CN102122834B - 一种支持多串联的动力电池管理芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的支持多串联的动力电池管理芯片，是一种集成了均衡和测量串联电池组每个电池单元电压以及级联功能的芯片，该芯片包括均衡单元、电压测量单元和级联单元，其中：均衡单元和级联单元均与测量单元相连；均衡单元使用寄存器控制开关进而均衡级间电压；电压测量单元采用电平转换方式配合寄存器开关的动作来测量串联多节电池的每个电池单元两端电压，输出信号给MCU的A/D采样口；级联单元运用I2C协议，实现对更多串联电池组的管理。本发明解决了目前电池管理芯片功能与MCU功能重叠的缺点，充分利用MCU，有助降低芯片生产成本，提高系统效率和检测精度，便于大规模的推广和使用。

Description

一种支持多串联的动力电池管理芯片
技术领域
本发明涉及电池组管理芯片领域，具体是一种集成了均衡和测量串联电池组中的每个电池单元电压以及级联等功能的芯片。
背景技术
目前，由于电池组串联使用可以获得一定的电压、功率和能量等级，使得其应用非常广泛：从日常使用的手机和笔记本电脑到未来汽车的发展方向——电动汽车，均离不开串联电池组。在串联电池组的使用过程中，每个电池单元具有不一致性，这样就使得电池在充放电阶段容易出现过充电和过放电现象。所以必须对电池组内每个电池单元的电压进行测量，从而达到保护串联电池组电源的目的。
现有的串联电池组管理芯片具有多集成电流检测、电压检测、温度检测和均衡等多种功能，一般其造价比较昂贵。但是随着现在MCU技术的快速发展，现在的MCU已经可以完成诸如电流检测和温度检测之类的功能，如果继续使用传统的芯片，将会造成MCU和电源管理芯片的功能相重复，使MCU的功能不能充分发挥，产生极大地浪费，同时使系统价格昂贵，不利于推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：为克服上述现有技术的不足，提供一种支持多串联的动力电池管理芯片，以便对串联电池组中的每一个电池单元进行精确测量。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的支持多串联的动力电池管理芯片，是一种集成了均衡和测量串联电池组每个电池单元电压以及级联功能的芯片，该芯片包括均衡单元、电压测量单元和级联单元，其中：均衡单元和级联单元均与测量单元相连。
所述均衡单元可以主要由均衡开关控制寄存器进行控制的均衡开关组成，该均衡单元通过均衡开关控制寄存器内的数值的设定，决定具体每一个均衡开关的开闭，实现不同电池单元间的均衡功能。
所述均衡开关的开闭可以由八位均衡开关控制寄存器的低四位的值决定。
所述电压测量单元可以由测量开关控制寄存器进行控制的测量开关组成。该电压测量单元可以采用电平转换方式，将串联多节对地电压转换成每个电池单元对地电压。
所述电压测量单元可以通过测量开关控制寄存器内的数值来设定不同测量开关的开闭，实现不同电池单元对地电压的测量功能。
所述测量开关的开闭可以由八位测量开关控制寄存器的低四位值决定。
所述级联单元可以运用I2C协议，实现多个支持多串联的动力电池管理芯片之间的联接，进而实现对更多串联电池组的管理。
所述级联单元可以至少管理多个串联电池组中的四节电池，同时输入四节单节电池的对地电压。
本发明与现有电池管理芯片相比，具有以下主要的优点：
其一.对于以往的电池电压检测电路，一般采用每一对开关配合一个运算放大器，这样就造成了运算放大器的浪费，同时降低了系统的稳定性；本发明针对以上电路的缺点，设计的芯片将多项功能予以集合，既可以到达方便的测量串联电池组各单元电压的目的，同时保证其性能将更加稳定，精度更高。
其二.传统的电源管理芯片，内部集成了许多功能，但是随着MCU技术的发展，其中已经集成了部分电池管理芯片的功能；所以本芯片在创新的基础上，同时舍弃了一部分能够在MCU上实现的功能，仅仅集成了MCU无法完成的工作，这样使芯片的结构更加简单、紧凑，设计成本大大降低，便于大规模的推广和使用。
其三.本发明同时设计了级联功能，较一般芯片而言增加了其拓展的功能，方便对更多的电池单元进行电压监测。
总之，本发明解决了目前电池管理芯片功能与MCU功能重叠的缺点，充分利用MCU，有助降低芯片生产成本，提高系统效率和检测精度，便于大规模的推广和使用。
附图说明
图1为串联电池管理芯片原理示意图。
图2为串联电池管理芯片推荐连接原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但并不局限于下面所述内容。 
本发明提供的支持多串联的动力电池管理芯片，其结构如图1所示，包括均衡单元，电压测量单元，以及级联单元。其中：均衡单元和级联单元均与测量单元相连。
所述动力电池管理芯片有二十八个引脚，其中有五个作为串联电池的信号输入端，四个作为平衡信号的输入端，两个分别作为芯片电源的正和负，两个接分压电阻，两个为级联管脚，八个测量开关控制寄存器引脚和四个均衡开关控制寄存器引脚均与MCU相连，一个为输出引脚。
所述均衡单元主要由均衡开关控制寄存器进行控制的均衡开关组成，如图1所示，该均衡单元通过均衡开关控制寄存器内的数值的设定，进而决定具体每一个均衡开关的开闭，实现不同电池单元间的均衡功能。均衡开关的开闭由八位均衡开关寄存器低四位的值决定。
所述电压测量单元由测量开关控制寄存器进行控制的测量开关组成，其采用电平转换方式，将串联多节对地电压转换成每个电池单元对地电压。
上述电压测量单元通过测量开关控制寄存器进行控制的方法是：依据电平转化方式以及测量开关寄存器，通过八位测量开关寄存器内数值的设定，设定不同测量开关的开闭，实现不同电池单元对地电压的测量功能。
所述级联单元运用I2C协议，实现多个动力电池管理芯片之间的联结，从而可以达到对更多串联电池组的管理和测量的功能。该级联单元由内部控制芯片和外部连接引脚组成，其中：当一个芯片的级联引脚与另一个芯片的级联引脚相连后，就可以实现两个芯片的连接，达到对芯片扩展的功能。
本发明提供的动力电池管理芯片，至少可以管理多节串联电池组中的四节电池，同时输出四节单节电池的对地电压。
本发明提供的动力电池管理芯片，还设有两个重要组成部分：P沟道的MOS管和运算放大器。其中，MOS管与运算放大器相连。运算放大器与测量开关相连。
本发明提供的动力电池管理芯片（简称芯片），其推荐连接电路如图2所示。下面具体介绍在推荐连接电路下芯片的工作过程。
在初始状态下，按图2连接完毕后，测量开关寄存器和均衡开关寄存器内的数值全为0，这样虽然芯片按推荐电路接入电路，但它也处于独立的状态，同时与之连接的电阻不消耗电池电能。
当需要实现均衡时，可以按照实际情况选取均衡电阻的数量和阻值，连入电路后，MCU发出相应的控制信号，使均衡开关寄存器后四位的值发生变化，这样就使均衡开关SB1-SB4做出相应的变化，如当MCU发出信号的值为0x01时就使开关SB1闭合，均衡电阻接入电路实现均衡功能。
在测试状态下，MCU发出信号控制使测量开关寄存器的值发生变化，这样就使测量开关S1-S8做出相应的动作，例如：
当MCU发出信号的数值为0x03时就使开关S1和S2闭合，这样串联电池组的BT1单元通过电阻R1与芯片联接，由运放和P沟道的MOS管的特性可以得出，此时MOS管导通，流过电阻R1的电流与流过电阻R5的电流相等，这样有                                               
Figure 2011100875476100002DEST_PATH_IMAGE002
成立，于是当R1=R5时就可以得到
Figure 2011100875476100002DEST_PATH_IMAGE004
。 这样就使用了一种相对简单的方法实现了对串联电池组中一个电池电池单元的电压值的采样，其精确性高，同时数据直接便于处理和下一步的编程使用。
得到U输出以后可以将模拟信号直接输入到MCU中，通过MCU自带的A/D转换功能就可以得到所需要的串联电池组这一单元的对地电压，这样既不需要在芯片中集成A/D转换功能，同时可以达到达到测量的目的，大大节约了成本。
当使用级联功能时，通过级联引脚将若干片串联电池组管理芯片联接在一起，这样就可以实现对更多串联电池组的测量与管理，大大提高了其扩展性。
需要说明的是，图2电路仅为本发明推荐的电路联接方式，在未脱离本发明思路前提下，对芯片中的原件做出的任何微小改变及等同替换，均应属本发明的保护范围。

Claims (8)

1. 一种支持多串联的动力电池管理芯片，其特征是一种集成了均衡和测量串联电池组每个电池单元电压以及级联功能的芯片，该芯片包括均衡单元、电压测量单元和级联单元，其中：均衡单元和级联单元均与测量单元相连；所述均衡单元主要由均衡开关控制寄存器进行控制的均衡开关组成，该均衡单元通过均衡开关控制寄存器内的数值的设定，决定具体每一个均衡开关的开闭，实现不同电池单元间的均衡功能。
2. 根据权利要求1所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述均衡开关的开闭由八位均衡开关控制寄存器的低四位的值决定。
3.根据权利要求1所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述电压测量单元由测量开关控制寄存器进行控制的测量开关组成。
4.根据权利要求3所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述电压测量单元采用电平转换方式，将串联多节对地电压转换成每个电池单元对地电压。
5.根据权利要求3所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述电压测量单元通过测量开关控制寄存器内的数值来设定不同测量开关的开闭，实现不同电池单元对地电压的测量功能。
6.根据权利要求5所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述测量开关的开闭由八位测量开关控制寄存器的低四位值决定。
7.根据权利要求1所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述级联单元运用I2C协议，实现多个支持多串联的动力电池管理芯片之间的联接，进而实现对更多串联电池组的管理。
8.根据权利要求7所述支持多串联的动力电池管理芯片，其特征在于：所述级联单元至少管理多个串联电池组中的四节电池，同时输入四节单节电池的对地电压。
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