CN209929998U - 一种充放电温度保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种充放电温度保护电路，包括电池模块、充电温度检测模块、充电保护芯片、充电开关模块、放电温度检测模块、放电保护芯片和放电开关模块。充电温度检测模块与充电保护芯片电连接，充电保护芯片与充电开关模块电连接，充电开关模块与电池模块和充电电源电连接，放电温度检测模块与放电保护芯片电连接；放电保护芯片与放电开关模块电连接；放电开关模块与电池模块和负载电连接。本实用新型提供的充放电温度保护电路，充电保护部分和放电保护部分独立工作，充电和放电的工作温度范围参数可以分别单独调整，且无需额外的软件控制，缩短产品开发周期，稳定性好，提高了产品竞争力。

Description

一种充放电温度保护电路

技术领域

本实用新型涉及可充电电源保护领域，特别涉及一种充放电温度保护电路。

背景技术

随着电力技术的发展，各种电力设备不断出现，方便了人们的生产和生活。在丰富了各种电力设备的同时，电源也面临着更加复杂多变的充放电环境。锂离子电池放电都有一个最佳工作温度，也就是衰退速率最小的温度。高于这个温度或者低于这个温度，都会对电池寿命带来影响。不同类型的电芯最适合的温度不同，比如目前常规的锂离子电池的充电温度范围为0-45℃，放电温度为-20-60℃，一般现有的锂电池硬件保护芯片的充放电温度参数是根据常规温度范围制定的，比如充电低温保护为0℃，充电高温保护为50℃，放电低温保护为20℃，放电高温保护为70℃。

在一些极端的使用环境下，目前有一些特殊场合应用的低温锂离子电池充电的工作温度在-10℃以下，高温锂离子电池放电工作温度在80℃以上，现有的锂离子硬件保护电路虽然可以调整充电和放电温度保护参数，但是其充电和放电的工作温度范围不能单独改变。在一个典型的充放电温度保护电路中，包括电池、温度检测单元、电池保护芯片、充电开关和放电开关。由于温度检测单元是唯一且固定的，在电路各部分软硬件设定确定后，充电温度保护范围和放电温度保护范围两个保护范围的关系也就固定下来了，若要改变其中一个保护范围，那么另一个保护范围也会随之改变。比如通过电路调整，把充电低温保护温度调整为-10，充电高温保护温度自动变成为35，同时放电温度保护参数也会跟随着变化，其充电温度参数和放电温度参数不能做到分别自由调节，无法满足特殊用途的锂电池实际工作温度要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种充放电温度保护电路，在特殊场合应用的锂电池充放电中，充电和放电的工作温度范围参数可以分别单独调整。

具体地，本实用新型提供一种充放电温度保护电路，包括电池模块、充电温度检测模块、充电保护芯片、充电开关模块、放电温度检测模块、放电保护芯片和放电开关模块，其中：

所述充电温度检测模块与所述充电保护芯片电连接，用于根据充电环境温度输出充电温度信号给所述充电保护芯片；

所述充电保护芯片与所述充电开关模块电连接，用于根据接收的所述充电温度信号输出充电开关信号给所述充电开关模块；

所述充电开关模块与所述电池模块和充电电源电连接，根据所述充电开关信号导通或断开，在导通时将所述充电电源提供的充电电压传输至所述电池模块，在断开时停止传输所述充电电压至所述电池模块；

所述放电温度检测模块与所述放电保护芯片电连接，用于根据放电环境温度输出放电温度信号给所述放电保护芯片；

所述放电保护芯片与所述放电开关模块电连接，用于根据接收的所述放电温度信号输出放电开关信号给所述放电开关模块；

所述放电开关模块与所述电池模块和负载电连接，根据所述放电开关信号导通或断开，在导通时将所述电池模块提供的放电电压传输至所述负载，在断开时停止传输所述放电电压至所述负载。

进一步地，所述电池模块为锂电池或锂电池组。

进一步地，所述充电温度检测模块和放电温度检测模块均包括温度检测元件，所述充电温度检测模块和放电温度检测模块分别根据所述温度检测元件的检测结果输出充电温度信号和放电温度信号。

优选地，所述温度检测元件为具有正温度系数或负温度系数的热敏电阻。

进一步地，所述充电温度信号是所述充电温度检测模块利用包括至少一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的；和/或所述放电温度信号是所述放电温度检测模块利用包括至少一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的。

进一步地，所述充电温度检测模块包括第一热敏电阻和第一电阻；其中：

所述第一热敏电阻的第一端用于接收充电参考电压，所述第一热敏电阻的第二端和所述第一电阻的第一端均与所述充电保护芯片电连接，以输出所述充电温度信号至所述充电保护芯片；

所述第一电阻的第二端接地。

优选地，所述充电温度检测模块还包括第一零电阻和第一电容，所述第一零电阻与所述第一热敏电阻并联连接，所述第一电容与所述第一电阻并联连接。

进一步地，所述放电温度检测模块包括第二热敏电阻和第二电阻；其中：

所述第二热敏电阻的第一端用于接收放电参考电压，所述第二热敏电阻的第二端与所述第二电阻的第一端均与所述放电保护芯片电连接，以输出所述放电温度信号至所述放电保护芯片；

所述第二电阻的第二端接地。

进一步地，所述放电温度检测模块还包括第二零电阻和第二电容，所述第二零电阻与所述第二热敏电阻并联连接，所述第二电容与所述第二电阻并联连接。

优选地，所述充电开关模块和/或放电开关模块中的开关器件为N沟道MOS管。

本实用新型提供的充放电温度保护电路，有独立的包括充电保护芯片的充电温度保护电路，和独立的包括放电保护芯片的放电温度保护电路。因此，若仅调整充电温度保护电路中的元件则单独调整了充电温度保护范围而放电温度保护范围不变，同样若仅调整放电温度保护电路中的元件则单独调整了放电温度保护范围而充电温度保护范围不变。本电路实现了充电和放电的工作温度范围参数分别单独调整的目的，从而适应更复杂的应用环境，且无需额外的软件控制，缩短了产品开发周期，工作稳定性好，提高了产品竞争力。

附图说明

图1为本实用新型一实施例的充放电温度保护电路的功能模块示意图。

图2为本实用新型一实施例的充放电温度保护电路的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，在本实用新型提供的一实施例中，充放电温度保护电路包括电池模块21、充电温度检测模块22、充电保护芯片23、充电开关模块24、放电温度检测模块25、放电保护芯片26和放电开关模块27，其中：

电池模块21用以接收充电电压和对负载输出放电电压。充电温度检测模块22与充电保护芯片23电连接，用于根据充电环境温度输出充电温度信号给充电保护芯片23。充电保护芯片23与充电开关模块24电连接，用于根据接收的充电温度信号输出充电开关信号给充电开关模块24。充电开关模块24与电池模块21和充电电源电连接，根据充电开关信号相应地导通或断开，在导通时将充电电源提供的充电电压传输至电池模块21，在断开时停止传输充电电压至电池模块21。放电温度检测模块25与放电保护芯片26电连接，用于根据放电环境温度输出放电温度信号给放电保护芯片26。放电保护芯片26与放电开关模块27电连接，用于根据接收的放电温度信号输出放电开关信号给放电开关模块27。放电开关模块27与电池模块21和负载电连接，根据放电开关信号导通或断开，在导通时将电池模块21提供的放电电压传输至负载，在断开时停止传输放电电压至负载。

根据产品工作环境，在一实施例中，在充电环境温度高于第一温度值且低于第二温度值时充电开关模块24导通，允许电池模块21通过充电电源进行充电，在充电环境温度低于第三温度值或高于第四温度值时充电开关模块24断开禁止电池模块21充电。一般情况下，此四个温度值从低到高排列为：第三温度值、第一温度值、第二温度值、第四温度值。根据需要，第三温度值也可以等于第一温度值，第二温度值也可以等于第四温度值。

根据产品工作环境，在一实施例中，在放电环境温度高于第五温度值且低于第六温度值时放电开关模块27导通，允许电池模块21对负载输出放电电压，在放电环境温度低于第七温度值或高于第八温度值时放电开关模块28断开，禁止电池模块21对负载输出放电电压。一般情况下，此四个温度值从低到高排列为：第七温度值、第五温度值、第六温度值、第八温度值。根据需要，第七温度值也可以等于第五温度值，第六温度值也可以等于第八温度值。

在一实施例中，电池模块为锂电池或锂电池组。在另一实施例中，电池模块可以为其他类型的可充电电池如铅酸电池。

在一实施例中，充电温度检测模块22和放电温度检测模块25均包括温度检测元件，从而使充电温度检测模块22和放电温度检测模块25可以分别根据温度检测元件对温度的检测结果来输出充电温度信号和放电温度信号。

在一实施例中，温度检测元件为具有正温度系数的热敏电阻。在另一实施例中，温度检测元件可以为具有负温度系数的热敏电阻。热敏电阻是温度敏感的半导体，在相对小的温度范围内表现出很大的电阻变化。其中正温度系数的热敏电阻阻值与温度变化成正比关系，即当温度升高时阻值随之增大。在常温下，其阻值较小，一般仅有几欧姆～几十欧姆；当温度升高时，其阻值能在几秒钟内迅速增大至数百欧姆到数千欧姆以上。负温度系数热敏电阻的阻值与温度变化成反比关系，即当温度升高时，阻值随之减小。在其他实施例中，温度检测元件也可以是其他温度敏感器件如各种温度计量器件。

如图2所示，在一实施例中，充电温度信号是充电温度检测模块22利用包括一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的，和/或放电温度信号是放电温度检测模块25利用包括一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的。在另一实施例中，充电温度信号是充电温度检测模块22利用包括多个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的，和/或放电温度信号是放电温度检测模块25利用包括多个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的。电路利用热敏电阻对不同温度下的不同阻值分压，输出对应温度下的电压信号作为充电温度信号给充电保护芯片23，输出对应温度下的电压信号作为放电温度信号给放电保护芯片26。

在一实施例中，第一温度值和第二温度值时采样到的对应电压信号为充电温度信号安全值，第三温度值和第四温度值时采样到的对应电压信号为充电温度信号警戒值。第五温度值和第六温度值时采样到的对应电压信号为放电温度信号安全值，第七温度值和第八温度值时采样到的对应电压信号为放电温度信号警戒值。

在一实施例中，如图2所示，充电温度检测模块22包括第一热敏电阻RT1和第一电阻R1，其中第一热敏电阻RT1的第一端用于接收来自于充电保护芯片23的VRTH端输出的充电参考电压Vrth1，第一热敏电阻RT1的第二端与第一电阻R1的第一端均与充电保护芯片23电连接，以输出充电温度信号至充电保护芯片23的VTH端；第一电阻R1的第二端接地。在其他实施例中，充电参考电压Vrth1也可以是其他电源提供的。假设第一电阻R1的阻值为X，第一热敏电阻RT1的阻值为Y，电池模块21工作时，充电保护芯片23的VRTH端输出充电参考电压Vrth1，由于第一热敏电阻RT1在不同温度下的不同阻值Y造成的分压Vrt1不同，第一电阻R1的阻值X不变，充电保护芯片23的VTH端采集到第一电阻R1的分压电压Vr1即充电温度信号，其中，由于Vr1＝Vrth1-Vrt1，且Vrt1＝Vrth1*Y/(Y+X)，故Vr1＝Vrth1*X/(Y+X)。随着充电环境温度的变化，第一热敏电阻RT1阻值Y的不同造成第一电阻R1的分压电压Vr1随之变化。当第一电阻R1的分压电压Vr1达到充电保护芯片23的警界值时，充电保护芯片23的CO端输出充电开关信号给充电开关模块24，控制充电开关模块24断开，以将充电电路断开，当第一电阻R1的分压电压Vr1达到充电保护芯片23的安全值时，充电保护芯片23的CO端输出充电开关信号给充电开关模块24将充电电路导通。

在一实施例中，如图2所示，充电温度检测模块22还包括阻值为Z的第一零电阻R10和第一电容C1，第一零电阻R10与第一热敏电阻RT1并联连接，并联后的阻值为Y*Z/(Y+Z)，第一电容C1与第一电阻R1并联连接。其中第一零电阻R10用于方便调整电路参数，第一电容C1用于滤波以抑制电路噪声。通过调节第一电阻R1的阻值X和第一零电阻R10的电阻阻值Z之间的比例，此时第一电阻R1的分压电压Vr1＝Vrth1*X*(Y+Z)/(Y*Z+X*Y+X*Z)。由于第一热敏电阻RT1的温度特性，随着充电环境温度变化，第一热敏电阻RT1的阻值Y跟随变化，使充电保护芯片23的VTH端采集到第一电阻R1的分压电压Vr1在不同的充电环境温度下达到充电保护芯片23的安全值或警界值，从而实现充电保护芯片23的CO端在不同充电环境温度下输出充电开关信号给充电开关模块24导通充电电路或断开充电电路的目的。

在一实施例中，如图2所示，放电温度检测模块25包括第二热敏电阻RT2和第二电阻R2，其中第二热敏电阻RT2的第一端用于接收来自于放电保护芯片26的VRTH端输出的放电参考电压Vrth2，第二热敏电阻RT2的第二端与第二电阻R2的第一端均与放电保护芯片26电连接，以输出充电温度信号至放电保护芯片26的VTH端；第二电阻R2的第二端接地。在其他实施例中，放电参考电压也可以是其他电源提供的。假设第二电阻R2的阻值为A，第二热敏电阻RT2的阻值为B，电池模块21工作时，放电保护芯片26的VRTH端输出放电参考电压Vrth2，由于第二热敏电阻RT2在不同放电环境温度下的不同阻值B造成的分压Vrt2不同，第二电阻R2的阻值A不变，放电保护芯片26的VTH端采集到第二电阻R2的分压电压Vr2即放电温度信号，其中，由于Vr2＝Vrth2-Vrt2，且Vrt2＝Vrth1*B/(A+B),故Vr2＝Vrth2*A/(A+B)。随着放电环境温度的变化，第二热敏电阻RT2阻值B的不同造成第二电阻R2的分压电压Vr2随之变化。当第二电阻R2的分压电压Vr2达到放电保护芯片26的警戒值时，放电保护芯片26的DO端输出放电开关信号给放电开关模块27，控制放电开关模块27断开，以将放电电路断开，当第二电阻R2的分压电压Vr2达到放电保护芯片26的安全值时，放电保护芯片26的DO端输出放电开关信号给放电开关模块27将放电电路导通。

在一实施例中，如图2所示，放电温度检测模块25还包括阻值为C的第二零电阻R20和第二电容C2，第二零电阻R20与第二热敏电阻RT2并联连接，并联后的阻值为B*C/(B+C)，第二电容C2与第二电阻R2并联连接。其中第二零电阻R20用于方便调整电路参数，第二电容C2用于滤波以抑制电路噪声。通过调节第二电阻R2的阻值A和第二零电阻R20的电阻阻值C之间的比例，此时第二电阻R2的分压电压Vr2＝Vrth2*A*(B+C)/(A*B+B*C+A*C)。由于第二热敏电阻RT2的温度特性，随着放电环境温度变化，第二热敏电阻RT2的阻值B跟随变化，使放电保护芯片26的VTH端采集到第二电阻R2的分压电压Vr2在不同的放电环境温度下达到放电保护芯片26的安全值或警戒值，从而实现放电保护芯片26的DO端在不同放电环境温度下输出放电开关信号给放电开关模块27导通放电电路或断开放电电路的目的。

在一实施例中，充电开关模块24和/或放电开关模块27的开关器件选用N沟道MOS管用于充电控制和放电控制。在其他实施例中，充电开关模块24和/或放电开关模块27的开关器件也可以选用其他开关器件如继电器等。充电开关信号和放电开关信号可以根据开关器件的选用设置为相应的高低电平控制。

本实用新型提供的充放电温度保护电路，有独立的包括充电保护芯片的充电温度保护电路，和独立的包括放电保护芯片的放电温度保护电路。因此，若仅调整充电温度保护电路中的元件则单独调整了充电温度保护范围而放电温度保护范围不变，同样若仅调整放电温度保护电路中的元件则单独调整了放电温度保护范围而充电温度保护范围不变。本电路实现了充电和放电的工作温度范围参数分别单独调整的目的，从而适应更复杂的应用环境，且无需额外的软件控制，缩短了产品开发周期，工作稳定性好，提高了产品竞争力。

在本文中，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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语的具体含义。

在本文中，用于描述元件的序列形容词“第一”、“第二”等仅仅是为了区别属性类似的元件，并不意味着这样描述的元件必须依照给定的顺序，或者时间、空间、等级或其它的限制。

在本文中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。

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 (10)

1.一种充放电温度保护电路，其特征在于，包括电池模块、充电温度检测模块、充电保护芯片、充电开关模块、放电温度检测模块、放电保护芯片和放电开关模块，其中：

所述充电温度检测模块与所述充电保护芯片电连接，用于根据充电环境温度输出充电温度信号给所述充电保护芯片；

所述充电保护芯片与所述充电开关模块电连接，用于根据接收的所述充电温度信号输出充电开关信号给所述充电开关模块；

所述充电开关模块与所述电池模块和充电电源电连接，根据所述充电开关信号导通或断开，在导通时将所述充电电源提供的充电电压传输至所述电池模块，在断开时停止传输所述充电电压至所述电池模块；

所述放电温度检测模块与所述放电保护芯片电连接，用于根据放电环境温度输出放电温度信号给所述放电保护芯片；

所述放电保护芯片与所述放电开关模块电连接，用于根据接收的所述放电温度信号输出放电开关信号给所述放电开关模块；

所述放电开关模块与所述电池模块和负载电连接，根据所述放电开关信号导通或断开，在导通时将所述电池模块提供的放电电压传输至所述负载，在断开时停止传输所述放电电压至所述负载。

2.如权利要求1所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述电池模块为锂电池或锂电池组。

3.如权利要求1所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述充电温度检测模块和放电温度检测模块均包括温度检测元件，所述充电温度检测模块和放电温度检测模块分别根据所述温度检测元件的检测结果输出充电温度信号和放电温度信号。

4.如权利要求3所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述温度检测元件为具有正温度系数或负温度系数的热敏电阻。

5.如权利要求4所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述充电温度信号是所述充电温度检测模块利用包括至少一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的；和/或所述放电温度信号是所述放电温度检测模块利用包括至少一个热敏电阻的分压电阻串进行电压采样取得的。

6.如权利要求5所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述充电温度检测模块包括第一热敏电阻和第一电阻；其中：

所述第一热敏电阻的第一端用于接收充电参考电压，所述第一热敏电阻的第二端和所述第一电阻的第一端均与所述充电保护芯片电连接，以输出所述充电温度信号至所述充电保护芯片；

所述第一电阻的第二端接地。

7.如权利要求6所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述充电温度检测模块还包括第一零电阻和第一电容，所述第一零电阻与所述第一热敏电阻并联连接，所述第一电容与所述第一电阻并联连接。

8.如权利要求5所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述放电温度检测模块包括第二热敏电阻和第二电阻；其中：

所述第二热敏电阻的第一端用于接收放电参考电压，所述第二热敏电阻的第二端与所述第二电阻的第一端均与所述放电保护芯片电连接，以输出所述放电温度信号至所述放电保护芯片；

所述第二电阻的第二端接地。

9.如权利要求8所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述放电温度检测模块还包括第二零电阻和第二电容，所述第二零电阻与所述第二热敏电阻并联连接，所述第二电容与所述第二电阻并联连接。

10.如权利要求1-9任一项所述的充放电温度保护电路，其特征在于，所述充电开关模块和/或放电开关模块中的开关器件为N沟道MOS管。

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