明涉及一种带续流电路的锂电池保护电路装置，由并接在保护电路的对外充、放输出端之间的受控的可通过正、反向电流的续流电路共同组成。续流电路在保护电路未保护性切断时处于不导通状态，而一但单体保护电路处于过充、过放保护状态时，续流电路便立即导通，仍可通过正、反向电流。使单体锂电池既可以单节使用，又可多节单体锂电池直接串联成组使用，特别是直接串联后的锂电池组不但每个单体锂电池都具有过充、过放、过流和短路保护功能，而且还不需外引节间抽头进行监测，不需另设均衡管理系统，其串联成组后本身就自动形成电池组均衡系统，从而具备充电上均衡、放电下均衡的功能。

权利要求书1.  一种带续流电路的锂电池保护电路装置，该装置包括通常的具有过充、过放、过流、 短路保护功能的单体保护电路，其特征是还包括单体续流电路，单体续流电路由P沟道 MOSFET管、二极管、和限流电路组成，其中P沟道MOSFET管的源极和二极管的负极与单体 保护电路的正输出端连接，P沟道MOSFET管的栅极与单体保护电路的充电控制端连接，P 沟道MOSFET管的漏极与限流电路的一端连接，限流电路的另一端和二极管的正极与单体保 护电路的负输出端连接。2.  根据权利要求1所述的带续流电路的锂电池保护电路装置，其特征在于：所述限流 电路为电阻，电阻的一端与P沟道MOSFET管的漏极连接，另一端与单体保护电路单元的负 输出端连接。3.  根据权利要求1所述的带续流电路的锂电池保护电路装置，其特征在于：所述限流 电路由电阻R和与电阻R并联的串联了电阻R0的发光二极管LED共同组成，串联了电阻R0 的发光二极管LED的正端和电阻R的一端与P沟道MOSFET管Q的漏极连接，串联了电阻R0 的发光二极管LED的负端和电阻R的另一端与单体保护电路的负输出端连接。4.  根据权利要求1所述的带续流电路的锂电池保护电路装置，其特征在于：所述限流 电路由n个(n为≥1的整数)串联了电阻Ro的发光二极管LED并联组成，其正端都与P 沟道MOSFET管的漏极连接，负端都连接到单体保护电路单元的负输出端P-。5.  根据权利要求1所述的带续流电路的锂电池保护电路装置，其特征在于：单体锂电 芯正极与所述带续流电路的锂电池保护电路装置的正输入端连接，单体锂电芯负极与所述 带续流电路的锂电池保护电路装置的负输入端连接，从而构成配有带续流电路的锂电池保 护电路装置的单体锂电池。

说明书带续流电路的锂电池保护电路装置
技术领域
本发明属于锂电池保护电路领域，涉及一种具有过充、过放、过流、短路保护功能，特 别是保护后具有充、放电续流功能的单体锂电池保护电路。
背景技术
现有的单体锂电池保护电路对单体锂电芯(锂电芯——没有加装保护装置的锂或锂离子 蓄电池)具有过充、过放、过流、短路保护功能，由其与单体锂电芯配置而成的单体锂电池(锂 电池——锂电芯加装保护板后的单体锂或锂离子蓄电池)在使用中不会因为锂电芯的过充或 过放而损坏，也保证了锂电池过电流及短路情况出现时，不会使锂电芯过热和起火。
如图1所示，现有技术的锂电池保护电路种类繁多，即有由保护监控芯片IC与外围原 件搭建起来的锂电池保护电路，又有高度集成的单片锂电池保护集成电路，但锂电池保护电 路装置及外引连接端的作用均可概括为：通过正、负输入端B+、B-分别连接锂电芯的正、负 极，对锂电芯的电压和电流进行监控，外部充电器的正、负输出端或负载的正、负输入端与 保护电路单元的正、负输出端P+、P-连接，通过保护电路装置对锂电芯充电或锂电芯向负载 放电。保护电路装置内都设有监测控制电路和电子开关，在监测到几种内部设定的阀值状态 出现时，控制电路的充、放控制端由高电平转为低电平并控制保护电路内的电子开关切断外 电路对锂电芯的充、放电通道，保护锂电芯不会因为过充电，过放电，过电流以及短路等情 况而损坏。
上述电路中的充电控制端OC也可以作为其他电路的控制端。
现有保护电路装置的功能及几种工作模式均可按如下所述概括：
锂电池正常工作模式：如果锂电芯电压低于过充保护电压阀值，高于过放保护电压阀值， 经过的电流小于过流保护阀值，此时充电控制端OC处于高电平，保护电路装置内的电子开 关处于闭合导通状态，锂电芯通过保护电路与外电路之间的充电或放电都将自由转换。
过充保护模式：在充电过程中，当锂电芯电压高于过充保护电压阀值，保护电路装置的 充电控制端OC翻转为低电平，同时保护电路断开电路内的电子开关，切断外电路对锂电芯 的充电通道，并保持保护电路的输出端P+、P-之间沿充电方向呈高阻相当于断开状态。
过放电流及短路保护模式：锂电池工作状态下，当放电电流等于或高于保护电路设定的 的阀值，或放电回路出现短路，引起异常大的电流时，保护电路断开电路内的电子开关，切 断锂电芯的放电通道，锂电芯停止放电。直到负载断开，保护电路才恢复到正常模式状态。
由以上所述现有保护电路装置只有对锂电芯的保护功能，由其与单体锂电芯配置而成的 单体锂电池也只适合单节使用。如果将其直接多节串联使用，由于各单体锂电池在性能指标 上不可能完全一致，在使用过程中各个单体锂电池间的容量、自放电、寿命衰减的不一致， 日积月累，各节电池会出现越来越大的电压偏差和实时存电量偏差，串联电池组内任何一个 单体电池的充、放电保护都会使整个串联电池组的充、放回路切断，以致在充、放电时会使 电池组内其他单体电池越来越多地充不满或放不完，各个单体锂电池容量潜能越来越不能充 分发挥。而另配置有均衡充、放电管理装置的锂电池组均需要节间抽头才能进行监测及进行 均衡充、放电管理。这就使生产成本及开发成本提高，尤其是相对于配置有锂电池组的产品 来说，无论是技术人员对产品的维护还是普通使用者对该产品的维护都很困难。
发明内容
本发明的目的是：
提供一种不但具有过充、过放、过流、短路保护功能，而且在保护状态仍可充、放续流 的单体锂电池保护电路装置。单体锂电芯正极与所述带续流电路的锂电池保护电路装置的正 输入端连接，单体锂电芯负极与所述带续流电路的锂电池保护电路装置的负输入端连接，从 而构成配有带续流电路的锂电池保护电路装置的单体锂电池。这样构成的单体锂电池既可以 单独使用，又可将多节单体锂电池直接串联成组使用，特别是直接串联后的锂电池组不但每 个单体锂电池都具有通常的过充、过放、过流和短路保护功能，而且还不需外引节间抽头进 行监测，不需另设均衡管理系统，其串联成组后本身就自动形成电池组均衡系统，从而具备 充电上均衡、放电下均衡的功能。使单体电池成组使用大为简单、方便，使生产成本及开发 成本降低，尤其是相对于配置锂电池组的产品来说，无论是技术人员还是普通使用者对该产 品的维护及单体锂电池的更换都很简单方便。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
如图2、图7所示，一种带续流电路的锂电池保护电路装置，其特征是，该装置由通常 的具有过放、过流、短路保护功能的单体锂电池保护电路和单体续流电路共同组成；在现有 的单体锂电池保护电路的对外充、放正输出端P+与负输出端P-之间并接一个受控的可通过 正、反向电流的续流电路，所述单体续流电路在单体锂电池保护电路未保护性切断时处于不 导通状态，而一但单体锂电池保护电路处于过充、过放保护状态而将锂电芯的充、放电回路 切断时，单体续流电路便立即导通，仍给正输出端P+和负输出端P-之间提供一个电流通道， 使正输出端P+与负输出端P-间仍可通过正、反向电流。这样当两个以上配置有本发明保护 0路装置的锂电池串联成电池组时，任何一节单体锂电池的保护电路装置在本节锂电芯的 充、放电到限而保护性切断对本节锂电芯的充、放回路时，都会有本节的续流电路立即导通， 延续整个串联电池组的充、放电回路，使电池组其他单体锂电池的充或放电仍可继续进行。
串联电池组内的各个单节锂电池在充电时，均可本节充满本节保护切断，本节续流电路 单元导通续流，直至各个单体锂电池全部充满，从而达到充电上均衡；而放电时，各个单体 电池可分别放电保护，本节续流电路导通续流，直至串联电池组内最后一节放电保护，只要 用电负载要求的电源输入电压范围下限足够宽，串联电池组的容量潜能就可充分发挥出来。
由于充、放保护性切断、旁路电路导通续流都是在各个单体锂电池上自身完成的，单体 锂电芯回路的切断不影响整个电池组的充放继续进行，所以即便是组成串联电池组的单体电 池容量差异较大，在电池组内的各个单体锂电池也都可以充分发挥自身的容量潜能，某个单 体电池的参数不佳不会对其他电池的容量潜能充分发挥产生制约作用，这就使组成串联电池 组时对各个单体电池的容量配对选择不用那么严格，有利于降低成本。
下面详述本发明的工作过程。
如图3所示，一种带续流电路的锂电池保护电路装置，该装置包括通常的具有过充、过 放、过流、短路保护功能的单体保护电路，其特征是还包括单体续流电路，单体续流电路由P 沟道MOSFET管、二极管、和限流电路组成，其中P沟道MOSFET管的源极和二极管的负极与 单体保护电路的正输出端连接，P沟道MOSFET管的栅极与单体保护电路的充电控制端连接， P沟道MOSFET管的漏极与限流电路的一端连接，限流电路的另一端和二极管的正极与单体保 护电路的负输出端连接。
所述带续流电路的锂电池保护电路装置，当外部充电器的正、负极分别与锂电池保护电 路的装置正输出端P+、负输出端P-连接经过单体保护电路对单体锂电芯CELL正常充电时， 单体保护电路的充电控制端OC为高电平，该电平加到P沟道MOSFET管Q的栅极，P沟道MOSFET 管Q处于断开状态，限流电路无电流通过，二极管D处于反接，也无电流通过，外部充电器 通过单体保护电路对单体锂电芯CELL正常充电。随着充电的进行，单体锂电芯CELL的电压 逐渐上升，当充满达到单体保护电路内置的上限保护电压阀值时，充电控制端OC翻转为低 电平，单体保护电路切断外电路对锂电芯CELL的充电通道，保护锂电芯CELL不会过充，并 保持单体保护电路相对于正输出端P+与负输出端P-之间呈高阻相当于断开状态，此时充电 控制端OC的低电平也加到P沟道MOSFET管Q的栅极，使P沟道MOSFET管Q导通，外部充 电器将通过P沟道MOSFET管Q、限流电路继续流过电流，这样在输出端P+、P-间又有了一 个电流通道。
如图3所示，单体锂电芯正极与所述带续流电路的锂电池保护电路装置的正输入端连接， 单体锂电芯负极与所述带续流电路的锂电池保护电路装置的负输入端连接，从而构成配有带 续流电路的锂电池保护电路装置的单体锂电池。
如图7所示，当由两个以上的配备有本发明保护装置的单体锂电池串联成组使用时，外 部充电器的正、负极分别与电池组的正输出端BAT+、电池组的负输出端BAT-连接，如果此 时某节单体锂电池已处于充满保护状态时，但其之外的电池仍未充满，那么该节的续流电路 仍会给整个充电回路提供充电电流通道，使其他串联的电池还可以继续充电，直至各个都分 别充满，分别保护，分别续流，直至全部充满，从而实现了串联电池组的充电上均衡。
在正常放电时，在外部负载的正、负输入端分别与电池组的正输出端BAT+、电池组的负 输出端BAT-连接，各个锂电芯经过本节单体保护电路对负载正常放电，各单体保护电路的充 电控制端OC均为高电平，该电平加到各自续流电路中P沟道MOSFET管Q的栅极，P沟道MOSFET 管Q处于断开状态，限流电路无电流通过，二极管D处于反接，也无电流通过，放电正常进 行。随着放电的进行，各锂电芯CELL两端逐渐降低，当某节的锂电芯电压降到过放保护电 压阀值以下时，该节单体保护电路切断本节锂电芯对负载的放电通道，停止放电，单体保护 电路相对于其输出端P+、P-之间沿放电方向呈高阻相当于断开状态。如果此时其他的锂电池 未放电保护仍可供电，那么整体放电回路的电压会向该节锂电池的负输出端P-施加正电压， 向正输出端P+施加负电压，此时该节单体续流电路的二极管D正向导通，仍会给整个放电回 路提供通道，流过放电电流，使串联电池组内其他的未保护的电池继续放电。这样各个串联 的单体电池可分别放电终止，分别切断，分别续流电路导通，直至串联电池组内最后一节放 电保护才结束放电，这样就使整个电池组的容量潜能都可释放出来。
图1为现有锂电池保护装置的示意图
图2为本发明的示意框图
图3为本发明的结构示意图
图4为本发明实施方式1的结构示意图
图5为本发明实施方式2的结构示意图
图6为本发明实施方式3的结构示意图
图7为本发明装置串联成组使用时的示意图
具体实施例1
如图4所示，带续流电路的锂电池保护电路，由单体电池芯保护电路和单体续流电路共 同组成，并做在一块电路板上。所述单体续流电路由P沟道MOSFET管Q、限流电路、二极管 D组成，限流电路为电阻R，单体锂电池保护电路的正输出端P+与P沟道MOSFET管Q的源极 和二极管D的负极连接，单体电池芯保护电路的节点OC与P沟道MOSFET管Q的栅极连接， P沟道MOSFET管Q的漏极与电阻R的一端连接，电阻R的另一端和二极管D的正极与单体锂 电芯保护电路的负输出端P-连接。
正常充电时，单体保护电路处于未保护状态，外部充电回路的正、负电压别加到正输出 端P+、负输出端P-，经过单体保护电路后施加在正输入端B+、负输入端B-上，对正、负极 分别跨接其上的单体锂电芯CELL正常充电，此时充电控制端OC为高电平，该电平加到P沟 道MOSFET管Q的栅极，P沟道MOSFET管Q处于断开状态，由电阻R构成的限流电路无电流 通过，二极管D处于反接，也无电流通过，续流电路单元没有电流通过。
随着充电的进行，单体锂电芯CELL的电压逐渐上升，当充满达到单体锂电芯保护电路 内置的上限保护电压阀值时，单体锂电池保护电路切断对单体锂电芯CELL的充电回路，同 时保护电路的充电控制端OC翻转为低电平，该低电平加到P沟道MOSFET管Q的栅极，使其 导通，外部电源将通沿正输出端P+→沟道MOSFET管Q的源极、漏极→电阻R→负输出端P- 继续流过电流。这样虽然从单体电池芯保护电路的充电通道处于断开状态，但续流电路又在 正输出端P+与负输出端P-间提供了一个电流由正输出端P+流向负输出端P-的电流通道，只 要设置不同的限流电路的电阻R的值就可得到不同的续流电流值。
如图7所示，当由两个以上的配备有本发明保护装置的单体锂电池串联成组使用时， 外部充电器的正、负极分别与电池组的正输出端BAT+、电池组的负输出端BAT-连接，如果 此时某节单体锂电池已处于充满保护状态时，但其之外的电池仍未充满，那么该节的续流电 路仍会给整个充电回路提供充电电流通道，使其他串联的电池还可以继续充电，直至各个都 分别充满，分别保护，分别续流，直至全部充满，从而实现了串联电池组的充电上均衡。
在正常放电时，在外部负载的正、负输入端分别与电池组的正输出端BAT+、电池组的负 输出端BAT-连接，各个锂电芯经过本节单体保护电路对负载正常放电，各单体保护电路的充 电控制端OC均为高电平，该电平加到各自续流电路中P沟道MOSFET管Q的栅极，P沟道MOSFET 管Q处于断开状态，限流电路无电流通过，二极管D处于反接，也无电流通过，放电正常进 行。随着放电的进行，各锂电芯CELL两端逐渐降低，当某节的锂电芯电压降到过放保护电 压阀值以下时，该节单体保护电路切断本节锂电芯对负载的放电通道，停止放电，单体保护 电路相对于其输出端P+、P-之间沿放电方向呈高阻相当于断开状态。如果此时其他的锂电池 未放电保护仍可供电，那么整体放电回路的电压会向该节锂电池的负输出端P-施加正电压， 向正输出端P+施加负电压，此时该节单体续流电路的二极管D正向导通，仍会给整个放电回 路提供通道，流过放电电流，使串联电池组内其他的未保护的电池继续放电。这样各个串联 的单体电池可分别放电终止，分别切断，分别续流电路导通，直至串联电池组内最后一节放 电保护才结束放电，这样就使整个电池组的容量潜能都可释放出来。由于续流通道的存在， 即充分发挥了整个电池组的电容量潜能，又达到了下均衡。
具体实施方式2
如图5所示，按实施例1所示，其特征是所述限流电路由电阻R和与电阻R并联的串联 了电阻R0的发光二极管LED共同组成，串联了电阻Ro的发光二极管LED的正端和电阻R的 一端与P沟道MOSFET管Q的漏极连接，串联了电阻Ro的发光二极管LED的负端和电阻R的 另一端与单体保护电路的负输出端P-连接。
按具体实施例1中所述，当P沟道MOSFET管Q导通时，发光二极管LED和电阻R0组成 的串联电路中也有电流通过，发光二极管LED发光，既可以作为限流电路产生续流作用，又 可以作为单体锂电池充满的指示。
具体实施方式3
如图6所示，按具体实施方式1所述，其特征是：所述限流电路由n个(n为≥1的整 数)串联了电阻Ro的发光二极管LED并联组成，其正端都与P沟道MOSFET管的漏极连接， 负端都连接到单体保护电路单元的负输出端P-。
按具体实施方式1所述，在保护电路处于充电保护状态P沟道MOSFET管Q导通时，n 个串联了Ro的发光二极管LED都流过电流，不但可以作为限流电路产生续流作用，还可以 作为照明光源使用。