CN111668563B - 电化学装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电化学装置，包括多个单体电池、保护电路、过充保护芯片及开关电路。保护电路电连接于过充保护芯片的输出引脚，多个所述单体电池的正极与负极用于电连接至过充保护芯片的多个采样引脚，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于连接状态；在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于断开状态。本申请还提供一种电化学装置的控制方法。本申请可避免电化学装置在装配过程中由于单体电池采样线随机上电导致保护电路误触发的隐患，且成本低廉。

Description

电化学装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及一种电化学装置及其控制方法。

背景技术

锂离子电池(Lithium-ion battery)又常被称为锂电池，是一种电化学装置，能够进行充放电，已广泛应用于消费类产品、数码类产品、动力产品、医疗及安防等领域。为了实现对锂电池进行过充二次保护，包含多节锂电池的电化学装置通常设置有与保护电路连接的过充保护芯片来实现过充二次保护功能，为了避免保护电路误触发，现有技术通常是通过增设连接器与转接板来避免单体电池采样线随机上电引起过充保护芯片误触发保护电路，但此做法成本较高，且较难以实现自动化生产。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种电化学装置及其控制方法，可避免电化学装置在装配过程中由于单体电池采样线随机上电导致保护电路误触发的隐患，且成本低廉。

本申请一实施例提供一种电化学装置，包括多个单体电池，多个所述单体电池形成电连接路径，所述电连接路径具有极性相反的第一输出端与第二输出端，所述电化学装置还包括：保护电路，电连接于所述第一输出端，用于对所述电化学装置进行异常保护；过充保护芯片，包括输出引脚及多个采样引脚；及开关电路，电连接于所述第二输出端、所述过充保护芯片的输出引脚及所述保护电路；多个所述单体电池的正极与负极用于电连接至所述过充保护芯片的多个采样引脚；在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于断开状态。

在一优选实施例中，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于连接状态。

在一优选实施例中，当所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于连接状态时，所述开关电路处于截止状态。

在一优选实施例中，所述电化学装置还包括充电接口，所述保护电路包括三端保险丝，所述三端保险丝的第一端电连接于所述第一输出端，所述三端保险丝的第二端电连接于所述充电接口，所述三端保险丝的第三端电连接于所述开关电路。

在一优选实施例中，所述过充保护芯片用于在侦测到所述电化学装置中的单体电池出现过充状态时，触发所述输出引脚输出控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电路导通，以触发所述三端保险丝熔断。在一优选实施例中，所述电化学装置还包括电源管理电路，所述电源管理电路包括电源管理芯片及第一开关，所述电源管理芯片电连接于每一所述单体电池的正极与负极，所述第一开关电连接于所述电源管理芯片、所述充电接口及所述第二输出端。

在一优选实施例中，所述开关电路包括第二开关，所述第二开关包括控制端、第一端及第二端，所述第二开关的控制端电连接于所述过充保护芯片，所述第二开关的第一端电连接于所述保护电路，所述第二开关的第二端电连接于所述第二输出端。

在一优选实施例中，所述第二开关为N沟道场效应晶体管，所述第二开关的控制端、第一端及第二端分别对应所述N沟道场效应晶体管的栅极、漏极及源极。

在一优选实施例中，所述第一输出端为电池正极端，所述第二输出端为电池负极端，所述接地端电连接于所述第二输出端，所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间通过一连接部连接，所述连接部为电路板走线、金属片、导电布中的任一者。

在一优选实施例中，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，对所述连接部进行裁切处理，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

在一优选实施例中，所述连接部的上方设置有通孔，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，将所述连接部沿着所述通孔进行裁切冲断，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

本申请一实施例还提供一种电化学装置的控制方法，所述电化学装置包括多个单体电池及过充保护芯片，多个所述单体电池形成电连接路径，所述电连接路径具有极性相反的第一输出端与第二输出端，所述过充保护芯片包括输出引脚及多个采样引脚，所述方法包括：在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于连接状态；在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态。

在一优选实施例中，所述电化学装置还包括电连接于所述第一输出端的保护电路，所述方法还包括：

当侦测到所述电化学装置中的单体电池出现过充状态时，触发所述输出引脚输出控制信号，以触发所述保护电路对所述电化学装置进行异常保护。

在一优选实施例中，所述第一输出端为电池正极端，所述第二输出端为电池负极端，所述接地端电连接于所述第二输出端，所述方法还包括：利用一连接部将所述过充保护芯片的输出引脚连接至所述接地端；其中，所述连接部为电路板走线、金属片、导电布中的任一者。

在一优选实施例中，其特征在于，所述将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态的步骤包括：

对所述连接部进行裁切处理，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

在一优选实施例中，所述连接部的上方设置有通孔，所述将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态的步骤包括：

将所述连接部沿着所述通孔进行裁切冲断，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

本申请实施例的电化学装置及其控制方法，在单体电池采样线与过充保护芯片连接完毕之前，将过充保护芯片的输出引脚强制拉低到地，开关电路无法导通，使得保护电路不会被误触发，实现禁用二次过充保护功能在单体电池采样线与过充保护芯片连接完毕时，断开过充保护芯片的输出引脚被强制拉低到地的部分，开关电路恢复正常工作，进而恢复二次过充保护功能，实现避免电化学装置在装配过程中由于单体电池采样线随机上电导致保护电路误触发的隐患，且成本低廉、安全性高。

附图说明

图1为本申请实施例的电化学装置的结构示意图。

图2为本申请实施例的电化学装置的电路图。

图3为本申请实施例的连接部的结构示意图。

图4为本申请另一实施例的连接部的结构示意图。

图5为本申请又一实施例的连接部的结构示意图。

图6为本申请又一实施例的连接部的结构示意图。

图7为根据本申请一实施方式的电化学装置的控制方法的流程图。

主要元件符号说明

电化学装置 100

保护电路 10

过充保护芯片 20

单体电池 30a、30b、30c

开关电路 40

电源管理电路 50

充电接口 60

第一输出端 70a

第二输出端 70b

接地端 80

连接部 90

通孔 92

具体实施方式将结合上述附图进一步说明本申请。

具体实施方式

附图中示出了本申请的实施例，本申请可以通过多种不同形式实现，而并不应解释为仅局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本申请更为全面和完整的公开，并使本领域的技术人员更充分地了解本申请的范围。

除非另外定义，这里所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本申请所述领域的普通技术人员所通常理解的含义相同的含义。还应当理解，比如在通用的辞典中所定义的那些的术语，应解释为具有与它们在相关领域的环境中的含义相一致的含义，而不应以过度理想化或过度正式的含义来解释，除非在本文中明确地定义。

请参阅图1，图1为根据本申请一实施方式的电化学装置100的架构示意图。

本申请一实施方式中的电化学装置100包括保护电路10、过充保护芯片20、多个单体电池30a～30c(图1仅以三个单体电池30a、30b、30c为例进行说明，可以多于三个或者少于三个)、开关电路40、电源管理电路50及充电接口60。多个单体电池30a～30c形成电连接路径，所述电连接路径具有极性相反的第一输出端70a与第二输出端70b。比如，多个单体电池30进行串联连接，即当单体电池30b的正极与单体电池30a的负极电连接，单体电池30b的负极与单体电池30c的正极电连接，此时第一输出端70a为单体电池30a的正极，第二输出端70b为单体电池30c的负极，或者第一输出端70a为单体电池30c的负极，第二输出端70b为单体电池30a的正极。

保护电路10电连接于第一输出端70a、开关电路40及充电接口60，可用于在电化学装置100发生异常时进行电路保护，比如，进行短路保护、过充保护等。开关电路40电连接于第二输出端70b、过充保护芯片20及保护电路10。过充保护芯片20包括输出引脚OUT及多个采样引脚SP，输出引脚OUT电连接于开关电路40，当开关电路40接收到输出引脚OUT输出的控制信号时，开关电路40导通并触发保护电路10进行过充保护。过充保护芯片20的多个采样引脚SP电连接于多个单体电池30a～30c，以实现对每一单体电池30a～30c进行电压采样，进而过充保护芯片20可以根据每一单体电池30a～30c的电压采样结果来确定是否控制输出引脚OUT输出控制信号。比如，当过充保护芯片20经过多个采样引脚SP进行采样发现多个单体电池30a～30c中存在一个或多个单体电池的电压存在异常，控制输出引脚OUT输出控制信号，以触发保护电路10进行保护。

本申请一实施方式中，所述过充保护芯片20还可以包括电源引脚VCC及接地引脚GND，该电源引脚VCC及该接地引脚GND可以分别电连接第一输出端70a与第二输出端70b。所述控制信号可以是一高电平信号，或一低电平信号。

本申请一实施方式中，可以根据多个单体电池30a～30c的数量及过充保护芯片20可采样的单体电池数量来确定需要多少个过充保护芯片20。比如，每一过充保护芯片20最多可采样8个单体电池的电压，电化学装置100包括16个单体电池，则电化学装置100可以包括2个过充保护芯片20，以实现对16个单体电池进行电压采样。

本申请一实施方式中，保护电路10、开关电路40、电源管理电路50均可以采用现有的电路方案来设计，在此不作限定。单体电池30a～30c可以是锂离子电池、锂聚合物电池等。过充保护芯片20可以是电压采样芯片，比如模拟前端(AFE)芯片。

当将过充保护芯片20的多个采样引脚SP与多个单体电池30a～30c的正、负极进行连接的过程中，多个采样引脚SP存在随机上电，进而过充保护芯片20可能会发生误触发，使得输出引脚OUT输出控制信号，导致保护电路10误触发。为了避免保护电路10误触发，在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于断开状态的情形下，过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间处于连接状态，也即在每一单体电池30a～30c的正极与负极对应电连接至过充保护芯片20的采样引脚SP之前，将过充保护芯片20的输出引脚OUT与一接地端80连接，此时，由于过充保护芯片20的输出引脚OUT被强制接地，开关电路40无法导通，进而保护电路10也不会被误触发。在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间处于断开状态，也即在每一单体电池30a～30c的正极与负极对应电连接至过充保护芯片20的采样引脚SP之后，断开过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间的连接，使得过充保护芯片20的输出引脚OUT可以正常输出控制信号，进而实现恢复过充保护芯片20的保护功能。

电源管理电路50可以实现对多个单体电池30a～30c进行充电、放电以及功耗管理等功能。充电接口60可以连接外部充电器，进而实现对多个单体电池30a～30c进行充电。

请参阅图2，图2为根据本申请一实施方式的电化学装置100的电路图。

本申请一实施方式中，保护电路10优选包括一三端保险丝SCP，三端保险丝SCP的第一端电连接于第一输出端70a，三端保险丝SCP的第二端电连接于充电接口60，三端保险丝SCP的第三端电连接于开关电路40。当三端保险丝SCP被熔断时，即保护电路10触发保护功能。在本申请的其他实施方式中，保护电路10也可以包括其他类型的保险丝。比如，当过充保护芯片20经过多个采样引脚SP进行采样发现多个单体电池30a～30c中存在一个或多个单体电池的电压存在异常(单体电池出现过充状态)，过充保护芯片20的输出引脚OUT输出控制信号，以触发三端保险丝SCP熔断，实现过充保护功能。再比如，当电化学装置100发生短路或者与电化学装置100电连接的外部充电器发生短路，三端保险丝SCP将会被熔断，即保护电路10触发短路保护功能。

电源管理电路50包括电源管理芯片PMC1及第一开关SW1。第一开关SW1包括控制端、第一端及第二端，电源管理芯片PMC1电连接于第一输出端70a、第二输出端70b及第一开关SW1的控制端，第一开关SW1的第一端电连接于充电接口60，第一开关SW1的第二端电连接于第二输出端70b。当多个单体电池30a～30c完成充电后，电源管理芯片PMC1可以控制第一开关SW1断开，进而多个单体电池30a～30c充电终止。

本申请一实施方式中，电源管理芯片PMC1还电连接于每一单体电池30a～30c的正极与负极，进而实现对每一单体电池30a～30c进行管理。

开关电路40优选包括第二开关SW2，第二开关SW2包括控制端、第一端及第二端。第二开关SW2的控制端电连接于过充保护芯片20的输出引脚OUT，第二开关SW2的第一端电连接于保护电路10，第二开关SW2的第二端电连接于第二输出端70b。

本申请一实施方式中，第一开关SW1可以为N沟道场效应晶体管，第一开关SW1的控制端可以为N沟道场效应晶体管的栅极，第一开关SW1的第一端可以为N沟道场效应晶体管的漏极，第一开关SW1的第二端可以为N沟道场效应晶体管的源极。第二开关SW2可以为N沟道场效应晶体管，第二开关SW2的控制端可以为N沟道场效应晶体管的栅极，第二开关SW2的第一端可以为N沟道场效应晶体管的漏极，第二开关SW2的第二端可以为N沟道场效应晶体管的源极。在本申请的其他实施方式中，第一开关SW1、第二开关SW2也可以为其他类型的开关管，如NPN三极管、P沟道场效应晶体管等。

本申请一实施方式中，当第一输出端70a为电池正极端，第二输出端70b为电池负极端，接地端80可以电连接于第二输出端70b。过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间通过一连接部90连接，连接部90可以为电路板走线、金属片、金属线、导电布等中的任一者。

在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，可以对连接部90进行裁切处理，以断开过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间的连接。

如图3所示，为根据本申请一实施方式的连接部的结构示意图。

连接部90为U型电路板走线，在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，为了断开过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间的连接，可以沿着A-A1方向与B-B1方向裁切掉连接部90的一部分，进而使得过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80断开连接。

如图4所示，连接部90同样为U型电路板走线，在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，可以沿着C-C1方向将连接部90的右边部分裁切掉，进而使得过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80断开连接。

如图5所示，连接部90为金属片或导电布等导体，在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，可以将整个连接部90移除，进而使得过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80断开连接。

如图6所示，连接部90为金属片或导电布等导体，连接部90的上方设置有通孔92，在每一单体电池30a～30c的正极和负极与过充保护芯片20的对应采样引脚SP处于连接状态的情形下，可以将连接部90沿着通孔92进行裁切冲断，进而使得过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80断开连接。

如图7所示，图7为根据本申请一实施方式的电化学装置的控制方法的流程图。所述电化学装置的控制方法可以包括以下步骤：

步骤S71：在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于连接状态。

本申请一实施方式中，在每一单体电池30a～30c的正极与负极对应电连接至过充保护芯片20的采样引脚SP之前，将过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80连接，此时，由于过充保护芯片20的输出引脚OUT被强制接地，开关电路40无法导通，进而保护电路10不会被误触发。

步骤S73：在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态。

本申请一实施方式中，在每一单体电池30a～30c的正极与负极对应电连接至过充保护芯片20的采样引脚SP之后，将过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80断开连接，使得过充保护芯片20的输出引脚OUT可以正常输出控制信号，进而实现恢复过充保护芯片20的保护功能。

本申请一实施方式中，过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间通过一连接部90连接，连接部90可以为电路板走线、金属片、金属线、导电布等中的任一者。

本申请一实施方式中，可以采用如图3-6中的任意一种方式来实现将所述过充保护芯片20的输出引脚OUT与接地端80之间置于断开状态。

本申请实施例的电化学装置及其控制方法，在单体电池采样线与过充保护芯片连接完毕之前，将过充保护芯片的输出引脚强制拉低到地，以禁用二次过充保护功能，避免电化学装置中的保护电路被误触发，在单体电池采样线与过充保护芯片连接完毕时，断开过充保护芯片的输出引脚被强制拉低到地的部分，恢复二次过充保护功能，实现避免电化学装置在装配过程中由于单体电池采样线随机上电导致保护电路误触发的隐患，且成本低廉、安全性高。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案而非限制，图示中出现的上、下、左及右方向仅为了方便理解，尽管参照较佳实施例对本申请进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本申请技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种电化学装置，包括多个单体电池，多个所述单体电池形成电连接路径，所述电连接路径具有极性相反的第一输出端与第二输出端，其特征在于，所述电化学装置还包括：

保护电路，电连接于所述第一输出端，用于对所述电化学装置进行异常保护；

过充保护芯片，包括输出引脚及多个采样引脚；及

开关电路，电连接于所述第二输出端、所述过充保护芯片的输出引脚及所述保护电路；

多个所述单体电池的正极与负极用于电连接至所述过充保护芯片的多个采样引脚；

在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间处于连接状态；

在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间处于断开状态。

2.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括充电接口，所述保护电路包括三端保险丝，所述三端保险丝的第一端电连接于所述第一输出端，所述三端保险丝的第二端电连接于所述充电接口，所述三端保险丝的第三端电连接于所述开关电路。

3.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述过充保护芯片用于在侦测到所述电化学装置中的单体电池出现过充状态时，触发所述输出引脚输出控制信号，所述控制信号用于控制所述开关电路导通，以触发所述三端保险丝熔断。

4.如权利要求2所述的电化学装置，其特征在于，所述电化学装置还包括电源管理电路，所述电源管理电路包括电源管理芯片及第一开关，所述电源管理芯片电连接于每一所述单体电池的正极与负极，所述第一开关电连接于所述电源管理芯片、所述充电接口及所述第二输出端。

5.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述开关电路包括第二开关，所述第二开关包括控制端、第一端及第二端，所述第二开关的控制端电连接于所述过充保护芯片，所述第二开关的第一端电连接于所述保护电路，所述第二开关的第二端电连接于所述第二输出端。

6.如权利要求5所述的电化学装置，其特征在于，所述第二开关为N沟道场效应晶体管，所述第二开关的控制端、第一端及第二端分别对应所述N沟道场效应晶体管的栅极、漏极及源极。

7.如权利要求1所述的电化学装置，其特征在于，所述第一输出端为电池正极端，所述第二输出端为电池负极端，所述接地端电连接于所述第二输出端，所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间通过一连接部连接，所述连接部为电路板走线、金属片、导电布中的任一者。

8.如权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，对所述连接部进行裁切处理，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

9.如权利要求7所述的电化学装置，其特征在于，所述连接部的上方设置有通孔，在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，将所述连接部沿着所述通孔进行裁切冲断，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

10.一种电化学装置的控制方法，所述电化学装置包括多个单体电池及过充保护芯片，多个所述单体电池形成电连接路径，所述电连接路径具有极性相反的第一输出端与第二输出端，所述过充保护芯片包括输出引脚及多个采样引脚，其特征在于，所述方法包括：

在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于断开状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于连接状态；

在各所述单体电池的正极和负极与所述过充保护芯片的对应采样引脚处于连接状态的情形下，将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态。

11.如权利要求10所述的电化学装置的控制方法，其特征在于，所述电化学装置还包括电连接于所述第一输出端的保护电路，所述方法还包括：

当侦测到所述电化学装置中的单体电池出现过充状态时，触发所述输出引脚输出控制信号，以触发所述保护电路对所述电化学装置进行异常保护。

12.如权利要求10所述的电化学装置的控制方法，其特征在于，所述第一输出端为电池正极端，所述第二输出端为电池负极端，所述接地端电连接于所述第二输出端，所述方法还包括：

利用一连接部将所述过充保护芯片的输出引脚连接至所述接地端；

其中，所述连接部为电路板走线、金属片、导电布中的任一者。

13.如权利要求12所述的电化学装置的控制方法，其特征在于，所述将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态的步骤包括：

对所述连接部进行裁切处理，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。

14.如权利要求12所述的电化学装置的控制方法，其特征在于，所述连接部的上方设置有通孔，所述将所述过充保护芯片的输出引脚与接地端之间置于断开状态的步骤包括：

将所述连接部沿着所述通孔进行裁切冲断，以断开所述过充保护芯片的输出引脚与所述接地端之间的连接。