电池管理芯片制造技术

本发明专利技术提供一种电池管理芯片，所述电池管理芯片包括电源组件；所述电源组件包括电源模块、无感BUCK电路和高频PWM电源输出开关；所述电源模块用于接收外部供电，并向所述电池管理芯片内部提供电源；所述无感BUCK电路用于输出稳压电源，所述高频PWM电源输出开关用于输出可配置电源。本发明专利技术的电池管理芯片无需另外增加额外的电源芯片即可满足BMS系统的供电需求，简化了BMS系统的设计复杂度，降低了开发成本和时间。本和时间。本和时间。

【技术实现步骤摘要】
电池管理芯片


[0001]本专利技术属于芯片设计的
，特别是涉及一种电池管理芯片。

技术介绍

[0002]锂电池的特性使其在充放电过程中必须时刻进行监控，因此必须配备锂电池保护板，即电池管理系统(Battery Management System，BMS)。其中，每个BMS需要一至多颗锂电池管理IC芯片。而随着技术的发展，传统BMS也逐步增加诸多通信需求，如隔离485通信、隔离CAN通信、4G通信等。这些需求使得BMS电源设计日益复杂。现有的电池管理IC芯片通常也具有低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)的功能，但此LDO输出电压低，一般为3.3V，输出带载功率极低，一般在10mA以下，甚至无法满足正常MCU运行时功耗。以STM32F103为例，供电电压为3.3V，正常运行时功耗一般在15至20mA或以上,具体和实际运行的频率成正比。因此，几乎大部分BMS系统的供电电源，包括MCU供电均由另外的电源芯片来供电，导致设计成本增加。
[0003]另外，应用于租赁市场的电池包，对于电池剩余容量的计算需要更为准确的精度计算。然而，基于成本和技术的限制，现有的电池管理IC芯片或不提供电量计算功能，或存在电量计算不准确的问题。因此，校准或者实现高精度电池剩余容量估算就需要由BMS开发厂家花费大量设计和时间测试成本，从外部设计及软件功能开发测试上去解决。

技术实现思路

[0004]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管理芯片，无需另外增加额外的电源芯片即可满足BMS系统的供电需求，简化了BMS系统的设计复杂度，降低了开发成本和时间。
[0005]本专利技术提供一种电池管理芯片，所述电池管理芯片包括电源组件；所述电源组件包括电源模块、无感BUCK电路和高频PWM电源输出开关；所述电源模块用于接收外部供电，并向所述电池管理芯片内部提供电源；所述无感BUCK电路用于输出稳压电源，所述高频PWM电源输出开关用于输出可配置电源。
[0006]于一实施例中，电池管理芯片还包括所述模拟电路组件，所述模拟电路组件包括电池测量及均衡单元、温度检测单元、运放单元、第一模数转换单元和第二模数转换单元；所述电池测量及均衡单元用于测量各个电池单体的模拟电池单体电压以及实现所述电池单体的电压均衡；所述温度检测单元用于检测外部环境的模拟温度信号；所述运放单元用于对检流电阻上电压信号进行放大以获取模拟电压信号；所述所述第一模数转换单元用于将所述模拟电池单体电压转换为数字电池单体电压以及将所述模拟温度信号转换为数字温度信号；所述第二模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。
[0007]于一实施例中，所述模拟电路组件还包括Mos管驱动电路和充电器和负载连接检测电路；所述Mos管驱动电路用于驱动充电Mos管和放电Mos管以实现充电或放电保护；所述充电器和负载连接检测电路用于检测充电器和负载是否连接。
[0008]于一实施例中，所述模拟电路组件还包括开关矩阵和开关矩阵控制单元，所述开关矩阵与所述电池测量及均衡单元和所述第一模数转换单元相连，用于选择所述电池测量及均衡单元的通道并提供至所述第一模数转换单元；所述矩阵控制单元用于控制所述开关矩阵的通道选择。
[0009]于一实施例中，所述电池测量及均衡单元中包括主动均衡开关和被动均衡开关；所述主动均衡开关用于对低电压的电池单体充电以实现所有电池单体的电压一致性；所述被动均衡开关用于对高电压的电池单体进行放电以实现所有电池单体的电压一致性。
[0010]于一实施例中，所述电池管理芯片还包括逻辑电路组件；所述逻辑电路组件包括电池剩余电量估算单元；所述电池剩余电量估算单元采用以下步骤估算电池剩余电量：
[0011]1)在所述电池管理芯片上电初始化结束后，获取所述数字电池单体电压的最低值Vmin、电池单体充电截止电压OV、电池单体放电截止电压OU、电池单体额定电压EV，并根据SOCt＝((Vmin
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EV)/(OV
‑
UV))*100+50计算当前电池剩余电量；
[0012]2)获取所述检测电阻的阻值Rs和所述数字电压信号Vr，计算当前充放电电流Cur＝(Vr/Rs)*10，并判断所述当前充放电电流的绝对值是否大于最小充放电有效电流值；若是，启动1秒定时器并进行安时积分计算并在计算过程中进行无迹卡尔曼滤波；在定时器时长为1分钟时获取当前累计电量Qt；
[0013]3)根据SOC＝((SOCt*Qt*Ks*Ts*60)+Qt)*100/(Qa*60*Ks*Ts)计算更新后的电池剩余电量，其中Qa为电池总容量，Ks为电池衰减系数,Ts为低温度影响系数；
[0014]4)在电池完成一次充放电后，重复步骤2)和步骤3)，并在迭代次数达到预设次数时，获取最终更新的电池剩余电量。
[0015]于一实施例中，在每次计算更新后的电池剩余电量时，还包括当电池单体电压处于充电充满或放电截止状态时，若使用安时积分法计算得出的电池剩余电量与所述SOC存在偏差时，若电池包为第一次上电初始化或经历长期静置，按所述电池单体的电压状态，通过电压OCV曲线进行SOC值校准；在充放电循环结束时，若所述SOC于电池单体电压确定的结果存在误差，则调整无迹卡尔曼滤波中的计算因子。
[0016]于一实施例中，当外界平均温度T小于0摄氏度时，Ts取预设值；否则，Ts取值为1。其中，所述与预设值存储在所述逻辑电路组件中的寄存器中，由系统设置。
[0017]于一实施例中，所述逻辑电路组件还包括寄存器和MTP模块，所述寄存器用于存储所述电池单体充电截止电压、所述电池单体放电截止电压、所述电池单体额定电压、所述最小充放电有效电流值、所述电池总容量、所述电池衰减系数、所述低温度影响系数、所述检测电阻的阻值和所述预设次数；所述MTP模块用于掉电状态下的参数存储。
[0018]于一实施例中，所述逻辑电路组件还包括通信模块，所述通信模块用于实现与外部设备的通信。
[0019]于一实施例中，所述通信模块包括1
‑
wire总线、IIC总线中的一种或多种组合。
[0020]于一实施例中，所述逻辑电路组件还包括两级电池保护模块，所述两级电池保护模块用于实现电池的过压、过流、过温、低温及短路保护，以及BMS系统的安全保护。
[0021]如上所述，本专利技术所述的电池管理芯片，具有以下有益效果：
[0022](1)无需另外增加额外的电源芯片即可满足BMS系统的供电需求，简化了BMS系统的设计复杂度，降低了开发成本和时间；其中，只需增加部分外围电感、续流二级管、电容及
输出电压反馈电阻即可实现可驱动4G通信模块、CAN通信模块等功耗较大的通信模块；
[0023](2)配置有电池剩余容量计算功能，实现了高精度的电池剩余容量计算，节省了BMS软件对于电池管理的软件功能编写，大大减少了软件开发或者更换BMS板子上的主控MCU带来的重复开发成本；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电池管理芯片，其特征在于，所述电池管理芯片包括电源组件；所述电源组件包括电源模块、无感BUCK电路和高频PWM电源输出开关；所述电源模块用于接收外部供电，并向所述电池管理芯片内部提供电源；所述无感BUCK电路用于输出稳压电源，所述高频PWM电源输出开关用于输出可配置电源。2.根据权利要求1所述的电池管理芯片，其特征在于：电池管理芯片还包括所述模拟电路组件，所述模拟电路组件包括电池测量及均衡单元、温度检测单元、运放单元、第一模数转换单元和第二模数转换单元；所述电池测量及均衡单元用于测量各个电池单体的模拟电池单体电压以及实现所述电池单体的电压均衡；所述温度检测单元用于检测外部环境的模拟温度信号；所述运放单元用于对检流电阻上电压信号进行放大以获取模拟电压信号；所述所述第一模数转换单元用于将所述模拟电池单体电压转换为数字电池单体电压以及将所述模拟温度信号转换为数字温度信号；所述第二模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字电压信号。3.根据权利要求1所述的电池管理芯片，其特征在于：所述模拟电路组件还包括Mos管驱动电路和充电器和负载连接检测电路；所述Mos管驱动电路用于驱动充电Mos管和放电Mos管以实现充电或放电保护；所述充电器和负载连接检测电路用于检测充电器和负载是否连接。4.根据权利要求2所述的电池管理芯片，其特征在于：所述模拟电路组件还包括开关矩阵和开关矩阵控制单元，所述开关矩阵与所述电池测量及均衡单元和所述第一模数转换单元相连，用于选择所述电池测量及均衡单元的通道并提供至所述第一模数转换单元；所述矩阵控制单元用于控制所述开关矩阵的通道选择。5.根据权利要求2所述的电池管理芯片，其特征在于：所述电池测量及均衡单元中包括主动均衡开关和被动均衡开关；所述主动均衡开关用于对低电压的电池单体充电以实现所有电池单体的电压一致性；所述被动均衡开关用于对高电压的电池单体进行放电以实现所有电池单体的电压一致性。6.根据权利要求2所述的电池管理芯片，其特征在于：所述电池管理芯片还包括逻辑电路组件；所述逻辑电路组件包括电池剩余电量估算单元；所述电池剩余电量估算单元采用以下步骤估算电池剩余电量：1)在所述电池管理芯片上电初始化结束后，获取所述数字电池单体电压的最低值Vmin、电池单体充电截止电压OV、电池单体放电截止电压OU、电池单体额定电压EV，并根据SOCt＝((Vmin
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋佩，魏琼，严晓，赵恩海，马妍，周国鹏，赵健，蔡宗霖，吴运凯，冯洲武，
申请(专利权)人：上海玫克生储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：