CN205355895U - 电池保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池保护电路，包括：电芯、控制模块和输入输出端口；控制模块分别与电芯和输入输出端口连接；控制模块包括第一控制芯片、第一开关模块、第二控制芯片、第二开关模块和电流侦测电阻；第一开关模块、第二开关模块和电流侦测电阻依次串接在输入输出端口与电芯之间的回路中；第一控制芯片分别与电流侦测电阻的两端连接，且与第一开关模块连接；第二控制芯片分别与电流侦测电阻和第二开关模块串联后形成的电路的两端连接，且与第二开关模块连接。采用本实用新型的技术方案，能够支持快充大电流需求并能满足UL2054过充和LPS认证要求，能够减少电池保护回路中的发热电器元件的使用量，节省了成本，并提高了电池保护电路的可靠性。

Description

电池保护电路

技术领域

本实用新型涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种电池保护电路。

背景技术

随着各类电子产品对电源的需求，促使了电池行业的迅速发展。由此，市场上衍生出各种各样的电池，出于安全的考虑，通常电池都会配置电池保护电路，不同厂家电池保护电路的形式不一，为了规范市场，电池需要通过UL2054安规认证标准，当主机端的外壳或电池的外壳达不到UL94-V1及以上防火等级的时候，电池还需要通过有限功率源(LimitedPowerSources，LPS)认证。

现有技术中，常规的二次保护元件在满足到大电流的条件时，则可能有无法满足到UL2054安规认证和LPS认证的测试条件；或者二次保护元件满足到UL2054安规认证和LPS认证的测试条件，但可能又无法满足到持续大电流的需求。为了同时满足大电流和UL2054安规认证标准和LPS认证，通常采用两段式保护电路对电池进行保护，在各段保护电路中均串联一个电流侦测电阻，当其中一段保护电路短路后，通过另一段保护电路的电流侦测电阻对整个回路的电流进行采集，并得到相应的电压，控制该段保护电路中开关的断开或闭合，从而对电池进行保护。

但是，现有技术中，各段保护电路均串联一个电流侦测电阻，导致整个电池保护回路的电器元件较多，占用印刷电路板(PrintedCircuitBoard，PCB)的空间较大，且产生的热量较多，使PCB的温升较高，易造成PCB损坏，增加了电池保护电路的成本，并降低了电池保护电路的可靠性。

实用新型内容

本实用新型提供一种电池保护电路，能够减少电池保护电路中发热电器元件的数量，从而减小占用PCB的有限空间，减小发热量，降低保护电路的内阻，节省了电池保护电路的成本，提高了电池保护电路的可靠性。

本实用新型提供一种电池保护电路，包括：电芯、控制模块和输入输出端口，所述控制模块分别与所述电芯和所述输入输出端口连接，其特征在于，所述控制模块包括第一控制芯片、第一开关模块、第二控制芯片、第二开关模块和电流侦测电阻；

所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述电流侦测电阻依次串接在所述输入输出端口与所述电芯之间的回路中；

所述第一控制芯片分别与所述电流侦测电阻的两端连接，且所述第一控制芯片还与所述第一开关模块连接；

所述第二控制芯片分别与所述电流侦测电阻和所述第二开关模块串联后形成的电路的两端连接，且所述第二控制芯片还与所述第二开关模块连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述控制模块还包括第一电容器，所述第一电容器与所述电流侦测电阻并联，且所述第一电容器的两端分别与所述第一控制芯片连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述第一开关模块包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管和所述第二MOS管串接，所述第二MOS管与所述第二开关模块串接；

所述第一MOS管和所述第二MOS管分别与所述第一控制芯片连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述第二开关模块包括第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管串接，所述第二MOS管与所述第三MOS管串接；

所述第三MOS管和所述第四MOS管分别与所述第二控制芯片连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述控制模块还包括第一电阻和第二电容器；

所述第一电阻与所述第二电容器串联后形成的电路的一端与所述电芯的正极连接，所述第一电阻与所述第二电容器串联后形成的电路的另一端与所述电芯的负极连接，且所述第二电容器的两端还分别与所述第一控制芯片连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述控制模块还包括第二电阻和第三电容器；

所述第一控制芯片与所述第二电阻的一端连接，所述第一开关模块靠近所述输入/输出端口的一端与所述第二电阻的另一端连接；

所述第三电容器分别与所述第一开关模块的两端连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述电池保护电路还包括第六电容器，所述第六电容器的一端与所述输入输出端口的正极连接，所述第六电容器的另一端与所述输入输出端口的负极连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述控制模块还包括第三电阻和第四电容器；

所述第三电阻与所述第四电容器串联后形成的电路的一端与所述电芯的正极连接，所述第三电阻与所述第四电容器串联后形成的电路的另一端与所述电芯的负极连接，且所述第四电容器的两端还分别与所述第二控制芯片连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述控制模块还包括第四电阻和第五电容器；

所述第二控制芯片与所述第四电阻的一端连接，所述第二开关模块和所述第一开关模块串接的一端与所述第四电阻的另一端连接；

所述第五电容器分别与所述第二开关模块的两端连接。

进一步地，上述所述的电池保护电路中，所述电池保护电路还包括第六电容器，所述第六电容器的一端与所述输入输出端口的正极连接，所述第六电容器的另一端与所述输入输出端口的负极连接。

本实用新型电池保护电路，通过带有电流侦测电阻的第一控制芯片和不带电流侦测电阻的第二控制芯片，控制对应开关模块的断开或闭合，实现了对充放电回路的控制，且能够满足到UL2054安规认证和LPS认证。采用本实用新型的技术方案，能够减少电池保护回路中的发热电器元件的使用量，更有效的利用PCB的空间，且产生的热量相对较少，避免了PCB温升较高，而损坏，节省了成本，并提高了电池保护电路的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中电池保护电路实施例的电路图；

图2为本实用新型电池保护电路实施例一的电路图；

图3为本实用新型电池保护电路实施例二的电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为现有技术中电池保护电路实施例的电路图，如图1所示，该电池保护电路包括第一控制模块和第二控制模块，第一控制模块包括第一控制芯片U1、电流侦测电阻R1、电容器C1和开关模块Q1，第二控制模块包括第二控制芯片U2、电流侦测电阻R2、电容器C1和开关模块Q2。其中电容器C1与电流侦测电阻R并联后形成的电路的两端分别与控制芯片U1连接，控制芯片U1与开关模块Q1连接。同理第二控制模块中各电器元件的连接方式与第一电源模块中各电器元件的连接方式相同，在此不再赘述。

例如，在UL2054安规认证标准和LPS认证过程中，开关模块Q1被短路后，第二控制模块仍能正常工作，同理，第二开关模块Q2被短路后，第一控制模块仍能正常工作。

应当理解的是，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二等描述控制模块，但这些控制模块不应限于这些术语，这些术语仅用来将控制模块彼此区分开。例如在不脱离本实用新型实施例范围的情况下，第一控制模块也可以被称为第二控制模块，同理第二控制模块也可以被称为第一控制模块。

但是，由于各控制芯片对应一个电流侦测电阻和电容器，使整个保护回路的电器元件较多，占用PCB的空间较大，且产生的热量较多，使电路板的温升较高，易造成电路板损坏，增加了电池保护电路的成本，并降低了电池保护电路的可靠性。

鉴于上述问题，本实用新型提供了以下技术方案。

图2为本实用新型电池保护电路实施例一的电路图，如图2所示，本实施例的电池保护电路包括电芯Cell、控制模块和输入输出端口(Px)，控制模块分别与电芯Cell和输入输出端口(Px)连接。具体地，控制模块可以包括第一控制芯片U1、第一开关模块Q1、第二控制芯片U2、第二开关模块Q2和电流侦测电阻R。其中，第一开关模块Q1、第二开关模块Q2和电流侦测电阻R依次串接在输入输出端口(Px)与电芯Cell之间的回路中。

如图2所示，本实施例中，具体以第一开关模块Q1、第二开关模块Q2和电流侦测电阻R依次串接在输入输出端口(Px)的负极与电芯Cell的负极之间的回路中为例对本实用新型的技术方案进行说明。如图2所示，第一开关模块Q1的一端与输入输出端口(Px)的负极连接，电流侦测电阻R的一端与电芯Cell的负极连接，从而形成完整的回路。

将第一控制芯片U1分别与电流侦测电阻R的两端连接，且第一控制芯片U1还与第一开关模块Q1连接。例如，如图2所示，可以将第一控制芯片的接地引脚VSS与电流侦测电阻R的一端连接，第一控制芯片的过流侦测电压侦测引脚CS与电流侦测电阻R的另一端连接。具体地，当电芯Cell进行放电或者充电时，回路的电流会经过串联在输入输出端口(Px)的负极与电芯Cell负极之间的电流侦测电阻R，以及第一开关模块Q1和第二开关模块Q2；并在电流侦测电阻R两端形成电压差，第一控制芯片U1将根据侦测到电流侦测电阻R两端的电压值控制第一开关模块Q1的断开或闭合，从而有效的保护电池。

同理，由于第二控制芯片U2分别与电流侦测电阻R和第二开关模块Q2串联后形成的电路的两端连接，且第二控制芯片U2还与第二开关模块Q2连接，例如，如图2所示，第二控制芯片U2中的接地引脚VSS与电流侦测电阻R的一端连接，第二控制芯片U2中的V-引脚与第二开关模块Q2连接，因此第二控制芯片U2能够根据侦测到电流侦测电阻R与第二开关模块Q2串联的电路两端的电压值，对第二开关模块Q2进行控制。

本实施例的电池保护电路，在UL2054安规认证和LPS认证过程中，第一控制芯片U1、第一开关模块Q1以及电流侦测电阻R中任一电器元件被模拟单一故障后，由于第二控制芯片U2分别接在电流侦测电阻R和第二开关模块Q2串联后形成的电路的两端，第二控制芯片U2仍能侦测电芯的电压或第二开关模块Q2两端的电压，从而对整个回路进行保护。同理，第二控制芯片U2和第二开关模块Q2中任一电器元件被模拟单一故障后，第一控制芯片U1仍能侦测电芯的电压或电流侦测电阻R两端的电压对整个回路进行保护。

本实施例的电池保护电路，通过带有电流侦测电阻的第一控制芯片和不带电流侦测电阻的第二控制芯片，控制对应开关模块的断开或闭合，实现了对充放电回路的控制，且能够满足到UL2054安规认证和LPS认证。采用本实施例的技术方案，能够减少电池保护回路中的发热电器元件的使用量，更有效的利用PCB的空间，且产生的热量相对较少，避免了PCB温升较高，而损坏，节省了成本，并提高了电池保护电路的可靠性。

在上述所述方案的基础上，为了使各控制芯片能够得到精确的电压，本实施例的控制模块还包括第一电容器C1，第一电容器C1与电流侦测电阻R并联，且第一电容器C1的两端分别与第一控制芯片U1连接，即可以将第一电容器C1的两端分别与第一控制芯片U1中的接地引脚VSS引脚和过流侦测电压侦测引脚CS连接。由第一电容器C1对电流侦测电阻R侦测的电压进行滤波，从而得到较精确地电压。

由于第二控制芯片U2与电流侦测电阻R之间不是直接连接，相当于第二控制芯片U2不带电流侦测电阻R，第二控制芯片U2与电流侦测电阻R之间不再并联电容器，从而相应的减少了电容器的使用，进一步减少电池保护回路中的电器元件的使用量，节省PCB的空间，节省了成本。

如图2所示，本实施例的电池保护电路，在上述所述方案的基础上，第一开关模块Q1可以包括第一MOS管和第二MOS管，第一MOS管和第二MOS管串接，第二MOS管与第二开关模块Q2串接；第一MOS管与第一控制芯片U1充电引脚CO连接，第二MOS管与第一控制芯片U1放电引脚DO连接。第二开关模块Q2包括第三MOS管和第四MOS管，第三MOS管和第四MOS管串接，第二MOS管与第三MOS管串接；第三MOS管与第二控制芯片U2充电引脚CO连接，第四MOS管与第二控制芯片U2中的放电引脚DO连接。具体的，各MOS管为NMOS管。第一MOS管记为MOS1、第二MOS管记为MOS2、第三MOS管记为MOS3、第四MOS管记为MOS4。

第一控制芯片U1和第二控制芯片U2在工作时需要电源供电，因此在上述所述方案的基础上，本实施例的电池保护电路，可以将芯片对应的功能引脚分别与整个电路中对应的正负极连接，但不同的芯片工作电压不同，为了保护芯片正常工作，且不被损坏，需要在对应的回路中设置限流电阻等电器元件。

具体地，本实施例的电池保护电路中，控制模块还包括第一电阻R1和第二电容器C2；第一电阻R1与第二电容器C2串联后形成的电路的一端与电芯Cell的正极连接，第一电阻R1与第二电容器C2串联后形成的电路的另一端与电芯Cell的负极连接，且第二电容器C2的两端还分别与第一控制芯片U1连接。

如图2所示，具体可以将第一电阻R1的一端与电芯Cell正极连接，另一端与第二电容器C2的一端串联并与第一控制芯片U1对应的一个功能引脚连接，如第一控制芯片U1中电压输入引脚VDD，第二电容器C2的另一端与电芯Cell的负极连接，并与第一控制芯片U1对应的的另一功能引脚连接，如第一控制芯片U1中的接地引脚VSS。这样可以使第一控制芯片U1得电工作，同时，第一控制芯片U1还可以侦测到电芯Cell的电压值，并通过侦测电芯Cell电压值来控制第一开关模块Q1的断开或闭合，控制回路通断，对电路进行保护。

进一步地，如图2所示，本实施例的电池保护电路中，控制模块还包括第二电阻R2和第三电容器C3，第一控制芯片U1中的V-引脚与第二电阻R2的一端连接，第一开关模块Q1靠近输入/输出端口P的一端与第二电阻R2的另一端连接。本实施例中，可以将输入/输出端口P的负极与第二电阻R2的另一端连接，这样，第一控制芯片U1还可以监测到回路中开关模块Q1的电压，以控制第一开关模块Q1的断开或闭合，进而控制回路通断，对电路进行保护。为了防止各第一开关模块Q1产生静电，可以将第三电容器C3分别与第一开关模块Q1的两端连接。

对应的，可以采取相同的电器元件，并采用相同的连接方式，与第二控制芯片U2进行连接。具体地，本实施例的电池保护电路中，控制模块还包括第三电阻R3、第四电容器C4、第四电阻R4和第五电容器C5；第三电阻R3与第四电容器C4串联后形成的电路的一端与电芯Cell的正极连接，第三电阻R3与第四电容器C4串联后形成的电路的另一端与电芯Cell的负极连接，且第四电容器C4的两端还分别与第二控制芯片U2对应的功能引脚连接，第二控制芯片U2也可以侦测到电芯Cell的电压值，并通过侦测电芯Cell电压值来控制第二开关模块Q2的断开或闭合，进而控制回路通断，对电路进行保护。第二控制芯片U2与第四电阻R4的一端连接，第二开关模块Q2和第一开关模块Q1串接的一端与第四电阻R4的另一端连接，从而第二控制芯片U2可以监测到第二开关模块Q2的电压值，以控制第二开关模块Q2的断开或闭合，进而控制回路通断，对电路进行保护；第五电容器C5与第二开关模块Q2的两端连接。

为了防止电池保护电路产生静电，本实施例的电池保护电路还包括第六电容器C6，第六电容器C6的一端与输入输出端口的正极连接，第六电容器C6的另一端与输入输出端口(Px)的负极连接。

本实施例的电池保护电路中，由于电流侦测电阻R与第二开关模块Q2中的MOS管串联连接，所以在选取MOS管时，可以选择较小电阻的MOS管，这样也就会相应的减小保护电路的阻抗，减少电芯Cell充电或者放电过程中的容量损耗。

如图1现有技术中电池保护电路中的两段保护，第一控制芯片需要选用‘0V’充电允许的控制芯片，否则当第二控制芯片处于放电过流或放电欠压保护状态后，第一控制芯片可能会因为侦测不到电芯的电压而默认进入欠压保护，并且因为‘0V’充电禁止功能的作用而导致电池无法再充电。

而图2中的保护电路则可以不需要特别要求第一控制芯片U1的‘0V’充电功能，即可以是0V充电‘禁止’，也可是0V充电‘允许’。在第二控制芯片U2处于放电过流或放电欠压保护状态后，第一控制芯片U1仍能侦测到电芯的电压。

图3为本实用新型电池保护电路实施例二的电路图，如图3所示，本实施例的电池保护电路具体将第一开关模块Q1、第二开关模块Q2和电流侦测电阻R依次串接在输入输出端口(Px)的正极与电芯Cell的正极之间的回路中，其对电池保护的实现机制与图2所示实施例的实现机制相同，详细请参考上述相关记载，在此不再赘述。

需要说明的是，本实施例由于与图2所示实施例中第一开关模块Q1、第二开关模块Q2和电流侦测电阻R的设置位置不同，所以本实施例的第一控制芯片U1和第二控制芯片U2的型号与图2所示实施例中对应的控制芯片种类不同，可以根据实际情况，选取合适的控制芯片，并将各电气元件与对应的控制芯片上的引脚连接。其中图3中的XX引脚和YY引脚表示该类型的控制芯片中能够完成侦测功能的引脚，本实施例中不做具体限制。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电池保护电路，包括：电芯、控制模块和输入输出端口，所述控制模块分别与所述电芯和所述输入输出端口连接，其特征在于，所述控制模块包括第一控制芯片、第一开关模块、第二控制芯片、第二开关模块和电流侦测电阻；

所述第一开关模块、所述第二开关模块和所述电流侦测电阻依次串接在所述输入输出端口与所述电芯之间的回路中；

所述第一控制芯片分别与所述电流侦测电阻的两端连接，且所述第一控制芯片还与所述第一开关模块连接；

所述第二控制芯片分别与所述电流侦测电阻和所述第二开关模块串联后形成的电路的两端连接，且所述第二控制芯片还与所述第二开关模块连接。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制模块还包括第一电容器，所述第一电容器与所述电流侦测电阻并联，且所述第一电容器的两端分别与所述第一控制芯片连接。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关模块包括第一MOS管和第二MOS管，所述第一MOS管和所述第二MOS管串接，所述第二MOS管与所述第二开关模块串接；

所述第一MOS管和所述第二MOS管分别与所述第一控制芯片连接。

4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述第二开关模块包括第三MOS管和第四MOS管，所述第三MOS管和所述第四MOS管串接，所述第二MOS管与所述第三MOS管串接；

所述第三MOS管和所述第四MOS管分别与所述第二控制芯片连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制模块还包括第一电阻和第二电容器；

所述第一电阻与所述第二电容器串联后形成的电路的一端与所述电芯的正极连接，所述第一电阻与所述第二电容器串联后形成的电路的另一端与所述电芯的负极连接，且所述第二电容器的两端还分别与所述第一控制芯片连接。

6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制模块还包括第二电阻和第三电容器；

所述第一控制芯片与所述第二电阻的一端连接，所述第一开关模块靠近所述输入/输出端口的一端与所述第二电阻的另一端连接；

所述第三电容器分别与所述第一开关模块的两端连接。

7.根据权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路还包括第六电容器，所述第六电容器的一端与所述输入输出端口的正极连接，所述第六电容器的另一端与所述输入输出端口的负极连接。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制模块还包括第三电阻和第四电容器；

所述第三电阻与所述第四电容器串联后形成的电路的一端与所述电芯的正极连接，所述第三电阻与所述第四电容器串联后形成的电路的另一端与所述电芯的负极连接，且所述第四电容器的两端还分别与所述第二控制芯片连接。

9.根据权利要求8所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制模块还包括第四电阻和第五电容器；

所述第二控制芯片与所述第四电阻的一端连接，所述第二开关模块和所述第一开关模块串接的一端与所述第四电阻的另一端连接；

所述第五电容器分别与所述第二开关模块的两端连接。

10.根据权利要求9所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路还包括第六电容器，所述第六电容器的一端与所述输入输出端口的正极连接，所述第六电容器的另一端与所述输入输出端口的负极连接。