CN106130109B - 一种电池电芯的控制电路及终端 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种电池电芯的控制电路及终端，所述控制电路包括控制器和至少两个开关单元，控制器的输入端通过通信总线连接外部控制器，至少两个开关单元中的每个开关单元均对应连接一个电芯，每个开关单元的受控端均对应连接控制器的一个开关控制端，每个开关单元的输入端均与控制器的一个开关电压检测端共接于外部电源，每个开关单元的输出端均和与其对应的电芯的输入端共接于控制器的一个电芯电压检测控制端。本发明实施例通过控制器控制与至少两个开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电，可有效防止电芯之间互相充电，延长电芯的使用寿命。

Description

一种电池电芯的控制电路及终端

技术领域

本发明属于电子技术领域，尤其涉及一种电池电芯的控制电路及终端。

背景技术

随着对手机、平板电脑、智能手环等移动终端的续航能力要求的提高，移动终端的电池容量越来越大，双芯或多芯电池成为必然的发展趋势。

然而，现有的双芯或多芯电池无法解决电芯之间互相充电的现象，容易造成电芯老化，进而缩短电池的使用寿命。

发明内容

本发明实施例提供一种电池电芯的控制电路及终端，可有效防止电芯之间互相充电，延长电芯的使用寿命。

本发明实施例是这样实现的，一种电池电芯的控制电路，所述控制电路包括控制器和至少两个开关单元；

所述控制器的输入端通过通信总线连接外部控制器；

至少两个所述开关单元中的每个开关单元均对应连接一个电芯，每个所述开关单元的受控端均对应连接所述控制器的一个开关控制端，每个所述开关单元的输入端均与所述控制器的一个开关检测端共接，每个所述开关单元的输出端均和与其对应的电芯的输入端共接于所述控制器的一个电芯检测端；

所述控制器用于如果接收到所述外部控制器输出的充电通知，则控制至少一个所述开关单元开启，为与至少一个所述开关单元对应连接的至少一个电芯充电；

所述控制器还用于如果接收到所述外部控制器输出的放电通知，则控制至少两个所述开关单元依次开启，并在其中一个开关单元开启时，控制其他开关单元均关闭，使与至少两个所述开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电。

本发明实施例还提供一种终端，包括终端本体，电池以及上述的电池电芯的控制电路。

本发明实施例通过控制器控制与至少两个开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电，可有效防止电芯之间互相充电，延长电芯的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电池电芯的控制电路的结构框图；

图2是本发明实施例二提供的电池电芯的控制电路的结构框图；

图3是本发明实施例三提供的控制器的结构框图；

图4是本发明实施例四提供的放电控制单元的结构框图；

图5是本发明实施例五提供的放电控制单元的结构框图；

图6是本发明实施例六提供的放电控制单元的结构框图；

图7是本发明实施例七提供的控制器的结构框图；

图8是本发明实施例八提供的控制器的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供的电池电芯的控制电路100，所述控制电路包括控制器10和至少两个开关单元21～2n(开关单元21～2n，即是指开关单元21、开关单元22、……、开关单元2n)。

控制器10的输入端通过通信总线400连接外部控制器200；

至少两个开关单元21～2n中的每个开关单元均对应连接一个电芯，每个所述开关单元的受控端均对应连接控制器10的一个控制端，每个所述开关单元的输入端均与控制器10的一个开关检测端共接，每个所述开关单元的输出端均和与其对应的电芯的输入端共接于控制器10的一个电芯检测端；

如果控制器10接收到外部控制器200输出的充电通知，则控制器10控制至少一个开关单元开启，为与所述至少一个开关单元对应连接的至少一个电芯充电；

如果控制器10接收到外部控制器200输出的放电通知，则控制器10控制至少两个开关单元21～2n依次开启，并在其中一个开关单元开启时，控制其他开关单元均关闭，使与至少两个开关单元21～2n对应连接的至少两个电芯301～30n(电芯301～30n，即是指电芯301、电芯302、……、电芯30n)依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电；

其中，n为大于1的正整数。

在本实施例中，控制器10可以为单片机、具有相应控制功能的集成电路或芯片。

在具体应用中，控制电路100和至少两个电芯301～30n共同构成电池电路，可应用于依靠电池供电的终端，外部控制器200为该终端的主板端控制器。

在具体应用中，应当在开启一个开关单元的同时关闭其他开关单元，或者先开启一个开关单元然后立即关闭其他开关单元，以防止系统掉电。

本实施例通过控制器控制与至少两个开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电，可有效防止电芯之间的互相充电，延长电池电芯的使用寿命。

在一实施例中，所述开关单元为MOS管，当所述开关单元为N型MOS管时，所述N型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输入端和输出端；当所述开关单元为P型MOS管时，所述P型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输出端和输入端。

实施例二：

在本实施例在实施例一的基础上，限定开关单元21～2n为MOS管，当开关单元21～2n为N型MOS管时，所述N型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输入端和输出端；当开关单元21～2n为P型MOS管时，所述P型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输出端和输入端。

本实施例以控制电路100包括两个MOS管开关单元为例对控制电路100的结构作具体说明：

如图2所示，控制电路100包括控制器10、MOS管Q1和MOS管Q2，MOS管Q1对应连接电芯301，MOS管Q2对应连接电芯302；

控制器10的开关控制端P1接MOS管Q1的受控端，控制器10的电芯检测端P2与MOS管Q1的输出端和电芯301的输入端共接，控制器10的开关检测端P6与MOS管Q1的输入端共接；

控制器10的开关控制端P4接MOS管Q2的受控端，控制器10的电芯检测端P3与MOS管Q2的输出端和电芯302的输入端共接，控制器10的开关检测端P5与MOS管Q2的输入端共接；

控制器10的输入端P7通过通信总线400连接外部控制器200，用于接收通过外部控制器200发送的充电通知或放电通知。

在具体应用中，输入端P7可以不止一个，外部控制器200可以为手机、平板电脑等电子设备的主板控制器。

本实施例提供的控制电路100的工作原理如下：

控制器10如果接收到所述外部控制器200输出的充电通知，则控制MOS管Q1或MOS管Q2中的一个或两个开启，为电芯301或电芯302中的一个或两个充电；

控制器10接收到外部控制器200输出的放电通知，则控制MOS管Q1开启、MOS管Q2关闭，使电芯301放电、电芯302不放电，或者控制MOS管Q1关闭、MOS管Q2开启，使电芯301不放电、电芯302放电，可使电芯301和电芯302不同时放电，避免两个电芯之间互相充电的现象。

实施例三：

如图3所示，本实施例是对实施例一中的控制器10的进一步细化，在本实施例中，控制器10包括：

接收单元11，用于接收所述外部控制器输出的充电通知；

充放电控制单元12，用于如果接收单元11接收到所述充电通知，则控制至少一个所述开关单元开启，为与至少一个所述开关单元对应连接的电芯充电；

接收单元11还用于接收外部控制器200输出的放电通知；

充放电控制单元12还用于如果接收单元11接收到所述放电通知，则控制至少两个开关单元21～2n依次开启，并在其中一个开关单元开启时其他开关单元均关闭，使与至少两个开关单元21～2n对应连接的至少两个电芯301～30n依次放电且在其中一个电芯放电时其他电芯均不放电。

在具体应用中，接收单元11和充放电控制单元12可以为控制器10内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图3所示，本实施例中，控制器10的输入端为接收单元11的引出端，接收单元11和充放电控制单元12连接，控制器10的开关检测端、开关控制端和电芯检测端为充放电控制单元12的引出端。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

实施例四：

如图4所示，本实施例是对实施例三中充放电控制单元12的进一步细化，在本实施例中，充放电控制单元12包括：

充放电单元121，用于如果所述接收单元接收到所述放电通知，则控制至少两个开关单元21～2n中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与如果前开启的开关单元连接的电芯放电；

电芯检测单元122，用于检测当前放电的电芯的电压；

所述充放电单元121还用于如果电芯检测单元122检测到当前放电的电芯的电压下降预设电压阈值，则控制另一个开关单元开启同时关闭所述当前开启的开关单元。

在具体应用中，充放电单元121还用于如果接收单元11接收到所述充电通知，则控制至少一个所述开关单元开启，为与至少一个所述开关单元对应连接的电芯充电。

在具体应用中，预设电压阈值可以根据实际需要进行设置；充放电单元121和电芯检测单元122可以为充放电控制单元12内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图4所示，本实施例中，充放电单元121分别与接收单元11和电芯检测单元122连接，控制器10的开关控制端和开关检测端为充放电单元121的引出端，控制器10的电芯检测端为电芯检测单元122的引出端。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

本实施例通过检测当前放电的电芯的电压，可在当前放电的电芯的电压的下降量为预设电压阈值时，控制另一个开关单元开启，同时关闭当前开启的开关单元以使当前放电的电芯停止放电。

实施例五：

如图5所示，本实施例是对实施例三中充放电控制单元12的进一步细化，在本实施例中，充放电控制单元12包括：

充放电单元121，用于如果接收单元11接收到所述放电通知，则控制至少两个开关单元21～2n中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与当前开启的开关单元连接的电芯放电；

电芯检测单元122，用于检测与至少两个电芯301～30n的电压；

计算单元123，用于根据至少两个电芯301～30n的电压计算当前放电的电芯与其他电芯之间的电压差；

所述充放电单元121还用于如果所述当前放电的电芯与其他任一电芯之间的电压差达到预设电压差阈值，则控制另一个开关单元开启同时关闭所述当前开启的开关单元。

在具体应用中，预设电压差阈值可以根据实际需要进行设置；充放电单元121、电芯检测单元122和计算单元123可以为充放电控制单元12内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图5所示，充放电单元121分别与接收单元11、电芯检测单元122和计算单元123连接，电芯检测单元122与计算单元123连接；控制器10的开关控制端和开关检测端为充放电单元121的引出端，控制器10的电芯检测端为电芯检测单元122的引出端。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

本实施例通过检测所有电芯的电压，并计算当前放电的电芯与其他电芯之间的电压差，可在当前放电的电芯与其他电芯之间的电压差达到预设电压差阈值时，控制另一个开关单元开启，同时关闭当前开启的开关单元以使当前放电的电芯停止放电。

在实施例中，计算单元123还用于根据至少两个所述电芯30的电压计算各电芯之间的电压差；

控制器10还包括修正单元124，用于如果至少两个所述电芯20中任意两个电芯之间的电压差大于预设最大电压差阈值，则修正与所述任意两个电芯对应连接的两个开关单元的开启时长和关闭时长。

在具体应用中，修正单元124可以为充放电控制单元12内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图5所示，修正单元124分别与充放电单元121和计算单元123连接。

本实施例通过在任意两个电芯之间的电压差大于预设最大电压差阈值时，修正与所述任意两个电芯对应连接的两个开关单元的开启时长和关闭时长，可使各电芯的电压大小相当，降低电芯之间的电压差，以防止电芯之间的互充现象。

实施例六：

如图6所示，本实施例是对实施例三中充放电控制单元12的进一步细化，在本实施例中，充放电控制单元12包括：

充放电单元121，用于如果接收单元11接收到所述放电通知，则控制至少两个开关单元21～2n中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与当前开启的开关单元连接的电芯放电；

放电量检测单元125，用于检测当前放电的电芯的放电量；

充放电单元121还用于如果所述当前放电的电芯的放电量达到预设放电量阈值，则控制另一个开关单元开启同时关闭所述当前开启的开关单元。

在具体应用中，预设放电量阈值可以根据实际需要进行设置；充放电单元121和放电量检测单元125可以为充放电控制单元12内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图6所示，本实施例中，充放电单元121与接收单元11连接，控制器10的开关控制端和开关检测端为充放电单元121的引出端，控制器10的电芯检测端为放电量检测单元125的引出端。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

本实施例通过检测当前放电的电芯的当电量，可在当前放电的电芯的放电量达到预设放电量阈值时，控制另一个开关单元开启，同时关闭当前开启的开关单元以使当前放电的电芯停止放电，可使各电芯之间的剩余储电量相当，降低电芯之间的储电量差异，以防止电芯之间的互充现象。

实施例七：

如图7所示，本实施例是对实施例二中控制器10的进一步细化，在本实施例中，控制器10还包括：

异常检测单元13，用于检测当前放电的电芯是否异常；

充放电控制单元12还用于在所述当前放电的电芯异常时，控制另一个开关单元开启同时关闭当前开启的开关单元。

在具体应用中，可通过检测当前放电的电芯的电压或放电量来检测其是否异常，如果电芯的电压固定不变或者变化不规律，或者单位时间内电芯的放电量为0或放电量明显高于预设最大放电量阈值，则当前放电的电芯异常。

在具体应用中，异常检测单元13可以为控制器10内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图7所示，本实施例中，异常检测单元13与充放电控制单元12连接。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

本实施例通过检测当前放电的电芯是否异常，并在当前放电的电芯异常时，控制另一个开关单元开启同时关闭当前开启的开关单元，使另一个电芯放电，当前放电的电芯不放电，以保证整个电路正常放电。

实施例八：

本实施例是对实施例二或实施例七中控制器10的进一步细化，如图8所示，在本实施例中，控制器10还包括：

开关电压检测单元14，用于检测每个所述开关单元的输入端电压；

电芯电压检测单元15，用于检测与每个所述开关单元对应连接的电芯的输入端电压；

开关电流计算单元16，用于根据每个所述开关单元的输入端电压和与每个所述开关单元对应连接的电芯的输入端电压，计算流过每个所述开关单元的电流；

电芯电流控制单元17，用于根据流过每个所述开关单元的电流，控制与每个所述开关单元对应连接的电芯的充电电流大小和放电电流。

在具体应用中，开关电压检测单元14、电芯电压检测单元15、开关电流计算单元16和电芯电流控制单元17，可以为控制器10内的程序模块也可以为硬件电路结构。

如图8所示，本实施例中，开关电压检测单元14、电芯电压检测单元15、开关电流计算单元16和电芯电流控制单元17均与充放电控制单元12连接。

本实施例中为了示意方便仅示出控制器10的输入端、开关检测端、开关控制端和电芯检测端各一个，在具体应用中，控制器10的输入端可以为多个，开关检测端、开关控制端和电芯检测端的数量均与开关单元21～2n的数量相同。

本实施例通过计算得到的流过每个开关单元的电流，控制与每个开关单元对应的电芯的充电电流和放电电流，可有效保证电路的充放电安全，使电芯正常充放电。

本发明实施例还提供一种终端，包括终端本体，电池以及上述的电池电芯的控制电路，在具体应用中，所述终端可以是手机、平板电脑、智能手环等包括电池的终端。上述的电池电芯的控制电路应用在所述终端的电池中，与所述终端的电池电芯连接，以防止所述终端的电池电芯之间互相充电，可有效延长电池电芯的使用寿命，进而提高所述终端的续航能力。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。

本发明实施例电路和终端中的各组件或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

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 (9)

1.一种电池电芯的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括控制器和至少两个开关单元；

所述控制器的输入端通过通信总线连接外部控制器；

至少两个所述开关单元中的每个开关单元均对应连接一个电芯，每个所述开关单元的受控端均对应连接所述控制器的一个开关控制端，每个所述开关单元的输入端均与所述控制器的一个开关检测端共接，每个所述开关单元的输出端均和与其对应的电芯的输入端共接于所述控制器的一个电芯检测端；

所述控制器用于如果接收到所述外部控制器输出的充电通知，则控制至少一个所述开关单元开启，为与至少一个所述开关单元对应连接的至少一个电芯充电；

所述控制器还用于如果接收到所述外部控制器输出的放电通知，则控制至少两个所述开关单元依次开启，并在其中一个开关单元开启时，控制其他开关单元均关闭，使与至少两个所述开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电；

所述控制器包括：

开关电压检测单元，用于检测每个所述开关单元的输入端电压；

电芯电压检测单元，用于检测与每个所述开关单元对应连接的电芯的输入端电压；

开关电流计算单元，用于根据每个所述开关单元的输入端电压和与每个所述开关单元对应连接的电芯的输入端电压，计算流过每个所述开关单元的电流；

电芯电流控制单元，用于根据流过每个所述开关单元的电流，控制与每个所述开关单元对应连接的电芯的充电电流和放电电流。

2.如权利要求1所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述开关单元为MOS管，当所述开关单元为N型MOS管时，所述N型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输入端和输出端；当所述开关单元为P型MOS管时，所述P型MOS管的栅极、源极和漏极分别构成所述开关单元的受控端、输出端和输入端。

3.如权利要求1所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述控制器包括：

接收单元，用于接收所述外部控制器输出的充电通知；

充放电控制单元，用于如果所述接收单元接收到所述充电通知，则控制至少一个所述开关单元开启，为与至少一个所述开关单元对应连接的电芯充电；

所述接收单元还用于接收所述外部控制器输出的放电通知；

所述充放电控制单元还用于如果所述接收单元接收到所述放电通知，则控制至少两个所述开关单元依次开启，并在其中一个开关单元开启时，控制其他开关单元均关闭，使与至少两个所述开关单元对应连接的至少两个电芯依次放电，并在其中一个电芯放电时，使其他电芯均不放电。

4.如权利要求3所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括：

充放电单元，用于如果所述接收单元接收到所述放电通知，则控制至少两个所述开关单元中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与当前开启的开关单元连接的电芯放电；

电芯检测单元，用于检测当前放电的电芯的电压；

所述充放电单元还用于如果所述电芯检测单元检测到当前放电的电芯的电压下降预设电压阈值，则控制另一个开关单元开启，并同时关闭所述当前开启的开关单元。

5.如权利要求3所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括：

充放电单元，用于如果所述接收单元接收到所述放电通知，则控制至少两个所述开关单元中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与当前开启的开关单元连接的电芯放电；

电芯检测单元，用于检测与至少两个所述电芯的电压；

计算单元，用于根据至少两个所述电芯的电压计算当前放电的电芯与其他电芯之间的电压差；

所述充放电单元还用于如果所述当前放电的电芯与其他任一电芯之间的电压差达到预设电压差阈值，则控制另一个开关单元开启，并同时关闭所述当前开启的开关单元。

6.如权利要求5所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述计算单元还用于根据至少两个所述电芯的电压计算各电芯之间的电压差；

所述控制器还包括修正单元，用于如果至少两个所述电芯中任意两个电芯之间的电压差大于预设最大电压差阈值，则修正与所述任意两个电芯对应连接的两个开关单元的开启时长和关闭时长。

7.如权利要求3所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述充放电控制单元包括：

充放电单元，用于如果所述接收单元接收到所述放电通知，则控制至少两个所述开关单元中的一个开关单元开启、其他开关单元关闭，使与当前开启的开关单元连接的电芯放电；

放电量检测单元，用于检测当前放电的电芯的放电量；

所述充放电单元还用于如果所述当前放电的电芯的放电量达到预设放电量阈值，则控制另一个开关单元开启，并同时关闭所述当前开启的开关单元。

8.如权利要求3所述的电池电芯的控制电路，其特征在于，所述控制器还包括：

异常检测单元，用于检测当前放电的电芯是否异常；

所述充放电控制单元还用于如果所述当前放电的电芯异常，则控制另一个开关单元开启，并同时关闭当前开启的开关单元。

9.一种终端，其特征在于，包括终端本体，电池以及如权利要求1～8任一项所述的电池电芯控制电路。