CN111699603B - 电池保护电路和包括该电池保护电路的电池组 - Google Patents

电池保护电路和包括该电池保护电路的电池组 Download PDF

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Abstract

一种电池保护电路，可以包括：第一开关，连接在电池组的负组端子和输出节点之间，以控制负组端子和输出节点之间的电连接；第一电阻器，连接在输出节点和地之间；以及控制器，被配置为控制第一开关的接通或断开，并基于输出节点的输出电压来确定电池组的组端子之间的短路状态。

Description

电池保护电路和包括该电池保护电路的电池组
技术领域
示例性实施例涉及电池保护电路和包括该电池保护电路的电池组。
背景技术
可充电电池可以充电和放电，并被应用于各种便携式电子设备。可充电电池被形成为包括与充电和放电电路组合的电池组，并且可充电电池由外部电源充电，并通过设置在电池组中的组端子向外部负载放电。
另一方面，当将电池组用于驱动电机时，经常发生电池组的输出端子由于电机的异常而短路的现象。这种现象的主要原因是电机的内部短路，并且电机的内部短路现象可能间歇地或者在某些情况下连续地发生。
发明内容
技术问题
为了提供一种用于保护电池组免受负载的内部短路影响的电池保护电路，以及包括该电池保护电路的电池组，已经做了示例性实施例。
技术方案
本发明的示例性实施例提供一种电池保护电路，包括：第一开关，连接在电池组的负组端子和输出节点之间，以控制负组端子和输出节点之间的电连接；第一电阻器，连接在输出节点和地之间；以及控制器，被配置为控制第一开关的接通或断开，并基于输出节点的输出电压确定电池组的组端子之间的短路状态。
电池保护电路还可以包括连接在负组端子和第一开关的第一端子之间的二极管。
电池保护电路还可以包括连接在第一开关和输出节点之间的第二电阻器。
电池保护电路还可以包括连接在第一开关的控制端子和地之间的第二开关，以根据从控制器施加的控制信号来控制施加到第一开关的控制端子的电压。
电池保护电路还可以包括连接在第二开关和第一开关的控制端子之间的第三电阻器，以及连接在负组端子和第一开关的控制端子之间的第四电阻器。
在电池保护电路中，第一开关和第二开关可以分别是P沟道晶体管和N沟道晶体管，并且可以根据通过N沟道晶体管施加到P沟道晶体管的控制端子的电压来控制P沟道晶体管的接通或断开。
在电池保护电路中，控制器可以在电池组的放电控制开关断开的状态下接通第一开关。
本发明的示例性实施例提供了一种电池组，包括：多个组端子；电池模块，被配置为包括一个或多个电池单元；放电控制开关，连接在组端子之一和电池模块之间，以连接或切断电池模块的放电路径；第一开关，连接在输出节点和组端子当中的负组端子之间，以控制负组端子和输出节点之间的电连接；第一电阻器，连接在输出节点和地之间；以及控制器，被配置为控制第一开关的接通或断开，并基于输出节点的输出电压来确定组端子之间的短路状态。
电池组还可以包括连接在第一开关的控制端子和地之间的第二开关，以根据从控制器施加的控制信号来控制施加到第一开关的控制端子的电压。
在电池组中，第一开关和第二开关可以分别是P沟道晶体管和N沟道晶体管，并且可以根据通过N沟道晶体管施加到P沟道晶体管的控制端子的电压来控制P沟道晶体管的接通或断开。
在电池组中，控制器可以在放电控制开关断开的状态下接通第二开关，以监控组端子之间的短路。
在电池组中，控制器可以通过在放电控制开关通过启动经由组端子连接的负载的操作而切换到接通状态之前将第二开关接通预定时间，来监控组端子之间的短路。
在电池组中，当放电控制开关在经由组端子连接的负载操作期间由于短路而断开时，控制器可以通过周期性地接通第二开关来周期性地监控组端子之间的短路，直到短路被解除。
有益效果
根据示例性实施例的电池保护电路可以保护电池组免受负载的内部短路影响。
附图说明
图1示意性地示出了根据示例性实施例的电池组。
图2和图3示出了用于描述根据示例性实施例的短路检测电路的操作的视图。
具体实施方式
下文将参照附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。本领域技术人员应当认识到，所述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有修改都不脱离本发明的精神或范围。
为了清楚地描述示例性实施例，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同的数字指代相同或相似的组成元件。因此，在前一幅图中使用的组成元件的附图标记可以在下一幅图中使用。
进一步地，因为附图中所示的组成构件的尺寸和厚度是为了更好地理解和便于描述而任意给出的，所以示例性实施例不限于所示的尺寸和厚度。在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大了。
电连接两个组成元件的情况不仅包括直接连接组成元件的情况，还包括经由其间的另一组成元件来连接组成元件的情况。其间的组成元件可以包括开关、电阻器、电容器等。在描述示例性实施例时，连接的表达指示电连接，除非明确描述为直接连接。
在下文中，将参照必要的附图来描述根据示例性实施例的电池保护电路和包括该电池保护电路的电池组。
图1示意性地示出了根据示例性实施例的电池组。此外，图2和图3示出了用于描述根据示例性实施例的短路检测电路的操作的视图。
参考图1，根据示例性实施例的电池组10可以包括多个组端子P+和P-、电池模块100、以及电池保护电路。
组端子P+和P-是通过将电池模块100与电池组10外部的充电设备(未示出)或负载电连接以用于从充电设备接收充电电力或者用于将电池模块100的电力放电到负载的端子。
电池模块100可以包括互相串联连接或并联连接的一个或多个电池单元。
电池保护电路可以在电池模块100与组端子P+和P-之间电连接，并且可以保护电池模块100免受在电池模块100的充电和放电期间可能发生的诸如短路、断开、过电流和过电压的问题的影响。
电池保护电路可以包括分流电阻器SR、电池集成电路IC 210、控制器220、放电控制开关230、充电控制开关240和短路检测电路300。
放电控制开关230可以串联连接在电池模块100的放电路径中，以阻断或连接电池模块100的放电路径。放电路径是放电电流在通过组端子P+和P-连接的负载(未示出)和电池模块100之间流动的路径，并且流过该路径的电流相对较大，并且因此该路径也被用作大电流路径。
充电控制开关240可以串联连接在电池模块100的充电路径中，以阻断或连接电池模块100的充电路径。充电路径是充电电流在通过组端子P+和P-连接的充电设备(未示出)和电池模块100之间流动的路径，并且流过该路径的电流相对较大，并且因此该路径也与放电路径一起用作大电流路径。
参考图1，放电控制开关230和充电控制开关240可以是N沟道场效应晶体管。在这种情况下，放电控制开关230和充电控制开关240中每个的第一端子、第二端子和控制端子可以分别是源极端子、漏极端子和栅极端子。此外，放电控制开关230和充电控制开关240的漏极端子互相连接，并且放电控制开关230和充电控制开关240的源极端子分别连接到电池模块100和组端子P-。
同时，虽然在图1中作为示例示出了放电控制开关230和充电控制开关240连接在电池模块100的负极和电池组10的负组端子P-之间的情况，但是本发明不限于此。根据另一示例性实施例，放电控制开关230和充电控制开关240可以连接在电池模块100的正极和电池组10的正极端子P+之间。
电池IC 210可以检测电池模块100的状态，诸如电池单元电压以及充电和放电电流。例如，电池IC 210包括电压检测电路(未示出)，并且可以通过使用电压检测电路来检测组成电池模块100的每个电池单元的电池单元电压。此外，例如，电池IC 210可以包括用于检测流过分流电阻器SR的电流的电流检测电路(未示出)，并且可以通过使用电流检测电路来检测电池模块100充电或放电期间的电流。
电池IC 210可以基于电池模块100的状态来检测在电池模块100的充电和放电期间可能发生的短路、断开、过电流、低电压、过电压等，并且可以根据检测结果控制放电控制开关230和充电控制开关240。
电池IC 210可以包括电池单元平衡电路(未示出)，并且可以通过使用电池单元平衡电路在组成电池模块100的电池单元之间执行电池单元平衡功能。
控制器220可以作为电池管理***(battery management system，BMS)来操作，以控制电池组10的一般操作，比如充电和放电控制以及与上位***(未示出)的通信。
短路检测电路300可以连接在负组端子P-和地之间，以检测组端子P+和P-之间的短路。短路检测电路300可以包括二极管D1、多个开关Q1和Q2，以及多个电阻器R11、R12、R21和R22。
第一开关Q1可以连接在负组端子P-和输出节点n1之间，以控制负组端子P-和输出节点n1之间的电连接。也就是说，第一开关Q1在接通状态下导通负组端子P-和输出节点n1，并且在断开状态下切断负组端子P-和输出节点n1之间的电连接。
第一开关Q1的第一端子和第二端子分别电连接到负组端子P-和输出节点n1，并且第一端子和第二端子的连接根据施加到其控制端子的电压而切换。参考图1作为示例，第一开关Q1可以是P沟道场效应晶体管。在这种情况下，第一开关Q1的第一端子、第二端子和控制端子可以分别是源极端子、漏极端子和栅极端子。
二极管D1可以连接在第一开关Q1的第一端子和负组端子P-之间。在二极管D1中，阳极和阴极端子可以电连接到负端子P-和第一开关Q1的第一端子，并且负组端子P-的电压可以传送到第一开关Q1的第一端子。
用于产生输出到控制器220的电压(短路检测电压(SD))的电阻电路R11和R12可以通过输出节点n1连接在第一开关Q1和地之间。第一电阻器R11的相对端可以分别连接到输出节点n1和地，并且第二电阻器R12的相对端可以分别连接到第一开关Q1的第二端子和输出节点n1。因此，当第一开关Q1断开时，输出节点n1的电压被第一电阻器R11下拉到地电压，并且当第一开关Q1接通(导通)时，施加到第一开关Q1的第二端子的电压可以通过第一电阻器R11和第二电阻器R12分压以传送到输出节点n1。
用于控制第一开关Q1的接通或断开状态的第二开关Q2可以连接在第一开关Q1的控制端子和地之间。
第二开关Q2的第一端子和第二端子可以分别电连接到地和第一开关Q1的控制端子，并且第二开关Q2的控制端子可以连接到控制器220。因此，第二开关Q2的第一端子和第二端子根据从控制器220施加到第二开关Q2的控制端子的控制信号CS而切换。参考图1作为示例，第二开关Q2可以是N沟道场效应晶体管。在这种情况下，第二开关Q2的第一端子、第二端子和控制端子可以分别是源极端子、漏极端子和栅极端子。
用于从负组端子P-的电压产生施加到第一开关Q1的控制端子的控制电压的电阻电路R21和R22可以连接到第二开关Q2的第二端子。第三电阻器R21可以连接在第二开关Q2的第二端子和第一开关Q1的控制端子之间。此外，第四电阻器R22可以具有通过二极管D1电连接到负极组端子P-的第一端，以及电连接到第一开关Q1的控制端子的第二端。因此，当第二开关Q2断开时，负组端子P-的电压通过二极管D1和第四电阻器R22传送到第一开关Q1的控制端子，并且当第二开关Q2接通(导通)时，负组端子P-和地之间的电压可以通过第一电阻器R11和第二电阻器R12传送到第一开关Q1的控制端子。因此，当第二开关Q2由控制信号CS接通时，第一开关Q1也可以被切换到接通状态。
当通过使用短路检测电路300检测到组端子P+和P-之间的短路时，控制器220可以通过控制施加到第二开关Q2的控制信号CS来激活短路检测电路300，以接通第一开关Q1和第二开关Q2。根据示例性实施例，控制器220可以仅在放电控制开关230断开时通过激活短路检测电路300来执行短路检测。
当短路检测电路300在正常负载状态(在组端子P+和P-之间没有发生短路的状态)下被控制器220激活时，如图2所示，负组端子P-由短路检测电路300的第一开关Q1下拉到地电压。因此，输出到短路检测电路300的输出节点n1的电压SD变成地电压。另一方面，当短路检测电路300在由于负载内部的短路而在组端子P+和P-之间发生短路的状态下被控制器220激活时，电流Ishort流到短路检测电路300，以使得负极组端子P-的电压上升到正极组端子P+的电压，如图3所示。因此，高于地电压的电压被输出到短路检测电路300的输出节点n1，并且控制器220对其检测以确定短路状态。
当电池组10与装置互相连接时，控制器220可以在放电控制开关230通过装置中的负载的操作被切换到接通状态之前，激活短路检测电路300预定时间，以监控组端子P+和P-之间的短路状态。放电控制开关230可以设置为通常保持断开状态，以便在将电池模块100的电力放电到负载之前，通过使用短路检测电路300来检测负载(未示出)的短路状态。也就是说，即使当电池组10和装置连接时，放电控制开关230也可以设置为保持断开状态，直到装置的软件指示负载的操作，以使得电池模块100需要放电。
当在负载开始其操作之前通过短路检测电路300检测到短路状态时，控制器220可以将放电控制开关230保持在断开状态，可以向装置传输警告信息，或者可以通过输出设备(例如LED)输出警告输出。因此，放电控制开关230不需要承受由短路造成的压力，因为电池组10在开始放电之前预先检查短路状况，并且因此不需要使用高性能的放电控制开关。
当放电控制开关230在负载操作期间断开时，即由于放电开始后组端子P+和P-之间的短路，控制器220可以周期性地激活短路检测电路300以监控组端子P+和P-之间的短路状态，直到组端子P+和P-之间的短路被解除。在这种情况下，控制器220将放电控制开关230保持在断开状态，直到通过短路检测电路300确定组端子P+和P-之间的短路被解除。因此，降低了由于频繁短路造成保险丝断开的可能性，并且不需要使用配备有负载短路检测功能的昂贵的电池IC，并且因此具有降低电池组10的单位成本的效果。
虽然已经参照附图具体示出和描述了本发明的示例性实施例，但是本文中使用的特定术语仅为了描述本发明的目的，而不是旨在限定其含义或者限制权利要求中阐述的本发明的范围。所以，本领域技术人员应当理解，本发明的各种修改和其他等效实施例是可能的。因此，本发明的真正技术保护范围必须基于所附权利要求的技术精神来确定。
符号描述
10：电池组
100：电池模块
210：电池IC
220：控制器
230：放电控制开关
240：充电控制开关
300：短路检测电路
Q2、Q1：开关
R11、R12、R21、R22：电阻器
D1：二极管
SR：分流电阻器

Claims (12)

1.一种电池保护电路，包括：
第一开关，连接在电池组的负组端子和输出节点之间，以控制所述负组端子和所述输出节点之间的电连接；
第一电阻器，连接在所述输出节点和地之间；和
控制器，被配置为控制所述第一开关的接通或断开，并基于所述输出节点的输出电压来确定所述电池组的组端子之间的短路状态；
其中，所述控制器在所述电池组的放电控制开关断开的状态下接通所述第一开关。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，还包括：
二极管，连接在所述负组端子和所述第一开关的第一端子之间。
3.根据权利要求1所述的电池保护电路，还包括：
第二电阻器，连接在所述第一开关和所述输出节点之间。
4.根据权利要求1所述的电池保护电路，还包括：
第二开关，连接在所述第一开关的控制端子和地之间，以根据从所述控制器施加的控制信号来控制施加到所述第一开关的控制端子的电压。
5.根据权利要求4所述的电池保护电路，还包括：
第三电阻器，连接在所述第二开关和所述第一开关的控制端子之间；和
第四电阻器，连接在所述负组端子和所述第一开关的控制端子之间。
6.根据权利要求4所述的电池保护电路，其中：
所述第一开关和所述第二开关分别是P沟道晶体管和N沟道晶体管，并且根据通过所述N沟道晶体管施加到所述P沟道晶体管的控制端子的电压来控制所述P沟道晶体管的接通或断开。
7.一种电池组，包括：
多个组端子；
电池模块，被配置为包括一个或多个电池单元；
放电控制开关，连接在所述组端子之一和所述电池模块之间，以连接或切断所述电池模块的放电路径；
第一开关，连接在输出节点和所述组端子当中的负组端子之间，以控制所述负组端子和所述输出节点之间的电连接；
第一电阻器，连接在所述输出节点和地之间；和
控制器，被配置为控制所述第一开关的接通或断开，并基于所述输出节点的输出电压来确定所述组端子之间的短路状态。
8.根据权利要求7所述的电池组，还包括：
第二开关，连接在所述第一开关的控制端子和地之间，以根据从所述控制器施加的控制信号来控制施加到所述第一开关的控制端子的电压。
9.根据权利要求8所述的电池组，其中：
所述第一开关和所述第二开关分别是P沟道晶体管和N沟道晶体管，并且根据通过所述N沟道晶体管施加到所述P沟道晶体管的控制端子的电压来控制所述P沟道晶体管的接通或断开。
10.根据权利要求9所述的电池组，其中：
所述控制器在所述放电控制开关断开的状态下接通所述第二开关，以监控所述组端子之间的短路。
11.根据权利要求10所述的电池组，其中：
所述控制器通过在所述放电控制开关通过启动经由所述组端子连接的负载的操作而切换到接通状态之前将所述第二开关接通预定时间，来监控所述组端子之间的短路。
12.根据权利要求10所述的电池组，其中：
当所述放电控制开关在经由所述组端子连接的负载的操作期间由于短路而断开时，所述控制器通过周期性地接通所述第二开关来周期性地监控所述组端子之间的短路，直到短路被解除。
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