CN216248264U - 电流采集电路、集成器件及电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种电流采集电路，电流采集电路用于检测电池/电池组的充电电流和/或放电电流，通过与电池/电池组串联的充电控制晶体管和放电控制晶体管来控制电池/电池组的充电和放电，其中充电控制晶体管的漏极和放电控制晶体管的漏极连接，电流采集电路包括：第一晶体管、第二晶体管、第一电压采集电路、第二电压采集电路、以及恒定电流源。本公开还提供了一种集成器件及电池管理系统。

Description

电流采集电路、集成器件及电池管理系统

技术领域

本公开提供了一种电流采集电路、集成器件及电池管理系统。

背景技术

随着可充电电池的技术发展，目前可充电电池已经广泛地用于诸如电动工具、便携设备、电动汽车等各种领域。通过对可充电电池进行充电，并且提供给用电设备。但是在可充电电池的充电过程及放电过程中需要对充电电流和放电电流进行检测，以避免发生过充过放等情况的发生，从而避免安全事故的发生、电池寿命的损害等。

目前所采用的充电电流和放电电流的检测，可以通过外加检测电阻的方式来实现，但是通过外加检测电阻将会导致能量损耗，而且在使用高精度检测电阻的情况下也会极大地增加成本等。

也有采用通过充电控制晶体管和/或放电控制晶体管的两侧电压的方式来实现对放电电流和充电电流的检测。但是在这种检测方法中，需要检测通过充电控制晶体管和/或放电控制晶体管的导通电阻所产生的电压来实现对放电电流和充电电流的检测。

例如图1所示，模数转换器(ADC)所检测的放电电压等于 (Ron(M1)+Ron(M2))*ILOAD，所检测的充电压电等于 (Ron(M1)+Ron(M2))*ICHG，其中Ron(M1)为放电控制晶体管的导通电阻， Ron(M2)为充电控制晶体管的导通电阻，ILOAD为放电电流，ICHG为放电电流。

充电控制晶体管和放电控制晶体管的导通电阻表示为

其中μ_n为沟通电子迁移率，Cox为单位面积的栅氧化层电容，W为晶体管的沟道宽度，L为晶体管的沟道宽度， VGS为晶体管的栅源电压，VTH是晶体管的导通阈值电压，Rcont为接触电阻，Rdrift为漂移区电阻。相应地，检测的充电电流或放电电流相应地等于ADC所检测的电压除以导通电阻。

但是需要注意的是，在晶体管使用的过程中，晶体管的导通电阻将会随着环境温度的变化而进行变化，并且在晶体管制造的过程中，晶体管的导通电阻会随着工艺的变化而进行变化，因此在晶体管的使用过程中，完全不能保证所使用的晶体管的导通电阻是恒定的。这样由于晶体管导通电阻的不确定性，将会导致所检测的充电电流或放电电流的不确定性，因此通过这种方式并不能做到更加精确的检测。

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流采集电路、集成器件及电池管理系统。相较于现有技术，根据本公开的技术方案，能够在不受环境温度以及晶体管制造工艺等的影响来更加精确地对充放电电流进行检测。

根据本公开的一个方面，一种电流采集电路，所述电流采集电路用于检测电池/电池组的充电电流和/或放电电流，通过与所述电池/电池组串联的充电控制晶体管和放电控制晶体管来控制所述电池/电池组的充电和放电，其中所述充电控制晶体管的漏极和所述放电控制晶体管的漏极连接，所述电流采集电路包括：

第一晶体管和第二晶体管，用于对所述放电电流和/或所述充电电流进行检测，所述第一晶体管的漏极与所述放电控制晶体管的漏极和所述充电控制晶体管的漏极连接，所述第二晶体管的漏极与所述放电控制晶体管的漏极和所述充电控制晶体管的漏极连接；

第一电压采集电路，所述第一电压采集电路的输入端与所述第一晶体管的源极连接；

第二电压采集电路，所述第二电压采集电路的输入端与所述第二晶体管的源极连接；以及

恒定电流源，用于提供恒定电流，并且所述恒定电流源的输出端与所述第一晶体管的源极或者所述第二晶体管的源极连接。

可选地，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量、与所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的沟道长宽比 /元胞数量成比例；

可选地，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的导通电阻、且与所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻成比例；

可选地，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的导通电阻大于所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻；

可选地，所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通电阻、和/或所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻相同；

可选地，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述放电控制晶体管和所述充电控制晶体管集成在一个器件中；

可选地，当对所述放电电流和/或所述充电电流进行检测时，所述第一晶体管导通并且所述第二晶体管断开，或者所述第二晶体管导通且所述第一晶体管断开；

可选地，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述放电控制晶体管和所述充电控制晶体管相同类型的NMOS晶体管或PMOS晶体管。

可选地，所述第一电压采集电路包括第一开关和第一采集电容，所述第二电压采集电路包括第二开关和第二采集电容，所述第一开关和第二开关同时导通或断开，并且通过所述第一开关和第二开关的导通，分别将所述第一晶体管的源极的电压转移至所述第一采集电容以及将所述第二晶体管的源极的电压转移至第二采集电容。

可选地，还包括模数转换器，所述模数转换器用于将所述第一采集电容的电压和第二采集电容的电压转换为数字信号；

可选地，还包括基准电压生成电路，用于向所述模数转换器提供与温度无关的基准电压，所述模数转换器基于所述基准电压将所述第一采集电容的电压和第二采集电容的电压转换为数字信号。

可选地，可选地，在放电检测过程和/或充电检测过程中，基于所述第一晶体管的源极的电压、所述第二晶体管的源极的电压、所述恒定电流的电流值、所述第一晶体管与所述放电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量的比例来确定所述放电电流和/或所述充电电流；

可选地，在放电检测过程和/或充电检测过程中，基于所述第二晶体管的源极的电压、所述第一晶体管的源极的电压、所述恒定电流的电流值、所述第二晶体管与所述充电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量的比例来确定所述放电电流和/或所述充电电流。

可选地，所述第二晶体管的栅极控制信号为低电平，在放电检测过程中，所述第一晶体管的栅极控制信号与所述放电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号，在充电检测过程中，所述第一晶体管的栅极控制信号与所述充电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号；

可选地，所述第一晶体管的栅极控制信号为低电平，在放电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号与所述放电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号，在充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号与所述充电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号；

可选地，在放电和/或充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号为低电平，所述第一晶体管的栅极控制信号为高电平，或者在放电和/或充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号为高电平，所述第一晶体管的栅极控制信号为低电平。

可选地，所述第一晶体管和第二晶体管的数量为一个或两个以上，当所述第一晶体管和第二晶体管的数量为两个以上时，两个以上的第一晶体管并联在所述放电控制晶体管的漏极与所述第一电压采集电路的输入端之间，并且通过选通开关来选择进行一个第一晶体管，两个以上的第二晶体管并联在所述充电控制晶体管的漏极与所述第一电压采集电路的输入端之间，并且通过选通开关来选择进行一个第二晶体管；

可选地，两个以上的第一晶体管的导通电阻成比例，和/或两个以上的第二晶体管的导通电阻成比例；

可选地，两个以上的第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量成比例，和/或两个以上的第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量成比例。

可选地，所述恒定电流为与温度无关的恒定电流；

还包括校准电阻，所述校准电阻连接在所述电流源的输出端与接地端之间，以便对所述恒定电流、放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和/或第二晶体管的导通电阻进行校准，以便与温度无关。

根据本公开的另一方面，一种集成器件，所述集成器件至少集成有所述的电流采集电路中的放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管。

根据本公开的再一方面，一种电池管理系统，包括：

所述的电流采集电路或者所述的集成器件；以及

逻辑控制电路，用于向所述放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管提供栅极控制信号，以便控制所述放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管的导通与断开，并且接收所检测的充电电流和/或放电电流，

可选地，根据所接收的充电电流和/或放电电流来提供所述栅极控制信号。

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示出了根据现有技术的电流采集电路的示意图。

图2示出了根据本公开的一个实施方式的电流采集电路的示意图。

图3示出了根据本公开的一个实施方式的电流采集电路的示意图。

图4示出了根据本公开的一个实施方式的电流采集电路的示意图。

图5示出了根据本公开的一个实施方式的电池管理系统的示意图。

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，提供了一种充放电电流采集电路。该充放电电流采集电路可以用于检测电池组的充电电流和放电电流。

图2示出了根据本公开的一个实施方式的充放电电流采集电路。该充放电电流采集电路可以用于检测电池或者电池组的充放电电流。并且通过本公开的充放电电流采集电路可以实现充放电电流的更精确检测。

该充放电电流采集电路可以包括放电控制晶体管MD和充电控制晶体管MC，其中放电控制晶体管MD和充电控制晶体管MC可以为 NMOS晶体管，也可以为PMOS晶体管。在图2中，虽然示出了放电控制晶体管MD和充电控制晶体管MC设置在电池的负端的低压边，但是本领域的技术人员应当理解，也可以设置在电池的正端的高压边。下面将以低压边的设置为例进行说明。对于高压边的设置原理相同，在此不再赘述。

图2示出了放电电流检测的情况，如图2所示，放电控制晶体管 MD的源极S1可以连接电池组BAT的负端，并且放电控制晶体管MD 的漏极D可以与充电控制晶体管MC的漏极D连接，并且充电控制晶体管MC的漏极S2可以与负载LOAD连接。此外，也可以将充电控制晶体管MC的源极S2可以连接电池组BAT的负端，并且充电控制晶体管MC的漏极D可以与放电控制晶体管MD的漏极D连接，并且放电控制晶体管MD的漏极S1可以与负载LOAD连接。

此外，在放电控制晶体管MD的源极S1和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D1，在充电控制晶体管MC的源极S2和漏极 D之间可以存在反向连接的寄生二极管D2。

通过向放电控制晶体管MD的栅极提供放电控制信号DSG来控制放电控制晶体管MD的导通和断开，从而控制电池组BAT的放电。通过向充电控制晶体管MC的栅极提供充电控制信号CHG来控制充电控制晶体管MC的导通和断开，从而控制电池组BAT的充电。

充放电电流采集电路还可以包括第一晶体管MS1和第二晶体管 MS2。第一晶体管MS1的漏极D可以与放电控制晶体管MD的漏极D 连接，并且第二晶体管MS2的漏极D可以与充电控制晶体管MC的漏极连接。

此外，在第一晶体管MS1的源极S3和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D3，在第二晶体管MS2的源极S4和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D4。

通过向第一晶体管MS1的栅极提供放电电流检测控制信号DSG 来控制第一晶体管MS1的导通和断开，从而控制放电电流的检测。通过向第二晶体管MS2的栅极提供充电电流检测控制信号CHG来控制第二晶体管MS2的导通和断开，从而控制充电电流的检测。需要说明的是，虽然在图2以及下面的附图中示出了放电控制信号DSG和放电电流检测控制信号DSG为相同的信号，但是也可以为不同的控制信号，虽然在图2以及下面的附图中示出了充电控制信号CHG和充电电流检测控制信号CHG为相同的信号，但是其也可以为不同的控制信号。

充放电电流采集电路还可以包括恒定电流源，并且该恒定电流源可以根据电压AVDD来生成恒定电流IREF。

在用于对放电电流进行检测时，第一晶体管MS1的源极S3可以与恒定电流源所提供的恒定电流IREF连接，同时第一晶体管MS1的源极端S3还与第一电压采集电路连接。该第一电压采集电路可以包括第一开关SW1和第一电容CS1。第一开关SW1的第一端与第一晶体管MS1的源极端S3连接，第一开关SW1的第二端与第一电容CS1 的第一端连接，并且第一电容CS1的第二端接地。第二晶体管MS2 的源极端S4还与第二电压采集电路连接，该第二电压采集电路可以包括第二开关SW2和第二电容CS2。第二开关SW2的第一端与第二晶体管MS2的源极端S4连接，第二开关SW2的第二端与第二电容CS2 的第一端连接，并且第二电容CS2的第二端接地。其中在本公开中(包括下面的描述中)，接地端可以是电池/电池组的负端B-，也可以是负载/充电器的负端P-。例如优选地接地可以是电池/电池组的负端B-。

另外，可以通过第一模数转换器ADC1连接第一电容CS1的第一端，以便用于检测第一电容CS1的电压，通过第二模数转换器ADC2 连接第二电容CS2的第一端，以便用于检测第二电容CS2的电压。虽然在图2中示出了采用两个模数转换器，但是也可以采用一个模数转换器。通过该一个模数转换器同时来检测第一电容CS1和第二电容 CS2的电压。

在本公开中，可以包括两个以上的第一晶体管MS1，并且每个第一晶体管MS1的连接方式相同，另外也可以包括两个以上的第二晶体管MS2，并且每个第二晶体管MS2的连接方式相同。

在某些类型的晶体管的情况下，第一晶体管的沟道长宽比与放电控制晶体管MD的沟道长宽比可以成比例，并且该比例值可以为100、 1000、10000等。第二晶体管的沟道长宽比与充电控制晶体管MC的沟道长宽比可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、10000等。这样可以使得第一晶体管的导通电阻与放电控制晶体管MD的导通电阻也成为相同的比例，第二晶体管的导通电阻与充电控制晶体管MC 的导通电阻也成为相同的比例。

在某些类型的晶体管的情况下，第一晶体管的元胞数量与放电控制晶体管MD的元胞数量可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、或10000等。第二晶体管的元胞数量与充电控制晶体管MC的元胞数量可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、或10000等。这样可以使得第一晶体管的导通电阻与放电控制晶体管MD的导通电阻也成为相同的比例，第二晶体管的导通电阻与充电控制晶体管MC的导通电阻也成为相同的比例。此外，第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量和第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量可以设置成相同，且与相同的放电控制晶体管MD的沟道长宽比/元胞数量和充电控制晶体管MC的沟道长宽比/元胞数量成比例。

在本公开中，放电控制晶体管MD、第一晶体管、第二晶体管和充电控制晶体管MC集成在一个器件中，这样四者可以实现在温度或者工艺条件进行变化时，保证放电控制晶体管MD、第一晶体管、第二晶体管和充电控制晶体管MC的导通电阻同时进行相应的变化。

在对电池组BAT进行放电控制时，放电控制信号DSG和放电电流检测控制信号DSG为高电平，而充电控制信号CHG和充电电流检测控制信号CHG为低电平，这样放电控制晶体管MD导通，第一晶体管MS1导通，充电控制晶体管MC断开且第二晶体管MS2断开。

在这种情况下，放电电流ILOAD从电池组BAT的正端，流经负载LOAD且流至电池组BAT的负端。并且恒定电流IREF可以经由第一晶体管MS1流向放电控制晶体管MD。

这样第一晶体管MS1的源极S3端的电压 VS3＝IREF×Ron(MS1)+ILOAD×Ron(MD)，其中IREF为恒定电流的电流值， Ron(MS1)为第一晶体管MS1的导通电阻的电阻值，ILOAD为放电电流的电流值，Ron(MD)为放电控制晶体管MD的导通电阻的电阻值。

如上所述，由于第一晶体管MS1的导通电阻明显大于放电控制晶体管MD的导通电阻，因此恒定电流的电流值IREF在放电控制晶体管 MD产生的电压值将会明显地小于恒定电流的电流值IREF在第一晶体管MS1产生的电压值，因此在上面的公式中可以省略恒定电流的电流值IREF在放电控制晶体管MD产生的电压值。

在对第一晶体管MS1的源极S3端的电压进行检测的过程中，可以使得第一电压采集电路的第一开关SW1导通，这样电荷将会转移到第一电容CS1，并且第一电容CS1的两端电压将会等于第一晶体管 MS1的源极S3端的电压，通过第一模数转换器ADC1来对电压VS3进行检测。

此外，通过第二电压采集电路同时来进行检测第二晶体管MS2的源极S4端的电压VS4，检测过程中，可以使得第二电压采集电路的第二开关SW2导通，这样电荷将会转移到第二电容CS2，并且第二电容CS2将会等于VS4。通过第二模数转换器ADC2来对电压VS4进行检测。需要注意的是，在本公开中需要对电压VS3和VS4同时进行检测，在不同时检测的情况下，不管是在充电过程还是在放电过程，充电电流和放电电流将会随着时间的变化而进行变化，将会导致误差的发生。最终第二晶体管MS2的源极S4端的电压VS4＝ILOAD×Ron(MD)。

如上所示，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2可以为不同的模数转换器，也可以为同一个模数转换器。模数转换器可以接收由基准电压生成电路提供的基准电压，其中该基准电压设置零温度系数电压，也就是说，基准电压将不会随着温度的变化而进行变化。模数转换器可以通过该基准电压来对电压VS3和VS4进行模数转换，这样电压VS3将会被转换为第一数字信号DVS3，并且电压VS4将会被转换为第二数字信号DVS4。

其中K 为比例系数。

公式1还可以变换为：

经变换可以得到：

其中系数M为第一晶体管MS1的导通电阻和放电控制晶体管MD的导通电阻的比例，由于二者集成在一个集成器件中，因此二者的导通电阻的将会随着环境温度和制造工艺的变化而相应的进行变化，因此系数M将不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，比例系数K为经过模数转换器检测的第一数字信号 DVS3和第二数字信号DVS4之间的比例，比例系数K可以通过模数转换器的输出的数字信号而得到，因此也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，IREF为恒定电流源所提供的恒定电流，也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响。

因此，放电电流

也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，通过本公开的方式可以得到完全不受到环境温度和制造工艺的变化的影响的放电电流的检测值。

此外，充放电电流采集电路还可以包括外部电阻REXT(与集成器件分立的外部电阻)，通过该外部电阻REXT可以用于校准。可以在恒定电流流过外部电阻REXT和第一晶体管MS1的情况下，通过外部电阻REXT所产生的电压和第一晶体管MS1的导通电阻所产生电压的对比，来实现对第一晶体管MS1的导通电阻的校准，从而也相应地实现放电控制晶体管MD的校准等。

在本公开中，优选地可以通过外部电阻REXT来对恒定电流IREF 进行校准，以便使得恒定电流IREF与温度完全无关。例如外部电阻 REXT可以选择低温度系数电阻或者零温度系数电阻，例如温度系数可以为10ppm/℃。在进行恒定电流IREF的校准过程中，可以通过测量外部电阻的电压的方式，例如在27℃的情况下，如果外部电阻的实际测量电压与参考电压(预先存储)不一致，表明恒定电流IREF受到温度的影响而进行变化。这样为了消除该影响，可以根据不一致的情况来调整恒定电流IREF值，例外，也可以在诸如模数转换器或者逻辑控制单元的处理中考虑该不一致的情况，例如根据不一致的情况设定相应的系数，从而使得该不一致情况消除。

根据本公开的实施方式，本领域的技术人员应当理解，该实施方式可以完美地实现在不受到环境温度和制造工艺的变化的影响的情况下，精确地检测放电电流。

在本公开的可选实施例中，第一晶体管和/或第二晶体管的数量可以为两个以上，例如在图3中示出了包括两个第一晶体管MS1、MS3 和两个第二晶体管MS2、MS4的情况。各个第一晶体管的导通电阻可以成比例设置以及各个第二晶体管的导通电阻也可以成比例设置，例如100、1000等，并且并联设置。在这种情况下，可以根据放电电流值的大小来选择合适的第一晶体管和/或第二晶体管。第一晶体管的导通电阻值明显大于放电控制晶体管MD的导通电阻值。在放电电流比较小的情况下，如果选择导通电阻大的第一晶体管，将会使得第一晶体管产生的电压淹没放电控制晶体管MD产生的电压，从而使得放电电流的检测不准确。通过切换不同比例的第一晶体管可以使得放电电流的检测更加准确。

在上面的描述中，解释了通过图2的实施例的来进行放电电流的检测，并且第一晶体管作为放电电流检测晶体管。但是也可以通过图 2的实施例来进行充电电流ICHG的检测，当进行充电电流检测时，可以将第一晶体管作为充电电流检测晶体管。进行充电电流检测和放电电流检测的原理完全相同，例如将上面的ILOAD替换成ICHG，在此不再赘述。

在上面的实施方式中，示出了第一晶体管作为充电电流或者放电电流检测晶体管。但是也可以采用第二晶体管作为充电电流或者放电电流检测晶体管。

图4示出了充电电流检测的情况，如图4所示，放电控制晶体管 MD的源极S1可以连接电池组BAT的负端，并且放电控制晶体管MD 的漏极D可以与充电控制晶体管MC的漏极D连接，并且充电控制晶体管MC的漏极S2可以与充电器连接。此外，也可以将充电控制晶体管MC的源极S2可以连接电池组BAT的负端，并且充电控制晶体管 MC的漏极D可以与放电控制晶体管MD的漏极D连接，并且放电控制晶体管MD的漏极S1可以与负载LOAD连接。需要注意的是，不管是充电控制还是放电控制，二者可以使用类似的电路，为了便于说明在不同的附图中进行说明。在两种控制的电路中，区别主要在于电流源、外接电阻等的连接方式不同。

而且在本公开中，可以在充电控制还是放电控制中，采用同一个电流源、采用同一个外接电阻，可以通过切换开关的方式将同一个电流源和/或同一个外接电阻而使得同一个电流源和/或同一个外接电阻的连接方式变化。

此外，在放电控制晶体管MD的源极S1和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D1，在充电控制晶体管MC的源极S2和漏极 D之间可以存在反向连接的寄生二极管D2。

通过向充电控制晶体管MC的栅极提供充电控制信号CHG来控制充电控制晶体管MC的导通和断开，从而控制电池组BAT的充电。通过向放电控制晶体管MD的栅极提供放电控制信号DSG来控制放电控制晶体管MD的导通和断开，从而控制电池组BAT的放电。

充放电电流采集电路还可以包括第一晶体管MS1和第二晶体管 MS2。第一晶体管MS1的漏极D可以与放电控制晶体管MD的漏极D 连接，并且第二晶体管MS2的漏极D可以与充电控制晶体管MC的漏极连接。

此外，在第一晶体管MS1的源极S3和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D3，在第二晶体管MS2的源极S4和漏极D之间可以存在反向连接的寄生二极管D4。

通过向第一晶体管MS1的栅极提供放电电流检测控制信号DSG 来控制第一晶体管MS1的导通和断开，从而控制放电电流的检测。通过向第二晶体管MS2的栅极提供充电电流检测控制信号CHG来控制第二晶体管MS2的导通和断开，从而控制充电电流的检测。需要说明的是，虽然在图4中示出了放电控制信号DSG和放电电流检测控制信号DSG为相同的信号，但是也可以为不同的控制信号，虽然在图4 中示出了充电控制信号CHG和充电电流检测控制信号CHG为相同的信号，但是其也可以为不同的控制信号。

充放电电流采集电路还可以包括恒定电流源，并且该恒定电流源可以根据电压AVDD来生成恒定电流IREF。

在用于对充电电流进行检测时，第二晶体管MS2的源极S4可以与恒定电流源所提供的恒定电流IREF连接，同时第二晶体管MS2的源极端S4还与第二电压采集电路连接。该第二电压采集电路可以包括第二开关SW2和第二电容CS2。第二开关SW2的第一端与第二晶体管MS2的源极端S4连接，第二开关SW2的第二端与第二电容CS2 的第一端连接，并且第二电容CS2的第二端接地。第一晶体管MS1 的源极端S3还与第一电压采集电路连接，该第一电压采集电路可以包括第一开关SW1和第一电容CS1。第一开关SW1的第一端与第一晶体管MS1的源极端S3连接，第一开关SW1的第二端与第一电容CS1 的第一端连接，并且第一电容CS1的第二端接地。

另外，可以通过第一模数转换器ADC1连接第一电容CS1的第一端，以便用于检测第一电容CS1的电压，通过第二模数转换器ADC2 连接第二电容CS2的第一端，以便用于检测第二电容CS2的电压。虽然在图4中示出了采用两个模数转换器，但是也可以采用一个模数转换器。通过该一个模数转换器同时来检测第一电容CS1和第二电容 CS2的电压。

在本公开中，可以包括两个以上的第一晶体管，并且每个第一晶体管的连接方式相同，另外也可以包括两个以上的第二晶体管，并且每个第二晶体管的连接方式相同。

在某些类型的晶体管的情况下，第一晶体管的沟道长宽比与放电控制晶体管MD的沟道长宽比可以成比例，并且该比例值可以为100、 1000、10000等。第二晶体管的沟道长宽比与充电控制晶体管MC的沟道长宽比可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、10000等。这样可以使得第一晶体管的导通电阻与放电控制晶体管MD的导通电阻也成为相同的比例，第二晶体管的导通电阻与充电控制晶体管MC 的导通电阻也成为相同的比例。此外，第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量和第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量可以设置成相同，且与相同的放电控制晶体管MD的沟道长宽比/元胞数量和充电控制晶体管MC 的沟道长宽比/元胞数量成比例。

在某些类型的晶体管的情况下，第一晶体管的元胞数量与放电控制晶体管MD的元胞数量可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、或10000等。第二晶体管的元胞数量与充电控制晶体管MC的元胞数量可以成比例，并且该比例值可以为100、1000、或10000等。这样可以使得第一晶体管的导通电阻与放电控制晶体管MD的导通电阻也成为相同的比例，第二晶体管的导通电阻与充电控制晶体管MC的导通电阻也成为相同的比例。同样地第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量和第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量可以设置成相同，放电控制晶体管MD的沟道长宽比/元胞数量和充电控制晶体管MC的沟道长宽比/ 元胞数量可以设置成相同。

在本公开中，放电控制晶体管MD、第一晶体管、第二晶体管和充电控制晶体管MC集成在一个器件中，这样四者可以实现在温度或者工艺条件进行变化时，保证放电控制晶体管MD、第一晶体管、第二晶体管和充电控制晶体管MC的导通电阻同时进行相应的变化。

在对电池组BAT进行充电控制时，放电控制信号DSG和放电电流检测控制信号DSG为低电平，而充电控制信号CHG和充电电流检测控制信号CHG为高电平，这样放电控制晶体管MD断开，第一晶体管MS1断开，充电控制晶体管MC导通且第二晶体管MS2导通。

在这种情况下，充电电流ICHG从电池组BAT的正端流向电池组 BAT的负端，流经充电器且流回电池组BAT的正端。并且恒定电流 IREF可以经由第二晶体管MS2流向充电控制晶体管MC。

这样第二晶体管MS2的源极S4端的电压 VS4＝IREF×Ron(MS2)+ICHG×Ron(MC)，其中IREF为恒定电流的电流值， Ron(MS2)为第二晶体管MS2的导通电阻的电阻值，ICHG为充电电流的电流值，Ron(MC)为充电控制晶体管MC的导通电阻的电阻值。

如上所述，由于第二晶体管MS2的导通电阻明显大于充电控制晶体管MC的导通电阻，因此恒定电流的电流值IREF在充电控制晶体管 MC产生的电压值将会明显地小于恒定电流的电流值IREF在第二晶体管MS2产生的电压值，因此在上面的公式中可以省略恒定电流的电流值IREF在充电控制晶体管MC产生的电压值。

通过第二电压采集电路来检测第二晶体管MS2的源极S4端的电压VS4，检测过程中，可以使得第二电压采集电路的第二开关SW2导通，这样电荷将会转移到第二电容CS2，并且第二电容CS2将会等于 VS4。通过第二模数转换器ADC2来对电压VS4进行检测。需要注意的是，在本公开中需要对电压VS3和VS4同时进行检测，在不同时检测的情况下，不管是在充电过程还是在放电过程，充电电流和放电电流将会随着时间的变化而进行变化，将会导致误差的发生。

同时对第一晶体管MS1的源极S3端的电压进行检测，可以使得第一电压采集电路的第一开关SW1导通，这样电荷将会转移到第一电容CS1，并且第一电容CS1的两端电压将会等于第一晶体管MS1的源极S3端的电压，通过第一模数转换器ADC1来对电压VS3进行检测。最终第一晶体管MS1的源极S3端的电压VS3＝ICHG×Ron(MC)。

如上所示，第一模数转换器ADC1和第二模数转换器ADC2可以为不同的模数转换器，也可以为同一个模数转换器。模数转换器可以接收由基准电压生成电路提供的基准电压，其中该基准电压设置零温度系数电压，也就是说，基准电压将不会随着温度的变化而进行变化。模数转换器可以通过该基准电压来对电压VS3和VS4进行模数转换，这样电压VS3将会被转换为第一数字信号DVS3，并且电压VS4将会被转换为第二数字信号DVS4。

其中K为比例系数。

公式2还可以变换为：

经变换可以得到：

其中系数M为第二晶体管MS2的导通电阻和充电控制晶体管MC的导通电阻的比例，由于二者集成在一个集成器件中，因此二者的导通电阻的将会随着环境温度和制造工艺的变化而相应的进行变化，因此系数M将不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，比例系数K为经过模数转换器检测的第一数字信号 DVS3和第二数字信号DVS4之间的比例，比例系数K可以通过模数转换器的输出的数字信号而得到，因此也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，IREF为恒定电流源所提供的恒定电流，也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响。

因此，充电电流

也不会受到环境温度和制造工艺的变化的影响，通过本公开的方式可以得到完全不受到环境温度和制造工艺的变化的影响的充电电流的检测值。

此外，充放电电流采集电路还可以包括外部电阻REXT，通过该外部电阻REXT可以用于校准。可以在恒定电流流过外部电阻REXT 和第二晶体管MS2的情况下，通过外部电阻REXT所产生的电压和第二晶体管MS2的导通电阻所产生电压的对比，来实现对第二晶体管MS2的导通电阻的校准，从而也相应地实现放电控制晶体管MD和充电控制晶体管MC的校准等。

根据本公开的实施方式，本领域的技术人员应当理解，该实施方式可以完美地实现在不受到环境温度和制造工艺的变化的影响的情况下，精确地检测充电电流。

在本公开的可选实施例中，第一晶体管和/或第二晶体管的数量可以为两个以上，各个第一晶体管的导通电阻可以成比例设置以及各个第二晶体管的导通电阻也可以成比例设置，例如100、1000等，并且并联设置。在这种情况下，可以根据充电电流值的大小来选择合适的第二晶体管和/或第一晶体管。第二晶体管的导通电阻值明显大于放电控制晶体管MD的导通电阻值。在充电电流比较小的情况下，如果选择导通电阻大的第二晶体管，将会使得第二晶体管产生的电压淹没放电控制晶体管MD产生的电压，从而使得充电电流的检测不准确。通过切换不同比例的第一晶体管可以使得充电电流的检测更加准确。

在上面的描述中，第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量比与充电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量比为、第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量与放电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量、第二晶体管和第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量与充电控制晶体管和放电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量可以为1：M，其中M大于1。例如，M值可以为100、1000、10000等。第二晶体管和/或第一晶体管的数量为N个，其中N为大于等于1的整数，第i个第二晶体管和/或第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量比与充电控制晶体管和/或放电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量比为1：M的N-1次方，其中i为大于等于1的整数，其中i的数值随着N的取值进行变化。

上面结合图4描述了充电检测的情况，但是根据图4进行放电检测时，原理与充电检测相同，在此不再赘述。

根据本公开的进一步实施方式，还提供了一种集成器件(电子芯片)。其中在该集成器件中至少集成有放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、第二晶体管。这样可以使得晶体管采用相同的工艺制成，避免不同制造商之间的差别也避免了同一制造商不同批次之间的差别。另外还可以集成有上述的恒定电流源、各种开关、基准电压生成电路等，也可以集成模数转换器等。在该集成器件中各个部件的功能与上面描述的相同，在此不再赘述。

需要注意的是，虽然在上面描述了采用第一晶体管MS1检测放电电流而采用第二晶体管MS2检测充电电流，但是不管是充电电流还是放电电流，也可以仅采用第一晶体管MS1来进行检测。这时，第一晶体管MS1可以作为一个检测晶体管。这样在采用第一晶体管MS1进行检测充电电流情况下，恒定电流源的连接方式可以如图2、图3所示。并且晶体管MS1在充电检测过程中导通，而晶体管MS2则断开。这样通过晶体管MS1的导通电阻与晶体管MC的导通电阻的关系来确定充电电流。本公开还提供了一种电池管理系统，其中该电池管理系统可以用于对电池组进行管理，例如对充放电进行控制，也可以对电池组温度进行检测等，该电池组可以通过充电器进行充电，并且向诸如用电设备的负载进行供电，用电设备例如可以是电动工具，便携终端、电动汽车等等。

图5示出了根据本公开的一个实施例的电池管理系统，其中该电池管理系统可以包括如上所述的集成器件及相关元件(当然也可以替换成上述的电流采集电路，下面以集成器件为例进行说明)、还可以包括逻辑控制单元，逻辑控制单元用于向集成器件中的各种晶体管提供控制信号和/或向各种开关提供开关信号等。另外还可以包括温度检测部，用于对电池组的温度进行检测。当然，在电池管理系统中还可以根据需要包括其他部分，例如电池电压检测单元，可以用于检测每节电池的电压。

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 (23)

1.一种电流采集电路，所述电流采集电路用于检测电池/电池组的充电电流和/或放电电流，通过与所述电池/电池组串联的充电控制晶体管和放电控制晶体管来控制所述电池/电池组的充电和放电，其中所述充电控制晶体管的漏极和所述放电控制晶体管的漏极连接，其特征在于，所述电流采集电路包括：

第一晶体管和第二晶体管，用于对所述放电电流和/或所述充电电流进行检测，所述第一晶体管的漏极与所述放电控制晶体管的漏极和所述充电控制晶体管的漏极连接，所述第二晶体管的漏极与所述放电控制晶体管的漏极和所述充电控制晶体管的漏极连接；

第一电压采集电路，所述第一电压采集电路的输入端与所述第一晶体管的源极连接；

第二电压采集电路，所述第二电压采集电路的输入端与所述第二晶体管的源极连接；以及

恒定电流源，用于提供恒定电流，并且所述恒定电流源的输出端与所述第一晶体管的源极或者所述第二晶体管的源极连接。

2.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量、与所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量成比例。

3.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的导通电阻、且与所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻成比例。

4.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管和/或所述第二晶体管的导通电阻大于所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻。

5.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管的导通电阻、和/或所述放电控制晶体管和/或所述充电控制晶体管的导通电阻相同。

6.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述放电控制晶体管和所述充电控制晶体管集成在一个器件中。

7.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，当对所述放电电流和/或所述充电电流进行检测时，所述第一晶体管导通并且所述第二晶体管断开，或者所述第二晶体管导通且所述第一晶体管断开。

8.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述放电控制晶体管和所述充电控制晶体管相同类型的NMOS晶体管或PMOS晶体管。

9.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一电压采集电路包括第一开关和第一采集电容，所述第二电压采集电路包括第二开关和第二采集电容，所述第一开关和第二开关同时导通或断开，并且通过所述第一开关和第二开关的导通，分别将所述第一晶体管的源极的电压转移至所述第一采集电容以及将所述第二晶体管的源极的电压转移至第二采集电容。

10.如权利要求9所述的电流采集电路，其特征在于，还包括：

模数转换器，所述模数转换器用于将所述第一采集电容的电压和第二采集电容的电压转换为数字信号；以及

基准电压生成电路，用于向所述模数转换器提供与温度无关的基准电压，所述模数转换器基于所述基准电压将所述第一采集电容的电压和第二采集电容的电压转换为数字信号。

11.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，在放电检测过程和/或充电检测过程中，基于所述第一晶体管的源极的电压、所述第二晶体管的源极的电压、所述恒定电流的电流值、所述第一晶体管与所述放电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量的比例来确定所述放电电流和/或所述充电电流。

12.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，在放电检测过程和/或充电检测过程中，基于所述第二晶体管的源极的电压、所述第一晶体管的源极的电压、所述恒定电流的电流值、所述第二晶体管与所述充电控制晶体管的沟道长宽比/元胞数量的比例来确定所述放电电流和/或所述充电电流。

13.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第二晶体管的栅极控制信号为低电平，在放电检测过程中，所述第一晶体管的栅极控制信号与所述放电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号，在充电检测过程中，所述第一晶体管的栅极控制信号与所述充电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号。

14.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管的栅极控制信号为低电平，在放电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号与所述放电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号，在充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号与所述充电控制晶体管的栅极控制信号为相同的控制信号。

15.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，在放电和/或充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号为低电平，所述第一晶体管的栅极控制信号为高电平，或者在放电和/或充电检测过程中，所述第二晶体管的栅极控制信号为高电平，所述第一晶体管的栅极控制信号为低电平。

16.如权利要求1所述的电流采集电路，其特征在于，所述第一晶体管和第二晶体管的数量为一个或两个以上，当所述第一晶体管和第二晶体管的数量为两个以上时，两个以上的第一晶体管并联在所述放电控制晶体管的漏极与所述第一电压采集电路的输入端之间，并且通过选通开关来选择进行一个第一晶体管，两个以上的第二晶体管并联在所述充电控制晶体管的漏极与所述第一电压采集电路的输入端之间，并且通过选通开关来选择进行一个第二晶体管。

17.如权利要求16所述的电流采集电路，其特征在于，两个以上的第一晶体管的导通电阻成比例，和/或两个以上的第二晶体管的导通电阻成比例。

18.如权利要求16所述的电流采集电路，其特征在于，两个以上的第一晶体管的沟道长宽比/元胞数量成比例，和/或两个以上的第二晶体管的沟道长宽比/元胞数量成比例。

19.如权利要求1至18中任一项所述的电流采集电路，其特征在于，所述恒定电流为与温度无关的恒定电流。

20.如权利要求19所述的电流采集电路，其特征在于，还包括校准电阻，所述校准电阻连接在所述电流源的输出端与接地端之间，以便对所述恒定电流、放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和/或第二晶体管的导通电阻进行校准，以便与温度无关。

21.一种集成器件，其特征在于，所述集成器件至少集成有如权利要求1至20中任一项所述的电流采集电路中的放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管。

22.一种电池管理系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至20中任一项所述的电流采集电路或者如权利要求21所述的集成器件；以及

逻辑控制电路，用于向所述放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管提供栅极控制信号，以便控制所述放电控制晶体管、充电控制晶体管、第一晶体管、和第二晶体管的导通与断开，并且接收所检测的充电电流和/或放电电流。

23.如权利要求22所述的电池管理系统，其特征在于，根据所接收的充电电流和/或放电电流来提供所述栅极控制信号。

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