[发明专利]基于时间数字转换器的锂电池电流检测电路及检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂电池电流检测电路及检测方法。

背景技术

可充电式电池是可重复使用的电池，其中锂电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池、自放电率低环保无污染等优点，成为了便携式产品的主要电源，尤其在笔记本计算机供电方面，其优异的高能量优势得到了充分的体现。但是由于能量密度高及特有的化学特性，锂离子电池的安全性和稳定性方面也存在隐患，如过充和过高温可能会燃烧甚至导致爆炸，过放电可能造成电池本身的损坏，或者在不正常情况下突然断电对电池造成影响或损坏。所以，在智能电池系统中对充放电电流进行实时的检测非常重要。因此充放电电流检测是智能电池管理系统中的不可或缺的关键组成部分。

图1显示了一种采用微控制器(MCU)的电池组充电保护及计量智能控制电路的基本框架。电池保护及计量智能控制电路连接到电池/电池组上。通常电池智能控制系统通常包含：模拟前端(AFE)采集电池电压、为微控制器提供电源电压并接收微控制器的开关的控制命令；MOSFET开关在AFE的控制下完成充放电的控制；微控制器完成电池的智能控制和管理，其中在微控制器中包括电池电流检测电路。微控制器通过电流检测电路对电池的充、放电电流进行检测，测得的电流通过数据总线传输到微控制器中的CPU。当发现异常情况，如过流或短路，则微控制器通过AFE控制充放电开关，实现对充电或放电的实时控制。同时，MCU通过串行总线(SCL、SDA)与上位机进行通信将电池信息也传递给上位机(如笔记本)。

MCU中的电流检测电路目前主要有两种方式，其一采用嵌入式模数转换器(ADC)，如图2所示，串联在回路中的敏感电阻将充放电电流转化成电压信号，然后经前置放大模块电平移位并放大，通过模数转换器转换为相应的数字量，再通过数据总线传输到CPU进行计算。为了减小电池组的内阻并降低功耗，通常选取的电阻值在毫欧量级。然而当充、放电电流在毫安量级时，转换成的电压信号在几个微伏量级，这样就需要很高精度的ADC来进行电压的转换。还有锂电池组的充放电电流的变化范围可能从几个毫安到几十个安培，其动态范围将超过10⁴，这将要求高动态范围的模数转换器，同时模数转换器的速度又和其转换精度需要折中考虑，大大地增加了硬件的复杂性，工艺实现难度较大。

另一种传统检测电路如图3所示，它的工作方式采用电流积分方式。充放电电流通过敏感电阻转换为电压值，在控制电路的控制下，通过积分器对转换的电压进行积分并与一个电平阈值进行比较，然后通过一个控制计数器计数得到数字信号，在每一次积分结束时，将结果存入结果寄存器中，而后通过数据总线传输到CPU。此方法具有较小的硬件规模。但由于采用计数器完成对积分值的转换，造成此检测电路工作速度很低，精度不高，因此，充放电必须由两个转换通道来完成。

发明内容

本发明是为了解决现有锂电池电流检测电路的检测速度低、检测电路复杂的问题，从而提供一种基于时间数字转换器的锂电池电流检测电路及检测方法。