CN103187743B - 电池保护芯片的级联平衡控制装置及电池保护芯片 - Google Patents

电池保护芯片的级联平衡控制装置及电池保护芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种电池保护芯片的级联平衡控制装置及电池保护芯片，该装置包括：多个串联的电池保护芯片，每个电池保护芯片具有第一端和第二端，本级电池保护芯片的第一端与上一级电池保护芯片的第二端相连，本级电池保护芯片的第二端与下一级电池保护芯片的第一端相连，且当多个电池保护芯片中的一个或多个在自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值时，其第一端输出强上拉信号且第二端输出强下拉信号；否则其第一端输出弱下拉信号且第二端输出弱上拉信号。本发明的实施例具有端口少、成本低且外围电路结构简单的优点。

Description

电池保护芯片的级联平衡控制装置及电池保护芯片
技术领域
本发明涉及一种电池管理技术领域。特别设计一种电池保护芯片的级联平衡控制装置及电池保护芯片。
背景技术
在多节电池保护集成电路及多节电池相关集成电路中，通常会发现电池电压之间通常都是不一样的。为了延长电池的使用寿命，让电池在级联时能按照一定的状态进行工作，由此，平衡信号级联时在IC间如何传递就显得相当重要。
传统的级联平衡控制装置的缺点为：
级联平衡控制装置的平衡处理采用了四个端子(端口)，一方面增加了封装的成本。同时过多的平衡端子(端口)，端子状态易受外部干扰而影响功能，且级联时外部PCB布局布线相对复杂，对硬件要求高。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种端口少、成本低且外围电路简单的电池保护芯片的级联平衡控制装置。
本发明的另一目的在于提出一种电池保护芯片。
为了实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电池保护芯片的级联平衡控制装置，包括多个串联的电池保护芯片，每个所述电池保护芯片具有第一端和第二端，其中，本级电池保护芯片的第一端与上一级电池保护芯片的第二端相连，所述本级电池保护芯片的第二端与下一级电池保护芯片的第一端相连，且当所述多个电池保护芯片中的一个或多个在自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值时，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第一端输出强上拉信号，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第二端输出强下拉信号；当所述多个电池保护芯片中的一个或多个在自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值时，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第一端输出弱下拉信号，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第二端输出弱上拉信号，且，当所述上一级电池保护芯片的第二端输出强上拉信号，且所述本级电池保护芯片的第一端输出弱下拉信号时，所述本级电池保护芯片的第一端被强制为强上拉信号；当所述下一级电池保护芯片的第一端输出强下拉信号，且所述本级电池保护芯片的第二端输出弱上拉信号时，所述本级电池保护芯片的第二端被强制为强下拉信号。
根据本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置，该级联平衡控制装置包括的每个电池保护芯片具有端口少的优点，即每个电池保护芯片仅有两个端口(第一端和第二端)，因此对电池保护芯片封装方便简单，且使得封装成本降低。另外，由于封装的电池保护芯片的对外端口少，因此简化与其它设备，如其它电池保护芯片的连接，便于外部(在PCB板上)布局布线，由此使得外部(PCB板)电路结构简单，便于实现。
本发明第二方方面实施例提出了一种电池保护芯片，包括第一模块和第二模块，所述第一模块向所述第二模块发送第一控制信号，所述第二模块向所述第一模块发送第二控制信号，其中，所述第一模块具有第一端，当向所述第一模块输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据第二控制信号控制所述第一端输出强上拉信号，以及当向所述第一模块输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据所述第二控制信号控制所述第一端输出所述弱下拉信号，且输出所述第一控制信号；以及所述第二模块具有第二端，当向所述第二模块输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制信号控制所述第二端输出所述强下拉信号，以及当所述第二模块输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制信号控制所述第二端输出所述弱上拉信号，且输出所述第二控制信号，所述第二控制信号与所述第一控制信号相反。
根据本发明实施例的电池保护芯片，具有端口少的优点，即每个电池保护芯片仅有两个端口(第一端和第二端)，因此对电池保护芯片封装方便简单，且使得封装成本降低。另外，由于封装的电池保护芯片的对外端口少，因此简化与其它设备，如其它电池保护芯片的连接，便于外部(在PCB板上)布局布线，由此使得外部(PCB板)电路结构简单，便于实现。
本发明的附加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
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例的电池保护芯片的封装图；
图2为本发明实施例的电池保护芯片的第一模块的电路原理图；
图3为本发明实施例的电池保护芯片的第二模块的电路原理图；
图4为本发明实施例的电池保护芯片的平衡判断模块的电路原理图；
图5为本发明实施例的电池保护芯片的平衡判断模块传入信号的延时示意图；以及
图6为本发明实施例的电池保护芯片的逻辑变化示意图。
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，而不能理解为对本发明的限制。
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。
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。
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。
以下结合附图首先描述根据本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置。
在描述本发明的实施例之前，首先对本发明实施例中的强上拉信号、弱下拉信号、强下拉信号和弱上拉信号，其中：
强上拉信号为第一端BALUP的电压被上拉至电池总电压VCC。弱下拉信号为第一端BALUP的电压被下拉至低电平信号。
强下拉信号为第二端BALDN的电压被下拉至低电平信号。弱上拉信号为第二端BALDN的电压被上拉至高电平信号。
参考图1，根据本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置包括多个串联的电池保护芯片，记为IC，进一步地，电池保护芯片IC为多节电池保护芯片。
图1中示出了包括3个电池保护芯片IC的级联平衡控制装置，3个电池保护芯片IC分别为电池保护芯片IC①、电池保护芯片IC②和电池保护芯片IC③。每个电池保护芯片IC具有第一端BALUP和第二端BALDN，其中，本级电池保护芯片IC(如图1所示的电池保护芯片IC②)的第一端BALUP与上一级电池保护芯片IC(如图1所示的电池保护芯片IC①)的第二端BALDN相连，本级电池保护芯片IC的第二端BALDN与下一级电池保护芯片IC(如图1所示的电池保护芯片IC③)的第一端BALUP相连。
且当多个电池保护芯片IC中的一个或多个在自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值时，多个电池保护芯片IC中的一个或多个的第一端BALUP输出强上拉信号，多个电池保护芯片IC中的一个或多个的第二端BALDN输出强下拉信号。
当多个电池保护芯片IC中的一个或多个在自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值时，多个电池保护芯片IC中的一个或多个的第一端BALUP输出弱下拉信号，多个电池保护芯片IC中的一个或多个的第二端BALDN输出弱上拉信号。
且当上一级电池保护芯片IC(电池保护芯片IC①)的第二端BALDN输出强上拉信号，且本级电池保护芯片IC(电池保护芯片IC②)的第一端BALUP输出弱下拉信号时，本级电池保护芯片的第一端BALUP被强制为强上拉信号。当下一级电池保护芯片IC(电池保护芯片IC③)的第一端BALUP输出强下拉信号，且本级电池保护芯片的第二端BALDN输出弱上拉信号时，本级电池保护芯片的第二端BALDN被强制为强下拉信号。
根据本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置，该级联平衡控制装置包括的每个电池保护芯片IC相比于传统的电池保护芯片IC而言，具有端口少的优点，即每个电池保护芯片IC仅有两个端口(第一端BALUP和第二端BALDN)，因此对电池保护芯片IC封装方便简单，且使得封装成本降低。另外，由于封装的电池保护芯片IC的对外端口少，因此简化与其它设备，如其它电池保护芯片IC的连接，便于外部(在PCB板上)布局布线，由此使得外部(PCB板)电路结构简单，便于实现。
在本发明的一个实施例中，每个电池保护芯片根据自身控制的电池组的电压判断是否开启组内平衡，每个所述电池保护芯片根据所述电池保护芯片的第一端BALUP和第二端BALDN的信号判断是否开启组间平衡。
参考图2和图3，其中，图2为本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置的电池保护芯片的第一模块的原理图，图3为本发明实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置的电池保护芯片的第二模块的原理图。电池保护芯片的级联平衡控制装置的电池保护芯片IC包括第一模块200和第二模块300。
结合图2和图3，第一模块200通过第一控制输出端201向第二模块300发送相应的第一控制信号UP2DN，第二模块300通过第二控制输出端301向第一模块200发送相应的第二控制信号DN2UP。其中：
第一模块200具有第一端BALUP，且第一模块200具有平衡信号输入端202，在平衡信号输入端202输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)未达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制输出端301的第二控制信号DN2UP控制第一端BALUP输出强上拉信号，以及在平衡信号输入端202输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)已达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制输出端301的第二控制信号DN2UP控制第一端BALUP输出弱下拉信号，且控制第一控制输出端201输出第一控制信号UP2DN。
第二模块300具有第二端BALDN，且第二模块300具有平衡信号输入端302，在平衡信号输入端302输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)未达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制输出端201的第一控制信号UP2DN控制第二端BALDN输出强下拉信号，以及在平衡信号输入端302输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)已达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制输出端201的第一控制信号UP2DN控制第二端BALDN输出弱上拉信号，且控制第二控制输出端301输出第二控制信号DN2UP，其中，第二控制信号DN2UP与第一控制信号UP2DN相反。
结合图2，进一步地，第一模块200包括第一判决子模块210、电平移位子模块220、上拉控制子模块230和第一控制子模块240。其中：
第一判决子模块210分别与第二控制输出端301和平衡信号输入端202相连，用于根据第二控制输出端301和平衡信号输入端202的输入信号生成第一判决信号UP_CT_P，并根据第三控制信号UP及第一判决信号UP_CT_P生成第二判决信号UP_CT_P2。
电平移位子模块220与第一判决子模块210相连，用于根据第一判决信号UP_CT_P生成电平移位信号UP_CT。
上拉控制子模块230与第一判决子模块210相连，用于根据电平移位信号UP_CT生成上拉信号及第三控制信号UP，其中，上拉信号和第三控制信号UP的状态相反。
第一控制子模块240与第一判决子模块210相连，用于根据第二判决信号UP_CT_P2生成第一控制信号UP2DN。
结合图3，在本发明的进一步示例中，第二模块300包括第二判决子模块310、下拉控制子模块320和第二控制子模块330。其中：
第二判决子模块310分别与第一控制输出端201和平衡信号输入端302相连，用于根据第一控制输出端201和平衡信号输入端302的输入信号生成第三判决信号DN_CT_P，并根据第四控制信号DN1、第五控制信号DN2及第三判决信号DN_CT_P生成第四判决信号DN_CT_P2。
下拉控制子模块320与第二判决子模块310相连，下拉控制子模块320根据第三判决信号DN_CT_P生成下拉信号，第四控制信号DN1和第五控制信号DN2。
第二控制子模块330与第二判决子模块310相连，第二控制子模块330根据第四判决信号DN_CT_P2生成第二控制信号DN2UP。
参考图4，本发明实施例的电池保护芯片IC还包括平衡判断模块400，用于根据自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HEAL_LV)判断是否开启组内平衡，及根据电池保护芯片IC的第一端BALUP和第二端BALDN的信号判断是否开启组间平衡。
下面结合附图1-4对电池保护芯片IC的第一模块200、第二模块300及平衡判断模块400的工作原理做详细描述。
其中在图2所示的第一模块200和图3所示的第二模块300中，VCC为电池总电压，典型值为10～20V，POWER为电池保护芯片IC内部逻辑电源，典型值为4V，GND为电池保护芯片IC的地，BIAS为偏置电压。
对于一个电池保护芯片IC的平衡控制而言，平衡传递端子(第一端BALUP和第二端BALDN)的状态由自身平衡信号HBAL_ALL控制。第一端BALUP有两种状态，即强上拉和弱下拉状态，当第一端BALUP为强上拉状态时，输出为强上拉信号，当第一端BALUP为弱下拉状态时，输出为弱下拉信号。第二端BALDN具有强下拉和弱上拉状态。
第一模块200和第二模块300的工作原理如下：
当本电池保护芯片IC控制的电池组的电压未全部达到平衡阈值时，自身平衡信号HBAL_ALL为低电平。具体如下：
参考图2，第一模块200的自身平衡信号HBAL_ALL信号为低电平，经过反相器后得到高电平信号INTBAL_N，此时第二控制信号DN2UP为低电平，二者经过或非门后得到第一判决信号UP_CT_P为低电平，第一判决信号UP_CT_P输出给电平移位子模块220，使得电平移位信号UP_CT为低电平，此时MOS管M6导通，所以第一端BALUP为强上拉状态，强上拉信号上拉至VCC(高电平)。此时MOS管M8导通，由于M8的上拉能力比M10的下拉能力强，因此M8的漏极电位即M12的栅极为高电平，M12导通，因此第三控制信号UP下拉至GND。第三控制信号UP经过两个反相器后，输出低电平信号，该信号与信号UP_CT_N经过或非门后输出低电平信号，此时M2导通，使得M3的栅极电位为高电平，M3导通，M3的漏极电位输出为低电平，经过3个反相器后得到的第一控制信号UP2DN为高电平，输出至本电源保护芯片IC的第二模块300。
参考图3，第二模块300的自身平衡信号HBAL_ALL信号为低电平，此时第一控制信号UP2DN为高电平信号，二者经过与非门后输出第三判决信号DN_CT_P为高电平，第三判决信号DN_CT_P输出到MOS管M11的栅极，使得M11导通，所以第二端BALDN为强下拉状态，强下拉信号下拉至低电平。此时MOS管M12导通，由于MOS管M5的上拉能力比M12的下拉能力强，故M12漏极即M10栅极为高电平，M10导通，因此第四控制信号DN1下拉至GND，同时M15截止，第五控制信号DN2上拉为高电平。第四控制信号DN1经过反相器后得到高电平信号，第五控制信号DN2经过两个反相器后得到高电平信号，自身平衡信号HBAL_ALL与第一控制信号UP2DN信号经过与非门和反相器后输出信号DN_CT_N为低电平信号，因此第四控制信号DN1、第五控制信号DN2和信号DN_CT_N经与非门输出的第四判决信号DN_CT_P2为高电平，即M2的栅极电位为高电平，M2导通，所以M1的栅极电位为低电平，M1导通，M1漏极电位为高电平，经过3个反相器后得到的第二控制信号DN2UP为低电平，输出到本电池保护芯片IC的第一模块200。
当本电池保护芯片IC控制的电池组的电压全部达到平衡阈值时，自身平衡信号HBAL_ALL为高电平。具体如下：
参考图2，第一模块200的自身平衡信号HBAL_ALL为高电平，经过反相器后得到低电平信号，此时第二控制信号DN2UP为低电平，二者经过或非门后输出的第一判决信号UP_CT_P为高电平，第一判决信号UP_CT_P输出到电平移位子模块220，得到的电平移位信号UP_CT为高电平，此时MOS管M6截止，故第一端BALUP弱下拉，输出信号为低电平，此时MOS管M8截止，因此M8的漏极电位也即M12的栅极为低电平，M12截止，故第三控制信号UP上拉至高电平。第三控制信号UP经过两个反相器后，输出高电平信号，该信号与信号UP_CT_N经过或非门后得到第二判决信号UP_CT_P2为低电平。此时M2导通，使得M3的栅极电位为高电平，M3导通，由于M3的下拉能力比M1的强，故M3的漏极电位输出为低电平，经过3个反相器后得到的第一控制信号UP2DN信号为高电平，输出至本电源保护芯片IC的第二模块300。
参见图3，此时，第二模块300的自身平衡信号HBAL_ALL为高电平，此时第一控制信号UP2DN为高电平信号，二者经过与非门后输出的第三判决信号DN_CT_P为低电平，第三判决信号DN_CT_P信号输出到MOS管M11的栅极，使得M11截止，故第二端BALDN弱上拉，输出为高电平。此时M12截止，故M12漏极即M10栅极为高电平，M10导通，因此第四控制信号DN1下拉为低电平，同时M15栅极电位为高电平，故M15导通，第五控制信号DN2下拉为低电平。第四控制信号DN1经过反相器后得到高电平信号，第五控制信号DN2经过两个反相器后得到低电平信号，自身平衡信号HBAL_ALL与第一控制信号UP2DN经过与非门和反相器后输出高电平信号。因此第四控制信号DN1、第五控制信号DN2和第一控制信号UP2DN经过与非门和反相器后输出高电平信号经与非门输出的第四判决信号DN_CT_P2为高电平，即M2的栅极电位为高电平，M2导通，使得M1的栅极电位为低电平，M1导通，所以M1漏极电位为高电平，经过3个反相器后得到的第二控制信号DN2UP为低电平，输出至电源保护芯片IC的第一模块200。
由上可知，对于一个电源保护芯片IC而言，HBAL_ALL信号为低电平时，第一端BALUP的信号被强上拉，第三控制信号UP输出为低电平。HBAL_ALL信号为高电平时，第一端BALUP的信号被弱下拉，第三控制信号UP输出为高电平。HBAL_ALL信号与UP信号经过逻辑处理使得第一控制信号UP2DN的输出为高电平。HBAL_ALL信号为低电平时，第二端BALDN的信号被强下拉，第五控制信号DN2输出为高电平，第四控制信号DN1为低电平。HBAL_ALL信号为高电平时，第二端BALDN的信号被弱上拉，第五控制信号DN2输出为低电平，第四控制信号DN1为低电平。HBAL_ALL信号与DN1、DN2经过逻辑处理后输出的第二控制信号DN2UP为低电平。
结合图4，平衡判断模块400的工作原理如下：
平衡判断模块400中的信号HBAL_LV为每一节电池电压采样后经过比较器得到的输出信号，如果该节电池电压在平衡阈值之下，信号HBAL_LV为高电平，如果该节电池电压在平衡阈值之上，则信号HBAL_LV为低电平。对于单个电源保护芯片IC的情况，如果电源保护芯片IC控制的电池组电压未全部达到平衡阈值，即自身平衡信号HBAL_ALL为低电平，则此时第一控制信号UP2DN为高电平，第二控制信号DN2UP为低电平，二者经过反相器和与非门后得到低电平信号，本节电池的平衡开启与否就由其电压来决定，若电源保护芯片IC的自身平衡信号HBAL_ALL为高电平，则信号HBAL_LV为低电平，HBAL_ALL经过反相后得到低电平信号，经过与非门和反相器后输出低电平信号，则本节电池的平衡开启与否就取决于信号第一控制信号UP2DN和第二控制信号DN2UP的电位。BAL信号为低电平时MOS管M1截止，平衡不开启，BAL信号为高电平时M1导通，平衡开启，与电阻构成放电回路将电池电压放电至平衡阈值之下。各信号状态如下表所示：
  HBAL_ALL   HBAL_LV   UP2DN   DN2UP   BAL
  0   1   1   0   0
  0   0   1   0   1
  1   0   0   0   1
  1   0   0   1   1
  1   0   1   0   0
  1   0   1   1   1
表1
平衡级联应用时，以三颗IC级联应用为实施例。
第一颗IC的BALDN连接第二颗IC的BALUP，第二颗IC的BALDN连接第三颗IC均BALUP，第一颗IC的BALUP与第三颗IC的BALDN悬空。先定义上下拉的状态，00表示强下拉，0表示弱下拉，11表示强上拉，1表示弱上拉，则由单颗IC平衡的原理可知，BALDN与BALUP的状态如下表所示：
  BALDN   00   1
  BALUP   11   0
表2
如图1所示，当多个电池保护芯片IC级联时，上一级电源保护芯片IC①的第二端BALDN与本级电源保护芯片IC②的第一端BALUP相连，上一级电源保护芯片IC①的第二端BALDN的低电平即为本级电源保护芯片IC②的BALUP的高电平。
因此级联时各端子上下拉规则为：当上一级电源保护芯片IC①第二端BALDN为强下拉与本级电源保护芯片IC②的第一端BALUP强上拉相连时，BALDN与BALUP的状态保持不变；当上一级电源保护芯片IC①的BALDN为强下拉与本级电源保护芯片IC②的BALUP弱下拉相连时，BALDN状态不变，BALUP由弱下拉变为强上拉。当上一级电源保护芯片IC①的BALDN为弱上拉与本级电源保护芯片IC②的BALUP强上拉相连时，BALDN由弱上拉变为强下拉，BALUP状态不变，当上一级电源保护芯片IC①的BALDN为弱上拉与本级电源保护芯片IC②的BALUP弱下拉相连时，则BALDN由弱上拉变为比本身IC地电位还低的电压，BALUP保持弱下拉不变。关于BALDN为弱上拉与BALUP弱下拉相连，其原理在上述实施例中已经做了描述，在此不作赘述。
结合图2和图3，此时M4导通M11截止，M6截止M7导通。由于M4和M7处MOS管尺寸预选则为一样，但是M7的MOS管的个选择为13个，M4处的MOS管的个数选择为3个，所以导致M7的下拉能力比M4的上拉能力强，使得第二端BALDN拉的比本身电池保护芯片IC的地更低的电位。为了防止逻辑误判断，在第一模块200和第二模块300中加了延时电容C1和C2，使得第一控制信号UP2DN和第二控制信号DN2UP在变化时存在一定的延时T1和T2，其延时仿真图参见图5。如下表所示：
  IC①状态   IC②状态   IC③状态   状态组合
  0   0   0   A
  0   0   1   B
  0   1   0   C
  0   1   1   D
  1   0   0   E
  1   0   1   F
  1   1   0   G
  1   1   1   H
表3
定义为0表示当前的电源保护芯片IC电池电压未全部达到平衡阈值，其自身平衡信号HBAL_ALL为低电平，1表示当前的电源保护芯片IC电池电压全部达到平衡阈值，其自身平衡信号HBAL_ALL为高电平。则对于图1中所述的3个电源保护芯片IC(IC①至IC③)的不同状态的组合包括如表3所示的8种情况。
结合第一模块200的原理图2和第二模块300的原理图3，以及图1所示的电池保护芯片IC级联的情况可知，级联时IC的平衡开启状态的原理如下所示，具体而言：
1、如状态组合A所示，IC①、IC②、IC③的平衡信号HBAL_ALL均为低电平，此时IC①、IC②、IC③的第一端BALUP(平衡控制端子)都是强上拉，第二端BALDN都是强下拉。而单颗IC，如IC①、IC②、IC③的其中任意一个的内部逻辑状态不变，因此IC①、IC②、IC③之间互不影响，组间平衡不开启，组内平衡是否开启只取决于IC①、IC②、IC③所对应的每一节电池的电压，只有在每一节电池的电压均高于平衡阈值的电池才会开启平衡。
2、如状态组合B所示，IC③的平衡信号HBAL_ALL为高电平，IC②和①的平衡信号HBAL_ALL为低电平。IC②和IC①则因为平衡信号不开启，各自的第一端BALUP都是强上拉，第二端BALDN都是强下拉，二者之间互不影响，组间平衡不开启，组内平衡是否开启只取决于IC②和IC①所对应的每一节电池的电压，只有高于平衡阈值的电池才会开启平衡。IC②的第二端BALDN与IC③的第一端BALUP相连，即为IC②的第二端BALDN为强下拉与IC③的第一端BALUP弱下拉相连，IC②的第二端BALDN状态不变，IC③的第一端BALUP由弱下拉变为强上拉，则第一控制信号UP2DN从高电平变为低电平，BAL也就变为高电平，此时IC③的组间平衡开启，即IC③的电池全部开启平衡。
3、如状态组合C所示，IC②的平衡信号HBAL ALL为高电平，IC①和③的平衡信号HBAL_ALL为低电平。由于IC①和IC③平衡信号不开启，IC①和IC③的第一端BALUP和第二端BALDN分别为强上拉和强下拉，此时对应的IC②的第一端BALUP和第二端BALDN分别由弱下拉变为强上拉，弱上拉变为强下拉，IC②的第一控制信号UP2DN从高电平变为低电平，结果BAL变为高电平，此时IC②的组间平衡开启，IC①和IC③的组间平衡不开启。此时IC①和IC③的组内平衡是否开启只取决于IC①和IC③对应的每一节电池的电压，只有高于平衡阈值的电池才会开启平衡，IC②的电池全部开启平衡。
而状态组合E、F的平衡开启原理与状态组合B、C的平衡开启原理类似，因此，为了减少冗余，再次不对状态组合E、F的平衡开启原理做详细描述。
4、如状态组合D所示，IC①的平衡信号HBAL_ALL为低电平，IC②和IC③的平衡信号HBAL_ALL为高电平。由于IC①的平衡信号不开启，则IC②和IC③的组间平衡不开启，第一端BALUP和第二端BALDN为强上拉和强下拉，IC①的第二端BALDN下传给IC②的第一端BALUP，使得IC②的第一端BALUP强下拉到IC①的地，即强上拉至IC②本身的VCC，第一控制信号UP2DN由高电平变为低电平，IC②的组间平衡开启。经过逻辑处理后的第二端BALDN的信号变为强下拉，同时下传给IC③的第一端BALUP，使得IC③的第一端BALUP强下拉到IC②的地，即IC③本身的VCC，第一控制信号UP2DN由高电平变为低电平，IC③的组间平衡开启。此时IC①的组内平衡是否开启只取决于IC①对应的每一节电池的电压，只有高于平衡阈值的电池才会开启平衡，IC②和IC③的电池全部开启平衡。
由状态组合D可类推状态组合G的平衡开启原理，为了减少冗余，不做赘述。
5、如态组合H所示，IC①、IC②、IC③的平衡信号HBAL_ALL都为高电平，其第一端BALUP均为弱下拉，第二端BALDN均为弱上拉。从上述实施例的单个电池保护芯片IC的平衡原理可知，第一端BALUP的弱下拉能力要远远强于第二端BALDN的弱上拉能力。因此，当第二端BALDN的弱上拉与第一端BALUP的弱下拉相连时，第二端BALDN的电位会被下拉至比本身的地的电位还低的电位。结合图3，当第二端BALDN电位比地低时，M12导通，结果M10的栅极电位比GND的低，M10截止，输出的第四控制信号DN1为高电平，M15截止，第五控制信号DN2也为高电平，经过逻辑处理后第二控制信号DN2UP为低电平，第一控制信号UP2DN为高电平，输出信号BAL为低电平，故本身IC的平衡不开启。所以对于状态组合H而言，IC①的第二端BALDN与IC②的第一端BALUP相连，使得IC①的平衡不开启，同样IC②的第二端BALDN与IC③的第一端BALUP相连，使得IC②的平衡不开启。IC③由于各端子状态保持不变，因此平衡也不开启。
如下表所示，为IC①、IC②、IC③的组间平衡开启表：
表4
为了便于理解级联时各IC(IC①、IC②、IC③)的平衡开启状态，如图6所示，IC①、IC②、IC③的逻辑变化示意图。其中第一端BALUP与第二端BALDN中11表示强上拉，1表示弱上拉，00表示强下拉，0表示弱下拉。而位于第一端BALUP与第二端BALDN中间的0和1分别表示IC①、IC②、IC③的电池电压未全部达到平衡阈值和电池电压全部达到平衡阈值。0-11表示第一端BALUP状态由弱下拉变为强上拉，1-00表示第二端BALDN状态由弱上拉变为强下拉。
结合图1-图6，本发明的进一步实施例提出了一种电池保护芯片。
如图2和图3所示，电池保护芯片IC包括第一模块200和第二模块300，第一模块200向第二模块300发送第一控制信号UP2DN，第二模块300向第一模块200发送第二控制信号DN2UP。在本发明的一个实施例中，电池保护芯片IC为上述实施示例中所示的电池保护芯片IC。因此，第一模块200包括第一控制输出端201，并通过第一控制输出端201向第二模块300发送相应的第一控制信号UP2DN，第二模块300包括第二控制输出端301，并通过第二控制输出端301向第一模块200发送相应的第二控制信号DN2UP，其中：
结合图2和图3，第一模块200具有第一端BALUP，当向第一模块200输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制信号DN2UP控制第一端BALUP输出强上拉信号，以及当向第一模块200输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制信号DN2UP控制第一端BALUP输出弱下拉信号，且输出第一控制信号UP2DN。在本发明的一个示例中，第一模块200例如为上述实施例的第一模块200，因此第一端第一模块200具有平衡信号输入端202，在平衡信号输入端202输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)未达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制输出端301的第二控制信号DN2UP控制第一端201输出强上拉信号，以及在平衡信号输入端202输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)已达到全部平衡阈值的信号时，第一模块200根据第二控制输出端301的第二控制信号DN2UP控制第一端201输出弱下拉信号，且控制第一控制输出端201输出第一控制信号UP2DN。
第二模块300具有第二端301，当向第二模块300输入自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HBAL_ALL)未达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制信号UP2DN控制第二端301输出强下拉信号，以及当第二模块300输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制信号UP2DN控制第二端301输出弱上拉信号，且输出第二控制信号DN2UP。作为一个具体的示例，第二模块300例如为上述实施例的第二模块300，因此第二端第二模块300具有平衡信号输入端302，在平衡信号输入端302输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制输出端201的第一控制信号UP2DN控制第二端301输出强下拉信号，以及在平衡信号输入端302输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，第二模块300根据第一控制输出端201的第一控制信号UP2DN控制第二端301输出弱上拉信号，且控制第二控制输出端301输出第二控制信号DN2UP，其中，第二控制信号DN2UP与第一控制信号UP2DN相反。
根据本发明实施例的电池保护芯片相比于传统的电池保护芯片而言，具有端口少的优点，即每个电池保护芯片仅有两个端口(第一端和第二端)，因此对电池保护芯片封装方便简单，且使得封装成本降低。另外，由于封装的电池保护芯片的对外端口少，因此简化与其它设备，如其它电池保护芯片的连接，便于外部(在PCB板上)布局布线，由此使得外部(PCB板)电路结构简单，便于实现。
再次结合图2，在本发明的一个示例中，第一模块200进一步包括第一判决子模块210、电平移位子模块220、上拉控制子模块230和第一控制子模块240，其中：
第一判决子模块210用于根据第二控制信号DN2UP和自身平衡信号HBAL_ALL生成第一判决信号UP_CT_P，并根据第三控制信号UP及第一判决信号UP_CT_P生成第二判决信号UP_CT_P2，具体而言，第一判决子模块210分别与第二控制输出端301和平衡信号输入端202相连，用于根据第二控制输出端301和平衡信号输入端202的输入信号生成第一判决信号UP_CT_P，并根据第三控制信号UP及第一判决信号UP_CT_P生成第二判决信号UP_CT_P2。
电平移位子模块220与第一判决子模块210相连，用于根据第一判决信号UP_CT_P生成电平移位信号UP_CT。
上拉控制子模块230与第一判决子模块210相连，用于根据电平移位信号UP_CT生成上拉信号及第三控制信号UP，其中，上拉信号和第三控制信号UP的状态相反。
第一控制子模块240与第一判决子模块210相连，用于根据第二判决信号UP_CT_P2生成第一控制信号UP2DN。
结合图3，在本发明的进一步示例中，第二模块300例如为上述实施例的第二模块300，进一步包括第二判决子模块310、下拉控制子模块320和第二控制子模块330，其中：
第二判决子模块310用于根据第一控制信号UP2DN和自身平衡信号HBAL_ALL生成第三判决信号DN_CT_P，并根据第四控制信号DN1、第五控制信号DN2及第三判决信号DN_CT_P生成第四判决信号DN_CT_P2，具体而言，第二判决子模块310分别与第一控制输出端201和平衡信号输入端302相连，用于根据第一控制输出端201和平衡信号输入端302的输入信号生成第三判决信号DN_CT_P，并根据第四控制信号DN1、第五控制信号DN2及第三判决信号DN_CT_P生成第四判决信号DN_CT_P2。
下拉控制子模块320与第二判决子模块310相连，下拉控制子模块320根据第三判决信号DN_CT_P生成下拉信号，第四控制信号DN1和第五控制信号DN2。
第二控制子模块330与第二判决子模块310相连，第二控制子模块330根据第四判决信号DN_CT_P2生成第二控制信号DN2UP。
在本发明的一个实施例中，所述电池保护芯片IC为多节电池保护芯片。
结合图4，电池保护芯片IC还包括：平衡判断模块400，用于根据自身控制的电池组的电压(自身平衡信号HEAL_LV)判断是否开启组内平衡，及根据所述电池保护芯片IC的第一端BALUP和第二端BALDN的信号判断是否开启组间平衡。
本发明实施例的电池保护芯片的工作原理在上述实施例的电池保护芯片的级联平衡控制装置中已经进行了描述，为了减少冗余，不作赘述。
本发明的实施例结构简单，端口少，便于封装，且对于外围布线简单。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (12)

1.一种电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，包括：
多个串联的电池保护芯片，每个所述电池保护芯片具有第一端和第二端，其中，本级电池保护芯片的第一端与上一级电池保护芯片的第二端相连，所述本级电池保护芯片的第二端与下一级电池保护芯片的第一端相连，且当所述多个电池保护芯片中的一个或多个在自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值时，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第一端输出强上拉信号，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第二端输出强下拉信号；当所述多个电池保护芯片中的一个或多个在自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值时，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第一端输出弱下拉信号，所述多个电池保护芯片中的一个或多个的第二端输出弱上拉信号，
且，当所述上一级电池保护芯片的第二端输出强上拉信号，且所述本级电池保护芯片的第一端输出弱下拉信号时，所述本级电池保护芯片的第一端被强制为强上拉信号；当所述下一级电池保护芯片的第一端输出强下拉信号，且所述本级电池保护芯片的第二端输出弱上拉信号时，所述本级电池保护芯片的第二端被强制为强下拉信号。
2.如权利要求1所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，每个所述电池保护芯片根据自身控制的电池组的电压判断是否开启组内平衡，每个所述电池保护芯片根据所述电池保护芯片的第一端和第二端的信号判断是否开启组间平衡。
3.如权利要求1或2所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，所述电池保护芯片包括第一模块和第二模块，所述第一模块通过第一控制输出端向所述第二模块发送相应的第一控制信号，所述第二模块通过第二控制输出端向所述第一模块发送相应的第二控制信号，其中，
所述第一模块具有第一端，且所述第一模块具有平衡信号输入端，在所述平衡信号输入端输入所述自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据所述第二控制输出端的第二控制信号控制所述第一端输出所述强上拉信号，以及在所述平衡信号输入端输入所述自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据所述第二控制输出端的第二控制信号控制所述第一端输出所述弱下拉信号，且控制所述第一控制输出端输出所述第一控制信号；以及
所述第二模块具有所述第二端，且所述第二模块具有平衡信号输入端，在所述平衡信号输入端输入所述自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制输出端的所述第一控制信号控制所述第二端输出所述强下拉信号，以及在所述平衡信号输入端输入所述自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制输出端的所述第一控制信号控制所述第二端输出所述弱上拉信号，且控制所述第二控制输出端输出所述第二控制信号，所述第二控制信号与所述第一控制信号相反。
4.如权利要求3所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，所述第一模块进一步包括第一判决子模块、电平移位子模块、上拉控制子模块和第一控制子模块，其中，
所述第一判决子模块分别与所述第二控制输出端和所述平衡信号输入端相连，用于根据所述第二控制输出端和所述平衡信号输入端的输入信号生成第一判决信号，并根据第三控制信号及所述第一判决信号生成第二判决信号；
所述电平移位子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述第一判决信号生成电平移位信号；
所述上拉控制子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述电平移位信号生成上拉信号及第三控制信号，其中，所述上拉信号和所述第三控制信号的状态相反；
所述第一控制子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述第二判决信号生成所述第一控制信号。
5.如权利要求3所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，所述第二模块进一步包括第二判决子模块、下拉控制子模块和第二控制子模块，其中，
所述第二判决子模块分别与所述第一控制输出端和所述平衡信号输入端相连，用于根据所述第一控制输出端和所述平衡信号输入端的输入信号生成第三判决信号，并根据第四控制信号、第五控制信号及所述第三判决信号生成第四判决信号；
所述下拉控制子模块与所述第二判决子模块相连，所述下拉控制子模块根据所述第三判决信号生成下拉信号，所述第四控制信号和第五控制信号；
所述第二控制子模块与所述第二判决子模块相连，所述第二控制子模块根据所述第四判决信号生成所述第二控制信号。
6.如权利要求3所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，所述电池保护芯片还包括平衡判断模块，用于根据自身控制的电池组的电压判断是否开启组内平衡，及根据所述电池保护芯片的第一端和第二端的信号判断是否开启组间平衡。
7.如权利要求1或2所述的电池保护芯片的级联平衡控制装置，其特征在于，所述电池保护芯片为多节电池保护芯片。
8.一种电池保护芯片，其特征在于，包括第一模块和第二模块，所述第一模块向所述第二模块发送第一控制信号，所述第二模块向所述第一模块发送第二控制信号，其中，
所述第一模块具有第一端，当向所述第一模块输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据第二控制信号控制所述第一端输出强上拉信号，以及当向所述第一模块输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第一模块根据所述第二控制信号控制所述第一端输出弱下拉信号，且输出所述第一控制信号；以及
所述第二模块具有第二端，当向所述第二模块输入自身控制的电池组的电压未达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制信号控制所述第二端输出强下拉信号，以及当所述第二模块输入自身控制的电池组的电压已达到全部平衡阈值的信号时，所述第二模块根据所述第一控制信号控制所述第二端输出弱上拉信号，且输出所述第二控制信号，所述第二控制信号与所述第一控制信号相反。
9.如权利要求8所述的电池保护芯片，其特征在于，所述第一模块进一步包括第一判决子模块、电平移位子模块、上拉控制子模块和第一控制子模块，其中，
所述第一判决子模块用于根据所述第二控制信号和自身平衡信号生成第一判决信号，并根据第三控制信号及所述第一判决信号生成第二判决信号；
所述电平移位子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述第一判决信号生成电平移位信号；
所述上拉控制子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述电平移位信号生成上拉信号及第三控制信号，其中，所述上拉信号和所述第三控制信号的状态相反；
所述第一控制子模块与所述第一判决子模块相连，用于根据所述第二判决信号生成所述第一控制信号。
10.如权利要求8所述的电池保护芯片，其特征在于，所述第二模块进一步包括第二判决子模块、下拉控制子模块和第二控制子模块，其中，
所述第二判决子模块用于根据所述第一控制信号和自身平衡信号生成第三判决信号，并根据第四控制信号、第五控制信号及所述第三判决信号生成第四判决信号；
所述下拉控制子模块与所述第二判决子模块相连，所述下拉控制子模块根据所述第三判决信号生成下拉信号，所述第四控制信号和第五控制信号；
所述第二控制子模块与所述第二判决子模块相连，所述第二控制子模块根据所述第四判决信号生成所述第二控制信号。
11.如权利要求8所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片为多节电池保护芯片。
12.如权利要求8所述的电池保护芯片，其特征在于，还包括：
平衡判断模块，用于根据自身控制的电池组的电压判断是否开启组内平衡，及根据所述电池保护芯片的第一端和第二端的信号判断是否开启组间平衡。
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