一种电池保护电路的制作方法

本发明涉及一种电池保护电路，尤其涉及一种能够针对电池过压、欠压和过流情况进行电池保护的电路。

背景技术：

随着锂电池工艺的进步、价格的下降，使得锂电池在电动工具、电动平衡车、电动自行车等户外应用领域得到越来越广泛的应用。然而随着应用领域的不断拓宽，锂电池需要应对的环境也越来越恶劣。

由恶劣环境带来的最常见的问题，就是高温高湿环境下PCB板外围元器件的漏电及失效问题。锂电池保护IC对锂电池的常见保护有过压、欠压、过流保护等，在传统锂电保护方案中，通常客户可根据自己的应用需求，选择合适的IC外部电容来调节，自电路发生故障到切断电路的延时时间。然而在极端恶劣的环境下，外部电容如果存在漏电或失效则会导致保护失效，进而引发安全性问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电池保护电路，能够防止恶劣环境下外围元器件或PCB漏电导致的锂电池保护失效问题。

根据上述目的本发明提供一种电池保护电路，包括：异常检测模块，用于检测所述电池是否发生异常工况，并响应于异常工况输出异常标志信号，响应于异常工况的解除停止所述异常标志信号的输出；计时电容和电容充电模块，所述电容充电模块响应于所述异常标志信号对所述计时电容进行充电；计时器，响应于所述异常标志信号进行计时；以及断路模块，当所述计时电容的电压大于等于预定电压阈值或者所述计时器的计时时间大于预定计时阈值时，切断电池工作通路。

在一实施例中，所述计时器响应于无异常标志信号使计时时间置零。

在一实施例中，所述电容充电模块在无异常标志信号时不对所述计时电容充电，所述计时电容在电容电压不为零的情况下处于放电状态直至电容电压清零。

在一实施例中，所述电容充电模块包括：与所述计时电容串联的电流源和开关，所述开关响应于所述异常标志信号而闭合，以对所述检测电容进行充电，而在无异常标志信号时断开以停止充电。

在一实施例中，所述电容充电模块包括：与所述计时电容串联的电压源、开关和电阻，所述开关响应于所述异常标志信号而闭合，以对所述检测电容进行充电，而在无异常标志信号时断开以停止充电。

在一实施例中，所述预定计时阈值大于所述计时电容充电至所述预定电压阈值的时间。

在一实施例中，所述异常检测模块包括过压检测模块，用于检测电池电压，当所述电池电压高于过压电压阈值时，则输出过压标志信号作为所述异常标志信号；所述计时电容包括过压计时电容，所述电容充电模块包括过压计时电容充电模块，响应于所述过压标志信号，对所述过压计时电容进行充电；所述计时器包括过压计时器，响应于所述过压标志信号进行计时；以及所述断路模块具体响应于所述过压计时电容的电压大于等于过压电压阈值或者所述过压计时器的计时时间大于预定过压计时阈值时，则切断电池工作通路。

在一实施例中所述异常检测模块还包括：欠压检测模块，用于检测电池电压，当所述电池电压低于欠压电压阈值时，则输出欠压标志信号作为所述异常标志信号；所述计时电容包括：欠压计时电容；所述电容充电模块包括：欠压计时电容充电模块，响应于所述欠压标志信号，对所述欠压计时电容进行充电；所述计时器包括欠压计时器，响应于所述欠压标志信号进行计时；以及所述断路模块具体响应于所述欠压计时电容的电压小于等于欠压电压阈值或者所述欠压计时器的计时时间大于预定欠压计时阈值时，则切断电池工作通路。

在一实施例中，所述异常检测模块还包括：过流检测模块，用于检测电池电流，当所述电池电流高于过流电流阈值时，则输出过流标志信号作为所述异常标志信号；所述计时电容包括：过流计时电容；所述电容充电模块包括：过流计时电容充电模块，响应于所述过流标志信号，对所述过流计时电容进行充电；所述计时器包括过流计时器，响应于所述过流标志信号进行计时；以及所述断路模块具体响应于所述过流计时电容的电压大于等于过流电压阈值或者所述过流计时器的计时时间大于预定过流计时阈值时，则切断电池工作通路。

本发明还提供一种电池保护IC，包括所述电池保护电路的异常检测模块、电容充电模块、计时器以及断路模块，所述电池保护IC还包括电容连接引脚，以用于外接前述电池保护电路的计时电容。

如上所述，本发明通过计时器的设置，在外部延时电容存在漏电、甚至被击穿的情况下，仍然能根据计时器的延时来关断电池通路，为电池的安全运行提供了双重保障。

附图说明

图1示出了传统锂电池保护电路示意图；

图2a示出了计时电容无漏电情况下的保护电路工作状态；

图2b示出了计时电容有漏电情况下的保护电路工作状态；

图3示出了本发明电池保护电路一实施例的示意图；

图4示出了本发明电池保护电路另一实施例的示意图；

图5示出了本发明保护电路IC的示意图。

具体实施方式

传统锂电保护电路原理是：当电池通路发生故障时，对外围的电容进行充电，当电容的电压达到电压阈值时，切断电池通路。而一般情况下，电池通路故障包括：电池电压过大(过压)、电池电压过小(欠压)、电池电流过大(过流)。现有技术中，对应过压、欠压、过流分别设置三个电容，当发生任一种故障时，对相应的电容进行充电，当充电到电压阈值时，切断电池工作通路。众所周知，电容都有各自的时间常数，要将电容充电到一定电压，需要一定的时间。可以根据不同的应用场景来设定电容大小、电压阈值的大小，进而来限定当电池发生故障到电容充电到达电压阈值的时间。之所以不在电池一发生故障就切断通路，是为了避免脉冲干扰等非电池故障情况。

传统锂电池保护电路，请参看图1，传统锂电池保护电路10包括锂电保护IC11、过压计时电容12、欠压计时电容13和过流计时电容14。VC1-VCn用于测量锂电池中每一个电池组件的电压。锂电保护IC11中集成有过压检测模块111、欠压检测模块112和过流检测模块113。VC1-VCn分别连入过压检测模块111和欠压检测模块112。当VC1-VCn任一电压超过电池过压阈值时，过压检测模块111输出过压标志信号VOV，响应于此过压标志信号VOV，通过引脚CHD对过压计时电容12进行充电，经过充电时间T1后，过压计时电容12的电压大于等于预定电压阈值时，输出过压信号OV，并断开电池通路。

同理，欠压检测模块112实时监控每一个电池组件的电压，当有电压低于电池欠压阈值时，欠压检测模块112输出欠压标志信号VUV，响应于此欠压标志信号VUV，通过引脚DSD对欠压计时电容13进行充电，经过充电时间T2后，欠压计时电容13的电压大于等于预定电压阈值时，输出欠压信号UV，并断开电池通路。

同理，过流检测模块113实时监控电池电流，当电流高于电池过流阈值时，过流检测模块113输出过流标志信号VOC，响应于此过流标志信号VOC，通过引脚CDC对过流计时电容14进行充电，经过充电时间T3后，过流计时电容14的电压大于等于预定电压阈值时，输出过流信号OC，并断开电池通路。

但当计时电容出现故障时，例如当计时电容出现漏电情况时，电容始终无法被充电到预定电压阈值，也就无法在长期出于电池故障状态时，断开电池通路，进而引发电池安全问题。

以过流为例，请参看图2，图2示出了计时电容无漏电和有漏电两种情况下，传统方案的电池保护电路的工作过程。

图2a示出了计时电容无漏电情况下的保护电路工作状态，其中VI为电池电流、vref为过流计时电容预定电压阈值、gnd为接地电位、OC为过流信号。从图中可以看到，当电池电流超过正常电流时，CDC对过流计时电容进行充电，过流计时电容被充电到预定电压阈值vref时，输出过流信号OC，进一步根据OC就可以断开电池工作通路。

图2b示出了计时电容有漏电情况下的保护电路工作状态，可以看到，由于过流计时电容出现漏电情况，当电池发生过流时，始终无法将过流计时电容充电到预定电压阈值vref，也就无法相应OC，进而断开电池通路进行保护。

在传统方案的基础上，本发明的核心在于在电容充电保护的基础上，增加了计时器，当电池发生故障时，同时对计时器进行计时，并当计时达到计时阈值时，断开电路。请参看图3，为本发明电池保护电路一实施例的示意图。

电池保护电路300包括异常检测模块301，用于检测电池是否发生异常工况，当电池发生异常工况时输出异常标志信号，当异常工况解除时，停止异常标志信号的输出。异常工况一般包括电池电压过大(过压)、电池电压过小(欠压)、电池电流过大(过流)情况。电池保护电路300还包括电容充电模块302、计时电容303、计时器304和断路模块305，电容充电模块302接收异常标志信号，并响应于异常标志信号对计时电容进行充电，与此同时，计时器304也响应于异常标志信号进行计时，当计时电容的电压大于等于预定电压阈值或者计时器的计时时间大于预定计时阈值时，通过断路模块305切断电池工作通路。通常，预定计时阈值要大于预定电压阈值，使得一旦外围计时电容失效时，才由计时器进行电池保护。

在另一优选实施例中，针对过压、欠压、过流故障，同时设置电容充电和计时器计时的双重保护方案。

请参见图4，电池保护电路400包括：过压检测模块401、欠压检测模块411和过流检测模块421。过压检测模块401用于检测电池电压，当电池电压高于过压电压阈值时，则输出过压标志信号。过压计时电容充电模块404和过压计时器405同时接收过压标志信号，并响应于过压标志信号，过压计时电容充电模块404对过压计时电容406进行充电，同时过压计时器405开始进行计时。过压计时电容404的电压大于等于过压电压阈值或者过压计时器405的计时时间大于预定过压计时阈值时，断路模块450切断电池工作通路。

同理，欠压检测模块411用于检测电池电压，当电池电压低于欠压电压阈值时，则输出欠压标志信号。欠压计时电容充电模块414和欠压计时器415同时接收欠压标志信号，并响应于欠压标志信号，欠压计时电容充电模块414对欠压计时电容416进行充电，同时欠压计时器415开始进行计时。欠压计时电容414的电压大于等于欠压电压阈值或者欠压计时器415的计时时间大于预定欠压计时阈值时，断路模块450切断电池工作通路。

同理，过流检测模块421用于检测电池电流，当电池电流高于过流电流阈值时，则输出过流标志信号。过流计时电容充电模块424和过流计时器425同时接收过流标志信号，并响应于过流标志信号，过流计时电容充电模块424对过流计时电容426进行充电，同时过流计时器425开始进行计时。过流计时电容424的电压大于等于过流电压阈值或者过流计时器425的计时时间大于预定过流计时阈值时，断路模块450切断电池工作通路。

在实际应用中，通常过压计时电容、欠压计时电容、过流计时电容可根据客户的需求进行电容大小的改变，从而改变过压电压阈值、欠压电压阈值和过流电压阈值，进而允许不同的延迟时间来断开电路。当然，计时阈值也可由用户根据不用的应用场景来进行设定。通常，在电路发生故障时，计时阈值要比电容到达电压阈值的时间长，如果电容失效，才由计时器来提供对电池的保护。

在另一实施例中，请参看图5，将前述的电池保护电路的异常检测模块501、电容充电模块502、计时器503以及断路模块504集成到电路保护IC中，电池保护IC包括电容连接引脚，来连接前述的电池保护电路的计时电容506，IC内部还提供始终供计时器计时使用。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。