CN214280974U - 电池管理系统用供电芯片及电池管理芯片 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电池管理系统用供电芯片，电池管理系统用于管理包括多节电池的电池组，供电芯片用于生成不同的供电电压，以便为电池管理系统中的不同部件提供不同的供电电压，电池管理系统用供电芯片包括：隔离电源控制器，隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过隔离电源控制器对初级线圈的控制，在变压器的第一次级线圈生成第一电压，第一电压为供电芯片外部的MCU提供供电电压。本公开还提供了一种电池管理芯片。

Description

电池管理系统用供电芯片及电池管理芯片

技术领域

本公开涉及一种电池管理系统用供电芯片及电池管理芯片。

背景技术

BMS系统(Battery Management System，电池管理系统)是指对电池进行管理和控制的系统。其中被管理和控制的电池可以包括锂电池组，也可以包括其它类型的电池组。BMS系统的主要功能包括：实时监测电池的状态，通过检测电池的外特性参数(如电压、电流、温度等)，实现电池内部状态的管理和控制。BMS系统一般由电池或电池组的最高电压(几十伏甚至上百伏)进行供电。而BMS系统中的模块需要采用低压供电，比如5V、3.3V或1.8V等。因此，传统的BMS系统还需要电源管理系统来为它提供低电压。也就是说，BMS系统需要配合电源管理系统才能正常工作，这使得整个系统变得复杂、元器件众多、体积庞大且成本较高，这些缺点不利于产品的小型化和集成化的发展趋势。

此外，在电池管理系统中，各个部件的参考地之间可能存在差别，这样将会导致某些问题地存在，例如对于MCU而言，如果充放电开关断开，则其参考地悬空，此时为其提供供电电压时将会存在问题等。

锂电池组的数据采集和保护芯片通常采用电池管理部分集成LDO电压转换器的方案，达到提高集成度、降低元件数量、减小体积和成本等的目的，这种电压转换器通过调节串联在输入与输出之间的功率器件的电流或电阻，实现对输出电压的控制功能。它的优点是结构简单、纹波小、成本低、体积小、易于集成等。但是，其缺点是效率不高，特别是在电池电压(电池系统的总电压)远高于BMS系统所需要的电压时。比如对于一个4节锂电池串联的电池系统，如果其BMS系统的供电电压为 3.3V。采用LDO电压转换器，将4节锂电池的电压3.6*4＝14.4V转换为 3.3V，其效率将不超过3.3V/14.4V＝23％。由于该电压转换器是给该锂电池组的数据采集和保护芯片中的各个模块，以及外接的负载供电，因此整个系统的电源效率不超过23％。该电源效率是受工作条件决定的，不能通过设计来改进，减小导线上的电阻、增大功率管等改进方式只能使效率接近23％，而不可能突破23％。如果BMS系统的工作电流为10mA，则功率损耗为10mA*14.4V*(1-23％)＝111mW，这些功率损耗将转化为热，使BMS系统的温度升高。比如通常QFN封装热阻在150゜C/W，那锂电池组的数据采集和保护芯片的温度将升高111mW*150゜C/W＝16.7゜C。对于锂电池节数比较多的系统，功率损耗将更加明显。例如对于16节锂电池的系统来说，其电源效率将不高于3.3V/(3.6V*16)＝5.73％，功率损耗将是10mA*(3.6V*16-3.3V)＝543mW，这可能会带来543mW*150゜ C/W＝81゜C的温度升高，这通常很难被接受。因此，这种集成LDO电压转换器的锂电池组的数据采集和保护芯片虽然解决了传统锂电池组的数据采集和保护芯片需要外部电源管理系统带来的缺点，但是却带来了新的缺点，即效率低及发热量大，这会导致系统工作温度升高，可靠性和寿命下降。

实用新型内容

为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种电池管理系统用供电芯片及电池管理芯片。

根据本公开的一个方面，一种电池管理系统用供电芯片，所述电池管理系统用于管理包括多节电池的电池组，所述供电芯片用于生成不同的供电电压，以便为电池管理系统中的不同部件提供不同的供电电压，所述电池管理系统用供电芯片包括：

隔离电源控制器，所述隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过所述隔离电源控制器对所述初级线圈的控制，在所述变压器的第一次级线圈生成第一电压，所述第一电压为所述供电芯片外部的MCU提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一次级线圈的参考地与所述MCU的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述电池组的最高电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述最高电压进行电压变换。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电芯片还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且所述第二电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述第二电压进行电压变换。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电压还为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块集成至所述供电芯片中。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述变压器还包括第二次级线圈，所述第二次级线圈生成第三电压，所述第三电压为所述电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电芯片还包括LDO降压变换器，所述变压器还包括第三次级线圈，所述第三次级线圈生成第四电压，所述第四电压提供至所述LDO降压变换器，所述LDO降压变换器将所述第四电压转换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压还为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电芯片还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器何/或所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电芯片还包括LDO降压变换器，所述LDO降压变换器的输入端连接所述第二电压，并且所述LDO降压变换器将所述第二电压变换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电芯片还包括电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述第二电压并且将所述第二电压升压为第三电压，所述第三电压为所述电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第三电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述初级线圈提供电压或者所述电池组的最高电压为所述初级线圈提供电压。

根据本公开的另一方面，一种电池管理芯片，所述电池管理芯片用于管理包括多节电池的电池组，所述电池管理芯片包括：供电模块，所述供电模块用于生成不同的供电电压，以便为电池管理芯片中的不同部件和/或电池管理芯片外部的部件提供不同的供电电压，

所述供电模块包括隔离电源控制器，所述隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过所述隔离电源控制器对所述初级线圈的控制，在所述变压器的第一次级线圈生成第一电压，所述第一电压为所述电池管理芯片的外部的MCU提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一次级线圈的参考地与所述MCU的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述电池组的最高电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述最高电压进行电压变换。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电模块还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且所述第二电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述第二电压进行电压变换。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电压还为电池管理系统或所述电池管理芯片通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块集成至所述电池管理芯片中。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述变压器还包括第二次级线圈，所述第二次级线圈生成第三电压，所述第三电压为所述电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电模块还包括LDO降压变换器，所述变压器还包括第三次级线圈，所述第三次级线圈生成第四电压，所述第四电压提供至所述LDO降压变换器，所述LDO降压变换器将所述第四电压转换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压还为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电模块还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器何/或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电模块还包括LDO降压变换器，所述LDO降压变换器的输入端连接所述第二电压，并且所述 LDO降压变换器将所述第二电压变换为第五电压，所述第五电压为电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第五电压为电池管理系统或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为电池管理系统或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

根据本公开的至少一个实施方式，所述供电模块还包括电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述第二电压并且将所述第二电压升压为第三电压，所述第三电压为所述电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

根据本公开的至少一个实施方式，所述第二电压为所述初级线圈提供电压或者所述电池组的最高电压为所述初级线圈提供电压。

附图说明

附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。

图1示出了根据本公开的一个实施方式的供电芯片的示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施方式的供电系统的示意图。

图3示出了根据本公开的一个实施方式的供电系统的示意图。

图4示出了根据本公开的一个实施方式的供电系统的示意图。

图5示出了根据本公开的一个实施方式的供电系统的示意图。

图6示出了根据本公开的一个实施方式电池管理系统的示意图。

图7示出了根据本公开的一个实施方式的电压转换器。

图8示出了根据本公开的一个示例的低功耗高效率电感型降压变换器的电路架构。

图9示出了根据本公开的另一示例的低功耗高效率电感型降压变换器的电路架构。

图10示出了根据本公开的低功耗高效率电荷泵升压变换器的一种示例。

图11示出了根据本公开的低功耗高效率电荷泵升压变换器的一种示例。

图12示出了根据本公开的一个示例的低功耗LDO降压转换器。

图13示出了根据本公开的低功耗高效率电荷泵降压变换器的一种示例。

图14示出了根据本公开的低功耗高效率电荷泵降压变换器的一种示例。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。

为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧 (例如，如在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个 (种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

根据本公开的一个实施方式，提供了一种电池管理系统用供电芯片。

如图1所示，提供了一种电池管理系统用供电芯片10。该电池管理系统用于管理包括多节电池的电池组，供电芯片10用于生成不同的供电电压，以便为电池管理系统中的不同部件提供不同的供电电压，电池管理系统用供电芯片10包括(集成有)隔离电源控制器100，隔离电源控制器100用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过隔离电源控制器(flyback DC-DC converter)100对初级线圈的控制，在变压器的第一次级线圈2000生成第一电压，第一电压为供电芯片外部的MCU提供供电电压。

图2示出了隔离电源的示意图。隔离电源为变压器的形式。在该变压器中，通过初级线圈1000接收电压VIN，并且通过初级线圈与多个次级线圈的感应在各个次级线圈中生成不同的电压。

其中该电压VIN可以使来自电池组的最高电压VCC，也可以是通过电感型降压变换器将最高电压VCC降压变换后的第二电压。

图3示出了根据本公开的通信接口隔离模块和MCU(微控制器单元)。如图3所示，通信接口隔离模块30可以包括初级侧、次级侧和隔离电容。初级侧用于与电池管理芯片的内部模块进行连接，次级侧用于与MCU40进行连接，这样通过该通信接口隔离模块30来实现MCU40与电池管理芯片的通信。

变压器的第一次级线圈生成第一电压，第一电压可以提供至 MCU20，也可以提供至通信接口隔离模块30的次级侧。该第一电压的电压值可以约为5V，但是本公开中并不具体限定，根据情况选择。下面所说的电压值的情况也是如此。

第一次级线圈的参考地GND2与MCU30的参考地GND2相同。

电池组的最高电压VCC提供至初级线圈以便变压器根据最高电压进行电压变换。

在另一个实施例中，供电芯片还包括电感型降压变换器，电感型降压变换器将电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且第二电压提供至初级线圈以便变压器根据第二电压进行电压变换。如图4所示，电感型降压变换器200将最高电压VCC降压为第二电压V2，例如V2 可以为6V。然后V2提供给变压器的初级线圈，初级线圈根据第二电压V2来进行变化以生成不同的电压值。

根据一个示例，第二电压V2可以为隔离电源控制器100提供供电电压。

第一电压V1还为电池管理系统中的通信接口隔离模块30的次级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块30的次级侧的参考地相同。

通信接口隔离模块的初级侧的参考地GND1可以与隔离电源控制器的参考地GND1相同。

通信接口隔离模块30可以集成至供电芯片中。

第二电压V2为电池管理系统中的通信接口隔离模块30的初级侧提供供电电压。

变压器还包括第二次级线圈3000，第二次级线圈生成第三电压 V3，第三电压例如可以是12V。第三电压为电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

供电芯片还包括LDO(low dropout regulator)降压变换器300，变压器还包括第三次级线圈4000，第三次级线圈生成第四电压V 4，第四电压提供至LDO降压变换器，LDO降压变换器将第四电压转换为第五电压V5，第五电压为电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

第五电压V5还可以为隔离电源控制器提供供电电压。

第五电压V5还可以为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

第五电压还可以为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

图4和图5示出了根据本公开的供电芯片的两个实施例。图4和图5中的隔离电源控制器100可以对连接在初级线圈的开关管 (MOSFET)进行导通和断开控制，以便在次级线圈生成感应电压。并且通过与开关管串联的电阻的电压来对初级线圈的电流/电压进行采样，并且隔离电源控制器100根据该采样信号来进行控制。图2中的方式相同。

供电芯片还包括电感型降压变换器，电感型降压变换器将电池组的最高电压降压变换为第二电压。

第二电压为隔离电源控制器何/或电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

供电芯片还包括LDO降压变换器，LDO降压变换器的输入端连接第二电压，并且LDO降压变换器将第二电压变换为第五电压，第五电压为电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

第五电压为隔离电源控制器提供供电电压。

第五电压为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

通信接口隔离模块的初级侧的参考地与隔离电源控制器的参考地相同。

第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

第二电压为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

第二电压为隔离电源控制器提供供电电压。

供电芯片还包括电荷泵电路，电荷泵电路的输入端连接第二电压并且将第二电压升压为第三电压，第三电压为电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

第三电压为隔离电源控制器提供供电电压。

第二电压为初级线圈提供电压或者电池组的最高电压为初级线圈提供电压。

根据本公开的进一步实施方式，还提供了一种电池管理芯片，电池管理芯片用于管理包括多节电池的电池组，电池管理芯片包括：供电模块，供电模块用于生成不同的供电电压，以便为电池管理芯片中的不同部件和/或电池管理芯片外部的部件提供不同的供电电压，供电模块包括隔离电源控制器，隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过隔离电源控制器对初级线圈的控制，在变压器的第一次级线圈生成第一电压，第一电压为电池管理芯片的外部的MCU提供供电电压。

如图6所示，该电池管理芯片可以包括供电模块、数字电路模块、模拟电路模块、模数转换模块和开关驱动模块，还包括通信接口隔离模块。

其中数字电路模块可以包括数字控制模块，模拟电路模块可以包括电压检测模块、温度检测模块、电流检测模块等。

第一次级线圈的参考地与MCU的参考地相同。

电池组的最高电压提供至初级线圈以便变压器根据最高电压进行电压变换。

供电模块还包括电感型降压变换器，电感型降压变换器将电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且第二电压提供至初级线圈以便变压器根据第二电压进行电压变换。

第二电压为隔离电源控制器提供供电电压。

第一电压还为电池管理系统或电池管理芯片通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

通信接口隔离模块的初级侧的参考地与隔离电源控制器的参考地相同。

通信接口隔离模块集成至电池管理芯片中。

第二电压为电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

变压器还包括第二次级线圈，第二次级线圈生成第三电压，第三电压为电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

供电模块还包括LDO降压变换器，变压器还包括第三次级线圈，第三次级线圈生成第四电压，第四电压提供至LDO降压变换器，LDO 降压变换器将第四电压转换为第五电压，第五电压为电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

第五电压为隔离电源控制器提供供电电压。

第五电压还为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

供电模块还包括电感型降压变换器，电感型降压变换器将电池组的最高电压降压变换为第二电压。

第二电压为隔离电源控制器何/或电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

供电模块还包括LDO降压变换器，LDO降压变换器的输入端连接第二电压，并且LDO降压变换器将第二电压变换为第五电压，第五电压为电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

第五电压为隔离电源控制器提供供电电压。

第五电压为电池管理系统或电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

通信接口隔离模块的初级侧的参考地与隔离电源控制器的参考地相同。

第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

第二电压为电池管理系统或电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，第一次级线圈的参考地与通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

第二电压为隔离电源控制器提供供电电压。

供电模块还包括电荷泵电路，电荷泵电路的输入端连接第二电压并且将第二电压升压为第三电压，第三电压为电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

第二电压为初级线圈提供电压或者电池组的最高电压为

图6示出了根据本公开的一个实施方式的电池管理系统的电路示意图。

下面将以锂电池组为例进行说明，但是本领域的技术人员应当理解，电池可以为单个电池、也可以为其它类型电池的电池组。例如图1所示，电池组为由单节电池B1、B2、……、Bn-1、Bn串联而形成电池组。

电池管理系统可以包括电池管理芯片和作为外部控制模块的MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。其中该电池管理芯片至少可以用于电池的数据采集及保护等。

下面，首先对本公开的电池管理芯片进行说明。电池管理芯片可以包括电压转换器、电压检测模块、温度检测模块、电流检测模块、模数转换模块、数字控制模块、数据通信模块及开关驱动模块。需要说明的是，这些单元可以被集成在一个芯片中，这样可以通过芯片内部的电压转换器为其他模块进行供电，而不需要芯片外部的电源管理系统来提供低压电源。

电压转换器可以包括DC-DC开关转换器，电压转换器的输入端可以连接电池的输出电压(例如电池的最高电压)，其中当电池组形式时，该输出电压可以是电池组的总电压，也可以为电池组的部分电压等。并且电池的输出电压可以为经过RC滤波电路滤波后电压VCC。 DC-DC开关转换器将电池输出电压转换为电压转换器输出电压，并且通过电压转换器的输出端进行输出。

电池管理芯片可以用于检测电池组的电压信息。检测电压输入端接收由N节电池串联形成的电池组中的每接电池的电压，其中N为大于 2的整数。

电池组的每借电池的电压可以首先通过由Rf1与Cf1、Rf2与 Cf2、……、Rfn与Cfn组成的滤波电路降低噪声和干扰，然后连接至电池管理芯片的输入端。

电压检测模块可以接收每节电池的电压信号并且进行选择。例如在同一时刻选择其中一节电池的正端和负端电压，发送至模数转换模块进行采样量化，转化为数字信号；也可以在同一时刻选择其中两个以上的电池的正端和负端电压，发送至模数转换模块进行采样量化，转化为数字信号。转换后的数字信号发送至数字控制模块。

电池管理芯片可以用于检测电池组的电流信息。在电池组进行充电或放电时，电池的充电电流或放电电流经过电流回路中串联的采样电阻Rsns产生压降，电流检测模块采集采样电阻Rsns所产生的压降信息，这样得到电池组的充电或放电的电流信息，并且将电流信息发送至数字控制模块。从而基于电流信息，开关驱动模块被控制。开关驱动模块分别控制电池的电流回路中的充电控制功率器件Mchg和放电控制功率器件Mdch，以便在异常时，控制电池组的充电和放电。此外，电池组的电流信号还可以用于计算电池组的电量，这时可以通过库仑计来实现。

电池管理芯片可以用于检测电池组的温度信息。温度的检测可以通过恒温电阻Rs和热敏电阻Rntc组成串联电路来实现，其中，串联电路的一端可以连接电压转换器的电压输出端，而另一端可以接地，并且检测端可以为恒温电阻Rs和热敏电阻Rntc的连接节点。热敏电阻Rntc放置在靠近电池组的位置处，以保证其温度与电池的温度相接近。热敏电阻可以为负温度系数(NTC，Negative Temperature Coefficient)的热敏电阻，即热敏电阻的阻值随温度的升高而降低。电阻Rs和Rntc的连接节点的电压送到电池管理芯片的温度检测模块，通过获取的电压值与电压转换器的输出电压值以及结合Rntc电阻的特性(温度系数)，来获得电池的温度信息。并且电池的温度信息传送至数字控制模块。这样在温度异常时，可以通过控制充电控制功率器件Mchg和放电控制功率器件Mdch来控制电池组的充电和放电。

数字控制模块根据得到的电池信息，包括以上的电池组的电压、电流和温度等信息，通过模型算法，来估算出电池的当前状态，例如电池的容量、电池的荷电状态(当前电池的电量)等等。例如，当出现异常时，数字控制模块可以进行控制，例如系统的初始化、参数配置、检测功能的执行、保护功能执行等，保证每一个电池单元都工作在安全区域。如果电池处于充电状态，当检测到某一个电池单元的电压超过设定的充电保护的阈值电压，数字控制模块会控制开关驱动模块关闭其外部的充电控制功率器件Mchg，停止充电功能来保护电池。其中这部分的功能可以由数字控制模块完成，也可以由MCU完成，也可以由数字控制模块和 MCU协同完成。此外，数字控制模块可以通过通信接口隔离模块(I²C) 完成与MCU之间的通信，数字控制模块也可以通过MCU的控制信号来进行上述处理。

图7示出了根据本公开的一个示例的低功耗高效率电感型降压变换器的电路架构。图8和图9示出了根据本公开的另一示例的低功耗高效率电感型降压变换器的电路架构。图10和图11示出了低功耗高效率电荷泵升压变换器的两种示例。在图中，示出的电荷泵升压变换器为五级升压结构，但是在本公开中可以采用两级升压结构(图中最左侧的两对晶体管及外围电路)。图12示出了根据本公开的一个示例的低功耗LDO降压转换器。图13和图14示出了低功耗高效率电荷泵降压变换器的两种示例。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/ 方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/ 方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (49)

1.一种电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述电池管理系统用于管理包括多节电池的电池组，所述供电芯片用于生成不同的供电电压，以便为电池管理系统中的不同部件提供不同的供电电压，所述电池管理系统用供电芯片包括：

隔离电源控制器，所述隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过所述隔离电源控制器对所述初级线圈的控制，在所述变压器的第一次级线圈生成第一电压，所述第一电压为所述供电芯片外部的MCU提供供电电压。

2.如权利要求1所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第一次级线圈的参考地与所述MCU的参考地相同。

3.如权利要求2所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述电池组的最高电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述最高电压进行电压变换。

4.如权利要求2所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述供电芯片还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且所述第二电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述第二电压进行电压变换。

5.如权利要求4所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

6.如权利要求2所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第一电压还为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

7.如权利要求6所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

8.如权利要求7所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块集成至所述供电芯片中。

9.如权利要求4所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

10.如权利要求1至9中任一项所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述变压器还包括第二次级线圈，所述第二次级线圈生成第三电压，所述第三电压为所述电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

11.如权利要求1至9中任一项所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述供电芯片还包括LDO降压变换器，所述变压器还包括第三次级线圈，所述第三次级线圈生成第四电压，所述第四电压提供至所述LDO降压变换器，所述LDO降压变换器将所述第四电压转换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

12.如权利要求11所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

13.如权利要求11所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第五电压还为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

14.如权利要求1所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述供电芯片还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压。

15.如权利要求14所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器何/或所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

16.如权利要求14所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述供电芯片还包括LDO降压变换器，所述LDO降压变换器的输入端连接所述第二电压，并且所述LDO降压变换器将所述第二电压变换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理系统中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

17.如权利要求16所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

18.如权利要求16所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第五电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

19.如权利要求18所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

20.如权利要求19所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

21.如权利要求14所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

22.如权利要求21所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

23.如权利要求14所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述供电芯片还包括电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述第二电压并且将所述第二电压升压为第三电压，所述第三电压为所述电池管理系统中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

24.如权利要求23所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第三电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

25.如权利要求14至24中任一项所述的电池管理系统用供电芯片，其特征在于，所述第二电压为所述初级线圈提供电压或者所述电池组的最高电压为所述初级线圈提供电压。

26.一种电池管理芯片，其特征在于，所述电池管理芯片用于管理包括多节电池的电池组，所述电池管理芯片包括：供电模块，所述供电模块用于生成不同的供电电压，以便为电池管理芯片中的不同部件和/或电池管理芯片外部的部件提供不同的供电电压，

所述供电模块包括隔离电源控制器，所述隔离电源控制器用于控制作为隔离电源的变压器的初级线圈的导通和断开，通过所述隔离电源控制器对所述初级线圈的控制，在所述变压器的第一次级线圈生成第一电压，所述第一电压为所述电池管理芯片的外部的MCU提供供电电压。

27.如权利要求26所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第一次级线圈的参考地与所述MCU的参考地相同。

28.如权利要求27所述的电池管理芯片，其特征在于，所述电池组的最高电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述最高电压进行电压变换。

29.如权利要求27所述的电池管理芯片，其特征在于，所述供电模块还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压，并且所述第二电压提供至所述初级线圈以便所述变压器根据所述第二电压进行电压变换。

30.如权利要求29所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

31.如权利要求27所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第一电压还为电池管理系统或所述电池管理芯片通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

32.如权利要求31所述的电池管理芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

33.如权利要求32所述的电池管理芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块集成至所述电池管理芯片中。

34.如权利要求29所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

35.如权利要求26至34中任一项所述的电池管理芯片，其特征在于，所述变压器还包括第二次级线圈，所述第二次级线圈生成第三电压，所述第三电压为所述电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

36.如权利要求26至34中任一项所述的电池管理芯片，其特征在于，所述供电模块还包括LDO降压变换器，所述变压器还包括第三次级线圈，所述第三次级线圈生成第四电压，所述第四电压提供至所述LDO降压变换器，所述LDO降压变换器将所述第四电压转换为第五电压，所述第五电压为所述电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

37.如权利要求36所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

38.如权利要求36所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第五电压还为电池管理系统中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

39.如权利要求26所述的电池管理芯片，其特征在于，所述供电模块还包括电感型降压变换器，所述电感型降压变换器将所述电池组的最高电压降压变换为第二电压。

40.如权利要求39所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器何/或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

41.如权利要求39所述的电池管理芯片，其特征在于，所述供电模块还包括LDO降压变换器，所述LDO降压变换器的输入端连接所述第二电压，并且所述LDO降压变换器将所述第二电压变换为第五电压，所述第五电压为电池管理芯片中的数字电路模块、模拟电路模块和/或模数转换模块提供供电电压。

42.如权利要求41所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第五电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

43.如权利要求41所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第五电压为电池管理系统或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压。

44.如权利要求43所述的电池管理芯片，其特征在于，所述通信接口隔离模块的初级侧的参考地与所述隔离电源控制器的参考地相同。

45.如权利要求44所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第一电压还为通信接口隔离模块的次级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

46.如权利要求39所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为电池管理系统或所述电池管理芯片中的通信接口隔离模块的初级侧提供供电电压，所述第一次级线圈的参考地与所述通信接口隔离模块的次级侧的参考地相同。

47.如权利要求46所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为所述隔离电源控制器提供供电电压。

48.如权利要求39所述的电池管理芯片，其特征在于，所述供电模块还包括电荷泵电路，所述电荷泵电路的输入端连接所述第二电压并且将所述第二电压升压为第三电压，所述第三电压为所述电池管理芯片中的开关驱动模块提供供电电压，所述开关驱动模块用于控制充电开关和/或放电开关的导通或断开。

49.如权利要求39至48中任一项所述的电池管理芯片，其特征在于，所述第二电压为所述初级线圈提供电压或者所述电池组的最高电压为所述初级线圈提供电压。

Images