CN112952924A - 一种电池管理装置以及一种电器装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电池管理技术领域，提供了一种电池管理装置以及一种电器装置，电池管理装置包括：电池单元，电池单元连接外部负载单元；与电池单元连接的保护单元；与保护单元连接的充电单元和放电单元，充电单元与放电单元相互连接；与放电单元连接的开关单元；与开关单元连接的驱动单元；在驱动单元检测到负载单元的电压升高至设定值时，驱动单元驱动开关单元导通，开关单元控制放电单元断开，通过直接检测负载单元的电压，能实现利用电压的变化切换电池单元的充放电模式。在驱动单元检测到负载单元的电压升高时，触发放电保护，快速关断放电单元，用更少的MOS管实现短路保护，且成本很低。

Description

一种电池管理装置以及一种电器装置

技术领域

本发明属于电池管理技术领域，尤其涉及一种电池管理装置以及一种电器装置。

背景技术

现有技术中，电池的保护电路，大多采用保护IC(或者是单片机)与保护IC连接的驱动电路，可以检测从简单故障(仅过压)到高级故障(检测更多故障)在内的多种故障条件，如过压、欠压、放电过流和短路。当电池有过度充电状态时，为防止因温度上升所导致的内压上升，须截止充电状态。保护IC检测到过度充电时，则过度充电检测的功率MOSFET使之切断而截止充电。随着使用时间的增加，已充过电的锂离子电池电压会逐渐降低，最后低到规格标准值以下，此时就需要再度充电。

为防止过度放电，保护IC必须检测电池电压，一旦达到过度放电检测电压以下，就得使放电一方的功率MOSFET切断而截止放电。但此时电池本身仍有自然放电及保护IC的消耗电流存在，因此需要使保护IC消耗的电流降到最低程度。因不明原因导致短路时必须立即停止放电。但由于保护IC的驱动电流比较小，因此MOS管的关断速度通常会比较慢。

发明内容

本发明提供一种电池管理装置，旨在解决电池保护过程中MOS管的关断速度慢的问题。

本发明是这样实现的，一种电池管理装置，包括：

电池单元，所述电池单元连接外部负载单元；

与所述电池单元连接的保护单元；

与所述保护单元连接的充电单元和放电单元，所述充电单元与所述放电单元相互连接；

与所述放电单元连接的开关单元；

与所述开关单元连接的驱动单元；

在所述驱动单元检测到所述负载单元的电压升高至设定值时，所述驱动单元驱动所述开关单元导通，所述开关单元控制所述放电单元断开。

更进一步地，所述驱动单元包括第一电阻，所述第一电阻一端连接所述负载单元，所述第一电阻另一端连接所述开关单元。

更进一步地，所述驱动单元还包括第二电阻、第一MOS管以及驱动模块，所述第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值，所述第一MOS管的栅极连接所述驱动模块，所述第一MOS管的漏极分别连接所述第一电阻一端和所述负载单元，所述第一MOS管的源极连接所述第二电阻一端，所述第一电阻另一端和所述第二电阻另一端均连接所述开关单元。

更进一步地，所述驱动模块包括第二MOS管，所述第二MOS管的漏极分别连接电源端和所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接接地端，所述第二MOS管的栅极连接所述负载单元。

更进一步地，所述开关单元包括三极管和第三电阻，所述三极管的基极分别连接所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻一端，所述三极管的集电极分别连接所述保护单元以及所述放电单元，所述三极管的发射极分别连接所述第三电阻另一端以及所述放电单元。

更进一步地，所述驱动模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和电容，所述第四电阻一端连接所述第二MOS管的漏极，所述第四电阻另一端连接电源端，所述第五电阻一端连接所述第二MOS管的源极，所述第五电阻另一端连接所述第二MOS管的栅极，所述第六电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述第六电阻另一端连接所述负载单元。

更进一步地，所述放电单元为第三MOS管，所述第三MOS管的栅极分别连接所述三极管的集电极和所述保护单元，所述第三MOS管的源极连接所述三极管的发射极和接地端，所述第三MOS管的漏极连接所述充电单元。

更进一步地，所述充电单元为第四MOS管，所述第四MOS管的栅极连接所述保护单元，所述第四MOS管的源极连接所述负载单元，所述第四MOS管的漏极连接所述第三MOS管的漏极。

更进一步地，所述电池管理装置还包括分流单元，所述分流单元的两端分别连接所述保护单元。

本发明实施例还提供一种电器装置，所述电器装置包括所述的电池管理装置。

本发明提供的电池管理装置中，在驱动单元检测到负载单元的电压升本发明通过直接检测负载单元的电压，能实现利用电压的变化切换电池单元的充放电模式。在驱动单元检测到负载单元的电压升高时，触发放电保护，快速关断放电单元，用更少的MOS管实现短路保护，且成本很低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种电池管理装置框图；

图2是本发明提供的一种电池管理装置电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

本发明提供的电池管理装置，包括：电池单元、保护单元、充电单元和放电单元、开关单元、驱动单元；在驱动单元检测到负载单元的电压升高时，驱动单元驱动开关单元导通，开关单元控制放电单元断开。本发明通过直接检测负载单元的电压，能实现利用电压的变化切换电池单元的充放电模式。在驱动单元检测到负载单元的电压升高时，触发放电保护，快速关断放电单元。

实施例一

本实施例提供一种电池管理装置，如图1所示，包括：

电池单元1，电池单元1连接外部负载单元2；

与电池单元1连接的保护单元3；

与保护单元3连接的充电单元4和放电单元5，充电单元4与放电单元5相互连接；

与放电单元5连接的开关单元6；

与开关单元6连接的驱动单元7；

在驱动单元7检测到负载单元2的电压升高至设定值时，驱动单元7驱动开关单元6导通，开关单元6控制放电单元5断开。

上述电池管理装置的工作原理是：

在电池单元1的放电过程中，开关单元6不工作，放电单元5处于打开状态，驱动单元7实时检测负载单元2的电压情况，在驱动单元7检测到负载单元2的电压升高到某一设定值(驱动单元7的驱动电压)时，触发放电保护，驱动单元7驱动开关单元6导通，开关单元6控制放电单元5由打开状态逐渐变为断开状态，具体地，放电单元5断开的过程中，经过放电单元5或充电单元4的电压在经过负载单元2后逐渐升高，升高到驱动单元7的驱动电压时，驱动单元7快速关断放电单元5。

本实施例中，保护单元3选用现有市面可以购买到的保护IC，通常情况下负载单元2负端P-/C-没有电压，由于电池单元2的放电过程中易发生欠压、温度、过流、短路等情况，这会使得负载单元2负端P-/C-电压逐渐升高，因此直接检测负载单元2的电压，能实现利用电压的变化切换电池单元1的充放电模式。在驱动单元7检测到负载单元2的电压升高时，触发放电保护，快速关断放电单元5，用更少的MOS管实现短路保护，且成本很低。另外，现有技术中通过检测分流电阻的电流，以判断是否短路，若是，则保护IC控制放电MOS管断开，这样的保护方式对于需要启动保护情况的响应速度慢，且分流电阻的电流并不能十分准确地反应短路情况。而本实施例是直接检测负载单元2的电压，感应电压是否上升，若是，驱动单元7驱动开关单元6导通，进而开关单元6控制放电单元5快速断开。通过负载单元2的电压直接准确地反应电路短路情况，避免造成误判。

实施例二

本实施例提供一种电池管理装置，如图2所示，驱动单元7包括第一电阻R4，第一电阻R4一端连接负载单元2，第一电阻R4另一端连接开关单元6。若是电池单元2的放电过程中发生欠压、温度、过流、短路等情况，负载单元2负端P-/C-电压逐渐升高，流经第一电阻R4的电压也逐渐升高，使得触发放电保护，快速关断放电单元5。此时，只需一个电阻既能够实现驱动单元对应的功能，器件结构非常简单。

驱动单元7还进一步包括第二电阻R3、第一MOS管Q3以及驱动模块7-1，第一电阻R4的阻值大于第二电阻R3的阻值，第一MOS管的栅极连接驱动模块7-1，第一MOS管Q3的漏极分别连接第一电阻R4一端和负载单元2，第一MOS管Q3的源极连接第二电阻R3一端，第一电阻R4另一端和第二电阻R4另一端均连接开关单元6。

上述第一MOS管Q3的工作原理是：向第一MOS管Q3的源极和漏极之间施加正确极性和大小的电压后，再向第一MOS管Q3的栅极和源极之间施加控制电压，会产生相应大小的电流从源极流向漏极，如果信号电压达到一定程度，第一MOS管Q3就能瞬间饱和而成为一个开关。

本实施例中，若负载单元2负端P-/C-为低电平，驱动模块7-1驱动第一MOS管Q3为高电平，第一MOS管Q3导通，则电阻较小的第二电阻R3导通，信号流经第二电阻R3，增加驱动单元7驱动能力(使得放电单元5关断更快)。若负载单元2负端P-/C-为高电平，驱动模块7-1驱动第一MOS管Q3为低电平，第一MOS管Q3断开，则电阻较大的第一电阻R4导通，信号流经第一电阻R4，此过程中电流变小，从而降低了功耗。此处的驱动模块7-1不作限定，能实现驱动第一MOS管Q3的电平转换即可。

实施例三

本实施例提供一种电池管理装置，如图2所示，驱动模块7-1包括第二MOS管Q4，第二MOS管Q4的漏极分别连接电源端和第一MOS管Q3的栅极，第二MOS管Q4的源极连接接地端，第二MOS管Q4的栅极连接负载单元2。

驱动模块7-1还进一步包括第四电阻R7、第五电阻R6、第六电阻R5和电容C1，第四电阻R7一端连接第二MOS管Q4的漏极，第四电阻R7另一端连接电源端，第五电阻R6一端连接第二MOS管Q4的源极，第五电阻R6另一端连接第二MOS管Q4的栅极，第六电阻R5连接第二MOS管Q4的栅极，第六电阻R5另一端连接负载单元2。

本实施例中，当电池单元1短路时，负载单元2负端P-/C-电压逐渐升高，为第二MOS管Q4提供电压，使得第二MOS管Q4的漏极、栅极和源极连通后接地，由于电压没有流经第一MOS管Q3，因此第一MOS管Q3处于断开状态，关断放电单元5，实现短路保护。通过选用不同值的第六电阻R5、电容C1，可以实现检测所需延时时间的调节，负载单元2负端P-/C-电压达到一定值时，通过调整第五电阻R6、第六电阻R5的阻值，能够使第二MOS管Q4闭合，从而控制第一MOS管Q3的闭合与断开。

实施例四

本实施例提供一种电池管理装置，如图2所示，开关单元6包括三极管Q5和第三电阻R2，三极管Q5的基极分别连接第一电阻R4、第二电阻R3和第三电阻R2一端，三极管Q5的集电极分别连接保护单元3以及放电单元5，三极管Q5的发射极分别连接第三电阻R2另一端以及放电单元5。

本实施例中，第三电阻R2用于分压，在电池单元1正常放电情况下，负载单元2负端P-/C-没有电压，VCC为第一MOS管Q3提供电压，使得第一MOS管Q3的漏极、栅极和源极连通，电压流经第一MOS管Q3流向放电单元5(第三MOS管Q1)，从而实现电池单元1的正常放电，此时三极管Q5并未导通。当电池单元1短路时，负载单元2负端P-/C-电压升高，为第二MOS管Q4提供电压，使得第二MOS管Q4的漏极、栅极和源极连通后接地，由于电压没有流经第一MOS管Q3，因此第一MOS管Q3处于断开状态，电压直接经第一电阻R4流至三极管Q5，使得三极管Q5导通，电压回到电池单元1，实现短路保护。

实施例五

本实施例提供一种电池管理装置，如图2所示，放电单元5为第三MOS管Q1，第三MOS管Q1的栅极分别连接三极管Q5的集电极和保护单元3，第三MOS管Q1的源极连接三极管Q5的发射极和接地端，第三MOS管Q1的漏极连接充电单元4。

充电单元4为第四MOS管Q2，第四MOS管Q2的栅极连接保护单元3，第四MOS管Q2的源极连接负载单元2，第四MOS管Q2的漏极连接第三MOS管Q1的漏极。

本实施例中，第三MOS管Q1在电池单元1正常放电时导通，在电池单元1短路时断开，第四MOS管Q2在电池单元1充电时断开，在电池单元1短路时导通。

实施例六

本实施例提供一种电池管理装置，如图2所示，电池管理装置还包括分流单元8，分流单元8的两端分别连接保护单元3。

本实施例中，分流单元8为第七电阻R1，用于在大电流经过时，进行分流。

具体地，当电池单元1短路时，负载单元2负端P-/C-产生较大电流，负载单元2负端P-/C-和电池单元1负端B-之间的阻抗*电流＝负载单元2负端P-/C-的电压，其中的负载单元2负端P-/C-和电池单元1负端B-之间的阻抗为第三MOS管Q1的内阻与第四MOS管Q2的内阻、第七电阻R1(分流单元8)的阻抗之和。当电池单元1正常放电时，负载单元2负端P-/C-和电池单元1负端B-之间的阻抗*电流＝负载单元2负端P-/C-的电压，其中的负载单元2负端P-/C-和电池单元1负端B-之间的阻抗为第三MOS管Q1的内阻与第七电阻R1(分流单元8)的阻抗之和，由于电池单元1正常放电时的回路阻抗小，关断速度非常快，起到很好的短路保护的作用，当电池单元短路保护完成后，会切换到高阻抗的回路，使电路处于低功耗状态，降低了功耗。

实施例七

本实施例还提供一种电器装置，该电器装置包括上述电池管理装置。

本实施例中，由于在电器装置中应用了上述电池管理装置，实现降低能耗，且能快速响应放电保护，避免电器由于短路等情况损坏。

本发明实施例提供了一种电池管理装置及电器装置，该电池管理装置通过直接检测负载单元的电压，能实现利用电压的变化切换电池单元的充放电模式，在驱动单元检测到负载单元的电压升高时，触发放电保护，快速关断放电单元。具体地，若负载单元负端为低电平，驱动模块驱动第一MOS管为高电平，电阻较小的第二电阻导通，增加驱动单元驱动能力，使得放电单元关断更快。若负载单元负端为高电平，驱动模块驱动第一MOS管为低电平，第一MOS管断开，则电阻较大的第一电阻导通，此过程中电流变小，从而降低了功耗。第三MOS管在电池单元正常放电时导通，在电池单元短路时断开，第四MOS管在电池单元充电时断开，在电池单元短路时导通。在电器装置中应用上述电池管理装置，能实现降低能耗，且能快速响应放电保护，避免电器由于短路等情况损坏。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池管理装置，其特征在于，所述电池管理装置包括：

电池单元，所述电池单元连接外部负载单元；

与所述电池单元连接的保护单元；

与所述保护单元连接的充电单元和放电单元，所述充电单元与所述放电单元相互连接；

与所述放电单元连接的开关单元；

与所述开关单元连接的驱动单元；

在所述驱动单元检测到所述负载单元的电压升高至设定值时，所述驱动单元驱动所述开关单元导通，所述开关单元控制所述放电单元断开。

2.如权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述驱动单元包括第一电阻，所述第一电阻一端连接所述负载单元，所述第一电阻另一端连接所述开关单元。

3.如权利要求2所述的电池管理装置，其特征在于，所述驱动单元还包括第二电阻、第一MOS管以及驱动模块，所述第一电阻的阻值大于第二电阻的阻值，所述第一MOS管的栅极连接所述驱动模块，所述第一MOS管的漏极分别连接所述第一电阻一端和所述负载单元，所述第一MOS管的源极连接所述第二电阻一端，所述第一电阻另一端和所述第二电阻另一端均连接所述开关单元。

4.如权利要求3所述的电池管理装置，其特征在于，所述驱动模块包括第二MOS管，所述第二MOS管的漏极分别连接电源端和所述第一MOS管的栅极，所述第二MOS管的源极连接接地端，所述第二MOS管的栅极连接所述负载单元。

5.如权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述开关单元包括三极管和第三电阻，所述三极管的基极分别连接所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻一端，所述三极管的集电极分别连接所述保护单元以及所述放电单元，所述三极管的发射极分别连接所述第三电阻另一端以及所述放电单元。

6.如权利要求4所述的电池管理装置，其特征在于，所述驱动模块还包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和电容，所述第四电阻一端连接所述第二MOS管的漏极，所述第四电阻另一端连接电源端，所述第五电阻一端连接所述第二MOS管的源极，所述第五电阻另一端连接所述第二MOS管的栅极，所述第六电阻连接所述第二MOS管的栅极，所述第六电阻另一端连接所述负载单元。

7.如权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述放电单元为第三MOS管，所述第三MOS管的栅极分别连接所述三极管的集电极和所述保护单元，所述第三MOS管的源极连接所述三极管的发射极和接地端，所述第三MOS管的漏极连接所述充电单元。

8.如权利要求7所述的电池管理装置，其特征在于，所述充电单元为第四MOS管，所述第四MOS管的栅极连接所述保护单元，所述第四MOS管的源极连接所述负载单元，所述第四MOS管的漏极连接所述第三MOS管的漏极。

9.如权利要求1所述的电池管理装置，其特征在于，所述电池管理装置还包括分流单元，所述分流单元的两端分别连接所述保护单元。

10.一种电器装置，其特征在于，所述电器装置包括如权利要求1至9任一项所述的电池管理装置。

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