CN218414729U - 一种电池的开关控制电路和电池保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电池的开关控制电路和电池保护装置，包括：信号生成模块，用于发送关断控制信号；管理控制模块，所述管理控制模块与所述信号生成模块和电池正极连接，用于在接收关断控制信号后输出关断驱动信号；开关控制模块，所述开关控制模块与所述电池负极和所述管理控制模块连接，用于在接收到所述关断驱动信号后，根据所述关断驱动信号关断所述电池负极与所述管理控制模块之间的连接，以切断电池回路。本实用新型实现电池在仓库存放或运输过程中节省电量的效果，且避免电池因短路引起的安全事故，提高电池的存放或运输安全性。

Description

一种电池的开关控制电路和电池保护装置

技术领域

本实用新型涉及电路安全技术领域，尤其涉及一种电池的开关控制电路和电池保护装置。

背景技术

由于电池在电池厂商生产后，在仓库存放或运输过程容易出现异常外部短路和其他安全性问题，系统在组装电池时电池如果不进行关断处理，带电组装容易由于系统端的金属物品等，导致电池短路燃烧引起起火等安全事故，所以如何让电池在仓库存放或运输过程需要处于关断状态，是本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的是提供一种电池的开关控制电路和电池保护装置，让电池在仓库存放或运输过程需要处于关断状态，使得电池出货后以及运输途中处于无电压输出状态，以达到电池在仓库存放或运输过程中节省电量的目的。

本实用新型实施例提供了一种电池的开关控制电路，包括：

信号生成模块，用于发送关断控制信号；

管理控制模块，所述管理控制模块与所述信号生成模块和电池正极连接，用于在接收关断控制信号后输出关断驱动信号；

开关控制模块，所述开关控制模块与所述电池负极和所述管理控制模块连接，用于在接收到所述关断驱动信号后，根据所述关断驱动信号关断所述电池负极与所述管理控制模块之间的连接，以切断电池回路。

在其中一些实施方式中，所述管理控制模块包括：电池管理器；

所述电池管理器的电源电压引脚与所述电池正极连接；

所述电池管理器的放电保护引脚和充电保护引脚分别与所述开关控制模块的两个输入端连接以输出关断驱动信号；

所述电池管理器的过流短路检测引脚与所述电池负极连接。

在其中一些实施方式中，所述开关控制模块包括：电池保护晶体管；

所述电池保护晶体管的第八端口与所述放电保护引脚连接；

所述电池保护晶体管的第三端口与所述充电保护引脚连接；

所述电池保护晶体管的第一、第二、第四和第五端口均与所述电池负极连接。

在其中一些实施方式中，所述开关控制模块还包括：第一保护电容和第二保护电容；

所述第一保护电容的第一端与所述电池保护晶体管的第六、第七、第九和第十端口连接；

所述第一保护电容的第二端与所述第二保护电容的第一端连接；

所述第二保护电容的第二端与所述电池保护晶体管的第一、第二、第四和第五端口连接。

在其中一些实施方式中，所述信号生成模块包括：

测试设备，与所述电池负极通过关断端口连接，用于生成并发送所述第一关断控制信号至所述电池管理器的电源电压引脚。

在其中一些实施方式中，所述信号生成模块包括：

电量检测单元，用于接收到上位机的关断指令，且根据所述关断指令发送第二关断控制信号至所述电池管理器。

在其中一些实施方式中，所述电量检测单元包括：电量计和连接器；

所述电量计的电池输入引脚与所述电池正极连接；

所述电量计的感测输入引脚与所述电量计的中断控制引脚短接，所述电量计的感测输入引脚与所述电池正极连接；

所述电量计的数据收发引脚与所述连接器的数据收发端口连接；

所述电量计的信号收发引脚与所述连接器的信号收发端口连接；

所述电量计的脉冲信号输出引脚与所述电池管理器的电源电压引脚连接，所述脉冲信号输出引脚用于输出脉冲信号；所述脉冲信号为所述第二关断控制信号；

所述电量计的误差放大正输入引脚与所述电池管理器的电源接地引脚连接；

所述电量计的误差放大负输入引脚分别与所述电池管理器的控制引脚连接。

在其中一些实施方式中，所述电量检测单元还包括：可调电阻、滤波电容、第一分压电阻、第二分压电阻和采样电阻；

所述电量计的误差放大正、负输入引脚分别与所述滤波电容的第一端和第二端连接；

所述滤波电容的第一端与所述第一分压电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接；

所述第一分压电阻和第二分压电阻的第二端分别与所述采样电阻的第一端和第二端连接；

所述采样电阻的第一端与所述管理控制模块的电源接地引脚连接；

所述采样电阻的第二端与所述管理控制模块的控制引脚连接。

在其中一些实施方式中，还包括：

充电模块，所述充电模块与所述开关控制模块连接，用于发送充电信号给所述开关控制模块；

所述开关控制模块还用于在所述电池正极和电池负极通过充电线与充电电源连接，且接收到所述充电信号时导通整个电池回路。

在第二方面，为了解决相同的技术问题，本实用新型实施例提供了一种电池保护装置，包括所述的电池的开关控制电路。

本实用新型实施例提供了一种电池的开关控制电路和电池保护装置，能实现电池在仓库存放或运输过程需要处于关断状态，使得电池出货后以及运输途中处于无电压输出状态，以达到电池在仓库存放或运输过程中节省电量的目的。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的另一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的另一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的一种整体电路原理示意图；

图5为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的局部放大电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的局部放大电路原理示意图；

图7为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的另一种整体电路原理示意图；

图8为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的局部放大电路原理示意图；

图9为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的局部放大电路原理示意图；

图10为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的另一种整体电路原理示意图。

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，本领域普通技术人员在没有作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。

应当理解的是，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。

本文使用的术语“包括”及其变形是开放性包括，即“包括但不限于”。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”；术语“一些实施例”表示“至少一些实施例”。其他术语的相关定义将在下文描述中给出。

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的电池的开关控制电路的一种结构示意图，该电池的开关控制电路包括：

信号生成模块30，用于发送关断控制信号Signal 1；

管理控制模块10，所述管理控制模块10与所述信号生成模块30和与电池正极Battery+连接，用于在接收关断控制信号Signal 1后输出关断驱动信号Signal 2；

开关控制模块20，所述开关控制模块20，与所述电池负极Battery-和所述管理控制模块10连接，用于在接收到所述关断驱动信号Signal 2后，根据所述关断驱动信号关断所述电池负极Battery-与所述管理控制模块10之间的连接，以切断电池回路。

具体的，管理控制模块10根据关断控制信号Signal 1可判断出需要将整体的电池回路切断，因此，管理控制模块10在接收到关断控制信号Signal 1后，触发生成关断驱动信号Signal 2并发送给开关控制模块20。开关控制模块20接收到管理控制模块10发送的关断驱动信号Signal 2后，就断开电池负极Battery-与管理控制模块10之间的连接，以便使得电池正极Battery+和负极之间没有电流流过，进而让整个电池回路处于断开状态，这样，电池回路的电流消耗为零，以达到电池在仓库存放或运输过程中节省电量的目的。

而且，本实用新型还可以避免电池因短路引起的安全事故，大大提高电池的存放或运输安全性。由于本实用新型可减少在存放或运输过程中的电池损耗，因此还能够延长电池的使用寿命，另外由于减少电池因短路引起的安全事故，还能够降低电池的维护及返修成本。

在其中一个实施例中，参见图1、图4至图10所示，所述管理控制模块10包括：电池管理器U1；

所述电池管理器U1的电源电压引脚VDD与所述电池正极Battery+连接；

具体的，电池管理器U1的型号可以是R5443Z228AA，该电池管理器U1是一种单电池锂离子/聚合物的电池保护IC，本实施例中的电池管理器U1提供过充电、过放电和放电/充电过电流检测。

所述电池管理器U1的放电保护引脚DOUT和充电保护引脚COUT分别与所述开关控制模块20的两个输入端连接以输出关断驱动信号Signal 2；

所述电池管理器U1的过流短路检测引脚V-与所述电池负极Battery-连接。

具体的，电池管理器U1的放电保护引脚DOUT与开关控制模块20的第一输入端连接以输出关断驱动信号Signal 2，电池管理器U1的充电保护引脚COUT与开关控制模块20的第二输入端连接以输出关断驱动信号Signal 2。电池管理器U1的过流短路检测与开关控制模块20的第三端连接并且与电池负极Battery-连接。

在其中一个实施例中，参见图4至图9所示，所述开关控制模块20包括：电池保护晶体管Q1；

所述电池保护晶体管Q1的第八端口与所述放电保护引脚DOUT连接；

所述电池保护晶体管Q1的第三端口与所述充电保护引脚COUT连接；

所述电池保护晶体管Q1的第一、第二、第四和第五端口均与所述电池负极Battery-连接。

具体的，电池保护晶体管Q1可以是N沟道MOS管，电池保护晶体管Q1的型号可以是FCAB21490L。本实用新型通过电池管理器U1与电池保护晶体管Q1连接，即电池保护晶体管Q1的第八端口与连接电池保护晶体管Q1的放电保护引脚DOUT以接收关断驱动信号Signal2，电池保护晶体管Q1的第三端口与电池管理器U1的充电保护引脚COUT连接以接收关断驱动信号Signal 2，这样，在电池保护晶体管Q1接收到关断驱动信号Signal 2后，可以快速导通和关断，以便降低开关损耗，从而提升整个电池回路的断开效率，进而达到减少电量损耗的目的。

在其中一个实施例中，参见图7-图9所示，所述开关控制模块20还包括：第一保护电容C6和第二保护电容C7；

所述第一保护电容C6的第一端与所述电池保护晶体管Q1的第六、第七、第九和第十端口连接；

所述第一保护电容C6的第二端与所述第二保护电容C7的第一端连接；

所述第二保护电容C7的第二端与所述电池保护晶体管Q1的第一、第二、第四和第五端口连接。

具体的，在电池保护晶体管Q1由闭合(或者导通)到断开的瞬间保持稳态，以便保护整体的电池回路。

在其中一个实施例中，参见图1和图2所示，信号生成模块30包括：

电量检测单元31，与所述管理控制模块10连接，用于接收到上位机的关断指令，且根据所述关断指令发送第二关断控制信号Signal 12至所述电池管理器U1。

其中，所述电量检测单元31包括：电量计U3和连接器J1；

所述电量计U3的电池输入引脚BAT-与所述电池正极Battery+连接；

所述电量计U3的感测输入引脚BAT_SNS与所述电量计U3的中断控制引脚CE短接，所述电量计U3的感测输入引脚BAT_SNS与所述电池正极Battery+连接；

所述电量计U3的数据收发引脚SDA与所述连接器J1的数据收发端口连接；

所述电量计U3的信号收发引脚SCL与所述连接器J1的信号收发端口连接；

所述电量计U3的脉冲信号输出引脚PULS与所述电池管理器U1的电源电压引脚VDD连接，所述脉冲信号输出引脚PULS用于输出脉冲信号；所述脉冲信号为所述第二关断控制信号Signal 12；

所述电量计U3的误差放大正输入引脚SRP与所述电池管理器U1的电源接地引脚VSS连接；

所述电量计U3的误差放大负输入引脚SRN与所述电池管理器U1的控制引脚RSENS连接。

具体的，连接器J1的型号可以是DF52-14S-0.8H，电量计U3的型号可以是BQ27Z561。电量计U3的感测输入引脚BAT_SNS能够检测到电池回路中的电流大小、电压大小，本实施例中的电池保护板(即本实用新型的电池的开关控制电路)在正常工作模式下，电池管理器U1的电源电压引脚VDD的电压等于电池电芯的电压，如果要执行关断指令时，电量计U3的过流短路检测引脚V-会输出一个高低电平的脉冲信号，当脉冲信号处于低电平时，电池管理器U1的电源电压引脚VDD处的电压被拉低，电池管理器U1判定电芯电压低于预设欠压保护点，因此会执行欠压保护动作从而关掉电池保护晶体管Q1的驱动电压，达到电池保护晶体管Q1关断的作用，这样就能够断开电池负极Battery-与管理控制模块10之间的连接，以便使得电池正极Battery+和电池负极Battery-之间没有电流流过，进而让整个电池回路处于断开状态，这样，电池回路的电流消耗为零，使得电池出货后以及运输途中处于无电压输出状态，以达到电池在仓库存放或运输过程中节省电量的目的。

本实施例中增加脉冲放电以实现对电池的关断pin进行脉冲放电，而且还能够保障电池在欠压保护后只有充电才能恢复解除锁定状态，激活电池正常使用。本实用新型当电芯电压或者回路电流超过规定值时，可以使得电池电芯和外电路关断以保护电芯的安全。

在其中一个实施例中，参见图2、图4至图9所示，所述电量检测单元31还包括：可调电阻RT3、滤波电容C9、第一分压电阻R6、第二分压电阻R7和采样电阻RS1；

所述电量计U3的误差放大正输入引脚SRP、误差放大负输入引脚SRN分别与所述滤波电容C9的第一端和第二端连接；

所述滤波电容C9的第一端与所述第一分压电阻R6的第一端连接，所述滤波电容C9的第二端与所述第二分压电阻R7的第一端连接；

所述第一分压电阻R6和第二分压电阻R7的第二端分别与所述采样电阻RS1的第一端和第二端连接；

所述采样电阻RS1的第一端与所述电池管理器U1的电源接地引脚VSS连接；

所述采样电阻RS1的第二端与所述电池管理器U1的控制引脚RSENS连接。

具体的，本实施例提供的电池的开关控制电路中，通过可调电阻RT3、第一分压电阻R6、第二分压电阻R7和采样电阻RS1，能够调节电池回路中的电流大小，另外，通过滤波电容C9以便通过滤除电池回路的杂波和交流成分得到更为稳定的直流电压。

在其中一个实施例中，参见图3和图10所示，信号生成模块30包括：

测试设备32，与所述电池负极Battery-通过关断端口SHUTDOWN连接，用于生成并发送所述第一关断控制信号Signal 11至所述电池管理器U1的电源电压引脚VDD。

具体的，图2、图4至图9对应的实施例需要使用额外的电量检测单元31进行电流、电压的检测，还需要额外增设通讯模块(即本实用新型的连接器J1)与上位机连接通过I2C的通信方式去发送关断执行指令和执行动作。因此，图2、图4至图9对应的实施例需要额外增加一个通讯模块，使得通讯模块可以发送脉冲低电平和持续的时间来触发电池执行关断的动作，导致电池制作成本提升不利于推广，以及额外增设通讯模块导致电池体积变大不便于携带。

本实施例中测试设备32通过在电池输出端额外增设关断端口SHUUTDOWN，能够使得测试设备32通过关断端口SHUUTDOWN与电池负极Battery-可插拔连接，在有需求时将测试设备32与关断端口SHUTDOWN连接，从而使得测试设备32建立与电池负极Battery-的连接关系。在无需求时将测试设备32断开与关断端口SHUTDOWN的连接，从而使得测试设备32断开与电池负极Battery-的连接关系。

示例性的，在电池供应商在电池产品生产完成后，只需要测试人员将上位机与待测的电池产品的测试节点(例如图10中的TP3和TP4，以及图4至图9中的TP1、TP2等)连接以进行功能测试(例如引脚稳定性测试、电量测试、短路测试等)。如图10所示，在测试人员使用上位机测试完成后，此时，测试设备32已经通过关断端口SHUUTDOWN与电池负极Battery-建立连接，测试人员通过上位机输入确认信号，从而使得测试设备32接收到确认信号后，触发生成并发送第一关断控制信号Signal 11给管理控制模块10，这样电池的开关控制电路中的管理控制模块10接收到第一关断控制信号Signal 11后，能够断开电池负极Battery-与管理控制模块10之间的连接，以便在测试完成后就让整个电池回路处于断开状态。而且，本实施例相对于图2、图4至图9对应的实施例，不需要额外增设电量检测单元31和通讯模块，减小电池体积便于携带，而且大大降低电池制作成本有利于推广。

示例性的，将锂电池保护IC的电压检测pin串联电阻后连接到电池输出端，通过测试设备32连接后发送高低电平的电压脉冲给到电压检测pin，电池在检测到低电平和持续的时间后触发欠压保护，从而达到电池关断的效果。

在其中一个实施例中，所述电池的开关控制电路还包括：

充电模块，所述充电模块与所述开关控制模块连接，用于发送充电信号给所述开关控制模块；

开关控制模块20还用于在所述电池正极Battery+和电池负极Battery-通过充电线与充电电源连接，且接收到所述充电信号时导通整个电池回路。

具体的，充电线可以是电源线或者集成数据和电源功能的USB线，充电电源可以是市电，也可以是充电宝。总之，在供应商发货运输且用户端收到电池以后，用户将电池装在设备中进行充电操作以后，充电模块会生成并发送充电信号给开关控制模块20，开关控制模块20接收到充电信号时，表明电池正在通过充电线与充电电源连接，并正在通过电池正极Battery+和电池负极Battery-去进行充电激活，以便电池负极Battery-与管理控制模块10之间的连接线路连通，进而恢复此前处于断开状态的电池切换成正常开路电压状态以便用户正常使用。

本实用新型还提供一种电池保护装置，该电池保护装置包括有上述实施例的电池的开关控制电路。

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的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的电池的开关控制电路和电池保护装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；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的技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电池的开关控制电路，其特征在于，包括：

信号生成模块，用于发送关断控制信号；

管理控制模块，所述管理控制模块与所述信号生成模块和电池正极连接，用于在接收关断控制信号后输出关断驱动信号；

开关控制模块，所述开关控制模块与所述电池负极和所述管理控制模块连接，用于在接收到所述关断驱动信号后，根据所述关断驱动信号关断所述电池负极与所述管理控制模块之间的连接，以切断电池回路。

2.根据权利要求1所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述管理控制模块包括：电池管理器；

所述电池管理器的电源电压引脚与所述电池正极连接；

所述电池管理器的放电保护引脚和充电保护引脚分别与所述开关控制模块的两个输入端连接以输出关断驱动信号；

所述电池管理器的过流短路检测引脚与所述电池负极连接。

3.根据权利要求2所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制模块包括：电池保护晶体管；

所述电池保护晶体管的第八端口与所述放电保护引脚连接；

所述电池保护晶体管的第三端口与所述充电保护引脚连接；

所述电池保护晶体管的第一、第二、第四和第五端口均与所述电池负极连接。

4.根据权利要求3所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述开关控制模块还包括：第一保护电容和第二保护电容；

所述第一保护电容的第一端与所述电池保护晶体管的第六、第七、第九和第十端口连接；

所述第一保护电容的第二端与所述第二保护电容的第一端连接；

所述第二保护电容的第二端与所述电池保护晶体管的第一、第二、第四和第五端口连接。

5.根据权利要求2所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述信号生成模块包括：

测试设备，与所述电池负极通过关断端口连接，用于生成并发送第一关断控制信号至所述电池管理器的电源电压引脚。

6.根据权利要求2所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述信号生成模块包括：

电量检测单元，用于接收到上位机的关断指令，且根据所述关断指令发送第二关断控制信号至所述电池管理器。

7.根据权利要求6所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述电量检测单元包括：电量计和连接器；

所述电量计的电池输入引脚与所述电池正极连接；

所述电量计的感测输入引脚与所述电量计的中断控制引脚短接，所述电量计的感测输入引脚与所述电池正极连接；

所述电量计的数据收发引脚与所述连接器的数据收发端口连接；

所述电量计的信号收发引脚与所述连接器的信号收发端口连接；

所述电量计的脉冲信号输出引脚与所述电池管理器的电源电压引脚连接，所述脉冲信号输出引脚用于输出脉冲信号；所述脉冲信号为所述第二关断控制信号；

所述电量计的误差放大正输入引脚与所述电池管理器的电源接地引脚连接；

所述电量计的误差放大负输入引脚分别与所述电池管理器的控制引脚连接。

8.根据权利要求7所述的电池的开关控制电路，其特征在于，所述电量检测单元还包括：可调电阻、滤波电容、第一分压电阻、第二分压电阻和采样电阻；

所述电量计的误差放大正、负输入引脚分别与所述滤波电容的第一端和第二端连接；

所述滤波电容的第一端与所述第一分压电阻的第一端连接，所述滤波电容的第二端与所述第二分压电阻的第一端连接；

所述第一分压电阻和第二分压电阻的第二端分别与所述采样电阻的第一端和第二端连接；

所述采样电阻的第一端与所述管理控制模块的电源接地引脚连接；

所述采样电阻的第二端与所述管理控制模块的控制引脚连接。

9.根据权利要求1-8任一项所述的电池的开关控制电路，其特征在于，还包括：

充电模块，所述充电模块与所述开关控制模块连接，用于发送充电信号给所述开关控制模块；

所述开关控制模块还用于在所述电池正极和电池负极通过充电线与充电电源连接，且接收到所述充电信号时导通整个电池回路。

10.一种电池保护装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电池的开关控制电路。

Images