CN109391009A - 一种电芯的保护控制电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电芯的保护控制电路及方法；其中，通过主控模块根据从充放电控制模块采集到的信号决定是否切换开关控制模块的工作状态，使得电芯停止充电或放电动作；提供了一种可靠、安全的电芯的保护控制电路及一种有效、可靠的电芯的保护控制方法。

Description

一种电芯的保护控制电路及方法

技术领域

本发明涉及电源安全充放电技术领域，尤其是涉及一种电芯的保护控制电路及方法。

背景技术

随着电池技术的不断发展，电池供电成为许多领域中重要的供电手段，因此，如何保证电池能够进行安全地充放电成为必须解决的技术问题。

现有技术中，一般的锂电池保护板是通过控制MOS管的开关进行电池保护，以防止电池出现过充，过放，过流，过温，短路等异常。但是，这样的技术方案存在一定的缺点：由于MOS管都存在一定的耐压值，如果在电池充放电的过程中电压过高，MOS管容易被击穿，MOS管被击穿后一般处于导通状态，此时会造成失去电池保护功能。此时如果电池所连接的终端产品出现过充，过放，短路和过温，锂电池会出现安全风险。比如，有些笔记本的电源保护方案是通过检测MOS管的漏极和源极间的电流来判定是否需要启动电源保护，启动电源保护后若发现MOS管并未关断，源极和漏极两端仍然有电流通过则再进行二级电池保护，但由于MOS管失效一般是先从栅极与源极之间的电压开始下降，慢慢出现漏极和源极直通，这种保护方案只有出现保护才发现MOS管已经失效，电池不触发保护动作就发现不了MOS管已经失效，有可能出现用户使用大电流烧坏MOS管的安全风险，同时如果一直不触发电池保护，MOS管失效就一直发现不了。因此如何提供一种更加可靠的、安全的电池保护电路成为急需解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的是提供一种可靠、安全的电芯的保护控制电路。

为此，本发明的第二个目的是提供一种有效、可靠的电芯的保护控制方法。

本发明所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供一种电芯的保护控制电路，其包括主控模块、开关控制模块、充放电控制模块和输入输出接口；其中，电芯与开关控制模块连接，开关控制模块与输入输出接口连接，电芯与充放电控制模块连接，充放电控制模块与输入输出接口连接，充放电控制模块的输出端与主控模块的输入端连接以输入检测电压，主控模块的输出端与开关控制模块的输入端连接以根据检测电压切换开关控制模块的工作状态。

进一步地，充放电模块包括锂电池保护芯片、充电控制开关管和放电控制开关管；开关控制模块分别与锂电池保护芯片的电源输入端、输入输出接口的正输入输出端连接，锂电池保护芯片的充电保护控制端与充电控制开关管的控制端连接，锂电池保护芯片的放电保护控制端与放电控制开关管的控制端连接，电芯的负极与放电控制开关管的负输出端连接，放电控制开关管的正输出端与充电控制开关管的正输出端连接，充电控制开关管的负输出端与输入输出接口的负输入输出端连接，充电保护控制端和/或放电保护控制端与主控模块的输入端连接以输入检测电压。

进一步地，充电控制开关管和/或放电控制开关管为NMOS管，NMOS管的栅极为开关管的控制端，NMOS管的源极为开关管的负输出端，NMOS管的漏极为开关管的正输出端。

进一步地，充放电控制模块还包括电压采样电路，电压采样电路用于采样充电控制开关管的控制端和/或放电控制开关管的控制端的电压作为检测电压，电压采样电路的输出端与主控模块的输入端连接以输入检测电压。

进一步地，开关控制模块包括三端保险丝和第一开关管；三端保险丝的第一端与电芯的正极连接，三端保险丝的第二端与输入输出接口的正输入输出端连接，三端保险丝的第三端与第一开关管的正输出端连接，第一开关管的控制端与主控模块的输出端连接，第一开关管的负输出端接地。

进一步地，第一开关管为NMOS管，NMOS管的栅极为第一开关管的控制端，NMOS管的源极为第一开关管的负输出端，NMOS管的漏极为第一开关管的正输出端。

进一步地，开关控制模块包括第二开关管和第三开关管；第三开关管的负输出端与电芯的正极连接，第三开关管的正输出端与输入输出接口的正输入输出端连接，第三开关管的控制端与第二开关管的正输出端连接，第二开关管的控制端与主控模块的输出端连接，第二开关管的负输出端接地。

进一步地，第二开关管为第二NMOS管，第三开关管为第一PMOS管；第二NMOS管的栅极为第二开关管的控制端，第二NMOS管的源极为所述第二开关管的负输出端，第二NMOS管的漏极为第二开关管的正输出端，第一PMOS管的栅极为所述第三开关管的控制端，第一PMOS管的源极为第三开关管的负输出端，第一PMOS管的漏极为第三开关管的正输出端。

第二方面，本发明提供一种电芯的保护控制方法，其应用于所述的电芯的保护控制电路，包括以下步骤：

充放电控制模块输出检测电压至主控模块；

所述主控模块将接收到的检测电压与设定的电压阈值作比较；

所述主控模块根据比较的结果切换开关控制模块的工作状态。

进一步地，电压采样电路采样充电控制开关管的控制端和/或放电控制开关管的控制端的电压作为检测电压；主控模块将检测电压与电压阈值作比较以切换开关控住模块的工作状态。

本发明的有益效果是：

本发明中一种电芯的保护控制电路，通过充放电控制模块的输出端与主控模块的输入端连接，主控模块的输出端与开关控制模块的输入端连接，主控模块根据从充放电控制模块采集到的信号进一步控制是否触发开关控制模块工作，使得电芯停止充电或放电动作；解决了现有技术中电芯的保护电路不可靠、存在安全隐患的技术问题，提供了一种可靠、安全的电芯的保护控制电路。

本发明的另一个有益效果是：

本发明中一种电芯的保护控制方法，其应用于所述的电芯的保护控制电路中，通过主控模块根据接收来自充放电控制模块的信号进行判断后从而控切换关控制模块的工作状态；解决了现有技术中电芯的保护控制方法存在失效可能性较高、可靠性较差的技术问题，提供了一种有效、可靠的电芯的保护控制方法。

附图说明

图1是本发明中一种电芯的保护控制电路的一具体实施例模块框图；

图2是本发明中一种电芯的保护控制电路的一具体实施例电路原理图；

图3是本发明中一种电芯的保护控制方法的一具体实施例流程图。

其中，CELL为电芯，F1为三端保险丝，D1为第一二极管，Q1为第一NMOS管，Q3为第三NMOS管，Q4为第四NMOS管，R1为第一电阻，R2为第二电阻，R3为第三电阻，R4为第三分压电阻，R5为第四分压电阻，R6为第一分压电阻，R7为第二分压电阻，C1为第一电容，U1为锂电池保护芯片，U2为MCU，P+为正连接端，P-为负连接端。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本发明中一种电芯的保护控制电路，其包括主控模块、开关控制模块、充放电控制模块、输入输出接口和电芯；其中，电芯的正极与开关控制模块连接，开关控制模块与输入输出接口连接，电芯的负极与所述充放电控制模块连接，充放电控制模块与输入输出接口连接，充放电控制模块的输出端与所述主控模块的输入端连接，主控模块的输出端与开关控制模块的输入端连接。主控模块根据从充放电控制模块采集到的信号进一步控制是否切换开关控制模块的工作状态，使得电芯停止充电或放电动作，提供了一种可靠、安全的电芯的保护控制电路。

如图3所示，本发明中一种电芯的保护控制方法，其应用在上述电芯的保护控制电路中，包括以下步骤：

充放电控制模块输出检测电压至主控模块；

所述主控模块将接收到的检测电压与设定的电压阈值作比较；

所述主控模块根据比较的结果切换开关控制模块的工作状态。

其中，检测电压通过电压采样电路采样充电控制开关管的控制端和/或放电控制开关管的控制端的电压得到，主控模块将检测电压与设定的电压阈值作比较以切换开关控制模块的工作状态。通过主控模块根据接收来自充放电控制模块的信号进行判断后从而控制开关控制模块的开启和关闭；解决了现有技术中电芯的保护控制方法存在失效可能性较高、可靠性较差的技术问题，提供了一种有效、可靠的电芯的保护控制方法。

实施例一：

本发明中一种电芯的保护控制电路，其充放电控制模块包括锂电池保护芯片、充电控制开关管、放电控制开关管和电压采样电路，电压采样电路包括用于采样充电控制开关管的控制端的电压的第一电压采样电路和/或用于采样放电控制开关管的控制端的电压的第二电压采样电路，第一电压采样电路包括第一分压电阻和第二分压电阻，第二采样电路包括第三分压电阻和第四分压电阻，开关控制模块包括三端保险丝和第一开关管，主控模块为MCU，其中，放电控制开关管、充电控制开关管和第一开关管均为NMOS管，NMOS管的栅极为控制端，NMOS管的源极为负输出端，NMOS管的漏极为正输出端。

具体的，如图2所示，本发明中一种电芯的保护控制电路，其包括：电芯CELL、三端保险丝F1、第一二极管D1、第一NMOS管Q1(第一开关管)、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、锂电池保护芯片U1、主控模块U2、第三电阻R3、第一分压电阻R6、第二分压电阻R7、第三分压电阻R4、第四分压电阻R5、第三NMOS管Q3(放电控制开关管)、第四NMOS管Q4(充电控制开关管)、正连接端P+(输入输出接口的正输入输出端)和负连接端P-(输入输出接口的负输入输出端)；其中，三端保险丝F1的第一端与电芯CELL的正极连接，三端保险丝F1的第二端分别与正连接端P+、第一电阻R1的一端、主控模块U2的电源输入端连接，三端保险丝F1的第三端与第一NMOS管Q1的漏极、第一二极管D1的阴极连接，第一电阻R1的另一端分别与锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD、第一电容C1的一端连接，第一NMOS管Q1的源极分别与第一二极管D1的阳极、电芯CELL的负极、第二电阻R2的一端、第一电容C1的另一端、锂电池保护芯片U1的VSS端口、第三NMOS管Q3的源极连接后共地，第一NMOS管Q1的栅极分别与第二电阻R2的另一端、主控模块U2的输出端IO1连接，锂电池保护芯片U1的放电控制输出端DO分别与第三NMOS管Q3的栅极、第三分压电阻R4的一端连接，第三分压电阻R4的另一端分别与第四分压电阻R5的一端、主控模块的第一输入端IO2连接，第四分压电阻R5的另一端接地，锂电池保护芯片U1的充电控制输出端CO分别与第四NMOS管Q4的栅极、第一分压电阻R6的一端连接，第一分压电阻R6的另一端分别与第二分压电阻R7的一端、主控模块的第二输入端IO3连接，第二分压电阻R7的另一端接地，第三NMOS管Q3的漏极与第四NMOS管Q4的漏极连接，第四NMOS管Q4的源极分别与第三电阻R3的一端、负连接端P-连接，第三电阻R3的另一端与锂电池保护芯片U1的VM引脚连接。

本发明中一种电芯的保护控制电路的过程如下：

一、放电保护过程：

参照图2，在电芯CELL在放电过程中，锂电池保护芯片U1的放电控制输出端DO工作，第三NMOS管Q3导通，第四NMOS管Q4关闭，正常情况下，锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD的电压为电芯CELL放电时的电压值，锂电池保护芯片U1的放电控制输出端DO输出与锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD相同的电压值，电芯CELL保持继续放电；但是，当电芯CELL过放时，锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD降低，造成锂电池保护芯片U1的放电控制输出端DO输出小于电芯CELL标准的电压值，锂电池保护芯片U1的放电控制输出端DO输出的电压信号经第三分压电阻R4和第四分压电阻R5分压后(第三分压电阻R4和第四分压电阻R5为相同阻值的电阻)传递给MCU，此时，MCU接收到的电压信号小于电芯CELL标准电压的一半，MCU在接收到小于电芯CELL标准电压一半的信号后，MCU输出一个低电平给到第一NMOS管Q1的栅极，此时第一NMOS管Q1关断，熔断三端保险丝F1，安全、可靠的防止了电芯CELL过放从而造成电芯CELL受损的可能。

二、充电保护过程：

参照图2，在电芯CELL充电的过程中，锂电池保护芯片U1的充电控制输出端CO工作，第三NMOS管Q3关闭，第四NMOS管Q4导通，正常情况下，锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD的电压为充电电压(即电芯CELL的标准电压)，锂电池保护芯片U1的充电控制输出端CO输出与锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD相同的电压值，电芯CELL保持继续充电；但是，当电芯CELL过充时，锂电池保护芯片U1的电源输入端VDD输入比标准更高的电压，造成锂电池保护芯片U1的充电控制输出端CO输出大于电芯CELL标准的电压值，锂电池保护芯片U1的充电控制输出端CO输出的电压信号经、第一分压电阻R6和第二分压电阻R7分压后(第一分压电阻R6和第二分压电阻R7为相同阻值的电阻)传递给MCU，此时，MCU接收到的电压信号大于电芯CELL标准电压的一半，MCU在接收大于到电芯CELL标准电压一半的信号后，MCU输出一个低电平给到第一NMOS管Q1的栅极，此时第一NMOS管Q1关断，熔断三端保险丝F1，安全、可靠的防止了电芯CELL过充从而造成电芯CELL受损的可能。

实施例二：

本发明中一种电芯的保护控制电路，其开关控制模块包括第二开关管和第三开关管，其中第二开关管为第二NMOS管，第三开关管为第一PMOS管；具体的，第一PMOS管的源极与电芯的正极连接，第一PMOS管的漏极分别与正连接端P+、第一电阻R1的一端、主控模块U2的电源输入端连接，第一PMOS管的栅极分别与第二NMOS管的漏极、第一二极管D1的阴极连接，第二NOMS管的栅极分别与第二电阻R2的另一端、主控模块U2的输出端IO1连接，第二NMOS管的源极分别与第一二极管D1的阳极、电芯CELL的负极、第二电阻R2的一端、第一电容C1的另一端、锂电池保护芯片U1的VSS端口、第三NMOS管Q3的源极连接后共地，其电路结构及充放电的保护过程与上述实施例一基本一致，只是将关闭第一NMOS管Q1且熔断三端保险丝F1的保护机制转换成关闭第二NMOS管和关闭第一PMOS管的方式对电芯CELL在充放电过程中起到保护的作用，在此不做过多赘述。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种电芯的保护控制电路，其特征在于，包括主控模块、开关控制模块、充放电控制模块和输入输出接口；所述电芯与所述开关控制模块连接，所述开关控制模块与所述输入输出接口连接，所述电芯与所述充放电控制模块连接，所述充放电控制模块与所述输入输出接口连接，所述充放电控制模块的输出端与所述主控模块的输入端连接以输入检测电压，所述主控模块的输出端与所述开关控制模块的输入端连接以根据所述检测电压切换所述开关控制模块的工作状态。

2.根据权利要求1所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述充放电控制模块包括锂电池保护芯片、充电控制开关管和放电控制开关管；所述开关控制模块分别与所述锂电池保护芯片的电源输入端、所述输入输出接口的正输入输出端连接，所述锂电池保护芯片的充电保护控制端与所述充电控制开关管的控制端连接，所述锂电池保护芯片的放电保护控制端与所述放电控制开关管的控制端连接，所述电芯的负极与所述放电控制开关管的负输出端连接，所述放电控制开关管的正输出端与所述充电控制开关管的正输出端连接，所述充电控制开关管的负输出端与所述输入输出接口的负输入输出端连接，所述充电保护控制端和/或所述放电保护控制端与所述主控模块的输入端连接以输入所述检测电压。

3.根据权利要求2所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述充电控制开关管和/或所述放电控制开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极为开关管的控制端，所述NMOS管的源极为开关管的负输出端，所述NMOS管的漏极为开关管的正输出端。

4.根据权利要求2所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述充放电控制模块还包括电压采样电路，所述电压采样电路用于采样所述充电控制开关管的控制端和/或所述放电控制开关管的控制端的电压作为所述检测电压，所述电压采样电路的输出端与所述主控模块的输入端连接以输入所述检测电压。

5.根据权利要求1至4任一项所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述开关控制模块包括三端保险丝和第一开关管；所述三端保险丝的第一端与所述电芯的正极连接，所述三端保险丝的第二端与所述输入输出接口的正输入输出端连接，所述三端保险丝的第三端与所述第一开关管的正输出端连接，所述第一开关管的控制端与所述主控模块的输出端连接，所述第一开关管的负输出端接地。

6.根据权利要求5所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述第一开关管为NMOS管，所述NMOS管的栅极为所述第一开关管的控制端，所述NMOS管的源极为所述第一开关管的负输出端，所述NMOS管的漏极为所述第一开关管的正输出端。

7.根据权利要求1至4任一项所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述开关控制模块包括第二开关管和第三开关管；所述第三开关管的负输出端与所述电芯的正极连接，所述第三开关管的正输出端与所述输入输出接口的正输入输出端连接，所述第三开关管的控制端与所述第二开关管的正输出端连接，所述第二开关管的控制端与所述主控模块的输出端连接，所述第二开关管的负输出端接地。

8.根据权利要求7所述的电芯的保护控制电路，其特征在于，所述第二开关管为第二NMOS管，所述第三开关管为第一PMOS管；所述第二NMOS管的栅极为所述第二开关管的控制端，所述第二NMOS管的源极为第二开关管的负输出端，所述第二NMOS管的漏极为所述第二开关管的正输出端，所述第一PMOS管的栅极为所述第三开关管的控制端，所述第一PMOS管的源极为所述第三开关管的负输出端，所述第一PMOS管的漏极为所述第三开关管的正输出端。

9.一种电芯的保护控制方法，其特征在于，应用于所述权利要求1至8任一项所述的电芯的保护控制电路，包括以下步骤：

充放电控制模块输出检测电压至主控模块；

所述主控模块将接收到的检测电压与设定的电压阈值作比较；

所述主控模块根据比较的结果切换开关控制模块的工作状态。

10.根据权利要求9所述的电芯的保护控制方法，其特征在于，所述电压采样电路采样所述充电控制开关管的控制端和/或所述放电控制开关管的控制端的电压作为所述检测电压；

所述主控模块将所述检测电压与所述电压阈值作比较以切换所述开关控住模块的工作状态。