1.本实用新型涉及电池防护领域，尤其涉及一种本安型锂电池防护电路。
背景技术：
2.在石油石化，煤矿等环境，充斥着甲烷，氢气，乙炔等可燃气体，所以在这种环境，对于设备的安全性要求非常高。一般需要设备符合本安或者隔爆的要求。对于本安型设备，是利用限制电路能量的方法来实现防爆的。在这种电气设备中，即使电路发生短路、开路、绝缘体击穿等故障引起的电气放电以及热效应都不能够引起爆炸性气体-空气混合物的点燃。在国家标准gb3836.4《爆炸环境第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》规定：在本质安全型电气设备和电路的关联设备中，半导体器件应该能够承受电路中可能出现的瞬态能量。
3.中国实用新型专利名称：一种锂电池充电安全防护电路，专利号：cn211684667u公开了一种锂电池充电安全防护电路，包括锂电池和防护电路，防护电路的输入端通过充电接口连接充电电路的输出端，防护电路的输出端与锂电池电性连接，防护电路包括电压检测电路、处理器、温度检测电路和开关电路，电压检测电路检测锂电池的电压值，温度检测电路检测锂电池的温度数值，分别发送给处理器，开关电路的输入端与充电接口的输出端和电性连接，其输出端通过输出接口与锂电池的输入端电性连接，处理器与开关电路的控制端电性连接。本实用新型在充电过程中实时检测电池的电压及温度情况，当电池在充电过程中出现故障，可以切断充电回路，保证电池的充电安全。由常识易知，电池充电过程中发生短路时，电流呈指数增长，极易引发爆炸着火等事故，危害人身安全和财产安全。该专利目的在于解决充电器在充电过程中不能监测电池电压及温度情况，电池充电过程中出现故障时，用于切断充电回路，进一步保证充电安全问题。若电池在可燃气体环境中充电，自身发生短路等故障时，无法在更短的时间内将短路瞬间产生的能量控制在可燃气体爆炸门限以下。
技术实现要素：
4.针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种本安型锂电池防护电路，在锂电池内部设计一款可靠的电路，当出现极端情况时，可以在短时间之内将电池的正负极供电切断，将短路瞬间产生的能量控制在可燃气体爆炸门限以下，进而保证整体的安全性。
5.本实用新型采用的技术方案为：
6.一种本安型锂电池防护电路，包括：锂电池与防护模块，防护模块集成于锂电池内部，锂电池电芯的正负极与防护模块电连接，防护模块的输出引脚为封装后锂电池的对外输出，用于为外部负载供电；防护模块包括：控制单元、监测单元、开关单元；控制单元与开关单元、监测单元电连接，当电压超过监测单元监测的电压时，控制单元控制开关单元关闭，关断电池输入；当产生过流充电的时候，v-管脚小于过流监测的门限电压，关断开关单元，关断电池输入；在放电的时候，当电压小于过放门限电压时，关断开关单元。
7.本实用新型的有益效果为：本实用新型在锂电池内部集成一个防护电路，集成度高，占用空间少；本实用新型通过监测电压变化，控制开关单元的开闭，缩短了反应时间，一定程度上降低了短路瞬间产生的能量，提高了安全性。
附图说明
8.图1本实用新型防护电路原理图；
9.图2本实用新型新型控制芯片一、控制芯片二内部结构示意图；
10.图3锂电池充电过程中发生短路时的电流变化过程。
具体实施方式
11.下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本实用新型进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本实用新型省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本实用新型。
12.一种本安型锂电池防护电路，包括：锂电池与防护模块，防护模块集成于锂电池内部，锂电池电芯的正负极与防护模块电连接，防护模块的输出引脚为封装后锂电池的对外输出，用于为外部负载供电；防护模块包括：控制单元、监测单元、开关单元；控制单元与开关单元、监测单元电连接，当电压超过监测单元监测的电压时，控制单元控制开关单元关闭，关断电池输入；当产生过流充电的时候，v-管脚小于过流监测的门限电压，关断开关单元，关断电池输入；在放电的时候，当电压小于过放门限电压时，关断开关单元。控制单元包括：控制芯片一、控制芯片二；开关单元包括：开关芯片一、开关芯片二、开关芯片三。
13.在本实用新型实施例中，控制芯片一u1、控制芯片二u2采用ltc4211ms；监测单元u3采用r5402n101kd单节锂电池保护芯片；开关芯片一d1、开关芯片二d2采用ao8814阵列mosfet晶体管，该晶体管内阻只有20mω，若该部分内阻比较大会增加电池组内阻，影响锂电池性能；开关芯片三d3采用ao8810为分离式半导体芯片。
14.如图2所示，本实用新型的控制芯片一u1、控制芯片二u2采用ltc4211ms，第1脚是芯片的复位管脚，第2脚是芯片的使能管脚，默认是高，第6脚是对电压的反馈检测；fault管脚是一个状态检测管脚，默认是高电平，当外部发生短路保护的时候，变为低电平。具体工作原理为：外部出现短路；sense管脚检测到电压异常，控制gate拉低，fault管脚拉低；3)gate拉低以后，外部的mos管变为截止装填；因为mos关断了,对外输出电压就接近0。fb管脚检测电压为0；整个芯片处于短路保护状态；当外部短路条件消失以后，电路应该能够自动进行回复，这时，on和fault管脚开始起作用；通过将on和fault连接在一起，然后上拉一个电阻到vcc，可以构成一个自动恢复电路。通过产生一定周期的方波，不断输入到on管脚。当外部短路条件消失以后，on管脚就可以使整个芯片重新复位。
15.如图3所示，当电池短路的时候，截断的时间越短(t1和t2之间的时间差越小)，阴影的面积就越少，从而实现本安认证标准的要求。控制芯片一u1、控制芯片二u2的sense引
脚和vcc引脚之间设有检测电阻r3，通过检测r3电阻上的电压变化，控制第7脚gate管脚，来实现外接的mos管的导通和关闭，控制时间在8us左右，极大的缩短了t1和t2之间的时间差，反应时间更短，有利于控制可燃气体的爆炸门限，进一步保证锂电池充电过程中的安全性。
16.本实用新型监测单元采用理光微电子的单节锂离子保护芯片，实现了过充电，过放电，过流保护等功能。其内部还内置了负载短路保护电路，已防止大的负载电流和充电；其功能实现方式如下：
17.过充保护：监测单元的vdd引脚，持续监测锂电池充电过程的电压，当电压超过过充监测的电压时，将cout引脚设置为低电平，进而控制开关芯片三关闭，从而关断电池输入。
18.充电过流监测：在充电和放电过程中，监测单元的v-管脚用来监测电压。当产生过流充电的时候，v-管脚监测的电压小于过流监测的门限电压，cout引脚输出低电平，进而控制开关芯片三关闭。
19.过放保护：在放电的时候，监测第5脚vdd的电压，当电压小于过放门限电压时，dout输出低电平，进而控制开关芯片三关闭。
20.短路保护：当出现短路现象时，cout引脚监测电压低于短路监测电压，dout输出低电平，进而控制开关芯片三关闭。
21.所述过充监测的电压、过流监测的门限电压、过放门限电压、短路监测电压，可以根据不同的电池电压值设定的不同的阈值。
22.本实用新型通过监测电压变化，控制开关单元的开闭，缩短了反应时间实现原理为：当短路出现时，电流急剧升高，并大幅增加超过正常电流i，当电流增大到一定程度的时候，锂电池的保护电路产生作用，开始关断电流，直至最终关断，在i电流上面的阴影面积就是释放出来的能量。通过图3可以看出，通过缩减t1和t2的时间间隔，可以降低能量值。
23.在本实用新型实施例中，控制芯片一与开关芯片一、控制芯片二与开关芯片二的作用相同，在本实用新型实施例中起双重保护的作用。本实用新型的控制模块一为热插拔管理的控制器。
24.如图1所示，为本实用新型防护电路原理图，b b-是电池电芯的正负极，p p-是电池对外的输出，可以为外部负载进行供电；ntc是一个热敏电阻，当电阻上的温度发生变化的时候，热敏电路阻值会发生变化。t-ntc管脚与外部设备的cpu等控制电路连接用于监测t-ntc管脚的温度，当工作温度超过50℃时，电池已经过热了，这时控制电路应该主动报警电池温度过高，切换电池的对外供电，进而保证电池的安全性。
25.本实用新型各个单元和芯片的具体连接方式包括：
26.控制芯片一的连接方式为：控制芯片一的fb引脚经电阻与开关单元的s2引脚连接；控制芯片一的gate引脚与开关单元的g1、g2引脚连接；控制芯片一的vcc引脚与电池电芯的正极连接；控制芯片一的fault引脚与控制芯片一的on引脚连接，控制芯片一的fault引脚经电阻与电源芯片正极连接；控制芯片一的reset引脚经电阻与电源正极连接；控制芯片一的sense引脚与开关单元的d1/d2引脚连接；控制芯片一的on引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片一的filter引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片一的timer引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片一的gnd引脚与锂电池对外输出负极连接。
27.控制芯片二的连接方式为：控制芯片二的fb引脚经电阻与开关单元的s2引脚连接；控制芯片二的gate引脚与开关单元的g1、g2引脚连接；控制芯片二的vcc引脚与电池电芯的正极连接；控制芯片二的fault引脚与控制芯片二的on引脚连接，控制芯片二的fault引脚经电阻与电源芯片正极连接；控制芯片二的reset引脚经电阻与电源正极连接；控制芯片二的sense引脚与开关单元的d1/d2引脚和锂电池电芯正极连接；控制芯片二的on引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片二的filter引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片二的timer引脚经电容与锂电池对外输出负极连接；控制芯片二的gnd引脚与锂电池对外输出负极连接。
28.监测单元的连接方式为：监测单元的vdd引脚经电阻与锂电池电芯正极连接，监测单元的vss引脚与锂电池电芯负极连接，监测单元的dout引脚与开关单元的g2引脚连接，监测单元的v-引脚经电阻与开关单元的s1引脚连接后连接锂电池对外输出负极，监测单元的cout引脚与开关单元的g1引脚连接；监测单元用于监测锂电池充电过程，当电压超过过充监测的电压时，控制开关单元关闭，控制关断锂电池输入。
29.开关单元包括：开关芯片一、开关芯片二、开关芯片三；具体连接方式为：开关芯片一的第一个d1/d2引脚通过电阻与锂电池电芯正极连接，另外一个d1/d2引脚与第一个d1/d2引脚连接；开关芯片一的两个s1引脚和两个s2引脚电连接，并与开关芯片二的d1/d2引脚电连接；开关芯片一的g1引脚、g2引脚链接后与控制芯片一的gate引脚连接，实现控制芯片一控制开关芯片一通断。
30.开关芯片二的两个d1/d2引脚电连接；开关芯片二的两个s1引脚和两个s2引脚电连接；开关芯片二的g1引脚、g2引脚链接后与控制芯片二的gate引脚连接，实现控制芯片二控制开关芯片二通断。
31.开关芯片三的两个d1/d2引脚电连接；开关芯片三的两个s2引脚电连接后与锂电池电芯负极连接；开关芯片三的两个s1连接后与锂电池对外输出负极连接；开关芯片三的g2引脚与控制芯片三的dout引脚连接；开关芯片三的g1引脚与控制芯片三的cout引脚连接，用于监测锂电池充电过程，当电压超过过充监测的电压时，关闭开关芯片三，关断锂电池输入；当锂电池出现短路时，控制芯片三的cout引脚电压低于短路监测电压，控制关断开关芯片三。
32.防护模块的电路通路为：电流依次经过锂电池电芯正极、开关芯片一、开关芯片二、锂电池对外输出正极、外部负载、锂电池对外输出负极、开关芯片三、锂电池电芯负极。
33.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求保护范围之内。