CN102170117B - 一种电池保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池保护装置，包括充放电控制逻辑器一输出端连接第一MOS管的栅极，另一输出端连接第二M0S管的栅极；第一MOS管源极连地，漏极连接第二MOS管源极，第二MOS管的漏极连接放电端口负极；还包括：反馈端和放电控制单元：放电控制单元一端连接反馈端，一端连接放电端口；反馈端，用于电池接通负载时，获取反馈电压；放电控制单元，用于在反馈段获得反馈电压时，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，让电池放电电流施加到负载。本发明还提供一种电池保护方法。本发明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。

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。由于电池的极片裸露在空气中，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U2一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U1一输出端连接放电MOS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源极极连接电芯的负极，漏极连接充电MOS管Q2的源极，充电MOS管Q2的漏极连接放电端口负极P-。放电MOS管Q1控制放电，充电MOS管Q2控制充电。

在正常情况下，放电MOS管Q1、充电MOS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MOS管Q1、充电MOS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Vref，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MOS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MOS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MOS管Q1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MOS管的栅极(Q1)，另一输出端连接第二MOS管(Q2)的栅极；第一MOS管(Q1)源极连地，漏极连接第二MOS管(Q2)源极，第二MOS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)，一端连接放电端口；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MOS管(Q3)、第四MOS管(Q4)和第五MOS管(Q5)，第五MOS管(Q5)源极接充电第二MOS管(Q2)的漏极，第五MOS管(Q5)漏极接放电端口负极(P-)，第五MOS管(Q5)栅极通过并联的第一电容(C1)接地，还接到第三MOS管(Q3)的漏极；第三MOS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MOS管(Q4)的漏极；第四MOS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MOS管(Q4)栅极通过第六电阻(R6)接地。

优选的，放电控制单元包括第三MOS管(Q3)和第四MOS管(Q4)，第三MOS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MOS管(Q4)的漏极；第四MOS管(Q4)源极接地，栅极接反馈端S；第三MOS管(Q3)的栅极连接第一MOS管(Q1)栅极，第一MOS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MOS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MOS管(Q4)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MOS管(Q5)，第五MOS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。因保护裸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U1一端通过电阻RS连接电池放电端口负极P-，充放电控制逻辑器U1一输出端连接放电MOS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源极极连接电芯的负极，漏极连接充电MOS管Q2的源极，充电MOS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11。当电池接通负载后，放电控制单元11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11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U1一端通过电阻RS连接电池充电端口负极C-，充放电控制逻辑器U1一输出端连接放电MOS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MOS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MOS管Q 3、MOS管Q4和MOS管Q5，MOS管Q5源极接充电MOS管Q2的漏极，MOS管Q5漏极接放电端口负极P-，MOS管Q5栅极通过并联的电容C1和电阻R2接地，还通过电阻R1接到MOS管Q3的漏极；MOS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MOS管Q4的漏极；MOS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MOS管Q4导通，MOS管Q4导通后，MOS管Q3获得偏置电压导通，MOS管Q3导通后，电池正极电压通过MOS管Q3、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MOS管Q5的导通电压时，MOS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，MOS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MOS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，MOS管Q4和MOS管Q5为N型场效应开关管，MOS管Q3为P型场效应开关管。MOS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U1一端通过电阻RS连接电池放电端口负极P-，充放电控制逻辑器U1一输出端连接放电MOS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源极极连接电芯的负极，漏极连接充电MOS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MOS管Q3和MOS管Q4，MOS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MOS管Q4的漏极；MOS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；MOS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C1和电阻R2；二极管D1的阳极连接放电MOS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MOS管Q4导通，MOS管Q4导通后，MOS管Q3得到偏置电压导通，MOS管Q3导通后，电池正极电压通过MOS管Q3、电阻R1对电容C1充电。随着电容C1上充电电压升高，MOS管Q1由断开转入导通。在电容C1充电期间，MOS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C1的电容值，可以调节MOS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，MOS管Q4为N型场效应开关管，MOS管Q3为P型场效应开关管。MOS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U1一端通过电阻RS连接电池放电端口负极P-，充放电控制逻辑器U1一输出端连接放电MOS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源极极连接电芯的负极，漏极连接充电MOS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MOS管Q5，MOS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C1上充电电压升高，MOS管Q5由断开转入导通。在电容C1充电期间，MOS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MOS管Q5导通电阻的变化速度，以适应不同的负载电路要求。

该实施例中，MOS管Q5为P型场效应开关管。MOS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。因保护裸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 (9)

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ＭＯＳ管的栅极（Ｑ1），另一输出端连接充电第二ＭＯＳ管（Ｑ2）的栅极；第一ＭＯＳ管（Ｑ1）源极连地，漏极连接充电第二ＭＯＳ管（Ｑ2）漏极，充电第二ＭＯＳ管（Ｑ2）的源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），一端连接放电端口正极（Ｐ＋）；

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

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（Ｒ2）。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，第四ＭＯＳ管（Ｑ4）栅极通过第六电阻（Ｒ6）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ＭＯＳ管（Ｑ3）和第四ＭＯＳ管（Ｑ4），第三ＭＯＳ管（Ｑ3）源极接放电端口正极（Ｐ＋），栅极通过第三电阻（Ｒ3）连接放电端口正极（Ｐ＋），还接第四ＭＯＳ管（Ｑ4）的漏极；第四ＭＯＳ管（Ｑ4）源极接地，栅极接反馈端（Ｓ）；第三ＭＯＳ管（Ｑ3）的漏极连接第一ＭＯＳ管（Ｑ1）栅极，第一ＭＯＳ管（Ｑ1）栅极与电芯负极之间并联第一电容（Ｃ1），第一ＭＯＳ管（Ｑ1）为放电开关管。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，放电控制单元还包括第一二极管（Ｄ1），第一二极管（Ｄ1）的阳极连接放电第一ＭＯＳ管（Ｑ1）栅极，阴极连接充放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ＭＯＳ管（Ｑ4）的栅极通过第六电阻（Ｒ6）接地。

8.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五ＭＯＳ管（Ｑ5），第五ＭＯＳ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＋），第五ＭＯＳ管（Ｑ5）为放电开关管。

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（Ｒ2）。

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