CN211958756U - 适用于锂电池的保护电路和供电装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种适用于锂电池的保护电路和供电装置，其中，所述保护电路包括：保护电路模块，连接在锂电池与负载之间，用于在所述锂电池处于短路或过流状态时切断所述锂电池对所述负载的供电，进入保护状态；重启电路模块，连接在所述保护电路模块与所述负载之间，用于在所述切断供电后经过预设的时间，使所述保护电路模块重新连通所述锂电池对所述负载的供电。本公开的实施方式采用保护电路模块实现对锂电池的短路或过流保护，并通过重启电路模块自动完成对进入保护状态的电路的重启，减少了人工参与，大大降低了维护成本。

Description

适用于锂电池的保护电路和供电装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，更为具体而言，涉及一种适用于锂电池的保护电路和使用该保护电路的供电装置。

背景技术

随着物联网技术的发展，使越来越多的设备选择使用锂电池进行供电的方案。但是，由于锂电池自身的材料等原因，决定了它不能经受过充、过放、过流、短路及高温充放电。因此，锂电池组件总会包含一片保护板，用于在电路出现过流、短路等异常情况时，控制供电电路断开，保证锂电池及设备的安全。

但是，现有技术中，保护板上的保护电路在进入短路或过流保护后需要断开与负载的连接，才能恢复导通。这对于安装在野外环境下设备来说，维护人员需要在设备进入短路或过流保护后，到达安装位置将锂电池从设备上拆下来，对锂电池做激活或待锂电池保护板恢复后再将锂电池接回设备，才能完成重启，恢复对负载的供电，导致设备维护的成本非常大。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种适用于锂电池的保护电路和供电装置，可以在进入保护状态后，自动完成对电路的重启，恢复供电。

根据本实用新型的第一方面，本实用新型的实施方式提供了一种适用于锂电池的保护电路，所述保护电路包括：保护电路模块，连接在锂电池与负载之间，用于在所述锂电池处于短路或过流状态时切断所述锂电池对所述负载的供电，进入保护状态；重启电路模块，连接在所述保护电路模块与所述负载之间，用于在所述切断供电后经过预设的时间，使所述保护电路模块重新连通所述锂电池对所述负载的供电。

在本实用新型的一些实施方式中，所述保护电路模块包括：

保护电路放电正极，其与所述锂电池的正极连接，并通过所述重启电路模块与所述负载的正极连接；

保护电路放电负极，其通过所述重启电路模块与所述负载的负极连接；

控制IC(Integrated Circuit，集成电路)，其电源端子通过第四电阻与所述锂电池的正极连接，接地端子与所述锂电池的负极连接；

保护开关，其连接在所述锂电池的负极与所述保护电路放电负极之间，并在控制IC的控制下断开连接以切断对所述负载的供电或者重新连通以对所述负载重新供电。

在本实用新型的一些实施方式中，所述重启电路模块包括：

重启电路放电正极，其与所述负载的正极连接；

重启电路放电负极，其与所述负载的负极连接；

开关单元，其连接在所述保护电路放电正极与所述重启电路放电正极之间；

开关控制单元，与所述开关单元连接，用于在所述保护电路模块退出保护状态后控制所述开关单元连通，在所述保护电路模块进入保护状态后控制所述开关单元断开；

延时单元，与所述开关控制单元连接，用于在所述保护电路模块退出保护状态后执行延时处理，所述延时处理指经过预定时间后触发所述开关控制单元对所述开关单元的控制；

延时控制单元，连接在所述延时单元与重启电路放电负极之间，用于在所述保护电路模块退出保护状态后触发所述延时单元，使所述延时单元执行延时处理。

在本实用新型的一些实施方式中，所述延时单元包括第一电阻和第二电容；

其中，所述第一电阻的一端连接所述保护电路放电正极，所述第一电阻的另一端连接所述第二电容的一端，第二电容的另一端连接所述锂电池的负极。

在本实用新型的一些实施方式中，所述开关单元包括第一晶体管、第二电阻和第三电阻；

其中，所述第一晶体管的源极与所述保护电路放电正极连接，所述第一晶体管的漏极作为所述重启电路放电正极与所述负载的正极连接，所述第一晶体管的栅极与所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端与所述开关控制单元连接；

所述第二电阻的一端与所述第一晶体管的源极连接，另一端和所述第三电阻连接于所述第三电阻与所述开关控制单元之间的结点。

在本实用新型的一些实施方式中，所述开关控制单元包括第二晶体管、第五电阻和第六电阻；

其中，所述第二晶体管的漏极与所述开关单元连接，所述第二晶体管的源极与所述锂电池的负极连接，所述第二晶体管的栅极与所述第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端连接在所述第一电阻和第二电容之间的结点；

所述第六电阻的两端分别与所述第二晶体管的栅极和源极连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述延时控制单元包括第三晶体管、第八电阻和第三电容；

其中，所述第三晶体管的漏极连接在所述第一电阻和所述第二电容之间的结点，所述第三晶体管的源极与所述锂电池的负极连接，所述第三晶体管的栅极与所述第三电容的一端连接，所述第三电容的另一端作为所述重启电路放电负极连接在所述负载的负极与保护电路放电负极之间；

所述第八电阻的两端分别与所述第三晶体管的栅极和源极连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第一晶体管为PMOS晶体管。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第二晶体管为NMOS晶体管。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第三晶体管为NMOS晶体管。

在本实用新型的一些实施方式中，所述保护电路模块还包括：

第一电容，其两端分别与所述控制IC的电源端子和接地端子连接；

第七电阻，其两端分别与所述控制IC的片选端子和所述保护电路放电负极连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述保护开关包括第四晶体管和第五晶体管；

其中，所述第四晶体管的源极与所述锂电池的负极连接，所述第四晶体管的栅极与所述控制IC的漏极开路输出端子连接，所述第四晶体管的漏极与所述第五晶体管的源极连接，所述第五晶体管的栅极与所述控制IC的集电极开路输出端子连接，所述第五晶体管的漏极与所述保护电路放电负极连接。

在本实用新型的一些实施方式中，所述第四晶体管和第五晶体管为NMOS晶体管。

根据本实用新型的第二方面，本实用新型的实施方式提供了一种供电装置，所述供电装置包括：锂电池和装载有前述任一项实施方式所述的保护电路的保护板。

本实用新型通过保护电路模块实现对锂电池的短路或过流保护，并通过重启电路模块自动完成对进入保护状态的电路的重启，使维护人员无需亲自到达现场实现电路手动重启，并且，对于安装在野外环境下由于锂电池保护板误判发起的“过流”或“短路”保护的情况，也可以实现自动重启，大大的降低了设备的维护成本，提高了设备的可靠性。

附图说明

图1是根据本实用新型一种实施方式的适用于锂电池的保护电路的基本组成结构示意图；

图2是图1中的保护电路模块和重启电路模块的基本组成结构示意图；

图3是图1中的适用于锂电池的保护电路的具体电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的各个方面进行详细阐述。其中，众所周知的模块、单元及其相互之间的连接、链接、通信或操作没有示出或未作详细说明。并且，本领域技术人员应当理解，下述的各种实施方式只用于举例说明，而非用于限制本实用新型的保护范围。还可以容易理解，本文所述和附图所示的各实施方式中的模块或单元可以按各种不同配置进行组合和设计。

图1是根据本实用新型一种实施方式的适用于锂电池的保护电路的基本组成结构示意图。如图1所示，在本实用新型的实施方式中，保护电路1可以包括：保护电路模块12和重启电路模块13。

其中，保护电路模块12连接在锂电池11与负载14之间。在锂电池11处于短路或过流状态时，所述保护电路模块12切断锂电池11对负载14的供电，进入保护状态。

重启电路模块13连接在保护电路模块12与负载14之间。在所述保护电路模块12切断供电后经过预设的时间，使保护电路模块12重新连通锂电池11对负载14的供电。

在本实用新型的一种实施方式中，参照图2，所述保护电路模块12可以包括：保护电路放电正极P+、保护电路放电负极P-、控制IC121和保护开关122。

其中，保护电路放电正极P+与锂电池11的正极BAT+连接，并通过重启电路模块13与负载14的正极连接；

保护电路放电负极P-通过重启电路模块13与负载14的负极连接；

控制IC121的电源端子VCC通过第四电阻R4与锂电池11的正极BAT+连接，接地端子GND与锂电池11的负极BAT-连接；

保护开关122连接在锂电池11的负极BAT-与保护电路放电负极P-之间，并在控制IC121的控制下断开连接以切断对负载14的供电或者重新连通以对负载14重新供电。

在本实用新型的实施方式中，参照图3，该保护电路模块12还包括第一电容C1和第七电阻R7。其中，第一电容C1的两端分别与控制IC121的电源端子VCC和接地端子GND连接；第七电阻R7的两端分别与控制IC的片选端子CS和保护电路放电负极P-连接。

保护开关122可以包括第四晶体管Q4和第五晶体管Q5。其中，第四晶体管Q4的源极与锂电池的负极BAT-连接，第四晶体管Q4的栅极与控制IC121的漏极开路输出端子OD连接，第四晶体管Q4的漏极与第五晶体管Q5的源极连接，第五晶体管Q5的栅极与控制IC121的集电极开路输出端子OC连接，第五晶体管Q5的漏极与保护电路放电负极P-连接。

在可选的实施方式中，第四晶体管Q4和第五晶体管Q5可以为NMOS晶体管。

以下，将对保护电路模块12的工作方式进行说明：

在正常工作状态下，控制IC121会持续侦测连接在其电源端子VCC和接地端子GND之间的锂电池11的电压，以及片选端CS的电压，根据这两个电压的变化判断锂电池11所处的状态。当锂电池11的电压在预设的放电检测电压以上并在预设的过充电检测电压以下，且片选端CS的电压在预设的充电器检测电压以下并在放电过流检测电压以下时，控制IC121的集电极开路输出端子OC和漏极开路输出端子OD都输出高电平，使充电控制用的第四晶体管Q4和第五晶体管Q5同时带通。在本实用新型的实施方式中，这个状态称作“正常工作状态”。此状态下，充电和放电都可以自由进行。

当片选端CS的电压超过放电过流检测电压，并且这种状态持续时间超过预设的放电过流检测延迟时间时，判定锂电池处于过流状态，控制IC121关闭放电控制用的漏极开路输出端子OD，进入保护状态。在本实用新型的实施方式中，这个状态称作“放电过流状态”。

控制IC121可以通过片选端CS的电压持续侦测放电电流，当片选端CS的电压超过预设的负载短路检测电压，并且这种状态持续时间超过预设的负载短路检测延迟时间时，判定锂电池处于短路状态，控制IC121关闭放电控制用的漏极开路输出端子OD，进入保护状态。在本实用新型的实施方式中，这个状态称作“负载短路状态”。

在本实用新型的实施方式中，一旦进入保护状态，只有当连接在保护电路放电正极P+和保护电路放电负极P-之间的阻抗大于“自动释放阻抗”，同时，片选端CS的电压处在预设的放电过流检测电压以下时，保护状态才会被释放。

基于此，在本实用新型的实施方式中，给出了一种重启电路模块13的实现方式。如图2所示，该重启电路模块13包括：重启电路放电正极PO+、重启电路放电负极PO-、开关单元131、开关控制单元132、延时单元133和延时控制单元134。

其中，重启电路放电正极PO+与负载14的正极电连接；

重启电路放电负极PO-与负载14的负极电连接；

开关单元131连接在保护电路放电正极P+与重启电路放电正极PO+之间；

开关控制单元132与开关单元131连接，用于在保护电路模块12退出保护状态后控制开关单元131连通，在保护电路模块12进入保护状态后控制开关单元131断开；

延时单元133与开关控制单元132连接，用于在保护电路模块12退出保护状态后执行延时处理，该延时处理指经过预定时间后触发开关控制单元132对开关单元131的控制；

延时控制单元134连接在延时单元133与重启电路放电负极PO-之间，用于在保护电路模块12退出保护状态后触发延时单元133，使延时单元133执行延时处理。

在本实用新型的实施方式中，参照图3，延时单元133包括第一电阻R1和第二电容C2。其中，第一电阻R1的一端连接保护电路放电正极P+，第一电阻R1的另一端连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端连接锂电池11的负极BAT-。

开关单元131包括第一晶体管Q1、第二电阻R2和第三电阻R3。其中，第一晶体管Q1的源极与保护电路放电正极P+连接，第一晶体管Q1的漏极作为重启电路放电正极PO+与负载14的正极连接，第一晶体管Q1的栅极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与开关控制单元132连接。第二电阻R2的一端与第一晶体管Q1的源极连接，另一端和第三电阻R3连接于第三电阻R3与开关控制单元132之间的结点。

开关控制单元132包括第二晶体管Q2、第五电阻R5和第六电阻R6。其中，第二晶体管Q2的漏极与开关单元131连接，第二晶体管Q2的源极与锂电池11的负极BAT-连接，第二晶体管Q2的栅极与第五电阻R5的一端连接，第五电阻R5的另一端连接在第一电阻R1和第二电容C2之间的结点，第六电阻R6的两端分别与第二晶体管Q2的栅极和源极连接。

延时控制单元134包括第三晶体管Q3、第八电阻R8和第三电容C3；其中，第三晶体管Q3的漏极连接在第一电阻R1和第二电容C2之间的结点，第三晶体管Q3的源极与锂电池11的负极BAT-连接，第三晶体管Q3的栅极与第三电容C3的一端连接，第三电容C3的另一端作为重启电路放电负极PO-连接在负载14的负极与保护电路放电负极P-之间，第八电阻R8的两端分别与第三晶体管Q3的栅极和源极连接。

在可选的实施方式中，第一晶体管Q1可以为PMOS晶体管，第二晶体管Q2和第三晶体管Q3可以为NMOS晶体管。

以下，将对重启电路模块13的工作方式进行说明：

正常工作状态下，保护电路放电正极P+经第一电阻R1、第五电阻R5、第六电阻R6分压，驱动导通晶体管Q2，继而使晶体管Q1导通。此时，保护电路放电正极P+和重启电路放电正极PO+之间为导通状态，电路正常运转。当锂电池11处于放电过流状态或负载短路状态等异常状态时，保护电路模块12会切断锂电池11对负载14的供电，进入保护状态，起到保护作用。具体而言，保护电路模块12的控制IC121关闭放电控制用的漏极开路输出端子OD，使晶体管Q4断开，从而切断锂电池11对负载14的供电，进入保护状态。

此时，晶体管Q1为导通状态，重启电路放电正极PO+通过负载14引起重启电路放电负极PO-电位发生变化，使重启电路放电负极PO-的电位被拉高。根据电容特性，重启电路放电负极PO-通过第三电容C3使晶体管Q3的栅极与重启电路放电负极PO-等电位，从而使晶体管Q3导通，第二电容C2的压差被释放，从而晶体管Q2的栅极和锂电池11的负极BAT-等电位，使晶体管Q2断开，进而使晶体管Q1的栅极和重启电路放电正极PO+等电位，晶体管Q1断开。此时，相当于将负载14与保护电路模块12断开，此时连接在保护电路放电正极P+和保护电路放电负极P-之间的阻抗大于“自动释放阻抗”，从而，保护状态被释放。具体而言，保护电路模块12的控制IC121开启放电控制用的漏极开路输出端子OD，使晶体管Q4重新导通，从而释放保护状态。

之后，第三电容C3通过第八电阻R8释放压差，使晶体管Q3的栅极恢复低电平，晶体管Q3关断。根据阻容特性，第二电容C2通过第一电阻R1充电。

根据RL零状态响应过程可以得第二电容C2能时间常数τ：

τ＝R1*C2

基于此，第二电容C2两端充电电压U_C2(t):

因此，通过调节第一电阻R1的阻值和第二电容C2的容值，便可以控制充电时间，进行延时处理。当第二电容C2通过充电使电位大于预设的阈值时，根据电容特性，晶体管Q2的栅极的电压大于预设的开启阈值电压，晶体管Q2再次导通，继而驱动晶体管Q1导通，使电路状态恢复。

由此，本实用新型通过保护电路模块实现对锂电池的短路或过流保护，并通过重启电路模块自动完成对进入保护状态的电路的重启，使维护人员无需亲自到达现场实现电路手动重启，并且，对于安装在野外环境下由于锂电池保护板误判发起的“过流”或“短路”保护的情况，也可以实现自动重启，大大的降低了设备的维护成本，提高了设备的可靠性。

此外，本实用新型实施方式还提供了一种供电装置，该供电装置包括：锂电池和装载有前述实施方式或实现方式所提供的保护电路的保护板。

本文所公开的具体实施方式仅用于举例说明本实用新型，对于本领域技术人员而言，显然可以根据本文的教导进行各种修改，可以采用各种等同的方式实施本实用新型，因此，本实用新型上述公开的特定的实施方式仅仅是示例性的，其保护范围不受在此公开的结构或设计的细节所限，除非在权利要求中另有说明。因此，上述公开的特定的示例性的实施方式可进行各种替换、组合或修改，其所有的变形都落入本文公开的范围内。

Claims (14)

1.一种适用于锂电池的保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

保护电路模块，连接在锂电池与负载之间，用于在所述锂电池处于短路或过流状态时切断所述锂电池对所述负载的供电，进入保护状态；

重启电路模块，连接在所述保护电路模块与所述负载之间，用于在所述切断供电后经过预设的时间，使所述保护电路模块重新连通所述锂电池对所述负载的供电。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路模块包括：

保护电路放电正极(P+)，其与所述锂电池的正极(BAT+)连接，并通过所述重启电路模块与所述负载的正极连接；

保护电路放电负极(P-)，其通过所述重启电路模块与所述负载的负极连接；

控制IC，其电源端子通过第四电阻(R4)与所述锂电池的正极(BAT+)连接，接地端子与所述锂电池的负极(BAT-)连接；

保护开关，其连接在所述锂电池的负极(BAT-)与所述保护电路放电负极(P-)之间，并在控制IC的控制下断开连接以切断对所述负载的供电或者重新连通以对所述负载重新供电。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述重启电路模块包括：

重启电路放电正极(PO+)，其与所述负载的正极连接；

重启电路放电负极(PO-)，其与所述负载的负极连接；

开关单元，其连接在所述保护电路放电正极(P+)与所述重启电路放电正极(PO+)之间；

开关控制单元，与所述开关单元连接，用于在所述保护电路模块退出保护状态后控制所述开关单元连通，在所述保护电路模块进入保护状态后控制所述开关单元断开；

延时单元，与所述开关控制单元连接，用于在所述保护电路模块退出保护状态后执行延时处理，所述延时处理指经过预定时间后触发所述开关控制单元对所述开关单元的控制；

延时控制单元，连接在所述延时单元与重启电路放电负极(PO-)之间，用于在所述保护电路模块退出保护状态后触发所述延时单元，使所述延时单元执行延时处理。

4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，

所述延时单元包括第一电阻(R1)和第二电容(C2)；

其中，所述第一电阻(R1)的一端连接所述保护电路放电正极(P+)，所述第一电阻(R1)的另一端连接所述第二电容(C2)的一端，第二电容(C2)的另一端连接所述锂电池的负极(BAT-)。

5.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，

所述开关单元包括第一晶体管(Q1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3)；

其中，所述第一晶体管(Q1)的源极与所述保护电路放电正极(P+)连接，所述第一晶体管(Q1)的漏极作为所述重启电路放电正极(PO+)与所述负载的正极连接，所述第一晶体管(Q1)的栅极与所述第三电阻(R3)的一端连接，所述第三电阻(R3)的另一端与所述开关控制单元连接；

所述第二电阻(R2)的一端与所述第一晶体管(Q1)的源极连接，另一端和所述第三电阻(R3)连接于所述第三电阻(R3)与所述开关控制单元之间的结点。

6.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，

所述开关控制单元包括第二晶体管(Q2)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)；

其中，所述第二晶体管(Q2)的漏极与所述开关单元连接，所述第二晶体管(Q2)的源极与所述锂电池的负极(BAT-)连接，所述第二晶体管(Q2)的栅极与所述第五电阻(R5)的一端连接，所述第五电阻(R5)的另一端连接在所述第一电阻(R1)和第二电容(C2)之间的结点；

所述第六电阻(R6)的两端分别与所述第二晶体管(Q2)的栅极和源极连接。

7.如权利要求4所述的保护电路，其特征在于，

所述延时控制单元包括第三晶体管(Q3)、第八电阻(R8)和第三电容(C3)；

其中，所述第三晶体管(Q3)的漏极连接在所述第一电阻(R1)和所述第二电容(C2)之间的结点，所述第三晶体管(Q3)的源极与所述锂电池的负极(BAT-)连接，所述第三晶体管(Q3)的栅极与所述第三电容(C3)的一端连接，所述第三电容(C3)的另一端作为所述重启电路放电负极(PO-)连接在所述负载的负极与保护电路放电负极(P-)之间；

所述第八电阻(R8)的两端分别与所述第三晶体管(Q3)的栅极和源极连接。

8.如权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第一晶体管(Q1)为PMOS晶体管。

9.如权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述第二晶体管(Q2)为NMOS晶体管。

10.如权利要求7所述的保护电路，其特征在于，所述第三晶体管(Q3)为NMOS晶体管。

11.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路模块还包括：

第一电容(C1)，其两端分别与所述控制IC的电源端子和接地端子连接；

第七电阻(R7)，其两端分别与所述控制IC的片选端子和所述保护电路放电负极(P-)连接。

12.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于，

所述保护开关包括第四晶体管(Q4)和第五晶体管(Q5)；

其中，所述第四晶体管(Q4)的源极与所述锂电池的负极(BAT-)连接，所述第四晶体管(Q4)的栅极与所述控制IC的漏极开路输出端子连接，所述第四晶体管(Q4)的漏极与所述第五晶体管(Q5)的源极连接，所述第五晶体管(Q5)的栅极与所述控制IC的集电极开路输出端子连接，所述第五晶体管(Q5)的漏极与所述保护电路放电负极(P-)连接。

13.如权利要求12所述的保护电路，其特征在于，所述第四晶体管(Q4)和第五晶体管(Q5)为NMOS晶体管。

14.一种供电装置，其特征在于，所述供电装置包括：锂电池和装载有如权利要求1-13中任意一项所述的保护电路的保护板。

Images