CN107453332A - 电池保护电路以及电池保护板 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种电池保护电路以及电池保护板，其中电池保护电路，包括：第一保护电路；所述第一保护电路包括：第一控制IC、第一开关管控模块；所述第一开关管控模块串联于电池充放电回路中；所述第一控制IC采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第一开关管控模块；所述第一开关管控模块包括多个并联的第一MOS管。本发明的电池保护电路中使用多MOS管并联技术来降低开关内阻，以降低发热同时增加散热接触面，以提高保护电路响应灵敏度，及时关断电路，关断时间最小可至微秒级别，以便在异常情况下更有效保护电池。
Description
技术领域
本发明涉及到新能源领域，特别是涉及到电池保护电路以及电池保护板。
背景技术
随着技术的发展，手机在人们日常生活中越来越重要，人们对手机的性能要求也越来越高。比如：要求手机电池的容量越来越大，从1000mAh提升到2000mAh，甚至4000mAh；手机续航时间增加的前提下同时要求缩短手机电池充电时间，要求有更高的充电功率，比如：充电器的充电功率由5W提升到10W，甚至40W。伴随着充电功率的增加，充电电流越来越大，传统电路设计理念及方案已不符合超快充电池需要。超快充电池主要指可支撑6A左右的充电电流的电池，相比于3.5A充电电流的快充，充电电流增加一倍，使相同容量的电池充电时间将减少一倍，充电时间更短。原快充电池保护电路中主要应用三端FUSE器件或温度保险丝作为关断电路的开关，但温度保险丝保护速度慢，三端FUSE器件一般保护功能少，只有过压或过流保护，且保护时间为秒级别，不适用于超快充电池保护电路中，目前行业还没有普及6A以上大电流超快充技术，在保护电路设计上还没有经验可以借鉴。
因此，现有技术还有待改进。
发明内容
本发明的主要目的为提供一种电池保护电路，旨在解决现有保护电路设计不能满足大电流超快充电池需要的技术问题。
本发明提出一种电池保护电路，包括：第一保护电路；
所述第一保护电路包括：第一控制IC、第一开关管控模块；
所述第一控制IC采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第一开关管控模块；
所述第一开关管控模块包括多个并联的第一MOS管。
所述第一保护电路还包括：第一信号采集模块；
该第一信号采集模块包括多个并联的第一电阻；所述第一信号采集模块串联于所述电池充放电回路中；所述第一控制IC采集所述第一信号采集模块的两端电压，以采集流过所述第一信号采集模块的电流值。
优选地，还包括第二保护电路，该第二保护电路包括第二控制IC、第二开关管控模块；
所述第二控制IC采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第二开关管控模块；
所述第二开关管控模块串联于电池充放电回路中；
所述第二开关管控模块包括多个并联的第二MOS管；
所述第二保护电路的保护阈值大于所述第一保护电路的保护阈值。
优选地，所述第二保护电路还包括：第二信号采集模块；
该第二信号采集模块包括多个并联的第二电阻；所述第二信号采集模块串联于所述电池充放电回路中；所述第二控制IC采集所述第二信号采集模块的两端电压，以采集流过所述第二信号采集模块的电流值。
优选地，所述第一电阻以及第一MOS管的规格分别与所述第二电阻以及第二MOS管的规格一一对应相同；所述第一MOS管或第二MOS管的电阻值小于2mΩ。
本发明还提供了一种电池保护板，包括上述的电池保护电路，所述电池保护电路集成于所述电池保护板上。
优选地，所述电池保护板还包括散热模块；
所述散热模块包括热敏器件以及电池保护电路中电子器件分布区域；所述电子器件分布区域远离所述热敏器件分散分布。
优选地，所述电池保护电路的线路所对应的区域为镂空区。
优选地，所述电池保护板包括软板区域和硬板区域；
所述软板区域焊接于所述硬板区域的一端；所述软板区域的宽度范围为：10-15mm。
优选地，所述电池保护板还包括铜皮；所述铜皮位于所述电路板叠层之间，所述铜皮厚度范围为：1-2盎司。
本发明有益技术效果：本发明的电池保护电路中选用MOS管作为关断电路的开关，且使用多MOS管并联技术来降低开关内阻，以降低发热同时增加散热接触面，以提高保护电路响应灵敏度，及时关断电路，关断时间最小可至微秒级别，以便在异常情况下更有效保护电池。本发明中的电池保护电路中设计两级分级全面保护，包括过充电、过放电、充电过流以及放电过流等，保护更全面；而且本发明的电池保护电路在器件选型、器件分布布局、线路设计以及温升控制等各方面进行更严格的辅助设计，使电池保护电路具有更好散热功能以及更稳定的保护性能。
附图说明
图1本发明一实施例中电池保护电路结构示意图；
图2本发明另一实施例中电池保护电路结构示意图；
图3本发明一实施例中电池保护板中散热模块结构示意图；
图4本发明一实施例中电池保护板板的软板区域和硬板区域结构示意图。
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。
参照图1，本发明实施例提出一种电池保护电路，包括：第一保护电路；所述第一保护电路包括：第一控制IC10、第一开关管控模块12；所述第一开关管控模块12串联于电池充放电回路中；所述第一控制IC10采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第一开关管控模块12；所述第一开关管控模块12包括多个并联的第一MOS管。
本发明实施例的电池保护电路通过第一控制IC10控制第一MOS管的接通和/或关断，当电路异常时，通过第一控制IC10控制关断第一MOS管；当电路异常解除后，通过第一控制IC10控制接通第一MOS管，以控制电池充放电回路恢复正常，保护电路可反复使用，实现多次保护的应用效果；且因第一MOS管关断时灵敏，当异常发生时，最快可在微秒级别及时切断电路保护电池，符合大电流超快充电池保护电路的需求，有效避免超快充电池使用过程中的安全事故发生。本发明实施例中第一开关管控模块12包括多个并联的第一MOS管，以降低第一开关管控模块12内阻，降低电子元器件的发热且同时增加散热接触面，进一步提高保护电路响应灵敏度，进一步缩短第一开关管控模块12的关断时间，以及时关断电路，以便在异常情况下更及时地保护电池，本实施例中多个并联的第一MOS管在电路异常时会同时关断。本发明实施例中第一控制IC10的正极端与电池的正极端以及充电输出的正极端相连，可保证对第一控制IC10供电，且可同时采集电池的当前第一电压值；本发明实施例的电池保护电路具有过充、过放、充电过流、放电过流以及短路等各种非正常状态保护功能，保护功能相比于使用三端FUSE器件或温度保险丝的保护电路的保护功能更全面，FUSE器件或温度保险丝仅能过流或过压保护，不能同时实现过流和过压保护，因此保护功能不全面。且FUSE器件或温度保险丝一经烧断将无法恢复，因此只能保护一次。而且FUSE器件或温度保险丝烧断需要时间，因此关断相应速度也较慢，不适用于6A左右的充电电流的超快充电池保护电路中。
进一步地，所述第一保护电路还包括：第一信号采集模块11；该第一信号采集模块11包括多个并联的第一电阻；所述第一信号采集模块11串联于所述电池充放电回路中；所述第一控制IC10采集所述第一信号采集模块11的两端电压，以采集流过所述第一信号采集模块11的电流值。
本发明实施例中第一控制IC10并联于第一信号采集模块11的两端，第一信号采集模块11包括多个并联的已知阻值的精密第一电阻。通过采集电压值变相采集流过所述第一信号采集模块11内的电流值。
参照图2，本发明另一实施例中电池保护电路中，还包括第二保护电路，该第二保护电路包括第二控制IC13、第二开关管控模块15；所述第二控制IC13采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第二开关管控模块15；所述第二开关管控模块15串联于电池充放电回路中；所述第二开关管控模块15包括多个并联的第二MOS管；所述第二保护电路的保护阈值大于所述第一保护电路的保护阈值。
本发明实施例中采用第一保护电路和第二保护电路分级保护的方式，以进一步提高电池保护电路的保护效果，在第一保护电路保护失效时启动第二保护电路进行保护，以进一步减少因过压或过流引发的安全事故。例如，本实施例的第一保护电路的电压保护阈值为4.45V或电流保护阈值为10A，本实施例的第二保护电路的电压保护阈值为4.52V或电流保护阈值为12A。即电池电压达到4.45V时或电池充放电回路中电流达到10A时，第一控制IC10控制关断第一开关管控模块12。当电池电压大于4.45V时或电池充放电回路中电流持续8ms内大于10A时，电路未发生关断，第一控制电路失效，则启动第二保护电路进行保护。电池电压达到4.52V时或电池充放电回路中电流达到12A时，第二控制IC13控制关断第二开关管控模块15，第二保护电路电流采集时间为16ms。本实施例中第二保护电路与第一保护电路具有同样的保护功能，包括过充(即充电过压)、过放(即放电过压)、充电过流、放电过流以及短路等各种非正常状态保护功能，第二保护电路的保护功能也更全面，使得本实施例的电池保护电路的可靠性更高。
进一步地，所述第二保护电路还包括：第二信号采集模块14；该第二信号采集模块14包括多个并联的第二电阻；所述第二信号采集模块14串联于所述电池充放电回路中；所述第二控制IC13采集所述第二信号采集模块14的两端电压，以采集流过所述第二信号采集模块14的电流值。
本发明实施例中第二控制IC13并联于第二信号采集模块14的两端，第二信号采集模块14包括多个并联的已知阻值的精密第二电阻。通过采集电压值变相采集流过所述第二信号采集模块14内的电流值。
进一步地，所述第一电阻以及第一MOS管的规格分别与所述第二电阻以及第二MOS管的规格一一对应相同；所述第一MOS管或第二MOS管的电阻值小于2mΩ。本发明实施例中第一MOS管或第二MOS管优选最尖端科技的低电阻MOS管，且并联接入，使第一开关管控模块12或第二开关管控模块15的内阻更小，保护电路的响应速度更快，保护功能更全面。本实施例中电池保护电路的关键器件选型均有更高的性能要求，以达到更大功率，更小发热。本实施例中优选最尖端科技的MOS管，内阻小至2mΩ左右，并联后MOS管总内阻为1mΩ左右，减小发热，提高响应灵敏度。
本实施例中因第二保护电路与第一保护电路中均使用控制IC与MOS管的控制方案，当异常解除后，可控制电池充放电回路自动恢复正常，以达到多次保护、多次使用。同时因MOS管关断时间可达微秒级别，异常发生时，保护时间最快可达微秒，更有效地保护电池，避免事故发生。
如图2所示，本实施例的第一保护电路的连接关系如下：第一控制IC10包括N1，电阻R1接于N1的正极引脚6处，为N1供电，同时N1的正极引脚6采集电池两端的电压；C1连接于N1的正极引脚6和负极引脚5上，对N1进行滤波；引脚7并联于包括RS2与RS4并联体的第一信号采集模块11两端，以检测流过RS2与RS4组成的并联体的电流值；引脚3和引脚4接于包括N4和N6双MOS管并联体的第一开关管控模块12，用于控制电池充电和/或放电状态时电路回路的闭合和/或断开。当第一保护电路失效后，即达到第一保护电路的保护阈值后未断开，比如4.45V未断开，则启动第二保护电路。本实施例的第二保护电路与第一保护电路具有相同的全面的性能保护，本实施例的第二保护电路中各电子器件的连接关系以及工作原理与第一保护电路相同，仅是保护阈值不同，此处不赘述。图1及图2中所述B+为电池输入端子正极，B-为电池输入端子负极；P+为电池输出端子正极，P-为电池输出端子负极。图2中输出端TH为温度检测电阻端子，ID为电池识别电阻端子，SW为电池控制端子。
本发明实施例，还提供了一种电池保护板，包括上述的电池保护电路，所述电池保护电路集成于所述电池保护板上。
参照图3，本发明实施例的电池保护板还包括散热模块；所述散热模块包括热敏器件20以及电池保护电路中电子器件分布区域22；所述电子器件分布区域22远离所述热敏器件20分散分布。
本实施例中的电池保护板，热敏器件20布局远离保护电路中电子器件，而且电子器件也分散布局，以减少互相干扰，加强散热。
进一步地，本发明实施例的电池保护板，所述电池保护电路的线路所对应的区域为镂空区22。
本实施例的电池保护板的线路设计时，线路所对应的电池保护板区域表面实行开窗设计，形成相应的镂空区22，以便增大与空气接触的面积，增强散热。而且本实施例中通过将电路板的面积增大到原有面积的50％-100％，以增强辐射散热。
进一步地，所述电池保护板包括软板区域31和硬板区域30；
所述软板区域31焊接于所述硬板区域30的一端；所述软板区域31的宽度范围为：10-15mm。
本实施例的软板区域31用于连接硬板区域30和主板，软板区域31易于弯折便于装配；保护电路的电子器件主要集成在硬板区域30，以便满足硬度支撑的需求。本实施例中通过加大软板区域31的面积，进一步增大散热区域。本实施例的软板区域31的宽度是指与硬板区域30长度方向一致的尺寸，即如图4所示的焊点a至d的方向上的尺寸。
进一步地，所述电池保护板还包括铜皮；所述铜皮位于所述电池保护板叠层之间，所述铜皮厚度范围为：1-2盎司。
本实施例通过在镂空区22加锡，进一步增加铜皮厚度，以减小内阻，进一步增大电流流通度，以满足6A的大电流超快充电池保护电路的需求。例如，本实施例采用四层铜皮时，铜皮厚度为1盎司；另一实施例中采用六层铜皮时，铜皮厚度为2盎司。
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或等效流程变换，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 (10)
1.一种电池保护电路，其特征在于，包括：第一保护电路，该第一保护电路包括：第一控制IC、第一开关管控模块；
所述第一开关管控模块串联于电池充放电回路中；
所述第一控制IC采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第一开关管控模块；
所述第一开关管控模块包括多个并联的第一MOS管。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一保护电路还包括：第一信号采集模块；
该第一信号采集模块包括多个并联的第一电阻；所述第一信号采集模块串联于所述电池充放电回路中；所述第一控制IC采集所述第一信号采集模块的两端电压，以采集流过所述第一信号采集模块的电流值。
3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，还包括第二保护电路；
该第二保护电路包括第二控制IC、第二开关管控模块；
所述第二控制IC采集所述电池的两端电压和/或充放电回路的电流，并根据采集的所述两端电压和/或充放电回路的电流控制所述第二开关管控模块；
所述第二开关管控模块串联于电池充放电回路中；
所述第二开关管控模块包括多个并联的第二MOS管；
所述第二保护电路的保护阈值大于所述第一保护电路的保护阈值。
4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，所述第二保护电路还包括：第二信号采集模块；
该第二信号采集模块包括多个并联的第二电阻；所述第二信号采集模块串联于所述电池充放电回路中；所述第二控制IC采集所述第二信号采集模块的两端电压，以采集流过所述第二信号采集模块的电流值。
5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，所述第一电阻以及第一MOS管的规格分别与所述第二电阻以及第二MOS管的规格一一对应相同；所述第一MOS管或第二MOS管的电阻值小于2mΩ。
6.一种电池保护板，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的电池保护电路；所述电池保护电路集成于所述电池保护板上。
7.根据权利要求6所述的电池保护板，其特征在于，还包括散热模块；
所述散热模块包括热敏器件以及电池保护电路中电子器件分布区域；所述电子器件分布区域远离所述热敏器件分散分布。
8.根据权利要求6所述的电池保护板，其特征在于，所述电池保护电路的线路所对应的区域为镂空区。
9.根据权利要求8所述的电池保护板，其特征在于，包括软板区域和硬板区域；
所述软板区域焊接于所述硬板区域的一端；所述软板区域的宽度范围为：10-15mm。
10.根据权利要求8所述的电池保护板，其特征在于，还包括铜皮；所述铜皮位于所述电池保护板叠层之间，所述铜皮厚度范围为：1-2盎司。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171208 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |