CN101783504B - 保护电路、电池系统以及保护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种保护电路、电池系统以及保护方法。保护电路用于保护耦合至充电电路的电池，包括：检测模块，用于将监控信号和预设的参考信号比较，以判定是否发生非期望情况，若监控信号和参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；计时器，耦合至检测模块，用于响应于报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；及保护启动模块，耦合至计时器，用于响应于启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以完成保护功能，其中第一时间长度由第二预设时间段决定；其中，触发信号用于熔断耦合在电池和充电电路之间的保险丝，第一时间长度足以使保险丝完全熔断。本发明提高了保险丝的鲁棒性。
Description
技术领域
本发明涉及保护电路，尤其是对包含了保险丝的电池进行保护的电路、系统以及方法。
背景技术
在现有技术中，电池(例如，锂电池)被广泛用于向多种电池供电的设备(例如，笔记本电脑、纯电动汽车、混合动力汽车和电动工具)提供电能。通常采用充电电路对电池充电。在充电过程中，电池的非正常情况(例如，过电压、欠电压、过电流和过温度等情况)可能会减少电池的寿命。
通常，采用保护装置来保护电池。图1是传统的保护装置100的结构示意图。保护装置100包括检测模块120和保护启动模块180。
电池中的每个电池单元的状态(例如，电磁单元的电压、电流和温度等)被监控。监控信号101被发送至检测模块120。检测模块120检查监控信号101，以检测电池中的非正常情况。当检测到有非正常情况，检测模块120发送报警信号152至保护启动模块180。保护启动模块180产生触发信号158，以熔断保险丝，这样电池可以和充电电路断开。
然而，在传统的保护装置100中，保险丝的鲁棒性降低。例如，电压毛刺可能导致检测模块120检测到非期望情况，触发信号158被触发以熔断保险丝。在保险丝完全熔断之前，非期望情况可能会恢复，这样，保护过程会突然中断。由于保护过程的频繁启动和中断，导致保险丝的鲁棒性降低。因而，可能需要经常更换保险丝。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种保护电路、系统以及方法，其相较与现有技术而言，提高了保险丝的鲁棒性。为解决上述技术问题，本发明提供了一种保护电路，用于保护耦合至充电电路的电池，该保护电路包括：检测模块，用于将监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况，若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；计时器，耦合至所述检测模块，用于响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；以及保护启动模块，耦合至所述计时器，用于响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以完成保护功能，所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定，其中，所述触发信号用于熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断。
本发明还提供了一种电池系统，该电池系统包括：电池；充电电路，耦合至所述电池，用于给所述电池充电；以及保护电路，耦合至所述电池和所述充电电路。其中，所述保护电路进一步至少包括：检测模块，耦合至所述电池，用于将表示所述电池的状态的监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况，若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；计时器，耦合至所述检测模块，用于响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；以及保护启动模块，耦合至所述计时器，用于响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以将所述电池和所述充电电路断开，其中所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定，其中，所述触发信号用于熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断。
本发明进一步提供了一种保护方法，用于保护耦合至充电电路的电池，该保护方法至少包括下列步骤：将监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况；若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；以及响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以完成保护功能，其中所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定；以及使用所述触发信号熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断。
与现有技术相比，采用本发明的电路提高了保险丝的鲁棒性。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1是传统的保护装置的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的保护电路的结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的保护电路的结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的保护电路的波形示意图；
图5是根据本发明的一个实施例的电池系统的结构示意图；以及
图6是根据本发明的一个实施例的保护方法的流程示意图。
具体实施方式
虽然本发明将结合以下实施例进行阐述，但应理解为这并非意指将本发明限定于这些实施例。相反，本发明旨在涵盖由所附权利要求项所界定的本发明精神和范围内所定义的各种可选项、可修改项和等同项。
此外，在以下对本发明的详细描述中，为了提供针对本发明的完全的理解，阐明了大量的具体细节。然而，本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外的一些实例中，对于大家熟知的方案、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明之主旨。
图2是根据本发明的一个实施例的保护电路200的结构示意图。在图2的实施例中，保护电路200包括检测模块220、计时器260、复位模块270和保护启动模块280。监控信号201表示保护目标的状态，例如，表示电池的状态。举例而言，电池电压、电磁单元电压、电流和温度等监控信号201被输入至检测模块220。保护启动模块280输出的触发信号258，用于触发保护功能，例如，将电池和充电电路断开。
检测模块220将监控信号201和参考信号(未图示)相比较，以检测非期望情况的发生。例如，对于电池而言，非期望情况包括但不仅限于过电压、欠电压、过电流和过温度等。若监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，则检测模块220判定发生了非期望情况，并产生报警信号252给计时器260。
耦合至检测模块220的计时器260响应于所述报警信号252，产生持续第二预设时间段的启动信号256。启动信号256再被提供至保护启动模块280。耦合至计时器260的保护启动模块280响应于所述启动信号256，产生持续一段时间的触发信号258，以完成保护功能，该时间的长度由所述第二预设时间段决定。例如，当保护启动模块280产生触发信号258，则断开电池与充电电路的连接。
有利的是，计时器260产生持续预设时间段的启动信号256。所以，也可以产生持续预设时间段的触发信号258，该预设时间段的长度足以使耦合在电池和充电电路之间的保险丝完全熔断。换句话说，当检测模块220检测到非期望情况，完成保护功能的信号持续的时间长度足够使保险丝完全熔断。所以，保护过程不会由于电压毛刺而频繁地中断。
耦合至计时器260的复位模块270用于复位计时器260。在一实施例中，在第二预设时间段结束之后，复位模块270复位计时器260。
图3是根据本发明的一个实施例的保护电路300的结构示意图。和图2标号相同的元件功能相似。在图3的实施例中，保护电路300包括检测模块220、计时器260、复位模块270和保护启动模块280。监控信号201表示电池的状态，例如，电池电压、电池单元的电压、温度和电池电流等。监控信号201被输入至保护电路300。保护电路300输出的输出电压VOUT用于熔断保险丝。
在图3的实施例中，检测模块220包括第一比较器322、测量单元324和确认单元326。第一比较器322将监控信号201和参考信号(未图示)相比较。在一实施例中，若监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过一阀值，第一比较器322产生的信号354为逻辑“1”；否则，信号354为逻辑“0”。信号354被输出至测量单元324。在一实施例中，第一比较器322为迟滞比较器。
测量单元324用于测量监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过阀值的持续时间长度T。测量单元324包括电流源384、第一开关334、第二开关364、电容374和反相器394。第一开关334和电容374耦合在电流源384与地之间。第二开关364并联耦合至电容374。第一比较器322输出的信号354被输入至反相器394，产生信号357。在一实施例中，信号354控制第一开关334，信号357控制第二开关364。
在一实施例中，若监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过阀值，产生逻辑为“1”的信号354。由此，第一开关334打开，第二开关364关断。电流源384对电容374充电。这样，节点359的电压(即电容374的压降)升高且被提供至确认单元326。
耦合至测量单元324的确认单元326用于将监控信号201和参考信号的差值超过阀值的持续时间长度T和前述的第一预设时间段相比较，当持续时间长度T大于第一预设时间段时，产生报警信号252。确认单元326包括比较器336和参考电压源366。测量单元324的输出电压被提供至比较器336的正相输入端，参考电压源366的电压被提供至比较器336的反相输入端。比较器366将测量单元324的输出电压和参考电压源366的电压相比较，以判断是否发生非期望情况。例如，若测量单元324的输出电压高于参考电压源366的电压，则表明监控信号201和参考信号的差值超过阀值的持续时间长度T大于第一预设时间段，确认单元326判定发生了非期望情况，并产生报警信号252给计时器260。
一旦计时器260接收到报警信号252，则产生启动信号256，并输出至保护启动模块280。如上所述，启动信号256的持续时间长度为第二预设时间段。其中，第二预设时间段由计时器260计时。
在图3的实施例中，保护启动模块280包括电阻382和开关386(例如，场效应管FET)。电阻382和开关386耦合在电源VCC与地之间。启动信号256控制开关386。相应地，在节点358产生输出电压VOUT。在一实施例中，输出电压VOUT用于完成保护功能，例如，熔断保险丝。启动信号256的持续时间长度足够长，以确保保险丝能够完全熔断。
耦合至计时器260的复位模块270用于复位计时器260。在一实施例中，在第二预设时间段结束之后，复位模块270复位计时器260。
图4是根据本发明的一个实施例的保护电路的波形示意图400。以下结合图3对图4进行描述。图4所示的四个波形分别表示监控信号201、节点359的电压、报警信号252和启动信号256。在一实施例中，第一比较器322为迟滞比较器，电压Vhys为迟滞电压。
第一比较器322将监控信号201和参考电压VREF1相比较。当监控信号201和参考电压VREF1的差值超过阀值，第一比较器322产生逻辑为“1”的信号354给测量单元324。这样，开关334打开，开关364关断。电容374被电流源384充电，节点359的电压相应地升高。比较器336将节点359的电压和参考电压VREF2相比较。当节点359的电压大于参考电压VREF2，表明监控信号201和参考信号VREF1的差值超过阀值的持续时间长度T大于第一预设时间段T1，确认单元326判定发生了非期望情况，并产生逻辑为“1”的报警信号252。一旦计时器260接收到报警信号252，产生持续时间长度达到第二预设时间段T2的启动信号256。在第二预设时间段T2结束之后，复位模块270复位计时器260。相应地，在节点358产生一段时间的输出电压VOUT以熔断保险丝，该段时间的持续时间长度由第二预设时间段T2决定。
图5是根据本发明的一个实施例的电池系统500的结构示意图。在图5的实施例中，电池系统500包括电池520、保护电路500和充电电路560。图5中的保护电路500和图2的保护电路200相似。
当充电电路560给电池520充电，表示电池520状态的监控信号501被提供至保护电路500。如上所述，保护电路500将监控信号501和参考电压相比较，以判定电池520是否发生了非期望情况。若发生了非期望情况，保护电路500产生触发信号558，用于将电池520和充电电路560断开。在一实施例中，触发信号558持续足够长的预设时间长度，以确保电池520和充电电路560完全断开。
虽然以上实施例中是结合电池系统对保护电路500进行描述，然而本发明的应用不仅限于电池系统内。例如，保护电路500可以耦合至电池和负载。当电池发生了非期望情况(例如，欠电压)，保护电路500用于将电池和负载断开。
图6是根据本发明的一个实施例的保护方法的流程示意图600。以下结合图3对图6进行描述。
在步骤602，将监控信号201和参考信号相比较。例如，监测模块220中的第一比较器322将监控信号201和参考信号相比较，以判断监控信号201和参考信号的差值是否超过阀值。若其差值超过阀值，则产生逻辑为“1”的信号354，并输出至测量模块324；否则，信号354的逻辑为“0”。
在步骤604，若监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，则产生报警信号352。更确切地说，若其差值超过阀值，逻辑为“1”的信号354被提供至测量单元324。然后，开关334打开，开关364关断。这样，电容374被电流源384充电。电容374上的电压降相应地升高。电容374上的电压降表示监控信号201和参考信号(未图示)的差值超过阀值的时间长度T。比较器336将电容374上的电压降和参考电压源366的电压相比较。当电容374上的电压降大于参考电压源366的电压，确认单元326判定发生了非期望情况，并产生报警信号252。
在步骤606，计时器260响应于报警信号252，并产生启动信号256。如上所述，启动信号256持续时间长度达到第二预设时间段。
在步骤608，保护启动模块280响应于启动信号256，并产生触发信号358(例如，输出电压VOUT)，以完成保护功能。触发信号358的持续时间长度由第二预设时间段决定。在触发信号358持续的时间段中，保险丝完全熔断。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离所附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由所附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
Claims (20)
1.一种保护电路，用于保护耦合至充电电路的电池，其特征在于，所述保护电路至少包括：
检测模块，用于将监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况，若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；
计时器，耦合至所述检测模块，用于响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；以及
保护启动模块，耦合至所述计时器，用于响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以完成保护功能，其中所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定，
其中，所述触发信号用于熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断，并且
所述检测模块包括测量单元，所述测量单元用于测量所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值超过所述阀值的持续时间长度，所述测量单元包括电容和电流源，如果所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值超过所述阀值，则所述电流源对所述电容充电，所述电容的压降表示所述差值超过所述阈值的持续时间长度。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：
复位模块，耦合至所述计时器，用于复位所述计时器。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述监控信号表示电池的状态，且所述触发信号用于保护所述电池。
4.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述非期望情况包括过电压。
5.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述非期望情况包括欠电压。
6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述非期望情况包括过电流。
7.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述非期望情况包括过温度。
8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述检测模块至少还包括：
比较器，耦合至所述测量单元，用于将所述监控信号和所述预设的参考信号相比较，以判断所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值是否超过所述阀值；
确认单元，耦合至所述测量单元，用于将所述差值超过所述阀值的持续时间长度和所述第一预设时间段相比较，且若所述差值超过所述阈值的持续时间长度大于所述第一预设时间段，产生所述报警信号。
9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述测量单元还包括：
第一开关，与所述电容串联；
第二开关，与所述电容并联。
10.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护启动模块包括：
电阻；以及
开关，将所述电阻耦合至地，其中所述开关由所述启动信号控制。
11.一种电池系统，其特征在于，所述电池系统至少包括：
电池；
充电电路，耦合至所述电池，用于给所述电池充电；以及
保护电路，耦合至所述电池和所述充电电路，所述保护电路至少包括：
检测模块，耦合至所述电池，用于将表示所述电池的状态的监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况，若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；
计时器，耦合至所述检测模块，用于响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；以及
保护启动模块，耦合至所述计时器，用于响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以将所述电池和所述充电电路断开，其中所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定，其中，所述触发信号用于熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断，
其中，所述检测模块包括测量单元，所述测量单元用于测量所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值超过所述阈值的持续时间长度，所述测量单元包括电容和电流源，如果所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值超过所述阀值，则所述电流源对所述电容充电，所述电容的压降表示所述差值超过所述阈值的持续时间长度。
12.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述保护电路还包括：
复位模块，耦合至所述计时器，用于复位所述计时器。
13.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述非期望情况包括过电压。
14.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述非期望情况包括欠电压。
15.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述非期望情况包括过电流。
16.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述非期望情况包括过温度。
17.根据权利要求11所述的电池系统，其特征在于，所述检测模块至少还包括：
比较器，耦合至所述测量单元，用于将所述监控信号和所述预设的参考信号相比较，以判断所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值是否超过所述阀值；
确认单元，耦合至所述测量单元，用于将所述差值超过所述阀值的持续时间长度和所述第一预设时间段相比较，且若所述差值超过所述阈值的持续时间长度大于所述第一预设时间段，产生所述报警信号。
18.一种保护方法，用于保护耦合至充电电路的电池，其特征在于，所述保护方法至少包括下列步骤：
将监控信号和预设的参考信号相比较，以判定是否发生了非期望情况；
若所述监控信号和所述预设的参考信号的差值超过阀值的持续时间长度达到第一预设时间段，产生报警信号；
响应于所述报警信号，产生持续时间长度达到第二预设时间段的启动信号；
响应于所述启动信号，产生持续时间长度达到第一时间长度的触发信号，以完成保护功能，其中所述第一时间长度由所述第二预设时间段决定；以及使用所述触发信号熔断耦合在所述电池和所述充电电路之间的保险丝，所述第一时间长度足以使所述保险丝完全熔断，其中
如果所述监控信号和所述预设的参考信号的所述差值超过所述阀值，则电流源对电容充电，所述电容的压降表示所述差值超过所述阈值的持续时间长度。
19.根据权利要求18所述的保护方法，其特征在于，所述产生所述报警信号的步骤更进一步包括：
将所述差值超过所述阈值的持续时间长度和所述第一预设时间段相比较。
20.根据权利要求18所述的保护方法，其特征在于，所述监控信号表示电池的状态。
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