充放电控制电路、芯片、电池充放电控制系统及车辆的制作方法

1.本技术涉及集成电路技术领域，具体涉及一种充放电控制电路、芯片、电池充放电控制系统及车辆。


背景技术：

2.目前，电动汽车的电池模块与充放电接口之间串联有功率管，利用专用控制芯片对功率管进行开关控制，从而实现对电池模块的充、放电进行管理。对于功率管开关控制而言，传统的方式是通过芯片输出一开关信号，使得功率管的栅极电压大于电池模块的电压(即源极电压)至一定值，从而使得功率管被导通并对电池模块的充电或放电。然而，由于芯片制备工艺失配或非理想因素影响，芯片输出开关信号的电压无法达到芯片的设定值，从而导致功率管并未处于饱和工作状态甚至未导通的现象。


技术实现要素：

3.鉴于以上问题，本技术实施例提供一种充放电控制电路、芯片、电池充放电控制系统及车辆，以解决上述技术问题。
4.第一方面，本技术实施例提供一种充放电控制电路，充放电控制电路应用于电池充放电系统，电池充放电系统包括电池模块以及充放电开关模块，充放电开关模块一端连接电池模块，另外一端连接至充放电接口，充放电控制电路包括：开关控制模块，开关控制模块用于根据电池模块的电池电压输出开关信号，开关信号的电压与电池电压之间的电压差用于控制充放电开关模块的开关状态；信号补偿模块，信号补偿模块用于输出补偿信号；其中，开关控制模块基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差大小。本技术实施例提供的充放电控制电路可以保证充放电开关模块在开关信号控制下改变开关状态，实现对充放电开关模块的开关状态准确控制的目的。
5.优选地，信号补偿模块根据电压差与目标电位差之间的差值输出补偿信号；开关控制模块基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差至目标电位差。信号补偿模块可以检测开关信号的电压与电池电压之间的电压差，通过反馈控制使得调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差达到目标值。
6.优选地，当电池电压大于或等于第一预设值时，开关控制模块基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差至第一目标电位差；当电池电压小于第一预设值时，开关控制模块基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差至第二目标电位差；其中，第一目标电位差小于第二目标电位差。利用电池电压进一步调节调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差，可以在电池模块接近充满状态时减小甚至截断充电电流并实现充电保护，同时在电池模块处于充电中或者放电状态时保证电池模块正常进行充电以及放电过程。
7.优选地，开关控制模块的第一输入端用于接入电池电压，开关控制模块的第二输入端用于接入与接收基于开关信号的反馈电压，开关控制模块的输出端用于输出开关信
号。开关信号的电压在电池电压大于反馈电压时逐步抬升，补偿信号可以改变电池电压与反馈电压之间比值的关系，从而使得电池电压大于反馈电压并逐步抬升开关信号的电压。
8.优选地，开关控制模块包括电荷泵单元以及第一比较器，电荷泵单元的控制端与第一比较器的输出端连接，电荷泵单元的输出端用于输出开关信号；第一比较器的第一输入端用于接入电池电压，第一比较器的第二输入端用于接入反馈电压；当电池电压大于反馈电压时，电荷泵单元持续提升开关信号的电压，反馈电压跟随开关信号增大，直至反馈电压大于或等于电池电压，最终实现抬升开关信号电压的目的。
9.优选地，开关控制模块还包括第一电阻单元以及第二电阻单元；第一电阻单元一端连接至电荷泵单元的输出端，另外一端与第二电阻单元的一端连接，第二电阻单元的另外一端耦合至接地端；第一比较器的第二输入端连接至第一电阻单元与第二电阻单元之间第一节点，通过使得第一比较器第二输入端耦合至电荷泵的输出端，从而实现第一比较器第二输入端接入的反馈电压跟随开关信号增大的目的。
10.优选地，第一电阻单元包括可调电阻，可调电阻基于补偿信号改变阻值大小，以改变预设比值的大小；和/或者
11.第二电阻单元包括可调电阻，可调电阻基于补偿信号改变阻值大小，以改变预设比值的大小。
12.优选地，补偿信号用于注入或抽取第一节点的电流，以改变第一节点处的电压大小，从而实现改变预设比值大小的目的。
13.优选地，补偿信号为电压信号或者电流信号。
14.优选地，信号补偿模块包括模数转换器以及量化器；模数转换器的第一输入端用于接入电池电压，模数转换器的第二输入端用于接入开关信号，模数转换器用于输出开关信号的电压与电池电压之间的电压差；量化器的第一输入端连接至模数转换器的输出端，量化器的第二输入端用于接入目标电位差，量化器用于比较电压差与目标电位差之间的差值并输出补偿信号。模数转换器将开关信号的电压和电池电压转换为数字信号，通过数字信号计算开关信号的电压与电池电压之间的电压差，并最终通过量化器比较电压差与目标电位差之间的差值，从而输出补偿信号。
15.优选地，信号补偿模块包括模数转换器，模数转换器的第一输入端用于接入电池电压，模数转换器的第二输入端用于接入开关信号，模数转换器用于输出补偿信号。需要说明的是，模数转换器内部具有量化器，因此也可以通过模数转换器自带的量化器比较电压差与目标电位差之间的差值，从而输出补偿信号。
16.优选地，信号补偿模块包括电压差检测单元、电压差调节单元以及电流源单元；电压差检测单元的第一输入端用于接入电池电压，电压差检测单元的第二输入端用于接入开关信号；电压差检测单元用于检测电池电压与开关信号的电压差，电压差调节单元用于根据电压差控制电流源单元注入或抽取的电流大小。
17.优选地，电流源单元包括串联的第一电流源以及第二电流源；电压差调节单元用于控制第一电流源和第二电流源的电流大小，以使得补偿信号的大小为第一电流源与第二电流源的电流差值。
18.优选地，信号补偿模块还包括电压限制单元；电压限制单元用于比较开关信号的电压与预设限制电压，当开关信号的电压大于或等于预设限制电压时，电压差调节单元控
制电流源单元注入或抽取的电流大小，以使得开关信号的电压小于预设限制电压，进而避免电路中的器件出现被击穿的现象。
19.第二方面，本技术实施例还提供一种芯片，包括上述的充放电控制电路。
20.第三方面，本技术实施例还提供一种电池充放电控制系统，包括：
21.电池模块；
22.充放电开关模块，充放电开关模块一端连接电池模块，另外一端连接至充放电接口；
23.如第二方面所述的芯片，芯片具有开关信号接口，充放电开关模块的控制端耦合至开关信号接口。
24.第四方面，本技术实施例还提供一种车辆，包括如第二方面所述的芯片或者如第三方面所述的电池充放电控制系统。
25.本技术实施例提供的充放电控制电路利用信号补偿模块输出补偿信号，使得开关控制模块能够基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差大小，从而使得开关信号的电压与电池电压之间的电压差达到所需值，由于开关信号的电压与电池电压之间的电压差与控制充放电开关模块的开关状态关联，因此可以保证充放电开关模块在开关信号控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块的开关状态准确控制的目的。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。
27.图1示出了本技术实施例提供的充放电控制系统的一种场景示意图。
28.图2示出了本技术实施例提供的充放电控制电路的一种模块示意图。
29.图3示出了本技术实施例提供的充放电控制电路的另一种模块示意图。
30.图4示出了本技术实施例提供的充放电控制电路的另一种模块示意图。
31.图5示出了本技术实施例提供的开关控制模块及其开关信号变化的一种组合示意图。
32.图6示出了本技术实施例提供的开关控制模块及其开关信号变化的另一种组合示意图。
33.图7示出了本技术实施例提供的开关控制模块的一种电路合示意图。
34.图8示出了本技术实施例提供的开关控制模块的另一种电路合示意图。
35.图9示出了本技术实施例提供的充放电控制电路的一种电路示意图。
36.图10示出了本技术实施例提供的充放电控制电路的另一种电路示意图。
37.其中，10开关控制模块，20信号补偿模块，30电池模块，40充放电开关模块；
38.电荷泵单元cp，第一比较器comp，第一电阻单元r01，第二电阻单元r02；
39.可调电阻rtrim，模数转换器adc，量化器qt，充放电接口pack；
40.电压差检测单元21，电压差调节单22，23电流源单元，231第一电流源，232第二电流源，24电压限制单元。
具体实施方式
41.下面详细描述本技术的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性地，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术的方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
43.本技术实施例中，需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
44.而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
45.在本技术实施例的描述中，“示例”或“例如”等词语用于表示举例、说明或描述。本技术实施例中描述为“举例”或“例如”的任何实施例或设计方案均不解释为比另一实施例或设计方案更优选或具有更多优点。使用“示例”或“例如”等词语旨在以清晰的方式呈现相对概念。
46.另外，本技术实施例中的“多个”是指两个或两个以上，鉴于此，本技术实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“至少一个”，可理解为一个或多个，例如理解为一个、两个或更多个。例如，包括至少一个，是指包括一个、两个或更多个，而且不限制包括的是哪几个，例如，包括a、b和c中的至少一个，那么包括的可以是a、b、c、a和b、a和c、b和c、或a和b和c。
47.需要说明的是，本技术实施例中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
48.需要指出的是，本技术实施例中“连接”可以理解为电连接，两个电学元件连接可以是两个电学元件之间的直接或间接连接。例如，a与b连接，既可以是a与b直接连接，也可以是a与b之间通过一个或多个其它电学元件间接连接。
49.本技术中实施例中所采用的各晶体管的第一极/第一端为源极和漏极中一者，各晶体管的第二极/第二端为源极和漏极中另一者。由于晶体管的源极、漏极在结构上可以是对称的，所以其源极、漏极在结构上可以是没有区别的，也就是说，本技术的实施例中的晶体管的第一极/第一端和第二极/第二端在结构上可以是没有区别的。示例性地，在晶体管为p型晶体管的情况下，晶体管的第一极/第一端为源极，第二极/第二端为漏极；示例性地，在晶体管为n型晶体管的情况下，晶体管的第一极/第一端为漏极，第二极/第二端为源极。
50.本技术的实施例提供的电路结构中，第一节点、第二节点等节点并非表示实际存在的部件，而是表示电路图中相关耦接的汇合点，也就是说，这些节点是由电路图中相关耦
接的汇合点等效而成的节点。
51.本技术实施例提供一种充放电控制电路、芯片、电池充放电控制系统及车辆，以下分别进行详细说明。
52.首先，参阅图1，图1示出了本技术实施例中充放电控制系统的一种场景示意图，其中，充放电控制系统包括电池模块30、充放电开关模块40、开关控制模块10以及信号补偿模块20，充电控制系统的信号补偿模块20可以对开关控制模块10输出的开关信号vcp进行电压补偿，从而使得开关信号vcp的电源与电池模块30的电池电压vbat之间的电压差达到设定值，进而保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
53.具体地，电池模块30作为被充电对象或者释放电能的放电对象，是充放电控制系统中的储能和放能组件，以便于使得充放电控制系统完成正常的储能过程以及放能过程。在本技术的一些实施例中，电池模块30可以由单体电池组成，例如锰酸锂电池、钴酸锂电池、磷酸铁锂电池或者三元锂电池等。在本技术的另外一些实施例中，电池模块30可以由多个单体电池组成，例如，多个单体电池串联形成电池模组或者并联形成电池模组。
54.充放电开关模块40用于导通或关断电池模块30充电路径或者放电路径，以便于实现电池模块30的充放电控制。例如，当充放电接口pack接入充电电流时，充放电开关模块40可以处于闭合状态并对电池模块30进行充电；当充放电接口pack接入负载(例如电机)时，充放电开关模块40可以处于闭合状态并使得电池模块30进行正常放电。在本技术的一些实施例中，充放电开关模块40可以由单个开关组成，例如mos管或igbt管等。在本技术的另外一些实施例中，充放电开关模块40可以由多个开关组成，例如两个开关串联组成充放电开关模块40。
55.在本技术的一些实施例中，例如对于两个开关串联组成充放电开关模块40的实施例，两个开关可以为nmos管，其中一个nmos管的源级连接至电源模块，同时该nmos管的漏极连接至另一nmos管的漏极，而另一nmos管的源极连接至充放电接口pack，并且两个nmos管的栅极均被开关控制模块10所控制。该两个nmos管背靠背连接组成充放电开关模块40的好处在于，由于两个nmos管的寄生二极管导通方向相反，因此可以避免放电接口pack与电池电压vbat的输出端通过寄生二极管导通，保障电池模块30充电路径和放电路径受控于开关信号vcp。
56.在本技术的另外一些实施例中，当充电接口和放电接口互相独立时，两个开关可以为nmos管，其中一个nmos管的源级连接至电源模块，同时该nmos管的漏极连接充电接口，而另一nmos管的漏极连接至电源模块，同时该nmos管的源极连接至放电接口，并且两个nmos管的栅极均被开关控制模块10所控制。也就是说，源极连接电源模块的nmos管对应的支路形成了充电支路，而源极连接充放电接口pack的nmos管对应的支路形成了放电支路，该充电支路与放电支路均不会相互影响，因此可以使得电池模块30的充放电功能解耦。
57.可以理解地，充放电开关模块40也可以由两个pmos管串联或并联组成；或者充放电开关模块40也可以由三个开关或者更多数量的开关串联和并联组合的组成。
58.开关控制模块10用于输出开关信号vcp控制充放电开关模块40导通或闭合，从而实现对充放电开关模块40的控制。在本技术的一些实施例中，例如对于充放电开关模块40由单个开关组成的实施例，开关控制模块10可以控制该单个开关闭合或断开。在本技术的
另外一些实施例中，例如对于充放电开关模块40由多个开关组成的实施例，开关控制模块10可以控制该多个开关闭合或断开，例如，当两个开关串联组成充放电开关模块40时，在对电池模块30进行充放电时，开关控制模块10可以控制该两个开关同时闭合或断开，进而使得电池模块30进行充电或者放电；又例如，当两个开关分别对应充电支路以及放电支路并组成充放电开关模块40时，在对电池模块30进行充电时，开关控制模块10可以控制其中一个开关闭合，而另外一个开关断开，使用闭合开关的支路对电池模块30进行充电，并利用断开的开关限制电池模块30进行放电；反之，在对电池模块30进行放电时，开关控制模块10可以控制其中一个开关断开，而另外一个开关闭合，利用断开开关的支路限制对电池模块30进行充电，并利用闭合的开关使电池模块30进行放电。
59.信号补偿模块20用于输出补偿信号，使得信号开关控制模块10可以基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小。在本技术的一些实施例中，补偿信号可以为电压信号，利用电压信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小。在本技术的另外一些实施例中，补偿信号可以为电流信号，利用电流信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小。
60.在本技术充放电控制系统场景中，信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10能够基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小，从而使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到所需值，由于开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与控制充放电开关模块40的开关状态关联，因此可以保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
61.继续参阅图2，图2示出了本技术实施例中充放电控制电路的一种模块示意图，其中，充放电控制电路包括充放电控制电路应用于电池充放电系统，其中，电池充放电系统包括电池模块30以及充放电开关模块40，充放电开关模块40一端连接电池模块30，另外一端连接至充放电接口pack，充放电控制电路包括：
62.开关控制模块10，开关控制模块10用于根据电池电压vbat输出开关信号vcp，开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差用于控制充放电开关模块40的开关状态；
63.信号补偿模块20，信号补偿模块20用于输出补偿信号；
64.其中，开关控制模块10基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小。
65.需要说明的是，充放电开关模块40的开关状态包括断开状态以及导通状态，例如对于充放电开关模块40包括nmos管的实施例而言，当nmos管在截止区工作时，充放电开关模块40处于断开状态；当nmos管在饱和区工作时，充放电开关模块40处于导通状态。
66.开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差可以控制充放电开关模块40的开关状态，例如，当开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差小于一定值时，充放电开关模块40的开关状态为断开状态；当开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大于或等于一定值时，充放电开关模块40的开关状态为导通状态。
67.示例性地，对于充放电开关模块40包括nmos管的实施例而言，nmos管的n沟道导通程度取决于栅极与源极的电压差，当nmos管的源级连接至电源模块而栅极连接至开关控制模块10并接入开关信号vcp时，该nmos管的n沟道导通程度即取决于开关信号vcp的电压与
电池电压vbat之间的电压差大小。当开关信号vcp的电压低于电池电压vbat时，则说明nmos管的n沟道未被导通，nmos管处于截止(断开)状态；当开关信号vcp的电压大于电池电压vbat并且对应电压差大于阈值电压时，则说明nmos管的n沟道完全导通，nmos管处于饱和区(导通)状态。
68.可以理解地，上述nmos管需要开关信号vcp的电压大于电池电压vbat一定值才能使其导通，对于本技术的另一些实施例而言，例如对于充放电开关模块40包括pmos管的实施例而言，开关信号vcp的电压需要小于电池电压vbat一定值才能使得充放电开关模块40闭合。
69.同时，还需要说明的是，电池电压vbat通常是指电池模块30的最高电压，例如对于电池模块30包括多个串联的单体电池而言，电池电压vbat是指电池最高节电压。本领域技术人员可以理解地，电池电压vbat还可以是指多个串联的单体电池中某一节单体电池的电压，或者电池模块30中某一电路节点的电压。
70.本技术实施例提供的充放电控制电路利用信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10能够基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小，从而使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到所需值，由于开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与控制充放电开关模块40的开关状态关联，因此可以保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
71.同时，对于本技术的一些实施例而言，例如对于电池模块30包括多个串联单体电池的实施例而言，在电池模块30改变单体电池数量后，本技术实施例提供的充放电控制电路也可以动态改变开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差，从而可以实现对宽幅电池的开关控制的目的。
72.在本技术的一些实施例中，参阅图3，图3示出了本技术实施例中充放电控制电路的另一种模块示意图，其中，信号补偿模块20可以根据开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与目标电位差之间的差值输出补偿信号，也就是说，信号补偿模块20对开关控制模块10形成了反馈控制，在信号补偿模块20通过检测开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差之后，利用该电压差来输出补偿信号，从而使得调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到目标电位差。例如，当信号补偿模块20检测到开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差为9.5v时，信号补偿模块20输出补偿信号使得开关控制模块10输出的开关信号vcp的电压抬升，使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到10v目标电位差。
73.在本技术的一些实施例中，信号补偿模块20可以包括模数转换器adc，模数转换器adc将开关信号vcp的电压和电池电压vbat转换为数字信号，通过数字信号计算开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差，然后比较电压差与目标电位差之间的差值并输出补偿信号。可选地，模数转换器可以采用∑-δadc或逐次逼近型adc或闪烁型adc或其他类型的adc。
74.在本技术的一些实施例中，信号补偿模块20可以包括误差放大器，误差放大器的第一输入端接入电池电压vbat信号，误差放大器的第二输入端接入开关信号vcp，通过误差放大器放大开关信号vcp的电压和电池电压vbat之间的电压差，并输出与开关信号vcp的电
压和电池电压vbat之间的电压差关联的补偿信号，例如补偿信号输入压控电流源，利用压控电流源改变通过电阻的电流大小，从而改变开关信号vcp的电压大小。
75.在本技术的另外一些实施例中，若开关信号vcp的电压与电池电压vbat的电压差要求为设定值，信号补偿模块20可以先将开关信号vcp的电压改变(增大或减小)设定值，然后来比较改变后开关信号vcp的电压大小与电池电压vbat大小，若改变后开关信号vcp的电压大小与电池电压vbat大小相等，则说明电压改变之前开关信号vcp的电压和电池电压vbat之间的电压差满足要求。例如，开关信号vcp的电压与电池电压vbat的电压差要求为5v才能使得充放电开关模块40的开关状态为导通状态，若开关信号vcp的电压为26.5v，将开关信号vcp的电压减小设定值5v变为21.5v，而电池电压vbat为22v，即改变后开关信号vcp的电压大于电池电压vbat，则说明开关信号vcp的电压和电池电压vbat之间的电压差不满足要求，随后信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10改变开关信号vcp的电压至27v。
76.示例性地，改变开关信号vcp的电压可以采用电阻分压的原理实现，比较开关信号vcp的电压与电池电压vbat大小可以采用比较器实现。
77.在本技术的一些实施例中，参阅图4，图4示出了本技术实施例中充放电控制电路的另一种模块示意图，其中，当电池电压vbat大于或等于第一预设值时，开关控制模块10基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差至第一设定值；当电池电压vbat小于第一预设值时，开关控制模块10基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差至第二设定值；其中，第一设定值小于第二设定值。
78.需要说明的是，电池电压vbat在充放电过程中处于波动状态，例如当电池模块30处于或接近充满状态时，电池电压vbat相对较高；又例如，电池电压vbat随着放电过程逐渐降低。而在上述实施例中，当电池电压vbat大于或等于第一预设值时，说明电池模块30接近充满状态，此时通过补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差至相对较小的第一设定值，使得充放电开关模块40处于断开状态，从而截断充电电流，进而实现电池模块30充电保护的目的。而当电池电压vbat小于第一预设值时，则说明电池模块30处于充电中或者放电状态，开关控制模块10基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差至相对较大的第二设定值，使得充放电开关模块40处于完全导通状态，从而使得电池模块30正常进行充电以及放电过程。
79.在本技术的一些实施例中，参阅图5，图5示出了本技术实施例中开关控制模块10及其开关信号vcp变化的一种组合示意图，其中，开关控制模块10的第一输入端用于接入电池电压vbat，开关控制模块10的第二输入端用于接入基于开关信号vcp的反馈电压vfb，开关控制模块10的输出端用于输出开关信号vcp；其中，开关信号vcp的电压在电池电压vbat大于反馈电压vfb时逐步抬升。具体地，开关信号vcp与反馈电压vfb的电压大小呈一定比值关系，补偿信号可以改变开关信号vcp与反馈电压vfb的电压比值系数，例如，电池电压vbat为20v，此时开关信号vcp的电压为25v，要求开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为10v，此时则可以将开关信号vcp与反馈电压vfb的电压比值系数由5:4修改为3:2，使得反馈电压vfb的大小从20v变成16.67v，由于此时反馈电压vfb小于电池电压vbat，因此使得开关信号vcp的电压会抬升至30v，并使得反馈电压vfb的大小重新改变至20v，即可完成开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差调整过程。
80.更进一步地，在本技术的一些实施例中，参阅图6，图6示出了本技术实施例中开关控制模块10及其开关信号vcp变化的另一种组合示意图，其中，开关控制模块10包括电荷泵单元cp以及第一比较器comp，电荷泵单元cp的控制端与第一比较器comp的输出端连接，电荷泵单元cp的输入端与用于接收电池电压vbat，电荷泵单元cp的输出端用于输出开关信号vcp。第一比较器comp的第一输入端用于接入电池电压vbat，第一比较器comp的第二输入端用于接入反馈电压vfb；当电池电压vbat大于反馈电压vfb时，第一比较器comp的输出电平可以使能电荷泵单元cp，电荷泵单元cp将接收到的电池电压vbat抬升后输出开关信号vcp。电荷泵单元cp持续提升开关信号vcp的电压，反馈电压vfb跟随开关信号vcp增大，直至反馈电压vfb大于或等于电池电压vbat。此时，第一比较器comp的输出电平发生翻转，电荷泵单元cp的使能关闭，电荷泵单元cp输出的开关信号vcp稳定下来，不再抬升。例如，电池电压vbat为20v，此时开关信号vcp的电压为29.5v，要求开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为10v，此时则可以将开关信号vcp与反馈电压vfb的电压比值系数由29.5:20修改为3:2，使得反馈电压vfb的大小改变为19.67v，使得开关信号vcp的电压以0.25v步长经29.75v抬升至30v，同时反馈电压vfb大小跟随开关信号vcp抬升至20v，从而完成开关信号vcp的电压抬升过程。
81.更进一步地，参阅图7，图7示出了实施例中开关控制模块10的一种电路示意图，其中，开关控制模块10还包括第一电阻单元r01以及第二电阻单元r02；第一电阻单元r01一端耦合至电荷泵单元cp的输出端，另外一端与第二电阻单元r02的一端连接，第二电阻单元r02的另外一端耦合至接地端；第一比较器comp的第二输入端耦合至第一电阻单元r01与第二电阻单元r02之间第一节点ma。具体地，由于第一比较器comp的第二输入端经第一电阻单元r01耦合至电荷泵单元cp的输出端，因此第一比较器comp接入的反馈电压vfb受到开关信号vcp的电压大小影响，在开关信号vcp的电压增大时，会同步提高反馈电压vfb的大小；反之，在开关信号vcp的电压减小时，会同步减小反馈电压vfb的大小，从而实现反馈电压vfb跟随开关信号vcp的电压改变的目的。
82.作为一种补偿信号改变开关信号vcp与反馈电压vfb的电压比值系数的示例性实施例，继续参阅图7，其中，第一电阻单元r01包括可调电阻rtrim，可调电阻rtrim基于补偿信号改变阻值大小，从而改变反馈电压vfb的大小。例如，电池电压vbat为20v，此时开关信号vcp的电压为25v，反馈电压vfb大小为20v，第一电阻单元r01的电阻大小为1ω，第二电阻单元r02的电阻大小为4ω，要求开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为10v，此时则可以利用补偿信号调节可调电阻rtrim的阻值大小，使得第一电阻单元r01的大小调整为2ω，进而反馈电压vfb大小改变为16.66v，由于电池电压vbat大于反馈电压vfb，因此电荷泵单元cp会将开关信号vcp的电压抬升至30v，并使得反馈电压vfb大小重新变化为20v，最终使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat差调整为10v。
83.可以理解地，第一电阻单元r01可以仅由可调电阻rtrim组成，还可以包括另一固定电阻r1；或者，第二电阻单元r02也可以仅由可调电阻rtrim组成，还可以包括另一固定电阻r2，同时补偿信号可以改变第二电阻单元r02的可调电阻rtrim的阻值大小，从而改变反馈电压vfb的大小；再或者，还可以同时调节第一电阻单元r01的可调电阻rtrim大小和第二电阻单元r02可调电阻rtrim的大小，从而改变反馈电压vfb的大小。
84.作为另一种补偿信号改变开关信号vcp与反馈电压vfb的电压比值系数的示例性
实施例，继续参阅图8，图8示出了本技术实施例中开关控制模块10的另一种电路示意图，其中，其中，补偿信号为注入或抽取第一节点ma的电流。例如，电池电压vbat为20v，此时开关信号vcp的电压为25v，反馈电压vfb大小为20v，第一电阻单元r01的电阻大小为1ω，第二电阻单元r02的电阻大小为4ω，要求开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为10v，第一节点ma的电流为5a，此时可以抽取第一节点ma的电流使得流经第二电阻单元r02的电流变为4.167a，此时反馈电压vfb大小改变为16.66v，由于电池电压vbat大于反馈电压vfb，因此电荷泵单元cp会将开关信号vcp的电压抬升至30v，使得流经第二电阻单元r02的电流重新变为5a，即反馈电压vfb大小重新变化为20v，最终使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat差调整为10v。
85.在本技术的一些实施例中，补偿信号为电压信号或者电流信号。例如，对于第一电阻单元r01包括可调电阻rtrim的实施例，补偿信号为调节可调电阻rtrim电阻大小电压信号；又例如，补偿信号为注入或抽取第一节点ma的电流的实施例，补偿信号为注入或抽取第一节点ma的电流信号。
86.在本技术的一些实施例中，例如对于第一电阻单元r01包括可调电阻rtrim的实施例，继续参阅图9，图9示出了本技术实施例中放电控制电路的一种电路示意图，其中，信号补偿模块20包括模数转换器adc以及量化器qt；模数转换器adc的第一输入端用于接入电池电压vbat，模数转换器adc的第二输入端用于接入开关信号vcp，模数转换器adc用于输出开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差；量化器qt的第一输入端连接至模数转换器adc的输出端，量化器qt的第二输入端用于接入目标电位差，量化器qt用于比较电压差与目标电位差之间的差值并输出补偿信号。
87.具体地，模数转换器adc可以将开关信号vcp的电压和电池电压vbat转换为数字信号，通过数字信号计算开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差，然后通过量化器qt比较电压差与目标电位差之间的差值并输出补偿信号，从而控制可调电阻rtrim改变阻值大小。例如，可调电阻rtrim包括电阻网络，电阻网络包括多个并联布置的电阻以及对应开关，量化器qt为多bit量化器并输出多位高低电平的补偿信号，使得补偿信号控制电阻网络中开关的闭合状态，从而改变电阻网络中并联电阻的数量，最终实现改变可调电阻rtrim的阻值大小的目的。
88.可以理解地，还可以采用比较器比较电压差与目标电位差，当电压差小于目标电位差时，输出低电平信号并断开电阻网络中某一电阻，从而改变可调电阻rtrim的电阻大小。
89.在本技术的一些实施例中，信号补偿模块包括模数转换器adc，模数转换器adc内置有量化器，模数转换器adc的第一输入端用于接入电池电压vbat，模数转换adc器的第二输入端用于接入开关信号vcp，模数转换器adc用于输出补偿信号。也就是说，模数转换器adc内部具有量化器，因此也可以通过模数转换器adc自带的量化器比较电压差与目标电位差之间的差值，从而输出补偿信号。
90.在本技术的另外一些实施例中，例如对于偿使能信号为注入或抽取第一节点ma的电流的实施例，继续参阅图10，图10示出了本技术实施例中放电控制电路的另一种电路示意图，其中，信号补偿模块20包括电压差检测单元21、电压差调节单22元以及电流源单元23；电压差检测单元21的第一输入端用于接入电池电压vbat，电压差检测单元21的第二输
入端用于接入开关信号vcp；电压差检测单元21用于检测电池电压vbat与开关信号vcp的电压差，电压差调节单22元用于根据电压差控制电流源单元23注入或抽取的电流大小。
91.具体地，在电压差检测单元21检测电池电压vbat与开关信号vcp的电压差后，电压差调节单22元可以根据电压差控制电流源单元23注入或抽取的电流大小，例如对于上述要求开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为10v，而实际开关信号vcp的电压与电池电压vbat差为5v的实施例，此时可以采用电流源单元23抽取第一节点ma的电流使得流经第二电阻单元r02的电流由5a变为4.167a。
92.示例性地，电压差检测单元21可以包括∑-δ
模数转换器或误差放大器，通过误差放大器放大开关信号vcp的电压和电池电压vbat之间的电压差，并输出与开关信号vcp的电压和电池电压vbat之间的电压差关联的电压信号，通过该电压信号控制压控电流源的电流大小，利用压控电流源改变通过电阻的电流大小，从而改变开关信号vcp的电压大小；电压差调节单22元可以包括量化器以及电阻网络，利用量化器以及电阻网络将∑-δ
模数转换器的信号转为电压信号并控制电流源单元23的电流大小；或者，电压差调节单22元可以为电阻网络，电阻网络改变误差放大器输出的电压大小，从而控制电流源单元23的电流大小。
93.在本技术的一些实施例中，继续参阅图10，其中，电流源单元23包括串联的第一电流源231以及第二电流源232，电压差调节单22元用于控制第一电流源231和第二电流源232的电流大小，以使得补偿信号的大小为第一电流源231与第二电流源232的电流差值。例如，对于上述采用电流源单元23抽取第一节点ma的电流使得流经第二电阻单元r02的电流由5a变为4.167a的实施例而言，第一电流源231与第二电流源232的电流差值则可以为0.832a，使得电流源单元23经第二节点mb抽取第一节点ma0.832a的电流。
94.可以理解地，电流源单元23还可以包括更多数量的电流源，或者电流源单元23为单个电流源，该单个电流源的电流由第一节点ma对应的电流分流提供。
95.进一步地，在本技术的一些实施例中，信号补偿模块20还包括电压限制单元24，电压限制单元24用于比较开关信号vcp的电压与预设限制电压，当开关信号vcp的电压大于或等于预设限制电压时，电压差调节单22元控制电流源单元23注入或抽取的电流大小，以使得开关信号vcp的电压小于预设限制电压。例如，开关信号vcp的电压为32v，预设限制电压为30v，电流源单元23可以向第一节点ma注入的电流，使得反馈电压vfb提升，并最终利用电荷泵单元cp降低开关信号vcp的电压至30v。
96.示例性地，电压限制单元24可以包括比较器，通过比较器判断开关信号vcp的电压与预设限制电压的大小，比较器的输出作为钳位的使能信号，决定是否通过电压差调节单22进行钳位，预设限制电压可以为器件(例如mos管、电容等)的击穿电压，以防止电路中的器件出现被击穿的现象。
97.进一步地，本技术实施例还提供一种芯片，该芯片包括上述的充放电控制电路。芯片(integrated circuit,ic)也称芯片，该芯片可以是但不限于是soc(system on chip，芯片级系统)芯片、sip(system in package,系统级封装)芯片。
98.本技术实施例提供的芯片的充放电控制电路利用信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10能够基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小，从而使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到所需值，由于开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与控制充放电开关模块40的开关状态关
联，因此可以保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
99.进一步地，本技术实施例还提供一种电池充放电控制系统，包括：
100.电池模块30；
101.充放电开关模块40，充放电开关模块40一端连接电池模块30，另外一端连接至充放电接口pack；
102.如上述实施例所述的芯片，芯片具有开关信号vcp接口，开关信号vcp接口输出充放电控制电路的开关信号vcp，充放电开关模块40的控制端耦合至开关信号vcp接口。
103.本技术实施例提供的电池充放电控制系统的芯片的充放电控制电路利用信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10能够基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小，从而使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到所需值，由于开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与控制充放电开关模块40的开关状态关联，因此可以保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
104.进一步地，本技术实施例还提供一种车辆，该车辆包括上述的芯片或电池充放电控制系统。示例性地，车辆可以为纯电动汽车或者油电混动汽车，例如电动轿车、电动货车、电动客车、串联式混合动力汽车(shev)、并联式混合动力汽车(phev)或混动式混合动力汽车(pshev)等。
105.本技术实施例提供车辆的电池充放电控制系统/芯片中的充放电控制电路利用信号补偿模块20输出补偿信号，使得开关控制模块10能够基于补偿信号调整开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差大小，从而使得开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差达到所需值，由于开关信号vcp的电压与电池电压vbat之间的电压差与控制充放电开关模块40的开关状态关联，因此可以保证充放电开关模块40在开关信号vcp控制下改变开关状态，进而实现对充放电开关模块40的开关状态准确控制的目的。
106.以上，仅是本技术的较佳实施例而已，并非对本技术作任何形式上的限制，虽然本技术已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本技术，任何本领域技术人员，在不脱离本技术技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本技术技术方案内容，依据本技术的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术技术方案的范围内。

技术特征：
1.一种充放电控制电路，所述充放电控制电路应用于电池充放电系统，所述电池充放电系统包括电池模块以及充放电开关模块，所述充放电开关模块一端连接所述电池模块，另外一端连接至充放电接口，其特征在于，所述充放电控制电路包括：开关控制模块，所述开关控制模块用于根据所述电池模块的电池电压输出开关信号，所述开关信号的电压与所述电池电压之间的电压差用于控制所述充放电开关模块的开关状态；信号补偿模块，所述信号补偿模块用于输出补偿信号；其中，所述开关控制模块基于所述补偿信号调整所述电压差大小。2.如权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于，所述信号补偿模块根据所述电压差与目标电位差之间的差值输出所述补偿信号；所述开关控制模块基于所述补偿信号调整所述电压差至所述目标电位差。3.如权利要求2所述的充放电控制电路，其特征在于，当所述电池电压大于或等于第一预设值时，所述开关控制模块基于所述补偿信号调整所述电压差至第一目标电位差；当所述电池电压小于第一预设值时，所述开关控制模块基于所述补偿信号调整所述开关信号的电压与所述电池电压之间的电压差至第二目标电位差；其中，所述第一目标电位差小于所述第二目标电位差。4.如权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于，所述开关控制模块的第一输入端用于接入所述电池电压，所述开关控制模块的第二输入端用于接收基于所述开关信号的反馈电压，所述开关控制模块的输出端用于输出所述开关信号；所述开关信号的电压在所述电池电压大于所述反馈电压时逐步抬升。5.如权利要求4所述的充放电控制电路，其特征在于，所述开关控制模块包括电荷泵单元以及第一比较器，所述电荷泵单元的控制端与所述第一比较器的输出端连接，所述电荷泵单元的输出端用于输出所述开关信号；所述第一比较器的第一输入端用于接入所述电池电压，所述第一比较器的第二输入端用于接入所述反馈电压；当所述电池电压大于所述反馈电压时，所述电荷泵单元持续提升所述开关信号的电压，所述反馈电压跟随所述开关信号增大，直至所述反馈电压大于或等于所述电池电压。6.如权利要求5所述的充放电控制电路，其特征在于，所述开关控制模块还包括第一电阻单元以及第二电阻单元；所述第一电阻单元一端连接至所述电荷泵单元的输出端，另外一端与所述第二电阻单元的一端连接，所述第二电阻单元的另外一端耦合至接地端；所述第一比较器的第二输入端连接至所述第一电阻单元与所述第二电阻单元之间第一节点。7.如权利要求6所述的充放电控制电路，其特征在于，所述第一电阻单元包括可调电阻，所述可调电阻基于所述补偿信号改变阻值大小；和/或者所述第二电阻单元包括可调电阻，所述可调电阻基于所述补偿信号改变阻值大小。8.如权利要求6所述的充放电控制电路，其特征在于，所述补偿信号用于注入或抽取所述第一节点的电流。9.如权利要求1所述的充放电控制电路，其特征在于，所述补偿信号为电压信号或者电
流信号。10.如权利要求9所述的充放电控制电路，其特征在于，所述信号补偿模块包括模数转换器以及量化器；所述模数转换器的第一输入端用于接入所述电池电压，所述模数转换器的第二输入端用于接入所述开关信号，所述模数转换器用于输出所述开关信号的电压与所述电池电压之间的电压差；所述量化器的第一输入端连接至所述模数转换器的输出端，所述量化器的第二输入端用于接入目标电位差，所述量化器用于比较所述电压差与所述目标电位差之间的差值并输出所述补偿信号。11.如权利要求9所述的充放电控制电路，其特征在于，所述信号补偿模块包括模数转换器；所述模数转换器的第一输入端用于接入所述电池电压，所述模数转换器的第二输入端用于接入所述开关信号。12.如权利要求9所述的充放电控制电路，其特征在于，所述信号补偿模块包括电压差检测单元、电压差调节单元以及电流源单元；所述电压差检测单元的第一输入端用于接入所述电池电压，所述电压差检测单元的第二输入端用于接入所述开关信号；所述电压差检测单元用于检测所述电池电压与所述开关信号的电压差，所述电压差调节单元用于根据所述电压差控制所述电流源单元注入或抽取的电流大小。13.如权利要求12所述的充放电控制电路，其特征在于，所述电流源单元包括串联的第一电流源以及第二电流源；所述电压差调节单元用于控制所述第一电流源和所述第二电流源的电流大小，以使得所述补偿信号的大小为所述第一电流源与所述第二电流源的电流差值。14.如权利要求12所述的充放电控制电路，其特征在于，所述信号补偿模块还包括电压限制单元，所述电压限制单元用于比较所述开关信号的电压与预设限制电压；当所述开关信号的电压大于或等于所述预设限制电压时，所述电压差调节单元控制所述电流源单元注入或抽取的电流大小，以使得所述开关信号的电压小于所述预设限制电压。15.一种芯片，其特征在于，包括上述权利要求1至14任一项所述的充放电控制电路。16.一种电池充放电控制系统，其特征在于，包括：电池模块；充放电开关模块，所述充放电开关模块一端连接所述电池模块，另外一端连接至充放电接口；如权利要求14所述的芯片，所述芯片具有开关信号接口，所述充放电开关模块的控制端耦合至所述开关信号接口。17.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求16所述的芯片或者如权利要求15所述的电池充放电控制系统。

技术总结
本申请提供一种充放电控制电路、芯片、电池充放电控制系统及车辆，充放电控制电路包括：开关控制模块，开关控制模块用于根据电池电压输出开关信号，开关信号的电压与电池电压之间的电压差用于控制充放电开关模块的开关状态；信号补偿模块，信号补偿模块用于输出补偿信号；其中，开关控制模块基于补偿信号调整开关信号的电压与电池电压之间的电压差大小。本申请充放电控制电路可以保证充放电开关模块在开关信号控制下改变开关状态，实现对充放电开关模块的开关状态准确控制的目的。电开关模块的开关状态准确控制的目的。电开关模块的开关状态准确控制的目的。


技术研发人员：陈敏 陈培腾
受保护的技术使用者：芯海科技（深圳）股份有限公司
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/24