专利名称：一种动力电池保护方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池，尤其涉及一种动力电池保护方法和系统。
背景技术：
锂电池凭借其自身优势已经成为电池应用的发展趋势。对于锂电池的应用，必须 监控单体电芯的电压以判断电池是否过压或者欠压来保障电池的安全使用。目前动力电池 的市场正悄然兴起，对于动力电池而言，需要多节锂电池串联来提高供电电压，对于多节串 联的锂电池组而言，如何采集每个单体电芯的电压一直是业界研究的热点，因为电芯串联 正负极相接，高一节锂电池的负极是低一节锂电池的正极，这样就有多个被测信号不共地 的问题，同时又要满足高精度和低功耗的要求。基于市场需求，各大芯片公司相继推出基于电流型通讯支持芯片级联的专用锂电 池保护方案。如ADI公司的AD7280、凌特公司的LTC6802、TI公司的BQ76LP536，目前这些 公司的电池过压保护信号和电池欠压保护信号都由一个Pin (管脚)输出，送给主机接口由 主机做处理。对于锂电池管理而言，既要有充电开关，又要有放电开关，目前方案是把这个 管脚接到CPU (Central ProcessingUnit，中央处理器)上，用这一个信号既控制充电开关 又控制放电开关，当CPU检测到这个信号时再由CPU去读电芯的状态，过压时由CPU关断充 电回路，欠压时由CPU关断放电回路。但是CPU的运行依赖于电源、时钟、软件可靠性、外设 可靠性，一旦CPU不能正常工作，这个保护就失效了。
发明内容
本发明实施例提供一种动力电池保护方法和系统，以协助CPU为动力电池提供安 全的保护。本发明实施例的上述目的是通过如下技术方案实现的一种动力电池保护方法，所述方法包括利用集成电路IC检测动力电池的各个电芯的电压，并在所述电压大于预定过压 阈值或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；利用硬件保护使能电路根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和/ 或放电开关，以保护所述动力电池。一种动力电池保护系统，所述系统包括集成电路IC，用于检测动力电池的各个电芯的电压，在所述电压大于预定过压阈 值或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；硬件保护使能电路，用于根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和 /或放电开关，以保护所述动力电池。通过本发明实施例提供的方法和系统，可以实现多节电池串联的动力电池系统过 压和欠压的纯硬件保护，成本低，可靠性高。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不 构成对本发明的限定。在附图中图1为本发明实施例的方法流程图；图2为图1所示方法的一个实施方式的示意图；图3为图1所示方法的另外一个实施方式的示意图；图4为本发明实施例的系统组成框图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本 发明，但并不作为对本发明的限定。图1为本发明实施例提供的一种动力电池的保护方法的流程图，请参照图1，该方 法包括步骤101 利用集成电路检测动力电池的各个电芯的电压，并在所述电压大于预 定过压阈值或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；步骤102 利用硬件保护使能电路根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充 电开关和/或放电开关，以保护所述动力电池。其中，如果该集成电路检测到某电芯的电压大于预定过压阈值，则可以确定该电 芯过压；如果检测到某电芯的电压小于预定欠压阈值，则可以确定该电芯欠压，此时，该集 成电路通过一个管脚输出该告警保护信号，此时该告警保护信号可能是过压信号，也可能 是欠压信号。在一个实施例中，无论该告警保护信号是过压信号还是欠压信号，可以确定的是， 电压异常，则本实施例可以直接根据告警保护信号断开动力电池的充电开关和放电开关， 如果接收到CPU发出的硬件保护解除信号，则说明该CPU是正常的，它可以去检测该电芯是 发生了过压还是欠压，进而可以通过硬件保护解除信号指示对充电开关或放电开关的开启 或闭合，则本实施例可以根据该硬件保护解除信号打开该充电开关或者放电开关，以达到 对该动力电池的过压和欠压保护的目的。具体将在以下的实施例中加以说明。在另外一个实施例中，可以先确定该告警保护信号的类型是过压信号还是欠压信 号，再针对该类型断开该动力电池的充电开关或者放电开关，以达到对该动力电池的过压 和欠压保护的目的。具体将在以下的实施例中加以说明。通过本发明实施例的方法，可以实现多节电池串联的动力电池系统过压和欠压的 纯硬件保护，成本低，可靠性高。图2为图1所示实施例的方法中，直接根据告警保护信号断开动力电池的充电 开关和放电开关的一个实施方式的示意图，请参照图2，在本实施方式中，可以通过专用 ICdntegrated Circuit，集成电路)检测动力电池的各个电芯的电压，并在电芯过压或者 欠压时通过一个管脚输出告警保护信号，此时该告警保护信号可能是过压信号也可能是欠 压信号，由于仅通过一个管脚输出，因此无法明确其具体的类型。该告警保护信号可以先经 过驱动模块驱动后送到硬件保护使能电路，在本实施例中称之为硬件保护使能模块，该硬
5件保护使能模块的默认状态是使能的，由于没有明确该告警保护信号的类型，本实施例根 据该告警保护信号断开该动力电池的充电开关和放电开关。由此，当单体电芯发生过压或 者欠压时，通过本实施例的方法能够不依赖于CPU直接把充电开关和放电开关都断开，从 而达到了保护该动力电池的目的。在本实施例中，在发生电芯过压并且CPU正常时，当CPU检测到电芯可以放电并且 没有外接充电器时，CPU发出硬件保护解除信号，这里的硬件保护解除信号是指示本实施例 的硬件保护使能模块打开放电开关，则本实施例的方法还可以根据该硬件保护解除信号打 开放电开关。由此，CPU通过硬件保护解除信号可以断开来自于专用IC到主回路开关的告 警保护信号，并打开主回路开关正常对外放电。在本实施例中，在发生电芯过压并且CPU不正常时，通过本实施例的方法，来自于 专用IC到主回路开关的告警保护信号能把主回路的充放电开关都关掉，禁止充电，从而保 证电池的安全状态。在本实施例中，在发生电芯欠压并且CPU正常时，当CPU检测到电芯可以充电并且 有外接充电器时，CPU发出硬件保护解除信号，这里的硬件保护解除信号是指示本实施例的 硬件保护使能模块打开充电开关，则本实施例的方法还可以根据该硬件保护解除信号打开 充电开关。由此，CPU通过硬件保护解除信号可以断开来自于专用IC到主回路开关的告警 保护信号，并打开主回路开关可以正常对电池充电。在本实施例中，在发生电芯欠压并且CPU不正常时，通过本实施例的方法，来自于 专用IC到主回路开关的告警保护信号能把主回路的充放电开关都关掉，禁止放电，从而保 证电池的安全状态。本实施例的专用IC是用于检测动力电池的各个电芯的电压，但本实施例并不以 此作为限制，该专用IC也可以根据需要用于其他目的，在此不再赘述。通过本实施例的方法，可以实现当专用IC检测到的过压和欠压信号(告警保护信 号)由一个管脚Pin输出时纯硬件的动力电池保护。图3为图1所示实施例的方法中，根据告警保护信号的类型断开该动力电池的充 电开关或放电开关的一个实施方式的示意图，请参照图3，在本实施方式中，可以通过专用 IC检测动力电池的各个电芯的电压，并在电芯过压或者欠压时通过一个管脚输出告警保护 信号，同样的，此时该告警保护信号可能是过压信号也可能是欠压信号，由于仅通过一个管 脚输出，因此无法明确其具体的类型。该告警保护信号可以先经过驱动模块驱动后送到硬 件保护使能电路，在本实施例中称之为充放电识别模块，该充放电识别模块先识别处该告 警保护信号的类型是过压信号还是欠压信号，再根据该告警保护信号的类型选择断开该动 力电池的充电开关或者放电开关。由此，当单体电芯发生过压或者欠压时，通过本实施例的 方法能够不依赖于CPU直接把充电开关或放电开关断开，达到保护该动力电池的目的。在本实施例中，充电状态下输出的告警保护信号一定是电芯过压信号，所以，此时 告警保护信号经过驱动模块和充放电识别模块表现为过压信号，则根据该过压信号，充放 电识别模块断开充电开关，电池组(动力电池)处于过充状态。过充状态下，由于放电开关 是打开的，可以对外放电，而电池组(动力电池)一旦对外放电，过充状态自动解除，所以电 池组(动力电池)自动恢复到正常状态。在本实施例中，放电状态下输出的告警保护信号一定是电芯欠压信号，所以，此时
6告警保护信号经过驱动模块和充放电识别模块表现为欠压信号，则根据该欠压信号，充放 电识别模块断开放电开关，电池组(动力电池)处于过放状态。过放状态下，由于充电开关 是打开的，可以对电池充电，而电池组(动力电池)一旦充电，过放状态自动解除，所以电池 组(动力电池)自动恢复到正常状态。在本实施例中，该电池组(动力电池)是处于充电状态还是放电状态可以通过一 个检测电路检测该电池组(动力电池)的主回路电路来实现，本实施例并不以此作为限制。通过本实施例的方法，可以实现当专用IC检测到的过压和欠压信号(告警保护信 号)由一个管脚Pin输出时纯硬件的动力电池保护。图4为本发明实施例提供的一种动力电池保护系统的组成框图，请参照图4，该动 力电池保护系统包括集成电路IC 41，用于检测动力电池的各个电芯的电压，在所述电压大于预定过压 阈值或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；硬件保护使能电路42，用于根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关 和/或放电开关，以保护所述动力电池。 在一个实施例中，硬件保护使能电路42包括断开模块421，用于根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和放电 开关；打开模块422，用于根据CPU发出的硬件保护解除信号打开充电开关或者放电开 关，以保护该动力电池。在另外一个实施例中，硬件保护使能电路42包括识别模块424，用于根据动力电池的充放电状态识别该告警保护信号是电芯过压 信号还是电芯欠压信号；处理模块425，用于在识别模块421的识别结果为该告警保护信号是电芯过压信 号时，断开充电开关；并在识别模块421的识别结果为该告警保护信号是电芯欠压信号时， 断开放电开关。在本实施例中，该硬件保护使能电路42还包括检测模块423，用于检测该动力电池的主回路的电流以确定该动力电池处于充电 状态还是放电状态。此时识别模块4M具体用于在该动力电池处于充电状态时，确定告警 保护信号是电芯过压信号；在该动力电池处于放电状态时，确定告警保护信号是电芯欠压信号。本实施例的动力电池保护系统的各组成部分分别用于实现图1所示实施例的动 力电池保护方法的各步骤，由于在图1-图3所示实施例中，已经对图1所示实施例的动力 电池保护方法的各步骤进行了详细说明，在此不再赘述。在本实施例中，集成电路41可以通过专用IC来实现；硬件保护使能电路42可以 通过硬件保护使能模块来实现，也可以通过充放电识别模块来实现，在此不再赘述。通过本发明实施例的动力电池保护系统，可以对一个管脚包含的多种信息进行识 别和提取，并防止CPU的IO(Input Output，输入输出)口误动作。还可以利用一个管脚(该 管脚既包含电芯的过压信息又包含了电芯的欠压信息)直接开关主回路的锂电池过压、欠 压保护。因此，本发明实施例提供了一种高可靠性的纯硬件的动力电池组过欠压保护的系统架构。结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执 行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存 储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术 领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保 护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本 发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种动力电池保护方法，其特征在于，所述方法包括利用集成电路IC检测动力电池的各个电芯的电压，并在所述电压大于预定过压阈值 或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；利用硬件保护使能电路根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和/或 放电开关，以保护所述动力电池。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述告警保护信号断开所述动力电 池的充电开关和/或放电开关，包括根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和放电开关； 如果接收到中央处理器CPU发出的硬件保护解除信号，则根据所述硬件保护解除信号 打开所述充电开关或者放电开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述告警保护信号断开所述动力电 池的充电开关和/或放电开关，包括根据所述动力电池的充放电状态识别所述告警保护信号是电芯过压信号还是电芯欠 压信号；如果所述告警保护信号是电芯过压信号，则断开所述充电开关； 如果所述告警保护信号是电芯欠压信号，则断开所述放电开关。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述动力电池的充放电状态识别所 述告警保护信号是电芯过压信号还是电芯欠压信号，包括检测所述动力电池的主回路的电流以确定所述动力电池处于充电状态还是放电状态；如果所述动力电池处于充电状态，则确定所述告警保护信号是电芯过压信号； 如果所述动力电池处于放电状态，则确定所述告警保护信号是电芯欠压信号。
5.一种动力电池保护系统，其特征在于，所述系统包括集成电路IC，用于检测动力电池的各个电芯的电压，在所述电压大于预定过压阈值或 者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；硬件保护使能电路，用于根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和/或 放电开关，以保护所述动力电池。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述硬件保护使能电路包括 断开模块，用于根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和放电开关； 打开模块，用于根据中央处理器CPU发出的硬件保护解除信号打开所述充电开关或者放电开关。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述硬件保护使能电路包括识别模块，用于根据所述动力电池的充放电状态识别所述告警保护信号是电芯过压信 号还是电芯欠压信号；处理模块，用于在所述识别模块的识别结果为所述告警保护信号是电芯过压信号时， 断开所述充电开关；并在所述识别模块的识别结果为所述告警保护信号是电芯欠压信号 时，断开所述放电开关。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述硬件保护使能电路还包括检测模块，用于检测所述动力电池的主回路的电流以确定所述动力电池处于充电状态还是放电状态；所述识别模块具体用于在所述检测模块的检测结果为所述动力电池处于充电状态 时，确定所述告警保护信号是电芯过压信号；在所述检测模块的检测结果为所述动力电池 处于放电状态时，确定所述告警保护信号是电芯欠压信号。
全文摘要
本发明实施例提供一种动力电池保护方法和系统，所述方法包括利用集成电路IC检测动力电池的各个电芯的电压，并在所述电压大于预定过压阈值或者小于预定欠压阈值时通过一个管脚输出告警保护信号；利用硬件保护使能电路根据所述告警保护信号断开所述动力电池的充电开关和/或放电开关，以保护所述动力电池。通过本发明实施例提供的方法和系统，可以实现多节电池串联的动力电池系统过压和欠压的纯硬件保护，成本低，可靠性高。
文档编号H02H7/18GK102104245SQ201110049739
公开日2011年6月22日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者刘伟, 刘新宇, 彭爽, 水伟 申请人:华为技术有限公司