[发明专利]锂离子电池充放电硬件二次防护电路

说明书

本发明涉及锂电池技术领域，公开了一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括门限比较器和逻辑控制电路，门限比较器包括第一运放和第二运放，逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，充电控制驱动电路包括GP_CO和CO_CP输入端，放电控制驱动电路包括DO_CP和GP_DO输入端，GP_CO和GP_DO输入端分别与CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，CO_CP和DO_CP输入端分别与门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。本发明的技术方案能够极大地降低锂电池在使用过程中因出现过充、过放而导致燃烧、爆炸等危险的几率，在低压、低串数锂电池应用场合具有较大的实用价值。

技术领域

本发明涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路。

背景技术

当前市场，电动机器人、电动工具、移动电源等低压场合，3～6串低串数锂离子电池应用非常之多，锂离子电池的充放电工作电压、电流及温度都必须严格控制在设定的范围之内，才能保证电池的安全使用。目前，对于这种低串数锂离子电池的监控和保护主要有两种控制方案：其一，利用专用的电池保护IC，此类IC通过芯片内部集成的分压电阻、比较器、组合逻辑电路以及外置电容来实现电池过充、过放、过流、过温和短路等保护逻辑及延时功能，图1为单串电池保护IC典型应用，保护IC外接两个N沟道MOS管和必要的阻容元件便可正常工作，Q21为放电控制MOS管，Q22为充电控制MOS管，D21、D22分别为Q21、Q22内部寄生二极管，正常使用时，保护IC会驱动充放电MOS管处于导通状态，电池正常充放电；在充电过程中当检测到电池电压高于过充电压阈值时，保护IC会驱动充电MOS管截止，充电回路断开，停止充电；在放电过程中当检测到电池电压低于过放电压阈值时，保护IC会驱动放电MOS管截止，放电回路断开，停止放电；其二，利用微处理器芯片(CPU)内部模数转换器(ADC)或者外置ADC对各单体电池电压、电流及温度进行采样，采样数据经过处理后再进行过充、过放、过流、过温和短路等逻辑保护判断，继而控制充放电过程。图2是通信基站BMS典型应用，图2中电池管理系统(BMS)即是采用CPU进行模拟采样、数据处理和逻辑控制的架构，既可内置于电池模组也可外置于电池模组。

第一种控制方案是传统的专用电池保护IC，它具有高精度、高集成度的特点，因此在市场上应用比较广泛，针对不同种类的锂离子电池，不同的保护门限值，都有对应的IC型号。但这种专用的电池保护IC完全是通过内部的比较器和组合逻辑电路来驱动外部充放电MOS管，继而实现充电回路和放电回路的保护功能。所以一旦IC内部器件失效或者外部控制MOS管发生粘连、电击穿、热击穿等故障，势必导致充放电保护失控。

第二种控制方案利用CPU主控芯片来搭建采样电路、信号调理电路和控制电路，通过软件编程实现对电池的逻辑保护，同时可以通过CAN、RS485、RS232等多种通信总线与外部建立通信连接，实现信息互通和交换。但是这种方案也存在着致命的安全隐患，因为设计人员主观的软件漏洞(BUG)和外部客观的电磁干扰，都可能会引发软件失效或者程序“当机”，从而直接导致充放电过程失控，电池发生过充电、过放电而损坏。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种锂离子电池充放电硬件二次防护电路，旨在防止锂离子电池因控制程序失效或“当机”出现过充、过放进而造成燃烧、爆炸等危险。

为实现上述目的，本发明提出的锂离子电池充放电硬件二次防护电路，包括CPU主保护电路，所述CPU主保护电路包括CPU主控芯片，其特征在于，还包括门限比较器和逻辑控制电路，所述门限比较器包括第一运放和第二运放，所述逻辑控制电路包括充电控制驱动电路和放电控制驱动电路，所述充电控制驱动电路包括GP＿CO和CO＿CP输入端，所述放电控制驱动电路包括DO＿CP和GP＿DO输入端，所述GP＿CO和GP＿DO输入端分别与所述CPU主控芯片的I/O管脚电连接，作为CPU主控芯片软件程序的充放电逻辑保护出口，所述CO＿CP和DO＿CP输入端分别与所述门限比较器的第一运放和第二运放的输出端电连接，作为硬件的充放电逻辑保护出口。