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CN113162175B - 一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路 - Google Patents

一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路 Download PDF

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CN113162175B CN202110441076.8A CN202110441076A CN113162175B CN 113162175 B CN113162175 B CN 113162175B CN 202110441076 A CN202110441076 A CN 202110441076A CN 113162175 B CN113162175 B CN 113162175B
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Abstract

本发明公开了一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路，包括锂电池、保险丝、电压检测芯片、场效应晶体管、电容、电阻，所述锂电池包括第一锂电池和第二锂电池，所述电压检测芯片包括第一电压检测芯片和第二电压检测芯片，所述场效应晶体管包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管和第四场效应晶体管，所述电容包括第一电容、第二电容和第三电容，所述电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻。本发明的多节锂一次电池串接电路防止过放保护有效性优异，可解决锂一次电池使用过程中的过充、过放、短路等问题，可大力推广应用。

Description

一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路
【技术领域】
本发明属于物联网、锂一次电池保护技术领域，涉及一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路。
【背景技术】
锂一次电池放完内部储存的电量，电压达到一定值后，继续放电就会造成过放电，通常锂一次原电池的截止电压为2.0V。电池过放可能会给电池带来灾难性的后果，特别是大电流过放，或反复过放。过放严重的情况下存在爆浆甚至爆炸的风险。
现有技术的电池存在以下问题：
1)锂一次电池不能过放，过放电池有不可逆转的损坏及安全风险，应防止电池过放现象产生；
2)电池串联组大多只会保护一组过放，不会保护串联时任何单节电池的过放；
3)电池串接组合时一般以同一批次多串组合，来保证性能一样，但是长期工作后可能会出现差异，某节电量多，个别节电量少，若仍继续使用，电量少的某节电池可能会存在过放。
探究解决以上技术问题，成为了新的研发趋势。
【发明内容】
本发明提供一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路，以解决锂一次电池使用过程中的过充、过放、短路等问题。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，包括锂电池、保险丝F1、电压检测芯片、场效应晶体管、电容、电阻，所述锂电池包括第一锂电池和第二锂电池，所述电压检测芯片包括第一电压检测芯片U1和第二电压检测芯片U2，所述场效应晶体管包括第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4，所述电容包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；
所述第一锂电池一端接脚位J1，另一端接脚位J3；第二锂电池一端接脚位J3，另一端接脚位J4；
所述保险丝F1与第一锂电池一端接J1的一端连接，另一端连接第八电阻R8、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第一电阻R1和第一场效应晶体管Q1的漏极连接；
所述第一电压检测芯片U1的第一脚连接第三电阻R3、第四电阻R4和第三场效应晶体管Q3的漏极；第一电压检测芯片U1的第二脚连接第八电阻R8；第一电压检测芯片U1的第三脚连接J3和第五电阻R5；
所述第二电压检测芯片U2的第一脚连接第二电阻R2和第三场效应晶体管Q3的栅极；第二电压检测芯片U2的第二脚连接第五电阻R5、第三场效应晶体管Q3的源极、第二电容C2、第四场效应晶体管Q4的源极和第二场效应晶体管Q2的源极；第二电压检测芯片U2的第三脚连接J4和第六电阻R6和第七电阻R7；
所述第一场效应晶体管Q1的栅极连接第一电阻R1、第二场效应晶体管Q2的漏极、第四场效应晶体管Q4的栅极和第二电容C2；第一场效应晶体管Q1的源极连接第三电容C3和输出端VBAT；
所述第二场效应晶体管Q2的栅极连接第四场效应晶体管Q4的漏极、第一电容C1、第四电阻R4；
所述第三电容C3一端连接第六电阻R6、第七电阻R7和输出端GND。
优选地，所述锂一次性电池为锂亚硫酰氯电池。
优选地，所述的锂亚硫酰氯电池包括ER14250锂亚硫酰氯电池、ER18505锂亚硫酰氯电池中的一种。
优选地，所述第一锂电池和第二锂电池的电压均为3.6V。
优选地，所述保险丝F1是电流2.5A可恢复保险丝。
优选地，所述场效应晶体管包括Pmos场效应晶体管和Nmos场效应晶体管。
优选地，所述Pmos场效应晶体管包括第一Pmos场效应晶体管Q1和第三Pmos场效应晶体管Q3，所述Nmos场效应晶体管包括第二Nmos场效应晶体管Q2和第四Nmos场效应晶体管Q4。
优选地，所述第三电容C3是超级电容。
优选地，所述超级电容为1F。
通过本技术方案，可以实现以下效果：
(1)本发明设置第一电容C1和第四电阻R4，第四Nmos场效应晶体管Q4和第二电容C2可防止临界点振荡变化导致输出变化，起到变化缓冲作用，保险丝F1、第六电阻R6和第七电阻R7可起到短路保护的作用，第三电容C3可提供大电流供电需求以及防止锂一次电池在临界电压点的开关抖动。
(2)本发明的多节锂一次电池串接电路防止过放保护有效性优异，可解决锂一次电池使用过程中的过充、过放、短路等问题，可大力推广应用。
【附图说明】
图1是本发明的多节锂一次电池串接防止过放保护电路示意图。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
实施例1
如图所示1，一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路，包括锂电池、保险丝F1、电压检测芯片、场效应晶体管、电容、电阻，所述锂电池包括第一锂电池和第二锂电池，所述电压检测芯片包括第一电压检测芯片U1和第二电压检测芯片U2，所述场效应晶体管包括Pmos场效应晶体管和Nmos场效应晶体管，所述Pmos场效应晶体管包括第一Pmos场效应晶体管Q1和第三Pmos场效应晶体管Q3，所述Nmos场效应晶体管包括第二Nmos场效应晶体管Q2和第四Nmos场效应晶体管Q4，所述电容包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8。
所述第一锂电池一端接脚位J1，另一端接脚位J3；第二锂电池一端接脚位J3，另一端接脚位J4，所述锂一次性电池为锂亚硫酰氯电池，所述的锂亚硫酰氯电池包括ER14250锂亚硫酰氯电池。
所述保险丝F1与第一锂电池一端接J1的一端连接，另一端连接第八电阻R8、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第一电阻R1和第一Pmos场效应晶体管Q1的漏极连接。
所述第一电压检测芯片U1的第一脚连接第三电阻R3、第四电阻R4和第三Pmos场效应晶体管Q3的漏极；第一电压检测芯片U1的第二脚连接第八电阻R8；第一电压检测芯片U1的第三脚连接J3和第五电阻R5。
所述第二电压检测芯片U2的第一脚连接第二电阻R2和第三Pmos场效应晶体管Q3的栅极；第二电压检测芯片U2的第二脚连接第五电阻R5、第三Pmos场效应晶体管Q3的源极、第二电容C2、第四Nmos场效应晶体管Q4的源极和第二Nmos场效应晶体管Q2的源极；第二电压检测芯片U2的第三脚连接J4和第六电阻R6和第七电阻R7。
所述第一Pmos场效应晶体管Q1的栅极连接第一电阻R1、第二Nmos场效应晶体管Q2的漏极、第四Nmos场效应晶体管Q4的栅极和第二电容C2；第一Pmos场效应晶体管Q1的源极连接第三电容C3和输出端VBAT(脚位J2)。
所述第二Nmos场效应晶体管Q2的栅极连接第四Nmos场效应晶体管Q4的漏极、第一电容C1、第四电阻R4。
所述第三电容C3一端连接第六电阻R6、第七电阻R7和输出端GND(脚位J5)。
本发明的多节锂一次电池串接防止过放保护电路的工作原理：
第一锂电池一端接J1，另一端接J3；第二锂电池一端接J3，另一端接J4，F1是电流2.5A可恢复保险丝，可防止大电流放电和短路保护；U1和U2是2.0V的第一电压检测芯片和第二电压检测芯片，第一电压检测芯片U1的VDD电压低于2.0V时第一脚输出低电平，第一电压检测芯片U1的VDD电压高于2.0V时第一脚输出开漏状态；Q1和Q3是第一Pmos场效应晶体管和第三Pmos场效应晶体管，Pmos场效应晶体管的GS有压差，则Pmos场效应晶体管的SD导通，否则高阻，Q2和Q4是第二Nmos场效应晶体管和第四Nmos场效应晶体管，导通原理类同上述的Pmos场效应晶体管导通原理。
若J1和J3以及J3和J4之间分别接上第一锂电池和第二锂电池，2个电池正常为3.6V，那么脚位B2和脚位VSS之间电压为7.2V，脚位B1和靠近J1的脚位GND之间电压为3.6V，电压检测芯片U1输出开漏状态，此时脚位TP5由于第三电阻R3电阻上拉为高7.2V，第二Nmos场效应晶体管Q2的GS＝3.6V大于导通电压，脚位B2和脚位TP1之间的压差为3.6V，第一Pmos场效应晶体管Q1的Vgs＝-3.6V满足第一Pmos场效应晶体管Q1的GS的导通条件，于是脚位VBAT的电压等于脚位B2处电压，电路正常输出为7.2V。
假设脚位B1和靠近J1的脚位GND之间的电压低于2.0V，即第二电压检测芯片U2的VDD低于2.0V，第二电压检测芯片U2输出低电平即脚位TP6为低，导致第三Pmos场效应晶体管Q3的DS导通，则脚位TP5和脚位TP4之间的电压相等，于是脚位TP3和脚位TP4电压相等，第二Nmos场效应晶体管Q2断开，脚位B2和脚位TP1之间的电压也相等，第一Pmos场效应晶体管Q1的GS之间电压为0，第一Pmos场效应晶体管Q1关断；第一电容C1和第四电阻R4，第四Nmos场效应晶体管Q4和第二电容C2可防止临界点振荡变化导致输出变化，起到变化缓冲作用，保险丝F1、第六电阻R6和第七电阻R7可起到短路保护的作用，第三电容C3是超级电容，容量为1F，其主要作用是提供大电流供电需求以及防止锂一次电池在临界电压点的开关抖动；
假设脚位B1和脚位B2之间电压低于2.0V，即第一电压检测芯片U1的VDD低于2.0V，则第一电压检测芯片输出电压脚位TP5和和脚位TP4电压相同，原理同上。
对实施例1的多节锂一次电池串接防止过放保护电路的相关脚位进行电压检测，以判断电路保护的有效性，结果如下表所示。
Figure GDA0003760438240000071
Figure GDA0003760438240000081
由上表可知，本发明的多节锂一次电池串接电路防止过放保护有效性优异，可解决锂一次电池使用过程中的过充、过放、短路等问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，包括锂电池、保险丝F1、电压检测芯片、场效应晶体管、电容、电阻，所述锂电池包括第一锂电池和第二锂电池，所述电压检测芯片包括第一电压检测芯片U1和第二电压检测芯片U2，所述场效应晶体管包括第一场效应晶体管Q1、第二场效应晶体管Q2、第三场效应晶体管Q3和第四场效应晶体管Q4，所述电容包括第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3，所述电阻包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8；
所述第一锂电池一端接脚位J1，另一端接脚位J3；第二锂电池一端接脚位J3，另一端接脚位J4；
所述保险丝F1与第一锂电池一端接J1的一端连接，另一端连接第八电阻R8、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第一电阻R1和第一场效应晶体管Q1的漏极连接；
所述第一电压检测芯片U1的第一脚连接第三电阻R3、第四电阻R4和第三场效应晶体管Q3的漏极；第一电压检测芯片U1的第二脚连接第八电阻R8；第一电压检测芯片U1的第三脚连接J3和第五电阻R5；
所述第二电压检测芯片U2的第一脚连接第二电阻R2和第三场效应晶体管Q3的栅极；第二电压检测芯片U2的第二脚连接第五电阻R5、第三场效应晶体管Q3的源极、第二电容C2、第四场效应晶体管Q4的源极和第二场效应晶体管Q2的源极；第二电压检测芯片U2的第三脚连接J4和第六电阻R6和第七电阻R7；
所述第一场效应晶体管Q1的栅极连接第一电阻R1、第二场效应晶体管Q2的漏极、第四场效应晶体管Q4的栅极和第二电容C2；第一场效应晶体管Q1的源极连接第三电容C3和输出端VBAT；
所述第二场效应晶体管Q2的栅极连接第四场效应晶体管Q4的漏极、第一电容C1、第四电阻R4；
所述第三电容C3一端连接第六电阻R6、第七电阻R7和输出端GND。
2.根据权利要求1所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述锂一次性电池为锂亚硫酰氯电池。
3.根据权利要求2所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述的锂亚硫酰氯电池包括ER14250锂亚硫酰氯电池、ER18505锂亚硫酰氯电池中的一种。
4.根据权利要求1所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述第一锂电池和第二锂电池的电压均为3.6V。
5.根据权利要求1所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述保险丝F1是电流2.5A可恢复保险丝。
6.根据权利要求1所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述场效应晶体管包括Pmos场效应晶体管和Nmos场效应晶体管。
7.根据权利要求6所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述Pmos场效应晶体管包括第一Pmos场效应晶体管Q1和第三Pmos场效应晶体管Q3，所述Nmos场效应晶体管包括第二Nmos场效应晶体管Q2和第四Nmos场效应晶体管Q4。
8.根据权利要求1所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述第三电容C3是超级电容。
9.根据权利要求8所述的多节锂一次电池串接防止过放保护电路，其特征在于，所述超级电容为1F。
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