一种基于NTC的电池温度保护电路的制作方法

一种基于ntc的电池温度保护电路
技术领域
1.本发明涉及集成电路设计领域，具体的说，是涉及一种基于ntc的电池温度保护电路。


背景技术：

2.随着科技的发展，锂离子电池等新兴电池的应用逐渐增多。电池对温度时非常敏感的，锂电池本身的材料、性能决定其不能进行超高温和超低温的充放电。在低温状态下，电池的活性会急剧降低，容量会急剧下降，且低温充电会对电池的化学特性产生较大的影响。在高温状态下，电池的化学活跃度大大增加，这样电池化学物质的稳定性急剧下降，电池的安全保障大大降低。而现有大多数的电池是不带温度保护的，这导致使用电池的隐患增加。
3.现有技术中也有一些可以对电池的充放电进行保护的技术，但是这些应用中均需要设计单独的电路来采集电池的温度，进而形成反馈信号来控制电池的工作状态，这导致电池的充放电温度保护电路结构非常复杂，检测的灵敏度也较低，不利于能源的高效利用和持续发展，也不利于电路的集成化设计。
4.上述缺陷，值得解决。


技术实现要素：

5.为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种基于ntc的电池温度保护电路。
6.本发明技术方案如下所述：一种基于ntc的电池温度保护电路，包括电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路的输入端与比较控制电路连接，所述比较控制电路的两个输入端分别与温度感应电路、基准电路连接，所述温度感应电路内设有ntc热敏电阻。
7.根据上述方案的本发明，其特征在于，在该基于ntc的电池温度保护电路实现过程中：通过所述ntc热敏电阻感应温度变化，进而控制所在温度感应电路的电压；所述比较控制电路比较温度感应电路和基准电路的电压比值，得到电池保护的控制信号，进而控制所述电池保护电路的通断，实现电池的过温保护。
8.根据上述方案的本发明，其特征在于，该基于ntc的电池温度保护电路为高温保护电路：常温下，所述温度感应电路的输出电压高于所述基准电路的输出电压，使得所述比较控制电路输出控制所述电池保护电路的工作信号；高温状态时，所述温度感应电路的输出电压低于所述基准电路的输出电压，使得所述比较控制电路输出控制所述电池保护电路的关闭信号。
9.根据上述方案的本发明，其特征在于，该基于ntc的电池温度保护电路为低温保护电路：
常温下，所述温度感应电路的输出电压低于所述基准电路的输出电压，使得所述比较控制电路输出控制所述电池保护电路的工作信号；低温状态时，所述温度感应电路的输出电压高于所述基准电路的输出电压，使得所述比较控制电路输出控制所述电池保护电路的关闭信号。
10.根据上述方案的本发明，其特征在于，所述比较控制电路包括运算放大器和控制mos管，所述运算放大器输出控制信号并控制所述控制mos管的通断，所述控制mos管与所述电池保护电路的电源端或输出端连接。
11.进一步的，所述控制mos管与所述电池保护电路的电源端连接，用于同时对电池的充放电过程进行过温保护。
12.更进一步的，所述控制mos管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，其源极与电池的正极连接，其漏极与所述电池保护电路的电源端连接。
13.进一步的，所述控制mos管与所述电池保护电路的充电输出端连接，用于对电池的充电过程进行过温保护。
14.更进一步的，所述控制mos管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，其源极与所述电池保护电路的芯片的充电输出端连接，其漏极与所述电池保护电路的充电开关管连接。
15.更进一步的，所述控制mos管的栅极与所述运算放大器的输出端连接，其源极与所述电池保护电路的芯片的放电输出端连接，其漏极与所述电池保护电路的放电开关管连接。
16.根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明通过ntc热敏电阻来实现温度的探测，并通过运算放大器、控制mos管来实现过温控制，进而实现了电池的温度保护，整个电路结构设计简单，符合现在高度集成化、小型化的集成电路设计需求；并且本发明可以根据需求调整基准电阻和ntc热敏电阻在所在支路的阻值比就可以实现系统电路的灵敏度调整需求，整个电池温度保护电路的灵敏度大大提高，具有较高的灵活性和实用性。
附图说明
17.图1为本发明的电路原理图；图2为本发明第一实施例的电路图；图3为本发明第二实施例的电路图；图4为本发明第三实施例的电路图；图5为本发明第四实施例的电路图。
具体实施方式
18.下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：如图1所示，一种基于ntc的电池温度保护电路，包括电池保护电路、比较控制电路、温度感应电路及基准电路，电池保护电路的输入端与比较控制电路连接，比较控制电路的两个输入端分别与温度感应电路、基准电路连接。
19.其中，温度感应电路内设有ntc热敏电阻（即负温度系数热敏电阻），基准电路内设有基准电阻，通过ntc热敏电阻实现温度的感应，进而实现电池的过温控制，其感应灵敏且
可调；比较控制电路内设有运算放大器和控制mos管，运算放大器输出控制信号并控制控制mos管的通断，控制mos管与电池保护电路的连接，运算放大器用于对比基准电路和温度感应电路的电压大小，进而形成控制信号，控制mos管用以接收控制信号并形成电池保护电路的开关控制。
20.在本发明中，基准电路用于提供基准电压；温度感应电路用于感应温度变化进而实现不同的电压输出；比较控制电路用于比较温度感应电路和基准电路的电压大小进而形成控制信号；电池保护电路用以接收控制信号并实现对电池的充放电温度控制。该基于ntc的电池温度保护电路实现过程，包括以下步骤：（1）ntc热敏电阻感应温度变化，进而控制所在温度感应电路的电压；（2）比较控制电路比较温度感应电路和基准电路的电压比值，得到电池保护的控制信号，进而控制电池保护电路的通断，实现电池的过温保护。具体的，在本发明中，分别计算得到ntc热敏电阻和基准电阻所在对应支路的分压大小，进而可以得到电池保护的控制信号。
21.整个基于ntc的电池温度保护电路结构非常简单，但能够实现非常灵敏、灵活的过温控制，系统内部的电子元器件为基础器件，成本低廉，适用于各种应用场合。
22.本发明可以实现电池的高温保护，也可以实现电池的低温保护。
23.（1）在实现电池温度的高温保护过程中：常温下，温度感应电路的输出电压高于基准电路的输出电压，使得比较控制电路输出控制电池保护电路的工作信号；高温状态时，温度感应电路的输出电压低于基准电路的输出电压，使得比较控制电路输出控制电池保护电路的关闭信号。
24.（2）在实现电池温度的低温保护过程中：常温下，温度感应电路的输出电压低于基准电路的输出电压，使得比较控制电路输出控制电池保护电路的工作信号；低温状态时，温度感应电路的输出电压高于基准电路的输出电压，使得比较控制电路输出控制电池保护电路的关闭信号。
25.实施例一：具有充放电高温保护的电路如图2所示，在本实施例中，电芯正极cell 分别连接第七电阻r7、第五电阻r5、运算放大器op的电源端、第四电阻r4、控制mos管（第三mos管q3）的源极以及电池正极pack ，第七电阻r7的另一端分别连接运算放大器op的反相输入端、ntc热敏电阻，第五电阻r5的另一端分别连接运算放大器op的同相输入端、基准电阻（即第八电阻r8），运算放大器的输出端分别与第四电阻r4的另一端、第三mos管q3的栅极连接，第三mos管q3的的漏极经过第一电阻r1与电池保护芯片u2的电源端连接，电池保护芯片u2的电源端还经过第一电容c1与电池保护芯片u2的vss端连接，电池保护芯片u2的vm端经过第二电阻与电池负极pack
‑
、充电开关管（即第二mos管q2）的源极连接，第二mos管q2的栅极与电池保护芯片u2的充电输出端连接，其漏极与放电开关管（即第一mos管q1）的漏极连接，第一mos管q1的栅极与电池保护芯片u2的放电输出端连接，其源极分别与电芯负极cell
‑
、电池保护芯片u2的vss端、运算放大器的vss端、第八电阻r8的另一端、ntc热敏电阻的另一端连接，并接地。
26.在本实施例中，第七电阻r7、ntc热敏电阻构成温度感应电路，且ntc热敏电阻对所
在支路（第七电阻r7、ntc热敏电阻）进行分压；第五电阻r5、第八电阻r8构成基准电路，且第八电阻r8对所在支路（第五电阻r5、第八电阻r8）进行分压。ntc热敏电阻分压得到的电压值输入运算放大器op的反相输入端i
‑
，第八电阻r8分压得到的电压值输入运算放大器op的同相输入端i ，vi 和vi
‑
进行比较，并输出高低电平的控制信号。若vi 大于vi
‑
，则运算放大器op输出高电压，第三mos管q3关闭，进而电池保护芯片u2失去电源；若vi 小于vi
‑
，则运算放大器op输出低电压，第三mos管q3导通，进而电池保护芯片u2正常工作。
27.本实施例中的第三mos管q3为pmos管、第一mos管q1和第二mos管均为nmos管。另外，可以根据具体的灵敏度需求、温度控制需求选择不同的ntc热敏电阻、第五电阻r5、第七电阻r7以及第八电阻r8的阻值，本实施例中的r5=r7=10k，r8=2k，ntc热敏电阻为10k，其b值=3435 k（b值指的是ntc热敏电阻的材料常数(热敏指数)），这个参数选择得出的高温保护温度点是70℃。
28.在正常温度下，ntc热敏电阻的阻值较高，其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 小于vi
‑
，运算放大器op输出低电压，第三mos管q3导通，进而电池保护芯片u2正常工作，此时第一mos管q1和第二mos管q2均打开，整个电池充放电保护电路正常进行充放电。
29.若电池温度升高，ntc热敏电阻的阻值降低，其在所在支路的分压小于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 大于vi
‑
，运算放大器op输出高电压，第三mos管q3关闭，进而电池保护芯片u2失去电源，此时第一mos管q1和第二mos管q2均关闭，整个电池充放电保护电路不能进行充放电操作，达到高温保护目的。
30.当电池的温度降低后，ntc热敏电阻的阻值升高，直至其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压后，整个电池充放电保护电路恢复正常充放电功能。
31.实施例二：具有充放电低温保护的电路如图3所示，与实施例一不同的是，本实施例在实施例一的基础上交换第八电阻r8与ntc热敏电阻的位置，即使得ntc热敏电阻的分压输入运算放大器op的同相输入端，第八电阻r8的分压输入运算放大器op的反相输入端。
32.在正常温度下，ntc热敏电阻的阻值较高（低于第八电阻r8的阻值），并且使其在所在支路的分压小于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 小于vi
‑
，运算放大器op输出低电压，第三mos管q3导通，进而电池保护芯片u2正常工作，此时第一mos管q1和第二mos管q2均打开，整个电池充放电保护电路正常进行充放电。
33.若电池温度降低，ntc热敏电阻的阻值升高，其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 大于vi
‑
，运算放大器op输出高电压，第三mos管q3关闭，进而电池保护芯片u2失去电源，此时第一mos管q1和第二mos管q2均关闭，整个电池充放电保护电路不能进行充放电操作，达到高温保护目的。
34.当电池的温度升高后，ntc热敏电阻的阻值降低，直至其在所在支路的分压小于第八电阻r8在所在支路的分压后，整个电池充放电保护电路恢复正常充放电功能。
35.上述实施例一和实施例二中的控制mos管与电池保护电路的电源端连接，用于同时对电池的充放电过程进行过温保护。
36.实施例三：具有充电高温保护的电路如图4所示，与实施例一不同的是，本实施例中电池保护芯片u2的电源端经过第一
电阻r1直接与电池正极pack 连接，电池保护芯片u2的充电输出端co连接控制mos管（第三mos管q3）的源极，第三mos管q3的栅极与运算放大器op的输出端连接，其漏极与经过第三电阻r3与电池负极pack
‑
连接，且第三mos管q3的漏极还与充电开关管（即第二mos管q2）的栅极连接。
37.在正常温度下，ntc热敏电阻的阻值较高，其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 小于vi
‑
，运算放大器op输出低电压，第三mos管q3导通，进而电池保护芯片u2正常工作，此时第二mos管q2打开，整个电池充放电保护电路正常进行充电。
38.若电池温度升高，ntc热敏电阻的阻值降低，其在所在支路的分压小于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 大于vi
‑
，运算放大器op输出高电压，第三mos管q3关闭，进而第二mos管q2关闭，整个电池充放电保护电路不能进行充电操作，达到高温保护目的。
39.当电池的温度降低后，ntc热敏电阻的阻值升高，直至其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压后，整个电池充放电保护电路恢复正常充电功能。
40.上述实施例三中的控制mos管与电池保护电路的充电输出端连接，用于对电池的充电过程进行过温保护。
41.实施例四：具有放电高温保护的电路如图5所示，与实施例三不同的是，在本实施例中，电池保护芯片u2的放电输出端do连接控制mos管（第三mos管q3）的源极，第三mos管q3的栅极与运算放大器op的输出端连接，其栅极还经过第三电阻r3接地，第三mos管q3的漏极与放电开关管（即第一mos管q1）的栅极连接。
42.在正常温度下，ntc热敏电阻的阻值较高，其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 小于vi
‑
，运算放大器op输出低电压，第三mos管q3导通，进而电池保护芯片u2正常工作，此时第一mos管q1打开，整个电池充放电保护电路正常进行放电。
43.若电池温度升高，ntc热敏电阻的阻值降低，其在所在支路的分压小于第八电阻r8在所在支路的分压，vi 大于vi
‑
，运算放大器op输出高电压，第三mos管q3关闭，进而第一mos管q1关闭，整个电池充放电保护电路不能进行放电操作，达到高温保护目的。
44.当电池的温度降低后，ntc热敏电阻的阻值升高，直至其在所在支路的分压大于第八电阻r8在所在支路的分压后，整个电池充放电保护电路恢复正常放电功能。
45.上述实施例四中的控制mos管与电池保护电路的放电输出端连接，用于对电池的放电过程进行过温保护。
46.本发明可以灵活设置不同分压电路的阻值，进而设置形成不同的充电保护/放电保护/充放电保护等功能，同时可以根据阻值大小调节反应的灵敏度，实现了不同场合的温度保护需求；另外，本发明整个调控电路在实现基本的温度探测和调控的功能的基础上，其结构非常简单，适用于高度集成的电路应用，且电子元器件为基础器件，成本低廉，整个电路系统成本低，有利于推广应用。
47.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
48.上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。