CN104503268A - 具有多节电池的专用芯片的上电电路及上电启动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有多节电池的专用芯片的上电电路，其包括有复数个电池、电池电压转换电路、控制电路和电池导线连接判断电路；所述复数该电池的正负极均通过导线连接到电池电压转换电路，所述电池导线连接判断电路对电池的状态进行判断。本发明只在所有电池导线都连接上芯片管脚后，才发出芯片正常工作的指令，开始监控电池状态，能够降低多电池系统因电池装配过程中的导线连接顺序问题导致芯片烧坏或电池包休眠的可能性，加强对芯片的安全保护。

Description

具有多节电池的专用芯片的上电电路及上电启动方法

技术领域

本发明属于芯片外围电路技术领域，特别涉及一种多节电池的芯片保护电路及方法。

背景技术

可充电电池，特别是锂电池，广泛应用于各类电子设备和装备中，例如手机、平板电脑、无绳电动工具、电动自行车、电动汽车等。电池行业的发展目标之一就是不断提高电池的能量密度，为客户提供体积不断减小、电量不断增大的电池。但是，越高的能量密度也意味着电池本身越危险，越需要严格控制其充电电压和放电电压，以防止因过度充电而引起的燃烧或爆炸，和过度放电引起的使用寿命缩短。而对电池电压的监控和保护必须使用电池专用芯片。

多节电池系统通常是从电池包中引出每一节电池的正负极导线分别与芯片的管脚连接，芯片通过这些导线将每一节电池的电压转换成以地为参考的电压，由控制电路针对电压大小做出判断和行动，例如在电池电压过高时发出关闭充电管的指令，在电池电压较低时发出休眠的指令。

装配多电池系统较易遭遇的一个问题是每节电池的导线不能同时连接到芯片管脚上，而是逐个连接上。连接的具体时间间隔视工人或机器的技术水平而定。即使使用插排线的方法，也不能解决这个问题。导致的后果是因为某些电池连接较晚，芯片误判断该节电池的电压等于零伏，而发出休眠指令，需要额外使用充电器激活后才可正常使用，增加了装配和测试成本。某些情况下，电池的导线的连接时间问题甚至会导致芯片内部浮置节点承受高电压，从而烧坏芯片。

专利申请200720105969.0公开了一种微电脑控制多功能电动车电池的充电 保护定时器，主要包括时间调整电路、拨位选择电路、继电器电路、显示电路和单片机处理模块，检测电路、显示电路、继电器电路、时间调整电路和拨位选择电路分别与单片机处理模块电连接；其中单片机处理模块，实现电动车电池充电的检测和保护，以及普通电器的预约和定时；继电器电路，控制两个继电器J9和J8，J9接通时控制电器定时，J8接通时控制电动车电池充电；拨位选择电路，拨位开关S2用于电动车充电和其它电器定时选择开关，拨位开关S3为上电启动开或关选择开关。本发明有益的效果是：能自动检测电动车电池是否充满，并与预约、工作时间设定及智能提醒等几大功能相结合。

发明内容

本发明的首要目地是提供一种具有多节电池的专用芯片的上电电路及上电启动方法，该电路及方法能够降低多电池系统因电池装配过程中的导线连接顺序问题导致芯片烧坏或电池包休眠的可能性，降低装配时间和成本。

本发明的另一个目地在于提供一种具有多节电池的专用芯片的上电电路及上电启动方法，该电路及方法提高了对芯片的安全保护，使电池电压转换电路内出现高压浮置节点的可能性大大降低，控制电路也不会误发出电池包休眠的指令，且实现简便，成本低廉。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种具有多节电池的专用芯片的上电电路，其包括有复数个电池、电池电压转换电路、控制电路，其特征在于所述上电电路还包括有电池导线连接判断电路；所述复数该电池的正负极均通过导线连接到电池电压转换电路，电池电压转换电路再连接到控制电路，所述电池导线连接判断电路接于电池引出的导线上，以对电池的状态进行判断；所述电池导线连接判断电路并连接于电池电压转换电路或控制电路，将判断的结果输出，由控制电路控制电池的上电。

本发明改进了电池专用芯片的上电启动电路，增加了电池导线连接判断电路和对每个电池的监控。只在所有电池导线都连接上芯片管脚后，才发出芯片 正常工作的指令，开始监控电池状态，能够降低多电池系统因电池装配过程中的导线连接顺序问题导致芯片烧坏或电池包休眠的可能性，加强对芯片的安全保护。

电池导线连接判断电路的作用则是在电池的正负极没有全部连接上芯片时，关闭电池电压转换电路，也不允许控制电路监控电池包。这样，在电池电压转换电路内出现高压浮置节点的可能性大大降低，控制电路也不会误发出电池包休眠的指令。

更进一步，所述的电池导线连接判断电路包括有针对每个电池的取样电路和反相器，所述每个电池的取样电路后端均接有反相器，所述的反相器均接与或非门，所有的反相器输出均为低电平时，或非门将输出高电平的信号，此时芯片开始监控电池状态。

所述取样电路由NMOS管和PMOS管构成，NMOS管输出一取样电流，该取样电流使PMOS管导通并产生一输出电流，输出电流输出给反相器。

所述取样电路，是由接于NMOS管的取样电阻产生，所述输出电流，是由接于PMOS管的输出电阻产生。

这样，在电池导线没有全部连接芯片管脚的情况下，芯片处于关机状态，也不对电池电压做出检测，并关闭充电管和放电管，不允许电池充放电。在所有电池的导线都已连接芯片管脚后，才发出启动指令，打开充电管和放电管，而不需要额外使用充电器激活电池包。

所述复数个电池构成电池包，电池包内包含的3节或3节以上的电池，所述电池的正负极均通过导线连接到芯片；电池电压转换电路将每节电池电压转换到对地电压，并交由控制电路监控。

一种具有多节电池的专用芯片的上电启动方法，其特征在于该方法通过电池导线连接判断电路来检查电池的上电连接状态，在所有电池都连接上芯片后，才发出正常工作的指令，开始监控电池的状态。

更进一步，所述的方法包括如下步骤：

201、启动，连接VCC；

所述VCC表示电池芯片的工作电压，即电池包的最高电压。

202、电池导线连接判断电路判断所有的电池是否连接；

如所有的电池均已连接，则进入下一步；否则电池包休眠，关闭充电管和放电管。

203、芯片启动，打开充电管和放电管；

204、监控电池状态。

如发现任何一节电池出现故障，则关闭充电管或放电管，过压时关闭充电管，欠压时则关闭放电管。

本发明的技术效果是：该电路及方法提高了对芯片的安全保护，使电池电压转换电路内出现高压浮置节点的可能性大大降低，控制电路也不会误发出电池包休眠的指令，且实现简便，成本低廉，能够有效地降低装配时间和生产成本。

附图说明

图1是现有技术实施的控制流程图。

图2是本发明所实施的电池系统架构图。

图3是本发明所实施的具体电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1所示，本发明的所设计的技术方案一是改进了电池的专用芯片的上电电路，二是改进了电池专用芯片的上电启动方法，其核心是增加了电池导线连接判断电路，对每节电池都进行监控；只在所有电池导线都连接上芯片管 脚后，才发出芯片正常工作的指令，开始监控电池状态。

在电池导线没有全部连接芯片管脚的情况下，芯片处于关机状态，也不对电池电压做出检测，并关闭充电管和放电管，不允许电池充放电。在所有电池的导线都已连接芯片管脚后，发出启动指令，打开充电管和放电管，而不需要额外使用充电器激活电池包。上电的时序如图1，其中VCC表示电池芯片的工作电压，即电池包的最高电压。其具体的实现步骤如下：

201、启动，连接VCC；VCC表示电池芯片的工作电压，即电池包的最高电压。

202、电池导线连接判断电路判断所有的电池是否连接；如所有的电池均已连接，则进入下一步；否则电池包休眠，关闭充电管和放电管。

203、芯片启动，打开充电管和放电管。

204、监控电池状态。如发现任何一节电池出现故障，则关闭充电管或放电管，过压时关闭充电管，欠压时则关闭放电管。

参见附图2，为本发明基于以上时序的电池专用芯片架构图。为说明简便，图2中的电池包仅包含4节电池，实际上由多节电池构成的电池包可以包含3节或3节以上的电池。

图2所示，电池包内包含的4节电池的正负极均通过导线连接到电池专用芯片。电池专用芯片包括电池导线连接判断电路、电池电压转换电路和控制电路；其中电池导线连接判断电路负责监控电池的上电状态，电池电压转换电路将每节电池电压转换到对地电压，并交由控制电路监控。控制电路将在电池电压过高或过低时发出停止充电或停止放电的指令。

电池导线连接判断电路的作用则是在电池的正负极没有全部连接上芯片时，关闭电池电压转换电路，也不允许控制电路监控电池包。这样，在电池电压转换电路内出现高压浮置节点的可能性大大降低，控制电路也不会误发出电池包休眠的指令。

具体的导线连接判断电路实施如图3所示。同样，该图仅针对含4节电池 的电池包的说明，但并不以此为限，该电路同样可以运用于具有3节及3节以上电池的电池包。

四节电池的电路均是相同的，故以第一节电池的电路为例来说明工作原理和过程。

NMOS管的开启电压通常在0.7V左右，而一节锂电池电压通常在2.4V到4.5V的范围，所以一节锂电池电压足以开启NMOS管。当第一节电池连接上芯片，Mn1管导通所产生的电流将流经电阻Rn1，节点Vo1将被拉到接近GND电压，那么PMOS管Mp1管也将导通并产生流经电阻Rp1的电流，该电流将节点Vn1电压拉到。Vn1作为反相器Iv1的输入电压，使反相器Iv1输出Vnn1为低电平。类似的，当其余三节电池均连接上芯片，Vnn2、Vnn3、Vnn4均为低电平，那么或非门Nor1将输出高电平的信号chip_on，此时芯片开始监控电池状态。

总之，该电路及方法提高了对芯片的安全保护，使电池电压转换电路内出现高压浮置节点的可能性大大降低，控制电路也不会误发出电池包休眠的指令，且实现简便，成本低廉，能够有效地降低装配时间和生产成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有多节电池的专用芯片的上电电路，其包括有复数个电池、电池电压转换电路、控制电路，其特征在于所述上电电路还包括有电池导线连接判断电路；所述复数该电池的正负极均通过导线连接到电池电压转换电路，电池电压转换电路再连接到控制电路，所述电池导线连接判断电路接于电池引出的导线上，以对电池的状态进行判断；所述电池导线连接判断电路并连接于电池电压转换电路或控制电路，将判断的结果输出，由控制电路控制电池的上电。

2.如权利要求1所述的具有多节电池的专用芯片的上电电路，其特征在于所述的电池导线连接判断电路包括有针对每个电池的取样电路和反相器，所述每个电池的取样电路后端均接有反相器，所述的反相器均接与或非门，所有的反相器输出均为低电平时，或非门将输出高电平的信号，此时芯片开始监控电池状态。

3.如权利要求2所述的具有多节电池的专用芯片的上电电路，其特征在于所述取样电路由NMOS管和PMOS管构成，NMOS管输出一取样电流，该取样电流使PMOS管导通并产生一输出电流，输出电流输出给反相器。

4.如权利要求3所述的具有多节电池的专用芯片的上电电路，其特征在于所述取样电路，是由接于NMOS管的取样电阻产生，所述输出电流，是由接于PMOS管的输出电阻产生。

5.如权利要求1所述的具有多节电池的专用芯片的上电电路，其特征在于所述复数个电池构成电池包，电池包内包含的3节或3节以上的电池，所述电池的正负极均通过导线连接到芯片；电池电压转换电路将每节电池电压转换到对地电压，并交由控制电路监控。

6.一种具有多节电池的专用芯片的上电启动方法，其特征在于该方法通过电池导线连接判断电路来检查电池的上电连接状态，在所有电池都连接上芯片后，才发出正常工作的指令，开始监控电池的状态。

7.如权利要求6所述的具有多节电池的专用芯片的电启动方法，其特征在于所述的方法包括如下步骤：

201、启动，连接VCC；

202、电池导线连接判断电路判断所有的电池是否连接；

如所有的电池均已连接，则进入下一步；否则电池包休眠，关闭充电管和放电管；

203、芯片启动，打开充电管和放电管；

204、监控电池状态。

8.如权利要求7所述的具有多节电池的专用芯片的电启动方法，其特征在于所述的步骤204中，如发现任何一节电池出现故障，则关闭充电管或放电管，过压时关闭充电管，欠压时则关闭放电管。