CN212572162U

CN212572162U - 一种锂电池组保护电路

Info

Publication number: CN212572162U
Application number: CN202022088162.9U
Authority: CN
Inventors: 聂卫东; 王必鹏; 齐梓年; 赵克翔
Original assignee: Wuxi Jingyuan Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Wuxi Jingyuan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2030-09-22

Abstract

本实用新型涉及一种锂电池组保护电路，所述锂电池组由多节锂电池串联而成；所述保护电路包括：电阻链电路，与所述锂电池组连接，用于对每节锂电池进行电压取样；所述电阻链电路包括电阻链、过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关，所述过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关均与所述电阻链连接以进行迟滞切换；电压检测比较电路，与所述电阻链电路连接，用于将每节锂电池的取样电压与过充电压阈值和过放电压阈值进行比较，判断是否达到过充或过放状态。本实用新型提出的锂电池组保护电路对每节锂电池单独取样，并可以将每节锂电池的取样电压与电压基准进行比较，对每节锂电池的过充、过放进行精准控制。

Description

一种锂电池组保护电路

技术领域

本实用新型涉及集成电路设计技术领域，特别涉及一种具有状态检测功能的迟滞控制的锂电池组保护电路。

背景技术

锂电池以其高性能、高能量密度、小体积和重量轻为便携式产品的首选。为保证锂电池的安全使用及寿命等，必须对锂电池进行过压、欠压等保护，以确保锂电池处于安全的充电和放电状态。单节锂电池电压平台在3.8V左右，如果需要更高的电源电压或电源能量时，则需要将多个锂电池串接使用以获取所需要的电压，如何准确地检测和保护串接的锂电池是需要解决的难题之一。

对于锂电池保护电路，为了防止电路在过压点和欠压点附近振荡，设有过压和欠压迟滞点，以防止充电和放电开关管频繁开关，从而引起负载、锂电池和锂电池保护板的损坏，甚至引起安全性问题。同时，为了方便有效地使用锂电池，应根据是否连接负载或是否连接充电器，来确定是否需要过压、欠压迟滞控制或确定迟滞点的大小。

图1为目前传统的锂电池组保护电路的控制框图。如图所示，多节锂电池串联(共n级， n≥3)，每节锂电池对应相应的基准电压。其中Vrc1，Vrd1为第一节锂电池的过充和过放基准电压，类似地，Vrck，Vrdk为第K节锂电池的过压和过放基准电压。为进行迟滞控制，Vrc1， Vrd1，Vrck，Vrdk为带迟滞的带隙电压源或其分量。第K级电池通过与相应的过压和过放基准Vrck，Vrdk通过第k级比较器COMPK比较输出，通过过充、过放信号处理与延时整合电路逻辑处理，来决定充电输出信号Cout和放电输出信号Dout的高低，以控制外接充电、放电开关管的导通与截止。

然而，上述的带迟滞的过充、过放基准电压实现起来较为复杂，精度难以保证。同时，对于不同使用状态，改变带隙基准的迟滞值或迟滞状态难以实现。如何精确而简单方便地迟滞控制每节锂电池的过充和过放电压是需要解决的技术问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种具有状态检测功能的迟滞控制的锂电池组保护电路。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种锂电池组保护电路，所述锂电池组由多节锂电池串联而成，

所述保护电路包括：

电阻链电路，与所述锂电池组连接，用于对每节锂电池进行电压取样；所述电阻链电路包括电阻链、过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关，所述过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关均与所述电阻链连接以进行迟滞切换；

电压检测比较电路，与所述电阻链电路连接，用于将每节锂电池的取样电压与过充电压阈值和过放电压阈值进行比较，判断是否达到过充或过放状态；在充电状态下，当取样电压超过所述过充电压阈值时，输出过充信号以控制过充输出端电位，充电结束，并切换过充电子迟滞切换开关；在放电状态下，当取样电压低于超过所述过放电压阈值时，输出过放信号以控制过放输出端电位，放电结束，并切换过放电子迟滞切换开关。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，所述保护电路还包括：

过充信号处理电路，与所述电压检测比较电路连接，用于接收所述过充信号，以控制充电输出端电位；和

过放信号处理电路，与所述电压检测比较电路连接，用于接收所述过放信号，以控制放电输出端电位。

延时处理电路；与所述过充信号处理电路和所述过放信号处理电路连接，用于延迟控制所述充电输出端电位和所述放电输出端电位。

负载检测电路，与所述过充信号处理电路连接，用于检测是否连有负载，并将检测结果输出给所述过充信号处理电路。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，如果所述负载检测电路检测到有负载，则当所述电压检测比较电路判断处于过充状态时，所述过充电子迟滞切换开关不进行切换。

充电器检测电路，与所述过放信号处理电路连接，用于检测是否连有充电器，并将检测结果输出给所述过放信号处理电路。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，如果所述充电器检测电路检测到有充电器，则当所述电压检测比较电路判断处于过放状态时，所述过放电子迟滞切换开关不进行切换。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，所述电阻链电路的数量与所述锂电池的节数一致，一个所述电阻链电路与一节所述锂电池连接。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，所述电压检测比较电路包括多个电压检测比较支路，所述电压检测比较支路的数量与所述锂电池的节数一致；所述电压检测比较支路的输入端对应连接所述过充电子迟滞切换开关和所述过放电子迟滞切换开关，所述电压检测比较支路的过充信号输出端连接于所述过充信号处理电路，所述电压检测比较支路的过放信号输出端连接于所述过放信号处理电路。

进一步的，所述的一种锂电池组保护电路，所述过充电压阈值和过放电压阈值通过改变电阻链的阻值来调节。

本实用新型的优点与效果是：

1.本实用新型提出的锂电池组保护电路包括电压检测比较电路，其采用分离式电压基准，可以对每节锂电池的过充、过放进行精准控制。

2.本实用新型提出的锂电池组保护电路采用电阻链电路对每节锂电池单独取样，并利用迟滞电子开关，对锂电池电压进行迟滞取样，可以方便准确地进行过充、过放的迟滞控制。

3.本实用新型提出的锂电池组保护电路采用负载及充电器检测电路，可以根据充电或放电时的连接状态，来控制迟滞电子开关，决定是否进行迟滞控制，或迟滞控制量，方便使用。

附图说明

图1示出目前传统的锂电池组保护电路的控制框图；

图2示出本实用新型提供的锂电池组保护电路的原理图；

图3示出本实用新型提供的锂电池组保护电路的负载及充电器检测电路的原理图；

图4示出本实用新型提供的一实施例的锂电池组保护电路的负载检测电路的控制图；

图5示出本实用新型提供的一实施例的锂电池组保护电路的充电器检测电路的控制图。

附图标记说明：20-保护电路、201-电阻链电路、202-电压检测比较电路、203-延时处理电路、204-过充信号处理电路、205-过充输出电路、206-过放信号处理电路、207-过放输出电路、208-负载检测电路、209-充电器检测电路。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明：

图2示出本实用新型提供的锂电池组保护电路的原理图。该锂电池组保护电路包括锂电池组和保护电路。锂电池组由多节锂电池(例如n节，n≥2)串联而成，锂电池为k级(1≤k≤n)，第一级锂电池的负极端接地，第k级锂电池的负极端接第k-1级锂电池的正极端，第n级锂电池的正极端接电源。

具体的是，如图2所示，第一级锂电池Cell1的负极端接地(GND)，正极端接第二级锂电池Cell2的负极端，第二极锂电池的正极端接第三极锂电池Cell3的负极端......最终，第n 级锂电池Celln的正极端接电源(Vcc)，负极端接第(n-1)级锂电池的正极端。

保护电路包括电阻链电路201、电压检测比较电路202、延时处理电路203、过充信号处理电路204、过充信号输出电路205、过放信号处理电路206、过放信号输出电路207、负载检测电路208和充电器检测电路209。

电阻链电路201与锂电池组连接，用于对每节锂电池进行电压取样。电阻链电路201包括电阻链、过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关，过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关均与电阻链连接以进行迟滞切换。电阻链电路的数量与锂电池的节数一致，一个电阻链电路与一节锂电池连接，以对每节锂电池进行电压取样。

具体的是，如图2所示，与第一级锂电池Cell1并联的电阻链为串接的电阻R11、R12、 R13、R14和R15，两电阻之间有开关脚11、12、13和14。过充电子迟滞切换开关Sc1在11与12之间迟滞切换，过放电子迟滞切换开关Sd1在13与14之间切换。与第二级锂电池Cell2并联的电阻链为串接的电阻R21、R22、R23、R24和R25，两电阻之间有开关脚21、22、23 和24。过充电子迟滞切换开关Sc2在21与22之间迟滞切换，过放电子迟滞切换开关Sd2在 23与24之间迟滞切换。与此类似，与第K级锂电池Cellk并联的电阻链为Rk1、Rk2、Rk3、 Rk4和Rk5，Sck为其对应的过充电子迟滞切换开关，Sdk为其对应的过放电子迟滞切换开关。与第n级锂电池Celln并联的电阻链为Rn1、Rn2、Rn3、Rn4和Rn5，Scn为其对应的过充电子迟滞切换开关，Sdn为其对应的过放电子迟滞切换开关。

电压检测比较电路202与电阻链电路连接，用于将每节锂电池的取样电压与过充电压阈值和过放电压阈值进行比较，判断是否达到过充或过放状态。在充电状态下，当取样电压超过过充电压阈值时，输出过充信号以控制过充输出端电位，充电结束，并切换过充电子迟滞切换开关；在放电状态下，当取样电压低于超过过放电压阈值时，输出过放信号以控制过放输出端电位，放电结束，并切换过放电子迟滞切换开关。

电压检测比较电路202包括多个电压检测比较支路，电压检测比较支路的数量与锂电池的节数一致。电压检测比较支路的输入端对应连接过充电子迟滞切换开关和过放电子迟滞切换开关，电压检测比较支路的过充信号输出端连接于过充信号处理电路204，电压检测比较支路的过放信号输出端连接于过放信号处理电路206。电压检测比较支路设置独立的基准电压(过充电压阈值和过放电压阈值)。具体的是，基准电压，可以是常规的带隙基准，也可以是增强型与耗尽型MOS管串接所形成的基准电压。

具体的是，如图2所示，电压检测比较电路202包含了n节电压检测比较支路，基准电压Vref1、Vref2、......、Vrefk、......、Vrefn，分别作为第一、第二、......、第k、......、第n节锂电池的比较基准。对于第一节锂电池Cell1，其相应的基准电压Vref1与相应的电阻链1得到的取样电压信号通过电压检测比较支路COMP1进行比较。第二节电池Cell2，其相应的基准电压Vref2与相应的电阻链2得到的取样电压信号通过电压检测比较支路COMP2进行比较。与此类似，对于第k节锂电池，其相应的基准电压Vrefk与相应的电阻链k得到的取样电压信号通过电压检测比较支路COMPk进行比较。对于第n节电池，其相应的基准电压Vrefn 与相应的电阻链n得到的取样电压信号通过电压检测比较支路COMPn进行比较。

过充信号处理电路204与电压检测比较电路202连接，用于接收过充信号，以控制充电输出端电位。过放信号处理电路206与电压检测比较电路202连接，用于接收所述过放信号，以控制放电输出端电位。延时处理电路203与过充信号处理电路204和过放信号处理电路206 连接，用于延迟控制充电输出端电位和放电输出端电位。

过充信号处理电路204的输入端连接电压检测比较电路202的过充信号输出端，过充信号输出电路205的输入端连接过充信号处理电路204的输出端，过充信号输出电路205的输出端输出充电输出端电位。锂电池组进行充电时，电压检测比较支路COMP1、COMP2、......、 COMPk、......COMPn分别输出过充信号C1、C2、......、Ck、......、Cn，控制过充信号处理电路204和延时处理电路203，并输出信号去控制过充信号输出电路205，以控制过充输出端 Cout电位。

过放信号处理与输出电路包括过放信号处理电路206和过放信号输出电路207。过放信号处理电路206的输入端连接电压检测比较电路202的过放信号输出端，过放信号输出电路 207的输入端连接过放信号处理电路206的输出端，过放信号输出电路207的输出端输出放电输出端电位。锂电池组进行放电时，电压检测比较支路COMP1、COMP2、......、COMPk、......、 COMPn分别输出过放信号D1、D2、......、Dk、......、Dn，控制过放信号处理电路206和延时处理电路203，并输出信号去控制过放信号输出电路207，以控制过放输出端Dout电位。

具体的是，当对锂电池组Cell1、Cell2、......、Cellk、......、Celln进行充电时，过充电子迟滞切换开关Sc1、Sc2、......、Sck、......、Scn，分别转向控制脚11、21、......、k1、......、n1。

此时，对于锂电池Cell1，过充电子迟滞切换开关Sc1端取样电压Vo1为：

随着对锂电池Cell1的充电，Cell1的取样电压Vo1逐步变高，当Vo1等于基准电压Vref1 时，电压检测比较支路COMP1输出过充信号C1，经过过充信号处理电路204和延时处理电路203，延迟所设计的特定一段时间后，输出信号去控制过充信号输出电路205，控制过充输出端Cout电位，以截止外接的充电开关管，充电结束，此时系统处于过充状态。

此时，过充电压Vc1为：

充电开关管截止时，过充电子迟滞切换开关Sc1、Sc2、......、Sck、......、Scn，分别转向控制脚12、22、......、k2、......、n2。

此时，对于锂电池Cell1，过充电子迟滞切换开关Sc1端取样电压Vo1′为：

由于充电开关管截止，Vo1′下降。当Vo1′下降到基准电压Vref1时，过充状态解除，电压检测比较支路COMP1输出信号C1发生变化，经过过充信号处理电路204和延时处理电路203，延迟所设计的特定一段时间后，输出信号去控制过充信号输出电路205，控制过充输出端Cout电位，以导通外接的充电开关管，充电可重新开始。

对于锂电池Cell1，可重新充电时，锂电池Cell1的电压为：

因此，对于锂电池Cell1，过充电迟滞电压为：

可以通过改变电阻链1的电阻阻值，如通过改变R11、R12等，方便地控制过充电压以及迟滞电压。对于Cell2、......、Cellk、......、Celln，其控制原理类似，只是采用了不同的基准电压和电阻链。

类似地，当对锂电池组Cell1、Cell2、......、Cellk、......、Celln进行放电时，过放电子迟滞切换开关Sd1、Sd2、......、Sdk、......、Sdn，分别转向14、24、......、k4、......、n4。

此时，对于锂电池Cell1，过放电子迟滞切换开关Sd1端取样电压Vd1为：

随着锂电池Cell1的放电，取样电压Vd1逐步变低，当Vd1等于基准电压Vref1时，电压检测比较支路COMP1输出过放信号D1，经过过放信号处理电路206和延时处理电路203，延迟所设计的特定一段时间后，输出信号去控制过放信号输出电路207，控制过放输出端Dout电位，以截止外接的放电开关管，放电结束。

与此同时，过放电子迟滞切换开关Sd1、Sd2、......、Sdk、......、Sdn，分别转向13、23、......、 k3、......、n3。

此时，对于锂电池Cell1，取样电压Vd1′为：

当取样电压Vd1′上升到等于基准电压Vref1时，过放状态结束，电压检测比较支路COMP1输出信号D1发生变化，经过放信号处理电路206和延时处理电路203，延迟所设计的特定一段时间后，输出信号去控制过放信号输出电路207，控制过放输出端Dout电位，以导通外接的放电开关管，放电可重新开始。

对于锂电池Cell1，过放电迟滞电压为：

可以通过改变电阻链1的阻值，方便地控制过放电压以及过放电压的迟滞电压。对于 Cell2、......、Cellk、......、Celln，其控制原理类似，只是采用了不同的基准电压和电阻链。

负载检测电路208与过充信号处理电路204连接，用于检测是否连有负载，并将检测结果输出给过充信号处理电路204。如果负载检测电路208检测到有负载，并且当电压检测比较电路202判断处于过充状态时，负载检测电路208输出信号Eload，控制过充电子迟滞切换开关不进行切换。

充电器检测电路209与过放信号处理电路206连接，用于检测是否连有充电器，并将检测结果输出给过放信号处理电路206。如果充电器检测电路209检测到有充电器，并且当电压检测比较电路202判断处于过放状态时，充电器检测电路209输出信号Eadapter，控制过放电子迟滞切换开关不进行切换。

具体的是，如图3所示，负载及充电器检测电路通过Vm脚引出，通过一电阻与负载或充电器的负端相连接。根据Vm的电压状态检测是否连有负载或充电器，可以用来控制过充电子迟滞切换开关Sc1、Sc2、......、Sck、......、Scn，以及过放电子迟滞切换开关Sd1、Sd2、......、 Sdk、......、Sdn。

图3示出负载及充电器检测电路的原理图。Vm引脚端通过一电阻与充电MOS管的漏端 (即负载和充电器的负连接端)相连接。当过充时，充电MOS管关闭，此时若有负载连接在P+、P-&(CH-)端，Vm输出正电位；当过放时，放电MOS管关闭，此时若有充电器连接在P+、P-&(CH-)端，Vm输出负电位。

图4作为负载检测电路208的一实施例，Vm电位通过与地电位进行比较。正常充电时，由于NMOS为失调比较器，失调因子为1：m(本实施例中m为2)，Eload输出为高。当锂电池处于过充时，此时若接负载，Vm电位高于地电位，高于一定量时(本实施例为100mV 左右)，Eload输出为低。控制过充电子迟滞切换开关Sc1、Sc2、……、Sck、……、Scn，始终转向控制脚11，21、……、k1、……、n1，而不进行切换。这样保证输出接有负载时，充电不进行迟滞控制。

图5作为充电器检测电路209的一实施例例，Vm电位通过与地电位进行比较。正常放电时，由于NMOS为失调比较器，失调因子为1：n(本实施例中n为2)，Eadapter输出为高。当锂电池过放时，此时若接充电器，Vm电位低于地电位，低于一定量时(本实施例为 -100mV左右)，Eadaper输出为低。控制过放电子迟滞切换开关Sd1、Sd2、……、Sdk、……、 Sdn，始终转向控制脚14、24、……、k4、……、n4，而不进行迟滞切换，这样保证若接充电器，放电不进行迟滞控制。

虽然在上述详细说明中已经介绍了至少一个示例实施方式，但是应当理解存在许多变化。也应当理解本文中描述的一个或多个示例实施方式不旨在以任何方式限制本主题的范围、适用性、或配置。相反，上述详细说明将为本领域中的技术人员提供用于实现描述的一个实施方式或多个实施方式的便利路线图。应当理解，在没有偏离权利要求定义的范围的情况下，在元件的功能和排列方面可以进行各种变化，其包括在申请本专利申请时已知的等同物和可预知的等同物。

以上描述提及“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如本文中使用，除非另外明确地陈述，否则“连接”意指一个元件/节点/特征直接地并且不一定是机械地联接至(或直接地通信)另一个元件/节点/特征。同样地，除非另外明确地陈述，否则“耦接”意指一个元件/节点/特征直接地或间接地并且不一定是机械地联接至(或直接地或间接地通信)另一个元件/节点/特征。因此虽然图1至图5描述了元件的示例配置，但是其他插入的元件、设备、特征或组件可以存在于本公开的实施方式中。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，并非用来限定本实用新型的实施范围。但凡在本实用新型的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种锂电池组保护电路，所述锂电池组由多节锂电池串联而成，其特征在于，

所述保护电路包括：

2.根据权利要求1所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

3.根据权利要求2所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

4.根据权利要求2或3所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

5.根据权利要求4所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，如果所述负载检测电路检测到有负载，则当所述电压检测比较电路判断处于过充状态时，所述过充电子迟滞切换开关不进行切换。

6.根据权利要求2或3所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括：

7.根据权利要求6所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，如果所述充电器检测电路检测到有充电器，则当所述电压检测比较电路判断处于过放状态时，所述过放电子迟滞切换开关不进行切换。

8.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述电阻链电路的数量与所述锂电池的节数一致，一个所述电阻链电路与一节所述锂电池连接。

9.根据权利要求2或3所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述电压检测比较电路包括多个电压检测比较支路，所述电压检测比较支路的数量与所述锂电池的节数一致；所述电压检测比较支路的输入端对应连接所述过充电子迟滞切换开关和所述过放电子迟滞切换开关，所述电压检测比较支路的过充信号输出端连接于所述过充信号处理电路，所述电压检测比较支路的过放信号输出端连接于所述过放信号处理电路。

10.根据权利要求1至3任一项所述的一种锂电池组保护电路，其特征在于，所述过充电压阈值和过放电压阈值通过改变电阻链的阻值来调节。