CN105244850A - 电池保护电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电池保护电路及其控制方法，该电路包括连接于电池与负载之间的开关装置、用于检测电池与开关装置之间的电流，并转换为对应的第一电压值的检测装置及分别与开关装置和检测装置连接的控制装置；该控制装置用于控制检测装置将检测获得的第一电压值与参考电压值进行比较，并在第一电压值小于或者等于参考电压值时，控制开关装置保持开启状态，而在第一电压值大于参考电压值时，控制开关装置关断预设时间后再开启，且在开关装置开启时控制检测装置进行循环操作，在检测装置的循环操作次数大于预设循环次数时，控制开关装置保持关断状态。本发明能够避免电池保护电路出现误触发短路保护的问题，提高了短路保护的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电池保护技术领域，尤其涉及一种电池保护电路及其控制方法。
背景技术
目前的电动行车、平衡车、后备电源等等采用动力电池的电子设备，一般会配置电池保护电路用以在设备的电路出现短路故障时，防止电池受到损伤。
现有技术中的短路保护一般是通过检测电池输出电流的大小并与给定的电流保护值进行比较，若检测到的电流值大于给定的电流保护值，则控制开关关断，以切断电源的输出，从而进行保护。
但是，这种电池保护电路用于容性负载(电压滞后电流特性的负载)中时，就会出现误保护的动作。这是由于，当开关开启时，电池会对容性负载进行充电储能，而容性负载在充电初期时，存储的电荷量较少，电流较大，而随着充电时间增长，存储的电荷量较多时，电流反而越小。因此，该电池保护电路用于容性负载时，电池保护电路检测电池输出的电流时，就会出现负载刚上电时，检测电流较大而使电池保护电路触发保护，进而切断电池输出至负载的电源，然而此时，并不一定是负载出现短路而造成电流过大，有可能是容性负载的影响，因此，采用现有的这种电池保护电路存在误保护的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种电池保护电路，旨在避免电池保护电路误触发的问题，同时在负载真正出现短路时能准确的保护电池不受损伤。
为实现上述目的，本发明提出的电池保护电路包括控制装置、开关装置及检测装置，所述开关装置的输入端与电池连接，所述开关装置的输出端与负载连接，所述开关装置的受控端与所述控制装置连接；所述检测装置的输入端连接于所述电池与开关装置之间，所述检测装置的输出端与所述控制装置连接；其中，所述控制装置包括：
控制单元，用于控制所述检测装置检测所述电池输出至负载的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；还用于在开关装置开启时控制所述检测装置进行循环操作；
第一执行单元，用于在所述第一电压值大于所述参考电压值时，控制所述开关装置关断预设时间后再开启，再检测第一电压值，大于所述参考电压值时再控制所述开关装置判断预设时间，并循环这个过程；还用于在所述检测装置的循环操作次数大于预设循环次数时，控制所述开关装置保持关断状态；
第二执行单元，用于在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置保持开启状态。
优选地，所述控制单元，还用于在所述检测装置进行循环检测的过程中，若检测获得的当前电压值小于设定的电压值，且在所述检测装置进行循环操作的时间达到预设时间时，控制所述开关装置开启并保持开启状态。
优选地，所述控制单元，还用于在控制所述检测装置进行循环检测的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。
优选地，所述电池保护电路还包括并联在所述负载两端的故障消除检测装置，所述故障消除检测装置还与所述控制装置的控制单元电连接，用于在所述控制单元的控制下检测所述负载两端的阻抗，并在检测到的阻抗值大于预设的阻抗值时，反馈一触发信号，以使所述控制单元控制所述开关装置重新打开。
优选地，所述检测装置包括采样电阻及电压比较器，所述采样电阻的第一端与所述电池及所述控制单元连接，所述采样电阻的第二端与所述开关装置的输入端连接；所述电压比较器的正向输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述电压比较器的反向输入端与所述控制装置的一输出端连接，所述电压比较器的输出端与所述控制装置的一输入端连接。
优选地，所述开关装置包括开关管和开关驱动电路，所述开关管的栅极经所述开关驱动电路与所述控制装置连接，所述开关管的源极为所述开关装置的输入端，所述开关管的漏极为所述开关装置的输出端。
本发明还提供一种电池保护电路的控制方法，所述电池保护电路包括控制装置、开关装置及检测装置，所述开关装置的输入端与电池连接，所述开关装置的输出端与负载连接，所述开关装置的受控端与所述控制装置连接；所述检测装置的输入端连接于所述电池与开关装置之间，所述检测装置的输出端与所述控制装置连接；其中，所述电池保护电路的控制方法包括：
步骤A，所述控制装置控制所述检测装置检测所述电池输出至负载的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；
步骤B，所述控制装置在所述第一电压值大于所述参考电压值时，控制所述开关装置关断预设时间后再开启，并返回执行所述步骤A，直至所述检测装置的循环操作次数大于预设循环次数时，控制所述开关装置保持关断状态；
步骤C，所述控制装置在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置保持开启状态，并返回执行所述步骤A。
优选地，所述控制装置在循环执行所述步骤A的过程中，若所述检测装置检测获得的当前电压值小于设定的电压值，且在所述检测装置进行循环操作的时间达到预设时间时，控制所述开关装置开启并保持开启状态。
优选地，所述步骤A还包括所述控制装置在所述检测装置进行循环检测的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。
本发明通过设置电池保护电路，并在该电池保护电路的控制装置中设置控制单元控制检测装置检测电池输出至负载的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；并通过设置第一执行单元在该第一电压值大于参考电压值时，控制所述开关装置关断预设时间后再开启；然后再控制检测装置通过多次循环检测和比较确认之后，判断出负载电路是否真正短路，如果多次循环检测后，第一电压值仍然大于参考电压值，则可以确定负载电路出现短路，而如果第一电压值小于或者等于参考电压值，则可以确定负载电路是受容性负载影响而使初始电流较大，并非是负载电路真正短路，这样，就实现了准确的判断出负载电路是否真正短路，从而避免了该电池保护电路出现误触发保护的问题。
附图说明
图1为本发明电池保护电路较佳实施例的电路结构示意图；
图2为本发明图1中所示的控制装置的功能模块示意图；
图3为本发明电池保护电路的控制方法一实施例的流程示意图；
图4为本发明电池保护电路的控制方法另一实施例的流程示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种电池保护电路，适用于各种使用电池作为电源的电子设备中，避免负载短路时，电源继续给负载供电，而造成电池或负载损坏或者安全问题。
参照图1，在一实施例中，该电池保护电路包括控制装置100、开关装置200及检测装置300，所述开关装置200的输入端与电池400连接，所述开关装置200的输出端与负载500连接，所述开关装置200的受控端与所述控制装置100连接，所述开关装置200在开启时，控制电池400输出电源电压至负载500，所述开关装置200在关断时，切断所述电池400输出至负载500的电源电压；所述检测装置300的输入端连接于所述电池400与开关装置200之间，所述检测装置300的输出端与所述控制装置100连接。
本实施例中，所述检测装置300可采用电阻组成的分压电路以及电压比较器实现，或者是采样专业的电流检测芯片实现，而本优选实施例中，所述检测装置300通过一采样电阻R1及电压比较器U1来实现对电池400输出至负载500的电流进行检测，其中，所述采样电阻R1的第一端与所述电池400及所述控制装置100连接，所述采样电阻R1的第二端与所述开关装置的输入端连接；该采样电阻R1用于对电池400输出至负载500的电源电压进行电流采样；所述电压比较器U1的正向输入端与所述采样电阻R1的第二端连接，用于输入采样信号，所述电压比较器U1的反向输入端与所述控制装置100的一输出端连接，用以输入所述参考电压，所述电压比较器U1的输出端与所述控制装置100的一输入端连接，用于输出比较结果至控制装置100。易于理解的是，当电压比较器U1输出高电平信号时，表示采样电压大于参考电压(该参考电压不作限定，可以根据实际需要任意取值)，表示负载500电流过大，负载电路可能出现短路，需要关断开关装置200，以避免负载500和电池400因电流过大而损坏。
本实施例中，所述开关装置200可采用各种电子开关实现，例如三极管组成的开关电路或者MOS管组成的开关电路，在一优选实施中，所述开关装置200包括开关管M1和开关驱动电路201，所述开关管M1的栅极经所述开关驱动电路201与所述控制装置100连接，所述开关管M1的源极为所述开关装置200的输入端，所述开关管M1的漏极为所述开关装置200的输出端。其中，开关管M1为MOS管，提高开关的开启和关断效率。
参照图2，本实施例中，为了避免容性负载500的影响而使该电池保护电路误触发保护，所述控制装置100包括控制单元101、第一执行单元102和第二执行单元103，具体地：
所述控制单元101，用于控制所述检测装置300检测所述电池400输出至负载500的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；还用于在开关装置200开启时控制所述检测装置300进行循环操作。
所述第一执行单元102，用于在所述第一电压值大于所述参考电压值时，控制所述开关装置200关断预设时间后再开启，再检测第一电压值，大于参考电压值时再控制开关装置判断预设时间，并循环这个过程；还用于在所述检测装置300的循环操作次数大于预设循环次数时，控制所述开关装置200保持关断状态。
所述第二执行单元103，用于在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置200保持开启状态。
该控制装置100中，当控制单元101控制开关装置200开启时，检测装置300就会对电池400输出至负载500的电流进行检测，并将检测到的电流转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，表示负载电路未出现短路，控制所述开关装置200保持开启状态，使负载500正常工作；而在所述第一电压值大于所述参考电压值时，表示负载电路可能出现短路，此时控制所述开关装置200关断，以保护电池400，并在预设时间后再开启，继续给负载500供电，并进行再次检测，如果是负载电路真正短路，则不管是容性负载500还是非容性负载500，后续循环多次检测到的电流基本不会变化，这样电流检测出来的结果必然是第一电压值大于参考电压值，即可以确定电路真正短路，这时候该电池保护电路触发以保护电池，且这是有效的保护。而如果是负载电路并未真正短路，则第一次检测到的电流过大是受到容性负载500的影响，而随着充电时间的增长，容性负载500的充电电量上升，即检测到的电流也将会随着容性负载500充电电量的上升而逐渐变化，且呈逐渐降低趋势，直至容性负载500充满电，电流趋于稳定，这时检测到的电压就会低于参考电压，进而确认电路并没有短路，保持开关装置200开启，使负载500正常工作，电路保护电路不触发保护，这样，通过循环检测和确认准确的判断出了负载电路是否真正短路，使得该电池保护电路不会出现误触发。
需要说明的是，所述控制单元101，还用于在所述检测装置300进行循环操作的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。对于不同内芯的电池400，由于电池400的内阻不同，对输出电流的影响也不一样，可以通过第一次检测获得的电压而相应设置参考值，以提高电路保护的安全性。
可以理解的是，本发明电池保护电路通过在控制装置100中设置控制单元101控制检测装置300检测电池400输出至负载500的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；并通过设置第一执行单元102在该第一电压值大于参考电压值时，控制所述开关装置200关断预设时间后再开启；然后再控制检测装置300通过多次循环检测和比较确认之后，判断出负载电路是否真正短路，如果多次循环检测后，第一电压值仍然大于参考电压值，则可以确定负载电路出现短路，而如果第一电压值小于或者等于参考电压值，则可以确定负载电路是受容性负载500影响而使初始电流较大，并非是负载电路真正短路，这样，本发明电路就实现了准确的判断出负载电路是否真正短路，从而避免该电池保护电路误触发保护。
基于上述实施例，在进一步的实施例中，还通过时间上的判断来提高控制的效率，具体地，所述控制单元101，还用于在所述检测装置300进行循环检测的过程中，若检测获得的当前电压值小于设定的电压值，且在所述检测装置300进行检测的时间达到预设时间时，控制所述开关装置200开启并保持开启状态。可以理解的是，对于负载500，在不是真正短路的情况下，循环少数的几次之后，所述检测装置300就不会再检测到大于设定的电压值，而需要进入正常的模式，而不再处于短路检测状态；而实际上，只要负载电路短路，短路电流是可理解恒定不变的，因此，只要发现检测到的电流出现降低的趋势，就可以判别出负载500未出现短路，负载500即可上电一直工作，无需再去循环控制开关装置200开启和关断而浪费资源。
进一步地，所述电池保护电路还包括并联在所述负载500两端的故障消除检测装置600，所述故障消除检测装置600还与所述控制装置100的控制单元101电连接，用于在所述控制单元101的控制下检测所述负载500两端的阻抗，并在检测到的阻抗值大于预设的阻抗值时，反馈一触发信号，以使所述控制单元101控制所述开关装置200重新打开。需要说明的是，当故障检修好后，断开负载，此时负载500两端的阻抗趋近于无穷大，再次开启时，即可正常工作。当负载电路短路时，负载500两端的阻抗非常小，因此，通过检测负载500两端的阻抗变化，可以判别出负载电路是否处于短路故障保护状态。
本发明还提供一种电池保护电路的控制方法，该控制方法基于上述电池保护电路实现，该电池保护电路的具体电路结构及功能参照上述实施例，此处不再赘述。
参照图3，在一实施例中，所述电池保护电路的控制方法包括：
步骤S10，控制所述检测装置300检测所述电池输出至负载500的电流，并转换为对应的第一电压值；
步骤S20，判断所述第一电压值是否大于参考电压值；若是，至执行步骤S30，若否，则执行步骤S40；
所述步骤S30，控制所述开关装置200关断；
所述步骤S31，判断所述检测装置300的循环操作次数是否大于预设循环次数；若是，至执行步骤S311，若否，则执行步骤S312；
所述步骤S311，控制所述开关装置200保持关断状态；
所述步骤S312，控制所述开关装置200在预设时间后再开启，并返回执行所述步骤S10；
步骤S40，在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置200保持开启状态，并返回执行所述步骤S10。
当控制开关装置200开启时，检测装置300就会对电池400输出至负载500的电流进行检测，并将检测到的电流转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，表示负载电路未出现短路，控制所述开关装置200保持开启状态，使负载500正常工作；而在所述第一电压值大于所述参考电压值时，表示负载电路可能出现短路，此时控制所述开关装置200关断，以保护负载500和电池400，并在预设时间后再开启，继续给负载500供电，并进行再次检测，如果是负载电路真正短路，则不管是容性负载500还是非容性负载500，后续循环多次检测到的电流基本不会变化，这样检测出来的结果必然是第一电压值大于参考电压值，即可以确定电路真正短路，这时候该电池保护电路触发以保护电池，且这是有效的保护。而如果是负载电路并未真正短路，则第一次检测到的电流过大是受到容性负载500的影响，而随着充电时间的增长，容性负载500的充电电量上升，即检测到的电流也将会随着容性负载500充电电量的上升而逐渐变化，且呈逐渐降低趋势，直至容性负载500充满电，电流趋于稳定，这时检测到的电压就会低于参考电压，进而确认电路并没有短路，保持开关装置200开启，使负载500正常工作，电路保护电路不触发保护，这样，通过循环检测和确认准确的判断出了负载电路是否真正短路，使得该电池保护电路不会出现误触发。
需要说明的是，所述步骤S10还可包括在所述检测装置300进行循环检测的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。对于不同的内芯的电池400，由于电池400的内阻不同，对输出电流的影响也不一样，可以通过第一次检测获得的电压而相应设置参考值，以提高电路保护的安全性。
可以理解的是，本发明电池保护电路的控制方法通过在控制检测装置300检测电池400输出至负载500的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；并在该第一电压值大于参考电压值时，控制所述开关装置200关断预设时间后再开启；然后再控制检测装置300通过多次循环检测和比较确认之后，判断出负载电路是否真正短路，如果多次循环检测后，第一电压值仍然大于参考电压值，则可以确定负载电路出现短路，而如果第一电压值小于或者等于参考电压值，则可以确定负载电路是受容性负载500影响而使初始电流较大，并非是负载电路真正短路，这样，就实现了准确的判断出负载电路是否真正短路，从而避免该电池保护电路误触发保护。
基于上述实施例，在进一步的实施例中，还通过时间上的判断来提高控制的效率，具体地，参照图4，在执行所述步骤S30和步骤S31之间还包括：
步骤S32，判断当前检测获得的第一电压值是否小于上一次检测获得的第一电压值；若是，则至执行步骤S33，若否，则返回执行所述步骤S10；
所述步骤S33，判断所述检测装置300进行循环操作的时间是否达到预设时间；若是，则至执行步骤S40，若否，则执行所述步骤S31。
可以理解的是，对于一些充电较慢的容性负载500，要检测到其是否真正短路，花费的时间也相对较长，因为电流下降的速度非常慢，在多次循环检测之后，电流可能才有明显的变化而达到设定的参考电压值，这样明显浪费资源；而实际上，只要负载电路短路，短路电流是恒定不变的，因此，只要发现检测到的电流出现降低的趋势，就可以判别出负载500未出现短路，负载500即可上电一直工作，无需再去循环控制开关装置200开启和关断而浪费资源。
应当说明的是，本发明的各个实施例的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域的技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种电池保护电路，其特征在于，包括控制装置、开关装置及检测装置，所述开关装置的输入端与电池连接，所述开关装置的输出端与负载连接，所述开关装置的受控端与所述控制装置连接；所述检测装置的输入端连接于所述电池与开关装置之间，所述检测装置的输出端与所述控制装置连接；其中，所述控制装置包括：
控制单元，用于控制所述检测装置检测所述电池输出至负载的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；还用于在开关装置开启时控制所述检测装置进行循环操作；
第一执行单元，用于在所述第一电压值大于所述参考电压值时，控制所述开关装置关断预设时间后再开启，再检测第一电压值，大于所述参考电压值时再控制所述开关装置判断预设时间，并循环这个过程；还用于在所述检测装置的循环操作次数大于预设循环次数时，控制所述开关装置保持关断状态；
第二执行单元，用于在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置保持开启状态。
2.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制单元，还用于在所述检测装置进行循环检测的过程中，若检测获得的当前电压值小于设定的电压值，且在所述检测装置进行循环操作的时间达到预设时间时，控制所述开关装置开启并保持开启状态。
3.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述控制单元，还用于在控制所述检测装置进行循环检测的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。
4.如权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护电路还包括并联在所述负载两端的故障消除检测装置，所述故障消除检测装置还与所述控制装置的控制单元电连接，用于在所述控制单元的控制下检测所述负载两端的阻抗，并在检测到的阻抗值大于预设的阻抗值时，反馈一触发信号，以使所述控制单元控制所述开关装置重新打开。
5.如权利要求1至4任意一项所述的电池保护电路，其特征在于，所述检测装置包括采样电阻及电压比较器，所述采样电阻的第一端与所述电池及所述控制单元连接，所述采样电阻的第二端与所述开关装置的输入端连接；所述电压比较器的正向输入端与所述采样电阻的第二端连接，所述电压比较器的反向输入端与所述控制装置的一输出端连接，所述电压比较器的输出端与所述控制装置的一输入端连接。
6.如权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，所述开关装置包括开关管和开关驱动电路，所述开关管的栅极经所述开关驱动电路与所述控制装置连接，所述开关管的源极为所述开关装置的输入端，所述开关管的漏极为所述开关装置的输出端。
7.一种电池保护电路的控制方法，其特征在于，所述电池保护电路包括控制装置、开关装置及检测装置，所述开关装置的输入端与电池连接，所述开关装置的输出端与负载连接，所述开关装置的受控端与所述控制装置连接；所述检测装置的输入端连接于所述电池与开关装置之间，所述检测装置的输出端与所述控制装置连接；其中，所述电池保护电路的控制方法包括：
步骤A，所述控制装置控制所述检测装置检测所述电池输出至负载的电流，并转换为对应的第一电压值后与参考电压值进行比较；
步骤B，所述控制装置在所述第一电压值大于所述参考电压值时，控制所述开关装置关断预设时间后再开启，并返回执行所述步骤A，直至所述检测装置的循环操作次数大于预设循环次数时，控制所述开关装置保持关断状态；
步骤C，所述控制装置在所述第一电压值小于或者等于所述参考电压值时，控制所述开关装置保持开启状态，并返回执行所述步骤A。
8.如权利要求7所述的电池保护电路的控制方法，其特征在于，所述控制装置在循环执行所述步骤A的过程中，若所述检测装置检测获得的当前电压值小于设定的电压值，且在所述检测装置进行循环操作的时间达到预设时间时，控制所述开关装置开启并保持开启状态。
9.如权利要求7所述的电池保护电路的控制方法，其特征在于，所述步骤A还包括所述控制装置在所述检测装置进行循环检测的过程中，根据上一次检测获得的电压值调整当前参考电压值。
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Denomination of invention: Battery protection circuit and control method thereof Effective date of registration: 20220829 Granted publication date: 20181026 Pledgee: Shenzhen small and medium sized small loan Co.,Ltd. Pledgor: SHENZHEN PACE ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022440020179 |
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| CP03 | Change of name, title or address |
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Date of cancellation: 20231127 Granted publication date: 20181026 Pledgee: Shenzhen small and medium sized small loan Co.,Ltd. Pledgor: SHENZHEN PACE ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022440020179 |