[发明专利]电动车用铅酸蓄电池组的保护电路板

说明书

技术领域

本发明涉及铅酸蓄电池，尤其是电动车用铅酸蓄电池组的保护电路板。

技术背景

电动自行车、电动摩托车为主的轻型电动车(以下简称“电动车”)在国内已经达到5000多万部，且每年以2000多万部的速度在增长，这些电动车绝大多数都使用免维护铅酸蓄电池，铅酸蓄电池的设计寿命一般在3年以上，但实际使用寿命平均约为14个月，铅酸蓄电池的短寿命大大增加了废旧电池的回收和铅的再生工作量，大规模的铅回收和再生过程造成很大的环保负担也浪费了资源。

铅酸蓄电池无法达到设计寿命的主要原因是:所有的电动车用铅酸蓄电池内都没有设置可靠的保护装置。使用环境的变化让电池提早到达寿命终止，主要表现在以下几个方面:

(一)电池被过度充电导致寿命终止:

正常的电动车电池充电器都有过充电保护功能，但使用过程中如果充电器过热(例如风扇损坏，散热不良)可能导致过充电保护功能异常；二级更换市场的劣质充电器过充电保护不可靠(但因价格低廉而被普遍采用)；单只电池落后或电池单体短路都导致过充电保护功能无法实现；电池硫化导致过充电保护功能无法完成；电池过热将导致过充电保护功能无法完成。

电池被过充电后，电解质中的水被分解，内阻增加，极板硫化，容量下降，充电发热甚至变形，寿命终止。

(二)电池过放电导致寿命终止:

正常的控制器都设置过放电保护；过热或控制器的元件损坏可能导致过放电保护失效；过放电保护后，电池电压回升，控制器解除过放电保护功能，用户继续使用(放电)将导致电池过放电；电池过放电后，用户没有及时充电或报警器的小电流长时间放电将导致电池严重硫化或微短路。

电池被过放电后，产生硫化和微短路，容量下降，内阻增加，充电过程发热甚至变形，导致使用寿命终止。

(三)电池热失控导致寿命终止:

夏天或在炎热的环境中充电将导致热失控；电池热失控表现在充电之后电池温度上升，端电压反而下降，恒压充电过程充电电流无法下降到充电器转灯设定值，充电器无法判定是否充电饱和而无法实现停止充电，不停的充电造成电池失水内阻增加，导致继续发热，直到变形。电池使用一年以上，正极含锑的电池正极锑的迁移让电池负极析氢过电位下降造成失水可能导致电池无法“转灯”而造成充电过程热失控。

热失控是免维护电池行业世界性的难题，电池本身无法解决这个缺陷。电动车电池热失控时，只要经过累计48小时以上的连续充电，可能导致电池寿命终止。

(四)电池被短路导致寿命终止:

短路可能导致导线烧毁或铅零件熔断；短路可能产生火灾或爆炸。在电动车电池的安装过程中，作业人员不小心短路无法避免。

(五)电池硫化与老化导致寿命终止:

电池使用时间长了，自然产生硫化和老化现象；经常充电不饱和造成逐步硫化；过放电没有及时强制充电将导致硫化。

以上五个方面的问题在实际使用中普遍存在，导致铅酸蓄电池无法达到设计的使用寿命，而且在电动车使用的免维护电池中以上五方面的问题通过电池本身的电化学技术根本无法彻底解决。在这种情况下，必须通过电子的手段来解决电池本身存在的不足和缺陷。

现有的锂电池内都设有保护电路板，如图1所示，此保护电路板包括锂电池保护芯片、两个场效应管、两个电阻和一个电容；第一电阻连接于电池组的正极与锂电池保护芯片的VDD端之间，电容连接于锂电池保护芯片的VDD端与VSS端之间，锂电池保护芯片的Co端连接第二场效应管的栅极，锂电池保护芯片的Do端连接第一场效应管的栅极，锂电池保护芯片的VM端通过第二电阻连接到第二场效应管的源极，第一场效应管的漏极与第二场效应管的漏极相连接，第一场效应管的源极连接电池组的负极。