电池保护电路的制作方法

本申请涉及电池技术领域，具体地，涉及一种电池保护电路。

背景技术：

随着电池容量的增加以及快充技术的发展，电池的充放电电流也越来越大。为了使电池的使用更加安全，通常采用多段式保护电路对电池进行保护。目前，得到普遍应用的是两段式保护电路。两段式保护电路之中的一种是两段保护电路中均包括一个IC(集成电路)和两个MOS管(场效应管)；两段式保护电路之中的另一种是一段保护电路采用IC和MOS管、二段保护电路采用PTC(正温度系数热敏电阻)；两段式保护电路之中的又一种是一段保护电路采用IC和MOS管、二段保护电路采用熔断器(Fuse)。

但是，对于两段保护电路中均包括一个IC和两个MOS管的两段式保护电路，其使用元器件较多，成本较大，且温升较大。虽然可以采用将多个电阻器并联或者将多个MOS管并联的方法来降低温升，但是这样的方法会增加成本并占用更多的保护电路板空间。另外，对于采用PTC、IC和MOS管和采用熔断器、IC和MOS管的两段式保护电路，虽然能够减少元器件的使用，降低成本，但是这两种保护电路都无法满足目前快充技术的需求。

技术实现要素：

针对相关技术中上述的问题，本申请提出了一种电池保护电路，能够减少元器件的使用，降低成本，降低温升，满足快充技术的需求。

本申请的技术方案是这样实现的：

根据本申请的一个方面，提供了一种电池保护电路，包括：电池单元、主回路和第一保护模块，主回路具有连接端口，第一保护模块包括：第一熔断器，设置于电池单元和连接端口的第一端之间；第一开关元件，一端连接第一熔断器，另一端连接于连接端口的第二端；第一控制器件，监测第一熔断器两端的电压并判断主回路的工作状态，其中，在判断工作状态异常时控制导通第一开关元件。

根据本申请的实施例，第一开关元件包括第一场效应管，其中，第一场效应管的栅极连接至第一控制器件，源极和漏极分别连接至第一熔断器和连接端口的第二端。

根据本申请的实施例，第一熔断器的第一端分别连接至电池单元和第一控制器件，第一熔断器的第二端分别连接至连接端口的第一端和第一控制器件，第一熔断器的第三端连接至第一开关元件的一端。

根据本申请的实施例，电池保护电路还包括第二保护模块，设置在第一保护模块与连接端口之间，第二保护模块包括：第二熔断器，设置于主回路中且连接在第一保护模块和连接端口之间；第二开关元件，第二开关元件的一端和另一端分别连接于连接端口的第一端和连接端口的第二端；第二控制器件，分别连接第二熔断器的两端和第二开关元件，第二控制器件监测第二熔断器两端的电压并判断主回路的工作状态，其中，在判断工作状态异常时控制导通第二开关元件。

根据本申请的实施例，第二熔断器的第一端分别连接第一熔断器和第二控制器件，第二熔断器的第二端分别连接于连接端口的第一端和第二控制器件，第二熔断器的第三端连接第二开关元件的一端，第二开关元件的另一端连接于连接端口的第二端。

根据本申请的实施例，电池保护电路还包括第二保护模块，设置在第一保护模块与连接端口之间，第二保护模块包括：采样电阻器，串联在主回路中；开关模块，设置于主回路中且连接在第一保护模块和连接端口之间；第二控制器件，分别连接采样电阻器的两端和开关模块，第二控制器件监测采样电阻器两端的电压并判断主回路的工作状态，其中，在判断工作状态异常时控制断开开关模块。

根据本申请的实施例，开关模块包括第二场效应管和与第二场效应管串联的第三场效应管，第二场效应管的栅极和第三场效应管的栅极分别连接第二控制器件。

根据本申请的实施例，开关模块设置在第一熔断器和连接端口的第一端之间。

根据本申请的实施例，采样电阻器设置在第一熔断器和开关模块之间；或者，采样电阻器设置在电池单元和第一熔断器之间。

根据本申请的实施例，电池单元和连接端口的第二端之间具有节点，第一开关元件的另一端连接节点，其中，开关模块设置在节点和连接端口的第二端之间。

根据本申请的实施例，述电池单元包括多个串联连接的电芯，第一控制器件分别连接多个电芯的正极。

本申请的上述电池保护电路，由于主回路中采用第一熔断器作为采样元件和开关元件，能够至少减少一个采样电阻器的使用，减少了元器件的使用，降低了成本；另外，由于第一保护模块中采用第一熔断器代替现有的采样电阻器作为采样元件，能够解决在快充技术中当电流过大时采样电阻器和开关元件发热严重的问题，能够有效降低了系统温升。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是根据本申请一个实施例的电池保护电路的电路图；

图2是根据本申请另一个实施例的电池保护电路的电路图；

图3是根据本申请另一个实施例的电池保护电路的电路图；

图4是根据本申请另一个实施例的电池保护电路的电路图；

图5是根据本申请另一个实施例的电池保护电路的电路图；

图6是根据本申请另一个实施例的电池保护电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应当理解的是，以下说明书中和附图中相应的示例性实施例可以相互组合，从而形成未在以下进行描述的其他实施方式。

如图1所示，根据本申请的实施例提供了一种电池保护电路，电池保护电路包括电池单元10、主回路和第一保护模块20，主回路具有连接端口30。其中，第一保护模块20包括第一熔断器Fuse1、第一开关元件22和第一控制器件IC1。第一熔断器Fuse1设置在电池单元10和连接端口30的第一端31之间，第一开关元件22的一端221连接第一熔断器Fuse1，第一开关元件22的另一端222连接于连接端口30的第二端32。第一控制器件IC1监测第一熔断器Fuse1两端的电压差并判断主回路的工作状态，并且在判断工作状态异常时控制导通第一开关元件22。具体来说，由于第一熔断器Fuse1具有一定的内阻值，当电流流过第一熔断器Fuse1时，第一熔断器Fuse1的两端(如VSS端和SRP端)会产生电压差，通过第一控制器件IC1的内部逻辑电路能够根据第一熔断器Fuse1两端的电压差判断主回路的工作状态，并且在判断工作状态异常(例如放电过流、充电过流及短路等)时控制第一开关元件22导通。因此，连接在主回路中的第一熔断器Fuse1可以作为第一控制器件IC1的采样元件(代替现有的采样电阻器)，提供准确的电流检测功能以判断主回路的工作状态；同时，第一熔断器Fuse1还可以作为主回路中的开关元件，由第一控制器件IC1在判断主回路工作状态异常时控制第一开关元件22导通，从而构成了由连接端口30的第二端32、第一开关元件22、第一熔断器Fuse1、电池单元10构成的回路，可以使得第一熔断器Fuse1熔断，主回路断开，因此实现了对电池单元10的保护。

本申请的上述电池保护电路，由于主回路中采用第一熔断器Fuse1作为采样元件和开关元件，能够至少减少一个采样电阻器的使用，减少了元器件的使用，降低了成本；另外，由于第一保护模块20中采用第一熔断器Fuse1代替现有的采样电阻器作为采样元件，能够解决在快充技术中当电流过大时采样电阻器和开关元件(例如MOS开关管)发热严重的问题，能够有效降低了系统温升。

继续参考图1所示，在一个实施例中，第一开关元件22可以通过一个第一场效应管MOS1来实现。具体的，第一开关元件22可以包括第一场效应管MOS1，其中，第一场效应管MOS1的栅极连接至第一控制器件IC1，源极(或漏极)连接至第一熔断器Fuse1，漏极(或源极)连接至连接端口30的第二端32。具体的，第一场效应管MOS1的栅极可以与第一控制器件IC1的控制引脚CTL连接，第一控制器件IC1可以根据内部逻辑对主电路的工作状态进行判断，并且使控制引脚CTL输出高(H)电平或低(L)电平从而对第一场效应管MOS1的导通或断开状态进行控制。在一些实施例中，可以通过任何适当的硬件电路来实现第一控制器件IC1的内部逻辑。应当理解，可以根据实际需要对第一控制器件IC1的内部逻辑进行任何适当的设计。

第一熔断器Fuse1可以具有第一端A1、第二端B1和第三端C1。第一熔断器Fuse1的第一端A1分别连接至电池单元10和第一控制器件IC1，例如，第一熔断器Fuse1的第一端A1可以连接至第一控制器件IC1的接地引脚VSS。第一熔断器Fuse1的第二端B1分别连接至连接端口30的第一端31和第一控制器件IC1，例如，第一熔断器Fuse1的第二端B1可以连接至第一控制器件IC1的监测引脚SRP。由于第一控制器件IC1通过接地引脚VSS和监测引脚SRP分别与第一熔断器Fuse1的第一端A1和第二端B1连接，当电流流过第一熔断器Fuse1时，接地引脚VSS和监测引脚SRP会获取第一熔断器Fuse1两端产生的电压差，因此能够判断主回路的工作状态。另外，第一熔断器Fuse1的第三端C1连接至第一开关元件22的一端221。如图1所示，第一熔断器Fuse1的第三端C1可以连接至第一场效应管MOS1的源极。当系统出现过压(如充电或放电)、过流(如放电、充电、短路)等异常工作状态时，第一控制器件IC1可以在根据第一熔断器Fuse1第一端A1、第二端B1的采样值判断主回路的电路为异常工作状态时，通过控制引脚CTL输出高电平，使得第一场效应管MOS1导通，从而构成了依次由连接端口30的第二端32、第一开关元件22、第一熔断器Fuse1的第三端C1、第一熔断器Fuse1的第一端A1和电池单元10构成的回路，进而使得第一熔断器Fuse1烧断，断开主回路(如第一熔断器Fuse1的第一端A1与第二端B1、第一端A1与第三端C1、第二端B1与第三端C1，两两断开)，实现了对电池单元10的保护功能。

在一些实施例中，电池单元10包括多个串联连接的电芯，第一控制器件IC1分别连接多个电芯的正极。其中，第一控制器件IC1可以通过引脚VCC1、……、和VCCn-1分别与电池单元10的各个电芯的正极B1+、……、和Bn+连接，并通过接地引脚VSS与电池单元10的负极Bn-连接。通过这样的配置，在给第一控制器件IC1供电以使其能够正常工作的同时，第一控制器件IC1可以根据引脚VCC1和VCC2、VCC2和VCC3…VCCn-1和VSS之间的压差以及内部逻辑电路实现各个电芯之间的电压平衡并判断电路的工作状态(包括充电过压、放电过压等)。

除了上述的第一保护模块，本申请的电池保护电路可以包括其它保护模块以形成两段式保护电路。参考图2，示出了根据本申请另一个实施例的电池保护电路。其中第一保护模块20与图1所示的第一保护模块20类似。电池保护电路还包括第二保护模块40，第二保护模块40设置在第一保护模块20与连接端口30之间。第二保护模块40包括采样电阻器Rsen、开关模块42和第二控制器件IC2。采样电阻器Rsen串联在主回路中。开关模块42设置在主回路中并且连接在第一保护模块20和连接端口30之间。第二控制器件IC2分别连接采样电阻器Rsen的两端和开关模块42，例如第二控制器件IC2通过接地引脚VSS和监测引脚SRP1分别连接采样电阻器Rsen的两端，使得第二控制器件IC2可以监测采样电阻器Rsen两端的电压并判断主回路的工作状态，并且在判断工作状态异常时控制开关模块42断开。

在一个实施例中，开关模块42包括第二场效应管MOS2和与第二场效应管MOS2串联的第三场效应管MOS3，第二场效应管MOS2的栅极和第三场效应管MOS3的栅极分别连接第二控制器件IC2。例如，第二场效应管MOS2的栅极和第三场效应管MOS3的栅极分别连接第二控制器件IC2的控制引脚CTL1和CTL2。

在本实施例中，采用一个IC、一个采样电阻器和两个MOS管的结构作为一段保护电路，通过第二控制器件IC2内部逻辑电路可以实现充电过压、放电过压的保护；通过第二控制器件IC2监测采样电阻器Rsen两端的电压，可以实现充电过流、放电过流及短路保护。另外，采用第一保护模块20作为二段保护电路。当一段保护电路的第二保护模块40失效时，二段保护电路的第一保护模块20开始工作，当系统出现过压(如充电或放电)、过流(如放电、充电、短路)等异常工作状态时，第一保护模块20的第一控制器件IC1可以在根据第一熔断器Fuse1两端的采样值判断主回路的电路为异常工作状态时，通过控制引脚CTL输出高电平，使第一场效应管MOS1导通，从而可以使第一熔断器Fuse1烧断，断开主回路，实现保护电池单元10的功能。和现有的各段保护电路中均包括一个IC和两个MOS管的两段式保护电路相比较，由于主回路中采用第一熔断器Fuse1作为采样元件及开关元件，减少了一个采样电阻器和一个MOS开关管，因此减少了系统中元器件的使用，降低了成本。另外，由于采用第一熔断器Fuse1作为第一控制器件IC1的采样元件，能够解决在快充技术中当电流过大时，采样电阻器和MOS管发热严重的问题，有效降低了系统温升。

继续参考图2所示，在一个实施例中，开关模块42可以设置在第一熔断器Fuse1和连接端口30的第一端31之间。在一个实施例中，采样电阻器Rsen可以设置在第一熔断器Fuse1和开关模块42之间。在本实施例中，连接端口30的第一端31为负端P-。也就是说，第一熔断器Fuse1和采样电阻器Rsen都连接在电池单元10的负极Bn-与连接端口30的负端P-之间。

参考图3所示，与图2所示的实施例不同的是，采样电阻器Rsen设置在电池单元10和第一熔断器Fuse1之间。

参考图4所示，示出了根据本申请另一个实施例的电池保护电路。其中，第一保护模块20的第一熔断器Fuse1设置在电池单元10和连接端口30的第一端31之间，第一开关元件22的一端221连接第一熔断器Fuse1，第一开关元件22的另一端222连接于连接端口30的第二端32。与图2所示的实施例不同的是，连接端口30的第一端31为正端P+。也就是说，第一熔断器Fuse1连接在电池单元10的正极B1+与连接端口30的正端P+之间。

在一个实施例中，电池单元10和连接端口30的第二端32之间具有节点D，第一开关元件22的另一端222连接至该节点D，其中，开关模块42可以设置在节点D和连接端口30的第二端32之间，如图4所示。

参考图5所示，示出了根据本申请另一个实施例的电池保护电路。与图4所示的实施例不同的是，开关模块42可以设置在第一熔断器Fuse1和连接端口30的第一端31之间。采样电阻器Rsen可以设置在第一熔断器Fuse1和开关模块42之间。在本实施例中，第一熔断器Fuse1和采样电阻器Rsen都连接在电池单元10的正极B1+与连接端口30的正端P+之间。

参考图6，示出了根据本申请另一个实施例的电池保护电路。其中，一段保护电路和二段保护电路均采用了本申请的电池保护电路的第一保护模块20的结构。其中，第一保护模块20与图1所示的第一保护模块20类似。电池保护电路的第二保护模块40设置在第一保护模块20与连接端口30之间。第二保护模块40包括第二熔断器Fuse2、第二开关元件44和第二控制器件IC2。第二熔断器Fuse2设置在主回路中且连接在第一保护模块20和连接端口30之间。第二开关元件44的一端441和另一端442分别连接于连接端口30的第一端31和第二端32。第二控制器件IC2分别连接第二熔断器Fuse2的两端和第二开关元件44，第二控制器件IC2监测第二熔断器Fuse2两端的电压并判断主回路的工作状态，其中，在判断工作状态异常时控制导通第二开关元件44。

在一个实施例中，第二熔断器Fuse2可以具有第一端A2、第二端B2和第三端C2。第二熔断器Fuse2的第一端A2分别连接第一熔断器Fuse1和第二控制器件IC2，例如，第二熔断器Fuse2的第一端A2连接至第二控制器件IC2的接地引脚VSS。第二熔断器Fuse2的第二端B2分别连接于连接端口30的第一端31和第二控制器件IC2，例如，第二熔断器Fuse2的第二端B2连接至第二控制器件IC2的监测引脚SRP。第二熔断器Fuse2的第三端C2连接第二开关元件44的一端441，第二开关元件44的另一端442连接于连接端口30的第二端32。此种保护电路同样能够减少系统中元器件的使用，降低系统成本，并且能够有效降低系统温升。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。