CN211018254U - 一种电池组短路保护电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种电池组短路保护电路装置，该装置包括电池组、检流电阻、放电场效应管、充电场效应管、短路保护场效应管、限流电阻、控制模块和充电单元；电池组、检流电阻、放电电场效应管、充电场效应管和充电单元依次串联，放电场效应管两端并联有短路场效应管和限流电阻，控制模块分别与检流电阻电、放电场效应管、充电场效应管和短路保护场效应管电连接，输出使能信号使充电场效应管闭合和短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出使能信号使放电场效应管闭合，在通过检流电阻检测到回路出现短路时输出使能信号以使放电场效应管关断。实现了短路保护电路简单可靠、成本低，不存在短路保护次数限制、电流电压等级不受限制等效果。

Description

一种电池组短路保护电路装置

技术领域

本实用新型实施例涉及电池组短路保护技术，尤其涉及一种电池组短路保护电路装置。

背景技术

随着科学技术的进步，各个行业设备的集成化越来越高，锂电池组应用的愈加广泛，主要应用于基站后备电池、便携式储能电池、家庭储能等诸多领域，不同行业对于电池的应用均有安全运行，长久可靠，工作期间不得发生严重故障乃至热失控，起火爆炸等要求，特别是对电池组均有短路保护的强烈需求。

短路保护电路是锂电池保护短路中的重要组成部分。现有技术中，在外部电路发生短路时，锂电池短路保护电路中串联的放电场效应管耐压提升，造成大幅增加成本，也不利于电池组热管理设计；另外，目前虽在放电场效应管并联有瞬态二极管，其吸收能力有限和保护次数有限，还会增加成本，也不能完全可靠的实现短路保护功能。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种电池短路保护电路的装置，以实现短路保护电路简单可靠、成本较低，不存在短路保护次数限制等效果。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种电池组短路保护电路装置，该装置包括电池组、检流电阻、放电场效应管、充电场效应管、短路保护场效应管、限流电阻、控制模块和充电单元。

所述电池组的正极与所述充电单元的输入端相连；所述电池组的负极与所述检流电阻的第一端相连，所述检流电阻的第二端分别与所述放电场效应管的漏级和所述短路保护场效应管的漏级相连，所述短路保护场效应管的源级与所述限流电阻的第一端相连，所述放电场效应管的源级和所述限流电阻的第二端分别与所述充电场效应管的漏级相连，所述充电场效应管的源级与所述充电单元的输出端相连。

所述控制模块的第一输入端与所述检流电阻的第二端连接，所述控制模块包括第一使能端、第二使能端和第三使能端，所述第一使能端与所述放电场效应管的栅级电连接，所述第二使能端与所述充电场效应管的栅级电连接，所述第三使能端与所述短路保护场效应管的栅级电连接。

所述控制模块用于输出第二使能信号以使所述充电场效应管闭合，输出第三使能信号以使所述短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出第一使能信号给放电场效应管以使所述放电场效应管闭合，还用于在通过所述检流电阻检测到回路出现短路时输出第一使能信号以使所述放电场效应管关断。

可选的，所述控制模块还用于在关断所述放电场效应管后，在延时预设时间内输出第三使能信号以关断所述短路保护场效应管。

可选的，所述控制模块包括比较器和控制单元；所述比较器的第一输入端与基准电压端电连接，所述比较器的第二输入端与所述检流电阻的第二端电连接，所述比较器的输出端与所述控制单元电连接，用于比较所述检流电阻第二端的输出电压与基准电压，并将比较结果输出给所述控制单元；所述控制单元，用于根据所述比较结果控制所述放电场效应管的关断和闭合。

可选的，所述充电单元包括负载和电池组充电电源，所述负载的输入端和所述电池组充电电源的输入端分别与所述电池组的正极相连，所述负载的输出端和所述电池组充电电源的输出端分别与所述充电场效应管的源级相连。

可选的，所述限流电阻为热敏半导体电阻。

可选的，所述放电场效应管、充电场效应管和短路保护场效应管均为P型场效应管。

可选的，所述电池组由多个电芯串联构成。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电池组短路保护电路方法，该方法适用于电池组短路保护电路装置，所述电池组短路保护电路装置包括电池组、检流电阻、放电场效应管、充电场效应管、短路保护场效应管、限流电阻、充电单元和控制模块；

所述电池组的正极与所述充电单元的输入端相连；所述电池组的负极与所述检流电阻的第一端相连，所述检流电阻的第二端分别与所述放电场效应管的漏级和所述短路保护场效应管的漏级相连，所述短路保护场效应管的源级与所述限流电阻的第一端相连，所述放电场效应管的源级和所述限流电阻的第二端分别与所述充电场效应管的漏级相连，所述充电场效应管的源级与所述充电单元的输出端相连。

所述控制模块的第一输入端与所述检流电阻的第二端连接，所述控制模块包括第一使能端、第二使能端和第三使能端，所述第一使能端与所述放电场效应管的栅级电连接，所述第二使能端与所述充电场效应管的栅级电连接，所述第三使能端与所述短路保护场效应管的栅级电连接。

该电池组短路保护电路方法包括：

上电后，输出第二使能信号以使所述充电场效应管闭合，输出第三使能信号以使所述短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出第一使能信号以使闭合，

通过所述检流电阻检测到回路出现短路时，输出第一使能信号以使所述放电场效应管关断。

可选的，通过所述检流电阻检测到回路出现短路时，输出第一使能信号以使所述放电场效应管关断之后，还包括：

延时预设时间内输出第三使能信号以关断所述短路保护场效应管。

可选的，还包括上电后，进行初始化配置并自检。

本实用新型实施例公开了一种电池组短路保护电路装置，该装置包括电池组、检流电阻、放电场效应管、充电场效应管、短路保护场效应管、限流电阻、控制模块和充电单元；电池组、检流电阻、放电电场效应管、充电场效应管和充电单元依次串联，放电场效应管两端并联有短路场效应管和限流电阻，控制模块分别与检流电阻电、放电场效应管、充电场效应管和短路保护场效应管电连接，输出使能信号使充电场效应管闭合和短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出使能信号使放电场效应管闭合，在通过检流电阻检测到回路出现短路时输出使能信号以使放电场效应管关断。解决了现有技术中通过瞬态二极管实现短路保护存在吸收能力有限和保护次数有限等问题，实现了短路保护电路简单可靠、成本低，不存在短路保护次数等效果。放电场效应管关断后，充电场效应管和短路保护场效应管依然工作，短路发生时产生的感应电压不直接施加到放电场效应管上，使得场效应管的耐压等级不受限制。

附图说明

图1是本实用新型实施例一提供的一种电池组短路保护电路装置示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的一种电池组短路保护电路装置示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的一种电池组短路保护电路方法的流程图。

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。

实施例一

图1是本实用新型实施例一提供的一种电池组短路保护电路装置示意图，如图1所示，该电池组短路保护电路装置包括电池组10、检流电阻R1、放电场效应管Q1、充电场效应管Q2、短路保护场效应管Q3、限流电阻R2、控制模块20和充电单元30。

电池组10的正极与充电单元30的输入端相连；电池组10的负极与检流电阻R1的第一端相连，检流电阻R1的第二端分别与放电场效应管Q1的漏级和短路保护场效应管Q3的漏级相连，短路保护场效应管Q3的源级与限流电阻R2的第一端相连，放电场效应管Q1的源级和限流电阻R2的第二端分别与充电场效应管Q2的漏级相连，充电场效应管Q2的源级与充电单元30的输出端相连。

控制模块20的第一输入端与检流电阻R1的第二端连接，控制模块20包括第一使能端、第二使能端和第三使能端，第一使能端与放电场效应管Q1的栅级电连接，第二使能端与充电场效应管Q2的栅级电连接，第三使能端与短路保护场效应管Q3的栅级电连接。

控制模块30用于输出第二使能信号以使充电场效应管Q2闭合，输出第三使能信号以使短路保护场效应管Q3闭合，并在预设时间内输出第一使能信号给放电场效应管Q1以使放电场效应管闭合，还用于在通过检流电阻R1检测到回路出现短路时输出第一使能信号以使放电场效应管Q1关断。

其中，当电池组10的正负级之间接入电压时，控制模块20输出第二使能信号充电场效应管Q2闭合开始工作，同时控制模块20输出第三使能信号短路保护场效应管Q3闭合开始工作，当正负极之间短路发生时，由于限流电阻R2的限流作用，在预设时间内控制模块20输出第一使能信号放电场效应管Q1闭合开始工作，示例性的，在延时2S后，放电场效应管Q1闭合开始工作。由于放电场效应管Q1所在的支路的阻抗比短路保护场效应管所Q3在的支路阻抗小，短路场效应管Q3所在的支路被旁路，流经放电场效应管Q1的电流增大，检流电阻R1检测到电流值较大时，将检流的电流值发送给控制模块20，控制模块20输出第一使能信号使得放电场效管Q1及时关断，起到了短路保护电路的作用。

需要说明的是，本技术方案中在放电场效应管Q1两端并联短路保护场效应管Q3和限流电阻R2，与现有技术并联瞬态二极管相比，由于瞬态二极管吸收能力和保护次数寿命有限，放电场效应管Q1仍有失效的可能，不能很好的抑制关断放电场效应管Q1后，放电场效应管Q1的漏级和栅极之间产生的感应电压尖峰，本技术方案中在放电场效应管Q1两端并联短路保护场效应管Q3和限流电阻R2，使得短路保护电路过程中不存在短路保护次数限制，安全可靠的实现短路保护功能，电路简单可靠，成本较低。

实施例二

图2是本实用新型实施例二提供的一种电池组短路保护电路装置示意图，如图2所示，在上述实施例的基础上，进一步优化，可选的，控制模块20还用于在关断放电场效应管Q1后，在延时预设时间内输出第三使能信号以关断短路保护场效应管Q3。

可选的，控制模块20包括比较器21和控制单元22；比较器21的第一输入端与基准电压端23电连接，比较器21的第二输入端与检流电阻R1的第二端电连接，比较器21的输出端与控制单元22电连接，用于比较检流电阻R1第二端的输出电压与基准电压，并将比较结果输出给控制单元22；控制单元22，用于根据比较结果控制放电场效应管Q1的关断和闭合。

其中，比较器21对检流电阻R1的输出端电压与基准电压进行相比，输出比较结果给控制单元22，回路中发生短路时，若检测电阻R1输出端电压大于基准电压时，输出信号给控制单元22，控制单元22控制放电场效应管Q1的断开；若检测电阻R1输出端电压小于基准电压时，控制输出信号给控制单元22，控制单元22控制放电场效应管Q1正常工作。可选的，基准电压为10-30V之间。

其中，与现有技术没有并联短路保护场效应管Q3和限流电阻R2相比，在断开放电场效应管Q1后，原回路中会产生相同的电池组感应电动势施加在放电场效应管Q1上，其施加的电压值至少是原电池组电压的2倍，使得放电场效应管Q1的耐压提高，直接造成电池组短路保护电路装置的成本提升，或直接造成回路中放电场效应管Q1的损坏。本技术方案中当电池组10正负极之间发生短路后，放电场效应管Q1断开，充电场效应管Q2和短路保护场效应管Q3依然工作，将短路产生的大电流限制在安全电流内，不会将产生的感应电动势施加在放电场效应管Q1上，控制单元22在延时预设时间内输出第三使能信号关断短路保护场效应管Q3，示例性的，延时1S后，断开短路场效应管Q3，彻底切断电池组整个回路，保护电路组。也使得电池组短路保护电路装置成本降低、放电场效应管Q1的承受电压电流等级不受限制。

可选的，继续参照图2，充电单元30包括负载R和电池组充电电源31，负载R的输入端和电池组充电电源31的输入端分别与电池组10的正极相连，负载R的输出端和电池组充电电源31的输出端分别与充电场效应管Q2的源级相连。

可选的，限流电阻R2为热敏半导体电阻。

其中，热敏半导体电阻是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻，超过一定的温度(居里温度)时，它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高，当回路中发生短路时，限流电阻R2通过改变电阻值将大的电流值限制在安全电流之间。

可选的，放电场效应管、充电场效应管和短路保护场效应管均为P型场效应管。

可选的，电池组由多个电芯串联构成。

其中，电池组根据短路保护电路装置的需要由多个电芯串联构成，其电压等级可以为直流电48V。

本实用新型实施例在通过检流电阻R1检测到回路出现短路将检流电阻R1输出端的电压与基准电压比较，输出第一使能信号给控制单元22以使放电场效应管Q1关断后，充电场效应管Q2和短路保护场效应管Q3依然工作，将短路产生的大电流限制在安全电流内，不会将产生的感应电动势施加在放电场效应管Q1上，控制单元22在延时预设时间内输出第三使能信号关断短路保护场效应管Q3，彻底切断电池组整个回路，短路保护可靠安全。也使得电池组短路保护电路装置成本降低、放电场效应管的承受电压电流等级不受限制。

实施例三

图3是本实用新型实施例三提供的一种电池组短路保护电路方法的流程图，该方法适用于上述实施例一和实施例二中的电池组短路保护电路装置，其构成如上述实施例所述，这里不再介绍，电池组短路保护电路方法包括：

S110、上电后，进行初始化配置并自检。

S120、输出第二使能信号以使充电场效应管闭合，输出第三使能信号以使短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出第一使能信号以使放电场效应管闭合；

其中，电池组短路保护电路装置中控制模块包括包括第一使能端、第二使能端和第三使能端，控制模块输出第二使能信号和第三使能信号使充电场效应管和短路保护场效应管闭合开始工作，当回路中发生短路时，电池组短路保护电路装置中由于限流电阻的限流，并不会对电池组造成伤害，延时预设时间内输出第一使能信号使得放电场效应管闭合开始工作。

S130、通过检流电阻检测到回路出现短路时，输出第一使能信号以使放电场效应管关断。

其中，当放电场效应管闭合开始工作后，由于放电场效应管所在的支路的阻抗比短路保护场效应管所在的支路阻抗小，短路场效应管所在的支路被旁路，流经放电场效应管的电流增大，检流电阻检测到电流值较大时，将检流的电流值发送给控制模块，控制模块输出第一使能信号使得放电场效应管及时关断，起到了短路保护电路的作用。

S140延时预设时间内输出第三使能信号以关断短路保护场效应管。

其中，本方案中当电池组正负极之间发生短路后，放电场效应管断开，充电场效应管和短路保护场效应管依然工作，将短路产生的大电流限制在安全电流内，不会将产生的感应电动势施加在放电场效应管上，控制模块在延时预设时间内输出第三使能信号关断短路保护场效应管，示例性的，延时1S后，断开短路场效应管，彻底切断电池组整个回路，保护电路组。使得电池组短路保护电路装置成本降低、放电场效应管的承受电压电流等级不受限制。

本实用新型实施例公开了一种电池组短路保护电路方法，首先控制模块上电后，进行初始化配置并自检正常后，输出第二使能信号以使充电场效应管闭合，输出第三使能信号以使短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出第一使能信号以使放电场效应管闭合；然后通过检流电阻检测到回路出现短路时，输出第一使能信号以使放电场效应管关断，充电场效应管和短路保护场效应管依然工作，由于限流电阻的限流，延时预设时间内输出第三使能信号以关断短路保护场效应管，解决了现有技术中关断放电场效应管后感应电压直接施加在放电场效应管上造成放电场效应管的损坏等问题，也解决了现有技术中通过瞬态二极管进行短路保护保护寿命和次数有限等问题。实现了短路保护电路简单可靠、成本低，不存在短路保护次数等效果，也使得场效应管的耐压等级不受限制。

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 (7)

1.一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，包括电池组、检流电阻、放电场效应管、充电场效应管、短路保护场效应管、限流电阻、控制模块和充电单元；

所述电池组的正极与所述充电单元的输入端相连；所述电池组的负极与所述检流电阻的第一端相连，所述检流电阻的第二端分别与所述放电场效应管的漏级和所述短路保护场效应管的漏级相连，所述短路保护场效应管的源级与所述限流电阻的第一端相连，所述放电场效应管的源级和所述限流电阻的第二端分别与所述充电场效应管的漏级相连，所述充电场效应管的源级与所述充电单元的输出端相连；

所述控制模块的第一输入端与所述检流电阻的第二端连接，所述控制模块包括第一使能端、第二使能端和第三使能端，所述第一使能端与所述放电场效应管的栅级电连接，所述第二使能端与所述充电场效应管的栅级电连接，所述第三使能端与所述短路保护场效应管的栅级电连接；

所述控制模块用于输出第二使能信号以使所述充电场效应管闭合，输出第三使能信号以使所述短路保护场效应管闭合，并在预设时间内输出第一使能信号给放电场效应管以使所述放电场效应管闭合，还用于在通过所述检流电阻检测到回路出现短路时输出第一使能信号以使所述放电场效应管关断。

2.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述控制模块还用于在关断所述放电场效应管后，在延时预设时间内输出第三使能信号以关断所述短路保护场效应管。

3.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述控制模块包括比较器和控制单元；所述比较器的第一输入端与基准电压端电连接，所述比较器的第二输入端与所述检流电阻的第二端电连接，所述比较器的输出端与所述控制单元电连接，用于比较所述检流电阻第二端的输出电压与基准电压，并将比较结果输出给所述控制单元；所述控制单元，用于根据所述比较结果控制所述放电场效应管的关断和闭合。

4.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述充电单元包括负载和电池组充电电源，所述负载的输入端和所述电池组充电电源的输入端分别与所述电池组的正极相连，所述负载的输出端和所述电池组充电电源的输出端分别与所述充电场效应管的源级相连。

5.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述限流电阻为热敏半导体电阻。

6.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述放电场效应管、充电场效应管和短路保护场效应管均为P型场效应管。

7.根据权利要求1所述的一种电池组短路保护电路装置，其特征在于，所述电池组由多个电芯串联构成。

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