CN216774326U - 一种充放电控制电路和电池保护装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种充放电控制电路和电池保护装置，通过第一MOS管模块根据第一控制信号导通并对电池模块进行充电或放电；通过二极管模块根据第二控制信号对电池模块进行放电，根据第三控制信号对电池模块进行充电；通过控制模块输出第一控制信号；当电池模块的电压大于过充电压保护阈值时输出第二控制信号；当电池模块的电压小于过放电压保护阈值时输出第三控制信号。本申请通过第一MOS管模块实现对电池模块的充电过程和放电过程，通过二极管模块对电池模块进行过充保护和过放保护，并将二极管模块和第一MOS管模块结合并封装在同一个塑封料中，从而只需一个MOS管模块即可实现对电池模块的充放电控制过程，缩小芯片整体体积。

Description

一种充放电控制电路和电池保护装置

技术领域

本申请属于电池保护技术领域，尤其涉及一种充放电控制电路和电池保护装置。

背景技术

在传统的锂电池充放电控制电路中，控制器和金属-氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOS管)一般是相互独立的芯片，各司其职，占用面积较大。例如，一般通过两颗MOS管开关元器件来控制锂电池的充电回路与放电回路，在固定的内阻要求下R，使用两颗MOS管串联，则每颗MOS管的内阻为R/2，整体面积较大。

但是，随着科技的不断发展，人们要求芯片的面积越来越小，传统的充放电控制电路已经无法满足人们的需求。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种充放电控制电路，旨在解决传统充放电控制电路面积较大的问题。

为了实现上述目的，第一方面，本申请实施例提供了一种充放电控制电路，包括第一MOS管模块、二极管模块和控制模块；

所述第一MOS管模块与所述二极管模块和所述控制模块电连接，所述二极管模块与所述控制模块电连接；

所述第一MOS管模块，被配置为根据第一控制信号导通并对电池模块进行充电或放电，以及根据第二控制信号或第三控制信号截止；

所述二极管模块，被配置为根据所述第二控制信号对所述电池模块进行放电，根据所述第三控制信号对所述电池模块进行充电；

所述控制模块，被配置为输出所述第一控制信号；以及当所述电池模块的电压大于过充电压保护阈值时输出所述第二控制信号；当所述电池模块的电压小于过放电压保护阈值时输出所述第三控制信号。

在第一方面的一种可能的实施方式中，所述二极管模块包括第一二极管单元和第二二极管单元；

所述第一二极管单元与所述第一MOS管模块和所述第二二极管单元电连接；

所述第一二极管单元，被配置为根据所述第二控制信号导通并对所述电池模块进行放电，根据所述第三控制信号截止；

所述第二二极管单元，被配置为根据所述第二控制信号截止，根据所述第三控制信号导通并对所述电池模块进行充电。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一二极管单元包括第一二极管和第一开关；

所述第一二极管的正极与所述第一MOS管模块和所述第一开关的一端电连接，所述第一二极管的负极与所述第一MOS管模块和所述第一开关的另一端电连接。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一开关包括第一拨码开关或第二MOS管，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，所述第二MOS管的体积远小于所述第一MOS管的体积。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第二二极管单元包括第二二极管和第二开关；

所述第二二极管的正极与所述第一MOS管模块和所述第二开关的一端电连接，所述第二二极管的负极与所述第一MOS管模块和所述第二开关的另一端电连接。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第二开关包括第二拨码开关或第三MOS管，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，所述第三MOS管的体积远小于所述第一MOS管的体积。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述第一MOS管模块包括NMOS管，所述NMOS管的栅极、源极和漏极均与所述二极管模块电连接，所述NMOS管的栅极与所述控制模块电连接；

或者，第一MOS管模块包括PMOS管，所述PMOS管的栅极、源极和漏极均与所述二极管模块电连接，所述PMOS管的栅极与所述控制模块电连接。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述充放电控制电路还包括电池模块；

所述电池模块的正极与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接，或者所述电池模块的负极与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接。

在第一方面的另一种可能的实施方式中，所述充放电控制电路还包括外部电源模块；

所述外部电源模块与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种电池保护装置，包括所述的充放电控制电路。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的充放电控制电路，通过第一MOS管模块实现对电池模块的充电过程和放电过程，通过二极管模块对电池模块进行过充保护和过放保护，并将二极管模块和第一MOS管模块结合并封装在同一个塑封料中，从而只需一个MOS管模块即可实现对电池模块的充放电控制过程，缩小芯片整体体积。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的充放电控制电路的第一种结构示意图；

图2为本申请实施例提供的充放电控制电路的第二种结构示意图；

图3为本申请实施例提供的充放电控制电路的第三种结构示意图；

图4为本申请实施例提供的充放电控制电路的二极管模块的第一种电路图；

图5为本申请实施例提供的充放电控制电路的二极管模块的第二种电路图；

图6为本申请实施例提供的充放电控制电路的第四种结构示意图。

附图标记说明：

1-第一MOS管模块，2-二极管模块，21-第一二极管单元，22-第二二极管单元，3-控制模块，4-电池模块，5-外部电源模块。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

目前，传统充放电控制电路内的控制器和MOS开关等器件一般都是独立芯片，各司其职，导致充放电控制电路的整体面积较大。后来虽然出现新的制作技术：将控制电路及MOS管开关封装在同一个塑封料中，或者将低阻抗的MOS管开关整合至芯片中，从而减少充放电控制电路上元器件的使用量，降低整体芯片的成本。

例如，图1为本申请实施例提供的充放电控制电路的第一种结构示意图，如图1所示，充放电控制电路100，包括第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十一二极管D11和第十二二极管D12，第十一MOS管M11与第十二MOS管M12电连接，第十一二极管D11的两端与第十一MOS管M11的源级和漏极电连接，第十二MOS管M12的两端与第十二MOS管M121的源级和漏极电连接。

当充放电控制电路处于正常充放电状态时，第十一MOS管M11与第十二MOS管M12都处于导通状态，充电电流及放电电流都流经第十一MOS管M11与第十二MOS管M12的通道，第十一二极管D11和第十二二极管D12仅有微量电流。

当充放电控制电路处于过充电状态时，第十一MOS管M11导通、第十二MOS管M12关闭，充电电流无法形成一个完整的充电回路，电池充电路径终止。此时电池可以通过第十二二极管D12进行放电。

当充放电控制电路处于过放电状态时，第十一MOS管M11关闭、第十二MOS管M12导通，放电电流无法形成一个完整的放电回路，电池放电路径终止。此时电池可以通过第十一二极管D11进行充电。

由该充放电控制电路组成的锂电池保护装置，需要通过大电流的两颗MOS管来控制电池充放电的路径，所需要的空间较大且成本较高，仍然无法满足人们希望芯片越来越小的愿望。

为此，本申请提供一种充放电控制电路，将二极管模块和第一MOS管模块结合并封装在同一个塑封料中，通过第一MOS管模块实现对电池模块的充电过程和放电过程，通过二极管模块对电池模块进行过充保护和过放保护，从而只需一个MOS管模块即可实现对电池模块的充放电控制过程，缩小芯片整体体积，降低芯片整体成本。

下面结合附图，对本申请提供的充放电控制电路，进行实例性的说明：图2为本申请实施例提供的充放电控制电路的第二种结构示意图，如图2所示，为了便于说明，仅示出与本实施例相关的部分，详述如下：示例性地，充放电控制电路200，包括第一MOS管模块1、二极管模块2和控制模块3；

第一MOS管模块1与二极管模块2和控制模块3电连接，二极管模块2与控制模块3电连接；

第一MOS管模块1，被配置为根据第一控制信号导通并对电池模块进行充电或放电，以及根据第二控制信号或第三控制信号截止；

二极管模块2，被配置为根据第二控制信号对电池模块进行放电，根据第三控制信号对电池模块进行充电；

控制模块3，被配置为输出第一控制信号；以及当电池模块的电压大于过充电压保护阈值时输出第二控制信号；当电池模块的电压小于过放电压保护阈值时输出第三控制信号。

在应用中，当控制模块处于对电池模块的正常充电或放电控制时，通过第一MOS管模块控制充放电控制电路的充电路径和放电路径正常导通；当控制模块判断出电池模块的电压大于过充电压保护阈值时，控制第一MOS管模块截止，同时控制二极管模块对电池模块进行放电；当控制模块判断出电池模块的电压小于过放电压保护阈值时，控制第一MOS管模块截止，控制二极管模块对电池模块进行充电，实现对电池模块正常充放电控制以及过充和过放的控制过程。同时因为在控制芯片中占主要体积的是MOS管模块，而本申请的充放电控制电路的第二种结构只采用一个MOS管模块，从而大大缩小充放电控制电路的整体体积，整体体积大约只有充放电控制电路的第一种结构的一半。

其中，控制模块可以通过任意具有数据处理功能的器件实现，例如，中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器(例如，微处理单元(Microcontroller Unit，MCU))，或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

图3为本申请实施例提供的充放电控制电路的第三种结构示意图，如图3所示，二极管模块2包括第一二极管单元21和第二二极管单元22；

第一二极管单元21与第一MOS管模块1和第二二极管单元22电连接；

第一二极管单元21，被配置为根据第二控制信号导通并对电池模块进行放电，根据第三控制信号截止；

第二二极管单元22，被配置为根据第二控制信号截止，根据第三控制信号导通并对电池模块进行充电。

在应用中，当控制模块处于对电池模块的正常充电或放电控制时，通过第一MOS管模块控制充放电控制电路的充电路径和放电路径正常导通，以用于电池模块的正常充放电；同时还可以使第一二极管单元和第二二极管单元中的一个导通，从而达到更佳的充放电效果。

当控制模块判断出电池模块的电压大于过充电压保护阈值时，过充保护启动，控制模块控制第一MOS管模块截止，充电路径终止，外部电路无法对电池模块进行充电；同时控制模块控制第一二极管单元导通、第二二极管单元断开，使放电路径依然处于通路状态，外部电路可以对电池模块放电，放电电流从电池模块开始对外供电，流经外部电路、第一二极管单元和第二二极管单元后接地。

当控制模块判断出电池模块的电压小于过放电压保护阈值时，过放保护启动，控制模块控制第一MOS管模块截止，放电路径终止，外部电路无法对电池模块进行放电；同时控制模块控制第一二极管单元断开、第二二极管单元导通，使充电路径依然处于通路状态，外部电路可以对电池模块充电，充电电流从外部电路开始对电池模块充电，流经电池模块、第一二极管单元和第二二极管单元后接地。

图4为本申请实施例提供的充放电控制电路的二极管模块的第一种电路图，图5为本申请实施例提供的充放电控制电路的二极管模块的第二种电路图，如图4和图5所示，示例性地，第一二极管单元21包括第一二极管D1和第一开关；

第一二极管D1的正极与第一MOS管模块1和第一开关的一端电连接，第一二极管D1的负极与第一MOS管模块1和第一开关的另一端电连接。

第二二极管单元22包括第二二极管D2和第二开关；

第二二极管D2的正极与第一MOS管模块1和第二开关的一端电连接，第二二极管D2的负极与第一MOS管模块1和第二开关的另一端电连接。

在应用中，当控制模块判断出电池模块的电压大于过充电压保护阈值时，过充保护启动，控制模块控制第一MOS管模块截止，充电路径终止；控制模块控制第一开关开路、第二开关闭路，使放电路径依然导通，放电电流从电池模块开始对外供电，流经外部电路、第二开关和第一二极管回到电池模块的接地端。

当控制模块判断出电池模块的电压小于过放电压保护阈值时，过放保护启动，控制模块控制第一MOS管模块截止，放电路径终止；控制模块控制第一开关闭路、第二开关开路，使充电路径依然导通，外部充电电路可以对电池模块采用定电圧或定电流的充电方式充电，充电电流从外部电路开始对电池模块充电，流经电池模块、第一开关和第二二极管后回到外部电路的接地端。

如图4和图5所示，示例性地，第一开关包括第一拨码开关或第二MOS管M2，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，第二MOS管M2的体积远小于第一MOS管M1的体积。第二开关包括第二拨码开关S2或第三MOS管M3，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，第三MOS管M3的体积远小于第一MOS管M1的体积。

在应用中，第一开关和第二开关主要起到过充和过放后的保护作用，所以通过的电流相对于第一MOS管模块来说非常小，所以第一开关和第二开关既可直接选择本身体积较小的拨码开关，又可以选择电流很小的MOS管。同时因为MOS管的体积一般与其允许通过的电流成正比，所以第二MOS管和第三MOS管的体积远小于第一MOS管的体积，从而使整个充放电控制电路的整体体积变小，成本降低。

示例性地，第一MOS管模块包括NMOS管，NMOS管的栅极、源极和漏极均与二极管模块电连接，NMOS管的栅极与控制模块电连接；

或者，第一MOS管模块包括PMOS管，PMOS管的栅极、源极和漏极均与二极管模块电连接，PMOS管的栅极与控制模块电连接。

在应用中，根据实际情况需要，第一MOS管模块既可以包括NMOS管，又可以包括PMOS管，主要用于控制正常的充电或放电过程。

图6为本申请实施例提供的充放电控制电路的第四种结构示意图，如图6所示，示例性地，充放电控制电路还包括电池模块4；

电池模块4的正极与第一MOS管模块1和二极管模块2电连接，或者电池模块4的负极与第一MOS管模块1和二极管模块2电连接。

在应用中，电池模块为充放电控制电路的控制对象，本申请的充放电控制电路主要实现对电池模块的充放电控制，以及过充保护和过放保护，本申请的充放电控制电路既可以对电池模块的正极端电路进行保护，也可以对电池模块的负极端进行保护。同时，本申请中的电池模块可以包括锂电池。

如图6所示，示例性地，充放电控制电路还包括外部电源模块5；

外部电源模块5与第一MOS管模块1和二极管模块2电连接。

在应用中，通过外部电源模块为整个充放电控制电路提供电源，既可以对电池模块进行充电，又可以接收电池模块的放电。外部电源模块可以为单独的电源或者包括电源的外部电路。

本实施例公开了一种电池保护装置，包括充放电控制电路100。

在应用中，可以将充放电控制电路设置在电池保护装置内，通过第一MOS管模块实现对电池模块的充电过程和放电过程，通过二极管模块对电池模块进行过充保护和过放保护，并将二极管模块和第一MOS管模块结合并封装在同一个塑封料中，从而只需一个MOS管模块即可实现对电池模块的充放电控制过程，缩小电池保护装置的整体体积，降低电池保护装置的整体成本。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的不间断电源并机冗余系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的不间断电源并机冗余系统实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种充放电控制电路，其特征在于，包括第一MOS管模块、二极管模块和控制模块；

所述第一MOS管模块与所述二极管模块和所述控制模块电连接，所述二极管模块与所述控制模块电连接；

所述第一MOS管模块，被配置为根据第一控制信号导通并对电池模块进行充电或放电，以及根据第二控制信号或第三控制信号截止；

所述二极管模块，被配置为根据所述第二控制信号对所述电池模块进行放电，根据所述第三控制信号对所述电池模块进行充电；

所述控制模块，被配置为输出所述第一控制信号；以及当所述电池模块的电压大于过充电压保护阈值时输出所述第二控制信号；当所述电池模块的电压小于过放电压保护阈值时输出所述第三控制信号。

2.如权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于，所述二极管模块包括第一二极管单元和第二二极管单元；

所述第一二极管单元与所述第一MOS管模块和所述第二二极管单元电连接；

所述第一二极管单元，被配置为根据所述第二控制信号导通并对所述电池模块进行放电，根据所述第三控制信号截止；

所述第二二极管单元，被配置为根据所述第二控制信号截止，根据所述第三控制信号导通并对所述电池模块进行充电。

3.如权利要求2所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第一二极管单元包括第一二极管和第一开关；

所述第一二极管的正极与所述第一MOS管模块和所述第一开关的一端电连接，所述第一二极管的负极与所述第一MOS管模块和所述第一开关的另一端电连接。

4.如权利要求3所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第一开关包括第一拨码开关或第二MOS管，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，所述第二MOS管的体积远小于所述第一MOS管的体积。

5.如权利要求2所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第二二极管单元包括第二二极管和第二开关；

所述第二二极管的正极与所述第一MOS管模块和所述第二开关的一端电连接，所述第二二极管的负极与所述第一MOS管模块和所述第二开关的另一端电连接。

6.如权利要求5所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第二开关包括第二拨码开关或第三MOS管，所述第一MOS管模块包括第一MOS管，所述第三MOS管的体积远小于所述第一MOS管的体积。

7.如权利要求1-6任一项所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第一MOS管模块包括NMOS管，所述NMOS管的栅极、源极和漏极均与所述二极管模块电连接，所述NMOS管的栅极与所述控制模块电连接；

或者，第一MOS管模块包括PMOS管，所述PMOS管的栅极、源极和漏极均与所述二极管模块电连接，所述PMOS管的栅极与所述控制模块电连接。

8.如权利要求1-6任一项所述的充放电控制电路，其特征在于，所述充放电控制电路还包括电池模块；

所述电池模块的正极与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接，或者所述电池模块的负极与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接。

9.如权利要求1-6任一项所述的充放电控制电路，其特征在于，所述充放电控制电路还包括外部电源模块；

所述外部电源模块与所述第一MOS管模块和所述二极管模块电连接。

10.一种电池保护装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的充放电控制电路。

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