CN114142560A - 保护电路、电池管理系统、电池包以及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供一种保护电路、电池管理系统、电池包以及用电设备。该保护电路包括第一控制单元以及第一开关，所述第一控制单元分别与所述第一开关的第一端和所述第一开关的第二端电连接；所述第一控制单元基于流经所述第一开关寄生二极管的电流，产生控制信号；或者，所述第一控制单元基于所述第一开关的第一端与所述第一开关的第二端之间的电压，产生所述控制信号；其中，所述控制信号用于控制所述第一开关的导通或断开。本申请提供的保护电路，可以降低充电开关或放电开关在触发充电或放电保护状态时的热损耗。
Description
技术领域
本申请涉及电池技术领域，尤其涉及一种保护电路、电池管理系统、电池包以及用电设备。
背景技术
随着电子科技的快速发展，锂电池广泛应用于用电设备中，当所述锂电池的电芯模组触发充电或放电保护状态时，充放电回路中的充电开关或放电开关断开，充电电流或放电电流会流经放电开关或充电开关的寄生二极管，从而增加了放电开关或充电开关的热损耗。
发明内容
鉴于以上问题，本申请实施例提供一种保护电路、电池管理系统、电池包以及用电设备，以降低充电开关或放电开关在触发充电或放电保护状态时的热损耗。
本申请一实施例提供一种保护电路，包括：第一控制单元以及第一开关，第一控制单元分别与第一开关的第一端和第一开关的第二端电连接；第一控制单元基于流经第一开关寄生二极管的电流，产生控制信号；或者，第一控制单元基于第一开关的第一端与第一开关的第二端之间的电压，产生控制信号；其中，控制信号用于控制第一开关的导通或断开。
上述设计中，保护电路通过采集并检测流经第一开关寄生二极管的电流，或者第一开关第一端与第二端之间的电压，来控制第一开关的导通或断开，如此，可以减小流经第一开关寄生二极管的电流，以降低第一开关的热损耗。
根据本申请的一些实施方式，第一控制单元响应于所述第一开关寄生二极管上流经电流，控制第一开关导通；或者，第一控制单元响应于第一开关的第一端与第一开关的第二端之间的电压不小于第一电压阈值，控制第一开关导通。
上述设计中，保护电路基于第一开关寄生二极管上流经电流，或者第一开关第一端与第二端之间的电压不小于第一电压阈值，从而控制第一开关导通，减小流经第一开关寄生二极管的电流，以降低第一开关的热损耗。
根据本申请的一些实施方式，保护电路还包括第二控制单元，第一开关基于第二控制单元的控制信号而导通或断开。
上述设计中，通过设置第二控制单元，以控制第一开关的导通或断开，提高了保护电路的工作稳定性。
根据本申请的一些实施方式，保护电路还包括选择单元，选择单元电连接于的第一控制单元与第二控制单元，选择单元响应于接收到导通第一开关的控制信号，输出第二控制信号，第二控制信号用于控制第一开关导通；其中，导通第一开关的控制信号来自于第一控制单元和/或第二控制单元。
上述设计中，通过设置选择单元，将来自于第一控制单元或第二控制单元的控制信号进行选择，降低了第一控制单元以及第二控制单元输出的控制信号不一致，从而导致第一开关状态紊乱的频率，提高了保护电路的工作稳定性。
根据本申请的一些实施方式，保护电路还包括驱动单元，驱动单元电连接于选择单元，驱动单元响应于接收到导通第一开关的第二控制信号，输出驱动信号，驱动信号用于控制第一开关导通。
上述设计中，通过设置驱动单元，根据第二控制信号输出驱动信号，从而增强了保护电路对第一开关的控制能力，降低了保护电路的工作故障率。
根据本申请的一些实施方式，第一开关的第一端电连接于第一控制单元的第一输入端，第一开关的第二端电连接于第一控制单元的第二输入端，第一开关的第三端电连接于选择单元的输出端，且第一开关的第三端接收第二控制信号。
上述设计中，通过第一开关的第三端接收第二控制信号，以根据第二控制信号控制第一开关的导通或断开。
根据本申请的一些实施方式，第一开关的第一端电连接于第一控制单元的第一输入端，第一开关的第二端电连接于第一控制单元的第二输入端，第一开关的第三端电连接于驱动单元，且第一开关的第三端接收驱动信号。
上述设计中，通过第一开关的第三端接收驱动信号，以根据驱动信号控制第一开关的导通或断开。
根据本申请的一些实施方式，第一控制单元包括运算放大器与比较器，运算放大器的第一输入端与第二输入端分别电连接于第一开关的第一端与第二端，运算放大器的输出端电连接于比较器的第一输入端，比较器的第二输入端接收参考电压；比较器基于参考电压与来自于运算放大器输出端的电压，输出控制信号。
上述设计中，通过设置运算放大器以及比较器，采集第一开关第一端与第二端之间的电压，并将其与参考电压进行比较，从而输出控制信号，以控制第一开关的导通或断开。
根据本申请的一些实施方式，第一控制单元包括同步整流控制器，同步整流控制器的第一输入端电连接于第一开关的第一端，同步整流控制器的第二输入端电连接于第一开关的第二端，同步整流控制器基于第一开关的第一端与第一开关的第二端之间的电压，输出控制信号。
上述设计中，通过设置同步整流控制器，采集第一开关第一端与第二端之间的电压，并输出控制信号，以控制第一开关的导通或断开。
根据本实施例的一些实施方式，第一开关为NMOS管，第一开关的第一端为NMOS管的漏极，第一开关的第二端为NMOS管的源极，第一开关的第三端为NMOS管的栅极。
上述设计中，第一开关为MOS管，通过控制第一开关的栅极，即可控制第一开关的漏极和源极导通或断开。
本申请另一方面还提供一种电池管理系统，包括如上所述的保护电路。
本申请另一方面还提供一种电池包，电池包包括电芯模组及如上所述的电池管理系统。电池管理系统与电芯模组电连接，控制电芯模组的充电与放电，电芯模组用于为电池管理系统供电。
本申请另一方面还提供一种用电设备，用电设备包括负载及如上所述的电池包，电池包为负载供电。
附图说明
图1为本申请的一个实施例提供的一种充放电回路的示意图。
图2为本申请的一个实施例提供的保护电路的电路图。
图3为本申请的另一个实施例提供的保护电路的电路图。
图4为本申请的另一个实施例提供的保护电路的电路图。
图5为本申请的另一个实施例提供的保护电路的电路图。
图6为本申请的一个实施例提供的用电设备及电池包的结构框图。
主要元件符号说明
充放电回路 10
电芯模组 20
充电开关 30
放电开关 40
微控制单元 50
负载 60
运算放大器 70、301
模数转换器 80
控制器 90
驱动芯片 91
采样电阻 92
保护电路 100、200、300、400
第一开关 101
第二开关 102
第一控制单元 103、303
第二控制单元 104
选择单元 105
驱动单元 201
第二驱动单元 202
比较器 302
电池包 500
用电设备 600
电池管理系统 700
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本申请实施例中，“第一”、“第二”等词汇，仅是用于区别不同的对象，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。例如，第一应用、第二应用等是用于区别不同的应用，而不是用于描述应用的特定顺序，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
本申请一实施方式提供一种保护电路。可以理解，该保护电路可应用于电池管理系统(Battery Management System，BMS)中，用于降低充电开关或放电开关在触发充电或放电保护状态时的热损耗。
请参阅图1，为本申请的一个实施例提供的一种充放电回路10的示意图。充放电回路10可以包括充电开关30、放电开关40、采样电阻92、电芯模组20以及负载60，其中充电开关30电连接于负载60以及放电开关40，放电开关40电连接于采样电阻92，采样电阻92电连接于电芯模组20，且电芯模组20与负载60电连接。
本实施例中，采样电阻92的两端还电连接于微控制单元50，充放电回路10可以为电芯模组20进行充电或放电，当电芯模组20处于充电状态，且其电压达到第一预设电压阈值时，或者其充电电流达到第一预设电流阈值时，或者环境温度达到第一预设温度时，微控制单元(Micro Controller Unit，MCU)50可以控制充电开关断开，电芯模组20进入充电保护模式；当电芯模组20处于放电状态，且其电压达到第二预设电压阈值时，或者其放电电流达到第二预设电流阈值时，或者环境温度达到第二预设温度时，微控制单元50可以控制放电开关断开，电芯模组20进入放电保护模式。
在电芯模组20处于充电保护模式时，电芯模组20可以响应于负载60的放电请求，从而为负载60供电。由于充电开关30处于断开状态，放电电流可以流经充电开关上的寄生二极管，使得充电开关30产生较大的热损耗，导致充电开关30可能由于温度过高而失效。微控制单元50可以检测充放电回路10中的电流，并基于该电流控制充电开关30导通，放电电流将流经充电开关30的漏极和源极，从而减少充电开关的热损耗，降低充电开关可能由于温度过高而失效的风险。
可选地，微控制单元50可以包括运算放大器70、模数转换器80、控制器90以及驱动芯片91，运算放大器70可以检测并放大采样电阻92两端的电压值，模数转换器80可以转换该电压值为数字信号，控制器90可以根据该数字信号控制驱动芯片91，以驱动充电开关30或放电开关40导通或断开。
然而，微控制单元50从检测充放电回路10中的电流，到控制充电开关30导通的过程较长，充电开关的热损耗增大，且其可能由于温度过高而失效的风险也较大。
请参阅图2，图2所示为本申请一实施例提供的保护电路100的电路图。该保护电路100可以包括充放电回路10、电芯模组20、第一开关101、第二开关102、第一控制单元103、第二控制单元104、选择单元105、负载60。
其中，电芯模组20的第一端与第二开关102的第一端电连接，第二开关102的第二端与第一开关101的第一端、第一控制单元103的第一输入端电连接，第一开关101的第二端与负载60的第一端、第一控制单元103的第二输入端电连接，负载60的第二端与电芯模组20的第二端电连接，第二控制单元104的第一输出端与第二开关102的第三端电连接，第二控制单元104的第二输出端与选择单元105的第一输入端电连接，选择单元105的第二输入端与第一控制单元103的输出端电连接。
可以理解，充放电回路10可以为电芯模组20进行充电或放电，电芯模组20可以为负载60供电，在一些实施例中，选择单元105可以为或门，第一开关101可以为充电开关，也可以为放电开关，且第一开关101可以为NMOS管，第一开关101的第一端可以为漏极，第一开关101的第二端可以为源极，第一开关101的第三端可以为栅极，第二开关102也可以为NMOS管，第二开关102的第一端可以为源极，第二开关102的第二端可以为漏极，第二开关102的第三端可以为栅极，本申请以第一开关101为充电开关，第二开关102为放电开关为例进行说明。
在电芯模组20处于充电保护模式时，电芯模组20可以响应于负载60的放电请求，从而为负载60供电。此时第一开关101处于断开状态，放电电流可以流经第一开关101上的寄生二极管(即体二极管)，使得第一开关101产生较大的热损耗，导致第一开关101可能由于温度过高而失效。本实施例中，第一控制单元103可以为同步整流控制器，且第一控制单元103可以检测第一开关101的第一端与第二端之间的电压，并将该电压与第一电压阈值(例如，第一电压阈值V1可以设置为300mV≤V1≤400mA)进行比较，若该电压不小于第一电压阈值，第一控制单元103可以判定第一开关101的寄生二极管上流经放电电流，从而输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101导通；若该电压小于第一电压阈值，第一控制单元103可以判定第一开关101的寄生二极管上没有流经放电电流，从而输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101断开。
可以理解，第一电压阈值可以根据具体情况进行调整，本申请对第一电压阈值的设置方法不做任何限定。
在一些实施例中，第二控制单元104可以电连接于电芯模组20(图中未示出连接关系)，从而检测电芯模组20的电压、放电电流、温度等参数，第二控制单元104可以基于电芯模组20的电压达到第一预设电压阈值，或者其充电电流达到第一预设电流阈值，或者环境温度达到第一预设温度，输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101导通；第二控制单元104还可以基于电芯模组20的电压未达到第一预设电压阈值，或者其充电电流未达到第一预设电流阈值，或者环境温度未达到第一预设温度，输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101断开。
可以理解，第二控制单元104还可以电连接于其他电子元件(例如，第二开关102)，以获取其他电子元件的电压、电流以及温度等参数，并根据其他电子元件的电压、电流以及温度等参数输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101导通或断开。第二控制单元104也可以根据电芯模组20或其他电子元件的电压、电流以及温度等参数输出控制信号至第二开关102的第三端，以控制第二开关102导通或断开。
选择单元105可以基于来自第一控制单元103和/或第二控制单元104的控制信号，输出第二控制信号至第一开关101的第三端，以控制第一开关101导通或断开。具体地，若选择单元105接收到任一种用于导通第一开关101的控制信号，选择单元105可以输出第二控制信号至第一开关101的第三端，以控制第一开关导通；若选择单元105没有接收到任一种用于导通第一开关101的控制信号，选择单元105可以输出第二控制信号至第一开关101的第三端，以控制第一开关断开。
在一些实施例中，当电芯模组20处于放电保护模式时，保护电路100的工作流程与上述在电芯模组20处于充电保护模式时的工作流程相似，在此不赘述。
可以理解，上述实施例提供的保护电路100，通过设置第一控制单元103以及第二控制单元104，以基于第一开关101第一端与第二端两端的电压，或者流经第一开关101的寄生二极管的电流，导通或断开第一开关101。如此，可以降低第一开关101在触发充电或放电保护状态时的热损耗，降低第一开关101由于温度过高导致其失效的风险。
请参阅图3，图3所示为本申请的另一个实施例提供的保护电路200的电路图。本实施例与图1中保护电路100的区别之处在于：保护电路200还包括驱动单元201以及第二驱动单元202。
驱动单元201电连接于选择单元105与第一开关101的第三端，第二驱动单元202电连接于第二控制单元104与第二开关102的第三端，其中，驱动单元201响应于选择单元105输出的第二控制信号，并将该第二控制信号转换为驱动信号，以控制第一开关101的导通或断开；第二驱动单元202响应于第二控制单元104输出的控制信号，并将该控制信号转换为第二驱动信号，以控制第二开关102的导通或断开。
可以理解，驱动单元201可以根据第二控制信号输出驱动信号，第二驱动单元202可以根据第二控制单元104输出的控制信号输出第二驱动信号，从而增强了保护电路200对第一开关的控制能力，降低了保护电路200的工作故障率。
请参阅图4，图4所示为本申请的另一个实施例提供的保护电路300的电路图。本实施例与图1中保护电路100的区别之处在于：保护电路300包括第一控制单元303，第一控制单元303包括运算放大器301、比较器302。
运算放大器301的第一输入端电连接于第一开关101的第一端，运算放大器301的第二输入端电连接于第一开关101的第二端，比较器302的第一输入端电连接于运算放大器301的输出端，比较器302的第二输入端接收参考电压VREF，比较器302的输出端电连接于选择单元105。
其中，参考电压VREF可以来自于一参考电压源，可选地，参考电压VREF可以设置为第一电压阈值。运算放大器301可以采集第一开关101的第一端与第二端之间的电压值，并将该电压值进行放大，比较器302可以将该放大的电压值与参考电压VREF进行比较。在电芯模组20处于充电保护模式时，若该放大的电压值不小于参考电压VREF，则比较器302可以判定第一开关101的寄生二极管上流经放电电流，从而输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101导通；若该放大的电压值小于参考电压VREF，则比较器302可以判定第一开关101的寄生二极管上没有流经放电电流，从而输出控制信号至选择单元105，以控制第一开关101断开。
可以理解，通过设置运算放大器301以及比较器302，可以根据第一开关101第一端和第二端之间的电压值，输出控制信号以控制第一开关101的导通或断开，简化了保护电路300的电路结构以及工作原理，减少了保护电路300的设计成本。
请参阅图5，图5所示为本申请的另一个实施例提供的保护电路400的电路图。本实施例与图3中保护电路300的区别之处在于：保护电路400还包括驱动单元201以及第二驱动单元202。
驱动单元201电连接于选择单元105与第一开关101的第三端，第二驱动单元202电连接于第二控制单元104与第二开关102的第三端，其中，驱动单元201响应于选择单元105输出的第二控制信号，并将该第二控制信号转换为驱动信号，以控制第一开关101的导通或断开；第二驱动单元202响应于第二控制单元104输出的控制信号，并将该控制信号转换为第二驱动信号，以控制第二开关102的导通或断开。
可以理解，驱动单元201可以根据第二控制信号输出驱动信号，第二驱动单元202可以根据第二控制单元104输出的控制信号输出第二驱动信号，从而增强了保护电路400对第一开关的控制能力，降低了保护电路400的工作故障率。
请继续参阅图6，本申请另一方面还提供一种电池包500及用电设备600。
在一些实施例中，电池包500可以包括电池管理系统700及电芯模组20。其中，电池管理系统700可以包括本申请实施例提供的保护电路100至保护电路400中的任一个。电芯模组20包括至少一个电芯。
可以理解，电芯模组20电连接至电池管理系统700，一方面用于为电池管理系统700供电，另一方面在电池管理系统700的控制下为用电设备600供电。
可以理解，在一些实施例中，电芯模组20为可充电电池。例如，电芯模组20可以为锂离子电池、锂聚合物电池及磷酸铁锂电池中的至少一种。
可以理解，用电设备600包括负载60及电池包500。可以理解，负载60为用电设备600中的各种耗电的组件。电池包500用于为负载供电。
需要说明的是，用电设备600可以为电动摩托、电动单车、电动汽车、手机、平板电脑、个数数字助理、个人电脑，或者任何其他适合的用电设备。可以理解，负载60可为电机单元、显示单元、无线保真(Wireless Fidelity，WiFi)单元、蓝牙单元及扬声器等耗电器件中的至少一种，在此不再一一赘述。
本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。
Claims (13)
1.一种保护电路，其特征在于，所述保护电路包括第一控制单元以及第一开关，所述第一控制单元分别与所述第一开关的第一端和所述第一开关的第二端电连接；
所述第一控制单元基于流经所述第一开关寄生二极管的电流，产生控制信号；
或者，
所述第一控制单元基于所述第一开关的第一端与所述第一开关的第二端之间的电压，产生所述控制信号；
其中，所述控制信号用于控制所述第一开关的导通或断开。
2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一控制单元响应于所述第一开关寄生二极管上流经电流，控制所述第一开关导通；
或者，
所述第一控制单元响应于所述第一开关的第一端与所述第一开关的第二端之间的电压不小于第一电压阈值，控制所述第一开关导通。
3.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括第二控制单元，所述第一开关基于所述第二控制单元的控制信号而导通或断开。
4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括选择单元，所述选择单元电连接于所述的第一控制单元与所述第二控制单元，所述选择单元响应于接收到导通所述第一开关的控制信号，输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述第一开关导通；
其中，所述导通所述第一开关的控制信号来自于所述第一控制单元和/或所述第二控制单元。
5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括驱动单元，所述驱动单元电连接于所述选择单元，所述驱动单元响应于接收到导通所述第一开关的所述第二控制信号，输出驱动信号，所述驱动信号用于控制所述第一开关导通。
6.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关的第一端电连接于所述第一控制单元的第一输入端，所述第一开关的第二端电连接于所述第一控制单元的第二输入端，所述第一开关的第三端电连接于所述选择单元的输出端，且所述第一开关的第三端接收所述第二控制信号。
7.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关的第一端电连接于所述第一控制单元的第一输入端，所述第一开关的第二端电连接于所述第一控制单元的第二输入端，所述第一开关的第三端电连接于所述驱动单元，且所述第一开关的第三端接收所述驱动信号。
8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一控制单元包括运算放大器与比较器，所述运算放大器的第一输入端与第二输入端分别电连接于所述第一开关的第一端与第二端，所述运算放大器的输出端电连接于所述比较器的第一输入端，所述比较器的第二输入端接收参考电压；
所述比较器基于所述参考电压与来自于所述运算放大器输出端的电压，输出所述控制信号。
9.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述第一控制单元包括同步整流控制器，所述同步整流控制器的第一输入端电连接于所述第一开关的第一端，所述同步整流控制器的第二输入端电连接于所述第一开关的第二端，所述同步整流控制器基于所述第一开关的第一端与所述第一开关的第二端之间的电压，输出所述控制信号。
10.根据权利要求1-9任一项所述的保护电路，其特征在于，所述第一开关为NMOS管，所述第一开关的第一端为所述NMOS管的漏极，所述第一开关的第二端为所述NMOS管的源极，所述第一开关的第三端为所述NMOS管的栅极。
11.一种电池管理系统，其特征在于，所述电池管理系统包括如权利要求1-10任一项所述的保护电路。
12.一种电池包，其特征在于，包括电芯模组和如权利要求11的电池管理系统，所述电池管理系统与所述电芯模组电连接，控制所述电芯模组的充电与放电，所述电芯模组用于为所述电池管理系统供电。
13.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括负载和如权利要求12所述的电池包，所述电池包为所述负载供电。
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