一种级联型电池组保护电路

技术领域

本发明涉及电池保护的技术领域，更具体地，涉及一种级联型电池组保护电路。

背景技术

在锂离子动力电池领域，电池组的连接方式一半为串联和并联，而并联的电池组要求每个电池电压相同,输出的电压等于一个电池的电压,并联电池组能提供更强的电流。在高串数锂电池组中，其电池数量较多，保护芯片一般检测电池电芯的数量有限，在超过保护芯片可检测电池电芯串数范围时，无法对锂电池组中的所有电池进行单独监控，高串数锂电池组容易出现个别电芯短路，使电池组释放电压过大和温度升高而造成高串数锂电池组损坏，影响了高串数锂电池组的使用寿命，此时，需要多个芯片才能够完全保护电池的使用。目前行业内多个保护芯片共同方案的级联电路设计较少，没有一种较为简易的高串数锂电池组保护电路方案。

发明内容

本发明为克服上述背景技术中所述没有一种较为简易的高串数锂电池组保护电路方案的问题，提供一种级联型电池组保护电路。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一方面，本发明提供了一种级联型电池组保护电路，包括电池组、保险模块、用于控制保险模块进入保护状态的控制模块、第一检测模块以及用于检测电池组电芯温度的第二检测模块；

所述电池组的电压端与所述保险模块的输入端连接，所述保险模块的输出端设置有电压输出端口；所述第一检测模块包括用于检测所述电池组电压大小的第一芯片和第二芯片，所述第一芯片和第二芯片上分别设置有多个电压检测端，所述第一芯片、第二芯片的电压检测端分别与所述电池组中各电池的电压端以及所述电池组的电压端连接；所述第一芯片的电源端与所述电池组的电压端连接，电压信号输出端与所述控制模块的使能端连接；所述第二芯片的电源端与所述第一芯片的公共端连接，电压信号输出端与所述控制模块的使能端连接；所述控制模块的输入端与所述电池组的电压端连接，输出端与所述保险模块的控制端连接。

优选地，还包括用于检测电池组电芯温度的第二检测模块，所述第二检测模块包括MCU芯片和热敏电阻，所述电池组的电压端与所述MCU芯片的供电端连接；所述MCU芯片的第一信号输出端与所述控制模块的使能端连接；所述热敏电阻一端与所述电池组的电压端连接，另一端接地；所述MCU芯片的信号输入端连接在所述热敏电阻一端与所述电池组的电压端之间。

优选地，所述第一芯片和所述第二芯片的型号均为BQ771817；所述MCU芯片的型号为ML62Q1345。

优选地，所述控制模块包括第一MOS管、第二MOS管、第一三极管、第二三极管，所述第一MOS管的栅极与所述第一芯片的电压信号输出端连接，漏极与所述第一三极管的基极连接，源极与所述第一芯片的公共端连接；所述第一三极管的集电极与所述电池组的电压端连接，发射级与所述第二MOS管的栅极连接；所述第二MOS管的漏极与所述保险模块的控制端连接，源极接地；所述第二三极管的基极与所述MCU芯片的第一信号输出端连接，集电极与所述第一三极管的基极连接，发射级接地。

优选地，所述第一MOS管和所述第二MOS管均为N沟道MOS管；所述第一三极管为PNP型三极管；所述第二三极管为NPN型三极管。

优选地，还包括互锁模块，所述互锁模块包括第三MOS管、第三三极管、第四三极管，所述第三MOS管的栅极与所述第二芯片的第二信号输出端连接，源极接地，漏极与外部电压端连接；所述第三三极管的基极与所述MCU芯片的第三信号输出端连接，集电极与所述MCU芯片的第二信号输出端连接，发射级与所述第三MOS管的源极连接；所述第四三极管的基极与所述第三三极管的集电极连接，集电极与所述MCU芯片的第二信号输出端连接，发射级与所述第三MOS管的源极连接。

优选地，所述第三MOS管为N沟道MOS管；所述第三三极管和所述第四三极管均为NPN型三极管。

优选地，所述保险模块包括三端保险丝，所述三端保险丝的输入端与所述电池组的电压端连接，输出端设置有所述电压输出端口，控制端与所述控制模块的输出端连接。

优选地，还包括使能电路，所述使能电路包括第一电容和第一电阻，所述第一电容连接在所述控制模块的使能端与所述第二检测模块的第一信号输出端之间；所述第一电阻并联在所述第一电容两端。

优选地，所述控制模块还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述MCU芯片的第一信号输出端连接，阴极与所述控制模块的使能端连接。

其有益效果在于：

本发明采用级联型电芯来实现保护多电池组的使用。当第一芯片或第二芯片检测到电池组的电压过大时，就会发出令控制模块控制保险模块断开的电压信号，以此令电池组停止给外部供电，实现了多个芯片检测保护电池的工作，防止电池电压过大，更加的简易可行。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的第一电路结构图。

图3是本发明的第二电路结构图。

其中：电池组10、保险模块20、第一检测模块30、控制模块40、第二检测模块50、互锁模块60。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，本发明提供了一种级联型电池组保护电路，包括电池组10、保险模块20、控制模块40、第一检测模块30以及第二检测模块50。

具体的，请参考图2，电池组10的电压端与保险模块20的输入端连接，保险模块20的输出端设置有电压输出端口。

在一些优选地实施例中，保险模块20可以为三端保险丝F1。三端保险丝F1的输入端与电池组10的电压端连接，输出端设置有电压输出端口，控制端与控制模块40的输出端连接。三端保险丝F1能够起到导通作用，其是在主保护电路之外，作为一个二次保护模块，确保电池组10的安全避免电池组10释放的过大的电压，导致电池组10损坏。

第一检测模块30包括用于检测电池组10电压大小的第一芯片U1和第二芯片U2，第一芯片U1和第二芯片U2上分别设置有多个电压检测端，第一芯片U1、第二芯片U2的电压检测端分别与电池组中各电池的电压端以及电池组的电压端连接；第一芯片U1的电源端U1_VDD与电池组10的电压端连接，电压信号输出端U1_OUT与控制模块40的使能端连接。第二芯片U2的电源端U2_VDD与第一芯片U1的公共端U1_VSS连接，电压信号输出端U2_OUT与控制模块40的使能端连接。

控制模块40的输入端与电池组10的电压端连接，输出端与保险模块20的控制端连接。

其中，第一芯片U1和第二芯片U2的型号均为BQ771817。第一芯片U1和第二芯片U2均通过电压检测端来检测电池组10中各电池的电压大小，若电池组10的电压过大，第一芯片U1或第二芯片U2可以输出高电平信号给到控制模块40，令控制模块40控制保险模块20的关断，进而控制电池组10输出到外部电路的电压。

第二检测模块50包括MCU芯片U3和热敏电阻RT1和第二电容C2。MCU芯片U3由电池组10供电，即电池组10的电压端与MCU芯片U3的供电端连接。电池组10的电压端与MCU芯片U3的信号输入端U3_1连接。MCU芯片U3的第一信号输出端U3_2与控制模块40的使能端连接。热敏电阻RT1一端与MCU芯片U3的信号输入端U3_1连接，另一端接地。

在一些优选的实施例中，第二检测模块50还包括第二电容C2。第二电容并联在热敏电阻RT1的两端，主要起到滤波作用。

在本实施例中，MCU芯片U3的型号为ML62Q1345。热敏电阻RT1的类型为NTC(负温度系数)电阻，其电阻值随温度的升高而降低，可以将其与电池组10贴合，以检测电池组10的温度；当电池组10的温度升高时，热敏电阻RT1的电阻值降低使分压作用减少，MCU芯片U3检测到信号输入端U3_1的电压值变化，从而输出脉冲方波信号给到控制模块40，令控制模块40控制保险模块20的关断，进而控制电池组10输出到外部电路的电压。

通过上述模块的结构连接，本实施例的工作原理为：第一芯片U1和第二芯片U2级联检测电池组10的电压大小，当检测到电池组10的电压过大时，第一芯片U1或第二芯片U2发出电压信号给到控制模块40，控制模块40动作，拉低保险模块20的工作电压，使保险模块20关断，从而电池组10与外部电路不导通。MCU芯片U3检测经热敏电阻RT1分压的电池组10电压大小，当MCU芯片U3检测到其信号输入端U3_1的电压低于设定值时，发出电压信号给到控制模块40，控制模块40动作，拉低保险模块20的工作电压，使保险模块20关断，从而电池组10与外部电路不导通。经过上述步骤，可以对电池组10进行保护。

实施例二：

在第一个实施例的基础上，本实施例的不同点在于：

本实施例的控制模块40包括第一MOS管T1、第二MOS管T2、第一三极管Q1、第二三极管Q2，第一MOS管T1的栅极与第一芯片U1的电压信号输出端U1_OUT连接，漏极与第一三极管Q1的基极连接，源极与第一芯片U1的公共端U1_VSS连接；第一三极管Q1的集电极与电池组10的电压端连接，发射级与第二MOS管T2的栅极连接；第二MOS管T2的漏极与保险模块20的控制端连接，源极接地；第二三极管Q2的基极与MCU芯片U3的第一信号输出端U3_2连接，集电极与第一三极管Q1的基极连接，发射级接地。

在本实施例中，第一MOS管T1和第二MOS管T2均为N沟道MOS管，第一三极管Q1为PNP型三极管。第二三极管Q2为NPN型三极管。在控制模块40中可以设置多个分压电阻和电容，还可以设置多个二极管防止电流逆流损坏元器件，例如，设置第一二极管D1的阳极与MCU芯片U3的第一信号输出端U3_2连接，阴极与控制模块40的使能端连接，以防止电流逆流损坏MCU芯片U3。

在一些优选的实施例中，还包括有使能电路。使能电路包括第一电容C1和第一电阻R1，第一电容C1连接在控制模块40的使能端与第二检测模块50的第一信号输出端U3_2之间。

第一电阻R1并联在第一电容C1两端。

通过上述的元器件的结构连接，本实施例的工作原理可以为：

当第一芯片U1、第二芯片U2和MCU芯片U3检测到每节电池电压和电芯温度小于保护板保护参数时，第一芯片U1、第二芯片U2和MCU芯片U3输出提供低电平，使第一三极管Q1截止、第一MOS管T1截止、第二MOS管T2截止、第二三极管Q2截止，从而使第二MOS管T2截止，电池保护板正常工作。

当第一芯片U1检测到每节电池电压大于保护板保护参数时，第一芯片U1的电压信号输出端U1_OUT输出高电平，驱动第一MOS管T1导通，第一MOS管T1导通驱动第一三极管Q1导通，第一三极管Q1导通驱动第二MOS管T2导通拉低保险模块20的电压，保险模块20断开后不工作，电池保护板进入保护状态。

当第二芯片U2检测到每节电池电压大于保护板保护参数时，第二芯片U2的电压信号输出端U2_OUT输出高电平，驱动第二MOS管T2导通拉低保险模块20的电压，保险模块20断开后不工作，电池保护板进入保护状态。

当MCU芯片U3检测到每节电池电压和电芯温度大于保护板保护参数时，MCU芯片U3的第一信号输出端U3_2输出脉冲方波信号，以驱动第二三极管Q2导通，第二三极管Q2导通驱动第一三极管Q1导通，第一三极管Q1导通驱动第二MOS管T2导通拉低保险模块20的电压，保险模块20断开后不工作，电池保护板进入保护状态。

实施例三：

在实施例一或实施例二的基础上，本实施例的不同点在于：

结合图3所示，本实施例中包括互锁模块60包括第三MOS管T3、第三三极管Q3、第四三极管Q4，第三MOS管T3的栅极与第二芯片U2的第二信号输出端U3_3U3_3连接，源极接地，漏极与外部电压端连接；第三三极管Q3的基极与MCU芯片U3的第三信号输出端U3_4连接，集电极与MCU芯片U3的第二信号输出端U3_3连接，发射级与第三MOS管T3的源极连接；第四三极管Q4的基极与第三三极管Q3的集电极连接，集电极与MCU芯片U3的第二信号输出端U3_3连接，发射级与第三MOS管T3的源极连接。

在本实施例中，第三MOS管T3为N沟道MOS管；第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN型三极管。

通过上述元器件的结构连接，本实施例的工作原理为：

当MCU芯片U3检测到每节电池电压和电芯温度大于保护板保护参数时，MCU芯片U3的第二信号输出端U3_3和第三信号输出端U3_4同时输出低电平，经过第三三极管Q3和第四三极管Q4控制，第三MOS管T3关断，保护板进入保护状态。

当MCU芯片U3第二信号输出端U3_3和第三信号输出端U3_4任意一个损坏短路出现异常时，MCU芯片U3输出高电平信号不能通过第三三极管Q3和第四三极管Q4驱动第三MOS管T3，第三MOS管T3关断，从而实现锂电池组安全保护。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

虽然对本发明的描述是结合以上具体实施例进行的，但是，熟悉本技术领域的人员能够根据上述的内容进行许多替换、修改和变化、是显而易见的。因此，所有这样的替代、改进和变化都包括在附后的权利要求的精神和范围内。