一种充放电保护电路、控制板、电器设备、方法及装置

技术领域

本发明属于电器设备技术领域，尤其涉及一种充放电保护电路、控制板、电器设备、充放电保护方法及装置。

背景技术

一般负载的供电系统主要由电池包、BMS保护模块、充电模块、以及负载自身的主控板组成，例如电动窗帘的电机就采用这种供电系统进行供电。其中，电池包通过主回路与电机主控板连接，主回路上设有放电MOS管，通过放电MOS管的导通和截止来控制电池给负载主控板放电的通断。BMS保护模块与放电MOS管连接并对电池包进行保护，充电模块通过主回路与电池包连接，用于对电池包进行充电。

然而，上述供电系统存在一个问题：当电池长时间不用时，电池过放了，BMS保护模块会控制放电MOS管截止，以切断电池放电。此时，充电模块和电机主控板就断电了。当用户插上适配器充电时，充电模块和电机主控板就得电工作了。如果用户在电池未充到恢复电压就启动负载，就会引起充电模块和适配器过流保护，导致发生充电故障。其中，恢复电压指的是为了保护电池安全，人为设定的可以放电的最低电压值，一般等于或高于放电保护电压阀值，当电池充电，电压逐渐上升到这个最低电压值时，才允许放电。

因此，需要读取BMS保护模块对放电MOS管的控制信号才能允许给负载主控板放电，这就需要和BMS进行通信。然而，一般带通信的BMS芯片成本比较高，并且BMS芯片一般都采用I2C通信，I2C通信需要共地，当BMS过放保护时，理应要切断所有的负载进行降低功耗，但是还连着共地的通信电路，这样无疑会增加电池包的功耗。

发明内容

本发明实施例提供一种充放电保护电路，旨在解决现有电池放电控制成本高的技术问题。

本发明实施例是这样实现的，一种充放电保护电路，包括BMS保护模块、充电模块、信号检测模块、放电控制模块以及放电模块，所述放电模块连接外部负载模块；

所述BMS保护模块用于在电芯模块过放时，保护所述电芯模块；

所述充电模块用于为所述电芯模块充电；

所述信号检测模块用于检测所述BMS保护模块对电芯模块过放电保护的第一控制信号，根据所述第一控制信号生成状态信号，并将所述状态信号发送到所述放电控制模块；

所述放电控制模块用于在接收到所述状态信号时，根据所述状态信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到所述放电模块；

所述放电模块用于根据所述第二控制信号开启或关闭所述负载模块。

更进一步地，所述信号检测模块包括运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻以及第四电阻，所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第一电阻和所述第二电阻一端，所述运算放大器的反相输入端分别连接所述第三电阻和所述第四电阻一端，所述第一电阻还连接所述BMS保护模块，所述第二电阻另一端连接接地端，所述第三电阻还连接所述电芯模块的负极，所述运算放大器的输出端分别连接所述第四电阻另一端以及所述放电控制模块。

更进一步地，所述信号检测模块还包括二极管，所述二极管的负极连接所述第一电阻，所述二极管的正极连接所述BMS保护模块。

更进一步地，所述放电模块包括第二放电MOS管、第一驱动电阻以及第一放电电阻，所述第二放电MOS管的栅极分别连接所述第一驱动电阻一端和所述第一放电电阻一端，所述第二放电MOS管的源极分别连接所述第一放电电阻另一端以及所述BMS保护模块，所述第二放电MOS管的漏极连接所述负载模块，所述第一驱动电阻另一端连接所述放电控制模块。

更进一步地，所述BMS保护模块包括BMS保护芯片、第一放电MOS管、充电MOS管、第二驱动电阻、第三驱动电阻、第二放电电阻以及第三放电电阻，所述第一放电MOS管的栅极分别连接所述第二驱动电阻一端以及所述第二放电电阻一端，所述第一放电MOS管的源极分别连接所述第二放电电阻另一端以及所述BMS保护芯片，所述第一放电MOS管的漏极连接所述充电MOS管的漏极，所述第二驱动电阻另一端分别连接所述BMS保护芯片以及所述信号检测模块，所述充电MOS管的栅极分别连接所述第三驱动电阻一端以及所述第三放电电阻一端，所述充电MOS管的源极分别连接所述第三放电电阻另一端以及所述放电模块，所述第三驱动电阻另一端连接所述BMS保护芯片。

本发明还提供一种控制板，包括如上所述的充放电保护电路。

本发明还提供一种电器设备，包括如上所述的控制板。

本发明还提供一种充放电保护方法，包括以下步骤：

BMS保护模块在检测到电芯模块过放电时，发送第一控制信号到信号检测模块；

所述信号检测模块根据所述第一控制信号生成状态信号，并将所述状态信号发送到放电控制模块；

所述放电控制模块根据所述状态信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到放电模块；

所述放电模块根据所述第二控制信号开启或关闭负载模块。

本发明还提供一种充放电保护装置，包括：

第一控制信号发送单元，用于BMS保护模块在检测到电芯模块过放电时，发送第一控制信号到信号检测模块；

状态信号发送单元，用于所述信号检测模块根据所述第一控制信号生成状态信号，并将所述状态信号发送到放电控制模块；

第二控制信号发送单元，用于所述放电控制模块根据所述状态信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到放电模块；

放电单元，用于所述放电模块根据所述第二控制信号开启或关闭负载模块。

本发明所达到的有益效果：通过设置硬件电路来读取BMS保护模块对放电MOS管的控制信号，避免使用带通信的BMS芯片，采用市面上常用不带通信的BMS保护芯片即可，降低成本及电池的功耗。

附图说明

图1是本发明实施例一当中的充放电保护电路的结构框图；

图2是本发明实施例一当中的充放电保护电路的具体电路图；

图3是本发明实施例四当中的充放电保护方法的流程图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

现有通过带通信的BMS芯片来读取BMS保护模块对放电MOS管的控制信号，并据此来控制电池给负载主控板放电，但带通信的BMS芯片成本比较高，并且BMS芯片一般都采用I2C通信，I2C通信需要共地，当BMS过放保护时，理应要切断所有的负载进行降低功耗，但是还连着共地的通信电路，这样无疑会增加电池包的功耗。因此本发明的目的在于，提供一种充放电保护电路、控制板、电器设备、充放电保护方法及装置，通过设置硬件电路来读取BMS保护模块对放电MOS管的控制信号，降低成本及电池的功耗。

以下各实施例所述的负载可以为但不限于电机(如窗帘电机)、电子阀门、报警器、传感器、加热器等等，并且以下各实施例和各附图中指代的具体负载仅仅只是为了表述需求，不代表对负载的限定。此外，所述负载也不限于所属具体产品，例如负载可以为电动窗帘、洗地机、扫地机器人、智能马桶、空调等电器设备当中的强电负载。

请参阅图1，所示为本发明实施例一当中的充放电保护电路，包括BMS保护模块12、充电模块13、信号检测模块14、放电控制模块15以及放电模块16，BMS保护模块12连接电芯模块11，其中：

电芯模块11用于储电，电芯模块11与外部负载模块串联形成闭合的主回路17，以通过主回路17向外部负载模块进行放电(即供电)。放电模块16设置在主回路17上，具体放电时，电芯模块11经过主回路17传输到负载模块，再依次经过放电模块16和BMS保护模块12，回到电芯模块11，以对外部负载模块进行放电。电芯模块11又可称电池包，由多个电池串、并联组成。

BMS保护模块12用于对电芯模块11进行电量监测，并在电芯模块11过放(即电芯快没电或者已没电)时，切断电芯模块11对负载的放电，以对电芯模块11进行保护。具体地，BMS保护模块12包括BMS保护芯片U2和第一放电MOS管MOS1，第一放电MOS管MOS1设置在主回路17上，用于控制主回路17的通断，第一放电MOS管MOS1的控制端(即栅极G)与BMS保护芯片U2的引脚11连接，当BMS保护芯片U2的引脚11输出高电平时，第一放电MOS管MOS1导通，主回路17连通，电芯模块11可向负载进行放电；当BMS保护芯片U2的引脚11输出低电平时，第一放电MOS管MOS1截止，主回路17被切断，电芯模块11停止向负载进行放电。

信号检测模块14连接BMS保护芯片U2和放电控制模块15，用于检测所述BMS保护模块12对第一放电MOS管MOS1的第一控制信号(即引脚11输出的控制信号)，并根据第一控制信号产生状态信号，并将状态信号发送到放电控制模块15。

放电控制模块15与放电模块16连接，用于在接收到所述状态信号时，根据所述状态信号生成第二控制信号，并将第二控制信号发送到放电模块16，以控制放电模块16的电路通断。放电模块16用于根据第二控制信号控制是否传输电到负载模块，具体地，当放电模块16接收到第二控制信号时，代表BMS保护芯片U2已控制第一放电MOS管MOS1截止，代表电池当前已处于过放状态，则放电模块16使主回路17的断开，避免用户在电池未充到恢复电压就启动负载。需要说明的是，状态信号是放电控制模块15输出第二控制信号的必要条件之一，但并不是唯一条件，放电控制模块15还需要根据用户操作命令或其他条件，才能输出第二控制信号

充电模块13与主回路17连接，以通过主回路17连接电芯模块11，用于为电芯模块11充电。此外，BMS保护模块12还包括充电MOS管MOS2，充电MOS管MOS2设置于主回路17上，并且充电MOS管MOS2的控制端(即栅极G)与BMS保护芯片U2的引脚13连接，当BMS保护芯片U2的引脚13输出高电平时，充电MOS管MOS2导通，主回路17连通，充电模块13给电芯模块11充电的同时，也可以给负载等进行供电；当BMS保护芯片U2的引脚13输出低电平时，充电MOS管MOS2截止，主回路17被切断，充电模块13停止给电芯模块11充电。

需要说明的是，电芯模块11主要为负载供电，但也可为信号检测模块14、放电模块16和放电控制模块15供电，当电芯没电时，插入充电器，充电模块13除可为电芯供电以外，也可以为信号检测模块14、放电模块16和放电控制模块15供电。

示例而非限定，请参阅图2，所示为本发明实施例一当中的充放电保护电路的一种可选的具体电路图，如图2中所示，信号检测模块14包括运算放大器U3A、第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R13以及第四电阻R14，运算放大器U3A的同相输入端(即+输入端)分别连接第一电阻R8和第二电阻R9一端，第二电阻R9的另一端连接接地端，第一电阻R8的另一端还连接BMS保护芯片U2的引脚11，也即运算放大器U3A的同相输入端通过第一电阻R8连接BMS保护芯片U2的引脚11，使得BMS保护芯片U2的引脚11输出给第一放电MOS管MOS1的控制信号也将同步输入给运算放大器U3A的同相输入端。运算放大器U3A的反相输入端(即-输入端)分别连接第三电阻R13和第四电阻R14一端，第三电阻R13的另一端还连接电芯模块11的负极(即电芯地BMS_GND)，BMS保护芯片U2也即运算放大器U3A的反相输入端通过第三电阻R13连接电芯地BMS_GND，运算放大器U3A的输出端分别连接第四电阻R14另一端以及放电控制模块15，以向放电控制模块15输出所述状态信号。

其中，运算放大器U3A的输出电压Vout满足公式：Vout＝(R14/R13)(V+-V-)，V+为第一控制信号，V-为电芯地BMS_GND，R14/R13的比例要满足使Vout输出的电平(即所述状态信号)刚好能够被单片机识别。在具体选值时，优选地，第一电阻R8、第二电阻R9、第三电阻R13、第四电阻R14的电阻值较高，以起到功耗低的效果。R8和R13电阻相同，R9和R14电阻相同。

此外，信号检测模块14还包括二极管D1，二极管D1的负极连接第一电阻R8，二极管D1的正极连接BMS保护芯片U2的引脚11，二极管D1防止电平反串，避免破坏第一控制信号。

请参阅图2，放电模块16包括第二放电MOS管MOS3、第一驱动电阻R12以及第一放电电阻R17，第二放电MOS管MOS3设置在主回路17上，第二放电MOS管MOS3的栅极G分别连接第一驱动电阻R12一端和第一放电电阻R17一端，第二放电MOS管MOS3的源极S分别连接第一放电电阻R17另一端以及BMS保护模块12，第二放电MOS管MOS3的漏极D连接负载的主控板(如电机主控板)，第一驱动电阻R12另一端连接放电控制模块15，即第二放电MOS管MOS3的控制端(即栅极G)通过第一驱动电阻R12连接放电控制模块15，当状态信号为高电平信号时，放电控制模块15才可输出高电平第二控制信号，第二放电MOS管MOS3导通，反之，放电控制模块15不可输出高电平第二控制信号，第二放电MOS管MOS3截止。在本实施例当中，放电控制模块15为单片机，即第二放电MOS管MOS3的栅极G通过第一驱动电阻R12连接单片机的输出引脚P0_1，运算放大器U3A的输出端连接单片机的输入引脚P0_0。在其它实施例当中，放电控制模块15还可以为MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)等其它控制器件。

请参阅图2，BMS保护模块12还包括第二驱动电阻R11、第三驱动电阻R10、第二放电电阻R16以及第三放电电阻R15，第一放电MOS管MOS1的栅极G分别连接第二驱动电阻R11一端以及第二放电电阻R16一端，第一放电MOS管MOS1的源极S分别连接第二放电电阻R16另一端以及BMS保护芯片U2的引脚10，第一放电MOS管MOS1的漏极D连接充电MOS管MOS2的漏极D，第二驱动电阻R11另一端分别连接BMS保护芯片U2的引脚11以及信号检测模块14，充电MOS管MOS2的栅极G分别连接第三驱动电阻R10一端以及第三放电电阻R15一端，充电MOS管MOS2的源极S分别连接第三放电电阻R15另一端以及放电模块16，第三驱动电阻R10另一端连接BMS保护芯片U2的引脚13。

请参阅图2，充电模块13包括充电芯片U1，充电芯片U1的输入引脚VIN可与充电器连接，以接入外界电源进行充电，充电芯片U1的输出引脚VOUT与主回路17连接，以通过主回路17连接电芯，从而给电芯进行充电。

基于图2示出的具体电路，本实施例当中的短路保护电路的实现原理为：

当电芯未过放时，BMS芯片U2的引脚11输出高电平，第一放电MOS管MOS1导通，运算放大器U3A输出高电平，单片机根据运算放大器U3A输出的高电平信号可以判定电芯未过放；在此情况下，若用户需要打开负载，则单片机输出高电平给第二放电MOS管MOS3，第二放电MOS管MOS3导通，以使放电回路导通，电芯对负载进行供电；

当电芯过放时，BMS芯片U2的引脚11输出低电平，第一放电MOS管MOS1截止，运算放大器U3A输出低电平，单片机根据运算放大器U3A输出的低电平信号可以判定电芯过放，则单片机输出低电平给第二放电MOS管MOS3，第二放电MOS管MOS3截止，以使放电回路断开，电芯停止对负载进行供电；

当用户插上适配器充电时，在电池未充到恢复电压之前，BMS芯片U2的引脚11持续输出低电平，持续保证第二放电MOS管MOS3截止，以持续使第二放电MOS管MOS3截止，使得在电池未充到恢复电压时用户无法启动负载，从而避免引起充电模块和适配器过流保护。具体来说，如果电芯模块电压未充电到恢复电压，电芯模块的放电通道被BMS保护模块关闭，如果此时第二放电MOS管MOS3导通，用户控制开启负载马达，因电芯模块保护，无法输出电能，马达就会吸取外接适配器的电流，而适配器又无法提供马达运转所需的足够电流，适配器就会过流保护，整个系统无法充电也无法放电，产生故障。综上，本实施例当中的充放电保护电路，通过设置硬件电路来读取BMS保护模块12对放电MOS管的控制信号，避免使用带通信的BMS芯片，采用市面上常用不带通信的BMS保护芯片U2即可，降低成本及电池的功耗。

本发明实施例二还提出一种控制板，控制板包括基板及设置于基板上的充放电保护电路，所述充放电保护电路为上述实施例一当中的充放电保护电路。

在具体实施时，可通过印刷、焊接等电路板制备技术将充放电保护电路铺设于基板上，形成所述控制板。所述控制板将与负载主控板进行连接(具体如图2所示)，从而利用所述充放电保护电路来对负载进行放电。

本发明实施例三还提出一种电器设备，所述电器设备包括上述实施例三当中的控制板。

其中，所述电器设备可以为但不限于电动窗帘、洗地机、扫地机器人、智能马桶、空调等，所述控制板上的充放电保护电路可用于对上述各个电器设备中的负载进行放电，例如利用所述充放电保护电路对电动窗帘的窗帘电机进行放电(即供电)。

此外，所述电器设备还应当包括对负载进行控制的主控板，主控板与充放电保护电路连接(具体连接如图2所示)，以由充放电保护电路进行供电。在具体实施时，控制单元可以为但不限于单片机、MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)等等。

请参阅图3，所示为本发明实施例四还提出一种充放电保护方法，所述方法包括步骤S10-步骤S30，具体为：

步骤S10，BMS保护模块在检测到电芯模块过放时，发送第一控制信号到信号检测模块。

在实际使用时，BMS保护模块中的BMS芯片U2的信号输入引脚与电芯连接，以实时读取电芯的电量，当电芯的电压低于放电保护电压阀值，则BMS芯片U2判定电芯模块过放，则BMS芯片U2的信号输出引脚11分别向第一放电MOS管MOS1的栅极和信号检测模块的运算放大器U3A的同相输入端发送第一控制信号，此时的第一控制信号为截止信号(低电平)，以控制第一放电MOS管MOS1截止，以使电芯停止对外放电，同时也将BMS芯片U2对第一放电MOS管MOS1的控制信号发送给运算放大器U3A。其中，放电保护电压阈值指的是为了保护电芯安全，人为设定的对电芯过放保护的一个电压点，如果电芯电压放电到低于此值，则认为电芯过放电，就需要停止放电。

步骤S20，所述信号检测模块根据所述第一控制信号生成状态信号，并将所述状态信号发送到放电控制模块。

具体地，运算放大器U3A的同相输入端接收到第一控制信号后，输出状态信号，由于运算放大器U3A的输出端连接放电控制模块，从而将所述状态信号发送给放电控制模块，由于此时运算放大器U3A正向输入电压小于基准电压(即负向输入电压)，因此运算放大器U3A当前输出的状态信号为低电平信号。

步骤S30，所述放电控制模块根据所述状态信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到放电模块。

步骤S40，所述放电模块根据所述第二控制信号控制是否传输电到负载模块。

其中，放电控制模块可以为单片机或MCU，但不限于单片机或MCU，具体地，放电控制模块的信号输入引脚与运算放大器U3A的输出端连接，以接收运算放大器U3A输出的状态信号；当放电控制模块接收到状态信号时，判定电芯当前过放，则输出第二控制信号给放电模块的第二放电MOS管MOS3的栅极G，此时的第二控制信号为截止信号(低电平)，以截止第二放电MOS管MOS3，从而进一步切断电芯对外供电。

当然，当电芯的电压高于放电保护电压阀值时，BMS芯片U2判定电芯模块未过放，则BMS芯片U2的信号输出引脚11也会向第一放电MOS管MOS1的栅极和运算放大器U3A的同相输入端发送第一控制信号，此时的第一控制信号为导通信号(高电平)，以控制第一放电MOS管MOS1导通，于此同时，运算放大器U3A的输出高电平的状态信号，以将BMS芯片U2对第一放电MOS管MOS1的当前控制信号(导通信号)传递给放电控制模块，以让放电控制模块了解电芯未过放，允许打开电机。在此情况下，若用户打开负载(如窗帘电机)时，放电控制模块向第二放电MOS管MOS3的栅极G发送第二控制信号，此时的第二控制信号为导通信号(高电平)，以导通第二放电MOS管MOS3，以使电芯对负载进行供电。

本发明实施例五还提出一种充放电保护装置，所述装置包括：

第一控制信号发送单元，用于BMS保护模块在检测到电芯模块过放时，发送第一控制信号到信号检测模块；

状态信号发送单元，用于所述信号检测模块根据所述第一控制信号生成状态信号，并将所述状态信号发送到放电控制模块；

第二控制信号发送单元，用于所述放电控制模块根据所述状态信号生成第二控制信号，并将所述第二控制信号发送到放电模块；

放电单元，用于所述放电模块根据所述第二控制信号控制是否传输电到负载模块。

上述各模块、单元被执行时所实现的功能或操作步骤与上述方法实施例大体相同，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。