阅读说明：本技术 一种锂电保护芯片的电流补偿电路 (Current compensation circuit of lithium battery protection chip ) 是由 李世彬 顾鹏展 *** 杨亚杰 赵文川 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锂电保护芯片的电流补偿电路,应用于电池组上,连接在电池组的电池单元VCC上,包括第一采样电路、第二采样电路及电流镜模块IC3,第一采样电路与电池单元VCC相连接,第一采样电路与第二采样电路相连接,第二采样电路与电流镜模块IC3相连接,电流镜模块IC3与第一采样电路相连接；能够解决现有技术电池单元在芯片进行采样检测时产生的电量损耗问题。(The invention discloses a current compensation circuit of a lithium battery protection chip, which is applied to a battery pack, is connected to a battery cell VCC of the battery pack and comprises a first sampling circuit, a second sampling circuit and a current mirror module IC3, wherein the first sampling circuit is connected with the battery cell VCC, the first sampling circuit is connected with the second sampling circuit, the second sampling circuit is connected with a current mirror module IC3, and the current mirror module IC3 is connected with the first sampling circuit; the problem of electric quantity loss generated when the chip is subjected to sampling detection in the battery unit in the prior art can be solved.)

一种锂电保护芯片的电流补偿电路

技术领域

本发明涉及电池管理技术领域，具体的说，是一种锂电保护芯片的电流补偿电路。

背景技术

当今，随着锂电池应用的兴起，锂电池在使用过程中的安全问题，日益受到重视。锂电池在充电电压过高，放电电压过低时都会引发危险，因此针对该方面的锂电池保护芯片应运而生。然而，在保护芯片内部进行电压采样时，采样电阻不可避免会消耗电能，使得各节电池单元电量不均衡。

发明内容

本发明的目的在于提供一种锂电保护芯片的电流补偿电路，能够解决现有技术电池单元在芯片进行采样检测时产生的电量损耗问题。

本发明通过下述技术方案实现：一种锂电保护芯片的电流补偿电路，应用于电池组上，连接在电池组的电池单元VCC上，包括第一采样电路、第二采样电路及电流镜模块IC3，第一采样电路与电池单元VCC相连接，第一采样电路与第二采样电路相连接，第二采样电路与电流镜模块IC3相连接，电流镜模块IC3与第一采样电路相连接；第一采样电路将采样所得电压输送至第二采样电路内，第二采样电路利用电流镜模块IC3输出电流至第一采样电路，第一采样电路在将电流输送至与该节电池单元VCC相连接的另一节电池单元VCC，实现电流补偿；电流镜模块IC3内的不同支路MOS管的宽长比存在比例关系，调控输出电流的大小；电流镜模块IC3采用任一MOS器件组成的G极相接的结构皆可以。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：第一采样电路设置有第一电阻R1、MOS管Q1、运放电路IC1及第二电阻R2，运放电路IC1的同相输入端连接在电池单元VCC的负极上，运放电路IC1的反相输入端通过电阻R1连接在电池单元VCC的正极上，运放电路IC1的1端口与电流镜模块IC3相连接，运放电路IC1的输出端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源端连接运放电路IC1的反相输入端，MOS管Q1的漏端通过电阻R2连接第二采样电路；

优选的在设置使用时，其中一个电池单元VCC的正极连接对应的电阻R1，电阻R1的另一端连接到MOS管Q1的S端， MOS管Q1的G端连接运算电路IC1的输出端，运放电路IC1的同相输入端、反相输入端分别连接电池单元VCC的负极和MOS管Q1的S端， MOS管Q1的D端连接电阻R2，提供采样电压，输送至第二采样电路中，第二采样电路连接至电流镜模块IC3中，再从电流镜模块IC3输出电流至运放电路IC1的偏置电流端（即1端口），流经运放电路IC1后连接至另一电池单元VCC的采样支路上，实现电流补偿。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述第二采样电路包括运放电路IC2、电阻R3、MOS管Q2及电阻R4，运放电路IC2的同相输入端通过电阻R2连接MOS管Q1的漏端，电阻R3连接在运放电路IC2的同相输入端上，运放电路IC2的输出端连接在MOS管Q2的栅极上，MOS管Q2的漏端与电流镜模块IC3相连接，MOS管Q2的远端分别与运放电路IC2的反相输入端和电阻R4的第一端相连接。

优选的在设置使用时，其中一个电池单元VCC的正极连接对应的电阻R1，电阻R1的另一端连接到MOS管Q1的S端，MOS管Q1的G端连接运算电路IC1的输出端，运放电路IC1的同相输入端、反相输入端分别连接电池单元VCC的负极和MOS管Q1的S端， MOS管Q1的D端连接电阻R2，提供采样电压，输送至运放电路IC2的同相输入端，运放电路IC2的输出端连接MOS管Q2的G端，MOS管Q2的S端连接运放电路IC2的反相输入端和电阻R4，MOS管Q2的D端连接至电流镜模块IC3中，再从电流镜模块IC3输出电流至运放电路IC1的偏置电流端（即1端口），流经运放电路IC1后连接至另一电池单元VCC的采样支路上，实现电流补偿，优选的电阻R1、电阻R2、电阻R4之间存在一定的比例关系（优选的其阻值比例关系为：3:1:2），控制补偿电流的大小；运放电路IC1和运放电路IC2都采用负反馈的连接方式，优选的，运放电路IC1和运放电路IC2采用二级运放架构。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端亦接地，MOS管Q2的漏端连接在电流镜模块IC3的输入端上。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述运放电路IC1的1端口与电流镜模块IC3的输出端相连接。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述运放电路IC1的2端口（即电流输出端口）上还连接有电阻R5，优选的电阻R5的阻值设定较小，主要起到保护电路的作用。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述电池单元VCC为两个及以上时，在每一个电池单元VCC上皆设置有电流补偿电路，且电池单元VCC与电池单元VCC之间串联，且相邻的一节电流补偿电路的A端接入另一个电池单元VCC的正极上。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述MOS管Q1采用P型耐压MOS管或N型耐压MOS管。

进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述MOS管Q2采用与MOS管Q1极性相反的耐压MOS管。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明利用了采样电路进行电压采样，并将此采样电压按照一定比例的计算，转换为相应电流补充至电池单元的采样电路，补偿采样电路所消耗的电能，解决了锂电池保护芯片内部采样电路产生电池电量损耗的问题，完善了锂电保护芯片的功能。

附图说明

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明应用于多节电池单元上时的连接示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通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方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上， 除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也 可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

值得注意的是：在本申请中，某些需要应用到本领域的公知技术或常规技术手段时，申请人可能存在没有在文中具体的阐述该公知技术或/和常规技术手段是一种什么样的技术手段，但不能以文中没有具体公布该技术手段，而认为本申请不符合专利法第二十六条第三款的情况。

实施例1：

本发明设计出一种锂电保护芯片的电流补偿电路，能够解决现有技术电池单元在芯片进行采样检测时产生的电量损耗问题，如图1、图2所示，特别采用下述设置结构：应用于电池组上，连接在电池组的电池单元VCC上，包括第一采样电路、第二采样电路及电流镜模块IC3，第一采样电路与电池单元VCC相连接，第一采样电路与第二采样电路相连接，第二采样电路与电流镜模块IC3相连接，电流镜模块IC3与第一采样电路相连接；第一采样电路将采样所得电压输送至第二采样电路内，第二采样电路利用电流镜模块IC3输出电流至第一采样电路，第一采样电路在将电流输送至与该节电池单元VCC相连接的另一节电池单元VCC，实现电流补偿；电流镜模块IC3内的不同支路MOS管的宽长比存在比例关系，调控输出电流的大小；电流镜模块IC3采用任一MOS器件组成的G极相接的结构皆可以。

实施例2：

本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：第一采样电路设置有第一电阻R1、MOS管Q1、运放电路IC1及第二电阻R2，运放电路IC1的同相输入端连接在电池单元VCC的负极上，运放电路IC1的反相输入端通过电阻R1连接在电池单元VCC的正极上，运放电路IC1的1端口与电流镜模块IC3相连接，运放电路IC1的输出端连接MOS管Q1的栅极，MOS管Q1的源端连接运放电路IC1的反相输入端，MOS管Q1的漏端通过电阻R2连接第二采样电路；

优选的在设置使用时，其中一个电池单元VCC的正极连接对应的电阻R1，电阻R1的另一端连接到MOS管Q1的S端， MOS管Q1的G端连接运算电路IC1的输出端，运放电路IC1的同相输入端、反相输入端分别连接电池单元VCC的负极和MOS管Q1的S端， MOS管Q1的D端连接电阻R2，提供采样电压，输送至第二采样电路中，第二采样电路连接至电流镜模块IC3中，再从电流镜模块IC3输出电流至运放电路IC1的偏置电流端（即1端口），流经运放电路IC1后连接至另一电池单元VCC的采样支路上，实现电流补偿。

实施例3：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述第二采样电路包括运放电路IC2、电阻R3、MOS管Q2及电阻R4，运放电路IC2的同相输入端通过电阻R2连接MOS管Q1的漏端，电阻R3连接在运放电路IC2的同相输入端上，运放电路IC2的输出端连接在MOS管Q2的栅极上，MOS管Q2的漏端与电流镜模块IC3相连接，MOS管Q2的远端分别与运放电路IC2的反相输入端和电阻R4的第一端相连接。

优选的在设置使用时，其中一个电池单元VCC的正极连接对应的电阻R1，电阻R1的另一端连接到MOS管Q1的S端，MOS管Q1的G端连接运算电路IC1的输出端，运放电路IC1的同相输入端、反相输入端分别连接电池单元VCC的负极和MOS管Q1的S端， MOS管Q1的D端连接电阻R2，提供采样电压，输送至运放电路IC2的同相输入端，运放电路IC2的输出端连接MOS管Q2的G端，MOS管Q2的S端连接运放电路IC2的反相输入端和电阻R4，MOS管Q2的D端连接至电流镜模块IC3中，再从电流镜模块IC3输出电流至运放电路IC1的偏置电流端（即1端口），流经运放电路IC1后连接至另一电池单元VCC的采样支路上，实现电流补偿，优选的电阻R1、电阻R2、电阻R4之间存在一定的比例关系（优选的其阻值比例关系为：3:1:2），控制补偿电流的大小；运放电路IC1和运放电路IC2都采用负反馈的连接方式，优选的运放电路IC1和运放电路IC2皆采用二级运放架构。

实施例4：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述电阻R3的另一端接地，电阻R4的另一端亦接地，MOS管Q2的漏端连接在电流镜模块IC3的输入端上。

实施例5：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述运放电路IC1的1端口与电流镜模块IC3的输出端相连接。

实施例6：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述运放电路IC1的2端口上还连接有电阻R5，优选的电阻R5的阻值设定较小，优选的电阻R5采用100欧姆的电阻，但不限于此，主要起到保护电路的作用。

实施例7：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述电池单元VCC为两个及以上时，在每一个电池单元VCC上皆设置有电流补偿电路，且电池单元VCC与电池单元VCC之间串联，且相邻的一节电流补偿电路的A端接入另一个电池单元VCC的正极上。

实施例8：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述MOS管Q1采用P型耐压MOS管或N型耐压MOS管。

实施例9：

本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，与前述技术方案相同部分在此将不再赘述，如图1、图2所示，进一步的为更好地实现本发明，特别采用下述设置方式：所述MOS管Q2采用与MOS管Q1极性相反的耐压MOS管。

实施例10：

一种锂电保护芯片的电流补偿电路，如图1所示，包括电池单元VCC、电阻R1、电阻R2和电阻R3、电阻R4、电阻R5、运放电路IC1、运放电路IC2、MOS管Q1、MOS管Q2和电流镜模块IC3。

电池单元VCC正极连接对应的电阻R1，电阻R1另一端连接到MOS管Q1的S端，MOS管Q1的G端连接运放电路IC1输出端，运放电路IC1的同相输入端（+）和反相输入端（-）分别连接电池单元VCC的负极和MOS管Q1的S端，MOS管Q1的D端连接电阻R2，电阻R2和电阻R3之间提供采样电压，输送至运放电路IC2同相输入端（+），运放电路IC2输出端连接MOS管Q2的G端，MOS管Q2的S端连接运放电路IC2的反相输入端（-）和电阻R4，MOS管Q2的D端连接至电流镜模块IC3输入端（in），再从电流镜模块输出端（out）输出电流至运放电路IC1的偏置电流端（1端口），流经运放电路IC1从相应端口（2端口）流出后经过电阻R5输出（A端口）接到另一节电池单元VCC的采样电路，进而达到电流补偿的目的。

根据图1的实施例，以下对该电流补偿结构进行详细的解释。电阻R1，运放电路IC1和MOS管Q1在工作状态下，使得运放电路IC1的同相输入端（+）和反相输入端（-）的电位一致，电流流经电阻R1，MOS管Q1和电阻R2/电阻R3构成的电压采样支路，向锂电保护芯片提供所需要的采样电压。

然而，在此过程中，采样支路会消耗电池电量，导致不同电池单元VCC充电不平衡。因此，电阻R2/电阻R3之间提供采样电压至运放电路IC2同相输入端（+），使得运放电路IC2，MOS管Q2和电阻R4在工作状态下，运放电路IC2同相输入端（+）和反相输入端（-）的电位一致；电阻R4接运放电路IC2的反相输入端（-）和GND端口，因为运放电路IC2的反相输入端（-）的电压，产生相应的电流，经过MOS管Q2流入电流镜模块IC3输入端（in），电流镜模块IC3经过一定比例的电流调整，输出端（out）产生电流至运放电路IC1的偏置电流端口（1端口），再从运放电路IC1的2端口流出至电阻R5，电阻R5通过A端口连接至下一电池单元VCC的采样支路，进而达到电流补偿的目的。

在具体的实施过程中，电池单元VCC在正常工作过程中，损耗电量对应的大致工作电流的大小是可以得到的。所以在上述的电流补偿过程中，根据需要对电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的电阻比例关系进行调整，可以调控补偿电流的大小，同时，对电流镜模块IC3内部结构进行调整也可以调控补偿电流。当补偿电流近似或等于采样电路的工作电流时，电池单元VCC的损耗可以得到很好的补偿，抵消电池单元VCC在锂电保护芯片工作时产生的损耗。

如图2所示的，是在图1的基础之上设计的一个电池组结构，且在电池组结构上设置有电流补偿电路，该电池组结构中，作为电源的电池组包含多节电池单元VCC（此处以具有两个电池单元VCC为例，但在电池组应用设计时其具体多少个电池单元VCC不限于此，可以根据实际需要增加或减少电池单元VCC），作为另一较佳实施例给予说明。图2包括了电池单元U2，电池单元U3，功能模块（电流补偿电路）A202和功能模块（电流补偿电路）A203。其中，功能模块A202和功能模块A203都是由图1中的电阻R1、电阻R2和电阻R3、电阻R4、电阻R5、运放电路IC1、运放电路IC2、MOS管Q1、MOS管Q2和电流镜模块IC3组成。

在图2的示意图中，电池单元U2与电池单元U3串联，电池单元U2的正负极连接其对应的功能模块A202，电池单元U3的正负极连接其对应的功能模块A203，功能模块A202的A端口连接电池单元U2的正极(亦为电池单元U3的负极），即连接功能模块A203内的采样支路。

功能模块A202的A端口连接功能模块A203的采样支路，结合图1中所述，即补偿电流流入功能模块A203的采样支路，提供补偿电流，保证了电池单元在连接锂电池保护芯片时，不会因为锂电池保护芯片的工作需要而消耗电池本身的电量，避免不必要的电池电量的损耗。同理，可以推出的是，图2中功能模块A203的A端口接入串联电池组中的其他电池单元的采样支路，可以达到上述相同的电流补偿的效果。

值得注意的是，图2仅展示了两节电池单元VCC串联时的电流补偿的电路示意图，但是本实施例的电池单元VCC串联个数不局限于此。具体的电池单元VCC串联个数可根据锂电池保护芯片的功能设定进行调整。对于两节或两节以上的电池单元VCC串联时，本发明的电流补偿电路同样适用。

此外，因锂电保护芯片的工艺差异，可能会导致采样支路的电量消耗不一致，在具体应用时，可对上述的各部分电阻和电流镜模块内的MOS管比例进行针对性的调整，确保进行有效的电流补偿。

在多节电池单元串联的情况下，会产生较高的电压压差，所以在此时的实施例的情况下，在高电压的支路优选使用耐压的MOS器件，避免电路模块因电压击穿或烧毁，保证芯片的正常工作和电池单元的使用安全。

通过上述的实施例的方式，本发明的电流补偿电路可通过对采样支路进行电流补偿，避免电池单元VCC因为锂电保护芯片的电压采样产生不必要的电量损耗，从而使得不同电池单元VCC保持最佳的电量均衡效果，避免了电池组电量不均衡产生的风险，克服了锂电池保护芯片的缺陷。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。