專利名稱：一種電池保護(hù)裝置及保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子電路領(lǐng)域，特別涉及一種電池保護(hù)裝置及保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
通用的可充電池保護(hù)方案是電芯電壓通過兩個(gè)串接的充電開關(guān)和放電開關(guān)向負(fù)載輸出，如果電芯電壓在電池保護(hù)芯片設(shè)定的范圍內(nèi)，充電開關(guān)和放電開關(guān)一直是開通的， 隨時(shí)可以向外輸出大的電流。由于電池的極片裸露在空氣中，容易被外界的導(dǎo)電物體接觸到，當(dāng)電池的放電輸出端正、負(fù)極片間有導(dǎo)體短路，電池瞬間有大電流輸出，由此而產(chǎn)生極片打火，易引發(fā)火災(zāi)或燙傷的事故?？沙潆姵赜迷谑殖蛛娖魃?，更換電池時(shí)，由于電池對(duì)電器線路電容的充電，電池極片在上電瞬間有大電流流通，出現(xiàn)極片打火碳化。經(jīng)多次更換電池產(chǎn)生的打火碳化之后， 電池極片接觸不良，必須維修或更換電池極片，電器才能正常供電，影響電池和電器的可靠性。目前，過流保護(hù)多數(shù)是先把輸出電流轉(zhuǎn)換成電壓進(jìn)行采樣，將采樣電壓與預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)電壓比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整電池放電開關(guān)管的工作狀態(tài)，達(dá)到改變輸出電流的目的。但由于電流控制環(huán)路的延遲作用，對(duì)于輸出快速變化的大電流來說，在限流控制開始動(dòng)作時(shí)，電池的實(shí)際輸出電流已經(jīng)超出預(yù)先設(shè)定的限制電流值。在這段延遲時(shí)間內(nèi)，快速的瞬間大電流可能已造成事故。參見圖1，示出現(xiàn)有的電池保護(hù)裝置，包括充放電控制邏輯器U1和電壓比較器U2， 電壓比較器U2 —輸入端接入基準(zhǔn)電壓Vref，另一輸入端通過電阻RS連接電池放電端口負(fù)極P-，充放電控制邏輯器Ul —輸出端連接放電MOS管Ql的柵極，另一輸出端連接充電MOS 管Q2的柵極；放電MOS管Ql源極極連接電芯的負(fù)極，漏極連接充電MOS管Q2的源極，充電 MOS管Q2的漏極連接放電端口負(fù)極P-。放電MOS管Ql控制放電，充電MOS管Q2控制充電。在正常情況下，放電MOS管Ql、充電MOS管Q2都處于導(dǎo)通狀態(tài)，導(dǎo)通時(shí)有一定的導(dǎo)通電阻Rds(On)，當(dāng)電池放電端口正極P+、P_間加上負(fù)載后，電池的輸出電流會(huì)在導(dǎo)通的放電MOS管Q1、充電MOS管Q2上產(chǎn)生壓降，電壓比較器U2把放電端口負(fù)極P-的采樣電壓與預(yù)先設(shè)置的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，電池輸出電流大于限定值時(shí)，放電端口負(fù)極P-的采用電壓高于基準(zhǔn)電壓Vref，電壓比較器Ul將改變輸出狀態(tài)，充放電控制邏輯器Ul控制放電 MOS管Ql斷開，電池停止放電。這種控制方式先對(duì)電流不做限制，待電流大于設(shè)定值時(shí)，再做限制。但是，電路把放電端口負(fù)極P-的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓Vref作比較，然后再輸出信號(hào)Dout去控制放電 MOS管Ql斷開，這個(gè)過程有一定的延遲時(shí)間。因?yàn)樵撗舆t時(shí)間存在，如果電池輸出的電路電流快速上升，放電MOS管Ql斷開時(shí)，電池輸出的電流比實(shí)際要限制的電流值將會(huì)大得多。 例如，有一款用上述限流保護(hù)方案的電池，線路設(shè)置的放電輸出電流極限時(shí)3A，但是，當(dāng)這個(gè)電池在給手持電器供電瞬間(該電器正常工作時(shí)的最大平均電流是1. 7A)，測(cè)試到的瞬間峰值電流可達(dá)15A(見圖2)。
可見，現(xiàn)有電池放電保護(hù)裝置的缺陷在于，由于平時(shí)電池對(duì)外的供電開關(guān)是常通的，電池的放電輸出端口只要接上負(fù)載就有電流輸出，輸出如果突然短路，很容易發(fā)生打火傷人的事故。并且打火事故使電池極片易出現(xiàn)碳化接觸不良的現(xiàn)象，影響電池極片的使用壽命，從而影響電子產(chǎn)品的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種電池保護(hù)裝置，該電池保護(hù)裝置有效抑制的瞬態(tài)大電流， 防止發(fā)生打火傷人的事故，增強(qiáng)電池使用的安全性。本發(fā)明一種電池保護(hù)裝置，包括充放電控制邏輯器，一輸出端連接第一 MOS管的柵極(Ql)，另一輸出端連接第二 MOS管0^2)的柵極；第一 MOS管Oil)源極連地，漏極連接第二 MOS管0^2)源極，第二 MOS管0^2)的漏極連接放電端口負(fù)極(P-)；還包括反饋端 (S)和放電控制單元放電控制單元一端連接反饋端(S)，一端連接放電端口 ；反饋端(S)， 用于電池接通負(fù)載時(shí)，獲取反饋電壓；放電控制單元，用于在反饋端(S)獲得反饋電壓時(shí)， 控制放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，且使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化。優(yōu)選的，所述放電控制單元包括第三MOS管^!3)、第四MOS管0)4)和第五MOS管 (Q5)，第五MOS管^!5)源極接充電第二 MOS管0)2)的漏極，第五MOS管0)5)漏極接放電端口負(fù)極(P-)，第五MOS管0^5)柵極通過并聯(lián)的第一電容(Cl)接地，還接到第三MOS管 (Q3)的漏極；第三MOS管0^3)的源極接放電端口正極(P+)，柵極接到放電端口正極(P+)， 還接到第四MOS管OH)的漏極；第四MOS管OH)源極接地，柵極接到反饋端⑶。優(yōu)選的，所述放電控制單元還包括與第一電容(Cl)并聯(lián)連接的第二電阻(R2)。優(yōu)選的，第四MOS管^!4)柵極通過第六電阻(R6)接地。優(yōu)選的，放電控制單元包括第三MOS管^!3)和第四MOS管(Q4)，第三MOS管0)3) 漏極接放電端口正極(P+)，柵極通過第三電阻(舊)連接放電端口正極(P+)，還接第四MOS 管OH)的漏極；第四MOS管OH)源極接地，柵極接反饋端S ；第三MOS管0^3)的柵極連接第一 MOS管Oil)柵極，第一 MOS管Oil)柵極與電芯負(fù)極之間并聯(lián)第一電容(Cl)。優(yōu)選的，放電控制單元包括還包括第一二極管(Dl)，第一二極管(Dl)的陽極連接放電第一 MOS管Oil)柵極，陰極連接電控制邏輯器的放電輸出端。優(yōu)選的，第四MOS管^!4)的柵極通過第六電阻(R6)接地。優(yōu)選的，放電控制單元包括第五MOS管(Q5)，第五MOS管0)5)源極接電池的充電端口(C+)，柵極接反饋端S，源極和柵極之間接第一電容(Cl)，漏極接放電端口正極(P+)。優(yōu)選的，放電控制單元還包括與第一電容(Cl)并聯(lián)的第二電阻(R2)。本發(fā)明還提供一種電池保護(hù)方法，該方法可有效抑制的瞬態(tài)大電流，防止發(fā)生打火傷人的事故，增強(qiáng)電池使用的安全性。本發(fā)明一種電池保護(hù)方法，該方法還包括在電池接通負(fù)載時(shí)，獲取放電端口的反饋電壓；控制電池保護(hù)電路中與放電端口相連接的放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明在電池接通負(fù)載時(shí)，延時(shí)打開放電開關(guān)管，避免電池的放電輸出端口接上負(fù)載的瞬間有較大電流輸出，防止發(fā)生打火傷人的事故。因保護(hù)裸露在外的放電極片被放電開關(guān)管隔斷，無漏電之憂，延長了電池的存儲(chǔ)時(shí)間。并且本發(fā)明使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化，有效抑制的瞬態(tài)大電流。


圖1為現(xiàn)有電池保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖2為現(xiàn)有電池保護(hù)裝置測(cè)試效果圖；圖3為本發(fā)明的電池保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明的電池保護(hù)裝置第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖5為本發(fā)明的電池保護(hù)裝置第二實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖6為本發(fā)明的電池保護(hù)裝置第三實(shí)施例結(jié)構(gòu)圖；圖7為本發(fā)明電池輸出電流波形圖；圖8為本發(fā)明電池保護(hù)方法流程圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明在電池放電輸出端增加一個(gè)反饋端S作為負(fù)載接通的判斷，當(dāng)電池與指定的負(fù)載接通時(shí)，反饋端S獲得一個(gè)反饋電壓，當(dāng)反饋電壓符合要求時(shí)，指令放電開關(guān)管開始導(dǎo)通，放電開關(guān)管的導(dǎo)通有一個(gè)由大電阻到小電阻的變阻過程，以抑制電池放電的瞬態(tài)大電流。參見圖3，示出本發(fā)明的電池保護(hù)裝置，包括充放電控制邏輯器Ul，充放電控制邏輯器Ul 一端通過電阻RS連接電池放電端口負(fù)極P-，充放電控制邏輯器Ul 一輸出端連接放電MOS管Ql的柵極，另一輸出端連接充電MOS管Q2的柵極；放電MOS管Ql源極極連接電芯的負(fù)極，漏極連接充電MOS管Q2的源極，充電MOS管Q2的漏極連接放電端口負(fù)極P-；設(shè)置一反饋端S，反饋端S與放電端口正極P+或放電端口負(fù)極P-連接，反饋端S 連接一放電控制單元11。當(dāng)電池接通負(fù)載后，放電控制單元11在反饋端S獲取反饋電壓， 當(dāng)反饋電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，放電控制單元11控制放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，且使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化，有效抑制電池放電的瞬態(tài)大電流。第一實(shí)施例。參見圖4，示出本發(fā)明電池保護(hù)裝置第一實(shí)施例，包括充放電控制邏輯器U1，充放電控制邏輯器Ul —端通過電阻RS連接電池充電端口負(fù)極C-，充放電控制邏輯器Ul —輸出端連接放電MOS管Ql的柵極，另一輸出端連接充電MOS管Q2的柵極；放電MOS管Ql源極連接電芯的負(fù)極，漏極連接充電MOS管Q2的源極，放電端口正極P+、充電端口正極C+與電芯的正極連接；還包括與放電端口正極P+連接的反饋端S，放電控制單元11包括MOS管Q 3,MOS 管Q4和MOS管Q5，M0S管Q5源極接充電MOS管Q2的漏極，MOS管Q5漏極接放電端口負(fù)極 P-, MOS管Q5柵極通過并聯(lián)的電容Cl和電阻R2接地，還通過電阻Rl接到MOS管Q3的漏極；MOS管Q3的源極接放電端口正極P+，柵極通過電阻R3接到放電端口正極P+，還通過電阻R4接到MOS管Q4的漏極；MOS管Q4源極接地，柵極通過電阻R5接到反饋端S，還通過電阻R6接地。
電池加上負(fù)載時(shí)，反饋端S從放電端口正極P+獲得一正反饋電壓輸入，使MOS管 Q4導(dǎo)通，MOS管Q4導(dǎo)通后，MOS管Q3獲得偏置電壓導(dǎo)通，MOS管Q3導(dǎo)通后，電池正極電壓通過MOS管Q3、電阻Rl對(duì)電容Cl充電。隨著電容Cl上的充電電壓升高，當(dāng)充電電壓大于 MOS管Q5的導(dǎo)通電壓時(shí)，MOS管Q5由斷開轉(zhuǎn)入導(dǎo)通，放電端口正極P+、P-有電流輸出。在電容Cl充電期間，MOS管Q5的導(dǎo)通電阻有一個(gè)由大到小的變化過程，限制了電池輸出的瞬態(tài)大電流。本發(fā)明還可通過調(diào)整電阻Rl的阻值和電容Cl的電容值，改變MOS 管Q5導(dǎo)通電阻的變化速度，以適應(yīng)不同的負(fù)載電路的要求。該實(shí)施例中，MOS管Q4和MOS管Q5為N型場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，MOS管Q3為P型場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管。MOS管Q5為放電開關(guān)管。第二實(shí)施例。 參見圖5，示出本發(fā)明電池保護(hù)裝置第二實(shí)施例，包括充放電控制邏輯器Ul，充放電控制邏輯器Ul —端通過電阻RS連接電池放電端口負(fù)極P-，充放電控制邏輯器Ul —輸出端連接放電MOS管Ql的柵極，另一輸出端連接充電MOS管Q2的柵極；放電MOS管Ql源極極連接電芯的負(fù)極，漏極連接充電MOS管Q2的源極，放電端口正極P+連接電芯的正極；還包括與放電端口正極P+連接的反饋端S，放電控制單元11包括MOS管Q3和MOS 管Q4，M0S管Q3漏極接放電端口正極P+，柵極通過電阻R3接放電端口正極P+，還通過電阻 R4接MOS管Q4的漏極；MOS管Q4源極接地，柵極通過電阻R5接反饋端S，并通過電阻R6到地；MOS管Q3的漏極通過電阻Rl連接放電MOS管Ql柵極，MOS管Ql柵極與電芯負(fù)極之間并聯(lián)電容Cl和電阻R2 ；二極管Dl的陽極連接放電MOS管Ql柵極，陰極連接電控制邏輯器 Ul的放電輸出端Dout。電池加上負(fù)載時(shí)，反饋端S有一個(gè)正反饋電壓輸入，該正反饋電壓將使MOS管Q4 導(dǎo)通，MOS管Q4導(dǎo)通后，MOS管Q3得到偏置電壓導(dǎo)通，MOS管Q3導(dǎo)通后，電池正極電壓通過 MOS管Q3、電阻Rl對(duì)電容Cl充電。隨著電容Cl上充電電壓升高，MOS管Ql由斷開轉(zhuǎn)入導(dǎo)通。在電容Cl充電期間，MOS管Ql的導(dǎo)通電阻有一個(gè)由大到小的變化過程，限制了電池輸出的瞬態(tài)大電流。通過調(diào)整電阻Rl的阻值和Cl的電容值，可以調(diào)節(jié)MOS管Ql導(dǎo)通電阻的變化速度，以適應(yīng)不同的負(fù)載電路的要求。該實(shí)施例中，MOS管Q4為N型場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管，MOS管Q3為P型場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管。MOS 管Ql為放電開關(guān)管。第三實(shí)施例。參見圖6，示出本發(fā)明電池保護(hù)裝置第三實(shí)施例，包括充放電控制邏輯器Ul，充放電控制邏輯器Ul —端通過電阻RS連接電池放電端口負(fù)極P-，充放電控制邏輯器Ul —輸出端連接放電MOS管Ql的柵極，另一輸出端連接充電MOS管Q2的柵極；放電MOS管Ql源極極連接電芯的負(fù)極，漏極連接充電MOS管Q2的源極，放電端口正極P+連接電芯的正極；還包括與放電端口正極P+連接的反饋端S，放電控制單元11包括MOS管Q5，MOS 管Q5源極接充電端口正極C+，柵極通過電阻Rl接反饋端S,源極和控制柵極之間接并聯(lián)的電容Cl和電阻R2，漏極接放電端口正極P+。電池接通負(fù)載時(shí)，反饋端S通過負(fù)載電路與電池放電端口負(fù)極P-連接，電芯正極電壓通過電阻Rl對(duì)電容Cl充電，隨著電容Cl上充電電壓升高，MOS管Q5由斷開轉(zhuǎn)入導(dǎo)通。 在電容Cl充電期間，MOS管Q5的導(dǎo)通電阻有一個(gè)有大到小的變化過程，限制了電池輸出的瞬態(tài)大電流。通過調(diào)整電阻Rl的阻值和電容Cl的電容值，可以調(diào)節(jié)MOS管Q5導(dǎo)通電阻的變化速度，以適應(yīng)不同的負(fù)載電路要求。該實(shí)施例中，MOS管Q5為P型場(chǎng)效應(yīng)開關(guān)管。MOS管Q5為放電開關(guān)管。參見圖7，示出本發(fā)明電池輸出電流波形。該電流波形瞬態(tài)電流值只有2. 5A，?？梢?，本發(fā)明對(duì)電池接通負(fù)載瞬態(tài)大電流限制效果明顯。本發(fā)明在電池接通負(fù)載時(shí)，延時(shí)打開放電開關(guān)管，避免電池的放電輸出端口接上負(fù)載的瞬間有較大電流輸出，防止發(fā)生打火傷人的事故。因保護(hù)裸露在外的放電極片被放電開關(guān)管隔斷，無漏電之憂，延長了電池的存儲(chǔ)時(shí)間。并且本發(fā)明使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化，有效抑制了的瞬態(tài)大電流?；谏鲜鲭姵乇Ｗo(hù)裝置，本發(fā)明還提供一種電池放電保護(hù)方法。參見圖8，具體步驟如下。步驟S801、在電池接通負(fù)載時(shí)，獲取放電端口的反饋電壓；步驟S802、控制電池保護(hù)電路中與放電端口相連接的放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，且使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化，降低電池放電電流的增加速度，有效抑制電池放電的瞬態(tài)大電流。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。任何在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電池保護(hù)裝置，包括充放電控制邏輯器，一輸出端連接第一 MOS管的柵極(Ql)， 另一輸出端連接第二 MOS管的柵極；第一 MOS管Oil)源極連地，漏極連接第二 MOS管 (Q2)源極，第二 MOS管0^2)的漏極連接放電端口負(fù)極(P-)；其特征在于，還包括反饋端 (S)和放電控制單元放電控制單元一端連接反饋端(S)，一端連接放電端口 ；反饋端(S)，用于電池接通負(fù)載時(shí)，獲取反饋電壓；放電控制單元，用于在反饋端(S)獲得反饋電壓時(shí)，控制放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，且使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述放電控制單元包括第三MOS管(Q3)、第四MOS管^!4)和第五MOS管(Q5)，第五MOS管0)5)源極接充電第二 MOS管0)2)的漏極，第五MOS管0^5)漏極接放電端口負(fù)極(P-)，第五MOS管0^5)柵極通過并聯(lián)的第一電容(Cl) 接地，還接到第三MOS管0^3)的漏極；第三MOS管0^3)的源極接放電端口正極(P+)，柵極接到放電端口正極(P+)，還接到第四MOS管OH)的漏極；第四MOS管OH)源極接地，柵極接到反饋端(S)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述放電控制單元還包括與第一電容(Cl) 并聯(lián)連接的第二電阻(R2)。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，第四MOS管OH)柵極通過第六電阻(R6)接地。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，放電控制單元包括第三MOS管0^3)和第四 MOS管(Q4)，第三MOS管0^3)漏極接放電端口正極(P+)，柵極通過第三電阻(R3)連接放電端口正極(P+)，還接第四MOS管OH)的漏極；第四MOS管OH)源極接地，柵極接反饋端S ； 第三MOS管0^3)的柵極連接第一 MOS管Oil)柵極，第一 MOS管Oil)柵極與電芯負(fù)極之間并聯(lián)第一電容(Cl)。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，放電控制單元包括還包括第一二極管(Dl)， 第一二極管(Dl)的陽極連接放電第一 MOS管Oil)柵極，陰極連接電控制邏輯器的放電輸出端。
7.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，第四MOS管OH)的柵極通過第六電阻(R6) 接地。
8.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，放電控制單元包括第五MOS管(Q5)，第五 MOS管0^5)源極接電池的充電端口(C+)，柵極接反饋端S，源極和柵極之間接第一電容 (Cl)，漏極接放電端口正極(P+)。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，放電控制單元還包括與第一電容(Cl)并聯(lián)的第二電阻(R2)。
10.一種電池保護(hù)方法，其特征在于，該方法還包括 在電池接通負(fù)載時(shí)，獲取放電端口的反饋電壓；控制電池保護(hù)電路中與放電端口相連接的放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電池保護(hù)裝置，包括充放電控制邏輯器一輸出端連接第一MOS管的柵極，另一輸出端連接第二M0S管的柵極；第一MOS管源極連地，漏極連接第二MOS管源極，第二MOS管的漏極連接放電端口負(fù)極；還包括反饋端和放電控制單元放電控制單元一端連接反饋端，一端連接放電端口；反饋端，用于電池接通負(fù)載時(shí)，獲取反饋電壓；放電控制單元，用于在反饋段獲得反饋電壓時(shí)，控制放電開關(guān)管延時(shí)導(dǎo)通，且使放電開關(guān)管的導(dǎo)通電阻由大到小變化，讓電池放電電流施加到負(fù)載。本發(fā)明還提供一種電池保護(hù)方法。本發(fā)明有效抑制的瞬態(tài)大電流，防止發(fā)生打火傷人的事故，增強(qiáng)電池使用的安全性。
文檔編號(hào)H02H7/18GK102170117SQ201110107490
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者盧良飛, 潘啟輝, 熊運(yùn)遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:海能達(dá)通信股份有限公司