一种锂电池短路保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及锂电池技术领域，特别是涉及一种锂电池短路保护电路。


背景技术：

2.电池管理系统(bms)俗称之为电池保姆或电池管家，主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
3.电池管理系统一般都有电池短路保护功能。现有技术中，电池短路保护功能一般由模拟前端芯片内部自带。在大电流的应用中，需要大量的mos管并联输出。大量的mos管并联输出将会导致芯片的关断能力不足，影响电池短路保护功能的实现。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种锂电池短路保护电路，实现大电流的短路保护。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种锂电池短路保护电路，包括：电流采样单元、延时滤波单元、比较电路单元、分压电路单元、第一反馈单元、第二反馈单元及电池输出开关单元；
7.所述电池输出开关单元与电池的输出端连接；所述电流采样单元采样电池的输出电流；所述延时滤波单元的输入端与所述电流采样单元连接，输出端与所述比较电路单元的正输入端连接；所述分压电路单元与所述比较电路单元的负输入端连接；所述比较电路单元的输出端经所述第一反馈单元输出至所述电池输出开关单元的控制端；所述比较电路单元的输出端还经所述第二反馈单元反馈至所述比较电路单元的正输入端。
8.在其中一个实施例中，所述锂电池短路保护电路还包括mcu及第三反馈单元；所述比较电路单元的输出端还经所述第三反馈单元输出至所述mcu的信号出入端in_out；所述mcu根据所述第三反馈单元的反馈信号输出相应的控制信号至所述电池输出开关单元的控制端。
9.在其中一个实施例中，所述电池输出开关单元包括第一nmos管q1；所述第一nmos管q1的g极与所述第一反馈单元、所述第三反馈单元连接；所述第一nmos管q1的d极与电池的输出端连接，s极与电流采样单元的输入端连接。
10.在其中一个实施例中，所述电流采样单元包括采样电阻r0，所述采样电阻 r0的一端与所述第一nmos管q1的s极连接，另一端接地。
11.在其中一个实施例中，所述延时滤波单元包括：第一电阻r1、第一电容c1 及第一二极管d1；所述第一电阻r1的一端与所述第一nmos管q1的s极连接，另一端串联所述第一电容c1后接地；所述第一二极管d1与所述第一电容 c1并联；所述第一电阻r1的另一端与所述比较电路单元的正输入端连接。
12.在其中一个实施例中，所述第二反馈单元包括：第二电阻r2、第三电阻r3、第四电
阻r4及第二二极管d2；
13.所述第四电阻r4的两端分别与所述比较电路单元的电源输入端及输出端连接；所述比较电路单元的电源输入端接供电电源；
14.所述第三电阻r3的一端串联所述第二电阻r2后与所述第二二极管d2的正极连接；所述第三电阻r3的另一端与所述比较电路单元的输出端连接；所述第二二极管d2的负极与所述比较电路单元的正输入端连接。
15.在其中一个实施例中，所述第一反馈单元包括：第五电阻r5及第二nmos 管q2；
16.所述第五电阻r5的一端与所述比较电路单元的输出端连接，另一端与所述第二nmos管q2的g极连接；所述第二nmos管q2的d极与所述电池输出开关单元的控制端连接；所述第二nmos管q2的s极接地。
17.在其中一个实施例中，所述第三反馈单元包括：第三电阻r3及第三二极管 d3；所述第三电阻r3的一端与所述比较电路单元的输出端连接，另一端与所述第三二极管d3的正极连接；所述第三二极管d3的负极串联第六电阻r6后接地，且第三二极管d3的负极还与mcu的信号输入端in_out连接；
18.mcu的信号输出端d_fet串联第七电阻r7后与所述电池输出开关单元的控制端连接。
19.在其中一个实施例中，所述分压电路单元包括：第八电阻r8及第九电阻 r9；所述第八电阻r8的一端接供电电源，另一端串联所述第九电阻r9后接地；所述第八电阻r8的另一端还与所述比较电路单元的负输入端连接。
20.在其中一个实施例中，所述比较电路单元为运算放大器或比较器。
21.本实用新型公开的锂电池短路保护电路，一方面通过自反馈实现高电平锁定，同时还通过反馈将电池输出开关单元关断实现短路保护；另一方面还通过 mcu进一步将电池输出开关单元关断锁死；实现短路的双重短路保护。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
23.图1为本实用新型的锂电池短路保护电路的原理框图；
24.图2为图1所示的锂电池短路保护电路的原理图。
具体实施方式
25.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接
到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
28.如图1所示，本实用新型公开一种锂电池短路保护电路10，包括：电流采样单元100、延时滤波单元200、比较电路单元300、分压电路单元400、第一反馈单元500、第二反馈单元600及电池输出开关单元700。其中，比较电路单元300为运算放大器或比较器。
29.如图1所示，电池输出开关单元700与电池20的输出端连接。电流采样单元100采样电池20的输出电流。延时滤波单元200的输入端与电流采样单元100 连接，输出端与比较电路单元300的正输入端连接。分压电路单元400与比较电路单元300的负输入端连接。比较电路单元300的输出端经第一反馈单元500 输出至电池输出开关单元700的控制端。比较电路单元300的输出端还经第二反馈单元600反馈至比较电路单元300的正输入端。
30.如图1所示，在本实施例中，锂电池短路保护电路10还包括mcu 800及第三反馈单元900。比较电路单元300的输出端还经第三反馈单元900输出至 mcu 800的信号出入端in_out。mcu 800根据第三反馈单元900的反馈信号输出相应的控制信号至电池输出开关单元700的控制端。
31.如图2所示，在本实施例中，电池输出开关单元700包括第一nmos管q1。第一nmos管q1的g极与第一反馈单元500、第三反馈单元900连接。第一 nmos管q1的d极与电池20的输出端连接，s极与电流采样单元100的输入端连接。
32.如图2所示，在本实施例中，电流采样单元100包括采样电阻r0，采样电阻r0的一端与第一nmos管q1的s极连接，另一端接地。
33.如图2所示，在本实施例中，延时滤波单元200包括：第一电阻r1、第一电容c1及第一二极管d1。第一电阻r1的一端与第一nmos管q1的s极连接，另一端串联第一电容c1后接地。第一二极管d1与第一电容c1并联；第一电阻r1的另一端与比较电路单元300的正输入端连接。
34.如图2所示，在本实施例中，第二反馈单元600包括：第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第二二极管d2。
35.如图2所示，第四电阻r4的两端分别与比较电路单元300的电源输入端及输出端连接。比较电路单元300的电源输入端接供电电源。
36.如图2所示，第三电阻r3的一端串联第二电阻r2后与第二二极管d2的正极连接。第三电阻r3的另一端与比较电路单元300的输出端连接。第二二极管d2的负极与比较电路单元300的正输入端连接。
37.如图2所示，在本实施例中，第一反馈单元500包括：第五电阻r5及第二 nmos管q2。第五电阻r5的一端与比较电路单元300的输出端连接，另一端与第二nmos管q2的g极连接。第二nmos管q2的d极与电池输出开关单元700的控制端连接；第二nmos管q2的s极接地。
38.如图2所示，在本实施例中，第三反馈单元900包括：第三电阻r3及第三二极管d3。第三电阻r3的一端与比较电路单元300的输出端连接，另一端与第三二极管d3的正极连接。
第三二极管d3的负极串联第六电阻r6后接地，且第三二极管d3的负极还与mcu 800的信号输入端in_out连接。mcu 800 的信号输出端d_fet串联第七电阻r7后与电池输出开关单元700的控制端连接。
39.如图2所示，在本实施例中，分压电路单元400包括：第八电阻r8及第九电阻r9；第八电阻r8的一端接供电电源，另一端串联第九电阻r9后接地；第八电阻r8的另一端还与比较电路单元300的负输入端连接。
40.下面的以比较电路单元300采用比较器u1为例，对本实用新型的锂电池短路保护电路10的工作原理进行说明(请一并参阅图1及图2)：
41.采样电阻r0对电池20的输出电流进行采样并形成一采样电压；采样电压经过第一电阻r1、第一电容c1及第一二极管d1组成的延时滤波单元200进行延时滤波后输入至比较器u1的正输入端；由于第一二极管d1的单向导电性，保证采样电阻r0的电压只能流经比较器u1的正输入端；第八电阻r8及第九电阻r9组成分压电路，得到一个参考电压，参考电压输入至比较器u1的负输入端；
42.当电池20未发生短路时，电池20的输出电流较小，采用电阻r0的电压也较小，则输入至比较器u1的正输入端的电压小于输入至比较器u1的负输入端的参考电压；此时，比较器u1的输出端输出低电平，经过第三反馈单元900的第三电阻r3及第三二极管d3输入至mcu 800的信号输入端in_out的电平为低电平；此时mcu 800判断电池20无短路发生，保持信号输入端in_out 为输入设置；
43.当电池20发生短路时，电池20的输出电流较大，采用电阻r0的电压也较大，则输入至比较器u1的正输入端的电压大于输入至比较器u1的负输入端的参考电压；此时，比较器u1的输出端输出高电平；比较器u1的输出端输出的高电平经过第二反馈单元600的第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4及第二二极管d2反馈至比较器u1的正输入端；由此使得比较器u1的正输入端的电压始终保持大于比较器u1的负输入端的电压，从而使得比较器u1处于高电平锁定状态；
44.与此同时，比较器u1的输出端输出的高电平将第一反馈单元500的第二 nmos管q2导通，进而将第一nmos管q1的g极拉低，从而使得第一nmos 管q1关断输出，实现短路保护；
45.与此同时，比较器u1的输出端输出的高电平经过第三反馈单元900的第三电阻r3及第三二极管d3输入至mcu 800的信号输入端in_out的电平为高电平；此时mcu 800判断电池20发生短路，从而把muc的信号输出端d_fet 的电压拉低，从而进一步将第一nmos管q1关断锁死；
46.当mcu 800通过外部负载检测电路检测到负载已经移除时，则把信号输入端in_out设置为输出引脚，同时把信号输入端in_out设置为低电平；则第二电阻r2、第三电阻r3结点的电平为低电平；则，比较器u1的正输入端的电压小于比较器u1的负输入端的电压，比较器u1输出高电平的高电平锁定状态解除，恢复正常输出。
47.本实用新型的锂电池短路保护电路10，一方面通过自反馈实现高电平锁定，同时还通过反馈将电池输出开关单元700关断实现短路保护；另一方面还通过 mcu 800进一步将电池输出开关单元700关断锁死；实现短路的双重短路保护。
48.此外，本实用新型的锂电池短路保护电路10，在负载移除后，通过mcu 800 自行解锁，恢复至正常状态。
49.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。