CN103036212B - 电池输出短路保护电路 - Google Patents

Abstract

一种电池输出短路保护电路，是通过短路感测组件来感测回路的输出负载端是否短路以达到保护电池的目的。当正常供电时输出负载端接上负载，该短路感测组件断路，状态电压产生电路随即输出一高于参考电压的电压值，使电压比较器输出一低准位信号，经由开关组件之后使整个回路呈现启用状态；而当输出负载端短路时，该短路感测组件随即导通，使状态电压产生电路随即输出一低于参考电压的电压值，使电压比较器输出一高准位信号，经由开关组件之后使整个回路呈现停滞状态。

Description

电池输出短路保护电路

技术领域

本发明是为一种保护电路，特别指一种电池输出短路保护电路。

背景技术

随着锂离子应用范围越来越广，对锂电池保护电路的要求也变得多样化、复杂化。过去的电池保护电路，针对锂系列的电池在短路时，因为过度的充、放电导致电池炸坏或损毁、电源起火等问题所提供的一种保护机制，此保护机制亦可搭配温度控管功能，使电池温度过高时可以立即对应停止充放电。

请参阅图1，现有技术是由一开关组件1、一电压比较器2、一参考电压Vref以及一分压保护电阻3所组成。该开关组件1具有一栅极端11、一第一端12及一第二端13，该第一端12电连接至一电池100，而该第二端13电连接至一第一输出负载端61；该电压比较器2具有一输出端21、一第一输入端22及一第二输入端23，该输出端21电连接至开关组件的栅极端11；该参考电压Vref电连接至电压比较器2的第二输入端23；该分压保护电阻3电连接于第二输出负载端62与电池100之间，而该第二输出负载端62再电连接至电压比较器2的第一输入端22。

请参阅图1，当第一输出负载端61与第二输出负载端62接上负载6时，该分压保护电阻3与第二输出负载端62的负载6共同承受电池100的分压，该分压保护电阻3的分压相对于电压比较器2的参考电压Vref较小，使分压比较器2输出一低准位的信号，该信号再经过开关组件1使整个回路启用，此时呈现正常供电的状态。当第一输出负载端61与第二输出负载端62短路时，该分压保护电阻3直接承受来自于电池100的分压，该分压相对于电压比较器2的参考电压Vref较大，使电压比较器2输出一高准位的信号，该信号再经过开关组件1使整个回路停滞，此时则呈现保护切换的状态。该分压保护电阻3所扮演的即是一状态分压感测的角色，可以藉由所感测到的分压来决定整个回路的启用与停滞，最终达到保护锂系列电池的目的。

然而，这样的保护机制功能虽然很强大，也很容易实现，却仍有其需要改进的空间。因为这样的电池输出短路保护电路使用的主要组件是一大功率的分压保护电阻，当该电阻很大时，在常态供电的状态会产生很高的温度，并且会造成不必要的能量损耗；而当该电阻很小时，却必需支出高额的花费；此外，将分压保护电阻与负载做串联亦会产生负载效应，目的确实是达到了，却无法兼顾效率与成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的即是提供一种电池输出短路保护电路，藉由一短路感测组件来取代现有技术中的分压保护电阻，扮演一感测输出负载端是否短路的感测组件，避免分压保护电阻所造成的大功率损耗与负载效应等问题。

本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段，是在一种电池输出短路保护电路包括了：一开关组件、一电压比较器、一参考电压、一状态电压产生电路及一短路感测组件。该开关组件，具有一栅极端、一第一端及一第二端，该第一端电连接至一电池，而该第二端电连接至一负载端；该电压比较器，具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端，该输出端电连接至开关组件的栅极端；该参考电压，电连接至电压比较器的第一输入端；该状态电压产生电路，具有一电压输出端电连接至电压比较器的第二输入端；该短路感测组件，具有一第一电连接端与一第二电连接端分别电连接至第一输出负载端与状态电压产生电路的电压输出端。

当正常供电时输出负载端接上负载，该短路感测组件断路，状态电压产生电路随即输出一高于参考电压的电压值，使电压比较器输出一低准位信号，经由开关组件之后使整个回路呈现导通状态；而当输出负载端短路时，该短路感测组件即导通，使状态电压产生电路随即输出一低于参考电压的电压值，使电压比较器输出一高准位信号，经由开关组件之后使整个回路呈现断路状态。藉由短路感测组件来感测回路的输出负载端是否短路，来确实达到保护电池的目的。

本发明如此的设计只需要使用小功率的分压电阻于状态电压产生电路中即可，不需要用到大功率电阻，使本发明的耗电率大幅下降；此外，本发明使锂电池在正常供电时，小功率的分压电阻未流经负载电流，只提供了偏压，不但耗电较小，更无所谓虚耗功率的问题；再者，因为不需要现有技术中的分压保护电阻直接与负载串联，避免掉了负载效应的问题，因此这样的设计更能适应于大电流、高动力的电机(如电动车)。

总合以上优点，本发明不只是解决了先前技术的问题，更确实地提供了一个更具备灵活性的设计，在未来绿能产业想必可以预见本发明将广泛的应用在锂系列的电池保护之中。

附图说明

图1是显示习知技术的示意图；

图2是显示本发明电池输出短路保护电路的系统架构图；

图3是显示本发明电池输出短路保护电路第一实施例的示意图；

图4是显示本发明电池输出短路保护电路第二实施例的示意图。

附图标号：

100 电池

1 开关组件

11 栅极端

12 第一端

13 第二端

2 电压比较器

21 输出端

22 第一输入端

23 第二输入端

3 分压保护电阻

4 状态电压产生电路

41 第一分压电阻

42 第二分压电阻

43 电压输出端

5 短路感测组件

51 第一电连接端

52 第二电连接端

6 负载

61 第一输出负载端

62 第二输出负载端

RST 重置开关

Vcc 分压电压源

Vref 参考电压

具体实施方式

请参阅图2与图3，本发明电池输出短路保护电路包括了：一开关组件1、一电压比较器2、一参考电压3、一状态电压产生电路4及一短路感测组件5。该开关组件1，具有一栅极端11、一第一端12及一第二端13，该第一端12电连接至一电池100，而该第二端13电连接至一第一负载端61；该电压比较器2，具有一输出端21、一第一输入端22及一第二输入端23，该输出端21电连接至开关组件1的栅极端11；该参考电压3电连接至电压比较器2的第一输入端22；该状态电压产生电路4，具有一电压输出端43电连接至电压比较器2的第二输入端23；该短路感测组件5，具有一第一电连接端51与一第二电连接端52分别电连接至第一输出负载端61与状态电压产生电路4的电压输出端43。

请参阅图2与图3，其中该电池100为一锂系列的可充、放电式储能单元，该电池100的正负极无法直接做短路电连接，将会导致电池100爆炸或损毁。而其中该开关组件1一具有三端接脚的晶体管，该开关组件1的栅极端11在接受来自电压比较器2的输出端21输出的输出信号后，决定该开关组件1是开启或是关闭。

请参阅图2与图3，其中该电压比较器2为一运算放大器组件所组成，该电压比较器2包括了两个一第一输入端22、一第二输入端23与一个输出端21，其中该第一输入端22与该第二输入端23有极性的分别，能藉由比较输入电压值的大小来决定该电压比较器2的输出。

请参阅图2与图3，其中该参考电压Vref是一固定电压值，作为该电压比较器2输出的基准。而其中该状态电压产生电路4是一可提供固定分压的电路，包括了至少一第一分压电阻41、一串联连接于第一分压电阻41的第二分压电阻42及一分压电压源Vcc，其中该分压电压源Vcc经由第一分压电阻41与第二分压电阻42分压，而在第一分压电阻41及所述第二分压电阻42的连接点处提供一稳定的电压至电压输出端43，与参考电压Vref的电压值输入电压比较器2之后，再由电压比较器2的输出端21输出一低位准信号或是高位准信号。而其中该短路感测组件5是一可做导通与断路切换的双端组件，主要由各类具有不同导通电压的二极管所组成。

请参阅图3，当第一输出负载端61与第二输出负载端62未短路时，该短路感测组件5不动作视为断路，状态电压产生电路4即输出一高于参考电压Vref的电压值至电压比较器2的第二输入端23，使得电压比较器2输出一低位准的信号，该信号再经过开关组件1使开关组件1开启，此时整个回路呈现正常供电的状态。

请参阅图3，当第一输出负载端61与第二输出负载端62短路时，短路感测组件5开始动作视为导通，直接接受与电池100相同的接地压降，状态电压产生路4即输出一低于参考电压Vref的电压值至电压比较器2的第二输入端23，使得电压比较器2输出一高位准的信号，该信号再经过开关组件1使开关组件1关闭，此整个回路时则呈现保护切换的状态。

请参阅图2与图4，本发明电池输出短路保护电路中的短路感测组件5亦可为一无任何负载的导线。当第一输出负载端61与第二输出负载端62短路时，短路感测组件5直接接受与电池100相同的接地压降，状态电压产生路4即输出一低于参考电压Vref的电压值至电压比较器2的第二输入端23，使得电压比较器2输出一高位准的信号，该信号再经过开关组件1使开关组件1关闭，且此关闭状态将会被闩锁住。

另外在开关组件1的第一端12与第二端13之间再跨接上一重置开关RST，用以将此被闩锁住的关闭状态解除。而当第一输出负载端61与第二输出负载端62未短路时，该重置开关RST经过重置过后整个回路即可呈现正常供电的状态。

由以上的实施例可知，本发明确具极佳的产业利用价值，故本发明业已符合于专利的要件。以上的叙述仅为本发明的较佳实施例说明，凡本领域技术人员当可依据上述的说明而作其它种种的改良，这些改变仍属于本发明的创作精神及所界定的权利要求中。

Claims (7)

1.一种电池输出短路保护电路，其特征在于，所述的电池输出短路保护电路包括有：

一开关组件，具有一栅极端、一第一端及一第二端，所述第一端电连接至一电池，而所述第二端电连接至一第一输出负载端，一第二输出负载端与所述电池的另一端连接；

一电压比较器，具有一输出端、一第一输入端及一第二输入端，所述输出端电连接至所述开关组件的所述栅极端；

一参考电压，电连接至所述电压比较器的所述第一输入端；

一状态电压产生电路，具有一电压输出端电连接至所述电压比较器的所述第二输入端；

一短路感测组件，具有一第一电连接端、一第二电连接端，所述第一电连接端接至所述第一输出负载端，而所述第二电连接端接至所述状态电压产生电路的所述电压输出端；

其中当所述第一输出负载端及所述第二输出负载端之间接上一负载时，所述短路感测组件断路，此时所述状态电压产生电路将输出一高于所述参考电压的电压值，使所述电压比较器输出一低准位信号，所述开关组件随即关闭；

其中当所述第一输出负载端及所述第二输出负载端之间短路时，所述短路感测组件导通，此时所述状态电压产生电路将输出一低于所述参考电压的电压值，使所述电压比较器输出一高准位信号，所述开关组件随即开启。

2.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述电池为一锂系列的可充、放电式储能单元。

3.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述参考电压提供一固定电压值，作为所述电压比较器输出的基准。

4.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述状态电压产生电路包括一第一分压电阻、一串联连接于所述第一分压电阻的第二分压电阻以及一分压电压源，其中所述分压电压源经由所述第一分压电阻及所述第二分压电阻分压，而在所述第一分压电阻及所述第二分压电阻的连接点处提供一稳定的电压至所述电压输出端。

5.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述短路感测组件是一二极管。

6.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述短路感测组件是一导线。

7.如权利要求1所述的电池输出短路保护电路，其特征在于，所述开关组件的所述第一端与所述第二端之间跨接一重置开关。