一種動力電池保護方法和系統的製作方法
2023-05-16 07:54:41 1
專利名稱：一種動力電池保護方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電池，尤其涉及一種動力電池保護方法和系統。
背景技術：
鋰電池憑藉其自身優勢已經成為電池應用的發展趨勢。對於鋰電池的應用，必須 監控單體電芯的電壓以判斷電池是否過壓或者欠壓來保障電池的安全使用。目前動力電池 的市場正悄然興起，對於動力電池而言，需要多節鋰電池串聯來提高供電電壓，對於多節串 聯的鋰電池組而言，如何採集每個單體電芯的電壓一直是業界研究的熱點，因為電芯串聯 正負極相接，高一節鋰電池的負極是低一節鋰電池的正極，這樣就有多個被測信號不共地 的問題，同時又要滿足高精度和低功耗的要求。基於市場需求，各大晶片公司相繼推出基於電流型通訊支持晶片級聯的專用鋰電 池保護方案。如ADI公司的AD7280、凌特公司的LTC6802、TI公司的BQ76LP536，目前這些 公司的電池過壓保護信號和電池欠壓保護信號都由一個Pin (管腳)輸出，送給主機接口由 主機做處理。對於鋰電池管理而言，既要有充電開關，又要有放電開關，目前方案是把這個 管腳接到CPU (Central ProcessingUnit，中央處理器)上，用這一個信號既控制充電開關 又控制放電開關，當CPU檢測到這個信號時再由CPU去讀電芯的狀態，過壓時由CPU關斷充 電迴路，欠壓時由CPU關斷放電迴路。但是CPU的運行依賴於電源、時鐘、軟體可靠性、外設 可靠性，一旦CPU不能正常工作，這個保護就失效了。
發明內容
本發明實施例提供一種動力電池保護方法和系統，以協助CPU為動力電池提供安 全的保護。本發明實施例的上述目的是通過如下技術方案實現的一種動力電池保護方法，所述方法包括利用集成電路IC檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在所述電壓大於預定過壓 閾值或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；利用硬體保護使能電路根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和/ 或放電開關，以保護所述動力電池。一種動力電池保護系統，所述系統包括集成電路IC，用於檢測動力電池的各個電芯的電壓，在所述電壓大於預定過壓閾 值或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；硬體保護使能電路，用於根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和 /或放電開關，以保護所述動力電池。通過本發明實施例提供的方法和系統，可以實現多節電池串聯的動力電池系統過 壓和欠壓的純硬體保護，成本低，可靠性高。
此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本申請的一部分，並不 構成對本發明的限定。在附圖中圖1為本發明實施例的方法流程圖；圖2為圖1所示方法的一個實施方式的示意圖；圖3為圖1所示方法的另外一個實施方式的示意圖；圖4為本發明實施例的系統組成框圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附 圖，對本發明實施例做進一步詳細說明。在此，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本 發明，但並不作為對本發明的限定。圖1為本發明實施例提供的一種動力電池的保護方法的流程圖，請參照圖1，該方 法包括步驟101 利用集成電路檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在所述電壓大於預 定過壓閾值或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；步驟102 利用硬體保護使能電路根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充 電開關和/或放電開關，以保護所述動力電池。其中，如果該集成電路檢測到某電芯的電壓大於預定過壓閾值，則可以確定該電 芯過壓；如果檢測到某電芯的電壓小於預定欠壓閾值，則可以確定該電芯欠壓，此時，該集 成電路通過一個管腳輸出該告警保護信號，此時該告警保護信號可能是過壓信號，也可能 是欠壓信號。在一個實施例中，無論該告警保護信號是過壓信號還是欠壓信號，可以確定的是， 電壓異常，則本實施例可以直接根據告警保護信號斷開動力電池的充電開關和放電開關， 如果接收到CPU發出的硬體保護解除信號，則說明該CPU是正常的，它可以去檢測該電芯是 發生了過壓還是欠壓，進而可以通過硬體保護解除信號指示對充電開關或放電開關的開啟 或閉合，則本實施例可以根據該硬體保護解除信號打開該充電開關或者放電開關，以達到 對該動力電池的過壓和欠壓保護的目的。具體將在以下的實施例中加以說明。在另外一個實施例中，可以先確定該告警保護信號的類型是過壓信號還是欠壓信 號，再針對該類型斷開該動力電池的充電開關或者放電開關，以達到對該動力電池的過壓 和欠壓保護的目的。具體將在以下的實施例中加以說明。通過本發明實施例的方法，可以實現多節電池串聯的動力電池系統過壓和欠壓的 純硬體保護，成本低，可靠性高。圖2為圖1所示實施例的方法中，直接根據告警保護信號斷開動力電池的充電 開關和放電開關的一個實施方式的示意圖，請參照圖2，在本實施方式中，可以通過專用 ICdntegrated Circuit，集成電路)檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在電芯過壓或者 欠壓時通過一個管腳輸出告警保護信號，此時該告警保護信號可能是過壓信號也可能是欠 壓信號，由於僅通過一個管腳輸出，因此無法明確其具體的類型。該告警保護信號可以先經 過驅動模塊驅動後送到硬體保護使能電路，在本實施例中稱之為硬體保護使能模塊，該硬
5件保護使能模塊的默認狀態是使能的，由於沒有明確該告警保護信號的類型，本實施例根 據該告警保護信號斷開該動力電池的充電開關和放電開關。由此，當單體電芯發生過壓或 者欠壓時，通過本實施例的方法能夠不依賴於CPU直接把充電開關和放電開關都斷開，從 而達到了保護該動力電池的目的。在本實施例中，在發生電芯過壓並且CPU正常時，當CPU檢測到電芯可以放電並且 沒有外接充電器時，CPU發出硬體保護解除信號，這裡的硬體保護解除信號是指示本實施例 的硬體保護使能模塊打開放電開關，則本實施例的方法還可以根據該硬體保護解除信號打 開放電開關。由此，CPU通過硬體保護解除信號可以斷開來自於專用IC到主迴路開關的告 警保護信號，並打開主迴路開關正常對外放電。在本實施例中，在發生電芯過壓並且CPU不正常時，通過本實施例的方法，來自於 專用IC到主迴路開關的告警保護信號能把主迴路的充放電開關都關掉，禁止充電，從而保 證電池的安全狀態。在本實施例中，在發生電芯欠壓並且CPU正常時，當CPU檢測到電芯可以充電並且 有外接充電器時，CPU發出硬體保護解除信號，這裡的硬體保護解除信號是指示本實施例的 硬體保護使能模塊打開充電開關，則本實施例的方法還可以根據該硬體保護解除信號打開 充電開關。由此，CPU通過硬體保護解除信號可以斷開來自於專用IC到主迴路開關的告警 保護信號，並打開主迴路開關可以正常對電池充電。在本實施例中，在發生電芯欠壓並且CPU不正常時，通過本實施例的方法，來自於 專用IC到主迴路開關的告警保護信號能把主迴路的充放電開關都關掉，禁止放電，從而保 證電池的安全狀態。本實施例的專用IC是用於檢測動力電池的各個電芯的電壓，但本實施例並不以 此作為限制，該專用IC也可以根據需要用於其他目的，在此不再贅述。通過本實施例的方法，可以實現當專用IC檢測到的過壓和欠壓信號(告警保護信 號)由一個管腳Pin輸出時純硬體的動力電池保護。圖3為圖1所示實施例的方法中，根據告警保護信號的類型斷開該動力電池的充 電開關或放電開關的一個實施方式的示意圖，請參照圖3，在本實施方式中，可以通過專用 IC檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在電芯過壓或者欠壓時通過一個管腳輸出告警保護 信號，同樣的，此時該告警保護信號可能是過壓信號也可能是欠壓信號，由於僅通過一個管 腳輸出，因此無法明確其具體的類型。該告警保護信號可以先經過驅動模塊驅動後送到硬 件保護使能電路，在本實施例中稱之為充放電識別模塊，該充放電識別模塊先識別處該告 警保護信號的類型是過壓信號還是欠壓信號，再根據該告警保護信號的類型選擇斷開該動 力電池的充電開關或者放電開關。由此，當單體電芯發生過壓或者欠壓時，通過本實施例的 方法能夠不依賴於CPU直接把充電開關或放電開關斷開，達到保護該動力電池的目的。在本實施例中，充電狀態下輸出的告警保護信號一定是電芯過壓信號，所以，此時 告警保護信號經過驅動模塊和充放電識別模塊表現為過壓信號，則根據該過壓信號，充放 電識別模塊斷開充電開關，電池組(動力電池)處於過充狀態。過充狀態下，由於放電開關 是打開的，可以對外放電，而電池組(動力電池)一旦對外放電，過充狀態自動解除，所以電 池組(動力電池)自動恢復到正常狀態。在本實施例中，放電狀態下輸出的告警保護信號一定是電芯欠壓信號，所以，此時
6告警保護信號經過驅動模塊和充放電識別模塊表現為欠壓信號，則根據該欠壓信號，充放 電識別模塊斷開放電開關，電池組(動力電池)處於過放狀態。過放狀態下，由於充電開關 是打開的，可以對電池充電，而電池組(動力電池)一旦充電，過放狀態自動解除，所以電池 組(動力電池)自動恢復到正常狀態。在本實施例中，該電池組(動力電池)是處於充電狀態還是放電狀態可以通過一 個檢測電路檢測該電池組(動力電池)的主迴路電路來實現，本實施例並不以此作為限制。通過本實施例的方法，可以實現當專用IC檢測到的過壓和欠壓信號(告警保護信 號)由一個管腳Pin輸出時純硬體的動力電池保護。圖4為本發明實施例提供的一種動力電池保護系統的組成框圖，請參照圖4，該動 力電池保護系統包括集成電路IC 41，用於檢測動力電池的各個電芯的電壓，在所述電壓大於預定過壓 閾值或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；硬體保護使能電路42，用於根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關 和/或放電開關，以保護所述動力電池。 在一個實施例中，硬體保護使能電路42包括斷開模塊421，用於根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和放電 開關；打開模塊422，用於根據CPU發出的硬體保護解除信號打開充電開關或者放電開 關，以保護該動力電池。在另外一個實施例中，硬體保護使能電路42包括識別模塊424，用於根據動力電池的充放電狀態識別該告警保護信號是電芯過壓 信號還是電芯欠壓信號；處理模塊425，用於在識別模塊421的識別結果為該告警保護信號是電芯過壓信 號時，斷開充電開關；並在識別模塊421的識別結果為該告警保護信號是電芯欠壓信號時， 斷開放電開關。在本實施例中，該硬體保護使能電路42還包括檢測模塊423，用於檢測該動力電池的主迴路的電流以確定該動力電池處於充電 狀態還是放電狀態。此時識別模塊4M具體用於在該動力電池處於充電狀態時，確定告警 保護信號是電芯過壓信號；在該動力電池處於放電狀態時，確定告警保護信號是電芯欠壓信號。本實施例的動力電池保護系統的各組成部分分別用於實現圖1所示實施例的動 力電池保護方法的各步驟，由於在圖1-圖3所示實施例中，已經對圖1所示實施例的動力 電池保護方法的各步驟進行了詳細說明，在此不再贅述。在本實施例中，集成電路41可以通過專用IC來實現；硬體保護使能電路42可以 通過硬體保護使能模塊來實現，也可以通過充放電識別模塊來實現，在此不再贅述。通過本發明實施例的動力電池保護系統，可以對一個管腳包含的多種信息進行識 別和提取，並防止CPU的IO(Input Output，輸入輸出)口誤動作。還可以利用一個管腳(該 管腳既包含電芯的過壓信息又包含了電芯的欠壓信息)直接開關主迴路的鋰電池過壓、欠 壓保護。因此，本發明實施例提供了一種高可靠性的純硬體的動力電池組過欠壓保護的系統架構。結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執 行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機存儲器(RAM)、內存、只讀存 儲器(ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或技術 領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳 細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限定本發明的保 護範圍，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本 發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種動力電池保護方法，其特徵在於，所述方法包括利用集成電路IC檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在所述電壓大於預定過壓閾值 或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；利用硬體保護使能電路根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和/或 放電開關，以保護所述動力電池。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述告警保護信號斷開所述動力電 池的充電開關和/或放電開關，包括根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和放電開關； 如果接收到中央處理器CPU發出的硬體保護解除信號，則根據所述硬體保護解除信號 打開所述充電開關或者放電開關。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據所述告警保護信號斷開所述動力電 池的充電開關和/或放電開關，包括根據所述動力電池的充放電狀態識別所述告警保護信號是電芯過壓信號還是電芯欠 壓信號；如果所述告警保護信號是電芯過壓信號，則斷開所述充電開關； 如果所述告警保護信號是電芯欠壓信號，則斷開所述放電開關。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，根據所述動力電池的充放電狀態識別所 述告警保護信號是電芯過壓信號還是電芯欠壓信號，包括檢測所述動力電池的主迴路的電流以確定所述動力電池處於充電狀態還是放電狀態；如果所述動力電池處於充電狀態，則確定所述告警保護信號是電芯過壓信號； 如果所述動力電池處於放電狀態，則確定所述告警保護信號是電芯欠壓信號。
5.一種動力電池保護系統，其特徵在於，所述系統包括集成電路IC，用於檢測動力電池的各個電芯的電壓，在所述電壓大於預定過壓閾值或 者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；硬體保護使能電路，用於根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和/或 放電開關，以保護所述動力電池。
6.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述硬體保護使能電路包括 斷開模塊，用於根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和放電開關； 打開模塊，用於根據中央處理器CPU發出的硬體保護解除信號打開所述充電開關或者放電開關。
7.根據權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述硬體保護使能電路包括識別模塊，用於根據所述動力電池的充放電狀態識別所述告警保護信號是電芯過壓信 號還是電芯欠壓信號；處理模塊，用於在所述識別模塊的識別結果為所述告警保護信號是電芯過壓信號時， 斷開所述充電開關；並在所述識別模塊的識別結果為所述告警保護信號是電芯欠壓信號 時，斷開所述放電開關。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述硬體保護使能電路還包括檢測模塊，用於檢測所述動力電池的主迴路的電流以確定所述動力電池處於充電狀態還是放電狀態；所述識別模塊具體用於在所述檢測模塊的檢測結果為所述動力電池處於充電狀態 時，確定所述告警保護信號是電芯過壓信號；在所述檢測模塊的檢測結果為所述動力電池 處於放電狀態時，確定所述告警保護信號是電芯欠壓信號。
全文摘要
本發明實施例提供一種動力電池保護方法和系統，所述方法包括利用集成電路IC檢測動力電池的各個電芯的電壓，並在所述電壓大於預定過壓閾值或者小於預定欠壓閾值時通過一個管腳輸出告警保護信號；利用硬體保護使能電路根據所述告警保護信號斷開所述動力電池的充電開關和/或放電開關，以保護所述動力電池。通過本發明實施例提供的方法和系統，可以實現多節電池串聯的動力電池系統過壓和欠壓的純硬體保護，成本低，可靠性高。
文檔編號H02H7/18GK102104245SQ201110049739
公開日2011年6月22日 申請日期2011年3月1日 優先權日2011年3月1日
發明者劉偉, 劉新宇, 彭爽, 水偉 申請人:華為技術有限公司