CN218335397U - 一种锂电池开关保护电路和锂电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种锂电池开关保护电路和锂电池，包括开关管、控制电路和保护电路，开关管连接锂电池的电芯和负载，用于接通锂电池的电芯和负载之间的回路，控制电路用于控制所述开关管的通断，以控制所述锂电池的充放电过程，保护电路包括控制开关和正温度系数的热敏电阻，所述控制开关连接所述热敏电阻，所述保护电路连接在所述开关管的两端，所述控制电路连接所述控制开关的控制端子，在所述开关管导通或关闭时，控制所述保护电路的开启，以保护所述开关管；通过将热敏电阻和控制开关并联在开关管上，可以在开关管导通和关断时通过开启该保护支路避免开关管受到瞬时高压或大电流的损害。

Description

一种锂电池开关保护电路和锂电池

技术领域

本实用新型涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池开关保护电路和锂电池。

背景技术

一般锂电池包含充电控制开关和放电控制开关，常见的控制开关采用MOS 管实现。

在实际应用场景中，受负载输入电容、回路寄生电感的影响，充放电控制开关在导通和关断时放电控制开关承受着巨大的电流、电压冲击，特别在电池输出短路保护时，放电控制开关承受的冲击更大，会影响放电控制开关的使用寿命或者直接将其损坏。

实用新型内容

本实用新型提供一种锂电池开关保护电路和锂电池，旨在有效保护开关电路的开关管。

一方面，本实用新型提供一种锂电池开关保护电路，包括：

开关管，连接锂电池的电芯和负载，用于接通锂电池的电芯和负载之间的回路；

控制电路，连接所述开关管，用于控制所述开关管的通断，以控制所述锂电池的充放电过程；

保护电路，包括控制开关和热敏电阻，所述控制开关连接所述热敏电阻，所述保护电路连接在所述开关管的两端，所述控制电路连接所述控制开关的控制端子，在所述开关管导通或关闭时，控制所述保护电路的开启，以保护所述开关管，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻。

在其中一个实施例中，所述开关管包括充电开关和放电开关，所述充电开关连接所述放电开关，所述保护电路连接在所述开关管的两端具体为，所述保护电路连接在所述放电开关的两端。

在其中一个实施例中，所述锂电池开关保护电路的接通过程包括初期接通保护阶段以及后期接通稳定阶段；

当所述接通过程处于初期接通保护阶段时，所述充电开关和控制开关导通，所述放电开关断开，热敏电阻的阻值随电流正向变化，负载电流受热敏电阻限制，负载电压缓慢升高；

当所述接通过程处于后期接通稳定阶段时，所述充电开关和放电开关导通，所述控制开关断开。

在其中一个实施例中，所述初期接通保护阶段和后期接通稳定阶段的切换条件为负载电压和电源的压差值。

在其中一个实施例中，所述锂电池开关保护电路的断开过程包括初期断开保护阶段以及后期断开稳定阶段；

当所述断开过程处于初期断开保护阶段时，所述控制开关导通，所述充电开关和放电开关断开，以避免放电开关上的关断瞬间电流过大；

当所述断开过程处于后期断开稳定阶段时，所述充电开关、放电开关和控制开关均断开，实现整个电路的断开。

在其中一个实施例中，所述初期断开保护阶段和后期断开稳定阶段的切换条件为负载电流值小于设定值，或通过固定的延时时间切换。

在其中一个实施例中，所述控制开关为MOS管或继电器。

在其中一个实施例中，还包括采样电阻，所述采样电阻的两端连接所述控制电路，用于采集锂电池充放电回路中的电流。

另一方面，本实用新型还提供一种锂电池，包括：

锂电池电芯；以及，

上述任意一项所述的锂电池开关保护电路，所述锂电池开关保护电路分别连接所述锂电池电芯和负载，所述锂电池电芯用于给负载供电，以及接收充电。

在其中一个实施例中，所述锂电池为锂电池电芯组。

本实用新型一种锂电池开关保护电路和锂电池，包括开关管、控制电路和保护电路，开关管连接锂电池的电芯和负载，用于接通锂电池的电芯和负载之间的回路，控制电路用于控制所述开关管的通断，以控制所述锂电池的充放电过程，保护电路包括控制开关和正温度系数的热敏电阻，所述控制开关连接所述热敏电阻，所述保护电路连接在所述开关管的两端，所述控制电路连接所述控制开关的控制端子，在所述开关管导通或关闭时，控制所述保护电路的开启，以保护所述开关管；通过将热敏电路和控制开关并联在开关管上，可以在开关管导通和关断时通过开启该保护支路避免开关管受到瞬时高压的损害。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图仅为本实用新型的部分实施例相应的附图。

图1为本实用新型其中一个实施例中，锂电池开关保护电路的电路结构图；

图2为本实用新型另一个实施例中，锂电池开关保护电路的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中所提到的方向用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「侧面」、「顶部」以及「底部」等词，仅是参考附图的方位，使用的方向用语是用以说明及理解本实用新型，而非用以限制本实用新型。

本实用新型术语中的“第一”“第二”等词仅作为描述目的，而不能理解为指示或暗示相对的重要性，以及不作为对先后顺序的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参照图1，本实用新型一种锂电池开关保护电路，包括：

开关管10，连接锂电池的电芯和负载20，用于接通锂电池的电芯和负载 20之间的回路；

控制电路30，连接所述开关管10，用于控制所述开关管10的通断，以控制所述锂电池的充放电过程；

保护电路40，包括控制开关Q3和热敏电阻R1，所述控制开关Q3连接所述热敏电阻R1，所述保护电路40连接在所述开关管10的两端，所述控制电路 30连接所述控制开关Q3的控制端子，在所述开关管10导通或关闭时，控制所述保护电路40的开启，以保护所述开关管10，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻，即PTC电阻。

具体的，在其中一个实施例中，若开关管10设置在锂电池的正极，称为高端控制，开关管10包括充电开关Q1和放电开关Q2，所述充电开关Q1连接所述放电开关Q2，所述保护电路40连接在所述开关管10的两端具体为，所述保护电路10连接在所述放电开关Q2的两端；

控制电路30连接所述控制开关Q3的控制端子，在所述开关管10接通锂电池的电芯和负载20之间的回路时，先导通充电开关Q1和控制开关Q3，再导通放电开关Q2，在所述开关管10断开锂电池的电芯和负载20之间的回路时，先导通所述控制开关Q3，再关闭所述充电开关Q1和放电开关Q2。

由于锂电池的充放电回路中存在寄生电感L和负载电容C，当开关管导通，锂电池对负载20放电时，由于负载电容C两端的电压不能突变，导通瞬间电容相当于短路，开关管会承受巨大的电流冲击，对开关管的电流耐受力要求就会很高。当开关管关断，锂电池结束对负载20放电时，由于寄生电感L的电流不能突变，此时大电流会流经开关管的寄生电容，导致开关管两端的电压瞬间升高，对开关管产生很高的电压冲击，进而会导致开关管的损坏。这里的开关管主要指的是放电开关。

在放电开关Q2的两端并联保护电路40，锂电池对负载20放电时，先导通充电开关Q1和控制开关Q3，锂电池通过充电开关Q1、PTC电阻R1和控制开关 Q3形成放电回路对负载供电，受PTC电阻R1的限制，整个回路电流得到有效控制，当负载电容两端的电压升起来之后，回路中的电流开始下降时，再导通放电开关Q2，使得放电开关Q2免受高电压的冲击。

当锂电池对负载20停止放电时，先导通控制开关Q3，再关闭充电开关Q1 和放电开关Q2，寄生电感L的电流不能突变，此时大电流会通过控制开关和 PTC电阻的支路进行消散，进而不会对放电开关Q2造成高压冲击。

对应的，当锂电池对负载20放电时，充电开关Q1和控制开关Q3导通，放电开关Q2尚未导通，大电流流经热敏电阻R1，负载电容C两端的电压开始上升，由于电流很大热敏电阻R1的阻值快速增大，放电回路的电流开始降低，保证热敏电阻R1两端的压差不会太大，此时导通Q2不会对放电开关造成损害，并且放电回路导通速度快，不会影响锂电池的放电效率。

当锂电池对负载20停止放电时，先导通控制开关Q3，再关闭充电开关Q1 和放电开关Q2，由于寄生电感L的电流不能突变，此时大电流会通过控制开关Q3和热敏电阻R1的支路进行消散，热敏电阻R1的阻值迅速增加，回路中的电流降低，由于热敏电阻的初始阻值很低，即便是放电回路关闭的瞬间大电流流过其压差也不会太大，进而保护放电开关Q2不会受到高压冲击。

具体的，所述控制开关为MOS管，也可以为继电器。

在其中一个实施例中，所述充电开关和放电开关为MOS管。

在其中一个实施例中，该锂电池开关保护电路还包括采样电阻，所述采样电阻的两端连接所述控制电路，用于采集锂电池充放电回路中的电流。

参见图2，在其中一个实施例中，若开关管10设置在锂电池的负极，称为低端控制，其电路图如图所示，其工作过程和高端控制一样，在此不再赘述。

本申请实施例的锂电池开关保护电路的接通过程包括两个阶段：

初期接通保护阶段：当所述接通过程处于初期接通保护阶段时，所述充电开关和控制开关导通，所述放电开关断开，热敏电阻的阻值随电流正向变化，负载电压升高；

后期接通稳定阶段：当所述接通过程处于后期接通稳定阶段时，所述充电开关和放电开关导通，所述控制开关断开。

初期接通保护阶段和后期接通稳定阶段的切换条件为负载电压和电源的压差值。该压差值可以根据实际需要进行设定，当负载电压不断上升，和电源的压差值不断减小至某一设定值后，电路的状态由初期接通保护阶段切换到后期接通稳定阶段。

锂电池开关保护电路的断开过程包括两个阶段：

初期断开保护阶段：当所述断开过程处于初期断开保护阶段时，所述充电开关和放电开关断开，所述控制开关导通，以避免放电开关上的关断瞬间电流过大；

后期断开稳定阶段：当所述断开过程处于后期断开稳定阶段时，所述充电开关、放电开关和控制开关均断开，实现整个电路的断开。

初期断开保护阶段和后期断开稳定阶段的切换条件为负载电流值小于设定值。该设定值可以根据实际需要进行设定，当负载电流降低至该设定值时，电路的状态由初期断开保护阶段切换到后期断开稳定阶段。

本实用新型实施例还提出一种锂电池，包括：

锂电池电芯；以及，

上述任意一实施例所述的锂电池开关保护电路，所述锂电池开关保护电路分别连接所述锂电池电芯和负载，所述锂电池电芯用于给负载供电，以及接收充电。

在其中一个实施例中，所述锂电池电芯为锂电池电芯组。

综上所述，虽然本实用新型已以优选实施例揭露如上，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，根据本实用新型的技术方案的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锂电池开关保护电路，其特征在于，包括：

开关管，连接锂电池的电芯和负载，用于接通锂电池的电芯和负载之间的回路；

控制电路，连接所述开关管，用于控制所述开关管的通断，以控制所述锂电池的充放电过程；

保护电路，包括控制开关和热敏电阻，所述控制开关连接所述热敏电阻，所述保护电路连接在所述开关管的两端，所述控制电路连接所述控制开关的控制端子，在所述开关管导通或关闭时，控制所述保护电路的开启，以保护所述开关管，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻。

2.根据权利要求1所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述开关管包括充电开关和放电开关，所述充电开关连接所述放电开关，所述保护电路连接在所述开关管的两端具体为，所述保护电路连接在所述放电开关的两端。

3.根据权利要求2所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述锂电池开关保护电路的接通过程包括初期接通保护阶段以及后期接通稳定阶段；

当所述接通过程处于初期接通保护阶段时，所述充电开关和控制开关导通，所述放电开关断开，热敏电阻的阻值随电流正向变化，负载电流受热敏电阻限制，负载电压缓慢升高；

当所述接通过程处于后期接通稳定阶段时，所述充电开关和放电开关导通，完成电池开机功能。

4.根据权利要求3所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述初期接通保护阶段和后期接通稳定阶段的切换条件为负载电压和电源的压差值。

5.根据权利要求2所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述锂电池开关保护电路的断开过程包括初期断开保护阶段以及后期断开稳定阶段；

当所述断开过程处于初期断开保护阶段时，所述控制开关导通，所述充电开关和放电开关断开，以避免放电开关上的关断瞬间电流过大；

当所述断开过程处于后期断开稳定阶段时，所述充电开关、放电开关和控制开关均断开，实现整个电路的断开。

6.根据权利要求5所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述初期断开保护阶段和后期断开稳定阶段的切换条件为负载电流值小于设定值，或固定的延时时间切换。

7.根据权利要求1所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，所述控制开关为MOS管或继电器。

8.根据权利要求1所述的锂电池开关保护电路，其特征在于，还包括采样电阻，所述采样电阻的两端连接所述控制电路，用于采集锂电池充放电回路中的电流。

9.一种锂电池，其特征在于，包括：

锂电池电芯；以及，

权利要求1～8任意一项所述的锂电池开关保护电路，所述锂电池开关保护电路分别连接所述锂电池电芯和负载，所述锂电池电芯用于给负载供电，以及接收充电。

10.根据权利要求9所述的锂电池，其特征在于，所述锂电池电芯为锂电池电芯组。

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