CN108429318A - 电池保护芯片及电池保护电路 - Google Patents

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Abstract

为克服现有技术中充电保护电路中采用同口应用时，发生充电过温保护后，充电开关关闭，放电电流只能通过充电开关的寄生二极管回路流出，造成充电开关急剧发热甚至烧坏问题，本发明提供了一种电池保护芯片及电池保护电路。本发明一方面提供了一种电池保护芯片，本发明提供的电池保护芯片，其在芯片内部增加了对其充放电回路的充放电状态进行检测的负载检测电路，可智能识别电池组的充放电状态，当检测到当前电池组处于放电状态时，即使发生充电过温保护，充电控制端口仍维持高电平，不会关闭充电开关，可防止同口应用下温度保护后的充电开关发热，确保同口应用时，不会出现充电开关过热甚至烧毁的问题。

Description

电池保护芯片及电池保护电路
技术领域
本发明涉及一种电池领域，尤其指电池中的电池保护电路。
背景技术
锂离子电池以其高性能、高密度和小体积、轻重量近年来一直是便携式产品电池的首选，为保证锂电池正常安全工作，需要在电池和充电电源和放电负载的接入端子之间连接电池保护电路(设置在电池保护板上)，该电池保护电路上设有锂电池保护芯片、充电开关和放电开关及外围电路(周边阻容元件等)，锂电池和充电电源以及负载之间形成充放电回路，上述充电开关和放电开关即设置在所述充放电回路上，外围电路中形成若干电压、电流和温度的检测电路，上述检测电路检测参数输入锂电池保护芯片中进行处理，以控制上述充电开关和放电开关的通断，对锂电池进行保护，确保锂离子电池不处于过充、过放及过流等异常状态。
实际应用中，受环境温度的影响和锂离子电池的化学特性要求，电池保护电路必须包含充电低温保护、充电高温保护和放电高温保护。保护充电状态时，关闭充电开关；保护放电状态时，关闭放电开关。
传统电池温度保护线路原理如下：如图1所示，以串联电池组为例，该串联电池组的正端连接到电池保护芯片的VCC端口，负端连接至VSS端口(参考地)通过充放电回路与外接负载或者充电电源连接，该充放电回路设有两个连接端：P+和P-；电池保护芯片1的若干电压检测输入端口分别与串联电池组中电池B1、B2-BN正负端子连接，电池保护芯片1的充电控制端口CO和放电控制端口DO分别连接至放电开关M1和充电开关M2的控制端(也即门级)；用于控制充电开关M2和放电开关M1的通断。上述放电开关M1、充电开关M2通常采用MOSFET(中文全称：金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管；英文全称：Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)；充电开关M2和放电开关M1的内部结构中均并联有寄生二极管。电池保护芯片1上设有对电池组进行温度检测的温度检测端口TS，所述温度检测端口TS连接至测温电阻RT(负温度系数热敏电阻)，测温电阻RT阻值随温度升高而降低，电池保护芯片1内部有一个固定电流源途经测温电阻RT流入参考地，通过测温电阻RT对VSS端的电压从而检测出电池温度。当检测到电池温度超过充电高温保护阈值时，通过充电控制端口CO输出低电平关闭充电开关M2以切断充电回路。当检测到电池温度超过放电高温保护阈值时，通过放电控制端口DO输出低电平关闭放电开关M1以切断放电回路。
然而，其充放电电流走同一回路(同口应用)，发生充电过温保护后，充电开关M2关闭，放电电流只能通过充电开关M2的寄生二极管回路流出，造成充电开关M2急剧发热甚至烧坏。
发明内容
为克服现有技术中充电保护电路中的采用同口应用时，发生充电过温保护后，充电开关关闭，放电电流只能通过充电开关的寄生二极管回路流出，造成充电开关急剧发热甚至烧坏问题，本发明提供了一种电池保护芯片及电池保护电路。
本发明一方面提供了一种电池保护芯片，包括电压检测电路、过充/过放信号处理电路、过流检测电路、温度保护检测电路、逻辑处理电路、驱动输出电路和负载检测电路；
所述电压检测电路用于通过电压检测输入端检测电池的电压信号，将其输出给过充/过放信号处理电路；
所述过充/过放信号处理电路用于对输入的电压信号进行处理，判断其是否过充或者过放，并向逻辑处理电路输出过充/过放信号；
所述过流检测电路用于通过过流检测输入端口检测充放电回路是否过流，向逻辑处理电路输出过流检测信号；
所述温度保护检测电路用于通过温度检测端口检测电池温度，向逻辑处理电路输出温度检测信号；
所述负载检测电路用于通过状态检测端口检测电池处于充电还是放电的状态，向逻辑处理电路输出状态检测信号；
逻辑处理电路用于接收所述过充/过放信号、过流检测信号、温度检测信号和状态检测信号，并进行处理，然后向所述驱动输出电路输出控制信号；
所述驱动输出电路用于接收上述控制信号，生成充电驱动信号和放电驱动信号，通过充电控制端口输出所述充电驱动信号以控制对电池进行充电；或者通过放电控制端口输出所述放电驱动信号，以控制电池对负载放电。
本发明提供的电池保护芯片，其在芯片内部增加了对其充放电回路的充放电状态进行检测的负载检测电路，可智能识别电池组的充放电状态，当检测到当前电池组处于放电状态时，即使发生充电过温保护，充电控制端口仍维持高电平，不会关闭充电开关，可防止同口应用下温度保护后的充电开关发热，确保同口应用时，不会出现充电开关过热甚至烧毁的问题。
进一步地，所述负载检测电路包括一状态检测比较器、状态检测延时电路和恢复延时电路；
所述状态检测比较器的反相输入端接内部基准源；同相输入端连接至状态检测端口；所述状态检测端口上还连接有上拉电阻和下拉电阻；
所述状态检测延时电路的输入端连接所述状态检测比较器的输出端，所述状态检测延时电路的输出端连接至所述逻辑处理电路；
所述恢复延时电路与所述状态检测延时电路并联连接。
进一步地，所述状态检测比较器包括偏置模块、输入模块、失调电压检测模块、修调模块、及输出放大管；
所述偏置模块包括第一偏置管和第二偏置管；所述第一偏置管和第二偏置管的源极均连接至低压电源；所述第一偏置管和第二偏置管用于为状态检测比较器提供工作的偏置电流，所述第一偏置管和第二偏置管的门级都接到外部偏置模块提供的偏置电压输入端；
其中，所述输入模块包括并联设置的第一输入管和第二输入端；所述第一输入管和第二输入端的门极分别作为反相输入端和同相输入端；所述第一输入管和第二输入管相同；所述第一输入端和所述第二输入管的源极连接所述第一偏置管；
所述失调电压检测模块包括第一比例电流镜和第二比例电流镜；所述第一比例电流镜的源极连接所述第一输入管的漏极；所述第二比例电流镜的源极连接所述第二输入管的漏极；所述第一比例电流镜和第二比例电流镜的漏极接地；所述第一比例电流镜和第二比例电流镜的门极均连接至所述第一比例电流镜的源极；所述第二输入管和第二比例电流镜之间设有一级输出端；
所述修调模块包括若干并联设置的修调电路，每个修调电路上包括串联设置的修调熔丝和匹配管；所述修调电路并联连接在所述第二比例电流镜上，且各修调电路上的匹配管的门极连接至所述第一比例电流镜的源极；
所述输出放大管与所述第二偏置管串联连接在低压电源和参考地之间；所述输出放大管的门极连接在所述第二输入管和第二比例电流镜之间的一级输出端；所述输出放大管和所述第二偏置管之间设置有输出端。
进一步地，所述温度保护检测电路包括基准电压源、运算放大器、温度检测控制开关、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、温度判定模块及温度保护延时电路；
所述温度检测控制开关、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻依次串接在低压电源和参考地之间；
所述运算放大器的同相输入端接基准电压源，反相输入端连接至所述温度检测控制开关和第一分压电阻之间；
所述温度判定模块设有所述温度检测端口、3个分压检测端和输出端，所述3个分压检测端分别检测上述第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻之间的电压；
所述温度判定模块的输出端连接所述温度保护延时电路输入端；所述温度保护延时电路的输出端连接至所述逻辑处理电路。
进一步地，所述电池保护芯片上的温度保护检测电路中还设有一温度参考端口；所述温度参考端口设置在所述温度控制端口和所述第一分压电阻之间。
进一步地，所述电池保护芯片内还设有外置延时控制电路；所述外置延时控制电路设有若干延时端口。
进一步地，所述电压检测电路包括多个分别对电池组中的N个单体电池进行电压检测的第一电压检测电路、第二电压检测电路、……及第N电压检测电路；
所述第一电压检测电路、第二电压检测电路、……及第N电压检测电路连接至所述过充/过放信号处理电路。
本发明第二方面提供了一种电池保护电路，包括电池保护芯片、充电开关和放电开关；所述充电开关和所述放电开关串接在充放电回路中；所述电池保护芯片上述的电池保护芯片；
所述状态检测端口通过状态检测电阻连接至所述充放电回路；
所述电压检测输入端通过电压采样电阻连接至电池；
所述过流检测输入端口连接充放电回路；
所述温度检测端口通过测温电阻连接充放电回路；
所述充电控制端口连接所述充电开关的控制端；所述放电控制端口连接所述放电开关的控制端。
本发明提供的电池保护电路，其在电池保护芯片内部增加了对其充放电回路的充放电状态进行检测的负载检测电路，可智能识别电池组的充放电状态，当检测到当前电池组处于放电状态时，即使发生充电过温保护，充电控制端口仍维持高电平，不会关闭充电开关，可防止同口应用下温度保护后的充电开关发热，确保同口应用时，不会出现充电开关过热甚至烧毁的问题。
进一步地，所述温度保护检测电路中还设有一温度参考端口；
所述温度参考端口和所述温度检测端口之间连接有一参考电阻。
进一步地，所述充放电回路包括电池及对电池进行充电或者放电的端口；
所述充放电回路上还连接有检流电阻，所述检流电阻的一端接地，另一端接放电开关；所述过流检测输入端口接在所述放电开关和检流电阻之间。
进一步地，所述电池保护芯片内还设有外置延时控制电路；所述外置延时控制电路设有若干延时端口；每个延时端口上外接有延时电路。
附图说明
图1是现有技术提供的电池保护电路原理示意图；
图2是本发明具体实施方式中提供的电池保护芯片原理示意图；
图3是本发明具体实施方式中提供的负载检测电路内部原理示意图；
图4本发明具体实施方式中提供的是状态检测比较器内部原理图；
图5是本发明具体实施方式中提供的温度保护检测电路内部原理示意图；
图6是本发明具体实施方式中提供的一种电池保护电路原理示意图；
图7是本发明具体实施方式中提供的一种进一步改进的电池保护电路原理示意图；
图8是本发明具体实施方式中提供的一种电池保护电路具体示例示意图。
其中，1、电池保护芯片；
11、电压检测电路；111、第一电压检测电路；112、第二电压检测电路；113、第三电压检测电路；114、第四电压检测电路；115、第五电压检测电路；
12、过充/过放信号处理电路；
13、逻辑处理电路；
14、负载检测电路；141、状态检测延时电路；142、恢复延时电路；143、状态检测比较器；
15、驱动输出电路；
16、过流检测电路；
17、温度保护检测电路；171、温度判定模块、172、温度保护延时电路；173、运算放大器；
18、外置延时控制电路；
M1、放电开关；M2、充电开关；M3、温度检测控制开关；
RS、参考电阻；RT、测温电阻；RV、状态检测电阻；RF、检流电阻；RCO、开关下拉电阻；RP、过流状态解除电阻；Rvin、抗干扰电阻。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本例将对本发明公开的电池保护芯片进行具体解释说明。
如图2所示，本例中公开的电池保护芯片1，其上包括电压检测电路11、过充/过放信号处理电路12、过流检测电路16、温度保护检测电路17、逻辑处理电路13、驱动输出电路15和负载检测电路14；
所述电压检测电路11用于通过电压检测输入端检测电池的电压信号，将其输出给过充/过放信号处理电路12；当任意一个电池电压上升到某预设电压VOC(约3.5伏-4.5伏，比如4.225伏)以上并持续了一段过充保护时间TOC(约0.5-1.5秒，比如1秒)，充电控制端口CO的输出就会反转，将充电开关M2关断，停止充电，这就称为过充电状态。所有电池电压降低到过充电解除电压VOCR(约低于VOC0.1伏，比如4.125伏)以下并持续了一段过充保护解除时间TOCR(约0.5-1.5秒，比如1秒)，就会解除过充电状态，恢复为正常状态。任意一个电池电压降低到某预设电压VOD(比如2.5伏)以下并持续了一段过放保护时间TOD(约0.5-1.5秒，比如1秒)，放电控制端口DO的输出就会反转，将放电开关M1关断，停止放电，这就称为过放电状态。所有电池电压上升到过放电解除电压VODR(比如3.0伏)以上并持续了一段过放保护解除时间TODR(约0.5-1.5秒，比如1秒)，就会解除过放电状态，恢复为正常状态。
所述过充/过放信号处理电路12用于对输入的电压信号进行处理，判断其是否过充或者过放，并向逻辑处理电路13输出过充/过放信号；
所述过流检测电路16用于通过过流检测输入端口VIN检测充放电回路是否过流，向逻辑处理电路13输出过流检测信号；具体的，本例中，电池处于放电状态时，过流检测输入端口VIN电压随着放电电流的增大而增大，当过流检测输入端口VIN端电压高于某预设电压VEC1(比如0.100V)并持续一段过流保护时间TEC1(约0.5-1.5秒，比如1秒)，芯片认为出现了放电过流，解除该过放电流时间延时TEC1R约0.5-1.5秒，比如1秒；当过流检测输入端口VIN端电压高于某预设电压VEC2(比如0.2000伏)并持续了一段过流保护时间TEC2(约0.05-0.15秒，比如0.1秒)，芯片认为出现了放电过流；解除该过放电流时间延时TEC2R约0.5-1.5秒，当过流检测输入端口VIN端电压高于某预设电压VSHORT(比如0.600伏)并持续了一段过流保护时间TSHORT(300-600微秒)，芯片将判定其出现了短路。解除该过短路延时TSHORTR约0.5-1.5秒，上述3种状态任意一种状态出现后，其会向逻辑处理电路13输出过流检测信号，逻辑处理电路13控制放电控制端口DO的输出反转，将放电开关M1关断，停止放电，断开负载即可恢复正常状态。
所述温度保护检测电路17用于通过温度检测端口TS检测电池温度，向逻辑处理电路13输出温度检测信号；
所述负载检测电路14用于通过状态检测端口检测电池处于充电还是放电的状态，向逻辑处理电路13输出状态检测信号；通过采样检流电阻RF端的两端电压，当电压值>0时，电池处于放电状态，当电压值<0时，电池处于充电状态。
逻辑处理电路13用于接收所述过充/过放信号、过流检测信号、温度检测信号和状态检测信号，并进行处理，然后向所述驱动输出电路15输出控制信号；其中，具体的，所述逻辑处理电路13内部电路接收上述各模块送入的所述过充/过放信号、过流检测信号、温度检测信号和状态检测信号等，进行与、或、非等逻辑运算处理，输出控制信号给驱动输出电路15，驱动输出电路15再向放电控制端口DO输出放电驱动信号，向充电控制端口CO输出充电控制信号。
所述驱动输出电路15用于接收上述控制信号，生成充电驱动信号和放电驱动信号；通过充电控制端口CO输出所述充电驱动信号以控制对电池进行充电；或者通过放电控制端口DO输出所述放电驱动信号，以控制电池对负载放电。
本例中，所述电池保护芯片1内还设有外置延时控制电路18；所述外置延时控制电路18设有若干延时端口。该外置延时控制电路18用来对上述过充保护时间TOC和过放保护时间TOD及过电流保护时间TSHORT进行设置。如果采用芯片内置延时的方式，将使得其延时时间不可修改。通过外置延时的方式，可以调整其具体的延时时间。
其中，所述电压检测电路11包括多个分别对电池组中的N个单体电池进行电压检测的第一电压检测电路111、第二电压检测电路112、……及第N电压检测电路；
所述第一电压检测电路111、第二电压检测电路112、……及第N电压检测电路连接至所述过充/过放信号处理电路12。
本例中，如图2所示，本电池保护芯片1根据电池组(以串联电池组为例)中的电池个数，设有对应数量的电压检测输入端，电池保护芯片1内部设有对应数量的电压检测电路11，比如，本例中以设有5个电压检测电路11和对应端口为例，共设有第一电压检测电路111、第二电压检测电路112、第三电压检测电路113、第四电压检测电路114和第五电压检测电路115；所述第一电压检测电路111至第五电压检测电路115对应电压检测输入端分别为VC1-VC5；此外，本电池保护芯片1还设有电源输入端(图2中标记为VCC)和接地端VSS；所述电源输入端VCC连接至电池组的正端P+、接地端VSS接至电池组的负端P-。上述第一电压检测电路111-第五电压检测电路115分别对对应的电池进行检测其电压；检测结果输出给过充/过放信号处理电路12。本例中，设有对电压检测的断电保护，正常状态下，电池保护芯片1管脚VC1、VC2、VC3、VC4、VC5中任意一根或多根与电池的连线断开，电池保护芯片1通过检测并判断为发生断线状态，强制将充电控制端口CO输出为高阻态，放电控制端口DO输出为低电平，即同时关闭充电开关M2和放电开关M1，此状态称为断线保护状态。当断开的连线重新正确连接后，电池保护芯片1退出断线保护状态。
电池保护芯片1的状态检测端口VM连接至负载检测电路14，该负载检测电路14用于判别电池组当前处于充电或者放电状态，并将判定结果送入逻辑处理电路13。
具体的，如图3所示，所述负载检测电路14包括一状态检测比较器143、状态检测延时电路141和恢复延时电路142；
所述状态检测比较器143的反相输入端接内部基准源V0；同相输入端连接至状态检测端口VM；所述状态检测端口VM内还连接有上拉电阻R6和下拉电阻R5；该上拉电阻R6用于将状态检测端口VM的电平锁定在高电平；所述下拉电阻R5用于将状态检测端口VM的电平锁定在低电平；
所述状态检测延时电路141的输入端连接所述状态检测比较器143的输出端，所述状态检测延时电路141的输出端连接至所述逻辑处理电路13；该状态检测延时电路141用于将状态检测比较器143输出的信号滤除干扰后再输出给后续逻辑处理电路13，以防电路上的干扰导致后续逻辑处理电路13接收到有误差的比较信号。
所述恢复延时电路142与所述状态检测延时电路141并联连接，同样用于滤除干扰，以防止逻辑电路误动作。
因电池组工作时需要大电流充放电且检流电阻RF一般为3～5mΩ，因此为确保正确检测出电流方向并判断充放电状态，内部基准源V0必须是一个很低的参考电压(一般为1～2mV)。传统的电压基准产生一般由1.2V带隙基准分压后产生，但在本应用中很低的1～2mV基准无法用这种方法。
因此，本发明设计一种新的状态检测比较器，如图4所示，包括偏置模块、输入模块、失调电压检测模块、修调模块、及输出放大管；
所述偏置模块包括第一偏置管M6和第二偏置管M9；所述第一偏置管M6和第二偏置管M9的源极均连接至低压电源VDD；所述第一偏置管M6和第二偏置管M9用于为状态检测比较器提供工作的偏置电流，其门级都接到外部偏置模块提供的偏置电压输入端VB；
其中，所述输入模块包括并联设置的第一输入管M4和第二输入端M5；所述第一输入管M4和第二输入端M5的门极分别作为反相输入端和同相输入端；所述第一输入管M4和第二输入管M5相同(完全一致并高度匹配)；所述第一输入端M4和所述第二输入管M5的源极连接所述第一偏置管M6；
所述失调电压检测模块包括第一比例电流镜M7和第二比例电流镜M8；所述第一比例电流镜M7的源极连接所述第一输入管M4的漏极；所述第二比例电流镜M8的源极连接所述第二输入管M5的漏极；所述第一比例电流镜M7和第二比例电流镜M8的漏极接地；所述第一比例电流镜M7和第二比例电流镜M8的门极均连接至所述第一比例电流镜M7的源极；所述第二输入管M5和第二比例电流镜M8之间设有一级输出端；
通过设置第一比例电流镜M7和第二比例电流镜M8的尺寸可以产生一个小的失调电压，用以实现1～2mV的低电压检测；
所述修调模块包括若干并联设置的修调电路，每个修调电路上包括串联设置的修调熔丝和匹配管；所述修调电路并联连接在所述第二比例电流镜M8上，且各修调电路上的匹配管的门极连接至所述第一比例电流镜M7的源极；
所述输出放大管M10与所述第二偏置管M9串联连接在低压电源VDD和参考地VSS之间；所述输出放大管M10的门极连接在所述第二输入管M5和第二比例电流镜M8之间的一级输出端；所述输出放大管M10和所述第二偏置管M9之间设置输出端VOUT。
本例中，第一输入管M4、第二输入管M5为比较器输入对管，其门级分别连接至反相输入端V-和同相输入端V+，并将反相输入端V-接VSS(相当于0mV参考基准)，在实际批量生产中，由于CMOS(英文全称：Complementary Metal Oxide Semiconductor；中文全称：互补金属氧化物半导体)晶体管不可避免的会出现失调和偏离，这样会导致电压检测精度不准。因此，为保证量产精度，本例中增加修调电路，比如本例中增加第一匹配管M8-1、第二匹配管M8-2、第三匹配管M8-3及其第一修调熔丝F1、第二修调熔丝F2、第三修调熔丝F3。修调方式采用激光修调技术，这样可以保证在不需要增加额外面积的情况下保证产品精度，如需更高精度，只需要对应增加修调熔丝和匹配管即可。输出放大管M10，其门级接至所述一级输出端，该输出放大管M10与第二偏置管M9组成共漏放大器，该方案的优势在于用非常简单和低成本的线路实现了高精度的低电压判定比较功能。
正常工作状态下的电池，在充电过程中，如果状态检测端口VM端电压低于充电过流检测电压Vcha(约-0.05～-0.1伏)，并且这种状态持续的时间超过充电过流检测延迟时间Tcha(约5-20毫秒，比如10毫秒)，则关闭充电开关M2，停止充电，这个状态称为充电过流状态。进入充电过流状态后，如果断开充电器使Vm端子电压高于充电过流检测电压Vcha时，经充电过流检测恢复延迟时间Tchar(约1-4毫秒，比如2毫秒)后，充电过流状态被解除，恢复到正常工作状态。
本例中，负载检测电路14的工作原理描述如下：
系统默认电池组处于充电状态，此时状态检测端口VM的电压低于内部基准源电压时，状态检测比较器143输出为低电平。当电池对外放电时，由于充电开关M2和放电开关M1导通时存在导通内阻，电流流过时会在状态检测端口VM产生对应的压降。当状态检测端口VM电压超过内部基准源电压时，状态检测端口VM输出由低电平跳变为高电平，经过延时处理后，判定电池处于放电状态并送入逻辑处理电路13进行相应的逻辑处理后控制驱动输出电路15给出对应的充电控制端口CO和放电控制端口DO输出对应驱动电平。在电动工具、扫地机器人等很多应用场合，电池组负载一般为PWM(中文全称：脉冲宽度调制；英文全称：Pulse Width Modulation)形式，为防止误判，状态检测延时和恢复延时一般设置为1：100倍以上。状态检测端口VM的上拉电阻R6和下拉电阻R5分别用于状态检测端口VM的状态锁定，当电池发生过放电或充电过流状态时，状态检测端口VM上拉电阻R6开启，将状态检测端口VM电平拉至内部低压电源VCC。当系统发生放电过流状态时，状态检测端口VM下拉电阻开启，将状态检测端口VM电平拉至参考地。
申请人在研究过程中还发现，现有电池保护芯片1内部的温度保护检测电路17内部通常包括有基准电压源、运算放大器等，基准电压源通过运算放大器提供驱动电流，其对测温电阻RT对温度的检测精度依赖于所述基准电压源自身的精度。为此，本例中进一步对该温度保护检测电路17做了改进。
其中，如图5所示，所述温度保护检测电路17包括基准电压源Vref、运算放大器173、温度检测控制开关M3、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、温度判定模块171及温度保护延时电路172；
所述温度检测控制开关M3、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4依次串接在低压电源VCC和参考地之间；
所述运算放大器173的同相输入端接基准电压源Vref，反相输入端连接至所述温度检测控制开关M3和第一分压电阻R1之间；
所述温度判定模块171设有所述温度检测端口TS、3个分压检测端和输出端，所述3个分压检测端分别检测上述第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4之间的电压；
所述温度判定模块171的输出端连接所述温度保护延时电路172输入端；所述温度保护延时电路172的输出端连接至所述逻辑处理电路13。该温度保护延时电路172用来对温度判定模块171输出的信号进行延时处理，该信号需经过特定延时时间才被确认其温度超出相关阈值。防止其因电路不稳定造成干扰，导致输出给逻辑处理电路13的信号存在干扰，使逻辑处理电路13造成误判。
其中，所述电池保护芯片1上的温度保护检测电路17中还设有一温度参考端口；所述温度参考端口设置在所述温度控制端口和所述第一分压电阻之间。
充放电过程中电池温度过高或过低都会给电池带来损坏，所以需要连接测温电阻RT用于感知电池的温度变化，当温度检测端口TS检测到的电压达到内部设定的保护阈值电压时，维持某预设延时时间(比如，本例中设置为10ms)后，即发生过温保护，实现对电池高低温充放电的保护。
发生充电高温保护时，关断充电开关M2；发生放电高温保护时，关断充电开关M2和放电开关M1；温度低于某预设低温(如-10℃)时，充电开关M2关断，禁止对电池充电。
温度参考端口TR端子连接参考电阻RS，用于设置充电高温保护温度阈值THCP(THCP是温度对应换算以后的电压值)，参考电阻RS大小为充电高温保护对应测温电阻RT阻值的若干倍(比如2-4倍，本例中为3倍)。放电高温保护温度阈值THDP为充电高温保护温度阈值THCP加20℃对应的电压值，即THDP＝THCP+T20；T20表示20℃对应的电压值，低温充电保护温度阈值TLCP固定为-10℃。充电高温保护，放电高温保护及低温保护精度均为±2℃，三者的恢复迟滞温度均为10℃。
例如，测温电阻RT选用100kΩ@25℃，THCP设置为50℃，此时RT＝35.88KΩ@50℃，RS＝3*RT@50℃＝107.64kΩ；
则，充电高温保护恢复温度为THCPR＝THCP-10℃＝40℃；
THDP＝THCP+20℃＝70℃，放电高温保护恢复温度为THDPR＝THDP-10℃＝60℃；
TLCP＝-10℃，低温保护恢复温度TLCPR＝TLCP+10℃＝0℃。
本例提供的该电池保护芯片1，还具有测温电阻RT断线保护功能，测温电阻RT断线后，充电控制端口CO和放电控制端口DO的输出均会反转；如不使用温度保护功能，将温度检测端口TS对参考地VSS接1KΩ电阻，温度参考端口TR悬空即可。
本例中，上述温度检测控制开关M3为PMOS晶体管。
该温度保护检测电路17的工作原理描述如下：电池保护芯片1内部的基准电压源Vref通过运算放大器173和温度检测控制开关M3(本例中采用PMOS晶体管)放大后用于为测温电阻RT提供足够的驱动电流，温度参考端口TR连接至温度检测控制开关M3的漏端，因此温度参考端口TR端电压与基准电压源Vref相等。内部各分压电阻的第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、第三分压电阻R3、第四分压电阻之间R4串联并最终接至内部参考地GND，分别产生V1、V2、V3三个基准电压用作充电低温、充电过温、放电过温三种状态的判定。其中，V1表征低温基准电压，V2表征充电过温基准电压，V3表征放电过温基准电压。
温度检测端口TS接收外部参考电阻RS和测温电阻RT产生的分压电压并送入温度判定模块171，参考电阻RS为零温度系数的电阻，测温电阻RT为负温度系数热敏(英文全称：Negative Temperature Coefficient；英文简称：NTC)电阻，因此温度上升时，温度检测端口TS端电压将下降。当电压下降使得温度检测端口TS端电压高于低温基准电压V1时，判定为充电低温保护；当电池温度上升使得温度检测端口TS端电压低于充电过温基准电压V2时，判定为充电高温保护。温度继续上升使得温度检测端口TS端低于放电过温基准电压V3时，判定为放电高温保护，所有保护判定后，需达到对应的温度保护延迟时间并经逻辑处理电路13与其他信号进行相应的逻辑处理后才会通过驱动输出电路15输出低电平，关闭充电控制端口CO或放电控制端口DO外接的充电开关M2或放电开关M1(充电过温或低温时，关闭CO端充电开关M2，放电过温时，关闭DO端充电开关M2)。
本例中的电池保护芯片1增加了一个温度参考端口TR，并外接一个零温度系数的参考电阻RS，参考电阻RS的另一端与测温电阻RT相连组成串联分压线路。电池保护芯片1内的基准电压源Vref施加于温度参考端口TR，此时会有电流自温度参口端口TR，途经参考电阻RS、测温电阻RT并最终流入接地端VSS。测温电阻RT上的电压自温度检测端口TS送入电池保护芯片1内部并与内部基准电压源Vref产生的分压基准做比较，并最终通过充电控制端口CO、放电控制端口DO端口实现过温保护。通过采用外部固定参考电阻RS和测温电阻RT的分压网络采集温度变化并最终实现温度保护，不依赖于内部基准电压源Vref和电流源自身的精度。
其中，如图2所示，所述电池保护芯片1内还设有外置延时控制电路18；所述外置延时控制电路18设有若干延时端口，本例中，设有3个延时端口，具体的，所述延时端口包括过充延时保护端口TOC、过放延时保护端口TOD及短路保护端口TEC。该过充延时保护端口TOC、过放延时保护端口TOD及短路保护端口TEC可以分别外接延时电路。
该驱动输出电路15的内部结构为本领域技术人员所公知，其将逻辑处理电路13输出的控制信号进行放大，以输出驱动电流，驱动充电开关M2和放电开关M1的接通和断开。在此不再赘述。
实施例2
本例将对本发明公开的电池保护电路进行具体解释说明。
如图6-图8所示，本例公开了一种电池保护电路，包括实施例1中提供的电池保护芯片1、充电开关M2和放电开关M1；所述充电开关M2和所述放电开关M1串接在电池和充电电源或负载之间的充放电回路中；所述电池保护芯片1实施例1中所述的电池保护芯片1；所述充放电回路包括接在电池两端对电池进行充电或者放电的两个端口P+、P-；
所述状态检测端口VM通过状态检测电阻RV连接至所述充放电回路；
所述电压检测输入端通过电压采样电阻连接至电池；本例中，上述第一电压检测输入端VC1-第五电压检测输入端VC5通过上述电压采样电阻接到各电池之间。上述上述第一电压检测输入端VC1-第五电压检测输入端VC5和电压采样电阻之间还设有接地电容(该接地电容的作用是滤除采样电压的信号干扰)。
所述过流检测输入端口VIN连接充放电回路；所述充放电回路上还连接有检流电阻RF，所述检流电阻RF的一端接地，另一端接放电开关M1；所述过流检测输入端口VIN接在所述放电开关M1和检流电阻RF之间。该检流电阻RF用于检测充放电电流，所述过流检测输入端口VIN采集检流电阻RF上的电压用作充放电状态检测和高精度的过流、短路保护，其原理与VM端检测一致，不再一一赘述。图8中，该过流检测输入端口VIN上还串有抗干扰电阻Rvin接至放电开关M1和检流电阻RF之间(抗干扰电阻Rvin用于抑制检流电阻RF上的干扰信号)。
其中，该电池保护芯片的VCC端口连接到电池组的正端；VSS端口连接到电池组的负端。
所述温度检测端口TS通过测温电阻RT连接充放电回路；本例中，该测温电阻RT采用100kΩ@25℃规格的负温度系数热敏电阻。
所述充电控制端口CO连接所述充电开关M2的控制端；所述放电控制端口DO连接所述放电开关M1的控制端。本例中，充电开关M2和放电开关M1均采用PMOS管。
所述温度保护检测电路17中还设有一温度参考端口TR；所述温度参考端口TR和所述温度检测端口TS之间连接有一参考电阻RS。该参考电阻RS采用3*RNTC@THCP的规格的零温度系数电阻。
所述充放电回路上还连接有检流电阻RF，所述检流电阻RF的一端接地，另一端接放电开关M1；所述过流检测输入端口VIN接在所述放电开关M1和检流电阻RF之间。该检流电阻RF采用阻值较小的电阻，比如5毫欧姆。
每个延时端口上外接有延时电路。所述延时端口包括过充延时保护端口TOC、过放延时保护端口TOD及短路保护端口TEC；具体的，其短路保护端口TEC端口和地之间接有一第一电容CE，该第一电容CE约0.1微法。过充延时保护端口TOC和地之间接有一第二电容CC，该第二电容CC约0.1微法。过放延时保护端口TOD和地之间接有一第三电容CO，该第三电容CO约001微法。上诉外接延时电路一般采用RC延时电路。过充电保护延时，当CC＝0.1μF时，过充延时保护端口TOC的延时时间为1.0s；过放电保护延时，当CO＝0.1μF时，过放延时保护端口TOD的延时时间为1.0s。
如图7所示，在充电开关M2的栅极和源极之间还并联有10M的开关下拉电阻Rco。该开关下拉电阻Rco为2-10兆欧。
本例中，还在电池负端和P-端之间，接有一过流状态解除电阻RP；所述过流状态解除电阻RP的阻值为2-10兆欧。
其工作原理描述如下：
通过电压检测电路11、过充/过放信号处理电路12、过流检测电路16、温度保护检测电路17等实现其过充、过放、过电流和过温保护检测，并将检测获得的信号输入逻辑处理电路13中进行处理，以输出逻辑控制信号，并通过驱动输出电路15转化为充电控制信号和放电控制信号，通过充电控制端口CO控制充电开关M2的通断，通过放电控制端口DO控制放电开关M1的通断。额外的，还通过增加负载检测电路14，对其充放电状态进行检测，并增加如下逻辑判断过程，以确保其电池组安全：对于其状态检测端口VM检测到电池组处于充电状态时，温度检测端口TS端电压低于充电过温基准电压V2时，充电控制端口CO端输出低电平，正常发生充电过温保护；状态检测端口VM检测到电池组处于放电状态时，即使温度检测端口TS端电压低于充电过温基准电压V2，为确保系统正常放电，充电控制端口CO端保持高电平，充电开关M2也不会关闭。直至温度升高使温度检测端口TS端电压低于放电过温基准电压V3时，充电控制端口CO和放电控制端口DO端会同时输出低电平，充电开关M2、放电开关M1同时关闭以确保电池组安全。
采用本例公开的电池保护电路，其在电池保护芯片1内部增加了对其充放电回路的充放电状态进行检测的负载检测电路14，可智能识别电池组的充放电状态，当检测到当前电池组处于放电状态时，即使发生充电过温保护，充电控制端口CO仍维持高电平，不会关闭充电开关M2，可防止同口应用下温度保护后的充电开关M2发热，确保同口应用时，不会出现充电开关M2过热甚至烧毁的问题。
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 (10)

1.一种电池保护芯片，其特征在于，包括电压检测电路、过充/过放信号处理电路、过流检测电路、温度保护检测电路、逻辑处理电路、驱动输出电路和负载检测电路；
所述电压检测电路用于通过电压检测输入端口检测电池的电压信号，将其输出给过充/过放信号处理电路；
所述过充/过放信号处理电路用于对输入的电压信号进行处理，判断其是否过充或者过放，并向逻辑处理电路输出过充/过放信号；
所述过流检测电路用于通过过流检测输入端口检测充放电回路是否过流，向逻辑处理电路输出过流检测信号；
所述温度保护检测电路用于通过温度检测端口检测电池温度，向逻辑处理电路输出温度检测信号；
所述负载检测电路用于通过状态检测端口检测电池处于充电还是放电的状态，向逻辑处理电路输出状态检测信号；
逻辑处理电路用于接收所述过充/过放信号、过流检测信号、温度检测信号和状态检测信号，并进行处理，然后向所述驱动输出电路输出控制信号；
所述驱动输出电路用于接收上述控制信号，生成充电驱动信号和放电驱动信号，通过充电控制端口输出所述充电驱动信号以控制对电池进行充电；或者通过放电控制端口输出所述放电驱动信号，以控制电池对负载放电。
2.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述负载检测电路包括一状态检测比较器、状态检测延时电路和恢复延时电路；
所述状态检测比较器的反相输入端接内部基准源；同相输入端连接至状态检测端口；所述状态检测端口上还连接有上拉电阻和下拉电阻；
所述状态检测延时电路的输入端连接所述状态检测比较器的输出端，所述状态检测延时电路的输出端连接至所述逻辑处理电路；
所述恢复延时电路与所述状态检测延时电路并联连接。
3.根据权利要求2所述的电池保护芯片，其特征在于，所述状态检测比较器包括偏置模块、输入模块、失调电压检测模块、修调模块、及输出放大管；
所述偏置模块包括第一偏置管和第二偏置管；所述第一偏置管和第二偏置管的源极均连接至低压电源；所述第一偏置管和第二偏置管用于为状态检测比较器提供工作的偏置电流，所述第一偏置管和第二偏置管的门级接到外部偏置电压输入端；
其中，所述输入模块包括并联设置的第一输入管和第二输入端；所述第一输入管和第二输入端的门极分别作为反相输入端和同相输入端；所述第一输入管和第二输入管相同；所述第一输入端和所述第二输入管的源极连接所述第一偏置管；
所述失调电压检测模块包括第一比例电流镜和第二比例电流镜；所述第一比例电流镜的源极连接所述第一输入管的漏极；所述第二比例电流镜的源极连接所述第二输入管的漏极；所述第一比例电流镜和第二比例电流镜的漏极接地；所述第一比例电流镜和第二比例电流镜的门极均连接至所述第一比例电流镜的源极；所述第二输入管和第二比例电流镜之间设有一级输出端；
所述修调模块包括若干并联设置的修调电路，每个修调电路上包括串联设置的修调熔丝和匹配管；所述修调电路并联连接在所述第二比例电流镜上，且各修调电路上的匹配管的门极连接至所述第一比例电流镜的源极；
所述输出放大管与所述第二偏置管串联连接在低压电源和参考地之间；所述输出放大管的门极连接在所述第二输入管和第二比例电流镜之间的一级输出端；所述输出放大管和所述第二偏置管之间设置有输出端。
4.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述温度保护检测电路包括基准电压源、运算放大器、温度检测控制开关、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻、温度判定模块及温度保护延时电路；
所述温度检测控制开关、第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻依次串接在低压电源和参考地之间；
所述运算放大器的同相输入端接基准电压电源，反相输入端连接至所述温度检测控制开关和第一分压电阻之间；
所述温度判定模块设有所述温度检测端口、3个分压检测端和输出端，所述3个分压检测端分别检测上述第一分压电阻、第二分压电阻、第三分压电阻、第四分压电阻之间的电压；
所述温度判定模块的输出端连接所述温度保护延时电路输入端；所述温度保护延时电路的输出端连接至所述逻辑处理电路。
5.根据权利要求4所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片上的温度保护检测电路中还设有一温度参考端口；所述温度参考端口设置在所述温度控制端口和所述第一分压电阻之间。
6.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述电压检测电路包括多个分别对电池组中的N个单体电池进行电压检测的第一电压检测电路、第二电压检测电路、……及第N电压检测电路；
所述第一电压检测电路、第二电压检测电路、……及第N电压检测电路连接至所述过充/过放信号处理电路。
7.一种电池保护电路，包括电池保护芯片、充电开关和放电开关；所述充电开关和所述放电开关串接在电池和充电电源或负载之间的充放电回路中；其特征在于，所述电池保护芯片为权利要求1-6中任意一项所述的电池保护芯片；
所述状态检测端口通过状态检测电阻连接至所述充放电回路；
所述电压检测输入端口通过电压采样电阻连接至电池；
所述过流检测输入端口连接充放电回路；
所述温度检测端口通过测温电阻连接充放电回路；
所述充电控制端口连接所述充电开关的控制端；所述放电控制端口连接所述放电开关的控制端。
8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述温度保护检测电路中还设有一温度参考端口；
所述温度参考端口和所述温度检测端口之间连接有一参考电阻。
9.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述充放电回路包括电池及对电池进行充电或者放电的端口；
所述充放电回路上还连接有检流电阻，所述检流电阻的一端接地，另一端接放电开关；所述过流检测输入端口接在所述放电开关和检流电阻之间。
10.根据权利要求7所述的电池保护电路，其特征在于，所述电池保护芯片内还设有外置延时控制电路；所述外置延时控制电路设有若干延时端口；每个延时端口上外接有延时电路。
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