CN217741342U - 一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及锂电池保护技术领域，公开了一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源，通讯隔离控制电路、电池管理***及电源，该电路包括I2C数据线、I2C时钟线和电压检测模块，I2C数据线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第一开关，I2C时钟线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第二开关，第一开关和第二开关配置为在***的放电回路工作时导通并以使***实现与外部设备的通讯，且还配置为在电压检测模块检测到负极输出端的电压大于预设阈值时关断所述第一开关和所述第二开关，以实现通讯隔离保护，该电路简单实用。

Description

一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源

技术领域

本实用新型实施例涉及锂电池保护技术领域，特别涉及一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源。

背景技术

随着锂电池的不断发展，锂离子电池的应用越来越广泛，锂电池的安全防护同样也变得非常重要。锂电池作为电子设备重要的动力源泉，必须通过通讯技术对其工作状况信息的实时监控，而理电池在过放保护后，其通讯电路上无信号隔离电路时，容易产生电流倒灌的现象，引起电池过放，严重情况时还会导致电池报废。

在实现本实用新型实施例过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：后备应急电源所处的工作环境复杂，其控制电路复杂，因此需要电源和信号同时进行隔离，而市场上绝大部分支持通讯的后备应急电源终端产品没有对通讯做隔离的。

发明内容

本申请实施例提供了一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源。

本实用新型实施例的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本实用新型实施例中提供了一种通讯隔离控制电路，应用于电池管理***，所述电池管理***中设置有电池保护芯片和电池信息采集芯片，所述电池保护芯片的放电控制端置高电平时所述电池管理***的放电回路工作，所述电路包括：I2C数据线，其一端与所述电池信息采集芯片的数据端连接，其另一端与外部设备连接，所述I2C数据线上设置有第一开关，所述第一开关的控制端与电池保护芯片的放电控制端连接；I2C时钟线，其一端与所述电池信息采集芯片的时钟端连接，其另一端与外部设备连接，所述I2C时钟线上设置有第二开关，所述第二开关的控制端与电池保护芯片的放电控制端连接；电压检测模块，其输入端与所述电池管理***的负极输出端连接，其输出端与所述第一开关和所述第二开关的控制端连接，所述电压检测模块配置为在所述负极输出端的电压大于预设阈值时关断所述第一开关和所述第二开关。

在一些实施例中，所述电压检测模块包括：第三开关，其控制端与所述电池管理***的负极输出端连接，其输入端为所述电压检测模块的输出端，其输出端接地，所述第三开关配置为在所述负极输出端的电压大于预设阈值时导通，以使所述第一开关和所述第二开关的控制端置低电平。

在一些实施例中，所述电压检测模块还包括：分别连接在所述I2C数据线的另一端与所述第三开关的控制端之间，以及连接在所述I2C时钟线的另一端与所述第三开关的控制端之间的两个抗静电二极管。

在一些实施例中，所述通讯隔离控制电路还包括：一端连接在所述I2C数据线的一端和所述电池信息采集芯片的数据端之间，以及一端连接在所述I2C时钟线的一端与所述电池信息采集芯片的时钟端之间的两个肖特基二极管，所述两个肖特基二极管的另一端接地。

在一些实施例中，所述通讯隔离控制电路还包括：阳极与所述电池保护芯片的放电控制端连接且阴极分别与所述第一开关和所述第二开关的控制端连接的第一导通二极管；阳极与所述电池管理***的负极输出端连接且阴极与所述第三开关的控制端连接的第二导通二极管。

为解决上述技术问题，第二方面，本实用新型实施例中提供了一种电池管理***，包括：如第一方面所述的通讯隔离控制电路；锂电池保护电路，包括所述电池保护芯片；电池信息采集电路，其检测端与所述电池管理***的的正极输出端连接，且包括所述电池信息采集芯片。

在一些实施例中，所述锂电池保护电路还包括：放电模块，连接在电池的负极输出端和所述电池管理***的负极输出端之间，且其控制端与所述电池保护芯片的放电控制端连接，所述放电控制端置高电平时所述放电模块导通，以使所述电池管理***的放电回路工作，所述放电回路工作时所述电池通过所述电池管理***的正极输出端和负极输出端供电。

在一些实施例中，所述锂电池保护电路还包括：充电模块，连接在所述放电模块和所述电池管理***的负极输出端之间，且其控制端与所述电池保护芯片的充电控制端连接，所述充电控制端置高电平时所述充电模块导通，以使所述电池管理***的充电回路工作，所述充电回路工作时外部电源通过所述电池管理***的正极输出端和负极输出端为所述电池供电。

在一些实施例中，所述锂电池保护电路还包括：限流电阻模块，连接在所述放电模块和所述电池的负极输出端之间，且输出端与所述电池保护芯片的电流检测端连接。

为解决上述技术问题，第三方面，本实用新型实施例中提供了一种电源，包括：如第二方面所述的电池管理***；电池，其输出端通过所述电池管理***与外部设备连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型实施例中提供了一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源，该电路包括I2C数据线、I2C时钟线和电压检测模块，I2C数据线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第一开关，I2C时钟线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第二开关，第一开关和第二开关配置为在***的放电回路工作时导通并以使***实现与外部设备的通讯，且还配置为在电压检测模块检测到负极输出端的电压大于预设阈值时关断所述第一开关和所述第二开关，以实现通讯隔离保护，该电路简单实用。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型实施例一提供的一种通讯隔离控制电路的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一提供的一种通讯隔离控制电路的电路结构图；

图3是本实用新型实施例一提供的另一种通讯隔离控制电路的结构示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的一种电池管理***的结构示意图；

图5是本实用新型实施例二提供的一种锂电池保护电路的电路结构图；

图6是本实用新型实施例二提供的一种电池信息采集电路的电路结构图；

图7是本实用新型实施例二提供的另一种电池管理***的结构示意图；

图8是本实用新型实施例三提供的电源的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

为了解决目前锂电池管理***内部未对通讯做隔离的问题，本实用新型实施例提供了提供了一种利用电池保护芯片来控制通讯通断的电池管理方案，适合于电池组负极参与的保护方案，简单实用，该设计巧用电池管理***中的保护芯片来控制通讯隔离电路，适用于锂电池/锂电池组关断负极的保护方案，能够避免电池组在过压时通过保护芯片关断保护后还能够与终端设备通过通讯电路形成的放路回路，本实用新型实施例的方案能够完成与终端设备信号之间的隔离，且该电路的设计即能达到高质量的通信信号传输，又能隔离外部复杂多变的环境因素的干扰，也可用其它领域产品通信隔离应用。

具体地，下面结合附图，对本实用新型实施例作进一步阐述。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种通讯隔离控制电路，请参见图1，其示出了本实用新型实施提供的一种通讯隔离控制电路的结构，该通讯隔离控制电路11能够应用于电池管理***10中，所述电池管理***10中设置有电池保护芯片U1和电池信息采集芯片U2，所述电池保护芯片U1的放电控制端置高电平时所述电池管理***10的放电回路工作，所述通讯隔离控制电路11包括：I2C数据线SDA、I2C时钟线SCL、电压检测模块110。

所述I2C数据线SDA，其一端与所述电池信息采集芯片U2的数据端连接，其另一端与外部设备20连接，所述I2C数据线SDA上设置有第一开关K1，所述第一开关K1的控制端与电池保护芯片U1的放电控制端OD连接。

具体地，请参见图2，其示出了本实用新型实施例提供的一种通讯隔离控制电路的电路结构，所述第一开关K1为NMOS管Q16，设置在所述I2C数据线SDA上，其在接收到高电平时导通，在接收到低电平时关断，用于控制所述I2C数据线SDA的通断，且其源极和漏极皆连接有限流电阻。

所述I2C时钟线SCL，其一端与所述电池信息采集芯片U2的时钟端连接，其另一端与外部设备20连接，所述I2C时钟线SCL上设置有第二开关K2，所述第二开关K2的控制端与电池保护芯片U1的放电控制端OD连接。

具体地，请继续参见图2，所述第二开关K2为NMOS管Q18，设置在所述I2C时钟线SCL上，其在接收到高电平时导通，在接收到低电平时关断，用于控制所述I2C时钟线SCL的通断，且其源极和漏极皆连接有限流电阻。

所述电压检测模块110，其输入端与所述电池管理***10的负极输出端P-连接，其输出端与所述第一开关K1和所述第二开关K2的控制端连接，所述电压检测模块110配置为在所述负极输出端P-的电压大于预设阈值时关断所述第一开关K1和所述第二开关K2。所述预设阈值可根据实际情况进行设置，在图2示例中，以20V为例。

进一步地，请参见图3，其示出了本实用新型实施提供的另一种通讯隔离控制电路的结构，所述电压检测模块110包括：第三开关K3，其控制端与所述电池管理***10的负极输出端P-连接，其输入端为所述电压检测模块110的输出端，其输出端接地，所述第三开关K3配置为在所述负极输出端P-的电压大于预设阈值时导通，以使所述第一开关K1和所述第二开关K2的控制端置低电平。

具体地，请继续参见图2，所述第三开关K3为NPN的三极管Q19，其在接收到高电平时导通以拉低所述NMOS管Q16和所述NMOS管Q18的栅极电平，以使所述NMOS管Q16和所述NMOS管Q18关断；所述三极管Q19的集电极还设置有单向导通的二极管D5且二极管D5的阴极与所述三极管Q19的集电极连接，以避免所述三极管Q19未导通时集电极置高电平导致所述NMOS管Q16和所述NMOS管Q18导通。

进一步地，请继续参见图2，所述电压检测模块110还包括：分别连接在所述I2C数据线的另一端与所述第三开关K3的控制端之间，以及连接在所述I2C时钟线的另一端与所述第三开关K3的控制端之间的两个抗静电二极管ZD8和ZD9。

进一步地，请继续参见图2，所述通讯隔离控制电路110还包括：一端连接在所述I2C数据线SDA的一端和所述电池信息采集芯片U2的数据端之间，以及一端连接在所述I2C时钟线SCL的一端与所述电池信息采集芯片U2的时钟端之间的两个肖特基二极管ZD4，所述两个肖特基二极管ZD4的另一端接地。

进一步地，请继续参见图2，所述通讯隔离控制电路11还包括：阳极与所述电池保护芯片U1的放电控制端OD连接且阴极分别与所述第一开关K1和所述第二开关K2的控制端连接的第一导通二极管D6；阳极与所述电池管理***10的负极输出端P-连接且阴极与所述第三开关K3的控制端连接的第二导通二极管D7。

本实用新型实施例提供的通讯隔离控制电路11在所述电池管理***10正常放电工作时，NMOS管Q16的(1)管脚栅极受控于电池保护芯片U1，电池保护芯片U1的放电控制端OD输出10V的高电压，经电阻R63、二极管D6、电阻R60到NMOS管Q16的栅极，驱动NMOS管Q16导通，I2C数据线SDA经过电阻R43，再到达NMOS管Q16的(2)管脚、NMOS管Q16的(3)管脚，经电阻R44输出至外部设备20；NMOS管Q18的(1)管栅极同样受控于电池保护芯片U1，电池保护芯片U1的放电控制端OD输出10V的高电压，经电阻R63、二极管D6、电阻R61到NMOS管Q18的栅极，NMOS管Q18导通，I2C的时钟线SCL经电阻R47、NMOS管Q18的2脚、NMOS管的3脚输出后，经电阻R48输出至外部设备20。

而当所述电池管理***10的放电回路出现过压时，也即是当所述电池管理***10的负极输出端P-(放电回路负极)的电压大于预设阈值20V时(也即是电池管理***10的负极输出端P-与电池的负极输出端B-之间的电压差)，20V电压经二极管D7、电阻R65，到达三极管Q19的(1)管脚，驱动三极管Q19导通，NMOS管Q16(1)管脚上的电压经电阻R58、二极管D5、三极管Q19到地，NMOS管Q18的(1)管脚上的电压经电阻R59、二极管D5到地，NMOS管Q16与NMOS管Q18的(1)管脚失去导通电压而关断，通讯中断，从而起到通讯隔离保护的作用。

实施例二

本实用新型实施例提供了一种电池管理***，请参见图4，其示出了本实用新型实施例提供的一种电池管理***的结构，所述电池管理***10包括：如实施例一所述的通讯隔离控制电路11、锂电池保护电路12、电池信息采集电路13。

所述锂电池保护电路12包括所述电池保护芯片U1；具体地，请参见图5，其示出了本实用新型实施例提供的一种锂电池保护电路的电路结构，所述锂电池保护电路12能够获取电池30的电压、电流数据，并根据电池的状态调整当前电池管理***10的充放电状态等。

所述电池信息采集电路13，其检测端与所述电池管理***10的正极输出端P+连接，且包括所述电池信息采集芯片U2。具体地，请参见图6，其示出了本实用新型实施例提供的一种电池信息采集电路的电路结构，所述电池信息采集电路13能够通过连接在电池管理***10的正极输出端P+和负极输出端P-之间的端点IN采集电池30的电压等数据，还能够将数据通过通讯隔离控制电路11发送至外部设备20。

进一步地，请参见图7，其示出了本实用新型实施例提供的另一种电池管理***的结构，所述锂电池保护电路12还包括：放电模块121，连接在电池的负极输出端B-和所述电池管理***的负极输出端P-之间，且其控制端与所述电池保护芯片U1的放电控制端DSG连接，所述放电控制端DSG置高电平时所述放电模块121导通，以使所述电池管理***10的放电回路工作，所述放电回路10工作时所述电池30通过所述电池管理***10的正极输出端P+和负极输出端P-供电。

具体地，请继续参见图5，所述放电模块121包括两个并联设置的NMOS管Q6和Q10，在所述电池30需要输出电能为所述外部设备20供电时，所述电池保护芯片U1的放电控制端DSG输出高电平，以使NMOS管Q6和NMOS管Q10导通，电池30的负极输出端B-通过电阻RS1和电阻RS2、NMOS管Q6和NMOS管Q10、电阻R26后通过电池管理***10的负极输出端P-输出，电池30的正极输出端B+则直接与电池管理***10的正极输出端P+导通，从而形成所述放电回路。

进一步地，请继续参见图7，所述锂电池保护电路12还包括：充电模块122，连接在所述放电模块121和所述电池管理***10的负极输出端P-之间，且其控制端与所述电池保护芯片U1的充电控制端CHG连接，所述充电控制端CHG置高电平时所述充电模块122导通，以使所述电池管理***10的充电回路工作，所述充电回路工作时外部电源20通过所述电池管理***10的正极输出端P+和负极输出端P-为所述电池30供电。

具体地，请继续参见图5，所述充电模块122包括两个并联设置的NMOS管Q5和Q9，当所述外部设备20为外部电源且需要为所述电池30充电时，所述电池保护芯片U1的充电控制端CHG高电平，以使NMOS管Q5和NMOS管Q9导通，外部电源通过电池管理***10的负极输出端P-输入，然后经过NMOS管Q5和NMOS管Q9、电阻R27、电阻RS1和电阻RS2后通过电池30的负极输出端B-输出，外部电源还通过电池管理***10的正极输出端P+与电池30的正极输出端B+直接接通，从而形成充电回路。

进一步地，请继续参见图7，所述锂电池保护电路12还包括：限流电阻模块123，连接在所述放电模块121和所述电池30的负极输出端B-之间，且输出端与所述电池保护芯片U1的电流检测端RS连接。

具体地，请继续参见图5，所述限流电阻模块123包括并联的限流电阻RS1和限流电阻RS2，且并联后的两个电阻的两端分别与所述电池保护芯片U1的两个电流检测端连接，同时并联后的两个电阻的两端还分别与电池信息采集电路13电流采样端SRN和SRP连接，以使所述电池信息采集电路13和所述锂电池保护电路12皆能够获取所述电池30充放电状态下的电流数据。

实施例三

本实用新型实施例提供了一种电源，请参见图8，其示出了本实用新型实施例提供的电源的结构，所述电源1包括：如实施例二所述的电池管理***10；电池30，其输出端通过所述电池管理***10与外部设备20连接。

所述电池管理***10为实施例二所述的电池管理***10，其能够采集所述电池30的数据并控制所述电池30充放电状态，且还能够与外部设备20实现通讯连接，具体请参见上述实施例一、实施例二及附图所述，此处不再详述。

所述电池30优选为锂电池或锂电池组，具有较好的稳定性和较高的能量密度，且使用寿命较长，具备高功率承受力，所述电池30可实现充放电。

所述外部设备20在所述电池30需要充电时可以是外部电源等，所述外部设备20在所述电池20需要放电时可以是负载等，具体地，可根据实际应用场景进行选择。

本实用新型实施例中提供了一种通讯隔离控制电路、电池管理***及电源，该电路包括I2C数据线、I2C时钟线和电压检测模块，I2C数据线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第一开关，I2C时钟线上设置有控制端与电池保护芯片的放电控制端连接的第二开关，第一开关和第二开关配置为在***的放电回路工作时导通并以使***实现与外部设备的通讯，且还配置为在电压检测模块检测到负极输出端的电压大于预设阈值时关断所述第一开关和所述第二开关，以实现通讯隔离保护，该电路简单实用。

需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种通讯隔离控制电路，其特征在于，应用于电池管理***，所述电池管理***中设置有电池保护芯片和电池信息采集芯片，所述电池保护芯片的放电控制端置高电平时所述电池管理***的放电回路工作，所述电路包括：

I2C数据线，其一端与所述电池信息采集芯片的数据端连接，其另一端与外部设备连接，所述I2C数据线上设置有第一开关，所述第一开关的控制端与电池保护芯片的放电控制端连接；

I2C时钟线，其一端与所述电池信息采集芯片的时钟端连接，其另一端与外部设备连接，所述I2C时钟线上设置有第二开关，所述第二开关的控制端与电池保护芯片的放电控制端连接；

电压检测模块，其输入端与所述电池管理***的负极输出端连接，其输出端与所述第一开关和所述第二开关的控制端连接，所述电压检测模块配置为在所述负极输出端的电压大于预设阈值时关断所述第一开关和所述第二开关。

2.根据权利要求1所述的通讯隔离控制电路，其特征在于，所述电压检测模块包括：

第三开关，其控制端与所述电池管理***的负极输出端连接，其输入端为所述电压检测模块的输出端，其输出端接地，所述第三开关配置为在所述负极输出端的电压大于预设阈值时导通，以使所述第一开关和所述第二开关的控制端置低电平。

3.根据权利要求2所述的通讯隔离控制电路，其特征在于，所述电压检测模块还包括：

分别连接在所述I2C数据线的另一端与所述第三开关的控制端之间，以及连接在所述I2C时钟线的另一端与所述第三开关的控制端之间的两个抗静电二极管。

4.根据权利要求3所述的通讯隔离控制电路，其特征在于，所述通讯隔离控制电路还包括：

一端连接在所述I2C数据线的一端和所述电池信息采集芯片的数据端之间，以及一端连接在所述I2C时钟线的一端与所述电池信息采集芯片的时钟端之间的两个肖特基二极管，所述两个肖特基二极管的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的通讯隔离控制电路，其特征在于，所述通讯隔离控制电路还包括：

阳极与所述电池保护芯片的放电控制端连接且阴极分别与所述第一开关和所述第二开关的控制端连接的第一导通二极管；

阳极与所述电池管理***的负极输出端连接且阴极与所述第三开关的控制端连接的第二导通二极管。

6.一种电池管理***，其特征在于，包括：

如权利要求1-5任一项所述的通讯隔离控制电路；

锂电池保护电路，包括所述电池保护芯片；

电池信息采集电路，其检测端与所述电池管理***的正极输出端连接，且包括所述电池信息采集芯片。

7.根据权利要求6所述的电池管理***，其特征在于，所述锂电池保护电路还包括：

放电模块，连接在电池的负极输出端和所述电池管理***的负极输出端之间，且其控制端与所述电池保护芯片的放电控制端连接，所述放电控制端置高电平时所述放电模块导通，以使所述电池管理***的放电回路工作，

所述放电回路工作时所述电池通过所述电池管理***的正极输出端和负极输出端供电。

8.根据权利要求7所述的电池管理***，其特征在于，所述锂电池保护电路还包括：

充电模块，连接在所述放电模块和所述电池管理***的负极输出端之间，且其控制端与所述电池保护芯片的充电控制端连接，所述充电控制端置高电平时所述充电模块导通，以使所述电池管理***的充电回路工作，

所述充电回路工作时外部电源通过所述电池管理***的正极输出端和负极输出端为所述电池供电。

9.根据权利要求8所述的电池管理***，其特征在于，所述锂电池保护电路还包括：

限流电阻模块，连接在所述放电模块和所述电池的负极输出端之间，且输出端与所述电池保护芯片的电流检测端连接。

10.一种电源，其特征在于，包括：

如权利要求6-9任一项所述的电池管理***；

电池，其输出端通过所述电池管理***与外部设备连接。

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