本发明涉及锂电池保护技术领域，具体涉及一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置。
背景技术：
近年来，pda、手机、摄像机、便携式音乐设备、游戏机、助动车、电动车、蓝牙设备等越来越多的产品开始采用锂电池来当做它的主要电源。原因不外乎锂电池体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压、自放电率低等优点。由于锂电池与镍镉、镍氢电池不同，其必须考虑充电、放电时的安全，防止特性劣化的防止。但也因此，针对锂电池的过充、过放、过电流及短路电流的保护就显得更为重要。所以通常都会在电池包内设计保护线路用以保护锂电池，由此可见锂电池保护ic的重要性。
锂离子电池因能量密度高，电池的安全性存在一定的风险。具体而言，在过度充电状态下，电池温度上升后能量将过剩，于是电解液分解而产生气体，电池内压上升，存在导致着火或破裂的危险。反之，在过度放电状态下，电解液因分解导致电池特性劣化及耐久性劣化(即充电次数降低)。
锂离子电池的保护电路就是要确保电池处于过度充电及放电状态时的安全性，并防止特性的劣化。
传统的锂离子电池保护电路如图1所示，其功能包括：(1)过度充电保护、(2)过度放电保护、(3)过电流/短路保护。以下就这三项功能的保护动作加以说明。
1)过度充电：
当锂电池发生过度充电时，电池内电解质会被分解，使得温度上升并产生气体，使得压力上升而可能引起自燃或爆裂的危机，锂电池保护ic用意就是要防止过充电的情形发生。
过度充电保护ic原理：
当外部充电器对锂电池充电时，为防止因温度上升所导致的内压上升，需终止充电状况，此时保护ic需检测电池电压，当到达4.25v时(假设电池过充点为4.25v)及启动过充电保护，将powermos由on转为off，进而截止充电。
另外，过充电检测有可能被噪声干扰而产生误动作，为免将噪声判定为过充保护，需要设定延迟时间，而延迟时间也不能短于噪声的时间。
2)过度放电：
在过度放电的情形下，电解液因分解而导致电池特性劣化，并造成充电次数的降低，锂电池保护ic用以保护其过放电的状况发生，达成保护动作。
过度放电保护ic原理：
为了防止锂电池过度放电之状态，假设锂电池接上负载，当锂电池电压低于其过放电电压检测点(假设设定为2.3v)，将启动过放电保护，将powermos由on转为off，进而截止放电，达成保护以避免电池过放电现象发生。并将电池保持在低静态电流的状态(standbymode)。
当锂电池接上充电器，且此时锂电池电压高于过放电电压时，过放电保护功能方可解除。
另外，为了对于脉冲放电之情形，过放侦测也设有延迟时间用以预防此种误动作。
3)过电流及短路电流：
因为不明原因(放电时或正负极遭金属物误触)造成过电流或短路电流发生，为确保安全，使其停止放电。
电流保护ic原理：
当放电电流过大或短路情况发生时，保护ic将启动过(短路)电流保护，此时过电流的检测是将powermos的rds(on)当成感应阻抗用以监测其电压的下降情形，若比所设定的过电流检测电压还高则停止放电。
公式为：
v-＝i×rds(on)×2
其中，v-为过电流检测电压，假设v-＝0.2v，rds(on)＝25mω，则保护电流的大小为i＝4a；
同样的，过电流检出也必须要设有延迟时间以防有突然的电流流入时可能会发生的误动作。
通常在过电流发生后，若能移除过电流的原因(例如：马上与负载脱离等)，就会回复其正常状态，可以再实行正常的充放电动作。
保护电路的要求：
a)过度充电保护的高精化：
当锂离子电池有过度充电状态时，为防止因温度上升所导致的内压上升，须截止充电状态。此保护ic即检测电池电压，当侦测到过度充电时，则使过度充电侦测的power-mosfet设置为off，截止充电。此时应当注意过度充电的检测电压的高精度化。在电池充电时，使电池充电到饱满的状态是使用者很在意的问题，同时，兼顾到安全性的问题，就得在达到容许电压时截止充电状态。要同时符合这两个条件，就要有非常高精度的侦测器，目前精度为25mv，但将来势需有更精度的要求。
b)减低保护ic的耗电流达到过度放电保护目的：
已充过电的锂离子电池电随着使用时间，电池电压会渐减，最后低到规格标准值以下。此时就需要再度充电。若未充电而继续使用的话，恐就无法再充电了(过放电状态)。而为防止过放电状态，保护ic即要侦测电池电压的状态，一旦到达过放电侦测电压以下，就得使放电一方的power-mosfetoff而截止放电。但此时电池本身仍有自然放电及保护ic的消费电流存在，因此需要使保护ic的耗电流降到最低的程度。
c)过电流/短路保护需有低侦测电压及高精度的要求：
因不明原因导致短路而有大电流耗损时，为确保安全而使之停止放电。在过电流的侦测是以powermos的rds(on)为感应阻抗，以监视其电压的下降，此时的电压若比过电流侦测电压还高时即停止放电。为了使powermos的rds(on)在充电电流与放电电流时有效的应用，需使该阻抗值尽量低(目前约20mω～30mω)。如此，过电流侦测电压就可较低。
d)实现耐压值：
电池包与充电器连接时瞬间会有高压产生，因此保护ic因具备有”耐高压的要求(ricoh的保护ic即可承受到28v)。
e)低耗电：
当到达保护时，其静态耗电流必须要小(0.1ua)。
f)零伏可充电：
有些电池在存放的过程中可能因为放太久或不正常的原因导致电压低到0v，故保护ic需要在0v也可以充电的动作。
综上所述，现有技术的主要缺点在于：传统锂电池保护芯片的静态电流皆为几ua，使得待机时间不够久就必须对锂电池做充电，且频繁的对锂电池做充放电，电池的使用寿命将大大的缩短。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，能实现更长的待机时间，延长锂电池使用寿命。
本发明的技术方案如下：
一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，包括电池、电池保护芯片、负载、主控处理器、三极管、第一电阻和第二电阻，所述电池保护芯片设有电源正极输入端口、电源负极输入端口、电压检测端口，所述电池保护芯片的电源正极输入端口、电源负极输入端口分别与所述电池的正极和负极电连接，所述电池保护芯片的电压检测端口与所述负载的一端电连接，所述负载的另一端与所述电池保护芯片的电源正极输入端口、电源负极输入端口电连接，所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的基极电连接，所述三极管的集电极与所述电池的正极电连接，所述电池的正极与所述三极管的集电极之间依次电连接所述第一电阻和第二电阻，所述三极管的发射极电连接至所述负载。
进一步的，所述电池的正极与负极之间电连接有第一电容。
进一步的，所述负载、电池的正极、电池的负极之间电连接有第二电容。
进一步的，所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的基极之间电连接有第三电阻。
进一步的，所述三极管的基极与发射极之间电连接有第三电容。
进一步的，所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的发射极之间电连接有第四电阻。
进一步的，所述电池保护芯片所采用的芯片型号为xb6092m2sv。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，利用电池保护芯片的欠压过放保护功能进入低功耗模式，当电池电压低于3.0v时，电池保护芯片会处于欠压保护模式，进入该种模式后等于切断了电池给后端供电负载的供电网络，从而达到低功耗模式。在低功耗模式时，电流消耗可达到小于100na，传统锂电池保护ic的功耗为ua等级，因此与传统产品相比，本发明明显有着更长待机时间的优势，解决了对锂电池频繁充放电的问题，在低功耗的表现下仍然能够精确的侦测出各种保护的触发点。且本发明的结构相对简单，生产及使用成本低廉，应用范围也相对广泛。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置的电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
实施例
请参阅图1，本发明提供一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，包括电池(battery)、电池保护芯片(batteryprotectic)、负载(load)、主控处理器(mcu)、三极管(q1)、第一电阻(r1)和第二电阻(r2)，所述电池保护芯片(batteryprotectic)设有电源正极输入端口(b /vdd)、电源负极输入端口(b-/vdd)、电压检测端口(gnd/vm)，所述电池保护芯片(batteryprotectic)的电源正极输入端口(b /vdd)、电源负极输入端口(b-/vdd)分别与所述电池(battery)的正极和负极电连接，所述电池保护芯片(batteryprotectic)的电压检测端口(gnd/vm)与所述负载(load)的一端电连接，所述负载(load)的另一端与所述电池保护芯片(batteryprotectic)的电源正极输入端口(b /vdd)、电源负极输入端口(b-/vdd)电连接，所述主控处理器(mcu)的gpio端口与所述三极管(q1)的基极电连接，所述三极管(q1)的集电极与所述电池(battery)的正极电连接，所述电池(battery)的正极与所述三极管(q1)的集电极之间依次电连接所述第一电阻(r1)和第二电阻(r2)，所述三极管(q1)的发射极电连接至所述负载(load)，所述电池(battery)的正极与负极之间电连接有第一电容(c1)，所述负载(load)、电池(battery)的正极、电池(battery)的负极之间电连接有第二电容(c2)，所述主控处理器(mcu)的gpio端口与所述三极管(q1)的基极之间电连接有第三电阻(r3)，所述三极管(q1)的基极与发射极之间电连接有第三电容(c3)，所述主控处理器(mcu)的gpio端口与所述三极管(q1)的发射极之间电连接有第四电阻(r4)。
工作时：通过主控处理器(mcu)的gpio端口控制三极管(q1)导通，这时电池保护芯片(batteryprotectic)供电的电压因第一电阻(r1)和第二电阻(r2)被分压到一半，此时电池保护芯片(batteryprotectic)判断工作电压低于3.0v，从而立即进入低电保护模式。
其中，所述电池保护芯片(batteryprotectic)所采用的芯片型号为xb6092m2sv。
原理：利用电池保护芯片(batteryprotectic)的欠压过放保护功能进入低功耗模式，这是电池保护芯片的特性，锂电的工作电压范围是3.0～4.2v，当电池电压低于3.0v时，电池保护芯片(batteryprotectic)会处于欠压保护模式，进入这种保护模式后等于切断了电池(battery)给后端供电负载(load)的供电网络，从而达到低功耗模式。在低功耗模式时，电流消耗可达到小于100na，传统锂电池保护ic的功耗为ua等级，因此与传统产品相比，本发明明显有着更长待机时间的优势，解决了对锂电池频繁充放电的问题，在低功耗的表现下仍然能够精确的侦测出各种保护的触发点。且本发明的结构相对简单，生产及使用成本低廉，应用范围也相对广泛。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：包括电池、电池保护芯片、负载、主控处理器、三极管、第一电阻和第二电阻，所述电池保护芯片设有电源正极输入端口、电源负极输入端口、电压检测端口，所述电池保护芯片的电源正极输入端口、电源负极输入端口分别与所述电池的正极和负极电连接，所述电池保护芯片的电压检测端口与所述负载的一端电连接，所述负载的另一端与所述电池保护芯片的电源正极输入端口、电源负极输入端口电连接，所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的基极电连接，所述三极管的集电极与所述电池的正极电连接，所述电池的正极与所述三极管的集电极之间依次电连接所述第一电阻和第二电阻，所述三极管的发射极电连接至所述负载。
2.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述电池的正极与负极之间电连接有第一电容。
3.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述负载、电池的正极、电池的负极之间电连接有第二电容。
4.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的基极之间电连接有第三电阻。
5.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述三极管的基极与发射极之间电连接有第三电容。
6.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述主控处理器的gpio端口与所述三极管的发射极之间电连接有第四电阻。
7.根据权利要求1所述的一种基于电池保护电路的锂电池超低功耗保护装置，其特征在于：所述电池保护芯片所采用的芯片型号为xb6092m2sv。
技术总结