CN201937301U - 多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型主要公开了一种多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，该集成电路包括：芯片供电电源端子VCC，放电回路电流检测端子VM，芯片地电位端子GND，外置MOSFET充电控制端子CO，外置MOSFET放电控制端子DO，芯片上设置有充检流电阻电压检测端子CS，通过检流电阻连接到芯片地电位端子GND，检测MOS管的内阻变化。本实用新型实时检测MOS管的内阻变化，保证电池组最大允许充放电电流値的稳定不变，MOSFET的选型不受限制，增加系统的安全性，提高检测精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及属于锂离子电池保护集成电路，特别是一种解决多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路。
背景技术
目前，锂离子电池因能量密度高、体积小、重量轻，在便携式电子产品中得到广泛的应用。锂离子电池在使用过程中有一定的要求，过度放电会降低电池寿命，过度充电在降低电池寿命的同时，还会引起电池发鼓，甚至爆炸，因此需要专门保护集成电路来管理锂离子电池充放电。随着便携式电子产品对电池电压和容量要求越来越高，多节电池串联的应用场合越来越多，多节电池串联使用时能够提供的功率更大，放电时产生的热量也越大，电池包温度的升高会使的重放电管理的难度更大。充放电电流过大，会显著的影响电池的使用寿命，甚至造成线路板起火烧毁，有很大的安全隐患，这对电池组的充放电管理提出了更高的要求。
目前市场上普通采用通过检测充放电回路中MOS管上的压降来实现对充放电回路中最大允许放电电流値的检测，从而达到管理电池组充放电的目的，保证其使用安全。
图1为充放电回路中电流检测的电路示意图，芯片工作过程简单说明：
通过VM、VCC端子检测锂电池充放电MOS管P1和P2上的电压差，将检测到的电压差与芯片内部预置的基准参考电压进行比较。
若检测到的电压差小于预置的基准参考电压，则通过DO、CO端子控制外置P型MOSFET（P1、P2）导通，允许电池进行充放电。
若检测到的电压差大于预置的基准参考电压，则通过DO、CO端子控制外置P型MOSFET（P1、P2）关断，禁止电池进行充放电，实现对电池组的保护。
上述方案的缺点
1.电池在充放电过程中，MOS管上的功率损耗会造成MOS管的温度发生显著变化，导致MOS管的导通内阻变化很大，则会使得充放电回路中最大允许的放电电流値发生变化，影响该电池组的使用安全。由于该方案无法检测MOS的内阻变化情况，故无法对其变化做出相应的调整。
2.由于多节锂电池保护IC的充放电管理基准参考电压已预置，需要外置P型MOSFET与之匹配使用，限制了P型MOSFET的类型。
3.温度的过高，使的MOS管允许的最大额定功率降低，在大电流放电时容易造成MOS管损坏，造成电池包失效。
本发明人针对现有锂离子电池组的充放电管理存在的问题，设计出一种优化方案，本案由此产生。
实用新型内容
本实用新型的目的就是提供一种多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，实时检测MOS管的内阻变化，保证电池组最大允许充放电电流値的稳定不变，MOSFET的选型不受限制，增加系统的安全性，提高检测精度。
为了解决上述方案，本实用新型采用的技术方案是：
多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，该集成电路包括：芯片供电电源端子VCC，放电回路电流检测端子VM，芯片地电位端子GND，外置MOSFET充电控制端子CO，外置MOSFET放电控制端子DO，本实用新型的关键点是设置有充检流电阻电压检测端子CS，通过检流电阻连接到芯片地电位端子GND，检测MOS管的内阻变化。
所述集成电路内部包括以下各个单元：
电压采样单元：用来采集检流电阻电压检测端子CS和充放电回路电流检测端子VM两端检测的电压；
基准单元：预设比较参考电压，设定回路最大允许充放电电流；
比较器单元：对检流电阻电压检测端子CS检测电压与基准参考电压进行比较，并给出判断结果；
逻辑控制单元：比较器单元的判断结果通过逻辑运算，控制充放电MOSFET的导通或关断。
在上述基础上还可以进一步包括：
电压运算单元：对检流电阻电压检测端子CS和充放电回路电流检测端子VM两端检测得到的电压进行运算，得出MOS管补偿温度系数；
温度保护单元：预设有温度预设值T0，结合温度补偿系数得出温度保护阈值，并给出温度判断结果，送入逻辑控制单元中。
本实用新型对多节锂电池串联电池组充放电管理的控制方法是：
1、在基准单元中预设基准电压Vref；
2、通过检流电阻电压检测端子CS对检流电阻R上的电压V1进行检测；
3、将得到的电压值V1与预设Vref送入比较器单元中进行比较，若V1大于Vref，则通过逻辑控制单元，关断外置MOSFET；若V1小于Vref，则通过逻辑控制单元，打开外置MOSFET，使其导通。
本控制方法还可以结合温度保护措施：
1、通过充放电回路电流检测端子VM对MOSFET上的电压VM进行检测；
2、将V1和VM送入电压运算单元，计算V2=VM-VCC，得出MOSFET（P1、P2）上的电压差，通过V2计算得到温度补偿系数a =V2/V1；
3、在温度保护单元中预设温度预设值T0，计算出温度保护阈值T1= T0/a；
4、MOS管上的温度达到温度保护阈值T1，则通过逻辑控制单元，关断外置MOSFET，切断充/放电流，降低系统温度。
采用本实用新型具有如下诸多优势：
1、在集成电路中设有充检流电阻电压检测端子CS，实时检测MOS管的内阻变化，根据内阻变化来自动调节预设值，保证电池组最大允许充放电电流值的稳定不变。
2、放电管理基准参考电压预置后可以随内阻变化进行调节，因此MOSFET的选型不再受其内阻变化的限制。
3、增设温度保护单元，对MOSFET进行温度保护，增加系统的安全性。
4、本实用新型大大提高了检测精度高。
附图说明
图1是现有充放电回路中电流检测的电路示意图；
图2是本实用新型较佳实施例的结构示意图；
图3是本实用新型较佳实施例的内部具体电路框架图；
图4是本实用新型较佳实施例的逻辑流程图。
具体实施方式
结合图2～图4，对本实用新型较佳实施例做进一步详细说明。
多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，该集成电路主要具有如下接线端子。
表1
| 接线端子 | 描述 |
| CO | 外置MOSFET充电控制端子 |
| DO | 外置MOSFET放电控制端子 |
| CS | 检流电阻电压检测端子 |
| VM | 充放电回路电流检测端子 |
| VCC | 芯片供电电源端子 |
| GND | 芯片地电位端子 |
其中检流电阻电压检测端子CS通过检流电阻R连接到接地端。本实用新型中的内部具体电路框架图如图3所示，包括：电压采样单元、电压运算单元、温度保护单元、基准单元、比较器单元、逻辑控制单元。
结合图4，对集成电路的内部结构和工作流程进行说明。
本实用新型中的主要工作原理是：回路中最大允许的充放电电流值由IMAX=Vref/R（R代表检流电阻阻值）计算得到。R阻值的变化会影响IMAX值，但是由于外置检流电阻的阻值随温度变化很不敏感，检流电阻上的压降可以精确的反映回路中的电流大小。所以通过增加检流电阻可以精确掌握回路电流的变化，同时避免外置MOSFET内阻随温度变化而变化的缺点。
另外，由于MOS管存在导通内阻，在放电过程中，其上有功率消耗，而随着温度的升高，其导通内阻会变大，导致其上的温度更高，过高的温度会损坏MOS管。增加MOS管温度保护，可以有效的防止MOS管温度过高损坏。
集成电路的工作过程为：
1、在基准单元中预设基准电压Vref。
2、通过检流电阻电压检测端子CS对检流电阻R上的电压进行检测，得到电压V1。回路电流大小由I1=V1/R（R代表检流电阻阻值）计算得到。
3、将得到的电压值V1与预设Vref送入比较器单元中进行比较，若V1大于Vref，则通过逻辑控制单元，关断外置MOSFET；若V1小于Vref，则通过逻辑控制单元，打开外置MOSFET，使其导通。
4、通过充放电回路电流检测端子VM对MOSFET上的电压VM进行检测。
5、将V1和VM送入电压运算单元，计算V2=VM-VCC，得出MOSFET（P1、P2）上的电压差，通过V2计算得到温度补偿系数a =V2/V1。
6、在温度保护单元中预设有温度预设值T0，温度补偿系数a送入温度保护单元中，计算出实际温度保护阈值T1= T0/a，通过温度补偿a来控制温度保护单元实际的温度保护阈值，不同a値对应不同的温度保护阈值，从而增加了对MOSFET的温度保护，增加系统的安全性。
7、一旦MOS管上的温度达到温度保护阈值T1，则温度保护单元产生逻辑信号给逻辑控制单元，关断外置MOSFET，切断充/放电流，降低系统温度。
Claims (3)
1.多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，该集成电路包括：芯片供电电源端子VCC，放电回路电流检测端子VM，芯片地电位端子GND，外置MOSFET充电控制端子CO，外置MOSFET放电控制端子DO，其特征在于：芯片上设置有充检流电阻电压检测端子CS，通过检流电阻连接到芯片地电位端子GND，检测MOS管的内阻变化。
2.如权利要求1所述的多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，其特征在于：所述集成电路内部包括以下各个单元：
电压采样单元：用来采集检流电阻电压检测端子CS和充放电回路电流检测端子VM两端检测的电压；
基准单元：预设比较参考电压，设定回路最大允许充放电电流；
比较器单元：对检流电阻电压检测端子CS检测电压与基准参考电压进行比较，并给出判断结果；
逻辑控制单元：比较器单元的判断结果通过逻辑运算，控制充放电MOSFET的导通或关断。
3.如权利要求1或2所述的多节锂电池串联电池组充放电管理的集成电路，其特征在于：所述集成电路内部还可以进一步包括：
电压运算单元：对检流电阻电压检测端子CS和充放电回路电流检测端子VM两端检测得到的电压进行运算，得出MOS管补偿温度系数；
温度保护单元：预设有温度预设值T0，结合温度补偿系数得出温度保护阈值，并给出温度判断结果，送入逻辑控制单元中。
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