阅读说明：本技术 一种锂电池保护系统 (Lithium battery protection system ) 是由 杨作刚 张朋翔 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锂电池保护系统,包括：锂电池保护电路、锂电池组、第一功率管和第二功率管。锂电池保护电路包括电源供电端、接地端、升压模块、功率器件驱动模块、放电控制端及充电控制端。锂电池组的正极端与充电器或负载的正极端耦接,负极端与接地端耦接。第一功率管的漏极与第二功率管的漏极耦接,第二功率管的源极耦接充电器或负载的负极端,第二功率管的栅极与充电控制端耦接,第一功率管的栅极与放电控制端耦接。升压模块升高电源供电端的电压,并由功率器件驱动模块输出至放电控制端和充电控制端,以控制第一功率管和第二功率管的开关状态,增加第一功率管和第二功率管的导通性,减小第一功率管和第二功率管的导通后的阻抗。(The invention discloses a lithium battery protection system, which comprises: lithium battery protection circuit, lithium cell group, first power tube and second power tube. The lithium battery protection circuit comprises a power supply end, a grounding end, a boosting module, a power device driving module, a discharging control end and a charging control end. The positive terminal of the lithium battery pack is coupled with the positive terminal of the charger or the load, and the negative terminal is coupled with the grounding terminal. The drain of the first power tube is coupled to the drain of the second power tube, the source of the second power tube is coupled to the negative terminal of the charger or the load, the gate of the second power tube is coupled to the charge control terminal, and the gate of the first power tube is coupled to the discharge control terminal. The voltage boosting module boosts the voltage of a power supply end of the power supply and is output to the discharging control end and the charging control end by the power device driving module so as to control the switching states of the first power tube and the second power tube, increase the conductivity of the first power tube and the second power tube and reduce the impedance of the first power tube and the second power tube after the first power tube and the second power tube are conducted.)

一种锂电池保护系统

技术领域

本发明涉及电池管理系统，尤其涉及锂电池保护系统。

背景技术

随着节能环保的不断倡导，以及新能源产品的蓬勃发展，锂电池越来越多的应用到日常生活中。锂电池的主要应用领域包括手机、平板电脑、数码类产品、电工工具等。但是由于锂电池特有的化学特性，锂电池的安全性和稳定性存在隐患，故锂电池组均需要锂电池保护板，防止锂电池过充电过放电的功率元器件(MOSFET、JFET、IGBT等)是锂电池保护板中必不可少的部分，其中最常用的是MOSFET，以下皆以MOSFET为例说明。

但由于锂电池放电能力强，在锂电池保护板上产生的热量不容忽视，而功率器件由于导通阻抗的存在，是锂电池保护板中一个热源，因此，减少功率器件的散热量势在必行。

发明内容

为了提高功率器件的驱动电压，减小回路中的阻抗，减小散热量，提高安全性，本发明提供了一种锂电池保护系统。

本发明的锂电池保护系统耦接充电器，该锂电池保护系统包括：

锂电池保护电路，所述锂电池保护电路包括电源供电端、接地端、升压模块、功率器件驱动模块、放电控制端以及充电控制端；

锂电池组，所述锂电池组的正极端与所述电源供电端耦接，且所述锂电池组的正极端与所述充电器的正极端或所述负载的正极端耦接，所述锂电池组的负极端与所述接地端耦接；

第一功率管和第二功率管；

其中，所述第一功率管的漏极与所述第二功率管的漏极耦接，所述第二功率管的源极耦接所述充电器的负极端或所述负载的负极端，所述第二功率管的栅极与所述充电控制端耦接，所述第一功率管的栅极与所述放电控制端耦接；

其中，所述升压模块被配置成将所述电源供电端的电压升高至一稳定电压，所述功率器件驱动模块被配置成将所述升高后的稳定电压输出至所述放电控制端和所述充电控制端，以控制所述第一功率管和所述第二功率管的开关状态。

在一实施例中，所述升压模块升高所述第一功率管的栅极驱动电压和第二功率管的栅极驱动电压且处于稳定值，以增加第一功率管和所述第二功率管的导通性，减小所述第一功率管和所述第二功率管的导通后的阻抗，其中，所述升高后的电压为固定电压，不随所述电源供电端的电压的变化而变化。

在一实施例中，所述升压模块包括电荷泵或其他升压电路。

在一实施例中，所述锂电池保护系统还包括电流检测电阻，所述电流检测电阻的一端耦接所述锂电池保护电路的接地端，另一端耦接所述第一功率管的源极以及所述锂电池保护电路的电流检测端。

在一实施例中，所述第一功率管和所述第二功率管的导通后的阻抗作为电流检测电阻，且所述锂电池保护电路的电流检测端位于所述第二功率管与所述充电器的负极端或所述负载的负极端之间。

在一实施例中，所述第一功率管为放电控制用N沟道MOSFET，所述第二功率管为充电控制用N沟道MOSFET。

在一实施例中，所述第一功率管和所述第二功率管集成到同一个元器件，为一个共漏极的双N沟道MOSFET。

在一实施例中，所述锂电池保护电路还包括电源模块，用于对锂电池保护电路进行供电，并向所述开关模块提供基准电压。

本发明提供的锂电池保护系统通过提高功率器件MOSFET的驱动电压，减小回路中的阻抗，减小散热量，从而提高了锂电池保护系统的安全性，并能有效控制成本。

附图说明

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。

图1示出根据本发明一实施例的锂电池保护系统；

图2示出根据本发明又一实施例的锂电池保护系统。

具体实施方式

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。

MOSFET的开启需要达到一定的开启电压，当加在MOSFET栅极和源极的驱动电压小于开启电压时，MOSFET不能完全导通，阻抗变大，产生的热量变大。当加在MOSFET栅极和源极的驱动电压大于开启电压时，MOSFET完全导通，阻抗减小，产生的热量减小。

现有技术中，对于锂电池保护系统负端的N沟道MOSFET应用，当IC的输入电压过低时，导致MOSFET的驱动电压不足，MOSFET不能完全导通，内阻较大，散热量增加。对于锂电池保护系统正端的P沟道MOSFET应用，当IC的输入电压过低时，导致MOSFET的驱动电压不足，MOSFET没有完全导通，内阻较大，散热量增加，且P沟道MOSFET成本较N沟道MOSFET高。对于锂电池保护系统的正端N沟道MOSFET应用，要驱动MOSFET完全导通，会产生很高的功耗，且锂电池保护电路(即锂电池保护芯片)成本过高。

因此，现有技术的锂电池保护电路存在散热量高、功耗大、成本高等问题。

鉴于此，本发明提供了一种锂电池保护系统，其主要目的旨在提高功率器件MOSFET的驱动电压，减小回路中的阻抗，减小散热量，提高安全性，并有效控制成本。

图1示出了根据本发明一实施例的锂电池保护系统。该锂电池保护系统可与充电器或负载耦接。该锂电池保护系统包括锂电池保护电路101和***器件。该锂电池保护电路101包括电源供电端VDD、接地端GND、电流检测端VI、电源模块106、升压模块107、功率器件驱动模块108、放电控制端DSG以及充电控制端CHG。***器件包括锂电池组102、电流检测电阻R1 103(又称精密电阻)、第一功率管Q1 104、第二功率管Q2 105。

VDD端为电源供电端，用于对锂电池保护电路101进行供电，VDD端与锂电池组102的正极端耦接。

锂电池组102的正极端还与充电器的正极端或负载的正极端BP+耦接，锂电池组102的负极端与GND端耦接。

电流检测端VI以及电流检测电阻R1用于判断是否产生过流，该电流检测电阻R1耦接在第一功率管Q1的源极以及接地端GND之间，该电流检测端VI在第一功率管Q1的源极与该电流检测电阻R1的连接处引出。

第一功率管Q1 104和第二功率管Q2 105可以是，但不限于，MOSFET、IGBT等功率管。在一个实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2为相同类型的N沟道MOSFET，其中，第一功率管Q1 104为放电控制用MOSFET，第二功率管Q2 105为充电控制用MOSFET。

第一功率管Q1 104和第二功率管Q2 105位于锂电池保护系统的负端(BP-)。第一功率管Q1 104的漏极与第二功率管Q2 105的漏极耦接。第一功率管Q1的源极与电流检测电阻R1耦接，第二功率管Q2的源极耦接充电器的负极端或负载的负极端BP-。第一功率管Q1的栅极与锂电池保护电路101的放电控制端DSG相耦接，第二功率管Q2的栅极与锂电池保护电路101的充电控制端CHG相耦接，电流检测电阻R1的一端耦接锂电池组102的负极和锂电池保护电路101的接地端GND，另一端耦接第一功率管Q1的源极。

在一个实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2可以集成到同一个元器件，即一个共漏极的双N沟道MOSFET。

锂电池保护电路101包括电源模块106、升压模块107以及功率器件驱动模块108。在一个实施例中，锂电池保护电路101还可包括过充电电压检测电路、过放电电压检测电路、过电流检测电路、逻辑电路、充电器负载检测电路。

电源模块106，耦接电源供电端VDD，用于对锂电池保护电路101进行供电，并向升压模块107提供基准电压。

升压模块107，用于升高电源供电端VDD的电压，并将升高后的电压输出至功率器件驱动模块108，该升高后的电压为固定电压，不随VDD电压的变化而变化。在一个实施例中，该升压模块107可包括电荷泵或其它升压电路。

功率器件驱动模块108，用于从升压模块107获取升压后的电压以作为控制信号，并将控制信号输送至充电控制端CHG和放电控制端DSG，分别控制第二功率管Q2和第一功率管Q1的开关状态。并通过第一功率管Q1和第二功率管Q2的驱动电压的提高来增强第一功率管Q1和第二功率管Q2的导通性。由于升压后的电压不随VDD电压的变化而变化，有效地保证了第一功率管Q1和第二功率管Q2处于完全开启的状态，减小了导通时的阻抗，减小了散热量。

具体而言，MOSFET导通时的阻抗随其栅极驱动电压的变大而变小。当第一功率管Q1和第二功率管Q2的栅极驱动电压大，则第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时的阻抗小。本发明利用升压模块107使得锂电池保护电路101的栅极驱动电压(即第一功率管Q1的栅极驱动电压和第二功率管Q2的栅极驱动电压)升高且处于稳定值，从而有效减小第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时的阻抗，进而减小整体锂电池保护电路中的阻抗，降低了散热量，提高了安全性。

此外，在本发明的上述实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2均为N沟道MOSFET，相对于P沟道MOSFET，N沟道MOSFET的成本较低，能进一步节省成本。

图2示出根据本发明又一实施例的锂电池保护系统。在该一个实施例中，通过MOSFET导通时的阻抗来替代电流检测电阻R1进行过流检测，能进一步减小保护电路的阻抗。具体而言，可利用第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时的阻抗作为电流检测电阻，并根据电流检测端口VI检测的电压与一电压阈值的比较结果，来进行过流判断。

该锂电池保护系统可与充电器或负载耦接。该锂电池保护系统包括锂电池保护电路101和***器件。该锂电池保护电路101包括电源供电端VDD、接地端GND、电流检测端VI、电源模块106、升压模块107、功率器件驱动模块108、放电控制端DSG以及充电控制端CHG。***器件包括锂电池组102、第一功率管Q1 104、第二功率管Q2 105。

VDD端为电源供电端，用于对锂电池保护电路101进行供电，VDD端与锂电池组102的正极端耦接。

锂电池组102的正极端还与充电器的正极端或负载的正极端BP+耦接，锂电池组102的负极端与GND端耦接。

第一功率管Q1 104和第二功率管Q2 105可以是，但不限于，MOSFET、IGBT等功率管。在一个实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2为相同类型的N沟道MOSFET，其中，第一功率管Q1 104为放电控制用MOSFET，第二功率管Q2 105为充电控制用MOSFET。

第一功率管Q1 104和第二功率管Q2 105位于锂电池保护系统的负端(BP-)。第一功率管Q1 104的漏极与第二功率管Q2 105的漏极耦接。第一功率管Q1的源极与接地端GND耦接，第二功率管Q2的源极耦接充电器的负极端或负载的负极端BP-。第一功率管Q1的栅极与锂电池保护电路101的放电控制端DSG相耦接，第二功率管Q2的栅极与锂电池保护电路101的充电控制端CHG相耦接，电流检测端VI位于第二功率管Q2的源极与充电器的负极端或负载的负极端BP-之间。

在一个实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2可以集成到同一个元器件，即一个共漏极的双N沟道MOSFET。

锂电池保护电路101包括电源模块106、升压模块107以及功率器件驱动模块108。在一个实施例中，锂电池保护电路101还可包括过充电电压检测电路、过放电电压检测电路、过电流检测电路、逻辑电路、充电器负载检测电路。

电源模块106，耦接电源供电端VDD，用于对锂电池保护电路101进行供电，并向升压模块107提供基准电压。

升压模块107，用于升高电源供电端VDD的电压，并将升高后的电压输出至功率器件驱动模块108，该升高后的电压为固定电压，不随VDD电压的变化而变化。在一个实施例中，该升压模块107可包括电荷泵或其它升压电路。

功率器件驱动模块108，用于从升压模块107获取升压后的电压以作为控制信号，并将控制信号输送至充电控制端CHG和放电控制端DSG，分别控制第二功率管Q2和第一功率管Q1的开关状态。并通过第一功率管Q1和第二功率管Q2的驱动电压的提高来增强第一功率管Q1和第二功率管Q2的导通性。由于升压后的电压不随VDD电压的变化而变化，有效地保证了第一功率管Q1和第二功率管Q2处于完全开启的状态，减小了导通时的阻抗，减小了散热量。

具体而言，MOSFET导通时的阻抗随其栅极驱动电压的变大而变小。当第一功率管Q1和第二功率管Q2的栅极驱动电压大，则第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时的阻抗小。本发明利用升压模块107使得锂电池保护电路101的栅极驱动电压(即第一功率管Q1的栅极驱动电压和第二功率管Q2的栅极驱动电压)升高且处于稳定值，从而有效减小第一功率管Q1和第二功率管Q2导通时的阻抗，进而减小整体锂电池保护电路中的阻抗，降低了散热量，提高了安全性。

在本发明的上述实施例中，第一功率管Q1和第二功率管Q2均为N沟道MOSFET，相对于P沟道MOSFET，N沟道MOSFET的成本较低，能进一步节省成本。

此外，在本实施例中，利用第一和第二功率管导通时的阻抗来替代电流检测电阻R1进行过流检测，能进一步减小保护电路的阻抗。

本发明提供的锂电池保护系统通过提高功率器件MOSFET的驱动电压，减小回路中的阻抗，减小散热量，从而提高了锂电池保护系统的安全性，并能有效控制成本。

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。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

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。