CN216599082U - 电池保护电路、电池组件及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池保护电路、电池组件及电子设备，涉及电子技术领域。电池保护电路包括：电芯电压检测单元和充放电保护单元，电芯电压检测单元、充放电保护单元并联连接于电芯与主板电路之间；电芯电压检测单元包括：第一开关子单元和第一限流子单元，第一开关子单元、第一限流子单元连接于电芯与主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，电芯电压检测单元用于将电芯的实时电压传送至主板电路；充放电保护单元连接于电芯与主板电路之间，以形成充放电支路，充放电保护单元用于根据电芯的实时电压控制电芯进行充电或放电。

Description

电池保护电路、电池组件及电子设备

技术领域

本申请属于电子技术领域，具体涉及一种电池保护电路、电池组件及电子设备。

背景技术

随着电子设备(例如，智能手机等)的快速发展，用户对电子设备的充电速度的需求也越来越快。具备快速充电功能的电子设备已被广泛应用。

相关技术中，电子设备快速充电(float fast charge，FFC)的技术方案中，通常是采集电池连接器或电池与主板连接端子处的电压作为电池电压，并将上述采集到的电池电压作为电芯的实时电压参与充电逻辑控制。然而，电池的电芯到电池连接器之间是有压降的，即由电池连接器处采集到的电压与电芯的实际电压之间有差异，这就导致以电池连接器处采集的电压进行充放电控制时，充电安全余量较大、快充时间较短、充电时间较长。

实用新型内容

本申请实施例的目的是提供一种电池保护电路、电池组件及电子设备，能够解决现有电池充放电安全余量大、快充时间短、充电时间长的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种电池保护电路，所述电池保护电路连接于电芯与主板电路之间，所述电池保护电路包括：电芯电压检测单元和充放电保护单元，所述电芯电压检测单元、所述充放电保护单元并联连接于所述电芯与所述主板电路之间；

所述电芯电压检测单元包括：第一开关子单元和第一限流子单元，所述第一开关子单元、所述第一限流子单元连接于所述电芯与所述主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，所述电芯电压检测单元用于将所述电芯的实时电压传送至所述主板电路；

所述充放电保护单元连接于所述电芯与所述主板电路之间，以形成充放电支路，所述充放电保护单元用于根据所述电芯的实时电压控制所述电芯进行充电或放电。

第二方面，本申请实施例还提供了一种电池组件，包括：电芯，以及上述电池保护电路；

所述电芯通过所述电池保护电路与所述电子设备的主板电路相连。

第三方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：主板电路，以及上述电池组件；

所述电池组件的电池保护电路通过所述主板电路与电源或负载相连，以控制所述电池组件的电芯的充电或放电。

在本申请实施例中，由于电芯电压检测单元、充放电保护单元并联连接于电芯与主板电路之间，电芯电压检测单元的第一开关子单元、第一限流子单元连接于电芯和主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，因此，通过电芯电压检测单元可以将电芯的实时电压传送至主板电路，进而主板电路就可以根据电芯的实时电压通过充放电保护单元控制电芯的充电或放电，这样，可以利用电芯的实时最高电压进行充电，有效减小电芯的充电安全余量，延长快充电的时间，提升充电速度。

附图说明

图1是本申请实施例所述电池保护电路的示意图；

图2是本申请实施例所述电池保护电路的电路原理图。

附图标记说明：

10：电芯；20：电池保护电路；30：主板电路；21：电芯电压检测单元；22：充放电保护单元；211：第一开关子单元；212：第一限流子单元；213：第一保护芯片；221：第二开关子单元；222：第二限流子单元；223：第二保护芯片。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，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在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的电池保护电路、电池组件及电子设备进行详细地说明。

参照图1，示出了本申请实施例所述电池保护电路的示意图。参照图2，示出了本申请实施例所述电池保护电路的电路原理图。

本申请实施例中，电池保护电路20连接于电芯10与主板电路30之间，主板电路30用于连接负载或电源，并对电芯10的充电或放电进行控制。在主板电路30连接于电源时，电源可以通过主板电路30、电池保护电路20对电芯10进行充电；在主板电路30连接于负载时，电芯10可以通过电池保护电路20、主板电路30给负载供电。本申请实施例中，电芯10通过电池保护电路20连接于主板电路30之间，进而可以通过电池保护电路20对电芯10的充电过程和放电过程中进行过流保护、过压保护、欠压保护，以避免电芯10中持续通过电流，产生过热反应，以使得电池的寿命、容量以及安全性都会存在问题，有效提升电芯10充电或放电的安全性。

在实际应用中，主板电路30可以设置于电子设备的主板上或电源控制板上。

本申请实施例中，电芯10可以是指电子设备的电池，具体可以是锂离子电池、镍镉电池、镍氢电池，本申请实施例对于电芯10的具体种类不作限定。

本申请实施例中，电池保护电路20具体可以包括：电芯电压检测单元21和充放电保护单元22，电芯电压检测单元21、充放电保护单元22并联连接于电芯10与主板电路30之间；电芯电压检测单元21具体可以包括：第一开关子单元211和第一限流子单元212，第一开关子单元211、第一限流子单元212连接于电芯10与主板电路30之间，以形成电芯电压检测支路，电芯电压检测单元21用于将电芯10的实时电压传送至主板电路30；充放电保护单元22连接于电芯10与主板电路30之间，以形成充放电支路，充放电保护单元22用于根据电芯10的实时电压控制电芯10进行充电或放电。

本申请实施例中，电芯电压检测单元21可以直接与主板电路30的模/数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)相连，用于直接采集电芯10的实时电压并将电芯10的实时电压传送至主板电路30。

在本申请实施例中，由于可以通过电芯电压检测单元21将电芯10的实时电压传送至主板电路30，主板电路30就可以根据电芯10的实时电压通过充放电保护单元22控制电芯10的充电或放电，这样，可以利用电芯10的实时最高电压进行充电，进而有效减小电芯10的充电安全余量，延长快充电的时间，提升充电速度。

在本申请实施例中，由于电芯电压检测单元21和充放电保护单元22为并联连接于电芯10与主板电路30之间，也就可以理解为电芯电压检测支路与充放电支路之间电回路相互独立，在实际应用中，即便是电芯电压检测支路和充放电支路两者中任意一者出现短路或其他故障，对另一者也不会产生影响。

本申请实施例中，电芯电压检测支路具体可以为：第一开关子单元211的一端连接于电芯10的负极B1，另一端连接于主板电路30的第一输入端P1；第一限流子单元212的一端连接于电芯10的正极B2，另一端连接于主板电路30的第二输入端P2；电芯10的实时电压可以为第一输入端P1和第二输入端P2之间的实时电压。

在本申请实施例中，通过检测第一输入端P1和第二输入端P2的实时电压，第一输入端P1和第二输入端P2之间的电压与电芯10两端极耳之间的电压的压降较小，因此，可以将第一输入端P1和第二输入端P2之间的电压等同于电芯10两端极耳之间的电压，即第一输入端P1和第二输入端P2之间的电压为电芯10的当前实际真实电压。在实际应用中，通过电芯10的当前实际真实电压来参与并控制电芯10的充电控制，可以有效减小充电安全余量，加快充电速度。

在本申请实施例中，第一限流子单元212可以起到限流保护的作用。具体的，第一限流子单元212可以包括至少一个限流电阻R3，至少一个限流电阻R3依次串联于电芯10的正极B2与主板电路30的第二输入端P2之间。本申请实施例中，通过在电芯电压检测支路上串联限流电阻R3，从而可以通过限流电阻R3起到保护线路的作用。可以理解的是，在限流电阻R3为一个的情况下，限流电阻R3的一端连接于电芯10的正极极耳，另一端连接于主板电路30的第二输入端P2；在限流电阻R3为多个的情况下，多个限流电阻R3依次串联，且多个串联连接后的限流电阻R3的一端连接于电芯10的正极极耳上，另一端连接于主板电路30的第二输入端P2。

本申请实施例中，电芯10的正极极耳和负极极耳可以指从电芯10中将正极/负极引出来的金属导电体。

本申请实施例中，电芯电压检测单元21还可以包括：第一保护芯片213；第一保护芯片213分别与第一开关子单元211、主板电路30相连，第一保护芯片213用于根据主板电路30发出的通断信号控制第一开关子单元211导通或断开。本申请实施例中，第一保护芯片213可以为集成有保护电路的保护芯片。如图2所示，第一保护芯片U3可以具有短路保护、放电过流保护等功能。例如，通过第一保护芯片U3可以防止FFC快充电时，电芯10过压充电，第一保护芯片U3还可以配合主板电路实现不同充电场景下的充电控制等。

在本申请实施例中，第一开关子单元211可以起到导通或断开电芯电压检测支路的作用。本申请实施例中，第一开关子单元211具体可以包括至少一个第一开关Q3；第一开关Q3包括：第一接口、第二接口以及第三接口；第一接口连接于电芯10的负极B1和第一保护芯片213的第一检测端子VSS，第二接口连接于主板电路30的第一输入端P1和第一保护芯片213的第二检测端子CS，第三接口连接于第一保护芯片213的控制端子DO；第一保护芯片213，用于通过第三接口控制第一接口与第二接口之间的导通或断开。

本申请实施例中，第一开关Q3具体可以包括：金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，MOS管)、绝缘栅极双极结晶体管、双极结晶体管、结栅极场效应晶体管、继电器中的至少一种。

本申请实施例中，以第一开关Q3为MOS管为例，第一保护芯片213为第一保护芯片U3为例，对其保护控制原理进行解释说明，其他参照执行即可。

如图2所示，MOS管Q3的栅极与第一保护芯片U3的放电控制端子DO连接，MOS管Q3的源极与电芯10的负极B1相连，MOS管Q3的漏极与第一输入端P1相连；第一保护芯片U3的充电控制端子CO与主板电路30的控制端P0连接，第一保护芯片U3的第一检测端子VSS与电芯10的负极B1相连，第一保护芯片U3的第二检测端子CS与主板电路30的第一输入端P1相连，第一保护芯片U3的控制端子与主板电路30的控制端P0相连。本申请实施例中，MOS管可以为NMOS或PMOS中的任意一种。当与第一输入端P1相连的通路电流过大时，第一保护芯片213触发自动保护；当检测到电芯电压过高时，第一保护芯片213输出信号至主板电路30，主板电路30根据自身的保护策略调整充电参数，以实现对充电电路的保护。在电芯电压检测支路发生短路过流等事件时，第一保护芯片U3的放电控制端子DO输出控制信号控制MOS管的源极与栅极之间截止(即MOS管的源极与栅极之间断开)，则电芯电压检测支路断开，从而实现对电芯电压检测支路过流保护。

在本申请实施例中，第一开关子单元211还可以包括：可恢复保险丝元件；可恢复保险丝元件的一端连接于电芯10的负极B1，另一端连接于主板电路30的第一输入端P1。本申请实施例中，可恢复保险丝元件串接在电芯电压检测支路中，正常情况下，呈低阻状态，保证电路正常工作，当电路发生短路或窜入异常大电流时，可恢复保险丝元件的自热使其阻抗增加，把电流限制到足够小，起到过电流保护作用。同时当外界环境温度急升时，环境到达产品开关温度后，可起到过温保护作用。

在本申请实施例中，主板电路30上的充电芯片(充电IC)可以通过电芯电压检测单元21来检测电芯实时电压，进而可以直接以电芯实时电压来控制恒流充电的转折点，而且，可以根据电芯实时电压确定恒压充电阶段可以使用的电芯的最高电压，以电芯的最高电压进行充电。这样充电过程中，就不用预留多余的充电安全阈值，可以有效加快充电速度。在本申请实施例中，由于通过电芯电压检测单元21直接采集的电芯的实时电压，可以使充电过程中电压控制更精确，进而可以避免电芯过压充电，充电更安全。

在本申请实施例中，电芯10正常工作时，电芯电压检测单元21的MOS管Q3是导通的，主板电路30上的ADC采集电压时，MOS管Q3只有微弱电流流过；当电路异常时，电芯电压检测支路上有大电流流过，U3检测到过电流或短路，控制MOS管Q3断开，保护电芯。本申请实施例中，通过电芯电压检测支路可以直接输出电芯实时电压到主板电路30，并通过上述检测到的电芯实时电压参与主板电路30中的充电逻辑控制方案，可以有效提升充电速度；通过在电芯电压检测支路上增加第一保护芯片U3，可以有效防止电池过放，提升电芯电压检测的安全性。

在本申请实施例中，充放电保护单元22具体可以包括：第二开关子单元221、第二限流子单元222和第二保护芯片223；第二开关子单元221、第二限流子单元222串联于充放电支路上，第二保护芯片223分别与第二开关子单元221和主板电路30相连，第二保护芯片223用于根据主板电路30接收的电芯10的实时电压控制第二开关子单元221导通或断开。

在本申请实施例中，第二开关子单元221用于控制充放电支路的导通或断开。具体的，第二开关子单元221可以包括至少一个第二开关(图2中Q1或Q2)，通过将第二开关串联于充放电支路上以控制充放电支路的导通或断开。第二保护芯片223可以具有与第一保护芯片213相同的作用，可以为具有短路保护、放电过流保护等功能的集成芯片。第二保护芯片223与第二开关相连，根据主板电路30接收的电芯10的实时电压控制第二开关导通或断开。

在实际应用中，第二开关具体也可以包括：金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor，MOS管)、绝缘栅极双极结晶体管、双极结晶体管、结栅极场效应晶体管、继电器中的至少一种。第二开关与第二保护芯片223的具体电路原理可以参照第一开关与第一保护芯片213，本申请实施例对此不再赘述。

在本申请实施例中，第二限流子单元222串联于充放电支路上，可以在充放电支路上起到限流保护的作用。具体的，第二限流子单元222也可以包括至少一个限流电阻R2，限流电阻R2串联于充放电支路上。具体的，限流电阻R2的一端可以连接于电芯10的负极，另一端可以连接于第二开关，以对充放电支路起到限流保护的作用。第二限流子单元222与第一限流子单元212的作用及原理可以相同，参照执行即可。

在本申请实施例中，第二开关子单元221、第二保护芯片223可以均为多个，第二开关子单元221与第二保护芯片223一一对应，其中，每一个第二开关子单元221和其对应的第二保护芯片223对电芯10的充放电进行一级保护。如图2所示，第二开关子单元221、第二保护芯片223的数量可以均为两个，两个第二开关子单元221依次串联连接于充放电回路上，第二保护芯片223与第二开关子单元221一一对应，第二保护芯片223控制其对应的第二开关子单元221导通或断开。本申请实施例中，通过在充放电支路上设置两个第二开关子单元221和两个第二保护芯片223，可以实现对电芯10(例如，锂电池)的双重保护(例如，过压保护、欠压保护和过流保护等)，这样可以使电芯10的充放电更加安全可靠。

本申请实施例中，在第二开关子单元221和第二保护芯片223的数量为两个或多个时，每个第二开关子单元221与其对应的第二保护芯片223的保护电压阈值或保护电流阈值可以相同，也可以不同。

如图2所示，串联后的两个第二开关子单元221的输入端连接于电芯10的负极，输出端连接于主板电路30的第三输入端P3；每一个第二保护芯片223与一个第二开关子单元221相连，用于控制第二开关子单元221的导通或断开。在充电过程中，若流过电芯10的电流大于第一级保护中的第二开关子单元221和第二保护芯片223对应的第一保护电流阈值时，可以通过第一级保护中的第二保护芯片223控制其对应的第二开关子单元221断开，以切断充电回路，断开通过电芯10的电流；若第一级保护中的第二保护芯片223或第二开关子单元221失效，不能及时断开充电回路，则通过第二级保护中的第二保护芯片223和第二开关子单元221对充放电支路进行保护；若流过电芯10的电流大于第二级保护中第二开关子单元221和第二保护芯片223对应的第二保护电流阈值，可以通过第二级保护中的第二保护芯片223控制其对应的第二开关子单元221断开，以切断充电回路，断开通过电芯10的电流。本申请实施例中，通过第二开关子单元221和第二保护芯片223对充放电支路形成两级保护，可以有效提升电芯10充电或放电过程的安全性。

可以理解的是，本申请实施例中，过流阈值和过压阈值均是可以选择设置的，即，第一保护电流阈值和第二保护电流阈值是可以设置的，本领域技术人员可以根据实际情况设定第一保护电流阈值和第二保护电流阈值相等或不相等。在实际应用中，过压保护可以参照上述过流保护执行，此处不再赘述。

综上，本申请实施例所述的电池保护电路至少包括以下优点：

在本申请实施例中，由于电芯电压检测单元、充放电保护单元并联连接于电芯与主板电路之间，电芯电压检测单元的第一开关子单元、第一限流子单元连接于电芯和主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，因此，通过电芯电压检测单元可以将电芯的实时电压传送至主板电路，进而主板电路就可以根据电芯的实时电压通过充放电保护单元控制电芯的充电或放电，这样，可以利用电芯的实时最高电压进行充电，有效减小了电芯的充电安全余量，延长了快充电的时间，提升了充电速度。

本申请实施例还提供了一种电池组件，包括：电芯，以及上述电池保护电路；电芯通过电池保护电路与电子设备的主板电路相连。

需要说明的是，本申请实施例中所述电池保护电路的结构及原理与上述各实施例所述电池保护电路相同，本申请实施例在此不再赘述。

在本申请实施例中，由于电芯电压检测单元、充放电保护单元并联连接于电芯与主板电路之间，电芯电压检测单元的第一开关子单元、第一限流子单元连接于电芯和主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，因此，通过电芯电压检测单元可以将电芯的实时电压传送至主板电路，进而主板电路就可以根据电芯的实时电压通过充放电保护单元控制电芯的充电或放电，这样，可以利用电芯的实时最高电压进行充电，有效减小了电芯的充电安全余量，延长了快充电的时间，提升了充电速度。

本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备具体可以包括主板电路，以及上述电池组件；所述电池组件的电池保护电路通过所述主板电路与电源或负载相连，以控制所述电池组件的电芯的充电或放电。

本申请实施例所述的电子设备可以为智能手机、电脑、多媒体播放器、电子阅读器、可穿戴式设备等。

在本申请实施例中，由于电芯电压检测单元、充放电保护单元并联连接于电芯与主板电路之间，电芯电压检测单元的第一开关子单元、第一限流子单元连接于电芯和主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，因此，通过电芯电压检测单元可以将电芯的实时电压传送至主板电路，进而主板电路就可以根据电芯的实时电压通过充放电保护单元控制电芯的充电或放电，这样，可以利用电芯的实时最高电压进行充电，有效减小了电芯的充电安全余量，延长了快充电的时间，提升了充电速度。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (9)

1.一种电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路连接于电芯与主板电路之间，所述电池保护电路包括：电芯电压检测单元和充放电保护单元，所述电芯电压检测单元、所述充放电保护单元并联连接于所述电芯与所述主板电路之间；

所述电芯电压检测单元包括：第一开关子单元和第一限流子单元，所述第一开关子单元、所述第一限流子单元连接于所述电芯与所述主板电路之间，以形成电芯电压检测支路，所述电芯电压检测单元用于将所述电芯的实时电压传送至所述主板电路；

所述充放电保护单元连接于所述电芯与所述主板电路之间，以形成充放电支路，所述充放电保护单元用于根据所述电芯的实时电压控制所述电芯进行充电或放电。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述电芯电压检测单元还包括：第一保护芯片；

所述第一保护芯片分别与所述第一开关子单元、所述主板电路相连，所述第一保护芯片用于根据所述主板电路发出的通断信号控制所述第一开关子单元导通或断开。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关子单元包括至少一个第一开关；

所述第一开关包括：第一接口、第二接口以及第三接口；

所述第一接口分别连接于所述电芯的负极和所述第一保护芯片的第一检测端子，所述第二接口分别连接于所述主板电路的第一输入端和所述第一保护芯片的第二检测端子，所述第三接口连接于所述第一保护芯片的控制端子；

所述第一保护芯片，用于通过所述第三接口控制所述第一接口与所述第二接口之间的导通或断开。

4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关包括：金属氧化物半导体场效应晶体管、绝缘栅极双极结晶体管、双极结晶体管、结栅极场效应晶体管、继电器中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一开关子单元包括：可恢复保险丝元件；

所述可恢复保险丝元件的一端连接于所述电芯的负极，另一端连接于所述主板电路的第一输入端。

6.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一限流子单元包括至少一个限流电阻，至少一个所述限流电阻依次串联于所述电芯的正极与所述主板电路的第二输入端之间。

7.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述充放电保护单元包括：第二开关子单元、第二限流子单元和第二保护芯片；

所述第二开关子单元、所述第二限流子单元依次串联于所述充放电支路上，以对所述电芯进行充电或放电；

所述第二保护芯片分别与所述第二开关子单元、所述主板电路相连，所述第二保护芯片用于根据所述主板电路接收的所述电芯的实时电压控制所述第二开关子单元导通或断开。

8.一种电池组件，应用于电子设备，其特征在于，所述电池组件包括：电芯，以及权利要求1至7任一项所述的电池保护电路；

所述电芯通过所述电池保护电路与所述电子设备的主板电路相连。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：主板电路，以及权利要求8所述的电池组件；

所述电池组件的电池保护电路通过所述主板电路与电源或负载相连，以控制所述电池组件的电芯的充电或放电。

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