一种电池充放电保护的集成电路及系统的制作方法

一种电池充放电保护的集成电路及系统
【技术领域】
1.本实用新型涉及集成电路的技术领域，尤其是涉及一种电池充放电保护的集成电路及系统。


背景技术：

2.众所周知，锂电池，被广泛运用于汽车和电子产品等领域，且因电池本身的特性，过充、过放会降低电池的寿命，甚至引起爆炸，危害人身安全。进而，为了用户的安全以及有效保护电池，一般配合电池充放电保护电路使用。目前，市面上存在纯硬件的电池充放电保护电路，采用锂电池保护芯片配合场效应管等实现电压保护、欠电压保护、充电过流保护、放电过流保护及高低温保护，但在发生元器件损坏时，如充电的场效应管因静电等原因损坏导致元件出现短路，那将导致过压、过流、充电高低温的保护失效，进而可能因充电失控造成安全隐患。
3.还有，市面上还存在利用单片机代码实现在出现过压或高温时断开电池的充放电，但缺点是采用具有代码的单片机容易存在死机的风险，进而一般会在外部增加硬件实现过压永久失效电路，但此方式所采用的元器件较多，增加成本，且在小面积电路板上布局难度增加。
4.因此，现有技术有待改进和发展。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种电池充放电保护的集成电路及系统，用于解决现有采用纯硬件的电池保护功能在元器件损坏时容易导致过压、过流、充电高低温的保护失效而造成安全隐患的问题，以及用于解决现有采用程序控制需另外增加硬件导致元器件增加、成本高且小面积电路板上难以布局的问题。
6.本实用新型的技术方案如下：
7.一方面，本实用新型提供了一种电池充放电保护的集成电路，包括：逻辑处理模块，以及与逻辑处理模块电连接的充放电信号驱动输出模块、二级保护输出模块、过流检测模块、第一温度检测模块、第二温度检测模块和多个电压检测模块；
8.所述充放电信号驱动输出模块用于外接充放电控制开关，所述二级保护输出模块用于外接保护元件，所述电压检测模块用于检测电池电压大小，所述过流检测模块用于检测电池充放电的电流大小，所述第一温度采集电路用于采集充放电控制开关的温度，所述第二温度检测模块用于采集电池的温度；
9.所述逻辑处理模块根据电压检测模块反馈的信号或者根据第二温度检测模块反馈的信号，通过充放电信号驱动输出模块控制充放电控制开关的断开；
10.所述逻辑处理模块根据过流检测模块反馈的信号或根据第一温度采集电路反馈的信号，通过充放电驱动输出模块控制充放电控制开关断开或者通过二级保护输出模块控制保护元件断开。
11.进一步的，所述集成电路还包括与逻辑处理模块电连接的充电状态识别模块、放电状态识别模块，所述充电状态识别模块、放电状态识别模块的输入端均与过流检测模块的输入端电连接，所述充电状态识别模块、放电状态识别模块均根据输入的正、负压判断电池的充放电状态。
12.进一步的，所述集成电路还包括与逻辑处理模块电连接的负载检测模块，所述逻辑处理模块根据负载检测模块反馈的信号通过充放电信号驱动输出模块控制充放电控制开关的通断。
13.进一步的，所述集成电路还包括与逻辑处理模块电连接的过压延时保护模块，所述过压延时保护模块用于外接电容。
14.进一步的，所述集成电路还包括与逻辑处理模块电连接的欠压延时保护模块，所述欠压延时保护模块用于外接电容。
15.进一步的，所述集成电路还包括与逻辑处理模块电连接的放电过流延时保护模块，所述放电过流延时保护模块用于外接电容。
16.另一方面，本实用新型还提供了一种电池充放电保护系统，包括如上述所述的电池充放电保护的集成电路。
17.进一步的，所述电池充放电保护系统包括输入端、输出端、保护元件、电池组、电流取样电阻、充电控制开关、放电控制开关、第一热敏电阻、第二热敏电阻；
18.所述输入端依次经保护元件、电池组、电流取样电阻、充电控制开关和放电控制开关连接输出端，所述保护元件与二级保护输出模块电连接，所述电池组包括多个串联的电池，每一所述电池对应一电压检测电路电连接，所述充电控制开关和放电控制开关均与充放电信号驱动输出模块电连接，所述过流检测模块还分别与电流取样电阻、放电控制开关电连接，所述第一热敏电阻与第一温度检测模块电连接用于采集充放电控制开关的温度，所述第二热敏电阻与第二温度检测模块电连接用于采集电池的温度。
19.进一步的，所述充电控制开关为第一场效应管，所述放电控制开关为第二场效应管，所述第一场效应管与第二场效应管串联，所述第一场效应管与第二场效应管的栅极均与充放电信号驱动输出模块电连接。
20.进一步的，所述保护元件为三端保险丝，所述二级保护输出模块包括与逻辑处理模块电连接的第四场效应管、第五场效应管，所述第四场效应管、第五场效应管串联，所述第一场效应管的源极连接电源，所述第二场效应管的源极接地，所述保护元件分别与第四场效应管、第五场效应管电连接；
21.所述第四场效应管、第五场效应管根据逻辑处理模块输出的信号导通，以熔断三端保险丝。
22.本实用新型的有益效果在于：相较于现有技术，本实用新型利用过流检测模块，可在充电控制开关或放电控制开关短路或损坏时，根据二级保护输出模块触发保护元件断开，以停止给电池继续充放电，防止充放电控制开关损坏而给用户带来安全隐患，且起到保护电池的作用。且本实用新型采用纯硬件实现各模块的控制，以及将充放电信号驱动输出模块、二级保护输出模块、过流检测模块、第一温度检测模块、第二温度检测模块和多个电压检测模块集成一个集成电路，可减小电路板的体积，便于用户在电路板上布线，解决采用程序控制需另外增加硬件导致元器件增加、成本高且小面积电路板上难以布局的问题。
【附图说明】
23.图1为本实用新型电池充放电保护的集成电路的原理框图；
24.图2为本实用新型电池充放电保护系统的电路图。
【具体实施方式】
25.下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
26.请参照附图1，本实用新型实施例中的一种电池充放电保护的集成电路100(u1)。
27.该电池充放电保护的集成电路100(u1)包括：逻辑处理模块50，以及与逻辑处理模块50电连接的充放电信号驱动输出模块70、二级保护输出模块60、过流检测模块90、第一温度检测模块80、第二温度检测模块81和多个电压检测模块40。
28.基于上述电池充放电保护的集成电路100(u1)，本实用新型实施例中还提供一种电池充放电保护系统。
29.请参照附图2，该电池充放电保护系统包括输入端210、输出端220、保护元件f1、电池组200、电流取样电阻r14、充电控制开关q2、放电控制开关q1、第一热敏电阻rt1、第二热敏电阻rt2以及上述所述的电池充放电保护的集成电路100(u1)。输入端210依次经保护元件f1、电池组200、电流取样电阻r14、充电控制开关q2和放电控制开关q1连接输出端220，保护元件f1与二级保护输出模块60电连接，电池组200包括多个串联的电池，每一电池对应一电压检测模块40电连接，充电控制开关q2和放电控制开关q1均与充放电信号驱动输出模块70电连接，过流检测模块90还分别与电流取样电阻r14、放电控制开关q1电连接，第一热敏电阻rt1与第一温度检测模块80电连接用于采集充放电控制开关的温度，第二热敏电阻rt2与第二温度检测模块81电连接用于采集电池的温度。
30.其中，充放电信号驱动输出模块70可根据逻辑处理模块50输出的信号控制充电控制开关q2、放电控制开关q1的通断，以实现电池组200的充放电控制。二级保护输出模块60根据逻辑处理模块50输出的信号触发保护元件f1的断开，电压检测模块40用于检测电池电压，过流检测模块90用于检测电池充放电的电流，第一温度检测模块80用于采集充放电控制开关的温度，第二温度检测模块81用于采集电池的温度。
31.这样，当第二温度检测模块81检测到电池的温度过高或电压检测模块40检测电池的电能过充或过放时，则给逻辑处理模块50输出一个电信号，逻辑处理模块50将该信号进行逻辑处理后，通过充放电信号驱动输出模块70控制充电控制开关q2或放电控制开关q1断开，避免电池过充或过放电，起到保护电池的作用。
32.当第一温度检测模块80检测到充放电控制开关的温度过高时，给逻辑处理模块50输出一电平，逻辑处理模块50对该电平进行逻辑处理后，通过充放电信号驱动输出模块70控制充放电控制开关断开或者根据二级保护输出模块60触发控制保护元件f1断开，以停止给电池继续充放电，防止温度过高损坏充放电控制开关，起到保护充放电控制开关的作用。
33.当充放电控制开关及时处于断开状态，充电控制开关q2或放电控制开关q1短路时，若有电流通过充电控制开关q2或放电控制开关q1，过流检测模块90则给逻辑处理模块50反馈信号，逻辑处理模块50根据该信号进行逻辑处理后，根据二级保护输出模块60触发保护元件f1断开，以停止给电池继续充放电，防止充放电控制开关损坏后给用户带来安全隐患，起到保护电池的作用。
34.另外，在电池未充电时，充电控制开关q2短路后，由于充电电流很小，难以通过过流检测模块90检测并判断为充电电流或放电电流，进而无法通过二级保护输出模块60控制保护元件f1断开，此时电池持续充电达到电压检测模块40的阀值，逻辑处理模块50根据电压检测模块40反馈的信号触发二级保护输出模块60控制保护元件f1断开，让整个电路失效。
35.且本实用新型通过逻辑处理模块50对电压检测模块40、过流检测模块90、第一温度检测模块80和第二温度检测模块81输出的信号进行逻辑处理，并将处理后的逻辑信号输出给充放电信号驱动输出模块70或二级保护输出模块60，以实现充放电控制开关通断的控制，或断开保护元件f1，实现保护电池的作用，实现纯硬件控制，解决现有技术采用程序控制需另外增加硬件导致元器件增加、成本高且小面积电路板上难以布局的问题。且本实用新型将充放电信号驱动输出模块70、二级保护输出模块60、过流检测模块90、第一温度检测模块80、第二温度检测模块81和多个电压检测模块40集成一个集成电路100(u1)，可减小电池保护电路板的体积，便于用户在电路板上布线。
36.具体的，充放电信号控制开关包括充电控制开关q2和放电控制开关q1。在一实施例中，充电控制开关q2为第一场效应管，放电控制开关q1为第二场效应管，第一场效应管与第二场效应管串联，第一场效应管与第二场效应管的栅极均与充放电信号驱动输出模块70电连接，充放电信号驱动输出模块70用于输出高低电平。进而，当电池组200需要充电或放电时，逻辑处理模块50则通过充放电信号驱动输出模块70给第一场效应管或第二场效应管输出高电平，让其导通，实现电池充放电的控制。
37.在一实施例中，保护元件f1为三端保险丝，二级保护输出模块60包括与逻辑处理模块50电连接的第四场效应管、第五场效应管，第四场效应管、第五场效应管串联，第一场效应管的源极连接电源，第二场效应管的源极接地，保护元件f1分别与第四场效应管、第五场效应管电连接。进而，第四场效应管、第五场效应管可根据逻辑处理模块50输出的信号导通，以熔断三端保险丝，起到保护电池的作用。
38.其中，在此需要说明的是，保护元件f1还可为场效应管，利用二级保护输出模块60输出的低电平控制场效应管截止，即断开，并在第一温度检测模块80、过流检测模块90等未给逻辑处理模块50反馈信号时，逻辑处理模块50根据二级保护输出模块60控制场效应管导通，以让电池充放电保护系统恢复正常工作等。另外，保护元件f1还可为继电器等元件，在此不作限定。
39.在一实施例中，为了让逻辑处理模块50识别电池充放电的状态，以便有序控制充电控制开关q2或放电控制开关q1的通断，集成电路100(u1)还包括与逻辑处理模块50电连接的充电状态识别模块53、放电状态识别模块54，充电状态识别模块53、放电状态识别模块54的输入端210均与过流检测模块90的输入端210电连接，充电状态识别模块53、放电状态识别模块54均根据输入的正、负压判断电池的充放电状态。当有充电电流时，过流检测模块90输入端210输入的电压为负压，则充电状态识别模块53判断有充电电压给逻辑处理模块50反馈信号；过流检测模块90输入端210输入的电压为正压，放电状态识别模块54判断有放电电压则给逻辑处理模块50反馈信号，逻辑处理模块50根据电压检测模块40反馈的电压，在电池充满电时或过流放电时，即可通过充放电信号驱动输出模块70控制充电控制开关q2或放电控制开关q1的断开，起到一级的保护作用。
40.其中，具体的，充电状态识别模块53和放电状态识别模块54均可包括比较器和基准电源，利用比较器将输入的电压基准电源比较，以给逻辑处理模块50反馈信号，实现充放电的识别。
41.在一实施例中，集成电路100(u1)还包括与逻辑处理模块50电连接的旁路开关20，旁路开关20并联至电池的两端，进而，通过逻辑处理模块50根据电压检测模块40的反馈，即可导通或断开旁路开关20，让电流从旁路开关20流过或流向电池，以控制每一电池的充放电。
42.具体的，旁路开关20可为场效应管等功能开关器件，电压检测模块40包括与逻辑处理模块50电连接的过充检测模块43、过放检测模块42以及均衡检测模块41，每一过充检测模块43、过放检测模块42和均衡检测模块41均对应一电池连接用于检测对应电池的电压，防止电池过充或过放，通过均衡检测模块41让每一电池电量均衡。
43.在一实施例中，集成电路100(u1)还包括与电池电连接的电压采集模块30，过充检测模块43、过放检测模块42以及均衡检测模块41均与电压采集模块30电连接作为电压输入端210，以判断电池电压是否过充或过放。
44.在一实施例中，过流检测模块90、第一温度检测模块80、第二温度检测模块81、过充检测模块43、过放检测模块42以及均衡检测模块41可采用比较器配合电压基准实现在电池过充或过放时给逻辑处理模块50输出高电平，以通过充放电信号驱动输出模块70控制充电控制开关q2或放电控制开关q1的断开。
45.在上述实施例中，集成电路100(u1)还包括电源模块10，电源模块10用于连接电源给内部供电。具体的，电源模块10包括稳压源11以及与稳压源11电连接的基准电压12，利用稳压源11连接接入电源给内部供电，并利用基准电压12可给内部比较器提供基准。
46.在一实施例中，集成电路100(u1)还包括与逻辑处理模块50电连接的负载检测模块51。当负载接入时，负载检测模块51可给逻辑处理模块50反馈信号，进而根据充放电信号驱动输出模块70控制充电控制开关q2、放电控制开关q1的通断，实现负载接入时，电池给负载供电，或在负载为电源时给电池充电等。
47.在一实施例中，集成电路100(u1)还包括与逻辑处理模块50电连接的过压延时保护模块(图中未出示)、欠压延时保护模块(图中未出示)和放电过流延时保护模块(图中未出示)，过压延时保护模块、欠压延时保护模块和放电过流延时保护模块分别外接电容，且分别利用电容可调节电池过压保护延时动作时间、电池欠压保护延时动作时间、电池放电过流保护延时动作时间。
48.以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。