CN103178564B - 用于多节电池的保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于多节电池的保护装置，包括：电池保护芯片组，分别与电源和负载的正极相连，在电源不满足供电要求时，输出放电信号以控制多节电池为负载供电，且在任一节电池到达过放电保护电压时停止输出放电信号，以及在多节电池的电量低于阈值时，输出充电信号以通过电源为多节电池充电，且在任一节电池达到过充电保护电压时，停止输出充电信号；充电信号转换模块和放电信号转换模块，分别用于对充电信号和放电信号进行放大驱动以产生充电驱动信号和放电驱动信号；以及充放电控制模块，用于根据充电驱动信号和放电驱动信号进行反向导通或正向导通以使多节电池对负载进行放电或使电源对多节电池进行充电。

Description

用于多节电池的保护装置

技术领域

本发明涉及电池保护技术领域，特别涉及一种用于多节电池的保护装置。

背景技术

在信息化时代，无论是政府部门或大型企业使用的计算机设备或者网络服务器、数据存储器等重要设备，为了防止动力电突然掉电使正在工作的设备出现重要数据丢失的情况发生，通常都需要配置标准时间或“长延时”的储备能源来保证系统的正常使用。后备电池作为一种储备能源，随着信息技术的高速发展和计算机系统的广泛引用应运而生。

用作后备电池的电池类型一般是容量密度高、可反复充放电的锂离子电池和磷酸铁锂电池(铁电池)等二次电池。在对电池进行充电时，如果电池不加充电保护，电池的充电电压将可能超过电池的上限值，发生过充电情况，导致电池内压升高，可能发生电池发鼓、漏夜等不良现象，严重时甚至可能导致电池爆炸或着火，危及安全；同样地，在电池对负载进行放电时，如果电池不加放电保护，电池的放电电压将低于电池的下限值，甚至放电至零伏电压，发生过放电情况，同样会使电池内压升高，另外促使电解液分解，令电芯的容量特性劣化，从而导致备电时间越来越短，缩短电池使用寿命。

电池的保护电路正是为了避免上述电池的过充电或过放电情况的发生，提高电池的使用寿命和安全可靠性。一般地，单个电池用单节保护IC进行保护，当多个电池串联使用时，需要同等数目的保护IC进行保护，一方面成本过高，另一方面扩展元件过多，外围电路连接过于复杂，影响系统集成，可拓展性较差。传统的保护方案还包括单片机控制方案，优点在于控制灵活，缺点在于设计难度大，开发周期长，成本高。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。

为达到上述目的，本发明提出一种用于多节电池的保护装置，包括：电池保护芯片组，所述电池保护芯片组分别与电源和负载的正极相连，所述电池保护芯片组在所述电源不满足供电要求时，输出放电信号以控制多节电池为所述负载供电，且在所述多节电池中的任一节电池到达过放电保护电压时，停止输出所述放电信号，以及所述电池保护芯片组在所述多节电池的电量低于阈值时，输出充电信号以通过所述电源为所述多节电池充电，且在所述多节电池中的任一节电池达到过充电保护电压时，停止输出所述充电信号；充电信号转换模块，所述充电信号转换模块与所述电池保护芯片组相连，所述充电信号转换模块用于对所述电池保护芯片组输出的充电信号进行放大驱动以产生充电驱动信号；放电信号转换模块，所述放电信号转换模块与所述电池保护芯片组相连，所述放电信号转换模块用于对所述电池保护芯片组输出的放电信号进行放大驱动以产生放电驱动信号；以及充放电控制模块，所述充放电控制模块分别与所述充电信号转换模块和放电信号转换模块相连，且所述充放电控制模块分别与所述电源和负载的负极相连，所述充放电控制模块根据所述充电驱动信号和放电驱动信号进行反向导通或正向导通以使所述多节电池对所述负载进行放电或使所述电源对所述多节电池进行充电。

根据本发明实施例的用于多节电池的保护装置，采用电池保护芯片的级联方式，在直流电源对多节电池充电时，当其中任何一节电池到达充电保护设定值，都会切断充电回路，防止电池过充；在电池对负载放电过程中，任何一节电池电压下降到放电保护设定值，都会切断放电回路，防止电池过放，实现多节电池的保护，降低了电路设计的复杂度，设计简单可靠，提高了电池使用的安全性和使用寿命，同时可实现模块级联，提高拓展性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的用于多节电池的保护装置的结构框图；

图2为本发明一个实施例的用于4N节电池的保护装置的电路示意图；

图3为本发明一个实施例的用于3N节电池的保护装置的电路示意图；

图4为本发明一个实施例的用于多节电池的保护装置的充电信号转换模块的电路示意图；以及

图5为本发明一个实施例的用于多节电池的保护装置的放电信号转换模块的电路示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本发明一个实施例的用于多节电池的保护装置的结构框图。图2为本发明一个实施例的用于4N节电池的保护装置的电路示意图。图3为本发明一个实施例的用于3N节电池的保护装置的电路示意图。

如图1、图2和图3所示，该用于多节电池的保护装置2包括：电池保护芯片组21、充电信号转换模块22、放电信号转换模块23和充放电控制模块24。

电池保护芯片组21分别与电源1和负载3的正极相连，电池保护芯片组21在电源1不满足供电要求时，输出放电信号以控制多节电池为负载3供电，且在多节电池中的任一节电池到达过放电保护电压时，停止输出放电信号，以及电池保护芯片组21在多节电池的电量低于阈值时，输出充电信号以通过电源1为多节电池充电，且在多节电池中的任一节电池达到过充电保护电压时，停止输出所充电信号。充电信号转换模块22与电池保护芯片组21相连，对电池保护芯片组21输出的充电信号进行放大驱动以产生充电驱动信号。放电信号转换模块23与电池保护芯片组21相连，对电池保护芯片组21输出的放电信号进行放大驱动以产生放电驱动信号。充放电控制模块24分别与充电信号转换模块22和放电信号转换模块23相连，且分别与电源1和负载3的负极相连，根据充电驱动信号和放电驱动信号进行反向导通或正向导通以使多节电池对负载3进行放电或使电源1对多节电池进行充电。

具体地，如图2和图3所示，充放电控制模块24包括充电子模块241和放电子模块242。充电子模块包括多个相互并联的充电开关管Q5～Q8及与每个充电开关管Q5～Q8反向并联的二极管，多个充电开关管Q5～Q8在充电驱动信号的控制下导通。放电子模块242与充电子模块241相互串联，且放电子模块242包括多个相互并联的放电开关管Q1～Q4及与每个放电开关管Q1～Q4反向并联的二极管，多个放电开关管Q1～Q4在放电驱动信号的控制下导通。充电开关管Q5～Q8和放电开关管Q1～Q4均为N沟道场效应管，放电开关管Q1～Q4分别与充电开关管Q5～Q8对顶。由此，充电时，充放电控制模块24正向导通，只允许由下至上的箭头的电流通过，放电时，充放电控制模块24反向导通，只允许由上至下的箭头的电流通过。应理解，充电开关管和放电开关管的数目可根据实际充电电流和放电电流的大小灵活设置。

此外，由于制造工艺的限制，功率开关管的极间分布有杂散电感，当充电开关管或者放电开关管迅速关断时，根据电磁感应定律，漏极杂散电感会产生感应电动势对开关管形成冲击，因此，在本发明的一个实施例中，如图2和图3所示，该用于多节电池的保护装置2还可以包括与充放电控制模块24相并联的吸收模块25，吸收模块25可包括相互串联的电阻和电容，由此可以有效抑制感应电动势，吸收冲击能量，达到保护充电开关管和放电开关管的目的。

如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，该用于多节电池的保护装置还可包括保险丝F1。电池保护芯片组21通过保险丝F1与电源1和负载3的正极相连。由此，可以防止由于发生短路等导致的电流过大对电池保护芯片组21的损害，保证电池保护芯片组21的安全使用。

更具体地，如图2和图3所示，在本发明的一个实施例中，电池保护芯片组21包括四个多节电池保护芯片IC1、IC2、IC3和IC4，图2中的多节电池保护芯片IC1、IC2、IC3和IC4为四节电池保护芯片，图3中的多节电池保护芯片IC1、IC2、IC3和IC4为三节电池保护芯片。每个多节电池保护芯片对一个电池组进行保护，且第一个多节电池保护芯片IC1的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD与电源和负载的正极相连，第一个多节电池保护芯片IC1的充电信号输出端子COP和放电信号输入端子DOP分别与第二个多节电池保护芯片IC2的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD相连，第二个多节电池保护芯片IC2的充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP分别与第三个多节电池保护芯片IC3的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD相连，第三个多节电池保护芯片IC3的充电信号输出端子COP和放电信号输入端子DOP分别与第四个多节电池保护芯片IC4的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD相连，第四个多节电池保护芯片IC4的充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP分别与充电信号转换模块24和放电信号转换模块25相连。

应理解，图2和图3所示的实施例仅为示意性的，电池保护芯片组21中的多节电池保护芯片的个数可以为大于等于2的任意整数。当电池保护芯片组21中的多节电池保护芯片的个数为2时，第一个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子与电源和负载的正极相连，第一个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与第二个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子相连，第二个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与充电信号转换模块和放电信号转换模块相连。

此外，在本发明的一个实施例中，每个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子均可以通过电阻与对应的电池组的正极相连。如图2和图3所示，电阻R1的一端连接至多节电池保护芯片IC1的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC1的充电信号输入端子；电阻R2的一端连接至多节电池保护芯片IC1的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC1的放电信号输入端子；电阻R3的一端连接至多节电池保护芯片IC2的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC2的充电信号输入端子；电阻R4的一端连接至多节电池保护芯片IC2的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC2的放电信号输入端子；电阻R7的一端连接至多节电池保护芯片IC3的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC3的充电信号输入端子；电阻R8的一端连接至多节电池保护芯片IC3的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC3的放电信号输入端子；电阻R11的一端连接至多节电池保护芯片IC4的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC4的充电信号输入端子；电阻R12的一端连接至多节电池保护芯片IC4的供电端，另一端连接至多节电池保护芯片IC4的放电信号输入端子。

在本发明的另一个实施例中，每个多节电池保护芯片之间还可以串联有电阻。如图2和图3所示，电阻R5的一端连接至上级多节电池保护芯片IC1的充电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC2的充电信号输入端子；电阻R6的一端连接至上级多节电池保护芯片IC1的放电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC2的放电信号输入端子；电阻R9的一端连接至上级多节电池保护芯片IC2的充电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC3的充电信号输入端子；电阻R10的一端连接至上级多节电池保护芯片IC2的放电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC3的放电信号输入端子；电阻R13的一端连接至上级多节电池保护芯片IC3的充电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC4的充电信号输入端子；电阻R14的一端连接至上级多节电池保护芯片IC3的放电信号输出端子，另一端连接至下级多节电池保护芯片IC4的放电信号输入端子。

当电阻R3～R4的一端分别连接至多节电池保护芯片IC2的供电端，另一端分别连接至多节电池保护芯片IC2的充电信号输入端子和放电信号输入端子时，则取消多节电池保护芯片IC2与上级多节电池保护芯片IC1的级联；当电阻R7～R8一端分别连接至多节电池保护芯片IC3的供电端，另一端分别连接至多节电池保护芯片IC3的充电信号输入端子和放电信号输入端子时，则取消多节电池保护芯片IC3与上级电池保护芯片IC2的级联；当电阻R11～R12一端分别连接至多节电池保护芯片IC4的供电端，另一端分别连接至多节电池保护芯片IC4的充电信号输入端子和放电信号输入端子时，则取消多节电池保护芯片IC4与上级电池保护芯片IC3的级联。

图4为本发明一个实施例的充电信号转换模块的电路示意图。如图4所示，该充电信号转换模块包括充电信号源转换子模块221和充电驱动子模块222。充电信号源转换子模块221用于根据充电信号生成电压源信号。充电驱动子模块222与充电信号源转换子模块221相连，用于根据电压源信号生成充电驱动信号。

具体地，如图4所示，充电信号源转换子模块221包括开关Q11、开关Q10、电阻R22、保护电阻R23和保护电阻R24。开关Q11的源极连接至电池的负极，漏极连接至开关Q10的控制端栅极，栅极连接至电池保护芯片的充电控制信号。开关Q10的源极连接至电池保护芯片的供电端，漏极连接至充电驱动子模块222的输入端，栅极连接至开关Q11的漏极。开关Q11为N沟道场效应管，开关Q10为P沟道场效应管。保护电阻R23的一端连接至第一开关Q11的栅极，另一端连接至开关Q11的源极。保护电阻R24的一端连接至开关Q10的栅极，另一端连接至开关Q10的源极。电阻R22的一端连接至电池负极，另一端连接至开关Q10的漏极。

充电驱动子模块222包括开关Q9、反相器M1、电阻R20、保护电阻R21和保护电阻R25。开关Q9的源极连接至直流电源负极或负载的负极，漏极连接至一个或多个并联的充电开关管的控制端栅极，栅极连接至反相器M1的输出端。反相器M1的输入端连接至开关Q10的漏极，输出端连接至开关Q9的控制端栅极。保护电阻R25的一端连接至开关Q9的栅极，另一端连接至开关Q9的源极。保护电阻R21的一端连接至直流电源负极或负载的负极，另一端连接至一个或多个并联的充电开关管的控制端栅极。电阻R20的一端连接至开关Q10的漏极，另一端连接至一个或多个并联的充电开关管的控制端栅极。

图5为本发明一个实施例的放电信号转换模块的电路示意图。如图5所示，该放电信号转换模块包括充放信号源转换子模块231和放电驱动子模块232。放电信号源转换子模块231用于根据放电信号生成电压源信号。放电驱动子模块232与放电信号源转换子模块231相连，用于根据电压源信号生成放电驱动信号。

具体地，如图5所示，放电信号源转换子模块231包括开关Q14、开关Q13、电阻R29、保护电阻R30和保护电阻R31。开关Q14的源极连接至电池的负极，漏极连接至开关Q13的控制端栅极，栅极连接至电池保护芯片的放电控制信号。开关Q13的源极连接至电池保护芯片的供电端，漏极连接至放电驱动子模块232的输入端，栅极连接至开关Q14的漏极。开关Q14为N沟道场效应管，开关Q13为P沟道场效应管。保护电阻R30的一端连接至开关Q14的栅极，另一端连接至开关Q14的源极。保护电阻R31的一端连接至开关Q13的栅极，另一端连接至开关Q13的源极。电阻R29的一端连接至电池负极，另一端连接至开关Q13的漏极。

放电驱动子模块232包括开关Q12、反相器M2、电阻R27、保护电阻R26和保护电阻R28。开关Q12的源极连接至电池负极，漏极连接至一个或多个并联的放电开关管的控制端栅极，栅极连接至反相器M2的输出端。反相器M2的输入端连接至开关Q13的漏极，输出端连接至开关Q12的控制端栅极。保护电阻R28的一端连接至开关Q12的栅极，另一端连接至开关Q12的源极。保护电阻R26的一端连接至电池负极，另一端连接至一个或多个并联的放电开关管的控制端栅极。电阻R27的一端连接至开关Q13的漏极，另一端连接至一个或多个并联的放电开关管的控制端栅极。

下面结合图2、图4和图5详细说明本发明实施例的用于4N节电池的保护装置的工作原理。

当电阻网络R3～R4、R7～R8、R11～R12不接入电路，电阻R16～R19的一端分别连接至电池保护芯片的4节或3节串联切换端子，另一端分别连接至电池保护芯片的供电端，则配置为4个电池保护芯片级联，每个电池保护芯片可同时保护4节电池；电池保护芯片IC1采集4节电池cell13～cell16电压，若4节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC1充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R5、R6输入下级电池保护芯片IC2的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC2采集4节电池cell9～cell12电压，若4节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC2充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R9、R10输入下级电池保护芯片IC3的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC3采集4节电池cell5～cell8电压，若4节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC3充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R13、R14输入下级电池保护芯片IC4的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC4采集4节电池cell1～cell4电压，若4节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC4充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别输入充电信号转换电路24和放电信号转换电路25，从而令充电开关管Q5～Q8和放电MOS管Q1～Q4导通，电池可被直流电源1充电和对负载3放电。

当直流电源1对多节串联电池充电时，电池cell13～cell16中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过充电保护电压，则IC1的充电信号输出端子COP翻转为低电平，通过电阻R5输入下级电池保护芯片IC2的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC2的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，通过电阻R9输入下级电池保护芯片IC3的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC3的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，通过电阻R13输入下级电池保护芯片IC4的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC4的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，输入到充电信号转换电路22，实现了4个电池保护芯片充电控制的级联。同理，当电池cell1～cell12中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过充电保护电压，则对应的电池保护芯片的充电信号输出端子COP翻转为低电平，并通过充电控制级联方式，最后输入到充电信号转换电路22，从而令充电开关管Q5～Q8关断，切断充电电流，防止电池过充电。

当串联电池对负载3放电时，电池cell13～cell16中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过放电保护电压，则IC1的放电信号输出端子DOP翻转为低电平，通过电阻R6输入下级电池保护芯片IC2的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC2的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，通过电阻R10输入下级电池保护芯片IC3的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC3的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，通过电阻R14输入下级电池保护芯片IC4的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC4的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，输入到放电信号转换模块23，实现了4个电池保护芯片放电控制的级联。同理，当电池cell1～cell12中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过放电保护电压，则对应的电池保护芯片的放电信号输出端子DOP翻转为低电平，并通过放电控制级联方式，最后输入到放电信号转换模块23，从而令放电开关管Q1～Q4关断，切断放电电流，防止电池过放电。

当电池保护芯片级联后输出的充电控制信号为高电平输入到充电信号源转换子模块221，则开关Q11导通，从而使能开关Q10导通，此时充电驱动子模块222的输入端上拉至电池保护芯片供电源；因为反相器M1输入为高电平，反相之后输出低电平，开关Q9关断，从而充电驱动子模块222的输入端通过电阻R20输出高电平到充电开关管的控制端，从而达到迅速开通充电开关管的目的。当任意一节电池出现过充，电池保护芯片级联后输出的充电控制信号由高电平翻转为低电平输入到充电信号源转换子模块221，则开关Q11关断，从而使开关Q10关断，充电驱动子模块222的输入端电荷通过电阻22释放至电池负极；此时反相器M1输入为由高电平翻转为低电平，反相之后输出高电平，开关Q9导通，从而使充电开关管的控制端积累的电荷迅速释放，达到迅速关断充电开关管的目的。

当电池保护芯片级联后输出的放电控制信号为高电平输入到放电信号源转换子模块231，则开关Q14导通，从而使能开关Q13导通，此时充电驱动子模块232的输入端上拉至电池保护芯片供电源；因为反相器M2输入为高电平，反相之后输出低电平，开关Q12关断，从而放电驱动子模块232的输入端通过电阻R27输出高电平到放电开关管的控制端，从而达到迅速开通放电开关管的目的。当任意一节电池出现过放，电池保护芯片级联后输出的放电控制信号由高电平翻转为低电平输入到放电信号源转换子模块231，则开关Q14关断，从而使开关Q13关断，放电驱动子模块232的输入端电荷通过电阻29释放至电池负极；此时反相器M2输入为由高电平翻转为低电平，反相之后输出高电平，开关Q12导通，从而使放电开关管的控制端积累的电荷迅速释放，达到迅速关断放电开关管的目的。

下面结合图3、图4和图5详细说明本发明实施例的用于3N节电池的保护装置的工作原理。

当电阻网络R3～R4、R7～R8、R11～R12不接入电路，电阻R16～R19的一端分别连接至电池保护芯片的4节或3节串联切换端子，另一端分别连接至电池保护芯片的参考地，则配置为4个电池保护芯片级联，每个电池保护芯片可同时保护3节电池；电池保护芯片IC1采集3节电池cell10～cell12电压，若3节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC1充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R5、R6输入下级电池保护芯片IC2的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC2采集3节电池cell7～cell9电压，若3节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC2充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R9、R10输入下级电池保护芯片IC3的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC3采集3节电池cell4～cell6电压，若3节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC3充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别通过电阻R13、R14输入下级电池保护芯片IC4的充电信号输入端子CTLC和放电信号输入端子CTLD；电池保护芯片IC4采集3节电池cell1～cell3电压，若3节电池电压均处于电池保护芯片的过放电保护电压和过充电保护电压之间，则IC4充电信号输出端子COP和放电信号输出端子DOP电压为高电平，分别输入充电信号转换模块22和放电信号转换模块23，从而令充电开关管Q5～Q8和放电开关管Q1～Q4导通，电池可被直流电源1充电和对负载3放电。

当直流电源1对多节串联电池充电时，电池cell10～cell12中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过充电保护电压，则IC1的充电信号输出端子COP翻转为低电平，通过电阻R5输入下级电池保护芯片IC2的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC2的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，通过电阻R9输入下级电池保护芯片IC3的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC3的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，通过电阻R13输入下级电池保护芯片IC4的充电信号输入端子CTLC；此时下级电池保护芯片IC4的充电信号输出端子COP被强制输出低电平，输入到充电信号转换模块22，实现了4个电池保护芯片充电控制的级联。同理，当电池cell1～cell9中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过充电保护电压，则对应的电池保护芯片的充电信号输出端子COP翻转为低电平，并通过充电控制级联方式，最后输入到充电信号转换模块22，从而令充电开关管关断，切断充电电流，防止电池过充电。

当串联电池对负载3放电时，电池cell10～cell12中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过放电保护电压，则IC1的放电信号输出端子DOP翻转为低电平，通过电阻R6输入下级电池保护芯片IC2的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC2的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，通过电阻R10输入下级电池保护芯片IC3的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC3的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，通过电阻R14输入下级电池保护芯片IC4的放电信号输入端子CTLD；此时下级电池保护芯片IC4的放电信号输出端子DOP被强制输出低电平，输入到放电信号转换模块23，实现了4个电池保护芯片放电控制的级联。同理，当电池cell1～cell9中任意一节电池电压达到电池保护芯片的过放电保护电压，则对应的电池保护芯片的放电信号输出端子DOP翻转为低电平，并通过所述放电控制级联方式，最后输入到放电信号转换模块23，从而令放电开关管关断，切断放电电流，防止电池过放电。

综上，根据本发明实施例的用于多节电池的保护装置，采用电池保护芯片的级联方式，在直流电源对多节电池充电时，当其中任何一节电池到达充电保护设定值，都会切断充电回路，防止电池过充；在电池对负载放电过程中，任何一节电池电压下降到放电保护设定值，都会切断放电回路，防止电池过放，实现多节电池的保护，降低了电路设计的复杂度，设计简单可靠，提高了电池使用的安全性和使用寿命，同时可实现模块级联，提高拓展性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (9)

1.一种用于多节电池的保护装置，其特征在于，包括：

电池保护芯片组，所述电池保护芯片组分别与电源和负载的正极相连，所述电池保护芯片组在所述电源不满足供电要求时，输出放电信号以控制多节电池为所述负载供电，且在所述多节电池中的任一节电池到达过放电保护电压时，停止输出所述放电信号，以及所述电池保护芯片组在所述多节电池的电量低于阈值时，输出充电信号以通过所述电源为所述多节电池充电，且在所述多节电池中的任一节电池达到过充电保护电压时，停止输出所述充电信号；

充电信号转换模块，所述充电信号转换模块与所述电池保护芯片组相连，所述充电信号转换模块用于对所述电池保护芯片组输出的充电信号进行放大驱动以产生充电驱动信号；

放电信号转换模块，所述放电信号转换模块与所述电池保护芯片组相连，所述放电信号转换模块用于对所述电池保护芯片组输出的放电信号进行放大驱动以产生放电驱动信号；以及

充放电控制模块，所述充放电控制模块分别与所述充电信号转换模块和放电信号转换模块相连，且所述充放电控制模块分别与所述电源和负载的负极相连，所述充放电控制模块根据所述充电驱动信号和放电驱动信号进行反向导通或正向导通以使所述多节电池对所述负载进行放电或使所述电源对所述多节电池进行充电，其中，

所述电池保护芯片组包括：

第一至第N个多节电池保护芯片，所述第一至第N个多节电池保护芯片相互串联，其中，每个所述多节电池保护芯片对一个电池组进行保护，所述第一个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子与所述电源和负载的正极相连，所述第N个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与所述充电信号转换模块和所述放电信号转换模块相连，其中，N为整数；

所述充放电控制模块包括：充电子模块，所述充电子模块包括多个相互并联的充电开关管及与每个所述充电开关管管反向并联的二极管，所述多个充电开关管在所述充电驱动信号的控制下导通；和放电子模块，所述放电子模块与所述充电子模块相互串联，且所述放电子模块包括多个相互并联的放电开关管及与每个所述放电开关管管反向并联的二极管，所述多个放电开关管在所述放电驱动信号的控制下导通；

所述充电信号转换模块包括：充电信号源转换子模块，用于根据所述充电信号生成电压源信号；和充电驱动子模块，所述充电驱动子模块与所述充电信号源转换子模块相连，用于根据所述电压源信号生成所述充电驱动信号，所述充电驱动子模块包括：第一电阻、反相器、第二电阻和开关管，所述第一电阻的一端与所述充电信号源转换子模块相连，所述第一电阻的另一端与所述充电驱动信号输出端相连，所述反相器的输入端与所述充电信号源转换子模块相连，所述第二电阻的一端与所述充电驱动信号输出端相连，所述第二电阻的另一端接地，所述开关管与所述第二电阻并联，且所述开关管由所述反相器的输出控制；

所述放电信号转换模块包括：放电信号源转换子模块，用于根据所述放电信号生成电压源信号；和放电驱动子模块，所述放电驱动子模块与所述放电信号源转换子模块相连，用于根据所述电压源信号生成所述放电驱动信号。

2.如权利要求1所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，还包括：

保险丝，所述电池保护芯片组通过所述保险丝与所述电源和负载的正极相连。

3.如权利要求1所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，所述N等于2，且所述第一个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与所述第N个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子相连。

4.如权利要求1所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，所述N大于2，且所述第一个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与下一个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子相连，所述下一个多节电池保护芯片的充电信号输出端子和放电信号输出端子分别与再下一个多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子相连，依次顺序连接，直至完成对所述N个多节电池保护芯片的串联连接。

5.如权利要求1或4所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，每个所述多节电池保护芯片的充电信号输入端子和放电信号输入端子均通过电阻与对应的电池组的正极相连。

6.如权利要求5所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，两个所述多节电池保护芯片之间串联有电阻。

7.如权利要求1所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，所述多节电池保护芯片为3节电池保护芯片或4节电池保护芯片。

8.如权利要求1所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，还包括：

与所述充放电控制模块相互并联的吸收模块。

9.如权利要求8所述的用于多节电池的保护装置，其特征在于，所述吸收模块包括相互串联的电阻和电容。