一种具备负载关断功能的电池保护系统和锂电池的制作方法

1.本发明涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种具备负载关断功能的电池保护系统和锂电池。


背景技术：

2.随着技术的快速发展，以锂电池作为供电装置的手机、电子烟、移动电源、tws(真无线立体音)耳机、智能手环手表等产品得到了普及，越来越受到广大用户的欢迎。
3.电池系统通常包括电池和电池保护电路。在目前的电子产品中，尤其是在电子烟、tws、智能手环手表等电池微型化应用中，在电池长时间不使用的情况下，电池保护电路也会消耗电流，导致电池电压降低，影响电池寿命。在长时间、远距离运输时容易导致电池电压降低到过放保护电压以下，当电池系统再次启动时，需要对电池进行长时间充电才能使用，影响客户的体验效果。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种具备负载关断功能的电池保护系统和锂电池，以减小电池保护系统的自耗电现象，提高用户体验效果。
5.根据本发明的一方面，提供了一种具备负载关断功能的电池保护系统，包括保护控制电路、驱动电路、第一晶体管、负载电路和上拉模块；
6.所述保护控制电路的第一端与电池的正极连接，所述保护控制电路的第二端与所述电池的负极连接，所述保护控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的第一输出端与所述第一晶体管的控制端连接，所述第一晶体管的第一端与所述电池的负极连接，所述第一晶体管的第二端与所述负载电路的第一输出端连接，所述负载电路的输入端与所述电池的正极连接；
7.所述上拉模块的第一端接入参考电压，所述上拉模块的第二端与所述保护控制电路的控制端连接，所述上拉模块的第三端与所述第一晶体管的第二端连接，所述上拉模块的控制端与所述负载电路的第二输出端连接，所述上拉模块用于在所述负载电路的第二输出端输出触发信号时，将所述参考电压传输至所述保护控制电路的控制端，以控制所述第一晶体管关断。
8.可选地，所述保护控制电路包括放电过流保护单元；
9.所述放电过流保护单元的第一输入端接入基准过流电压，所述放电过流保护单元的第二输入端与所述上拉模块的第二端连接，所述放电过流保护单元的输出端与所述驱动电路的输入端连接；
10.所述参考电压大于所述基准过流电压。
11.可选地，所述上拉模块包括开关单元和分压单元；
12.所述开关单元的第一端接入所述参考电压，所述开关单元的第二端分别与所述保护控制电路的控制端和所述分压单元的第一端连接，所述开关单元的控制端与所述负载电
路的第二输出端连接，所述分压单元的第二端与所述第一晶体管的第二端连接。
13.可选地，所述分压单元包括第一电阻，所述开关单元包括第二晶体管，所述第二晶体管的控制端与所述负载电路的第二输出端连接。
14.可选地，所述具备负载关断功能的电池保护系统还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路的第一端与所述电池的正极连接，所述第一滤波电路的第二端与所述保护控制电路的第一端连接，所述第一滤波电路的第三端与所述电池的负极连接。
15.可选地，所述开关单元的第一端与所述电池的正极连接，或者，所述开关单元的第一端与所述第一滤波电路的第二端连接。
16.可选地，所述第一滤波电路包括第二电阻和第一电容，所述第二电阻的第一端与所述电池的正极连接，所述第二电阻的第二端与所述第一电容的第一极连接，所述第一电容的第二极与所述电池的负极连接，所述保护控制电路的第一端与所述第二电阻的第二端连接。
17.可选地，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路包括第三电阻和第二电容；
18.所述第三电阻的第一端与所述上拉模块的控制端连接，所述第三电阻的第二端与所述负载电路的第二输出端连接，所述第二电容的第一极与所述第三电阻的第一端连接，所述第二电容的第二极与所述负载电路的第一输出端连接。
19.可选地，还包括第三晶体管，所述第三晶体管的控制端与所述驱动电路的第二输出端连接，所述第三晶体管的第一端与所述第一晶体管的第二端连接，所述第三晶体管的第二端与所述负载电路的第一输出端连接；
20.还包括充电电路，所述充电电路连接于所述电池的正极和负极之间。
21.根据本发明的另一方面，提供了一种锂电池，包括本发明任意实施例所提供的具备负载关断功能的电池保护系统。
22.本发明实施例提供的技术方案，在电池处于长时间待机或不使用的情况下，通过负载电路输出一个触发信号至上拉模块的控制端，上拉模块在该触发信号的作用下将保护控制电路控制端的电压拉高，使得保护控制电路进入保护状态，通过驱动电路控制第一晶体管关断，从而使得负载电路不工作，由于负载关断，因此负载不会消耗电流，能够减小系统耗电。当再次使用时，只需要连接充电器激活一下就可以正常使用，不需要长时间给电池充电，从而有利于提高用户的使用效果。
23.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
25.图1为本发明实施例提供的一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
26.图2为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意
图；
27.图3为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
28.图4为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
29.图5为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
30.图6为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
31.图7为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
32.图8为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图；
33.图9为本发明实施例提供的一种保护控制电路的结构示意图。
具体实施方式
34.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
35.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”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，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
36.图1为本发明实施例提供的一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图1，本发明实施例提供的具备负载关断功能的电池保护系统包括：保护控制电路10、驱动电路20、第一晶体管m1、负载电路40和上拉模块30；保护控制电路10的第一端a1与电池的正极连接，保护控制电路10的第二端a2与电池的负极连接，保护控制电路10的输出端a3与驱动电路20的输入端b1连接，驱动电路20的第一输出端b2与第一晶体管m1的控制端连接，第一晶体管m1的第一端与电池的负极连接，第一晶体管m1的第二端与负载电路40的第一输出端f2连接，负载电路40的输入端f1与电池的正极连接；上拉模块30的第一端d1接入参考电压vref，上拉模块30的第二端d2与保护控制电路10的控制端a4连接，上拉模块30的第三端d3与第一晶体管m1的第二端连接，上拉模块30的控制端d4与负载电路40的第二输出端f3连接，上拉模块30用于在负载电路40的第二输出端f3输出触发信号tsc时，将参考电压vref传输至保护控制电路10的控制端a4，以控制第一晶体管m1关断。
37.具体地，电池保护系统包括电池和电池保护电路，电池的正极作为电池保护系统的输出正端p ，第一晶体管m1的第二端作为电池保护系统的输出负端p-，第一晶体管m1串接在输出负端p-和电池的负极之间，保护控制电路10、驱动电路20、上拉模块30和第一晶体管m1形成电池保护电路，以对电池的过压过流等进行保护。
38.负载电路40中可以包括负载和信号控制单元，其中，负载用于和电池的正极和负极之间形成放电通路。保护控制电路10为电池的基本保护电路，如通过保护控制电路10可以为电池提供放电过流保护、放电过压保护、短路保护、充电过流保护和充电过压保护等，保护控制电路10通过向驱动电路20发送保护控制信号，以使得驱动电路20关断第一晶体管m1，从而关闭负载电路40，使得电池的放电通路被切断，电池得到有效保护。负载电路40还用于输出触发信号tsc，触发信号tsc可以为使得负载关断，且保护控制电路10未对电池进行过流保护时负载电路40输出的信号。
39.示例性地，当电池处于正常工作运行模式时，负载电路40的第二输出端f3不输出触发信号tsc，上拉模块30将输出负端p-的电压传输至保护控制电路10的控制端a4，保护控制电路10正常工作。当系统进入待机状态或长时间不使用等船运模式时，负载电路40输出触发信号tsc至上拉模块30的控制端d4，上拉模块30在触发信号tsc的控制下将其第一端d1的参考电压vref传输至保护控制电路10的控制端a4，使得保护控制电路10的控制端a4的电位升高，保护控制电路10进入保护状态，通过驱动电路20控制第一晶体管m1关断，电池负极与系统的输出负端p-之间断开，负载电路40不工作，从而负载不会消耗电流，保证了电池的电压不会降低，能够长期维持在稳定的电压值。在负载关断期间，电池保护电路可以关断，也可以不关断，可根据实际需求进行设置。当再次使用时，只需要连接充电器激活一下就可以正常使用，不需要长时间给电池充电，从而有利于提高用户的使用效果。
40.本发明实施例提供的技术方案，在电池处于长时间待机或不使用的情况下，通过负载电路输出一个触发信号至上拉模块的控制端，上拉模块在该触发信号的作用下将保护控制电路控制端的电压拉高，使得保护控制电路进入保护状态，通过驱动电路控制第一晶体管关断，从而使得负载电路不工作，由于负载关断，因此负载不会消耗电流，能够减小系统耗电。当再次使用时，只需要连接充电器激活一下就可以正常使用，不需要长时间给电池充电，从而有利于提高用户的使用效果。
41.图2为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图2，在上述技术方案的基础上，可选地，保护控制电路10包括放电过流保护单元101；放电过流保护单元101的第一输入端a1接入基准过流电压voc1，放电过流保护单元101的第二输入端a2与上拉模块30的第二端d2连接，放电过流保护单元101的输出端a3与驱动电路20的输入端b1连接。
42.具体地，放电过流保护单元101作为保护控制电路10中的一种保护单元，用于在电池出现放电过流时对电池进行过流保护。示例性地，放电过流保护单元101可以包括放电过流比较器，其中，放电过流比较器的正相输入端作为放电过流保护单元101的第一输入端a1接入基准过流电压voc1，基准过流电压voc1可以由保护控制电路10中的基准电压模块提供；放电过流比较器的负相输入端作为放电过流保护单元101的第二输入端a2与上拉模块20的第二端d2连接；放电过流比较器的输出端作为放电过流保护单元101的输出端a3与驱动电路20的输入端b1连接。当电池处于正常工作模式时，由于负载电路40无触发信号tsc输
出，因此上拉模块30将系统输出负端p-的电压传输至放电过流保护单元101的第二输入端a2，输出负端p-的电压低于基准过流电压voc1，因此，放电过流保护单元101输出高电平信号，驱动电路20根据该高电平信号控制第一晶体管m1导通，保护控制电路10正常工作。
43.当需要关断负载时，负载电路40输出触发信号tsc至上拉模块30的控制端d4，上拉模块30根据接收到的触发信号tsc将其第一端d1的参考电压vref传输至放电过流保护单元101的第二输入端a2，其中，参考电压vref可以是电池电压，或者由电池电压转换得到的，也可以为外部电源电压。在本实施例中，参考电压vref大于基准过流电压voc1，放电过流保护单元101输出低电平信号，驱动电路20根据该低电平信号控制第一晶体管m1关断，保护控制电路10工作于放电过流保护状态，负载电路40的第一输出端f2与电池负极之间断开，负载电路40不工作，电池保护系统无输出，从而负载不会消耗电流，有利于降低系统耗电。
44.需要说明的是，保护控制电路10中还包括有其他保护电路，电池用于为保护控制电路10中的保护电路提供电源电压。
45.图3为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图3，在上述技术方案的基础上，可选地，上拉模块30包括开关单元301和分压单元302。开关单元301的第一端b1接入参考电压vref，开关单元301的第二端b2分别与保护控制电路10的控制端a4和分压单元302的第一端c1连接，开关单元301的控制端b3与负载电路40的第二输出端f3连接，分压单元302的第二端c2与第一晶体管m1的第二端连接。
46.具体地，开关单元301用于在负载需要关断时，根据负载电路40输出的触发信号tsc导通，将参考电压vref传输至保护控制电路10的控制端a4，以触发保护控制电路10的过流保护功能。作为本发明实施例的一种可选实施方式，图4为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，并具体示出了上拉模块30的具体结构。参考图4，分压单元302包括第一电阻r1，开关单元301包括第二晶体管m2，第二晶体管m2的控制端与负载电路40的第二输出端f3连接，第二晶体管m2的第一端接入参考电压vref，第二晶体管m2的第二端与第一电阻r1的第一端连接，第一电阻r1的第二端与第一晶体管m1的第二端连接，保护控制电路10的控制端a4与第二晶体管m2的第二端连接。
47.当电池处于正常工作模式时，由于负载电路40无触发信号tsc输出，第二晶体管m2无法导通，参考电压vref不会传输至保护控制电路10的控制端a4。系统的输出负端p-通过第一电阻r1连接到保护控制电路10的控制端a4，电池保护系统正常工作。
48.当需要对负载进行关断时，通过负载电路40输出一个触发信号tsc，第二晶体管m2在触发信号tsc的作用下导通，由于参考电压vref为高电平，在第二晶体管m2的上拉作用下，保护控制电路10的控制端a4电位被拉高，放电过流保护单元101进入放电过流保护状态并输出低电平信号至驱动电路20的输入端b1，驱动电路20控制第一晶体管m1关断，从而关断负载电路与电池负极之间的连接，导致负载被关断，进而负载不会消耗电流，以确保电池电压不会下降。
49.图5为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图5，在上述技术方案的基础上，可选地，本发明实施例提供的具备负载关断功能的电池保护系统还包括第一滤波电路50，第一滤波电路50的第一端e1与电池的正极连接，第一滤波电路50的第二端e2与保护控制电路10的第一端a1连接，第一滤波电路50的第三端e3与电池的负极连接。
50.具体地，第一滤波电路50设置于电池侧，用于对电池输出的电压进行电压转换和滤波。其中，第一滤波电路50包括第二电阻r2和第一电容c1，第二电阻r2的第一端与电池的正极连接，第二电阻r2的第二端与第一电容c1的第一极连接，第一电容c1的第二极与电池的负极连接，保护控制电路10的第一端a1与第二电阻r2的第二端连接。第二电阻r2为分压电压，用于将电池电压转换为电源电压vdd，以为保护控制电路10供电。第一电容c1为滤波电容，用于对经第二电阻r2分压后的电压进行滤波。
51.可选地，如图5所示，在本实施例中，开关单元301的第一端b1与电池的正极连接，参考电压vref等于电池电压。当然，开关单元301的第一端b1还可以连接其他电源，例如，图6为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图6，开关单元301的第一端b1与第一滤波电路50的第二端e2连接，参考电压vref等于电源电压vdd，该电池保护系统的工作原理可参照上述相关描述，不再赘述。
52.图7为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图7，在上述各技术方案的基础上，该电池保护系统还包括第二滤波电路60，第二滤波电路60包括第三电阻r3和第二电容c2；第三电阻r3的第一端与上拉模块30的控制端d4连接，第三电阻r3的第二端与负载电路40的第二输出端f3连接，第二电容c2的第一极与第三电阻r3的第一端连接，第二电容c2的第二极与负载电路40的第一输出端f2连接。
53.具体地，第二滤波电路60用于对负载电路40输出的触发信号tsc进行滤波，并起到延时开关的作用，同时保护第二晶体管m2的控制端不容易受高压打坏。其中，第三电阻r3为限流电阻，第二电容c2为滤波电容。
54.图8为本发明实施例提供的另一种具备负载关断功能的电池保护系统的结构示意图，参考图8，在上述各技术方案的基础上，该电池保护系统还包括充电电路70，充电电路70连接于电池的正极和负极之间，充电电路70可以包括充电器，用于对电池进行充电。充电电路70和负载电路之间可以通过状态切换装置(未示出)来切换电池的充放电状态。
55.继续参考图8，该电池保护系统还包括第三晶体管m3，第三晶体管m3的控制端与驱动电路20的第二输出端b3连接，第三晶体管m3的第一端与第一晶体管m1的第二端连接，第三晶体管m3的第二端与负载电路40的第一输出端f2连接。此时，电池的正极作为电池保护系统的输出正端p ，第三晶体管m3的第二端作为电池保护系统的输出负端p-，其他结构与图7相同。在本实施例中，由于同时包括第一晶体管m1和第三晶体管m3(第一晶体管m1和第三晶体管m3可以共同形成一个开关单元)，因此，此时的电池保护系统为分立电池保护系统，第一晶体管m1和第三晶体管m3的控制端分别与驱动电路20的两个输出端连接，通过控制第一晶体管m1和第三晶体管m3关断来切断负载，其工作过程与上述工作过程相同，在此不再赘述。
56.可选地，图9为本发明实施例提供的一种保护控制电路的结构示意图，结合图7和图9，保护控制电路10包括基准电路110、延时电路120和基本保护电路，基本包括电路包括放电过流保护电路(放电过流保护单元)、放电短路保护电路、充电过流保护电路、过放电压保护电路、过充电压保护电路和充放电检测电路。其中，放电过流保护电路包括第一比较器vc1，第一比较器vc1的正相输入端接入基准过流电压voc1，其负相输入端接入参考电压vref，当基准过流电压voc1低于参考电压vref时，放电过流保护电路进入放电过流保护状态，第一比较器vc1输出低电平的放电过流判断信号voc1p，放电过流判断信号voc1p经延时
电路120延时后传输至驱动电路20，驱动电路20控制第一晶体管m1关断，从而关断负载。
57.放电短路保护电路包括第二比较器vc2，当短路检测电压vshort低于参考电压vref时，保护控制电路10工作在放电短路保护状态，第二比较器vc2输出放电短路判断信号vshortp，经过延时电路120后控制驱动电路20关断第一晶体管m1。在本实施例中，通过合理配置参考电压vref、短路检测电压vshort和基准过流电压voc1的大小，能够使得放电过流保护和放电短路保护独立进行。
58.过放电压保护电路包括第四比较器vc4，当放电电压vrodv低于过放检测电压vodv时，第四比较器vc4输出低电平的过放电压判断信号vodvp，过放电压判断信号vodvp经延时电路120的延时后控制驱动电路20关断第一晶体管t1，使得电池停止放电，系统进入过放电压保护状态。
59.充电过流保护电路包括第三比较器vc3，充电过压保护电路包括第五比较器vc5，充电过流保护电路和充电过压保护电路用于判断电池在充电过程中是否出现过充的现象。在电池充电过程中，当保护控制电路10控制端a4的电压(也即为系统输出负端p-经第一电压r1分压后的电压)高于充电过流检测电压vchoc时，第三比较器vc3输出高电平的充电过流判断信号vchoc1，系统处于充电过流保护状态。当电源电压vdd经第六电阻r6和第七电阻r7分压后输出的充电电压vrocv大于过充检测电压vocv时，第五比较器vc5输出低电平的低电平的过充电压判断信号vocvp，过充电压判断信号vocvp经延时电路120后控制驱动电路20关断第一晶体管m1，使得系统进入过充保护状态，停止对电池进行充电。
60.充放电检测电路包括第六比较器vc6，第六比较器vc6的正相输入端与第八电阻r8的第二端连接，负相输入端与保护控制电路10控制端a4连接，充放电检测电路用于根据保护控制电路10控制端a4的电压控制电池的充放电。在本实施例中，保护控制电路10控制端a4通过第五电阻r5连接至各个比较器的输入端，起到限流的作用。
61.可选地，本发明还提供了一种锂电池，包括本发明任意实施例所提供的具备负载关断功能的电池保护系统，具备负载关断功能的电池保护系统可以以芯片形式与锂电池封装在一起，因此，该锂电池同样具备上述任意实施例所描述的有益效果。
62.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。