CN115632176A - 电池管理电路与电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池管理电路与电池管理系统，电池管理电路包括放电开关、电流检测支路、信号锁存支路与控制器。电流检测支路与电池、放电开关连接，放电开关与外部设备连接，控制器与信号锁存支路、电流检测支路连接，信号锁存支路与放电开关、电流检测支路连接。电流检测支路检测电池放电的电流，并在电流大于第一电流阈值时输出短路信号。控制器若接收到短路信号的连续时长大于第一时长阈值，则输出第一软件使能信号。信号锁存支路用于在接收到短路信号与第一软件使能信号中的至少一个信号时输出第一控制信号，以控制放电开关关断。通过上述方式，能够在出现短路时，通过软件与硬件同时关断放电开关，可靠性较高，安全隐患较小。

Description

电池管理电路与电池管理系统

技术领域

本申请涉及电子电路技术领域，特别是涉及一种电池管理电路与电池管理系统。

背景技术

在储能领域，锂电池的安全使用不可避免。但在市场上流行各家各类型的锂电池管理系统（Battery Management System,BMS），总会出现安全等级低，故障高的问题。比如，对于实现短路保护这一功能而言，在现有技术中，通常采用的方式为通过电池采集芯片(Analog Front End,AFE)采集电流，并反馈至微控制单元(Microcontroller Unit，MCU)。MCU基于电流大小判断是否出现短路，若确定出现短路则控制充电开关与放电开关关断。

然而，对于上述方式而言，在电池放电过程中出现短路时，可能出现由于电流过大等而导致MCU异常的情况，在该种情况下，MCU无法控制放电开关关断，可靠性较差，并存在较大的安全隐患。

发明内容

本申请旨在提供一种电池管理电路与电池管理系统，能够在出现短路时，通过软件与硬件同时关断放电开关，可靠性较高，安全隐患较小。

为实现上述目的，第一方面，本申请提供一种电池管理电路，包括：

放电开关、电流检测支路、信号锁存支路与控制器；

所述电流检测支路的第一端与所述电池连接，所述电流检测支路的第二端与所述放电开关的第一端连接，所述放电开关的第二端与外部设备连接，所述电流检测支路的第三端分别与所述信号锁存支路的第一端及所述控制器的第一端连接，所述控制器的第二端与所述信号锁存支路的第二端连接，所述信号锁存支路的第三端与所述放电开关的控制端连接；

所述电流检测支路用于检测所述电池放电的电流，并在所述电流大于第一电流阈值时输出短路信号至所述信号锁存支路的第一端及所述控制器的第一端；

所述控制器用于若接收到所述短路信号的连续时长大于第一时长阈值，则输出第一软件使能信号至所述信号锁存支路的第二端；

所述信号锁存支路用于在接收到所述短路信号与所述第一软件使能信号中的至少一个信号时输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述放电开关关断。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括电平转换支路；

所述控制器的第三端与所述信号锁存支路的第四端连接，所述信号锁存支路的第三端与所述电平转换支路的第一端连接，所述电平转换支路的第二端与所述放电开关的控制端连接；

所述控制器还用于在输出第一软件使能信号之后，若确定所述电池与所述外部设备之间的连接被断开，则输出短路清除信号与第二软件使能信号，其中，所述短路清除信号输入至所述信号锁存支路的第四端，以清除所述信号锁存支路中的信号，所述第二软件使能信号输入至所述信号锁存支路的第二端；

所述信号锁存支路还用于在未接收到所述短路信号与所述第一软件使能信号，且接收到所述第二软件使能信号时输出第二控制信号至所述电平转换支路的第一端；

所述电平转换支路用于将所述第二控制信号转换为第三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述放电开关导通；

其中，所述第三控制信号与所述第二控制信号的逻辑相同，且所述第三控制信号的电压大于所述第二控制信号的电压。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括驱动支路；

所述驱动支路的第一端与所述电平转换支路的第二端连接，所述驱动支路的第二端与所述放电开关的控制端连接，所述驱动支路用于提升所述第三控制信号的电流驱动能力，以驱动所述放电开关导通。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括电池采样芯片与第一分压支路；

所述电池采样芯片的第一端与所述电池连接，所述电池采样芯片的第二端与所述控制器的第四端连接，所述第一分压支路的第一端与所述电池的正极连接，所述第一分压支路的第二端与所述电池的负极连接，所述第一分压支路的第三端与所述控制器的第五端连接；

所述电池采样芯片用于获取所述电池的第一电压，并将所述第一电压输入至所述控制器的第四端；

所述第一分压支路用于对所述电池的电压进行分压，并输出第二电压至所述控制器的第五端；

所述控制器还用于：

基于所述第二电压确定所述电池的第三电压；

判断所述第一电压与所述第三电压之间的差值的绝对值是否小于第一差值阈值；

若是，则确定所述电池采样芯片未出现异常；

若否，则确定所述电池采样芯片出现异常。

在一种可选的方式中，所述第一分压支路包括串联连接的第一电阻、第一开关与第二电阻，所述第一开关的控制端与所述电平转换支路的第四端连接，所述电平转换支路的第三端与所述控制器的第六端连接；

所述控制器还用于输出第一电压检测信号至所述电平转换支路的第三端；

所述电平转换支路还用于将所述第一电压检测信号转换为第二电压检测信号，所述第二电压检测信号用于控制所述第一开关导通；

其中，所述第二电压检测信号与所述第一电压检测信号的逻辑相同，所述第二电压检测信号的电压大于所述第二电压检测信号的电压，并且，在所述第一开关导通时，所述第一电阻与所述第二电阻对所述电池的电压进行分压，以输出所述第二电压。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括电压转换支路与第二分压支路；

所述电压转换支路的第一端与所述电池连接，所述电压转换支路的第二端与所述第二分压支路的第一端连接，所述第二分压支路的第二端与所述控制器的第七端连接；

所述电压转换支路用于对所述电池的电压进行转换，以输出第四电压至所述第二分压支路的第一端；

所述第二分压支路用于对所述第四电压进行分压，以输出第五电压至所述控制器的第七端；

所述控制器还用于基于所述第五电压确定所述第四电压的大小，以确定所述第四电压是否异常；

其中，所述第三控制信号的电压为所述第四电压。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括充电开关，所述充电开关连接于所述电流检测支路与所述放电开关之间，且所述充电开关的控制端与所述控制器的第九端连接；

所述控制器还用于输出第三软件使能信号，所述第三软件使能信号用于控制所述充电开关关断；

所述电流检测支路还用于检测所述电池充电的电流；

所述控制器还用于在输出所述第一软件使能信号与所述第三软件使能信号后，若通过所述电流检测支路获取到所述电池的放电电流或充电电流，则确定所述充电开关与所述放电开关中的至少一个开关出现异常。

在一种可选的方式中，所述电流检测支路包括采样电阻、运放与比较器；

所述采样电阻的第一端分别与所述电池及所述运放的第一输入端连接，所述采样电阻的第二端分别与所述放电开关的第一端及所述运放的第二输入端连接，所述运放的输出端分别与所述控制器的第八端及所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的第二输入端用于输入参考电压，所述比较器的输出端分别与所述控制器的第一端及所述信号锁存支路的第一端连接。

在一种可选的方式中，所述信号锁存支路包括或非门芯片，所述或非门芯片包括第一路或非门、第二路或非门、第三路或非门与第四路或非门；

所述第一路或非门的第一输入端与所述控制器的第三端连接，以输入所述短路清除信号，所述第一路或非门的第二输入端与所述第二路或非门的输出端连接，所述第一路或非门的输出端分别与所述第二路或非门的第一输入端及所述第三路或非门的第一输入端连接，所述第二路或非门的第二输入端与所述电流检测支路的第三端连接，以输入所述短路信号，所述第三路或非门的第二输入端与所述第四路或非门的输出端连接，所述第三路或非门的输出端与所述电平转换支路的第一端连接，以输出所述第一控制信号或所述第二控制信号至所述电平转换支路的第一端，所述第四路或非门的第一输入端分别与所述第四路或非门的第二输入端及所述控制器的第二端连接。

在一种可选的方式中，所述驱动支路包括第一开关管与第二开关管；

所述第一开关管的第一端与所述第二开关管的第一端均与所述电平转换支路的第二端连接，所述第一开关管的第三端用于输入第四电压，所述第一开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端及所述放电开关的控制端连接，所述第二开关管的第三端接地。

在一种可选的方式中，所述电平转换支路包括电平转换芯片；

所述电平转换芯片的第一输入端与所述控制器的第六端连接，以输入所述第一电压检测信号，所述电平转换芯片的第一输出端与所述第一开关连接，以输出所述第二电压检测信号至所述第一开关的控制端，所述电平转换芯片的第二输入端与所述信号锁存支路的第三端连接，以输入所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述电平转换芯片的第二输出端与所述驱动支路的第一端连接，以输出所述第三控制信号至所述驱动支路的第一端。

在一种可选的方式中，所述电压转换支路包括开关电源，所述第二分压支路包括第三电阻与第四电阻；

所述开关电源的输入端与所述电池连接，所述开关电源的输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端及所述控制器的第七端连接，所述第四电阻的第二端接地。

在一种可选的方式中，所述电池管理电路还包括熔断丝；

所述熔断丝的第一端分别与所述电池及所述控制器的第十端连接，所述熔断丝的第二端分别与所述外部设备及所述控制器的第十一端连接；

所述控制器还用于：

获取所述熔断丝第一端的第六电压，以及获取所述熔断丝第二端的第七电压；

若所述第六电压与所述第七电压之间的差值的绝对值大于第二差值阈值，则确定所述熔断丝已熔断。

第二方面，本申请提供一种电池管理系统，包括电池以及如上所述的电池管理电路。

本申请的有益效果是：本申请提供的一种电池管理电路包括放电开关、电流检测支路、信号锁存支路与控制器。其中，电流检测支路的第一端与电池连接，电流检测支路的第二端与放电开关的第一端连接，放电开关的第二端与外部设备连接，电流检测支路的第三端分别与信号锁存支路的第一端及控制器的第一端连接，控制器的第二端与信号锁存支路的第二端连接，信号锁存支路的第三端与放电开关的控制端连接。当在放电过程中出现短路时，电流检测支路输出短路信号。并且，短路信号分别输入至信号锁存支路与控制器。一方面，控制器在持续接收到短路信号的时长大于第一时长阈值后，输出第一软件使能信号至信号锁存支路，信号锁存支路在接收到第一软件使能信号能够输出第一控制信号控制放电开关关断，即通过软件关断放电开关；另一方面，信号锁存支路在接收到短路信号后也能够直接输出第一控制信号控制放电开关关断，即通过硬件关断放电开关。通过上述方式，实现了在出现短路时，通过软件与硬件同时关断放电开关。从而，在电池放电过程中出现短路时，即使出现因电流过大等原因而导致控制器异常，并导致无法通过控制器关断放电开关的情况，也能够通过硬件的方式，即通过信号锁存支路关断放电开关，具有较高的可靠性，并且安全隐患较小。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图2为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图3为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图5为本申请一实施例提供的信号锁存支路的电路结构示意图；

图6为本申请一实施例提供的电平转换支路、驱动支路与第一分压支路的电路结构示意图；

图7为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图8为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图9为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图；

图10为本申请一实施例提供的电池管理电路的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参照图1，图1为本申请实施例提供的电池管理电路的结构示意图。如图1所示，该电池管理电路100包括放电开关S1、电流检测支路10、信号锁存支路20与控制器30。

其中，电流检测支路10的第一端与电池200连接，电流检测支路10的第二端与放电开关S1的第一端连接，放电开关S1的第二端与外部设备300连接，电流检测支路10的第三端分别与信号锁存支路20的第一端及控制器30的第一端(即控制器30的第1引脚)连接，控制器30的第二端(即控制器30的第2引脚)与信号锁存支路20的第二端连接，信号锁存支路20的第三端与放电开关S1的控制端连接。

其中，外部设备300可以为充电设备或用电设备。当外部设备300为充电设备时，外部设备300能够为电池200充电；当外部设备300为用电设备时，电池200为外部设备300供电。

具体地，电流检测支路10用于检测电池200放电的电流，并在电流大于第一电流阈值时输出短路信号至信号锁存支路20的第一端及控制器30的第一端。控制器30用于若接收到短路信号的连续时长大于第一时长阈值，则输出第一软件使能信号至信号锁存支路20的第二端。信号锁存支路20用于在接收到短路信号与第一软件使能信号中的至少一个信号时输出第一控制信号。第一控制信号用于控制放电开关S1关断。

在实际应用中，当在电池200放电过程中出现短路时，电流检测支路10能够检测到电池200的放电电流大于第一电流阈值，并输出短路信号。其中，短路信号分别输入至信号锁存支路20与控制器30。

其中，第一方面，控制器30在接收到短路信号时开始计时，在计时的时长大于第一时长阈值停止计时。若在计时的时间段内持续接收到短路信号，则控制器30输出第一软件使能信号至信号锁存支路20。信号锁存支路20在接收到第一软件使能信号后即输出第一控制信号控制放电开关S1关断。通过上述方式，实现了通过软件关断放电开关S1。其中，第一时长阈值可根据实际应用情况进行设置，本申请实施例对此不作具体限制。例如，在一些实施方式中，第一时长阈值可设置为0，则控制器30在接收到短路信号时即输出第一软件使能信号，反应更加及时；又如，在另一些实施方式中，第一时长阈值可设置为大于0的值，继而能够防止因电流检测支路10误输出短路信号而导致误关断放电开关S1的异常情况。

第二方面，信号锁存支路20在接收到短路信号后也会直接输出第一控制信号控制放电开关S1关断。从而实现了通过硬件关断放电开关。

综上，实现了在出现短路时通过软件与硬件两种方式同时关断放电开关。从而，在电池200放电过程中出现短路时，若由于出现电流过大等原因而导致控制器30异常，此时，控制器30无法正常输出相应的信号。那么，对于相关技术中只采用软件控制放电开关S1的方式而言，将无法通过控制器30关断放电开关S1，存在较大的安全隐患。而对于本申请而言，还能够通过硬件的方式(即上述实施例中的第二方面所说明的方式)关断放电开关S1，具有较高的可靠性，并且安全隐患较小。

在一实施例中，如图2所示，电流检测支路10包括采样电阻RL、运放U1与比较器U2。

其中，采样电阻RL的第一端分别与电池200及运放U1的第一输入端连接，采样电阻RL的第二端分别与放电开关S1的第一端及运放U1的第二输入端连接，运放U1的输出端分别与控制器30的第八端(即控制器30的第8引脚)及比较器U2的第一输入端连接，比较器U2的第二输入端用于输入参考电压VREF，比较器U2的输出端分别与控制器30的第一端(即控制器30的第1引脚)及信号锁存支路20的第一端连接。

具体地，采样电阻RL用于将电池200放电的电流转换为电压。运放U1用于对采样电阻RL两端的电压进行放大后输出采样电压，并将该采样电压分别输入至控制器30的第八端及比较器U2的第一输入端。其中，控制器30基于采样电压能够反过来推导出电池200放电的电流。比较器U2将采样电压与参考电压VREF进行比较，并基于比较结果输出对应的信号。具体为，当出现短路情况时，采样电压大于参考电压VREF，比较器U2对应输出短路信号；反之，当未出现短路情况时，采样电压不大于参考电压VREF，比较器U2停止输出短路信号。

在该实施例中，参考电压VREF可根据实际应用情况进行设置，本申请实施例对此不作具体限制。

需要说明的是，如图2所示的电池管理电路100的硬件结构仅是一个示例，并且，电池管理电路100可以具有比图中所示出的更多的或者更少的部件，可以组合两个或更多的部件，或者可以具有不同的部件配置，图中所示出的各种部件可以在包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路在内的硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。

例如，在一实施例中，如图3所示，该电池管理电路100还包括电平转换支路40。其中，控制器30的第三端(即控制器30的第3引脚)与信号锁存支路20的第四端连接，信号锁存支路20的第三端与电平转换支路40的第一端连接，电平转换支路40的第二端与放电开关S1的控制端连接。

具体地，控制器30还用于在输出第一软件使能信号之后，若确定电池200与外部设备300之间的连接被断开，则输出短路清除信号与第二软件使能信号。其中，短路清除信号输入至信号锁存支路20的第四端，以清除信号锁存支路20中的信号，第二软件使能信号输入至信号锁存支路20的第二端。信号锁存支路20还用于在未接收到短路信号与第一软件使能信号，且接收到第二软件使能信号时输出第二控制信号至电平转换支路40的第一端。电平转换支路40用于将第二控制信号转换为第三控制信号，第三控制信号用于控制放电开关S1导通。其中，第三控制信号与第二控制信号的逻辑相同，且第三控制信号的电压大于第二控制信号的电压。并且，第一控制信号与第二控制信号的逻辑相反，例如，当第一控制信号为低电平时，第二控制信号为高电平。

在该实施例中，在出现短路情况，并且控制器30已输出第一软件使能信号(当然，信号锁存支路20也输出第一控制信号)以控制放电开关S1关断之后，若控制器30检测到电池200与外部设备300之间的连接已被断开，则需要恢复放电开关S1导通，此时控制器30输出短路清除信号与第二软件使能信号，并停止输出第一软件使能信号。其中，短路信号能够使信号锁存支路20中各信号均恢复至初始状态，即恢复至未接收到任何信号的状态。继而，第二软件使能信号输入至信号锁存支路20，以使信号锁存支路20输出第二控制信号至电平转换支路40。通常而言，控制器30所输出的信号的电压小于驱动放电开关S1的信号的电压，所以需要设置电平转换支路40实现电平转换过程，以通过电平转换支路40将第二控制信号转换为能够驱动放电开关S1的第三控制信号。

例如，在一些实施方式中，控制器30的供电电压为3.3V，则控制器30输出的信号的电压为3.3V，经过信号锁存支路20后输出的第二控制信号的电压仍为3.3V。而放电开关S1采用MOS管，其驱动信号的电压为12V。所以，需要设置电平转换支路40，以将电压为3.3V的第二控制信号转换为电压为12V的第三控制信号，以驱动放电开关S1。

其中，检测电池200与外部设备300之间的连接是否被断开的具体方式如下：首先，将电池200正极记为B+端，将电池的负极记为B-端，将外部设备300的正极记为P+端，将外部设备300的负极记为P-端。继而，控制器30检测P+端与P-端之间的电压差。若P+端与P-端之间的电压差的绝对值小于或等于第一预设差值(例如0)，则确定此时仍处于短路情况，进而确定电池200与外部设备300之间的连接未被断开；若P+端与P-端之间的电压差的绝对值大于第一预设差值，则确定此时电池200与外部设备300之间的连接已被断开。

在一实施例中，请继续参照图2，电池管理电路100还包括驱动支路50。其中，驱动支路50的第一端与电平转换支路40的第二端连接，驱动支路50的第二端与放电开关S1的控制端连接。

具体地，驱动支路50用于提升第三控制信号的电流驱动能力，以驱动放电开关S1导通。通过设置驱动支路50，能够提高足够的驱动电流以驱动放电开关S1稳定的导通或关断，有利于提高放电开关S1工作的稳定性。

在另一实施例中，如图4所示，电池管理电路100还包括电池采样芯片60与第一分压支路70。

其中，电池采样芯片60的第一端与电池200连接，电池采样芯片60的第二端与控制器30的第四端(即控制器30的第4引脚)连接，第一分压支路70的第一端与电池200的正极连接，第一分压支路70的第二端与电池200的负极连接，第一分压支路70的第三端与控制器30的第五端(即控制器30的第5引脚)连接。

具体地，电池采样芯片60用于获取电池200的第一电压，并将第一电压输入至控制器30的第四端。其中，在一实施方式中，电池采样芯片60为AFE（Analog Front End）芯片。其中，AFE的中文是模拟前端，在电池管理电路中专指电池采样芯片，用来采集电池200的电压和温度等。第一分压支路70用于对电池200的电压进行分压，并输出第二电压至控制器30的第五端。

控制器30还用于执行以下步骤：首先，基于第二电压确定电池200的第三电压，亦即通过第二电压确定电池200当前的电压(即为第三电压)。接着，判断第一电压与第三电压之间的差值的绝对值是否小于第一差值阈值。若第一电压与第三电压之间的差值的绝对值小于第一差值阈值，则说明通过第一分压支路70获取到的电池电压与电池采样芯片60检测到的电池电压接近相等，可确定电池采样芯片未出现异常。反之，若第一电压与第三电压之间的差值的绝对值不小于第一差值阈值，则说明通过第一分压支路70获取到的电池电压与电池采样芯片60检测到的电池电压之间的差值较大，可确定电池采样芯片60出现异常而导其采样的电池电压不准确。从而，实现了对电池采样芯片60的自检过程。

在一实施例中，请参照图5，图5中示例性示出了信号锁存支路20的一种结构。如图5所示，信号锁存支路20包括或非门芯片U3。或非门芯片U3包括第一路或非门、第二路或非门、第三路或非门与第四路或非门。

其中，第一路或非门的第一输入端(即1A引脚)与控制器30的第三端连接，以输入短路清除信号。第一路或非门的第二输入端(即1B引脚)与第二路或非门的输出端(即2Y引脚)连接。第一路或非门的输出端(即1Y引脚)分别与第二路或非门的第一输入端(即2A引脚)及第三路或非门的第一输入端(即3A引脚)连接。第二路或非门的第二输入端(即2B引脚)与电流检测支路10的第三端(即对应图1所示的比较器U2的输出端)连接，以输入短路信号。第三路或非门的第二输入端(即3B引脚)与第四路或非门的输出端(即4Y引脚)连接。第三路或非门的输出端(即3Y引脚)与电平转换支路40的第一端连接，以输出第一控制信号或第二控制信号至电平转换支路40的第一端。第四路或非门的第一输入端(即4A引脚)分别与第四路或非门的第二输入端(即4B引脚)及控制器的第二端连接。

其中，在一些实施方式中，或非门芯片U3可选用型号为74HC02D等的或非门芯片。

在该实施例中，将高电平信号记为逻辑1，并将低电平信号记为逻辑0。当出现短路情况时，第一方面，电流检测支路10输出短路信号(为逻辑1)至2B引脚。由于是或非门，所以1B引脚与2Y引脚均为逻辑0。而控制器30此时必然未输出短路清零信号，所以1A引脚也为逻辑0。从而1Y引脚为逻辑1。则3A引脚也为逻辑1，继而3Y引脚为逻辑0。此时，3Y引脚输出低电平信号(即第一控制信号)至电平转换支路40。

第二方面，控制器30的第二端输出第一软件使能信号(为逻辑0)至4B引脚与4A引脚，则4Y引脚为逻辑1。继而3B引脚为逻辑1，3Y引脚为逻辑0。此时，3Y引脚输出低电平信号(即第一控制信号)至电平转换支路40。

因此，或非门芯片U3只需接收到短路信号与第一软件使能信号这两者中的至少一个，就能够输出低电平信号(即第一控制信号)至电平转换支路40，以使电平转换支路40输出控制放电开关S1关断的信号。从而，实现了通过软件与硬件的方式控制放电开关S1关断，可靠性较高。

在另一实施例中，该电池管理电路100还包括第一电容C1、第二电容C2、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7与第八电阻R8。

其中，第五电阻R5的第一端分别与第六电阻R6的第一端及控制器30的第三端连接，第七电阻R7的第一端与电流检测支路10的第三端连接，第七电阻R7的第二端分别与第一电容C1的第一端及第二路或非门的第二输入端(即2B引脚)连接，第二电容C2的第一端分别与或非门芯片U3的电源引脚及第八电压V8连接，第八电阻R8的第一端与控制器30的第二端连接，第八电阻R8的第二端与第四路或非门的第一输入端(即4A引脚)连接，第五电阻R5的第二端、第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端及或非门芯片U3的接地端均接地GND。其中，第八电压V8既为或非门芯片U3的供电电压，也为控制器30的供电电压。

具体地，第五电阻R5与第六电阻R6用于分压。第七电阻R7与第一电容C1用于滤波。第二电容C2用于滤波。第八电阻R8用于限流。

需要说明的是，在该实施例中，仅以通过或非门芯片U3实现了信号锁存的功能为例。而在其他的实施例中，也可以采用其他的方式实现对信号的锁存，例如采用信号锁存器等，本申请实施例对此不作具体限制。

在一实施例中，请参照图6，图6中示例性示出了电平转换支路40、驱动支路50与第一分压支路70的一种结构。

如图6所示，第一分压支路70包括串联连接的第一电阻R1、第一开关K1与第二电阻R2。其中，第一开关K1的控制端与电平转换支路40的第四端(即电平转换芯片U4的第一输出端)连接，电平转换支路40的第三端(即电平转换芯片U4的第一输入端)与控制器的第六端连接。

具体地，控制器30还用于输出第一电压检测信号至电平转换支路40的第三端。电平转换支路40还用于将第一电压检测信号转换为第二电压检测信号，第二电压检测信号用于控制第一开关K1导通。其中，第二电压检测信号与第一电压检测信号的逻辑相同，第二电压检测信号的电压大于第二电压检测信号的电压。并且，在第一开关K1导通时，第一电阻R1与第二电阻R2对电池的电压进行分压，以输出第二电压。其中，第二电阻R2与第一开关K1之间的连接点上的电压即为第二电压。

在该实施例中，通过电平转换支路40可实现将低电压的信号(即第一电压检测信号)转换为高电压的信号(即第二电压检测信号)，以满足第一开关K1驱动电压的需求。例如，在一实施方式中，第一开关K1选用12V驱动的MOS管。而控制器30只能输出电压为3.3V的第一电压检测信号，所以通过电平转换支路40进行转换，以输出电压为12V的第二电压检测信号。从而，在保持信号的逻辑不变的前提下，提高了信号的电压，以驱动第一开关K1导通。

此外，通过设置第一开关K1，还能够在需要对电池采样芯片60进行自检时，才导通第一开关K1以获取第一分压支路70输出的第二电压。换言之，只有在导通第一开关K1时，第一电阻R1与第二电阻R2才会对电池200的电能进行消耗。而在无需对电池采样芯片60自检时，则保持断开第一开关K1，可以达到节省能耗的目的。

在一实施例中，请继续参照图6，电平转换支路40包括电平转换芯片U4。

其中，电平转换芯片U4的第一输入端(即A引脚)与控制器的第六端(即控制器的第6引脚)连接，以输入第一电压检测信号。电平转换芯片U4的第一输出端(即E引脚)与第一开关K1连接，以输出第二电压检测信号至第一开关K1的控制端。电平转换芯片U4的第二输入端(即C引脚)与信号锁存支路20的第三端(即对应图5所示的3Y引脚)连接，以输入第一控制信号或第二控制信号。电平转换芯片U4的第二输出端(即G引脚)与驱动支路50的第一端连接，以输出第三控制信号至驱动支路50的第一端。

在一实施方式中，电平转换芯片U4可选用型号为CD40109BNSR等的电平转换芯片。

具体地，当需要对电池采样芯片60进行自检时，控制器30的第六端输出第一电压检测信号至A引脚，以使E引脚输出第二电压检测信号至第一开关K1的控制端，以控制第一开关K1导通。

当信号锁存支路20的第三端输出第一控制信号或第二控制信号时，第一控制信号或第二控制信号输入至C引脚，以使G引脚输出相应的电平信号。具体为，当第一控制信号(在该实施例中为低电平)输入至C引脚时，G引脚也输出低电平；当第二控制信号(在该实施例中为高电平)输入至C引脚时，G引脚也输出高电平(在该实施例中为第三控制信号)。

在一实施例中，驱动支路50包括第一开关管Q1与第二开关管Q2。

其中，第一开关管Q1的第一端与第二开关管Q2的第一端均与电平转换支路40的第二端(即)连接，第一开关管Q1的第三端用于输入第四电压，第一开关管Q1的第二端分别与第二开关管Q2的第二端及放电开关S1的控制端连接，第二开关管Q2的第三端接地。

具体地，当电平转换芯片U4的G引脚输出低电平时，第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通。放电开关S1的控制端通过第十七电阻R17与第二开关管Q2接地GND。放电开关S1的控制端被强制拉低，即放电开关S1的控制端为低电平，放电开关S1关断。

当电平转换芯片U4的G引脚输出低电平时，第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断。放电开关S1的控制端通过第一开关管Q1、第十五电阻R15与第十六电阻R16并联组成的电路连接至第四电压V4。放电开关S1的控制端被强制拉高，即放电开关S1的控制端为高电平，放电开关S1导通。

在该实施例中，通过设置第一开关管Q1与第二开关管Q2，能够增强驱动放电开关S1的能力，以使放电开关S1更加稳定的导通与关断，有利于电池管理电路100的稳定运行。

其中，在该实施例中，以第一开关管Q1为NPN型三极管，且第二开关管Q2为PNP型三极管为例。NPN型三极管的基极为第一开关管Q1的第一端，NPN型三极管的发射极为第一开关管Q1的第二端，NPN型三极管的集电极为第一开关管Q1的第三端。PNP型三极管的基极为第二开关管Q2的第一端，PNP型三极管的发射极为第二开关管Q2的第二端，PNP型三极管的集电极为第二开关管Q2的第三端。

除此之外，第一开关管Q1与第二开关管Q2还可以是任何可控开关，比如，绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件、集成门极换流晶闸管（IGCT）器件、门极关断晶闸管（GTO）器件、可控硅整流器（SCR）器件、结栅场效应晶体管（JFET）器件、MOS控制晶闸管（MCT）器件等。

在另一实施例中，该电池管理电路100还包括第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16与第十七电阻R17。

其中，第九电阻R9的第一端与控制器30的第六端连接，第九电阻R9的第二端与第十电阻R10的第一端及电平转换芯片U4的A引脚连接，第十电阻R10与第三电容并联连接，第十一电阻R11的第一端与电平转换芯片U4的E引脚连接，第十一电阻R11与第四电容C4并联连接，第五电容C5的第一端分别与第八电压及电平转换芯片U4的第一电源端连接，第十二电阻R12的第一端分别与第六电容C6的第一端及第四电压连接，第十二电阻R12的第二端分别与电平转换芯片U4的第一使能引脚(即电平转换芯片U4的AEN引脚)、电平转换芯片U4的第二使能引脚(即电平转换芯片U4的BEN引脚)、电平转换芯片U4的第三使能引脚(即电平转换芯片U4的CEN引脚)及电平转换芯片U4的第四使能引脚(即电平转换芯片U4的DEN引脚)连接，第十三电阻R13的第一端与电平转换芯片U4的G引脚连接，第十三电阻R13的第二端与第三开关管Q3的第一端连接，第十四电阻R14的第一端与电平转换芯片U4的C引脚连接，第十四电阻R14的第二端与信号锁存支路20的第三端连接，第十五电阻R15的第一端分别与第七电容C7的第一端及第四电压V4连接，第十五电阻R15的第二端与第三开关管Q3的第三端连接，第十五电阻R15与第十六电阻R16并联连接，第十七电阻R17的第一端与第三开关管Q3的第二端连接，第十七电阻R17的第二端与放电开关S1的控制端连接，第十电阻R10的第二端、第十一电阻R11的第二端、第五电容C5的第二端、第六电容C6的第二端及第七电容C7的第二端均接地GND。

具体地，第九电阻R9、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15与第十六电阻R16均为限流电阻。第十电阻R10与第三电容C3用于滤波。第十一电阻R11与第四电容C4用于滤波。第五电容C5、第六电容C6与第七电容C7均用于滤波。

在一实施例中，请参照图7，图7示出了在图1所示的结构上增加电压转换支路80与第二分压支路90的电池管理电路100的一种结构。

如图7所示，电池管理电路100还包括电压转换支路80与第二分压支路90。其中，电压转换支路80的第一端与电池200连接，电压转换支路80的第二端与第二分压支路90的第一端连接，第二分压支路90的第二端与控制器30的第七端(即控制器30的第7引脚)连接。

具体地，电压转换支路80用于对电池200的电压进行转换，以输出第四电压至第二分压支路90的第一端。第二分压支路90用于对第四电压进行分压，以输出第五电压至控制器30的第七端。控制器30还用于基于第五电压确定第四电压的大小，以确定第四电压是否异常。

其中，第三控制信号的电压为第四电压。亦即，控制放电开关S1的电压为第四电压。

在该实施例中，通过设置电压转换支路80，能够将电池200的电压转换为能够驱动放电开关S1的电压。通过设置第二分压支路90，则能够使控制器30实时检测该第四电压是否稳定，以防止放电开关S1因第四电压不稳定而被烧毁，有利于延长放电开关S1的使用寿命。

例如，在一些实施方式中，放电开关S1选用MOS管，且MOS管的驱动电压(即第四电压)为12V。在该种情况下，该MOS管的实际驱动电压必须大于8V才能够保证MOS管处于完全导通的状态。而当MOS管的实际驱动电压小于8V时，则MOS管处于半导通状态，此时的MOS管等效于大电阻。若MOS管上流过大电流，则很容易导致MOS管上的功率过大而损坏MOS管。因此，需要实时检测12V是否稳定。

在一实施方式中，如图8所示，电压转换支路80包括开关电源U5，第二分压支路90包括第三电阻R3与第四电阻R4。

其中，开关电源U5的输入端与电池200连接，开关电源U5的输出端与第三电阻R3的第一端连接，第三电阻R3的第二端分别与第四电阻R4的第一端及控制器30的第七端连接，第四电阻R4的第二端接地GND。

具体地，上述控制方案中的开关电源U5在本领域是众所周知的，因此在此不再描述它的操作。第三电阻R3与第四电阻R4用于对第四电压进行分压，并在第三电阻R3与第四电阻R4之间的连接端输出第五电压至控制器30的第七端。控制器30基于第五电压可确定第四电压的大小，从而确定第四电压是否异常。

在一实施例中，请参照图9，图7示出了在图1所示的结构上增加充电开关S2的电池管理电路100的一种结构。

如图9所示，电池管理电路100还包括充电开关S2。其中，充电开关S2连接于电流检测支路10与放电开关S1之间，且充电开关S2的控制端与控制器30的第九端(即控制器30的第9引脚)连接。

具体地，控制器30还用于输出第三软件使能信号，第三软件使能信号用于控制充电开关S2关断。可理解，第三软件使能信号同样可通过上述实施例中的电平转换40进行电平转换，并可设置相应的驱动支路以增强驱动能力，之后才用于驱动充电开关S2。具体实现过程与放电开关S1类似。并且，在本申请任一实施例中均可设置充电开关S1，具体设置方式与图9所示的方式相同，其在本领域技术人员容易理解的范围内，这里不再赘述。此外，在本申请的任一实施例中，放电开关S1与充电开关S2通常为同时导通，并同时关断，例如，在图1所示的实施例中，若因出现短路而关断放电开关S1，则也会同时关断充电开关S2。

电流检测支路10还用于检测电池200充电的电流。控制器30还用于在输出第一软件使能信号与第三软件使能信号后，若通过电流检测支路10获取到电池200的放电电流或充电电流，则确定充电开关S2与放电开关S1中的至少一个开关出现异常。

在该实施例中，当出现充电保护(例如充电过程中的短路保护)或放电保护(例如放电过程中的短路保护)等情况，均需要同时关断充电开关S2与放电开关S1。其中，由上述实施例可知，控制器30输出第一软件使能信号用于关断放电开关S1，控制器30输出第三软件使能信号用于关断充电开关S2。那么，在控制器30输出第一软件使能信号和第三软件使能信号后，充电开关S2与放电开关S1应均被关断，此时放电电流与充电电流均应该为零。而在该种情况下，若控制器30通过电流检测支路10还能够检测到充电电流或放电电流，则可确定放电开关S1、或充电开关S2、或充电开关S2与放电开关S1未被关断。从而，控制器30可确定放电开关S1、或充电开关S2、或充电开关S2与放电开关S1出现异常，即充电开关S2与放电开关S1中的至少一个开关出现异常。

在一实施例中，如图10所示，该电池管理电路100还包括熔断丝FU。其中，熔断丝FU的第一端分别与电池200及控制器30的第十端(即控制器30的第10引脚)连接，熔断丝FU的第二端分别与外部设备300及控制器30的第十一端(即控制器30的第11引脚)连接。

具体地，控制器30还用于：获取熔断丝FU第一端的第六电压，以及获取熔断丝FU第二端的第七电压。若第六电压与第七电压之间的差值的绝对值大于第二差值阈值，则确定熔断丝FU已熔断。反之，若第六电压与第七电压之间的差值的绝对值不大于第二差值阈值，可认为熔断丝FU的第一端与第二端之间的电压应相等或接近相等，此时熔断丝FU相当于导线，可确定熔断丝FU未熔断。其中，第二差值阈值可根据实际应用情况进行设置，本申请实施例对此不作具体限制。

本申请实施例还提供一种电池管理系统。该电池管理系统包括本申请任一实施例中的电池管理电路100。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；在本申请的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本申请的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的范围。

Claims (14)

1.一种电池管理电路，其特征在于，包括：

放电开关、电流检测支路、信号锁存支路与控制器；

所述电流检测支路的第一端与所述电池连接，所述电流检测支路的第二端与所述放电开关的第一端连接，所述放电开关的第二端与外部设备连接，所述电流检测支路的第三端分别与所述信号锁存支路的第一端及所述控制器的第一端连接，所述控制器的第二端与所述信号锁存支路的第二端连接，所述信号锁存支路的第三端与所述放电开关的控制端连接；

所述电流检测支路用于检测所述电池放电的电流，并在所述电流大于第一电流阈值时输出短路信号至所述信号锁存支路的第一端及所述控制器的第一端；

所述控制器用于若接收到所述短路信号的连续时长大于第一时长阈值，则输出第一软件使能信号至所述信号锁存支路的第二端；

所述信号锁存支路用于在接收到所述短路信号与所述第一软件使能信号中的至少一个信号时输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述放电开关关断。

2.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括电平转换支路；

所述控制器的第三端与所述信号锁存支路的第四端连接，所述信号锁存支路的第三端与所述电平转换支路的第一端连接，所述电平转换支路的第二端与所述放电开关的控制端连接；

所述控制器还用于在输出第一软件使能信号之后，若确定所述电池与所述外部设备之间的连接被断开，则输出短路清除信号与第二软件使能信号，其中，所述短路清除信号输入至所述信号锁存支路的第四端，以清除所述信号锁存支路中的信号，所述第二软件使能信号输入至所述信号锁存支路的第二端；

所述信号锁存支路还用于在未接收到所述短路信号与所述第一软件使能信号，且接收到所述第二软件使能信号时输出第二控制信号至所述电平转换支路的第一端；

所述电平转换支路用于将所述第二控制信号转换为第三控制信号，所述第三控制信号用于控制所述放电开关导通；

其中，所述第三控制信号与所述第二控制信号的逻辑相同，且所述第三控制信号的电压大于所述第二控制信号的电压。

3.根据权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括驱动支路；

所述驱动支路的第一端与所述电平转换支路的第二端连接，所述驱动支路的第二端与所述放电开关的控制端连接，所述驱动支路用于提升所述第三控制信号的电流驱动能力，以驱动所述放电开关导通。

4.根据权利要求3所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括电池采样芯片与第一分压支路；

所述电池采样芯片的第一端与所述电池连接，所述电池采样芯片的第二端与所述控制器的第四端连接，所述第一分压支路的第一端与所述电池的正极连接，所述第一分压支路的第二端与所述电池的负极连接，所述第一分压支路的第三端与所述控制器的第五端连接；

所述电池采样芯片用于获取所述电池的第一电压，并将所述第一电压输入至所述控制器的第四端；

所述第一分压支路用于对所述电池的电压进行分压，并输出第二电压至所述控制器的第五端；

所述控制器还用于：

基于所述第二电压确定所述电池的第三电压；

判断所述第一电压与所述第三电压之间的差值的绝对值是否小于第一差值阈值；

若是，则确定所述电池采样芯片未出现异常；

若否，则确定所述电池采样芯片出现异常。

5.根据权利要求4所述的电池管理电路，其特征在于，所述第一分压支路包括串联连接的第一电阻、第一开关与第二电阻，所述第一开关的控制端与所述电平转换支路的第四端连接，所述电平转换支路的第三端与所述控制器的第六端连接；

所述控制器还用于输出第一电压检测信号至所述电平转换支路的第三端；

所述电平转换支路还用于将所述第一电压检测信号转换为第二电压检测信号，所述第二电压检测信号用于控制所述第一开关导通；

其中，所述第二电压检测信号与所述第一电压检测信号的逻辑相同，所述第二电压检测信号的电压大于所述第二电压检测信号的电压，并且，在所述第一开关导通时，所述第一电阻与所述第二电阻对所述电池的电压进行分压，以输出所述第二电压。

6.根据权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括电压转换支路与第二分压支路；

所述电压转换支路的第一端与所述电池连接，所述电压转换支路的第二端与所述第二分压支路的第一端连接，所述第二分压支路的第二端与所述控制器的第七端连接；

所述电压转换支路用于对所述电池的电压进行转换，以输出第四电压至所述第二分压支路的第一端；

所述第二分压支路用于对所述第四电压进行分压，以输出第五电压至所述控制器的第七端；

所述控制器还用于基于所述第五电压确定所述第四电压的大小，以确定所述第四电压是否异常；

其中，所述第三控制信号的电压为所述第四电压。

7.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括充电开关，所述充电开关连接于所述电流检测支路与所述放电开关之间，且所述充电开关的控制端与所述控制器的第九端连接；

所述控制器还用于输出第三软件使能信号，所述第三软件使能信号用于控制所述充电开关关断；

所述电流检测支路还用于检测所述电池充电的电流；

所述控制器还用于在输出所述第一软件使能信号与所述第三软件使能信号后，若通过所述电流检测支路获取到所述电池的放电电流或充电电流，则确定所述充电开关与所述放电开关中的至少一个开关出现异常。

8.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述电流检测支路包括采样电阻、运放与比较器；

所述采样电阻的第一端分别与所述电池及所述运放的第一输入端连接，所述采样电阻的第二端分别与所述放电开关的第一端及所述运放的第二输入端连接，所述运放的输出端分别与所述控制器的第八端及所述比较器的第一输入端连接，所述比较器的第二输入端用于输入参考电压，所述比较器的输出端分别与所述控制器的第一端及所述信号锁存支路的第一端连接。

9.根据权利要求2所述的电池管理电路，其特征在于，所述信号锁存支路包括或非门芯片，所述或非门芯片包括第一路或非门、第二路或非门、第三路或非门与第四路或非门；

所述第一路或非门的第一输入端与所述控制器的第三端连接，以输入所述短路清除信号，所述第一路或非门的第二输入端与所述第二路或非门的输出端连接，所述第一路或非门的输出端分别与所述第二路或非门的第一输入端及所述第三路或非门的第一输入端连接，所述第二路或非门的第二输入端与所述电流检测支路的第三端连接，以输入所述短路信号，所述第三路或非门的第二输入端与所述第四路或非门的输出端连接，所述第三路或非门的输出端与所述电平转换支路的第一端连接，以输出所述第一控制信号或所述第二控制信号至所述电平转换支路的第一端，所述第四路或非门的第一输入端分别与所述第四路或非门的第二输入端及所述控制器的第二端连接。

10.根据权利要求3所述的电池管理电路，其特征在于，所述驱动支路包括第一开关管与第二开关管；

所述第一开关管的第一端与所述第二开关管的第一端均与所述电平转换支路的第二端连接，所述第一开关管的第三端用于输入第四电压，所述第一开关管的第二端分别与所述第二开关管的第二端及所述放电开关的控制端连接，所述第二开关管的第三端接地。

11.根据权利要求5所述的电池管理电路，其特征在于，所述电平转换支路包括电平转换芯片；

所述电平转换芯片的第一输入端与所述控制器的第六端连接，以输入所述第一电压检测信号，所述电平转换芯片的第一输出端与所述第一开关连接，以输出所述第二电压检测信号至所述第一开关的控制端，所述电平转换芯片的第二输入端与所述信号锁存支路的第三端连接，以输入所述第一控制信号或所述第二控制信号，所述电平转换芯片的第二输出端与所述驱动支路的第一端连接，以输出所述第三控制信号至所述驱动支路的第一端。

12.根据权利要求6所述的电池管理电路，其特征在于，所述电压转换支路包括开关电源，所述第二分压支路包括第三电阻与第四电阻；

所述开关电源的输入端与所述电池连接，所述开关电源的输出端与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述第四电阻的第一端及所述控制器的第七端连接，所述第四电阻的第二端接地。

13.根据权利要求1所述的电池管理电路，其特征在于，所述电池管理电路还包括熔断丝；

所述熔断丝的第一端分别与所述电池及所述控制器的第十端连接，所述熔断丝的第二端分别与所述外部设备及所述控制器的第十一端连接；

所述控制器还用于：

获取所述熔断丝第一端的第六电压，以及获取所述熔断丝第二端的第七电压；

若所述第六电压与所述第七电压之间的差值的绝对值大于第二差值阈值，则确定所述熔断丝已熔断。

14.一种电池管理系统，其特征在于，包括电池以及如权利要求1-13任意一项所述的电池管理电路。

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