CN102928727B - 开路检测装置、电路以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开路检测装置，用于检测与电池相连的线路的连接状态，其中所述电池包括多个电池单元，该开路检测装置包括第一引脚及第二引脚，所述第一引脚通过连接电路与所述多个电池单元的正极端相连，所述第二引脚通过连接电路与所述多个电池单元的负极端相连，其中，流经所述连接电路的电流路径对应于连接电路与电池单元之间的线路断开而改变，所述第一引脚与所述第二引脚之间的检测电压的改变指示所述电流路径的改变。
Description
技术领域
本发明涉及一种线路的检测，特别是涉及一种检测电池与外部电路之间的线路是否断开的开路检测装置、电路以及方法。
背景技术
电池有多种类型，比如锂电池和铅酸电池等。一个电池可包括多个电池单元。通常每个电池单元被连接到外部电路以实现例如充电、放电或电池均衡等各种目的。连接在电池单元与外部电路之间的线路在电池充电、放电或均衡的过程中可能会意外断开，从而导致电池出现不均衡现象并损坏整个电池。因此，开路检测尤其重要。
通常，开路检测是通过对线路进行多次电压测量以得到电压差来检测的。比如，第一次测量得到与电池单元BAT1相连的线路L1上的电压为V1，第二次测量得到线路L1上的电压为V2。如果电压V1与V2之间的电压差ΔV大于一个阈值，比如200mV，则认为线路L1开路。
然而，该测量得到的电压差很容易受到外界环境的干扰或影响，比如，噪声或者振动。因此，依靠该电压差来进行开路检测有可能是不准确或不可靠的，而且由于要多次测量该线路上的电压，因此效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种更有效、更可靠的开路检测装置、电路及方法。
本发明提供了一种开路检测装置，用于检测与电池相连的线路的连接状态，其中所述电池包括多个电池单元，该开路检测装置包括第一引脚和第二引脚。所述第一引脚通过连接电路与所述多个电池单元的正极端相连，所述第二引脚通过该连接电路与所述多个电池单元的负极端相连。其中，流经所述连接电路的电流路径对应于所述连接电路与所述多个电池单元之间的线路断开而改变，所述第一引脚与所述第二引脚之间的检测电压的改变指示该电流路径的改变。
本发明还提供了一种开路检测电路，用于检测与多个电池单元相连的线路的连接状态，该开路检测电路包括选择器、开路检测模块、连接电路、微控制器。所述选择器与所述多个电池单元相连，用于从所述多个电池单元中选择目标电池单元。所述开路检测模块与所述选择器相连，用于产生电流。所述连接电路包括连接在所述多个电池单元与所述选择器之间的多个线路，用于根据该线路的状态提供多个电流路径，其中所述连接电路还根据该电流流经连接电路的路径产生检测电压。所述微控制器与所述开路检测模块以及所述选择器相连，用于根据所述检测电压确定线路的状态。
本发明还提供了一种开路检测方法，用于检测与多个电池单元相连的线路的连接状态，该开路检测方法包括：从所述多个电池单元中选择目标电池单元；产生电流，且所述电流流经与电池单元相连的连接电路；测量基于该电流流经连接电路的路径的检测电压；通过检测所述检测电压的变化指示电流路径的变化；根据检测电压的变化确定连接电路中的线路是否断开。
与现有技术相比，本发明的开路检测装置、电路及方法可通过单次测量确定连接电路中每一线路的状态，因此检测效率更高。此外，采用了本发明的开路检测装置、电路以及方法能够通过开路检测模块以及连接电路产生检测电压，并根据该检测电压确定连接电路中的开路，因此，与现有技术相比，可更准确地检测开路并且不容易受到环境的影响，从而更好地保护电池不受损坏。
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行详细的说明，以使本发明的特性和优点更为明显。
附图说明
图1所示为根据本发明一个实施例的开路检测芯片；
图2所示为根据本发明一个实施例的开路检测电路；
图3所示为根据本发明另一个实施例的开路检测电路；
图4所示为根据本发明一个实施例的开路检测***；及
图5所示为根据本发明一个实施例的电池均衡方法的流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本发明的实施例提供了一种开路检测装置、***及方法。在一个实施例中，一种开路检测装置，用于检测与电池相连的连接电路的连接状态，该开路检测装置包括第一引脚以及第二引脚。第一引脚通过连接电路与电池单元的正极端相连。第二引脚通过连接电路与电池单元的负极端相连。其中，流经连接电路的电流路径根据连接电路与电池单元之间的线路断开而改变，且第一引脚与第二引脚之间的检测电压的改变指示该电流路径的改变。
图1所示为根据本发明一个实施例的开路检测芯片100的方框图。在图1的例子中，开路检测芯片100通过连接电路120与电池110相连。连接电路120包括多条线路，并且通过所述多条线路与电池110中的电池单元相连。该电池110可以但不限于是锂电池或铅酸电池。在一个实施例中，开路检测芯片100包括多个的引脚，其中开路检测芯片100的第一引脚P11通过连接电路120连接到电池110中的电池单元的正极，第二引脚P12通过连接电路120连接到电池110中的电池单元的负极。在本实施例中，开路检测芯片100包括选择器130、开路检测模块140、放大器150、模拟/数字(Analog/Digital，A/D)转换器160以及微控制器(MicroControlUnit，MCU)170。
选择器130与连接电路120相连，用于选择一个电池单元进行开路检测。开路检测模块140与选择器130相连，用于在预定的时间段之内产生流经连接电路120且基本保持恒定的电流。在下文中，该流经连接电路120且基本保持恒定的电流被简称为恒定电流，其中，“基本保持恒定”是指只要所述细微变化不至于错误地指示开路，则允许该电流的电流值有细微变化。根据本发明的实施例，如果连接电路120的状态变化，该恒定电流流经连接电路120的路径会改变。更确切地说，如果连接电路120中的线路开路(比如，断开或损坏)，恒定电流的电流路径就会改变。恒定电流的电流路径的变化导致与所选择的电池单元相连的引脚之间所测量的检测电压的变化。在下文中将进一步描述该检测电压的单次测量可用于确定与所选择的电池单元相连的线路是否开路。因此，相对于现有技术，无需进行多次测量检测电压。
放大器150与选择器130相连，用于放大该检测电压。A/D转换器160与放大器150相连，用于将被放大的检测电压从模拟电压信号转换为数字电压信号。MCU170与选择器130、开路检测模块140以及A/D转换器160相连，用于将该数字电压信号所指示的电压与一指定范围相比较。如果数字电压信号所指示的电压在该指定范围之外，则表示连接电路120中存在开路情况。在一个实施例中，该指定范围是根据每一个电池单元的工作电压来确定的。在一个实施例中，MCU170还包括存储器171，用于存储该数字电压信号。在一个实施例中，存储器171还包括标志寄存器172，用于存储指示连接电路120的状态信息的状态标志。在一个实施例中，标志寄存器172有多个位址，其中标志寄存器172的每个位址对应连接电路120中的每个线路，并反映相应线路的状态。在一个实施例中，如果一个线路对应的位址的值为“1”，则认为该线路开路；否则，认为该线路工作正常。
有利的是，因为开路检测芯片100通过单次测量确定连接电路120中的每一线路的状态，相对于现有的测量方法而言本发明的开路检测芯片100以更高效的方式运行。此外，可以指定相对较宽的范围，用于确定开路。因此，与现有技术相比，本发明的开路检测芯片100可更准确地检测开路并且不容易受到环境的影响。因此，本发明的开路检测芯片100可更好地保护电池110不受损坏。
图2所示为根据本发明一个实施例的开路检测电路200的示意图。与图1标号相同的元件具有相似的功能。在图2的例子中，开路检测芯片100包括多个引脚P20-P25。电池110包括串联的电池单元211-215。在一个实施例中，每一个电池单元的工作电压范围为0-5V。连接电路120包括线路L0-L5，以及通过线路L0-L5分别与电池单元211-215并联的电容C1-C5。每个线路L0-L5上串接有对应的电阻，比如，分别串接电阻R0-R5。在一个实施例中，每个电容C1-C5的电容值大约为0.1uF。
选择器130与连接电路120相连。在图2的例子中，选择器130包括第一开关SP1-SP5以及第二开关SN1-SN5。第一开关SP1-SP5的第一端通过连接电路120分别与对应的电池单元211-215的正极端相连。第一开关SP1-SP5的第二端与放大器150的同相输入端相连。第二开关SN1-SN5的第一端通过连接电路120分别与对应的电池单元211-215的负极端相连。第一开关SN1-SN5的第二端与放大器150的反相输入端相连。在图2的例子中，第一开关SP1-SP5的第二端与放大器150之间的连接节点标记为第一节点BATP，第二开关SN1-SN5的第二端与放大器150之间的连接节点标记为第二节点BATN.
开路检测模块140包括两个电流源241P和241N，用于分别产生独立的拉电流，以及两个电流阱242P和242N，用于分别产生独立的灌电流。在一个实施例中，每个拉电流和每个灌电流大约为500uA。电流源241P和241N的电源端与电源VCC相连。电流源241P和241N的控制端通过与门G21接收第一控制信号DIS_CK1以及第二控制信号SNI_M1。电流阱242P和242N的接地端接地。电流阱242P和242N的控制端通过与门G22接收第一控制信号DIS_CK1，并通过非门G23以及与门G22接收第二控制信号SNI_M1。电流源241P的输出端以及电流阱242P的输出端均与第一节点BATP相连。电流源241N的输出端与电流阱242N的输出端均与第二节点BATN相连。
放大器150与选择器130相连。在一个实施例中，放大器150包括第一运算放大器251以及第二运算放大器252。第一运算放大器251的同相输入端通过电阻R7与第一节点BATP相连。第一运算放大器251的反相输入端通过电阻R8与第二节点BATN相连，并通过电阻R9与第一放大器251的输出端相连以提供负反馈。第二运算放大器252的同相输入端接收电压信号VR_03V。在一个实施例中，电压信号VR_03V的电压值大约为0.3V。第二运算放大器252的反相输入端通过电阻R10与第一运算放大器251的同相输入端相连，同时还连接到第二运算放大器252的输出端以提供负反馈。在图2所示的例子中，电阻R7和R8的阻值相等，电阻R9和R10的阻值相等。电阻R8的阻值与电阻R9的阻值的比例为2∶1。第一运算放大器251以及第二运算放大器252的输出端与A/D转换器160相连。A/D转换器160还与MCU170相连。
如图1所述，选择器130从电池110中选择一目标电池单元。开路检测模块140产生一恒定电流。连接电路120根据与该目标电池单元相连的连接状态为该恒定电流提供不同的电流路径。连接电路120还产生一个由恒定电流的电流路径确定的检测电压。放大器150处理该检测电压。A/D转换器160根据该检测电压输出数字电压信号。MCU170将该数字电压信号所指示的电压读数与指定的电压范围(比如0-5V)作比较，从而确定连接电路120的状态。更确切地说，对于该目标电池单元，如果检测电压在指定范围之外，则表示存在开路状态。相反，如果检测电压在指定范围之内，则表示不存在开路状态。相应地，检测电压的变化(即从在指定范围之内的值变为在指定范围之外的值)也可表示存在开路状态。在一个实施例中，MCU170还在标志寄存器172中设置状态标志(比如，对应的位址)来反映连接电路120的状态。在一个实施例中，标志寄存器172的每个位址的默认值被设定为“0”，以表示线路正常连接。对于该目标电池单元，如果A/D转换器160输出的电压读数在指定范围之外，表示连接电路120中存在开路，则对应该线路的状态标志被重置为“1”以表示该线路为断开状态；否则，该状态标志的默认值不会被改变。
更确切地说，在一个实施例中，电池单元211-215从电池110的一端到另一端被依次选择以进行开路检测(比如，依照图2中从底部到顶部的方向)。在图2的例子中，在开路检测过程的第一阶段中，当第一开关SP1和第二开关SN1闭合时，电池单元211被选择器130选择以检测线路L0、L1的状态。因此，引脚P21作为前文所述的第一引脚P11以及引脚P20作为前文所述的第二引脚P12。当第一控制信号DIS_CK1以及第二控制信号SN1_M1均被设置为一指定的电压水平(比如，高电平)时，电流源241P和241N分别提供一独立的拉电流(比如，每个拉电流大约为500uA)。
假定线路L0和L1均与电池单元211相连，电流源241P和241N提供的拉电流将会分别流经电阻R0和R1。因此，在拉电流流过之前与电池单元211的电压相等的电容C1的电压，在拉电流流过之后不会改变。因此，引脚P20和P21之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定范围(比如，0-5V)之内。因此，MCU170不会重置标志寄存器172中对应于线路L0和L1的状态标志。
假定线路L0断开且线路L1与电池单元211相连，电流源241N提供的拉电流将会流经电容C1并对电容C1放电。作为电容C1放电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号也相应地改变。比如，如果拉电流为500uA，电容C1的电容值为0.1uF以及电池单元211的电压为4V，那么经过2ms的放电后，电容C1的电压将会由4V变为-6V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR_03V，第一运算放大器251的输出端和第二运算放大器252的输出端之间的电压大约为-0.3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为-0.6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压与指定范围(比如，0-5V)相比较。由于A/D转换器160的输出在该范围之外，在标志寄存器172中线路L0对应的状态标志被置为1，以反映线路L0为开路，同时线路L1对应的状态标志仍然保持为默认值为0。
假定线路L1为断开且线路L0与电池单元211相连，电流源241P提供的拉电流将会对电容C1充电同时对电容C2放电。作为电容C1充电的结果，A/D转换器输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果拉电流为500uA，电容C1的电容值为0.1uF且电池单元211的电压为1V，那么2ms的充电之后，电容C1两端的电压将会从1V变为6V。因此，第一运算放大器251与第二运算放大器252的输出端之间的电压大约为3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压与指定范围(比如，0-5V)相比较。由于该数字电压信号所指示的电压在该范围之外，标志寄存器172中线路L1对应的状态标志被置为1以反映线路L1为开路，同时线路L0对应的状态标志保持为默认值为0。
假定线路L1和L0均为断开，拉电流将不会流经电容C1。电容C1上的电压将不会改变。因此，引脚P20和P21之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中线路L0和L1对应的状态标志。在此阶段，开路检测芯片100暂时没有检测出线路L0和L1的开路状态，但并非如此，如下文所述，线路L0和L1的开路状态将会在开路检测过程后面的阶段中被检测出来。
在开路检测过程的下个阶段中，当第一开关SP2和第二开关SN2被闭合时，电池单元212被选择器130选择以检测线路L1和L2的状态。因此，引脚P22作为前文所述的第一引脚P11，引脚P21作为前文所述的第二引脚P12。当第一控制信号DIS_CK1被设置为第一指定电压水平(比如，较高的电平)且第二控制信号被设置为第二指定电压水平(比如，低于该第一指定电压水平的电平)时，电流阱242P和242N分别提供独立的灌电流，比如，每个灌电流大约为500uA。
假定线路L1和L2均与电池单元212相连，电流阱242P、242N提供的灌电流将会分别流经电阻R2和R1。因此，在灌电流流出之前与电池单元212的电压相等的电容C2的电压，在灌电流流出之后不会改变。因此，引脚P22和引脚P21之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定的范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中对应于线路L1和L2的状态标志。
假定线路L0与电池单元211相连，线路L1为断开，且线路L2与电池单元212相连，那么电流阱242N提供的灌电流将会流经电容C1和C2，并对电容C1放电同时对电容C2充电。如上文所述，在开路检测过程的前个阶段中，即当电池单元211被选择检测时，电容C2被放电。在检测过程的当前阶段中，即当电池单元212被选择检测时，在检测过程的前个阶段中因放电而导致电容C2的电压所发生的变化在当前阶段中通过充电得到了补偿。也就是，电容C2的电压恢复到正常并等于灌电流流出之前的电池单元211的电压。结果，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定的范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中对应于线路L1和L2的状态标志。虽然，在电池212被选择检测时，线路L1的开路状态没有被检测出，但在开路检测过程的前个阶段在电池单元211被选择检测时，已检测出该线路L1的开路状态，且对应于线路L1的状态标志已被设置为1以反映开路状态，并且该状态标志不会被重置。
假定线路L0和L1均为断开，且线路L2与电池单元212相连，电流阱242N将会对电容C2充电。当线路L0和L1均为断开时，如上文所述，这种情况在电池单元211被选择时将不能被检测出来。然而，在电池单元212被选择时，线路L1的状态将会被成功检测出来。更确切地说，作为对电容C2充电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果拉电流为500uA，电容C2的电容值为0.1uF且电池单元212的电压为1V，那么2ms的充电之后，电容C2的电压将会从1V变为6V。因此，第一运算放大器251与第二运算放大器252的输出端之间的电压将大约为3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为6V。MCU170比较该数字电压信号所指示的电压以及指定范围(比如，0-5V)，因为该数字电压信号所指示的电压在该指定范围之外，标志寄存器172中对应于线路L1的状态标志被置为1以反映线路L1为开路。在线路L1的状态被检测之后，线路L0的状态可被相应地确定。
假定线路L0和L1与电池单元211相连，且线路L2为断开，电流阱242P提供的拉电流将会流经电容C2和C3并且对电容C2放电同时对电容C3充电。作为电容C2充电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果灌电流为500uA，电容C2的电容值为0.1uF且电池单元212的电压为1V，那么2ms的充电之后，电容C2两端的电压将会从4V变为-6V。因此，第一运算放大器251与第二运算放大器252的输出端之间的电压大约为3V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR03V，第一运算放大器251和第二运算放大器252的输出端的电压差将大约为-0.3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为-0.6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压与指定范围(比如，0-5V)相比较，因为A/D转换器160的输出在该范围之外，标志寄存器172中对应的状态标志被置为1以反映线路L2为开路。
类似地，通过闭合适当的第一开关SP3、SP4或SP5以及适当的第二开关SN3、SN4或SN5，电池单元213-215分别被选择以进行开路检测。比如，当基于引脚P23和引脚P22之间的检测电压的数字电压信号所指示的电压小于指定范围(比如，0-5V)的最低限制时，MCU170将标志寄存器172中对应的状态标志置为1以反映线路L3为开路。当基于引脚P23和引脚P22之间的检测电压的数字电压信号所指示的电压小于该指定范围(比如，0-5V)的最高限制时，MCU将标志寄存器172中对应的状态标志置为1以反映线路L2为开路。
在一个实施例中，当每个电池单元的工作电压范围为0.5-4.5V或2-4.5V时，用于检测开路的指定范围可分别被修改为0.5-4.5V或2-4.5V。因此，由于该指定范围的最低限制大于0V，无需电压信号VR_03V，并且可以省略该第二运算放大器252以节约成本。比如，当线路L3为开路，第二节点BATN的电压水平高于第一节点BATP的电压水平。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压为0V，小于该指定范围(比如，0.5-4.5V或2-4.5V)的最低限制。
如上所述，开路检测电路200可同时检测与所选择的电池单元相连的两条线路的连接状态。在一个实施例中，电池单元211-215从底部到顶部依次被选择以检测线路L0-L5的状态。在另一个实施例中，通过控制信号DIS_CK1和SN1_M1改变电流源241P和241N以及电流阱242P和242N的使能顺序，电池单元211-215可从顶部到底部依次被选择以检测线路L0-L5的状态。在另一个实施例中，电池单元211-215可以任意的顺序被选择以检测与所选择的电池单元相连的线路的状态。在另一个实施例中，电池单元211-215可被随机选择且不是所有的电池单元都可能被选择。比如，在一个检测周期中，电池单元213可被选择，在下一个检测周期中，电池单元212和214可被选择。顶部的线路(比如，线路L5)通过该电流阱242P和242N从顶部的电池单元(比如，电池单元215)的灌电流来检测，底部的线路(比如，线路L0)通过电流源241P和241N给底部的电池单元(比如，电池单元211)的拉电流来检测。
有利的是，开路检测电路200通过将基于第一引脚与第二引脚之间的检测电压的数字电压信号所指示的电压与指定范围相比较，根据每个电池单元的单次测量以检测连接电路120中的线路是否与相应的电池单元相连。因此，开路检测电路200能够可靠并有效地检测开路的情形。
图3所示为根据本发明一个实施例的开路检测电路300。图3中与图1和图2标号相同的元件具有相似的功能和结构。与图2的例子不同的是，图3中的开路检测模块140包括用于产生拉电流(比如为500uA)的电流源341，以及用于产生灌电流(比如为500uA)的电流阱342。电流源341的电源端与电源VCC相连。电流源341的输出端与第二节点BATN相连。电流源341的控制端通过第一与门G31接收第二控制信号DIS_CK2和第二控制信号SN1_M2。电流阱342的接地端接地。电流阱342的输入端与第一节点BATP相连。电流阱342的控制端通过第二与门G32接收第二控制信号DIS_CK2，以及通过非门G33和第二与门G23接收第二控制信号SN1_M2。
更确切地说，在一个实施例中，选择器130从电池110的一端到另一端选择电池单元211-215(比如，依照图3中从顶部到底部的方向)。在图3的例子中，当第一开关SP5和第二开关SN5闭合时，首先电池单元215被选择以检测线路L5的状态。因此，引脚P25作为前文所述的第一引脚P11，引脚P24作为前文所述的第二引脚P12。当第二控制信号DIS_CK2被设置为第一电压水平且第二控制信号SNI_M2被设置为较低的第二电压水平时，电流阱342提供灌电流。
假定线路L5与电池单元215相连，电流阱342提供的灌电流将会流经电阻R5。因此，在灌电流流出之前与电池单元215的电压相等的电容C5的电压，在灌电流流出之后不会改变。因此，引脚P25和引脚P24之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定的范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中对应于线路L5的状态标志。
假定线路L5为开路，电流阱342提供的拉电流将会流经电容C5并且对电容C5放电。作为电容C5放电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果灌电流为500uA，电容C5的电容值为0.1uF且电池单元215的电压为4V，那么2ms的放电之后，电容C5两端的电压将会从4V变为-6V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR_03V，第一运算放大器251和第二运算放大器252的输出端的电压差将大约为-0.3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为-0.6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压以及指定范围(比如，0-5V)相比较，因为A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在该指定范围之外，将标志寄存器172中对应于线路L5的状态标志置为1以反映线路L5为开路。
之后，当第一开关SP4和第二开关SN4闭合时，电池单元214被选择以检测线路L4的状态。因此，引脚P24作为前文所述的第一引脚P11，引脚P23作为前文所述的第二引脚P12。当第二控制信号DIS_CK2被设置为第一电压水平且第二控制信号SNI_M2被设置为较低的第二电压水平时，电流阱342提供灌电流(比如，为500uA)。
假定线路L4与电池单元214相连，电流阱342提供的灌电流将会流经电阻R4。因此，在灌电流流出之前与电池单元214的电压相等的电容C4的电压，在灌电流流出之后不会改变。因此，引脚P24和引脚P23之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中对应于线路L4的状态标志。
假定线路L4为开路，电流阱342提供的拉电流将会流经电容C4、C5并且对电容C5充电同时对电容C4放电。作为电容C4放电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果灌电流为500uA，电容C4的电容值为0.1uF且电池单元214的电压为4V，那么2ms的放电之后，电容C4两端的电压将会从4V变为-6V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR_03V，第一运算放大器251和第二运算放大器252的输出端的电压差将大约为-0.3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为-0.6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压以及指定范围(比如，0-5V)相比较，因为A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在该指定范围之外，标志寄存器172中对应于线路L4的状态标志置为1以反映线路L4为开路。
相似地，通过闭合适当的第一开关SP1、SP2或SP3以及第二开关SN1、SN2或SN3，每个电池单元211-213被依次选择以进行开路检测，且电流阱342提供灌电流来检测线路L1-L3的状态。
然后，通过闭合第一开关SP1和第二开关SN1，电池单元211第二次被选择以检测线路L0的状态。因此，引脚P21依然作为前文所述的第一引脚P11，引脚P20依然作为前文所述的第二引脚P12。当控制信号DIS_CK2和SNI_M2被设置为指定的电压水平(比如，高电平)时，电流源341提供拉电流(比如，为500uA)。
假定线路L0与电池单元211相连，电流源341提供的拉电流将会流经电阻R0。因此，在拉电流流出之前与电池单元211的电压相等的电容C1的电压，在拉电流流出之后不会改变。因此，引脚P20和引脚P21之间的检测电压也不会改变。相应地，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压在指定范围之内(比如，0-5V)。因此，MCU170将不会重置标志寄存器172中对应的线路L0的状态标志。
假定线路L0为开路，电流源341提供的拉电流将会流经电容C1并且对电容C1放电。作为电容C1放电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果拉电流为500uA，电容C1的电容值为0.1uF且电池单元211的电压为4V，那么2ms的放电之后，电容C1两端的电压将会从4V变为-6V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR_03V，第一运算放大器251和第二运算放大器252的输出端的电压差将大约为-0.3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压大约为-0.6V。MCU170将该数字电压信号所指示的电压与指定范围(比如，0-5V)相比较，因为A/D转换器160输出的数字电压信号在该指定范围之外，则标志寄存器172中对应于线路L0的状态标志置为1以反映线路L0为开路。
在一个实施例中，当每个电池单元的工作电压范围为0.5-4.5V或2-4.5V时，用于检测开路的指定范围可分别被修改为0.5-4.5V或2-4.5V。因此，由于该指定范围的最低限制大于0V，无需电压信号VR_03V，并且可以省略该第二运算放大器252以节约成本。比如，当线路L3为开路，第二节点BATN的电压水平高于第一节点BATP的电压水平。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压为0V并小于该指定范围(比如，0.5-4.5V或2-4.5V)的最低限制。
如此，开路检测电路300依次地检测线路L0-L5的状态。在一个实施例中，电池单元211-215从顶端到低端依次地被选择以检测线路L0-L5的状态。在另一个实施例中，通过控制信号DIS_CK2和SN1_M2改变电流源341和电流阱342的使能顺序，电池单元211-215从顶部到底部依次地被选择以检测线路L0-L5的状态。在另一个实施例中，电池单元211-215可以任意的顺序被选择以检测与所选择的电池单元相连的线路的状态。顶部的线路(比如，线路L5)通过该电流阱342从顶部的电池单元(比如，电池单元215)的灌电流来检测，底部的线路(比如，线路L0)通过电流源341给底部的电池单元(比如，电池单元211)的拉电流来检测。
有利的是，开路检测电路300通过将基于第一引脚与第二引脚之间的检测电压的数字电压信号所指示的电压与指定范围相比较，根据每个电池单元的单次测量检测线路是否与电池单元相连。因此，开路检测电路300能够可靠并有效地检测开路的情形。
图4所示为根据本发明一个实施例的开路检测***400的方框图。开路检测***400包括放电开关410。放电开关410与电池110相连，负载420连接在放电开关410和电池110之间。放电开关410在MCU170的控制下控制电池110的放电。在一个实施例中，放电开关410为金属氧化物半导体场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，MOSFET)。在一个实施例中，充电器430与电池110相连。充电器430在MCU170的控制下对电池110充电。
结合图1-3所述，MCU170确定连接电路120中各个线路与电池110中的电池单元之间的连接是否断开。对应于确定存在开路情况，MCU170执行保护措施。比如，如果在电池充电、放电或电池均衡时发生开路检测情况，开路检测***400切断充电、放电或均衡的电路以保护电池110不被损坏。
图5所示为根据本发明一个实施例的开路检测方法的流程图500。在一个实施例中，开路检测芯片100根据流程图500执行操作。图5结合图1-3进行描述。图5所涵盖的具体操作步骤仅仅作为示例。也就是说，本发明适用其他合理的操作流程或对图5进行改进的操作步骤。
在步骤502中，选择器130在电池110中选择一个电池单元进行开路检测。在一个实施例中，选择器130中的第一开关SP3以及第二开关SN3被闭合。因此，引脚P23作为前文所述的第一引脚P11，且引脚P22作为前文所述的第二引脚P12。因此，电池单元213被选择以进行开路检测。
在步骤504中，开路检测模块140产生一个恒定电流。在指定的时间之内，恒定电流流经与电池单元相连的连接电路120。在一个实施例中，当第一控制信号DIS_CK1被设置为第一电压水平且第二控制信号SN1_M1被设置为较低的第二电压水平，开路检测模块140中的电流阱242P和242N分别产生一独立的灌电流(比如，约为500uA)，每个灌电流分别流经连接电路120。
在步骤506中，当恒定电流流经与电池单元相连的连接电路120时测量一个检测电压。在一个实施例中，当灌电流流经与电池单元213相连的连接电路120中对应的线路时，引脚P23和引脚P22之间产生一个检测电压。
在步骤508中，根据检测电压的变化判断对应的线路与电池单元是否正常连接。在一个实施例中，当线路L1与电池单元212相连线路L2断开且线路L3与电池单元213相连时，电流阱242N提供的恒定灌电流将会流经电容C2和C3，并对电容C2放电同时对电容C3充电。作为电容C3充电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果灌电流为500uA，电容C3的电容值为0.1uF，以及电池单元213的电池电压为1V，那么2ms的充电之后，电容C3的电压将会从1V变为6V。因此，第一运算放大器251和第二运算放大器252的输出端之间的电压差将为3V。因此，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压为6V。当线路L1和L2与电池单元212相连，线路L3断开时，电流阱242P提供的恒定灌电流将会流经电容C3和C4，并对电容C3放电同时对电容C4充电。作为电容C3放电的结果，A/D转换器160输出的数字电压信号相应地改变。比如，如果灌电流为500uA，电容C3的电容值为0.1uF，以及电池单元213的电压为4V，经过2ms的充电之后，电容C3的电压将会从4V变为-6V。因此，第二节点BATN的电压水平将会高于第一节点BATP的电压水平。由于第二运算放大器252的同相输入端的电压信号VR_03V，A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压将为-0.6V。
在步骤510中，MCU170确定与电池单元相连的连接电路的状态。在一个实施例中，MCU170将A/D转换器160输出的数字电压信号所指示的电压与指定范围做比较，以及如果数字电压信号所指示的电压在指定范围之外，那么标志寄存器172中与开路的线路所对应的状态标志被设置为1以反映该线路的开路状态。在一个实施例中，MCU170还将该数字电压信号所指示的电压存储在存储器171中。在一个实施例中，标志寄存器172有多个位址，一个位址对应于一个线路，以反映对应的线路的状态。
上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。
Claims (19)
1.一种开路检测装置，用于检测与电池相连的线路的连接状态，其中所述电池包括多个电池单元，其特征在于，所述开路检测装置包括：
第一引脚，通过连接电路与所述多个电池单元的正极端相连；以及
第二引脚，通过所述连接电路与所述多个电池单元的负极端相连；
其中，流经所述连接电路的电流路径对应于所述连接电路与所述电池单元之间的线路断开而改变，所述第一引脚与所述第二引脚之间的检测电压的改变指示所述电流路径的改变，
所述开路检测装置还包括开路检测模块，与所述连接电路相连，并用于产生流经所述连接电路的电流。
2.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述连接电路包括与所述电池单元并联的电容。
3.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括通过所述第一引脚及所述第二引脚与所述连接电路相连的选择器，其中，所述选择器从所述电池中的多个电池单元选择一个。
4.根据权利要求3所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括放大器，与所述选择器相连，用于放大所述检测电压。
5.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括A/D转换器，与所述连接电路相连，用于将所述检测电压转换为数字电压信号，并输出所述数字电压信号。
6.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括微控制器，用于将所述检测电压与指定范围相比较，当所述检测电压在所述指定范围之外时，所述线路被指示为断开。
7.根据权利要求1所述的开路检测装置，其特征在于，所述开路检测装置还包括存储器，用于存储基于所述检测电压的数字电压信号，其中，所述存储器还包括标志寄存器，用于存储状态标志以指示所述线路是否断开。
8.一种开路检测电路，用于检测与多个电池单元相连的线路的连接状态，所述开路检测电路包括：
选择器，与所述多个电池单元相连，用于从所述多个电池单元中选择目标电池单元；
开路检测模块，与所述选择器相连，用于产生电流；
连接电路，包括连接在所述多个电池单元与所述选择器之间的多个线路，用于根据所述线路的状态提供多个电流路径，其中所述连接电路还根据所述电流流经所述连接电路的路径产生检测电压，所述检测电压的改变指示所述电流的路径的改变；以及
微控制器，与所述开路检测模块以及所述选择器相连，用于根据所述检测电压确定所述连接电路中的所述线路是否断开。
9.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述连接电路还包括与所述多个电池单元并联的多个电容。
10.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述选择器包括多个第一开关以及多个第二开关。
11.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述开路检测电路还包括放大器，与所述选择器相连，用于放大所述检测电压。
12.根据权利要求11所述的开路检测电路，其特征在于，所述开路检测电路还包括A/D转换器，与所述放大器相连，用于将所述检测电压转换为数字电压信号，并输出所述数字电压信号。
13.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述微控制器还包括存储器，用于存储基于所述检测电压的数字电压信号。
14.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述微控制器包括标志寄存器，用于存储状态标志以指示所述线路的状态。
15.根据权利要求8所述的开路检测电路，其特征在于，所述开路检测模块包括电流源和电流阱。
16.一种开路检测方法，用于检测与多个电池单元相连的线路的连接状态，所述开路检测方法包括：
从所述多个电池单元中选择目标电池单元；
通过开路检测模块产生电流，且所述电流流经与所述目标电池单元相连的连接电路；
测量基于所述电流流经所述连接电路的路径的检测电压；
通过检测所述检测电压的变化指示所述电流路径的变化；
根据检测电压的所述变化确定所述连接电路中的线路是否断开。
17.根据权利要求16所述的开路检测方法，其特征在于，所述开路检测方法还包括：
处理并输出所述检测电压；以及
比较所述输出的检测电压与指定范围以确定所述线路是否断开。
18.根据权利要求16所述的开路检测方法，其特征在于，所述开路检测方法还包括将所述检测电压转换成数字电压信号以输出所述数字电压信号。
19.根据权利要求16所述的开路检测方法，其特征在于，所述开路检测方法还包括存储状态标志以指示所述线路是否断开。
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