温度采集电路与锂电池温度保护模块、保护芯片及方法

技术领域

本申请涉及一种温度采集电路与锂电池温度保护模块、保护芯片及方法，属于锂电池保护技术领域。

背景技术

随着科技的发展，锂离子电池的应用变得越来越广泛。由于锂电池本身的材料和性能，锂电池对温度非常敏感，不能进行过高温和过低温的充放电。若在过低温状态下，电池的活性会下降，容量也会逐渐减少，还会对锂电池的内部的化学特性产生一定的影响，若在过高温状态下，电池的反应就会恰恰相反，在高温下锂电池的化学活性会急剧增加，电池内部的化学物质也会发生变化，其稳定性也会急剧下降。因此需要避免在过高温和过低温状态下对锂电池进行充放电，且现在大部分的锂电池都没有温度保护电路，这样电池的安全性就无法得到保障。

而对于设置有温度保护电路的锂电池，现有技术中多节锂电池保护电路在进行温度检测时也存在较大的缺陷，需要使用两个NTC分别对高温和低温进行检测，外围电路相对复杂，占用芯片管脚数较多，且电路成本高；又或是使用一个NTC对高温和低温进行实时检测，但高温和低温保护值无法分开调节，温度调节时阻值计算方法复杂，且温度检测精度低。

发明内容

本申请的目的在于提供一种温度采集电路与锂电池温度保护模块、保护芯片及方法，只需要一个NTC热敏电阻就可以同时实现高温保护和低温保护，且高温保护和低温保护分时进行，结构简单，灵敏度高。

为实现上述目的，本申请第一方面提供了一种温度采集电路，应用于锂电池保护芯片，包括：

NTC热敏电阻R

在高温保护状态下，上述NTC热敏电阻R

在低温保护状态下，上述NTC热敏电阻R

在一种实施方式中，上述温度采集电路还包括：

反相器INV1以及NMOS管M1和M2；

上述反相器INV1的输入端和上述M2的栅端用于接收控制信号，上述反相器INV1的输出端与上述M1的栅端连接，上述M1的漏端与上述M2的漏端连接，上述M1的源端与高温保护设定电阻R

其中，当上述控制信号为低电平时，上述温度采集电路为高温保护状态，当上述控制信号为高电平时，上述温度采集电路为低温保护状态。

本申请第二方面提供了一种锂电池温度保护模块，应用于锂电池保护芯片，包括：

如本申请第一方面所述的温度采集电路、温度基准电路、高低温选择电路、温度比较电路和逻辑控制电路；

上述温度采集电路的输出端与上述温度比较电路的输入端连接，用于将上述采集信号输出至上述温度比较电路；

上述温度基准电路的输出端与上述温度比较电路的输入端连接，用于产生阈值电压，并将上述阈值电压作为基准信号输出至上述温度比较电路；

上述高低温选择电路的输出端分别与上述温度采集电路、上述温度基准电路和上述温度比较电路的输入端连接，用于产生控制信号并分别输出至上述温度采集电路、温度基准电路和温度比较电路，以控制上述温度采集电路、温度基准电路和温度比较电路进入高温保护状态或低温保护状态；

上述温度比较电路的输出端与上述逻辑控制电路的输入端连接，用于根据上述控制信号、对上述采集信号和上述基准信号进行高温保护比较或低温保护比较，并将上述高温保护比较或低温保护比较的结果作为比较信号输出至上述逻辑控制电路；

上述逻辑控制电路用于根据上述比较信号产生逻辑控制信号并输出至外围电路，以控制外围电路的通断从而实现温度保护功能。

在一种实施方式中，上述锂电池温度保护模块还包括：延时电路；

上述延时电路的输入端与上述温度比较电路的输出端连接，上述延时电路的输出端与上述逻辑控制电路的输入端连接，用于根据预设时间对上述比较信号进行延时，并在上述预设时间后产生延时信号输出至上述逻辑控制电路。

在一种实施方式中，上述逻辑控制电路对上述比较信号和上述延时信号进行逻辑组合后，产生上述逻辑控制信号并输出至外围电路。

在一种实施方式中，上述温度基准电路包括：由若干电阻组成的电阻串；

上述温度基准电路根据预设的保护温度，通过设置上述电阻串的电阻比例产生上述阈值电压，其中，上述阈值电压包括高温保护阈值电压、高温释放阈值电压、低温保护阈值电压、低温释放阈值电压。

在一种实施方式中，上述温度比较电路包括：用于高温保护比较的高温保护比较器，以及用于低温保护比较的低温保护比较器；

其中，上述高温保护比较器包括：高温充电比较器和/或高温放电比较器；上述低温保护比较器包括：低温充电比较器和/或低温放电比较器。

在一种实施方式中，上述高温保护比较器或上述低温保护比较器包括：两个电压比较器、反相器、PMOS管PM1、NMOS管NM1和NM2；

两个电压比较器的负输入端用于接收上述采集信号，两个电压比较器的两个正输入端用于接收上述基准信号，其中一个电压比较器的输出端经过上述反相器与上述NM1的栅端和上述PM1的栅端连接，另一电压比较器的输出端与上述NM2的栅端连接，上述NM2的源端和上述PM1的源端接地，上述NM2的漏端与上述NM1的源端连接，上述NM1的漏端和上述PM1的漏端连接并输出上述比较信号。

本申请第三方面提供了一种锂电池保护芯片，包括：如本申请第二方面及第二方面中任一种实施方式中的锂电池温度保护模块。

本申请第四方面提供了一种锂电池保护方法，包括：采用如本申请第三方面所述的锂电池保护芯片对锂电池进行温度保护。

由上可见，本申请提供了一种温度采集电路与锂电池温度保护模块、保护芯片及方法，可应用于控制锂电池充电放电时的温度。其中，锂电池温度保护模块基于温度采集电路中设置的NTC热敏电阻的温度感应特性，通过温度比较电路将温度采集电路对基准电压的分压与温度基准电路产生的阈值电压进行比较，产生比较信号输出给逻辑控制电路，再通过逻辑控制电路产生逻辑控制信号控制外围电路的通断从而实现温度保护功能。本申请提供的温度采集电路与锂电池温度保护模块结构简单，摒弃了现有技术中必须采用两个NTC热敏电阻分别对高温和低温进行检测的惯用技术手段，只需要一个NTC热敏电阻就可以同时实现高温保护和低温保护，且高温保护和低温保护分时进行。此外，由于电阻比例具有很高的精度，工艺加工偏差等因素不会对温度检测精度造成影响，所以整个电路不需要进行修调就可以达到很高的精度，且只需要改变NTC热敏电阻的所在支路的阻值比和温度基准电路的电阻比例就可以灵活设置保护温度具有很高的灵活性和实用性，使锂电池在应用中更安全、更可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本申请实施例提供的一种温度采样电路的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种锂电池温度保护模块的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种温度比较电路的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种比较器电路的结构示意图。

其中，101-温度基准电路，102-温度采集电路，103-高低温选择电路，104-温度比较电路，105-延时电路，106-逻辑控制电路。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例一

本申请实施例提供了一种温度采集电路，如图1所示，该温度采集电路包括：

NTC热敏电阻R

在高温保护状态下，上述NTC热敏电阻R

在低温保护状态下，上述NTC热敏电阻R

具体的，上述高温保护设定电阻R

进一步的，上述温度采集电路还包括：

反相器INV1以及NMOS管M1和M2；

上述反相器INV1的输入端和上述M2的栅端用于接收控制信号SEL，上述反相器INV1的输出端与上述M1的栅端连接，上述M1的漏端与上述M2的漏端连接，上述M1的源端与高温保护设定电阻R

当上述控制信号SEL为低电平时，上述温度采集电路为高温保护状态，当上述控制信号SEL为高电平时，上述温度采集电路为低温保护状态。

在一种应用场景中，在控制信号SEL的作用下，高温信息采集和低温信息采集分时进行。具体的当SEL为低电平时，在高温保护状态下完成高温信息采集，当SEL为高电平时，在低温保护状态下完成低温信息采集。温度采集电路的NTC热敏电阻R

由上可见，本申请实施例提供了一种温度采集电路，摒弃了现有技术中必须采用两个NTC热敏电阻分别对高温和低温进行检测的惯用技术手段，只需要一个NTC热敏电阻就可以实现同时实现高温信息采集和低温信息采集，且高温信息采集和低温信息采集分时进行。此外，本申请实施例的温度采集电路所采集的反映温度信息的电压来自于NTC热敏电阻与温度保护设定电阻构成的分压电路对基准电压的分压，由于电阻比例具有很高的精度，工艺加工偏差等因素不会对温度检测精度造成影响，实现只需要改变NTC热敏电阻的所在支路的阻值比就可以达到很高的精度，并得到高精度的反映温度信息的电压值，使整个温度采集电路的灵敏度大大提高，也有利于提高锂电池保护芯片的温度保护精度。

实施例二

本申请实施例提供了一种锂电池温度保护模块，应用于锂电池保护芯片，如图2所示，该锂电池温度保护模块包括：

如实施例一所述的温度采集电路102、温度基准电路101、高低温选择电路103、温度比较电路104和逻辑控制电路106；

上述温度采集电路102的输出端与上述温度比较电路104的输入端连接，用于将上述采集信号输出至上述温度比较电路104；

上述温度基准电路101的输出端与上述温度比较电路104的输入端连接，用于产生阈值电压，并将上述阈值电压作为基准信号输出至上述温度比较电路104；

上述高低温选择电路103的输出端分别与上述温度采集电路102、上述温度基准电路101和上述温度比较电路104的输入端连接，用于产生控制信号并分别输出至上述温度采集电路102、温度基准电路101和温度比较电路104，以控制上述温度采集电路102、温度基准电路101和温度比较电路104进入高温保护状态或低温保护状态；

上述温度比较电路104的输出端与上述逻辑控制电路106的输入端连接，用于根据上述控制信号、对上述采集信号和上述基准信号进行高温保护比较或低温保护比较，将上述高温保护比较或低温保护比较的结果作为比较信号输出至上述逻辑控制电路106；

上述逻辑控制电路106用于根据上述比较信号产生逻辑控制信号并输出至外围电路，以控制外围电路的通断从而实现温度保护功能。

进一步的，上述锂电池温度保护模块还包括：延时电路105；

上述延时电路105的输入端与上述温度比较电路104的输出端连接，上述延时电路105的输出端与上述逻辑控制电路106的输入端连接，用于根据预设时间对上述比较信号进行延时，并在上述预设时间后产生延时信号输出至上述逻辑控制电路106。其中，延时电路105可内置时钟信号产生电路、计数器电路、使能控制电路，或者，也可以内置其他电路以实现延时功能。

进一步的，上述逻辑控制电路106对上述温度比较电路104的比较信号和上述延时电路105的延时信号进行逻辑组合后，产生上述逻辑控制信号并输出至外围电路。具体的，产生的逻辑控制信号可以通过控制外围电路的控制MOS管的通断从而实现温度保护功能。通过设置延时电路105，可以防止温度比较电路104输出的误判断而导致的过温(过高温或过低温)误保护。

进一步的，上述温度基准电路101包括：由若干电阻组成的电阻串；

上述温度基准电路101根据预设的保护温度，通过设置上述电阻串的电阻比例产生上述阈值电压，其中，上述阈值电压包括高温保护阈值电压、高温释放阈值电压、低温保护阈值电压、低温释放阈值电压。具体的，温度基准模块101通过设置电阻串的电阻比例对基准电压V

本申请实施例提供的锂电池温度保护模块所采集的反映温度信息的电压来自于NTC热敏电阻R

进一步的，上述高低温选择电路103产生的控制信号可控制该锂电池温度保护模块进入高温保护状态或是低温保护状态，高温保护状态的控制信号和低温保护状态的控制信号交替出现，且实现高温保护状态和低温保护状态时共用一个NTC热敏电阻。

进一步的，上述温度比较电路包括：用于高温保护比较的高温保护比较器，以及用于低温保护比较的低温保护比较器；

其中，上述高温保护比较器包括：高温充电比较器和/或高温放电比较器；上述低温保护比较器包括：低温充电比较器和/或低温放电比较器。

在一种应用场景中，温度比较电路104由高温充电比较器、高温放电比较器、低温充电比较器、低温放电比较器四个比较器电路组成，可完成对锂电池的高温充放电保护和低温充放电保护。或者，在其他应用场景中，也可根据实际应用的不同需求，选择使用四个比较器电路中的任意3个或2个，实现对锂电池高温或低温时的相应保护。通过本申请实施例提供的温度比较电路104，在高温充放电保护或者低温充放电保护时复用了温度基准电路101、温度采集电路102、高低温选择电路103、延时电路105和逻辑控制电路106，在实际应用中只需要根据实际需求针对充电和放电设置各自独立的比较器电路即可，节省了电路资源。

具体的，上述温度比较电路104的一种具体结构如图3所示，当温度比较电路104包含四个比较器电路时，四个比较器电路分别为用于充电高温保护的比较器1、用于放电高温保护的比较器2、用于充电低温保护的比较器3、用于放电低温保护的比较器4。每一个比较器的负输入端与温度采集电路102连接；各比较器均有两个比较的阈值电压，分别为过温保护阈值电压(即上述高温保护阈值电压或低温保护阈值电压)和过温保护释放阈值电压(即上述高温释放阈值电压或低温释放阈值电压)，每一个比较器的两个正输入端分别表示过温保护阈值电压和过温释放阈值电压的输入端。其中，四个比较器的阈值电压均来自于温度基准模块101。

在一种应用场景中，一种具有迟滞功能的比较器电路的结构如图4所示，上述高温保护比较器或上述低温保护比较器包括：两个电压比较器COMP、反相器、PMOS管PM1、NMOS管NM1和NM2；

两个电压比较器的负输入端用于接收上述采集信号，两个电压比较器的两个正输入端用于接收上述基准信号，其中一个电压比较器的输出端经过上述反相器与上述NM1的栅端和上述PM1的栅端连接，另一电压比较器的输出端与上述NM2的栅端连接，上述NM2的源端和上述PM1的源端接地，上述NM2的漏端与上述NM1的源端连接，上述NM1的漏端和上述PM1的漏端连接并通过输出端COMP_OUT输出上述比较信号。该比较器电路的特点是其输出从高翻转为低和从低翻转为高时所对应的比较阈值电压不同，可分别对应过温保护阈值电压和过温保护释放阈值电压。

在一种应用场景中，本申请实施例提供的锂电池温度保护模块实现对锂电池的高温充放电保护和低温充放电保护的具体工作过程如下：

(1)在实现锂电池高温充电保护时，在高低温选择电路103控制下，整个模块进行高温保护。当锂电池温度超过预设的充电高温保护温度时，温度采集电路102得到的电压值V

(2)在实现锂电池高温放电保护时，在高低温选择电路103控制下，整个模块进行高温保护。当锂电池温度超过预设的放电高温保护温度时，温度采集电路102得到的电压值V

(3)在实现锂电池低温充电保护时，在高低温选择电路103控制下，整个模块进行低温保护。当锂电池温度低于预设的充电低温保护温度时，温度采集电路102得到的电压值V

(4)在实现锂电池低温放电保护时，在高低温选择电路103控制下，整个模块进行低温保护。当锂电池温度低于预设的放电低温保护温度时，温度采集电路102得到的电压值V

由上可见，本申请实施例提供的一种锂电池温度保护模块，可应用于控制锂电池充电放电时的温度，解决了现有技术的不足，结构简单、自耗电低、可靠性高、成本低。首先基于温度采集电路102中设置的NTC热敏电阻的温度感应特性，通过温度比较电路104将温度采集电路102对基准电压的分压与温度基准电路101产生的阈值电压进行比较，产生比较信号输出给逻辑控制电路106，再通过逻辑控制电路106产生逻辑控制信号控制外围电路的通断从而实现温度保护功能。本申请实施例提供的锂电池温度保护模块只需要一个NTC热敏电阻就可以同时实现高温保护和低温保护，且高温保护和低温保护分时进行。此外，由于电阻比例具有很高的精度，工艺加工偏差等因素不会对温度检测精度造成影响，所以整个电路不需要进行修调就可以达到很高的精度，且只需要改变温度基准电路101的电阻比例以及NTC热敏电阻的所在支路的阻值比就可以灵活设置保护温度，具有很高的灵活性和实用性，使锂电池在应用中更安全、更可靠。

实施例三

本申请实施例提供了一种锂电池保护芯片，包括：如上述实施例二中任一种可能的实现方式中的锂电池温度保护模块。

由上可见，本申请实施例提供的锂电池保护芯片只需要一个NTC热敏电阻就可以同时实现高温保护和低温保护，且高温保护和低温保护分时进行。此外，由于电阻比例具有很高的精度，工艺加工偏差等因素不会对温度检测精度造成影响，所以整个电路不需要进行修调就可以达到很高的精度，且只需要改变温度基准电路的电阻比例以及NTC热敏电阻的所在支路的阻值比就可以灵活设置保护温度，具有很高的灵活性和实用性，使锂电池在应用中更安全、更可靠。

实施例四

本申请实施例提供了一种锂电池保护方法，包括：采用如上述实施例三种所述的锂电池保护芯片对锂电池进行温度保护。

由上可见，本申请实施例提供的锂电池保护方法只需要一个NTC热敏电阻就可以同时实现高温保护和低温保护，且高温保护和低温保护分时进行。此外，由于电阻比例具有很高的精度，工艺加工偏差等因素不会对温度检测精度造成影响，所以不需要进行修调就可以达到很高的精度，只需要改变温度基准电路的电阻比例以及NTC热敏电阻的所在支路的阻值比就可以灵活设置保护温度，具有很高的灵活性和实用性，使锂电池在应用中更安全、更可靠。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要说明的是，上述实施例所提供的方法及其细节举例可结合至实施例提供的装置和设备中，相互参照，不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。