[发明专利]一种锂电池保护板

说明书

技术领域

本发明涉及锂电池应用领域，尤其涉及一种为锂电池保护板提供二次保护的运算规则和控制电路。

背景技术

在以专用集成电路构成的锂电池保护板中，大功率晶体管通常作为开关器件（以下称之为“电子开关”或“FET”），以此来实现电器设备的运转。相对于机械开关器件，电子器件具有很多优点，首先电子器件尺码总是比同样功能机械器件的尺码小得多；其次电子开关可以无限次开关动作，具有不因频繁开关影响使用寿命的优势；再有，电子开关可以快速动作，时间量级达到微秒级；还有，机械开关动作时有电火花和拉弧现象，电子开关则完全根绝这种危险因子。这是电子开关被广泛使用的四个根本原因。可是，与良好触点的机械开关相比，电子开关总是有一个不为0的导通电阻Ron，少则几个mΩ,多则几十个mΩ。Ron带来额外功耗，大电流运行时，电子开关会急剧发热，散热措施不力，累积时间久了就会烧毁管子，甚至引发安全事故。

目前，锂电池保护板通常设有一种大电流保护机制，把电子开关的工作电流限制在某一个极值Imax之下，电流达到或超过Imax,保护功能方才启动，否则那怕电子开关长时间工作在稍小于Imax的状态，保护机制也不会启动。实际上，现有的这种保护机制仅仅是起到了限制瞬间大电流的作用。实际情形却是这样的：瞬间大电流几乎不对锂电池、电子开关和电器设备形成破环作用。Ron引起的功耗累积数十秒或更长时间，才是挥刀砍向锂电池、电子开关和电器设备的杀手。想用电流阈值保护机制杜绝这个危险因子，只能将Imax取得足够低，这样一来，每当电流不太大的上涌，那怕上涌只是瞬间的，过流保护都会立即启动。如此一来，保护板可能会频繁做出保护动作，可以说这样的动作是一种误操作。

那么，Imax只能取大，一般都选得远高于正常运行电流，比如一种锂电池手电钻，平均工作电流是6～7A,Imax通常设置为20A。如果取小一些比如15A，作业时的小小阻碍，或是启动阶段的瞬间电流就可能启动保护。如果电钻数十秒或更长时间内工作在14A～20A-ε之间，可能锂电池和/或电子开关和/或电器设备已经过热，甚至烧毁了，电流保护机制也不会启动。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于锂电池保护板的补充保护措施——电子开关功耗过载保护，以弥补现有保护板的普遍存在的漏洞。本发明依据对现有保护板的缺陷查验，首创“二次保护”概念；本发明测量功耗的具体手段是计算功耗时段累积量；本发明用微控制器计算功耗时段累积量并输出控制信号。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种锂电池保护板，包括4节锂电池电位B4、B3、B2、B1、放电P沟道FET漏极电位Vd、采样电阻上端电位Vsen=I*Rsen,共6路信号分别输入微控制器MCU的6路接口In0～In5，MCU的A/D变换单元将6个模拟信号转换为数据，微控制器将B1、B2、B3、B4这4个信号进行A/D变换，并计算出4节电池的输出电压V1、V2、V3、V4，检测是循环滚动的，决定充电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或超过一个既定的上限Vmax，并且持续了一段时间Tx，微控制器就将输出端Out0常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使充电场效应管从导通状态跳变为关断状态，充电停止；与此类似，决定放电关断的控制逻辑是：一旦V1、V2、V3、V4的任何一个达到或低于一个既定的下限Vmin，并且持续了一段时间Tn，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止；放电场效应管FET压降Vsd(=B4–Vd)与Vsen(=I*Rsen)进行积分计算，得到一个特定时段内的I*Vsd的累积量，积分时间由MCU内部计时器设置；累积量超过一定的量值Pmax，微控制器就将输出端Out1常态化的高电平变为低电平，这样一个负跳变，将使放电场效应管从导通状态跳变为关断状态，放电停止，从而避免了电池、放电场效应管和用电器长时段工作在大电流状态。