电池保护系统和电池保护电路的制作方法

电池保护系统和电池保护电路
【技术领域】
1.本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种电池保护系统和电池保护电路。


背景技术：

2.在多节电池保护芯片(或称电池保护电路)设计中，多节电芯串联，形成总的电源电压给电池保护芯片供电。
3.图1是现有技术中一种电池保护系统的电路图。如图1所示的，所述电池保护系统包括：第一电池输出端p+、第二电池输出端p
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、串联在第一电池输出端p+和接地端g之间的多节电芯bt1、bt2和bt3、串联于相应电芯的正负极之间的电容c1、c2和c3、串联于接地端g和第二电池输出端p
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之间的放电开关mn1和充电开关mn2；电池保护芯片110。所述电池保护芯片100包括多个电芯连接端v1、v2和v3，以及独立的电源连接端vdd、电流电测端vm。各个电芯连接端v1、v2和v3分别通过输入电阻r1、r2和r3与对应的电芯的电极相连。电流检测端vm通过检测电阻rm连接至第二电池输出端p
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,所述电源连接端vdd通过电阻rd连接至第一电池输出端p+。
4.现有技术中采用独立的电源管脚vdd给电池保护芯片的内部电路供电。不利于芯片小型化设计。
5.因此，有必要提出一种新型的电池保护系统和电池保护电路。


技术实现要素：

6.本发明的目的之一在于提供一种电池保护系统以及一种电池保护电路，以克服现有技术中存在的问题。
7.根据本发明的一个方面，本发明提供一种电池保护电路，用于对串联的多节电芯进行保护，其包括：通过第一输入电阻与串联的多节电芯中电压最高的一节电芯的正极相连的第一电压连接端；通过第二输入电阻与串联的多节电芯中电压最高的一节电芯的负极相连的第二电压连接端；与第一电压连接端连接的采样组合电路，其被配置的采样第一输入电阻的压降；与第一电压连接端和第二电压连接端相连的电芯采样单元，其采样两个电压连接端之间的电压差；相加器，将所述采样组合电路采样得到的第一输入电阻的压降和电芯采样单元采样得到的电压差相加得到合计电芯电压；与多节电芯中电压最高的一节电芯对应的充电保护比较器，将所述相加器得到的合计电芯电压与第一参考电压比较，如果所述合计电芯电压大于或等于所述第一参考电压，则输出有效的充电保护信号；与多节电芯中电压最高的一节电芯对应的放电保护比较器，将所述相加器得到的合计电压与第二参考电压比较，如果所述合计电芯电压小于或等于所述第二参考电压，则输出有效的放电保护信号。
8.进一步的，所述的电池保护电路形成于一个芯片上。
9.根据本发明的另一个方面，本发明提供一种电池保护系统，其包括：第一电池输出端和第二电池输出端，串联在第一电池输出端和接地端之间的多节电芯；串联在接地端和
第二电池输出端之间的充电开关和放电开关；上述电池保护电路，多个电容，每个电容连接于每个电芯的正负极之间。
10.与现有技术相比，本发明通过采样组合电路得到第一输入电阻的压降，进而得到多节电芯中电压最高的电芯的精确的合计电芯电压，这样可以进行更为精确的充电和放电保护。
【附图说明】
11.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
12.图1是现有技术中一种电池保护系统的电路示意图；
13.图2是本发明中的电池保护系统在一个实施例中的电路示意图；
14.图3是本发明中的电池保护电路在一个实施例中的电路示意图。
【具体实施方式】
15.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
16.此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。
17.图2是本发明中的电池保护系统在一个实施例中的电路示意图。如图2所示的，所述电池保护系统200包括：第一电池输出端p+、第二电池输出端p
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、串联在第一电池输出端p+和接地端g之间的多节电芯bt1、bt2和bt3、串联于相应电芯的正负极之间的电容c3、c2和c1、串联于接地端g和第二电池输出端p
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之间的放电开关mn1和充电开关mn2；电池保护电路210。
18.在一个实施例中，所述电池保护电路210可以形成于一个芯片上，有时也可以被称为电池保护芯片210。所述电池保护电路210包括多个电芯连接端v1、v2和v3、电流检测端vm。v1、v2和v3 vm都可以是芯片的管脚。各个电芯连接端v1、v2和v3分别通过第一输入电阻r1，第二输入电阻r2和第三输入电阻r3与对应的电芯的电极相连。这些输入电阻的作用是为了防止电芯接反的情况下损坏芯片，它们起到限流作用。电流电测端vm通过检测电阻rm连接至第二电池输出端p
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。图2中只是示意性的给出了三个电芯串联，在其他实施例中，可以是2个、4个或更多个。
19.图3是本发明中的电池保护电路210在一个实施例中的电路示意图。如图3所示的，所述电池保护电路210包括：通过第一输入电阻r1与串联的多节电芯中电压最高的一节电芯bt1的正极相连的第一电压连接端v1；通过第二输入电阻r2与串联的多节电芯中电压最高的一节电芯bt1的负极相连的第二电压连接端v2；与第一电压连接端v1连接的采样组合电路211；与第一电压连接端v1和第二电压连接端v2相连的电芯采样单元1；相加器add；与
多节电芯中电压最高的一节电芯bt1对应的充电保护比较器comp1和与多节电芯中电压最高的一节电芯bt1对应的放电保护比较器comp2。这里的多节电芯中电压最高的一节电芯为bt1，即串联的多节电芯中的最上的(正极或负极电压最高的)那一节电芯。
20.所述采样组合电路211被配置的采样第一输入电阻r1的压降vdr1。所述电芯采样单元1采样两个电压连接端之间的电压差vs3。所述相加器add将所述采样组合电路采样得到的第一输入电阻的压降vdr1和电芯采样单元采样得到的电压差vs3相加得到合计电芯电压bt3s。所述合计电芯电压bt3s为检测得到的较为精确的电芯bt1的电芯电压，此时已经考虑了第一输入电阻r1带来的影响。所述充电保护比较器comp1将所述相加器得到的合计电芯电压bt3s与第一参考电压vr1比较，如果所述合计电芯电压大于或等于所述第一参考电压，则输出有效的充电保护信号voc3，以启动充电保护，否则输出无效的充电保护信号voc3，不启动充电保护。所述放电保护比较器comp2将所述相加器得到的合计电压bt3s与第二参考电压vr2比较，如果所述合计电芯电压小于或等于所述第二参考电压，则输出有效的放电保护信号vod3，以启动放电保护，否则输出无效的放电保护信号vod3，不启动放电保护。
21.如图3所示的，所述的电池保护电路210还包括：与第一电压连接端v1连接的调节电路212。所述调节电路212为所述电池保护电路210的各工作电路提供电压，这里的各工作电路就是电池保护电路210中的已经显示的各个电路以及未显示的各个电路。所述采样组合电路211包括：与第一电压连接端v1连接的第一采样单元，其在第一时段采样第一电压连接端的电压得到第一采样电压v3s1；与第一电压连接端连接v1的抽取式电流源i1，其在第二时段从所述第一电压连接端抽取的电流等于所述各工作电路的消耗电流；与第一电压连接端v1连接的第二采样单元，其在第二时段采样第一电压连接端的电压得到第二采样电压v3s2；相减器sub，被配置的用第一采样电压v3s1减去第二采样电压v3s2得到第一输入电阻的压降vdr1。第一时段和第二时段在时间上不重叠。
22.如图3所示的，所述的电池保护电路210还包括振荡器osc。所述振荡器osc产生第一时钟信号ck1和第二时钟信号ck2。所述抽取式电流源i1通过受控开关k1连接至第一电压连接端v1，所述受控开关k1受到第二时钟信号ck2的控制在第二时段导通，在其他时段断开。所述第二时钟信号ck2也控制第二采样单元在在第二时段采样第一电压连接端v1的电压。第一时钟信号ck1控制第一采样单元在第一时段采样第一电压连接端v1的电压。
23.电池保护电路210内部通过调节电路212产生稳定的内部电压vl，给电池保护电路210内部的各工作电路供电，因此内部各电路的消耗电流都是通过调节电路212输出，从调节电路212输出的消耗电流是由第一电压连接端v1提供，此消耗电流会在第一输入电阻r1上产生电压差，导致第一电压连接端v1的电压低于实际电芯bt1的正极电压。因此，在本发明中，先在第一时钟信号ck1为高电平时段，通过第一采样单元采样第一电压连接端v1的电压，此时由于芯片内部各工作电路的电流消耗，导致第一电压连接端v1的电压低于实际电芯bt1的正极电压。然后在第二时钟信号ck2为高电平时段，通过第二采样单元采样第一电压连接端v1的电压，此时受控开关k1导通，导致额外的抽取式电流源i1从第一电压连接端v1抽取电流，设计抽取的电流i1的电流值等于芯片内部各工作电路的消耗电流的电流值，这样等效于有2倍的芯片的消耗电流从第一电压连接端v1抽取电流，此时将在第一输入电阻r1(如图2中所示)上产生更大的电压降，导致采样到的电压v3s2更低。通过v3s1电压减去
v3s2电压，从而可以得到一倍各个工作电路的消耗电流在第一输入电阻r1上的电压降(即vdr1)。当第一时钟信号ck1为高电平时，电芯采样单元1采样第一电压连接端v1与第二电压连接端v2电压之差，输出到vs3。
24.本发明通过复用vdd管脚和v1管脚，进一步减小芯片管脚，有利于芯片小型化设计。由于为了防止电芯接反的情况下损坏芯片，一般需要在v1、v2、v3、vdd管脚(如图1所示的)上串联限流的输入电阻，简单的复用vdd管脚和v1管脚会出现限流输入电阻上的压降(这个压降为芯片消耗电流流经限流输入电阻形成的电压差)导致检测电压不准确的问题。本发明通过改进电路，实现准确的电芯电压的检测。
25.所述的电池保护电路210还包括分别与多节电芯中其他电芯的正极和负极相连的多个电芯采样单元，比如与电芯bt2的正极和负极相连的电芯采样单元2，与电芯bt3的正极和负极相连的电芯采样单元3。每个电芯采样单元被配置的采样对应的电芯的电压差。
26.所述的电池保护电路210还包括分别与所述多个电芯采样单元对应的多个充电保护比较器，比如comp3和comp5。每个充电保护比较器将对应的电芯采样单元采样得到的对应的电芯的电压差与第一参考电压vr1比较，如果对应的电芯的电压差大于或等于所述第一参考电压，则输出有效的充电保护信号voc2、voc1，否则输出无效的充电保护信号voc2、voc1。具体的，充电保护比较器comp3将对应的电芯采样单元2采样得到的对应的电芯的电压差bt2s与第一参考电压vr1比较，如果对应的电芯的电压差bt2s大于或等于所述第一参考电压，则输出有效的充电保护信号voc2。充电保护比较器comp5将对应的电芯采样单元3采样得到的对应的电芯的电压差bt1s与第一参考电压vr1比较，如果对应的电芯的电压差bt1s大于或等于所述第一参考电压，则输出有效的充电保护信号voc1。
27.所述的电池保护电路210还包括分别与所述多个电芯采样单元对应的多个放电保护比较器，比如comp4和comp6。每个充电保护比较器将对应的电芯采样单元采样得到的对应的电芯的电压差与第二参考电压vr2比较，如果对应的电芯的电压差小于或等于所述第二参考电压，则输出有效的放电保护信号，否则输出无效的放电保护信号。具体的，充电保护比较器comp4将对应的电芯采样单元2采样得到的对应的电芯的电压差bt2s与第二参考电压vr2比较，如果对应的电芯的电压差bt2s小于或等于所述第二参考电压，则输出有效的放电保护信号vod2。充电保护比较器comp6将对应的电芯采样单元3采样得到的对应的电芯的电压差bt2s与第二参考电压vr2比较，如果对应的电芯的电压差bt1s小于或等于所述第二参考电压，则输出有效的放电保护信号vod1。
28.如图3所示的，所述的电池保护电路210还包括逻辑电路214。所述逻辑电路214在收到任何一个充电保护比较器发出的有效的充电保护信号voc1、voc2、voc3后，输出充电保护控制信号co控制充电开关mn2断开，从而实现禁止充电功能，在收到任何一个放电保护比较器发出的有效的放电保护信号vod1、vod2、vod3后，输出放电保护控制信号do控制放电开关mn1断开，从而实现禁止放电功能。在收到无效的充电保护信号voc1、voc2、voc3以及无效的放电保护信号vod1、vod2、vod3后，保持充电开关mn2和放电开关mn1导通，以允许充电或放电。
29.所述多个电芯采样单元中的每个电芯采样单元的输入端均通过一个输入电阻与对应的电芯的正极或负极相连。如图2和3所示的，电芯采样单元2的一个输入端与第二电压连接端v2相连，另一个输入端与第三连接端v3相连，第三连接端v3通过第三输入电阻与电
芯bt1的正极相连。
30.如图3所示的，所述的电池保护电路210还包括电流检测电路213。所述电流检测电路213的电流检测端vm通过检测电阻rm连接至一个电池输出端p
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。所述电流检测电路213被配置的检测充电电流，并在充电电流大于充电电流阈值时，输出有效的充电过流保护信号，或者其被配置的检测放电电流，并在放电电流大于放电电流阈值时，输出有效的放电过流保护信号。所述逻辑电路214在收到有效的充电过流保护信号时，输出充电保护控制信号控制充电开关断开，从而实现禁止充电功能，在收到有效的放电过流保护信号时，输出放电保护控制信号控制放电开关断开，从而实现禁止放电功能。
31.综上所述，本发明通过复用vdd管脚和v1管脚，进一步减小芯片管脚，有利于芯片小型化设计。此外，还能够精确检测电芯的电压，消除输入电阻的影响，实现准确的电芯电压的检测。
32.在本发明中，“连接”、“相连”、“连”、“接”等表示电性连接的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。
33.以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。