CN108258777A - 一种电源控制芯片及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电源控制芯片及其控制方法，涉及原电池控制技术领域，所述电源控制芯片的一面设有若干a电极，另一面设有若干b电极、c信号电极、d信号电极、e电极和f电极，电源控制芯片的内部设置有通过集成电路依次连接传感器、模数转换器、核心处理器、MOS驱动器、MOS管以及通过集成电路连接至核心处理器的密钥单元，a电极和b电极通过集成电路分别连接至所述MOS管的两极，e电极和f电极连接至集成电路形成集成电路的供电电极，模数转换器和核心处理器均连接至与外部电池管理单元连接的双线式接口。本发明能够解决现有单体原电池无内部温度、压力实时检测和权限型放电控制功能以及单体原电池无信号加密控制电源输出的问题。
Description
技术领域
本发明涉及原电池控制技术领域，具体涉及一种电源控制芯片及其控制方法。
背景技术
目前全球用于单体原电池的技术中，一次性电池仅提供放电功能，蓄电池具有充电和放电功能，这种类型的单体原电池仅在组成电池组时增加极少量的传感器粘贴在个别原电池的表面，其内部无温度检测传感器，不具备内部温度检测功能，无法实现充电、放电过程中内部温度的在线检测，也就无法全面地检测到电池组的充电、放电过热状态，从而造成过热自燃的财产损失。
同时，这种类型的单体原电池也没有在电池内部设有对电池内部压力的检测，当电池内部过热时，电池内部压力加大而无法实时控制电流输出，引起爆炸容易造成人身伤害。
另外，目前很多的单体原电池的电能输出没有放电控制措施，容易引发事故，虽然也有原电池的电池组进行了放电输出控制和授权使用控制，却没有对原电池单体级别的放电输出进行授权型放电控制，这种电池组在被盗后容易被不法分子进行拆解后再利用，对电池组所有者造成财产损失，更无法在特定的商业应用领域(如无人值守的电池租赁商业中)发挥电池组财产防盗风险控制。
因此，研制一种具有内部温度和压力检测、权限型放电控制功能和信息加密的电源控制芯片很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电源控制芯片及其控制方法，用以解决现有单体原电池无内部温度、压力实时检测和权限型放电控制功能以及单体原电池无信号加密控制电源输出的问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为提供一种电源控制芯片，所述电源控制芯片整体形状呈环型，环形端面的一面设有内部相连的若干a电极，另一面设有内部相连的若干b电极、c信号电极、d信号电极、e电极和f电极，电源控制芯片的内部设置有传感器、模数转换器、核心处理器、MOS驱动器、MOS管以及密钥单元，所述传感器、所述模数转换器、所述核心处理器、所述MOS驱动器和所述MOS管通过集成电路依次连接，所述密钥单元通过集成电路与所述核心处理器连接，所述若干a电极和所述若干b电极通过集成电路分别连接至所述MOS管的两极，所述e电极和f电极连接至集成电路形成集成电路的供电电极，所述模数转换器和核心处理器均连接至双线式接口，所述双线式接口通过c信号电极和d信号电极与外部电池管理单元连接。
作为优选的技术方案，所述MOS管具有G电极、S电极和D电极，所述G电极与MOS驱动器相连，所述S电极与若干b电极连接，所述D电极与若干a电极电连接。
作为优选的技术方案，所述a电极和b电极处均设置有金属焊盘，a电极通过焊接在a电极金属焊盘上的两个导电条连接至原电池的电解部，b电极通过焊接在b电极金属焊盘上的导电条连接至原电池的输出正极，所述c信号电极为SDA数据信号电极，所述d信号电极为SCL时钟信号电极，所述e电极为电源+VCC电极，所述f电极为电源-GND电极。
作为优选的技术方案，所述电源控制芯片还包括内存单元、时钟单元和配置单元，所述内存单元和时钟单元均通过集成电路与核心处理器相连，所述配置单元分别通过集成电路连接至核心处理器和双线式接口。
作为优选的技术方案，所述MOS管的S极和D极并联有二极管，所述二极管的正极连接至MOS管的S极和b电极，二极管的负极连接至MOS管的D极和a电极。
提供一种电源控制芯片的控制方法，所述控制方法包括：传感器将探测到的原电池内部的温度和/或压力模拟信号送入模数转换器；模数转换器将温度和/或压力模拟信号转成数字信号送入到核心处理器；核心处理器内部程序对数字信号进行处理和分析后，将温度和/或压力数据与程序设定的温度和/或压力保护阀值进行比较，并将温度和/或压力数据信息存储在内存单元中；当温度和/或压力数据信息在程序设定的温度和/或压力保护阀值范围内时，核心处理器连续监听并执行来自外部的电池管理单元的导通或关断MOS管执行命令，MOS驱动器执行MOS管的导通或关断动作；当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，核心处理器直接发送触发MOS管关断信号给MOS驱动器，并控制MOS驱动器执行MOS管的关断动作。
作为优选的技术方案，当温度或压力数据信息在程序设定的温度或压力保护阀值范围内时，所述核心处理器连续监听外部电池管理单元通过c信号电极和d信号电极组成的双线总线发送的执行命令加密信号，再通过密钥单元进行解密和比对，比对信息一致后，密钥单元将执行指令反馈给核心处理器；若执行指令为导通MOS管指令，则核心处理器发送触发MOS管的导通信号给MOS驱动器，MOS驱动器在接收到导通信号时向MOS管的G极提供执行驱动导通的逻辑条件，MOS管的S极与D档处于低阻状态，使D极连接的a电极与S极连接的b电极形成导电连通；若执行指令为关断MOS管指令，则核心处理器发送触发MOS管的关断信号给MOS驱动器，MOS驱动器在接收到关断信号时向MOS管的G极提供执行关断的逻辑条件，MOS管的S极与D极处于高阻状态，形成电流阻隔的不导通状态，此时D极连接的a电极向S极连接的b电极电流流向断开。
作为优选的技术方案，当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，所述核心处理器的程序逻辑作为优先判断条件直接进入中断处理程序，即当电池管理单元的执行命令是“导通MOS管指令”或“关断MOS管指令”，核心处理器都优先发送触发MOS管的关断信号给MOS驱动器，MOS驱动器在接收到关断信号时向MOS管的G极提供执行关断的逻辑条件，使D极连接的a电极向S极连接的b电极电流流向断开。
作为优选的技术方案，所述控制方法包括：若MOS管为关断状态则MOS管处于高阻状态，若此时电流从a电极向b电极方向移动，则电流不可流过而形成电流断路，且此时所述二极管处于截止状态，电路处于截止状态，由于电流从b电极向a电极方向移动在单体原电池的制造中设定为充电状态，电流从a电极向b电极方向移动在单体原电池的制造中设定为放电状态，实现单体原电池在MOS管未导通的情况下能自由充电而禁止自由放电的逻辑控制。
作为优选的技术方案，所述密钥单元设置有保障芯片与外部电池管理单元的信息传输安全的密钥程序，密钥单元通过密钥程序对接收到的外部电池管理单元的SDA数据信号进行数据解密和比对，然后将受控权限和密钥信息里的执行指令反馈给核心处理器进行程序控制处理。
本发明具有如下优点：
(1)本发明提供的电源控制芯片内部具有传感器，能够实现内部温度、压力实时检测；
(2)本发明提供的电源控制芯片具有MOS管和二极管，能够实现原电池的自由充电，权限放电控制；
(3)本发明提供的电源控制芯片具有密钥单元，能够通过ID号与电池的外部电池管理单元进行身份验证，实现加密型信号控制。
附图说明
图1为本发明提供的一种电源控制芯片的内部结构示意图。
图2为本发明提供的一种电源控制芯片的俯视图。
图3为本发明提供的一种电源控制芯片的仰视图。
图4为本发明提供的一种电源控制芯片的应用连接示意图。
图5为本发明提供的一种电源控制芯片的外部控制连接示意图。
图6为本发明提供的一种电源控制芯片的组合安装应用示意图。
图中：传感器01、模数转换器02、核心处理器03、MOS驱动器04、密钥单元05、内存单元06、时钟单元07、配置单元08、双线式接口09、a电极10、b电极11、c信号电极12、d信号电极13、e电极14、f电极15、电解部16、电池管理单元17、MOS管18、第二导电金属片19、第二橡胶密封圈20、第一导电金属片21、第一橡胶密封圈22、控制芯片23、导电条24、内绝缘片25。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
参考图1，本实施例提供一种电源控制芯片，所述电源控制芯片整体形状呈环型，环形端面的一面设有内部相连的若干a电极10，另一面设有内部相连的若干b电极11、c信号电极12、d信号电极13、e电极14和f电极15，电源控制芯片的内部组成包括通过集成电路依次连接的传感器01、模数转换器02、核心处理器03、MOS驱动器04和MOS管18以及通过集成电路与所述核心处理器03连接的密钥单元05，所述传感器01为温度和/或压力传感器，且传感器01的感应模块与原电池内部电连接，MOS管18具有与MOS驱动器04相连的G电极、与b电极11连接的S电极和与a电极10电连接的D电极，模数转换器02和核心处理器03均连接至双线式接口09，双线式接口09通过c信号电极12和d信号电极13进行电源控制芯片与外部电池管理单元17的信号传输，双线式接口09对应的2线型总线能够实现众多个数量的单体原电池的总线型控制，且能够简化通讯信号和成本，所述e电极14和f电极15连接至集成电路形成集成电路的供电电极，所述模数转换器02和核心处理器03均连接至双线式接口09，所述双线式接口09通过c信号电极12和d信号电极13与外部电池管理单元17连接。
参考图2和3，所述a电极10和b电极11处均设置有金属焊盘，a电极10通过焊接在a电极金属焊盘上的两个导电条24连接至原电池的电解部16，b电极11通过焊接在b电极金属焊盘上的导电条24连接至原电池的输出正极，所述c信号电极12为SDA数据信号电极，所述d信号电极13为SCL时钟信号电极，e电极14和f电极15为一组低压直流电源供电电极，为整个芯片内部逻辑单元提供基础电源，其中，e电极14为电源+VCC电极，所述f电极15为电源-GND电极。
进一步地，密钥单元05设置有保障芯片与外部电池管理单元17的信息传输安全的密钥程序，密钥单元05通过密钥程序对接收到的外部电池管理单元17的SDA数据信号进行数据解密和比对，然后将受控权限和密钥信息里的执行指令反馈给核心处理器03进行程序控制处理。
进一步地，电源控制芯片还包括内存单元06、时钟单元07和配置单元08，内存单元06和时钟单元07通过集成电路与核心处理器03相连，核心处理器03在运行程序过程中、将处理的数据存放在内存单元06中，同时也会从内存单元06中读回数据，以便于程序的运算。时钟单元07为核心处理器03提供时钟源，确保核心处理器03程序的正常运行。配置单元08通过集成电路分别连接至核心处理器03和双线式接口09。配置单元08为一种仅一次擦写的存储器，用于在单体原电池生产中存储电池的生产批号、生产日期、厂家名称以及电源控制芯片全球唯一ID号等信息，通过ID号可对含有电源控制芯片的单体原电池进行身份识别验证。此信息经擦写到存储器后，不能进行二次修改。
进一步地，MOS管18的S极和D极并联有二极管，所述二极管的正极连接至MOS管18的S极和b电极11，二极管的负极连接至MOS管18的D极和a电极10，二极管的作用是实现MOS管18未导通的情况下单体原电池的自由充电而禁止自由放电的逻辑控制。当电流从b电极11向a电极10方向移动时，所述二极管导通而不受MOS管18工作状态影响，当电流从a电极10向b电极11方向移动时二极管截止，此时电流从a电极10向b电极11方向移动受到MOS管18工作状态影响，若MOS管18为“导通”状态则MOS管18的D极与S极处于低阻状态，因此电流可流过而形成电流通路，若为“关断”状态MOS管的D极与S极内阻极高，则电流不可流过而形成电流断路；由于电流从b电极11向a电极10方向移动在单体原电池的制造中设定为充电状态，电流从a电极10向b电极11方向移动在单体原电池的制造中设定为放电状态，故能够在MOS管18未导通的情况下实现单体原电池的自由充电而禁止自由放电的逻辑控制。
本实施例中电源控制芯片的控制方法包括：传感器01将探测到原电池内部的温度和/或压力模拟信号送入模数转换器02；模数转换器02将温度和/或压力模拟信号转成数字信号送入到核心处理器03；核心处理器03内部程序对数字信号进行处理和分析后，将温度和/或压力数据与程序设定的温度和/或压力保护阀值进行比较，并将温度或压力数据信息存储在内存单元06中；当温度和/或压力数据信息在程序设定的温度和/或压力保护阀值范围内时，核心处理器03连续监听并执行来自外部的电池管理单元17的导通或关断MOS管18执行命令，MOS驱动器04执行MOS管18的导通或关断动作；当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，核心处理器03直接发送触发MOS管18关断信号给MOS驱动器04，MOS驱动器04执行MOS管18的关断动作。
具体地，当温度或压力数据信息在程序设定的温度或压力保护阀值范围内时，所述核心处理器03连续监听外部电池管理单元17通过c信号电极12和d信号电极13组成的双线总线发送的执行命令加密信号，再将执行命令加密信号传送到密钥单元05的内部解密程序进行解密并比对，如果比对信息一致，则密钥单元05将受控权限和密钥信息里的执行指令反馈给核心处理器03；
其中，电池管理单元17和核心处理器03具有双向反馈的功能，当电池管理单元17通过c信号电极12和d信号电极13组成的双线总线通讯向核心处理器03请求获得温度或压力数据信息时的请求时，核心处理器03将实时数据信息从内存单元06中提取出来反馈回电池管理单元17，同时，当电源控制芯片检测到的温度或压力数据信息超出程序设定的对应保护阀值范围时，核心处理器03会立即发出告警信息并反馈回电池管理单元17。
若执行指令为导通MOS管18指令，则核心处理器03发送触发MOS管18的“导通”信号给MOS驱动器04，MOS驱动器04在接收到“导通”信号时向MOS管18的G极提供执行驱动“导通”的逻辑条件，MOS管18的S极与D极处于低阻状态，使D极连接的a电极10与S极连接的b电极11形成导电连通；
若执行指令为关断MOS管18指令，则核心处理器03发送触发MOS管18的“关断”信号给MOS驱动器04，MOS驱动器04在接收到“关断”信号时停止向MOS管18的G极提供执行驱动“导通”的逻辑条件，MOS管18的S极与D极处于高阻状态，形成电流阻隔的不导通状态，此时D极连接的a电极10向S极连接的b电极11电流流向断开。
当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，所述核心处理器03的程序逻辑作为优先判断条件直接进入中断处理程序，即无论电池管理单元17的执行命令是“导通MOS管18指令”或“关断MOS管18指令”，核心处理器03都优先发送触发MOS管18的“关断”信号给MOS驱动器04，MOS驱动器04在接收到“关断”信号时向MOS管18的G极提供执行关断的逻辑条件，使D极连接的a电极10向S极连接的b电极11电流流向断开。
实现单体原电池在MOS管18未导通的情况下能自由充电而禁止自由放电的逻辑控制的方法包括：若MOS管18为“关断”状态则MOS管18处于高阻状态，若此时电流从a电极10向b电极11方向移动，则电流不可流过而形成电流断路，且此时所述二极管处于截止状态，电路处于截止状态，由于电流从b电极11向a电极10方向移动在单体原电池的制造中设定为充电状态，电流从a电极10向b电极11方向移动在单体原电池的制造中设定为放电状态，故能够实现单体原电池在MOS管18未导通的情况下能自由充电而禁止自由放电的逻辑控制。
更进一步地，本实施例提供的电源控制芯片与内绝缘片25、橡胶密封圈、第一导电金属片21和第二导电金属片19组成控制组件，然后将控制组件安装于原电池的正极或负极实现对原电池的控制。橡胶密封圈包括第一橡胶密封圈22和第二橡胶密封圈20，第一橡胶密封圈22的内部设置有依次叠加组合的内绝缘片25、控制芯片23、第一导电金属片21和第二导电金属片19，内绝缘片25、控制芯片23、第一导电金属片21和第二导电金属片19上均设置有四个信号传输过孔，四个信号传输过孔包括一个SCL信号过孔和一个SDA信号过孔，以及芯片供电电源正极+VCC过孔、负极-GND过孔。第一导电金属片21和第二导电金属片19的中间通过第二橡胶密封圈20组合连接成一体，且控制芯片23上设置有导电条24，导电条24可以为一个或多个，导电条24穿过内绝缘片25与原电池内部的多层电解膜的电解膜片连接，本实施例中的两个导电条24为两个电极引脚，形成双极点结构，可同时提供两个极点与多层电解膜的电解膜片通电连接，提高了电极导电电流的载流能力，更加适用于大电流充电、放电。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种电源控制芯片，其特征在于，所述电源控制芯片整体形状呈环型，环形端面的一面设有内部相连的若干a电极(10)，另一面设有内部相连的若干b电极(11)、c信号电极(12)、d信号电极(13)、e电极(14)和f电极(15)，电源控制芯片的内部设置有传感器(01)、模数转换器(02)、核心处理器(03)、MOS驱动器(04)、MOS管(18)以及密钥单元(05)，所述传感器(01)、所述模数转换器(02)、所述核心处理器(03)、所述MOS驱动器(04)和所述MOS管(18)通过集成电路依次连接，所述密钥单元(05)通过集成电路与所述核心处理器(03)连接，所述若干a电极(10)和所述若干b电极(11)通过集成电路分别连接至所述MOS管(18)的两极，所述e电极(14)和f电极(15)连接至集成电路形成集成电路的供电电极，所述模数转换器(02)和核心处理器(03)均连接至双线式接口(09)，所述双线式接口(09)通过c信号电极(12)和d信号电极(13)与外部电池管理单元(17)连接。
2.如权利要求1所述的一种电源控制芯片，其特征在于，所述MOS管(18)具有G电极、S电极和D电极，所述G电极与MOS驱动器(04)相连，所述S电极与若干b电极(11)连接，所述D电极与若干a电极(10)电连接。
3.如权利要求1所述的一种电源控制芯片，其特征在于，所述a电极(10)和b电极(11)处均设置有金属焊盘，a电极(10)通过焊接在a电极金属焊盘上的两个导电条(24)连接至原电池的电解部(16)，b电极(11)通过焊接在b电极金属焊盘上的导电条(24)连接至原电池的输出正极，所述c信号电极(12)为SDA数据信号电极，所述d信号电极(13)为SCL时钟信号电极，所述e电极(14)为电源+VCC电极，所述f电极(15)为电源-GND电极。
4.如权利要求1所述的一种电源控制芯片，其特征在于，所述电源控制芯片还包括内存单元(06)、时钟单元(07)和配置单元(08)，所述内存单元(06)和时钟单元(07)均通过集成电路与核心处理器(03)相连，所述配置单元(08)分别通过集成电路连接至核心处理器(03)和双线式接口(09)。
5.如权利要求1所述的一种电源控制芯片，其特征在于，所述MOS管(18)的S极和D极并联有二极管，所述二极管的正极连接至MOS管(18)的S极和b电极(11)，二极管的负极连接至MOS管(18)的D极和a电极(10)。
6.如权利要求1-5任一所述的一种电源控制芯片的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
传感器(01)将探测到的原电池内部的温度和/或压力模拟信号送入模数转换器(02)；
模数转换器(02)将温度和/或压力模拟信号转成数字信号送到核心处理器(03)；
核心处理器(03)内部程序对数字信号进行处理和分析后，将温度和/或压力数据与程序设定的温度和/或压力保护阀值进行比较，并将温度和/或压力数据信息存储在内存单元(06)中；
当温度或压力数据信息在程序设定的温度或压力保护阀值范围内时，核心处理器(03)连续监听并执行来自外部的电池管理单元(17)的导通或关断MOS管(18)执行命令，并控制MOS驱动器(04)执行MOS管(18)的导通或关断动作；
当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，核心处理器(03)直接发送触发MOS管(18)关断信号给MOS驱动器(04)，MOS驱动器(04)执行MOS管(18)的关断动作。
7.如权利要求6所述的一种电源控制芯片的控制方法，其特征在于，当温度或压力数据信息在程序设定的温度或压力保护阀值范围内时，所述核心处理器(03)连续监听外部电池管理单元(17)通过c信号电极(12)和d信号电极(13)组成的双线总线发送的执行命令加密信号，再通过密钥单元(05)进行解密和比对，比对信息一致后，密钥单元(05)将执行指令反馈给核心处理器(03)；
若执行指令为导通MOS管(18)指令，则核心处理器(03)发送触发MOS管(18)的导通信号给MOS驱动器(04)，MOS驱动器(04)在接收到导通信号时向MOS管(18)的G极提供执行驱动导通的逻辑条件，MOS管(18)的S极与D极处于低阻状态，使D极连接的a电极(10)与S极连接的b电极(11)形成导电连通；
若执行指令为关断MOS管(18)指令，则核心处理器(03)发送触发MOS管(18)的关断信号给MOS驱动器(04)，MOS驱动器(04)在接收到关断信号时向MOS管(18)的G极提供执行关断的逻辑条件，MOS管(18)的S极与D极处于高阻状态，形成电流阻隔的不导通状态，此时从a电极(10)向b电极(11)的电流截止。
8.如权利要求6所述的一种电源控制芯片的控制方法，其特征在于，当温度或压力数据信息超出程序设定的温度或压力保护阀值范围时，所述核心处理器(03)的程序逻辑作为优先判断条件直接进入中断处理程序，即无论电池管理单元(17)的执行命令是“导通MOS管指令”或“关断MOS管指令”，核心处理器(03)都优先发送触发MOS管(18)的关断信号给MOS驱动器(04)，MOS驱动器(04)在接收到关断信号时向MOS管(18)的G极提供执行关断的逻辑条件，使D极连接的a电极(10)向S极连接的b电极(11)电流流向断开。
9.如权利要求6所述的一种电源控制芯片的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：若MOS管(18)为关断状态，则MOS管(18)处于高阻状态，若此时电流从a电极(10)向b电极(11)方向移动，则电流不可流过而形成电流断路，且此时所述二极管处于截止状态，电路处于截止状态，由于电流从b电极(11)向a电极(10)方向移动在单体原电池的制造中设定为充电状态，电流从a电极(10)向b电极(11)方向移动在单体原电池的制造中设定为放电状态，实现单体原电池在MOS管(18)未导通的情况下能自由充电而禁止自由放电的逻辑控制。
10.如权利要求6所述的一种电源控制芯片的控制方法，其特征在于，所述密钥单元(05)设置有保障芯片与外部电池管理单元(17)的信息传输安全的密钥程序，密钥单元(05)通过密钥程序对接收到的外部电池管理单元(17)的SDA数据信号进行数据解密和比对，然后将受控权限和密钥信息里的执行指令反馈给核心处理器(03)进行程序控制处理。
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