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電池保護芯片、電路及方法

文檔序號:7333447閱讀:153來源:國知局
專利名稱:電池保護芯片、電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種電池保護芯片,特別是涉及一種既可對電池進行過壓欠壓檢測又可進行電量均衡的電池保護芯片、電路及方法。
背景技術(shù)
隨著電子產(chǎn)品及系統(tǒng)的需求不斷擴大,蓄電池如可再充電池得到了快速的發(fā)展。 蓄電池有多種類型,比如鋰電池和鉛酸電池。一個蓄電池可包括多個單電池。蓄電池經(jīng)過長時間正常的充、放電之后可能會引起每個單電池之間的電池電壓不一致,其主要原因是由于每個單電池的內(nèi)阻有一定的差距。隨著充放電循環(huán)次數(shù)的增加,內(nèi)阻差異不斷擴大。而單電池的內(nèi)阻越大,容量就越小,因此整個蓄電池的容量最終只能按容量最小的單電池來確定。而容量最小的單電池在充放電過程中會比其他單電池負擔(dān)更重,當(dāng)容量最小的單電池性能達到某個臨界點時,其性能會呈雪崩式的急劇下降而失效,整個蓄電池會由于這個單電池的失效而整體報廢。因此,為了延長蓄電池的使用壽命,需要采用電量均衡技術(shù)來對蓄電池中的單電池進行均衡操作。通常的電池保護芯片會集成過壓(Over-Voltage,或者稱之為過充電)檢測、欠壓 (Under-Voltage,或者稱之為過放電)檢測、過流和短路(Over-Current &Short_Circuit) 檢測等基本的保護功能,用于保護鋰電池的安全,但目前的電池保護芯片沒有電量均衡的功能,需要采用額外的具有電量均衡功能的有源器件或穩(wěn)壓器來實現(xiàn)均衡充電。因此,增加了應(yīng)用成本以及電路板的面積,且額外增加的有源器件有靜態(tài)功耗,也要消耗更多的電流。 此外,目前的有源器件的均衡功能主要是采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器來完成,需要高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器和精密的算法來實現(xiàn),因此,成本更加昂貴,且當(dāng)單電池串聯(lián)的節(jié)數(shù)越多,需要的有源器件或穩(wěn)壓器就越多。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種可對電池進行過壓欠壓檢測以及電量均衡且可降低成本的電池保護芯片、電路及方法。本發(fā)明提供了一種電池保護芯片,包括過壓欠壓檢測模塊,用于對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測,所述芯片還包括第一引腳,與一對應(yīng)的單電池的正極相連,并通過均衡電阻與第一電子開關(guān)的第一端相連;第二引腳,與單電池的負極以及第一電子開關(guān)的第二端相連;以及第三引腳,與第一電子開關(guān)的第三端相連,芯片通過第一引腳和第二引腳檢測單電池兩端的電壓,并通過第三引腳輸出一第一控制信號以導(dǎo)通第一電子開關(guān),從而使單電池通過第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。本發(fā)明還提供了一種電池保護電路,用于對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測,所述電路包括過壓欠壓檢測模塊,與單電池相連,用于對單電池進行過壓欠壓檢測; 以及均衡檢測模塊,與過壓欠壓檢測模塊相連,并通過第一電子開關(guān)與單電池相連,均衡檢測模塊檢測單電池兩端的電壓,并輸出第一控制信號以導(dǎo)通第一電子開關(guān),從而使單電池
5通過第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用于上述電池保護芯片的電池保護方法,包括對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測步驟,方法還包括設(shè)定單電池的均衡開始電壓;通過第一引腳以及第二引腳檢測單電池兩端的電壓;比較單電池兩端的電壓以及均衡開始電壓;當(dāng)單電池兩端的電壓大于均衡開始電壓時通過第三引腳輸出第一控制信號以導(dǎo)通與單電池相連的第一電子開關(guān),從而使單電池放電以進行電量均衡。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明電池保護芯片、電路及方法不僅可通過過壓欠壓檢測模塊對單電池進行過壓欠壓檢測,還可通過均衡檢測模塊進行電量均衡,無需額外的有源器件來做均衡,因此可降低成本及功耗,同時還可減小電路板的面積。以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細的說明,以使本發(fā)明的特性和優(yōu)點更為明顯。


圖1所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護芯片;圖2所示為圖1中根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖;圖3所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護電路;圖如所示為圖3中根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護電路應(yīng)用于斷線檢測的電路示意圖;圖4b所示為圖3中根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的電池保護電路應(yīng)用于斷線檢測的電路示意圖;圖5所示為圖4中根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護電路用于斷線檢測的脈沖信號示意圖;及圖6所示為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的電池保護方法的流程圖。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的實施例給出詳細的說明。盡管本發(fā)明將結(jié)合一些具體實施方式
進行闡述和說明,但需要注意的是本發(fā)明并不僅僅只局限于這些實施方式。相反,對本發(fā)明進行的修改或者等同替換,均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。本發(fā)明的實施例提供了電池保護芯片、電路及方法。在一個實施例中,電池保護芯片包括過壓欠壓檢測模塊,用于對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測,該芯片還包括一第一引腳、第二引腳以及第三引腳。第一引腳與單電池的正極相連,并通過均衡電阻與第一電子開關(guān)的第一端相連;第二引腳與單電池的負極以及第一電子開關(guān)的第二端相連;第三引腳與第一電子開關(guān)的第三端相連,該芯片通過第一引腳和第二引腳檢測單電池兩端的電壓,并通過第三引腳輸出第一控制信號以導(dǎo)通第一電子開關(guān),從而使單電池通過第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。如圖1所示,電池保護芯片100用于對蓄電池110進行過壓欠壓檢測,該蓄電池 110包括若干串聯(lián)的單電池CELL_N,該蓄電池110可以是,但不限制于,鋰電池或鉛酸電池。 電池保護芯片100包括第一引腳VC_N、第二引腳VC_M以及第三引腳CB_N。第一引腳VC_N 通過電阻RF_N與單電池CELL_N的正極相連,并通過電阻RF_N與均衡電阻RB_N與MOS場
6效應(yīng)管QB_N的漏極相連;第二引腳VC_M通過電阻RF_M與所述單電池CELL_N的負極以及 MOS場效應(yīng)管QB_N的源極相連;第三引腳CB_N與MOS場效應(yīng)管QB_N的柵極相連。芯片100 通過第一引腳VC_N和第二引腳VC_M檢測單電池CELL_N兩端的電壓,并通過第三引腳CB_N 輸出第一控制信號以導(dǎo)通MOS場效應(yīng)管QB_N,從而使單電池CELL_N通過MOS場效應(yīng)管QB_ N放電以進行電量均衡。在一個實施例中,芯片100還通過均衡顯示模塊120顯示單電池CELL_N的均衡操作狀態(tài)。在一個實施例中,均衡顯示模塊120包括發(fā)光二極管Dll以及電阻R11。發(fā)光二極管Dll的陽極通過電阻RF_N與第一引腳VC_N相連,發(fā)光二極管Dll的陰極通過電阻Rll 與MOS場效應(yīng)管QB_N的漏極相連。當(dāng)芯片100通過第三引腳CB_N輸出第一控制信號導(dǎo)通 MOS場效應(yīng)管QB_N以對單電池CELL_N進行均衡操作時,發(fā)光二極管Dll發(fā)光。在一個實施例中,芯片100還可通過第三引腳CB_N對單電池CELL_N進行斷線檢測,以檢測單電池CELL_N&正負極與芯片100的第一引腳VC_N以及第二引腳VC_M之間是否發(fā)生斷線。在一個實施例中,芯片100的第一引腳VC_N以及第二引腳VC_M分別通過電阻RF_N、RF_M與電容CF_N的正負極相連。芯片100通過第三引腳CB_N輸出第二控制信號,并交替導(dǎo)通MOS場效應(yīng)管QB_N以及與MOS場效應(yīng)管QB_N相鄰的其他MOS場效應(yīng)管,從而改變MOS場效應(yīng)管QB_N以及芯片100的第一引腳VC_N之間的電容的電壓,并根據(jù)芯片100的第一引腳VC_N以及第二引腳間的電壓判斷單電池CELL_N是否發(fā)生斷線。在一個實施例中,當(dāng)?shù)谝灰_VC_N以及第二引腳VC_M之間的電壓發(fā)生過壓或欠壓兩者任意一種情況時,即判斷單電池CELL_N發(fā)生斷線,以下將結(jié)合圖4進行更詳細的描述。在一個實施例中,芯片100還包括第四引腳W0,用于當(dāng)芯片100檢測到單電池 CELL_N發(fā)生斷線時輸出斷線指示信號給斷線指示電路130。在一個實施例中,斷線指示電路120包括MOS場效應(yīng)管Q12、電阻R12以及發(fā)光二極管D12。其中,MOS場效應(yīng)管Q12的柵極與芯片100的第四引腳WO相連以接收斷線指示信號,MOS場效應(yīng)管Q12的源極接地, 其漏極通過電阻R12與發(fā)光二極管D12的陰極相連。發(fā)光二極管D12的陽極接蓄電池110 的正極。當(dāng)芯片100檢測到單電池CELL_N&生斷線時,第四引腳WO輸出斷線指示信號給斷線指示模塊130,從而使MOS場效應(yīng)管Q12導(dǎo)通,發(fā)光二極管D12發(fā)光。請繼續(xù)參考圖2,圖2結(jié)合圖1進一步說明本發(fā)明電源保護芯片100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 在圖2的例子中,芯片100包括正電源引腳VCC、負電源引腳VSS、引腳VC_1-VC_5以及引腳 CB_1-CB_5,因此,在圖2的例子中,芯片100可用于對五個串聯(lián)的單電池進行過壓均衡以及斷線檢測,例如,單電池CELL_1-CELL_5 (圖如所示)。其中,正電源引腳VCC用于接收芯片 100的工作電壓,負電源引腳VSS接地。弓丨腳VC_1-VC_5作為第一引腳、第二引腳與對應(yīng)的單電池相連。引腳CB_1-CB_5作為第三引腳與對應(yīng)的單電池的MOS場效應(yīng)管QB_N相連,例如,MOS場效應(yīng)管QB_1-QB_5 (圖乜所示)。在一個實施例中,芯片100包括斷線檢測模塊210、均衡檢測模塊220、過壓欠壓檢測模塊230、脈沖發(fā)生器MO以及斷線檢測輸出驅(qū)動模塊250。斷線檢測模塊210包括若干斷線檢測單元211-215,分別與對應(yīng)的引腳VC_1-VC_5以及引腳CB_1_CB_5相連,用于為對應(yīng)的單電池進行斷線檢測。斷線檢測模塊210還與脈沖發(fā)生器240相連以接收脈沖發(fā)生器 240輸出的脈沖信號。均衡檢測模塊220包括若干均衡檢測單元211-215,分別與對應(yīng)的引腳VC_1-VC_5以及引腳CB_1-CB_5相連,用于為對應(yīng)的單電池CELL_N進行電量均衡。過壓欠壓檢測模塊230包括若干過壓欠壓檢測單元231-235,分別與對應(yīng)的引腳VC_1_VC_5相連,用于檢測對應(yīng)的單電池CELL_N兩端的電壓以進行過壓欠壓檢測。具體地說,均衡檢測模塊220可通過引腳VC_1_VC_5分別檢測對應(yīng)的單電池CELL_ N兩端的電壓,若單電池CELL_N兩端的電壓大于設(shè)定的均衡開始電壓,判定所述單電池 CELL_N處于均衡狀態(tài),均衡檢測模塊220通過對應(yīng)的引腳CB_1_CB_5輸出第一控制信號以導(dǎo)通對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_N,從而使對應(yīng)的單電池CELL_N放電以進行電量均衡。在一個實施例中,芯片100還包括均衡計時器21,當(dāng)單電池CELL_N兩端的電壓大于設(shè)定的均衡開始電壓時,均衡檢測模塊220輸出均衡信號通過與門201給均衡計時器21,當(dāng)單電池CELL_ N兩端的電壓大于設(shè)定的均衡開始電壓超過一定時間時,判定所述單電池CELL_N#于均衡狀態(tài),均衡計時器21輸出均衡狀態(tài)信號。過壓欠壓檢測模塊230通過引腳VC_1_VC_5分別檢測對應(yīng)的單電池CELL_N兩端的電壓,以判斷單電池CELL_N兩端的電壓是否大于設(shè)定的過壓保護電壓或小于設(shè)定的欠壓保護電壓。過壓欠壓檢測模塊230可采用現(xiàn)有的過壓欠壓檢測技術(shù)來實現(xiàn),如通過比較器來實現(xiàn),在此不再贅述。在一個實施例中,芯片100包括過壓計時器22以及欠壓計時器 23。當(dāng)單電池CELL_N兩端的電壓大于過壓保護電壓或小于欠壓保護電壓時,過壓欠壓檢測模塊230分別輸出過壓信號以及欠壓信號并通過與門202、203給過壓計時器22以及欠壓計時器23,若單電池CELL_N兩端的電壓大于過壓保護電壓或小于欠壓保護電壓一定時間時,判定單電池CELL_N處于過壓狀態(tài)或欠壓狀態(tài),過壓計時器22以及欠壓計時器23分別輸出過壓狀態(tài)信號以及欠壓狀態(tài)信號。在一個實施例中,均衡計時器21、過壓計時器22以及欠壓計時器23輸出的狀態(tài)信號,比如高電平信號,通過一個與非門204給脈沖發(fā)生器240來控制脈沖發(fā)生器240輸出脈沖信號。因此,當(dāng)單電池CELL_N處于均衡狀態(tài)、過壓狀態(tài)或欠壓狀態(tài)的任意一種情況時,脈沖發(fā)生器240均不發(fā)出脈沖信號進行斷線檢測,如此避免與均衡操作時共用MOS場效應(yīng)管以及避免單電池CELL_N自身正常充放電時發(fā)生的過壓欠壓引起的錯誤的檢測結(jié)果。例如, 當(dāng)單電池CELL_N正常放電到一定程度時,單電池電壓小于欠壓保護電壓,過壓欠壓檢測模塊230輸出欠壓信號,但此時單電池CELL_N實際上并未發(fā)生斷線。此后單電池CELL_N繼續(xù)放電,電池電壓繼續(xù)降低,因此當(dāng)單電池CELL_N的電池電壓小于欠壓保護電壓一定時間時,欠壓計時器23輸出欠壓狀態(tài)信號表示單電池CELL_N因自身正常放電而處于欠壓狀態(tài)。因此,當(dāng)單電池CELL_Nf處于過壓狀態(tài)、欠壓狀態(tài)或均衡狀態(tài)任意一種情況時, 與非門204輸出高電平信號,脈沖發(fā)生器240輸出脈沖信號給斷線檢測模塊210進行斷線檢測。在一個實施例中,脈沖發(fā)生器240交替輸出第一脈沖信號以及第二脈沖信號控制斷線檢測單元211-215輸出第二控制信號以交替導(dǎo)通排序為奇數(shù)的單電池以及排序為偶數(shù)的單電池所對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_N,比如,脈沖發(fā)生器240在第一時間輸出第一脈沖信號控制斷線檢測單元211、213、215輸出第二控制信號以導(dǎo)通單電池CELL_1、CELL_3、CELL_5 所對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_1、QB_3、QB_5,脈沖發(fā)生器240在第二時間輸出第二脈沖信號控制斷線檢測單元212、214輸出第二控制信號以導(dǎo)通單電池CELL_2、CELL_4所對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_2、QB_4,從而改變與對應(yīng)的單電池CELL_N對應(yīng)的電容CF_N上的電壓,并通過對應(yīng)的過壓欠壓檢測單元231-235檢測單電池CELL_N第一引腳和第二引腳兩端的電壓。在一個實施例中,過壓欠壓檢測單元231-235在脈沖信號的下降沿檢測單電池CELL_N第一引
8腳和第二引腳兩端的電壓,以下將結(jié)合圖4圖5進行詳細的描述。因此當(dāng)單電池CELL_N第一引腳和第二引腳兩端的電壓發(fā)生過壓或欠壓時,過壓欠壓檢測模塊230輸出過壓或欠壓信號并通過與門205輸出給計數(shù)器M,計數(shù)器M自動加1。在一個實施例中,為避免外界環(huán)境中的噪聲或振動的干擾,單電池CELL_N第一引腳和第二引腳兩端的電壓在連續(xù)四個脈沖的下降沿被檢測為過壓或欠壓時,計數(shù)器M輸出斷線狀態(tài)信號給斷線檢測輸出驅(qū)動模塊250,斷線檢測輸出驅(qū)動模塊250輸出斷線指示信號通過引腳WO給外部的斷線指示模塊,如斷線指示模塊130。圖3以單電池CELL_2為例進一步說明本發(fā)明電池保護電路。圖3中與圖1、圖 2標(biāo)號相同的元件具有相似的功能。在圖3的例子中,電池保護電路300包括斷線檢測單元212、均衡檢測單元222、過壓檢測單元232、脈沖發(fā)生器MO以及斷線檢測輸出驅(qū)動模塊 250。單電池CELL_2的正極通過電阻RF_2與芯片100的引腳VC_2相連,并通過均衡電阻 RB_2與MOS場效應(yīng)管QB_2的漏極相連。單電池CELL_2的負極通過電阻RF_1與芯片100 的引腳vc_l相連,并與MOS場效應(yīng)管QB_2的源極相連。MOS場效應(yīng)管QB_2的柵極與芯片 100的引腳CB_2相連。MOS場效應(yīng)管QB_2與VC_2之間設(shè)置有電容CF_2。在圖3的例子中,均衡檢測模塊220包括一均衡比較器302、一分壓電路304以及一均衡驅(qū)動電路306。均衡比較器302的反相輸入端通過分壓電路304接收單電池電壓 CELL_2的分壓信號,均衡比較器302的同相輸入端接收一基準(zhǔn)電壓信號Vref,所述均衡比較器302的輸出端與均衡驅(qū)動電路306相連。分壓電路304包括串聯(lián)在引腳VC_1與引腳 VC_2之間的第一電阻R31、第二電阻R32、第三電阻R33以及與第三電阻R33并聯(lián)的MOS場效應(yīng)管Q31。均衡比較器302的反相輸入端與第一電阻R31、第二電阻R32之間的節(jié)點相連用于接收所述分壓信號。均衡驅(qū)動電路306包括串聯(lián)在引腳VC_1與引腳VC_2之間的MOS 場效應(yīng)管Q32以及第四電阻R34,MOS場效應(yīng)管Q32與MOS場效應(yīng)管Q31的柵極相連,MOS 場效應(yīng)管Q32的源極接引腳VC_2,漏極接引腳CB_2,并通過電阻R34與引腳VC_1相連。當(dāng)單電池CELL_2的電壓VC2大于均衡開始電壓VB_U時,均衡檢測單元222通過引腳CB_2輸出第一控制信號以導(dǎo)通MOS場效應(yīng)管QB_2,從而使單電池CELL_2通過MOS場效應(yīng)管QB_2放電以進行電量均衡,均衡電流則由均衡電阻RB_2來限制。具體地說,當(dāng)單電池CELL_2兩端的電壓VC2大于均衡開始電壓VB_U時,均衡比較器302的反相輸入端的分壓信號大于同相輸入端的基準(zhǔn)電壓信號Vref,因此均衡比較器302的輸出端通過均衡計時器21計時后輸出低電平信號,因此MOS場效應(yīng)管Q31導(dǎo)通,第三電阻R33被短路,同時均衡驅(qū)動電路306中的MOS管Q32導(dǎo)通,第四電阻R34上產(chǎn)生的電壓作為第一控制信號通過引腳CB_2輸出,以導(dǎo)通MOS場效應(yīng)管QB_2導(dǎo)通,從而使單電池CELL_2通過MOS場效應(yīng)管 QB_2放電以進行電量均衡,同時均衡顯示模塊120中的發(fā)光二極管Dll發(fā)光以顯示單電池 CELL_2處于均衡操作狀態(tài)。當(dāng)單電池CELL_2的電壓VC2小于設(shè)定的均衡解除電壓時VB_L時,均衡檢測單元 222停止對單電池CELL_2進行均衡操作,即當(dāng)均衡比較器302的反相輸入端的電壓小于同相輸入端的基準(zhǔn)電壓Vref時,均衡比較器302的輸出端輸出高電平信號,因此MOS場效應(yīng)管Q31、Q32以及QB_2相繼斷開,從而使單電池CELL_2停止放電。在圖3的例子中,單電池CELL_2的均衡開始電壓VB_U可通過以下公式得到VB_U = (l+RH/R2+Rl/R2)*Vref ;
單電池CELL_2的均衡解除電壓VB_L可通過以下公式得到VB_L = (l+Rl/R2)*Vref ;因此,通過調(diào)整電阻R31、R32、R33的比例關(guān)系可設(shè)定所需的均衡開始電壓VB_U以及均衡解除電壓VB_L,以控制單電池CELL_2的均衡操作。在圖3的例子中,斷線檢測模塊212包括MOS場效應(yīng)管Q33、第五電阻R35以及電流源308。MOS場效應(yīng)管Q33的源極與引腳VC_2相連,其柵極通過第五電阻R35與引腳VC_2 相連,并接收電流源308的電流信號,MOS場效應(yīng)管Q33的漏極與引腳CB_2相連。當(dāng)均衡檢測單元222停止對單電池CELL_2進行均衡操作且過壓欠壓檢測單元232 檢測單電池CELL_2不處于過壓狀態(tài)或欠壓狀態(tài),則脈沖發(fā)生器240發(fā)出脈沖信號給電流源 308,電流源308產(chǎn)生電流信號流經(jīng)所述第五電阻R35,從而通過第五電阻R35上的電壓導(dǎo)通所MOS場效應(yīng)管Q33,以使引腳CB_2輸出第二控制信號導(dǎo)通MOS場效應(yīng)管QB_2。若此時單電池CELL_2發(fā)生斷線,則電容CF_2進行充放電從而使引腳VC_1與VC_2之間的電壓發(fā)生過壓或欠壓,引腳VC_1與VC_2之間的電壓通過過壓欠壓檢測單元232檢測。以下結(jié)合圖4a、圖5來說明本發(fā)明電源保護電路300對單電池CELL_2進行斷線檢測。如圖5所示,脈沖發(fā)生器240交替產(chǎn)生第一脈沖信號Sl以及第二脈沖信號S2,以控制相鄰的單電池CELL_N所對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_N交替導(dǎo)通,例如,脈沖發(fā)生器240在第一時間輸出第一脈沖信號Sl使單電池CELL_1、CELL_3、CELL_5對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_1、QB_3、 QB_5導(dǎo)通,脈沖發(fā)生器240在第二時間輸出第二脈沖信號S2使單電池CELL_2、CELL_4對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_2、QB_4導(dǎo)通。其中,脈沖信號Si、S2的脈沖寬度Tp為500uS,脈沖信號Si、S2的下降沿之間的寬度Tw為Is。在一個實施例中,斷線檢測模塊230在脈沖信號的下降沿對單電池CELL_1-CELL_5進行斷線檢測。圖如中以單電池CELL_2的正極發(fā)生斷線作為例子進行說明。當(dāng)脈沖發(fā)生器MO輸出第一脈沖信號Sl檢測單電池CELL_1、CELL_3、CELL_5時, 即MOS場效應(yīng)管QB_1、QB_3、QB_5導(dǎo)通,此時引腳CB_1、CB_3、CB_5的電壓由低變成高,因 CELL_2的正極發(fā)生斷線,因此有電流流經(jīng)RB_3和電阻RF_2對電容CF_2進行充電。經(jīng)過一定時間Tp后,引腳VC_1與VC_2之間的電壓被檢測為發(fā)生過壓。因此,當(dāng)過壓欠壓檢測單元232在第一脈沖信號Sl的下降沿檢測到引腳VC_2、VC_1之間發(fā)生過壓時,可判斷單電池 CELL_2的正極發(fā)生斷線。當(dāng)脈沖發(fā)生器240輸出第二脈沖信號S2檢測單電池CELL_2、CELL_4時,即MOS場效應(yīng)管QB_2、QB_4導(dǎo)通,引腳CB_2、CB_4的電壓由低變成高,因CELL_2的正極發(fā)生斷線,因此電容CF_2通過電阻RF_2和RB_2放電,經(jīng)過一定時間Tp后,引腳VC_1與VC_2之間的電壓被檢測為發(fā)生欠壓。因此,當(dāng)過壓欠壓檢測單元232在第二脈沖信號S2的下降沿檢測到引腳VC_2、VC_1之間發(fā)生欠壓時,可判斷單電池CELL_2的正極發(fā)生斷線。在另一個實施例中,如圖4b所示,電容CF_1_CF_5的負極均被拉到負電源VSS,當(dāng)單電池CELL_N發(fā)生斷線時,其對應(yīng)的電容CF_N在斷線檢測時也會根據(jù)脈沖發(fā)生器240輸出的第一脈沖信號Sl和第二脈沖信號S2而相應(yīng)地發(fā)生充電或放電,因此可根據(jù)引腳VC_N 與間的電壓判斷對應(yīng)的單電池CELL_N是否發(fā)生斷線。在一個實施例中,為避免外界環(huán)境的噪聲或振動的干擾所產(chǎn)生的影響,以連續(xù)四個脈沖信號檢測單電池是否發(fā)生過壓或欠壓,比如在連續(xù)的四個脈沖信號中,兩個第一脈沖信號Sl判斷單電池CELL_2發(fā)生過壓,兩個第二脈沖信號判斷單電池CELL_2發(fā)生欠壓, 則計數(shù)器M輸出斷線狀態(tài)信號給斷線檢測輸出驅(qū)動模塊250,斷線檢測輸出驅(qū)動模塊250 輸出斷線指示信號給斷線指示單元130。圖6所示為應(yīng)用本發(fā)明電池保護芯片100的電池保護方法600的流程圖。本發(fā)明電池保護方法包括過壓欠壓檢測的步驟,該方法還包括以下步驟。步驟610 設(shè)定單電池CELL_N的均衡開始電壓。步驟612 通過第一引腳VC_N、第二引腳VC_M檢測單電池CELL_N兩端的電壓。步驟614 比較單電池CELL_N兩端的電壓以及均衡開始電壓。在一個實施例中, 若單電池CELL_N兩端的電壓大于均衡開始電壓并超過一定時間時,進入均衡狀態(tài),則執(zhí)行步驟616 ;若單電池CELL_N兩端的電壓小于均衡開始電壓,沒有進入均衡狀態(tài),則執(zhí)行步驟 620。在一個實施例中,步驟614還包括比較單電池CELL_N兩端的電壓以及過壓保護電壓和欠壓保護電壓,并判斷單電池CELL_N是否處在過壓狀態(tài)或欠壓狀態(tài),若單電池CELL_N不處于均衡狀態(tài)、過壓狀態(tài)或欠壓狀態(tài)任一種情況,則執(zhí)行步驟620。步驟616 通過第三引腳CB_N輸出第一控制信號以導(dǎo)通與單電池CELL_N相連的 MOS場效應(yīng)管QB_N,從而使單電池CELL_N放電以進行電量均衡。步驟620 通過脈沖發(fā)生器240輸出脈沖信號給對應(yīng)的電流源。在一個實施例中, 脈沖發(fā)生器240交替輸出第一脈沖信號Sl以及第二脈沖信號S2。步驟622 通過該電流源產(chǎn)生電流信號;步驟624 根據(jù)該電流信號產(chǎn)生第二控制信號并通過第三引腳CB_N輸出以導(dǎo)通 MOS場效應(yīng)管QB_N,從而改變設(shè)置在MOS場效應(yīng)管QB_N與第一引腳VC_N之間的電容CF_N 的電壓。在一個實施例中,脈沖發(fā)生器240交替輸出的第一脈沖信號Sl以及第二脈沖信號 S2交替控制相鄰的單電池所對應(yīng)的MOS場效應(yīng)管QB_N導(dǎo)通。步驟626 檢測第一引腳VC_N與第二引腳VC_M之間之間的電壓。在一個實施例中,在第一脈沖信號Sl或第二脈沖信號S2的下降沿,對第一引腳VC_N與第二引腳間的電壓進行檢測。步驟628 根據(jù)第一引腳VC_N及第二引腳VC_M之間的電壓對單電池CELL_N進行斷線檢測。在一個實施例中,在第一脈沖信號Sl或第二脈沖信號S2的下降沿,當(dāng)?shù)谝灰_ VC_N及第二引腳VC_M之間的電壓發(fā)生過壓或欠壓兩者任意一種情況時,判斷單電池CELL_ N發(fā)生斷線。在另一個實施例中,為避免外界干擾,在脈沖發(fā)生器240連續(xù)輸出的四個脈沖信號的下降沿,若第一引腳VC_N及第二引腳VC_M之間的電壓均發(fā)生過壓或欠壓兩者任意一種情況時,則判定單電池CELL_N發(fā)生斷線。因此,本發(fā)明電池保護芯片、電路及方法不僅可通過過壓欠壓檢測模塊230對單電池CELL_N進行過壓欠壓檢測,還可通過均衡檢測模塊220進行電量均衡,從而延長蓄電池110的使用壽命,無需額外的有源器件來做均衡,因此可降低成本及功耗,同時還可減小電路板的面積,此外,本發(fā)明電池保護芯片、電路及方法還可通過斷線檢測模塊210對單電池CELL_N進行斷線檢測,因此可使蓄電池110得到更好的保護。上文具體實施方式
和附圖僅為本發(fā)明之常用實施例。顯然,在不脫離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明精神和發(fā)明范圍的前提下可以有各種增補、修改和替換。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解,本發(fā)明在實際應(yīng)用中可根據(jù)具體的環(huán)境和工作要求在不背離發(fā)明準(zhǔn)則的前提下
11在形式、結(jié)構(gòu)、布局、比例、材料、元素、組件及其它方面有所變化。因此,在此披露之實施例僅用于說明而非限制,本發(fā)明之范圍由后附權(quán)利要求及其合法等同物界定,而不限于此前之描述。
權(quán)利要求
1.一種電池保護芯片,包括過壓欠壓檢測模塊,用于對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測,其特征在于,所述芯片還包括第一引腳,與一對應(yīng)的單電池的正極相連,并通過均衡電阻與第一電子開關(guān)的第一端相連;第二引腳,與所述單電池的負極以及所述第一電子開關(guān)的第二端相連;以及第三引腳,與所述第一電子開關(guān)的第三端相連,所述芯片通過所述第一引腳和第二引腳檢測所述單電池兩端的電壓,并通過所述第三引腳輸出一第一控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān),從而使所述單電池通過所述第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片,其特征在于,所述芯片包括均衡檢測模塊,所述均衡檢測模塊包括均衡比較器、分壓電路以及均衡驅(qū)動電路,所述均衡比較器的第一輸入端通過所述分壓電路接收所述單電池電壓的分壓信號,所述均衡比較器的第二輸入端接收基準(zhǔn)電壓信號,所述均衡比較器的輸出端與所述均衡驅(qū)動電路相連,當(dāng)所述分壓信號大于所述基準(zhǔn)電壓信號時,所述均衡驅(qū)動電路通過所述第三引腳輸出所述第一控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的芯片,其特征在于,所述分壓電路包括串聯(lián)在所述第一引腳與第二引腳之間的第一電阻、第二電阻、第三電阻以及與所述第三電阻并聯(lián)的第二電子開關(guān),所述均衡比較器的第一輸入端與所述第一電阻、第二電阻之間的節(jié)點相連用于接收所述分壓信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的芯片,其特征在于,所述均衡驅(qū)動電路包括串聯(lián)在所述第一引腳與第二引腳之間的第三電子開關(guān)以及第四電阻,所述第三電子開關(guān)與所述第二電子開關(guān)相連,所述第三電子開關(guān)與第四電阻的節(jié)點與所述第三引腳相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的芯片,其特征在于,所述芯片還包括一脈沖發(fā)生器以及斷線檢測模塊,所述第一電子開關(guān)與所述芯片的第一引腳之間設(shè)置有電容,所述脈沖發(fā)生器交替輸出第一脈沖信號以及第二脈沖信號給所述斷線檢測模塊,所述斷線檢測模塊通過所述第三引腳輸出第二控制信號交替導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)以及與所述單電池相鄰的單電池所對應(yīng)的第一電子開關(guān),以改變所述電容上的電壓上并通過所述第一引腳和第二引腳進行檢測,從而根據(jù)所述第一引腳和第二引腳之間的電壓以對所述單電池進行斷線檢測。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的芯片,其特征在于,所述斷線檢測模塊包括第四電子開關(guān)、第五電阻以及電流源,當(dāng)所述脈沖發(fā)生器發(fā)出所述脈沖信號時,所述電流源產(chǎn)生電流流經(jīng)所述第五電阻以導(dǎo)通所述第四電子開關(guān),從而使所述斷線檢測模塊輸出所述第二控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的芯片,其特征在于,所述芯片還包括第四引腳以及斷線檢測輸出驅(qū)動模塊,所述斷線檢測輸出驅(qū)動模塊在所述單電池發(fā)生斷線時通過所述第四引腳輸出斷線指示信號給與所述芯片相連的斷線指示模塊。
8.—種電池保護電路,用于對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測,其特征在于,所述電路包括過壓欠壓檢測模塊,與所述單電池相連,用于對所述單電池進行過壓欠壓檢測;以及均衡檢測模塊,與所述過壓欠壓檢測模塊相連,并通過第一電子開關(guān)與所述單電池相連,所述均衡檢測模塊檢測所述單電池兩端的電壓,并輸出第一控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān),從而使所述單電池通過所述第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路,其特征在于,所述均衡檢測模塊包括均衡比較器、分壓電路以及均衡驅(qū)動電路,所述均衡比較器的第一輸入端通過所述分壓電路接收所述單電池電壓的分壓信號,所述均衡比較器的第二輸入端接收基準(zhǔn)電壓信號,所述均衡比較器的輸出端與所述均衡驅(qū)動電路相連,當(dāng)所述分壓信號大于所述基準(zhǔn)電壓信號時,所述均衡驅(qū)動電路輸出所述第一控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電路,其特征在于,所述分壓電路包括串聯(lián)在所述第一引腳與第二引腳之間的第一電阻、第二電阻、第三電阻以及與所述第三電阻并聯(lián)的第二電子開關(guān),所述均衡比較器的第一輸入端與所述第一電阻、第二電阻之間的節(jié)點相連用于接收所述分壓信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電路,其特征在于,所述均衡驅(qū)動電路包括串聯(lián)在所述第一引腳與第二引腳之間的第三電子開關(guān)以及第四電阻,所述第三電子開關(guān)與所述第二電子開關(guān)相連,所述第三電子開關(guān)與第四電阻的節(jié)點與所述第一電子開關(guān)相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路,其特征在于,還包括脈沖發(fā)生器以及斷線檢測模塊, 所述第一電子開關(guān)與所述斷線檢測模塊之間還設(shè)置有電容,所述脈沖發(fā)生器交替輸出第一脈沖信號以及第二脈沖信號給所述斷線檢測模塊,所述斷線檢測模塊輸出第二控制信號交替導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)以及與所述單電池相鄰的單電池所對應(yīng)的第一電子開關(guān),從而改變所述電容上的電壓以對所述單電池進行斷線檢測。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電路,其特征在于,所述斷線檢測模塊包括第四電子開關(guān)、 第五電阻以及電流源,當(dāng)所述脈沖發(fā)生器發(fā)出所述脈沖信號時,所述電流源產(chǎn)生電流信號流經(jīng)所述第五電阻以導(dǎo)通所述第四電子開關(guān),從而使所述斷線檢測模塊輸出所述第二控制信號以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電路,其特征在于,還包括斷線檢測輸出驅(qū)動模塊以及斷線指示模塊相連,所述斷線檢測輸出驅(qū)動模塊在所述單電池發(fā)生斷線時輸出斷線指示信號給所述斷線指示模塊。
15.一種應(yīng)用于如權(quán)力要求1所述的電池保護芯片的電池保護方法,包括對若干串聯(lián)的單電池進行過壓欠壓檢測步驟,其特征在于,所述方法還包括設(shè)定所述單電池的均衡開始電壓;通過第一引腳以及第二引腳檢測所述單電池兩端的電壓;比較所述單電池兩端的電壓以及所述均衡開始電壓;當(dāng)所述單電池兩端的電壓大于所述均衡開始電壓時通過第三引腳輸出第一控制信號以導(dǎo)通與所述單電池相連的第一電子開關(guān),從而使所述單電池放電以進行電量均衡。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法,其特征在于,還包括交替輸出第一脈沖信號以及第二脈沖信號給電流源;通過所述電流源產(chǎn)生電流信號;根據(jù)所述電流信號產(chǎn)生第二控制信號并通過所述第三引腳輸出以導(dǎo)通所述第一電子開關(guān)以及與所述單電池相鄰的單電池所對應(yīng)的第一電子開關(guān),從而改變設(shè)置在所述第一電子開關(guān)與所述第一引腳之間的電容的電壓;檢測所述第一引腳與第二引腳之間的電壓;根據(jù)所述第一引腳與第二引腳之間的電壓對所述單電池進行斷線檢測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池保護芯片、電路及方法。本發(fā)明電池保護芯片包括過壓欠壓檢測模塊,用于對若干單電池進行過壓欠壓檢測,所述芯片還包括一第一引腳、第二引腳以及第三引腳。第一引腳與單電池的正極相連,并通過均衡電阻與第一電子開關(guān)的第一端相連;第二引腳與單電池的負極以及第一電子開關(guān)的第二端相連;第三引腳與第一電子開關(guān)的第三端相連。所述芯片通過第一引腳和第二引腳檢測單電池兩端的電壓,并通過第三引腳輸出第一控制信號以導(dǎo)通第一電子開關(guān),從而使單電池通過第一電子開關(guān)放電以進行電量均衡。本發(fā)明電池保護芯片不僅可對電池進行過壓欠壓檢測,還可對電池進行電量均衡。
文檔編號H02J7/00GK102195324SQ20111012955
公開日2011年9月21日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者張興發(fā) 申請人:張興發(fā)
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