CN106655371B - 电池大电流快充与放电的保护与监控电路 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种电池大电流快充与放电的保护与监控电路，包括主电路、第一保护模块和管理模块，所述第一保护模块设于所述主电路的电池负端子和电路负端子之间，所述管理模块设于所述主电路的电池负端子和第一保护模块之间。第一保护模块通过检测电路中的电流和电压状态，控制电池充放电路的断连；当第一保护模块失效时，第二保护模块运作，通过电路的电流以及温度状态，控制电池充放电路的断连；管理模块实时监控该电池充放电路的电流及温度状态并将信息反馈至外部设备，外部设备可实时查询电池及该主电路内部的电量、温度、放电及充电情况，并可通过外部设备控制第一保护模块关断与打开该充放电路，使保护更加全面更人性化。

Description

电池大电流快充与放电的保护与监控电路

技术领域

本发明涉及到手机电池充放电保护及监控领域，特别是涉及到一种电池大电流快充与放电的保护与监控电路。

背景技术

手机电池充放电保护一般通过内置芯片检测电池在充放电过程中电压及电流的异常变化情况，芯片通过开关引脚的高低电位变化，控制外围MOS管的开通及关断，进而达到管理电池安全充电及放电的目的。

随着快充技术的发展，大电流充电对电池的保护技术提出了更高的挑战，传统电池管理技术存在较大的失效风险。传统手机电池的充放电管理方式单一，手机不能实时精准的读取到电池内部准确的状态数据，当出现异常状态时，不能通过手机控制内部电路来控制电池的输入及输出。并且传统的手机保护电路保护方式单一，当外围MOS管失效时将不能再对电路进行控制。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种设有多从保护机制的电池大电流快充与放电的保护与监控电路。

为实现上述本发明目的，本发明提出一种电池大电流快充与放电的保护与监控电路，包括主电路、第一保护模块和管理模块，

所述第一保护模块，用于监测所述主电路使用状态，当所述主电路出现指定异常状态时，切断所述主电路；

所述管理模块，用于收集所述主电路的实时电流以及温度数据，并反馈信号至外部设备；

所述第一保护模块设于所述主电路的电池负端子和电路负端子之间，所述管理模块设于所述主电路的电池负端子和第一保护模块之间。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第一保护模块还能接收外部设备信号，并根据外部设备信号切断所述主电路连接。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，还包括第二保护模块，用于当所述主电路出现指定异常状态，且所述第一保护模块失效时，切断所述主电路；

所述第二保护模块设于所述主电路的电池正端子和电路正端子之间；

所述第二保护模块包括温度保险单元，所述温度保险单元一端连接所述电路正端子，另一端连接电池正端子，连接线路中还连有内置电源正端子。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第一保护模块包括控制芯片和MOS开关管，

所述控制芯片通过端口DOUT与所述MOS开关管的端口Gate1连接，通过端口COUT与端口Gate2连接；

所述MOS开关管的两个端口Source1与所述主电路连接，所述MOS开关管的两个端口Source2与所述电路负端子连接。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述控制芯片的端口V-与所述主电路连接，连接线路上依次设有电阻R10、电容C12、电容C9；

所述控制芯片的端口VDD线路的一端与所述主电路连接，并与所述端口V-线路连接，端口VDD线路上设有电容C8，所述控制芯片的端口VDD线路的另一端通过电阻R3连接内置电源正端子；

所述控制芯片的端口CS与所述主电路连接；

所述控制芯片的端口CNT与外围控制端子SW连接；所述控制芯片的端口VSS与内置电源负端子连接；

所述主电路依次连接所述MOS开关管的端口Gate2、所述MOS开关管的端口Gate1、所述控制芯片的端口CS、所述控制芯片的端口V-和端口VDD线路的一端。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述管理模块包括第一信号采集单元、第二信号采集单元和电量检测控制芯片，

所述电量检测控制芯片通过端口SRN和端口SRP与所述第一信号采集单元连接；

所述电量检测控制芯片通过端口REG25、端口VCC、端口TS、端口PWPN与所述第二信号采集单元连接，所述第二信号采集单元在与端口PWPN连接的线路上设有电容C3。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第一信号采集单元包括电流检测电阻及其回路，所述电流检测电阻一端连接所述第一保护模块，另一端连接电池负端子和地线；

所述电流检测电阻两端还并联有所述回路，所述回路上依次设有电阻R1、电容C5、内置电源负端子、电容C6、电阻R2，在电阻R1和电容C5连接段间与电容C6和电阻R2连接段间并联有电容C7，在电容C7两端设有线路与所述电量检测控制芯片的端口SRN和端口SRP连接。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第二信号采集单元包括热敏电阻及其回路，所述热敏电阻的一端与所述电量检测控制芯片的TS端口连接；

所述热敏电阻的另一端依次连接述电量检测控制芯片上的端口REG25和端口VCC、电容C3、内置电源负端子；所述热敏电阻的两端还并联有电容C4。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述电量检测控制芯片上的端口REGIN通过电阻R11与内置电源正端子连接，电阻R11并通过电容C1与内置电源端子连接；

所述电量检测控制芯片上的端口BAT通过电阻R12与内置电源正端子连接，电阻R12并通过电容C2与内置电源负端子连接；

所述电量检测控制芯片上的端口VSS和端口PWPD与内置电源负端子连接。

进一步地，所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述电量检测控制芯片的端口SCL与外部设备的端口SCL连接，连接线路上依次设有电阻R4、二极管TVS2、电阻R5；

所述二极管TVS2另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS2两端还并联有电阻R6；

所述电量检测控制芯片的端口SDA与外部设备的端口SDA连接，连接线路上依次设有电阻R7、二极管TVS1、电阻R8；

所述二极管TVS1另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS1两端还并联有电阻R9。

本发明的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，通过三重防护机制：第一保护模块、第二保护模块和控制模块同时保护充放电路，使电路保护以及监控更全面。第一保护模块通过检测电路中的电流和电压状态，控制电池充放电路的断连；当第一保护模块失效时，第二保护模块运作，通过电路的电流以及温度状态，控制电池充放电路的断连；管理模块实时监控该电池充放电路的电流及温度状态并将信息反馈至外部设备，外部设备可实时查询电池及该主电路内部的电量、温度、放电及充电情况，并可通过外部设备控制第一保护模块关断与打开该充放电路，使保护更加全面更人性化。

附图说明

图1为本发明一实施例中电池大电流快充与放电的保护与监控电路的结构框图；

图2为本发明一具体实施例中电池大电流快充与放电的保护与监控电路的示意图。

M1、第一保护模块；M2、管理模块；M3、第二保护模块；M4、外部设备。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参照图1-2，本发明实施例中，提供一种电池大电流快充与放电的保护与监控电路，包括主电路、第一保护模块M1和管理模块M2，所述第一保护模块M1，用于监测所述主电路使用状态，当所述主电路出现指定异常状态时，切断所述主电路；所述管理模块M2，用于收集所述主电路的实时电流以及温度数据，并反馈信号至外部设备M4；所述第一保护模块M1设于所述主电路的电池负端子B-1、B-2和电路负端子P-之间，所述管理模块M2设于所述主电路的电池负端子B-1、B-2和第一保护模块M1之间。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述第一保护模块M1还能接收外部设备M4信号，并根据外部设备M4信号切断所述主电路连接。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，还包括第二保护模块M3，用于当所述主电路出现指定异常状态，且所述第一保护模块M1失效时，切断所述主电路；所述第一保护模块M1设于所述主电路的电池正端子B+1、B+2和电路正端子P+之间；所述第二保护模块M3包括温度保险单元PTC，所述温度保险单元PTC一端连接所述电路正端子P+；另一端连接电池正端子B+1、B+2，连接线路中还连有内置电源正端子BAT+。所述温度保险单元PTC为贴片式自恢复保险丝，型号为SMD1210P750SLR，所述温度保险单元PTC监控所述主电路的温度变化，当温度超过预设值时，所述温度保险单元PTC自动将电路断开，知道线路温度恢复至预设值以下时，所述温度保险单元PTC恢复电路连接。

上述指定异常状态一般为充电过流，放电过流，短路，过充电，过放电。

上述第一保护模块M1一般包括控制芯片和MOS开关管，控制芯片监控所述主电路的状况，所述主电路出现指定异常状态时，发送命令信号至MOS开关管，驱动其将电路断开；上述控制芯片还可以根据接收外部设备M4发送的信号，直接驱动上述MOS开关管将电路断开，此功能可在电路正常运行的情况下使用。

上述第二保护模块M3一般包括温度保险单元，当所述第一保护模块M1失效时，所述第二保护模块M3代替所述第一保护模块M1保护电路，温度保险单元监测电路的温度情况以保护电路，当电路出现指定异常状态，导致电路温度升高时，温度保险单元自动将电路断开。

上述管理模块M2一般包括第一信号采集单元、第二信号采集单元和检测控制芯片，所述第一信号采集单元一般采集上述电路的电流电压状态数据，并将该数据信号发送到检测控制芯片；所述第二信号采集单元一般采集电路的温度数据，并将数据信号发送到检测控制芯片；所述检测控制芯片与外部设备M4连接，并将处理信号发送至外部设备M4，其中所发送的处理信号其内信息至少包括时间、电流、电压和温度。

参照图2，在一具体实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第一保护模块M1包括控制芯片U1和MOS开关管U2，其中所述控制芯片U1型号为MM3645E03VRE，所述MOS开关管U2型号为DSMKAB050L的N沟道MOS管开关；所述控制芯片U1通过端口DOUT与所述MOS开关管U2的端口Gate1连接，所述控制芯片U1通过端口COUT与所述MOS开关管U2的端口Gate2连接；所述MOS开关管U2的两个端口Source1与所述管理模块M2连接，所述MOS开关管U2的两个端口Source2与所述电路负端子P-连接。所述控制芯片U1通过端口DOUT将操作信号发送至所述MOS开关管U2的端口Gate1，所述MOS开关管U2通过端口Gate1接收到操作信号后将电路断开或接续；所述控制芯片U1通过端口COUT将操作信号发送至所述MOS开关管U2的端口Gate2，所述MOS开关管U2通过端口Gate2接收到操作信号后将电路断开或接续。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，3、所述控制芯片U1的端口V-与所述主电路连接，连接线路上依次设有电阻R10，电容C12，电容C9；所述控制芯片U1的端口VDD线路的一端与主线路连接，并与所述端口V-线路连接，线路上设有电容C8，所述控制芯片U1的端口VDD线路的另一端通过电阻R3连接内置电源正端子BAT+；所述控制芯片U1的端口CS与所述主电路连接；所述控制芯片U1的端口CNT与外围控制端子SW连接；所述控制芯片U1的端口VSS与内置电源负端子连接；所述主电路上依次连接所述MOS开关管U2的端口Gate2、所述MOS开关管U2的端口Gate1、所述控制芯片U1的端口CS、所述控制芯片U1的端口V-和端口VDD线路的一端。所述控制芯片U1通过端口CS获取所述主电路的电流电压数据；通过端口V-和端口VDD线路的一端所构成的回路用于稳定所述控制芯片U1的工作电压；通过端口CNT与外围控制端子SW连接接受外部设备M4信号；通过端口VDD线路的另一端通与内置电源正端子BAT+连接获取工作的电能。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第二保护模块M3包括温度保险单元PTC，所述温度保险单元PTC一端连接所述电路正端子P+；另一端连接电池正端子B+1、B+2，连接线路中还连有内置电源正端子BAT+。所述温度保险单元PTC为贴片式自恢复保险丝，型号为SMD1210P750SLR，所述温度保险单元PTC监控所述主电路的温度，当温度超过预设值时，所述温度保险单元PTC自动将电路断开，知道线路温度恢复至预设值以下时，所述温度保险单元PTC恢复电路连接。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述管理模块M2包括第一信号采集单元、第二信号采集单元和电量检测控制芯片U3，所述电量检测控制芯片U3型号为BQ27542-G1，所述电量检测控制芯片U3通过端口SRN和端口SRP与所述第一信号采集单元连接；所述电量检测控制芯片U3通过端口REG25、端口VCC、端口TS、端口PWPN与所述第二信号采集单元连接，所述第二信号采集单元连接在与端口PWPN连接的电路上设有电容C3。所述电量检测控制芯片U3通过端口SRN和端口SRP获取所述第一信号采集单元收集的数据信号；通过端口REG25、端口VCC、端口TS、端口PWPN获取所述第二信号采集单元收集的数据信号。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第一信号采集单元包括电流检测电阻RS1及其回路，所述电流检测电阻RS1一端连接所述第一保护模块M1；另一端连接电池负端子B-1、B-2和地线；所述电流检测电阻RS1两端还并联有所述回路，所述回路上依次设有电阻R1、电容C5、内置电源负端子、电容C6、电阻R2，在电阻R1和电容C5连接段间与电容C6和电阻R2连接段间并联有电容C7，在电容C7两端设有线路与所述电量检测控制芯片U3的端口SRN和端口SRP连接。所述电流检测电阻RS1通过检测电阻两端电流和电压的变化数据，并通过上述回路转化，转化后信号沿端口SRN和端口SRP发送至所述电量检测控制芯片U3。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述第二信号采集单元包括热敏电阻TH1及其回路，所述热敏电阻TH1的一端与所述电量检测控制芯片U3的端口TS连接；所述热敏电阻TH1的另一端依次连接述电量检测控制芯片U3上的端口REG25和端口VCC、电容C3、内置电源负端子；所述热敏电阻TH1的两端还并联有电容C4。所述热敏电阻TH1所收集的温度数据通过所诉通过端口REG25、端口VCC、端口TS、端口PWPN发送至所述电量检测控制芯片U3。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述电量检测控制芯片U3上的端口REGIN通过电阻R11与内置电源正端子BAT+连接，电阻R11并通过电容C1与内置电源端子连接；所述电量检测控制芯片U3上的端口BAT通过电阻R12端口与内置电源正端子BAT+连接，电阻R12并通过电容C2与内置电源负端子连接；所述电量检测控制芯片U3上的端口VSS和端口PWPD与内置电源负端子连接。所述电量检测控制芯片U3通过端口REGIN和端口BAT与内置电源正端子BAT+连接获取工作的电能，通过端口VSS和端口PWPD与内置电源负端子连接构成闭合回路，连接线路上设有分辨设有电容以稳定工作电压。

在本实施例中，上述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，所述电量检测控制芯片U3的端口SCL与外部设备M4的端口SCL连接，连接线路上依次设有电阻R4、二极管TVS2、电阻R5；所述二极管TVS2另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS2两端还并联有电阻R6；所述电量检测控制芯片U3的端口SDA与外部设备M4的端口SDA连接，连接线路上依次设有电阻R7、二极管TVS1、电阻R8；所述二极管TVS1另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS1两端还并联有电阻R9。所述二极管TVS1和二极管TVS2为瞬态抑制二极管，其型号为TUSD05CB，当二极管的两极受到反向瞬态高能量冲击时，迅速将其两极间的高阻抗变为低阻抗，同时吸收高达数千瓦的浪涌功率。使两极间的电压箝位于一个安全值，有效地保护电子线路中的精密元器件免受浪涌脉冲的破坏；所述电量检测控制芯片U3通过端口SCL和端口SDA与外部设备M4的端口SCL和端口SDA连接，并通过端口SCL传送时间信号，通过SDA端传送电路温度、电流、电压等数据信号，达到监测所述主电路的目的。

在一具体实施例中，所述主电路上的电路正端子P+和电路负端子P-还通过电容C10和电容C11连接以稳定所述主电路电压。

在一具体实施例中，当电池处于充电状态时，电流通过所述电路负端子P-流进，首先，流经所述MOS开关管U2，然后，电流经过控制芯片U1的监测，然后，流向所述电流检测电阻RS1，所述电量检测控制芯片U3根据所述电流检测电阻RS1反馈的电流信号获得所述主电路的电流电压状况，再通过热敏电阻TH1反馈的温度信号获得所述主电路温度情况，然后，电流经电池负端子B-1、B-2流入电池，然后，经电池正端子B+1、B+2流出电池，然后，电流流经所述温度保险单元PTC，最后，从所述电路正端子P+流出。

在另一具体实施例中，当电池处于放电状态时，电流通过电池负端子B-1、B-2流出，首先，流经所述电流检测电阻RS1，所述电量检测控制芯片U3根据所述电流检测电阻RS1反馈的电流信号获得所述主电路的电流及电压状况，再通过热敏电阻TH1反馈的温度信号获得所述主电路温度情况，然后，电流经过控制芯片U1的监测，然后，流经所述MOS开关管U2，然后，电流经所述电路负端子P-流进外部设备M4，然后，电流从外部设备M4经述电路正端子P+流进所述主电路，然后，电流流经所述温度保险单元PTC，最后，从经电池正端子B+1、B+2流入电池。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，包括主电路、第一保护模块和管理模块，

所述第一保护模块，用于监测所述主电路使用状态，当所述主电路出现指定异常状态时，切断所述主电路；

所述管理模块，用于收集所述主电路的实时电流以及温度数据，并反馈信号至外部设备；

所述第一保护模块设于所述主电路的电池负端子和电路负端子之间，所述管理模块设于所述主电路的电池负端子和第一保护模块之间。

2.根据权利要求1所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述第一保护模块还能接收外部设备信号，并根据外部设备信号切断所述主电路连接。

3.根据权利要求1所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，还包括第二保护模块，用于当所述主电路出现指定异常状态，且所述第一保护模块失效时，切断所述主电路；

所述第二保护模块设于所述主电路的电池正端子和电路正端子之间；

所述第二保护模块包括温度保险单元，所述温度保险单元一端连接所述电路正端子，另一端连接电池正端子，连接线路中还连有内置电源正端子。

4.根据权利要求1所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述第一保护模块包括控制芯片和MOS开关管，

所述控制芯片通过端口DOUT与所述MOS开关管的端口Gate1连接，通过端口COUT与端口Gate2连接；

所述MOS开关管的两个端口Source1与所述主电路连接，所述MOS开关管的两个端口Source2与所述电路负端子连接。

5.根据权利要求4所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述控制芯片的端口V-与所述主电路连接，连接线路上依次设有电阻R10、电容C12、电容C9；

所述控制芯片的端口VDD线路的一端与所述主电路连接，并与所述端口V-线路连接，端口VDD线路上设有电容C8，所述控制芯片的端口VDD线路的另一端通过电阻R3连接内置电源正端子；

所述控制芯片的端口CS与所述主电路连接；

所述控制芯片的端口CNT与外围控制端子SW连接；所述控制芯片的端口VSS与内置电源负端子连接；

所述主电路依次连接所述MOS开关管的端口Gate2、所述MOS开关管的端口Gate1、所述控制芯片的端口CS、所述控制芯片的端口V-和端口VDD线路的一端。

6.根据权利要求1所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述管理模块包括第一信号采集单元、第二信号采集单元和电量检测控制芯片，

所述电量检测控制芯片通过端口SRN和端口SRP与所述第一信号采集单元连接；

所述电量检测控制芯片通过端口REG25、端口VCC、端口TS、端口PWPN与所述第二信号采集单元连接，所述第二信号采集单元在与端口PWPN连接的线路上设有电容C3。

7.根据权利要求6所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述第一信号采集单元包括电流检测电阻及其回路，所述电流检测电阻一端连接所述第一保护模块，另一端连接电池负端子和地线；

所述电流检测电阻两端还并联有所述回路，所述回路上依次设有电阻R1、电容C5、内置电源负端子、电容C6、电阻R2，在电阻R1和电容C5连接段间与电容C6和电阻R2连接段间并联有电容C7，在电容C7两端设有线路与所述电量检测控制芯片的端口SRN和端口SRP连接。

8.根据权利要求6所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述第二信号采集单元包括热敏电阻及其回路，所述热敏电阻的一端与所述电量检测控制芯片的TS端口连接；

所述热敏电阻的另一端依次连接述电量检测控制芯片上的端口REG25和端口VCC、电容C3、内置电源负端子；所述热敏电阻的两端还并联有电容C4。

9.根据权利要求6所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述电量检测控制芯片上的端口REGIN通过电阻R11与内置电源正端子连接，电阻R11并通过电容C1与内置电源端子连接；

所述电量检测控制芯片上的端口BAT通过电阻R12与内置电源正端子连接，电阻R12并通过电容C2与内置电源负端子连接；

所述电量检测控制芯片上的端口VSS和端口PWPD与内置电源负端子连接。

10.根据权利要求9所述的电池大电流快充与放电的保护与监控电路，其特征在于，所述电量检测控制芯片的端口SCL与外部设备的端口SCL连接，连接线路上依次设有电阻R4、二极管TVS2、电阻R5；

所述二极管TVS2另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS2两端还并联有电阻R6；

所述电量检测控制芯片的端口SDA与外部设备的端口SDA连接，连接线路上依次设有电阻R7、二极管TVS1、电阻R8；

所述二极管TVS1另一端连接内置电源负端子，所述二极管TVS1两端还并联有电阻R9。