一种电池管理电路、芯片及系统的制作方法

1.本实用新型涉及电池管理技术领域，具体涉及一种电池管理电路、芯片及系统。


背景技术：

2.随着现代电子工业的快速发展，各种各样的电子产品已在人们日常工作、生活的各个领域得到普遍应用，比如手机、便携式笔记本电脑和新能源汽车等。众所周知，电源是所有电子产品的电能来源，一旦电子产品无法通过足够的电能来驱动，那么这些电子产品就无法使用。为了满足电子设备的供电需求，通常会对多个单体电池进行串/并联来得到电池或者电池组，这样的电池能够为电子设备提供较高的电压/电流。为保证电池充放电的安全性，通常会再专门设计电池管理电路，确保多个电池能够充放电均衡，并且能够及时进行断线检测处理，然而，现有技术中的均衡及断线检测电路通常是互不相干，电路的复杂程度较高，电路的整合程度较低。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本实用新型提供一种电池管理电路、芯片及系统，其目的在于将断线检测和均衡电路整合于一个电路。
4.第一方面，本实用新型提供了一种电池管理电路，与电池组连接，电池组包括串联连接的第一电池和第二电池；电池管理电路包括：
5.第一比较模块，其第一输入端接收第一电池的电压，其第二输入端接收断线阈值电压；
6.第二比较模块，其第一输入端接收第二电池的电压，其第二输入端接收均衡阈值电压；
7.电流发生模块，与第二电池并联；
8.控制模块，与第一比较模块的输出端、第二比较模块的输出端分别连接，控制模块被配置为根据第一比较模块和第二比较模块的输出结果确定电池组中电池的状态。
9.优选地，电池组还包括多个电池，第一电池、第二电池、多个电池依次串联，电池管理电路还包括：多个第二比较模块、多个电流发生模块和多个第一比较模块；其中，第一比较模块与第二比较模块呈交替状态获取电池组中电池的电压，各电流发生模块连接在与第二比较模块获取对应的电池的两端。
10.优选地，第一比较模块的第二输入端还接收均衡阈值电压、欠压阈值电压、满充阈值电压；第二比较模块的第二输入端还接收欠压阈值电压、满充阈值电压。
11.优选地，第一比较模块、第二比较模块包括一个或多个比较单元。
12.优选地，电池管理电路还包括：
13.均衡模块，与第二电池的两端、控制模块分别连接，均衡模块受控于控制模块对第二电池进行均衡。
14.优选地，均衡模块包括：第一开关管和第二电阻；控制模块与第一开关管的第一端
连接；第一开关管的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端与第二电池的第一端连接；第一开关管的第三端与第二电池的第二端连接。
15.优选地，电流发生模块包括但不限于电阻、恒流源。
16.第二方面，本实用新型提供了一种电池管理芯片，包括第一方面的电池管理电路。
17.第三方面，本实用新型提供了一种电池管理系统，包括第一方面的电池管理芯片以及充放电开关模块，电池组连接在电源正极与参考地端之间，充放电开关模块的第一端与参考地端连接，充放电开关模块的第二端与电源负极连接，充放电开关模块的受控端与控制模块连接。
18.优选地，充放电开关模块包括第二开关管、第三开关管和第三电阻；第二开关管的第一端、第三开关管的第一端分别与控制模块连接；第二开关管的第二端与第三开关管的第二端连接；第二开关管的第三端接地；第三开关管的第三端与第三电阻的第一端连接，第三电阻的第二端与电源负极连接。
19.本实用新型的有益效果为：将断线检测和均衡电路整合于同一电路，简化了电路，提高了实用性。
附图说明
20.为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
21.图1为本实施例提供的电池管理电路的结构示意图；
22.图2为本实施例的电池管理模块的另一结构示意图；
23.图3为本实施例的均衡模块的结构示意图；
24.图4为本实施例的均衡模块的电路原理图；
25.图5为本实施例的电池管理系统的结构示意图；
26.图6为本实施例的电池管理系统的电路示意图。
具体实施方式
27.下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
28.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属领域技术人员所理解的通常意义。
29.实施例一：
30.一种电池管理电路100，与电池组200连接，电池组200包括串联连接的第一电池21和第二电池22。参见图1，电池管理电路100包括：
31.第一比较模块11，其第一输入端接收第一电池21的电压，其第二输入端接收断线阈值电压vth4；
32.第二比较模块12，其第一输入端接收第二电池22的电压，其第二输入端接收均衡
阈值电压vth2；
33.电流发生模块13，与第二电池22并联；
34.控制模块14，与第一比较模块11的输出端、第二比较模块12的输出端分别连接，控制模块14被配置为根据第一比较模块11和第二比较模块12的输出结果确定电池组200中电池的状态。
35.在本实施例中，第一电池21和第二电池22为可充电电池，具体地，第一电池21和第二电池22包括但不限于锂电池。第一比较模块11被配置为比较第一电池21的电压和断线阈值电压vth4，当第一电池21或第二电池22断线时，第一电池21的电压大于断线阈值电压vth4，控制模块14控制第一电池21和第二电池22停止充放电。第二比较模块12被配置为比较第二电池22的电压与均衡阈值电压vth2，控制模块14根据比较结果控制第二电池22进入或停止均衡。
36.在本实施例中，断线阈值电压vth4的大小可根据实际需要进行设定。
37.参见图2，电池组200还包括多个电池，第一电池21、第二电池22、多个电池依次串联。电池管理电路100还包括多个第二比较模块12、多个电流发生模块13和多个第一比较模块11；其中，第一比较模块11与第二比较模块12呈交替状态获取电池组200中电池的电压，各电流发生模块13连接在与第二比较模块12获取对应的电池的两端。
38.在本实施例中，第一比较模块11的第二输入端还接收均衡阈值电压vth2、欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3，第二比较模块12的第二输入端还接收欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3。
39.第一比较模块11被配置为将断线阈值电压vth4、均衡阈值电压vth2、欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3分别与第一电池21的电压进行比较，第二比较模块12被配置为将均衡阈值电压vth2、欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3分别与第二电池22的电压进行比较。
40.在本实施例中，第一比较模块11、第二比较模块12包括一个或多个比较单元。当比较单元的数量为一个时，可以采用分时复用的方式，将电池的电压与各个阈值电压分时进行比较。
41.在本实施例中，参见图3，电池管理电路100还包括：
42.均衡模块15，与第二电池22的两端、控制模块14分别连接，均衡模块15受控于控制模块14对第二电池22进行均衡。
43.在本实施例中，参加图4，均衡模块15包括第一开关管1511和第二电阻1513。控制模块14与第一开关管1511的第一端连接。第一开关管1511的第二端与第二电阻1513的第一端连接，第二电阻1513的第二端与第二电池22的第一端连接。第一开关管1511的第三端与第二电池22的第二端连接。
44.第一开关管1511可以为n型场效应管、p型场效应管等。在本实施例中，第一开关管1511可以是n型场效应管。第一开关管1511的第一端可以是栅极，第一开关管1511的第二端可以是漏极，第一开关管1511的第三端可以是源极。
45.在本实施例中，如图4所示，均衡模块15还可以包括第一电阻1512，第一电阻1512可以连接在控制模块14与第一开关管1511的第一端之间。
46.当第二电池22处于充电状态时，若第二比较模块12显示第二电池22电压大于均衡
阈值电压vth2且小于满充阈值电压vth3，控制模块14控制第一开关管1511导通，从而使第二电池22进入均衡状态，实现边充边放。
47.在本实施例中，电流发生模块13包括但不限于电阻、恒流源。
48.实施例二：
49.一种电池管理芯片，包括实施例一的电池管理电路100。
50.实施例三：
51.一种电池管理系统1000，包括实施例二的电池管理芯片以及充放电开关模块300，电池组200连接在电源正极与参考地端之间，参见图5，充放电开关模块300的第一端与参考地端连接，充放电开关模块300的第二端与电源负极连接，充放电开关模块300的受控端与控制模块14连接。
52.参见图6，充放电开关模块300包括第二开关管31、第三开关管32和第三电阻33，第二开关管31的第一端、第三开关管32的第一端分别与控制模块14连接，第二开关管31的第二端与第三开关管32的第二端连接，第二开关管31的第三端接地。第三开关管32的第三端与第三电阻33的第一端连接，第三电阻33的第二端与电源负极连接。
53.第二开关管31、第三开关管32可以为n型场效应管、p型场效应管等。在本实施例中，第二开关管31、第三开关管32可以是n型场效应管。第二开关管31、第三开关管32的第一端可以是栅极，第二开关管31、第三开关管32的第二端可以是漏极，第二开关管31、第三开关管32的第三端可以是源极。
54.在本实施例中，第二开关管31和第三开关管32可以外置于电池管理芯片的外部，第一开关管可以内置于电池管理芯片，均衡模块15中的第一电阻和第二电阻也可内置于芯片。
55.为了能够更加清楚地描述上述电池管理电路100的工作方式及技术效果，列举以下示例。
56.示例一：
57.参见图6，电池组200中电池的数量为5个，分别为电池211、电池221、电池231、电池241和电池251，电池管理电路100包括均衡模块15和电流发生模块13，均衡模块15包括5个均衡单元，电流发生模块13包括3个恒流源。其中，5个均衡单元的电路结构可以一样，也可以不一样。在本实施例中，5个均衡单元的电路结构是一样的。5个电池与5个均衡单元一一对应连接，3个恒流源与电池221、电池241和电池251一一对应并联。参见图6，电池管理电路100还包括第一比较模块11、第二比较模块12和控制模块14，第一比较模块11包括2个第一比较单元，第二比较模块12包括3个第二比较单元。电池211、电池231与2个第一比较单元一一对应连接，电池221、电池241和电池251与3个第二比较单元一一对应连接。
58.具体地，电池211与均衡单元152、第一比较单元111分别连接。第一比较单元111的第一输入端接收电池211的电压，其第二输入端接收断线阈值电压vth4，其第三输入端接收均衡阈值电压vth2，其第四输入端接收欠压阈值电压vth1，其第五输入端接收满充阈值电压vth3。
59.均衡单元152包括第一开关管1521、第一电阻1522和第一电阻1523。第一电阻1522的第一端与控制模块14连接，第一电阻1522的第二端与第一开关管1521的第一端连接。第一开关管1521的第二端与第一电阻1523的第一端连接，第一电阻1523的第二端与第二电池
22的第一端连接。第一开关管1521的第三端与第二电池22的第二端连接。在本实施例中，第一比较单元111被配置为将断线阈值电压vth4、均衡阈值电压vth2、欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3分别与电池211的电压进行比较，并将比较结果发送至控制模块14，控制模块14根据第一比较单元111的比较结果控制均衡单元152的通断。
60.电池221与均衡单元151、第二比较单元121分别连接。电池221的两端还并联有电流源131。第二比较单元121的第一输入端接收电池221的电压，其第二输入端接收均衡阈值电压vth2，其第三输入端接收欠压阈值电压vth1，其第四输入端接收满充阈值电压vth3。均衡单元151的电路结构与均衡单元152的相同，在此不再进行赘述。第二比较单元121被配置为将均衡阈值电压vth2、欠压阈值电压vth1、满充阈值电压vth3分别与电池221的电压进行比较，并将比较结果发送至控制模块14，控制模块14根据第二比较单元121的比较结果控制均衡单元151的通断。
61.电池231与均衡单元154、第一比较单元112分别连接，电池241与均衡单元153、第二比较单元122分别连接，电池251与均衡单元155、第二比较单元123分别连接。电池231对应的电池管理电路结构与上述的电池211对应的电池管理电路结构相同，电池241、电池251对应的电池管理电路结构分别与上述的电池221对应的电池管理电路结构相同，在此不再对电池231、电池241、电池251对应的电池管理电路结构进行赘述。
62.当电池处于充电状态时，p+(电源正极)与充电装置的正极连接，p-电源负极)与充电装置的负极连接。
63.若第一比较单元111显示接收到的电池211的电压大于断线阈值电压vth4，或者第一比较单元112显示接收到的电池231的电压大于断线阈值电压vth4，判定电池组200出现了断线，控制模块14控制5个均衡单元均停止均衡，同时控制第二开关管31、第三开关管32断开。
64.若第一比较单元111显示接收到的电池211的电压大于满充阈值电压vth3且小于断线阈值电压vth4，或者第一比较单元112显示接收到的电池231的电压大于满充阈值电压vth3且小于断线阈值电压vth4，判定电池组200中有电池已充满，控制模块14控制第三开关管32断开，停止充电。
65.在5个比较单元中，若比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压小于满充阈值电压vth3且大于均衡阈值电压vth2，判定该比较单元对应的电池已接近充满，控制模块14控制与该电池对应的均衡单元进入均衡状态，使得对该电池边充边放。但是，若5个比较单元的比较结果显示，所有电池电压均小于满充阈值电压vth3且大于均衡阈值电压vth2，判定5节电池电压均超过均衡阈值电压vth2，则控制5节电池对应的均衡单元均退出均衡状态，直至其中一个电池的两端电压超过满充阈值电压vth3。
66.在5个比较单元中，若比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压在欠压阈值电压vth1和均衡阈值电压vth2之间，判定该比较单元对应的电池处于正常状态，控制模块14控制与该电池对应的均衡单元停止均衡，正常对该电池充电。
67.在5个比较单元中，若某比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压小于欠压阈值电压vth1，判定该比较单元对应的电池处于欠压状态，控制模块14控制与该电池对应的均衡单元停止均衡，正常对该电池充电。
68.当电池处于放电状态时，p+与负载的正极连接，p-与负载的负极连接。
69.若第一比较单元111显示接收到的电池211的电压大于断线阈值电压vth4，或者第一比较单元112显示接收到的电池231的电压大于断线阈值电压vth4时，判定电池组200出现了断线，控制模块14控制5个均衡单元均停止均衡，同时控制第二开关管31、第三开关管32断开。
70.在第一比较单元111、第一比较单元112中，若某比较单元第一输入端接收的电池电压大于欠压阈值电压vth1且小于断线阈值电压vth4，判定该比较单元对应的电池正常，控制模块14控制该电池正常对负载放电。在第二比较单元121、第二比较单元122中和第二比较单元123中，若某比较单元第一输入端接收的电池电压大于欠压阈值电压vth1且小于满充阈值电压vth3，判定该比较单元对应的电池正常，控制模块14控制该电池正常对负载放电。
71.在5个比较单元中，若某比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压小于欠压阈值电压vth1，判定该比较单元对应的电池处于欠压状态，控制模块14控制第二开关管31断开，停止对负载供电。
72.示例二：
73.设置欠压阈值电压vth1＝2.5v、均衡阈值电压vth2＝4.07v、满充阈值电压vth3＝4.25v、断线阈值电压vth4＝4.54v，各单节电池两端电压为3.6v。
74.参见图6，当电压v2的上端口(b端)与电池211的正极断开，由于电流源i2连接在d端和c端之间，因此，第一比较单元111实际检测到的电压v2为串联的电池211和电池241的两端电压(即d端和a端的电压)，电压v2由电池211两端的电压为3.6v上升至d端和a端的电压为7.2v，在这种情况下，控制模块14会直接判定该五节电池中出现了断线，同时，由于b端与电池211的正极断开，原本的电池241两端的电压v3会也会接近于零，从而出现d端和c端之间欠压。在断线情况下，控制5个均衡单元断开，同时控制第二开关管31、第三开关管32断开，避免电压持续升高，导致芯片被击穿。
75.由于在出现断线情况下，理论上检测到的电压v1、电压v2、电压v3、电压v4、电压v5均不会超过满充阈值电压vth3较多。本实施例基于实际情况设置断线阈值电压vth4的值，只有在出现断线情况下，电压v1、电压v2、电压v3、电压v4、电压v5中的任一个才会出现达到阈值vth4。
76.在电池组200充电状态下，在5个比较单元中，若某比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压在4.07v与4.25v之间，控制与该电池对应的均衡单元中的开关导通，进入均衡状态。本实施例中，还可对进入均衡状态设置条件，如：在5个比较单元中，若某比较单元的比较结果显示其第一输入端接收的电池的电压在4.07v与4.25v之间的信号持续时间达到预设时长，控制模块14控制该电池对应的均衡单元中的开关导通，可以避免因信号毛刺而导致的均衡误触发现象。
77.本实施例提供的一种电池管理电路、芯片及系统，将断线检测和均衡电路整合于同一电路，简化了电路，提高了实用性。
78.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新
型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。