CN116470606A - 计数模块、电池保护电路和电池管理系统 - Google Patents

计数模块、电池保护电路和电池管理系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开一种应用于电池异常的计数模块，其特征在于，所述电池异常的计数模块接收到控制单元对保护时长与预设时间阈值的比较结果；根据比较结果，电池异常的计数模块的计数值累加或不累加或清零；所述的保护时长是由第一计时器受控制单元的控制计时得到。本申请技术方案，可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。

Description

计数模块、电池保护电路和电池管理系统
本申请为2022年03月25日递交中国专利局，申请号为CN202210306621.7，申请名称为“电池保护电路、芯片、基于MCU的电池管理系统及方法”的中国专利申请的分案，本申请全部内容包含在母案中。
技术领域
本发明涉及电池保护电路技术领域，尤其涉及计数模块、电池保护电路和电池管理系统。
背景技术
电池可以为多种电子产品提供续航。通常，电子产品中的电池可以由电池管理系统(BMS，Battery Management System)进行管理。
现有技术中的部分BMS芯片可以实现锁存器保护功能，具体过程是通过感测到异常信号后触发计数，在计数达到一定数目后就会触发锁存器保护功能。现有技术中，在长时间感测不到异常信号时，计数就会清零，从而不会触发锁存器保护功能。
由此，本申请的发明人在研究中发现，现有技术的锁存器保护功能，只是监测到短暂的异常信号并进行计数，对于触发次数较少的，但是异常持续时间较长的情况就无法监测，然而此种异常也属于电池的不正常工作状态，会影响电池的寿命和工作效率。
发明内容
本申请实施例提供计数模块、电池保护电路和电池管理系统，相比于现有技术，可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。
第一方面，本申请提供一种应用于电池异常的计数模块，其特征在于，所述电池异常的计数模块接收到控制单元对保护时长与预设时间阈值的比较结果；根据比较结果，电池异常的计数模块的计数值累加或不累加或清零；所述的保护时长是由第一计时器受控制单元的控制计时得到。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，数据采集单元采集电池数据传输到控制单元，控制单元根据收到的电池数据控制第一计时器获得对应的所述保护时长。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块达到预设值后，触发锁存器保护功能。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块从零开始进行计数值的累加，当计数到预设值时，触发控制单元进行锁存器保护功能。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块可以不同类型的异常设置对应的锁存器保护功能，并且根据不同类型的异常，对应设置相应的预设值。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块可以将同一类型的异常预先配置为多种等级的监测，并且为不同等级的监测设置对应的计数值的乘数系数。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块，其特征在于，对异常监测可以分为三档，触发第一档异常增加的值乘以0.1，触发第二档异常增加的值乘以0.5，触发第三档异常增加的值乘以1。
结合第一方面，在一种可行的实现方式中，应用于电池异常的计数模块是第二计时器。
第二方面，本申请提供一种电池保护电路，其特征在于，包括如第一方面中任一项所述的应用于电池异常的计数模块。
第三方面，本申请提供一种基于MCU的电池管理系统，其特征在于，包括如第一方面中任一项所述的应用于电池异常的计数模块。
本申请提供计数模块、电池保护电路和电池管理系统，通过数据采集单元采集电池数据，对电池数据进行处理，在监控到异常时，控制第一计时器开始计时，在异常消失，控制第一计时器停止计时，获得对应的保护时长，将保护时长与预设时间阈值进行对比，根据比较结果，控制第二计时器进行累加或清零，在第二计时器达到预设计时后，触发锁存器保护功能，相比于现有技术，就可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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他的附图。
图1a和图1b是本申请实施例中的一种电池保护电路的结构示意图；
图2是本申请又一个实施例提供的电池保护电路的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的电池管理芯片的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的又一种电池管理芯片的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种基于MCU的电池管理系统的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种电池保护方法的流程示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
参见图1a和图1b，在本申请的一个实施例中，提供了一种电池保护电路。
如图1a，所述电池保护电路，包括：
采集电池数据的数据采集单元1；
对电池数据进行处理，控制第一计时器开始计时以及停止计时的控制单元2；
在控制单元2的控制下进行计时并获得对应的保护时长的第一计时器3；
在控制单元2的控制下，根据保护时长与预设时间阈值的比较结果进行计时或清零操作的第二计时器4；
以及在第二计时器4的计时达到预设计时后，在控制单元2的控制下触发锁存器保护功能的开关电路5。
本实施例中的电池保护电路，通过数据采集单元采集电池数据，对电池数据进行处理，在监控到异常时，控制第一计时器开始计时，在异常消失，控制第一计时器停止计时，获得对应的保护时长，将保护时长与预设时间阈值进行对比，根据比较结果，控制第二计时器进行累加或清零，在第二计时器达到预设计时后，触发锁存器保护功能，相比于现有技术，就可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。
下面基于图1b，在本申请的更为详细的实施例中说明上述电池保护电路。
如图1b中，电池保护电路包括数据采集单元1、控制单元2、第一计时器3、第二计时器4以及开关电路5。
数据采集单元1，采集电池的电池数据，并发送给控制单元2。数据采集单元1采集的电池数据可以是电压信号、电流信号、温度信号等等。
数据采集单元1中包括模数转换单元(ADC)101，可以将电池数据中的电压、电流或温度的模拟信号转换为数字信号。在本申请实施例中，如果以过压监测为例，数据采集单元1采集电池的电压信号，并通过ADC 101将模拟的电压信号转换为数字信号。
控制单元2，对电池数据进行处理，控制第一计时器3开始计时以及停止计时。具体的，控制单元2监测到电池数据符合预设的异常条件，就控制第一计时器3进行计时(即计数值的累加)，当控制单元2监测到电池数据不符合预设的异常条件，就控制第一计时器3停止计时。
具体的，控制单元2包括寄存器201、数模转换单元(DAC)202和比较器203；模数转换单元101的输出端连接寄存器201的输入端；寄存器201的输出端连接数模转换单元202；数模转换单元202的输出端连接比较器203的一个输入端，比较器203的另一输入端连接基准信号；比较器203的输出端连接所述第一计时器3。
ADC 101采集电池的电池数据，并转换为数字信号。寄存器201将数字信号进行暂存，再通过DAC 202转换为模拟信号输入比较器203，比较器203将电池数据的模拟信号与基准信号进行比较，通过比较结果对异常进行监测，当监测到异常时，输出有效信号给第一计时器3，使第一计时器3开始计时，当比较结果说明异常消失，比较器203输出无效信号给第一计时器3，第一计时器3停止计时。
在一个实施例中，以监测电池是否过压为例，基准信号可以是基准电压信号，当DAC 202输出的模拟电压信号高于基准电压信号时，就意味着监测到过压，第一计时器3就开始计时。本申请的实施例中，还可以对过流、过温等其它异常进行监测，在此就不再详细赘述。
控制单元2控制第一计时器3开始计时，以及控制第一计时器3停止计时，就可以得到异常持续的保护时长。控制单元2在从第一计时器3获取保护时长后，控制第一计时器3复位清零。
控制单元2将保护时长，与预设时间阈值进行比较，在保护时长大于预设时间阈值时，就控制第二计时器4计时(即计数值的累加)，在保护时长不超过预设时间阈值，意味着异常为不符合一定时长的异常，第二计时器4并不进行计数值的累加。
第二计时器4，从零开始进行计数值的累加，当计数到预设值时，控制单元2控制触发锁存器保护功能，即控制单元2控制开关电路5切断开关。开关电路5可以但不限于连接在电池和负载之间。控制单元2在控制触发锁存器保护功能时，控制第二计时器4进行复位清零。
参见图2，在本申请的又一个实施例中，提供了一种电池保护电路。
所述电池保护电路，包括：
采集电池数据的数据采集单元1；
对电池数据进行处理，控制第一计时器开始计时以及停止计时的控制单元2；
在控制单元2的控制下进行计时并获得对应的保护时长的第一计时器3；
在控制单元2的控制下，根据保护时长与预设时间阈值的比较结果进行计时或清零操作的第二计时器4；
以及在第二计时器4的计时达到预设计时后，在控制单元2的控制下触发锁存器保护功能的开关电路5。
其中，数据采集单元1包括模数转换单元101，控制单元2中包括寄存器201、数模转换单元202和比较器203。模数转换单元101的输出端连接寄存器201的输入端；寄存器201的输出端连接数模转换单元202；数模转换单元202的输出端连接比较器203的一个输入端。
在本申请实施例中，所述电池保护电路还包括MCU 6。
MCU 6连接模数转换单元101以及数模转换单元202，模数转换单元101在MCU 6的控制下进行模拟信号的采样。数模转换单元202在MCU 6的控制下进行数模转换。
控制单元2还包括多路复用器204，多路复用器204的输入端连接由MCU 6校准输出的至少两路基准信号，在本申请的实施例中仅示意为第一基准电压和第二基准电压。MCU 6连接多路复用器204的数据选择信号端，可以对多路基准信号如第一基准电压和第二基准电压之间进行选择，并将选择的基准信号从多路复用器204的输出端输出。多路复用器204的输出连接比较器203的另一个输入端。
本申请实施例中的电池保护电路，可以设置不同阈值电压，MCU激活校准信号并施加不同的基准电压，以校准由老化、工艺变化或其他因素引起的偏移和增益误差。例如，通过识别数模转换器的输入来确定偏移，该输入产生最接近于已知的基准电压的输出，其中由数模转换器的输入值名义上产生的电压与基准电压的差异即是偏移。
参见图3，在本申请的一个实施例中，提供了一种电池管理芯片。
如图3，电池管理芯片300，包括：
采集电池数据的数据采集单元31；
对电池数据进行处理，控制第一计时器33开始计时以及停止计时的控制单元32；
在控制单元32的控制下进行计时并获得对应的保护时长的第一计时器33；
在控制单元32的控制下，根据保护时长与预设时间阈值的比较结果进行计时或清零操作的第二计时器34；
以及在第二计时器34的计时达到预设计时后，在控制单元32的控制下触发保护功能的开关电路35。
其中，数据采集单元31包括模数转换单元311，控制单元32中包括寄存器321、数模转换单元322和比较器323；模数转换单元311的输出端连接寄存器321的输入端；寄存器321的输出端连接数模转换单元322；数模转换单元322的输出端连接比较器323的一个输入端，比较器323的另一输入端连接基准信号；比较器323的输出端连接第一计时器33。
模数转换单元311采集电池的电池数据，并转换为数字信号。寄存器321将数字信号进行暂存，再通过数模转换单元322转换为模拟信号输入比较器323，比较器323将电池数据的模拟信号与基准信号进行比较，通过比较结果对异常进行监测，当监测到异常时，输出有效信号给第一计时器33，使第一计时器33开始计时；当比较结果说明异常消失，比较器323输出无效信号给第一计时器33，第一计时器3停止计时。
控制单元32控制第一计时器33开始计时，以及控制第一计时器33停止计时，就可以得到异常持续的保护时长。控制单元32在从第一计时器33获取保护时长后，控制第一计时器33复位清零。
控制单元32将保护时长，与预设时间阈值进行比较，在保护时长大于预设时间阈值时，就控制第二计时器34计时(即计数值的累加)，在保护时长不超过预设时间阈值，意味着异常为不符合一定时长的异常，第二计时器34并不进行计数值的累加。
第二计时器34，从零开始进行计数值的累加，当计数到预设值时，控制单元32控制触发锁存器保护功能，即控制单元32控制开关电路35切断开关。开关电路35可以但不限于连接在电池和负载之间。控制单元32在控制触发锁存器保护功能时，控制第二计时器34进行复位清零。
本申请实施例提供的电池管理芯片，通过数据采集单元采集电池数据，对电池数据进行处理，在监控到异常时，控制第一计时器开始计时，在异常消失，控制第一计时器停止计时，获得对应的保护时长，将保护时长与预设时间阈值进行对比，根据比较结果，控制第二计时器进行累加或清零，在第二计时器达到预设计时后，触发锁存器保护功能，相比于现有技术，就可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。
参见图4，在本申请的另一个实施例中也提供了一种电池管理芯片。
与图3实施例的差别在于，本实施例中的电池管理芯片400，还包括MCU 46。控制单元42中还包括多路复用器424。
本申请实施例中，MCU 46连接模数转换单元411以及数模转换单元422，模数转换单元411在MCU 46的控制下进行模拟信号的采样。数模转换单元422在MCU 46的控制下进行数模转换。
多路复用器424的输入端连接由MCU 46校准输出的至少两路基准信号(在本申请的实施例中仅示意为第一基准电压和第二基准电压)。MCU 46连接多路复用器424的数据选择信号端，可以对多路基准信号如第一基准电压和第二基准电压之间进行选择，并将选择的基准信号从多路复用器424的输出端输出。多路复用器424的输出连接比较器423的另一个输入端。
本申请实施例中的电池管理芯片，可以设置不同阈值电压，MCU激活校准信号并施加不同的基准电压，以校准由老化、工艺变化或其他因素引起的偏移和增益误差。例如，通过识别数模转换器的输入来确定偏移，该输入产生最接近于已知的基准电压的输出，其中由数模转换器的输入值名义上产生的电压与基准电压的差异即是偏移。
参见图5，在本申请的实施例中还提供一种基于MCU的电池管理系统。
电池管理系统，包括数据采集单元51、控制单元52、第一计时器53、第二计时器54、开关电路55以及MCU 56。
数据采集单元51，用于采集电池数据；
控制单元52，用于对电池数据进行处理，控制第一计时器53开始计时以及停止计时；
控制单元52，还用于获得对应的保护时长，根据保护时长与预设时间阈值的比较结果，控制第二计时器54进行计时或者清零；
开关电路55用于在第二计时器54的计时达到预设计时后，在控制单元52的控制下触发保护功能。
在本申请的实施例中，具体的，数据采集单元51包括模数转换单元511，所述控制单元52中包括寄存器521、数模转换单元522、比较器523以及多路复用器524。
MCU 56与模数转换单元511以及数模转换单元522分别连接；模数转换单元511的输出端连接寄存器521的输入端；寄存器521的输出端连接数模转换单元522；数模转换单元522的输出端连接比较器523的一个输入端。多路复用器524的输入端连接由MCU 56校准输出的至少两路基准信号；MCU 56连接多路复用器524的数据选择信号端；多路复用器524的输出端连接比较器523的另一个输入端。
本申请实施例中的电池管理系统的工作原理，与前述实施例相类似，在此就不再赘述。
参见图6，在本申请的一个实施例中，还提供了电池保护方法。本实施例中的电池保护方法，可以应用于前述实施例中的电池保护电路、电池管理芯片或电池管理系统。
本申请实施例中的电池保护方法，包括：
S61，采集电池数据；
具体的，采集的电池数据可以是电压信号、电流信号、温度信号等等。例如，可以通过模数转换单元将电池数据中的电压、电流或温度的模拟信号转换为数字信号进行采集。
S62，对所述电池数据进行处理，控制第一计时器开始计时以及停止计时，并获得对应的保护时长；
具体的，当监测到电池数据符合预设的异常条件，就控制第一计时器进行计时(即计数值的累加)，当监测到电池数据不符合预设的异常条件，就控制第一计时器停止计时。
例如，将所述电池数据与基准信号对比，当符合预设的比较结果时控制所述第一计时器进行计时，当不符合预设的比较结果时控制所述第一计时器停止计时；所述基准信号由预先的配置确定，或者从预先配置的多路基准信号中由多路复用器进行选择。
保护时长即为开始计时与停止计时之间的时间段。
S63，根据所述保护时长与预设时间阈值的比较结果控制第二计时器进行计时或清零操作；
具体的，所述预设时间阈值由用户预先的配置指令进行配置。例如，预设的时长阈值可以根据不同的异常情况做预设，如有十六种时间阈值可以让用户进行配置，过压保护很容易就触发，就可以把时长阈值调高，比如调整成为累加值达到60min才可以触发，如果希望更敏感一些，那就把阈值降低，调整为累加时间达到5min就触发保护。
S64，在所述第二计时器的计时达到预设计时后，触发锁存器保护功能。
具体的，在本申请的一个实施例中，可以针对不同类型的异常设置对应的锁存器保护功能，并且根据不同类型的异常，对应设置相应的第二计时器需要累积的所述预设计时。
例如，对于多种类型的异常(过压、放电过流、短路)，每一种类型可以对应单个异常检测：可以设置四个档位进行选择，具体包括0.1、0.3、0.7、1(即预设计时的乘数系数)，四个档位让用户进行配置，如在温度比较高的地方，低温保护所对应的危险的严重程度就比较小，从而可以将低温保护触发都设置为0.1，然后高温保护设置为1，其余各种异常都可以有类似的配置，最后一段时间内如果持续出现异常，就不断地进行累加，直到触发保护功能，如果一段时间内没有触发异常，也会将目前的累加值清零。
在本申请的另一实施例中，还可以将同一类型的异常预先配置为多种等级的监测等级；并且为不同等级的监测等级设置对应的增加计时值的乘数系数。
例如，对某种类型的异常监测，可以分为三档，其中一、二档主要进行监控预警，所以增加的计时值可以乘以系数，如触发一档异常增加的值乘以0.1(即在一档情况下，增加计时值的乘数系数为0.1)，触发二档异常增加的值乘以0.5(即在二档情况下，增加计时值的乘数系数为0.5)，增加三档就会增加的值乘以1。
上述实施例提供的电池保护方法，通过数据采集单元采集电池数据，对电池数据进行处理，在监控到异常时，控制第一计时器开始计时，在异常消失，控制第一计时器停止计时，获得对应的保护时长，将保护时长与预设时间阈值进行对比，根据比较结果，控制第二计时器进行累加或清零，在第二计时器达到预设计时后，触发锁存器保护功能，相比于现有技术，就可以对持续时间较长的异常进行监测，从而可以更加全面地对电池进行保护，保护电池的寿命，提高电池效率。
以上上述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于电池异常的计数模块，其特征在于，所述电池异常的计数模块接收到控制单元对保护时长与预设时间阈值的比较结果；
根据比较结果，电池异常的计数模块的计数值累加或不累加或清零；
所述的保护时长是由第一计时器受控制单元的控制计时得到。
2.根据权利要求1所述的应用于电池异常的计数模块，其特征在于，包括：数据采集单元采集电池数据传输到控制单元，控制单元根据收到的电池数据控制第一计时器获得对应的所述保护时长。
3.根据权利要求1所述的应用于电池异常的计数模块达到预设值后，触发锁存器保护功能。
4.根据权利要求3所述的应用于电池异常的计数模块从零开始进行计数值的累加，当计数到预设值时，触发控制单元进行锁存器保护功能。
5.根据权利要求4所述的应用于电池异常的计数模块可以不同类型的异常设置对应的锁存器保护功能，并且根据不同类型的异常，对应设置相应的预设值。
6.根据权利要求1所述的应用于电池异常的计数模块可以将同一类型的异常预先配置为多种等级的监测，并且为不同等级的监测设置对应的计数值的乘数系数。
7.根据权利要求6所述的应用于电池异常的计数模块，其特征在于，对异常监测可以分为三档，触发第一档异常增加的值乘以0.1，触发第二档异常增加的值乘以0.5，触发第三档异常增加的值乘以1。
8.根据权利要求1所述的应用于电池异常的计数模块是第二计时器。
9.一种电池保护电路，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的应用于电池异常的计数模块。
10.一种基于MCU的电池管理系统，其特征在于，包括如权利要求1-8中任一项所述的应用于电池异常的计数模块。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH10301619A (ja) * 1997-04-23 1998-11-13 Toshiba Corp 燃料電池発電プラント診断装置
CN113696794A (zh) * 2021-08-27 2021-11-26 南京邮电大学 一种用于新能源汽车用燃料电池冷却的降温系统

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