本發(fā)明涉及一種電池保護電路，尤其涉及一種能夠針對電池過壓、欠壓和過流情況進行電池保護的電路。

背景技術(shù)：

隨著鋰電池工藝的進步、價格的下降，使得鋰電池在電動工具、電動平衡車、電動自行車等戶外應(yīng)用領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。然而隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓寬，鋰電池需要應(yīng)對的環(huán)境也越來越惡劣。

由惡劣環(huán)境帶來的最常見的問題，就是高溫高濕環(huán)境下PCB板外圍元器件的漏電及失效問題。鋰電池保護IC對鋰電池的常見保護有過壓、欠壓、過流保護等，在傳統(tǒng)鋰電保護方案中，通常客戶可根據(jù)自己的應(yīng)用需求，選擇合適的IC外部電容來調(diào)節(jié)，自電路發(fā)生故障到切斷電路的延時時間。然而在極端惡劣的環(huán)境下，外部電容如果存在漏電或失效則會導(dǎo)致保護失效，進而引發(fā)安全性問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種電池保護電路，能夠防止惡劣環(huán)境下外圍元器件或PCB漏電導(dǎo)致的鋰電池保護失效問題。

根據(jù)上述目的本發(fā)明提供一種電池保護電路，包括：異常檢測模塊，用于檢測所述電池是否發(fā)生異常工況，并響應(yīng)于異常工況輸出異常標(biāo)志信號，響應(yīng)于異常工況的解除停止所述異常標(biāo)志信號的輸出；計時電容和電容充電模塊，所述電容充電模塊響應(yīng)于所述異常標(biāo)志信號對所述計時電容進行充電；計時器，響應(yīng)于所述異常標(biāo)志信號進行計時；以及斷路模塊，當(dāng)所述計時電容的電壓大于等于預(yù)定電壓閾值或者所述計時器的計時時間大于預(yù)定計時閾值時，切斷電池工作通路。

在一實施例中，所述計時器響應(yīng)于無異常標(biāo)志信號使計時時間置零。

在一實施例中，所述電容充電模塊在無異常標(biāo)志信號時不對所述計時電容充電，所述計時電容在電容電壓不為零的情況下處于放電狀態(tài)直至電容電壓清零。

在一實施例中，所述電容充電模塊包括：與所述計時電容串聯(lián)的電流源和開關(guān)，所述開關(guān)響應(yīng)于所述異常標(biāo)志信號而閉合，以對所述檢測電容進行充電，而在無異常標(biāo)志信號時斷開以停止充電。

在一實施例中，所述電容充電模塊包括：與所述計時電容串聯(lián)的電壓源、開關(guān)和電阻，所述開關(guān)響應(yīng)于所述異常標(biāo)志信號而閉合，以對所述檢測電容進行充電，而在無異常標(biāo)志信號時斷開以停止充電。

在一實施例中，所述預(yù)定計時閾值大于所述計時電容充電至所述預(yù)定電壓閾值的時間。

在一實施例中，所述異常檢測模塊包括過壓檢測模塊，用于檢測電池電壓，當(dāng)所述電池電壓高于過壓電壓閾值時，則輸出過壓標(biāo)志信號作為所述異常標(biāo)志信號；所述計時電容包括過壓計時電容，所述電容充電模塊包括過壓計時電容充電模塊，響應(yīng)于所述過壓標(biāo)志信號，對所述過壓計時電容進行充電；所述計時器包括過壓計時器，響應(yīng)于所述過壓標(biāo)志信號進行計時；以及所述斷路模塊具體響應(yīng)于所述過壓計時電容的電壓大于等于過壓電壓閾值或者所述過壓計時器的計時時間大于預(yù)定過壓計時閾值時，則切斷電池工作通路。

在一實施例中所述異常檢測模塊還包括：欠壓檢測模塊，用于檢測電池電壓，當(dāng)所述電池電壓低于欠壓電壓閾值時，則輸出欠壓標(biāo)志信號作為所述異常標(biāo)志信號；所述計時電容包括：欠壓計時電容；所述電容充電模塊包括：欠壓計時電容充電模塊，響應(yīng)于所述欠壓標(biāo)志信號，對所述欠壓計時電容進行充電；所述計時器包括欠壓計時器，響應(yīng)于所述欠壓標(biāo)志信號進行計時；以及所述斷路模塊具體響應(yīng)于所述欠壓計時電容的電壓小于等于欠壓電壓閾值或者所述欠壓計時器的計時時間大于預(yù)定欠壓計時閾值時，則切斷電池工作通路。

在一實施例中，所述異常檢測模塊還包括：過流檢測模塊，用于檢測電池電流，當(dāng)所述電池電流高于過流電流閾值時，則輸出過流標(biāo)志信號作為所述異常標(biāo)志信號；所述計時電容包括：過流計時電容；所述電容充電模塊包括：過流計時電容充電模塊，響應(yīng)于所述過流標(biāo)志信號，對所述過流計時電容進行充電；所述計時器包括過流計時器，響應(yīng)于所述過流標(biāo)志信號進行計時；以及所述斷路模塊具體響應(yīng)于所述過流計時電容的電壓大于等于過流電壓閾值或者所述過流計時器的計時時間大于預(yù)定過流計時閾值時，則切斷電池工作通路。

本發(fā)明還提供一種電池保護IC，包括所述電池保護電路的異常檢測模塊、電容充電模塊、計時器以及斷路模塊，所述電池保護IC還包括電容連接引腳，以用于外接前述電池保護電路的計時電容。

如上所述，本發(fā)明通過計時器的設(shè)置，在外部延時電容存在漏電、甚至被擊穿的情況下，仍然能根據(jù)計時器的延時來關(guān)斷電池通路，為電池的安全運行提供了雙重保障。

附圖說明

圖1示出了傳統(tǒng)鋰電池保護電路示意圖；

圖2a示出了計時電容無漏電情況下的保護電路工作狀態(tài)；

圖2b示出了計時電容有漏電情況下的保護電路工作狀態(tài)；

圖3示出了本發(fā)明電池保護電路一實施例的示意圖；

圖4示出了本發(fā)明電池保護電路另一實施例的示意圖；

圖5示出了本發(fā)明保護電路IC的示意圖。

具體實施方式

傳統(tǒng)鋰電保護電路原理是：當(dāng)電池通路發(fā)生故障時，對外圍的電容進行充電，當(dāng)電容的電壓達到電壓閾值時，切斷電池通路。而一般情況下，電池通路故障包括：電池電壓過大(過壓)、電池電壓過小(欠壓)、電池電流過大(過流)。現(xiàn)有技術(shù)中，對應(yīng)過壓、欠壓、過流分別設(shè)置三個電容，當(dāng)發(fā)生任一種故障時，對相應(yīng)的電容進行充電，當(dāng)充電到電壓閾值時，切斷電池工作通路。眾所周知，電容都有各自的時間常數(shù)，要將電容充電到一定電壓，需要一定的時間?？梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用場景來設(shè)定電容大小、電壓閾值的大小，進而來限定當(dāng)電池發(fā)生故障到電容充電到達電壓閾值的時間。之所以不在電池一發(fā)生故障就切斷通路，是為了避免脈沖干擾等非電池故障情況。

傳統(tǒng)鋰電池保護電路，請參看圖1，傳統(tǒng)鋰電池保護電路10包括鋰電保護IC11、過壓計時電容12、欠壓計時電容13和過流計時電容14。VC1-VCn用于測量鋰電池中每一個電池組件的電壓。鋰電保護IC11中集成有過壓檢測模塊111、欠壓檢測模塊112和過流檢測模塊113。VC1-VCn分別連入過壓檢測模塊111和欠壓檢測模塊112。當(dāng)VC1-VCn任一電壓超過電池過壓閾值時，過壓檢測模塊111輸出過壓標(biāo)志信號VOV，響應(yīng)于此過壓標(biāo)志信號VOV，通過引腳CHD對過壓計時電容12進行充電，經(jīng)過充電時間T1后，過壓計時電容12的電壓大于等于預(yù)定電壓閾值時，輸出過壓信號OV，并斷開電池通路。

同理，欠壓檢測模塊112實時監(jiān)控每一個電池組件的電壓，當(dāng)有電壓低于電池欠壓閾值時，欠壓檢測模塊112輸出欠壓標(biāo)志信號VUV，響應(yīng)于此欠壓標(biāo)志信號VUV，通過引腳DSD對欠壓計時電容13進行充電，經(jīng)過充電時間T2后，欠壓計時電容13的電壓大于等于預(yù)定電壓閾值時，輸出欠壓信號UV，并斷開電池通路。

同理，過流檢測模塊113實時監(jiān)控電池電流，當(dāng)電流高于電池過流閾值時，過流檢測模塊113輸出過流標(biāo)志信號VOC，響應(yīng)于此過流標(biāo)志信號VOC，通過引腳CDC對過流計時電容14進行充電，經(jīng)過充電時間T3后，過流計時電容14的電壓大于等于預(yù)定電壓閾值時，輸出過流信號OC，并斷開電池通路。

但當(dāng)計時電容出現(xiàn)故障時，例如當(dāng)計時電容出現(xiàn)漏電情況時，電容始終無法被充電到預(yù)定電壓閾值，也就無法在長期出于電池故障狀態(tài)時，斷開電池通路，進而引發(fā)電池安全問題。

以過流為例，請參看圖2，圖2示出了計時電容無漏電和有漏電兩種情況下，傳統(tǒng)方案的電池保護電路的工作過程。

圖2a示出了計時電容無漏電情況下的保護電路工作狀態(tài)，其中VI為電池電流、vref為過流計時電容預(yù)定電壓閾值、gnd為接地電位、OC為過流信號。從圖中可以看到，當(dāng)電池電流超過正常電流時，CDC對過流計時電容進行充電，過流計時電容被充電到預(yù)定電壓閾值vref時，輸出過流信號OC，進一步根據(jù)OC就可以斷開電池工作通路。

圖2b示出了計時電容有漏電情況下的保護電路工作狀態(tài)，可以看到，由于過流計時電容出現(xiàn)漏電情況，當(dāng)電池發(fā)生過流時，始終無法將過流計時電容充電到預(yù)定電壓閾值vref，也就無法相應(yīng)OC，進而斷開電池通路進行保護。

在傳統(tǒng)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的核心在于在電容充電保護的基礎(chǔ)上，增加了計時器，當(dāng)電池發(fā)生故障時，同時對計時器進行計時，并當(dāng)計時達到計時閾值時，斷開電路。請參看圖3，為本發(fā)明電池保護電路一實施例的示意圖。

電池保護電路300包括異常檢測模塊301，用于檢測電池是否發(fā)生異常工況，當(dāng)電池發(fā)生異常工況時輸出異常標(biāo)志信號，當(dāng)異常工況解除時，停止異常標(biāo)志信號的輸出。異常工況一般包括電池電壓過大(過壓)、電池電壓過小(欠壓)、電池電流過大(過流)情況。電池保護電路300還包括電容充電模塊302、計時電容303、計時器304和斷路模塊305，電容充電模塊302接收異常標(biāo)志信號，并響應(yīng)于異常標(biāo)志信號對計時電容進行充電，與此同時，計時器304也響應(yīng)于異常標(biāo)志信號進行計時，當(dāng)計時電容的電壓大于等于預(yù)定電壓閾值或者計時器的計時時間大于預(yù)定計時閾值時，通過斷路模塊305切斷電池工作通路。通常，預(yù)定計時閾值要大于預(yù)定電壓閾值，使得一旦外圍計時電容失效時，才由計時器進行電池保護。

在另一優(yōu)選實施例中，針對過壓、欠壓、過流故障，同時設(shè)置電容充電和計時器計時的雙重保護方案。

請參見圖4，電池保護電路400包括：過壓檢測模塊401、欠壓檢測模塊411和過流檢測模塊421。過壓檢測模塊401用于檢測電池電壓，當(dāng)電池電壓高于過壓電壓閾值時，則輸出過壓標(biāo)志信號。過壓計時電容充電模塊404和過壓計時器405同時接收過壓標(biāo)志信號，并響應(yīng)于過壓標(biāo)志信號，過壓計時電容充電模塊404對過壓計時電容406進行充電，同時過壓計時器405開始進行計時。過壓計時電容404的電壓大于等于過壓電壓閾值或者過壓計時器405的計時時間大于預(yù)定過壓計時閾值時，斷路模塊450切斷電池工作通路。

同理，欠壓檢測模塊411用于檢測電池電壓，當(dāng)電池電壓低于欠壓電壓閾值時，則輸出欠壓標(biāo)志信號。欠壓計時電容充電模塊414和欠壓計時器415同時接收欠壓標(biāo)志信號，并響應(yīng)于欠壓標(biāo)志信號，欠壓計時電容充電模塊414對欠壓計時電容416進行充電，同時欠壓計時器415開始進行計時。欠壓計時電容414的電壓大于等于欠壓電壓閾值或者欠壓計時器415的計時時間大于預(yù)定欠壓計時閾值時，斷路模塊450切斷電池工作通路。

同理，過流檢測模塊421用于檢測電池電流，當(dāng)電池電流高于過流電流閾值時，則輸出過流標(biāo)志信號。過流計時電容充電模塊424和過流計時器425同時接收過流標(biāo)志信號，并響應(yīng)于過流標(biāo)志信號，過流計時電容充電模塊424對過流計時電容426進行充電，同時過流計時器425開始進行計時。過流計時電容424的電壓大于等于過流電壓閾值或者過流計時器425的計時時間大于預(yù)定過流計時閾值時，斷路模塊450切斷電池工作通路。

在實際應(yīng)用中，通常過壓計時電容、欠壓計時電容、過流計時電容可根據(jù)客戶的需求進行電容大小的改變，從而改變過壓電壓閾值、欠壓電壓閾值和過流電壓閾值，進而允許不同的延遲時間來斷開電路。當(dāng)然，計時閾值也可由用戶根據(jù)不用的應(yīng)用場景來進行設(shè)定。通常，在電路發(fā)生故障時，計時閾值要比電容到達電壓閾值的時間長，如果電容失效，才由計時器來提供對電池的保護。

在另一實施例中，請參看圖5，將前述的電池保護電路的異常檢測模塊501、電容充電模塊502、計時器503以及斷路模塊504集成到電路保護IC中，電池保護IC包括電容連接引腳，來連接前述的電池保護電路的計時電容506，IC內(nèi)部還提供始終供計時器計時使用。

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