CN207652030U

CN207652030U - 电池保护系统

Info

Publication number: CN207652030U
Application number: CN201721784602.6U
Authority: CN
Inventors: 黄文进
Original assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Current assignee: Positec Power Tools Suzhou Co Ltd
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2018-07-24
Anticipated expiration: 2027-12-19

Abstract

本实用新型涉及电池保护系统，至少包括串联连接的第一电池和第二电池，所述第一电池的正极连接所述第二电池的负极，所述系统还包括：热敏电阻，设置在第二电池附近，所述热敏电阻的第一端连接所述第一电池的正极；第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述热敏电阻的第二端；运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述第一电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端连接所述第一电阻的第二端以及第一参考信号。根据本实用新型实施例的电池保护系统能够实现准确检测高压电池包的温度，保护串联电池。

Description

电池保护系统

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种电池保护系统。

背景技术

NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)热敏电阻作为温度检测传感器，在确保电池正常及安全使用方面起到了非常重要的作用。在使用串联电池供电的情况下，高压电池包(简称高压包)的NTC的地是浮在低压电池包(简称低压包)的正极上，采集高压包的NTC的温度信息并根据温度信息生成的电压信号随着低压包正极电压的波动而波动，导致无法准确获得高压包的NTC的温度信息。

实用新型内容

技术问题

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是，如何准确检测高压包的温度信息。

解决方案

为了解决上述技术问题，根据本实用新型的一实施例，提供了一种电池保护系统，至少包括串联连接的第一电池和第二电池，所述第一电池的正极连接所述第二电池的负极，所述系统还包括：

热敏电阻，所述热敏电阻设置在第二电池附近，所述热敏电阻的第一端连接所述第一电池的正极；

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述热敏电阻的第二端；

运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述第一电阻的第一端，所述运算放大器的第二输入端连接所述第一电阻的第二端以及第一参考信号。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：

稳压单元，所述稳压单元的第一输入端连接控制单元的驱动电源端，第二输入端连接第一电池的正极，输出端连接所述运算放大器的第二输入端，所述稳压单元用以给所述运算放大器提供第二参考信号。

控制单元，所述控制单元的第一端连接所述运算放大器的输出端，第二端接地；

所述控制单元通过控制单元的第一端接收所述运算放大器的输出端提供的运算结果，在所述运算结果超过预设的阈值的时，控制单元生成控制指令经由控制单元的输出端输出，所述控制指令用于断开第一电池和第二电池与负载之间的连接。

开关单元，所述开关单元串联连接在第一电池、第二电池和负载所在的回路中，所述开关单元的控制端连接所述控制单元的输出端，根据控制指令闭合或断开。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述热敏电阻为NTC热敏电阻。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述稳压单元为低压差线性稳压器LDO。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述第一参考信号和所述第二参考信号介于5V～20V。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述运算放大器的运算系数为0.5～50。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述运算放大器为差分比较电路。

对于上述电池保护系统，在一种可能的实现方式中，所述控制单元(Ctrl)为微控制单元MCU。

有益效果

通过采样第一电阻与热敏电阻串联连接端的电信号输入运算放大器的第一输入端，第一参考信号输入运算放大器的第二输入端，通过运算放大器进行运算获得运算结果，根据运算放大器的运算结果可以推算出热敏电阻的值，进一步可以确定第二电池的温度，从而实现对热敏电阻(第二电池)温度的检测。根据本实用新型实施例的电池保护系统能够实现准确检测热敏电阻(第二电池，第三电池等)的温度，保护串联电池。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本实用新型的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本实用新型的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本实用新型的原理。

图1示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构示意图。

图2示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构示意图。

图3示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本实用新型的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本实用新型，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本实用新型同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本实用新型的主旨。

图1示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构示意图，所述系统可以应用于各类直流电动工具中，如割草机、打草机、吹风机等利用2个电池(电池包)串联连接或多个电池串联连接的场合。

如图1所示，该系统包括：

串联连接的第一电池BT1和第二电池BT2，所述第一电池BT1的正极连接所述第二电池BT2的负极。

热敏电阻R0，设置在第二电池BT2附近，所述热敏电阻R0的第一端连接所述第一电池BT1的正极。

第一电阻R1，所述第一电阻R1的第一端连接所述热敏电阻R0的第二端。

运算放大器(operational amplifier)，运算放大器的第一输入端V_oa-in1连接第一电阻R1的第一端，运算放大器的第二输入端V_oa-in2连接第一电阻R1的第二端以及第一参考信号。

运算放大器根据第一输入端V_oa-in1输入的热敏电阻采样的电信号和第二输入端V_oa-in2输入的第一参考信号进行运算处理得到运算结果(该运算结果通过运算放大器的输出端传输至控制单元)，根据运算结果可以推算热敏电阻的值，进一步可以确定第二电池的温度，从而实现对热敏电阻(第二电池)温度的检测。

根据本实用新型实施例的电池保护系统能够实现准确检测热敏电阻(第二电池)的温度，保护串联电池。

其中，第一电池BT1和第二电池BT2可以为电池包，两个电池包串联连接。第二电池BT2的负极连接第一电池BT1的正极，可将第二电池BT2视为高压包，第一电池BT1视为低压包。热敏电阻R0设置在第二电池BT2附近，可以感测第二电池BT2的温度变化，热敏电阻R0的阻值随着第二电池BT2的温度变化而变化，实现对第二电池BT2温度信息的采集。

其中，第一电阻R1的支路与热敏电阻R0的支路串联接形成串联支路，该串联支路的一端电性连接BT1的正极，另一端电性连接至运算放大器的第二输入端V_oa-in2(也可称作参考信号输入端)。第一电阻R1的支路与热敏电阻R0的支路电性连接点电性连接至运算放大器的第一输入端V_oa-in1(也可称作采样信号输入端)，参考信号输入端的电信号V3可以采用电源等设备提供恒定的第一参考信号Vref1，该第一参考信号可为电压信号，如：5V～20V中任一的电压信号，具体的视应用场合而定，本实施例可选5V或12V。采样信号输入端的电信号VT2’随着热敏电阻R0阻值的变化而变化。

运算放大器根据第一输入端和第二输入端输入的电压差(V3-VT2’)生成随热敏电阻R0的阻值变化而变化的电信号。该电信号通过运算放大器的输出端传输至控制单元。在有的实施例中结合运算放大器的运算系数，生成随热敏电阻R0的阻值变化而变化的电信号。

如图1所示，VT2’＝R0*V3/(R0+R1)，公式(1)

这样电压差随着热敏电阻R0的阻值的变化而变化，因此，运算放大器的运算生成的结果也随着VT2’端的电压而变化，根据运算放大器的运算结果可以获得热敏电阻的阻值，由此可以确定高压包的温度。本实施方案中电压VT2受电压V1(BT1的电压)浮动的影响较小，由此可以保证检测的第二电池BT2的温度受电压V1浮动的影响较小。因此，根据本实用新型的电池保护系统可以比较准确的获得第二电池的温度信息。

因此，根据本实用新型实施例的电池保护系统能够实现更准确检测高压包的温度，保护串联电池。

在一种可能的实施方式中，所述运算放大器的运算系数可以为0.5～50倍之间。本实用新型的实施方案中，系数可以选取为0.5。

需要说明的是，以上两个电池串联的方式仅仅是本实用新型的一个示例，本领域技术人员可以理解，还可以是三个以上电池串联(如，三个电池时，第一电池，第二电池，第三电池串联连接，这时将第一电池视为低压包，第二电池，第三电池视为高压包，这时将第二电池，第三电池分别配置运算放大器)的系统，根据本实用新型的电池保护系统可以准确的检测高压包的温度信息。

图2示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构示意图，如图2所示，所述系统还可以包括：

稳压单元RU(Regulator Unit)，稳压单元RU的第一输入端V_RU-in1连接控制单元Ctrl的驱动电源端，第二输入端V_RU-in2连接第一电池BT1的正极，输出端V_RU-out连接运算放大器的第二输入端V_oa-in2，稳压单元RU用以给所述运算放大器提供第二参考信号。

可选的，稳压单元RU可以为低压差线性稳压器LDO1，或者，DC-DC变换器等能输出恒定的电信号的稳压电路，本实用新型对此不作限定。运算放大器的参考信号输入端的电信号V3可以是由稳压单元RU根据第一输入端V_RU-in1或第二输入端V_RU-in2输入的电压生成的第二参考信号Vref2，第二参考信号Vref2可以是恒定的基准电压，以便给运算放大器的V_oa-in2端提供稳定的参考信号，该第二参考信号可为5V～20V中任一的电压信号，具体的视应用场合而定，本实施例可选5V或12V。

运算放大器的运作机理同图1描述，在此不再重复阐述。运算运算放大器的运算结果输出到控制单元，控制单元接受并处理该运算放大器的运算结果，获得热敏电阻的阻值，以及可以确定高压包的温度。需要说明的是，以上两个电池串联的方式仅仅是本实用新型的一个示例，本领域技术人员可以理解，还可以是三个以上电池串联(如，三个电池时，第一电池，第二电池，第三电池串联连接，这时将第一电池视为低压包，第二电池，第三电池视为高压包，这时将第二电池，第三电池分别配置运算放大器，运算放大器的动作同图1，在此不再重复阐述；每个电池包含有热敏电阻，高压包的热敏电阻的连接同图1，皆接到低压包或依次连接到与其连接的前一电池的正极端并作浮地配置，这时还配置相应的第一电阻)的系统，这时将高压包分别配置运算放大器。根据本实用新型的电池保护系统可以准确的检测高压包的温度信息。即差分电路利用2输入端接收的信号之差，生成一电信号；其中，一输入端接收的信号作为参考信号，另一输入端接收的信号随着温度或时间而变化的变量信号。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述系统还可包括：

控制单元Ctrl，所述控制单元Ctrl的第一端连接所述运算放大器的输出端V_oa-out，第二端接地GND。

所述控制单元Ctrl接收运算放大器的输出端V_oa-out提供的运算结果，在所述运算结果超过预设的阈值的情况下，控制单元Ctrl生成控制指令经由控制单元的输出端输出，所述控制指令用于断开第一电池和第二电池与负载之间连接。

在一种可能的实施方式中，所述控制单元Ctrl可为微控制单元MCU(Microcontroller Unit)。

举例来说，运算放大器根据第一输入端和第二输入端输入的信号差(电压差)输出运算结果给MCU，第二电池BT2的温度升高到一定值时，电信号V3与电信号VT2’的差值变大，电信号V3与电信号VT2’的差值超过一定的阈值，运算放大器的运算结果VT2可以随电信号V3与电信号VT2’的差值线性变化，在VT2超过预设的阈值的情况下，触发电池包的温度保护，控制单元Ctrl可以生成控制指令经由控制单元的输出端输出，控制断开第一电池BT1和第二电池BT2与负载M之间的连接，防止第二电池BT2的温度进一步升高。当第二电池BT2的温度降低(例如，通过冷却装置等对第二电池BT2进行降温处理)到一定值时，电信号V3与电信号VT2’的差值变小，电信号V3与电信号VT2’的差值小于一定的阈值，运算放大器的输出结果VT2可以随电信号V3与电信号VT2’的差值线性变化，在VT2小于预设的阈值的情况下，控制单元Ctrl可以生成另一控制指令经由控制单元的输出端输出，控制第一电池BT1和第二电池BT2与负载M之间恢复连接，使负载M正常工作。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述系统还可包括：

开关单元SW，所述开关单元SW串联连接在第一电池BT1、第二电池BT2和负载M所在的回路中，所述开关单元SW的控制端连接所述控制单元的输出端，根据所述控制指令闭合或断开。

举例来说，如图2所示，所述开关单元SW串联在负载M和第一电池BT1之间，根据控制单元Ctrl输出的控制指令闭合和断开，从而实现第一电池BT1和负载M的连接和断开。

在一种可能的实施方式中，所述开关单元SW可以为MOS管或者场效应晶体管，本实用新型对此不作限定。所述控制单元Ctrl和开关单元SW之间还可以设置有开关驱动单元，例如MOS驱动电路等。

在一种可能的实施方式中，所述热敏电阻R0为NTC热敏电阻，也可以是PTC(Positive Temperature Coefficient)热敏电阻。举例来说，所述热敏电阻R0为NTC热敏电阻时，热敏电阻R0的值随着第二电池BT2的温度的升高而降低，由此，电信号VT2’的值降低，电信号V3与电信号VT2’的差值变大，电信号V3与电信号VT2’的差值超过一定的阈值时，运算放大器的输出信号可以发生变化，由此可以检测第二电池BT2的温度信息。所述热敏电阻R0为PTC热敏电阻时，热敏电阻R0的值随着第二电池BT2的温度的升高而升高，由此，电信号VT2’的值升高，电信号V3与电信号VT2’的差值变小，电信号V3与电信号VT2’的差值小于一定的阈值时，运算放大器的输出信号可以发生变化，由此可以检测第二电池BT2的温度信息。

图3示出根据本实用新型一实施例电池保护系统的电路结构图，图3所示：

稳压单元RU为低压差线性稳压器LDO1。LDO1的第二输入端电性连接低压包BT1的正极端，输出端V_RU-out生成第二参考信号Vref2，第二参考信号Vref2不会随着第一电池BT1的正极电压V1的变化而变化,这样可提高检测的精度。

可选的，LDO1的第一输入端还可以通过一个或多个低压差线性稳压器连接微控制单元MCU，由微控制单元给LDO1供电。如图3所示的LDO2和LDO3。

如图3所示，运算放大器可以为差分比较电路，差分比较电路利用参考信号输入端(第二输入端)输入的第二参考信号与采样信号输入端(第一输入端)采样的信号输出运算结果给MCU。其实现的机理，当高压包BT2中温度变化时，热敏电阻R0的阻值发生变化变化，产生对应的VT2’，这对差分比较电路而言，其参考信号输入端的第二参考信号与采样信号输入端采样的信号的电压差(V3-VT2’)也相应的变化。这样差分比较电路根据第一输入端和第二输入端输入的信号差(电压差)输出运算结果给MCU，可以检测高压包的温度。

进一步的，该电压差(V3-VT2’)达到预设的阈值时，触发电池包的温度保护。

热敏电阻R0的支路和第一电阻R1的支路串连接组成的采样支路，用以对高压包(第二电池)BT2温度信息的采集。第二电池BT2的温度没有变化的情况下，热敏电阻R0的电阻值保持不变，若第二电池BT2的温度发生了变化，该热敏电阻R0的电阻值随着温度的变化而改变，这样采样信号输入端的电信号VT2’的值随着热敏电阻R0的电阻值的变化而变化。进一步的，电信号V3与电信号VT2’的差值随着热敏电阻R0的电阻值的变化而变化，差分比较电路根据参考信号输入端的电信号V3与采样信号输入端的电信号VT2’的差值生成的运算结果VT2也发生变化，MCU根据运算结果VT2的变化信息可以检测第二电池BT2的温度信息。

进一步的，若差分比较电路输出端的运算结果达到预设的值时，触发过温保护。

上述的实施方案，也就是说，所述差分比较电路的输出端的运算结果根据第二电池BT2的温度的变化而变化，电压VT2的值与第二电池BT2的温度相关，可以根据电压VT2的值确定NTC的电阻值，也就是第二电池BT2的温度值。

电压VT2的值与第二电池BT2的温度相关，且本实施方案中电压VT2受电压V1浮动的影响较小，由此可以保证检测的第二电池BT2的温度受电压V1浮动的影响较小。因此，根据本实用新型的电池保护系统可以比较准确的获得第二电池的温度信息。

以所述热敏电阻R0为NTC热敏电阻为例，差分比较电路的运算结果与电信号V3和电信号VT2’的差值成线性变化，当第二电池BT2的温度升高到一定值时，由以上分析可知，电信号V3与电信号VT2’的差值变大，电信号V3与电信号VT2’的差值超过一定的阈值，差分比较电路的运算结果VT2可以随电信号V3与电信号VT2’的差值线性变化，在VT2超过预设的阈值的情况下，MCU可以生成控制指令经由MCU的输出端输出给MOS驱动，由MOS驱动开关单元MOS管断开，这样可以断开第一电池BT1和第二电池BT2与负载M之间的连接，防止第二电池BT2的温度进一步升高，以实现对电池的保护。

当第二电池BT2的温度降低(例如，通过冷却装置等对第二电池BT2进行降温处理)到一定值时，由以上分析可知，电信号V3与电信号VT2’的差值变小，电信号V3与电信号VT2’的差值小于一定的阈值，差分比较电路的输出结果VT2可以随电信号V3与电信号VT2’的差值线性变化，在VT2小于预设的阈值的情况下，MCU可以生成另一控制指令经由MCU的输出端输出给MOS驱动，由MOS驱动开关单元MOS管闭合，使第一电池BT1和第二电池BT2与负载M之间恢复连接，使负载M正常工作。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，或者电性连接。

需要说明的是，上述实施方案的提及的元件(如，第一电阻等)，只示出了其等效的元件，在实际应用时如，第一电阻可能是多个电阻按一定规则串并联的组合而成。

需要说明的是，上述实施方案中“电池”也被称为“电池包”。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电池保护系统，至少包括串联连接的第一电池和第二电池，所述第一电池的正极连接所述第二电池的负极，

其特征在于，所述系统还包括：

2.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述系统还包括：

3.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述系统还包括：

4.根据权利要求3所述的电池保护系统，其特征在于，所述系统还包括：

5.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于：

所述热敏电阻为NTC热敏电阻或PTC热敏电阻。

6.根据权利要求2所述的电池保护系统，其特征在于：

所述稳压单元为低压差线性稳压器LDO。

7.根据权利要求2所述的电池保护系统，其特征在于：

所述第一参考信号和所述第二参考信号介于5V～20V。

8.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于：

所述运算放大器的运算系数为0.5～50。

9.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于：

所述运算放大器为差分比较电路。

10.根据权利要求3所述的电池保护系统，其特征在于：

所述控制单元为微控制单元MCU。