CN201364940Y - 一种新型多用途锂电池组及其保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型多用途锂电池组及其保护电路，包含一个或多个电池单元，各电池单元既可以并联，也可以串联，每个电池单元都有一相对独立的电压检测电路模块，电压检测电路模块可检测其电池单元的电压信息，各电池单元电路的输出信号受上一个电池单元的输出信号控制；其可以通过将电池单元以任意串、并联方式组合出不同电压不同容量的电池组，这个电池组具有公用的正极和负极以及一个充放电控制信号输入接口和一个充放电控制信号输出接口。本实用新型有益效果为：以不同组合方式组合成多种电压、容量的电池组，大大拓展了其使用范围，有利于产品的推广；生产成本低。

Description

一种新型多用途锂电池组及其保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种锂电池组，尤其是可任意改变组合方式，组合出不同容量和电压的一种新型多用途锂电池组及其保护电路。

背景技术

自100多年前发明了铅酸电池，可充电电池就因为使用成本低廉而被广泛的应用到人们的生活中。但是随着科学技术水平的不断进步，近年来可以生产出质量更轻、体积更小、能量密度更高、使用寿命更长的锂电池，因而被广泛的用做手机、笔记本电脑、电动工具等便携式用电池的电源。

可充电电池在使用过程中，过充电、过放电和过电流都会影响电池的使用寿命，甚至发生危险。所以为了电池的可靠使用，电池最好加装保护电路板，尤其是锂电池都是必须加装保护电路的，因此世界上各大IC厂商都推出了适合于一节到四节电池集成保护芯片，但是对于更多串电池组的保护，需要多个电池集成保护芯片和较多的外围电路组合，电路复杂，成本高，所以锂电池组所使用的保护板，都是制作在一块电路板上，保护板设有每一节电池的电压检测端子和充放电控制开关。通常，在生产锂电池组的时候，需要先组合好电池组，然后通过与电池组连接在一起的保护板监测电池组内的每一节电池的电压变化，在出现过压、欠压、过流等异常情况的时候，可以及时关断电池组的输出。

因为保护板的限制，所以每一种电压的锂电池组都需要相应的一种保护板，因而大容量、高电压电池组制作困难，成本也高。电池一旦组合，也无法更改电池规格，因而最终用户使用很不方便，使得高电压、大容量的锂电池组应用受到极大地限制，在很多领域至今还在使用重量高、体积大容量低的铅酸电池。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型多用途锂电池组及其保护电路，其对现有锂电池的组合方式作出了重要突破。使用这种全新的电路结构和组合方式，大容量锂电池组合将变的非常容易，就象搭积木一样，用户可以根据需要随意变换电池组的规格和形状，比如一个2并8串的24V10Ah锂电池组，无需改变电池和电路，只需改变连线方式，就可以简单的组合出4并4串的12V20AH或者1并16串的48V4AH的锂电池组，大大拓展了其使用范围。厂家也因为只需生产有限的几种规格的电池单元和保护控制开关，生产成本也会大大降低。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现：

一种新型多用途锂电池组及其保护电路，包括至少一个相对独立的电池单元、电压检测电路模块和一个充、放电保护控制电路模块，所述电池单元上并联一电压检测电路模块，所述电池单元外串联一充、放电保护控制电路模块和一负载模块，所述负载模块可为充电器。

所述电池组可包含一个电池单元，也可包含多个电池单元，各电池单元之间可以并联，也可以串联。

所述电池单元有一正极接口和一负极接口，电池单元设有两根信号线接口，其中一信号线接口输出充电信号，另一信号线接口输出放电信号。

所述各电池单元并联的电压检测电路模块之间为串联，串联在一起的多个电压检测电路模块构成了电池组的保护电路。所述电压检测电路模块主要包括一保护逻辑电路模块，所述保护逻辑电路模块上有一充电控制输入接口、一放电控制输入接口、一充电控制输出接口和一放电控制输出接口，充电控制输入接口连接上一电池单元的充电控制输出接口，并接收上一电池单元的充电控制输出接口输出的充电信号，放电控制输入接口连接上一电池单元的放电控制输出接口，并接收上一电池单元的输出的放电信号；此电池单元上的充电控制输出接口连接下一电池单元的充电控制输入接口，并将此电池单元接收到的充电信息和其自身的充电信息输出给下一电池单元的充电控制输入接口；此电池单元上的放电控制输出接口连接下一电池单元的放电控制输入接口，并将此电池单元接收到的放电信息和其自身的放电信息输出给下一电池单元的放电控制输入接口；各电池单元电路的输出信号受上一个电池单元的输出信号控制。

电池单元由至少一块电池组成，各电池可以任意串并联方式组合，每块电池上并联一电压监测模块和一电量均衡模块，每个电压监测模块和电量均衡模块均连接到保护逻辑电路模块。

所述的充、放电保护控制电路模块包括温控开关、过流开关、充满检测、短路检测、均衡控制、充电开关和放电开关，所述充、放电保护控制电路模块通过充电控制输入接口和放电控制输入接口串接到电压检测电路中，充、放电保护控制电路模块中的控制逻辑模块分别连接温控开关、过流开关、充满检测、短路检测、均衡控制、充电开关和放电开关。所述充、放电控制电路模块的使用只和电池组的正、负极相连，其自身的供电由相连的电池单元供电。

本实用新型所述的新型多用途锂电池组及其保护电路的有益效果为：基于这种新型电池保护电路的电池单体设计，使用这种结构的保护电路，可以生产出合适规格的通用电池单体，电池单体相对独立，只要配合一个电池充放电保护控制电路就可以正常工作。

使用该方法，只需要一种规格的电池单体，就可以通过任意串并联方式组合出不同电压不同容量的电池组，用户可以根据需要随意变换电池组的规格、形状和串、并联的连接方式，以组合成多种电压、容量的电池组，大大拓展了其使用范围及应用领域，有利于产品的推广。厂家也因为只需生产有限的几种规格的电池单元和保护控制开关，生产成本也会大大降低，具有很好的市场潜力，促进市场经济发展，符合社会发展需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路的保护电路的示意图；

图3是本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路的电压检测电路模块的示意图；

图4是本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路的充、放电保护控制电路模块的示意图。

图中：

1、电池单元；2、充、放电保护控制电路模块；3、负载；4、电池；5、电压检测电路模块；6、正极接口；7、负极接口；8、信号线接口；9、电压监测模块；10、电量均衡模块；11、保护逻辑电路模块；12、充电控制输入接口；13、放电控制输入接口；14、充电控制输出接口；15、放电控制输出接口。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，包括四个规格相同的相对独立的电池单元1、四个电压检测电路模块5和一个充、放电保护控制电路模块2，所述其中两个电池单元并联，剩余两个电池单元并联，所述两组并联电路之间为串联；所述电池单元外串联一充、放电保护控制电路模块2和一负载模块3，所述负载模块3可为充电器。

所述四个相对独立的电池单元1可全部串联。

所述四个相对独立的电池单元1可全部并联。

所述每个电池单元上并联一电压检测电路模块5，各电压检测电路模块之间为串联，各电压检测电路模块形成的串联电路内串联充、放电保护控制电路模块2，并构成电池组的保护电路。每个电压检测电路都检测本电池单元内的各串电池的电压状态，以判断电池是否可以正常充、放电，在电压超出设定上限的同时，可以完成充电电量均衡。同时，该电路还根据上一串电池单元的电压检测电路输出的信号，来改变本单元电路的输出状态。

所述电池组可包含一个电池单元，也可包含多个电池单元，各电池单元既可以并联，也可以串联，但是每个电池单元都有一相对独立的电压检测电路模块5。同时，其可以通过将电池单元以任意串、并联方式组合出不同电压不同容量的电池组，但是电池串并联应该按照“电压相同的电池可并联，容量相同的电池可串联的原则”进行，这个电池组具有有公用的正极和负极以及一个充放电控制信号输入接口和一个充放电控制信号输出接口。

如图2和3所示，本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，所述电池单元1有一正极接口6和一负极接口7，电池单元设有两根信号线接口8，其中一信号线接口输出充电信号，另一信号线接口输出放电信号；如果使用高级数字总线接口，也可以根据需要设计出各种附加功能，比如电池单体的温度检测、电压显示、容量显示、电路休眠控制、放电电量转移均衡控制等。

所述电池单元上并联一电压检测电路模块5，所述电压检测电路模块5主要包括一保护逻辑电路模块11，所述保护逻辑电路模块11上有一充电控制输入接口12、一放电控制输入接口13、一充电控制输出接口14和一放电控制输出接口15。充电控制输入接口12连接上一电池单元的充电控制输出接口14，并接收上一电池单元的充电控制输出接口14输出的充电信号，放电控制输入接口13连接上一电池单元的放电控制输出接口15，并接收上一电池单元的输出的放电信号；此电池单元上的充电控制输出接口14连接下一电池单元的充电控制输入接口12，并将此电池单元接收到的充电信息和其自身的充电信息输出给下一电池单元的充电控制输入接口12；此电池单元上的放电控制输出接口15连接下一电池单元的放电控制输入接口13，并将此电池单元接收到的放电信息和其自身的放电信息输出给下一电池单元的放电控制输入接口13。电池单元的电压检测电路是微功耗、低成本的，电压检测电路正常功耗大约只有10UA，和普通单节电池使用的保护电路功耗一样。

每个电池单元的电压检测电路模块5本身，除了检测本电池单元电压以外，还起信号中继作用，其信号输出在电气和上一个电池单元是隔离的。这样，任意数量的电池单元都可以串联或并联组合，但是最终的输出信号的电压只取决于最后一个电池单元的电压。该电路可广泛用于各种锂电池、或其它铅酸、镍氢等可充电电池组。

电池单元1由四块电池组成，电池单元1内的电池全部串联，每块电池上并联一电压监测模块9和一电量均衡模块10，每个电压监测模块9和电量均衡模块10均连接到保护逻辑电路模块11。

如图4所示，本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，所述的充、放电保护控制电路模块2包括温控开关、过流开关、充满检测、短路检测、均衡控制、充电开关和放电开关，所述充、放电保护控制电路模块2通过充电控制输入接口12和放电控制输入接口13串接到电压检测电路模块5中，充、放电保护控制电路模块2中的控制逻辑模块分别连接温控开关、过流开关、充满检测、短路检测、均衡控制、充电开关和放电开关。所述充、放电控制电路模块2的使用只和电池组的正、负极相连，其自身的供电由相连的电池单元供电，由于采用了大功率的MOSFET管驱动，功耗极低，可以只由电池单元的输出信号供电，同时还集成了电流检测、温度开关等安全相关功能。

所述电池单元1可包含一节电池，也可包含多节电池，各电池既可以并联，也可以串联，但是每节电池都有一过充和过放电压监测模块和一过充和过放电量均衡模块，其电路的输出信号受上一个电池单元的输出信号控制，电池组最末端的电池单元输出信号控制公用的充放电开关，任意一个电池单元输出欠压或者过压信号，与之相串联其它所有下级电池单元都会输出欠压或者过压信号，最终是充放电保护电路关闭充电或者放电开关，这样通过把电压检测电路模块5和保护控制短路分开的设计，使得只需一个规格电池单元就可以通过简单的串并联，组合出多种规格的大容量锂电池组，大大简化了大容量电池组的组合方式。

大容量电池组由任意多个小电池组单元和一个充、放电保护控制电路模块2组成，每个电池单元内含有一块电池电压检测电路模块5，每块电压检测电路模块5设置有多路电压监测模块9、电量均衡模块10、上一串电池过压及欠压信号输入耦合电路和本单元欠压和过压信号输出耦合电路，充、放电保护控制电路模块2包含温度检测、过流检测、均衡控制、充电开关、放电开关，最低电压电池单元的输出信号耦合到充放电控制电路上，组合成一个完整的大容量电池组。

如果电池单元的充、放电控制信号输入为低电平，或者电池单元内部电池有过压或者欠压，则充、放电控制信号输出也为低电平，只有控制信号输入为高电平，且电池单元内部电池没有过压或者欠压，控制输出信号才是高电平。

本实用新型实施例所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，在制作时，将一节或多节电池进行串联或并联，组合成一电池单元1，并在该电池单元上并联一电压检测电路模块5；将多个相对独立的相同规格电池单元以任意方式串联或并联，并将每个电池单元上的电压检测电路模块5一一串联，同时在其串联电路上连接一充、放电保护控制电路模块2，从而组合成一电池组。其可以电池单元1全部串联的方式形成一大容量电池组，也可以电池单元1全部并联的方式形成一高电压电池组，还可以电池单元串、并联结合的方式形成一高电压、大容量的电池组。该电池组在使用时，每个电池单元都受上一电池单元的电压检测电路模块5的控制，如若任意一电池单元出现故障都将使得其停止工作；但由于各电池单元上均有一电压检测电路模块5，使得电池单元相对独立，在出现故障时，可分别对各电池单元进行检测，找出故障电池单元，可将其取掉或进行维修，而不会损坏其它电池单元。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1、一种新型多用途锂电池组及其保护电路，包括至少一个相对独立的电池单元、电压检测电路模块和一个充、放电保护控制电路模块，所述连接在一起的电池单元外串联一充、放电保护控制电路模块和一负载模块，所述充、放电保护控制电路模块通过充电控制输入接口和放电控制输入接口串接到电压检测电路中，充、放电保护控制电路模块中的控制逻辑模块分别连接温控开关、过流开关、充满检测、短路检测、均衡控制、充电开关和放电开关，其特征在于：每个电池单元上分别并联一电压检测电路模块，所述各电压检测电路模块之间为串联，串联在一起的多个电压检测电路模块构成了电池组的保护电路，各电池单元电路的输出信号受上一个电池单元的输出信号控制。

2、根据权利要求1所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，其特征在于：电压检测电路模块主要包括一保护逻辑电路模块，保护逻辑电路模块上有一充电控制输入接口、一放电控制输入接口、一充电控制输出接口和一放电控制输出接口，充电控制输入接口连接上一电池单元的充电控制输出接口，放电控制输入接口连接上一电池单元的放电控制输出接口；充电控制输出接口连接下一电池单元的充电控制输入接口；放电控制输出接口连接下一电池单元的放电控制输入接口。

3、根据权利要求1所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，其特征在于：电池组可包含一个电池单元，也可包含多个电池单元，各电池单元之间可以并联，也可以串联。

4、根据权利要求1或3所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，其特征在于：电池单元有一正极接口和一负极接口，电池单元设有两根信号线接口，其中一信号线接口输出充电信号，另一信号线接口输出放电信号。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的新型多用途锂电池组及其保护电路，其特征在于：电池单元由至少一块电池组成，各电池可以任意串并联方式组合，每块电池上并联一电压监测模块和一电量均衡模块，每个电压监测模块和电量均衡模块均连接到保护逻辑电路模块。

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