WO2012145897A1

WO2012145897A1 - 一种电池保护装置及保护方法

Info

Publication number: WO2012145897A1
Application number: PCT/CN2011/073362
Authority: WO
Inventors: 熊运远; 潘启辉; 卢良飞
Original assignee: 海能达通信股份有限公司
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2011-04-27
Publication date: 2012-11-01

Description

一种电池保护装置及保护方法技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种电池保护装置及保护方法。

背景技术

通用的可充电池保护方案是电芯电压通过两个串接的充电开关和放电开关向负载输出，如果电芯电压在电池保护芯片设定的范围内，充电开关和放电开关一直是开通的，随时可以向外输出大的电流。由于电池的极片棵露在空气中，容易被外界的导电物体接触到，当电池的放电输出端正、负极片间有导体短路，电池瞬间有大电流输出，由此而产生极片打火，易引发火灾或烫伤的事故。

可充电池用在手持电器上，更换电池时，由于电池对电器线路电容的充电，电池极片在上电瞬间有大电流流通，出现极片打火碳化。经多次更换电池产生的打火碳化之后，电池极片接触不良，必须维修或更换电池极片，电器才能正常供电，影响电池和电器的可靠性。

目前，过流保护多数是先把输出电流转换成电压进行采样，将采样电压与预先设定的基准电压比较，根据比较结果调整电池放电开关管的工作状态，达到改变输出电流的目的。但由于电流控制环路的延迟作用，对于输出快速变化的大电流来说，在限流控制开始动作时，电池的实际输出电流已经超出预先设定的限制电流值。在这段延迟时间内，快速的瞬间大电流可能已造成事故。

参见图 1 , 示出现有的电池保护装置，包括充放电控制逻辑器 U1和电压比较器 U2 , 电压比较器 U2—输入端接入基准电压 Vref , 另一输入端通过电阻 RS连接电池放电端口负极 P-, 充放电控制逻辑器 U1 —输出端连接放电 M0S 管 Q1的栅极，另一输出端连接充电 M0S管 Q2的栅极；放电 M0S管 Q1源极极连接电芯的负极，漏极连接充电 M0S管 Q2的源极，充电 M0S管 Q2的漏极连接放电端口负极 P -。放电 M0S管 Q1控制放电，充电 M0S管 Q2控制充电。

在正常情况下，放电 M0S管 Ql、充电 M0S管 Q2都处于导通状态，导通时有一定的导通电阻 Rds ( on ), 当电池放电端口正极 P+、 P -间加上负载后，电池的输出电流会在导通的放电 M0S管 Ql、充电 M0S管 Q2上产生压降，电压比较器 U2把放电端口负极 P-的采样电压与预先设置的基准电压 Vref 进行比较，电池输出电流大于限定值时，放电端口负极 P-的采用电压高于基准电压 Vr ef , 电压比较器 U1将改变输出状态，充放电控制逻辑器 U1控制放电 M0S管 Q1断开，电池停止放电。

这种控制方式先对电流不做限制，待电流大于设定值时，再做限制。但是，电路把放电端口负极 P-的采样电压与基准电压 Vref作比较，然后再输出信号 Dout去控制放电 M0S管 Q1断开，这个过程有一定的延迟时间。因为该延迟时间存在，如果电池输出的电路电流快速上升，放电 M0S管 Q 1断开时，电池输出的电流比实际要限制的电流值将会大得多。例如，有一款用上述限流保护方案的电池，线路设置的放电输出电流极限时 3A , 但是，当这个电池在给手持电器供电瞬间（该电器正常工作时的最大平均电流是 1. 7A ), 测试到的瞬间峰值电流可达 15A (见图 2 )。

可见，现有电池放电保护装置的缺陷在于，由于平时电池对外的供电开关是常通的，电池的放电输出端口只要接上负载就有电流输出，输出如果突然短路，很容易发生打火伤人的事故。并且打火事故使电池极片易出现碳化接触不良的现象，影响电池极片的使用寿命，从而影响电子产品的可靠性。

发明内容

本发明的目的提供一种电池保护装置，该电池保护装置有效抑制的瞬态大电流，防止发生打火伤人的事故，增强电池使用的安全性。

本发明一种电池保护装置，包括充放电控制逻辑器，一输出端连接第一

M0S管的栅极（Q1 ), 另一输出端连接第二 M0S管（Q2 ) 的栅极；第一 M0S管 ( Q1 )源极连地，漏极连接第二 M0S管（Q2 )源极，第二 M0S管（ Q2 )的漏极连接放电端口负极（P- ); 还包括：反馈端（S )和放电控制单元：放电控制单元一端连接反馈端（S ), —端连接放电端口；反馈端（S ), 用于电池接通负载时，获取反馈电压；放电控制单元，用于在反馈端（S )获得反馈电压时，控制放电开关管延时导通，且使放电开关管的导通电阻由大到小变化。

优选的，所述放电控制单元包括第三 M0S管（Q 3 )、第四 M0S管（Q 和第五 M0S管（Q5 ), 第五 M0S管（Q5 ) 源极接充电第二 M0S管（ Q2 ) 的漏极，第五 M0S管（Q⁵ )漏极接放电端口负极（P - )，第五 M0S管（Q⁵ )栅极通过并联的第一电容（CI )接地，还接到第三 MOS管（Q3)的漏极；第三 M0S管（ Q3 ) 的源极接放电端口正极（ P+ )，栅极接到放电端口正极（ P+ ), 还接到第四 M0S 管（Q4) 的漏极；第四 M0S管（Q4) 源极接地，栅极接到反馈端 (S)。

优选的，所述放电控制单元还包括与第一电容（C1 )并联连接的第二电阻 (R2)。

优选的，第四 M0S管（Q 栅极通过第六电阻（R6 )接地。

优选的，放电控制单元包括第三 M0S管（Q3)和第四 M0S管（Q4 ), 第三 M0S 管（Q3) 漏极接放电端口正极（P+), 栅极通过第三电阻（R3)连接放电端口正极（P+), 还接第四 M0S管（Q4)的漏极；第四 M0S管（Q4)源极接地，栅极接反馈端 S; 第三 M0S管（ Q3 ) 的栅极连接第一 M0S管（ Q1 )栅极，第一 M0S管（Q1 )栅极与电芯负极之间并联第一电容（C1 )。

优选的，放电控制单元包括还包括第一二极管（D1 ), 第一二极管（D1 ) 的阳极连接放电第一 M0S管（ Q1 )栅极，阴极连接电控制逻辑器的放电输出端。

优选的，第四 M0S管（Q 的栅极通过第六电阻（R6)接地。

优选的，放电控制单元包括第五 M0S管（Q5 ), 第五 M0S管（ Q5 ) 源极接电池的充电端口（C+), 栅极接反馈端 S，源极和栅极之间接第一电容（C1 ), 漏极接放电端口正极（ P+ )。

优选的，放电控制单元还包括与第一电容（C1 )并联的第二电阻（R2)。本发明还提供一种电池保护方法，该方法可有效抑制的瞬态大电流，防止发生打火伤人的事故，增强电池使用的安全性。

本发明一种电池保护方法，该方法还包括：在电池接通负载时，获取放电端口的反馈电压；控制电池保护电路中与放电端口相连接的放电开关管延时导通，使放电开关管的导通电阻由大到小变化。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明在电池接通负载时，延时打开放电开关管，避免电池的放电输出端口接上负载的瞬间有较大电流输出，防止发生打火伤人的事故。因保护棵露在外的放电极片被放电开关管隔断，无漏电之忧，延长了电池的存储时间。并且本发明使放电开关管的导通电阻由大到小变化，有效抑制的瞬态大电流。

附图说明图 1为现有电池保护装置结构图；

图 2为现有电池保护装置测试效果图；

图 3为本发明的电池保护装置结构图；

图 4为本发明的电池保护装置第一实施例结构图；

图 5为本发明的电池保护装置第二实施例结构图；

图 6为本发明的电池保护装置第三实施例结构图；

图 7为本发明电池输出电流波形图；

图 8为本发明电池保护方法流程图。具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明在电池放电输出端增加一个反馈端 s作为负载接通的判断，当电池与指定的负载接通时，反馈端 s获得一个反馈电压，当反馈电压符合要求时，指令放电开关管开始导通，放电开关管的导通有一个由大电阻到小电阻的变阻过程，以抑制电池放电的瞬态大电流。

参见图 3 , 示出本发明的电池保护装置，包括充放电控制逻辑器 U1 , 充放电控制逻辑器 U1—端通过电阻 RS连接电池放电端口负极 P-, 充放电控制逻辑器 U1—输出端连接放电 M0S管 Q1的栅极，另一输出端连接充电 M0S管 Q2 的栅极；放电 M0S管 Q1源极极连接电芯的负极，漏极连接充电 M0S管 Q2的源极，充电 M0S管 Q2的漏极连接放电端口负极 P-;

设置一反馈端 S , 反馈端 S与放电端口正极 P+或放电端口负极 P-连接，反馈端 S连接一放电控制单元 1 1。当电池接通负载后，放电控制单元 1 1在反馈端 S获取反馈电压，当反馈电压达到设定值时，放电控制单元 1 1控制放电开关管延时导通，且使放电开关管的导通电阻由大到小变化，有效抑制电池放电的瞬态大电流。

第一实施例。

参见图 4 , 示出本发明电池保护装置第一实施例，包括充放电控制逻辑器 U1 , 充放电控制逻辑器 U1—端通过电阻 RS连接电池充电端口负极 C- , 充放电控制逻辑器 U1—输出端连接放电 M0S管 Q1 的栅极，另一输出端连接充电 MOS管 Q2的栅极；放电 MOS管 Q1源极连接电芯的负极，漏极连接充电 M0S管 Q2的源极，放电端口正极 P+、充电端口正极 C+与电芯的正极连接；

还包括与放电端口正极 P+连接的反馈端 S , 放电控制单元 11包括 M0S管 Q3、 MOS管 Q4和 M0S管 Q5 , M0S管 Q5源极接充电 M0S管 Q2的漏极， M0S管 Q5漏极接放电端口负极 P-， MOS管 Q5栅极通过并联的电容 C 1和电阻 R2接地，还通过电阻 R1接到 M0S管 Q3的漏极； M0S管 Q3的源极接放电端口正极 P+，栅极通过电阻 R3接到放电端口正极 P+,还通过电阻 R4接到 M0S管 Q4的漏极； M0S管 Q4源极接地，栅极通过电阻 R5接到反馈端 S,还通过电阻 R6接地。

电池加上负载时，反馈端 S从放电端口正极 P+获得一正反馈电压输入，使 M0S管 Q4导通， M0S管 Q4导通后， M0S管 Q 3获得偏置电压导通， M0S管 Q3 导通后，电池正极电压通过 M0S管 Q 3、电阻 R1对电容 C1充电。随着电容 C1 上的充电电压升高，当充电电压大于 M0S管 Q5的导通电压时， M0S管 Q5由断开转入导通，放电端口正极 P+、 P_有电流输出。

在电容 C1充电期间， M0S管 Q5的导通电阻有一个由大到小的变化过程，限制了电池输出的瞬态大电流。本发明还可通过调整电阻 R1的阻值和电容 C1 的电容值，改变 M0S管 Q5导通电阻的变化速度，以适应不同的负载电路的要求。

该实施例中， M0S管 Q4和 M0S管 Q5为 N型场效应开关管， M0S管 Q 3为 P 型场效应开关管。 M0S管 Q5为放电开关管。

第二实施例。

参见图 5 , 示出本发明电池保护装置第二实施例，包括充放电控制逻辑器 U1 , 充放电控制逻辑器 U1—端通过电阻 RS连接电池放电端口负极 P- , 充放电控制逻辑器 U1—输出端连接放电 M0S管 Q1 的栅极，另一输出端连接充电 M0S管 Q2的栅极；放电 M0S管 Q1源极极连接电芯的负极，漏极连接充电 M0S 管 Q2的源极，放电端口正极 P+连接电芯的正极；

还包括与放电端口正极 P+连接的反馈端 S , 放电控制单元 11包括 M0S管 Q3和 M0S管 Q4 , M0S管 Q3漏极接放电端口正极 P+, 栅极通过电阻 R3接放电端口正极 P+, 还通过电阻 R4接 M0S管 Q4的漏极； M0S管 Q4源极接地，栅极通过电阻 R5接反馈端 S，并通过电阻 R6到地； M0S管 Q3的漏极通过电阻 R1 连接放电 MOS管 Q1栅极， MOS管 Q1栅极与电芯负极之间并联电容 CI和电阻 R2 ; 二极管 D1的阳极连接放电 M0S管 Q1栅极，阴极连接电控制逻辑器 U1的放电输出端 Dout。

电池加上负载时，反馈端 S 有一个正反馈电压输入，该正反馈电压将使 M0S管 Q4导通， M0S管 Q4导通后， M0S管 Q 3得到偏置电压导通， M0S管 Q 3 导通后，电池正极电压通过 M0S管 Q 3、电阻 R1对电容 C 1充电。随着电容 C1 上充电电压升高， M0S管 Q1由断开转入导通。在电容 C1充电期间， M0S管 Q1 的导通电阻有一个由大到小的变化过程，限制了电池输出的瞬态大电流。通过调整电阻 R1的阻值和 C 1的电容值，可以调节 M0S管 Q1导通电阻的变化速度，以适应不同的负载电路的要求。

该实施例中， M0S管 Q4为 N型场效应开关管， M0S管 Q 3为 P型场效应开关管。 M0S管 Q1为放电开关管。

第三实施例。

参见图 6 , 示出本发明电池保护装置第三实施例，包括充放电控制逻辑器 U1 , 充放电控制逻辑器 U1—端通过电阻 RS连接电池放电端口负极 P- , 充放电控制逻辑器 U1—输出端连接放电 M0S管 Q1 的栅极，另一输出端连接充电 M0S管 Q2的栅极；放电 M0S管 Q 1源极极连接电芯的负极，漏极连接充电 M0S 管 Q2的源极，放电端口正极 P+连接电芯的正极；

还包括与放电端口正极 P+连接的反馈端 S , 放电控制单元 1 1包括 M0S管 Q5 , M0S管 Q5源极接充电端口正极 C+ , 栅极通过电阻 R1接反馈端 S，源极和控制栅极之间接并联的电容 C1和电阻 R2 , 漏极接放电端口正极 P+。

电池接通负载时，反馈端 S通过负载电路与电池放电端口负极 P-连接，电芯正极电压通过电阻 R1对电容 C1充电，随着电容 C 1上充电电压升高， M0S 管 Q5由断开转入导通。在电容 C1充电期间， M0S管 Q5的导通电阻有一个有大到小的变化过程，限制了电池输出的瞬态大电流。通过调整电阻 R1的阻值和电容 C1的电容值，可以调节 M0S管 Q5导通电阻的变化速度，以适应不同的负载电^ "求。

该实施例中， M0S管 Q5为 P型场效应开关管。 M0S管 Q5为放电开关管。参见图 7 , 示出本发明电池输出电流波形。该电流波形瞬态电流值只有 2. 5A，。可见，本发明对电池接通负载瞬态大电流限制效果明显。

本发明在电池接通负载时，延时打开放电开关管，避免电池的放电输出端口接上负载的瞬间有较大电流输出，防止发生打火伤人的事故。因保护棵露在外的放电极片被放电开关管隔断，无漏电之忧，延长了电池的存储时间。并且本发明使放电开关管的导通电阻由大到小变化，有效抑制了的瞬态大电流。

基于上述电池保护装置，本发明还提供一种电池放电保护方法。参见图 8 , 具体步骤如下。

步骤 S801、在电池接通负载时，获取放电端口的反馈电压；

步骤 S802、控制电池保护电路中与放电端口相连接的放电开关管延时导通，且使放电开关管的导通电阻由大到小变化，降低电池放电电流的增加速度，有效抑制电池放电的瞬态大电流。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims

权利要求

1、一种电池保护装置，包括充放电控制逻辑器，一输出端连接第一 M0S 管的栅极（Q1 ), 另一输出端连接第二 M0S管（Q2)的栅极；第一 M0S管（Q1 ) 源极连地，漏极连接第二 M0S管（Q²)源极，第二 M0S管（Q²)的漏极连接放电端口负极（P-); 其特征在于，还包括：反馈端（S)和放电控制单元：放电控制单元一端连接反馈端（ S ), —端连接放电端口；

反馈端（S), 用于电池接通负载时，获取反馈电压；

放电控制单元，用于在反馈端（S)获得反馈电压时，控制放电开关管延时导通，且使放电开关管的导通电阻由大到小变化。

2、如权利要求 1所述的装置，其特征在于，所述放电控制单元包括第三

M0S管（ Q3 )、第四 M0S管（ Q4 )和第五 M0S管（ Q5 ), 第五 M0S管（ Q5 ) 源极接充电第二 M0S管（ Q2 )的漏极，第五 M0S管（ Q5 )漏极接放电端口负极（ P -)，第五 M0S管（Q5 )栅极通过并联的第一电容（C1 )接地，还接到第三 M0S管（Q3) 的漏极；第三 M0S管（ Q3 ) 的源极接放电端口正极（ P+ ) ，栅极接到放电端口正极（P+), 还接到第四 M0S管（Q4) 的漏极；第四 M0S管（ Q4 ) 源极接地，栅极接到反馈端（ S )。

3、如权利要求 2所述的装置，其特征在于，所述放电控制单元还包括与第一电容（C1 )并联连接的第二电阻 ²)。

4、如权利要求 2所述的装置，其特征在于，第四 M0S管（Q4)栅极通过第六电阻 6)接地。

5、如权利要求 1所述的装置，其特征在于，放电控制单元包括第三 M0S 管（Q3)和第四 M0S管（Q4), 第三 M0S管（Q3) 漏极接放电端口正极（P+), 栅极通过第三电阻 ³)连接放电端口正极（P+), 还接第四 M0S管（Q 的漏极；第四 M0S管（Q 源极接地，栅极接反馈端 S; 第三 M0S管（Q³)的栅极连接第一 M0S管（Q1 )栅极，第一 M0S管（Q1 )栅极与电芯负极之间并联第一电容（Cl)。

6、如权利要求 5所述的装置，其特征在于，放电控制单元包括还包括第一二极管（ D1 ), 第一二极管（ D1 ) 的阳极连接放电第一 M0S管（ Q1 )栅极，阴极连接电控制逻辑器的放电输出端。

7、如权利要求 5所述的装置，其特征在于，第四 M0S管（Q4) 的栅极通过第六电阻 6)接地。

8、如权利要求 5所述的装置，其特征在于，放电控制单元包括第五 M0S 管（Q5), 第五 M0S管（Q5) 源极接电池的充电端口（C+), 栅极接反馈端 S，源极和栅极之间接第一电容 ( C1 ), 漏极接放电端口正极（ P+ )。

9、如权利要求 8所述的装置，其特征在于，放电控制单元还包括与第一电容（C1 )并联的第二电阻 ²)。

10、一种电池保护方法，其特征在于，该方法还包括：

在电池接通负载时，获取放电端口的反馈电压；

控制电池保护电路中与放电端口相连接的放电开关管延时导通，使放电开关管的导通电阻由大到 d、变化。