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专利名称：一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路及控制方法

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202210799864.9

专利申请（专利权）人：山东精工电源开云优惠体育网页版入口有限公司
权利人地址：山东省枣庄市高新区光明路X6699号(光明路与华信路交界口北侧)3号楼

专利发明（设计）人：韩业庭,任士界,韩成见

专利摘要：本发明涉及锂电池领域，具体是一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路及控制方法，适用于锂离子电池作为动力源的各种设备。本发明采用的技术方案是：一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路，包括运放U1、运放U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及延时回路，运放U1的正相输入端连接放电电压，运放U1的反相输入端通过RC滤波电路接地，运放U1的输出端连接至运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端经分压电阻连接电压源VDDA。本发明的有益效果：本发明通过反向电动势吸收回路来实现通过锂离子电池吸收反向电动势的目的，可以有效解决锂离子电池组在过充保护状态下，由于刹车、下坡等动作导致用电设备控制器或锂电池管理系统被击穿的问题。提高锂离子电池组安全。

主权利要求：
1.一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的控制方法，其特征在于：本方法的控制策略为：当锂离子电池组处于过充保护状态时，关闭充电MOS管；当检测到锂离子电池组处于放电状态时，打开充放电MOS管；当锂离子电池组停止放电且锂离子电池组仍处于过充保护状态，锂电池管理系统控制芯片增加延时信号，即延时一定时间发出关闭充电MOS管的指令，以此来吸收反向电动势；反向电动势吸收电路来吸收反向电动势，反向电动势吸收电路包括运放U1、运放U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及延时回路，运放U1的正相输入端连接放电电压，运放U1的反相输入端通过RC滤波电路接地，运放U1的输出端连接至运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端经分压电阻连接电压源VDDA，运放U2的输出端连接至三极管Q1的栅极，稳压源V11经过连接电阻R48连接至三极管Q2、Q3的栅极，三极管Q1的漏极经电阻R51连接至三极管Q2的栅极，三极管Q1、Q2的源极接地，三极管Q2的漏极连接三极管Q3的源极，三极管Q3的漏极连接稳压源V11，延时回路包括电容C24、电阻R44、电阻R49、二极管ZD8和电阻R37，二极管ZD8、电容C24和电阻R44串联在稳压源V11与三极管Q2的漏极之间，电阻R37与二极管ZD8并联，电阻R49连接在三极管Q3的源极与三极管Q2的漏极之间，三极管Q4的漏极连接稳压源V11，三极管Q4的栅极连接在二极管ZD8和电容C24之间，三极管Q4的源极一路连接至锂离子电池组保护芯片，三极管Q4的源极另一路通过电阻R42连接至锂离子电池组保护芯片的检流脚；
反向电动势吸收电路来吸收反向电动势的过程为：
电池组保护芯片过充状态由静置状态切换为放电状态时，放电电流大于300mA，此时运放U1的同相输入端的电压大于反相输入端电压，运放U1工作，输入电压经运放U1放大后传输到运放U2的同相输入端，运放U2的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压，运放U2工作，其输出端输出高电平；
运放U2输出高电平，三极管Q1导通，三极管Q2截止，三极管Q3导通，电容C24经过二极管ZD8并电阻R37、三极管Q3、电阻R49、电阻R44放电，三极管Q4截止，此时保护芯片检测到放电电流，自动打开充电MOS管；
保护芯片过充状态由放电状态切换为静置或反充电，运放U1的同相输入端电压为0V，运放U1不工作，其输出端输出0V并传输至运放U2，运放U2同相输入端的电压比反相输入端低，运算U2不工作，输出低电平；
运放U2的输出状态由高电平切换为低电平，三极管Q1截止，三极管Q2导向，三极管Q3截止，稳压源V11经过电阻R37到电容C24，再经过电阻R44、三极管Q2与GND形成回路，给电容C24充电，三极管D4导通，稳压源V11经过电阻R42到保护芯片的检流脚，保护芯片与检流交与检流芯片间的电阻是10R，所以在三极管Q4导通状态，保护芯片的检流脚对GND的电压为
2mV，保护芯片还是检测到放电状态，维持充电MOS打开状态；
随着稳压源V11给电容C24充电，三极管Q4的GS电压越来越。钡缛軨24两端的电压大于三极管Q4的开启电压时，三极管Q4截止，保护芯片的检流脚对GND的电压变为0mV，保护芯片检测到的状态由放电状态转为静置状态，[Z1][A2]恢复到过充保护状态，关闭充电MOS，三极管Q4从导通到关闭的时间为3S左右。
2.根据权利要求1所述的基于锂离子电池组吸收反向电动势的控制方法，其特征在于：
反向电动势吸收电路还还包括三极管Q5、Q6，锂离子电池组电压经二极管ZD7、电阻R36连接至三极管Q5的栅极，三极管Q5的源极接地，三极管Q5的漏极经电阻R1连接至三极管Q6的栅极，三极管Q6的漏极连接电压源V3.3，三极管Q6的漏极分别连接至运放U1和运放U2的供电端；
当电池组电压小于[Z3][A4]时，三极管Q5和三极管Q6截止，运动U1、U2、不供电，降低待机功耗。 说明书 : 一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路及控制方法技术领域[0001] 本发明涉及锂电池领域，具体是一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路及控制方法，适用于锂离子电池作为动力源的各种设备。背景技术[0002] 近年来，锂电池市场迎来了多样化发展，电动工具、滑板车、电动叉车、电动自行车、电动汽车、所使用的电池也逐渐要被锂电池替换。锂电池需要用管理系统来控制其安全电压，管理系统在使用中存在一些弊端，存在击穿设备控制器或自身管理系统功率器件的情况。随着锂电池的批量应用，击穿用电设备控制器和锂离子电池组不能使用的现象屡有发生。[0003] 锂离子电池组在正常状态下充放电MOS为打开状态、锂离子电池组在过充保护状态下充电MOS为断开状态、锂离子电池组在过放保护状态下放电MOS为断开状态。经过相关测试发现，出现击穿用电设备控制器和锂离子电池组不能使用的现象，电池组均处于满电保护状态，即过充保护状态，且存在刹车、下坡、操作。根据常规保锂电池管理系统的控制逻辑，过充保护后充电MOS处于关闭状态，此时进行放电，充放电MOS均处于打开状态，当停止放电且锂电池处于过充保护状态，充电MOS瞬间关闭，此时由于刹车、下坡等动作会存在反充电现象，若充电MOS处于关闭状态，此能量无法被吸收，会转换成电压存在，若电压高于用电设备控制器功率MOS或锂电池管理系统MOS的最高电圧，就会造成用电设备控制器功率MOS或锂电池管理系统MOS的损坏，导致设备不可用或锂电池控制系统损坏。[0004] 市场上存在采用异口锂电池管理系统方案，此种方案根本达不到解决此种现象，反而将锂离子电池至于更大的危险之中。即当由于刹车、下坡等动作导致反充电现象时，锂离子电池组没有过充保护功能。锂离子电池会存在起火、爆炸的重大安全风险，因此，此种方案根本不可取。发明内容[0005] 针对现有技术的缺陷，本发明提供一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路及控制方法，解决锂离子电池组在过充保护状态下，由于刹车、下坡等动作导致用电设备控制器或锂电池管理系统被击穿的问题。提高锂离子电池组安全。[0006] 为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路，包括运放U1、运放U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及延时回路，运放U1的正相输入端连接放电电压，运放U1的反相输入端通过RC滤波电路接地，运放U1的输出端连接至运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端经分压电阻连接电压源VDDA，运放U2的输出端连接至三极管Q1的栅极，稳压源V11经过连接电阻R48连接至三极管Q2、Q3的栅极，三极管Q1的漏极经电阻R51连接至三极管Q2的栅极，三极管Q1、Q2的源极接地，三极管Q2的漏极连接三极管Q3的源极，三极管Q3的漏极连接稳压源V11，延时回路包括电容C24、电阻R44、电阻R49、二极管ZD8和电阻R37，二极管ZD8、电容C24和电阻R44串联在稳压源V11与三极管Q2的漏极之间，电阻R37与二极管ZD8并联，电阻R49连接在三极管Q3的源极与三极管Q2的漏极之间，三极管Q4的漏极连接稳压源V11，三极管Q4的栅极连接在二极管ZD8和电容C24之间，三极管Q4的源极一路连接至锂离子电池组保护芯片，三极管Q4的源极另一路通过电阻R42连接至锂离子电池组保护芯片的检流脚。[0007] 进一步的，还包括三极管Q5、Q6，锂电池电池组电压经二极管ZD7、电阻R36连接至三极管Q5的栅极，三极管Q5的源极接地，三极管Q5的漏极经电阻R1连接至三极管Q6的栅极，三极管Q6的漏极连接电压源V3.3，三极管Q6的漏极分别连接至运放U1和运放U2的供电端。[0008] 本发明还公开一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的控制方法，本方法的控制策略为：当锂离子电池组处于过充保护状态时，关闭充电MOS管；当检测到锂离子电池组处于放电状态时，打开充放电MOS管；当锂离子电池组停止放电且锂离子电池组仍处于过充保护状态，锂电池管理系统控制芯片增加延时信号，即延时一定时间发出关闭充电MOS管的指令，以此来吸收反向电动势。[0009] 进一步的，反向电动势吸收电路来吸收反向电动势，反向电动势吸收电路包括运放U1、运放U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及延时回路，运放U1的正相输入端连接放电电压，运放U1的反相输入端通过RC滤波电路接地，运放U1的输出端连接至运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端经分压电阻连接电压源VDDA，运放U2的输出端连接至三极管Q1的栅极，稳压源V11经过连接电阻R48连接至三极管Q2、Q3的栅极，三极管Q1的漏极经电阻R51连接至三极管Q2的栅极，三极管Q1、Q2的源极接地，三极管Q2的漏极连接三极管Q3的源极，三极管Q3的漏极连接稳压源V11，延时回路包括电容C24、电阻R44、电阻R49、二极管ZD8和电阻R37，二极管ZD8、电容C24和电阻R44串联在稳压源V11与三极管Q2的漏极之间，电阻R37与二极管ZD8并联，电阻R49连接在三极管Q3的源极与三极管Q2的漏极之间，三极管Q4的漏极连接稳压源V11，三极管Q4的栅极连接在二极管ZD8和电容C24之间，三极管Q4的源极一路连接至锂离子电池组保护芯片，三极管Q4的源极另一路通过电阻R42连接至锂离子电池组保护芯片的检流脚；[0010] 反向电动势吸收电路来吸收反向电动势的过程为：[0011] 电池组保护芯片过充状态由静置状态切换为放电状态时，放电电流大于[A1]，此时运放U1的同相输入端的电压大于反相输入端电压，运放U1工作，输入电压经运放U1放大后传输到运放U2的同相输入端，运放U2的同相输入端的电压大于其反相输入端的电压，运放U2工作，其输出端输出高电平；[0012] 运放U2输出高电平，三极管Q1导通，三极管Q2截止，三极管Q3导通，电容C24经过二极管ZD8并电阻R37、三极管Q3、电阻R49、电阻R44放电，三极管Q4截止，此时保护芯片检测到放电电流，自动打开充电MOS管；[0013] 保护芯片过充状态由放电状态切换为静置或反充电，运放U1的同相输入端电压为0V，运放U1不工作，其输出端输出0V并传输至运放U2，运放U2同相输入端的电压比反相输入端低，运算U2不工作，输出低电平；[0014] 运放U2的输出状态由高电平切换为低电平，三极管Q1截止，三极管Q2导向，三极管Q3截止，稳压源V11经过电阻R37到电容C24，再经过电阻R44、三极管Q2与GND形成回路，给电容C24充电，三极管D4导通，稳压源V11经过电阻R42到保护芯片的检流脚，保护芯片与检流交与检流芯片间的电阻是10R，所以在三极管Q4导通状态，保护芯片的检流脚对GND的电压为2mV，保护芯片还是检测到放电状态，维持充电MOS打开状态；[0015] 随着稳压源V11给电容C24充电，三极管Q4的GS电压越来越。钡缛軨24两端的电压大于三极管Q4的开启电压时，三极管Q4截止，保护芯片的检流脚对GND的电压变为0mV，保护芯片检测到的状态由放电状态转为静置状态，1s[Z2][A3]恢复到过充保护状态，关闭充电MOS，三极管Q4从导通到关闭的时间为3S左右。[0016] 进一步的，反向电动势吸收电路还把包括还包括三极管Q5、Q6，锂电池电池组电压经二极管ZD7、电阻R36连接至三极管Q5的栅极，三极管Q5的源极接地，三极管Q5的漏极经电阻R1连接至三极管Q6的栅极，三极管Q6的漏极连接电压源V3.3，三极管Q6的漏极分别连接至运放U1和运放U2的供电端；当电池组电压小于31.5V左右时，三极管Q5和三极管Q6截止，运动U1、U2、不供电，降低待机功耗。[0017] 本发明的有益效果：本发明通过反向电动势吸收回路来实现通过锂离子电池吸收反向电动势的目的，可以有效解决锂离子电池组在过充保护状态下，由于刹车、下坡等动作导致用电设备控制器或锂电池管理系统被击穿的问题。提高锂离子电池组安全。附图说明[0018] 图1为本发明的电路原理图。具体实施方式[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。[0020] 实施例1[0021] 本实施例公开一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的电路，如图1所示，包括运放U1、运放U2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4以及延时回路，运放U1的正相输入端连接放电电压RSRN，运放U1的反相输入端通过RC滤波电路接地，运放U1的输出端连接至运放U2的同相输入端，运放U2的反相输入端经分压电阻连接电压源VDDA，运放U2的输出端连接至三极管Q1的栅极，稳压源V11经过连接电阻R48连接至三极管Q2、Q3的栅极，三极管Q1的漏极经电阻R51连接至三极管Q2的栅极，三极管Q1、Q2的源极接地，三极管Q2的漏极连接三极管Q3的源极，三极管Q3的漏极连接稳压源V11，延时回路包括电容C24、电阻R44、电阻R49、二极管ZD8和电阻R37，二极管ZD8、电容C24和电阻R44串联在稳压源V11与三极管Q2的漏极之间，电阻R37与二极管ZD8并联，电阻R49连接在三极管Q3的源极与三极管Q2的漏极之间，三极管Q4的漏极连接稳压源V11，三极管Q4的栅极连接在二极管ZD8和电容C24之间，三极管Q4的源极一路连接至锂离子电池组保护芯片，三极管Q4的源极另一路通过电阻R42连接至锂离子电池组保护芯片的检流脚RS2。[0022] 为了降低功耗，还包括三极管Q5、Q6，锂电池电池组电压经二极管ZD7、电阻R36连接至三极管Q5的栅极，三极管Q5的源极接地，三极管Q5的漏极经电阻R1连接至三极管Q6的栅极，三极管Q6的漏极连接电压源V3.3，三极管Q6的漏极分别连接至运放U1和运放U2的供电端。[0023] 本实施例中，运放U1、U2是轨对轨输出的运放，输入失调电压是10uV。[0024] 本实施例中，运放U1的输出端与运放U2的同相输入端之间连接有RC滤波电路，即滤波电阻R41、滤波电容C25。[0025] 本实施例所述电路具有吸收反向电动势的功能，即检测到放电电流会自动打开充电MOS，但是过充保护状态没有解除，停止放电1秒钟左右又会关闭充电MOS。[0026] 本实施例中，运放U1、U2的型号为GS8331，三极管Q1、Q2、Q5、Q6的型号为2N7002K，三极管Q3、Q4的型号为BSS84。[0027] 实施例2[0028] 本实施例公开一种基于锂离子电池组吸收反向电动势的控制方法，本方法的控制策略为：当锂离子电池组处于过充保护状态时，关闭充电MOS管；当检测到锂离子电池组处于放电状态时，打开充放电MOS管；当锂离子电池组停止放电且锂离子电池组仍处于过充保护状态，锂电池管理系统控制芯片增加延时信号，即延时一定时间发出关闭充电MOS管的指令，以此来吸收反向电动势。[0029] 通过实施例1所述电路来吸收反向电动势，具体过程为：[0030] 保护板过充状态由静置状态切换为放电状态，放电电流大于[A4]时，此时运算U1的3脚电压大于0.45mV，经过运放U1放大1000倍，此时U1的1脚电压大于450mV,经过R41（100K）和C25（0.1uF/50V）组成的RC滤波电路耦合到运放U2的3脚（同相输入脚）。U2的4脚（反相输入脚）电压是417mV（VDDA（3.3V）经过R52（470K）和R46（68K）分压得到的，即3.3V/（470K+68K）*68K=417mV）,U2的3脚（同相输入脚）电压比4脚（反相输入脚）电压大，所以U2输出高电平3.3V。[0031] 当U2输出高电平3.3V，三极管Q1导通，三极管Q2截止，三极管Q3导通，电容C24（1uf/50V）经过二极管ZD8（BZT52C18S）并电阻R37（2M）、三极管Q3（BSS84）、电阻R49（10K）、电阻R44（10K）放电。三极管Q4（BSS84）截止，此时电池组保护芯片检测到放电电流会自动打开充电MOS。[0032] 保护板过充状态由放电状态切换为静置或反充电，运放U1的3脚（同相输入端）电压等于0V,U1的1脚输出0V,经过电阻R41（100K）和电容C25（0.1uf/50V）组成的RC滤波电路耦合到U2的3脚（同相输入脚）。U2的4脚（反相输入脚）电压是417mV（VDDA（3.3V）经过R52（470K）和R46（68K）分压得到的，即3.3V/（470K+68K）*68K=417mV），U2的同相输入脚比反相输入脚低，因此U2输出状态由高电平切换为低电平0V。[0033] U2输出状态由高电平切换为低电平，三极管Q1切换为截止，三极管Q2切换为导通，三极管Q3切换为截止，V11（11V稳压源）经过电阻R37（2M）到电容C24（1uf/50V），再经过电阻R44（10K）、三极管Q2与GND形成回路，给电容C24（1uf/50V）充电，三极管Q4导通，V11（11V稳压源）经过电阻R42（51K）到保护芯片的检流脚RS2，保护芯片的检流脚与检流芯片间的电阻是10R，所以在三极管Q4导通状态下，保护芯片的检流脚RS2对GND的电压为2mV，稳压源V11经过R42（51K）和保护芯片的检流脚与检流芯片间的阻值（10R）分压得到的，即11V/（51K+10R）*10R=2mV左右，保护芯片还是检测到放电状态，维持充电MOS打开状态。[0034] 随着11V稳压源V11给电容C24（1uf/50V）充电，三极管Q4的GS电压越来越。钡缛軨24（1uf/50V）两端的电压大于三极管Q4的开启电压时，三极管Q4截止。保护芯片的检流脚RS2对GND的电压变为0mV，保护芯片检测到的状态由放电状态转为静置状态，延时1秒左右恢复到过充保护状态，关闭充电MOS。Q4导通时间主要与三极管Q4的开启电压、电阻R37（2M）的阻值、电容C24（1uf/50V）的容值有关[Z5][A6]（稳压源V11给电容C24充电，三极管Q4的GS电压越来越。钡缛軨24两端的电压大于三极管Q4的开启电压时，三极管Q4截止）。本实施例三极管Q4导通时间为3S左右。[0035] 三极管Q5和三极管Q6的作用是：当电池组电压小于31.5V左右时，三极管Q5和三极管Q6截止，U1和U2不供电，降低待机功耗。[0036] 以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

专利地区：山东

专利申请日期：2022-07-08

专利公开日期：2024-11-19

专利公告号：CN115333068B