CN108923489B - 电池保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池保护电路，其包括与电池负极相连的连接端VM、与电池电芯负极相连的连接端VSS、与电池电芯正极相连的连接端VCC、与放电功率开关的控制端相连的放电控制端DOUT和与充电功率开关的控制端相连的充电控制端COUT，放电功率开关和充电功率开关连接于所述连接端VM和所述连接端VSS之间，所述电池保护电路还包括控制电路和过充恢复电路，所述过充恢复电路包括串联于连接端VCC和连接端VM之间的第一开关器件和第一电阻。在进入过充保护状态后，所述控制电路控制第一开关器件导通，以通过第一电阻在连接端VCC和连接端VM之间形成通路。与现有技术相比，本发明中的电池保护电路在进入过充保护状态后，通过测量得到的电池输出电压可以真实反应电池电芯电压。

Description

电池保护电路
【技术领域】
本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种电池保护电路。
【背景技术】
图1示出了现有技术中的一种电池保护电路系统的结构示意图。如图1所示，所述电池保护电路系统(比如，锂电池)包括电池电芯Batterry、电池保护电路(或电池保护芯片)110、充电功率开关130和放电功率开关120。
在电池保护芯片110中，存在过充(OC)保护功能，即电池充电中若电池电压高于过充保护阈值VOC(例如，4.4V)，并经历相应延时后，控制电路112控制充电功率开关130关断停止充电，进入过充(OC)保护状态，放电电流将流过充电功率开关130的体二极管并在其两端形成压降。
进入过充保护状态后，用万用表测量电池输出电压(即测量电池的正极BP+和负极BP-之间的电压，或测量连接端VCC和VM之间的电压)，该测量到的电池输出电压无法体现电池电芯Batterry的真实电压。
因此，有必要提出一种改进的技术方案来克服上述问题。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电池保护电路，在进入过充保护状态后，通过测量得到的电池输出电压可以真实反应电池电芯电压。
为了解决上述问题，本发明提供一种电池保护电路，其包括与电池负极相连的连接端VM、与电池电芯负极相连的连接端VSS、与电池电芯正极相连的连接端VCC、与放电功率开关的控制端相连的放电控制端DOUT和与充电功率开关的控制端相连的充电控制端COUT，放电功率开关和充电功率开关连接于所述连接端VM和所述连接端VSS之间，其特征在于，其还包括控制电路和过充恢复电路。所述过充恢复电路包括串联于连接端VCC和连接端VM之间的第一开关器件和第一电阻。在进入过充保护状态后，所述控制电路控制第一开关器件导通，以通过第一电阻在连接端VCC和连接端VM之间形成通路。
进一步的，若电池电压高于过充保护阈值VOC，则控制电路控制充电功率开关关断，进入过充保护状态，若满足第一过充退出条件或第二过充退出条件时，则控制电路控制充电功率开关导通，退出过充保护状态；第一过充退出条件为：检测连接端VM的电压低于放电过流保护阈值VEDI，且电池电压低于过充恢复阈值VOCR且持续预定时长，第二过充退出条件为：检测连接端VM的电压高于放电过流保护阈值VEDI，且电池电压低于过充保护阈值VOC且持续预定时长，其中过充保护阈值VOC高于过充恢复阈值VOCR。
进一步的，在进入过充保护状态后，通过电压测量装置检测电池输出电压时，满足第二过充退出条件，控制电路控制充电功率开关导通，退出过充保护状态，同时所述控制电路控制第一开关器件关断，此时电压测量装置测量到的电池输出电压反应真实的电池电芯电压。
进一步的，根据放电功率开关和充电功率开关确定第一电阻R的阻值，以确保在测量电池输出电压时，所述连接端VM的电压值高于放电过流保护阈值VEDI，在空载时，所述连接端VM的电压值低于放电过流保护阈值VEDI。
进一步的，所述电压测量装置为万用表。
进一步的，所述第一开关器件为PMOS晶体管，其源极与所述连接端VCC相连，其漏极经第一电阻与连接端VM相连，其栅极与控制电路相连。
进一步的，所述电池电压为电池正极和负极之间的电压；或所述连接端VCC和所述连接端VM之间的电压。
与现有技术相比，本发明的电池保护电路设置有过充恢复电路，在电池进入过充保护状态后，所述过充恢复电路在连接端VCC和连接端VM之间形成通路，当通过电压测量装置测量电池输出电压时，可以使得电池保护电路系统退出过充保护状态，从而使测量得到的电池输出电压可以真实反应电池电芯电压。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为现有技术中的一种电池保护电路系统的结构示意图；
图2为本发明在一个实施例中的电池保护电路系统的结构示意图；
图3为图2中的过充恢复电路在一个实施例中的电路示意图。
【具体实施方式】
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
为了获得一种改进的技术方案来克服背景技术部分提及的技术问题，发明人对图1所示的电池保护电路系统进行了如下技术分析。
从过充保护状态退出的条件有两个：
第一过充退出条件：空载或者负载电流过小(即连接端VM的电压低于放电过流保护阈值VEDI)的情况下，电池电压低于过充恢复阈值VOCR并经历相应延时(过充恢复阈值VOCR一般比过充保护阈值VOC低100mV～200mV)；
第二过充退出条件：负载电流足够大使连接端VM的电压高于放电过流保护阈值VEDI的情况下，电池电压低于过充保护阈值VOC(例如，4.4V)并经历相应延时。
在过充保护状态下，满足任何一个过充退出条件都能够退出过充保护状态。
当电池保护电路系统进入过充(OC)保护状态后，充电功率开关130关断了(充电功率开关130的体二极管能够进行放电)，用万用表测量电池输出电压(即测量电池的正极BP+和负极BP-之间的电压，或测量连接端VCC和VM之间的电压)，此时，万用表的电流很小，相当于负载电流过小。由前文的描述可知，测量出的VCC-VM将比VCC-VSS低一个充电功率开关130的体二极管电压，无法体现电池电芯Batterry的真实电压。为了使得测量得到的电池输出电压可以真实反应电池电芯电压，需要在万用表测量电池输出电压时，使得电池保护电路系统快速退出过充保护状态。
请参考图2所示，其为本发明在一个实施例中的电池保护电路系统的结构示意图。图2与图1的主要区别为：图2中的电池保护电路210还包括过充恢复电路214，控制电路212还可以控制过充恢复电路214处于通路或断路状态。
图2所示的电池保护电路系统(比如，锂电池)包括电池电芯Batterry、电池保护电路(或电池保护芯片)210、充电功率开关130和放电功率开关120。放电功率开关120和充电功率开关130依次串联于电池电芯Batterry的负极和电池的负极BP-之间，电池电芯Batterry的正极直接与电池的正极BP+相连。
所述充电功率开关130包括NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)场效应晶体管MC和寄生于其体内的二极管(未图示)。所述放电功率开关120包括NMOS场效应晶体管MD和寄生于其体内的二极管(未图示)。NMOS晶体管MD的漏极和NMOS晶体管MC的漏极相连，NMOS晶体管MD的源极与电池电芯Batterry的负极相连，NMOS晶体管MC的源极与电池的负极BP-相连。
所述电池保护电路210包括三个连接端(或称为检测端)和两个控制端，三个连接端分别为电池电芯正极连接端VCC，电池电芯负极连接端VSS和电池负极连接端VM，两个控制端分别为充电控制端COUT和放电控制端DOUT。其中，连接端VCC与电池电芯Batterry的正极相连；连接端VSS与电池电芯Batterry的负极相连；连接端VM与电池的负极BP-相连；充电控制端COUT与充电功率开关130的控制端相连，即与NMOS晶体管MC的栅极相连，放电控制端DOUT与放电功率开关120的控制端相连，即与NMOS晶体管MD的栅极相连。
请参考图3所示，其为图2中的过充恢复电路在一个实施例中的电路示意图。图3所示的过充恢复电路包括串联于连接端VCC和连接端VM之间的第一开关器件2142和第一电阻R，在进入过充保护状态后，所述控制电路212控制第一开关器件2142导通，以通过第一电阻R在连接端VCC和连接端VM之间形成通路。在图3所示的具体实施例中，所述第一开关器件2142为PMOS晶体管，其源极与所述连接端VCC相连，其漏极经第一电阻R与连接端VM相连，其栅极与控制电路212的输出端OC-STATB相连。在另一个实施例中，所述第一开关器件2142也可以为NMOS晶体管或其他类型的开关器件。
以下基于图2和图3具体介绍本发明中的电池保护电路系统在进入过充保护状态后，使用万用表为电压测量装置测量电池输出电压的过程。
在进入过充保护状态后，所述控制电路212输出的信号OC-STATB为低电平，其使得第一开关器件2142导通，连接端VDD到VM经过第一电阻R形成通路，等效为电池负载，其电流大小为：
Figure BDA0001742014660000041
根据放电功率开关120和充电功率开关130确定第一电阻R的阻值，以确保在测量电池输出电压时，所述连接端VM的电压值高于放电过流保护阈值VEDI，在空载时，所述连接端VM的电压值低于放电过流保护阈值VEDI。由于所述过充恢复电路214和电压测量装置共同连接在连接端VCC和连接端VM之间，使得负载电流足够大，进而使得连接端VM的电压值高于放电过流保护阈值VEDI。另外，所述过充恢复电路214在进入过充保护状态后进入放电状态，也导致了电池电压很快就低于过充保护阈值VOC。在满足第二过充退出条件时，控制电路212控制充电功率开关130导通、第一开关器件2142关断，退出过充保护状态，从而使得电压测量装置检测到的电池输出电压反应真实的电池电芯电压。
综上所述，，本发明的电池保护电路增设有过充恢复电路214，在进入过充保护状态后，所述过充恢复电路214在连接端VCC和连接端VM之间形成通路。在进入过充保护状态后，通过电压测量装置检测电池输出电压时，满足第二过充退出条件，从而快速退出过充保护状态，进而使得电压测量装置检测到的电池输出电压反应真实的电池电芯电压，实现在电池处于过充保护状态时，能及时检测到反应真实电芯电压的电池输出电压。
在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (6)

1.一种电池保护电路，其包括与电池负极相连的连接端VM、与电池电芯负极相连的连接端VSS、与电池电芯正极相连的连接端VCC、与放电功率开关的控制端相连的放电控制端DOUT和与充电功率开关的控制端相连的充电控制端COUT，放电功率开关和充电功率开关连接于所述连接端VM和所述连接端VSS之间，其特征在于，其还包括控制电路和过充恢复电路，
所述过充恢复电路包括串联于连接端VCC和连接端VM之间的第一开关器件和第一电阻，
在进入过充保护状态后，所述控制电路控制第一开关器件导通，以通过第一电阻在连接端VCC和连接端VM之间形成通路，
根据放电功率开关和充电功率开关确定第一电阻R的阻值，以确保在测量电池输出电压时，所述连接端VM的电压值高于放电过流保护阈值VEDI，在空载时，所述连接端VM的电压值低于放电过流保护阈值VEDI。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，
若电池电压高于过充保护阈值VOC，则控制电路控制充电功率开关关断，进入过充保护状态，若满足第一过充退出条件或第二过充退出条件时，则控制电路控制充电功率开关导通，退出过充保护状态；
第一过充退出条件为：检测连接端VM的电压低于放电过流保护阈值VEDI，且电池电压低于过充恢复阈值VOCR且持续预定时长，第二过充退出条件为：检测连接端VM的电压高于放电过流保护阈值VEDI，且电池电压低于过充保护阈值VOC且持续预定时长，其中过充保护阈值VOC高于过充恢复阈值VOCR。
3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，
在进入过充保护状态后，通过电压测量装置检测电池输出电压时，满足第二过充退出条件，控制电路控制充电功率开关导通，退出过充保护状态，同时所述控制电路控制第一开关器件关断，此时电压测量装置测量到的电池输出电压反应真实的电池电芯电压。
4.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，
所述电压测量装置为万用表。
5.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，
所述第一开关器件为PMOS晶体管，其源极与所述连接端VCC相连，其漏极经第一电阻与连接端VM相连，其栅极与控制电路相连。
6.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，
所述电池电压为电池正极和负极之间的电压；或
所述连接端VCC和所述连接端VM之间的电压。
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