鋰電池充電保護裝置的制作方法

本實用新型涉及鋰電池保護技術領域，尤其涉及一種鋰電池充電保護裝置。

背景技術：

市場上充電器的種類繁多品質參差不齊，通過都是充電器直接連接鋰電池，在充電過程中保護功能可能不齊全；而鋰電池自帶保護電路也存在的保護功能是否齊全，是否存在失效的風險。

由此可知，市場急需一種鋰電充電保護裝置，能夠針對各個廠家不同的充電器和各種適用的鋰電池，無論雙方是否有保護裝置，在充電過程中保護鋰電池及充電器的安全。

本方案的裝置連接于充電器和鋰電池中間，通過此保護裝置更有效的保護充電過程的安全。

技術實現要素：

針對上述技術中存在的不足之處，本實用新型提供一種鋰電池充電保護裝置，獨立于充電器與鋰電池之外，針對各個廠家不同的充電器和各種適用的鋰電池，無論雙方是否有保護裝置，在充電過程中保護鋰電池及充電器的安全。

為實現上述目的，本實用新型提供一種鋰電池充電保護裝置，包括電流檢測電路、電壓檢測電路、MCU控制器、MOS開關電路和硬件熔斷電路，所述電流檢測電路、電壓檢測電路均與MCU控制器的輸入端電連接，所述MCU控制器的輸出端分別與MOS開關電路的輸入端和硬件熔斷電路的輸入端電連接，且所述MOS開關電路的輸出端和硬件熔斷電路的輸出端均與鋰電池電連接；所述電壓檢測電路包括電源電壓檢測單元和電池電壓檢測單元，所述電源電壓檢測單元的輸入端與充電器電連接，所述電池電壓檢測單元的輸入端與鋰電池電連接，且所述電源電壓檢測單元的輸出端和電池電壓檢測單元的輸出端均與MCU控制器的輸入端電連接；所述電流檢測電路檢測到充電器輸入端電流后得到的模擬信號、電源電壓檢測單元檢測到充電器的電壓模擬信號、電池電壓檢測單元檢測到鋰電池的電壓模擬信號后發送給MCU控制器處理，所述MCU控制器通過MOS開關電路控制對鋰電池的充放電，且通過硬件熔斷電路進行過流保護。

其中，該保護裝置還包括每節電池檢測電路，所述每節電池檢測電路通過其輸入端檢測鋰電池的每節電池電壓，且所述每節電池檢測電路的輸出端與MCU控制器的輸入端電連接。

其中，所述電流檢測電路包括第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和第三電容，所述第一電阻的一端、第二電阻的一端、第三電阻的一端和充電器的接地端接地，所述第一電阻的另一端、第二電阻的另一端與第四電阻的一端連接后接地，且所述MCU控制器通過第一電阻的一端與第二電阻的一端連接的位置及第一電阻的另一端與第二電阻的另一端連接的位置檢測電壓來判斷采樣電流；所述第三電阻的另一端分別與第一電容的一端和第二電容的一端連接，所述第一電容的另一端分別與第四電阻的另一端和第三電容的一端連接，所述第二電容的另一端和第三電容的另一端連接后接地；所述電流檢測電路通過第一電阻和第二電阻對充電器的電流進行采樣，所述電流檢測電路通過第三電阻、第四電阻、第一電容、第二電容和第三電容對采樣后的電流進行濾波后發送給MCU控制器。

其中，所述電源電壓檢測單元包括第五電阻、第六電阻、第七電阻和第四電容，所述第五電阻的一端與充電器的正極連接，所述第五電阻的另一端分別與第六電阻的一端和第七電阻的一端連接，所述第六電阻的另一端與第四電容的一端連接后接地，所述第七電阻的另一端與第四電容的另一端連接后與MCU控制器的第一輸入端電連接。

其中，所述電池電壓檢測單元包括第八電阻、第九電阻、第十電阻和第五電容，所述第八電阻的一端與鋰電池的正極連接，所述第八電阻的另一端分別與第九電阻的一端和第十電阻的一端連接，所述第九電阻的另一端與第五電容的一端連接后接地，所述第十電阻的另一端與第五電容的另一端連接后與MCU控制器的第二輸入端電連接。

其中，所述MOS開關電路包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管和第十一電阻，所述第一MOS管與第二MOS管并聯后的源極與MCU控制器的接地端連接后接地，所述第十一電阻連接在第一MOS管與第二MOS管并聯后的源極和柵極之間，且所述MCU控制器通過第一MOS管與第二MOS管并聯后的柵極控制放電；所述第一MOS管與第二MOS管并聯后的漏極連接在第三MOS管與第四MOS管并聯后的漏極上，所述第三MOS管與第四MOS管并聯后的源極與鋰電池的接地端連接，且所述MCU控制器通過第三MOS管與第四MOS管并聯后的柵極控制充電。

其中，所述硬件熔斷電路包括并聯的第一熔絲保險和第二熔絲保險，充電器的正極分別與第一熔絲保險的第一端腳和第二熔絲保險的第一端腳連接，鋰電池的正極分別與第一熔絲保險的第三端腳和第二熔絲保險的第三端腳連接，所述第一熔絲保險的第二端腳和第二熔絲保險的第二端腳均懸空，且所述MCU控制器分別通過第一熔絲保險的第四端腳和第二熔絲保險的第四端腳發送控制信號。

其中，所述每節電池檢測電路包括第十二電阻、第十三電阻、第十四電阻、第十五電阻、第十六電阻、第十七電阻、第十八電阻、第十九電阻、第二十電阻、第六電容、第七電容、第八電容、第九電容、第十電容、第十一電容和第十二電容，所述第十三電阻的一端、第十四電阻的一端、第十五電阻的一端、第十六電阻的一端、第十七電阻的一端、第十八電阻的一端、第十九電阻的一端依次與鋰電池對應的每節電池電壓端連接，所述第十三電阻的另一端、第十四電阻的另一端、第十五電阻的另一端、第十六電阻的另一端、第十七電阻的另一端、第十八電阻的另一端、第十九電阻的另一端均與MCU控制器的輸入端電連接，所述第六電容連接在第十二電阻的另一端與第十三電阻的另一端之間，所述第七電容連接在第十三電阻的另一端與第十四電阻的另一端之間，所述第八電容連接在第十四電阻的另一端與第十五電阻的另一端之間，所述第九電容連接在第十六電容的另一端與第十七電阻的另一端之間，所述第十電容連接在第十七電阻的另一端與第十八電阻的另一端之間，所述第十一電容的一端與第十八電阻的另一端連接，所述第十二電容的一端與第十九電阻的另一端連接，所述第十二電容的另一端與第十一電容的另一端連接后接地，且所述第十九電阻的一端通過第二十電阻接地。

本實用新型的有益效果是：與現有技術相比，本實用新型提供的鋰電池充電保護裝置，MCU控制器作為主控中心，電流檢測電路檢測充電器輸入端電流后發送給MCU控制器，電源電壓檢測單元檢測充電器的電壓模擬信號后發送給MCU控制器，且電池電壓檢測單元檢測到鋰電池的電壓模擬信號后發送給MCU控制器處理，MCU控制器根據接收到的信號進行模擬處理及運算，對MOS開關電路和硬件熔斷電路進行控制信號輸出，MCU控制器通過MOS開關電路控制對鋰電池的充放電，且通過硬件熔斷電路進行過流保護，從而實現充電器與鋰電池之間的充放電控制及多級保護，防止充電器或者鋰電池出現異常而導致鋰電池脹包、爆炸等事故。本實用新型的鋰電池充電保護裝置及其控制方法實現充電器輸出電壓異常保護、鋰電池總電壓超壓保護、充電電流超出保護、充電超時保護。

附圖說明

圖1為本實用新型鋰電池充電保護裝置的方框示意圖；

圖2為本實用新型鋰電池充電保護裝置中電流檢測電路的電路原理圖；

圖3為本實用新型鋰電池充電保護裝置中電源電壓檢測單元的電路原理圖；

圖4為本實用新型鋰電池充電保護裝置中電池電壓檢測單元的電路原理圖；

圖5為本實用新型鋰電池充電保護裝置中MOS開關電路的電路原理圖；

圖6為本實用新型鋰電池充電保護裝置中硬件熔斷電路的電路原理圖；

圖7為本實用新型鋰電池充電保護裝置中每節電池檢測電路的電路原理圖；

圖8為本實用新型鋰電池充電保護裝置中MCU控制器的電路原理圖。

主要元件符號說明如下：

1、電流檢測電路 2、電壓檢測電路

3、MCU控制器 4、MOS開關電路

5、硬件熔斷電路 6、充電器

7、鋰電池 8、每節電池檢測電路

21、電源電壓檢測單元 22、電池電壓檢測單元。

具體實施方式

為了更清楚地表述本實用新型，下面結合附圖對本實用新型作進一步地描述。

請參閱圖1，本實用新型的鋰電池充電保護裝置，包括電流檢測電路1、電壓檢測電路2、MCU控制器3、MOS開關電路4和硬件熔斷電路5，電流檢測電路1、電壓檢測電路2均與MCU控制器3的輸入端電連接，MCU控制器3的輸出端分別與MOS開關電路4的輸入端和硬件熔斷電路5的輸入端電連接，且MOS開關電路4的輸出端和硬件熔斷電路5的輸出端均與鋰電池7電連接；電壓檢測電路2包括電源電壓檢測單元21和電池電壓檢測單元22，電源電壓檢測單元21的輸入端與充電器6電連接，電池電壓檢測單元22的輸入端與鋰電池7電連接，且電源電壓檢測單元21的輸出端和電池電壓檢測單元22的輸出端均與MCU控制器3的輸入端電連接；電流檢測電路1檢測到充電器6輸入端電流后得到的模擬信號、電源電壓檢測單元21檢測到充電器6的電壓模擬信號、電池電壓檢測單元22檢測到鋰電池7的電壓模擬信號后發送給MCU控制器3處理，MCU控制器3通過MOS開關電路4控制對鋰電池7的充放電，且通過硬件熔斷電路5進行過流保護。

MCU控制器3采用CORTEX-M系列芯片的arm控制器，是負責管理電池的專用芯片，以及充放電邏輯，在電路出現異常情況時，可以開啟硬件熔斷電路5保護鋰電池7和充電器6。本案中的保護裝置內還設有溫度檢測部分，為熱電阻，用于檢測外界溫度，提醒MCU控制器3外界溫度狀況；還設有工作狀態指示燈，用于指示該保護裝置的工作狀態。

與現有技術相比，本發明的鋰電池充電保護裝置，獨立于充電器6與鋰電池7之外，針對各個廠家不同的充電器6和各種適用的鋰電池7，無論雙方是否有保護裝置，在充電過程中保護鋰電池7及充電器6的安全；MCU控制器3作為主控中心，電流檢測電路1檢測充電器6輸入端電流后發送給MCU控制器3，電源電壓檢測單元21檢測充電器6的電壓模擬信號后發送給MCU控制器3，且電池電壓檢測單元22檢測到鋰電池7的電壓模擬信號后發送給MCU控制器3處理，MCU控制器3根據接收到的信號進行模擬處理及運算，對MOS開關電路4和硬件熔斷電路5進行控制信號輸出，MCU控制器3通過MOS開關電路4控制對鋰電池7的充放電，且通過硬件熔斷電路5進行過流保護，從而實現充電器6與鋰電池7之間的充放電控制及多級保護，防止充電器6或者鋰電池7出現異常而導致鋰電池7脹包、爆炸等事故。本發明的鋰電池充電保護裝置實現充電器6輸出電壓異常保護、鋰電池7總電壓超壓保護、充電電流超出保護、充電超時保護。

本實施例中，該保護裝置還包括每節電池檢測電路8，每節電池檢測電路8通過其輸入端檢測鋰電池7的每節電池電壓，且每節電池檢測電路8的輸出端與MCU控制器3的輸入端電連接。每節電池的電壓通過濾波后接入MCU控制器3，從而完成每節電池電壓檢測和超壓保護。

請參閱圖2，電流檢測電路1包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3，第一電阻R1的一端、第二電阻R2的一端、第三電阻R3的一端和充電器6的接地端接地，第一電阻R1的另一端、第二電阻R2的另一端與第四電阻R4的一端連接后接地，且MCU控制器3通過第一電阻R1的一端與第二電阻R2的一端連接的位置DGND及第一電阻R1的另一端與第二電阻R2的另一端連接的位置SGND檢測電壓來判斷采樣電流；第三電阻R3的另一端分別與第一電容C1的一端和第二電容C2的一端連接，第一電容C1的另一端分別與第四電阻R4的另一端和第三電容C3的一端連接，第二電容C2的另一端和第三電容C3的另一端連接后接地；電流檢測電路1通過第一電阻R1和第二電阻R2對充電器6的電流進行采樣，電流檢測電路1通過第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3對采樣后的電流進行濾波后發送給MCU控制器3。第一電阻R1和第二電阻R2為采樣電阻，第三電阻R3、第四電阻R4、第一電容C1、第二電容C2和第三電容C3組成RC濾波電路，通過檢測采樣電阻的電壓計算電流的大小。

請參閱圖3，電源電壓檢測單元21包括第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第四電容C4，第五電阻R5的一端與充電器6的正極IN PACK+連接，第五電阻R5的另一端分別與第六電阻R6的一端和第七電阻R7的一端連接，第六電阻R6的另一端與第四電容C4的一端連接后接地，第七電阻R7的另一端與第四電容C4的另一端連接后與MCU控制器3的第一輸入端PA0電連接。充電器6的正極為IN PACK+，通過第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7和第四電容C4來完成電壓的分壓及信號濾波后送入到MCU控制器3，MCU控制器3判斷供電的電源電壓是否正常，第五電阻R5和第六電阻R6構成串聯分壓電路，第七電阻R7和第四電容C4構成RC濾波電路。

請參閱圖4，電池電壓檢測單元22包括第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10和第五電容C5，第八電阻R8的一端與鋰電池7的正極PACK+連接，第八電阻R8的另一端分別與第九電阻R9的一端和第十電阻R10的一端連接，第九電阻R9的另一端與第五電容C5的一端連接后接地，第十電阻R10的另一端與第五電容C5的另一端連接后與MCU控制器3的第二輸入端電連接。鋰電池7的正極PACK+，通過第八電阻R8、第九電阻R9、第十電阻R10和第五電容C5來完成電壓的分壓及信號濾波后，送入到MCU控制器3，MCU控制器3判斷鋰電池7電壓是否正常，第八電阻R8和第九電阻R9構成串聯分壓電路，第十電阻R10和第五電容C5構成RC濾波電路。

請參閱圖5，MOS開關電路4包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4和第十一電阻R11，第一MOS管Q1與第二MOS管Q2并聯后的源極與MCU控制器3的接地端連接后接地，第十一電阻R11連接在第一MOS管Q1與第二MOS管Q2并聯后的源極和柵極之間，且MCU控制器3通過第一MOS管Q1與第二MOS管Q2并聯后的柵極控制放電；第一MOS管Q1與第二MOS管Q2并聯后的漏極連接在第三MOS管Q3與第四MOS管Q4并聯后的漏極上，第三MOS管Q3與第四MOS管Q4并聯后的源極與鋰電池7的接地端連接，且MCU控制器3通過第三MOS管Q3與第四MOS管Q4并聯后的柵極控制充電。兩對MOS管由MCU控制器3控制，用來完成超出電壓的保護動作，在鋰電池7充放電時，峰值電流較大，所以采用多組MOS管并聯的方式工作，DSG信號用于控制放電，CHG信號用于控制充電。

請參閱圖6，硬件熔斷電路5包括并聯的第一熔絲保險F1和第二熔絲保險F2，充電器6的正極IN PACK+分別與第一熔絲保險F1的第一端腳和第二熔絲保險F2的第一端腳連接，鋰電池7的正極分別與第一熔絲保險F1的第三端腳和第二熔絲保險F2的第三端腳連接，第一熔絲保險F1的第二端腳和第二熔絲保險F2的第二端腳均懸空，且MCU控制器3分別通過第一熔絲保險F1的第四端腳和第二熔絲保險F2的第四端腳發送控制信號。第一熔絲保險F1和第二熔絲保險F2具有過流保護作用，MCU控制器3通過QF控制信號可以使得熔絲熔斷。

請參閱圖7，每節電池檢測電路8包括第十二電阻R12、第十三電阻R13、第十四電阻R14、第十五電阻R15、第十六電阻R16、第十七電阻R17、第十八電阻R18、第十九電阻R19、第二十電阻R20、第六電容C6、第七電容C7、第八電容C8、第九電容C9、第十電容C10、第十一電容C11和第十二電容C12，第十三電阻R13的一端、第十四電阻R14的一端、第十五電阻R15的一端、第十六電阻R16的一端、第十七電阻R17的一端、第十八電阻R18的一端、第十九電阻R19的一端依次與鋰電池7對應的每節電池電壓端連接，第十三電阻R13的另一端、第十四電阻R14的另一端、第十五電阻R15的另一端、第十六電阻R16的另一端、第十七電阻R17的另一端、第十八電阻R18的另一端、第十九電阻R19的另一端均與MCU控制器3的輸入端電連接，第六電容C6連接在第十二電阻R12的另一端與第十三電阻R13的另一端之間，第七電容C7連接在第十三電阻R13的另一端與第十四電阻R14的另一端之間，第八電容C8連接在第十四電阻R14的另一端與第十五電阻R15的另一端之間，第九電容C9連接在第十六電容的另一端與第十七電阻R17的另一端之間，第十電容C10連接在第十七電阻R17的另一端與第十八電阻R18的另一端之間，第十一電容C11的一端與第十八電阻R18的另一端連接，第十二電容C12的一端與第十九電阻R19的另一端連接，第十二電容C12的另一端與第十一電容C11的另一端連接后接地，且第十九電阻R19的一端通過第二十電阻R20接地。每節電池的電壓通過RC濾波后連接入MCU控制器3，從而完成每節電池電壓的檢測和超壓保護。

請參閱圖8，圖8為本發明的MCU控制器3的電路圖，即U1，3.3V電壓為工作電壓，搭配第二十一電阻R21和第二十二電阻R22，第十一端腳至第十三端腳為工作指示燈，指示MCU控制器3的工作狀態。

以上公開的僅為本實用新型的幾個具體實施例，但是本實用新型并非局限于此，任何本領域的技術人員能思之的變化都應落入本實用新型的保護范圍。