CN208094170U - 一种电池保护电路及吸尘器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池放电保护领域，提供了一种电池保护电路及吸尘器。所述电池保护电路包括分立检测电路，所述分立检测电路包括分压电路和比较电路，所述分压电路用于对所述电池电压进行分压处理，输出第一电压，所述比较电路与所述分压电路连接，在所述第一电压小于预设电压值时，所述比较电路输出触发信号；分立开关电路，所述分立开关电路与所述比较电路连接，用于响应所述触发信号，断开所述电池的供电回路。本实用新型实现了在电池电压过低时快速切断电池的供电回路，提升电池的使用寿命的作用。

Description

一种电池保护电路及吸尘器

【技术领域】

本实用新型涉及电池放电保护领域，尤其涉及一种电池保护电路及吸尘器。

【背景技术】

电池为负载提供电源，驱动负载正常工作。以锂电池为例，锂电池为负载提供电源的过程中，锂电池的电压逐渐下降，并且，为了维持负载的正常工作，锂电池需要继续对负载放电。当锂电池过度放电，锂电池的内压升高，锂电池内的正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使锂电池的容量产生明显减少，从而缩短锂电池的使用寿命。

传统技术为了避免锂电池过度放电，其设置有电池保护电路以避免锂电池过度放电。传统电池保护电路由采样电路与控制器构成，采样电路采样电池电压，控制器根据电池电压与预设电压作逻辑判断，并根据判断结果控制电池的供电回路。

发明人在实现本发明的过程中，发现传统技术至少存在以下问题：控制器需要花费较多时间作逻辑判断后，方可控制电池的供电回路，导致未能够快速地保护电池，从而导致电池寿命降低。

【实用新型内容】

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种电池保护电路及吸尘器，其能够快速保护电池，提升电池寿命。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供以下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种电池保护电路，用于保护电池，包括：

分立检测电路，所述分立检测电路包括分压电路和比较电路，所述分压电路用于对所述电池电压进行分压处理，输出第一电压，所述比较电路与所述分压电路连接，在所述第一电压小于预设电压值时，所述比较电路输出触发信号；

分立开关电路，所述分立开关电路与所述比较电路连接，用于响应所述触发信号，断开所述电池的供电回路。

可选地，所述分立检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路分别与所述分压电路和所述比较电路连接。

可选地，所述分压电路包括电阻R1、电阻R2以及电阻R3，所述电阻R1的一端与所述电池连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述分立开关电路连接；

所述比较电路包括三端稳压器U1，所述三端稳压器U1的参考极与所述电阻R1的另一端和所述电阻R2的一端连接，所述三端稳压器U1的阳极与所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端连接，所述三端稳压器U1的阴极与所述分立开关电路连接。

可选地，所述滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端分别与所述三端稳压器U1的阳极连接，所述电容C1的另一端与所述分立开关电路连接。

可选地，所述电阻R1和所述电阻R2的电阻精度为1％，所述电阻R3为兆欧级电阻。

可选地，所述分立开关电路包括开关SW1、电阻R4、晶体管Q1、电阻R5以及MOS管Q2；

所述开关SW1包括触点1、触点2以及触点3，所述触点2固定与地连接；

所述电阻R4的一端与所述电池连接，所述电阻R4的另一端与所述三端稳压器U1的阴极连接；

所述晶体管Q1的发射极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q1的基极与所述电阻R4的另一端和所述三端稳压器U1的阴极连接；

所述电阻R5的一端与所述晶体管Q1的集电极连接，另一端与所述触点1连接；

所述MOS管Q2的漏极与所述电阻R2的另一端和所述电容C1的一端连接，所述MOS管Q2的栅极与所述电阻R5的一端和所述晶体管Q1的集电极连接，所述MOS管Q2的源极与所述电容C1的另一端和所述电阻R5的另一端连接。

可选地，所述电池保护电路还包括续流电路，所述续流电路分别与所述分立开关电路和负载连接。

可选地，所述续流电路为续流二极管D1，所述续流二极管D1的正极分别与所述MOS管Q2的漏极和所述负载的负极连接，所述续流二极管D1的负极分别与所述晶体管Q1的发射极和所述负载的正极连接。

本实用新型实施例还提供了一种吸尘器，包括吸尘器主体和位于所述吸尘器主体的电池、吸尘地拖马达以及如上所述的电池保护电路。

本实用新型的有益效果是：与现有技术相比较，本实用新型实施例提供了一种电池保护电路及吸尘器。分压电路用于对电池电压进行分压处理，输出第一电压，比较电路与分压电路连接，在第一电压小于预设电压值时输出触发信号，分立开关电路响应所述触发信号，断开所述电池的供电回路，实现在电池电压过低时快速切断电池的供电回路，提升电池的使用寿命。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型实施例提供的一种吸尘器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种电池保护电路的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种电池保护电路的电路连接示意图。

【具体实施方式】

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施方式，对本申请进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、“内”、“外”、“中部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本申请不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，为本实用新型实施例提供的一种吸尘器的结构示意图，如图1所示，所述吸尘器200包括吸尘器主体201和位于所述吸尘器主体201的电池10、吸尘地拖马达20、电池保护电路100。所述电池保护电路100是用于对所述电池10进行保护的，故而，所述电池保护电路100与所述电池10连接，通过分立检测电路30(如图2所示)对所述电池10的电压进行检测，继而判断是否给所述吸尘地拖马达20供电。

所述电池10为所述吸尘地拖马达20提供电量，紧随社会的进步，数码、家电等产品越来越普遍，锂电池也逐步被人们所重视广泛应用于数码产品和高端的仪器产品中作为重要的供电能源。可以理解，所述电池10具有充、放电两个过程，当所述电池10充电时，电池10处于一个储能的过程；当所述电池10放电时，电池10为后端的吸尘地拖马达20供电，保障后端的电路、设备或仪器的运转。

由于锂电池具有单体电池平均电压高、能量密度高、电池本体重量轻、寿命长、高低温适应性强以及绿色环保等优点，故在本实施例中，所述电池10采用锂电池包(也称锂电池组)，锂电池包由电芯、保护板以及胶壳三部分组成。锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池，锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的，主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态，放电时则相反。可以理解，所述电池10也可以是其他形式的供电电池、电路或设备等。

请参阅图2和图3，电池保护电路100包括分立检测电路30以及分立开关电路40，需要说明的是，所述分立检测电路30以及所述分立开关电路40均为分立元器件构成的电路。

所述分立检测电路30包括分压电路301与比较电路302，所述分压电路301用于对所述电池10的电池电压进行分压处理，输出第一电压，所述比较电路302与所述分压电路301连接，在所述第一电压小于所述预设电压值，输出触发信号。电池10具有一个放电终止电压值，当所述电池10的电压小于放电终止电压值时，所述电池10应当终止放电。如若所述电池10继续放电会导致所述电池10内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，使电池10的容量产生明显减少，从而缩短电池10的使用寿命。因此，在电池10的电压下降到放电终止电压时，所述吸尘地拖马达20应停止工作，切断所述电池10的供电电路，也可以理解为放电终止电压值为所述电池10是否停止供电的临界值。

具体的，所述分压电路301包括电阻R1、电阻R2以及电阻R3，所述电阻R1的一端与所述电池连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述分立开关电路40连接。所述比较电路302包括三端稳压器U1，所述三端稳压器U1的参考极与所述电阻R1的另一端和所述电阻R2的一端连接，所述三端稳压器U1的阳极与所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端连接，所述三端稳压器U1的阴极与所述分立开关电路40连接。

在本实施例中，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3串联连接，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3的分压用于为所述三端稳压器U1提供参考电压(即所述第一电压或参考极的电压)，当所述参考电压大于或等于所述预设电压值(即所述三端稳压器U1的击穿电压)时，所述三端稳压器U1导通，当所述参考电压小于所述预设电压值时，所述三端稳压器U1断开。所述电阻R1、电阻R2和电阻R3可以为固定电阻或可变电阻或两者的组合，所述电阻R1、电阻R2和电阻R3的阻值与数量由实际的电路设计或产品要求决定，不限于本实施例所公开的一个电阻R1、一个电阻R2和一个电阻R3。

所述三端稳压器U1是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件，在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出良好的稳压特性。所述三端稳压器U1依照不同的基准电压、允许电流或是否可调等分为不同的型号，在本实施例中，所述三端稳压器U1采用三端稳压器TL431，三端稳压器TL431是一种并联稳压集成电路，可以等效为一个稳压二极管，三端稳压器TL431的输出电压可以设置为参考电压2.5V到36V之间的任意值，各个生产厂家之间的三端稳压器TL431参考电压的误差范围又有略微的差别，一般在+/-0.5％内，故所选取三端稳压器TL431的内部基准源为2.5V时，所述三端稳压器TL431的参考电压为2.495V，即所述预设电压值为2.495V。

进一步的，所述电阻R1、电阻R2与电阻R3对所述电池10的电压作分压处理，输出第一电压用于为所述三端稳压器U1提供参考电压，即输入电压。参考电压是触发分立开关电路40开启或者关闭的重要条件，直接反应了电池10的电压情况，也决定了所述电池保护电路100的精度，故而，可将所述电阻R1和所述电阻R2的电阻精度选为1％。在一些实施例中，所述电阻R1和所述电阻R2的电阻精度也可以选取其他值。对于所述三端稳压芯片U1的选取,本实施例选取的型号为三端稳压器TL431，其所述参考电压达到2.495V时，阴极与阳极反向导通。若应用于其他规格的锂电池充电电路中，可调节电阻R1、电阻R2的阻值或者更换三端稳压芯片U1的型号来实现放电电压的检测。

在一些实施例中，所述分立检测电路30还包括滤波电路303，所述滤波电路303分别与所述分压电路301和所述比较电路302连接。具体的，所述滤波电路303包括电容C1，所述电容C1的一端分别与所述三端稳压器U1的阳极和所述分立开关电路40连接，所述电容C1的另一端与所述分立开关电路40连接。在对所述电容C1充电的瞬间，电容C1起电压钳位的作用，在所述电容C1充满的状态下，电容C1起电压滤波的作用。可以理解，本实施例所公开的滤波电路303仅是其中一种形式，其他形式的滤波电路也在本实用新型的保护范围内，比如采用多个电容并联替代所述电容C1，又比如滤波电路采用LC、RC或LRC滤波电路的形式。

所述分立开关电路40包括开关SW1、电阻R4、晶体管Q1、电阻R5以及MOS管Q2，所述开关SW1包括触点1、触点2以及触点3，所述触点2固定与地连接；所述电阻R4的一端与所述电池连接，所述电阻R4的另一端与所述三端稳压器U1的阴极连接；所述晶体管Q1的发射极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q1的基极与所述电阻R4的另一端和所述三端稳压器U1的阴极连接；所述电阻R5的一端与所述晶体管Q1的集电极连接，另一端与所述触点1连接；所述MOS管Q2的漏极与所述电阻R2的另一端和所述电容C1的一端连接，所述MOS管Q2的栅极与所述电阻R5的一端和所述晶体管Q1的集电极连接，所述MOS管Q2的源极与所述电容C1的另一端和所述电阻R5的另一端连接。

在本实施例中，当拨动所述开关SW1连接到触点1时，所述电池保护电路100的回路导通，所述吸尘器200开始工作；当拨动所述开关SW1连接到触点3时，所述电池保护电路100的回路断开，所述吸尘器200停止工作。可以理解，所述开关SW1可以为滑动开关、钮子开关、拨动开关、按钮开关、按键开关、薄膜开关、智能防火开关或更安全的钢架开关。所述电阻R4为所述晶体管Q1的上拉电阻，在一些实施例中，所述电阻R4可以省略。

所述电池保护电路100还包括续流电路50，所述续流电路50分别与所述分立开关电路40和负载(即本实施例中的所述吸尘地拖马达20)连接，所述续流电路50为续流二极管D1，所述续流二极管D1的正极分别与所述MOS管Q2的漏极和所述负载20的负极连接，所述续流二极管D1的负极分别与所述晶体管Q1的发射极和所述负载的正极连接。在本实施例中，当未设置续流二极管D1时，所述吸尘地拖马达20的内置线圈在接通或断开的瞬间可能会产生一个下负上正的感生电压，该感生电压与电源电压叠加到达所述MOS管Q2，可能导致所述MOS管Q2击穿，切断所述吸尘地拖马达20到地的电流回路，所述吸尘地拖马达20停止工作，影响了所述吸尘器200的寿命，降低客户体验。

在本实施例中，所述吸尘器200的正常工作的过程为：将所述开关SW1拨到触点1，所述吸尘器200开始工作，此时，所述电容C1的一端接地，所述电容C1的另一端与所述电阻R2的一端连接。锂电池包10通过所述分压电路301对电容C1进行充电，在刚充电的一瞬间，电容C1相当于短路，即电容C1与所述电阻R2的连接线路的电压处处为零。当所述电阻R2的另一端的电压大于或等于所述预设电压值时，即所述三端稳压器TL431的参考电压大于或等于所述预设电压值，也即所述分压电路301输出的第一电压大于或等于所述预设电压值。所述三端稳压器TL431的预设电压值为2.495V，此时，由于所述三端稳压器TL431的内部结构，使得所述三端稳压器TL431的阳极与阴极导通。与所述三端稳压器TL431的阴极连接的所述晶体管Q1的基极电压也为0V，所述晶体管Q1的发射极电压为所述锂电池包的电压，满足所述晶体管Q1的导通条件，所述晶体管Q1导通。所述晶体管Q1导通之后，所述晶体管Q1的集电极电压也为所述锂电池包的电压，电流流入所述电阻R5，在所述电阻R5累积压降，所述电阻R5的压降等于所述MOS管Q2的栅极电压，所述MOS管Q2的栅极电压大于源极电压(源极电压等于0V)，满足导通条件，所述MOS管Q2导通。当所述MOS管Q2导通，所述MOS管Q2的漏极电压被拉低，锂电池包10、吸尘地拖马达20、MOS管Q2与GND之间构成回路，所述吸尘地拖马达20开始工作。

可以理解，当电容C1充满时相当于断路，而此时的MOS管Q2已经导通了，使得电阻R2与MOS管Q2导通，此时的电容C1起到滤波作用。由于所述吸尘地拖马达20存在反向电动势，利用所述二极管D1吸收反向电动势，起到续流作用，避免突波电压的发生破坏其他元器件。

所述分压电路301用于为所述三端稳压器U1提供参考电压，当所述参考电压(即所述第一电压)小于所述预设电压值时，所述三端稳压器U1断开，即当所述三端稳压器TL431的参考极的电压小于2.495V时，所述三端稳压器TL431的阳极与阴极断开，此时所述晶体管Q1的发射极与基极的关系不满足导通条件，所述晶体管Q1的集电极与发射极之间没有电压差，使得所述MOS管Q2的栅极电压等于所述电阻R5的接地电压0V，所述MOS管Q2的栅极与源极之间没有电压差，所以，所述MOS管Q2不导通，所述吸尘地拖马达20到地的回路断开，所述吸尘地拖马达20停止工作。

对于所述电阻R1与电阻R2的选取，以4节锂电池组成的锂电池包，每节锂电池过放保护电压3.2V为例，所以电池包过放保护电压等于3.2V*4等于12.8V,精度为1％电阻R1与精度为1％电阻R2分压得到2.495V，从而使得三端稳压器TL431稳压管阴极与阳极导通，然后所述晶体管Q1导通，使得晶体管Q1集电极电压被拉成与电池电压大小一致，从而使得所述MOS管Q2导通，控制吸尘地拖马达20工作。综上，所述电阻R1与电阻R2必须用高精度的电阻。

当吸尘器200停止工作时，所述MOS管Q2的漏极与所述MOS管Q2的源极断开，锂电池包的电压与所述电阻R1，电阻R2和电阻R3构成回路，由于电阻R3选取的是兆欧级的电阻，使得锂电池包的电压基本上都分压在R3电阻上，电阻R2对于电阻R3的电阻来说非常小，使得所述三端稳压器TL431的参考极的电压(输入脚)与阳极电压基本上一样。因此，所述三端稳压器TL431的参考极与阳极之间的电压差就非常小，几乎接近0V，不符合所述三端稳压器TL431的导通条件，那么所述三端稳压器TL431的阴极与阳极不能导通，从而使得吸尘地拖马达20不能工作。

需要说明的是，由于锂电池包电压具有放电后电池电压会增大的特性，如果没有兆欧级电阻R3的话，稳压管U1的参考电压会上升导致稳压管U1的阳极与阴极导通，从而导致吸尘器200又开始工作，使得出现吸尘地拖马达20时常工作时常不工作的现象。所述电阻R3可以使得吸尘地拖马达20停止工作时，不能再开启吸尘功能，除非拨动开关SW1才能开启，避免吸尘器200放电后电压降到设置放电电压值后，出现锂电池电压增大现象时，导致稳压管U1的阳极与阴极导通出现连续的开关现象。

所述电阻R3为兆欧级电阻，由于所述三端稳压器TL431的输入电流有范围要求，一般在1mA到100mA，故采用所述电阻R3对所述分立检测电路30的电流进行限流，同时，当拨动开关SW1拨动到触点1处时,使得所述电阻R3、电阻R2、电阻R1与锂电池包形成一个回路，需要消耗电流，电阻R3的阻值选为兆欧级的阻值，使得电流控制在uA级电流，满足所述三端稳压器TL431的输入电流的要求的同时实现低功耗的作用。

所述电池保护电路通过分压电路对电池电压进行分压处理，输出第一电压，比较电路与分压电路连接，在第一电压小于预设电压值时输出触发信号，分立开关电路响应所述触发信号，断开所述电池的供电回路，实现在电池电压过低时快速切断电池的供电回路，提升电池的使用寿命。进一步的，基于上述具体的电路结构的电池保护电路能够实现精度高以及降低成本等作用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述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 (9)

1.一种电池保护电路，用于保护电池，其特征在于，包括：

分立检测电路，所述分立检测电路包括分压电路和比较电路，所述分压电路用于对所述电池电压进行分压处理，输出第一电压，所述比较电路与所述分压电路连接，在所述第一电压小于预设电压值时，所述比较电路输出触发信号；

分立开关电路，所述分立开关电路与所述比较电路连接，用于响应所述触发信号，断开所述电池的供电回路。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述分立检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路分别与所述分压电路和所述比较电路连接。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述分压电路包括电阻R1、电阻R2以及电阻R3，所述电阻R1的一端与所述电池连接，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端连接，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与所述分立开关电路连接；

所述比较电路包括三端稳压器U1，所述三端稳压器U1的参考极与所述电阻R1的另一端和所述电阻R2的一端连接，所述三端稳压器U1的阳极与所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的一端连接，所述三端稳压器U1的阴极与所述分立开关电路连接。

4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述滤波电路包括电容C1，所述电容C1的一端分别与所述三端稳压器U1的阳极连接，所述电容C1的另一端与所述分立开关电路连接。

5.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述电阻R1和所述电阻R2的电阻精度为1％，所述电阻R3为兆欧级电阻。

6.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述分立开关电路包括开关SW1、电阻R4、晶体管Q1、电阻R5以及MOS管Q2；

所述开关SW1包括触点1、触点2以及触点3，所述触点2固定与地连接；

所述电阻R4的一端与所述电池连接，所述电阻R4的另一端与所述三端稳压器U1的阴极连接；

所述晶体管Q1的发射极与所述电阻R4的一端连接，所述晶体管Q1的基极与所述电阻R4的另一端和所述三端稳压器U1的阴极连接；

所述电阻R5的一端与所述晶体管Q1的集电极连接，另一端与所述触点1连接；

所述MOS管Q2的漏极与所述电阻R2的另一端和所述电容C1的一端连接，所述MOS管Q2的栅极与所述电阻R5的一端和所述晶体管Q1的集电极连接，所述MOS管Q2的源极与所述电容C1的另一端和所述电阻R5的另一端连接。

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续流电路，所述续流电路分别与所述分立开关电路和负载连接。

8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述续流电路为续流二极管D1，所述续流二极管D1的正极分别与所述MOS管Q2的漏极和所述负载的负极连接，所述续流二极管D1的负极分别与所述晶体管Q1的发射极和所述负载的正极连接。

9.一种吸尘器，其特征在于，包括吸尘器主体和位于所述吸尘器主体的电池、吸尘地拖马达以及如权利要求1-8任一项所述的电池保护电路。