CN107834519B - 锂电池保护控制asic芯片系统 - Google Patents

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Abstract

本案公开一种锂电池保护控制ASIC芯片系统，包括主控单元模块；总线接口模块；单节电芯检测模块，其一端与各单节电芯相连，用于检测各单节电芯的电量、充放电过程中各单节电芯电压的限值，以及均衡各单节电芯的电量；供电控制模块，其与各模块连接，用于提供稳定电源；其中，所述总线接口模块还分别连接充电MOS管驱动模块、放电MOS管驱动模块、通用I/O模块、电池温度监测模块、用于控制开关和档位的开关按键模块、用于通信的IIC通讯模块、用于检测单节电芯电流的电池充放电电流检测模块。本申请实施例所提供的锂电池保护控制ASIC芯片系统，是一种外围电路简单、保护功能完善、功耗低、可靠性提高、功能增强、保密性增强、成本降低的集成电路芯片系统。

Description

锂电池保护控制ASIC芯片系统
技术领域
本发明涉及充电保护技术领域，更具体地说，本发明涉及一种锂电池保护控制ASIC芯片系统。
背景技术
随着吸尘器家电和园林工具的不断发展，用户对无线产品的认可越来越高，于是衍生出便携类产品。其中，锂电池类产品以其体积小、能量密度高、循环寿命长、快速充放电、储存寿命长、无记忆效应、绿色环保和自放电率低等优异特性，是未来电池发展的趋势所在。近年来，越来越多的便携式产品采用锂电池作为主要电源，例如吸尘器和园林工具等。
由于锂电池的化学特性，电池在过度放电的情形下，电解液因分解而导致电池特性劣化，而过度充电会造成电池寿命的缩短，电池性能受到严重破坏，甚至发生爆炸。正因如此，为保证锂电池的性能、寿命和使用安全等问题，所有的锂电池使用时都需要一个保护电路来实现过充、过放、过电流等一系列的保护功能。
锂电池保护控制电路的基本功能包括过电压充电保护，过电压放电保护，放电过流保护，短路保护。此外，锂电池经过长时间正常的充、放电之后可能会引起各个单电池之间的电压不一致，需要采用电量均衡技术来对蓄电池中的单电池进行均衡操作。
目前常用的锂电池保护电路，一般由锂电池保护集成电路芯片AFE/DFE、主控MCU及其驱动电路、电源电路、电量状态显示电路、开关按键检测电路、充电MOS及驱动电路和放电MOS及驱动电路等构成。锂电池保护集成电路芯片AFE/DFE监视电池的电压，并与主控MCU通信；主控MCU根据当前充放电状态和电池电压，通过MOS驱动电路控制充放电MOS的通断调速。
由于传统的锂电池保护电路的各个模块相对于独立系统外围电路和芯片非常多，且生产工序复杂，生产周期长，成本较高，可靠性一般，保护电路体积很大。
发明内容
针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种锂电池保护控制ASIC芯片系统，是一种专门针对锂电池供电系统的、外围电路简单、保护功能完善、功耗低、可靠性提高、功能增强、保密性增强、成本降低的集成电路芯片系统。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明通过以下技术方案实现：
本发明提供一种锂电池保护控制ASIC芯片系统，其包括：
主控单元模块；
总线接口模块；
单节电芯检测模块，其一端与各单节电芯相连，用于检测各单节电芯的电量、充放电过程中各单节电芯电压的限值，以及均衡各单节电芯的电量；
供电控制模块，其与各模块连接，用于提供稳定电源；
其中，所述总线接口模块还分别连接充电MOS管驱动模块、放电MOS管驱动模块、通用I/O模块、电池温度监测模块、用于控制开关和档位的开关按键模块、用于通信的IIC通讯模块、用于检测单节电芯电流的电池充放电电流检测模块。
优选的是，单节电压监测模块，其用于监测单节电芯充放电过程中电压的限值；
电池电量检测模块，其与所述总线接口模块相连，用于检测单节电芯电量，并将将检测到的电芯电量通过所述总线接口模块实时输出至所述主控单元模块；以及，
均衡模块，其通过所述总线接口模块与所述主控单元模块相连，用于将检测到的各单节电芯电量均衡。
优选的是，所述充电MOS管驱动模块包括P型MOS管驱动模块和N型MOS管驱动模块。
优选的是，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
LDO输出模块，其输入端与所述供电控制模块相连，用于提供高精度电压的电源。
优选的是，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
电池温度监测模块，其一端与单节电芯连接，且其输出端与所述总线接口模块相连，用于检测单节电芯温度。
优选的是，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
电量显示模块，其输入端与所述总线接口模块相连；所述主控单元模块将电芯电量传送至所述电量显示模块显示。
优选的是，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
短路检测模块，其一端与所述电池充放电电流检测模块相连，用于获取所述电池充放电电流检测模块检测到的各单节电芯的电流，并判断所述单节电芯是否出现短路。
优选的是，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
保护模块，其输入端与单节电芯正极相连，输出端与所述供电控制模块相连，用于保护整个芯片供电系统安全。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明提供的锂电池保护控制ASIC芯片系统，含有单节过充保护、单节过放保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护、电池温度检测模块、IIC通讯模块、电量显示模块、PWM输出模块、LDO输出模块、两路MOS管驱动模块和均衡电路模块等功能，是一种外围电路简单、保护功能完善、功耗低、可靠性提高、功能增强、保密性增强、成本降低的集成电路芯片系统。尤其适合吸尘器家电/园林工具等产品对充电锂电池和低功耗的要求。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述的锂电池保护控制ASIC芯片系统的对接识别俯视图。图中：
10-总线接口模块；
21-单节电芯检测模块；
30-供电控制模块；40-充电MOS管驱动模块；50-通用I/O模块；
60-放电MOS管驱动模块；70-开关按键模块；80-IIC通讯模块；
90-电池充放电电流检测模块；100-LDO输出；110-电池温度监测模块；
120-电量显示模块；130-短路检测模块；140-保护模块；
150-主控单元模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明的锂电池保护控制ASIC芯片系统，其包括主控单元模块150、总线接口模块10、单节电芯检测模块21以及供电控制模块30。
主控单元模块150与总线接口模块相连10。供电控制模块30与各模块连接，用于提供稳定电源。
其中，总线接口模块10还分别通信连接有充电MOS管驱动模块40、通用I/O模块50、放电MOS管驱动模块60、用于控制开关和档位的开关按键模块70、用于通信的IIC通讯模块80以及用于检测单节电芯电流的电池充放电电流检测模块90。
所述锂电池保护控制ASIC芯片系统可以为作为上述实施方式的进一步优选，单节电芯检测模块21包括单节电压监测模块；电池电量检测模块以及均衡模块。单节电芯检测模块21一端与单节电芯正极相连，用于读取单节电压。其中，所述单节电芯为外围电路的电芯。
单节电压监测模块其用于监测单节电芯充放电过程中电压的限值。电池电量检测模块与总线接口模块10相连，并将将检测到的电芯电量通过所述总线接口10模块实时输出至所述主控单元模块150。均衡模块通过总线接口模块10分别与主控单元模块150相连，用于将检测到的各单节电芯电量均衡。
作为上述实施方式的进一步优选，充电MOS管驱动模块40包括P型MOS管驱动模块和N型MOS管驱动模块，放电MOS管驱动模块60分为两路，可驱动双电机。
作为上述实施方式的进一步优选，锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括LDO输出模块100。LDO输出模块100的输入端与供电控制模块30相连，用于提供高精度电压的电源。
作为上述实施方式的进一步优选，锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括用于监测电池温度的电池温度监测模块110。电池温度监测模块110其一端与单节电芯连接，其输出端与总线接口模块10相连，用于检测单节电芯温度。
作为上述实施方式的进一步优选，锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括电量显示模块120。电量显示模块120输入端与总线接口模块10相连；主控单元模块150将电芯电量传送至电量显示模块120显示。
作为上述实施方式的进一步优选，所述电池充放电电流检测模块90一端与外围电路电芯负极相连，用于检测流经电芯的电流。锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括短路检测模块130，其一端与所述电池充放电电流检测模块90相连，用于获取所述电池充放电电流检测模块90检测到的各单节电芯的电流，并判断所述单节电芯是否出现短路。其中，主控单元模块150内部设定有短路判断条件。
作为上述实施方式的进一步优选，锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括保护模块140。保护模块140输入端与外围电路电芯正极相连，输出端与供电控制模块30相连，具有抗静电能力。
<实施例>
结合上述实施方式，下面给出本发明的具体实施例。
锂电池保护控制ASIC芯片系统与若干节外围锂电池单节电芯相连，每节电芯均有单节检测导线连接至芯片引脚。人机交互界面与锂电池保护控制ASIC芯片系统连接，包含外部输入与显示输出等部分，如：开关按键模块70示例为按键输入，电量显示模块120示例为LED显示输出等。充电MOS管驱动模块40可通过芯片控制实现对锂电池电芯充电功能，其包括P型MOS管驱动模块和N型MOS管驱动模块，放电MOS管驱动模块60包括两路MOS驱动模块，可驱动双电机，尤其适合双电机的吸尘器家电/园林工具。此外，充电MOS管驱动模块40还包含外围电路部分，用于信号预处理和完善芯片配套功能。
锂电池的充放电保护及控制主要由锂电池保护控制ASIC芯片系统控制和实现的。
充电状态下，充电MOS管驱动模块40与主控单元模块150通信，主控单元模块150将根据程序设定，实时监测单节电压监测模块采集的电压值，当电芯电压高于预设值时，控制P型MOS管驱动模块和N型MOS管驱动模块停止充电。单节电芯检测模块21有硬件电路，当单节过压时同样会控制电路停止充电。
电池充放电电流检测模块90与主控单元模块150相连，将充电的电流实时输出至主控单元模块150，主控单元模块150将根据程序设定，监测电流大小去进行充电过流保护，并通过判定充电截止电流来判断是否充电结束保护锂电池。
放电状态下，充电MOS管驱动模块40停止输出驱动信号，主控单元模块150根据当前档位控制输出相应PWM占空比给两路放电MOS驱动电路部分，控制其调速和软启动等状态。电池充放电电流检测模块90将放电电流输出至主控单元模块150，主控单元模块150将根据程序设定，监测放电电流值，根据程序设定进行放电过流保护。短路检测电路的保护电流和保护时间由程序设定，由主控单元模块150控制，两路放电均有短路保护。短路检测电路与主控单元模块150和电池放电电流检测模块90相连，实时将当前放电电流传输到主控单元模块150，主控单元模块150根据程序判定当前电流是否需要保护，并及时关闭两路输出MOS驱动部分。
芯片内包含电池温度监测模块110，外围电路可接NTC等感温元器件，主控单元模块150将根据程序设定，监测温度，判断是否需要停止充电或放电，保证电芯和系统安全。锂电池保护控制ASIC芯片系统还具有电池电量检测功能，电池电量检测模块212将检测到的电芯电量实时输出至主控单元模块150。主控单元模块150根据程序将数据传送至电量显示模块120，同时可通过IIC通讯模块80输出数字电量数据，人机交互模块可将电量显示出来，便于用户实时了解电芯状态。
均衡电路模块和主控单元模块150相连，可通过单节电芯检测模块21同时对锂电池充电状态进行检测，将检测到的锂电池电芯的状态输出至主控单元模块150；当其中最高电压的一节电池达到均衡点时，主控单元模块150就控制对其进行分流放电，降低其充电速度，随着充电的进行，会继续对其他达到均衡点的电池进行分流放电，逐渐就实现了全部电芯的电量均衡。
本发明提供的锂电池保护控制ASIC芯片系统，含有单节过充保护、单节过放保护、充电过流保护、放电过流保护、短路保护、电池温度检测模块、IIC通讯模块、电量显示模块、PWM输出模块、LDO输出模块、两路MOS驱动模块和均衡电路模块等功能，是一种外围电路简单、保护功能完善、功耗低、可靠性提高、功能增强、保密性增强、成本降低的集成电路芯片系统。尤其适合吸尘器家电/园林工具等产品对充电锂电池和低功耗的要求。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (5)

1.一种锂电池保护控制ASIC芯片系统，其特征在于，其包括：
主控单元模块；
总线接口模块；
单节电芯检测模块，其一端与各单节电芯相连，用于检测各单节电芯的电量、充放电过程中各单节电芯电压的限值，以及均衡各单节电芯的电量；
供电控制模块，其与各模块连接，用于提供稳定电源；
LDO输出模块，其输入端与所述供电控制模块相连，用于提供高精度电压的电源；
所述电芯检测模块还包括有：
单节电压监测模块，其用于监测单节电芯充放电过程中电压的限值；
电池电量检测模块，其与所述总线接口模块相连，用于检测单节电芯电量，并将检测到的电芯电量通过所述总线接口模块实时输出至所述主控单元模块；以及，
均衡模块，其通过所述总线接口模块与所述主控单元模块相连，用于将检测到的各单节电芯电量均衡；当最高电压的电池达到均衡点时，主控单元模块控制对其进行分流放电，降低充电速度；并通过继续对其他达到均衡点的电池进行分流放电，实现全部电芯的电量均衡；
其中，所述总线接口模块还分别连接充电MOS管驱动模块、放电MOS管驱动模块、通用I/O模块、电池温度监测模块、用于控制开关和档位的开关按键模块、用于通信的IIC通讯模块、用于检测单节电芯电流的电池充放电电流检测模块；
所述充电MOS管驱动模块包括P型MOS管驱动模块和N型MOS管驱动模块；
所述放电MOS管驱动模块分为两路，用于驱动双电机。
2.如权利要求1所述的锂电池保护控制ASIC芯片系统，其特征在于，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
电池温度监测模块，其一端与单节电芯连接，且其输出端与所述总线接口模块相连，用于检测单节电芯温度。
3.如权利要求1所述锂电池保护控制ASIC芯片系统，其特征在于，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
电量显示模块，其输入端与所述总线接口模块相连；所述主控单元模块将电芯电量传送至所述电量显示模块显示。
4.如权利要求1所述锂电池保护控制ASIC芯片系统，其特征在于，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
短路检测模块，其一端与所述电池充放电电流检测模块相连，用于获取所述电池充放电电流检测模块检测到的各单节电芯的电流，并判断所述单节电芯是否出现短路。
5.如权利要求1所述锂电池保护控制ASIC芯片系统，其特征在于，所述锂电池保护控制ASIC芯片系统还包括：
保护模块，其输入端与单节电芯正极相连，输出端与所述供电控制模块相连，用于保护整个芯片供电系统安全。
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