电池保护芯片、电池充放电过流保护方法和电子设备与流程

1.本技术涉及集成电路技术领域，具体涉及一种电池保护芯片、电池充放电过流保护方法和电子设备。


背景技术：

2.在电池应用环境中，需要对电池的充放电做双向电流检测，以防止电池损伤。在电池进行放电时，电流过大或者短路会导致电池内部发热，形成热损伤，对电池造成永久性损害，降低电池寿命。同样的，在电池充电过程中，过大的充电电流也会造成电池使用寿命的降低。因此，电池管理芯片必须对电池进行充放电过流保护。
3.常见的保护方法是通过检测单一引脚(cs：current sense引脚)，利用精密采样电阻进行电流检测，或者通过检测单一引脚(vm：voltage monitor引脚)，利用电路中的晶体管(mosfet)导通电阻来进行电流检测，以达到对电池的有效保护。这两种方法在电池保护芯片的cs引脚或者vm引脚发生异常，例如短路、阻抗变化时，会因为检测不到实际的充放电电流而无法触发过流保护。
4.如何提高过流检测的可靠性，是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明提出一种电池保护芯片、电池充放电过流保护方法和电子设备，以提高充放电过程的过流检测的可靠性。
6.本发明提出一种电池保护芯片，包括：第一引脚状态检测模块，连接至第一引脚，根据所述第一引脚处的电信号，判断电池的充放电状态，并输出第一状态检测信号；第二引脚状态检测模块，连接至第二引脚，根据所述第二引脚处的电信号，判断电池的充放电状态，并输出第二状态检测信号，所述第一引脚和第二引脚用于连接至使用所述电池保护芯片的电池的充放电线路，以获取所述充放电线路上不同节点处的电信号；检测路径选择模块，连接至第一和第二引脚状态检测模块，用于根据所述第一状态检测信号和第二状态检测信号，并结合预设的选择规则，选择其中一个状态检测信号作为当前状态检测信号；过流检测模块，用于检测所述当前状态检测信号对应的引脚的电信号，并进行与所述当前状态检测信号相对应的引脚的过流判断，以及在判断出过流时输出过流检测信号，以实现对电池过流的保护；其中，所述对应的引脚通过所述检测路径选择模块连接至所述过流检测模块。
7.可选的，还包括：所述过流检测模块包括充电过流检测单元和/或放电过流检测单元，所述充电过流检测单元用于进行充电状态下的充电过流检测，所述放电过流检测单元用于进行放电状态下的放电过流检测。
8.可选的，所述检测路径选择模块用于在当前状态检测信号对应于充电状态时，将对应的引脚连接至所述充电过流检测单元；在当前状态检测信号对应于放电状态时，将对应的引脚连接至所述放电过流检测单元。
9.可选的，所述充电过流检测单元用于在所述引脚的电压超过充电过流检测阈值且超过充电过流检测延迟时间时，输出充电过流信号；所述放电过流检测单元用于在所述引脚的电压超过放电过流检测阈值且超过放电过流检测延迟时间时，输出放电过流信号。
10.可选的，所述充放电线路上包括串联连接的采样电阻、充电mos管和放电mos管；所述第一引脚用于连接至充放电线路上的采样电阻一端，所述采样电阻另一端连接至芯片的参考地；所述第二引脚用于连接至充放电通路上的放电mos管和充电mos管之间的电路路径上。
11.可选的，还包括：充放电开关控制模块，连接至所述过流检测模块，在所述过流检测模块输出过流对应的检测信号时，控制充放电mos驱动引脚的输出。
12.可选的，所述控制充放电mos驱动引脚连接至所述充电mos管和所述放电mos管的栅极，用于在充电过流时，控制所述充电mos管关闭，在放电过流时控制所述放电mos管关闭。
13.可选的，所述预设规则包括：所述第一引脚和第二引脚具有不同的优先级；在各个状态检测模块检测到相同的充放电状态时，选择其中优先权最高的引脚对应的状态检测信号作为当前状态检测信号；或者，在其中仅一个状态检测模块检测到充放电状态时，以该状态检测模块所对应的状态检测信号作为当前状态检测信号。
14.可选的，所述预设规则内的设定目标包括：通过所述第一引脚和所述第二引脚进行充放电状态检测的方式、第一引脚和第二引脚的优先级、所述第一引脚和所述第二引脚的充放电状态检测结果所对应的充放电过流检测方式中的至少一种。
15.可选的，所述第一引脚状态检测模块和所述第二引脚状态检测模块的实现方法之一为包括工作模式可配置的状态检测电路，所述状态检测电路可被配置为充电状态检测模式或放电状态检测模式；所述第一状态检测模块和第二状态检测模块，根据第一状态检测模块获取的第一状态检测信号，启动并配置另一状态检测模块的工作模式，以获取第二状态检测信号。
16.可选的，所述第一引脚状态检测模块和所述第二引脚状态检测模块的实现方法之一为包括充电状态检测单元和/或放电状态检测单元，各自独立进行充电和放电状态的检测，并输出相应的状态检测信号。
17.本技术还提供一种电池充放电过流保护方法，包括：检测电池充放电线路上两个不同节点处的电信号，根据不同节点处的电信号分别进行充放电状态检测，获取第一检测信号和第二检测信号；根据所述第一状态检测信号和第二状态检测信号，并结合预设的选择规则，选择其中一个状态检测信号作为当前状态检测信号，对应于当前的充放电状态；对当前状态检测信号对应的节点处的电信号进行过流检测，并判断在当前充放电状态下是否过流。
18.可选的，所述充放电线路上包括依次串联连接的采样电阻、充电mos管和放电mos管；所述两个不同节点分别为连接采样电阻邻近放电mos管或充电mos管的一端的检测节点，以及所述放电mos管、所述充电mos管之间的电路路径上的一个检测节点。
19.可选的，还包括：在检测到过流时，断开所述充放电线路。
20.可选的，在检测到充电过流时，断开所述充放电线路中的充电线路；在检测到放电过流时，断开所述充放电线路中的放电线路。
21.本技术还提供一种电子设备，包括：如上述任一项所述的电池保护芯片；电池，所述电池的正极和负极分别通过充放电线路连接至所述充放电线路的接口正端和接口负端；所述电池保护芯片的第一引脚和第二引脚分别连接至所述充放电线路，用于获取所述充放电线路上不同节点处的电信号。
22.可选的，还包括：所述电池负极和所述接口负端的连接线路上依次串联连接有采样电阻、放电mos管和充电mos管；所述第一引脚连接至所述采样电阻的一端，所述采样电阻的另一端连接所述电池保护芯片的参考地；所述第二引脚连接至所述放电mos管和充电mos管之间的电路路径上。
23.可选的，所述电池保护芯片包括充放电开关控制模块时，所述充放电开关控制开关模块通过充电mos驱动引脚和放电mos驱动引脚分别连接至所述放电mos管和充电mos管的栅极
24.本发明提出了一种新型的采用动态双采样电流检测技术的电池保护芯片，通过对芯片上的两个引脚实时状态的判断，进行电流的动态检测，通过两个引脚状态检测结果的交叉验证，实现对充放电过流的准确可靠的检测。当第一引脚或者第二引脚的其中一个引脚发生异常(无论短路，或阻抗变化)时，通过另一引脚的状态检测，依旧能够实现过流检测，可有效地提高系统的安全性和可靠性。进一步的，通过两个引脚的状态检测的交叉验证，还可以实现芯片自身引脚状态的自检功能，提高系统的鲁棒性。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本技术一实施例的电池保护芯片的结构示意图；
27.图2是本技术一实施例的电池保护芯片的结构示意图；
28.图3是本技术一实施例的电池保护芯片的结构示意图；
29.图4是本技术一实施例的电池保护芯片的结构示意图；
30.图5是本技术一实施例的电池充放电过流保护方法的流程示意图。
具体实施方式
31.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
32.下面通过实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
33.请参考图1，为本发明一实施例的电池保护芯片及其应用结构示意图。
34.该实施例中，电池保护芯片100包括：第一引脚状态检测模块101、第二引脚状态检测模块102、检测路径选择模块103和过流检测模块104。所述电池可以包括单独工作的电池单元，还可以是具有多个串联电池单元的电池组。
35.第一引脚状态检测模块101，连接至第一引脚cs，用于根据第一引脚cs处的电信号，判断电池的充放电状态，并输出第一状态检测信。
36.第二引脚状态检测模块102，连接至第二引脚vm，根据第二引脚vm处的电信号，判断电池的充放电状态，并输出第二状态检测信号，第一引脚cs和第二引脚vm用于连接至电池bt的充放电线路，以获取充放电线路上不同节点处的电信号。
37.电池bt的正负极，分别连接至充放电线路的接口正端pck 和接口负端pck
‑
，接口正端pck 和接口负端pck
‑
分别用于连接至负载或充电电源200的正负极。当接口正端pck 和接口负端pck
‑
分别用于连接至负载时，电池bt通常处于放电状态，当连接至充电电源时，电池通常处于充电状态。
38.充放电线路上包括串联连接的采样电阻r、放电mos管m1和充电mos管m2。该实施例中，采样电阻r、放电mos管m1和充电mos管m2串接于电池bt负极与充放电电路的接口负端pck
‑
之间，具体的，电池bt的负极连接至采样电阻r的一端，采样电路r的另一端连接至放电mos管m1的源极，放电mos管m1的漏极连接充电mos管m2的漏极，充电mos管m2的源极连接至接口负端pck
‑
。
39.该实施例中，第一引脚cs用于连接至充放电线路上的采样电阻r连接放电mos管m1的一端，所述采样电阻r的另一端连接芯片的参考地，用于获取采样电流信号；第二引脚vm用于连接至充放电线路上的放电mos管m1、充电mos管m2之间的电路路径上，用于检测通路的电流信号。
40.电池保护芯片100除了第一引脚cs和第二引脚vm之外，还可以进一步包括放电mos驱动引脚ddr和充电mos驱动引脚cdr，放电mos驱动引脚ddr用于连接至放电mos管m1的栅极，充电mos驱动引脚cdr用于连接至充电mos管m2的栅极，用于分别控制放电mos管和充电mos管的通断状态。
41.第一引脚状态检测模块101连接至第一引脚cs，用于根据流经采样电阻r的电流大小(对应于第一引脚cs处电压信号)判断电池处于充电或放电状态，并输出第一状态检测信号。
42.第二引脚状态检测模块102连接至第二引脚vm，用于根据放电mos管m1的漏极和充电mos管m2的漏极电压，判断电池bt处于充电或放电状态，并输出第二状态检测信号。
43.检测路径选择模块103，连接至第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102，用于根据第一状态检测信号和第二状态检测信号，并结合预设规则，选择其中一个状态检测信号作为当前状态检测信号，并将该当前状态信号所对应的引脚连接至过流检测模块104，进行相应的过流检测。以当前状态检测信号对应的充放电状态作为电池的当前状态，进而进行对应状态的充放电过流检测。
44.预设的规则包括：第一引脚cs和第二引脚vm具有不同的优先级；在各个状态检测模块检测到相同的充放电状态时，选择其中优先权最高的引脚对应的状态检测信号作为当前状态检测信号；或者，在其中仅一个状态检测模块检测到充放电状态时，以该状态检测模块对应的状态检测信号作为当前状态检测信号。
45.在一些实施例中，设置第一引脚cs的优先级大于第二引脚vm的优先级。以放电过流检测为例：当第一引脚cs或者第二引脚vm均检测到放电状态时，选择第一引脚cm引脚的状态检测作为当前状态检测信号；当第一引脚cs检测到放电状态，第二引脚vm未检测到放
电状态时，选择第一引脚cs引脚的状态检测作为当前状态检测信号；当第二引脚vm检测到放电状态，第一引脚cs未检测到放电状态时，选择第二引脚vm引脚的状态检测作为当前状态检测信号。在其他实施例中，还可以根据实际需求设定不同的预设规则，来选择当前状态检测信号。
46.在其他实施例中，所述预设规则内的设定目标至少包括：通过所述第一引脚cs和所述第二引脚vm进行充放电状态检测的方式、第一引脚cs和第二引脚vm的优先级、所述第一引脚cs和所述第二引脚vm的充放电状态检测结果所对应的充放电过流检测方式中的至少一种。本领域技术人员可以根据实际需求设置合理的预设规则，在此不作限定。
47.检测路径选择模块103根据上述预设规则选择当前状态检测信号后，将该当前状态检测信号对应的引脚连接至过流检测模块104，由过流检测模块104根据对应引脚的电信号进行过流检测。
48.具体的，过流检测模块104，用于检测连接至的引脚的电信号，并进行与电池的当前状态对应的过流判断，输出过流检测信号。
49.通常放电状态和充电状态对应的过流判断条件不同，因此，过流检测模块104包括充电过流检测单元和放电过流检测单元，优选地充电过流检测单元和放电过流检测单元相独立；充电过流检测单元用于进行充电状态下的过流检测，放电过流检测单元用于进行放电状态下的过流检测。检测路径选择模块103用于在当前状态检测信号对应于充电状态时，将对应的引脚连接至充电过流检测单元；在当前状态检测信号对应于放电状态时，将对应的引脚连接至放电过流检测单元。
50.充电过流检测单元用于在引脚的电压超过充电过流检测阈值且超过充电过流检测延迟时间时，输出充电过流信号；放电过流检测单元用于在引脚的电压超过放电过流检测阈值且超过放电过流检测延迟时间时，输出放电过流信号。
51.电池保护芯片100还包括充放电开关控制模块105，连接至过流检测模块104，在过流检测模块104输出过流对应的检测信号时，进行过流控制，以控制充放电线路断路。充放电开关控制模块105通过充/放电mos驱动引脚cdr和ddr连接至充电mos管m2和放电mos管m1的栅极，用于在充电过流时，控制充电mos管m2关闭(断路)，在放电过流时控制放电mos管m1关闭(断路)。
52.该实施例以及后续实施例对应附图中的各个模块之间的线路连接仅为一个简单示意，用来表示模块之间的信号传输关系，单根线条的连接可能对应于实际电路中的一根或多根的连接导线，本领域技术人员基于实施例中的具体描述可以合理设置连接关系。
53.请参考图2，为本发明另一实施例的充放电电池保护芯片的结构示意图。
54.该实施例中，第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102可以同时支持充电状态检测和放电状态检测，直接输出对应于充电或放电的检测信号。
55.具体的，该实施例中，第一引脚状态检测模块101包括第一引脚充电状态检测单元1011和第一引脚放电状态检测单元1012，可以根据第一引脚cs的电信号同时进行充电状态和放电状态的检测，并直接输出相应状态的检测信号至检测路径选择模块104；第二引脚状态检测模块102包括第二引脚充电状态检测单元1021和第二引脚放电状态检测单元1022，可以根据第二引脚vm的电信号同时进行充电状态和放电状态的检测，并直接输出相应状态的检测信号至检测路径选择模块104。
56.在其他实施例中，第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102仅支持充电或放电状态中的一种状态的检测：当支持充电状态检测时，输出的检测信号对应于充电状态、非充电状态；当支持放电状态检测时，输出的检测信号对应于放电状态、非放电状态。
57.请参考图3，为本技术另一实施例的电池保护芯片的结构示意图。
58.在该实施例中，第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102均包括工作模式可配置的状态检测电路，状态检测电路可被配置为充电状态检测模式或放电状态检测模式，使得第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102用于进行充电或放电状态检测。通过可配置的状态检测电路，仅需要一个电路单元就能够实现充电状态以及放电状态的检测，从而可以减小电路面积。
59.相应的，检测路径选择模块103还用于配置第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102的工作模式，根据其中一个状态检测模块，例如第一引脚状态检测模块101输出的状态检测信号，启动并配置另一状态检测模块的工作状态，以获取另一状态检测信号，对检测结果进行交叉验证。
60.具体的，所述检测路径选择模块103包括配置单元1031和路径选择单元1032；所述配置单元1031连接至所述第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102。在状态检测过程中，所述配置单元1031用于对第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102的检测模式进行配置。例如，第一引脚状态检测模块101的状态检测电路被配置为放电状态检测模式，当第一引脚状态检测模块101输出的状态检测信号对应于放电状态时，所述配置单元1031将第二引脚状态检测模块102也配置为放电状态检测模式，检测是否处于放电状态；或者，还可以将第二引脚状态检测模块102配置为充电状态检测模式，检测是否处于充电状态；若第二引脚状态检测模块102检测到处于放电状态，或者非充电状态，则表示第一引脚状态检测模块101的检测结果是正确的。对于第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102的状态检测模式的配置可以根据实际需求进行设定。
61.以上图2、图3所示的实施例中，举例了第一引脚状态检测模块101和第二引脚状态检测模块102的两种实现方式，本领域技术人员可以选择其中任意一种实现方式，还可以采用其他能够实现状态检测的实现形式，都属于本技术的保护范围内，在此不作限定。
62.请参考图4，为本发明另一实施例的电池保护芯片的结构示意图。
63.该实施例中，电池保护芯片100还包括：负载开路检测模块106，连接至第二引脚vm和检测路径选择模块103。负载开路检测模块106，用于检测负载/充电电源200与充放电线路之间的连接状态。
64.负载开路检测模块106连接至充放电开关控制电路105，在放电过流状态下，负载开路检测模块106用于检测充放电线路与负载/充电电源200之间的连接状态，在检测到负载断开后，向充放电开关控制电路105发送负载开路信号，由充放电开关控制电路105控制放电线路导通，即控制放电晶体管m1导通。
65.上述实施例的电池保护芯片，通过电池保护芯片的两个引脚对电池的充放电状态进行检测，实现了动态、双向电流的高可靠性检测功能。通过两个引脚的状态检测，相互验证，并由路径选择模块根据状态检测结果，选择对应的过流检测路径，从而实现高可靠性和高安全性的过流检测。在其中任何一个引脚的状态检测模块出现异常时，可以通过交叉验
证，正确检测到电流异常，从而对电池提供可靠保护。
66.进一步的，通过交叉验证，还可以实现对芯片的引脚状态的自检，及时发现引脚异常，提高芯片的可靠性和应用系统的鲁棒性。
67.本发明的实施例还提供一种电池充放电过流保护方法。
68.请参考图5，为本技术一实施例的过流保护方法的流程示意图。
69.过流保护方法包括如下步骤：
70.步骤s1:检测电池充放电线路上之上两个不同节点处的电信号，根据不同节点处的电信号分别进行充放电状态检测，获取第一检测信号和第二检测信号。
71.充放电线路上包括依次串联连接的采样电阻、充电mos管和放电mos管；两个不同节点分别为连接采样电阻邻近放电mos管或充电mos管的一端的检测节点，以及放电mos管、充电mos管之间的电路路径上的一个检测节点。
72.步骤s2:根据第一状态检测信号和第二状态检测信号，并结合预设的选择规则，选择其中一个状态检测信号作为当前状态检测信号，对应于当前的充电状态或放电状态；
73.步骤s3:对当前状态检测信号对应的节点处的电信号进行过流检测，并判断在当前充放电状态下，是否过流。
74.步骤s4:在检测到过流时，断开充放电线路，进行过流控制，以保护电池。具体包括：在检测到充电过流时，断开所述充放电线路中的充电线路；在检测到放电过流时，断开所述充放电线路中的放电线路。
75.在其他实施例中，还包括检测负载的连接状态；在过流控制状态下，检测到负载与充放电线路断开时，恢复放电线路的导通。
76.本技术还提供一种电子设备，请参考图1，包括如上述任意实施例中的电池保护芯片100、电池bt，电池bt的正极和负极分别通过充放电线路连接至充放电的接口正端pck 和接口负端pck
‑
；电池保护芯片100的第一引脚cs和第二引脚vm分别连接至充放电线路，用于获取充放电线路上不同节点处的电信号。
77.电池负极和接口负端pck
‑
的连接线路上依次串联有采样电阻r、放电mos管m1和充电mos管m2；第一引脚cs连接至采样电阻r的一端，所述采样电阻r的另一端连接至芯片参考地；第二引脚vm连接至放电mos管m1和充电mos管m2之间的电路路径上。
78.电池保护芯片100包括充放电开关控制模块105时，充放电开关控制模块105通过充电mos驱动引脚cdr和放电mos驱动引脚ddr，分别连接至放电mos管m1和充电mos管m2的栅极。
79.上述电子设备的电池保护芯片能够对电池的充放电状态进行准确可靠的检测，从而实现准确的充放电过流保护，提高设备的可靠性。
80.以上仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。