CN110198025B - 具有温度检测电路的电池保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电池保护系统，其包括温敏电阻，放电开关，充电开关和电池保护电路。所述电池保护电路包括电芯电压输入端、电阻值检测电路和逻辑控制电路，所述电阻值检测电路通过所述电芯电压输入端检测所述温敏电阻的电阻值，并将检测得到的所述温敏电阻的电阻值与一个或多个基准电阻值进行比较，根据比较结果输出放电控制信号和/或充电控制信号，所述逻辑控制电路基于所述电阻值检测电路输出的放电控制信号和/或充电控制信号控制放电开关MD和充电开关MC的导通或关断。这样，可以复用电芯电压输入端作为温度检测输入端，从而可以减少电池保护芯片的管脚。

Description

具有温度检测电路的电池保护系统

【技术领域】

本发明属于电路设计领域，具体涉及具有温度检测电路的电池保护系统。

【背景技术】

现有的电池保护芯片中，需要独立管脚连接温度采样元件来实现对电芯的温度检测。如果需要对每一个电芯单独监测其温度，假设电芯数目为N，则至少需要N个管脚作为温度检测输入端。

因此，有必要提出新的电池保护方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种具有该温度检测电路的电池保护系统，其可以复用电芯电压输入端作为温度检测输入端，以解决了现有技术中的问题。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种电池保护系统，其包括：温敏电阻；放电开关MD和充电开关MC；电池保护电路，其包括电芯电压输入端、电阻值检测电路和逻辑控制电路，所述电芯电压输入端通过所述温敏电阻与所述电池电芯的正电极相连，也与所述电阻值检测电路相连，所述电阻值检测电路通过所述电芯电压输入端检测所述温敏电阻的电阻值，并将检测得到的所述温敏电阻的电阻值与一个或多个基准电阻值进行比较，根据比较结果输出放电控制信号和/或充电控制信号，所述逻辑控制电路基于所述电阻值检测电路输出的放电控制信号和/或充电控制信号控制放电开关MD和充电开关MC的导通或关断。

与现有技术相比，本发明中的温度检测电路可以复用电芯电压输入端作为温度检测输入端，从而可以减少使用这种温度检测电路的电池保护芯片的管脚。

本发明还有一些特点和优点将在下面的附图以及实例的实施方式中阐述。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明中的电池保护系统的电路原理图；

图2为图1中的电池保护芯片内部的部分电路的结构原理图；

图3为图2中的电阻值检测电路在一个实施例中的电路结构图；

图4为图3中的各个时钟信号的时序关系图。

【具体实施方式】

本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

图1为本发明中的电池保护系统100的电路原理图。如图1所示的，所述电池保护系统100包括两个电池电芯BAT1和BAT2、放电开关MD和充电开关MC、电池保护芯片110。所述电池保护芯片110也可以被称为电池保护电路。在其他的实施例中，所述电池电芯也可以是一个，级联的三个、四个或更多个。

图2为图1中的电池保护芯片110内部的部分电路的结构原理图。所述电池保护芯片110包括充电过压检测电路和放电过压检测电路111、充电过流检测电路和放电过流检测电路112和逻辑控制电路113。所述放电开关MD和所述充电开关MC均是金属氧化物半导体场效应晶体管，简称为MOS开关管，其中放电开关MD和充电开关MC可以被称为开关组合。

充电过压检测电路基于检测端V1和V2的电压进行过充电检测，放电过压检测电路基于检测端V1和V2的电压进行过放电检测，充电过流检测电路基于检测端VM的电压进行充电过流检测，放电过流检测电路基于检测端VM的电压进行放电过流检测。所述逻辑控制电路113根据充电过压检测电路和放电过压检测电路111、充电过流检测电路和放电过流检测电路112的检测结果去控制所述放电开关MD和所述充电开关MC的导通或关断。当检测到过充电状态时，通过逻辑控制电路113关断充电开关MC，禁止充电，此时允许放电。当检测到过放电状态时，通过逻辑控制电路113关断放电开关MD，禁止放电，此时允许充电。当检测到充电过流状态时，通过逻辑控制电路113关断充电开关MC，禁止充电，此时允许放电。当检测到放电过流状态时，通过逻辑控制电路113关断放电开关MD，禁止放电，此时允许充电。

检测端V1连接于电池电芯BAT1的正极，其可以被称为第一电芯电压输入端V1，检测端V2连接于电池电芯BAT2的正极，其可以被称为第二电芯电压输入端V2，检测端VM连接与电池保护系统的负极输出端VM。放电开关MD和充电开关MC连接于电池电芯的负极和负极输出端VM之间。

本发明中的电池保护系统100还具有温度检测电路，所述温度检测电路将复用电芯电压输入端V1和V2作为温度检测输入端。电芯电压输入端V1和V2通常用于检测电芯电压，从而实现例如充电过压保护功能和放电过压保护功能。在本发明中这些电芯电压输入端被复用，同时实现电芯温度检测功能和充电过压保护功能及放电过压保护功能。电芯电压输入端也被用于为电池保护芯片110提供供电功能，所述电芯电压输入端是所述电池保护芯片110的管脚。

如图1所示的，所述温度检测电路包括位于电池保护芯片110外部的第一温敏电阻RT1、第二温敏电阻RT2，电芯电压输入端V1和V2分别通过第一温敏电阻RT1、第二温敏电阻RT2与电池电芯BAT1和BAT2的正极相连。电芯电压输入端V1和V2不仅用于电芯电压检测，同时还通过第一温敏电阻RT1、第二温敏电阻RT2来实现对电芯温度的检测功能。温敏电阻可以采用正温度系数的电阻或者负温度系数的电阻。

如图2所示的，所述温度检测电路还包括位于电池保护芯片110内部的第一电阻值检测电路1和第二电阻值检测电路2。所述电阻值检测电路通过所述电芯电压输入端V1、V2检测所述温敏电阻RT1、RT2的电阻值，并将检测得到的所述温敏电阻RT1、RT2的电阻值与一个或多个基准电阻值进行比较，根据比较结果输出放电控制信号do1、do2和充电控制信号co1、co2。所述逻辑控制电路113基于所述电阻值检测电路输出的放电控制信号和充电控制信号控制放电开关MD和充电开关MC的导通或关断。

这里描述的是两个温敏电阻用于检测两个电池电芯的温度的例子。实际中，可以应用于3个或更多电池电芯的情况，此时也可以设置多个温敏电阻、多个电阻值检测电路。另外，在多个电池电芯应用中，也可以只采用一个温敏电阻，一个电阻检测电路，只检测某一个电池电芯的温度。实施中，温敏电阻应该就近放置在被检测的电池电芯内部，这样能保证与电池电芯温度一致，以便实现最佳的效果。

图3为图2中的一个电阻值检测电路在一个实施例中的电路结构图。如图3所示的，所述电阻值检测电路包括温敏电阻电压采集电路310、基准电阻采集电路320、比较电路330和逻辑单元340。所述温敏电阻电压采集电路310在一个时钟周期的第一个时段采集并存储所述电芯电压输入端(图3中被标记为VIN)的第一电芯电压，在一个时钟周期的第三时段在所述电芯电压输入端抽取第五基准电流I5，在一个时钟周期的第三时段中的第二时段，采集并存储所述电芯电压输入端的第二电芯电压，将第一电芯电压和第二电芯电压做差得到反应所述温敏电阻的电阻值的温敏电阻电压。所述基准电阻采集电路320采集得到反应一个或多个基准电阻的一个或多个基准电阻电压。所述比较电路340用于将所述温敏电阻电压采集电路310得到的温敏电阻电压分别与基准电阻采集电路320得到的一个或多个基准电阻电压进行比较。所述逻辑单元340根据比较结果输出放电控制信号和充电控制信号。

在一个实施例中，所述基准电阻采集电路320中设置了四个基准电阻值：Rhc为高温充电禁止的基准电阻值；Rhd为高温放电禁止的基准电阻值；Rlc为低温充电禁止的基准电阻值；Rld为低温放电禁止的基准电阻值。以正温度系数的温敏电阻实现方式为例，当检测到外部温敏电阻的电阻值大于Rhc(高温充电禁止的基准电阻值)，这表明电芯温度太高，需要禁止充电，此时电阻值检测电路输出禁止放电的放电控制信号，标识禁止充电，通过逻辑控制电路113关断MOS充电开关MC，实现禁止充电功能。当检测到外部温敏电阻的电阻值低于Rlc(低温充电禁止的基准电阻值)，这表明电池电芯温度太低，需要禁止充电，此时电阻值检测电路输出禁止充电的充电控制信号，标识禁止充电，通过逻辑控制电路113输出关断MOS充电开关MC，实现禁止充电功能。当检测到外部温敏电阻的电阻值低于Rld(低温放电禁止的基准电阻值)，这表明电池电芯温度太低，需要禁止放电，此时电阻值检测电路输出禁止放电的放电控制信号，标识禁止放电，通过逻辑控制电路113关断MOS放电开关MD，实现禁止放电功能。当检测到外部温敏电阻的电阻值高于Rhd(高温放电禁止的基准电阻值)，这表明电池电芯温度太高，需要禁止放电，此时电阻值检测电路输出禁止放电的放电控制信号，标识禁止放电，通过逻辑控制电路关断MOS放电开关MD，实现禁止放电功能。

如图3所示的，所述温敏电阻电压采集电路310包括振荡器OSC、第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、减法器、第一电容C1、第二电容C2、第五电流源I5，第三开关SW3和所述第五电流源I5依次串联于所述电芯电压输入端和接地端之间，所述电芯电压输入端经过第一开关SW1连接至所述减法器的第一输入端，所述电芯电压输入端经过第二开关SW2连接至所述减法器的第二输入端，第一电容C1连接于所述减法器的第一输入端和接地端之间，第二电容C2连接于所述减法器的第二输入端和接地端之间，所述减法器的输出端作为所述温敏电阻电压采集电路的输出端。所述振荡器OSC输出第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3，第一时钟信号CK1在一个时钟周期内的第一时段控制第一开关SW1导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第一开关SW1截止，第三时钟信号CK3在一个时钟周期内的第三时段控制第三开关SW3导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第三开关SW3截止，第二时钟信号CK2在一个时钟周期内的第二时段控制第二开关SW2导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第二开关SW2截止，其中第一时段与第三时段不交叠，第二时段位于所述第三时段内。

振荡器产生3个时钟信号CK1、CK2、CK3，其波形如图4所示。当CK1为高电平时，第一开关SW1导通，电芯电压输入端的电压被采样到第一电容C1上得到第一电芯电压VC1；当CK3为高电平时，第三开关SW3导通，此时I5将对电芯电压输入端VIN放电，导致在外部温敏电阻上产生一个电压降，此电压降等于外部温敏电阻的电阻值和电流I5电流值的乘积。此时控制开关SW2导通，电芯电压输入端的电压被采样到第二电容C2上得到第二电芯电压VC2；VC1的电压经过减法器减去VC2的电压，其输出电压VEXR则代表了外部温敏电阻上的电压降，即温敏电阻电压。在另一个实施例中，所述温敏电阻电压采集电路310也可以不包括振荡器OSC，而是采用来自其他电路的时钟信号。

如图3所示的，所述基准电阻采集电路320包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第四电流源I4、第一基准电阻Rhc、第二基准电阻Rhd、第三基准电阻Rlc、第四基准电阻Rld。第一电流源I1和第一基准电阻Rhc依次串联在电源端和接地端之间，第一电流源I1和第一基准电阻Rhc的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第一输出端输出第一基准电阻电压Vhc。第二电流源I2和第二基准电阻Rhd依次串联在电源端和接地端之间，第二电流源I2和第二基准电阻Rhd的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第二输出端输出第二基准电阻电压Vhd。第三电流源I3和第三基准电阻Rlc依次串联在电源端和接地端之间，第三电流源I3和第三基准电阻Rlc的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第三输出端输出第三基准电阻电压Vlc。第四电流源I4和第四基准电阻Rld依次串联在电源端和接地端之间，第四电流源I4和第四基准电阻Rld的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第四输出端输出第四基准电阻电压Vld。

所述比较电路320包括第一比较器com1、第二比较器com2、第三比较器com3和第四比较器com4，每个比较器的第一输入端与所述温敏电阻电压采集电路的输出端相连，第一比较器com1的第二输入端与所述基准电阻采集电路320的第一输出端相连，第二比较器com2的第二输入端与所述基准电阻采集电路320的第二输出端相连，第三比较器com3的第二输入端与所述基准电阻采集电路320的第三输出端相连，第四比较器com4的第二输入端与所述基准电阻采集电路320的第四输出端相连。所述逻辑单元320包括第一或门OR1和第二或门OR2，第一或门OR1的两个输入端分别与第一比较器com1和第三比较器com3的输出端相连，第一或门OR1的输出端输出充电控制信号co，第二或门OR2的两个输入端分别与第二比较器com2和第四比较器com4的输出端相连，第二或门OR2的输出端输出放电控制信号do。

设计中I1、I2、I3、I4的电流值都等于I5的电流值。比较器com1比较VEXR的电压值与Vhc的电压值，如果VEXR的电压值大于Vhc的电压值(表明电芯温度太高，导致外部电阻的电阻值大于Rhc的电阻值)，则比较器com1输出变为高电平，经过或门OR1后，其输出充电控制信号co为高电平。比较器com2比较VEXR的电压值与Vhd的电压值，如果VEXR的电压值大于Vhd的电压值(表明电芯温度太高，导致外部电阻的电阻值大于Rhd的电阻值)，则比较器com2输出变为高电平，经过或门OR2后，其输出放电控制信号do为高电平。比较器com3比较VEXR的电压值与Vlc的电压值，如果VEXR的电压值小于Vlc的电压值(表明电芯温度太低，导致外部电阻的电阻值小于Rlc的电阻值)，则比较器com3输出变为高电平，经过或门OR1后，其输出充电控制信号co为高电平。比较器com4比较VEXR的电压值与Vld的电压值，如果VEXR的电压值小于Vld的电压值(表明电芯温度太低，导致外部电阻的电阻值大于Rld的电阻值)，则比较器com4输出变为高电平，经过或门OR2后，其输出放电控制信号do为高电平。

在本发明中，图3中的Rhd、Rhc、Rld、Rlc都采用零温度系数的电阻设计，或者是采用两种不同温度系数的电阻(一个正温度系数，另一个为负温度系数)串联补偿为等效零温度系数的电阻。

很显然，所述逻辑电路340中的或门也可以替换为其他逻辑门，只要能够实现相应的逻辑即可。在其他实施例中，所述基准电阻采集电路320中也可以设置更多个或更少个基准电阻，这个可以根据需要设定。

本发明中的“连接”、“相连”或“相接”等表示电性连接的词语都表示电性的间接或直接连接。上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (7)

1.一种电池保护系统，其特征在于，其包括：

温敏电阻；

放电开关MD和充电开关MC；

电池保护电路，其包括电芯电压输入端、电阻值检测电路和逻辑控制电路，所述电芯电压输入端通过所述温敏电阻与电池电芯的正电极相连，也与所述电阻值检测电路相连，所述电阻值检测电路通过所述电芯电压输入端检测所述温敏电阻的电阻值，并将检测得到的所述温敏电阻的电阻值与一个或多个基准电阻值进行比较，根据比较结果输出放电控制信号和/或充电控制信号，所述逻辑控制电路基于所述电阻值检测电路输出的放电控制信号和/或充电控制信号控制放电开关MD和充电开关MC的导通或关断，

所述电阻值检测电路包括温敏电阻电压采集电路、基准电阻采集电路、比较电路和逻辑单元，

所述温敏电阻电压采集电路在一个时钟周期的第一个时段采集并存储所述电芯电压输入端的第一电芯电压，在一个时钟周期的第三时段在所述电芯电压输入端抽取第五基准电流，在一个时钟周期的第三时段中的第二时段，采集并存储所述电芯电压输入端的第二电芯电压，将第一电芯电压和第二电芯电压做差得到反应所述温敏电阻的电阻值的温敏电阻电压；

基准电阻采集电路得到反应一个或多个基准电阻值的一个或多个基准电阻电压；

所述比较电路用于将所述温敏电阻电压采集电路得到的温敏电阻电压分别与基准电阻采集电路得到的一个或多个基准电阻电压进行比较，

所述逻辑单元根据比较结果输出放电控制信号和/或充电控制信号。

2.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，其还包括有一个或多个电池电芯；

所述电池保护电路还包括充电过压检测电路和放电过压检测电路，充电过压检测电路基于电芯电压输入端的电压进行过充电检测，放电过压检测电路基于电芯电压输入端的电压进行过放电检测，所述逻辑控制电路根据充电过压检测电路、放电过压检测电路的检测结果去控制所述放电开关MD和所述充电开关MC的导通或关断。

3.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述温敏电阻电压采集电路包括第一开关SW1、第二开关SW2、第三开关SW3、减法器、第一电容C1、第二电容C2和第五电流源I5，

第三开关SW3和所述第五电流源I5依次串联于所述电芯电压输入端和接地端之间，所述电芯电压输入端经过第一开关SW1连接至所述减法器的第一输入端，所述电芯电压输入端经过第二开关SW2连接至所述减法器的第二输入端，第一电容C1连接于所述减法器的第一输入端和接地端之间，第二电容C2连接于所述减法器的第二输入端和接地端之间，所述减法器的输出端作为所述温敏电阻电压采集电路的输出端，

第一时钟信号CK1在一个时钟周期内的第一时段控制第一开关SW1导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第一开关SW1截止，第三时钟信号CK3在一个时钟周期内的第三时段控制第三开关SW3导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第三开关SW3截止，第二时钟信号CK2在一个时钟周期内的第二时段控制第二开关SW2导通，在一个时钟周期内的其余时段控制第二开关SW2截止，其中第一时段与第三时段不交叠，第二时段位于所述第三时段内。

4.根据权利要求3所述的电池保护系统，其特征在于，所述温敏电阻电压采集电路还包括振荡器OSC，所述振荡器OSC输出第一时钟信号CK1、第二时钟信号CK2和第三时钟信号CK3。

5.根据权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述基准电阻采集电路包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第四电流源I4、第一基准电阻Rhc、第二基准电阻Rhd、第三基准电阻Rlc、第四基准电阻Rld，

第一电流源I1和第一基准电阻Rhc依次串联在电源端和接地端之间，第一电流源I1和第一基准电阻Rhc的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第一输出端输出第一基准电阻电压，

第二电流源I2和第二基准电阻Rhd依次串联在电源端和接地端之间，第二电流源I2和第二基准电阻Rhd的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第二输出端输出第二基准电阻电压，

第三电流源I3和第三基准电阻Rlc依次串联在电源端和接地端之间，第三电流源I3和第三基准电阻Rlc的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第三输出端输出第三基准电阻电压，

第四电流源I4和第四基准电阻Rld依次串联在电源端和接地端之间，第四电流源I4和第四基准电阻Rld的中间节点作为所述基准电阻采集电路的第四输出端输出第四基准电阻电压。

6.根据权利要求5所述的电池保护系统，其特征在于，

所述比较电路包括第一比较器com1、第二比较器com2、第三比较器com3和第四比较器com4，每个比较器的第一输入端与所述温敏电阻电压采集电路的输出端相连，第一比较器com1的第二输入端与所述基准电阻采集电路的第一输出端相连，第二比较器com2的第二输入端与所述基准电阻采集电路的第二输出端相连，第三比较器com3的第二输入端与所述基准电阻采集电路的第三输出端相连，第四比较器com4的第二输入端与所述基准电阻采集电路的第四输出端相连。

7.根据权利要求6所述的电池保护系统，其特征在于，所述逻辑单元包括第一或门OR1和第二或门OR2，

第一或门OR1的两个输入端分别与第一比较器和第三比较器的输出端相连，第一或门OR1的输出端输出充电控制信号co，

第二或门OR2的两个输入端分别与第二比较器和第四比较器的输出端相连，第二或门OR2的输出端输出放电控制信号do。

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