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电池保护系统

阅读：500发布：2024-02-13

专利汇可以提供电池保护系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种电池保护系统，该系统包括电池保护芯片和外围电路。该系统可省去专门用于检测过流电压的取样电阻，且仍能保证电池保护芯片的安全性。电池保护芯片具有电池组正极端B+、电池组负极端B‑、电流检测端口SENSE、充电晶体管的控制端口CHG，放电晶体管的控制端口DSG。外围电路包括充电晶体管Q1、放电晶体管Q2、开关控制晶体管Q3、第一电阻R1、第五电阻R5、第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6。R5的两端分别与Q1的栅极和源极耦接，R1的两端分别与Q1的栅极和CHG，Q1的源极与放电回路负极端耦接。R2的两端分别与Q2的栅极和DSG耦接。Q3的栅极耦接到DSG，其源极耦接到SENSE，其漏极与R6的第一端耦接。R3的两端耦接在B‑和SENSE之间。R6的第二端与Q1的漏极以及Q2的漏极耦接，Q2的源极端耦接到B‑。，下面是电池保护系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种电池保护系统，其特征在于，所述系统具有放电回路正极端和放电回路负极端，所述系统包括电池保护芯片和外围电路，但不包含专门用于检测过流电压的取样电阻：
所述电池保护芯片具有与所述放电回路正极端耦接的电池组正极端、电池组负极端、电流检测端口、充电晶体管的控制端口，放电晶体管的控制端口；
所述外围电路包括充电晶体管、放电晶体管、开关控制晶体管、第一电阻、第五电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻；
其中：
所述第五电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和源极耦接，所述第一电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和所述充电晶体管的控制端口耦接，所述充电晶体管的源极与所述放电回路负极端耦接；
所述第二电阻的两端分别与所述放电晶体管的栅极和所述放电晶体管的控制端口耦接；
所述开关控制晶体管的栅极耦接到所述放电晶体管的控制端口，其源极耦接到所述电流检测端口，其漏极与所述第六电阻的第一端耦接；
所述第三电阻的两端耦接在所述电池组负极端和所述电流检测端口之间；
所述第六电阻的第二端与所述充电晶体管的漏极以及所述放电晶体管的漏极耦接，所述放电晶体管的源极端耦接到所述电池组负极端。
2.如权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述电池保护芯片具有电池组正极端以及电池组负极端与电池组耦接，所述电池组包括至少一节电池。
3.如权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，所述放电晶体管的导通内阻等效为所述取样电阻。
4.如权利要求1所述的电池保护系统，其特征在于，当所述电流检测端口检测到第三电阻上的电压超过预设的放电过流检测电压阈值时，所述电流保护芯片关闭所述放电晶体管，从而将放电回路关断，并停止放电；且在所述放电晶体管关闭的同时，所述开关控制晶体管关闭，以防止所述放电回路正极端的高电压对所述电流检测端口产生冲击。
5.如权利要求4所述的电池保护系统，其特征在于，所述第三电阻和所述第六电阻为可调节的，以调节所述预设的放电过流检测电压阈值。
6.一种电池保护系统，其特征在于，所述系统具有放电回路正极端和放电回路负极端，所述系统包括电池保护芯片和外围电路，但不包含专门用于检测过流电压的取样电阻：
所述电池保护芯片具有电池组正极端、电池组负极端、电流检测端口、充电晶体管的控制端口，放电晶体管的控制端口；
所述外围电路包括充电晶体管、放电晶体管、开关控制晶体管、第一电阻、第五电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻；
其中：
所述第五电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和源极耦接，所述第一电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和所述充电晶体管的控制端口耦接，所述充电晶体管的源极与所述放电回路负极端耦接；
所述第二电阻的两端分别与所述放电晶体管的栅极和所述放电晶体管的控制端口耦接；
所述开关控制晶体管的栅极耦接到所述放电晶体管的控制端口，其源极耦接到所述电流检测端口，其漏极与所述第六电阻的第一端耦接；
所述第三电阻的两端耦接在所述电池组负极端和所述电流检测端口之间；
所述第六电阻的第二端与所述充电晶体管的源极耦接，所述充电晶体管的漏极与所述放电晶体管的源极耦接，所述放电晶体管的漏极耦接到所述电池组负极端。
7.如权利要求6所述的电池保护系统，其特征在于，所述电池保护芯片具有电池组正极端以及电池组负极端与电池组耦接，所述电池组包括至少一节电池。
8.如权利要求6所述的电池保护系统，其特征在于，所述放电晶体管的导通内阻和所述充电晶体管的导通电阻等效为所述取样电阻。
9.如权利要求6所述的电池保护系统，其特征在于，当所述电流检测端口检测到第三电阻上的电压超过预设的放电过流检测电压阈值时，所述电流保护芯片关闭所述放电晶体管，从而将放电回路关断，并停止放电；且在所述放电晶体管关闭的同时，所述开关控制晶体管关闭，以防止所述放电回路正极端的高电压对所述电流检测端口产生冲击。
10.如权利要求9所述的电池保护系统，其特征在于，所述第三电阻和所述第六电阻为可调节的，以调节所述预设的放电过流检测电压阈值。

说明书全文

电池保护系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电池管理和保护领域。

背景技术

[0002] 随着节能环保的不断倡导，以及新能源产品的蓬勃发展，锂离子电池已快速进入到电动工具、电动自行车、汽车启动电瓶等应用领域。锂电池具有体积小、能量密度高、放电倍率高、循环寿命高、自放电率低、环保无污染等优点。但是由于其能量密度高及其特有的化学特性，锂电池的安全性和稳定性亦存在隐患。通常锂电池组均包含专用的锂电池保护板，锂电池保护板的核心功能之一就是过流保护功能。

[0003] 电池保护板具有放电回路，在放电回路中，放电电流由电芯正极流出，经负载，再经由充放电MOS和取样电阻流回电芯的负极。目前过流检测常用方法是通过监测取样电阻两端的电压和过流保护电压比较后再进行保护。通过计算流经取样电阻的电流，可计算出当前流经整个回路的电流I，反之，也可根据特定电流值来设定过流保护阈值电压。当放电过流保护发生后，芯片内部动作，关闭放电MOS，从而切断放电回路，从而进行过流保护。

[0004] 在汽车启动电瓶应用中，放电过电流检测阈值为几百安培甚至上千安培(以500A为例)，而目前市面上的保护芯片放电过流检测阈值为100mV左右，想要在500A时进行保护，则所需的取样电阻的阻值而现在最小的精密电阻约为5mΩ，故要并联25个5mΩ电阻来作为取样电阻。而且在放电时会产生大量的热量。这样增加了保护板的成本的同时，也带来了安全隐患。

[0005] 另外，现有技术中有将放电MOS管的等效内阻作为取样电阻的做法。这样做的一个隐患是当保护发生有关放电MOS管动作时，放电回路的负极端被负载拉高到放电回路的正极端的电平，则高电平会进入到电芯的电流检测端口。电流检测端口通常设计为低压端口，不能抗高压。故，此方案给电池保护板带来了安全隐患。

[0006] 因此，亟需一种安全性高、电路精简、生产成本低的电池保护系统。

发明内容

[0007] 为了克服现有技术中的上述缺陷，本发明针对电池保护系统进行了改进，把放电MOS的导通内阻作为放电过流的取样电阻的同时，在SENSE端口增加控制MOS管，防止高电平进入到SENSE端口，同时可以通过调节外部电阻值来调节放电过流值。本发明的电池保护系统精简、容易实现，降低了生产成本，提高了工作安全性。

[0008] 本发明提供了一种电池保护系统，所述系统具有放电回路正极端和放电回路负极端，所述系统包括电池保护芯片和外围电路，但不需要专门用于检测过流电压的取样电阻。

[0009] 所述电池保护芯片具有与所述放电回路正极端耦接的电池组正极端、电池组负极端、电流检测端口、充电晶体管的控制端口，放电晶体管的控制端口。

[0010] 所述外围电路包括充电晶体管、放电晶体管、开关控制晶体管、第一电阻、第五电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻。

[0011] 其中：

[0012] 所述第五电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和源极耦接，所述第一电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和所述充电晶体管的控制端口，所述充电晶体管的源极与所述放电回路负极端耦接。

[0013] 所述第二电阻的两端分别与所述放电晶体管的栅极和所述放电晶体管的控制端口耦接。

[0014] 所述开关控制晶体管的栅极耦接到所述放电晶体管的控制端口，其源极耦接到所述电流检测端口，其漏极与所述第六电阻的第一端耦接。

[0015] 所述第三电阻的两端耦接在所述电池组负极端和所述电流检测端口之间。

[0016] 所述第六电阻的第二端与所述充电晶体管的漏极以及所述放电晶体管的漏极耦接，所述放电晶体管的源极端耦接到所述电池组负极端。

[0017] 在一个实施例中，所述电池保护芯片具有电池组正极端以及电池组负极端与电池组耦接，所述电池组包括至少一节电池。

[0018] 在一个实施例中，所述放电晶体管的导通内阻等效为所述取样电阻。

[0019] 在一个实施例中，当所述电流检测端口检测到第三电阻上的电压超过预设的放电过流检测电压阈值时，所述电流保护芯片关闭所述放电晶体管，从而将放电回路关断，并停止放电；且在所述放电晶体管关闭的同时，所述开关控制晶体管关闭，以防止所述放电回路正极端的高电压对所述电流检测端口产生冲击。

[0020] 在一个实施例中，所述第三电阻和所述第六电阻为可调节的，以调节所述预设的放电过流检测电压阈值。

[0021] 本发明还提供了另一种电池保护系统，所述系统具有放电回路正极端和放电回路负极端，所述系统包括电池保护芯片和外围电路，但不需要专门用于检测过流电压的取样电阻。

[0022] 所述电池保护芯片具有电池组正极端、电池组负极端、电流检测端口、充电晶体管的控制端口，放电晶体管的控制端口。

[0023] 所述外围电路包括充电晶体管、放电晶体管、开关控制晶体管、第一电阻、第五电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻。

[0024] 其中：

[0025] 所述第五电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和源极耦接，所述第一电阻的两端分别与所述充电晶体管的栅极和所述充电晶体管的控制端口，所述充电晶体管的源极与所述放电回路负极端耦接。

[0026] 所述第二电阻的两端分别与所述放电晶体管的栅极和所述放电晶体管的控制端口耦接。

[0027] 所述开关控制晶体管的栅极耦接到所述放电晶体管的控制端口，其源极耦接到所述电流检测端口，其漏极与所述第六电阻的第一端耦接。

[0028] 所述第三电阻的两端耦接在所述电池组负极端和所述电流检测端口之间。

[0029] 所述第六电阻的第二端与所述充电晶体管的源极耦接，所述充电晶体管的漏极以及所述放电晶体管的源极耦接，所述放电晶体管的漏极耦接到所述电池组负极端。

[0030] 在一个实施例中，所述电池保护芯片具有电池组正极端以及电池组负极端与电池组耦接，所述电池组包括至少一节电池。

[0031] 在一个实施例中，所述放电晶体管的导通内阻和所述充电晶体管的导通电阻等效为所述取样电阻。

[0032] 在一个实施例中，当所述电流检测端口检测到第三电阻上的电压超过预设的放电过流检测电压阈值时，所述电流保护芯片关闭所述放电晶体管，从而将放电回路关断，并停止放电；且在所述放电晶体管关闭的同时，所述开关控制晶体管关闭，以防止所述放电回路正极端的高电压对所述电流检测端口产生冲击。

[0033] 在一个实施例中，所述第三电阻和所述第六电阻为可调节的，以调节所述预设的放电过流检测电压阈值。附图说明

[0034] 本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。

[0035] 图1示出现有技术的电池保护系统。

[0036] 图2示出改进后的电池保护系统。

[0037] 图3示出根据本发明一实施例的电池保护系统。

[0038] 图4示出根据本发明的另一个实施例的电池保护系统。

具体实施方式

[0039] 以下在具体实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的说明书、权利要求及附图，本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

[0040] 图1示出现有技术的电池保护系统。该电池保护系统由电池保护芯片U1和外围器件组成。该电池保护芯片U1与电池组耦接，其中B+为电池组正极，B-为电池组负极。在外围器件中，Q1是充电MOS管、Q2是放电MOS管、R4是取样电阻、R1和R5是充电MOS驱动电阻、R2是放电MOS驱动电阻、R3是电池保护芯片U1的电流检测端口(SENSE端口)的保护电阻、CHG为充电MOS管的控制端口，DSG为放电MOS管的控制端口。

[0041] 该电池保护系统具有放电回路，该放电回路具有正极端(P+)和负极端(P-)。P+和P-分别连接至负载(未示出)的两端。在放电过程中，放电电流由P+流出，流经负载，再依次流经充电MOS管Q1、放电MOS管Q2和取样电阻R4，最后流回到电芯的负极。放电电流在取样电阻R4上产生压降，电池保护芯片U1通过SENSE引脚检测取样电阻上的电压，当电池保护芯片检测到取样电阻R4上的压降超过预设的放电过流检测电压时，芯片内部动作，关闭放电MOS管Q2，从而放电回路关断，停止放电，从而保护了电芯。

[0042] 但上述方案存在缺陷。放电过电流检测阈值为几百安培甚至上千安培(以500A为例)，而目前市面上的保护芯片放电过流检测阈值为100mV左右，想要在500A时进行保护，则所需的取样电阻R4的阻值而现在最小的精密电阻约为5mΩ，故要并联25个5mΩ电阻来作为取样电阻。而且在放电时会产生大量的热量。这样增加了保护板的成本的同时，还带来了安全隐患。

[0043] 图2示出改进后的电池保护系统。在该电池保护系统中，取样电阻R4由放电MOS管Q2的等效内阻取代。如图2所示，在图1的基础上，去掉了原有的取样电阻R4，将SENSE通过一个保护电阻R3连接到放电MOS管Q2的D端，当放电电流流经放电MOS管Q2时，在等效内阻上产生压降，当SENSE端检测到放电MOS管Q2等效内阻上的压降超过预设的放电过流检测电压时，芯片内部动作，关闭放电MOS管Q2，从而断开放电回路，停止放电。然而，此方案的缺陷在于，当有保护发生时，放电MOS管Q2关闭，P-端口被负载拉高到P+的电平，则高电平会通过电阻R3进入到SENSE端口。SENSE端口通常设计为低压端口，不能抗高压。故，此方案给保护板也带来了安全隐患。

[0044] 图3示出根据本发明一实施例的电池保护系统。该电池保护系统包括电池保护芯片U1和外围器件。该电池保护芯片U1与电池组耦接，其中B+为电池组正极，B-为电池组负极。在外围器件中，Q1是充电MOS管、Q2是放电MOS管、R1(第一电阻)和R5(第五电阻)是充电MOS Q1的驱动电阻、R2(第二电阻)是放电MOSQ2的驱动电阻、R3(第三电阻)是锂电池保护芯片101的电流检测端口(SENSE端口)的保护电阻、CHG为充电MOS管Q1的控制端口，DSG为放电MOS管Q2的控制端口。

[0045] 在一个实施例中，放电MOS管Q2的内阻可等效为取样电阻，从而可以省去取样电阻，同时增加了开关控制MOS管Q3和分压电阻R6(第六电阻)。开关控制MOS管Q3的栅极接到U1芯片的DSG端口，其源极经R3接到电池组负极(B-)，漏极经R6接到放电MOS管Q2的漏极。当U1芯片的DSG端口输出高电平时，开关MOS管Q3和放电MOS管Q2同时打开，当发生放电过流保护时，DSG端口输出低电平，开关控制MOS管Q3和放电MOS管Q2同时关闭。

[0046] 在放电过程中，当放电电流流经充放电MOS管时，在放电MOS管Q2的等效内阻上产生压降，然后再由电阻R6和R3分压。当芯片SENSE端口检测到电阻上R3的分压超过放电过流检测电压时，芯片内部动作，关闭放电MOS，从而放电回路关断，停止放电。在放电MOS管Q2关闭的同时，开关MOS管Q3关闭，能防止P+端的高电压对SENSE产生冲击，从而保证了芯片的安全性和可靠性。

[0047] 在一个实施例中，电阻R6和R3是可调节的。通过调节R6和R3的值，可以来调整预设的放电过流检测电压。

[0048] 图4示出根据本发明的另一个实施例的电池保护系统。如图4所示，在该实施例中，同样省去了取样电阻，增加了开关控制MOS管Q3和分压电阻R6。与图3不同的是，取样电阻由充电MOS管Q1的内阻和放电MOS管Q2的内阻共同取代。开关控制MOS管Q3的栅极接到U1芯片的DSG端口，其源极经R3接到电池组负极(B-)，漏极经R6接到充电MOS管Q1的源极。当U1芯片的DSG端口输出高电平时，开关MOS管Q3和放电MOS管Q2同时打开，当发生放电过流保护时，DSG端口输出低电平，开关控制MOS管Q3和放电MOS管Q2同时关闭。

[0049] 在放电过程中，当放电电流流经充放电MOS管时，在由充电MOS管Q1和放电MOS管Q2共同组成的等效内阻上产生压降，然后再由电阻R6和R3分压。当芯片SENSE端口检测到电阻上R3的分压超过放电过流检测电压时，芯片内部动作，关闭放电MOS管Q2，从而放电回路关断，停止放电。在放电MOS管Q2关闭的同时，开关MOS管Q3关闭，能防止P+端的高电压对SENSE产生冲击，从而保证了芯片的安全性和可靠性。

[0050] 需要指出的是，本领域技术人员在充分了解了本发明的技术方案后可了解可应用于各种领域，包括，但不限于，电动工具、电动自行车、UPS、汽车启动电瓶。

[0051] 这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。

[0052] 同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

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