CN205829228U - 镍氢充电电池组保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种镍氢充电电池组保护电路，结构为：镍氢充电电池组由多个镍氢电池串联，第1个镍氢电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；第1个镍氢电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个镍氢电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；以后每一个镍氢电池与其对应的电压采用模块和均衡模块的连接方式与第1个相同；电池管理芯片连接到高效DC‑DC转换模块，高效DC‑DC转换模块一端接地，另一端连接到负载正极。本实用新型实现过电池保护，保障了电池单元之间状态一致和均衡，避免镍氢充电电池组容易损坏的情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及到镍氢电池领域，特别涉及一种镍氢充电电池组保护电路。
背景技术
大量电子产品采用二次可充电池供电，其中，镍氢充电电池因技术成熟且价格低廉，应用非常广泛。镍氢充电电池不仅成本低廉，使用时安全性也比锂电池高而不易发生爆炸，为降低成本通常不对镍氢充电电池采用保护电路。
但在实际应用中，镍氢充电电池单体电压低，大多数情况要多电池串联构成电池组使用。多个镍氢充电电池串联构成电池组时，因为单元电池的一致性存在或多或少的差异，导致镍氢充电电池组的个别电池单元容易过充电或者过放电而过早损坏，最终引起电池组整体失效必须全部更换，更换新电池组带来的大量经济损失和环境污染。
镍氢充电电池可以反复充电和放电，是电子产品中常用的可充电池，通常多个镍氢充电电池单元串联成电池组以提高对外供电电压。电池组内的单元电池因为个体不能完全一致而存在差异，在充电时容易出现个别电池已提前被充满，但外部充电电路判断充电未完成，充电过程持续进行，则这些电池会被过充电而发热，以致寿命缩短或者永久失效。放电时，会出现个别电池电量已经接近耗尽，但因为电池组总电压仍然足够高，则放电过程会持续进行，则这些电池会出现过放电而导致寿命缩短或者永久失效。
当镍氢充电电池组中个别单元电池性能下降或者损坏时，会导致整个电池组的工作状态显著下降，乃至不可使用必须整体更换，产生较大的经济损失和环境污染。如果采用保护电路，则可以有效避免电池组单元过充和过放的情况出现，从而提高电池组的工作效能和寿命。
镍氢充电电池由于安全性比锂电池高，不容易爆炸，价格也相对便宜，因此在应用时主要在充电电路一侧采用过压及过热保护，而对电池组的单元电池本身未采用保护电路。因此大量采用镍氢充电电池组供电的设备，因个别单元电池一致性存在差异，非常容易导致个别单元电池过充或过放而提前失效，导致电池整体性能快速下降、电池过早失效等情况。因个别电池单元性能下降而导致整个电池组不可用而整体更换，会引起大量浪费和环境污染。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种镍氢充电电池组保护电路，对电池组内的所有镍氢充电电池单元提供实时电压监控，实现过充保护、过放保护、充电均衡功能，保障电池单元之间状态一致和均衡，有效避免镍氢充电电池组经过多个充放电循环周期后容易损坏的情况。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
一种镍氢充电电池组保护电路，镍氢充电电池组由多个镍氢电池串联，第1个镍氢电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；第1个镍氢电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个镍氢电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；以后每一个镍氢电池正负极都连接到本个镍氢电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个镍氢电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到负载正极。
根据上述方案，一个镍氢充电电池组由4个镍氢电池组成。
根据上述方案，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个镍氢电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采用模块输出端。
根据上述方案，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个镍氢电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个镍氢电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：有效避免了电池组单元过充和过放的情况，同时均衡模块还能实现单元电池之间保持动态平衡来弥补单元电池的一致性差异，从而提高电池组的工作效能和寿命，降低了使用成本，提高用户使用体验，也降低了大量废旧电池对环境的污染。
附图说明
图1为本实用新型镍氢充电电池组保护电路原理示意图图。
图2为本实用新型中采用的电压采样模块原理图。
图3为本实用新型中采用的均衡模块原理图。
图4为本实用新型可采用的一种镍氢电池管理芯片的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型在实际应用时，由多个电池串联构成一个电池组，电池的计数单位为“个”。镍氢电池为n个，编号范围为1开始的正整数递增：1，2，……，n。其中省略号表示多个编号从3到n-1的电池。系统框图的电池编号采用了这种方式，即图1中电池为4个，但表示的数量是可变的(1，2，……，n)。
如图1所示，本实用新型提供的一种镍氢充电电池组保护电路，其结构为：镍氢充电电池组由多个镍氢电池串联，第1个镍氢电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；第1个镍氢电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个镍氢电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；以后每一个镍氢电池正负极都连接到本个镍氢电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个镍氢电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到负载正极。
一个镍氢充电电池组由4个镍氢电池组成。
电压采样模块采用高精度电阻分压电路，如图2所示，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个镍氢电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采用模块输出端。
均衡模块采用开关MOS管串联分流电阻来实现，如图3所示，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个镍氢电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个镍氢电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
保护电路核心采用超低功耗的电池管理芯片驱动电压采样模块，持续对每个电池单元的电压进行采样。电池管理芯片根据每个单元电池的采样电压实现镍氢充电电池的过充保护、过放保护和充电均衡。
过充功能：当某个单元电池已经充满，且电压超过设定的过压保护值时，电池管理芯片控制保护MOS管截止关断，则外部充电电流被切断，实现过充电保护。当电池电压恢复到正常范围后，保护MOS管导通，电池组继续工作。
过放保护：当某个单元电池电压低于设定的低压保护值时，电池管理芯片控制保护MOS管截止关断，则停止对外部放电，实现过放保护。当电池电压恢复到正常范围后，保护MOS管导通，电池组继续工作。
充电均衡：保护电路为每个电池单元提供了独立的充电均衡模块。当某个电池的电压达到充满电压时，而电池组的充电电流还在持续时，图3中所示均衡模块的MOS管导通，电阻R3对该电池的充电电流进行分流，提供额外电流通路让其它未充满的电池得以继续充电，从而避免个别电池过充的情况出现，也能让整个电池组单元电池都得到充满，单元电池的不一致性得以均衡和补偿。均衡模块的MOS管截止时，分流电阻不起作用。
图1中，保护电路内置高效DC-DC转换模块，将电池组电压转换为电池管理芯片的工作电压。电池管理芯片工作在低功耗模式下，对镍氢充电电池电能消耗非常低。保护MOS管选用低内阻的场效应管，其压降和功耗非常低。
图4中的电池管理芯片内部集成了多种功能模块，包括：
1、“基准电压”模块，该模块将VDD电压变换为高精度的基准电压，作为电池管理芯片内部测量各个单元电池电压的参考基准。
2、COMP是电压比较器模块，每个单元镍氢充电电池对应1个共3个电压比较器，分别是欠压比较器、充满比较器、过压比较器。当电池电压在不同范围时，三个电压比较器分别输出单元镍氢充电电池的电压状态逻辑信号。
3、“电池电压测量、欠压、过压、均衡”模块是电池管理芯片的重要功能模块，通过周期性地采集每个单元镍氢充电电池的电压状态逻辑信号，按照电池组管理逻辑，驱动对应的BLx和ON/OFF引脚，实现镍氢充电电池组的欠压保护、过压保护、充电均衡等功能。镍氢电池管理芯片各引脚功能如表1。
表1镍氢电池管理芯片引脚功能表
图4所述的镍氢充电电池管理芯片是本实用新型可选择的芯片之一。
Claims (4)
1.一种镍氢充电电池组保护电路，其特征在于，镍氢充电电池组由多个镍氢电池串联，第1个镍氢电池负极连接到电压保护MOS管，所述电压保护MOS管连接到负载负极；
第1个镍氢电池正负极连接到第1个均衡模块输入端，第1个均衡模块输出端连接到电池管理芯片，所述第1个镍氢电池正极连接到第1个电压采样模块的输入端，第1个电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
以后每一个镍氢电池正负极都连接到本个镍氢电池对应的均衡模块输入端，对应的均衡模块输出端连接到电池管理芯片，本个镍氢电池正极连接到其对应的电压采样模块的输入端，对应的电压采样模块的输出端连接到电池管理芯片；
所述电池管理芯片连接到高效DC-DC转换模块，所述高效DC-DC转换模块一端接地，另一端连接到负载正极。
2.如权利要求1所述的镍氢充电电池组保护电路，其特征在于，一个镍氢充电电池组由4个镍氢电池组成。
3.如权利要求1或2所述的镍氢充电电池组保护电路，其特征在于，每一个电压采样模块的结构一模一样；第1个电压采样模块结构为：第1个镍氢电池正极、电阻R1、电阻R2一端依次串联，电阻R2另一端接地，电阻R1和电阻R2连接处为第1个电压采用模块输出端。
4.如权利要求1或2所述的镍氢充电电池组保护电路，其特征在于，每一个均衡模块的结构一模一样；第1个均衡模块结构为：电阻R3一端连接到第1个镍氢电池正极，另一端连接到第1个MOS管漏极，第1个MOS管源极连接到第1个镍氢电池负极，第1个MOS管栅极连接到电池管理芯片。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108494062A (zh) * | 2018-05-18 | 2018-09-04 | 深圳市海雷新能源有限公司 | 一种智能化均衡双充电源 |
| CN111404220A (zh) * | 2020-03-18 | 2020-07-10 | 珠海迈巨微电子有限责任公司 | 电池管理芯片、电池管理系统、电子设备及供电方法 |
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2016
- 2016-07-08 CN CN201620721659.0U patent/CN205829228U/zh not_active Expired - Fee Related
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