一种电池短路保护电路、电池和无人机

技术领域

本发明实施例涉及电池技术领域，特别涉及一种电池短路保护电路、电池和无人机。

背景技术

随着锂电池的广泛应用，电池的安全问题也随之越来越突出。无人机、航模等领域由于需要快速的机动，往往会使用更高爆发力的锂电池。高爆发力电池也意味着，需要更低的电池内阻，更高的放电倍率等，相应的对电池管理系统也提出了更高的要求，尤其对电池安全影响最大的短路设置提出了更高的要求。

常规的电池短路保护芯片针对电池的短路一般都会在电池短路保护之后延时一段时间自动恢复，即在触发短路保护断开电池回路开关后，延时一段时间后，自动打开电池回路开关，然而，这种保护方式会在短路故障没有解除之前会不停的保护又恢复，短路保护可靠性低，且长时间的短路会对回路开关造成损伤，甚至失效。当高爆发力的电池发生短路时，破坏效果更是明显。

发明内容

本发明实施例主要提供一种电池短路保护电路、电池和无人机，提高短路保护的可靠性且有效降低对开关单元的损坏。

第一方面，本发明实施例提供一种电池短路保护电路，包括：电流采样单元、开关单元、短路保护单元、输入单元和控制单元；

所述开关单元用于分别连接电池组的第一端和第一输出端，所述电流采样单元用于分别连接所述电池组的第二端和第二输出端，所述电流采样单元还连接所述短路保护单元的第一端，所述短路保护单元的第二端连接所述开关单元的控制端，所述短路保护单元还与所述控制单元通信连接，所述输入单元的输出端连接所述控制单元的第一端；

其中，所述电流采样单元用于采集所述电池组的工作电流，并将所述工作电流输出至所述短路保护单元；所述短路保护单元用于根据所述工作电流确定所述电池组是否处于短路状态，并在所述电池组处于短路状态时，输出关断信号至所述开关单元；所述开关单元用于根据所述关断信号断开所述电池组的第一端和所述第一输出端之间的连接；

所述输入单元用于接收用户输入的短路解除信号、并将所述短路解除信号输出至所述控制单元；所述控制单元用于根据所述短路解除信号时发送导通指令至所述短路保护单元；所述短路保护单元用于根据所述导通指令输出导通信号至所述开关单元；所述开关单元用于根据所述导通信号导通所述电池组的第一端和所述第一输出端之间的连接。

在一些实施例中，所述短路保护单元还用于在所述电池组处于短路状态时，每隔预设时间发送短路信息至所述控制单元；所述控制单元还用于根据接收到的所述短路信息的次数，发送关断指令至所述短路保护单元，以及，用于在发送所述关断指令后，接收到所述短路解除信号时发送所述导通指令至所述短路保护单元；所述短路保护单元还用于根据所述关断指令输出所述关断信号至所述开关单元。

在一些实施例中，所述电池短路保护电路还包括稳压单元；

所述稳压单元的输入端连接所述电池组的第一端，所述稳压单元的输出端连接所述控制单元的供电端。

在一些实施例中，所述电池短路保护电路还包括显示单元；

所述显示单元连接所述控制单元的第三端，所述显示单元用于显示所述电池组是否处于短路状态。

在一些实施例中，所述稳压单元的输出端还分别连接所述输入单元的供电端和所述显示单元的供电端。

在一些实施例中，所述控制单元还用于在发送所述关断指令至所述短路保护单元时，输出第一显示信号至所述显示单元，所述显示单元用于根据所述第一显示信号显示所述电池组处于短路状态。

在一些实施例中，所述控制单元还用于在发送所述导通指令至所述短路保护单元时，输出第二显示信号至所述显示单元，所述显示单元用于根据所述第二显示信号显示所述电池组处于短路解除状态。

在一些实施例中，所述控制单元用于在接收到所述短路信息的次数大于或等于预设阈值时，发送所述关断指令至所述短路保护单元。

第二方面，本发明实施例还提供一种电池，包括如第一方面任意一项所述的电池短路保护电路。

第三方面，本发明实施例还提供一种无人机，包括如第二方面所述的电池。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种电池短路保护电路、电池及无人机，包括电流采样单元、开关单元、短路保护单元、输入单元和控制单元；开关单元用于分别连接电池组的第一端和第一输出端，电流采样单元用于分别连接电池组的第二端和第二输出端，短路保护单元的第一端连接电流采样单元、第二端连接开关单元的控制端，短路保护单元还与控制单元通信连接，输入单元的输出端连接控制单元的第一端；该电路在电池组短路时，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的工作回路，且只有在用户输入短路解除信号后，控制单元才发送导通指令至短路保护单元，使短路保护单元控制开关单元导通，从而提高短路保护的可靠性且有效降低对开关单元的损坏。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种电池短路保护电路的结构框图示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种电池短路保护电路的结构框图示意图；

图3是本发明实施例提供的再一种电池短路保护电路的结构框图示意图；

图4是本发明实施例提供的一种电池短路保护电路的工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了便于理解本申请，下面结合附图和具体实施例，对本申请进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本申请。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

第一方面，本发明实施例提供一种电池短路保护电路，请参阅图1，该电池短路保护电路100包括：电流采样单元10、开关单元20、短路保护单元30、输入单元40和控制单元50。开关单元20用于分别连接电池组200的第一端和第一输出端310，电流采样单元10用于分别连接电池组200的第二端和第二输出端320，电流采样单元10还连接短路保护单元30的第一端，短路保护单元30的第二端连接开关单元20的控制端，短路保护单元30还与控制单元50通信连接，输入单元40的输出端连接控制单元50的第一端。电流采样单元10用于采集电池组200的工作电流，并将工作电流输出至短路保护单元30；短路保护单元30用于根据工作电流确定电池组200是否处于短路状态，并在电池组200处于短路状态时，输出关断信号至开关单元20；开关单元20用于根据关断信号断开电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接；输入单元40用于接收用户输入的短路解除信号、并将短路解除信号输出至控制单元50；控制单元50用于根据短路解除信号发送导通指令至短路保护单元30；短路保护单元30用于根据导通指令输出导通信号至开关单元20；开关单元20用于根据导通信号导通电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接。

具体的，电流采样单元10可以包括采样电阻，该采样电阻串接在电池组200的第二端和第二输出端320之间，可用来采集电池组200的工作回路的工作电流，并将工作电流输出至短路保护单元30。短路保护单元30可以是现有技术中一切合适的短路保护芯片、短路保护电路，其可用于实现电池组的短路保护功能。

在该电池短路保护电路中，首先，当第一输出端310和第二输出端320构成输出口300，当输出口300连接负载或电网时，电池组200可通过开关单元20、第一输出端310、负载/电网、第二输出端320和电流采样单元10形成电池组200的工作回路，可以实现电池组200充放电；然后，短路保护单元30通过获取电池组200在充放电工作中的工作电流，如果此时根据工作电流确定出电池组200处于短路状态，则短路保护单元30输出关断信号至开关单元20，使开关单元20断开电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接，使电池组200的工作回路断开；接着，在短路故障排除后，用户通过输入单元40输入短路解除信号，控制单元50在接收到短路解除信号后，发送导通指令至短路保护单元30；再接着，短路保护单元30根据导通指令发送导通信号至开关单元20，使开关单元20导通电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接，使电池组200的工作电路重新导通，电池组200重新进入正常工作。

可见，该电池短路保护电路中，在电池组的短路保护被触发时，开关单元断开后，短路保护单元不会自动导通开关单元，只有当用户输入了故障解除信号后，控制单元将导通指令发送至短路保护单元时，短路保护单元才输出导通信号使开关单元导通。通过这种短路保护方式，可以保证短路故障完全解除后才重新让电池组工作，提高了电池组短路时的安全性，并且有效降低了短路电流对开关单元的损伤，提高电池组的使用安全性。

具体的，电池组200可以是由多个电芯并联构成的并联电池组、或者是由多个电芯串联构成的串联电池组，或者是由串并联构成的串并联结合的电池组。该电池组200包括至少一个高倍率电芯，高倍率电芯为放电倍率超过1C的电芯。电池组的第一端通常为电池组的正极，电池组的第二端通常为电池组的负极。第一输出端310和第二输出端320均用于连接负载或电网，通常，第一输出端310为正极输出端、第二输出端320为负极输出端。实际应用中，电池组的第一端、电池组的第二端、第一输出端和第二输出端的极性可根据实际需要进行设置，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，控制单元可以采取STM8、STM16、STM32系列或者是其他一切合适的微处理控制器，可用于接收和输出数据，实际应用中可自由设置，在此不做限定。

在其中一些实施例中，开关单元包括至少一个开关管。具体的，开关单元包括第一开关管和第二开关管，第一开关管的第一端连接电池组的第一端，第一开关管的第二端连接第二开关管的第一端，第二开关管的第二端连接第一输出端，第一开关管的控制端和第二开关管的控制端均连接短路保护单元。例如，第一开关管包括第一PMOS管，第二开关管包括第二PMOS管；第一PMOS管的漏极连接电池组的第一端，第一PMOS管的源极连接第二PMOS管的源极，第二PMOS管的漏极连接第一输出端，第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的栅极均连接短路保护单元，通过两个反向串联的MOS管可以实现电池组的正常充放电，并且由于第一PMOS管和第二PMOS管均有一个体内二极管，可以防止电流倒灌，使电池组在充放电时能够更加安全。实际应用中，开关管的数量可根据实际需要进行设置，开关管的类型可以是NMOS管、三极管、IGBT管、继电器或者是其他一切合适的开关器件，在此不需拘泥于本实施例中的限定。

在其中一些实施例中，输入单元包括按键、输入屏和/或麦克风。具体的，当输入单元包括按键时，按键的输出端连接控制单元的第一端，按键可用于被用户按下时，输出短路解除信号至控制单元。实际应用中，输入单元还可以为其他一切合适的输入设备，在此不做限定。

为了提高电池短路保护的可靠性，在其中一些实施例中，短路保护单元还用于在电池组处于短路状态时，每隔预设时间发送短路信息至控制单元；控制单元还用于根据接收到的短路信息的次数，发送关断指令至短路保护单元，以及，用于在发送关断指令后，接收到短路解除信号时发送导通指令至短路保护单元；短路保护单元还用于根据关断指令输出关断信号至开关单元。

那么，在该电池短路保护电路中，如果短路保护单元根据工作电流确定出电池组处于短路状态，一方面，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的第一端和第一输出端之间的连接，断开电池组的工作回路，另一方面，短路保护单元还每隔预设时间发送一次短路信息至控制单元；接着，控制单元统计接收到的短路信息的次数，并根据统计的次数，发送关断指令至短路保护单元，这样，短路保护单元接收到关断指令后，输出关断信号至开关单元，使开关单元继续保持断开状态，即电池组的工作回路保持断开状态；最后，在短路故障排除后，用户通过输入单元输入短路解除信号，控制单元在发送关断指令后，如果接收到短路解除信号，则发送导通指令至短路保护单元，短路保护单元将根据导通指令使开关单元导通，从而使电池组的工作电路重新导通。

可见，在该电池短路保护电路中，在电池组的短路保护被触发时，开关单元断开后，短路保护单元一方面输出关断信号至开关单元，另一方面发送短路信息至控制单元，控制单元根据接收到的短路次数发送关断指令至短路保护单元，使短路保护单元输出关断信号至开关单元，只有当用户输入了故障解除信号后，控制单元才将导通指令发送至短路保护单元时，进一步保证了控制单元在接收到一定次数的短路信息后，会发送关断指令至开关单元，保证开关单元继续处于断开状态，只有在接收到用户的故障解除信号后，短路保护单元才导通开关单元，这样可以保证电池组处于短路时，开关单元是一直处于可靠断开状态，即该电池短路保护电路提高了电池组的短路保护的可靠性和安全性。

在其中一些实施例中，控制单元用于在接收到短路信息的次数大于或等于预设阈值时，发送关断指令至短路保护单元。通常，预设阈值应大于或等于1。实际应用中，预设阈值可根据实际需要进行设置，在此不做限定。

在其中一些实施例中,控制单元与短路保护单元通信连接的方式可以是蓝牙通信连接、WiFi通信连接、蜂窝通信连接或者是其他一切合适的无线通信连接方式。在其他一些实施例中，控制单元与短路保护单元的通信连接方式为有线通信连接方式。

在其中一些实施例中，请参阅图2，该电池短路保护电路还包括稳压单元60；稳压单元60的输入端连接电池组200的第一端，稳压单元60的输出端连接控制单元50的供电端。其中，稳压单元60可用于稳定电池组200输出的输出电压，通过稳压单元60可以保证电池组200输出至控制单元50的供电电压是稳定的，防止电压波动引起控制单元50异常或者故障。具体的，稳压单元60可以是线性稳压电源电路、开关稳压电源电路或者是现有技术中一切合适的可用于输出稳定电源的电路，在此不做限定。

具体的，在其中一些实施例中，请继续参阅图2,稳压单元60的输出端还连接输入单元40的供电端。这样，稳压单元60输出的稳压电源还可以为输入单元40进行供电。

在其中一些实施例中，请再次参阅图2，电池短路保护电路还包括显示单元70；显示单元70连接控制单元50的第三端，显示单元70用于显示电池组200是否处于短路状态。具体的，显示单元70可以为显示屏、或者是其他一切合适的显示设备，在此不做限定。

进一步的，在其中一些实施例中，显示单元还可用于显示电池组的电量参数。例如，控制单元连接电池组，控制单元通过获取电池组的电量参数，并将电池组的电量参数信息发送至显示单元，以使显示单元对电量参数进行显示。具体的，电量参数可以电池电量、电压以及电池型号等电池参数。

在其中一些实施例中，请参阅图2,稳压单元60的输出端还显示单元70的供电端。这样，稳压单元60输出的稳压电源还可以为显示单元70进行供电。

在其中一些实施例中，控制单元还用于在发送关断指令至短路保护单元时，输出第一显示信号至显示单元，显示单元用于根据第一显示信号显示电池组处于短路状态。

那么，在该电池短路保护电路中，如果短路保护单元根据工作电流确定出电池组处于短路状态，一方面，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的工作回路，另一方面，短路保护单元还每隔预设时间发送一次短路信息至控制单元；接着，控制单元统计接收到的短路信息的次数，并根据统计的次数，发送关断指令至短路保护单元，同时输出第一显示信号至显示单元，显示单元将根据第一显示信号显示电池组处于短路状态，这样，可以提醒用户此时需要进行短路故障排除工作。可见，该电池短路保护电路中，在电池组触发短路保护时，通过显示单元显示电池组处于短路状态，可以让电池组的工作状态可视化，便于用户在电池组发生短路故障后快速得知电池组处于短路状态。

在其中一些实施例中，控制单元还用于在发送关断指令至短路保护单元后，如果一直未接收到短路解除信号，则一直输出第一显示信号，使显示单元一直显示电池组处于短路状态。

在其中一些实施例中，控制单元还用于在发送导通指令至短路保护单元时，输出第二显示信号至显示单元，显示单元用于根据第二显示信号显示电池组处于短路解除状态。

那么，在该电池短路保护电路中，控制单元在发送关断指令后，用户可以在短路故障排除后通过输入单元输入短路解除信号，控制单元接收到短路解除信号后，一方面，发送导通指令至短路保护单元，使短路保护单元控制开关单元导通，从而使电池组的工作电路重新导通；另一方面，控制单元接收到短路解除信号后，还输出第二显示信号至显示单元，此时，显示单元将根据第二显示信号显示电池组处于短路解除状态，从而提高电池短路保护电路的可视化程度。

在其中一些实施例中，请参阅图3,电池短路保护电路还包括报警单元80，报警单元80连接控制单元50的第四端。具体的，当控制单元50发送关断指令时，控制单元50还发送报警信号至报警单元80，使报警单元80进行报警，提示用户此时电池组200处于故障状态，当控制单元50发送导通指令时，控制单元50还发送解除报警信号至报警单元80，使报警单元80解除报警。

在其中一些实施例中，报警单元80包括声预警器、光预警器、振动预警器和/或显示屏预警器。实际应用中，报警单元还可以是其他一切合适的报警装置，且控制单元对报警装置的具体控制过程可参照现有技术，在此不做限定。

在其中一些实施例中，报警单元还连接稳压单元的输出端。这样，稳压单元输出的稳压电源还可以为报警单元进行供电。

在其中一些实施例中，请参阅图2或图3,短路保护单元30的第三端还连接所述电池组200的第一端。其中,该短路保护单元30还用于获取电池参数。

下面结合图2所示的充电系统详细阐述本发明实施例提供的电池的具体工作过程。

请结合参阅图2和图4,在该电池短路保护电路中，首先，当第一输出端310和第二输出端320连接负载或电网时，电池组200可通过回路开关、第一输出端310、负载/电网、第二输出端320和电流采样单元10形成电池组200的工作回路，可以实现电池组200正常充放电。然后，短路保护单元30通过获取电池组200在充放电工作中的工作电流，如果此时根据工作电流确定出电池组200处于短路状态，一方面，短路保护单元30输出关断信号至开关单元20，使开关单元20断开电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接，使电池组200的工作回路断开，实现短路保护的功能；另一方面，短路保护单元30还每隔预设时间发送一次短路信息至控制单元50。

接着，控制单元50统计接收到的短路信息的次数，当次数超过预设阈值时，一方面，控制单元50发送关断指令至短路保护单元30，这样，短路保护单元30接收到关断指令后，输出关断信号至开关单元20，使开关单元20继续保持断开状态，即电池组200的工作回路保持断开状态，实现电池组200短路时，开关单元20可靠断开；另一方面，控制单元50还输出第一显示信号至显示单元70，显示单元70将根据第一显示信号显示电池组200处于短路状态，这样，可以提醒用户此时需要进行短路故障排除工作。

最后，在控制单元50在发送关断指令后，如果用户通过输入单元40输入短路解除信号，控制单元50接收到短路解除信号，一方面，控制单元50发送导通指令至短路保护单元30，短路保护单元30根据导通指令发送导通信号至开关单元20，使开关单元20导通电池组200的第一端和第一输出端310之间的连接，使电池组200的工作电路重新导通，电池组200重新进入正常工作，另一方面，控制单元50还输出第二显示信号至显示单元70，此时，显示单元70将根据第二显示信号显示电池组200处于短路解除状态，提高电池短路保护电路的可视化程度。如果在控制单元50发送关断指令后，如果用户一直没有通过输入单元40输入短路解除信号，即控制单元50一直未接收到短路解除信号时，显示单元70将一直显示电池组200处于短路状态。

综上，该电池短路保护电路短路保护的可靠性高，而且能有效降低对开关单元的损坏。

第二方面，本发明实施例还提供一种电池，该电池包括如第一方面任意一项所述的电池短路保护电路。该电池在电池组发生短路时，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的工作回路，且只有在用户输入短路解除信号后，控制单元才发送导通指令至短路保护单元，使短路保护单元控制开关单元导通，从而提高短路保护的可靠性且有效降低对开关单元的损坏。

第三方面，本发明实施例还提供一种无人机，该无人机包括如第二方面所述的电池。该无人机在电池组短路时，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的工作回路，且只有在用户输入短路解除信号后，控制单元才发送导通指令至短路保护单元，使短路保护单元控制开关单元导通，从而提高短路保护的可靠性且有效降低对开关单元的损坏。

本发明实施例提供一种电池短路保护电路、电池及无人机，包括电流采样单元、开关单元、短路保护单元、输入单元和控制单元；开关单元用于分别连接电池组的第一端和第一输出端，电流采样单元用于分别连接电池组的第二端和第二输出端，短路保护单元的第一端连接电流采样单元、第二端连接开关单元的控制端，短路保护单元还与控制单元通信连接，输入单元的输出端连接控制单元的第一端；该电路在电池组短路时，短路保护单元输出关断信号至开关单元，使开关单元断开电池组的工作回路，且只有在用户输入短路解除信号后，控制单元才发送导通指令至短路保护单元，使短路保护单元控制开关单元导通，从而提高短路保护的可靠性且有效降低对开关单元的损坏。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。