本發(fā)明涉及一種蓄電池單體專(zhuān)用的集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，屬蓄電池技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

單體可充電蓄電池電壓一般為幾伏，而儲(chǔ)能電池或動(dòng)力電池的電壓一般需要幾十伏甚至更高，因此需要將許多單體電池串聯(lián)后使用。大量電池的串聯(lián)使用，在充放電過(guò)程中由于各單體電池的容量，內(nèi)阻、溫度的偏差，很容易引起各個(gè)電池電壓不均衡，輕者導(dǎo)致電池組容量下降和快速劣化，重者導(dǎo)致徐電池開(kāi)路，引起重大事故，甚至導(dǎo)致電池組起火爆炸，造成不可挽回的損失。由于容量?jī)?nèi)阻的差異，同一組串聯(lián)蓄電池組中單體電池的充放電深度會(huì)不同，容量大的總會(huì)欠充欠放，而容量小的總會(huì)過(guò)充過(guò)放，會(huì)進(jìn)一步加大電池之間的不均衡性，最終導(dǎo)致整組蓄電池的提前失效。

電力直流系統(tǒng)中大部分使用閥控式鉛酸蓄電池，通過(guò)監(jiān)測(cè)單節(jié)電池的電壓、溫度，整組電壓、電流等數(shù)據(jù)能夠有效監(jiān)控蓄電池運(yùn)行狀態(tài)，但是目前對(duì)于蓄電池充放電過(guò)程中存在的過(guò)充過(guò)放問(wèn)題卻不夠重視，尚無(wú)自動(dòng)化保護(hù)方法，當(dāng)蓄電池存在開(kāi)路時(shí)也只能被動(dòng)的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處理，無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前電力系統(tǒng)高可靠性的發(fā)展需求。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)動(dòng)力電池的保護(hù)電路研究較多，一個(gè)完整的保護(hù)電路一般包括采樣電路，邏輯控制電路，過(guò)充電保護(hù)電路，過(guò)放電保護(hù)電路，過(guò)放電保護(hù)電路等部分，現(xiàn)有的保護(hù)電路均存在線(xiàn)路復(fù)雜，性能不穩(wěn)定等問(wèn)題，且隨著電池串聯(lián)數(shù)量的增加，其線(xiàn)路控制更加復(fù)雜，實(shí)用性差。因此開(kāi)發(fā)一種集蓄電池單體電壓溫度采集、蓄電池單體過(guò)充電保護(hù)、蓄電池單體過(guò)放電保護(hù)及開(kāi)路保護(hù)功能為一體的蓄電池單體專(zhuān)用芯片至關(guān)重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，為了解決串聯(lián)蓄電池中存在的蓄電池單體過(guò)充電、過(guò)放電甚至開(kāi)路的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種蓄電池單體專(zhuān)用的集成電路的實(shí)現(xiàn)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種蓄電池單體專(zhuān)用的集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，所述集成電路包括電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片，蓄電池單體，積分電容，溫敏電阻、cpu控制模塊及輔助電路；cpu控制模塊與電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片相關(guān)端口相連接；電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片與蓄電池單體連接；積分電容連接電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片的ct1和ct2端口；溫敏電阻一端連接電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片的vt端口，溫敏電阻另一端接地；所述集成電路在蓄電池過(guò)充電或過(guò)放電狀態(tài)下，通過(guò)mos管開(kāi)關(guān)切換蓄電池的充放電回路，保證電池單體的安全性，延長(zhǎng)使用壽命。

所述電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片包括集成蓄電池單體過(guò)充均衡電路、過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路和電壓溫度采集積分電路。

所述電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片通過(guò)引腳vb+、vb-分別采集蓄電池單體的正極、負(fù)極電壓信號(hào)，當(dāng)輸入引腳vb+與vb-之間的電壓差高于過(guò)充參考電壓v1時(shí)，過(guò)充均衡電路上的mos管開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，使電池單體上并聯(lián)電阻r，通過(guò)電阻分流消耗過(guò)充電量，保護(hù)蓄電池單體不因過(guò)充導(dǎo)致性能下降；當(dāng)輸入引腳vb+與vb-之間的電壓差低于過(guò)放參考電壓v2時(shí)，過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路上的mos管導(dǎo)通，使電池單體反向并聯(lián)二極管d導(dǎo)通，避免過(guò)放電對(duì)蓄電池的損害及開(kāi)路造成的失電風(fēng)險(xiǎn)；其中引腳vt連接溫敏電阻作為溫度信號(hào)采集輸入；電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片的引腳ct1與引腳ct2分別連接積分電容c的兩端，引腳vref輸入基準(zhǔn)電壓值，引腳ctl0/ctl1/ctl2連接cpu輸入控制信號(hào)，cpu輸出控制信號(hào)ctl1和ctl2切換積分電路的模擬信號(hào)量輸入，通過(guò)積分電容對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行積分，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成時(shí)間信號(hào)，由引腳out連接cpu計(jì)數(shù)器控制信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)電壓溫度的高精度采集；電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片通過(guò)引腳vdd及gnd由外部進(jìn)行供電，接入電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片的工作電壓和接地。

所述過(guò)充均衡電路包括運(yùn)算放大器、電阻及mos管；其中引腳vb+與vb-作為電壓跟隨器的輸入端；電壓跟隨器的輸出端通過(guò)電阻連接電壓比較器的同相輸入端；過(guò)充參考電壓v1作為電壓比較器的反向輸入端，電壓比較器的輸出連接mosfet1的柵極；mosfet1的源極連接mosfet2的控制端。

所述過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路由運(yùn)算放大器，電阻、二極管及mos管組成，其中引腳vb+與vb-作為電壓跟隨器的輸入端，電壓跟隨器的輸出端通過(guò)電阻連接電壓比較器的反相輸入端，過(guò)放參考電壓v2作為電壓比較器的同向輸入端，電壓比較器的輸出連接mosfet3的柵極，mosfet3的源極連接mosfet4的控制端。

所述電壓溫度采集積分電路由電子開(kāi)關(guān)，運(yùn)算放大器，電阻、電容、mos管及外部積分電容組成；其中電子開(kāi)關(guān)由cpu輸出控制信號(hào)至ctl1/ctl2,控制切換vref或vt或vb+與vb-的電壓差的模擬信號(hào)作為電壓跟隨器的輸入端，積分電容c1連接電壓跟隨器的輸出端和一級(jí)電壓比較器的反向輸入端，積分電容c1的輸出端與引腳vref分別作為一級(jí)電壓比較器的輸入端，外部積分電容c通過(guò)引腳ct1/ct2分別連接在一級(jí)電壓比較器的反向輸入端與輸出端，一級(jí)電壓比較器的輸出端連接二級(jí)電壓比較器的同相輸入端，引腳ctl0連接一級(jí)電壓比較器的反向輸入端及二級(jí)電壓比較器的反向輸入端，二級(jí)電壓比較器的輸出端作為mosfet5的控制信號(hào)。

所述電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片與蓄單體電池的正極和負(fù)極連接的引腳vb+/vb-作為電壓信號(hào)采集輸入，引腳vb1+/vb2+、vb1-/vb2-作為開(kāi)啟旁路工作時(shí)的大電流通道，增加芯片工作的安全性。

所述過(guò)充電均衡電路、過(guò)放電開(kāi)路保護(hù)電路和電壓溫度采集積分電路通過(guò)集成電路設(shè)計(jì)，封裝在同一芯片內(nèi)，至少引出16個(gè)引腳與外部積分電路、溫敏電阻連接，共同實(shí)現(xiàn)蓄電池單體過(guò)充均衡，過(guò)放開(kāi)路保護(hù)，電壓溫度數(shù)據(jù)采集工作。

本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明通過(guò)設(shè)計(jì)一種集成蓄電池單體過(guò)充均衡電路、過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路及電壓溫度采集積分電路的電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片，在蓄電池過(guò)充電或過(guò)放電狀態(tài)下，通過(guò)mos管開(kāi)關(guān)切換蓄電池的充放電回路，保證電池單體的安全性，延長(zhǎng)使用壽命；集成電路的設(shè)計(jì)避免了分立元件和拓?fù)潆娐窂?fù)雜的問(wèn)題，具有體積小，重量輕，焊點(diǎn)少，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種蓄電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用集成電路的實(shí)現(xiàn)原理示意圖；

圖2為芯片內(nèi)部鉛酸蓄電池單體過(guò)充均衡電路；

圖3為芯片內(nèi)部鉛酸蓄電池過(guò)放電開(kāi)路保護(hù)電路；

圖4為芯片內(nèi)部電壓溫度采集積分電路。

具體實(shí)施方式

本實(shí)施例一種蓄電池單體專(zhuān)用的集成電路的實(shí)現(xiàn)方法，所述集成電路包括電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片，蓄電池單體，積分電容，溫敏電阻、cpu控制模塊及輔助電路。所述電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片包括集成蓄電池單體過(guò)充均衡電路、過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路和電壓溫度采集積分電路。

本實(shí)施例電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片中的過(guò)充均衡電路包括運(yùn)算放大器、電阻及mos管；其中引腳vb+與vb-作為電壓跟隨器的輸入端；電壓跟隨器的輸出端通過(guò)電阻連接電壓比較器的同相輸入端；過(guò)充參考電壓v1作為電壓比較器的反向輸入端，電壓比較器的輸出連接mosfet1的柵極；mosfet1的源極連接mosfet2的控制端。

過(guò)充均衡電路的工作原理如下：當(dāng)蓄電池單體正常充電時(shí)，vb+與vb-的電壓差小于過(guò)充參考電壓v1，電壓比較器輸出反向最大電壓，此時(shí)mosfet1不導(dǎo)通，mosfet2不導(dǎo)通，當(dāng)蓄電池單體過(guò)充電時(shí)，至vb+與vb-的電壓差大于過(guò)充參考電壓v1，電壓比較器輸出正向最大電壓，mosfet1導(dǎo)通，mosfet2導(dǎo)通，此時(shí)電池單體并聯(lián)電阻r，旁路電路工作。

本實(shí)施例電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片中的過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路由運(yùn)算放大器，電阻、二極管及mos管組成，其中引腳vb+與vb-作為電壓跟隨器的輸入端，電壓跟隨器的輸出端通過(guò)電阻連接電壓比較器的反相輸入端，過(guò)放參考電壓v2作為電壓比較器的同向輸入端，電壓比較器的輸出連接mosfet3的柵極，mosfet3的源極連接mosfet4的控制端。

過(guò)放開(kāi)路保護(hù)電路的工作原理如下：當(dāng)蓄電池單體正常放電時(shí)，vb+與vb-的電壓差大于過(guò)放參考電壓v2時(shí)，電壓比較器輸出反向最大電壓，此時(shí)mosfet1不導(dǎo)通，mosfet2不導(dǎo)通，當(dāng)蓄電池單體過(guò)放電或開(kāi)路時(shí)，至vb+與vb-的電壓差小于過(guò)放電參考電壓v2，電壓比較器輸出正向最大電壓，mosfet3導(dǎo)通，mosfet4導(dǎo)通，此時(shí)電池單體反向并聯(lián)二極管d，避免蓄電池單體過(guò)放電或內(nèi)阻過(guò)大導(dǎo)致蓄電池組開(kāi)路。

本實(shí)施例電池單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片中的電壓溫度采集積分電路由電子開(kāi)關(guān)，運(yùn)算放大器，電阻、電容、mos管及外部積分電容組成；其中電子開(kāi)關(guān)由cpu輸出控制信號(hào)至ctl1/ctl2,控制切換vref或vt或vb+與vb-的電壓差的模擬信號(hào)作為電壓跟隨器的輸入端，積分電容c1連接電壓跟隨器的輸出端和一級(jí)電壓比較器的反向輸入端，積分電容c1的輸出端與引腳vref分別作為一級(jí)電壓比較器的輸入端，外部積分電容c通過(guò)引腳ct1/ct2分別連接在一級(jí)電壓比較器的反向輸入端與輸出端，一級(jí)電壓比較器的輸出端連接二級(jí)電壓比較器的同相輸入端，引腳ctl0連接一級(jí)電壓比較器的反向輸入端及二級(jí)電壓比較器的反向輸入端，二級(jí)電壓比較器的輸出端作為mosfet5的控制信號(hào)。

電壓溫度采集積分電路的工作原理如下：cpu控制切換電壓模擬信號(hào)輸入，延遲一定的時(shí)間，使電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分，通過(guò)cpu檢測(cè)out信號(hào)，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，通過(guò)cpu切換vref基準(zhǔn)電壓輸入，進(jìn)行反積分。通過(guò)基準(zhǔn)信號(hào)反積分讓輸出積分電壓返回到零值并使比較器產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)而中斷計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器值即為模擬信號(hào)輸入的數(shù)字量輸出，通過(guò)cpu控制輸入ctl0信號(hào)，延遲一定的時(shí)間，可以讓積分電壓清零。

本實(shí)施例以標(biāo)稱(chēng)電壓為2v的鉛酸電池為例進(jìn)一步說(shuō)明：

圖1中，蓄電池單體為串聯(lián)在蓄電池組中的2v鉛酸電池，單體采集保護(hù)專(zhuān)用芯片引腳vb+/vb-通過(guò)數(shù)據(jù)采集線(xiàn)連接蓄電池單體正負(fù)極，引腳vb1+/vb2+/vb1-/vb2-通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接蓄電池單體正負(fù)極。圖2,3中mosfet1和mosfet3為小功率場(chǎng)效應(yīng)管，mosfet2和mosfet4為大功率場(chǎng)效應(yīng)管，其中過(guò)充參考電壓v1=2.35v，過(guò)放參考電壓v2=1.75v。蓄電池單體正常充電時(shí)，僅進(jìn)行單體數(shù)據(jù)采集，當(dāng)充電電壓大于2.35v時(shí)，mosfet1和mosfet2導(dǎo)通，開(kāi)啟旁路工作電路；蓄電池單體正常放電時(shí)，僅進(jìn)行單體數(shù)據(jù)采集，當(dāng)放電電壓低于1.75v時(shí)，mosfet3和mosfet4導(dǎo)通，開(kāi)啟過(guò)放開(kāi)路保護(hù)工作電路。

圖4中mosfet5為小功率場(chǎng)效應(yīng)管，c1=10uf,c2=0.22uf,，由cpu提供ctl0/ctl1/ctl2控制信號(hào)。首先cpu輸出控制信號(hào)使電子開(kāi)關(guān)輸出蓄電池單體電壓模擬信號(hào)，延遲一定的時(shí)間，讓電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分，out輸出啟動(dòng)計(jì)數(shù)器的信號(hào)；cpu輸出控制信號(hào)使電子開(kāi)關(guān)輸出vref基準(zhǔn)電壓信號(hào)進(jìn)行反向積分，利用基準(zhǔn)電壓使積分電壓返回至vref值使比較器翻轉(zhuǎn)，out輸出計(jì)數(shù)器中斷信號(hào)，cpu檢測(cè)計(jì)數(shù)器值即為單體電壓的數(shù)字量輸出。單體溫度的采集的工作原理類(lèi)似，不再贅述。