CN110336346A - 带微短路检测的电池保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电池保护电路，其包括：控制电路；开关组合，其包括充电开关和放电开关；电压模数转换器采样电芯电压，将采样的电芯电压转换为电压的数字信号DV；电流模数转换器采样电芯电流得到电流采样电压，将采样到的电流采样电压转换为电流的数字信号DI；微处理器，用于把两次相邻的电压的数字信号DV求差的第一电压差值ΔV1，同时将电流的数字信号DI与预设的电芯内阻RI相乘得到第二电压差值ΔV2，然后求第一电压差值减去第二电压差值ΔV1‑ΔV2得到第三电压差值ΔV3，基于所述第三电压差值ΔV3确定是否需要通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态。这样，本发明中的电池保护电路可以进行微短路检测，从而可以提高电池的安全性。

Description

带微短路检测的电池保护电路
【技术领域】
本发明属于电路设计领域，具体涉及一种带微短路检测的电池保护电路。
【背景技术】
锂电池的电芯随着电芯老化，可能发生内部微短路，这种微短路发生在电芯内部。一般其产生原因是锂金属在电芯负极沉积，逐渐累积最终导致接触到电芯正极。严重的微短路可能导致起火或爆炸，带了安全性问题。通过对微短路的监测，可以提高电池的安全性。在电池保护电路中，可以集成这种微短路检测电路，将提高更好的电池保护功能。
图1为现有技术的电池保护芯片，其中包括过充电检测电路、过放电检测电路、充电过流检测电路、放电过流检测电路、控制电路、MOS(Metal Oxide Semi-Conductor)放电开关MD和MOS充电开关MC，其中放电开关MD和充电开关MC可以被称为开关组合。当检测到过充电状态时，通过控制电路关断充电开关MC，禁止充电，此时允许放电。当检测到过放电状态时，通过控制电路关断放电开关MD，禁止放电，此时允许充电。当检测到充电过流状态时，通过控制电路关断充电开关MC，禁止充电，此时允许放电。当检测到放电过流状态时，通过控制电路关断放电开关MD，禁止放电，此时允许充电。传统芯片不会同时出现禁止充电和禁止放电的情况，也不支持微短路检测。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种电池保护电路，其可以进行微短路检测，从而可以提高电池的安全性。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种电池保护电路，其包括：控制电路；开关组合，其包括充电开关和放电开关；电压模数转换器采样电芯电压，将采样的电芯电压转换为电压的数字信号DV；电流模数转换器采样电芯电流得到电流采样电压，将采样到的电流采样电压转换为电流的数字信号DI；微处理器，用于把两次相邻的电压的数字信号DV求差的第一电压差值ΔV1，同时将电流的数字信号DI与预设的电芯内阻RI相乘得到第二电压差值ΔV2，然后求第一电压差值减去第二电压差值ΔV1-ΔV2得到第三电压差值ΔV3，基于所述第三电压差值ΔV3确定是否需要通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态。
与现有技术相比，本发明中的电池保护电路可以进行微短路检测，从而可以提高电池的安全性。
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为现有技术中的电池保护电路的电路原理图；
图2本发明中的电池保护电路在一个实施例中的电路原理图。
【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2本发明中的电池保护电路200在一个实施例中的电路原理图。相比图1中的电池保护电路，图2中的电池保护电路200增加了连接于电芯的通路上的电流采样电阻Rs、电压模数转换器V_ADC、电流模数转换器I_ADC和微处理器MCU。
所述电压模数转换器V_ADC采样电芯电压，每次采样间隔一个固定时间，例如100微秒，之后可以将采样的电芯电压转换为电压的数字信号DV。所述电流模数转换器I_ADC采样电芯电流得到电流采样电压，将采样到的电流采样电压转换为电流的数字信号DI。具体的，电流采样电阻Rs连接于电芯的负极和开关组合MD和MC之间，所述电流模数转换器I_ADC采样所述电流采样电阻Rs的电压作为电流采样电压。
所述微处理器MCU把两次相邻的电压的数字信号DV求差的第一电压差值ΔV1，同时将电流的数字信号DI与预设的电芯内阻RI相乘得到第二电压差值ΔV2。然后求第一电压差值减去第二电压差值ΔV1-ΔV2得到第三电压差值ΔV3。如果第三电压差值ΔV3大于第一阈值，例如100毫伏，进行计数，如果出现第三电压差值ΔV3大于第一阈值的次数超过第一预定次数，比如10次，则通过控制电路将控制信号Do和Co都设置为低电平，导致放电开关MD和充电开关MC都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电。如果出现第三电压差值ΔV3大于第二阈值(例如500毫伏)的次数超过第二预定次数，比如5次，则通过控制电路将控制信号Do和Co都设置为低电平，导致放电开关MD和充电开关MC都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电，其中第一阈值小于第二阈值，第一预定次数大于第二预定次数。如果出现ΔV3大于第三阈值(例如1000毫伏)的次数超过第三预定次数，比如2次，则通过控制电路将Do和Co都设置为低电平，导致放电开关MD和充电开关MC都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电，其中第三阈值大于第二阈值，第三预定次数小于第二预定次数。实际设计时，可以设置更多阈值级别，其特征在于阈值越大，则累计进行保护的累计次数值更小，因为第三电压差值ΔV3的值越大，意味着电芯出现微短路的情况更加严重，因此要减小累计次数，及时的对电池进行保护，这样可以避免电池出现起火，自燃或爆炸的风险。
在本发明中，电压模数转换器V_ADC、电流模数转换器I_ADC采样时要同步采样，即每次在同一时刻进行采样电压信号和电流信号，设计时采样电路用相同的时钟信号的相同上升沿或者下降沿进行采样，这样才能精确的反映是否出现微短路的情况。
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 (6)

1.一种电池保护电路，其特征在于，其包括：
控制电路；
开关组合，其包括充电开关和放电开关；
电压模数转换器采样电芯电压，将采样的电芯电压转换为电压的数字信号DV；
电流模数转换器采样电芯电流得到电流采样电压，将采样到的电流采样电压转换为电流的数字信号DI；
微处理器，用于把两次相邻的电压的数字信号DV求差的第一电压差值ΔV1，同时将电流的数字信号DI与预设的电芯内阻RI相乘得到第二电压差值ΔV2，然后求第一电压差值减去第二电压差值ΔV1-ΔV2得到第三电压差值ΔV3，基于所述第三电压差值ΔV3确定是否需要通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，其还包括有：
连接于电芯的负极和开关组合之间的电流采样电阻Rs，
所述电流模数转换器采样所述电流采样电阻Rs的电压作为电流采样电压。
3.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，
如果第三电压差值ΔV3大于第一阈值，进行计数，如果出现第三电压差值ΔV3大于第一阈值的次数超过第一预定次数，则通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电，
如果出现第三电压差值ΔV3大于第二阈值的次数超过第二预定次数，则通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电，其中第二阈值大于第一阈值，第二预定次数小于第一预定次数。
4.根据权利要求3所述的电池保护电路，其特征在于，
如果出现ΔV3大于第三阈值的次数超过第三预定次数，则通过控制电路控制充电开关和放电开关都处于断路状态，同时禁止充电和禁止放电，其中第三阈值大于第二阈值，第三预定次数小于第二预定次数。
5.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，
电压模数转换器和电流模数转换器同步采样，即每次在同一时刻采样电芯电压和电芯电流。
6.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，其还包括：过充电检测电路、过放电检测电路、充电过流检测电路、放电过流检测电路。
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