CN105870990A - 可充电电池保护电路以及移动终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可充电电池保护电路以及包括该可充电电池保护电路的移动终端，可充电电池保护电路用于在充电和放电过程中保护可充电电池，包括：第一输入端子和第二输入端子，分别连接至可充电电池的两端；第一输出端子和第二输出端子，分别连接至第一输入端子和第二输入端子，以及连接负载或充电装置；以及过流保护装置，用于在可充电电池的充电电流或放电电流超过预定电流值时，断开第一输入端子和第一输出端子之间的连接或者断开第二输入端子和第二输出端子之间的连接，其中，可充电电池保护电路还包括第一电压采样端子和第二电压采样端子，用于获得可充电电池两端的电压并且提供给充电装置。

Description

可充电电池保护电路以及移动终端
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种可充电电池保护电路以及移动终端。
背景技术
便携式电子设备(例如手机、平板电脑或可穿戴设备等)的种类不断增加，并且日益普及。这些电子设备都是由可充点电池模块提供工作电量。
在相关的现有技术中，便携式电子设备的可充电电池模块包括可充电电池(Rechargeable Battery)以及保护可充电电池安全的保护电路。可充电电池又称二次电池，其基于化学反应的可逆性，即当一个化学反应转化为电能之后，还可以用电能使化学体系修复，然后再利用化学反应转化为电能。目前常见的可充电电池有“镍氢”、“镍镉”“铅酸”、“锂离子(包括锂电池和锂离子聚合物电池)”等。如何为电池快速充电，直接影响了便携式电子设备的用户体验。
图1示出了现有技术的一个可充电电池模块，该可充电电池模块具有端子P+和P-，用于连接充电器、负载、转接板或者连接器等。该可充电电池模块包括：可充电电池30以及保护电路。保护电路进一步包括控制单元10、作为开关的放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2、电阻R1、电阻R2、以及电容C1。
在充电过程中，充电器需要对可充电电池30进行电压采样，根据采样的电压值调整充电方式，即从恒流充电模式转为恒压充电方式。如果不能准确获得可充电电池30两端的电压，在充电器对可充电电池的充电过程中可能会出现错误的充电模式。在现有技术中，端子P+和P-同时充当电压采样端子和充电端子，即电压采样是对电池连接器上的电压进行采样。图2示出了采样位置的等效阻抗图，如图2所示，在采样点P+和电池的正极之间存在着线路阻抗1和连接器阻抗；在采样点P-和电池的负极之间存在着线路阻抗2、器件阻抗和连接器阻抗，其中，器件阻抗例如可以为来自于保护电路中的器件的阻抗。
所有阻抗都会对电压的采样结果造成影响。现有的工艺技术通常会对上述阻抗进行控制，将其限制在100mohm以内。在小电流充电情况下，限制后的阻抗不会对充电过程造成影响，但是在大电流充电的情况下，即使进行了限制，该阻抗仍然会影响充电过程，即使得充电器提前结束恒流充电模式，并转为恒压充电模式，或者使得充电器不能及时从恒流充电模式转为恒压充电模式，对电池造成损害。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种电池保护电路以及可充电电池模块，能够为充电器提供准确的电池采样电压。
根据本发明的一个方面，提供一种可充电电池保护电路，用于在充电和放电过程中保护可充电电池，包括：第一输入端子和第二输入端子，分别连接至所述可充电电池的两端；第一输出端子和第二输出端子，分别连接至所述第一输入端子和第二输入端子，以及连接负载或充电装置；以及过流保护装置，用于在所述可充电电池的充电电流或放电电流超过预定电流值时，断开所述第一输入端子和所述第一输出端子之间的连接或者断开所述第二输入端子和所述第二输出端子之间的连接，其中，所述可充电电池保护电路还包括第一电压采样端子和第二电压采样端子，用于获得所述可充电电池两端的电压并且提供给所述充电装置。
可选地，所述可充电电池保护电路还包括过压保护装置；所述过压保护装置，用于在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电压超过预定电压值时，断开所述第一输入端子和所述第一输出端子之间的连接或者断开所述第二输入端子和所述第二输出端子之间的连接。
可选地，所述过流保护装置包括反向串联的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管设置在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间或者设置在所述第二输入端子和所述第二输出端子之间，所述第一晶体管和所述第二晶体管在正常工作状态时均导通，并且在充电电流超过预定电流值时所述第一晶体管断开，在放电电流超过预定电流值时，所述第二晶体管断开。
可选地，所述过压保护电路包括第一熔丝，其中，所述第一熔丝设置于所述第一输入端子和所述第一输出端子之间，在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电压超过预定电压值时，所述第一熔丝熔断。
可选地，所述可充电电池保护电路还包括选择开关，在所述可充电电池充电时，所述选择开关将所述第二电压采样端子连接到所述第二输入端子；在可充电电池放电时，所述选择开关将所述第二电压采样端子连接到所述第二输出端子。
可选地，所述可充电电池保护电路还包括第一控制单元，用于控制所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通和断开。
可选地，所述可充电电池保护电路还包括设置在所述选择开关和所述第二输入端子之间的第二熔丝。
根据本发明的另一个方面，提供一种移动终端，包括如权利要求1至7任一项所述的可充电电池保护电路以及可充电电池，所述可充电电池的两端分别连接至所述可充电电池保护电路的所述第一输入端子和所述第二输入端子。
本发明的电池保护电路在充电过程中，第一电压采样端子和第二电压采样端子直接连接可充电电池的两个电极，因此所述电池保护电路能够提供准确的电池采样电压，使得充电器能够准确完成充电过程，避免对电池造成损害。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是现有技术的一种可充电电池模块的电路图。
图2是现有技术的可充电电池模块的电压采样的等效阻抗图。
图3是根据本发明第一实施例的可充电电池模块的电路图。
图4是根据本发明第二实施例的可充电电池模块的电路图。
图5是根据本发明实施例的可充电电池模块的电压采样的等效阻抗图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
第一实施例
第一实施例的可充电电池模块包括可充电电池30和电池保护电路。电池保护电路连接在可充电电池30和充电器(或负载)之间。
电池保护电路具有：第一输入端子I+和第二输入端子I-，第一输出端子P+和第二输出端子P-，第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-。第一输入端子I+和第二输入端子I-分别连接可充电电池的正负极；第一输出端子P+和第二输出端子P-连接充电器或负载；第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-连接充电器端的电压采样电路。
电池保护电路还包括：电阻R1、电容C1、放电保护晶体管M1、充电保护晶体管M2、电阻R2、选择开关S1、熔丝11、控制单元10以及开关控制单元12。
第一输出端子P+连接第一输入端子I+，第一电压采样端子S+连接第一输入端子I+。在优选的实施方式中，第一输出端子P+和第一电压采样端子S+为同一个端子。
电阻R1和电容C1依次串联在第一输入端子I+和第二输入端子I-之间，即依次串联在可充电电池的正负极之间。
放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2依次串联在第二输入端子I-和第二输出端子P-之间，即放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2依次串联在可充电电池负极和充电器(或负载)之间。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2作为开关单元，在控制单元10的控制下开启或断开。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2分别并联连接二极管。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2例如为功率MOSFET等。
控制单元10具有端子VDD和端子VSS，端子DO、端子CO和端子VM。端子VDD连接电阻R1和电容C1的中间结点，端子VSS连接第一输入端子I+。端子DO连接放电保护晶体管M1的栅极，端子CO连接充电保护晶体管M2的栅极。控制单元10包括过放电检测电路、过充电检测电路、过电流检测电路以及控制电路。电阻R2为电流限制电阻，电阻R2连接在端子VM和第二输出端子P-之间。
在为可充电电池30充电的过程中，充电电流从第一输出端子P+流入，形成第一输出端子P+、电池、放电保护晶体管M1、充电保护晶体管M2以及第二输出端子P-的电流环路。在可充电电池30为负载供电时，形成第一输入端子I+、第一输出端子P+、负载、第二输出端子P-、充电保护晶体管M2、放电保护晶体管M1、第二输入端子I-的电流环路。在放电电流或充电电流超过预定值时，端子CO或端子DO输出低电平，使得放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2断开。
选择开关S1用于将第二电压采样端子S-连接到第二输出端子P-或者第二输入端子I-(可充电电池的负极)。在选择开关S1和第二输入端子I-之间还设有熔丝11。
开关控制单元12用于控制选择开关S1。在第一输出端子P+和第二输出端子P-连接充电器时(即对可充电电池充电时)，开关控制单元12控制选择开关S1将第二电压采样端子S-连接到熔丝11。当第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-之间的电压达到4.2V时，充电器从恒流充电模式转为恒压充电模式。通过从可充电电池的两个电极之间进行电压采样，能够获得准确的可充电电池的电压，使得充电器能够准确完成充电过程。
在第一输出端子P+和第二输出端子P-连接负载时(即可充电电池放电时)，开关控制单元12控制选择开关S1将第二电压采样端子S-连接第二输出端子P-。考虑到充电、放电是两个互逆过程，阻抗对其影响不同，为了避免大电流放电时可充电电池的电压异常跌落，在放电时，从功率回路中采样。
本实施例的电池保护电路和可充电电池模块能够提供准确的电池采样电压，使得充电机能够根据电池状况采取正确的充电方式。
第二实施例
第二实施例的可充电电池模块包括可充电电池30和电池保护电路。电池保护电路连接在可充电电池30和充电器(或负载)之间。
电池保护电路具有：第一输入端子I+和第二输入端子I-，第一输出端子P+和第二输出端子P-，第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-。第一输入端子I+和第二输入端子I-分别连接可充电电池的正负极；第一输出端子P+和第二输出端子P-连接充电器或负载；第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-连接电压采样电路。
电池保护电路还包括：电阻R1、电容C1、放电保护晶体管M1、充电保护晶体管M2、电阻R2、选择开关S1、熔丝11、控制单元10以及开关控制单元12、熔丝13、电容C3、控制单元20、电阻R3、电容C2、开关管M3、电阻R4以及控制单元20。
第一输出端子P+通过熔丝13连接第一输入端子I+，第一电压采样端子S+连接第一输入端子I+。
电阻R3和电容C2依次串联在第一输入端子I+和第二输入端子I-之间，即依次串联在可充电电池的正负极之间。
电阻R4和开关管M3串联在熔丝13与第二输入端子I-之间。
控制单元20连接电容C2的两端以及开关管M3的栅极，根据电容C2两端的电压来控制开关管M3的导通或断开。当控制单元20检测到电容C2上的电压高于第一阈值时，控制单元20控制开关管M3导通，熔丝13熔断。
电容C3连接在第一输出端子P+和第二输出端子P-之间。
电阻R1和电容C1依次串联在熔丝13与第一输出端子P+的中间节点和第二输入端子I-之间。
放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2依次串联在第二输入端子I-和第二输出端子P-之间，即放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2依次串联在可充电电池负极和充电器(或负载)之间。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2作为开关单元，在控制单元10的控制下开启或断开。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2分别并联连接二极管。放电保护晶体管M1和充电保护晶体管M2例如为功率MOSFET等。
控制单元10具有端子VDD和端子VSS，端子DO、端子CO和端子VM。端子VDD连接电阻R1和电容C1的中间结点，端子VSS连接第一输入端子I+。端子DO连接放电保护晶体管M1的栅极，端子CO连接充电保护晶体管M2的栅极。控制单元10包括过放电检测电路、过充电检测电路、过电流检测电路以及控制电路。电阻R2为电流限制电阻，电阻R2连接在输出端子VM和第二输出端子P-之间。
选择开关S1用于将第二电压采样端子S-连接到第二输出端子P-或者第二输入端子I-(可充电电池的负极)。在选择开关S1和第二输入端子I-之间还设有熔丝11。采样采样
开关控制单元12用于控制选择开关S1。在第一输出端子P+和第二输出端子P-连接充电器时(即对可充电电池充电时)，开关控制单元12控制选择开关S1将第二电压采样端子S-连接到熔丝11。
图5是可充电电池模块的电压采样的等效阻抗图。参照图5，第一电压采样端子S+与第二电压采样端子S-直接连接可充电电池的两端，中间不存在其他阻抗能够获得准确的可充电电池的电压，使得充电器能够准确完成充电过程。当第一电压采样端子S+和第二电压采样端子S-之间的电压达到4.2V时，充电器可以准确从恒流充电模式转为恒压充电模式。
在第一输出端子P+和第二输出端子P-连接负载时(即可充电电池放电时)，开关控制单元12控制选择开关S1将第二电压采样端子S-连接第二输出端子P-。考虑到充电、放电是两个互逆过程，阻抗对其影响不同，为了避免大电流放电时可充电电池的电压异常跌落，在放电时，从功率回路中采样。
本发明还提出一种移动终端，该移动终端包括以上所有实施例的电池保护电路。在优选的实施例中，电池保护电路的开关控制单元从移动终端的处理器接收信号，并根据该信号控制选择开关的断开和闭合状态。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种可充电电池保护电路，用于在充电和放电过程中保护可充电电池，包括：
第一输入端子和第二输入端子，分别连接至所述可充电电池的两端；
第一输出端子和第二输出端子，分别连接至所述第一输入端子和第二输入端子，以及连接负载或充电装置；以及
过流保护装置，用于在所述可充电电池的充电电流或放电电流超过预定电流值时，断开所述第一输入端子和所述第一输出端子之间的连接或者断开所述第二输入端子和所述第二输出端子之间的连接，
其中，所述可充电电池保护电路还包括第一电压采样端子和第二电压采样端子，用于获得所述可充电电池两端的电压并且提供给所述充电装置。
2.根据权利要求1所述的可充电电池保护电路，其中，所述可充电电池保护电路还包括过压保护装置；
所述过压保护装置，用于在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电压超过预定电压值时，断开所述第一输入端子和所述第一输出端子之间的连接或者断开所述第二输入端子和所述第二输出端子之间的连接。
3.根据权利要求1或2所述的可充电电池保护电路，其中，所述过流保护装置包括反向串联的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管设置在所述第一输入端子和所述第一输出端子之间或者设置在所述第二输入端子和所述第二输出端子之间，所述第一晶体管和所述第二晶体管在正常工作状态时均导通，并且在充电电流超过预定电流值时所述第一晶体管断开，在放电电流超过预定电流值时，所述第二晶体管断开。
4.根据权利要求2所述的可充电电池保护电路，其中，所述过压保护电路包括第一熔丝，其中，所述第一熔丝设置于所述第一输入端子和所述第一输出端子之间，在所述第一输入端子和所述第二输入端子之间的电压超过预定电压值时，所述第一熔丝熔断。
5.根据权利要求1所述的可充电电池保护电路，其中，所述可充电电池保护电路还包括选择开关，在所述可充电电池充电时，所述选择开关将所述第二电压采样端子连接到所述第二输入端子；在可充电电池放电时，所述选择开关将所述第二电压采样端子连接到所述第二输出端子。
6.根据权利要求3所述的可充电电池保护电路，其中，所述可充电电池保护电路还包括第一控制单元，用于控制所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通和断开。
7.根据权利要求5所述的可充电电池保护电路，其中，所述可充电电池保护电路还包括设置在所述选择开关和所述第二输入端子之间的第二熔丝。
8.一种移动终端，包括如权利要求1至7任一项所述的可充电电池保护电路以及可充电电池，所述可充电电池的两端分别连接至所述可充电电池保护电路的所述第一输入端子和所述第二输入端子。
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