CN109066903B - 一种电池断线保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路设计领域，尤其是一种电池断线保护系统及方法。所述电池断线保护系统包括电池组、电池电压采集模块、欠压保护计时器和保护及驱动模块，所述电池电压采集模块与所述电池组相连，所述电池电压采集模块与所述欠压保护计时器相连，所述电池电压采集模块与所述保护及驱动模块相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连。本发明在能够实现电池连线断线保护的同时，又不会引发电池间的不均衡问题，并可以稳定判断是否发生断线保护，进而不会误触发过压或欠压保护。另外在电池连线不断线，但是存在瞬间大电流放电导致电池电压突然降低的情况下，此时如果未能有效触发短路保护机制，也可以有效的以断线保护的形式实施保护。

Description

一种电池断线保护系统及方法

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其是一种电池断线保护系统及方法。

背景技术

如图1中所示，现有技术是在多节串联的锂电保护应用中，在奇数节放置一个电流源，电流源连接奇数节电池的正极和负极，在偶数节电池存在一个断线保护比较器。无论是奇数节电池断线，还是偶数节电池断线，都会利用奇数节电池的电流源对外置的电容进行放电，降低奇数节电池的电压，增加相邻的偶数节电池电压，从而触发偶数节断线保护比较器并发生保护动作。

现有这种技术在奇数节电池存在电流源，偶数节电池没有，利用奇数节和偶数节电池的电流差值来实现断线保护，但是每节电池消耗的电流不一致，会造成电池间的不均衡。并且在发生保护的时候，保护速度取决于内部电流源对外部电容的放电速度，无法有效区分断线保护还是过压或欠压保护，容易发生误保护或在保护的过程中出现MOS的栅极驱动信号震荡。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种电池断线保护系统及方法，克服了现有技术的不足。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供的一种电池断线保护系统，包括电池组、电池电压采集模块、欠压保护计时器和保护及驱动模块，所述电池电压采集模块与所述电池组相连，所述电池电压采集模块与所述欠压保护计时器相连，所述电池电压采集模块与所述保护及驱动模块相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连。

作为本申请一种优选的实施方式，所述电池组中包括N节串联的电池，每节电池与分别与所述电池电压采集模块相连，其中N为大于1的正整数。

作为本申请一种优选的实施方式，所述电池电压采集模块包括电压采样单元、欠压检查单元和断线检测单元；所述电压采样单元与电池相连，所述电压采样单元与所述欠压检查单元相连，所述电压采样单元与所述断线检测单元相连，所述欠压检查单元与所述欠压保护计时器相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连，所述断线检测单元与所述保护及驱动模块相连。

作为本申请一种优选的实施方式，所述电池电压采集模块还包括放电加速单元，所述放电加速单元分别与电池、欠压检查单元、断线检测单元相连。

第二方面，本发明提供的一种电池断线保护方法，适用于电池断线保护系统，所述电池断线保护系统，包括电池组、电池电压采集模块、欠压保护计时器和保护及驱动模块，所述电池断线保护方法包括如下步骤：

所述电池电压采集模块采集电池组中每一节电池的电压信息；

所述电池电压采集模块根据所述电压信息确定电池组中的每一节电池的状态；

所述电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线或欠压保护；

作为本申请一种优选的实施方式，所述电池电压采集模块包括电压采样单元、欠压检查单元和断线检测单元；所述电压采样单元与电池相连，所述电压采样单元与所述欠压检查单元相连，所述电压采样单元与所述断线检测单元相连，所述欠压检查单元与所述欠压保护计时器相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连，所述断线检测单元与所述保护及驱动模块相连。

作为本申请一种优选的实施方式，所述电池电压采集模块包括还放电加速单元，所述放电加速单元分别与电池、欠压检查单元、断线检测单元相连。

作为本申请一种优选的实施方式，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器，

电流源继续对外部电容进行放电，当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，断线比较器触发保护及驱动模块启动断线保护。

作为本申请一种优选的实施方式，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动欠压保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对所述外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器；

电流源继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护。

作为本申请一种优选的实施方式，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元，

电流源和放电加速单元继续对外部电容进行放电，当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，断线比较器触发保护及驱动模块启动断线保护，并关闭放电加速单元。

作为本申请一种优选的实施方式，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动欠压保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对所述外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元；

电流源和放电加速单元继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护，并关闭放电加速单元。

作为本申请一种优选的实施方式，所述断线保护门限电压低于欠压保护门限电压。

本发明的有益效果是：本发明在能够实现电池连线断线保护的同时，又不会引发电池间的不均衡问题，并可以稳定判断是否发生断线保护，进而不会误触发过压或欠压保护。另外本发明在电池连线不断线，但是存在瞬间大电流放电导致电池电压突然降低的情况下，此时如果未能有效触发短路保护机制，本发明也可以有效的以断线保护的形式实施保护。

附图说明

图1为现有技术中电池断线保护系统的示意图；

图2为本发明的第一实施例电池断线保护系统的框图；

图3为本发明的第一实施例电池电压采集模块的结构框图；

图4为本发明的第一实施例放电加速单元的连接框图；

图5为本发明的第二实施例电池断线保护系统的示意图；；

图6为本发明的第三实施例电池断线保护方法的流程图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解，阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的电路，软件或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。

如图2所示，本发明的第一实施例所示出的电池断线保护系统，包括电池电压采集模块和欠压保护计时器，所述电池电压采集模块与所述电池组相连，所述电池电压采集模块与所述欠压保护计时器相连，所述电池电压采集模块与所述保护及驱动模块相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连。

其中，所述电池组中包括N节串联的电池，每节电池与分别与所述电池电压采集模块相连，其中N为大于1的正整数。所述电池电压采集模块采集电池组中每一节电池的电压信息；所述电池电压采集模块根据所述电压信息判断电池组中的每一节电池的状态；若电池发生断线，则所述电池电压采集模块触发保护及驱动模块启动断线保护，同理若电池发生欠压，则所述电池电压采集模块触发保护及驱动模块启动欠压保护。

需要进行说明的是，本实施例中所涉及到的欠压保护计时器和保护及驱动模块均为现有技术，其具体的结构和元件的连接本领域技术技术人员可以根据实际需要进行选择，为了不引起混淆此处不对再进行进一步详细描述。

如图3所示，所述电池电压采集模块包括电压采样单元、欠压检查单元和断线检测单元；所述电压采样单元与电池相连，所述电压采样单元与所述欠压检查单元相连，所述电压采样单元与所述断线检测单元相连，所述欠压检查单元与所述欠压保护计时器相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连，所述断线检测单元与所述保护及驱动模块相连。

其中，所述电压采样单元在电流源开始对所述外部电容进行放电时对电压进行采样，所述欠压检查单元根据采样信号进行检查，若放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压检查单元触发欠压保护计时器，电流源继续放电当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，所述断线检测单元触发保护及驱动模块启动断线保护。此外，若电流源继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护。

如图4所示，所述电池电压采集模块还包括放电加速单元，所述放电加速单元分别与电池、欠压检查单元、断线检测单元相连。所述放电加速单元用于在电池处于断线时加快电流源的放电速度。

如图5所示，本发明的第二实施例所示出的电池断线保护系统，所述电池断线保护系统包括第一断线保护分路、第二断线保护部分路、第三断线保护分路、第四断线保护分路和第五断线保护分路。

更进一步地，所述第一断线保护分路包括第一电池V1、第一电流源E1、第一欠压比较器U11、第一NMOS管Q1、第一放电电阻R1和第一断线比较器U12；所述第一电池V1的正极通过电阻R11后分别与第一外部电容C1的一端、第一电流源E1的一端相连，所述第一外部电容C1的另一端、所述第一电流源E1的另一端接地。所述第一欠压比较器U11的反相端通过电阻R13后与所述电阻R11相连，所述第一欠压比较器U11的同相端与所述第一电池V1的负极相连，所述第一电池V1的负极接地，所述第一欠压比较器U11的输出端与所述欠压保护计时器的输入端相连，所述第一欠压比较器U11的输出端与第一NMOS管Q1的栅极相连，所述第一NMOS管Q1的漏极通过放电电阻R14后与所述第一外部电容C1相连，所述第一NMOS管Q1的源极与所述第一电池V1的负极相连，所述第一断线比较器U12的反相端与所述第一欠压比较器U11的反相端相连，所述第一断线比较器U12的同相端与所述第一电池V1的负极相连，所述第一断线比较器U12的输出端与保护及驱动模块的输入相连。

所述第本文中未提及的关于二断线保护部分路、第三断线保护分路、第四断线保护分路和第五断线保护分路中各个元件的连接关系与第一断线保护部分路基本类似在此不再累述。此外，本发明的电池组中的电池之间均为串联设置。需要进行说明的是，图5中只是本发明的一种实施方式，在另外的一个或一些实施例中，还可以根据实际情况对断线保护分路的数量进行增加或减少，在此就不一一进行列举。

在实际的工作过程中，在某一节电池发生断线后，内部的电流源对该节电池对应的外部电容进行放电，当放电达到欠压保护门限电压时，欠压比较器除了会触发欠压保护计时器外，还会打开NMOS管，并利用放电电阻对该节电池对应的外部电容放电，放电电流可通过放电电阻的阻值大小来设置，该放电电流是用来加快外部电容的放电速度，使得在欠压保护计时器没有达到保护延时之前，正确触发断线比较器，并进入到断线保护模式。

需要进行说明的是，所述放电电阻仅为参考，但并不局限于采取上述方式进行放电，也可以用电阻、电流源以及MOS管等能够起到放电作用的器件或电路来实现，所述NMOS管的作用为开关，但并不局限于NMOS管，也可以为其他能起到开关作用的器件或电路进行替代。更进一步地，所述放电电阻和NMOS管也可以仅用一个导通阻抗合适的开关或其他器件及电路来代替。本实施例中，所述断线保护门限电压低于欠压保护门限电压。

如图6所示，本发明的第三实施例所示出的电池断线保护方法，所述电池断线保护方法适用于本发明的第一或第二实施例中所述的电池断线保护系统，所述电池断线保护方法包括如下步骤：

S1，电池电压采集模块采集电池组中每一节电池的电压信息。

具体的，所述电池电压采集模块包括电压采样单元、欠压检查单元、放电加速单元和断线检测单元；所述电压采样单元与电池相连，所述电压采样单元与所述欠压检查单元相连，所述电压采样单元与所述断线检测单元相连，所述欠压检查单元与所述欠压保护计时器相连，所述欠压保护计时器与所述保护及驱动模块相连，所述断线检测单元与所述保护及驱动模块相连，所述放电加速单元分别与电池、欠压检查单元、断线检测单元相连。

S2，电池电压采集模块根据所述电压信息确定电池组中的每一节电池的状态。

具体的，所述电压采样单元在电流源开始对所述外部电容进行放电时对电压进行采样。所述欠压检查单元根据采样信号进行检查，若放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压检查单元触发欠压保护计时器，并打开所述放电加速单元，所述放电加速单元对所述外部电容进行放电，当所述欠压保护计时器在保护延时前放电达到断线保护门限电压，即可认定该节电池已经断线。同理，所述电压采样单元在电流源开始对所述外部电容进行放电时对电压进行采样。所述欠压检查单元根据采样信号进行检查，若放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压检查单元触发欠压保护计时器，并打开所述放电加速单元，所述放电加速单元对所述外部电容进行放电，当所述欠压保护计时器已到达保护延时，且放电达未到断线保护门限电压，即可认定该节电池已经欠压。进一步地，所述断线保护门限电压低于欠压保护门限电压。

S3，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线或欠压保护。

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对外部电容进行放电；当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元，电流源和放电加速单元继续对外部电容进行放电，当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，断线比较器触发保护及驱动模块启动断线保护，并关闭放电加速单元。

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则所述电流源对所述外部电容进行放电；当放电达到欠压保护门限电压时，所述欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元；电流源和放电加速单元继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护，并关闭放电加速单元。

本发明在能够实现电池连线断线保护的同时，又不会引发电池间的不均衡问题，并可以稳定判断是否发生断线保护，进而不会误触发过压或欠压保护。另外本实施例在电池连线不断线，但是存在瞬间大电流放电导致电池电压突然降低的情况下，此时如果未能有效触发短路保护机制，也可以有效的以断线保护的形式实施保护。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (6)

1.一种电池断线保护方法，适用于电池断线保护系统，所述电池断线保护系统，包括电池组、电池电压采集模块、欠压保护计时器和保护及驱动模块，其特征在于，所述电池断线保护方法包括如下步骤：

所述电池电压采集模块采集电池组中每一节电池的电压信息；

所述电池电压采集模块根据所述电压信息确定电池组中的每一节电池的状态；

所述电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线或欠压保护；

其中，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则电流源对外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，欠压比较器触发欠压保护计时器，

电流源继续对外部电容进行放电，当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，断线比较器触发保护及驱动模块启动断线保护。

2.根据权利要求1所述的电池断线保护方法，其特征在于：所述电池电压采集模块包括还放电加速单元，所述放电加速单元分别与电池、欠压检查单元、断线检测单元相连。

3.根据权利要求1所述的电池断线保护方法，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动欠压保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则电流源对所述外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，欠压比较器触发欠压保护计时器；

电流源继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护。

4.根据权利要求1或2中任意一项所述的电池断线保护方法，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动断线保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则电流源对外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元，

电流源和放电加速单元继续对外部电容进行放电，当放电达到断线保护门限电压并且在所述欠压保护计时器没有达到保护延时前，断线比较器触发保护及驱动模块启动断线保护，并关闭放电加速单元。

5.根据权利要求1或2中任意一项所述的电池断线保护方法，其特征在于，电池电压采集模块根据所述每一节电池的状态，触发保护及驱动模块启动欠压保护具体包括：

若与外部电容相连的电池处于疑似断线状态，则电流源对所述外部电容进行放电；

当放电达到欠压保护门限电压时，欠压比较器触发欠压保护计时器和放电加速单元；

电流源和放电加速单元继续对所述外部电容进行放电，当放电未达到断线保护门限电压并且所述欠压保护计时器已到达保护延时，触发保护及驱动模块启动欠压保护，并关闭放电加速单元。

6.根据权利要求1所述的电池断线保护方法，其特征在于：所述断线保护门限电压低于欠压保护门限电压。