[发明专利]一种多节电池的保护电路及方法

说明书

技术领域

本发明属于电池保护领域，尤其涉及一种多节电池的保护电路及方法。

背景技术

在对电池进行充电时，如果电池的充电电压超过电池的上限值时，将造成电池过充电；当电池的放电电压下降到低于电池下限值时，将造成电池过放电。以锂离子电池为例，如果锂离子电池过充电，将导致电池内压升高，电池变形、漏液等不良现象，严重时可能导致电池爆炸或者着火；如果锂离子电池过放电，将导致电池内压升高，电解液分解使电芯容量特性劣化及耐久性劣化，从而导致锂离子电池的可供电时间越来越短。其它电池，如铁离子电池，过充电或者过放电同样会使电池特性劣化，缩短电池寿命。电池的保护电路就是为了避免上述电池的过充电或过放电的发生，进而防止电池特性的劣化。随着电子设备趋向于小型化，专用于电池保护的集成电路应运而生。目前单个电池保护集成电路只做到4节或4节以下的电池串联应用保护。在4节以上电池串联应用时，将多个电池保护集成电路通过复杂的外围电路连接起来实现电池的保护。这种方法的不足之处在于：成本高；外围电路过于复杂，在实际应用中可扩展性及可测试性都较差；扩展元件过多，面积大，影响系统的集成；容易造成串联电池间的耗电不均等。

如图1所示，为一种典型的将7个单节电池保护集成电路通过外围电路的扩展连接，实现对7节电池组串联使用时进行保护的电路连接。

单个单节电池保护集成电路的工作原理如下：单个单节电池保护集成电路的Co端是控制充电用的NMOSFET栅极连接端子，Do端是控制放电用的NMOSFET栅极连接端子。正常状态时，Do端和Co端均为高电平，外接充放电控制NMOSFET均导通，电池处在可充电和可放电状态。当电池的充电电压达到电池的上限值，并经过一定的延时时间时，Co端输出电平由高电平变为低电平，从而关断外接充电用NMOSFET，即关断充电回路；当电池的放电电压降至电池的下限值，并经过一定的延时时间时，Do端输出电平由高电平变为低电平，从而关断外接放电用NMOSFET，即关断放电回路。

通过此外围电路连接后，电池的过充电和过放电分开各自独立处理，实现电池过充电和过放电的原理如下：

正常态时，各个单节电池保护集成电路输出端Co和Do都是高电平，控制放电用的NMOS管V5、V6和V7和充电用的NMOS管V8均导通，整个电池组处在可充电和可放电状态。

放电时，任一个单节电池保护集成电路检测到相应电池过放电状态，经过一定的延时后，其Do端变为低电平，从而使外接PMOS管V2导通，传送一个相对地为高电平的电位到NMOS管V4，使V4导通，传送地电位到最终外接并联控制放电回路的NMOS管V5、V6和V7，使其从导通态变为关断态，将放电回路切断，实现过放电保护

充电时，任一个单节电池保护集成电路检测到相应电池过充电状态，经过一定的延时后，其Co端变为低电平，从而使外接PMOS管V1导通，传送一个相对充电器负端为高电平的电位到NMOS管V3，V3导通，传送充电器负端电位到最终外接控制放电回路的NMOS管V8，使其从导通态变为关断态，将充电回路切断，实现放电过充电保护。

过流保护功能由最下面一个单节电池保护集成电路实现。

以上电路在功能上已实现7节电池串联保护的目的。其不足之处在于，外围电路复杂，元器件多，对电平移位采用两级处理，增加了电路成本，也增加了测试的难度；充电和放电回路的分开增加了应用的复杂性；在过充电或过放电保护之后，电路功耗反而比正常工作时的功耗要大，此部分功耗增大是由外围扩展电路引起的；特别是外围电路MOSFET元件需选择耐高压元件，在更多节扩展连接应用时，由于需考虑元器件耐压问题，从而电路更为复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多节电池的保护电路，旨在解决现有技术中存在的实现四节以上电池的保护电路成本高、外围电路复杂、外部元件过多，影响系统集成、可扩展性和可测试性差的问题。