电池保护芯片、电池系统及电池保护方法技术方案

本发明专利技术提供一种电池保护芯片、电池系统及电池保护方法，所述电池保护芯片包括：放电限压检测电路，用于检测上一级电池保护芯片输出的放电驱动信号，并根据放电检测信号的电流流向识别所述放电驱动信号的电平高低，以及，减小所述放电驱动信号的高低电平转换窗口电压；充电限压检测电路，用于检测上一级电池保护芯片输出的充电驱动信号，并根据充电检测信号的电流流向识别所述充电驱动信号的电平高低，以及，减小所述充电驱动信号的高低电平转换窗口电压。通过本发明专利技术提供的电池保护芯片、电池系统及电池保护方法，解决了现有级联电池保护芯片在进行电池保护时，方案1存在成本高的问题，方案2存在不易确定电阻分压比例和功耗大的问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
电池保护芯片、电池系统及电池保护方法


[0001]本专利技术属于电子电路设计领域，特别是涉及一种电池保护芯片、电池系统及电池保护方法。

技术介绍

[0002]锂电池广泛应用于各种用电器中，由于锂电池在充电和放电过程中，可能会出现电压过充/过放、温度过高和电流过大等问题，因此需要电池保护芯片。单节锂电池的电压在4V左右，电压过高或过低都会导致电池损坏或寿命缩短。当用电器工作电压高于4V时，可将多节锂电池串联以升高电压(如用电器的工作电压为16V时，将4节锂电池串联以达到该工作电压)，这串电池叫做电池包(pack)。但由于电池间可能存在不均衡，因此，不仅要监测电池包的总电压，还要监测每一节电池的电压。
[0003]图1是一个简化的4节锂电池保护芯片电路，用来说明保护芯片的基本工作原理，该电路仅包含电池过充/过放保护功能；其中，VCC是电源高电势，VSS是电源低电势，VC1、VC2、VC3和VCC监测电池电压，放电MOS管DFET(Discharge MOSFET)和充电MOS管CFET(Charge MOSFET)是NMOS功率管，放电驱动端口DDRV(Dischage Driver)和充电驱动端口CDRV(Charge Driver)分别连接到放电MOS管DFET和充电MOS管CFET。当监测到的电池电压在正常范围，电路处在正常工作状态，放电驱动端口DDRV和充电驱动端口CDRV输出均为高电势，放电MOS管DFET和充电MOS管CFET导通。在PCK+与PCK
‑
间连接负载(用电器)时，电池放电；当监测到任意一节电池过放，电压过低，电路进入低压保护模式，放电驱动端口DDRV输出低电势，放电MOS管DFET关断，电池停止放电。在PCK+与PCK
‑
间连接充电器时，电池充电；当监测到任意一节电池过充，电压过高，电路进入高压保护模式，充电驱动端口CDRV输出低电势，充电MOS管CFET关断，电池停止充电。出现异常状态后，必须等待电池恢复到正常电压范围，电路才能恢复到正常工作模式。
[0004]为了支持更高的工作电压，有时需要级联电池保护芯片。图2是串联了两个4节电池组成的电池包，一共8节电池。为了支持级联功能，芯片增加了放电控制端口DCTL(Discharge Control)和充电控制端口CCTL(Charge Control)，通过电路设计实现如下逻辑：
[0005](1)如果放电控制端口DCTL和充电控制端口CCTL输入为高电势，那么芯片1工作和图1中一致；只有当该芯片对应的电池组出现过压/欠压，才会让放电驱动端口CDRV/充电驱动端口DDRV输出变为低电势。
[0006](2)如果放电控制端口DCTL输入为低电势，那么放电驱动端口DDRV变为低电势；如果充电控制端口CCTL输入为低电势，那么充电驱动端口CDRV变为低电势。
[0007]根据此逻辑，图2中的芯片2虽然没有直接连接到放电MOS管DFET和充电MOS管CFET的栅极，但是如果监测到cell5
‑
cell8出现过压/欠压，可以将关断放电MOS管DFET或充电MOS管CFET的信号通过芯片1传输，以达到保护电池的目的，这就是电池保护芯片级联的工作原理。
[0008]MOSFET是电路的基本单元，根据电路功能不同，MOSFET工艺也不同；如果是功率MOSFET，需要通过大电流，承受高电压V
GS
和V
DS
(如60V的V
GS
)，因此采用厚栅氧，成本高，面积大。而如果是逻辑MOSFET，不需要通过大电流，只需要相对低的电压差(如电压1.2V和0V)就可以表示逻辑的“1”和“0”，可以采用薄栅氧，成本低，面积小。这里的主要问题是：当芯片2单独使用时，放电驱动端口DDRV和充电驱动端口CDRV连接在驱动充放电线路上的NMOS功率管上，因此驱动输出的高、低电势间电压差距很大；然而，当级联使用时，芯片2的放电驱动端口DDRV和充电驱动端口CDRV要输入至芯片1的逻辑电路中，高电压会击穿逻辑电路中使用的薄栅氧MOSFET。
[0009]现有一种方案是：将芯片2中放电驱动端口DDRV和充电驱动端口CDRV的电平信号不加处理地直接接到芯片1中对应的逻辑电路中，然后在逻辑电路部分采用厚栅氧MOSFET(如图3所示)。但该方案的缺点是，使用厚栅氧MOSFET成本高。
[0010]现有另一种方案是：通过电阻将高输入电压分压，以降低输入至逻辑电路的电势，因此无需在逻辑电路中使用厚栅氧MOSFET(如图4所示)。但该方案的缺点是：1)电源保护芯片串入的电池节数不固定，电池电势也不固定，因此放电驱动端口DDRV和充电驱动端口CDRV为高时的输出电势不固定，电阻分压的比值难以精确确定；2)增加了一条从放电驱动端口DDRV到地、从充电驱动端口CDRV到地的漏电通道，而电阻限于芯片面积不可能做得很大，因此电流大，功耗高。

技术实现思路

[0011]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电池保护芯片、电池系统及电池保护方法，用于解决现有级联电池保护芯片在进行电池保护时，方案1存在成本高的问题，方案2存在不易确定电阻分压比例和功耗大的问题。
[0012]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种电池保护芯片，所述电池保护芯片至少包括：放电限压检测电路及充电限压检测电路，其中，
[0013]所述放电限压检测电路用于检测上一级电池保护芯片输出的放电驱动信号，并根据放电检测信号的电流流向识别所述放电驱动信号的电平高低，以及，减小所述放电驱动信号的高低电平转换窗口电压；
[0014]所述充电限压检测电路用于检测上一级电池保护芯片输出的充电驱动信号，并根据充电检测信号的电流流向识别所述充电驱动信号的电平高低，以及，减小所述充电驱动信号的高低电平转换窗口电压。
[0015]可选地，所述放电限压检测电路和所述充电限压检测电路的电路结构相同，至少包括：检测模块、钳位模块及识别限压模块，其中，
[0016]所述检测模块用于检测上一级电池保护芯片输出的相应驱动信号，并产生相应检测信号；
[0017]所述钳位模块连接于芯片电源端和所述检测模块的输出端之间，用于根据相应检测信号的电流流向进行双向电压钳位，使电流流入端口比电流流出端口的电压高出一钳位电压；
[0018]所述识别限压模块连接所述钳位模块的输出端，用于根据所述钳位模块输出电压的大小识别相应驱动信号的电平高低，并基于参考电压来减小相应驱动信号的高低电平转
换窗口电压。
[0019]可选地，还包括：偏置电压产生模块和/或抗尖峰脉冲模块；其中，所述偏置电压产生模块用于为所述识别限压模块提供偏置电压；所述抗尖峰脉冲模块连接所述识别限压模块的输出端，用于滤除毛刺电压。
[0020]可选地，所述检测模块包括：限流电阻，第一端接入上一级电池保护芯片输出的相应驱动信号，第二端作为所述检测模块的输出端。
[0021]可选地，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池保护芯片，其特征在于，所述电池保护芯片至少包括：放电限压检测电路及充电限压检测电路，其中，所述放电限压检测电路用于检测上一级电池保护芯片输出的放电驱动信号，并根据放电检测信号的电流流向识别所述放电驱动信号的电平高低，以及，减小所述放电驱动信号的高低电平转换窗口电压；所述充电限压检测电路用于检测上一级电池保护芯片输出的充电驱动信号，并根据充电检测信号的电流流向识别所述充电驱动信号的电平高低，以及，减小所述充电驱动信号的高低电平转换窗口电压。2.根据权利要求1所述的电池保护芯片，其特征在于，所述放电限压检测电路和所述充电限压检测电路的电路结构相同，至少包括：检测模块、钳位模块及识别限压模块，其中，所述检测模块用于检测上一级电池保护芯片输出的相应驱动信号，并产生相应检测信号；所述钳位模块连接于芯片电源端和所述检测模块的输出端之间，用于根据相应检测信号的电流流向进行双向电压钳位，使电流流入端口比电流流出端口的电压高出一钳位电压；所述识别限压模块连接所述钳位模块的输出端，用于根据所述钳位模块输出电压的大小识别相应驱动信号的电平高低，并基于参考电压来减小相应驱动信号的高低电平转换窗口电压。3.根据权利要求2所述的电池保护芯片，其特征在于，还包括：偏置电压产生模块和/或抗尖峰脉冲模块；其中，所述偏置电压产生模块用于为所述识别限压模块提供偏置电压；所述抗尖峰脉冲模块连接所述识别限压模块的输出端，用于滤除毛刺电压。4.根据权利要求2或3所述的电池保护芯片，其特征在于，所述检测模块包括：限流电阻，第一端接入上一级电池保护芯片输出的相应驱动信号，第二端作为所述检测模块的输出端。5.根据权利要求4所述的电池保护芯片，其特征在于，所述检测模块还包括：短路保护电阻，串联于所述限流电阻的第二端。6.根据权利要求2或3所述的电池保护芯片，其特征在于，所述钳位模块包括：第一二极管及第二二极管；所述第一二极管的正极连接所述第二二极管的负极及所述芯片电源端，所述第一二极管的负极连接所述第二二极管的正极及所述检测模块的输出端，并作为所述钳位模块的输出端。7.根据权利要求2或3所述的电池保护芯片，其特征在于，所述钳位模块包括：至少一个第一PMOS管，其中，在所述第一PMOS管的数量为1个时，所述第一PMOS管的栅极连接其漏极及所述芯片电源端，源极连接所述检测模块的输出端，并作为所述钳位模块的输出端；在所述第一PMOS管的数量大于等于2个时，每个所述第一PMOS管的栅极均连接其漏极，且前一个所述第一PMOS管的源极连接后一个所述第一PMOS管的漏极，第一个所述第一PMOS管的漏极连接所述芯片电源端，最后一个所述第一PMOS管的源极连接所述检测模块的输出端，并作为所述钳位模块的输出端。8.根据权利要求2或3所述的电池保护芯片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐正坤，罗丙寅，尤勇，
申请(专利权)人：华润微集成电路无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：