CN103323645A - 多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统，所述电压检测电路包括电压检测模块、存储模块和逻辑判定模块，电压检测模块周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号；存储模块用于存储当前检测周期内，电压检测模块输出的每个电芯单元对应的电压检测信号；逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，逻辑判定模块输出保护信号。与现有技术相比，本发明中的电压检测电路可以提高该电池检测电路中的保护电压阈值的匹配性。

Description

多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统

【技术领域】

本发明涉及一种电源管理电路，特别涉及一种多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统。

【背景技术】

锂离子电池由于具有能量高、电池电压高、工作稳定范围宽、贮存寿命长等优点，已广泛应用于军事和民用小型电器中，如移动电话、便携式计算机、摄像机、照相机等，部分代替了传统电池。但是因其物理特性，在使用过程中，锂电池对充电电流、放电电流、电压及温度要求很严格，一旦超过将在安全上和寿命上产生严重后果。因此，锂离子电池在充放电工作过程中，需要对其过充电电压、过放电电压、充电限制电流以及放电限制电流等关键参数进行监测和控制，以防止电池过度损耗同时保证使用中的安全。

对于多节串联的锂电池（或者电芯单元）组，与其匹配的电池保护电路需要检测每个电芯单元的电压状态，以判定是否有电芯单元出现充电过压状态或者放电欠压状态。

请参考图1所示，其为现有技术中的多节电芯单元串联的电池保护系统的示意图。所述电池保护系统包括电池组110、电压检测电路120、控制电路130和开关组合电路140。

所述电池组110包括多个依次串联的电芯单元B1、B2、Bn-1和Bn，最上级电芯单元Bn的正极与电池正极连接端P+相连，最下级电芯单元B1的负极通过所述开关组合电路140连接于电池负极连接端P-。

所述电压检测电路120包括电压检测模块122和比较模块124。所述电压检测模块122包括多个电压检测单元，分别为电压检测单元1、电压检测单元2、……、电压检测单元n-1和电压检测单元n，其中，每个电压检测单元对应一个电芯单元以检测对应的电芯单元的电压。当所述电池保护系统处于充电状态（即充电器正接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，对电池组110充电）时，所述比较模块124将各个电压检测单元检测到的n节电芯单元的电压与预先设定的高压保护阈值进行比较，以判定所述电池组110是否处于充电过压状态。具体为，当所述电池保护系统处于充电状态时，若检测到的所有电芯单元的电压都小于所述高压保护阈值时所述比较模块124输出正常充电电压信号；若至少一个电芯单元的电压大于所述高压保护压阈值时，所述比较模块124输出异常充电信号（即充电过压保护信号）。当所述电池保护系统处于放电状态（即负载连接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，电池组110对负载供电）时，所述比较模块124将各个电压检测单元检测到的n节电芯单元的电压与预先设定的低压保护阈值进行比较，以判定所述电池组110是否处于放电欠压状态。具体为，当所述电池保护系统处于放电状态时，若检测到的所有电芯单元的电压都大于所述欠压保护阈值，所述比较模块124输出正常放电电压信号；若至少一个电芯单元的电压小于所述欠压保护阈值，所述比较模块124输出异常放电电压信号（即放电欠压保护信号）。

所述开关组合电路140包括NMOS晶体管MN1和MN2，所述NMOS晶体管MN1的源极与电芯单元B1的负极相连，所述NMOS晶体管MN1的漏极和NMOS晶体管MN2的漏极相连，所述NMOS晶体管MN2的源极与所述电池负极连接端P-相连，所述NMOS晶体管MN1的栅极为放电控制端DO，所述NMOS晶体管MN2的栅极为充电控制端CO。

所述控制电路130根据所述比较模块124输出的信号输出放电控制信号给所述放电控制端DO，输出充电控制信号给所述充电控制端CO。当所述比较模块124输出异常充电信号时，所述控制电路130控制NMOS晶体管MN2截止且NMOS晶体管MN1导通，即关断充电回路；当所述比较模块124输出异常放电信号时，所述控制电路130控制NMOS晶体管MN2导通且NMOS晶体管MN1截止，即关断放电回路。

由于图1中的每个电芯单元对应一个独立的电压检测单元，多个电压检测各自的偏差(offset)会造成每个电芯保护电压阈值（比如，高压阈值和低压阈值）匹配性降低，离散性变大。此外，图1中需要多个电压检测单元，需要的器件也较多，占用面积较大。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来克服上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统，不仅可以对多个电芯单元的电压进行检测，以判定是否有电芯单元处于充电过压状态或者放电欠压状态，而且还可以提高该电池检测电路中的保护电压阈值的匹配性。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，本发明提供一种电压检测电路，用于对多个依次串联的电芯单元进行电压检测，其特征在于，其包括电压检测模块、存储模块和逻辑判定模块，所述电压检测模块周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号；所述存储模块用于存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出保护信号。

进一步的，在充电时，所述电压检测模块在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号；所述存储模块存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的充电电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的充电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个充电电压检测信号为异常充电电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出充电过压保护信号，在放电时，所述电压检测模块在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与低压阈值进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号；所述存储模块存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的放电电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的放电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个放电电压检测信号为异常放电电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出放电欠压保护信号。

进一步的，每个电芯单元都对应有一个时钟信号，且每个电芯单元对应的时钟信号的周期与所述检测周期相同，在一个检测周期内，每个电芯单元对应的时钟信号的有效电平互不交叠，所述电压检测电路还包括控制模块，当一个电芯单元对应的时钟信号为有效电平时，所述控制模块将所述电压检测模块连接至该电芯单元，使所述电压检测模块对该电芯单元进行检测；当一个电芯单元对应的时钟信号为无效电平时，所述控制模块使所述电压检测模块不与该电芯单元连接。

进一步的，所述控制模块包括多对开关，每个电芯单元对应一对开关，每对开关包括第一开关和第二开关，每对开关中的第一开关连接于与该对开关对应的电芯单元的正极和电压检测单元的第一连接端之间，每对开关中的第二开关连接于与该对控制开关对应的电芯单元的负极和电压检测单元的第二连接端之间，且每对控制开关的控制端都与该对控制开关对应的电芯单元对应的时钟信号相连，当一个电芯单元对应的时钟信号为有效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都导通；当一个电芯单元对应的时钟信号为无效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都关断。

进一步的，所述电压检测模块包括电压/电流转换模块、电流比较模块和参考电流模块，所述电压/电流转换模块将所述电芯单元的电压转换为电流；所述参考电流模块用于生成对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流；所述电流比较模块用于将所述电压/电流转换模块输出的转换电流与所述参考电流模块生成的对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流进行比较，以输出是否异常的电压检测信号。

进一步的，在充电时，所述参考电流模块生成对应高压阈值的第一参考电流；所述电压/电流转换模块在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第一参考电流进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号；在放电时，所述参考电流模块生成对应低压阈值的第二参考电流；所述电压/电流转换模块在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第二参考电流进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号。

更进一步的，所述存储模块包括多个存储单元，每个电芯单元对应一个存储单元，每个存储单元的时钟端与其对应的电芯单元对应的时钟信号相连，每个存储单元的输入端与所述电流比较模块的输出端相连，其输出端与所述逻辑判定模块相连，当一个存储单元的时钟端接收到的时钟信号的有效电平结束时，其锁存其输入端接收到的所述电流比较模块的输出端的电压检测信号。

更进一步的，除了第一连接端和第二连接端，所述电压/电流转换模块还包括输出端、第一电阻RC、第二电阻RA、第三电阻RB、第一运算放大器OA1和第一PMOS晶体管MP1，第二电阻RA和第三电阻RB依次串联于所述第一连接端和第二连接端之间；第一电阻RC和第一PMOS晶体管串联于第一连接端和输出端之间；所述运算放大器的正相输入端与第二电阻RA和第三电阻RB之间的连接节点相连，其负相输入端与所述第一PMOS晶体管和第一电阻RC之间的连接节点相连，其输出端与所述第一PMOS晶体管的栅极相连。

再进一步的，所述参考电流模块包括带隙基准电压、第二运算放大器、第三NMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管和电阻R0，所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体的源极与电源端相连；所述第二PMOS晶体管的栅极和第三PMOS晶体的栅极相连；所述第二PMOS晶体管的栅极与其漏极相连；所述第三NMOS晶体管和电阻R0串联于第二PMOS晶体管的漏极和系统地之间，所述第三PMOS晶体管MP3的漏极为所述参考电流模块的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端与所述带隙基准电压相连，其负相输入端与第三NMOS晶体管和可变电阻之间的连接节点相连，其输出端与第三NMOS晶体管的栅极相连，所述PMOS晶体管MP3的漏极输出的电流为所述参考电流模块产生的参考电流。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种电池保护系统，其包括电池组、开关组合电路、控制电路和电压检测电路。所述电池组包括多个依次串联的电芯单元，最上级电芯单元的一个连接端与电池正极连接端相连，最下级电芯单元的一个连接端通过所述开关组合电路连接于电池负极连接端。所述开关组合电路包括串联的充电控制开关和放电控制开关。所述电压检测电路用于对多个依次串联的电芯单元进行电压检测，其包括电压检测模块、存储模块和逻辑判定模块，所述电压检测模块周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号；所述存储模块用于存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出保护信号。所述控制电路根据所述电压检测电路输出的保护信号控制所述充电控制开关或放电控制开关截止以进行充电或放电保护。

与现有技术相比，本发明中的多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统，周期性的逐个对每个电芯单元进行电压检测，不仅可以实现对多个电芯单元的电压进行检测，以判定是否有电芯单元处于充电过压状态或者放电欠压状态，而且还可以提高该电池检测电路中的保护电压阈值的匹配性。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为现有技术中的多节电芯单元串联的电池保护系统的示意图；

图2为本发明中的电池保护系统在一个实施例中的电路示意图；

图3为图2中的电压检测电路在一个实施例中的示意图；和

图4为图3中各个时钟信号的波形图。

【具体实施方式】

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。除非特别说明，本文中的连接、相连、相接的表示电性连接的词均表示直接或间接电性相连。本文中的n为大于2的自然数，多个表示两个或者两以上，文中的连接、相接、串联等词可以理解为间接或者直接的连接相接、串联。

本发明提供的多个电芯单元串联的电压检测电路及电池保护系统，可以周期性的逐个对每个电芯单元进行电压检测，不仅可以实现对多个电芯单元的电压进行检测，以判定是否有电芯单元处于充电过压状态或者放电欠压状态，而且还可以提高该电池检测电路中的保护电压阈值的匹配性。

请参考图2所示，其为本发明中的电池保护系统在一个实施例中的电路示意图。该电池保护系统包括电池组210、开关组合电路220、控制电路230和电压检测电路240。

所述电池组210包括多个依次串联的电芯单元B1、B2、……Bn-1和Bn，最上级电芯单元Bn的正极与电池正极连接端P+相连，最下级电芯单元B1的负极通过所述开关组合电路220连接于电池负极连接端P-。

所述电压检测电路240包括电压检测模块242、存储模块244和逻辑判定模块246。所述电压检测模块242周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号。所述存储模块244用于存储当前检测周期内，所述电压检测模块242输出的每个电芯单元对应的电压检测信号。所述逻辑判定模块246根据所述存储模块244存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，所述逻辑判定模块246输出保护信号。电压检测电路240的一个具体实施方式将在图3中描述。

以下具体介绍所述电压检测电路240的工作过程。

当所述电池保护系统处于充电状态（即充电器正接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，对电池组210充电）时，所述电压检测模块242在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号。具体为，当所述电压检测模块242检测到一个电芯单元的电压小于所述高压阈值时，所述电压检测模块242输出正常充电电压检测信号，表示该电芯单元充电电压正常；当所述电压检测模块242检测到一个电芯单元的电压大于所述高压阈值时，所述电压检测模块242输出异常充电电压检测信号，表示该电芯单元充电过压。所述存储模块244存储当前检测周期内所述电压检测模块242输出的每个电芯单元对应的充电电压检测信号。所述逻辑判定模块246根据所述存储模块244存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的充电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个充电电压检测信号为异常充电电压检测信号时，所述逻辑判定模块246输出充电过压保护信号，即表示需要对电池组210进行充电保护。

当所述电池保护系统处于放电状态（即负载连接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，电池组210对负载供电）时，所述电压检测模块242在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与低压阈值进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号。在实现时，当所述电压检测模块242检测到一个电芯单元的电压大于所述低压阈值时，所述电压检测模块242输出正常放电电压检测信号，表示该电芯单元放电电压正常；当所述电压检测模块242检测到一个电芯单元的电压小于所述低压阈值时，所述电压检测模块242输出异常放电电压检测信号，表示该电芯单元放电欠压。所述存储模块244存储当前检测周期内，所述电压检测模块242输出的每个电芯单元对应的放电电压检测信号。所述逻辑判定模块246根据所述存储模块244存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的放电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个放电电压检测信号为异常放电电压检测信号时，所述逻辑判定模块246输出放电欠压保护信号，即表示需要对电池组210进行放电保护。

请继续参考图2所示，所述开关组合电路220包括第一NMOS晶体管MN1和第二NMOS晶体管MN2，第一NMOS晶体管MN1的源极与电芯单元B1的负极相连，其漏极与NMOS晶体管MN2的漏极相连，NMOS晶体管MN2的源极与电池负极连接端P-相连，第一NMOS晶体管MN1的衬体与其源极相连，第二NMOS晶体管MN1的衬体与其源极相连。第一NMOS晶体管MN1的栅极为所述开关组合电路220的放电保护控制端，第二NMOS晶体管MN2的栅极为所述开关组合电路220的充电保护控制端。NMOS晶体管MN1可以根据其控制端的信号的控制导通或截止，从而来导通或截止放电回路，因此，所述NMOS晶体管MN1也可以被称为放电控制开关，NMOS晶体管MN2可以根据其控制端的信号的控制导通或截止，从而来导通或截止充电回路，因此，所述NMOS晶体管MN2也可以被称为充电控制开关。

所述控制电路230连接于所述电压检测电路240的输出端（即所示逻辑判定模块246的输出端）和所述开关组合电路220的控制端之间，其根据所述电压检测电路240输出的保护信号控制所述开关组合电路220关断充电回路或者放电回路。具体为，当所述逻辑判定模块246输出充电过压保护信号时，所述控制电路230控制NMOS晶体管MN2截止和NMOS晶体管MN1导通，从而关断充电回路；当所述逻辑判定模块246输出放电过压保护信号时，所述控制电路230控制NMOS晶体管MN2导通和NMOS晶体管MN1截止，从而关断放电回路。

综上所述，由于本发明中的电压检测电路240仅包括一个电压检测模块242，所述电压检测模块242周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号。这样，不仅可以实现对每个电芯单元进行电压检测，以判定是否有电芯单元出现充电过压或者放电欠压状态，从而采取相应的保护措施，而且由于都使用同一个电压检测电路240对各个电芯单元的电压进行检测，消除了多个电压检测单元所带来的偏差，可以提高电池检测电路240中的保护电压阈值（比如，所述高压阈值和所述低压阈值）的匹配性。

请参考图3所示，其为图2中的电压检测电路在一个实施例中的示意图。所述电压检测电路340包括电压检测模块342、存储模块344、逻辑判定模块346和控制模块348。

图3所示的实施例中，每个电芯单元都对应有一个控制信号（或称时钟信号，比如φ1,φ2,φ3,φ4），且每个电芯单元对应的控制信号的周期与所述检测周期相同，在一个检测周期内，每个电芯单元对应的控制信号的有效电平互不交叠。当一个电芯单元对应的控制信号为有效电平时，所述控制模块348将所述电压检测模块342连接至该电芯单元，使所述电压检测模块342对该电芯单元进行检测；当一个电芯单元对应的时钟信号为无效电平时，所述控制模块使所述电压检测模块不与该电芯单元连接。

为了便于描述，图3中的电池组310仅示例性的画出了依次串联的四个电芯单元，分别为电芯单元B1、电芯单元B2、电芯单元B3和电芯单元B4。电芯单元B1对应有时钟信号φ1、电芯单元B2对应有时钟信号φ2、电芯单元B3对应有时钟信号φ3和电芯单元B4对应有时钟信号φ4。请参考图4所示，其为图3中各个时钟信号的波形图，在此图中，时钟信号φ1，φ2，φ3和φ4的有效电平为高电平，无效信号为低电平，且时钟信号φ1，φ2，φ3和φ4的高电平互不交叠，检测周期为T。在图4中，前一个时钟信号的下降沿对应后一个时钟信号的上升沿，比如φ1的下降沿对应φ2的上升沿，在其他实施例中，前一个时钟信号的下降沿也可以距离后一个时钟信号的上升沿一端时间，相应的，当前检测周期的最后一个时钟信号的下降沿也可以距离下一个检测周期的第一个时钟信号的上升沿一段时间，只要保证有效信号互不交叠即可。

为了实现所述控制模块348的上述功能。图3所示的控制模块348包括多对开关，每个电芯单元对应一对开关，每对开关都包括第一开关和第二开关。其中，每对开关中的第一开关连接于与该对开关对应的电芯单元的正极和电压检测单元342的第一连接端1之间，第二开关连接于与该对控制开关对应的电芯单元的负极和电压检测单元342的第二连接端2之间，且每对控制开关的控制端都与该对控制开关对应的电芯单元对应的时钟信号相连。在一个检测周期中，当一个电芯单元对应的控制信号为有效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都导通，从而将所述电压检测模块342连接至该电芯单元，使所述电压检测模块342检测该电芯单元的电压是否异常；当一个电芯单元对应的控制信号为无效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都关断，从而切断所述电压检测模块342与该电芯单元的连接。例如，电芯单元B1对应时钟信号φ1，与电芯单元B1对应的一对控制开关分别为第一开关K1和第二开关K2，其中，第一开关K1连接于电芯单元B1的正极和电压检测单元342的第一连接端1之间，第二开关K2连接于电芯单元B2的负极和电压检测单元342的第二连接端2之间，且第一开关K1和第二开关K2的控制端都与时钟信号φ1相连。在一个检测周期中，当时钟信号φ1为有效电平时，第一开关K1和第二开关K2都导通，从而将所述电压检测模块342连接至该电芯单元；当一时钟信号φ1为无效电平时，第一开关K1和第二开关K2都关断，从而切断所述电压检测模块342与电芯单元B1的连接。由于在一个检测周期内，每个电芯单元对应的控制信号的有效电平互不交叠，因此，所述电压检测模块342在一个检测周期内逐个对每个电芯单元进行电压检测。

所述电压检测模块342为基于电流的电压检测模块，其包括电压/电流转换模块3422、电流比较模块ICOMP和参考电流模块3424。

所述电压/电流转换模块3422将与其相连的电芯单元的电压转换为电流。

所述电压/电流转换模块3422包括第一输入端1（其作为所述电压检测模块342的第一连接端1）、第二输入端2（其作为所述电压检测模块342的第二连接端2）、输出端3、电压采样单元、第一电阻RC、第一运算放大器OA1和第一PMOS晶体管MP1。所述电压采样单元用于采样所述第一输入端1和第二输入端2之间电压，并输出采样电压，其包括连接于所述第一输入端1和第二输入端2之间的第二电阻RA和第三电阻RB，第二电阻RA和第三电阻RB之间的节点的电压即为其输出的采样电压。第一电阻RC和第一PMOS晶体管MP1串联于第一输入端1和输出端3之间；所述运算放大器OA1的正相输入端与第二电阻RA和第三电阻RB之间的连接节点（即所述电压采样单元的输出端）相连，其负相输入端与所述第一PMOS晶体管MP1和第一电阻RC之间的连接节点相连，其输出端与所述第一PMOS晶体管MP1的栅极相连。当所述电压/电流转换模块3422与一个电芯单元相连时，其将该电芯单元的电压转换为电流(表示电芯单元的电压的电流)。例如，当所述控制模块348将所述电压/电流转换模块3422与电芯单元B1相连（即电芯单元B1的正极和负极分别与所述电压/电流转换模块220的第一输入端1和第二输入端2相连，电压/电流转换模块3422将所述电芯单元B1的正极和负极之间的电压转换为电流。具体转换过程为，所述运算放大器OA1的正相输入端采样所述电芯单元B1正极和负极之间的电压（该采样电压等于B1*RA/(RA+RB)），其输出端经所述PMOS晶体管MP1反馈至其负相输入端，直至所述第一运算放大器OA1的正相输入端和其负相输入端的电压相等，假设所述第一运算放大器OA1为理想运算放大器，第一PMOS晶体管MP1的漏极输出的电流值（即所述电压/电流转换模块3422输出的电流）近似等于所述第一运算放大器OA1正相输入端的采样电压除以第一电阻RC的阻值，即所述电压/电流转换模块3422输出的电流等于B1*RA/((RA+RB).RC)，其中，B1为电芯单元B1正负极的电压差值（即电芯单元B1的电压值）；RA、RB和RC分别为电阻RA、RB和RC的电阻值。由于电阻RA、RB和RC在具体实施例中为常数，因此，所述电压/电流转换模块3422输出的电流与其检测（或者连接）的电芯单元的电压成正比，即所述电压/电流转换模块3422将与其相连的电芯单元的电压转换为电流。

综上可知，所述电压/电流转换模块3422实质上是，首先对与其相连的电芯单元的电压进行采样，再将该采样电压转换为电流。由于所述采样电压小于与所述电压/电流转换模块3422相连的电芯单元的电压（比如，当所述电压/电流转换模块3422与电芯单元B1相连时，采样电压等于电芯单元B1的电压值*RA/(RA+RB)），因此，为PMOS晶体管MP1的源极到系统地之间的一系列电路留有了电压裕度，该电压裕度可以通过调节第二电阻RA和第三电阻RB的比例来进行大范围调整。

所述参考电流模块3424用于生成对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流。在本实施例中，所述参考电流模块3424包括带隙基准电压Bandgap、第二运算放大器OA2、第三NMOS晶体管MN3、第二PMOS晶体管MP2、第三PMOS晶体管MP3、非易失性存储器NVM和可变电阻R0。所述非易失性存储器NVM内存储有所述可变电阻R0的有效电阻数据，根据所述有效电阻数据可以调整所述可变电阻R0的有效电阻值。当然，在其他实施例中，所述电阻R0也可以是固定阻值的电阻。所述PMOS晶体管MP2和MP3的源极与电源端VCC相连；所述PMOS晶体管MP2的栅极和MP3的栅极相连；所述PMOS晶体管MP2的栅极与其漏极相连；所述NMOS晶体管MN3和可变电阻R0串联于PMOS晶体管MP2的漏极和系统地之间，所述PMOS晶体管MP3的漏极为所述参考电流模块3424的输出端。所述带隙基准电压Bandgap提供相对稳定的电压参考，应用调节技术取得低的温度相应及高标准性。所述第二运算放大器OA2的正相输入端与所述带隙基准电压Bandgap相连，其负相输入端与NMOS晶体管MN3和可变电阻R0之间的连接节点相连，其输出端与NMOS晶体管MN3的栅极相连，所述PMOS晶体管MP3的漏极输出的电流为所述参考电流模块3424产生的参考电流。

由于所述第二运算放大器OA2和NMOS晶体管MN3形成深度负反馈，因此，NMOS晶体管MN3漏极的电压等于带隙基准电压Bandgap，可近似认为无电流流经第二运算放大器OA2，NMOS晶体管MN3生成电流I1，该电流近似等于带隙基准电压Bandgap除以可变电阻R0的阻值，因此，可以通过调节可变电阻R0调节电流I1。又因为PMOS晶体管MP2和MP3的源极相连、栅极也相连，即PMOS晶体管MP3和MP2形成电流镜，因此，PMOS晶体管MP3的漏极生成的电流（即所述参考电流模块3424产生的参考电流）与所述电流I1相等或成一定比例。这样，所述参考电流模块340就可以生成稳定的对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流。

所述电流比较模块ICOMP用于将所述电压/电流转换模块220输出的转换电流与所述参考电流模块3424用于生成的对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流进行比较，以输出是否异常的电压检测信号。

以下参考图3和图2，具体介绍所述电压检测模块342的工作原理。

当所述电池保护系统处于充电状态（即充电器正接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，对电池组210充电）时，所述参考电流模块3424生成对应高压阈值的第一参考电流。所述电压/电流转换模块3422在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第一参考电流进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号。具体为，当所述电压/电流转换模块3422输出的一个电芯单元的电压对应的转换电流小于所述第一参考电流时，即表示该电芯单元的电压小于高压阈值，所述电流比较模块ICOMP输出正常充电电压检测信号；当所述电压/电流转换模块3422输出的一个电芯单元的电压对应的转换电流大于所述第一参考电流时，即表示该电芯单元的电压大于高压阈值，所述电流比较模块ICOMP输出异常充电电压检测信号，表示该电芯单元充电过压。

当所述电池保护系统处于放电状态（即负载连接于所述电池正极连接端P+和电池负极连接端P-之间，电池组210对负载供电）时，所述参考电流模块3424生成对应低压阈值的第二参考电流。所述电压/电流转换模块3422在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第二参考电流进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号。具体为，当所述电压/电流转换模块3422输出的一个电芯单元的电压对应的转换电流大于所述第二参考电流时，即表示该电芯单元的电压大于低压阈值，所述电流比较模块ICOMP输出正常放电电压检测信号；当所述电压/电流转换模块3422输出的一个电芯单元的电压对应的转换电流小于所述第二参考电流时，即表示该电芯单元的电压小于低压阈值，所述电流比较模块ICOMP输出异常放电电压检测信号，表示该电芯单元放电欠压。

图3中的存储模块344与图2中的存储模块的244的功能相同，即用于存储当前检测周期内，所述电压检测模块342输出的每个电芯单元对应的电压检测信号。所述存储模块344包括多个D触发器，每个电芯单元对应一个D触发器，每个D触发器的时钟端CK与其对应的电芯单元对应的控制信号相连，每个D触发器的输入端D与所述电流比较模块ICOMP的输出端相连，其输出端Q与所述逻辑判定模块346相连。当一个D触发器的时钟端CK接收到的时钟信号的有效电平结束时，其锁存（或者更新）其输入端D接收到的所述电流比较模块ICOMP的输出端的电压检测信号。图3中的存储模块344包括四个D触发器，分别为D触发器DFF1、DFF2、DFF3和DFF4，其中，D触发器DFF1对应电芯单元B1，其时钟端CK与时钟信号φ1相连，D触发器DFF2对应电芯单元B2，其时钟端CK与时钟信号φ2相连，D触发器DFF3对应电芯单元B3，其时钟端CK与时钟信号φ3相连，D触发器DFF4对应电芯单元B4，其时钟端CK与时钟信号φ4相连。

在一个检测周期中，当时钟信号φ1为有效电平时，所述电压检测模块342与电芯单元B1相连，对电芯单元B1进行电压检测并输出电压检测信号，当时钟信号φ1由有效电平跳变为无效电平时，D触发器DFF1锁存其输入端D接收到的所述电流比较模块ICOMP的输出端的电压检测信号，同时控制所述电压检测模块342与电芯单元B1不相连；当时钟信号Q2为有效电平时，所述电压检测模块342与电芯单元B2相连，对电芯单元B2进行电压检测并输出电压检测信号，当时钟信号Q2由有效电平跳变为无效电平时，D触发器DFF2锁存其输入端D接收到的所述电流比较模块ICOMP的输出端的电压检测信号，同时控制所述电压检测模块342与电芯单元B2不相连。这样，每个D触发器DFF通过对应的时钟信号自动更新其存储的电压检测信号，并且保证其存储的电压检测信号为所述电压检测模块342在当前检测周期中对对应的电芯单元检测输出的电压检测信号。

在其他实施例中，还可以采用其他触发器或寄存器来替代D触发器来进行数据存储，只要能够实现类似的存储功能即可，每个D触发器也可以被称为一个存储单元。

所述电压检测模块342在当前检测周期中完成对所有电芯单元的检测后，所述逻辑判定模块346根据所述存储模块344中D触发器存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，所述逻辑判定模块346输出保护信号。具体为，在充电时，所述逻辑判定模块346根据所述存储模块344中D触发器存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的充电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个充电电压检测信号为异常充电电压检测信号时，所述逻辑判定模块346输出充电过压保护信号，即表示需要对电池组210进行充电保护；在放电时，所述逻辑判定模块346根据所述存储模块344中D触发器存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的放电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个放电电压检测信号为异常充电电压检测信号时，所述逻辑判定模块346输出放电欠压保护信号，即表示需要对电池组210进行放电保护。

本发明中的在本发明中，“连接”、相连、“连”、“接”等表示电性相连的词语，如无特别说明，则表示直接或间接的电性连接。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种电压检测电路，用于对多个依次串联的电芯单元进行电压检测，其特征在于，其包括电压检测模块、存储模块和逻辑判定模块，

所述电压检测模块周期性的逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值和/或低压阈值进行比较，以输出是否异常的电压检测信号；

所述存储模块用于存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的电压检测信号；

所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个电压检测信号为异常电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出保护信号。

2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，

在充电时，所述电压检测模块在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与高压阈值进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号；所述存储模块存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的充电电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的充电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个充电电压检测信号为异常充电电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出充电过压保护信号，

在放电时，所述电压检测模块在一个检测周期内逐个检测每个电芯单元的电压，并将检测到的每个电芯单元的电压与低压阈值进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号；所述存储模块存储当前检测周期内，所述电压检测模块输出的每个电芯单元对应的放电电压检测信号；所述逻辑判定模块根据所述存储模块存储的所有电芯单元在当前检测周期对应的放电电压检测信号进行逻辑判定，若至少一个放电电压检测信号为异常放电电压检测信号时，所述逻辑判定模块输出放电欠压保护信号。

3.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，每个电芯单元都对应有一个时钟信号，且每个电芯单元对应的时钟信号的周期与所述检测周期相同，在一个检测周期内，每个电芯单元对应的时钟信号的有效电平互不交叠，

所述电压检测电路还包括控制模块，当一个电芯单元对应的时钟信号为有效电平时，所述控制模块将所述电压检测模块连接至该电芯单元，使所述电压检测模块对该电芯单元进行检测；当一个电芯单元对应的时钟信号为无效电平时，所述控制模块使所述电压检测模块不与该电芯单元连接。

4.根据权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，所述控制模块包括多对开关，每个电芯单元对应一对开关，每对开关包括第一开关和第二开关，每对开关中的第一开关连接于与该对开关对应的电芯单元的正极和电压检测单元的第一连接端之间，每对开关中的第二开关连接于与该对控制开关对应的电芯单元的负极和电压检测单元的第二连接端之间，且每对控制开关的控制端都与该对控制开关对应的电芯单元对应的时钟信号相连，

当一个电芯单元对应的时钟信号为有效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都导通；当一个电芯单元对应的时钟信号为无效电平时，与该电芯单元对应的一对控制开关都关断。

5.根据权利要求3所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测模块包括电压/电流转换模块、电流比较模块和参考电流模块，

所述电压/电流转换模块将所述电芯单元的电压转换为电流；

所述参考电流模块用于生成对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流；

所述电流比较模块用于将所述电压/电流转换模块输出的转换电流与所述参考电流模块生成的对应高压阈值的第一参考电流和/或对应低压阈值的第二参考电流进行比较，以输出是否异常的电压检测信号。

6.根据权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，

在充电时，所述参考电流模块生成对应高压阈值的第一参考电流；所述电压/电流转换模块在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第一参考电流进行比较，以输出是否异常的充电电压检测信号；

在放电时，所述参考电流模块生成对应低压阈值的第二参考电流；所述电压/电流转换模块在一个检测周期内逐个将每个电芯单元的电压进行电流转换，并将每个电芯单元的电压对应的转换电流与所述第二参考电流进行比较，以输出是否异常的放电电压检测信号。

7.根据权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，所述存储模块包括多个存储单元，每个电芯单元对应一个存储单元，每个存储单元的时钟端与其对应的电芯单元对应的时钟信号相连，每个存储单元的输入端与所述电流比较模块的输出端相连，其输出端与所述逻辑判定模块相连，

当一个存储单元的时钟端接收到的时钟信号的有效电平结束时，其锁存其输入端接收到的所述电流比较模块的输出端的电压检测信号。

8.根据权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，除了第一连接端和第二连接端，所述电压/电流转换模块还包括输出端、第一电阻RC、第二电阻RA、第三电阻RB、第一运算放大器OA1和第一PMOS晶体管MP1，

第二电阻RA和第三电阻RB依次串联于所述第一连接端和第二连接端之间；第一电阻RC和第一PMOS晶体管串联于第一连接端和输出端之间；所述运算放大器的正相输入端与第二电阻RA和第三电阻RB之间的连接节点相连，其负相输入端与所述第一PMOS晶体管和第一电阻RC之间的连接节点相连，其输出端与所述第一PMOS晶体管的栅极相连。

9.根据权利要求8所述的电压检测电路，其特征在于，所述参考电流模块包括带隙基准电压、第二运算放大器、第三NMOS晶体管、第二PMOS晶体管、第三PMOS晶体管和电阻R0，

所述第二PMOS晶体管和第三PMOS晶体的源极与电源端相连；所述第二PMOS晶体管的栅极和第三PMOS晶体的栅极相连；所述第二PMOS晶体管的栅极与其漏极相连；所述第三NMOS晶体管和电阻R0串联于第二PMOS晶体管的漏极和系统地之间，所述第三PMOS晶体管MP3的漏极为所述参考电流模块的输出端；所述第二运算放大器的正相输入端与所述带隙基准电压相连，其负相输入端与第三NMOS晶体管和可变电阻之间的连接节点相连，其输出端与第三NMOS晶体管的栅极相连，所述PMOS晶体管MP3的漏极输出的电流为所述参考电流模块产生的参考电流。

10.一种电池保护系统，其特征在于，其包括电池组、开关组合电路、控制电路和电压检测电路，

所述电池组包括多个依次串联的电芯单元，最上级电芯单元的一个连接端与电池正极连接端相连，最下级电芯单元的一个连接端通过所述开关组合电路连接于电池负极连接端，

所述开关组合电路包括串联的充电控制开关和放电控制开关，

所述电压检测电路为如权利要求1-9任一所述的电压检测电路，

所述控制电路根据所述电压检测电路输出的保护信号控制所述充电控制开关或放电控制开关截止以进行充电或放电保护。

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