CN218850434U - 一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备 - Google Patents

一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备 Download PDF

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杨冰
曾云洪
张家力
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Abstract

本实用新型公开了一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备，该温度保护电路与BMS电池管理模块相连，包括：依次电连接的检测模块、比较模块和驱动模块。本实用新型提供的技术方案，通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。

Description

一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备
技术领域
本实用新型涉及电池保护电路技术领域，具体涉及一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备。
背景技术
储能设备由于电池的存在，温度保护必不可少。实际应用中常使用NTC电阻(Negative Temperature Coefficient，热敏电阻)做电池温度保护的主要感应元件。NTC电阻用于检测电池的温度变化，NTC电阻与BMS电池管理模块(Battery Management System，电池管理系统)相连，BMS电池管理模块与电池相连。当NTC电阻失效时，会造成BMS电池管理模块对电池温度保护失效，从而造成电池不可逆伤害。
在具体实践中，NTC电阻状态异常造成温度保护电路的失效模式包括：
1、NTC电阻短路：电流过高或者超额定功率长期运行时，导致短路；
2、NTC电阻开裂：由于生产瑕疵，在电流运作时瞬间较大能量加载在热敏电阻造成电阻损坏，NTC电阻表现出更高的阻值或者直接开裂。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述技术不足，提供一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备，以解决相关技术中当热敏电阻失效时，会造成BMS电池管理模块对电池温度保护失效，从而造成电池不可逆伤害的技术问题。
为达到上述技术目的，本实用新型采取了以下技术方案：
根据本实用新型的第一方面，提供了一种温度保护电路，与BMS电池管理模块相连，包括：依次电连接的检测模块、比较模块和驱动模块，其中，
所述检测模块，用于检测当前电池温度下热敏电阻两端的电压值；
所述比较模块，用于比较所述电压值是否在预设电压阈值范围内；
所述驱动模块，用于根据所述比较模块输出的比较结果，为所述BMS电池管理模块提供驱动电压；所述BMS电池管理模块与被保护电池相连。
可选的，所述检测模块，包括：
串联在被保护电池输出端的第一并联电阻串和第二并联电阻串；
所述第一并联电阻串和第二并联电阻串两者串联的连接线上引出输出端与所述比较模块相连；所述第二并联电阻串至少包括一个热敏电阻。
可选的，所述第一并联电阻串，包括多个并联的定值电阻；
所述第二并联电阻串，包括多个并联的热敏电阻。
可选的，所述比较模块，包括：
第一比较器U1，其反相输入端连接低参考电压，其正相输入端与所述检测模块相连，其输出端通过第一二极管D1与所述驱动模块相连；所述低参考电压为所述预设电压阈值范围中的最低值；
第二比较器U2，其正相输入端连接高参考电压，其反相输入端与所述检测模块相连，其输出端通过第二二极管D2与所述驱动模块相连；所述高参考电压为所述预设电压阈值范围中的最高值。
可选的，所述比较模块，还包括：
第一电阻R10、第二电阻R9、第三电阻R8和第四电阻R7；
所述第一比较器U1的反相输入端通过第一电阻R10接地，通过第二电阻R9与被保护电池相连，所述第一电阻R10和第二电阻R9通过分压为所述第一比较器U1提供低参考电压；
所述第二比较器U2的正相输入端通过第三电阻R8接地，通过第四电阻R7与被保护电池相连，所述第三电阻R8和第四电阻R7通过分压为所述第二比较器U2提供高参考电压。
可选的，所述第一比较器U1的输出端与第一二极管D1的阴极相连；
所述第二比较器U2的输出端与第二二极管D2的阴极相连；
所述第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极作为所述比较模块的输出端与所述驱动模块相连。
可选的，所述驱动模块，包括：第一MOS管Q1、第五电阻R11和第六电阻R14；
所述第一MOS管Q1，其栅极直接与所述比较模块的输出端相连，其漏极通过第五电阻R11与所述比较模块的输出端相连，其源极通过第六电阻R14接地，并作为输出端与所述BMS电池管理模块的供电端相连。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种电池保护电路，包括：
BMS电池管理模块及上述的温度保护电路。
可选的，所述电池保护电路，还包括：
第二MOS管Q2，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
第三MOS管Q3，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
接地电阻R13，串联在所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的接地回路中。
根据本实用新型的第三方面，提供了一种用电设备，包括：
上述的电池保护电路。
本实用新型提供的这种温度保护电路、电池保护电路及用电设备，通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本实用新型一实施例提供的一种温度保护电路的示意框图；
图2是本实用新型一实施例提供的一种温度保护电路的电路原理图；
图3是本实用新型一实施例提供的BMS电池管理模块与被保护电池相连的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
如前面背景技术所述，相关技术中当热敏电阻失效时，会造成BMS电池管理模块对电池温度保护失效，从而造成电池不可逆伤害。
为了有效解决相关技术中的问题，本实用新型提供了一种温度保护电路、电池保护电路及用电设备，下面进行具体阐述。
根据本实用新型实施例，提供了一种温度保护电路100，与BMS电池管理模块200相连。请参阅图1，该温度保护电路100可以包括：
依次电连接的检测模块101、比较模块102和驱动模块103，其中，
所述检测模块101，用于检测当前电池温度下热敏电阻两端的电压值；
所述比较模块102，用于比较当前电池温度下的电压值是否在预设电压阈值范围内；
所述驱动模块103，用于根据所述比较模块102输出的比较结果，为所述BMS电池管理模块200提供驱动电压；所述BMS电池管理模块200与被保护电池相连。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于电池保护电路中。所述BMS电池管理模块200用于对被保护电池的充放电进行管理。当BMS电池管理模块200不启动时，被保护电池将停止向外接电路放电，及停止接收外接电路的充电。
在具体实践中，所述热敏电阻可以贴设在被保护电池上，也可以设置在被保护电池附近，这样检热敏电阻可以更精准地感应到电池温度变化。
由于热敏电阻的阻值会随温度变化而变化，当被保护电池的温度发生变化时，热敏电阻的阻值就会发生变化，热敏电阻两端的电压值就会发生改变，而热敏电阻两端的电压值与被保护电池的温度是成映射关系的，通过在比较模块102设置预设电压阈值范围，就可以实现比较当前电池温度下的电压值是否在预设电压阈值范围内。
可以理解的是，本实施例提供的这种温度保护电路，通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。
在具体实践中，所述检测模块101有多种实现方式，图2给出了其中一种实现方式，参见图2，所述检测模块101，包括：
串联在被保护电池输出端的第一并联电阻串(如图2中，电阻R1、R2、R3组成的并联电阻串)和第二并联电阻串(如图2中，电阻R4、R5、R6组成的并联电阻串)；
所述第一并联电阻串和第二并联电阻串两者串联的连接线上引出输出端与所述比较模块102相连；所述第二并联电阻串至少包括一个热敏电阻(即图2中，电阻R4、R5、R6中至少有一个是热敏电阻)。
可以理解的是，参见图2，第一并联电阻串与第二并联电阻串对电压VDD进行分压，检测模块101输出的电压值即为第二并联电阻串对VDD进行分压的分压值。假设将检测模块101的输出电压值记为U1，则U1＝VDD*Rm/(Rm+Rn)，其中，Rm表示电阻R4、R5、R6并联后的电阻值，Rn表示电阻R1、R2、R3并联后的电阻值。当被保护电池的温度发生变化时，Rm的电阻值会发生改变，进而U1会发生改变，通过对变化的U1进行监测即可判定当前电池温度是否超出正常温度范围，进而控制BMS电池管理模块是否启动，实现对电池的温度保护。
在具体实践中，所述第一并联电阻串和第二并联电阻串有多种实现形式，例如，如图2所示，所述第一并联电阻串，包括多个并联的定值电阻(如图2中，电阻R1、R2、R3组成的并联电阻串)；所述第二并联电阻串，包括多个并联的热敏电阻(如图2中，热敏电阻R4、R5、R6组成的并联电阻串)。
可以理解的是，将第一并联电阻串和第二并联电阻串的实现形式设置为图2所示的好处在于：当任一热敏电阻R4、R5、R6开路时，不影响其他热敏电阻正常工作。只有当所有的热敏电阻R4、R5、R6皆开路，或者，任一热敏电阻R4、R5、R6短路时，才会控制BMS电池管理模块不启动，可以尽量减小热敏电阻异常带来的停机风险，提高用电设备的使用效率。
参见图2，在具体实践中，所述比较模块102，可以包括：
第一比较器U1，其反相输入端连接低参考电压UL，其正相输入端与所述检测模块101相连，其输出端通过第一二极管D1与所述驱动模块103相连；所述低参考电压UL为所述预设电压阈值范围中的最低值；
第二比较器U2，其正相输入端连接高参考电压UH，其反相输入端与所述检测模块101相连，其输出端通过第二二极管D2与所述驱动模块103相连；所述高参考电压UH为所述预设电压阈值范围中的最高值。
可以理解的是，假设将检测模块101的输出电压值记为U1，若UL≤U1≤UH，则第一比较器U1输出高电平，第二比较器U2输出高电平，驱动模块103导通，为BMS电池管理模块提供启动电压，BMS电池管理模块正常工作。假设U1＞UH，则第一比较器U1输出高电平，第二比较器U2输出低电平，驱动模块103不导通，无法为BMS电池管理模块提供启动电压，BMS电池管理模块不能正常工作。同理，假设U1＜UL，则第一比较器U1输出低电平，第二比较器U2输出高电平，驱动模块103不导通，无法为BMS电池管理模块提供启动电压，BMS电池管理模块不能正常工作。
可见，比较模块102其实质是一个窗口比较器，只有检测模块101检测到的当前电池温度下热敏电阻两端的电压值U1在窗口比较器的电压阈值范围内，即UL≤U1≤UH，驱动模块103才会导通，否则驱动模块103不导通。
当检测模块101中的热敏电阻有任一个短路时，检测模块101的输出电压值U1为低电平，此时U1＜UL，且必然U1＜UH，驱动模块103不会导通。
当检测模块101中的热敏电阻全部开路时，检测模块101的输出电压值U1为高电平，此时U1＞UH，且必然U1＞UL，驱动模块103也不会导通。
当检测模块101中的热敏电阻仅有部分开路时，第二并联电阻串还可以正常分压，根据第二并联电阻串的分压情况判断驱动模块103是否导通。
在具体实践中，低参考电压UL和高参考电压UH可以通过多种实现形式提供，参见图2，图2给出了其中一种实现形式，在此情况下，所述比较模块102，还包括：
第一电阻R10、第二电阻R9、第三电阻R8和第四电阻R7；
所述第一比较器U1的反相输入端通过第一电阻R10接地，通过第二电阻R9与被保护电池相连，所述第一电阻R10和第二电阻R9通过分压为所述第一比较器U1提供低参考电压UL；
所述第二比较器U2的正相输入端通过第三电阻R8接地，通过第四电阻R7与被保护电池相连，所述第三电阻R8和第四电阻R7通过分压为所述第二比较器U2提供高参考电压UH。
可以理解的是，在图2所示的电路结构下，UL＝VDD*R10/(R10+R9)，UH＝VDD*R8/(R8+R7)。为了保证电路能正常工作，在具体实践中，需要合理选择第一电阻R10、第二电阻R9、第三电阻R8和第四电阻R7的电阻值，使其满足UH＜UL。
在具体实践中，为了保证U1＜UL，和，U1＞UH，这两种情况下驱动模块103不导通，需要：
所述第一比较器U1的输出端与第一二极管D1的阴极相连；
所述第二比较器U2的输出端与第二二极管D2的阴极相连；
所述第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极作为所述比较模块102的输出端与所述驱动模块103相连。
可以理解的是，U1＜UL(该情况下，第一比较器U1输出低电平，第二比较器U2输出高电平，D1导通，D2截止，比较模块102输出低电平)，和，U1＞UH(该情况下，第一比较器U1输出高电平，第二比较器U2输出低电平，D1截止，D2导通，比较模块102输出低电平)，这两种情况下，由于第一二极管D1和第二二极管D2的钳位作用，使得比较模块102输出低电平，驱动模块103不导通。
参见图2，在具体实践中，所述驱动模块103，包括：第一MOS管Q1、第五电阻R11和第六电阻R14；
所述第一MOS管Q1，其栅极直接与所述比较模块102的输出端相连，其漏极通过第五电阻R11与所述比较模块102的输出端相连，其源极通过第六电阻R14接地，并作为输出端与所述BMS电池管理模块200的供电端相连。
为了便于理解本实施例提供的这种温度保护电路，现以具体电路结构如图2所示，将其具体工作原理解释说明如下：
1、当热敏电阻R4、R5、R6中的任意一个发生短路时，检测模块101输出低电平。U1＜UL且U1＜UH，第一比较器U1输出低电平，第二比较器U2输出高电平，由于第一二极管D1和第二二极管D2的钳位作用，比较模块102输出低电平，驱动模块103中的第一MOS管Q1断开，驱动模块103输出的驱动电压VCC为低电平，BMS电池管理模块200不启动。
2、当热敏电阻R4、R5、R6任一个发生开路时，检测模块101的输出由其他两个热敏电阻的并联电阻分压决定，与正常工作的形式相同(若UL≤U1≤UH，则第一比较器U1输出高电平，第二比较器U2输出高电平，D1截止，D2截止，第一MOS管Q1的栅极通过电阻R11从VDD获取高电平，第一MOS管Q1导通)。
3、当热敏电阻R4、R5、R6皆开路时，检测模块101输出高电平。U1＞UL且U1＞UH，第一比较器U1输出高电平，第二比较器U2输出低电平，由于第一二极管D1和第二二极管D2的钳位作用，比较模块102输出低电平，驱动模块103中的第一MOS管Q1断开，驱动模块103输出的驱动电压VCC为低电平，BMS电池管理模块200不启动。
可以理解的是，本实施例提供的这种温度保护电路，给出了温度保护电路的具体实现形式，通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。
根据本实用新型另一示例性实施例，提供了一种电池保护电路，包括：
BMS电池管理模块及上述的温度保护电路。
参见图3，在具体实践中，所述电池保护电路，还可以包括：
第二MOS管Q2，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
第三MOS管Q3，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
接地电阻R13，串联在所述第二MOS管和第三MOS管的接地回路中。
可以理解的是，本实施例提供的这种电池保护电路，由于包括上述的温度保护电路，而温度保护电路通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。
根据本实用新型另一示例性实施例，提供了一种用电设备，包括：
上述的电池保护电路。
可以理解的是，本实施例提供的这种用电设备，由于包括上述的电池保护电路，而上述的电池保护电路包括上述的温度保护电路，而温度保护电路通过在检测模块输出端增设比较模块、驱动模块，控制BMS电池管理模块只有在当前电池温度下热敏电阻两端的电压值在预设电压阈值范围内时，才会被启动，这就使得热敏电阻失效时，BMS电池管理模块不再启动，从而避免了BMS电池管理模块在电池温度保护失效时仍对电池充放电进行管理，而对电池造成的不可逆伤害，提高了电池保护电路的可靠性和稳定性。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种温度保护电路，与BMS电池管理模块相连，其特征在于，包括：依次电连接的检测模块、比较模块和驱动模块，其中，
所述检测模块，用于检测当前电池温度下热敏电阻两端的电压值；
所述比较模块，用于比较所述电压值是否在预设电压阈值范围内；
所述驱动模块，用于根据所述比较模块输出的比较结果，为所述BMS电池管理模块提供驱动电压；所述BMS电池管理模块与被保护电池相连。
2.根据权利要求1所述的温度保护电路，其特征在于，所述检测模块，包括：
串联在被保护电池输出端的第一并联电阻串和第二并联电阻串；
所述第一并联电阻串和第二并联电阻串两者串联的连接线上引出输出端与所述比较模块相连；所述第二并联电阻串至少包括一个热敏电阻。
3.根据权利要求2所述的温度保护电路，其特征在于，
所述第一并联电阻串，包括多个并联的定值电阻；
所述第二并联电阻串，包括多个并联的热敏电阻。
4.根据权利要求1所述的温度保护电路，其特征在于，所述比较模块，包括：
第一比较器U1，其反相输入端连接低参考电压，其正相输入端与所述检测模块相连，其输出端通过第一二极管D1与所述驱动模块相连；所述低参考电压为所述预设电压阈值范围中的最低值；
第二比较器U2，其正相输入端连接高参考电压，其反相输入端与所述检测模块相连，其输出端通过第二二极管D2与所述驱动模块相连；所述高参考电压为所述预设电压阈值范围中的最高值。
5.根据权利要求4所述的温度保护电路，其特征在于，所述比较模块，还包括：
第一电阻R10、第二电阻R9、第三电阻R8和第四电阻R7；
所述第一比较器U1的反相输入端通过第一电阻R10接地，通过第二电阻R9与被保护电池相连，所述第一电阻R10和第二电阻R9通过分压为所述第一比较器U1提供低参考电压；
所述第二比较器U2的正相输入端通过第三电阻R8接地，通过第四电阻R7与被保护电池相连，所述第三电阻R8和第四电阻R7通过分压为所述第二比较器U2提供高参考电压。
6.根据权利要求5所述的温度保护电路，其特征在于，
所述第一比较器U1的输出端与第一二极管D1的阴极相连；
所述第二比较器U2的输出端与第二二极管D2的阴极相连；
所述第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阳极作为所述比较模块的输出端与所述驱动模块相连。
7.根据权利要求1所述的温度保护电路，其特征在于，所述驱动模块，包括：第一MOS管Q1、第五电阻R11和第六电阻R14；
所述第一MOS管Q1，其栅极直接与所述比较模块的输出端相连，其漏极通过第五电阻R11与所述比较模块的输出端相连，其源极通过第六电阻R14接地，并作为输出端与所述BMS电池管理模块的供电端相连。
8.一种电池保护电路，其特征在于，包括：
BMS电池管理模块及权利要求1～7任一项所述的温度保护电路。
9.根据权利要求8所述的电池保护电路，其特征在于，还包括：
第二MOS管Q2，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
第三MOS管Q3，其栅极与所述BMS电池管理模块相连，其源极和漏极连接在被保护电池的接地回路中；
接地电阻R13，串联在所述第二MOS管Q2和第三MOS管Q3的接地回路中。
10.一种用电设备，其特征在于，包括：
权利要求8或9任一项所述的电池保护电路。
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