CN110165740A - 一种电池保护电路以及供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池保护电路与电池组以及负载电路连接，所述电池组包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括反接保护单元、检测控制单元、检测单元、逻辑控制单元以及开关单元；当电池组出现反接时，通过反接保护单元、检测控制单元、检测单元、逻辑控制单元以及开关单元为有反接的电池支路提供高阻阻断；当电池组有多个并联的支路是，只要有一个支路上的电池出现反接，可通过逻辑控制单元以及开关单元控制整个电池组断路，不会出现只关断有反接的串联支路，而其他正常支路依然保持工作的情况，有效的保护了整了电池组，有效的防止了出现电池短接时可能会烧毁电路的问题，延长了电池使用的寿命。

Description

一种电池保护电路以及供电装置

技术领域

本发明涉及一种供电技术领域，特别是涉及一种电池保护电路以及供电装置。

背景技术

目前，各类电池已经在各个领域得到广泛应用，特别是在手持式设备中，由于单节电池输出电压和电流容量有限，为了满足系统使用需求，在设计时往往需要对由单节电池进行扩容，以电池组的方式给系统供电。电池组通过串联的方式提高输出电压，通过并联的方式提高电流容量以延长系统工作时间。单节电池在串并过程中，不可避免的存在电池接反的问题，当电池接反时，一是使系统无法获得足够的供电电压，同时电流容量也无法满足寿命要求，此外，在串并使用的电池组中，当出现反接时，会导致电池组出现大电流，直接导致电池烧毁等严重后果，上述现象客观存在，极大的影响了系统工作的可靠性。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电池保护电路以及供电装置，用于解决现有技术中电池组出现反接时，会导致电池组出现大电流、电池烧毁的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种电池保护电路，所述电池保护电路与电池组以及负载电路连接，所述电池组包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括反接保护单元、用于根据所述反接保护单元的输出信号生成检测控制信号的检测控制单元、用于根据所述检测控制信号生成反接检测信号的检测单元、用于根据所述反接检测信号生成逻辑控制信号的逻辑控制单元以及开关单元；所述反接保护单元分别与所述电池组的正极连接以及所述检测控制单元连接；所述检测控制单元分别与所述检测单元以及所述逻辑控制单元连接；所述检测单元与所述逻辑控制单元连接；所述逻辑控制单元与所述开关单元连接，所述逻辑控制单元用于控制所述开关单元导通或断开。

在某些实施方式中，所述反接保护单元包括第一电阻、第一开关元件、第一二极管、第二电阻；其中，所述第一电阻的一端与所述电池组的正极连接，所述第一电阻的另一端与所述第一开关元件的第一端连接；所述第一开关元件的第三端与所述第一二极管的正极连接，所述第一开关元件的第一端与所述第一二极管的负极连接并与所述第二电阻的一端连接。

在某些实施方式中，与所述反接保护单元连接的所述检测控制单元包括第二开关元件，所述第一开关元件的第一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二开关元件的第三端与所述第一开关元件的第三端连接，所述第二开关元件的第二端与所述第二电阻的另一端连接。

在某些实施方式中，与所述检测控制单元的所述检测单元包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二电阻的另一端以及所述第二开关元件的第二端连接。

在某些实施方式中，与所述检测单元以及所述检测控制单元连接的所述逻辑控制单元包括第三电阻、第三二极管、第三开关元件以及第四电阻；其中，所述第三电阻的一端与所述第二二极管的负极连接，所述第三电阻的另一端与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极与所述第二开关元件的第三端连接，所述开关元件的第一端与所述第三二极管的负极连接，所述第三开关元件的第三端与所述第三二极管的正极连接并接地，所述第四电阻的一端与所述电池组的正极连接，所述第四电阻的另一端与所述第三开关元件的第二端连接。

在某些实施方式中，与所述逻辑控制单元连接的所述开关单元包括第四开关元件，所述第四开关元件的第一端与所述第四电阻的另一端连接，所述第四开关元件的第三端与所述第三开关元件的第三端连接并接地，所述第四开关元件的第二端与所述负载电路连接。

在某些实施方式中，所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件以及所述第四开关元件为场效应晶体管。

在某些实施方式中，所述第一开关元件的第一端为栅极，所述第一开关元件的第二端为漏极，所述第一开关元件的第三端为源极；所述第二开关元件的第一端为栅极，所述第二开关元件的第二端为漏极，所述第二开关元件的第三端为源极；所述第三开关元件的第一端为栅极，所述第三开关元件的第二端为漏极，所述第三开关元件的第三端为源极；所述第四开关元件的第一端为栅极，所述第四开关元件的第二端为漏极，所述第四开关元件的第三端为源极。

本发明提供另一种电池保护电路，所述电池保护电路与电池组以及负载电路连接，所述电池组包括多条并联的电池支路，每条所述电池支路包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括多个反接保护单元、多个检测控制单元、多个检测单元、一个逻辑控制单元以及一个开关单元；每个所述反接保护单元与每条所述电池支路正极连接，每个所述反接保护单元与每个所述检测控制单元一一连接；每个所述检测控制单元与每个所述检测单元一一连接；每个所述检测单元与所述逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元用于对每个所述检测单元输出的检测信号进行逻辑与运算并得到控制信号；所述逻辑控制单元与所述开关单元连接，所述逻辑控制单元根据所述控制信号控制所述开关单元导通或断开。

本发明还提供一种供电装置，包括：电池组；以及与所述电池组连接的上述的电池保护电路。

如上所述，本发明的电池保护电路与电池组以及负载电路连接，所述电池组包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括反接保护单元、检测控制单元、检测单元、逻辑控制单元以及开关单元；当电池组出现反接时，通过反接保护单元、检测控制单元、检测单元、逻辑控制单元以及开关单元为有反接的电池支路提供高阻阻断；当电池组有多个并联的支路是，只要有一个支路上的电池出现反接，可通过逻辑控制单元以及开关单元控制整个电池组断路，不会出现只关断有反接的串联支路，而其他正常支路依然保持工作的情况，有效的保护了整了电池组，有效的防止了出现电池短接时可能会烧毁电路的问题，延长了电池使用的寿命。

附图说明

图1显示为本发明一实施例的供电装置的结构示意图。

图2显示为本发明一实施例的供电装置的电路示意图。

图3显示为本发明另一实施例的供电装置的电路示意图。

元件标号说明

电池组10、电池保护电路20、反接保护单元21、检测控制单元22、检测单元23、逻辑控制单元24、开关单元25、负载电路30、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、第四开关元件Q4；

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参阅图1-2，本发明提供的电池保护电路20，所述电池保护电路20与电池组10以及负载电路30连接，所述电池组10包括多个电池，所述电池保护电路20包括反接保护单元21、用于根据所述反接保护单元的输出信号生成检测控制信号的检测控制单元22、用于根据所述检测控制信号生成反接检测信号的检测单元23、用于根据所述反接检测信号生成逻辑控制信号的逻辑控制单元24以及开关单元25；所述反接保护单元21分别与所述电池组10的正极连接以及所述检测控制单元22连接；所述检测控制单元22分别与所述检测单元23以及所述逻辑控制单元24连接；所述检测单元23与所述逻辑控制单元24连接；所述逻辑控制单元24与所述开关单元25连接，所述逻辑控制单元24用于控制所述开关单元25导通或断开。

可以理解的，本发明的电池保护电路20可以应用多个电池构成的电池组10中，当电池组10中所有电池均正确连接不存在反接时，开关单元25为低阻导通状态，电池组10通过反接保护电路实现与负载电路30的正常连接；当电池组10存在电池反接时，开关单元25为高阻截止状态，电池组10与负载电路30断开，如此实现电池组10的反接保护，解决了电池寿命时间短和无法识别反接状态的问题，大大提高了电池组10工作的效率和可靠性。

在某些实施方式中，所述反接保护单元21包括第一电阻R1、第一开关元件Q1、第一二极管D1、第二电阻R2；其中，所述第一电阻R1的一端与所述电池组10的正极连接，所述第一电阻R1的另一端与所述第一开关元件Q1的第一端连接；所述第一开关元件Q1的第三端与所述第一二极管D1的正极连接，所述第一开关元件Q1的第一端与所述第一二极管D1的负极连接并与所述第二电阻R2的一端连接。

在某些实施方式中，与所述反接保护单元21连接的所述检测控制单元22包括第二开关元件Q2，所述第一开关元件Q1的第一端与所述第一电阻R1的另一端连接，所述第二开关元件Q2的第三端与所述第一开关元件Q1的第三端连接，所述第二开关元件Q2的第二端与所述第二电阻R2的另一端连接。

在某些实施方式中，与所述检测控制单元22的所述检测单元23包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与所述第二电阻R2的另一端以及所述第二开关元件Q2的第二端连接。

在某些实施方式中，与所述检测单元23以及所述检测控制单元22连接的所述逻辑控制单元24包括第三电阻R3、第三二极管D3、第三开关元件Q3以及第四电阻R4；其中，所述第三电阻R3的一端与所述第二二极管D2的负极连接，所述第三电阻R3的另一端与所述第三二极管D3的负极连接，所述第三二极管D3的正极与所述第二开关元件Q2的第三端连接，所述开关元件的第一端与所述第三二极管D3的负极连接，所述第三开关元件Q3的第三端与所述第三二极管D3的正极连接并接地，所述第四电阻R4的一端与所述电池组10的正极连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第三开关元件Q3的第二端连接。

在某些实施方式中，与所述逻辑控制单元24连接的所述开关单元25包括第四开关元件Q4，所述第四开关元件Q4的第一端与所述第四电阻R4的另一端连接，所述第四开关元件Q4的第三端与所述第三开关元件Q3的第三端连接并接地，所述第四开关元件Q4的第二端与所述负载电路30连接。

在某些实施方式中，所述第一开关元件Q1、所述第二开关元件Q2、所述第三开关元件Q3以及所述第四开关元件Q4为场效应晶体管。

在某些实施方式中，所述第一开关元件Q1的第一端为栅极，所述第一开关元件Q1的第二端为漏极，所述第一开关元件Q1的第三端为源极；所述第二开关元件Q2的第一端为栅极，所述第二开关元件Q2的第二端为漏极，所述第二开关元件Q2的第三端为源极；所述第三开关元件Q3的第一端为栅极，所述第三开关元件Q3的第二端为漏极，所述第三开关元件Q3的第三端为源极；所述第四开关元件Q4的第一端为栅极，所述第四开关元件Q4的第二端为漏极，所述第四开关元件Q4的第三端为源极。

在某些实施方式中，各个开关元件可以是N型场效应晶体管，如此，鉴于N型场效应晶体管的寄生二极管的开关特性和低电阻导通特性，当电池组10中的电池均正常连接时，即在电池组10正常工作时，本发明提供的电池保护电路20功耗低，且不会缩短电池组10的实用寿命。例如，如采用导通电阻为5毫欧的N型场效应晶体管管，在电流为10A时，产生的损耗仅为0.5W。

请参阅图3，在某些实施方式中，本发明提供另一种电池保护电路20，所述电池保护电路20与电池组10以及负载电路30连接，所述电池组10包括多条并联的电池支路，每条所述电池支路包括多个串联的电池，所述电池保护电路20包括多个反接保护单元21、多个检测控制单元22、多个检测单元23、一个逻辑控制单元24以及一个开关单元25；每个所述反接保护单元21与每条所述电池支路正极连接，每个所述反接保护单元21与每个所述检测控制单元22一一连接；每个所述检测控制单元22与每个所述检测单元23一一连接；每个所述检测单元23与所述逻辑控制单元24连接，所述逻辑控制单元24用于对每个所述检测单元23输出的检测信号进行逻辑与运算并得到控制信号；所述逻辑控制单元24与所述开关单元25连接，所述逻辑控制单元24根据所述控制信号控制所述开关单元25导通或断开。其中，各个反接保护单元21、各个检测控制单元22、各个检测单元23、逻辑控制单元24以及开关单元25的具体电路结构以及连接方式参见前述内容，在此不再赘述。

在某些实施方式中，假设有M+N节电池组成的一个电池组，一节电池的电压为VB，电池容量为AAH,若串联支路为M节电池串联，则输出电压为MVB,电流容量为AAH；若电池组10为N条M节电池串联支路并联,此时电池组10输出电压为MVB，电流容量为NAAH。当M+N节电池即电池组10为N条M节电池串联支路并联，各个并联支路中的电池均正确连接时，电池保护电路20中各个检测控制单元22的第二开关元件Q2即N型场效应晶体管Q2导通，电流从电池组10的正端流出，经过负载电路30，再经过第二开关元件Q2的源极到漏极，回到第二开关元件Q2所保护的电池支路的负端。

在某些实施方式中，当电池组10串联支路正确连接时，若以电池保护电路20中检测控制单元22的第二开关元件Q2的源极为参考电位，则该电池串联支路的负端电位初始时刻为第二开关元件Q2的寄生二极管的正向导通压降，一般小于0.7V，该电压经过第二电阻R2使对应反接保护单元21中的第一开关元件Q1的栅极电压小于其开通电压，则反接保护单元21中的第一开关元件Q1的漏极电压为高，使得第二开关元件Q2迅速处于饱和导通低阻状态。

在某些实施方式中，电池组10正确连接时，串联支路负端电压小于检测单元23中的第二二极管D2电压，第二二极管D2不通，处于高阻状态，经过逻辑控制单元24的第三电阻R3后，使得逻辑控制单元24中的第三开关元件Q3的栅极处于低电平，截止关断，从而使得开关单元25中的第四开关元件Q4的栅极处于高电平，使第四开关元件Q4饱和处于低阻状态，从而导通负载电路30的电流通路，使电池组10正常工作。

请参阅图3并结合一例子进行说明，以第二开关元件Q2的源极为参考电位，当电池组10某并联支路串联有M节电池，其中有k节电池出现反接时，此时在对应的该并联支路的负端的电压为MVB+KVB-(M-K)VB＝2KVB,该电压使经过第二电阻R2后被第一二极管D1嵌位在规定值，确保反接保护单元21中的第一开关元件Q1栅极电压小于其击穿电压，反接保护单元21中的第一开关元件Q1导通，使检测控制单元22中的第二开关元件Q2的栅极为低电平，第二开关元件Q2处于断开状态，使该并联支路处于高阻状态，即处于断开状态，实现对该支路的保护，此时，由于该并支路处于不工作状态，整个电池组10的输出电压为MVB,输出电流容量为(N-1)AAH,即输出电压不变，而电流容量减小。由于电池组10有并联支路存在反接，此状态被检测单元23获知，即有反接的并联支路负端的2KVB电压经过检测单元23中的第二二极管D2，经过逻辑控制单元24的第三电阻R3后，被逻辑控制单元24中的第三二极管D3嵌位在规定值，使得逻辑控制单元24中的第三开关元件Q3的栅极处于高电平，饱和导通，从而使得开关单元25中的第四开关元件Q4的栅极处于低电平，使第四开关元件Q4断开处于高阻状态，从而切断负载的电流通路，实现对电池组10的保护。

本发明的电池保护电路20中的逻辑控制单元24采用的是与逻辑，即只有电池组10所有的并联支路中的串联电池都正确连接时，逻辑控制单元24中的第三开关元件Q3才会输出高电平，使开关单元25中的第四开关元件Q4处于导通状态；电池组10中，只要有一条并联支路串联的多节电池中有一节电池处于反接状态，则逻辑控制单元24中的第三开关元件Q3都会输出高电平，使开关单元25中的第四开关元件Q4处于截止状态；与其串联的检测控制单元22中的第二开关元件Q2关断，原因是此时电流从电池组10的正端流出，经过负载电路30，再经过第二开关元件Q2的源极到漏极，回到第二开关元件Q2所保护的电池支路的负端。以第二开关元件Q2的源极为参考电位，当第二开关元件Q2饱和导通时，对应反接保护单元21中的第一开关元件Q1的栅极电压小于其开通电压，则第二开关元件Q2的漏极电压为高，使得第二开关元件Q2处于饱和状态。

请参阅图3，可以理解的，当电池组10设计包括多条并联支路，且每一条并联支路包括多节电池串联，每一条并联支路对应一组反接保护单元21、检测控制单元22以及检测单元23，即若有三条并联支路则就有三组反接保护单元21、检测控制单元22以及检测单元23，而逻辑控制单元24以及开关单元25只有一个，如此，只有各个检测单元23输出的检测信号皆为低电平时即各个并联支路皆无电池反接时，逻辑控制单元24控制开关单元25导通，实现电池组10与负载电路30的连接；若只要有一个并联支路存在电池反接时，各个检测单元23输出的检测信号中就会有高电平，逻辑控制单元24实现与逻辑，此时逻辑控制单元24控制开关单元25挂断。

请再参阅图2，在某些实施方式中，电池组10可以仅由多个电池串联组成，电池组10无其他的并联支路，此条件下，当电池组10中无电池反接时，各个开关元件的工作状态如下：第一开关元件Q1导通、第二开关元件Q2截止关断、第三开关元件Q3截止关断、第四开关元件Q4导通；当电池组10中存在电池反接时，第一开关元件Q1截止关断、第二开关元件Q2导通、第三开关元件Q3导通、第四开关元件Q4截止关断。当电池组10中存在多条并联支路且每条支路接有串联电池时，各个反接保护单元21中的第一开关元件Q1以及各个检测控制单元22中的第二开关元件Q2的工作状态与上述同，逻辑逻辑控制单元24实现的是与逻辑计算，当所有并联支路中的电池皆正确连接时第三开关元件Q3截止关断、第四开关元件Q4导通，只要存在电池反接则第三开关元件Q3导通、第四开关元件Q4截止关断。可以理解的，以第二开关元件Q2的源极为参考电位，高于参考电位的电平即为高电平，低于参考电位的电平即为低电平。

本发明还提供一种供电装置，包括：电池组10；以及与所述电池组10连接的上述的电池保护电路20。

如上所述，本发明的电池保护电路20与电池组10以及负载电路30连接，所述电池组10包括多个电池，所述电池保护电路20包括反接保护单元21、检测控制单元22、检测单元23、逻辑控制单元24以及开关单元25；当电池组10出现反接时，通过反接保护单元21、检测控制单元22、检测单元23、逻辑控制单元24以及开关单元25为有反接的电池支路提供高阻阻断；当电池组10有多个并联的支路是，只要有一个支路上的电池出现反接，可通过逻辑控制单元24以及开关单元25控制整个电池组10断路，不会出现只关断有反接的串联支路，而其他正常支路依然保持工作的情况，有效的保护了整了电池组10，有效的防止了出现电池短接时可能会烧毁电路的问题，延长了电池使用的寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种电池保护电路，所述电池保护电路与电池组以及负载电路连接，其特征在于，所述电池组包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括反接保护单元、用于根据所述反接保护单元的输出信号生成检测控制信号的检测控制单元、用于根据所述检测控制信号生成反接检测信号的检测单元、用于根据所述反接检测信号生成逻辑控制信号的逻辑控制单元以及开关单元；

所述反接保护单元分别与所述电池组的正极连接以及所述检测控制单元连接；

所述检测控制单元分别与所述检测单元以及所述逻辑控制单元连接；

所述检测单元与所述逻辑控制单元连接；

所述逻辑控制单元与所述开关单元连接，所述逻辑控制单元用于控制所述开关单元导通或断开。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述反接保护单元包括第一电阻、第一开关元件、第一二极管、第二电阻；其中，

所述第一电阻的一端与所述电池组的正极连接，所述第一电阻的另一端与所述第一开关元件的第一端连接；

所述第一开关元件的第三端与所述第一二极管的正极连接，所述第一开关元件的第一端与所述第一二极管的负极连接并与所述第二电阻的一端连接。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，与所述反接保护单元连接的所述检测控制单元包括第二开关元件，所述第一开关元件的第一端与所述第一电阻的另一端连接，所述第二开关元件的第三端与所述第一开关元件的第三端连接，所述第二开关元件的第二端与所述第二电阻的另一端连接。

4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述检测单元包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第二电阻的另一端以及所述第二开关元件的第二端连接。

5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述逻辑控制单元包括第三电阻、第三二极管、第三开关元件以及第四电阻；其中，所述第三电阻的一端与所述第二二极管的负极连接，所述第三电阻的另一端与所述第三二极管的负极连接，所述第三二极管的正极与所述第二开关元件的第三端连接，所述开关元件的第一端与所述第三二极管的负极连接，所述第三开关元件的第三端与所述第三二极管的正极连接并接地，所述第四电阻的一端与所述电池组的正极连接，所述第四电阻的另一端与所述第三开关元件的第二端连接。

6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，所述开关单元包括第四开关元件，所述第四开关元件的第一端与所述第四电阻的另一端连接，所述第四开关元件的第三端与所述第三开关元件的第三端连接并接地，所述第四开关元件的第二端与所述负载电路连接。

7.根据权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件以及所述第四开关元件为场效应晶体管。

8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关元件的第一端为栅极，所述第一开关元件的第二端为漏极，所述第一开关元件的第三端为源极；

所述第二开关元件的第一端为栅极，所述第二开关元件的第二端为漏极，所述第二开关元件的第三端为源极；

所述第三开关元件的第一端为栅极，所述第三开关元件的第二端为漏极，所述第三开关元件的第三端为源极；

所述第四开关元件的第一端为栅极，所述第四开关元件的第二端为漏极，所述第四开关元件的第三端为源极。

9.一种电池保护电路，所述电池保护电路与电池组以及负载电路连接，其特征在于，所述电池组包括多条并联的电池支路，每条所述电池支路包括多个串联的电池，所述电池保护电路包括多个反接保护单元、多个检测控制单元、多个检测单元、一个逻辑控制单元以及一个开关单元；

每个所述反接保护单元与每条所述电池支路正极连接，每个所述反接保护单元与每个所述检测控制单元一一连接；

每个所述检测控制单元与每个所述检测单元一一连接；

每个所述检测单元与所述逻辑控制单元连接，所述逻辑控制单元用于对每个所述检测单元输出的检测信号进行逻辑与运算并得到控制信号；

所述逻辑控制单元与所述开关单元连接，所述逻辑控制单元根据所述控制信号控制所述开关单元导通或断开。

10.一种供电装置，其特征在于，包括：

电池组；以及

与所述电池组连接的根据权利要求1-8所述电池保护电路。