CN207603256U - 一种钛酸锂电池管理芯片 - Google Patents
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Abstract
一种钛酸锂电池管理芯片，在一片芯片中集成有逻辑处理电路和与之连接的过充/过放状态判定电路、LED驱动电路、延时控制电路、CO/DO驱动输出电路、充电放电状态检测电路、和电流检测电路，过充/过放状态判定电路连接电池电压检测电路，其优点是外围元件少、简单可靠。专有电池管理芯片，纯硬件设计，功耗低、稳定性好。利用修调方式可实现高精度电压电流检测线路。充放电回路分开，均采用功率NMOS管控制，损耗小，成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及二次电池的结构，涉及半导体和其他固态器件的零部件，尤指一种钛酸锂电池管理芯片。
背景技术
钛酸锂电池以其大电流充放电倍率、高安全性及超宽工作温度范围开始在很多领域替代传统三元锂电池和磷酸铁锂电池，尤其是玩具市场，需要快充快放特性的场合，钛酸锂电池是最佳选择。由于钛酸锂电池的化学特性决定了其电压平台较低（一般为2.4V，而传统三元锂电池为3.7V），因此无法利用市场现有通用锂电池保护芯片对其进行充放电保护，当前只能用通用MCU芯片配合外围元件实现对钛酸锂电池的充放电管理和保护，其原理图参见图3：
钛酸锂电池B1通过二极管D3和开关K1连接至MCU芯片1脚，电容C1为滤波电容。开关K1用于切断所有负载电路以减小待机时的自耗电，提升电池的续航时间。外部负载连接至V+、V-端子，功率MOS管M2用作放电保护，电阻R8为电流采样电阻，R1和C2为滤波电路，用于滤除R8上的电流尖峰干扰信号。当MCU芯片IC1检测到电池B1电压低于预设阈值或电阻R8对地电压超过预设阈值时，经过对应的延迟时间，IC1通过将其5脚由高电平转换为低电平，关闭M2从而切断放电回路。外部充电电源自C+、V-端子输入，功率MOS管M1为充电控制开关，D1为防反二极管，防止电池电压回流至充电器端。充电过程中，MCU芯片IC1持续监测B1电压，当检测到B1电压超过预设的过充电保护阈值并达到预设的延迟时间后，IC1通过其6脚由高电平转换为低电平，关闭三极管Q1从而关断M1以切断充电回路。电阻R3为限流电阻，R6为上拉电阻，确保在上电过程中M1处于关闭状态。IC1的7脚连接电阻R2和LED灯，用于充电状态指示。
利用上述方案，主要有如下缺点：
1：方案线路复杂，元器件过多，可靠性不高。
2：MCU芯片功耗大，需要额外开关以降低待机功耗。
3：电压、电流检测精度不高，无法满足锂电池高精度管理要求。
发明内容
针对现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种钛酸锂电池管理芯片。旨在简化钛酸锂电池的充放电管理和保护电路，使外围元件少，线路简单可靠，功耗低，管理精度高。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种钛酸锂电池管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成有逻辑处理电路和与之连接的过充/过放状态判定电路、LED驱动电路、延时控制电路、CO/DO驱动输出电路、充电放电状态检测电路、和电流检测电路，过充/过放状态判定电路连接电池电压检测电路，其中:
逻辑处理电路的作用是根据各模块的信号输入，进行对应的逻辑分析处理，并给出最终的信号输出；
电池电压检测电路的作用是对输入的电池电压进行合理的分压处理后送入过充/过放状态判定模块；
过充/过放状态判定电路的作用是将送入的电池电压与内部基准做比较后送出判定结果信号；
LED驱动电路的作用是接收逻辑处理模块给出的控制信号，输出恒定电流以点亮外部LED灯；
CO/DO驱动输出电路的作用是接收逻辑处理模块给出的信号，增强信号驱动能力，用以驱动外部MOS晶体管；
充电放电状态检测电路的作用是检测电池工作状态，并送出信号给逻辑处理模块做分析处理；
电流检测电路的作用是检测外部检流电阻上的电压信号并与内部基准值做比较后送出判定结果信号；
延时控制电路的作用是对过充、过放、过流异常信号进行延时处理，达到延迟时间后异常信号仍未解除，视为真正发生了对应的异常状态，并将结果送入逻辑处理模块。
进一步地：所述芯片内还可以集成俩MOS晶体管,CO/DO驱动输出电路的俩输出端分别接所述俩MOS晶体管的门极，俩MOS晶体管的漏极相接，第一MOS晶体管源极作P-输出端，第二MOS晶体管源极接地。
本实用新型的有益效果是：外围元件少、简单可靠。专有电池管理芯片，纯硬件设计，功耗低、稳定性好。利用修调方式可实现高精度电压电流检测线路。充放电回路分开，均采用功率NMOS管控制，损耗小，成本低。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。
图1是本实用新型的电气结构方框图。
图2是本实用新型第的使用状态电气原理参考图。
图3是本实用新型第二实施例及其使用状态的电气原理参考图。
图4是现有技术的锂电池保护电路电气原理图。
具体实施方式
参见附图，本实用新型一种钛酸锂电池管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成有逻辑处理电路1和与之连接的过充/过放状态判定电路3、LED驱动电路4、延时控制电路8、CO/DO驱动输出电路5、充电放电状态检测电路6、和电流检测电路7，过充/过放状态判定电路3连接电池电压检测电路2，其中:
逻辑处理电路的作用是根据各模块的信号输入，进行对应的逻辑分析处理，并给出最终的信号输出；
电池电压检测电路的作用是对输入的电池电压进行合理的分压处理后送入过充/过放状态判定模块；
过充/过放状态判定电路的作用是将送入的电池电压与内部基准做比较后送出判定结果信号；
LED驱动电路的作用是接收逻辑处理模块给出的控制信号，输出恒定电流以点亮外部LED灯；
CO/DO驱动输出电路的作用是接收逻辑处理模块给出的信号，增强信号驱动能力，用以驱动外部MOS晶体管；
充电放电状态检测电路的作用是检测电池工作状态，并送出信号给逻辑处理模块做分析处理；
电流检测电路的作用是检测外部检流电阻上的电压信号并与内部基准值做比较后送出判定结果信号；
延时控制电路的作用是对过充、过放、过流异常信号进行延时处理，达到延迟时间后异常信号仍未解除，视为真正发生了对应的异常状态，并将结果送入逻辑处理模块。
参见图1：
1：钛酸锂电池电压信号自B+和GND两个端子送入电池电压检测电路2，经过信号分压处理后送入过充/过放状态判定电路3，在此电路中，电池电压信号与预设的过充阈值和过放阈值进行比较，一旦电池电压超过预设的过充保护电压值或低于预设的过放保护电压阈值，延迟控制电路8立即启动，达到预设的延迟时间后，如果电池电压仍然处于过充或过放状态，过充过放状态判定电路3和逻辑处理电路1将协同工作，通过CO/DO驱动输出电路5控制相应外部MOS晶体管关闭以切断充电或放电回路。
2：芯片VI端用于检测电池组是否发生充电过流或放电过流状态，当检测VI端电压低于预设的充电过流保护阈值时（充电过流保护阈值一般设置为负电压，电压越低则标识充电电流越大），延迟控制电路8立即启动，达到预设的延迟时间后，如果VI电压仍然低于预设的充电过流保护阈值，逻辑处理电路1将通过CO/DO驱动输出电路5将CO端设置为低电平，关闭外部充电用MOS晶体管,切断充电回路。同理，当检测VI端电压高于预设的充电过流保护阈值时（放电过流一般会设置多级保护，保护阈值越高时，延迟时间相应会越短），延迟控制电路8会立即启动，达到预设的延迟时间后，如果VI电压仍然高于预设的充电过流保护阈值，逻辑处理电路1将通过CO/DO驱动输出电路5将DO端设置为低电平，关闭外部放电用MOS晶体管切断放电回路。
3：芯片VM端连接至充电/放电状态检测电路6，但检测到充电器接入、电池正常充电时，通过逻辑处理电路1给出充电指示信号，并有LED驱动电路4点亮外部LED充电指示灯。
参见图2，电池B1电压信息通过R1和C1组成的滤波网络滤波后送入本芯片B+端，芯电池电压监测电路实时监测电池电压并通过CO端控制外置功率MOS管M1实现过充电保护，DO端M2实现过放电保护。电阻R4用于检测电池充放电电流并送入芯片VI端，VI端检测到放电电流超过预设阈值并达到对应延迟时间时，关闭M2实现放电过流保护。当VI端检测到充电电流超过预设阈值并达到对应延迟时间时，关闭M1实现充电过流保护。电阻R5连接至芯片VM端，配合芯片内部电流用作充放电状态检测。
参见图3，在本实用新型第二实施例中：所述芯片内还集成有MOS晶体管M1、M2,CO/DO驱动输出电路5的俩输出端分别接所述俩MOS晶体管M1、M2的门极，俩MOS晶体管M1、M2的漏极相接，第一MOS晶体管M1源极作P-输出端，第二MOS晶体管M2源极接地。
Claims (2)
1.一种钛酸锂电池管理芯片，其特征在于：提供一种钛酸锂电池管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成有逻辑处理电路和与之连接的过充/过放状态判定电路、LED驱动电路、延时控制电路、CO/DO驱动输出电路、充电放电状态检测电路、和电流检测电路，过充/过放状态判定电路连接电池电压检测电路，其中:
逻辑处理电路的作用是根据各模块的信号输入，进行对应的逻辑分析处理，并给出最终的信号输出；
电池电压检测电路的作用是对输入的电池电压进行合理的分压处理后送入过充/过放状态判定模块；
过充/过放状态判定电路的作用是将送入的电池电压与内部基准做比较后送出判定结果信号；
LED驱动电路的作用是接收逻辑处理模块给出的控制信号，输出恒定电流以点亮外部LED灯；
CO/DO驱动输出电路的作用是接收逻辑处理模块给出的信号，增强信号驱动能力，用以驱动外部MOS晶体管；
充电放电状态检测电路的作用是检测电池工作状态，并送出信号给逻辑处理模块做分析处理；
电流检测电路的作用是检测外部检流电阻上的电压信号并与内部基准值做比较后送出判定结果信号；
延时控制电路的作用是对过充、过放、过流异常信号进行延时处理，达到延迟时间后异常信号仍未解除，视为真正发生了对应的异常状态，并将结果送入逻辑处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种钛酸锂电池管理芯片，其特征在于：所述芯片内还集成有俩MOS晶体管，CO/DO驱动输出电路的俩输出端分别接所述俩MOS晶体管的门极，俩MOS晶体管的漏极相接，第一MOS晶体管源极作P-输出端，第二MOS晶体管源极接地。
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| CN112531818A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-19 | 芜湖华沅微电子有限公司 | 一种超简洁的四串锂电池保护芯片及外围电路 |
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