电池短路保护电路及系统的制作方法

1.本实用新型涉及电力电子领域，特别是涉及一种电池短路保护电路及系统。


背景技术：

2.随着科学技术的发展，大家对移动式设备的需求越来越大。而大多数移动式设备目前配备的电池都是锂电池，所以对锂电池需求也越来越大。当今社会，锂离子电池已经成为我们生活中必不可缺的部分，平均每个人拥有好几块锂电池，不论是手机，还是笔记本电脑还是数码相机，都少不了锂离子电池的身影。
3.由于锂电池的化学性质过于活泼，锂电池的安全性成了大家非常关心的问题，近年来，我们经常能看到锂电池起火爆炸的新闻，而锂电池起火爆炸的根本原因就是锂电池保护板发生故障，锂电池发生了短路。
4.因此，如何对锂电池短路保护电路进行改善，提高锂电池短路保护的响应速度，已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种电池短路保护电路及系统，用于解决现有技术中锂电池短路保护响应速度慢的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种电池短路保护电路，所述电池短路保护电路至少包括：
7.采样模块、短路判断模块、第一短路保护模块及第二短路保护模块；
8.所述采样模块的一端连接于电池回路中，另一端接地，用于采集回路电流并输出相应的采样电压；
9.所述短路判断模块连接所述采样模块，并接收参考电压，将所述采样电压与所述参考电压比较，以判断所述电池回路是否发生短路；
10.所述第一短路保护模块连接于所述短路判断模块的输出端，基于所述短路判断模块的输出信号产生第一短路保护信号；
11.所述第二短路保护模块连接于所述短路判断模块的输出端，基于所述短路判断模块的输出信号产生第二短路保护信号；
12.其中，所述第二短路保护信号早于所述第一短路保护信号到来。
13.可选地，所述短路判断模块包括比较器，所述比较器的输入端连接所述采样电压及所述参考电压，当所述采样电压大于所述参考电压时输出短路信号。
14.更可选地，所述短路判断模块还包括参考电压产生单元，所述参考电压产生单元包括第一电阻、第二电阻及第一电容；所述第一电阻的一端连接预设电压，另一端连接所述比较器的输入端；所述第二电阻的一端连接所述比较器的输入端，另一端接地；所述第一电容与所述第二电阻并联。
15.可选地，所述第一短路保护模块包括微控制单元及驱动单元，所述微控制单元连
接所述短路判断模块的输出端，所述驱动单元连接于所述微控制单元的输出端；所述微控制单元基于所述短路判断模块的输出信号产生控制所述驱动单元输出第一短路保护信号的控制信号。
16.更可选地，所述第二短路保护模块包括二极管及下拉管，所述二极管的阳极连接所述短路判断模块的输出端，阴极连接所述下拉管的控制端；所述下拉管的一端连接所述第一短路保护模块的输出端，另一端接地。
17.更可选地，所述第二短路保护模块还包括第二电容及第三电阻，所述第二电容的上极板连接所述下拉管的控制端，下极板接地；所述第三电阻与所述第二电容并联。
18.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型还提供一种电池短路保护系统，所述电池短路保护系统至少包括：
19.电池组、功率开关管及上述电池短路保护电路；
20.所述电池组与所述功率开关管串联，并与负载形成电池回路；
21.所述电池短路保护电路采集回路电流，并产生所述功率开关管的控制信号，以实现短路保护。
22.可选地，所述功率开关管为nmos管。
23.更可选地，所述电池短路保护电路中采样模块连接于所述功率开关管的源极，所述功率开关管的漏极作为电池负极。
24.可选地，所述电池组包括多个串联的锂电池。
25.如上所述，本实用新型的电池短路保护电路及系统，具有以下有益效果：
26.本实用新型的电池短路保护电路及系统提供两路短路保护，在短路时通过第二短路保护模块直接拉低驱动，短路响应速度大大加快；在发生尖峰电压时，第一短路保护模块不响应电压尖峰，第二短路保护模块下拉驱动后通过放电回路迅速关断下拉通路，避免误触发短路保护；同时短路恢复的延时时间可调，灵活性大大提高；进而确保电池的使用安全性大大提高。
附图说明
27.图1显示为本实用新型的电池短路保护电路的结构示意图。
28.元件标号说明
[0029]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
电池短路保护电路
[0030]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
采样模块
[0031]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
短路判断模块
[0032]
121
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
比较器
[0033]
122
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
参考电压产生单元
[0034]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一短路保护模块
[0035]
131
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
微控制单元
[0036]
132
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
驱动单元
[0037]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二短路保护模块
具体实施方式
[0038]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
[0039]
请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0040]
实施例一
[0041]
如图1所示，本实施例提供一种电池短路保护电路1，所述电池短路保护电路1包括：
[0042]
采样模块11、短路判断模块12、第一短路保护模块13及第二短路保护模块14。
[0043]
如图1所示，所述采样模块11的一端连接于电池回路中，另一端接地，用于采集回路电流并输出相应的采样电压。
[0044]
具体地，在本实施例中，所述采样模块11连接于功率开关管q1的源极，所述功率开关管q1的漏极连接电池负极p
‑
，所述功率开关管q1用于实现短路保护。在实际使用中，所述采样模块11可设置于电池回路的任意位置，能检测到短路发生即可，不以本实施例为限。
[0045]
具体地，在本实施例中，所述采样模块11采用采样电阻的方式实现，用于将检测节点的电流转换为采样电压输出。
[0046]
如图1所示，所述短路判断模块12连接所述采样模块11，并接收参考电压，将所述采样电压与所述参考电压比较，以判断所述电池回路是否发生短路。
[0047]
具体地，所述短路判断模块12包括比较器121，所述比较器121的输入端连接所述采样电压及所述参考电压，当所述采样电压大于所述参考电压时输出短路信号。作为示例，所述比较器121的反相输入端连接所述参考电压，正相输入端连接所述采样电压，当所述采样电压大于所述参考电压时输出高电平，当所述采样电压小于所述参考电压时输出低电平；在实际使用中可根据需要交换输入信号与对应输入端极性的关系，能实现本实用新型的逻辑即可，不以本实施例为限。
[0048]
具体地，作为本实用新型的另一种实现方式，所述短路判断模块12还包括参考电压产生单元122。所述参考电压产生单元122包括第一电阻r1、第二电阻r2及第一电容c1；所述第一电阻r1的一端连接预设电压(在本实施例中为1.65v)，另一端连接所述比较器121的输入端；所述第二电阻r2的一端连接所述比较器121的输入端，另一端接地；所述第一电容c1与所述第二电阻r2并联。
[0049]
具体地，作为本实用新型的另一种实现方式，所述比较器121的正相输入端还包括第四电阻r4，所述第四电阻r4的一端连接所述采样电压，另一端连接所述比较器121；所述比较器121的接地端连接参考地，电源端通过第三电容c3(作为示例，提供3.3v工作电压)接地；所述比较器121的电源端与输出端通过第五电阻r5连接。
[0050]
如图1所示，所述第一短路保护模块13连接于所述短路判断模块12的输出端，基于所述短路判断模块12的输出信号产生第一短路保护信号。
[0051]
具体地，在本实施例中，所述第一短路保护模块13包括微控制单元(microcontroller unit，mcu)131及驱动单元132。所述微控制单元131连接所述短路判断模块12的输出端，在本实施例中，当所述短路判断模块12输出高电平(判断发生短路)时，所述微控制单元131产生短路保护控制信号。所述驱动单元132连接于所述微控制单元131的输出端，所述驱动单元132基于所述短路保护控制信号产生第一短路保护信号，在本实施例中，所述第一短路保护信号低有效；在实际使用中，可根据用于短路保护的开关管的类型设置相应的电平，不以本实施例为限。
[0052]
需要说明的是，电池短路响应时间短，如果短路时间太快，所述微控制单元131可能来不及判断，电池保护板就会发生损坏。另外，当短路发生误动作(包括但不限于电压尖峰)时，如果通过所述微控制单元131判断并关断所述功率开关管q1，频繁的切断输出会大大降低用户体验，也给锂电池自身带来一些损伤。
[0053]
如图1所示，所述第二短路保护模块14连接于所述短路判断模块12的输出端，基于所述短路判断模块12的输出信号产生第二短路保护信号。
[0054]
具体地，在本实施例中，所述第二短路保护模块14包括二极管d及下拉管q2。所述二极管d的阳极连接所述短路判断模块12的输出端，阴极连接所述下拉管q2的控制端。所述下拉管q2的一端连接所述第一短路保护模块13的输出端，另一端接地；作为示例，所述下拉管q2采用nmos管，所述下拉管q2的源极接地，漏极连接所述第一短路保护模块13的输出端，栅极连接所述二极管d的阴极，在实际使用中，可根据需要选择下拉管的类型。
[0055]
具体地，作为本实用新型的另一种实现方式，所述第一短路保护信号及所述第二短路保护信号通过第六电阻r6传输到功率开关管的控制端。
[0056]
具体地，作为本实用新型的另一种实现方式，为了避免电压尖峰导致所述第二短路保护模块14的误触发，减少频繁切断，所述第二短路保护模块14还包括第二电容c2及第三电阻r3。所述第二电容c2的上极板连接所述下拉管q2的控制端，下极板接地；所述第三电阻r3与所述第二电容c2并联。
[0057]
需要说明的是，可根据所述功率开关管q1的类型设置所述第二短路保护模块14的结构，作为示例，当所述功率开关管q1为pmos时需要通过上拉实现短路保护，在此不一一赘述。由于所述第二短路保护模块14的响应速度快于所述第一短路保护模块13，因此，所述第二短路保护信号早于所述第一短路保护信号到来，可有效加快短路保护的响应速度，提高电池使用安全性。
[0058]
本实施例的电池短路保护电路1的工作原理如下：
[0059]
1)正常工作时，第一短路保护模块驱动功率开关管正常充放电工作。
[0060]
具体地，正常情况下，所述微控制单元131通过给所述驱动单元132提供控制信号，所述驱动单元132输出高电平，所述功率开关管q1开启，电池负极p
‑
通过所述功率开关管q1经采样电阻回到地。
[0061]
2)短路时，第二短路保护模块14拉低所述第一短路保护模块13的输出信号，关断所述功率开关管q1实现短路保护；所述第二短路保护模块13的输出信号随后跳变为低电平，所述功率开关管q1保持关断状态。
[0062]
具体地，当锂电池保护板短路时，由于短路电流过大，采样电阻上的采样电压会升高，所述采样电压与参考电压比较，当所述采样电压大于所述参考电压时输出高电平，判断
发生短路。所述短路判断模块12输出的高电平迅速通过二极管d然后开启下拉管q2，所述第一短路保护模块13输出端的高电平被迅速拉低，所述功率开关管q1的栅极电压被拉低，所述功率开关管q1关断，电池负极p
‑
到地的回路被切断，短路实现保护功能。此外，所述短路判断模块12输出的高电平经过所述微控制单元131的判断控制所述驱动单元132输出低电平，所述功率开关管q1保持关断，电池负极p
‑
到地的回路被切断，短路实现保护功能。
[0063]
具体地，当遇到电压尖峰时，为了避免电压尖峰带来的误触发，所述第一短路保护模块13不响应(所述微控制单元131不认为电压尖峰为高电平)，所述第二短路保护模块14将所述第一短路保护模块13的输出信号拉低，当尖峰结束时，所述下拉管q2通过第三电阻r3进行放电，关断所述下拉管q2，所述第一短路保护模块13的输出端保持高电平，所述第二短路保护模块14下拉的时间(预设时间可通过c2及r3调节)小于所述功率开关管q1的响应时间，因此，所述功率开关管q1不会关断。
[0064]
实施例二
[0065]
本实施例提供一种电池短路保护系统，所述电池短路保护系统包括：
[0066]
电池组、功率开关管q1及电池短路保护电路1。所述电池组与所述功率开关管q1串联，并与负载形成电池回路；所述电池短路保护电路1采集回路电流，并产生所述功率开关管q1的控制信号，以实现短路保护。
[0067]
具体地，所述功率开关管q1可以是任意串联于电路回路的开关管，也可以是充、放电开关管，在此不一一赘述。在本实施例中，所述功率开关管q1为nmos管，在实际使用中，可根据需要选择相应类型的开关管，在此不一一赘述。
[0068]
具体地，所述电池短路保护电路1的结构及原理参见实施例一，在此不一一赘述。在本实施例中，所述电池短路保护电路1的采样模块11连接于所述功率开关管q1的源极，所述功率开关管q1的漏极作为电池负极p
‑
。
[0069]
具体地，在本实施例中，采用多个锂电池串联形成所述电池组，在实际使用中，可根据需要选择电池类型，在此不一一赘述。
[0070]
本实用新型短路响应速度快，在mcu来不及反应的情况下将驱动拉低，关断功率开关管。发生尖峰时，可以通过mosfet2来拉低驱动，防止mcu直接关断驱动。通过c2和r3可以更加方便快捷的控制下拉管的开启关断时间，以此来调整短路恢复的延时。
[0071]
综上所述，本实用新型提供一种电池短路保护电路及系统，包括：采样模块、短路判断模块、第一短路保护模块及第二短路保护模块；所述采样模块的一端连接于电池回路中，另一端接地，用于采集回路电流并输出相应的采样电压；所述短路判断模块连接所述采样模块，并接收参考电压，将所述采样电压与所述参考电压比较，以判断所述电池回路是否发生短路；所述第一短路保护模块连接于所述短路判断模块的输出端，基于所述短路判断模块的输出信号产生第一短路保护信号；所述第二短路保护模块连接于所述短路判断模块的输出端，基于所述短路判断模块的输出信号产生第二短路保护信号；其中，所述第二短路保护信号早于所述第一短路保护信号到来。本实用新型的电池短路保护电路及系统提供两路短路保护，在短路时通过第二短路保护模块直接拉低驱动，短路响应速度大大加快；在发生尖峰电压时，第一短路保护模块不响应电压尖峰，第二短路保护模块下拉驱动后通过放电回路迅速关断下拉通路，避免误触发短路保护；同时短路恢复的延时时间可调，灵活性大大提高；进而确保电池的使用安全性大大提高。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的
种种缺点而具高度产业利用价值。
[0072]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。