CN114566950A - 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统 - Google Patents

一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114566950A
CN114566950A CN202210455010.9A CN202210455010A CN114566950A CN 114566950 A CN114566950 A CN 114566950A CN 202210455010 A CN202210455010 A CN 202210455010A CN 114566950 A CN114566950 A CN 114566950A
Authority
CN
China
Prior art keywords
triode
circuit
voltage
lithium battery
output
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210455010.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114566950B (zh
Inventor
高飞平
付海
谌四华
毛勇强
刘守华
柴露
柳竹青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WUHAN SINOROCK TECHNOLOGY CO LTD
Original Assignee
WUHAN SINOROCK TECHNOLOGY CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUHAN SINOROCK TECHNOLOGY CO LTD filed Critical WUHAN SINOROCK TECHNOLOGY CO LTD
Priority to CN202210455010.9A priority Critical patent/CN114566950B/zh
Publication of CN114566950A publication Critical patent/CN114566950A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114566950B publication Critical patent/CN114566950B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02Details
    • H02H3/06Details with automatic reconnection
    • H02H3/066Reconnection being a consequence of eliminating the fault which caused disconnection
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

本发明公开一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统,电路包括输出短路检测单元和开关单元,输出短路检测单元包括第一三极管、第二三极管、第三三极管、TVS管、稳压二极管、电容和若干电阻;开关单元包括MOS管和分压电阻。电路正常工作时,锂电池正极给电容充电,当电容两端电压大于TVS管反向击穿电压与第一三极管的基极‑发射极导通电压之和时,第一三极管导通,第二三极管和第三三极管关断,MOS管的漏极和源极导通,完成电路正常输出。在输出端发生短路时,负载正极和负载负极之间的电压迅速下降,TVS管不被反向击穿,第一三极管关断,第二三极管、第三三极管导通,迅速将MOS管的栅极和漏极电压释放到接近于0V,MOS管关断,切断锂电池输出。

Description

一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统
技术领域
本发明涉及锂电池技术领域,具体为一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统。
背景技术
目前,针对锂电池的输出短路保护,主要采用以下技术实现:
技术一:通过检测锂电池输出端的电压变化实现保护。当锂电池输出端发生短路(以下简称短路)时,输出端的电压会发生陡降。
目前此类电路的一般组成如下:电源转换模块(PM)、输出端电压陡降检测模块(DM)、开关模块(SM)和逻辑控制模块(CM),电源转换模块将电池电压转换为保护电路的工作电压,输出端电压陡降检测模块通过检测输出端的电压陡降判断发生了输出端短路的情况,然后控制开关模块断开,切断电池输出,从而实现电池输出端短路保护,有逻辑控制模块的电路会在短路消除后,将开关模块导通,恢复电池输出。
该技术的缺点在于:1)对电压较高的电池而言(如60V电池),电池正常工作和发生短路时的电压变化范围比较大,会对电源转换模块造成较大的冲击,容易造成该模块的损坏;2)通过逻辑控制模块才能实现短路消除后恢复输出的功能,这样会延长短路的保护时间,造成更严重的后果。
技术二:通过检测锂电池回路的电流变化实现保护。当短路发生时,电池回路的电阻会大幅减小,回路电流会急剧上升。
目前此类电路的一般组成如下:电源转换模块(PM)、输出电流检测模块(DM)、短路电流比较模块(AM)、逻辑控制模块(CM)和开关模块(SM)。电源转换模块将电池电压转换为保护电路的工作电压,电流检测模块将回路电流采集并送到逻辑控制模块或短路电流比较模块,当判断为发生短路后,则会控制开关模块断开,实现短路保护功能,当短路电流消失后,会判断为短路消除,恢复电池输出。
该技术的缺点在于:1)不仅涵盖技术一的所有缺点,而且相对技术一来说在实现上更为复杂,需要更多的采用集成电路IC,如运放、比较器和单片机等逻辑器件;2)短路保护时间更慢,成本更高。
技术三:通过集成电路IC,检测电池输出电流,当输出电流超过短路阈值时,控制开关管关断,实现短路保护。
该技术的缺点在于:1)一般短路保护IC的工作电压比较低,且适用的电压范围比较窄,应用场景比较单一,也难以应用在满电电压较高(如>60V)的电池保护电路中;2)保护时间不够快,单保护IC自身从检测到短路到输出保护信号的时间一般都>100us,并且保护IC输出短路保护信号到开关电路完全关断的时间还未计算在内。
综上可见,现有针对锂电池的输出短路保护技术总体上呈现电路复杂、成本高、保护时间慢的特点,且存在短路未消除而尝试恢复输出时的电流冲击大导致易造成二次伤害等问题。
针对上述锂电池的输出短路保护现状,现有技术也进行了一些改进并公开了相关成果,如公开号CN111162509A的中国专利于2020年5月15日公开的一种锂电池短路保护电路,公开号CN112366661A的中国专利于2021年2月12日公开的一种短路保护电路,公开号CN110829518A的中国专利于2020年2月21日公开了一种快速反应的电池短路保护电路,公开号CN211046468U的中国专利于2020年7月17日公开了一种锂电池短路保护电路等,但是这些现有专利或专利申请仍然存在电路较复杂、降本效果不明显或者短路保护响应时间较长,或者易造成二次伤害等问题。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统,以解决上述至少一个技术问题。
根据本发明说明书的一方面,提供一种锂电池输出短路保护电路,包括输出短路检测单元和开关单元,其中,
所述输出短路检测单元包括:第一三极管、第二三极管、第三三极管、TVS管、稳压二极管、电容和若干电阻;
所述第一三极管的发射极、第二三极管的发射极和电容的一端共接于锂电池负极;所述第一三极管的集电极、第二三极管的基极均通过电阻共接于锂电池正极;所述第三三极管的发射极连接于锂电池正极;所述TVS管的阴极、稳压二极管的阳极和电容的另一端共接且通过电阻连接于锂电池正极;所述稳压二极管的阴极与负载正极连接;
所述第一三极管的基极与TVS管的阳极连接,集电极与第二三极管的基极连接;所述第二三极管的集电极通过电阻与第三三极管的基极连接;所述第三三极管的集电极与开关单元连接;
所述开关单元包括MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻;
所述MOS管的漏极与第三三极管的集电极、第一分压电阻、第二分压电阻连接,栅极与第三三极管的发射极和第一分压电阻连接,源极与稳压二极管的阴极和负载正极连接;所述第二分压电阻的另一端连接于负载负极。
上述技术方案在电路正常工作时,锂电池正极通过电阻给电容充电,当电容两端电压大于TVS管反向击穿电压与第一三极管的基极-发射极导通电压之和时,第一三极管导通,第二三极管和第三三极管关断;此时,由于分压电阻的分压作用,使MOS管的漏极和源极导通,完成电路的正常输出功能。该技术方案不需要外部电源和控制接口,可直接接入锂电池输出口来实现电路正常输出功能,相当于现有技术而言,该技术方案可脱离外部电源和控制接口实现独立运行,具有较高的工程应用价值。
上述技术方案在锂电池输出端发生短路时,负载正极和负载负极之间的电压迅速下降,导致TVS管不被反向击穿,第一三极管关断,而第二三极管、第三三极管在锂电池正极电压驱动下导通,从而迅速将MOS管的栅极和漏极电压释放到接近于0V,使MOS管关断,切断锂电池输出。该技术方案由于整体采用纯硬件电路元件设计,且只采用了少量的分立元器件来实现短路保护功能,使得整个短路保护过程的响应时间极短,在纯硬件电路的前提下实现了微秒级的保护响应,相对应现有采用硬件电路结合控制芯片达到相同级别的保护响应时间而言,该技术方案的电路更简单且成本更低。
作为进一步的技术方案,所述第一三极管的集电极、第二三极管的基极均通过第一电阻共接于锂电池正极;所述TVS管的阴极、稳压二极管的阳极和电容的另一端共接且通过第三电阻连接于锂电池正极。
在第一三极管导通时,第二三极管关断,第一电阻相当于并联在锂电池正极与负极之间的电阻,不影响锂电池实现正常电路输出功能;在第一三极管关断时,锂电池正极经由第一电阻驱动第二三极管导通,进而使第三三极管导通,导致MOS管截止,完成锂电池输出切断,实现输出电路短路保护。
在电路处于正常输出状态时,锂电池正极经由第三电阻给电容充电,当电容两端的电压大于TVS管反向击穿电压和第一三极管的基极-发射极导通电压之和时,TVS管反向击穿,第一三极管导通,锂电池正极电压经由开关单元输出给负载。
在电路输出端短路一直存在时,锂电池正极通过第三电阻和稳压二极管向负载正极放电,使得电容两端的电压始终接近于0V,即保持开关单元处于关断状态;一旦短路消除,则锂电池正极通过第三电阻向电容充电,一段时间后,当电容两端电压大于TVS管反向击穿电压和第一三极管的基极-发射极导通电压之和时,第一三极管导通,电路正常输出,从而实现了电路缓起,避免了短路未解除而尝试恢复输出时电流冲击大的情况。
作为进一步的技术方案,所述第二三极管的集电极通过第二电阻与第三三极管的基极连接。通过第二电阻起到限流作用,防止过流损坏。
作为进一步的技术方案,所述电容、第三电阻的参数均可调,以配置不同的电路延迟输出时间。由第三电阻和电容组成RC延时电路,通过更改不同参数的电阻和电容值,配置所需的电路延迟输出的时间,提高整体电路的适用性。
作为进一步的技术方案,锂电池通过第三电阻对电容充电,在所述电容两端的电压上升到大于电压Ven时,第一三极管导通,第二三极管和第三三极管截止,MOS管导通,电路正常输出。
由于本发明所采用的输出短路保护电路无需外部电源和控制接口,可直接接入锂电池输出口工作,因此具有较强的独立性,在没有发生负载端短路时,可实现电路正常输出功能,在发生负载端短路时,则作为短路保护电路使用。
作为进一步的技术方案,在所述电容两端的电压低于电压Ven或电路输出端短路时,所述TVS管不发生反向击穿,第一三极管截止,第二三极管和第三三极管导通,MOS管关断,电路短路保护并关断输出。
具体地,电压Ven指的是TVS管反向击穿电压和第一三极管的基极-发射极导通电压之和。
作为进一步的技术方案,在短路未消除时,所述电容的电压由稳压二极管、负载正极、负载负极回路钳位在预设电压下,使TVS二极管不发生反向击穿,保证电路输出端维持关断状态。
若负载两端的短路一直存在,则负载正极的电压为0V,同时锂电池正极会通过第三电阻和稳压二极管向负载正极放电,使得电容两端的电压始终接近于0V,则输出短路检测单元会一直使开关单元处于关断状态;一旦负载端短路消除,输出短路检测单元经过RC延时电路缓起后,将控制MOS管导通,恢复输出。
作为进一步的技术方案,MOS管的电流参数可调,以适应不同额定输出电流的锂电池。
作为进一步的技术方案,所述TVS管的反向击穿电压可调,以配置不同的电路使能电压。
进一步地,可调整三极管的耐压参数,以适应不同额定电压规格的电池。
上述技术方案通过对部分电路元器件参数的调整,可提高整体电路的适用性,使其涵盖更广的电池电压范围。
根据本发明说明书的一方面,还提供一种电池管理系统,具有所述的锂电池输出短路保护电路。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
(1)本发明不需要外部电源和控制接口,可直接接入锂电池输出口独立运行,在电路正常状态下实现电路正常输出功能,在负载端出现短路时实现短路保护功能,简化了电路结构,降低了成本,且提高了应用价值。
(2)本发明在锂电池输出端发生短路时,负载正极和负载负极之间的电压迅速下降,使TVS管不被反向击穿,第一三极管关断,而第二三极管、第三三极管在锂电池正极电压驱动下导通,迅速将MOS管的栅极和漏极电压释放到接近于0V,使MOS管关断,切断锂电池输出,由于整体电路采用纯硬件电路元件设计,且只采用了少量的分立元器件来实现短路保护功能,因此本发明的整个短路保护过程的响应时间极短,在纯硬件电路的前提下实现了微秒级的保护响应时间。
(3)本发明通过稳压二极管实现短路消除检测,并通过第三电阻和电容的相互配合增加了短路消除到电路再次恢复的时间,延长了短路消除后的恢复时间,有利于实现短路消除后的电路缓起,减小了对电池和设备的冲击,解决了因短路未解除而尝试恢复输出时电流冲击大的问题。
(4)本发明的MOS管电流参数可调、TVS管的反向击穿电压可调、三极管的耐压参数可调,且通过这些器件的参数调整可适应不同规格的电池,扩大涵盖的电池电压范围。
附图说明
图1为根据本发明实施例的锂电池输出短路保护电路的电路原理图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述发实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本发明所保护的范围。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,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所述特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接或可以相互通讯;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提供一种锂电池输出短路保护电路,可应用于作为独立设备的锂电池中。
如图1所示,本发明包括输出短路检测单元DU和开关单元SU。
所述输出短路检测单元包括:第一三极管Q4、第二三极管Q2、第三三极管Q3、TVS管TVS1、稳压二极管D1、电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3。
所述开关单元包括MOS管Q1、第一分压电阻R4和第二分压电阻R5。
所述第一三极管Q4的集电极与第一电阻R1的一端和第二三极管Q2的基极连接,基极与TVS管TVS1的阳极连接,发射极与锂电池负极BAT-连接。
所述第二三极管Q2的集电极与第二电阻R2的一端连接,基极与第一电阻R1的一端和第一三极管Q4的集电极连接,发射极与锂电池负极BAT-连接。
所述第三三极管Q3的集电极与第一分压电阻R4、第二分压电阻R5连接,基极与第二电阻R2的另一端连接,发射极与锂电池正极BAT+连接。
所述TVS管TVS1的阳极与第一三极管Q4的基极连接,阴极与第三电阻R3的一端、稳压二极管D1的阳极及电容C1的一端连接。
所述电容C1的一端分别与稳压二极管D1的阳极、TVS管TVS1的阴极和第三电阻R3的一端连接,另一端与锂电池负极BAT-连接。
所述稳压二极管D1的阳极与电容C1的一端、第三电阻R3的一端及TVS管TVS1的阴极连接,阴极与负载正极LOAD+连接。
所述第一电阻R1的一端与第一三极管Q4的集电极、第二三极管Q2的基极连接,另一端与锂电池正极BAT+连接。
所述第二电阻R2的一端与第二三极管Q2的集电极连接,另一端与第三三极管Q3的基极连接。
所述第三电阻R3的一端与稳压二极管D1的阳极、TVS管TVS1的阴极和电容C1的一端连接,另一端与锂电池正极BAT+连接。
所述MOS管Q1的漏极与第三三极管Q3的集电极、第一分压电阻R4、第二分压电阻R5连接,栅极与第三三极管Q3的发射极、第一分压电阻R4和锂电池正极BAT+连接,源极与稳压二极管D1的阴极和负载正极LOAD+连接。
所述第一分压电阻R4的一端与第二分压电阻R5、第三三极管Q3的集电极及MOS管Q1的漏极连接,另一端与第三三极管Q3的发射极、MOS管Q1的栅极和锂电池正极BAT+连接。
所述第二分压电阻R5的一端与锂电池负极BAT-连接,另一端与第一分压电阻R4、第三三极管Q3的集电极及MOS管Q1的漏极。
所述MOS管Q1为PMOS管Q1。所述第一三极管Q4、第二三极管Q2位NPN三极管。所述第三三极管Q3为PNP三极管。
在第一三极管Q4导通时,第二三极管Q2关断,第一电阻R1相当于并联在锂电池正极BAT+与负极之间的电阻,不影响锂电池实现正常电路输出功能。
在第一三极管Q4关断时,锂电池正极BAT+经由第一电阻R1驱动第二三极管Q2导通,进而使第三三极管Q3导通,导致MOS管Q1截止,完成锂电池输出切断,实现输出电路短路保护。
在电路处于正常输出状态时,锂电池正极BAT+经由第三电阻R3给电容C1充电,当电容C1两端的电压大于TVS管TVS1反向击穿电压和第一三极管Q4的基极-发射极导通电压之和时,TVS管TVS1反向击穿,第一三极管Q4导通,锂电池正极BAT+电压经由开关单元输出给负载。由于本发明所采用的输出短路保护电路无需外部电源和控制接口,可直接接入锂电池输出口工作,因此具有较强的独立性,在没有发生负载端短路时,可实现电路正常输出功能,在发生负载端短路时,则作为短路保护电路使用。
在所述电容C1两端的电压低于电压Ven或电路输出端短路时,所述TVS管TVS1不发生反向击穿,第一三极管Q4截止,第二三极管Q2和第三三极管Q3导通,MOS管Q1关断,电路短路保护并关断输出。电压Ven指的是TVS管TVS1反向击穿电压和第一三极管Q4的基极-发射极导通电压之和。
在短路未消除时,所述电容C1的电压由稳压二极管D1、负载正极LOAD+、负载负极LOAD-回路钳位在预设电压下,使TVS二极管不发生反向击穿,保证电路输出端维持关断状态。
在电路输出端短路一直存在时,锂电池正极BAT+通过第三电阻R3和稳压二极管D1向负载正极LOAD+放电,使得电容C1两端的电压始终接近于0V,即保持开关单元处于关断状态;一旦短路消除,则锂电池正极BAT+通过第三电阻R3向电容C1充电,一段时间后,当电容C1两端电压大于TVS管TVS1反向击穿电压和第一三极管Q4的基极-发射极导通电压之和时,第一三极管Q4导通,电路正常输出,从而实现了电路缓起,避免了短路未解除而尝试恢复输出时电流冲击大的情况。
所述电容C1、第三电阻R3的参数均可调,以配置不同的电路延迟输出时间。由第三电阻R3和电容C1组成RC延时电路,通过更改不同参数的电阻和电容C1值,配置所需的电路延迟输出的时间,提高整体电路的适用性。
RC延时电路的作用在于增加短路消除到再次恢复的时间,延长短路消除后的恢复时间,有利于实现缓起,减小对电池和设备冲击。
所述MOS管Q1的电流参数可调,以适应不同额定输出电流的锂电池。所述TVS管TVS1的反向击穿电压可调,以配置不同的电路使能电压。所述三极管的耐压参数可调,以适应不同额定电压规格的电池。通过对部分电路元器件参数的调整,可提高整体电路的适用性,使其涵盖更广的电池电压范围。
具体地,所述TVS管TVS1的作用是设置电路输出使能的阈值电压。所述TVS管TVS1的反向击穿电压应小于电池电压(一般设置为电池电压的2/3),正常情况下,电池通过第三电阻R3对电容C1充电,电容C1两端的电压上升到大于Ven(TVS1反向击穿电压与第一三极管Q4的基极-集电极电压之和)时,第一三极管Q4导通,第二三极管Q2和第三三极管Q3截止,MOS管Q1导通,电路正常输出;当电池电压低于Ven或输出短路时,都导致TVS管TVS1不会发生反向击穿,从而第一三极管Q4截止,第二三极管Q2和第三三极管Q3导通,此时MOS管Q1关断,电路保护并关断输出。
具体地,通过稳压二极管D1实现短路消除检测功能,通过第三电阻R3和电容C1组成的RC延时电路实现短路消除后缓起功能。当输出端的负载正极LOAD+和负极之间发生短路时,电容C1上的电荷会通过稳压二极管D1、负载正极LOAD+和负载负极LOAD-进行快速释放,实现保护;在短路未消除时,电容C1的电压会被稳压二极管D1、负载正极LOAD+和负载负极LOAD-回路一直钳位在1V以下,此时TVS管TVS1未发生击穿,第一三极管Q4截止,第二三极管Q2和第三三极管Q3导通,MOS管Q1截止,输出一直维持在关断状态。当短路消除后,电容C1不再通过稳压二极管D1放电,而是通过第三电阻R3充电,一段时间后,当电容C1电压大于Ven时,第一三极管Q4导通,第二三极管Q2和第三三极管Q3截止,MOS管Q1导通,电路正常输出。
在一个具体的实施例中,电池满电电压为58V,亏电电压为45V,根据此电池规格以适配的TVS管TVS1的反向击穿电压为40V。
在正常状态下,锂电池正极BAT+和锂电池负极BAT-两端的电压大于45V,锂电池正极BAT+通过第三电阻R3给电容C1充电,当电容C1两端电压大于TVS管TVS1和第一三极管Q4的基极-发射极导通电压时,第一三极管Q4的集电极和发射极导通,使得第二三极管Q2的集电极和发射极关断,从而使得第三三极管Q3的集电极和发射极关断。此时由于第一分压电阻R4和第二分压电阻R5的分压作用,使得MOS管Q1的栅极和漏极压差大于其导通阈值电压,使得MOS管Q1的漏极和源极导通,完成电路的正常输出功能。
当锂电池输出端发生短路时,即负载正极LOAD+和负载负极LOAD-的两端短路,负载正极LOAD+和负载负极LOAD-两端的电压会迅速下降到40V以下,第一三极管Q4的集电极和发射极关断,锂电池正极BAT+的电压经第一电阻R1驱动第二三极管Q2的集电极和发射极导通,使得第三三极管Q3的集电极和发射极导通,迅速将MOS管Q1的栅极和漏极电压释放到接近于0V,使得MOS管Q1关断,从而切断锂电池输出,整个保护过程可控制在10us以内,极大的减小了因短路对负载和电池造成的伤害。
此时,若负载两端的短路一直存在,则负载正极LOAD+的电压为0V,同时锂电池正极BAT+会通过第三电阻R3和稳压二极管D1向负载正极LOAD+放电,使得电容C1两端的电压始终接近于0V,则输出短路检测单元DU会一直使开关单元SU处于关断状态;一旦负载端短路消除,输出短路检测单元DU经过RC延时电路缓起后,将控制MOS管Q1导通,恢复输出。
根据本发明说明书的一方面,还提供一种电池管理系统,具有所述的锂电池输出短路保护电路。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (10)

1.一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,包括输出短路检测单元和开关单元,其中,
所述输出短路检测单元包括:第一三极管、第二三极管、第三三极管、TVS管、稳压二极管、电容和若干电阻;
所述第一三极管的发射极、第二三极管的发射极和电容的一端共接于锂电池负极;所述第一三极管的集电极、第二三极管的基极均通过电阻共接于锂电池正极;所述第三三极管的发射极连接于锂电池正极;所述TVS管的阴极、稳压二极管的阳极和电容的另一端共接且通过电阻连接于锂电池正极;所述稳压二极管的阴极与负载正极连接;
所述第一三极管的基极与TVS管的阳极连接,集电极与第二三极管的基极连接;所述第二三极管的集电极通过电阻与第三三极管的基极连接;所述第三三极管的集电极与开关单元连接;
所述开关单元包括MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻;
所述MOS管的漏极与第三三极管的集电极、第一分压电阻、第二分压电阻连接,栅极与第三三极管的发射极和第一分压电阻连接,源极与稳压二极管的阴极和负载正极连接;所述第二分压电阻的另一端连接于负载负极。
2.根据权利要求1所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,所述第一三极管的集电极、第二三极管的基极均通过第一电阻共接于锂电池正极;所述TVS管的阴极、稳压二极管的阳极和电容的另一端共接且通过第三电阻连接于锂电池正极。
3.根据权利要求1所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,所述第二三极管的集电极通过第二电阻与第三三极管的基极连接。
4.根据权利要求2所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,所述电容、第三电阻的参数均可调,以配置不同的电路延迟输出时间。
5.根据权利要求2所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,锂电池通过第三电阻对电容充电,在所述电容两端的电压上升到大于电压Ven时,第一三极管导通,第二三极管和第三三极管截止,MOS管导通,电路正常输出。
6.根据权利要求5所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,在所述电容两端的电压低于电压Ven或电路输出端短路时,所述TVS管不发生反向击穿,第一三极管截止,第二三极管和第三三极管导通,MOS管关断,电路短路保护并关断输出。
7.根据权利要求6所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,在短路未消除时,所述电容的电压由稳压二极管、负载正极、负载负极回路钳位在预设电压下,使TVS二极管不发生反向击穿,保证电路输出端维持关断状态。
8.根据权利要求1所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,MOS管的电流参数可调,以适应不同额定输出电流的锂电池。
9.根据权利要求1所述一种锂电池输出短路保护电路,其特征在于,所述TVS管的反向击穿电压可调,以配置不同的电路使能电压。
10.一种电池管理系统,其特征在于,具有权利要求1-9任一项所述的锂电池输出短路保护电路。
CN202210455010.9A 2022-04-28 2022-04-28 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统 Active CN114566950B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210455010.9A CN114566950B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210455010.9A CN114566950B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114566950A true CN114566950A (zh) 2022-05-31
CN114566950B CN114566950B (zh) 2022-08-19

Family

ID=81721477

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210455010.9A Active CN114566950B (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114566950B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108377144A (zh) * 2018-01-26 2018-08-07 江苏银河同智新能源科技有限公司 多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201966576U (zh) * 2010-08-31 2011-09-07 深圳拓邦股份有限公司 负载短路保护电路
US20120075760A1 (en) * 2010-04-02 2012-03-29 Thales Protection of an electronic equipment
CN105515094A (zh) * 2015-12-04 2016-04-20 合肥工业大学 一种电池管理系统充电唤醒电路
CN206524663U (zh) * 2017-03-17 2017-09-26 四川中蓉科技有限公司 一种bms用充电切换保护电路
CN208062841U (zh) * 2018-03-29 2018-11-06 广州谐同电子科技有限公司 一种带短路保护的充电器电路
CN109684165A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 惠州Tcl移动通信有限公司 移动终端及其电流辐射的控制方法、计算机存储介质
CN211046468U (zh) * 2019-12-12 2020-07-17 东莞市嘉佰达电子科技有限公司 一种锂电池短路保护电路
CN112165176A (zh) * 2020-10-14 2021-01-01 武汉中岩科技股份有限公司 一种双向三级储能供电模块

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120075760A1 (en) * 2010-04-02 2012-03-29 Thales Protection of an electronic equipment
CN201966576U (zh) * 2010-08-31 2011-09-07 深圳拓邦股份有限公司 负载短路保护电路
CN105515094A (zh) * 2015-12-04 2016-04-20 合肥工业大学 一种电池管理系统充电唤醒电路
US20170163064A1 (en) * 2015-12-04 2017-06-08 Hefei University Of Technology Charge Wake-up Circuit for a Battery Management System (BMS)
CN206524663U (zh) * 2017-03-17 2017-09-26 四川中蓉科技有限公司 一种bms用充电切换保护电路
CN208062841U (zh) * 2018-03-29 2018-11-06 广州谐同电子科技有限公司 一种带短路保护的充电器电路
CN109684165A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 惠州Tcl移动通信有限公司 移动终端及其电流辐射的控制方法、计算机存储介质
CN211046468U (zh) * 2019-12-12 2020-07-17 东莞市嘉佰达电子科技有限公司 一种锂电池短路保护电路
CN112165176A (zh) * 2020-10-14 2021-01-01 武汉中岩科技股份有限公司 一种双向三级储能供电模块

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王亮亮等: "基于多等级动态栅电阻的IGBT过电压抑制策略", 《电子设计工程》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108377144A (zh) * 2018-01-26 2018-08-07 江苏银河同智新能源科技有限公司 多功能延时导通装置及具有其的延迟电路和电池预充系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114566950B (zh) 2022-08-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110635792B (zh) 一种基于短路电流抑制的SiC MOSFET短路保护电路及方法
CN102315632B (zh) 抑制igbt过电流的驱动电路
CN102013802B (zh) 一种具有短路保护功能的boost电路
KR102649721B1 (ko) 배터리 보호 회로 및 리튬 배터리 시스템
CN114566950B (zh) 一种锂电池输出短路保护电路及具有其的电池管理系统
CN114977093A (zh) 一种宇航用高压母线供配电系统过欠压保护电路
CN202333786U (zh) 抑制igbt过电流的驱动电路
CN113885636A (zh) 一种输入电压范围可调保护电路
CN111740387A (zh) 短路保护电路及电机控制器
CN115483818A (zh) 一种模块过压保护电路
CN109980600A (zh) 一种tr组件供电的负偏压保护电路
CN214337789U (zh) 一种具有短路和过载保护功能的直流低边驱动开关电路
CN220896320U (zh) 开关器件的驱动保护电路
CN216489723U (zh) 一种应用于固态断路器的保护电路及固态断路器设备
CN219831675U (zh) 一种通风控制电路
CN214176899U (zh) 一种过流保护电路
CN217956683U (zh) 电源保护电路和包括该电路的车载电子设备
CN213521277U (zh) 一种dc/dc模块电源输入过压、过流保护电路
CN217903997U (zh) 锁存保护电路以及电源电路
CN217445249U (zh) 电源保护电路及电子设备
CN215452496U (zh) 加热系统的短路保护电路和加热系统
CN212231090U (zh) 一种泄放过压尖峰的浪涌抑制电路
CN212908986U (zh) 短路保护电路及电机控制器
CN214045014U (zh) 电压保护电路及电源输入设备
CN220525956U (zh) 固态断路器故障检测装置和包含其的固态断路器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant