本发明涉及电压检测技术领域,公开了一种电池电压检测电路，包括基准电压、第一电容分压电路、第二电容分压电路、电压钳位电路和比较器，基准电压经第一电容分压电路输入到比较器，电压钳位电路将第二电容分压电路输入端的电压钳位到单节电池的电压，单节电池的电压经第二电容分压电路输入到比较器，在实际使用时通过电容式的分压电路便能实现单节电池的电压与基准电压的比较，提高了检测精度，而且由于不用设置检测电阻和相关的熔丝结构，降低了采用本发明的芯片的成本。
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 113447833 A (43)申请公布日 2021.09.28 (21)申请号 7.9 (22)申请日 2021.08.13 (71)申请人 无锡恒芯微科技有限公司 地址 214000 江苏省无锡市新区长江路34 号地块科技创业园A一区503房 (72)发明人 毛占岩吴建良顾南昌 (74)专利代理机构 无锡市汇诚永信专利代理事 务所(普通合伙) 32260 代理人 曹慧萍 (51)Int.Cl. G01R 31/3835 (2019.01) 权利要求书3页 说明书10页 附图10页 (54)发明名称 一种电池电压检测电路 (57)摘要 本发明涉及电压检测技术领域,公开了一种 电池电压检测电路，包括基准电压、第一电容分 压电路、第二电容分压电路、电压钳位电路和比 较器，基准电压经第一电容分压电路输入到比较 器，电压钳位电路将第二电容分压电路输入端的 电压钳位到单节电池的电压，单节电池的电压经 第二电容分压电路输入到比较器，在实际使用时 通过电容式的分压电路便能实现单节电池的电 压与基准电压的比较，提高了检测精度，而且由 于不用设置检测电阻和相关的熔丝结构，降低了 采用本发明的芯片的成本。 A 3 3 8 7 4 4 3 1 1 N C CN 113447833 A 权利要求书 1/3页 1.一种电池电压检测电路，其特征在于，包括基准电压、第一电容分压电路、第二电容 分压电路、电压钳位电路和比较器，所述基准电压经所述第一电容分压电路输入到所述比 较器的第一输入端；多节串联电池中的单节电池的一个电极与所述第一电容分压电路电连 接，多节串联电池中的单节电池的另一个电极与所述第二电容分压电路电连接，所述电压 钳位电路将所述第二电容分压电路输入端的电压钳位到所述单节电池的电压，所述单节电 池的电压经第二电容分压电路输入到所述比较器的第二输入端。 2.根据权利要求1所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，还包括第一切换开关电 路和第二切换开关电路，所述第一切换开关电路包括多个切换通道，所述第二切换开关电 路包括多个切换通道；所述多节串联电池中的单节电池的一个电极经第一切换开关电路中 的单个切换通道与所述第一电容分压电路电连接，所述多节串联电池中的单节电池的另一 个电极经第二切换开关电路中的单个切换通道与第二电容分压电路电连接；所述第一切换 开关电路中的一个切换通道导通时其余切换通道关断，所述第二切换开关电路中的一个切 换通道导通时其余切换通道断开。 3.根据权利要求1所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，其特征在于，所述电压 钳位电路包括电容V_CAP、开关S3、开关S10、开关S11和开关S12，所述电容V_CAP的两端分别 和第一电容分压电路的输入端和第二电容分压电路的输入端电连接，所述开关S3的两端分 别和第一电容分压电路的输入端和第二电容分压电路的输入端电连接，所述比较器的第一 输入端通过开关S10接地，所述比较器的第二输入端通过开关S11接地，所述开关S12的一端 分别与所述第一电容分压电路中的末端的分压电容的末端和所述第二电容分压电路中的 末端的分压电容的末端电连接，所述开关S12另一端接地，所述开关10、开关S11和开关S12 同时闭合或者同时断开；所述第一电容分压电路包括依次串联的电容C11、电容C12和开关 S40，所述电容C12与电容C11的连接点与所述比较器的第一输入端电连接，所述电容C12与 开关S40的连接点与所述开关S12的一端电连接；所述基准电压输入到开关S40的输入端；所 述第二电容分压电路包括依次串联的电容C21、电容C22和开关S41，所述开关S41未与电容 C22电连接的一端接地，所述电容C21和电容C22电连接的一端与所述比较器的第二输入端 电连接，所述电容C22与开关S41的连接点与所述开关S12的一端电连接，所述开关S40和开 关S41同时闭合或者同时断开。 4.根据权利要求3所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，所述多节串联电池的每 节电池的一个电极接到第一切换开关电路的一个切换通道上，所述多节串联电池的每节电 池的另一个电极接到第二切换开关电路的一个切换通道上，所述第一切换开关电路中的一 个切换通道只与一个电池的电极电连接，所述第二切换开关电路中的一个切换通道只与一 个电池的电极电连接。 5.根据权利要求4所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，向所述第一切换开关电 路输入第一切换时序信号、向第二切换开关电路输入第二切换时序信号，使所述电池电压 检测电路在进行电压检测时先对电池正极电压最低的单节电池进行电压检测，然后按照电 池正极电压增加的顺序依次检测每节电池两端的电压。 6.根据权利要求5所述的一种电池电压检测电路，其特征在于， 在对第一节检测的电池进行电压检测时，先向开关S10和开关S11输入第一状态的第五 时序信号使开关S10和开关S11闭合，然后向第一切换开关电路输入第一切换时序信号使所 2 2 CN 113447833 A 权利要求书 2/3页 述第一节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中、向第二开关切换电路输入第二切 换时序信号使所述第一节检测的电池的负极接入到第二电容分压电路中，实现电容V_CAP 和电容C11的充电，充完电后向第二开关切换电路输入第二切换时序信号断开所述第一节 检测的电池的负极与第二电容分压电路的连接、向开关S10和开关S11输入第二状态的第五 时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序信 号使开关S40和开关S41闭合、向开关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合； 在对第二节检测的电池进行电压检测时，向开关S40和开关S41输入第二状态的第四时 序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第五时序信号使开 关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和开关S11输入第二 状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态的第三时序信号使 开关S3断开，然后向第二切换开关电路输入第二切换时序信号使第二节检测的电池的正极 接入到第二电容分压电路中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序信号使开 关S40和开关S41闭合； 在对第三节检测的电池进行电压检测时，向第一切换开关电路输入第一切换时序信号 使第三节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中，然后向开关S40和开关S41输入第 二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第 五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向开关S10和开关S11输 入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切换开关电路输入第二 切换时序信号断开所述第三节检测的电池的负极与第二电容分压电路的连接、向开关S3输 入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序 信号使开关S40和开关S41闭合； 在对第N节检测的电池进行检测时，N为大于2的偶数，向开关S40和开关S41输入第二状 态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第五时 序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和开关 S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态的第 三时序信号使开关S3断开，然后向第二切换开关电路输入第二切换时序信号使第N节检测 的电池的正极接入到第二电容分压电路中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四 时序信号使开关S40和开关S41闭合； 在对第M节检测的电池进行检测时，M为大于3的奇数，向第一切换开关电路输入第一切 换时序信号使第M节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中，然后向开关S40和开关 S41输入第二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第 一状态的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向开关S10和 开关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切换开关电 路输入第二切换时序信号断开所述第M节检测的电池的负极与第二电容分压电路的连接、 向开关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第一状态 的第四时序信号使开关S40和开关S41闭合。 7.根据权利要求6所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，还包括数字时序逻辑模 块，所述数字时序逻辑模块被配置于产生第一切换时序信号、第二切换时序信号、第三时序 信号、第四时序信号和第五时序信号，所述第一号状态是高电平状态，所述第二状态是低电 3 3 CN 113447833 A 权利要求书 3/3页 平状态。 8.根据权利要求1所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，所述基准电压包括过放 基准电压和过充基准电压，基准电压模块产生过放基准电压和过充基准电压，所述过放基 准电压和过充基准电压通过双通道开关S6输入到第一电容分压电路中，在所述基准电压输 入到比较器的周期T中，所述过放基准电压输入到比较器的时间为A*T/C,所述过充基准电 压输入到比较器的时间为B*T/C，A、B和C均为正数，且A+B＝C。 9.根据权利要求8所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，还包括检测模块，所述 比较器的输出端向所述检测模块输入第一检测信号，所述比较器的输出端通过反相器向所 述检测模块输入第二检测信号，所述检测模块在所述第一检测信号为第一状态时，所述检 测信号输出过充保护信号，所述检测模块在所述第二检测信号为第一状态时输出过放保护 信号。 10.根据权利要求1所述的一种电池电压检测电路，其特征在于，所述第一电容分压电 路中的电容和第二分压电路中的电容是MOM电容结构。 4 4 CN 113447833 A 说明书 1/10页 一种电池电压检测电路 技术领域 [0001] 本发明涉及电压检测技术领域，具体涉及一种电池电压检测电路。 背景技术 [0002] 电池，一种独立式电源，可以先存储电能，然后在不依靠电网的情况下能够单独向 负载供电，广泛的应用在人们的日常生活中，例如二轮电动车、新能源汽车等交通工具都是 靠电池释放的电能驱动。 [0003] 在电池的使用过程中，电池的监控保护对电池的安全使用至关重要。及时了解电 池的电压大小能够避免电池在充电时处于过充状态、避免电池在放电时处于过放状态，能 够在电池电压出现异常时及时断开电池与负载的连接。现有的电池电压检测大多通过电阻 分压方式来进行检测，而采用电阻分压方式来检测多节串联电池中的每个电池的电压就需 要用到更多的电阻来检测，并且在提升产品高精度电压检测时，也需要增加多段熔丝结构， 增加了采用分压电阻式的电压检测电路的芯片的成本。 发明内容 [0004] 鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种电池电压检测电路，所要解决的技术 问题是分压电阻式的电压检测电路的芯片的成本高的问题。 [0005] 为解决以上技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种电池电压检测电路，包括 基准电压、第一电容分压电路、第二电容分压电路、电压钳位电路和比较器，所述基准电压 经所述第一电容分压电路输入到所述比较器的第一输入端；多节串联电池中的单节电池的 一个电极与所述第一电容分压电路电连接，多节串联电池中的单节电池的另一个电极与所 述第二电容分压电路电连接，所述电压钳位电路将所述第二电容分压电路输入端的电压钳 位到所述单节电池的电压，所述单节电池的电压经第二电容分压电路输入到所述比较器的 第二输入端。 [0006] 在某种实施方式中，还包括第一切换开关电路和第二切换开关电路，所述第一切 换开关电路包括多个切换通道，所述第二切换开关电路包括多个切换通道；所述多节串联 电池中的单节电池的一个电极经第一切换开关电路中的单个切换通道与所述第一电容分 压电路电连接，所述多节串联电池中的单节电池的另一个电极经第二切换开关电路中的单 个切换通道与第二电容分压电路电连接。 [0007] 在某种实施方式中，所述第一切换开关电路中的一个切换通道导通时其余切换通 道关断，所述第二切换开关电路中的一个切换通道导通时其余切换通道断开。 [0008] 在某种实施方式中，所述电压钳位电路包括电容V_CAP、开关S3、开关S10、开关S11 和开关S12，所述电容V_CAP的两端分别和第一电容分压电路的输入端和第二电容分压电路 的输入端电连接，所述开关S3的两端分别和第一电容分压电路的输入端和第二电容分压电 路的输入端电连接，所述比较器的第一输入端通过开关S10接地，所述比较器的第二输入端 通过开关S11接地，所述开关S12的一端分别与所述第一电容分压电路中的末端的分压电容 5 5 CN 113447833 A 说明书 2/10页 的末端和所述第二电容分压电路中的末端的分压电容的末端电连接，所述开关10、开关S11 和开关S12同时闭合或者同时断开。 [0009] 在某种实施方式中，所述第一电容分压电路包括依次串联的电容C11、电容C12和 开关S40，所述电容C12与电容C11的连接点与所述比较器的第一输入端电连接，所述电容 C12与开关S40的连接点与所述开关S12的一端电连接；所述基准电压输入到开关S40的输入 端；所述第二电容分压电路包括依次串联的电容C21、电容C22和开关S41，所述开关S41未与 电容C22电连接的一端接地，所述电容C21和电容C22电连接的一端与所述比较器的第二输 入端电连接，所述电容C22与开关S41的连接点与所述开关S12的一端电连接，所述开关S40 和开关S41同时闭合或者同时断开。 [0010] 在某种实施方式中，所述多节串联电池的每节电池的一个电极接到第一切换开关 电路的一个切换通道上，所述多节串联电池的每节电池的另一个电极接到第二切换开关电 路的一个切换通道上，所述第一切换开关电路中的一个切换通道只与一个电池的电极电连 接，所述第二切换开关电路中的一个切换通道只与一个电池的电极电连接。 [0011] 在某种实施方式中，向所述第一切换开关电路输入第一切换时序信号、向第二切 换开关电路输入第二切换时序信号，使所述电池电压检测电路在进行电压检测时先对电池 正极电压最低的单节电池进行电压检测，然后按照电池正极电压增加的顺序依次检测每节 电池两端的电压。 [0012] 在某种实施方式中，在对第一节检测的电池进行电压检测时，先向开关S10和开关 S11输入第一状态的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，然后向第一切换开关电路输 入第一切换时序信号使所述第一节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中、向第二 开关切换电路输入第二切换时序信号使所述第一节检测的电池的负极接入到第二电容分 压电路中，实现电容V_CAP和电容C11的充电，充完电后向第二开关切换电路输入第二切换 时序信号断开所述第一节检测的电池的负极与第二电容分压电路的连接、向开关S10和开 关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向开关S40和开关S41 输入第一状态的第四时序信号使开关S40和开关S41闭合、向开关S3输入第一状态的第三时 序信号使开关S3闭合； [0013] 在对第二节检测的电池进行电压检测时，向开关S40和开关S41输入第二状态的第 四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第五时序信号 使开关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和开关S11输入 第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态的第三时序信 号使开关S3断开，然后向第二切换开关电路输入第二切换时序信号使第二节检测的电池的 正极接入到第二电容分压电路中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序信号 使开关S40和开关S41闭合； [0014] 在对第三节检测的电池进行电压检测时，向第一切换开关电路输入第一切换时序 信号使第三节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中，然后向开关S40和开关S41输 入第二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态 的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向开关S10和开关 S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切换开关电路输 入第二切换时序信号断开所述第三节检测的电池的负极与第二电容分压电路的连接、向开 6 6 CN 113447833 A 说明书 3/10页 关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第一状态的第 四时序信号使开关S40和开关S41闭合； [0015] 在对第N节检测的电池进行检测时，N为大于2的偶数，向开关S40和开关S41输入第 二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第 五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和 开关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态 的第三时序信号使开关S3断开，然后向第二切换开关电路输入第二切换时序信号使第N节 检测的电池的正极接入到第二电容分压电路中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的 第四时序信号使开关S40和开关S41闭合； [0016] 在对第M节检测的电池进行检测时，M为大于3的奇数，向第一切换开关电路输入第 一切换时序信号使第M节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中，然后向开关S40和 开关S41输入第二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输 入第一状态的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向开关 S10和开关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切换开 关电路输入第二切换时序信号断开所述第M节检测的电池的负极与第二电容分压电路的连 接、向开关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第一 状态的第四时序信号使开关S40和开关S41闭合。在某种实施方式中，还包括数字时序逻辑 模块，所述数字时序逻辑模块被配置于产生第一切换时序信号、第二切换时序信号、第三时 序信号、第四时序信号和第五时序信号，所述第一号状态是高电平状态，所述第二状态是低 电平状态。 [0017] 在某种实施方式中，所述基准电压包括过放基准电压和过充基准电压，基准电压 模块产生过放基准电压和过充基准电压，所述过放基准电压和过充基准电压通过双通道开 关S6输入到第一电容分压电路中，在所述基准电压输入到比较器的周期T中，所述过放基准 电压输入到比较器的时间为A*T/C,所述过充基准电压输入到比较器的时间为B*T/C，A、B和 C均为正数，且A+B＝C。 [0018] 在某种实施方式中，本发明还包括检测模块，所述比较器的输出端向所述检测模 块输入第一检测信号，所述比较器的输出端通过反相器向所述检测模块输入第二检测信 号，所述检测模块在所述第一检测信号为第一状态时，所述检测信号输出过充保护信号，所 述检测模块在所述第二检测信号为第一状态时输出过放保护信号。 [0019] 在某种实施方式中，所述第一电容分压电路中的电容和第二分压电路中的电容是 MOM电容结构。 [0020] 本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：通过电容式的分压电路便能实现单 节电池的电压与基准电压的比较，提高了检测精度，而且由于不用设置检测电阻和相关的 熔丝结构，降低了采用本发明的芯片的成本，另外通过时序控制的方式动态检测每个电池 两端的电压，而不是一直向电阻通电检测，降低了本发明在实际使用时的损耗。 附图说明 [0021] 图1为实施例中的电池电压检测电路的一种实施结构图； [0022] 图2为实施例中的电池电压检测电路的另一种实施结构图； 7 7 CN 113447833 A 说明书 4/10页 [0023] 图3为实施例中的第一电容分压电路、第二电容分压电压、电压钳位电路、第一切 换开关电路、第二切换开关电路和比较器的连接电路图； [0024] 图4为实施例中基准电压产生模块产生基准电压的示意图； [0025] 图5为实施例中的比较器与检测模块的连接示意图； [0026] 图6为实施例中检测的串联的五节电池的充电结构图； [0027] 图7为图3中的电路对第一节电池进行检测时的信号流向示意图； [0028] 图8为图3中的电路对第二节电池进行检测时的信号流向示意图； [0029] 图9为图3中的电路对第三节电池进行检测时的信号流向示意图； [0030] 图10为图3中的电路对第四节电池进行检测时的信号流向示意图； [0031] 图11为图3中的电路对第五节电池进行检测时的信号流向示意图； [0032] 图12为数字时序模块产生的所有时序信号的时序示意图。 具体实施方式 [0033] 现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以 示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。 [0034] 如图1所示，一种电池电压检测电路，包括基准电压VREF、第一电容分压电路1、第 二电容分压电路2、电压钳位电路3和比较器CMP，基准电压VREF经第一电容分压电路1输入 到比较器CMP的第一输入端V‑；多节串联电池中的单节电池的一个电极与第一电容分压电 路1电连接，多节串联电池中的单节电池的另一个电极与第二电容分压电路2电连接，电压 钳位电路3将第二电容分压电路2输入端IN2的电压钳位到单节电池的电压，单节电池的电 压经第二电容分压电路2输入到比较器CMP的第二输入端V+。 [0035] 在实际使用时，通过电压钳位电路3将第二电容分压电路2的输入端IN2的电压钳 位到单节电池的电压，然后单节电池的电压经过第二电容分压电路2输入到比较器CMP，比 较器CMP在将单节电池电压经第二电容分压电路2分压后的电压和基准电压VREF经第一电 容分压电路1分压后的电压进行比较，判读单节电池的电压是否过高或者过低。 [0036] 如图2所示，在图1的实施方式的基础上，本实施方式中，本发明还包括第一切换开 关电路4和第二切换开关电路5，第一切换开关电路4包括多个切换通道，第二切换开关电路 5包括多个切换通道；多节串联电池中的单节电池的一个电极经第一切换开关电路4中的单 个切换通道与第一电容分压电路1电连接，多节串联电池中的单节电池的另一个电极经第 二切换开关电路5中的单个切换通道与第二电容分压电路2电连接。 [0037] 在实际使用时，通过第一切换开关电路4和第二切换开关电路5可以将单节电池的 两端分别接到第一电容分压电路上1和第二电容分压电路上，然后通过电压钳位电路3、第 一电容分压电路1、第二电容分压电路2和比较器CMP对单节电池的电压进行检测判断。另外 为了确保在对当前单节电池进行检测时，不会有别的电池接到第一切换开关电路4和第二 切换开关电路6上，第一切换开关电路4中的一个切换通道导通时其余切换通道关断，第二 切换开关电路5中的一个切换通道导通时其余切换通道断开。 [0038] 如图3所示，电压钳位电路包括电容V_CAP、开关S3、开关S10、开关S11和开关S12， 电容V_CAP的两端分别和第一电容分压电路1的输入端和第二电容分压电路2的输入端电连 接，开关S3的两端分别和第一电容分压电路1的输入端和第二电容分压电路2的输入端电连 8 8 CN 113447833 A 说明书 5/10页 接，比较器CMP的第一输入端V‑通过开关S10接地，比较器CMP的第二输入端V+通过开关S11 接地，开关S12的一端分别与第一电容分压电路1中的末端的分压电容的末端和第二电容分 压电路2中的末端的分压电容的末端电连接，开关10、开关S11和开关S12同时闭合或者同时 断开。 [0039] 第一电容分压电路1包括依次串联的电容C11、电容C12和开关S40，电容C12与电容 C11的连接点与比较器CMP的第一输入端V‑电连接，电容C12与开关S40的连接点与开关S12 的一端电连接；基准电压VREF输入到开关S40的输入端；第二电容分压电路2包括依次串联 的电容C21、电容C22和开关S41，开关S41未与电容C22电连接的一端接地，电容C21和电容 C22电连接的一端与比较器CMP的第二输入端V+电连接，电容C22与开关S41的连接点与开关 S12的一端电连接，开关S40和开关S41同时闭合或者同时断开。 [0040] 在图3中，第一切换开关电路4包括三个切换通道，第二切换开关电路5包括三个切 换通道，因此图3中的电路至多能够对五节串联的电池进行电压检测。在实际使用时，第一 切换开关电路4和第二切换开关电路5的切换通道的数量可以根据实际检测需求确定，这里 不做限制，当对七节串联的电池进行电压检测时，第一切换开关电路4和第二切换开关电路 5各自包括四个切换通道，当对9节串联的电池进行电压检测时，第一切换开关电路4和第二 切换开关电路5各自包括五个切换通道。对于第一切换开关电路4和第二切换开关电路5中 的通道，每个通道可以是由单个MOS管构成的控制开关。 [0041] 如图4所示，在实际使用时，基准电压包括过放基准电压和过充基准电压，可以使 用基准电压模块产生过放基准电压和过充基准电压，过放基准电压和过充基准电压在通过 双通道开关S6输入到第一电容分压电路1中，在基准电压输入到比较器CMP的周期T中，过放 基准电压输入到比较器CMP的时间为A*T/C,过充基准电压输入到比较器CMP的时间为B*T/ C，A、B和C均为正数，且A+B＝C，优选地，A和B相同，即过放基准电压和过充基准电压在基准 电压VREF输入到比较器CMP的周期T中各占一半时间输入到比较器CMP中，比较器CMP在电压 检测时依次将电池两端的电压和过放基准电压和过充基准电压进行比较。 [0042] 在实际使用时，由于比较器CMP只有在第二输入端V+的电压大于第一输入端V‑的 电压时才输出高电平的检测信号，而通过该高电平的检测信号只能检测一种状态，不能实 现电池电压的过充检测或者过放检测。因此在图5中，比较器CMP的输出端还连接有反相器， 在进行过放检测时，如果比较器CMP的第二输出端V+的电压小于第一输入端V‑的电压，则比 较器CMP输出低电平的检测信号，该低电平的检测信号经反相器后输出高电平信号，根据该 高电平信号可以实现过放检测；在进行过充检测时，如果比较器CMP的第二输出端V+的电压 大于第一输入端V‑的电压，则比较器CMP输出高电平的检测信号，反相器输出低电平的检测 信号，根据该高电平的检测信号可以实现电池的过充检测。 [0043] 另外在图5中，比较器CMP的输出端直接向检测模块输入第一检测信号，比较器CMP 的输出端经反相器向检测模块输入第二检测信号，检测模块在第一检测信号为第一状态即 高电平时输出过充保护信号来驱动外围过充保护电路动作、在第二检测信号为第一状态即 高电平时输出过放保护信号来驱动外围过放保护电路动作。 [0044] 在实际电压检测时，多节串联电池的每节电池的一个电极接到第一切换开关电路 4的一个切换通道上，多节串联电池的每节电池的另一个电极接到第二切换开关电路5的一 个切换通道上，第一切换开关电路4中的一个切换通道只与一个电池的电极电连接，第二切 9 9 CN 113447833 A 说明书 6/10页 换开关电路5中的一个切换通道只与一个电池的电极电连接。 [0045] 在实际电压检测时，可以向第一切换开关电路4输入第一切换时序信号、向第二切 换开关电路5输入第二切换时序信号，以此来选择第一切换开关电路4中的那路切换通道导 通、选择第二切换开关电路5中的那路切换通道导通，进而使电池电压检测电路在进行电压 检测时先对电池正极电压最低的单节电池进行电压检测，然后按照电池正极电压增加的顺 序依次检测每节电池两端的电压。 [0046] 具体地，第一电压分压电路1、第二电容分压电路和电压钳位电路在进行电压检测 时的工作流程如下： [0047] 在对第一节检测的电池进行电压检测时，先向开关S10和开关S11输入第一状态的 第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，然后向第一切换开关电路4输入第一切换时序信 号使第一节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路1中、向第二开关切换电路5输入第 二切换时序信号使第一节检测的电池的负极接入到第二电容分压电路2中，实现电容V_CAP 和电容C11的充电，充完电后向第二开关切换电路5输入第二切换时序信号断开第一节检测 的电池的负极与第二电容分压电路2的连接、向开关S10和开关S11输入第二状态的第五时 序信号使开关S10和开关S11断开，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序信号 使开关S40和开关S41闭合、向开关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合； [0048] 在对第二节检测的电池进行电压检测时，向开关S40和开关S41输入第二状态的第 四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第五时序信号 使开关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和开关S11输入 第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态的第三时序信 号使开关S3断开，然后向第二切换开关电路5输入第二切换时序信号使第二节检测的电池 的正极接入到第二电容分压电路2中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的第四时序 信号使开关S40和开关S41闭合； [0049] 在对第三节检测的电池进行电压检测时，向第一切换开关电路4输入第一切换时 序信号使第三节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路中，然后向开关S40和开关S41 输入第二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状 态的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向开关S10和开关 S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切换开关电路输 入第二切换时序信号断开第三节检测的电池的负极与第二电容分压电路2的连接、向开关 S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第一状态的第四 时序信号使开关S40和开关S41闭合； [0050] 在对第N节检测的电池进行检测时，N为大于2的偶数，向开关S40和开关S41输入第 二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关S11输入第一状态的第 五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11和电容C21充电，充完电后，向开关S10和 开关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开、向开关S3输入第二状态 的第三时序信号使开关S3断开，然后向第二切换开关电路5输入第二切换时序信号使第N节 检测的电池的正极接入到第二电容分压电路中，接着向开关S40和开关S41输入第一状态的 第四时序信号使开关S40和开关S41闭合； [0051] 在对第M节检测的电池进行检测时，M为大于3的奇数，向第一切换开关电路4输入 10 10 CN 113447833 A 说明书 7/10页 第一切换时序信号使第M节检测的电池的正极接入到第一电容分压电路1中，然后向开关 S40和开关S41输入第二状态的第四时序信号使开关S40和开关S41断开、向开关S10和开关 S11输入第一状态的第五时序信号使开关S10和开关S11闭合，使电容C11充电，充完电后，向 开关S10和开关S11输入第二状态的第五时序信号使开关S10和开关S11断开，接着向第二切 换开关电路5输入第二切换时序信号断开第M节检测的电池的负极与第二电容分压电路2的 连接、向开关S3输入第一状态的第三时序信号使开关S3闭合、向开关S40和开关S41输入第 一状态的第四时序信号使开关S40和开关S41闭合。 [0052] 以对图6中的五节可充放电的电池进行电压检测为例，图6中五节串联的电池还电 连接有充电器、负载、放电通路和充电通路。五节充放电的电池公共有六个测试点，因此使 用图3中的电路刚好能实现所有节电池的电压检测。在图3和图6中，标号相同的点在实际电 路中是直接连接点，电池电压最低点节点是V1,按照电池电压增大的顺序依次对V1点与接 地点之间的电压、V2点与V1点的电压、V3与V2点的电压、V4与V3点的电压、V5与V4之间的电 压进行检测，具体的检测流程如下： [0053] 首先需要了解的是电容容抗公式： 容抗和电容成反比，电容越大，容抗 越小； [0054] 设计定义已知量：C11＝C21，C12＝C22，n*C11＝C12，即Xc11＝Xc21Xc12＝Xc22， Xc11＝Xc21＝n*Xc12＝n*Xc22，GND为参考点，等于0V。 [0055] 检测V1点与GND之间的电压的工作流程如下： [0056] a：先让开关S10和开关S11闭合，比较器CMP的第一输入端V‑和第二输入端V+的电 压为0V； [0057] b：让切换开关S1接到V1点、切换开关S2接到GND点，得到V11＝V1和V22＝GND，此时 电容V_CAP和C11被V1充满电； [0058] c：让切换开关S2断开悬空，让开关S10和开关S11断开，开关S3、开关S40和开关S41 闭合，产生两条电容充电通路，两条电容充电路径可以参考图7； [0059] 通路1：由V1→S1→V11→S3→V22→C21→C22→GND，可知V+上电压，由串联电容分 压得到(参考如上电容容抗公式)： [0060] [0061] 通路2：由VREF→C12→C11→V11→S1→V1,同上，可知此时V‑上电压，由串联电容 分压得到： [0062] [0063] 根据运放可知，V+‑V‑得到： [0064] [0065] 由于GND为0V，因此VREF减去GND直接取VREF，带入设计定义已知量得到： [0066] 11 11 CN 113447833 A 说明书 8/10页 [0067] 当n＝2， 这样就可求得V1‑GND间的电压： [0068] 在实际使用时，通过改变基准电压VREF的大小，可以实现不同目的的电压检测。当 基准电压由图4中的基准电压模块产生时，在开关S40的闭合周期里，可以在一半周期里将 基准电压VREF接到过充基准电压上，在另一半周期里将基准电压接到过放基准电压上，以 此实现电池的过充检测和过放检测。 [0069] 当S6转接在过充电基准电压上(假设等于2.1V)，VREF＝过充基准电压＝2.1V， [0070] 由以上公式 解得，V1电压大于4.2V时，通过比较器CMP产生第一状 态的第一检测信号即高电平的第一检测信号，此时在通过图5中的检测模块输出过充保护 信号来关闭充电通路NM2管，停止充电，实现过充检测保护。 [0071] 当S6转接在过放电基准电压上(假设1.3V)，VREF＝过放基准电压＝1.3V，由以上 公式 解得，V1电压小于2.6V时，通过比较器CMP和反相器产生第一状态的第 二检测信号即高电平的第二检测信号， [0072] 放电保护信号，关闭放电通路NM1管，停止放电；此时在通过图5中的检测模块输出 过放保护信号来关闭放电通路NM1管，停止放电，实现过放检测保护。 [0073] 通过电压检测功能，可对蓄电池的充电过压或放电过压产生保护信号，提高蓄电 池使用寿命； [0074] 在V1点与GND点之间的电压检测完成后，检测V2与V1点之间的电压的工作流程如 下： [0075] a：切换开关S1维持接V1，开关S3维持闭合，V1＝V11＝V22； [0076] b：开关S40断开，开关S10闭合，V+＝V‑＝GND，电容C11和电容C21被V1充满电； [0077] c：电容C11和电容C21充完电后，开关S10和开关S3断开； [0078] d：切换开关S2转接V2，开关S40闭合，此时产生两条电容充电通路，两条电容充电 通路参照图8； [0079] 通路1：由V2→S2→V22→C21→C22→GND，此时由于V22初始电位等于V1，动态电压 是V2‑V1差值，由串联电容分压，即得到V+电压： [0080] [0081] 通路2：由VREF→C12→C11→V11→S1→V1，得到V‑电压： [0082] [0083] 同上已知量，整理得， [0084] [0085] 参考检测V1点与GND点之间的电压的举例说明，取n＝2，这样就可检测到V2‑V1间 的电压值，通过电压检测功能，可对蓄电池的充电过压或放电过压产生保护信号，提高蓄电 池使用寿命； [0086] 在V2点与V1点之间的电压检测完成后，检测V3与V2点之间的电压的工作流程如 下： 12 12 CN 113447833 A 说明书 9/10页 [0087] a：切换开关S1转接V3，开关S40和开关S3断开，开关S10闭合，V11＝V3，电容C11被 V3充满电； [0088] b：切换开关S2维持接V2，V22＝V2，电容C21被V2充满电； [0089] c：电容C21充满电后，开关S10断开； [0090] d：切换开关S2断开悬空，开关S3和开关S40闭合，此时产生两条电容充电通路，两 条电容充电通路参照图9； [0091] 通路1：由V3→S1→V11→S3→V22→C21→C22→GND，此时由于V22初始电位＝V2， 动态电压是V3‑V2差值，由串联电容分压，即得到V+电压： [0092] [0093] 通路2：由VREF→C12→C11→V11→S1→V3，同上，可知此时V‑上电压，由串联电容 分压得到： [0094] [0095] 同上已知量，整理得， [0096] [0097] 参考检测V1点与GND点之间的电压的举例说明，取n＝2，这样就可检测到V3‑V2间 的电压值，通过电压检测功能，可对蓄电池的充电过压或放电过压产生保护信号，提高蓄电 池使用寿命； [0098] 检测V4点与V3点的电压步骤参考检测V2点与V1点之间的电压的步骤，产生的两条 电池充电通路如图10所示，不同的是在步骤d中，切换开关S2接V4。 [0099] 检测V5点与V4点的电压步骤参考检测V3点与V2点之间的电压的步骤，产生的两条 电池充电通路如图11所示，不同的是在步骤a中，切换开关S1接V5，步骤b中，切换开关S2先 维持接V4一段时间，然后断开悬空。 [0100] 对图6中的每节电池进行检测时，图3中的切换开关S1、切换开关S2、开关S3、开关 S40、开关S10和开关S6的控制信号可以由数字时序逻辑模块来产生不同的控制时序信号来 控制以上所有开关的通断，具体的时序图和图3电路中的相关节点的电压参照图12所示。 [0101] 在实际使用时，第一电容分压电路1和第二分压电容电路中的电容以及检测电路 中的其它电容都可以采用MOM电容结构，MOM电容即利用同层Metal(金属)边沿之间形成的 容值，节省面积，可以多层金属叠加，电容上下极板电位可互换，而对于MIM或PIP电容，光刻 次数多，增加了设计成本，而采用MOS管形成的电容，上下极板电位不可互换，且MOM电容应 用为比例电容时，匹配性及精度高，可实现高精度的电压检测目的，因此采用本发明可以降 低损耗，节约成本，提高产品的竞争力。 [0102] 综上，本发明通过电容式的分压电路便能实现单节电池的电压与基准电压的比 较，提高了检测精度，而且由于不用设置检测电阻和相关的熔丝结构，降低了采用本发明的 芯片的成本，另外通过时序控制的方式动态检测每个电池两端的电压，而不是一直向电阻 通电检测，降低了本发明在实际使用时的损耗。 [0103] 上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离 13 13 CN 113447833 A 说明书 10/10页 本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限 于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。 14 14 CN 113447833 A 说明书附图 1/10页 图1 图2 15 15 CN 113447833 A 说明书附图 2/10页 图3 16 16 CN 113447833 A 说明书附图 3/10页 图4 图5 17 17 CN 113447833 A 说明书附图 4/10页 图6 18 18 CN 113447833 A 说明书附图 5/10页 图7 19 19 CN 113447833 A 说明书附图 6/10页 图8 20 20 CN 113447833 A 说明书附图 7/10页 图9 21 21 CN 113447833 A 说明书附图 8/10页 图10 22 22 CN 113447833 A 说明书附图 9/10页 图11 23 23 CN 113447833 A 说明书附图 10/10页 图12 24 24
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