一种锂电池保护系统及保护方法与流程

本发明涉及锂电池技术领域，具体涉及一种锂电池保护系统及保护方法。

背景技术：

在电动自行车、ups、大功率电动工具等高压、高串数应用领域，随锂电池工艺的进步、价格的下降，锂电池得到越来越广泛的应用。更高电压、更大功率的需求意味着锂电池组(pack)的电池(cell)数也越来越多。

传统方案中，出现了应用于高串数的锂电池保护方案。该方案主要采用外部ic级联的方式，即采用了n颗独立的锂电池保护芯片互相级联，来保护高串数锂电池。但该方案存在不少缺陷，例如，外围元器件以及锂电池保护芯片数量众多会导致良率低，且pcb板面积大而不具有竞争优势，同时级联ic间的不平衡功耗较大容易导致cell间不平衡。

后面也出现了单颗电池保护电路方案。高串数电池全部由一颗电池保护芯片来保护。该方案虽然能解决上述方案的一部分技术问题，但其自身存在缺点，即对制程的耐压需求较高，且更高耐压导致ic面积更大、成本也更高，失去竞争优势。

在以上两种传统方案基础上，又出现一种改进型的传统方案，申请号为：cn201510464350.8，该方案中芯片间采用多根信号级联。此方案需要传递7种信号，过压信号、欠压信号、过压迟滞信号、欠压迟滞信号、时钟信号、时序同步信号和电源信号，所需信号较多，而且有些信号不必要，并且该方案靠封装内部的邦定线连接，即浪费了接口数量，又容易造成封装良率低，增加成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种锂电池保护系统及保护方法，解决现有技术中，既浪费了接口数量，又容易造成封装良率低，成本增加的缺陷。

本发明采取的技术方案为：一种锂电池保护系统，所述锂电池保护系统包括(n+1)*m节电池和保护芯片，所述保护芯片包括一个主保护芯片和n个从保护芯片，一个主保护芯片与m节电池耦接，每个从保护芯片与对应的m节电池耦接，所述主保护芯片还分别与n个从保护芯片连接，所述锂电池保护系统还包括：检测模块、传输模块和判断模块；

所述检测模块用于若检测到某一节电池的电芯电压超过预设的过压保护门限电压，且维持时间超过设定过压保护延迟时间，则触发与该电池所对应耦接的主保护芯片或从保护芯片输出过压保护信号；

所述传输模块用于将所述过压保护信号传送至所述主保护芯片；

所述主保护芯片用于根据所述过压保护信号产生过压保护迟滞信号，并将所述过压保护迟滞信号传送至每个所述从保护芯片；

所述判断模块用于：

判断各个从保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

优选的，所述判断模块还用于：

判断所述主保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整所述主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该主保护芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

优选的，所述检测模块还用于：

在所述平衡电路打开后，检测对应的m节电池是否都被放电到设定的平衡迟滞门限以下，或者是所述过压保护信号撤销；

到达上述任一条件后，则关闭对应的m节电池的所有平衡电路。

优选的，所述主保护芯片与每个从保护芯片之间还传递有欠压信号和欠压迟滞信号。

本发明采取的另一技术方案为：一种锂电池保护系统的保护方法，应用于上述所述的锂电池保护系统，所述方法包括：

检测模块若检测到某一节电池的电芯电压超过预设的过压保护门限电压，且维持时间超过设定过压保护延迟时间，则触发与该电池所对应耦接的主保护芯片或从保护芯片输出过压保护信号；

所述传输模块将所述过压保护信号传送至所述主保护芯片；

所述主保护芯片根据所述过压保护信号产生过压保护迟滞信号，并将所述过压保护迟滞信号传送至每个所述从保护芯片；

所述判断模块判断各个从保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

优选的，所述方法还包括：

通过判断模块判断所述主保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整所述主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该主保护芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

优选的，所述方法还包括：

通过所述检测模块在所述平衡电路打开后，检测对应的m节电池是否都被放电到设定的平衡迟滞门限以下，或者是所述过压保护信号撤销；

到达上述任一条件后，则关闭对应的m节电池的所有平衡电路。

优选的，所述主保护芯片与每个从保护芯片之间还传递有欠压信号和欠压迟滞信号。

采用上述技术方案，具有以下优点：本发明提出的一种锂电池保护系统及保护方法，采用各芯片之间根据过充电保护信号和过充电迟滞信号来判断芯片间的均衡，从而实现对锂电池进行保护，减少了需要处理的信号数量和种类，进而克服现有技术中存在的既浪费了接口数量，又容易造成封装良率低，成本增加的缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种锂电池保护系统的原理框图；

图2为本发明实施例所提供的一种锂电池保护系统的保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照图1所示，本发明实施例提供的一种锂电池保护系统，所述锂电池保护系统包括(n+1)*m节电池和保护芯片，所述保护芯片包括一个主保护芯片和n个从保护芯片，一个主保护芯片与m节电池耦接，每个从保护芯片与对应的m节电池耦接，所述主保护芯片还分别与n个从保护芯片连接，所述锂电池保护系统还包括：检测模块、传输模块和判断模块；

所述检测模块用于若检测到某一节电池的电芯电压超过预设的过压保护门限电压，且维持时间超过设定过压保护延迟时间，则触发与该电池所对应耦接的主保护芯片或从保护芯片输出过压保护信号；

所述传输模块用于将所述过压保护信号传送至所述主保护芯片；

所述主保护芯片用于根据所述过压保护信号产生过压保护迟滞信号，并将所述过压保护迟滞信号传送至每个所述从保护芯片；

所述判断模块用于：

判断各个从保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

在实际应用时，过压保护信号也有可能是主保护芯片输出的，所以，所述判断模块还用于：

判断所述主保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整所述主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该主保护芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

应用时，所述主保护芯片与每个从保护芯片之间还传递有欠压信号和欠压迟滞信号，即进行锂电池保护时，该系统只需获取四个信号即可，只是欠压信号和欠压迟滞信号的保护方式为本领域技术人员所熟知的基本方案，因此，在此不再赘述；各芯片内部均设有相应的平衡模块(即平衡电路)、延时模块等，级联的各多保护芯片针对其相连接的电芯，均衡电路各自独立。需要说明的是，主保护芯片或从保护芯片未被触发时，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制，具体包括：

接收到过压保护迟滞信号的主芯片或从芯片如果之前没有输出过压保护信号，如果此芯片对应的m节电池的电压都在平衡门限电压之上，或者都在平衡门限电压之下，则不开启平衡电路；如果有某一节电池电压高于平衡门限电压，这一节电池对应的平衡电路开启并对这节电芯放电，直至平衡迟滞门限电压以下关闭平衡电路。文字的一节电池可以理解为具体的一节电池或是几节电池，某一个芯片对应相应耦接电池中的一节或多节；同理，也可为每一个芯片均对应相应耦接电池中的一节或多节，在此不做限制。

通过上述方案，采用各芯片之间根据过充电保护信号和过充电迟滞信号来判断芯片间的均衡，从而实现对锂电池进行保护，减少了需要处理的信号数量和种类，进而克服现有技术中存在的既浪费了接口数量，又容易造成封装良率低，成本增加的缺陷。

进一步地，所述检测模块还用于：

在所述平衡电路打开后，检测对应的m节电池是否都被放电到设定的平衡迟滞门限以下，或者是所述过压保护信号撤销；

到达上述任一条件后，则关闭对应的m节电池的所有平衡电路。

该检测的应用，可避免对电池过度放电，减少电池的，充放电次数，延长电池的使用寿命。

综上，该方案相比现有技术减少了时钟信号、时序同步信号和电源信号，现有技术中的时钟信号和时序同步信号用于同步各级联芯片的平衡功能，如果不通过时钟信号和时序同步信号无法识别到其他级联芯片的平衡状态。

基于上述方案同样的发明构思，参考图2，本发明实施例所提供的一种锂电池保护系统的保护方法，应用于上述所述的锂电池保护系统，所述方法包括：

s101,检测模块若检测到某一节电池的电芯电压超过预设的过压保护门限电压，且维持时间超过设定过压保护延迟时间，则触发与该电池所对应耦接的主保护芯片或从保护芯片输出过压保护信号；

s102,所述传输模块将所述过压保护信号传送至所述主保护芯片；

s103,所述主保护芯片根据所述过压保护信号产生过压保护迟滞信号，并将所述过压保护迟滞信号传送至每个所述从保护芯片；

s104,所述判断模块判断各个从保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

s105,被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

s106,未被触发，则调整该被触发的从保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

在实际应用时，过压保护信号也有可能是主保护芯片输出的，所以，所述方法还包括：

判断所述主保护芯片是否被所述检测模块所触发而输出有所述过压保护信号；

被触发，则调整所述主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，并打开该主保护芯片对应的m节电池的所有平衡电路；

未被触发，则调整该主保护芯片的过压保护门限电压至过压保护迟滞门限，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制。

应用时，所述主保护芯片与每个从保护芯片之间还传递有欠压信号和欠压迟滞信号，即进行锂电池保护时，该系统只需获取四个信号即可，只是欠压信号和欠压迟滞信号的保护方式为本领域技术人员所熟知的基本方案，因此，在此不再赘述；各芯片内部均设有相应的平衡模块(即平衡电路)、延时模块等，级联的各多保护芯片针对其相连接的电芯，均衡电路各自独立。需要说明的是，主保护芯片或从保护芯片未被触发时，同时根据对应的m节电池的状态判断是否对某一节电池进行均衡控制，具体包括：

接收到过压保护迟滞信号的主芯片或从芯片如果之前没有输出过压保护信号，如果此芯片对应的m节电池的电压都在平衡门限电压之上，或者都在平衡门限电压之下，则不开启平衡电路；如果有某一节电池电压高于平衡门限电压，这一节电池对应的平衡电路开启并对这节电芯放电，直至平衡迟滞门限电压以下关闭平衡电路。文字的一节电池可以理解为具体的一节电池或是几节电池，某一个芯片对应相应耦接电池中的一节或多节；同理，也可为每一个芯片均对应相应耦接电池中的一节或多节，在此不做限制。

通过上述方案，采用各芯片之间根据过充电保护信号和过充电迟滞信号来判断芯片间的均衡，从而实现对锂电池进行保护，相比现有技术减少了时钟信号、时序同步信号和电源信号，现有技术中的时钟信号和时序同步信号用于同步各级联芯片的平衡功能，如果不通过时钟信号和时序同步信号无法识别到其他级联芯片的平衡状态，减少了需要处理的信号数量和种类，进而克服现有技术中存在的既浪费了接口数量，又容易造成封装良率低，成本增加的缺陷。

进一步地，所述检测模块还用于：

在所述平衡电路打开后，检测对应的m节电池是否都被放电到设定的平衡迟滞门限以下，或者是所述过压保护信号撤销；

到达上述任一条件后，则关闭对应的m节电池的所有平衡电路。

该检测的步骤应用，可避免对电池过度放电，减少电池的，充放电次数，延长电池的使用寿命。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的系统模块及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

最后需要说明的是，上述描述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。