CN102231549A - 一种电池管理芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种电池监控芯片，它属于监控集成电路具有功能有：同时检测多个串联单体电池、电池电压数据采集功能、电池温度数据采集功能、电池均衡功能、A/D转换功能、电池开路故障检测、芯片温度检测功能。同时通过无线通信模式与微处理器进行信息交互。本芯片集成多个功能模块，节约了空间和成本，而且该芯片支持多个芯片同时工作，为了让功耗到达最小化，芯片具有检测和待命模式可供用户选择，同时芯片还具有极强的抗电磁干扰特点。
Description
技术领域
本发明属于电池状态监测技术领域，具体涉及电池温度和电压状态的监测和管理芯片。
背景技术
能源危机越发严重的今天，电池成为混合动力汽车和电动车最有前景的替代能源之一，但是如何利用和处理好与整车协同工作成为当前研究热点之一。目前电池管理系统应用广泛，它易于管理控制并对电池内部数据状态进行控制处理。而芯片作为系统管理系统的“大脑”就显得尤为重要，它的性能直接规定了所测试电池的规模、类型、电流和电压等方面，而且对测试结果和精确度都有着决定性的作用。
在已有专利发明中，例如公开申请号为（200710139063.5）名称为《具控制法则弹性扩张功能的电池管理系统芯片》中，它着重讲述了其运用内外部的存储器功能，通过采用外部非挥发性存储器在开机时通过通信协议对内部SRAM进行加载信息，在系统关闭时SRAM通过协议回存到非挥发存储器中。每个过程，还需用到ROM-RAM译码器，通过译码器在传输到一般RAM、数据RAM和ROM中，从而达到无需断电就可对SRAM更新控制法则。同时芯片外部包含有电池保护IC，防止过度放电或过度充电。
在已有技术中，关于电池监控方面的技术存在着以下不足：
一： 对电池监控缺乏对芯片内部的保护，比较过热和过压都会对芯片造成不同程度的损耗，所以拥有一个芯片内部保护模块对于电池监控意义重大。
二： 在电池组共同供电时，对于整体一致性考虑不够周到，未采取有效措施去调节各个单体电池电压值。
三; 对于集成芯片与主控制器通信较少采用无线通信方式，引入电磁干扰，对于电路的工作造成影响。
发明内容
本发明为了解决以上几个问题，提出了一种电池管理芯片，对单体电池进行监控测量。
本发明具体采用以下技术方案：
一种电池管理芯片，所述芯片能够对电池的温度、电压数值进行采集和实时监测，包括无线通信收发模块、电池温度测试模块、芯片温度测试模块、数据寄存器、电池电压测试模块、电池电流测试模块、均衡模块；
电池电压测试模块的输入端与电池正极相连，测量的电池电压信号输入至电池电压测试模块内部的多路复用开关，多路复用开关的输出端连接至电池电压测试模块内部的A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接到数据寄存器；
所述电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输入端分别采集电池温度所述芯片本身温度，电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输出端分别连接至多路复用开关的输入端；
所述电池电流测试模块的输入端与外部电池电路的电流测试端相连，测量的电池电流信号依次通过电池电流测试模块内部的滤波器、放大器和A/D转换模块，对所述电池电流信号进行滤波、方法和模数转换，所述电池电流测试模块的输出端连接至所述数据寄存器；
所述均衡模块包括一开关电路和一电阻的串联支路，所述串联支路与某一电池并联，当某一电池的电压值与其它电池电压差值大于设定阈值时，芯片控制开关电路导通，该电池形成电阻耗能回路；
所述无线通信收发模块与数据寄存器相连，用于所述芯片与其他器件的通信。
所述芯片温度测试模块集成一个芯片温度传感器，用于测量所述芯片本身温度；
所谓电池温度测试模块包括搭建热敏电阻电路，通过所述芯片输入引脚测量所述热敏电阻的电压值。
所述电池电压测试模块还包括第一电阻R1、第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与电池正极相连，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端串联连接，所述第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端与多路复用开关的输入端相连。
所述均衡模块通过在片外设置MOSFET与电阻和电池相连，当某一电池电压值比其他单体电池电压值差异较大时，Sn端进行高低电平设置进行数字输出，导通场效应管连接成电阻耗能回路。同时在场效应管栅极和源极放置二极管，保护场效应管正常工作。
无线通信收发模块与数据寄存器相连，是芯片内部与其他器件通信的输出输入设备，该端口是全双工端口，与主控制器通信省去物理线束连接，减少电磁干扰，提高通信稳定性。
电池均衡模块是为了防止单体电池工作电压值与其他单体电池不一致，影响整个电池组工作效率，容易对整个系统造成危害，同时，加入均衡功能，可以有效减小电池与其他单体电池偏差到达一致性，保障整车协调运行和用电安全。若不采用均衡模块，随着充放电增加，各单体电池逐渐分化，减小使用寿命。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
一; 本发明内部具有对芯片工作环境状态实施检测和保护装置功能，确保在电池过压和过热时能够自身采取措施进行释放热量和电阻耗能，同时可以对电池过压和低压供电状态进行检测，保证电池能够正常供电工作。
二: 在多个单体电池供电情况下，本发明充分考虑了电池组间的供电一致性，对于供电电压过高的电池进行电阻耗能降低与其他电池的偏差，从而保证其能够在正常范围内工作。
三: 本发明对芯片无CPU，通过与微控制器无线通信对其控制操作，为多组单体电池共同工作带来方便，同时减少操作复杂性和成本，更有利于控制管理。
本发明的芯片可以实时进行单体电池的动态采集，对其电压、温度、电流精确采集,通过无线通信模块与微控制器主控系统进行通信，从而对电池系统进行均衡、功率评估等一系列措施管理电池。
附图说明
图1 为本发明的电池管理芯片结构示意图；
图2 为本发明电池管理芯片的电池均衡模块原理示意图；
图3为本发明电池管理芯片的电池电流测试模块功能原理图；
图4为本发明电池管理芯片的电池电压测试模块、温度采集模块功能原理图。
具体实施方式
为了进一步说明本发明的结构和特征，以下结合附图对本电池管理系统部分模块作进一步说明。
图1为电池管理芯片的概念框图，该芯片内部集成有无线通信收发模块、A/D转换模块、电池温度测试模块、芯片温度测试模块、数据寄存器、电池电压测试模块、电池电流测试模块、均衡模块。
电池电压测试模块的输入端与电池正极相连，测量的电池电压信号输入至电池电压测试模块内部的多路复用开关，多路复用开关的输出端连接至电池电压测试模块内部的A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接到数据寄存器；
所述电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输入端分别采集电池温度所述芯片本身温度，电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输出端分别连接至多路复用开关的输入端；
所述电池电流测试模块的输入端与外部电池电路的电流测试端相连，测量的电池电流信号依次通过电池电流测试模块内部的滤波器、放大器和A/D转换模块，对所述电池电流信号进行滤波、方法和模数转换，所述电池电流测试模块的输出端连接至所述数据寄存器；
所述均衡模块包括一开关电路和一电阻的串联支路，所述串联支路与某一电池并联，当某一电池的电压值与其它电池电压差值大于设定阈值时，芯片控制开关电路导通，该电池形成电阻耗能回路；
所述无线通信收发模块与数据寄存器相连，用于所述芯片与其他器件的通信。
图2为芯片均衡功能模块原理图，通过在片外设置MOSFET与电阻和电池相连，当某一电池电压值比其他单体电池电压值差异较大时，Sn端进行高低电平设置进行数字输出，导通场效应管连接成电阻耗能回路。同时在场效应管栅极和源极放置二极管，保护场效应管正常工作。
图3为所述芯片电池电流测试模块内部结构，通过外部电池电路将电流测试端分别引入芯片IIN+、IIN-以差分方式进入芯片内部滤波、放大装置，然后输入到A/D转换模块进行模数转换，最后将得到的数字量存在数据寄存器中。
图4为所述芯片电池电压测试模块、电池温度测试模块、芯片温度测试模块的内部简图；电池电压测试模块通过VSENSE 端口连接到电池正极后，引入芯片内部通过24：1的电压衰减器进行降压处理，通过多路复用开关进行放大滤波处理等，然后经过BUF缓冲器最后进入到A/D转换模块进行模数转换；电池温度测试模块通过在片外外接热敏电阻采集电阻，同时VTEMP引脚采集到其电压值通过电路连接方式计算出此时热敏电阻阻值从而得到此时电池表面温度值；芯片温度测试即是通过芯片温度测试模块集成的温度传感器对芯片进行温度采集工作，并通过MUX多路复用开关进行滤波，然后将数值传输到数据寄存器中，以便芯片查看进行相关处理。
Claims (6)
1.一种电池管理芯片，所述芯片能够对电池的温度、电压数值进行采集和实时监测，包括无线通信收发模块、电池温度测试模块、芯片温度测试模块、数据寄存器、电池电压测试模块、电池电流测试模块、均衡模块；
电池电压测试模块的输入端与电池正极相连，测量的电池电压信号输入至电池电压测试模块内部的多路复用开关，多路复用开关的输出端连接至电池电压测试模块内部的A/D转换模块的输入端，A/D转换模块的输出端连接到数据寄存器；
所述电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输入端分别采集电池温度所述芯片本身温度，电池温度测试模块以及芯片温度测试模块的输出端分别连接至多路复用开关的输入端；
所述电池电流测试模块的输入端与外部电池电路的电流测试端相连，测量的电池电流信号依次通过电池电流测试模块内部的滤波器、放大器和A/D转换模块，对所述电池电流信号进行滤波、方法和模数转换，所述电池电流测试模块的输出端连接至所述数据寄存器；
所述均衡模块包括一开关电路和一电阻的串联支路，所述串联支路与某一电池并联，当某一电池的电压值与其它电池电压差值大于设定阈值时，芯片控制开关电路导通，该电池形成电阻耗能回路；
所述无线通信收发模块与数据寄存器相连，用于所述芯片与其他器件的通信。
2.根据权利要求1所述的电池管理芯片，其特征在于：
所述芯片温度测试模块集成一个芯片温度传感器，用于测量所述芯片本身温度；
所谓电池温度测试模块包括搭建热敏电阻电路，通过所述芯片输入引脚测量所述热敏电阻的电压值。
3.根据权利要求1所述的电池管理芯片，其特征在于：
所述电池电压测试模块还包括第一电阻R1、第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端与电池正极相连，第一电阻R1的另一端与第二电阻R2的一端串联连接，所述第二电阻R2的另一端接地，第一电阻R1的另一端与多路复用开关的输入端相连。
4.根据权利要求1 所述的电池管理芯片，其特征在于：
在所述均衡电路中，所述开关电路为一场效应管MOSFET，通过所述芯片的一输出引脚对场效应管MOSFET的栅极进行高低电平数字输出，控制场效应管的导通。
5.根据权利要求1 所述的电池管理芯片，其特征在于：
在场效应管栅极和源极间并联放置二极管。
6.根据权利要求1所述的电池管理芯片，其特征在于：
无线通信收发模块负责所述电池管理芯片接受外部微控制器指令，发送数据寄存器中数据到主控系统中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20111102 Assignee: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: Chongqing Changan Automobile Co.,Ltd.|CHONGQING CHANG'AN NEW ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd. Contract record no.: 2018500000018 Denomination of invention: Battery management chip Granted publication date: 20131211 License type: Exclusive License Record date: 20181121 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181228 Address after: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing Patentee after: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 400023, No. 260, Jianxin East Road, Jiangbei District, Chongqing Co-patentee before: CHONGQING CHANG'AN NEW ENERGY AUTOMOBILE Co.,Ltd. Patentee before: Chongqing Changan Automobile Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing Patentee after: Deep Blue Automotive Technology Co.,Ltd. Address before: 401133 room 208, 2 house, 39 Yonghe Road, Yu Zui Town, Jiangbei District, Chongqing Patentee before: CHONGQING CHANGAN NEW ENERGY AUTOMOBILE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |