CN210137202U

CN210137202U - 电池保护电路及机器人

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Publication number: CN210137202U
Application number: CN201921309174.0U
Authority: CN
Inventors: 闫雪飞; 于繁迪
Original assignee: Beijing Geekplus Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Jizhijia Technology Co Ltd
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2029-08-13

Abstract

本实用新型提出一种电池保护电路及机器人。保护电路包括可控熔断器，所述可控熔断器包括第一端、第二端和第三端，所述可控熔断器通过第一端和第二端串接于所述电池的充放电回路；保护控制电路，所述保护控制电路包括输入端和输出端，所述保护控制电路的输出端与所述可控熔断器的第三端电性连接；所述保护控制电路的控制端接收触发信号，所述保护控制电路配置为基于控制端输入的触发信号控制所述可控熔断器熔断，所述触发信号为所述电池的电芯的过压信号或过温信号中的至少一种信号。本实用新型在电池充放电回路中设置可控熔断器和保护控制电路，保护电路可靠性高。

Description

电池保护电路及机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及电子电路技术，尤其涉及电池保护电路及机器人。

背景技术

为保证电池安全工作，需要在电池和充电电源之间以及电池和放电负载之间设置电池保护电路。现有技术中一般在充放电回路上设置MOS管和熔断器，当充放电回路电流过大时，熔断器断开，以达到保护电池的目的。

但是，即使有电池保护电路的保护，在MOS管失效或者MCU控制异常的情况下，如果电池的电芯一致性差，充电过程中某一串电芯的电压仍有可能偏高，产生电池过冲的不安全隐患；或者MCU控制异常的情况下，电池的温度或MOS管的温度有可能异常升高，电池保护电路难以起到实际保护的作用。

实用新型内容

本实用新型提出一种电池保护电路及机器人，以解决当电芯的电压偏高或者电池(或MOS管)的温度异常升高时，保护电路难以起到实际保护作用的问题。

本实用新型实施例一方面提出一种电池保护电路，包括：

可控熔断器，所述可控熔断器包括第一端、第二端和第三端，所述可控熔断器通过第一端和第二端串接于所述电池的充放电回路；保护控制电路，所述保护控制电路包括输入端和输出端，所述保护控制电路的输出端与所述可控熔断器的第三端电性连接；所述保护控制电路的输入端接收触发信号，所述保护控制电路配置为基于控输入端输入的触发信号控制所述可控熔断器熔断，所述触发信号为所述电池的电芯的过压信号和过温信号中的至少一种信号；检测单元，所述检测单元包括输入端和输出端；检测单元的输入端与电池的电芯电性连接；所述检测单元的输出端与所述保护控制电路的输入端电性连接；所述检测单元用于在所述电芯电压超过预设电压或者电芯温度超过预设温度时，输出所述触发信号。

进一步的，所述检测单元包括电芯电压检测电路，所述电芯电压检测电路包括至少一个第一电阻、至少一个电容和电压检测芯片，所述电压检测芯片的每个检测输入端通过一所述第一电阻电性连接一电芯，并通过至少一个电容接地；所述电压检测芯片的触发输出端与所述保护控制电路的输入端电性连接。

进一步的，所述电芯电压检测电路还包括第一二极管、第二二极管和第二电阻；所述第一二极管的阳极电性连接一所述触发输出端，所述第一二极管的阴极与所述第二电阻的第一端电性连接；所述第二二极管的阳极电性连接一所述触发输出端，所述第二二极管的阴极与所述第二电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述保护控制电路的输入端电性连接。

进一步的，所述保护控制电路包括MOS管和第三电阻；所述MOS管包括第一极、第二极和栅极，所述MOS管的栅极作为所述保护控制电路的输入端，所述MOS管的栅极通过第三电阻电性连接第一极，所述MOS管的第一极接地；所述MOS管的第二极电性连接所述可控熔断器的第三端。

进一步的，所述保护控制电路还包括第四电阻和至少一个第三二极管；所述MOS管的第二极电性连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端通过一所述第三二极管电性连接一所述可控熔断器的第三端。

进一步的，所述保护控制电路还包括第二电容和稳压二极管；所述稳压二极管的阴极与所述MOS管的栅极电性连接，所述稳压二极管的阳极与所述MOS 管的源极电性连接，所述第二电容与所述MOS管的栅极和源极电性连接。

进一步的，所述检测单元还包括温度检测芯片和温度检测电路，所述温度检测芯片的电源端通过第五电阻与所述电池的正极电性连接，所述温度检测芯片的接地端与所述电池的负极电性连接，所述温度检测芯片的接地端通过第四二极管与所述第五电阻的第一端电性连接，所述温度检测芯片的输出端与所述 MOS管的栅极电性连接，所述温度检测芯片的输入端与热敏电阻的第一端电性连接，所述热敏电阻的第二端与所述第五电阻的第一端电性连接，所述温度检测芯片的输入端与第六电阻的第一端电性连接，所述第六电阻的第二端与所述电池的负极电性连接。

进一步的，所述检测单元还包括温度开关，所述温度开关的信号输出引脚与所述保护控制电路的输入端电性连接，温度开关用于检测电池供电回路中半导体开关的温度，在所述半导体开关温度超过预设温度时，输出半导体开关的过温信号。

本实用新型实施例另一方面提出一种机器人，包括电池和本实用新型实施例提出的电池保护电路；所述电池通过放电回路向所述机器人供电。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型在电池充放电回路中设置可控熔断器、保护控制电路和检测单元，可以确保电池在过压或温度过高的情况下，即使电池的充放电电路出现异常，依旧可以安全的切断充电回路，确保电池的安全。通过在电池充放电回路中半导体开关处设置温度开关，可以确保半导体开关在出现异常温度过高的情况下，可以安全的切断充电回路，确保电池的安全。

附图说明

图1是现有技术中保护电路的电路原理图；

图2是本实用新型的实施例一中的一种保护电路的电路原理图；

图3是本实用新型的实施例一中的一种电芯电压检测电路的电路原理图；

图4是本实用新型的实施例一中的一种保护控制电路的电路原理图；

图5是实用新型的实施例一中的一种温度检测电路的电路原理图；

图6是实用新型的实施例一中的一种反馈电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是现有技术中保护电路的电路原理图，参考图1，现有技术中保护电路中使用普通的熔断器100，当电池供电回路中电流过大时，熔断器100的温度升高，熔断器100熔断，以达到保护电池的目的。由于电池一致性的问题，充电过程中某一串电芯电压会偏高，此时若供电回路中电流不足以使熔断器100 熔断，则有可能造成过充保护失效的问题。在充电过程中当电池温度过高或者 MOS管温度过高时，若熔断器100不能及时熔断，同样发生保护失效的问题。为此，本方案设计一种二级保护电路，提高电池供电回路的安全性，确保电池的安全。

实施例一

图2是本实用新型的实施例一中的一种保护电路的电路原理图，参考图2，本实施例提出一种电池保护电路，包括：可控熔断器1，可控熔断器1包括第一端、第二端和第三端a，可控熔断器1通过第一端和第二端串接于电池5的充放电回路。保护控制电路2，保护控制电路2包括输入端和输出端，保护控制电路2的输出端与可控熔断器的第三端a连接；保护控制电路的输入端b接收触发信号，保护控制电路配置为基于控输入端b输入的触发信号控制可控熔断器1熔断，触发信号为电池5的电芯的过压信号和温度过高信号中的至少一种信号。检测单元21，检测单元21包括输入端和输出端；检测单元21的输入端与电池5的电芯连接；检测单元21的输出端与保护控制电路2的输入端b连接；检测单元21用于可以检测电池电芯的电压和电池的温度中的至少一项，在电芯电压超过预设电压和/或电芯温度超过预设温度时，输出触发信号。

在电池充放电回路中设置可控熔断器1、保护控制电路2和检测单元21，当检测单元21检测到电池5的电芯电压过高和/或温度过高时，保护控制电路2 控制可控熔断器1熔断，这样即使电池5出现某一电池芯电压过高或者温度过高等异常时，依旧可以安全的切断充放电回路，确保电池5的安全。

图3是本实用新型的实施例一中的一种电芯电压检测电路的电路原理图，参考图3，检测单元21包括电芯电压检测电路，电芯电压检测电路包括至少一个电阻R1(第一电阻)、至少一个电容C1(第一电容)和电压检测芯片U1，电压检测芯片U1的每个检测输入端(引脚BAT1-BAT8)分别通过一个电阻R1连接一个电芯，并通过至少一个电容C1接地；电压检测芯片U1的触发输出端(引脚CHG和引脚DSG)与保护控制电路2的输入端b连接。在一种可替换方案中，电芯电压检测电路还包括二极管D1(第一二极管)、二极管D2(第二二极管) 和电阻R2(第二电阻)；二极管D1的阳极连接一触发输出端(引脚CHG)，二极管D1的阴极与电阻R2的第一端连接；二极管D2的阳极连接一触发输出端(引脚DSG)，二极管D2的阴极与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端与保护控制电路2的输入端b连接。通过具有单向导通性的二极管D1和D2，当在输出端b设置其他功能电路，例如反馈电路时，可以放置功能电路对电压检测芯片U1的干扰。通过电阻R2可以提高电压检测芯片U1的输出电平。

可选的，电压检测芯片U1的型号可以为SP8G2，U1的检测输入端为引脚 BAT1至引脚BAT8，U1的触发输出端为引脚CHG和引脚DSG，当U1的检测输入端的电压超过设定的阈值电压时，U1的触发输出端输出一高电平信号。高电平信号通过电阻R2输出至保护控制电路2的输入端b。

图4是本实用新型的实施例一中的一种保护控制电路的电路原理图，参考图4，保护控制电路2包括MOS管T1和电阻R3(第三电阻)；MOS管T1包括第一极、第二极和栅极，MOS管T1的栅极作为保护控制电路2的输入端b，MOS 管T1的栅极通过电阻R3连接第一极，MOS管T1的第一极接地；MOS管T1的第二极连接可控熔断器1的第三端。

示例性的，MOS管T1采用NMOS，MOS管T1的栅极通过电阻R3连接源极， MOS管T1的源极接地；MOS管T1的漏极连接可控熔断器1的第三端。当保护控制电路2的输入端b为高电平时MOS管T1导通，此时可控熔断器1短路熔断。

在一个可替换方案中，保护控制电路2还包括电阻R4(第四电阻)和至少一个二极管D3(第三二极管)；MOS管T1的漏极连接电阻R4的第一端，电阻 R4的第二端通过一二极管D3连接一所述可控熔断器1的第三端。通过具有单项导通性的二极管以及具有阻尼作用的电阻，可以提高保护控制电路2的稳定性。在另一个可选的方案中，保护控制电路2还包括电容C2(第二电容)和稳压二极管D4；稳压二极管D4的阴极与MOS管T1的栅极连接，稳压二极管D4 的阳极与MOS管T1的源极连接，电容C2与MOS管T1的栅极和源极连接。其中，通过稳压二极管D4和电容C2避免MOS管T1过压击穿。

图5是实用新型的实施例一中的一种温度检测电路的电路原理图，参考图 5，检测单元21还包括温度检测芯片U2和温度检测电路，温度检测芯片U2的电源端通过电阻R5(第五电阻)与电池的正极连接，温度检测芯片U2的接地端与电池的负极连接，温度检测芯片的接地端通过二极管D5与电阻R5的第一端连接，温度检测芯片U2的输出端c与MOS管T1的栅极连接，温度检测芯片 U2的输入端与热敏电阻R6的第一端连接，热敏电阻R6的第二端与电阻R5的第一端连接，温度检测芯片U2的输入端与电阻R7的第一端连接，电阻R7(第六电阻)的第二端与电池的负极连接。

其中，温度检测芯片U2采用的型号为PT7M6102。当电池的温度升高时热敏电阻R6的阻值减小，温度检测芯片U2的输入端的电压升高，当电压超过设定的阈值电压时，温度检测芯片U2的输出端c输出高电平，此时MOS管T1导通，可控熔断器1短路熔断。

温度检测电路还可以包括温度开关，此时保护控制电路2输入的触发信号还包括MOS管3的温度过高信号。可选的温度开关选用MAX6502，温度开关与MOS管3紧密贴合，温度开关的信号输出引脚与MOS管T1的栅极连接。当MOS管3的温度超过设定的温度时，温度开关的输出引脚输出高电平，此时MOS 管T1导通，可控熔断器1短路熔断。

图6是实用新型的实施例一中的一种反馈电路的电路原理图，参考图6，保护电路还包括反馈电路，反馈电路包括三极管T2，三极管T2的基极通过电阻R8(第七电阻)与MOS管T1的栅极连接，三极管T2的基极通过电阻R9(第八电阻)后接参考低电平位，三极管T2的发射极接参考低电平位，三极管T2 的集电极通过电阻R10(第九电阻)后接参考高电平位，三极管T2的集电极通过电阻R11与控制单元4的信号输入端d连接，三极管T2的发射极和电阻R11 (第十电阻)的第一端与电容C3连接。

反馈电路的输出端与控制单元4的信号输入端d连接，通过反馈电路，控制单元4可以判定可控熔断器1是否得到熔断信号，便于控制单元4判定保护电路的状态，并根据电路状态控制相应的器件工作。例如，当控制单元4判定可控熔断器1得到熔断信号时，可以向报警器件发送信号，使报警器件工作，以提示相关人员更换可控熔断器1。示例性的，三极管T2选用NPN三极管，当保护电路的输入端b为高电平时，三极管T2导通，三极管T2集电极的电位变化，当控制单元4检测到三极管T2集电极的电位变化时，控制单元4判定可控熔断器1得到熔断信号，否则，控制单元4判定可控熔断器1没有得到熔断信号。

实施例二

本实施例提出一种机器人，包括电池和实施例一记载的电池保护电路；所述电池通过放电回路向所述机器人供电。在机器人电池的充放电回路中设置可控熔断器和保护控制电路，当保护控制电路检测到电池过压或温度过高时，控制可控熔断器熔断，这样即使电池充放电电路中的半导体开关管或者控制单元出现异常，依旧可以安全的切断充放电回路，可以确保机器人的安全。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims

1.一种电池保护电路，其特征在于，包括：

可控熔断器，所述可控熔断器包括第一端、第二端和第三端，所述可控熔断器通过第一端和第二端串接于所述电池的充放电回路；

保护控制电路，所述保护控制电路包括输入端和输出端，所述保护控制电路的输出端与所述可控熔断器的第三端电性连接；所述保护控制电路的输入端接收触发信号，所述保护控制电路配置为基于控输入端输入的触发信号控制所述可控熔断器熔断，所述触发信号为所述电池的电芯的过压信号和电芯过温信号中的至少一种信号；

检测单元，所述检测单元包括输入端和输出端；检测单元的输入端与电池的电芯电性连接；所述检测单元的输出端与所述保护控制电路的输入端电性连接；所述检测单元用于在所述电芯电压超过预设电压和/或者电芯温度超过预设温度时，输出所述触发信号。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述检测单元包括电芯电压检测电路，所述电芯电压检测电路包括至少一个第一电阻、至少一个第一电容和电压检测芯片，所述电压检测芯片的每个检测输入端通过一所述第一电阻电性连接一电芯，并通过至少一个电容接地；所述电压检测芯片的触发输出端与所述保护控制电路的输入端电性连接。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，所述电芯电压检测电路还包括第一二极管、第二二极管和第二电阻；所述第一二极管的阳极电性连接一所述触发输出端，所述第一二极管的阴极与所述第二电阻的第一端电性连接；所述第二二极管的阳极电性连接一所述触发输出端，所述第二二极管的阴极与所述第二电阻的第一端电性连接，所述第二电阻的第二端与所述保护控制电路的输入端电性连接。

4.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述保护控制电路包括MOS管和第三电阻；

所述MOS管包括第一极、第二极和栅极，所述MOS管的栅极作为所述保护控制电路的输入端，所述MOS管的栅极通过第三电阻电性连接第一极，所述MOS管的第一极接地；所述MOS管的第二极电性连接所述可控熔断器的第三端。

5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，

所述保护控制电路还包括第四电阻和至少一个第三二极管；所述MOS管的第二极电性连接所述第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端通过一所述第三二极管电性连接一所述可控熔断器的第三端。

6.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，

所述保护控制电路还包括第二电容和稳压二极管；所述稳压二极管的阴极与所述MOS管的栅极电性连接，所述稳压二极管的阳极与所述MOS管的源极电性连接，所述第二电容与所述MOS管的栅极和源极电性连接。

7.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，

所述检测单元还包括温度检测芯片和温度检测电路，所述温度检测芯片的电源端通过第五电阻与所述电池的正极电性连接，所述温度检测芯片的接地端与所述电池的负极电性连接，所述温度检测芯片的接地端通过第四二极管与所述第五电阻的第一端电性连接，所述温度检测芯片的输出端与所述MOS管的栅极电性连接，所述温度检测芯片的输入端与热敏电阻的第一端电性连接，所述热敏电阻的第二端与所述第五电阻的第一端电性连接，所述温度检测芯片的输入端与第六电阻的第一端电性连接，所述第六电阻的第二端与所述电池的负极电性连接。

8.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述检测单元还包括温度开关，所述温度开关的信号输出引脚与所述保护控制电路的输入端电性连接，温度开关用于检测电池供电回路中半导体开关的温度，在所述半导体开关温度超过预设温度时，输出半导体开关的过温信号。

9.根据权利要求4所述的电池保护电路，其特征在于，还包括反馈电路，所述反馈电路包括三极管，所述三极管的基极通过第七电阻与所述MOS管的栅极电性连接，所述三极管的基极通过第八电阻后接参考低电平位，所述三极管的发射极接参考低电平位，所述三极管的集电极通过第九电阻后接参考高电平位，所述三极管的集电极通过第十电阻与控制芯片的信号输入端电性连接，所述三极管的发射极和所述第十电阻的第一端与第三电容电性连接。

10.一种机器人，其特征在于，包括电池和权利要求1-9任一项所述的电池保护电路；所述电池通过放电回路向所述机器人供电。