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。

背景技术：

随着电动车、笔记本电脑等产品的技术发展，对于电源的要求也越来越高。电池保护电路是电池与负载、充电器之间的控制电路，有利于提高电池的利用率，防止电池出现过度充电和过度放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。在现有技术中，电池保护电路基本采用充电mos管和放电mos管(mos管，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor的缩写，金属-氧化物半导体场效应晶体管)的串联来实现对电池充电电流和放电电流的控制，从而对电池进行一次保护，然而mos管在导通后本身存在一定的导通电阻，尤其是一些耐高压的mos管，其导通电阻也相应较大，电流流经mos管时会造成一定的功率损耗。另一方面，当一次保护失效时，电池保护通常还设置有二次保护电路来避免电池损坏，现有的二次保护方式有多种，主要包括：1、设置2个充电mos管和2个放电mos管串联，当其中一个充电mos管或放电mos管被击穿失效时，二次充电mos管或二次放电mos管起保护作用，该方式存在串联元件较多，增加回路电阻，造成额外功率消耗的缺点；2、通过在电池保护电路中加入ptc热敏电阻，当回路中电流增大时，ptc热敏电阻电阻增大来分担电压，但该过程需要温度和配合，需要一个很长的反应过程，恢复速度慢；并且当充放电电流小于ptc的保护值，无法实现应有的过充电、过放电保护功能；3、通过在电池保护电路中加入保险丝，当发生过压或过流时，控制模块主动控制电池保护回路短路，从而熔断保险丝进行断路保护，该二次保护为不可恢复保护，发生二次保护后即使该电池保护电路的电压恢复正常也无法自动恢复，需要更换保险丝才能恢复电池功能，且现有的保险丝耐压低，不适用于大功率电池领域；并且当充放电电流小于保险丝的保护值，无法实现应有的过充电、过放电保护功能。

技术实现要素：

针对现有电池保护电路中存在回路电阻大、功率消耗以及二次保护电路存在可逆性差的问题，本发明提供了一种电池保护电路，该电池保护电路能够适用于电池的一次保护和二次保护，减少了回路中开关数目，从而降低回路电阻，不需要在回路中增加ptc或保险丝来进行二次保护，实现可恢复的二次保护，且恢复速度快。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种电池保护电路，包括电池组(1)、bms主控单元(2)、第一放电mos管(3)、可控开关(4)、正极端(5)和负极端(6)；

所述第一放电mos管(3)与所述电池组(1)串联于所述正极端(5)和负极端(6)之间，所述第一放电mos管(3)用于控制电池组(1)输出电流的通断；

所述可控开关(4)两端连接于所述正极端(5)和负极端(6)之间，且所述电池组(1)和第一放电mos管(3)组成的串联电路与所述可控开关(4)并联，所述可控开关(4)的通断控制正极端(5)和负极端(6)的电导通和断开；

所述bms主控单元(2)包括控制模块(21)和检测模块(22)，通过检测模块(22)检测电池组(1)的状态信息，并将状态信息传输至控制模块(21)，所述控制模块(21)与所述第一放电mos管(3)、可控开关(4)连接，由控制模块(21)控制第一放电mos管(3)和可控开关(4)的通断。

进一步的，所述可控开关(4)为可控电子开关或可控机械开关。

进一步的，所述可控电子开关包括场效应管、三极管和可控硅。

进一步的，所述可控机械开关包括继电器。

进一步的，所述电池保护电路还包括用于控制电池组(1)充电电流通断的充电mos管(8)，所述充电mos管(8)与所述电池组(1)串联于所述正极端(5)和负极端(6)之间，所述控制模块(21)连接充电mos管(8)，由控制模块(21)控制充电mos管(8)的通断。

进一步的，所述电池保护电路还包括用于控制电池组(1)输出电流通断的第二放电mos管(7)，所述第二放电mos管(7)与所述电池组(1)串联于所述正极端(5)和负极端(6)之间，所述控制模块(21)连接第二放电mos管(7)，由控制模块(21)控制第二放电mos管(7)的通断。

进一步的，所述电池保护电路还包括有电流检测电阻(9)，所述电流检测电阻(9)与所述电池组(1)串联；所述检测模块(22)包括电流模数转换器(222)，所述电流模数转换器(222)分别与电流检测电阻(9)和控制模块(21)连接，电流模数转换器(222)将电流检测电阻(9)采集的电流模拟信号转换为电流数字信号，并将电流数字信号传输至控制模块(21)。

进一步的，所述电池保护电路还包括有温度检测探头(10)，所述温度检测探头(10)贴合于电池组(1)表面，所述检测模块(22)包括温度模数转换器(223)，所述温度模数转换器(223)分别连接温度检测探头(10)和控制模块(21)，温度模数转换器(223)将温度检测探头(10)采集的温度模拟信号转换为温度数字信号，并将温度数字信号传输至控制模块(21)。

进一步的，所述检测模块(22)包括电压检测模数转换器(221)；所述电压检测模数转换器(221)与所述电池组(1)并联，采集电池组(1)电压模拟信号；所述电压检测模数转换器(221)与所述控制模块(21)连接，电压检测模数转换器(221)将采集的电压模拟信号转换为电压数字信号，并将电压数字信号传输至控制模块(21)。

进一步的，还包括电阻元件(11)，所述可控开关(4)与电阻元件(11)串联后接入所述正极端(5)和负极端(6)之间。

本电池保护电路在电池组的正极端和负极端之间并联了一个可控开关，同时还设置了第一放电mos管，将第一放电mos管与电池组串联以控制电池组的输出电流，在该电池组通过外部充电电源充电出现过充现象时，该电池保护电路可通过可控开关将正极端和负极端导通，将外部充电电源短路，从而限制了电池保护电路的正极端和负极端之间的电压，防止该电压大于电池组电压，进而在第一时间阻断外部电源对于电池组的电流输入，能够及时避免外部电源对电池组的过充现象；另一方面，在可控开关导通之前，控制模块控制第一放电mos管阻断电池组的输出电流，从而避免了本电池保护电路自身的短路；本电池保护电路适用于带有cc模式的充电器，外部充电电源在发生短路后，充电器能够自动切换为恒流模式，输出电压降低到接近于零。本发明公开的电池保护电路减少了电路中串联的数量，降低回路电阻，减少了功率损耗；同理，本发明可作为二次保护电路设置，不需要使用ptc或保险丝，提高了二次保护的反应速度，保护过程可逆，减低回路电阻。

附图说明

图1是本发明提供的一种电池保护电路的结构示意图；

图2是实施例1中电池保护电路的结构示意图；

图3是实施例3中电池保护电路的结构示意图；

图4是实施例2中电池保护电路的结构示意图；

图5是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图；

图6是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图；

图7是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图；

图8是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图；

图9是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图；

图10是本发明提供的可控开关的一种优选结构示意图。

说明书附图中的附图标记如下：

1、电池组；2、bms主控单元；21、控制模块；22、检测模块；221、电压检测模数转换器；222、电流模数转换器；223、温度模数转换器；23、数据存储模块；3、第一放电mos管；4、可控开关；5、正极端；6、负极端；7、第二放电mos管；8、充电mos管；9、电流检测电阻；10、温度检测探头。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1所示，本发明公开了一种电池保护电路，可用于电池的充电保护，包括电池组1、bms主控单元2、第一放电mos管3、可控开关4、正极端5和负极端6；

所述正极端5和负极端6为该电池保护电路的输入输出端，通过在正极端5和负极端6上接入负载，可使电池组1对外输出电流进行做功；在正极端5和 负极端6上接入充电器，以对电池组1进行充电，本电池保护电路应用于带有恒流模式的充电器。

所述第一放电mos管3与所述电池组1串联于所述正极端5和负极端6之间，所述第一放电mos管3用于控制电池组1输出电流的通断；

所述可控开关4两端连接于所述正极端5和负极端6之间，且所述电池组1和第一放电mos管3组成的串联电路与所述可控开关4并联，所述可控开关4的通断控制正极端5和负极端6的电导通和断开；

所述bms主控单元2包括控制模块21和检测模块22，通过检测模块22检测电池组1的电流、电压、温度等状态信息，并将电流、电压、温度等状态信息传输至控制模块21，所述控制模块21与所述第一放电mos管3、可控开关4连接，由控制模块21控制第一放电mos管3和可控开关4的通断。

所述第一放电mos管3可采用n型mos管或p型mos管，在本实施例中，优选采用n型mos管，包括g极、s极和d极，第一放电mos管3的d极与负极端6连接，s极与电池组1负极连接，g极与控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，则从d极到s极方向上的电流导通；s极与d极之间连接有二极管，该二极管允许从s极到d极方向的电流导通，故通过第一放电mos管3可控制电池组1输出电流的通断，且第一放电mos管3对电池组1的充电电流无影响，本领域技术人员也可做相应调整将第一放电mos管3设置于正极端5与电池组1正极之间。

在该电池组1通过外部充电电源充电出现过充现象时，该电池保护电路可通过可控开关4将正极端5和负极端6导通，将外部充电电源短路，从而限制了电池保护电路的正极端5和负极端6之间的电压，防止该电压大于电池组1电压，进而在第一时间阻断外部电源对于电池组1的电流输入，能够及时避免外部电源对电池组1的过充现象；另一方面，本发明将所述电池组1和第一放电mos管3组成的串联电路与所述可控开关4并联，是为了使得电池组1、第一放电mos管3和可控开关4三者形成回路，第一放电mos管3壳控制电池组1流向可控开关4的输出电流，在可控开关4导通之前，控制模块21控制第一放电mos管3阻断电池组1的输出电流，从而避免了本电池保护电路自身的短路；本电池保护电路适用于带有cc模式的充电器，外部充电电源在发生短路后，充电器能够自动切换为恒流模式，输出电压降低到接近于零，避免烧坏可控开关4。也适用于有输出过流检测保护的充电电源的应用领域。

作为本发明的一种优选，还包括电阻元件11，所述可控开关4与电阻元件11串联后接入所述正极端5和负极端6之间。

在本实施例中，所述可控开关4为可控电子开关或可控机械开关。

所述可控电子开关包括场效应管、三极管和可控硅，所述场效应管可以是mos管、jeft管。

作为本发明优选的实施方式：

如图5所示，所述可控开关4为n型mos管，包括g极、s极和d极，可控开关4的s极与所述负极端6连接，d极与所述正极端5连接，g极与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，则从d极到s极方向上的电流导通，即正极端5到负极端6方向的电流导通。

如图6所示，所述可控开关4为p型mos管，包括g极、s极和d极，可控开关4的s极与所述正极端5连接，d极与所述负极端6连接，g极与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，则从s极到d极方向上的电流导通，即正极端5到负极端6方向的电流导通。

如图7所示，所述可控开关4为npn型三极管，它是由2块n型半导体中间夹着一块p型半导体所组成，包括集电极、基极和发射极，可控开关4的集电极与所述正极端5连接，发射极与所述负极端6连接，基极与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，从集电极到发射极方向上的电流导通，即正极端5到负极端6方向的电流导通。

如图8所示，所述可控开关4为pnp型三极管，它是由2块p型半导体中间夹着一块n型半导体所组成，包括集电极、基极和发射极，可控开关4的集电极与所述负极端6连接，发射极与所述正极端5连接，基极与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，从发射极到集电极方向上的电流导通，即正极端5到负极端6方向的电流导通。

如图9所示，所述可控开关4为可控硅，是p1n1p2n2四层三端结构元件，共有三个pn结，包括阳极、阴极和控制极，可控开关4的阳极与所述正极端5连接，阴极与所述负极端6连接，控制极与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，从阳极到阴极方向上的电流导通，即正极端5到负极端6方向的电流导通。

所述可控机械开关包括继电器。

作为本发明优选的实施方式：

如图10所示，所述可控开关4为继电器，包括常开开关和线圈，所述常开开关设置于所述正极端5和负极端6之间，所述线圈与所述控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，所述线圈通电，将常开开关闭合，正极端5与负极端6电流导通。

需要说明的是，以上可控开关4的选择仅是本发明的部分实施例，本领域技术人员可根据需要选择其他类型的可控开关4，以实现正极端5与负极端6之间的电流导通，其他实现同种功能的替换方式也应包括在本发明的保护范围之内。

以下通过实施例对本发明进行进一步的说明。

实施例1

本发明公开的电池保护电路可作为二次保护电路设置。

参见图2所示，在本实施例中，公开了一种电池保护电路，由电池组1、bms主控单元2、充电mos管8、第一放电mos管3、第二放电mos管7、可控开关4、正极端5和负极端6构成；

所述第一放电mos管3与所述电池组1串联于所述正极端5和负极端6之间，所述第一放电mos管3用于控制电池组1输出电流的通断；

所述可控开关4两端连接于所述正极端5和负极端6之间，且所述电池组1和第一放电mos管3组成的串联电路与所述可控开关4并联，所述可控开关4的通断控制正极端5和负极端6的电导通和断开；

所述bms主控单元2包括控制模块21和检测模块22，通过检测模块22检测电池组1的电流、电压、温度状态信息，并将电流、电压、温度状态信息传输至控制模块21，所述控制模块21与所述第一放电mos管3、可控开关4连接，由控制模块21控制第一放电mos管3和可控开关4的通断。

所述电池保护电路还包括充电mos管8，所述充电mos管8与所述电池组1串联于所述正极端5和负极端6之间，所述控制模块21连接充电mos管8，所述充电mos管8用于控制电池组1充电电流的通断。

所述充电mos管8优选采用n型mos管，所述充电mos管8的s极连接所述负极端6，d极连接电池组1的负极，g极连接所述控制模块21，当控制模块21输入控制信号，则从d极到s极方向上的电流导通，s极与d极之间 连接有二极管，该二极管允许从s极到d极方向的电流导通，故通过充电mos管8可控制电池组1充电电流的通断，且充电mos管8对电池组1的输出电流无影响。

所述电池保护电路还包括第二放电mos管7，所述第二放电mos管7与所述电池组1串联于所述正极端5和负极端6之间，所述控制模块21连接第二放电mos管7，所述第二放电mos管7用于控制电池组1输出电流的通断。

所述第二放电mos管7优选采用n型mos管，第二放电mos管7的d极与负极端6连接，s极与电池组1负极连接，g极与控制模块21连接，当控制模块21输入控制信号，则从d极到s极方向上的电流导通；s极与d极之间连接有二极管，该二极管允许从s极到d极方向的电流导通，故通过第二放电mos管7可控制电池组1输出电流的通断，且第二放电mos管7对电池组1的充电电流无影响。

所述充电mos管8和第二放电mos管7作为电池组1的一次保护开关，对电池组1的充电电流和输出电流有限制作用，从而在发生过流、过压、过充等情况下对电池的充电或输出回路断开，对电池组1进行一次保护；

所述可控开关4和第一放电mos管3作为电池组1的二次保护开关，当作为电池组1一次保护开关的充电mos管8和第二放电mos管7失效时，可控开关4和第一放电mos管3提供二次保护，其二次保护的原理在于：

当电池组1放电时，检测模块22检测到电流、电压或温度超过限定值，若第二放电mos管7失效，则控制模块21控制第一放电mos管3断开，阻断电池组1的输出电流，实现二次保护，当电流、电压或温度恢复到正常值，则控制模块21控制第一放电mos管3导通，二次保护解除；

当电池组1充电时，检测模块22检测到电流、电压或温度超过限定值，若充电mos管8失效，则控制模块21控制第一放电mos管3断开，阻断电池组1的输出电流，同时控制模块21控制可控开关4导通，将正极端5和负极端6导通，将外部充电电源短路，从而避免电池组1过充；外部充电电源短路后切换为恒流模式，输出电压接近为零，且由于第一放电mos管3断开，电池组1的输出电流阻断，实现了二次保护。

本实施例的优点在于：提供了一种电池二次保护电路，相对于多mos管串联的二次保护电路，本实施例减少了回路中的开关数目，从而降低回路中的电阻，减少功率损耗；相对于采用ptc热敏电阻或保险丝的二次保护电路，本实 施例不需要在回路中加入ptc热敏电阻或保险丝，降低回路电阻；在发生过压过流等情况、一次保护失效时，提高了二次保护的反应速度，且本实施例的二次保护为可逆过程，可自动解除保护，恢复电池组1正常工作。

实施例2

参见图4所示，本实施例公开了一种电池保护电路，该电池保护电路的大部分实施方式与实施例1相同，其不同之处在于：

所述电池保护电路还包括有电流检测电阻9，所述电流检测电阻9与所述电池组1串联，获取流经电流检测电阻9的电流；所述检测模块22包括电流模数转换器222，所述电流模数转换器222优选采用电量计；所述电流模数转换器222分别与电流检测电阻9和控制模块21连接，用于将获取的电流模拟信号转换为电流数字信号，并将所述电流数字信号传输至控制模块21。

所述电池保护电路还包括有温度检测探头10，所述温度检测探头10贴合于电池组1表面，通过温度检测探头10获取电池组1的温度信息，温度检测探头10优选采用ntc探头，即热敏电阻探头；所述检测模块22包括温度模数转换器223，所述温度模数转换器223分别连接温度检测探头10和控制模块21，用于将温度检测探头10获取的温度模拟信号转换为温度数字信号，并将所述温度数字信号传输至控制模块21。

所述检测模块22包括电压检测模数转换器221，所述电压检测模数转换器221与所述电池组1并联，采集电池组1电压信息，所述电压检测模数转换器221与所述控制模块21连接，用于将获取的电池组1电压模拟信号转换为电压数字信号，并将所述电压数字信号传输至控制模块21。

通过上述设置，bms主控单元2采集到电池组1的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号，通过对这些信号进行逻辑处理，当电池组1的温度、电压、电流超过或低于设定参数时，控制模块21控制充电mos管8和第二放电mos管7的通断，从而进行电池的一次保护；当一次保护失效时，控制模块21控制可控开关4和第一放电mos管3的通断，进行电池的二次保护。

bms主控单元2上还设置有数据存储模块23，所述控制模块21与数据存储模块23连接，控制模块21将得到的电压数字信号、电流数字信号和温度数字信号进行存储。

实施例3

参见图3所示，本实施例公开了一种电池保护电路，该电池保护电路的大部分实施方式与实施例1相同，其不同之处在于：

还包括电阻元件11，所述可控开关4与电阻元件11串联后接入所述正极端5和负极端6之间。

需要说明的是，所述电阻元件优选采用低阻值元件，以分担可控开关所在回路的电压，避免瞬间电压过高对于可控开关的损坏；另一方面，通过电阻元件与电池组并联，也能够起到降低整体回路电阻的效果，从而降低充电电压，其阻值需根据具体电池组类型以及应用进行调整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。