电池短路保护电路和电池充放电电路的制作方法

1.本技术涉及电池保护领域，尤其涉及一种电池短路保护电路和电池充放电电路。


背景技术：

2.在储能领域中，锂电池作为重要的电能存储工具得到了广泛的应用。在储能系统中，电池组通常由多个锂电池通过串并联得到。一旦电池组中的锂电池发生短路，非常容易引发储能系统起火等安全事故。
3.现有技术中，为了避免因电池组中的锂电池发生短路引发的安全事故，可以通过调理电路电压，使驱动短路保护执行电路达到断开充放电功率，从而实现在储能系统中对短路电池的保护。
4.然而，现有技术中的短路保护执行电路，存在保护效率低的问题。


技术实现要素：

5.本技术提供一种电池短路保护电路和电池充放电电路，用以解决技术中的短路保护执行电路，存在保护效率低的问题。
6.第一方面，本技术提供一种电池短路保护电路，包括：
7.输入电路，其输入端作为所述电池短路保护电路的输入端，其输入端用于连接回路控制单元的回路端，其用于获取所述回路控制单元的回路端的第一电压信号，并根据所述第一电压信号生成第二电压信号；
8.驱动电路，其输入端与所述输入电路的输出端连接，其控制端作为所述电池断路保护电路的控制端，其控制端用于与所述回路控制单元的放电驱动端连接，用于在所述第二电压信号大于预设阈值时，截流所述回路控制单元的放电驱动信号，以使所述回路控制单元所在电池充放电电路断开。
9.可选地，所述输入电路包括：
10.分压电路，其用于连接所述回路控制单元的回路端，用于获取所述第一电压信号，并对所述第一电压信号进行分压处理生成第三电压信号；
11.信号生成电路，其输入端与所述分压电路的输出端连接，其输出端作为所述输入电路的输出端，用于根据所述第三电压信号生成并输出所述第二电压信号。
12.可选地，所述分压电路包括：
13.第一电容，其第一端用于连接所述回路控制单元的回路端的其中一端，其第一端作为所述分压电路的输出端的第一端，其用于分压以及吸收电路中的干扰信号；
14.第二电容，其第一端连接所述第一电容的第二端后作为所述分压电路的输出端的第二端，其第二端用于连接所述回路控制单元的回路端的另一端，其用于分压以及吸收电路中干扰信号。
15.可选地，所述信号生成电路包括：
16.第一电阻，其第一端作为所述信号生成电路的输入端的第一端；
17.第二电阻，其第一端连接所述第一电阻的第二端后形成所述信号生成电路的输出端，其第二端作为所述信号生成电路的输入端的第二端。
18.可选地，所述驱动电路包括：
19.晶体管，其第一端作为所述驱动电路的输入端，其第二端用于连接所述回路控制单元的回路端的其中一端，其第三端作为所述驱动电路的控制端。
20.可选地，所述晶体管为npn型三极晶体管或者npn型达灵顿晶体管。
21.可选地，所述驱动电路还包括：
22.第三电阻，其与所述晶体管的第三端连接后作为所述驱动电路的控制端。
23.可选地，所述第一电容为高耐压电容；所述第二电容为高耐压电容。
24.第二方面，本技术提供一种电池充放电电路，包括：回路控制单元、电压转换单元和如权利要求1
‑
8中任一项所述的电池短路保护电路；
25.所述回路控制单元和所述电压转换单元串联连接后用于与电池连接，形成充放电电路；
26.所述电池短路保护电路的输入端与所述回路控制单元的回路端连接，所述电池短路保护电路的控制端与所述回路控制单元的放电驱动端连接。
27.可选地，所述回路控制单元包括：
28.充电晶体管，其第一端作为所述回路控制单元的回路端的其中一端；
29.放电晶体管，其第二端连接所述充电晶体管的第二端，其第一端作为所述回路控制单元的回路端的另一端，其第三端作为所述回路控制单元的放电驱动端；
30.控制器，其第一输出端与所述充电晶体管的控制端连接，其第二输出端与所述放电晶体管的控制端连接，用于向所述充电晶体管发送充电驱动信号，还用于向所述放电晶体管发送放电驱动信号，以驱动所述充电晶体管和所述放电晶体管工作。
31.本技术提供的电池短路保护电路和电池充放电电路。该电池短路保护电路可以包括输入电路和驱动电路。其中，输入电路的输入端为电池短路保护电路的输入端。该输入电路的输入端与回路控制单元的回路端连接。该输入电路通过该输入端获取回路控制单元的第一电压信号。该输入电路获取该第一电压信号后，根据该第一电压信号生成第二电压信号。其中，驱动电路的输入端与输入电路的输出端连接。该驱动电路的控制端即为该电池断路保护电路的控制端。该驱动电路的控制端与回路控制单元中的放电晶体管的放电驱动端连接。当驱动电路的输入端获取的第二电压信号大于预设阈值时，驱动电路可以截流回路控制单元中控制器向放电晶体管发送的放电驱动信号。回路控制单元中的放电晶体管将因为没有接收到放电驱动信号而关断，从而使电池充放电电路断开。该电池短路保护电路可以通过监控回路控制单元的压降，实时监控该电池充放电电路中的电池是否发生的短路，实现在短路发生时，快速断开电池充放电电路，以实现该电池充放电电路的保护。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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。
33.图1为本技术一实施例提供的一种电池充放电电路的结构示意图；
34.图2为本技术一实施例提供的一种输入电路的结构示意图；
35.图3为本技术一实施例提供的一种电池充放电电路的结构示意图；
36.图4为本技术一实施例提供的一种电池充放电电路的结构示意图；
37.图5为本技术一实施例提供的一种回路控制单元的结构示意图。
具体实施方式
38.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。例如，在不脱离本文范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
40.取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”。
41.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。
42.应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。
43.此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
44.在储能领域中，锂电池作为重要的电能存储工具得到了广泛的应用。同时，锂电池的广泛使用也带来了一些问题。在储能系统中，电池组通常由多个锂电池通过串并联得到。一旦电池组中的一个锂电池发生短路，该电池组就会非常容易引发储能系统起火等安全事故。因此，出于对安全监控的需求，电池组中通常会设计有电池短路保护电路。现有的电池短路保护电路通常需要对电池的pack结构、主控电路板等部分做很大改变。并且，现有的电池短路保护电路中，通常使用特快融保险丝实现短路后的保护。该特快融保险丝为一次性消耗品，每次对电路进行保护后都将会熔断，并且需要工作人员前往现场更换。且该特快融保险丝本身的成本较高。因此，该特快融保险丝在该电池短路保护电路中存在使用成本高，使用效率低的问题。此外，现有的电池短路保护电路中，还可以使用比较器对过流信号进行检测，实现短路保护。然而，比较器从检测到过流信号到做出关断mos的动作之间，需要消耗大概60us左右的时间，存在保护效率低的问题。
45.针对上述问题，本技术提出了一种应用于电池充放电电路的电池短路保护电路。该电池短路保护电路中包括输入电路和驱动电路两个部分。其中，输入电路的输入端即为
电池短路保护电路的输入端。该输入电路的输入端与电池充放电电路中的回路控制单元的回路端连接。该回路控制单元中可以包括充电晶体管、放电晶体管和控制器。该输入电路可以通过该输入端获取回路控制单元的回路端的第一电压信号。该第一电压信号用于指示该回路控制单元的在执行过程中的电压。该输入电路中包括多个电容和电阻。该输入电路通过这些电容和电阻，得到第一电压信号处理后的第二电压信号。该输入电路的输出端与驱动电路的输入端连接。该输入电路将该第二电压信号输入该驱动电路。该驱动电路的输出端为该电池断路保护电路的输出端。该驱动电路的输出端与回路控制单元中的放电晶体管的驱动端连接。当第二电压信号大于预设阈值时，该驱动电路截流该回路控制单元的放电晶体管的放电驱动信号。同时，回路控制单元中的放电晶体管关断，从而使该电池充放电电路断开。
46.下面以具体地实施例对本技术的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
47.图1示出了本技术一实施例提供的一种电池短路保护电路的结构示意图。如图1所示，该电池短路保护电路可以包括输入电路和驱动电路。
48.其中，输入电路的输入端为电池短路保护电路的输入端。该输入电路的输入端与回路控制单元的回路端连接。该输入电路通过该输入端获取回路控制单元的第一电压信号。该第一电压信号即为该回路控制单元中充电晶体管和放电晶体管的压降。该输入电路获取该第一电压信号后，根据该第一电压信号生成第二电压信号。该第二电压信号将通过该输入电路的输出端输入到驱动电路中。该压降的计算公式可以包括：
49.压降＝电池放电电流
×
(充电晶体管 放电晶体管)
50.如图2所示，该输入电路具体可以包括分压电路和信号生成电路。
51.其中，分压电路的输入端即为电池短路保护电路的输入端。如图2所示，该输入端可以包括bat_0v和pack
‑
两个端口。当该分压电路的输入端获取第一电压信号后，可以通过该分压电路中的两个电容，对该第一电压信号进行分压处理，生成第三电压信号。该第三电压信号通过该分压电路的输出端输出到信号生成电路中。
52.具体地，该分压电路中可以包括第一电容和第二电容。该第一电容与第二电容用于将该分压电路获取的第一电压信号中的电压进行均分。同时，该第一电容和第二电容还可以用于吸收电路中的干扰信号。该干扰信号可以为电池充放电电路在正常使用时，该分压电路的输入端获取的第一电压信号。由于在电池充放电电路常使用情况下，电池短路保护电路的输入端可以获取的第一电压信号可能不到1v。该不到1v的电压可以快速的被电容吸收并存储。因此，在正常使用情况下该电池短路保护电路的分压电路的输入端虽然接收到第一电压信号，但是其输出端不会输出第三电压信号。因此，在正常使用情况下，该第一电压信号即为干扰信号。当锂电池短路时，该电池充放电电路中的电流可以在几微秒之内达到千安级别。该分压电路的输入端输入的第一电压信号瞬间增大。并且，该分压电路中的电容无法在短时间内快速吸收并存储这些电压。此时，该分压电路的第一电容两产生第三电压信号。该第三电压信号通过该分压电路的输出端输出到信号生成电路中。
53.其中，第一电容可以如图2中的c151所示。该第一电容的第一端用于连接回路控制单元的回路端中的bat_0v端。同时，该第一电容的第一端还作为分压电路的输出端的第一端。该第一电容的第二端与第二电容的第一端连接。
54.一种实现方式中，该第一电容的参数可以为10n/1kv。
55.其中，第二电容可以如图2中的c150所示。该第二电容的第一端与第一电容的第二端连接。同时，该第二电容的第一端作为分压电路的输出端的第二端。该第二电容的第二端用于连接回路控制单元的回路端中的pack
‑
端。
56.一种实现方式中，该第二电容的参数可以为1n/500v。
57.一种实现方式中，该第一电容和第二电容可以为高耐压电容。
58.其中，信号生成电路的输入端与分压电路的输出端连接。该信号生成电路的输入端的第一端与该分压电路的输出端的第一端连接。该信号生成电路的输入端的第二端与该分压电路的输出端的第二端连接。该信号生成电路的输入端可以从该分压电路的输出端中获取第三电压信号。该信号生成电路的输出端即为该输入电路的输出端。该信号生成电路用于根据第三电压信号生成并输出第二电压信号。
59.具体地，该信号生成电路具体可以包括第一电阻和第二电阻。该第一电阻可以如图2中r347所示。该第二电阻可以如图2中r346所示。该第二电阻的参数可以为100kf。
60.一种实现方式中，该第一电阻的参数可以为1mf。该第一电阻的型号可以为res0603_1mf。
61.一种实现方式中，该第二电阻的型号可以为res1206_100kf。第一电阻和第二电阻串联连接。
62.其中，第一电阻的第一端即为该信号生成电路的输入端的第一端。该第一电阻的第一端与第一电容的第一端连接。同时，该第一电阻的第一端还可以为该信号生成电路的输出端的第一端。该第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接。同时，该第二电阻的第一端还可以为该信号生成电路的输出端的第二端。该第二电阻的第二端为该信号生成电路的输入端。该第二电阻得到第二端与第二电容的第一端连接。
63.其中，驱动电路可以如图3所示。该驱动电路的输入端与输入电路的输出端连接。该驱动电路的控制端即为该电池断路保护电路的控制端。该驱动电路的控制端与回路控制单元中的放电晶体管的放电驱动端连接。当驱动电路的输入端获取的第二电压信号大于预设阈值时，该驱动电路被触发。触发后的驱动电路可以截流回路控制单元中控制器向放电晶体管发送的放电驱动信号。回路控制单元中的放电晶体管将因为没有接收到放电驱动信号而关断，从而使电池充放电电路断开。
64.该驱动电路中的晶体管可以如图3中的q24所示。该晶体管的第一端为该驱动电路的输入端。该晶体管的第一端与输入电路的输出端的第二端连接。即，该晶体管的第一端与该第二电阻的第一端连接。该晶体管的第二端用于连接回路控制单元的回路端的bat_0v端。在连接关系上，该第二端还可以理解为与输入电路的输出端的第一端连接。该晶体管的第三端即为该驱动电路的控制端。由于在该晶体管中，当晶体管的第一端获取到高压信号时，该晶体管的第二端与第三端被触发接通。且，当晶体管的第一端获取到高压信号时，该晶体管的第二端处于低电压状态。因此，当晶体管的第一端获取到高压信号时，驱动电路控制端在接收到电池充放电电路中的控制器发送的放电驱动信号时，该放电驱动信号产生的电流流向该晶体管的第二端，从而实现截流该放电驱动信号的效果。
65.一种实现方式中，该晶体管的型号可以为npn_bcv47。
66.一种实现方式中，该晶体管为npn型三极晶体管或者npn型达灵顿晶体管。
67.一种实现方式中，该晶体管的第三端还与第三电阻连接。该第三电阻的第一端与该晶体管的第三端连接。该第三电阻的第二端与回路控制单元的放电驱动端连接。该第三电阻可以如图3中r379所示。
68.一种实现方式中，该第三电阻的型号可以为res0603_orj。
69.本技术提供的该电池短路保护电路可以包括输入电路和驱动电路。其中，输入电路的输入端为电池短路保护电路的输入端。该输入电路的输入端与回路控制单元的回路端连接。该输入电路通过该输入端获取回路控制单元的第一电压信号。该输入电路获取该第一电压信号后，根据该第一电压信号生成第二电压信号。其中，驱动电路的输入端与输入电路的输出端连接。该驱动电路的控制端即为该电池断路保护电路的控制端。该驱动电路的控制端与回路控制单元中的放电晶体管的放电驱动端连接。当驱动电路的输入端获取的第二电压信号大于预设阈值时，驱动电路可以截流回路控制单元中控制器向放电晶体管发送的放电驱动信号。回路控制单元中的放电晶体管将因为没有接收到放电驱动信号而关断，从而使电池充放电电路断开。本技术中，通过使用该电池短路保护电路，使该电池短路保护电路可以通过监控回路控制单元的压降，实时监控该电池充放电电路中的电池是否发生的短路，实现在短路发生时，快速断开电池充放电电路，以实现该电池充放电电路的保护。此外，该电池短路保护电路为纯硬件电路，相比于软件在毫秒级别的反应，该晶体管的动作时间为微秒级别。因此，使用该电池短路保护电路的整个短路保护的时间可控制在10微秒以内。该电池短路保护电路的快速反应可以可有效保护电池，保护智能锂电池管理系统，防止对系统产生危害。并且，该通过晶体管实现的短路保护可以反复使用，极大的提高了电池电路保护电路的使用效率。
70.在实际使用中，该电池短路保护电路可以集成封装成一个露出三根接线的保护模块。该集成后的电池短路保护电路接线简单，更便于维护和安装。该集成后的电池短路保护电路的三个接口可以分别为如图3所示的pack
‑
接口、bat_0v接口和dsg_drv接口。其中，pack
‑
接口和bat_0v接口与电池充放电电路中的回路控制单元连接。dsg_drv接口与该回路控制单元中的放电驱动端连接。
71.图4示出了本技术一实施例提供的一种电池充放电电路的结构示意图。如图4所示，该电池充放电电路中包括电池组、回路控制单元、电池短路保护电路和电压转换单元。其中，电池组为需要进行充放电的锂电池组。其中，电压转换单元为充放电机。其中，回路控制单元可以如图5所示。
72.该回路控制单元中包括充电晶体管、放电晶体管和控制器。其中，充电晶体管和放电晶体管均为mos管，且为n管。其中，充电晶体管包括第一端(d)、第二端(s)和第三端(chg_drv)三个端口。放电晶体管包括第一端(d)、第二端(s)和第三端(dsg_drv)三个端口。控制器包括第一输出端和第二输出端。
73.其中，该充电晶体管的第一端为回路控制单元的回路端的其中一端。该回路端中的一端可以为如图5所示的bat_0v。该充电晶体管的第二端与该放电晶体管的第二端连接。该充电晶体管的第三端与控制器连接，为该充电晶体管的充电驱动端。控制器可以通过该充电驱动端向该充电晶体管发送充电驱动信号。
74.其中，该放电晶体管的第一端为回路控制单元的回路端的其中一端。该回路端中的一端可以为如图5所示的pack
‑
。该放电晶体管的第三端与控制器连接，为该放电晶体管
的放电驱动端。控制器可以通过该放电驱动端向该放电晶体管发送放电驱动信号。
75.其中，充电驱动信号和放电驱动信号为高压驱动信号。其中，该高压驱动信号的电压可以根据实际需要确定。例如，该高压驱动信号的电压值可以为12v。
76.在正常使用过程中，该控制器向该充电晶体管和该放电晶体管同步发送高压驱动信号，以同时驱动该充电晶体管和放电晶体管连通。在该电池充放电电路中，当该充电晶体管和放电晶体管同时连通时，该电池充放电电路连通，并可以执行充放电操作。否则，当充电晶体管关断时，该电池充放电电路中的电池组将不能充电。当放电晶体管关断时，该电池充放电电路中的电池组将不能放电。
77.在该电池充放电电路中，回路控制单元的回路端与电池短路保护电路的输入端连接。电池短路保护电路的输入端可以获取该回路控制单元的第一电压信号。电池短路保护电路的输入端可以包括两个端口。该两个端口可以分别与如图5中bat_0v和pack
‑
端口连接。电池短路保护电路通过该两个端口组成的输入端获取的第一电压信号，即为该回路控制单元的压变信号。
78.在正常使用情况下，锂电池放电电流一般处于1a—100a之间。充电晶体管和放电晶体管的内阻一般为毫欧级别。因此，在锂电池开始放电或者正常放电期间，电池短路保护电路的输入端可以获取的压变信号的值非常小。该压变信号的值可能不到1v。然而，当锂电池发生短路时，由于锂电池的内阻非常小，因此，该锂电池会在极短的时间内进行大电流放电。据测试结果，在短路发生时，短路电流可以在几微秒之内达到千安级别。因此，即便充电晶体管和放电晶体管的内阻非常小，在电流巨增的情况下，电池短路保护电路的输入端可以获取的压变信号的值将会变大。
79.该电池短路保护电路的控制端与回路控制单元中的放电驱动端连接。当该电池短路保护电路被触发时，该电池短路保护电路将通过该控制端截流控制器通过该放电驱动端向放电晶体管发送的放电驱动信号。在电池短路保护电路截流该放电驱动信号后，放电晶体管因失去放电驱动信号的驱动而关断。该放电晶体管的关断将导致电池充放电电路中的电池组无法继续放电。
80.本技术提供的电池充放电电路包括电池组、回路控制单元、电池短路保护电路和电压转换单元。回路控制单元的回路端与电池短路保护电路的输入端连接。电池短路保护电路的输入端可以获取该回路控制单元的第一电压信号。该电池短路保护电路的控制端与回路控制单元中的放电驱动端连接。该电池短路保护电路可以根据第一电压信号，确定是否触发该电池短路保护电路。当该电池短路保护电路被触发时，该电池短路保护电路将通过该控制端截流控制器通过该放电驱动端向放电晶体管发送的放电驱动信号。在电池短路保护电路截流该放电驱动信号后，放电晶体管因失去放电驱动信号的驱动而关断。该放电晶体管的关断将导致电池充放电电路中的电池组无法继续放电。本技术中，通过在该电池充放电电路中增加电池短路保护电路，使该电池短路保护电路可以通过监控回路控制单元的压降，实时监控该电池充放电电路中的电池是否发生的短路，实现在短路发生时，快速断开电池充放电电路，以实现该电池充放电电路的保护。
81.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进
行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。