充电保护系统、方法、电池模组包及用电装置与流程

1.本技术属于电池模组技术领域，尤其涉及一种充电保护系统、方法、电池模组包及用电装置。


背景技术：

2.随着二次电池在各领域中的应用不断增多，其中，电池模组作为二次电池的一部分，其充电安全得到了越来越多的关注，例如，电池模组的过充是引发二次电池安全问题之一。
3.为了提高充电安全，常常为电池模组设置安全保护开关。但目前，过充保护的电路中，随着电池模组数量的增加，保护电路的中的保护芯片的数量也越来越多，导致电池模组过充防护电路的成本越来越高。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供一种充电保护系统、方法、电池模组包及用电装置，能够提高充电安全，以及降低安全防护的成本。
5.第一方面，本技术实施例提供一种充电保护系统，该充电保护系统包括比较模块、分压电路、供电模块、充电开关以及信号保持电路；比较模块包括输入端和输出端，比较模块的输入端与分压电路电连接；供电模块的输出端与比较模块电连接，用于为比较模块供电；信号保持电路的输入端电连接于比较模块的输出端，信号保持电路的输出端电连接于充电开关；分压电路被配置为电连接在电池模组的正极与电池模组的负极之间。
6.在第一方面的一些可实现方式中，还包括第一开关、第二开关和微控制单元；其中，第一开关与微控制单元电连接，并被配置为能够响应微控制单元的控制信号执行导通或关断；第二开关与第一开关电连接，被配置为电连接在电池模组的正极与分压电路之间，并能够跟随第一开关的导通或关断而执行导通或关断。
7.在第一方面的一些可实现方式中，分压电路包括至少两个相互串联的电阻，其中，相互串联的电阻之间的节点电连接于比较模块的第一输入端，比较模块的第二输入端被配置为与电池模组的正极或供电模块电连接。
8.在第一方面的一些可实现方式中，比较模块设有电压阈值，比较模块被配置为响应于相互串联的电阻之间的节点的电压不小于电压阈值时，输出第一信号，第一信号用于使充电开关关断。
9.在第一方面的一些可实现方式中，供电模块被配置为与电池模组的正极电连接，以对电池模组的电压进行降压处理，输出的电压为比较模块供电。
10.第二方面，本技术实施例提供一种充电保护方法，充电保护方法应用于如第一方面或者第一方面任一可实现方式中所述的充电保护系统，该方法包括：对电池模组充电，并获取电池模组的电压；基于电池模组的电压与比较模块的电压阈值，生成控制信号，控制信号用于使充电回路断开或保持充电回路处于导通。
11.在第二方面的一些可实现方式中，还包括：在电池模组处于充电状态时，微控制单元发送控制信号使第一开关导通，第二开关响应第一开关导通而执行导通。
12.在第二方面的一些可实现方式中，还包括：在电池模组未处于充电状态时，微控制单元发送控制信号使第一开关关断，第二开关响应第一开关关断而执行关断。
13.在第二方面的一些可实现方式中，基于电池模组的电压与比较模块的电压阈值，生成控制信号，还包括：响应于比较模块的第一输入端的电压大于或等于电压阈值，比较模块输出第一信号，第一信号用于断开充电回路。
14.第三方面，本技术提供一种电池模组包，包括电池模组和如第一方面或者第一方面任一可实现方式中所述的充电保护系统。
15.第四方面，本技术提供一种用电装置，包括用电主体和如第三方面所述的电池模组包，电池模组包用于为用电主体供电。
16.本技术实施例提供了一种充电保护系统、方法、电池模组包及用电装置，在充电保护系统中包括比较模块、分压电路、供电模块、充电开关以及信号保持电路。其中，通过供电模块的输出端与比较模块电连接，为比较模块供电，如此，比较模块可以进入工作状态。此外，由于信号保持电路的输入端电连接于比较模块的输出端，信号保持电路的输出端电连接于充电开关，通过信号保持电路可以减少比较误差对充电保护的影响，提高对充电开关进行控制的可靠性，从而能够更好的提高充电安全。由于整个充电保护系统所用的元器件数量少，连接关系简单，从而能够降低安全防护的成本。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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。
18.图1示出了本技术一个实施例提供的充电保护系统的结构示意图；
19.图2示出了本技术另一个实施例提供的充电保护系统的结构示意图；
20.图3示出了本技术一个实施例提供的充电保护电路的结构示意图；
21.图4示出了本技术一个实施例提供的充电保护方法的流程示意图。
具体实施方式
22.下面将详细描述本技术的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本技术进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅意在解释本技术，而不是限定本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本技术的示例来提供对本技术更好的理解。
23.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备
所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
24.随着二次电池在各领域中的应用不断增多，其中，电池模组作为二次电池的一部分，其充电安全得到了越来越多的关注，例如，电池模组的过充是引发二次电池安全问题之一。
25.本技术实施例所提到的二次电池可以为锂离子电池、锂金属电池、铅酸电池、镍隔电池、镍氢电池、锂硫电池、锂空气电池或者钠离子电池等，在此不做限定。从规模而言，本技术实施例中的电池可以为电芯单体，也可以是电池模组或电池包，在此不做限定。从应用场景而言，电池可应用于汽车、轮船等动力装置内。例如，可以应用于电动汽车内，为用电装置供电。用电装置例如可以是电动两轮车、电动摩托车、电动工具、无人飞行器、储能系统等利用二次电池的电能工作的装置。
26.为了提高充电安全，常常为电池模组设置安全保护开关。但目前，过充保护的电路中，随着电池模组数量的增加，保护电路的中的保护芯片的数量也越来越多，导致电池模组过充防护电路的成本越来越高。为了提高充电安全，常常为电池模组设置安全保护开关。但目前，过充保护的电路中，随着电池模组数量的增加，保护电路的中的保护芯片的数量也越来越多，导致电池模组过充防护电路的成本越来越高。
27.针对于此，本技术实施例提供了一种充电保护系统、方法、电池模组包及用电装置，在充电保护系统中包括比较模块、分压电路、供电模块、充电开关以及信号保持电路。其中，通过供电模块的输出端与比较模块电连接，为比较模块供电，如此，比较模块可以进入工作状态。此外，由于信号保持电路的输入端电连接于比较模块的输出端，信号保持电路的输出端电连接于充电开关，通过信号保持电路可以减少比较误差对充电保护的影响，提高对充电开关进行控制的可靠性，从而能够更好的提高充电安全。由于整个充电保护系统所用的元器件数量少，连接关系简单，从而能够降低安全防护的成本。
28.图1示出了本技术一个实施例提供的充电保护系统的结构示意图。如图1所示，充电保护系统包括比较模块10、分压电路20、供电模块30、充电开关40以及信号保持电路50。其中，比较模块10包括输入端和输出端，比较模块10的输入端与分压电路20电连接；供电模块30的输出端与比较模块10电连接，用于为比较模块10供电；信号保持电路50的输入端电连接于比较模块10的输出端，信号保持电路50的输出端电连接于充电开关40；分压电路20被配置为电连接在电池模组的正极与电池模组的负极之间。
29.示例性的，比较模块10可以比较判断电池模组充电过程中的是否存在过充的问题。具体地，比较器可以实现为集成电路(integrated circuit，ic)的形式。通过比较模块10，可以对至少两个电压进行比较，判断不同电压之间是否相等，或者不同电压之间的大小关系。
30.在本技术的一些实施例中，比较模块10可以获取电池模组充电过程中的电压和预设的电压阈值进行比较，从而可以得到至少两个结果。例如，比较结果中可以包括高电平和低电平。可选地，可以预先设置高电平对应第一信号，用来控制充电回路断开，低电平可以对应第二信号，用来控制充电回路导通。具体的控制信号可以根据实际需要进行设置，在此不作具体限制。
31.作为一个具体的示例，比较模块10例如可以还可以包括：电压比较器、窗口比较
器、滞回比较器等。可选地，比较模块10还可以实现为运算放大器等能够实现数学运算功能的元器件，在此不一一列举。
32.在一些实施例中，分压电路20与比较模块10的输入端电连接。其中，分压电路20还被配置为电连接在电池模组的正极与电池模组的负极之间。
33.分压电路20可以为比较模块10提供用于判断的电池组充电电压。示例性的，分压电路20中可以包括电阻，其中，电阻的数量在此不做具体限制，通过分压电路20对电池模组正极电压进行分压处理后，输入比较模块10的电压代表电池模组在充电过程中的电压。以便于比较模块10进行判断，并输出判断结果，提高电池模组在充电过程的充电过程的安全性。
34.供电模块30的输出端与比较模块10电连接，用于为比较模块10提供运行电压。在一个示例中，供电模块30的输入端例如可以与电池模组的正极连接，由于在对电池模组充电的过程中，电池模组两端的电压可能高于比较模块10正常的运行电压，通过供电模块30可以调整电池组的正极电压，输出满足比较模块10正常运行所需的供电电压，以避免损伤比较模块10。示例性的，供电模块30可以为稳压器，具体例如，低压差线性稳压器(low dropout regulator，ldo)、开关电源(direct current-direct current converter，dc-dc)等。通过供电模块30可以为比较模块提供可承受的供电电压，可以确保比较模块10正常运行，以提高充电防护过程的可靠性。
35.在一些实施例中，比较模块10的输出端还可以与信号保持电路50电连接。具体地，比较模块10的比较结果输入信号保持电路50，再由信号保持电路的输出端输入充电开关40，以控制充电开关导通或者关断。
36.示例性的，充电开关可以为绝缘栅场效应管、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、大功率二极管或快恢复二极管等，在此并不具体限制。
37.作为一个具体的示例，信号保持电路50可以将接收到的比较结果保持一定的时长，如此，降低比较模块10的比较误差对充电保护过程影响，提高充电保护的可靠性。具体例如，比较模块10输出第一信号后，第一信号先进入信号保持电路50。信号保持电路50再将第一信号输入充电开关40。
38.其中，充电开关40一端与电池模组的充电回路连接，另一端与电池模组连接。通过控制充电开关40导通或者关断，从而可以控制充电回路导通或者关断。示例性的，当充电开关关断时，可以切断对电池模组的充电回路，从而停止为电池模组充电。作为一个具体的示例，结合图1所示，充电开关40可以连接在电池模组正极与充电回路之间，当充电开关关断时，可以切断对电池模组的充电回路。基于同样的构思，充电开关40也可以连接在电池模组负极与充电回路之间，当充电开关关断时，同样可以切断对电池模组的充电回路，实现停止为电池模组充电。
39.示例性的，由于电压与电压阈值大小相近时，比较模块10容易出现运算误差。例如，可能导致比较结果在第一信号和第二信号之间频繁切换。其中，基于信号保持电路50可以将比较结果锁定，从而可以避免充电开关在导通和切换之间频繁切换，提供充电保护的可靠性。
40.根据本技术实施例，通过供电模块的输出端与比较模块电连接，为比较模块供电，如此，比较模块可以进入工作状态。此外，由于信号保持电路的输入端电连接于比较模块的
输出端，信号保持电路的输出端电连接于充电开关，通过信号保持电路可以减少比较误差对充电保护的影响，提高对充电开关进行控制的可靠性，从而能够更好的提高充电安全。由于整个充电保护系统所用的元器件数量少，连接关系简单，从而能够降低安全防护的成本，此外，由于充电保护系统能够能独立运行，进一步提高开充电保护的可靠性。
41.在一些实施例中，供电模块30被配置为与电池模组的正极电连接，以对电池模组的电压进行降压处理，输出的电压为比较模块供电。
42.在对电池模组充电的过程中，电池模组正极的电压可能高于比较模块10正常的运行电压。通过供电模块30可以对电池模组的电压进行降压处理，并输出满足比较模块10正常运行所需的供电电压，以避免损伤比较模块。如此，可以确保比较模块10正常运行，提高充电防护过程的可靠性。
43.在一些实施例中，充电保护系统还包括：第一开关61、第二开关62和微控制单元；其中，第一开关61与微控制单元电连接，并被配置为能够响应微控制单元的控制信号执行导通或关断；第二开关62与第一开关61电连接，被配置为电连接在电池模组的正极与分压电路之间，并能够跟随第一开关61的导通或关断而执行导通或关断。
44.图2示出了本技术另一个实施例提供的充电保护系统的结构示意图。具体地，第二开关62电连接于电池模组的正极与分压电路之间，第一开关61电连接于第二开关与电池模组的负极之间，微控制单元(microcontroller unit，mcu)可以检测充电器是充电回路是否接入充电器。当微控制单元(图中未示出)检测到充电器接入时，可以生成控制信号，并通过控制信号控制第一开关61的导通或关断。当第一开关61导通后，第二开关62可以跟随第一开关61的导通而执行导通。在充电器未接入充电回路的情况下，微控制单元可控制第一开关61关断，第二开关62跟随第一开关61而关断。由于，第二开关62电连接在电池模组的正极与分压电路20之间，在第二开关62关断的情况下，可以使充电保护系统进入休眠状态，从而可以减少充电保护电路对电池模组电能的消耗。
45.在一些实施例中，第一开关61和第二开关62可以分别选取绝缘栅场效应管、绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)、大功率二极管或快恢复二极管等，在此并不具体限制。
46.以第一开关61为nmos管，第二开关62为pmos管为例，当电池模组与充电器连接时，微控制单元可以发送高电平信号控制nmos管导通。在nmos管导通后，接着pmos管接着导通。
47.根据本技术实施例，在充电保护系统中，第一开关61和第二开关62能够接受微控制单元的控制，且第二单元62电连接在电池模组的正极与分压电路20之间，使充电保护系统在接入充电器后，再进入运行状态。在充电器停止为电池模组充电的情况下，使充电保护系统进入休眠状态，能够有效降低电池模组保护系统的功率消耗，以及减少充电保护电路对电池模组电能的消耗。
48.在一些实施例中，分压电路20包括至少两个相互串联的电阻，其中，相互串联的电阻之间的节点电连接于比较模块的第一输入端，比较模块10的第二输入端被配置为与电池模组的正极或供电模块电连接。
49.示例性的，以分压电路20包括两个相互串联的电阻为例，图3示出了本技术一个实施例提供的充电保护电路的结构示意图，结合图3所示，分压电路20包括电阻21和电阻22，在电阻21和电阻22的串联节点接入比较模块10的第一输入端。通过第一输入端接入比较模
块10后，串联节点对应的电压可用来表征电池模组处于充电状态时的电压。
50.比较模块10还包括第二输入端，第二输入端可以与电池模组的正极电连接，或者第二输入端可以与供电模块30的输出端电连接。示例性的，当电池模组的正极电压处于比较模块10正常运行所能承受的电压的范围内时，比较模块的第二输入端可以直接与电池模组的正极电连接。
51.可选地，参考图3所示，供电模块30的输出端接入比较模块10的第二输入端。如此，通过供电模块30可以通过第二输入端为比较模块10提供运行所需的电压，以确保比较模块10正常运行。
52.根据本技术实施例，通过对分压电路20包括的至少两个电阻进行调配后，串联节点对应的电压可用于表征电池模组处于充电状态时的电压。整个电路结构简单，且方便比较模块10进行计算，以便于保护电池模组的充电安全。
53.在一些实施例中，比较模块10设有电压阈值，比较模块10被配置为响应于相互串联的电阻之间的节点的电压不小于电压阈值时，输出第一信号，第一信号用于使充电开关40关断。
54.在比较模块10中可以预先设置电压阈值。例如，比较模块10可以以集成电路(integrated circuit，ic)的形式实现。在对电池模组充电的过程中，比较模块10获取相互串联的电阻之间的节点的电压，并将该电压与电压阈值进行比较运算。当电压不小于电压阈值时，说明电池模组可能存在过充的危险。此时，比较模块10输出第一信号，以控制充电开关40断开。具体的，在充电保护电路中包括信号保持电路50，比较模块10输出第一信号后，第一信号先进入信号保持电路50，再由信号保持电路50的输出端输入充电开关40，以控制充电开关40关断，从而切换充电器与电池模组之间的充电回路，停止为电池模组充电，如此可以提高充电保护的可靠性。
55.在一些实施例中，当相互串联的电阻之间的节点的电压小于电压阈值时，比较模块10输出第二信号，第二信号用于控制充电开关导通，使充电器可以持续为电池模组充电。
56.根据本技术实施例，通过供电模块的输出端与比较模块电连接，为比较模块供电，如此，比较模块可以进入工作状态。此外，由于信号保持电路的输入端电连接于比较模块的输出端，信号保持电路的输出端电连接于充电开关，通过信号保持电路可以减少比较误差对充电保护的影响，提高对充电开关进行控制的可靠性，从而能够更好的提高充电安全。由于整个充电保护系统所用的元器件数量少，连接关系简单，从而能够降低安全防护的成本，此外，由于充电保护系统能够能独立运行，进一步提高开充电保护的可靠性。
57.本技术实施例还提供了一种充电保护方法，充电保护方法可以应用于上述本技术实施例描述的充电保护系统。图4示出了本技术一个实施例提供的充电保护方法的流程示意图，结合图4所示，充电保护方法可以包括步骤410至步骤420。
58.步骤410，对电池模组充电，并获取电池模组的电压。
59.步骤420，基于电池模组的电压与比较模块的电压阈值，生成控制信号，控制信号用于使充电回路断开或保持充电回路处于导通。
60.在电池模组的充电回路接入充电器后，可以向电池模组进行充电。在电池模组充电的过程中，可以获取电池模组的电压。示例性的，在充电保护系统中，分压电路20被配置为电连接在电池模组的正极与电池模组的负极之间。分压电路20可以比较模块10提供用于
判断的电池组是否存在过充的充电电压。示例性的，通过分压电路20对电池模组正极电压进行分压处理后，输入比较模块10的电压来表征电池模组在充电过程中的电压。
61.在比较模块10接收到可用于表征电池模组电压大小的电压后，可以将该与比较模块的电压阈值，生成控制信号，控制信号用于使充电回路断开或保持充电回路处于导通。
62.在本技术实施例中，通过分压电路可以将电池模组正极的电压进行分压处理后，可以得到用于表征电池模组在充电过程中的比较电压，从而使充电保护系统根据该比较电压与电压阈值进行比较，以生成控制信号，使充电回路断开或保持充电回路处于导通，实现保护电池模组，避免对电池模组过充。由于充电保护系统能够能独立运行，进一步提高开充电保护的可靠性。
63.在一些实施例中，在电池模组处于充电状态时，微控制单元发送控制信号使第一开关导通，第二开关响应第一开关导通而执行导通。
64.示例性的，本技术实施例提供充电保护系统还可以包括第一开关61、第二开关62和微控制单元。当微控制单元检测到充电器接入时，可以生成控制信号，并通过控制信号控制第一开关61的导通。当第一开关61导通后，、第二开关62可以跟随第一开关61的导通而导通。
65.根据本技术实施例，充电保护系统在接入充电器后，再进入运行状态。在充电器停止为电池模组充电的情况下，使充电保护系统进入休眠状态，能够有效降低电池模组保护系统的功率消耗，以及减少充电保护电路对电池模组电能的消耗。
66.在一些实施例中，在电池模组未处于充电状态时，微控制单元发送控制信号使第一开关关断，第二开关响应第一开关关断而执行关断。
67.具体地，在充电器未接入充电回路的情况下，微控制单元可控制第一开关61关断。即，在充电器未接入充电回路的情况下，微控制单元可控制第一开关61关断，第二开关62跟随第一开关61而关断。由于，第二开关62被配置为电连接在电池模组的正极与分压电路20之间，在第二开关62关断的情况下，可以使充电保护系统进入休眠状态，从而可以减少充电保护电路对电池模组电能的消耗。
68.在一些实施例中，响应于比较模块的第一输入端的电压大于或等于电压阈值，比较模块输出第一信号，第一信号用于断开充电回路。
69.示例性的，本技术实施例提供充电保护系统包括充电开关40，其中，一端与电池模组的充电回路连接，另一端与电池模组连接。通过控制充电开关40关断，从而可以控制充电回路关断，从而终止电池模组继续充电。
70.根据本技术实施例，由于充电开关能够响应于比较模块运行，控制充电回路的关断，能够实现保护电池模组，避免对电池模组过充。
71.基于本技术实施例提供的充电保护系统，本技术实施例可以提供一种电池模组包，在电池模组包中包括电池模组和本技术实施例所描述的充电保护系统。
72.该电池模组包可以实现本技术实施例中的充电保护系统，从而实现本技术实施例描述的充电保护系统的相应技术效果，在此不做赘述。
73.基于本技术实施例提供的充电保护方法，本技术实施例可以提供一种用电装置，用电装置包括用电主体和本技术实施例提供的电池模组包，电池模组包用于为用电主体供电。
74.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的系统、模块和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。应理解，本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本技术的保护范围之内。