CN103187715B - 电池保护电路 - Google Patents

Abstract

公开了包括电池和电池保护电路的电池组。在一个方面，电池保护电路包括保护装置，被配置为当该保护装置被激活时阻止电路的电极和电池之间的电流流动。电池保护电路还包括主保护电路和二次保护电路。主保护电路被配置为，当在电池单元中检测到异常电压时生成用于控制保护装置的控制信号。二次保护电路被配置为，当从主保护电路接收到控制信号时或者当在电池单元中检测到异常电压时激活保护装置。

Description

电池保护电路

技术领域

本公开的一个或多个实施例涉及电池保护电路。

背景技术

便携式电子设备，例如移动电话、数码相机、膝上型计算机，正在广泛分布。因此，正在积极地开发用于提供电力以便操作便携式电子设备的改进的电池。

电池被提供为具有保护电路的电池组，该保护电路用于控制电池的充电/放电。在电池组中，在充电或放电过程期间，缺陷可以发生在电池或保护电路中，并因此保护电路包括用于稳定地控制电池的充电和放电的各种工具。

发明内容

本公开的一个或多个实施例包括电池保护电路，其能够简化电池电路的结构并降低材料成本。在实施例中，电池保护电路包括二次保护电路中的控制电路，其控制保护装置（例如，熔丝）。控制电路激活保护装置以便永久地阻断充电电流和放电电流的流动。

根据本公开的实施例，控制电路被包括在二次保护电路中，从而简化电池保护电路的结构并降低材料成本。

在实施例中，提供了一种用于可再充电电池的电池保护电路。该电池保护电路可以包括保护装置，被配置为当该保护装置被激活时阻止充电电流流入可再充电电池，或者阻止放电电流流出可再充电电池。电池保护电路还可以包括与可再充电电池电通信的第一保护电路。可再充电电池可以包括一个或多个电池单元。第一保护电路可以被配置为响应于在所述一个或多个电池单元中测量到异常而输出保护信号。电池保护电路可以附加地包括第二保护电路，其与可再充电电池、第一保护电路和保护装置电通信。第二保护电路还可以包括保护装置控制开关，其中第二保护电路被配置为响应于从第一保护电路接收到保护信号或者在可再充电电池中测量到异常而使用保护装置控制开关来激活保护装置。

第二保护电路还可以被配置为在从第二保护电路测量异常开始的选定时间段之后激活保护装置。

第一保护电路还可以被配置为检测电池充电或放电过程中可再充电电池的电荷状态以及在电池中流动的一个或多个电流中的一个或多个。

第一保护电路可以在第一保护电路测量异常之后提供用于控制可再充电电池的电荷状态的控制信号。

电池保护电路还可以包括控制开关，被配置为基于从第一保护电路接收到的控制信号来控制充电电流的流动或放电电流的流动。

第一保护电路可以基于由第一保护电流执行的监测来提供用于控制可再充电电池的电荷状态的控制信号。

由第一保护电路和第二保护电路测量的异常可以基本相同。

第二保护电路可以包括比较器，被配置为将可再充电电池的一个或多个已测量的电压与相应的参考电压相比较以便确定在已测量的电压中电压异常的存在。比较器还可以当检测到电压异常时输出结果信号。第二保护电路还可以包括延迟单元，被配置为将结果信号的传输延迟选定的持续时间。第二保护电路还可以包括逻辑单元，被配置为接收结果信号和保护信号。逻辑单元可以被配置为，当接收到结果信号和保护信号中的至少一个时，生成用于通过保护装置控制单元来激活保护装置的控制信号。

保护装置可以包括熔丝。

在另一个实施例中，提供了一种电池组。该电池组可以包括电池，其包括一个或多个电池单元。该电池组还可以附加地包括电池保护电路，其包括第一集成电路（IC）和保护装置。第一IC可以包括电压保护端子和保护装置控制端子。第一IC还可以包括保护装置控制开关。

电池组还可以包括第二IC。第二IC可以包括用于接收熔丝控制信号的端子。

附图说明

图1是示出包括根据本公开的实施例的电池保护电路的电池组的结构的示图；

图2是更详细地示出图1的实施例的电池组的电路图；

图3是图1的二次保护电路的实施例的电路图；以及

图4A和图4B是示出图2的二次保护电路中的电子设备的实施例的示图。

具体实施方式

由于本公开允许各种变化和许多实施例，因此特定实施例将在附图中示出并在书面描述中详细描述。然而，这不意味着将本公开限制为实践的特定模式，并且可以理解的是，所公开的实施例的所有改变、等同和替代都包括在本公开中。

虽然诸如“第一”、“第二”等这样的术语可以被用来描述各种组件，但是这样的组件可以不受上述术语的限制。上述术语可以仅用于将一个组件与另一个组件区分开。

在本说明书中所使用的术语仅仅用于描述特定实施例，而且并非旨在限制本公开。单数形式的表达包括复数形式的表达，除非在上下文中具有明显不同的含义。在本说明书中，可以理解的是，诸如“包括”或“具有”等的术语可以指示说明书中所公开的特征、数字、步骤、动作、组件、部件以及它们的组合的存在，而且并不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、动作、组件、部件以及它们的组合可以存在或可以被添加的可能性。

本公开的实施例可以参照附图在下面进行更详细地描述。相同或对应的那些组件可以与图号无关地利用相同的参考标记呈现，而且多余的解释可以被省略。

图1是示出电池组1的结构的示图，该电池组1包括与电池100电通信的、根据本公开的实施例的电池保护电路200。

参照图1，电池组1包括电池100和电池保护电路200。在这里，电池保护电路200包括充电/放电控制开关210、保护装置220、主保护电路230、二次保护电路240和终端单元250。将理解的是，虽然上面所引用的组件被示出为单独的组件，但是这些组件中的一个或多个可以被组合成单一的组件或单元（例如，一个或多个集成电路）。

电池100存储电力以便将电力提供给电池组1安装在其中的电子设备。此外，当充电器被连接到电池组1时，电池100可以通过外部电力进行充电。

电池保护电路200控制电池100的充电和放电，并且控制电池组1的整体操作。

充电/放电控制开关210被形成在大电流路径中，充电电流和放电电流通过该大电流路径流动，而且充电/放电控制开关210控制充电电流和放电电流的流动。

保护装置220阻断大电流路径（例如，被定位的电流路径上），并被配置为当其被激活时永久阻断充电电流和放电电流的流动。保护装置220可以是二次保护单元，当即使在通过控制充电/放电控制开关210来阻断充电或放电操作的情况下电池组1的异常状态仍持续时，该保护装置220工作。在某些实施例中，保护装置220可以包括熔丝。

主保护电路（primary protection circuit）230控制电池100的充电和放电，并且控制电池100中所包括的电池单元110的平衡。主保护电路230监测电池100的充电状态、电池100的放电状态以及电池组1中的电流流动状态中的一个或多个。此外，主保护电路230在感测到一个或多个电池单元110的异常电压时，测量一个或多个电池单元110的电压并且控制保护装置220的操作。主保护电路230根据监测结果和测量结果中的一个或多个来控制电池单元110的单元平衡、电池100的放电以及电池100的充电中的一个或多个。

在实施例中，主保护电路230生成充电控制信号Sc和放电控制信号Sd，用于测量电池单元110的电压并用于控制充电/放电控制开关210。主保护电路230还生成熔丝控制信号Sf，用于控制保护装置220。

二次保护电路240测量电池单元110的电压，以确定一个或多个电池单元110是否正在异常操作。作为测量电池单元110的电压的结果，如果在电池单元110中检测到异常或者如果从主保护电路230发送熔丝控制信号Sf，则二次保护电路240在保护装置220中感应生成电流，以便激活保护装置220。以这种方式，可以防止过电流在电池单元110中流动。

终端单元250将电池组1连接到外部装置。例如，在实施例中，外部装置可以包括电子装置或充电器。终端单元250包括阴极端子251和阳极端子252。充电电流通过阴极端子251感应生成，而且放电电流通过阴极端子251排出。另一方面，充电电流通过阳极端子252排出，而且放电电流通过阳极端子252感应生成。

尽管未在附图中示出，但是在实施例中，终端单元250还可以包括一个端子。终端单元250可以被配置用于将数据发送到外部装置、从外部装置接收控制信号、以及它们的组合。此外，如图1所示，终端单元250包括一对阴极端子251和阳极端子252。然而，在可替换的实施例中，用于充电的端子和用于放电的端子中的每一个可以单独形成。

在下文中，将参照电池组1的详细电路结构来描述电池保护电路200的操作。

图2是更详细地示出图1的实施例的电池组1的电路图。

电池100可以包括至少一个电池单元110。电池单元110可以包括可充电的二次电池。实施例可以包括，但不限于，镍-镉电池、铅二次电池、镍金属氢化物电池（NiMH）、锂离子电池和锂聚合物电池中的一个或多个。

充电/放电控制开关210可以包括充电控制开关211和放电控制开关212。

充电控制开关211根据充电控制信号Sc控制充电电流的流动。充电控制开关211包括场效应晶体管FET1和寄生二极管D1。场效应晶体管FET1被连接以便限制从阴极端子251向电池100流动、从电池100向阳极端子252流动、以及从阴极端子251向电池100流动再从电池100向阳极端子252流动的电流。也就是说，在某些实施例中，充电电流的流动可以通过使用场效应晶体管FET1来阻断。例如，如图2所示，场效应晶体管FET1被布置，以使得放电电流可以通过寄生二极管D1流动。

放电控制开关212根据放电控制信号Sd控制放电电流的流动。放电控制开关212包括场效应晶体管FET2和寄生二极管D2。场效应晶体管FET2被连接以便限制从阳极端子252向电池100流动、从电池100向阴极端子251流动、以及从阳极端子252向电池100流动再从电池100向阴极端子251流动的电流。也就是说，放电电流的流动可以通过使用场效应晶体管FET2来阻断。例如，如图2所示，场效应晶体管FET2被布置，以使得充电电流可以通过寄生二极管D2流动。场效应晶体管FET2的源极和漏极的连接方向与场效应晶体管FET1的源极和漏极的连接方向相反。

在实施例中，充电控制开关211和放电控制开关212可以包括开关装置，并不限于场效应晶体管。例如，可以用作开关的各种装置都可以用作充电控制开关211和放电控制开关212中的一个或多个。

保护装置220可以被定位在大电流路径中，并被配置为当保护装置220被激活时永久阻断电流路径。如下面更详细讨论的，通过这样的配置，保护装置200防止电池组1被重复使用。在某些实施例中，保护装置220可以包括熔丝。

保护装置220可以被形成在大电流路径上的充电/放电控制开关210和终端单元250的阴极端子251之间。当电池100具有缺陷时，保护装置220可以阻断沿阴极端子251和保护电路200的其余部分之间的电流路径的电流流动，从而充电电流或放电电流可以不流动。熔丝的电阻器R1可以被连接在大电流路径和地之间。当等于或大于预定值的电流流过电阻器R1时，保护装置220（例如，熔丝）被从电阻器R1产生的热量熔化，而且电流的流动被阻断。

主保护电路230可以包括电源端子VDD、接地端子VSS、用于测量电池单元110的电压的端子V1、V2和V3、充电控制端子CHG、放电控制端子DCG和第一熔丝控制端子FC。

电源电压和地电压可以被分别施加到电源端子VDD和接地端子VSS。电池单元110的多个电压可以被分别施加到用于测量电池单元110的电压的端子V1、V2和V3。充电控制端子CHG可以输出充电控制信号Sc，当测量到电池组1中的缺陷（例如，异常）时，该充电控制信号Sc用于控制充电控制开关211的操作。放电控制端子DCG可以输出放电控制信号Sd，当测量到电池组1中的缺陷时，该放电控制信号Sd用于控制放电控制开关212的操作。

第一熔丝控制端子FC可以输出熔丝控制信号Sf，用于允许保护装置220激活和阻断大电流路径。主保护电路230可以测量电池单元110的电压，并生成熔丝控制信号Sf。当主保护电路检测到一个或多个电池单元110中的异常时，主保护电路230还可以通过第一熔丝控制端子FC输出熔丝控制信号Sf，以便向保护装置220发信号来激活和阻断大电流路径。

虽然在图中未示出，但是主保护电路230还可以包括用于测量一个或多个中间电压、用于监测充电状态和放电状态并用于测量电流的流动的端子。

在可替代的实施例中，主保护电路230中的上述公开的功能中的一个或多个可以通过第一集成电路来执行。例如，第一集成电路可以包括电压检测端子和保护装置控制端子。电压检测端子可以至少执行如上所述的用于测量电池单元110的电压并检测电池单元110中的电压异常的端子V1、V2和V3的功能。保护装置控制端子可以至少执行如上所述的用于输出熔丝控制信号Sf熔丝控制端子FC的功能。

二次保护电路240可以包括电源端子VDD、接地端子VSS、用于测量电池单元110的电压的端子V1、V2和V3、熔丝控制信号Sf接收端子VF和第二熔丝控制端子VO。

电源电压和接地电压可以被分别施加到电源端子VDD和接地端子VSS。电池单元110的多个电压可以被分别施加到用于测量电池单元110的电压的端子V1、V2和V3。熔丝控制信号接收端子VF可以接收从主保护电路230输出的熔丝控制信号Sf。当测量电池单元110的电压的结果表明在电池单元110中发生异常或者当接收到从主保护电路230输出的熔丝控制信号Sf时，第二熔丝控制端子VO可以感应生成电流以便流过保护装置220的电阻器R1。

图3是二次保护电路240的实施例的详细电路图。

参照图3示，二次保护电路240可以包括电压调整单元241、第一到第三比较单元242、243和244、延迟单元245、第一放大单元246、逻辑求和计算单元247、第二放大单元248和控制单元249。

电压调整单元241可以调整通过电源端子VDD输入的电力，以便生成用于操作二次保护电路240中的每个元件的电压。

第一到第三比较单元242、243和244可以将输入到电压测量端子V1、V2和V3的电池单元110的电压分别与第一到第三基准电压VR1、VR1+VR2和VR1+VR2+VR3进行比较，以便确定电池单元110是否处于异常状态。例如，如图3的实施例所示，当输入到电压测量端子V1、V2和V3的电池单元110的电压与第一到第三基准电压VR1、VR1+VR2和VR1+VR2+VR3相同时，第一到第三比较单元242、243和244可以输出0。然而，当在输入到电压测量端子V1、V2和V3的电池单元110的电压与第一到第三基准电压VR1、VR1+VR2和VR1+VR2+VR3之间存在差异时，第一到第三比较单元242、243和244可以确定存在异常。响应于确定存在异常，可以输出用于操作保护装置220的电压。

延迟单元245将第一到第三比较单元242、243和244的比较结果值延迟预定时间。该预定时间可以是，例如，4秒。

因此，二次保护电路240的操作也可以在主保护电路230的操作过程中被阻止。例如，在某些实施例中，当电池单元110的电压异常时，主保护电路230和二次保护电路240二者都可以确定电池单元110的电压异常。然而，主保护电路230可以具有优先级。因此，主保护电路230可以生成熔丝控制信号Sf并且将所生成的信号Sf发送到二次保护电路240。响应于接收所生成的SF信号，二次保护电路240可以根据从主保护电路230发送的熔丝控制信号Sf来驱动控制单元249。

然而，如果在预定时间内没有从主保护电路230发送熔丝控制信号Sf，则即使电池单元110的电压可以被确定为处于异常状态，二次保护电路240也可以通过使用在其中确定的关于电池单元110的信息来操作控制单元249。因此，如果由初级保护电路230测量电池单元110的电压存在问题，则二次保护电路240（而不是主保护电路230）可以测量电池单元110的电压。有益地，在这种方式中，电池单元110可以是双保护的。

第一放大单元246放大通过熔丝控制信号Sf接收端子VF从主保护电路230输入的熔丝控制信号Sf。

逻辑求和计算单元247对从延迟单元245输出的电池单元110的电压和通过第一放大单元246放大的熔丝控制信号Sf执行逻辑求和计算，并且将最终的熔丝控制信号输出到控制单元249。例如，在实施例中，当熔丝控制信号Sf从主保护电路230输入时，或者当二级保护电路240确定在电池单元110中发生异常电压时，用于开启控制单元249的控制信号被施加到控制单元249。然而，当熔丝控制信号Sf不是从主保护电路230输入的而且二次保护电路240确定在电池单元110中没有发生异常电压时，用于关闭控制单元249的控制信号被施加到控制单元249。

第二放大单元248可以放大从逻辑求和计算单元247输出的最终的熔丝控制信号。

控制单元249可以根据放大的最终的熔丝控制信号被开启/关闭。当用于开启控制单元249的熔丝控制信号被输入到熔丝控制单元249中时，控制单元249可以允许电流流经保护装置220（例如，熔丝）中包括的电阻器R1，从而保护装置220可以阻断电流路径。控制单元249可以包括场效应晶体管FET3。

如上所述，控制单元249可以形成在二次保护电路240的外侧部分上。因此，控制单元249可以从主保护电路230或从二次保护电路240接收控制信号以使保护装置220阻断电流路径，并因此占据电路面积。然而，在本实施例中，控制单元249被包括在二次保护电路240中。因此，由电路200占据的面积可以被减小。

在进一步的实施例中，二次保护电路240的一个或多个功能通过第二集成电路（IC）执行。例如，第二集成电路包括电压检测端子、用于接收熔丝控制信号的端子和保护装置控制开关。

第二集成电路的电压检测端子可以被配置以执行至少端子V1、V2和V3、以及二次保护端子240的第一到第三比较单元242、243和244、和延迟单元245的功能。第二IC还被配置以执行第一到第三比较单元242、243和244的功能，以便基于输入到电压检测端子的电压来确定电池单元110中异常的存在。第二IC还执行延迟单元245的功能，将第一到第三比较单元242、243和244的比较结果值延迟预定时间。

用于接收熔丝控制信号的端子被配置以执行如上所述的接收端子VF的功能。例如，第二集成电路被配置以接收熔丝控制信号Sf（例如，如上所述，来自主保护电路230和/或第一集成电路）。

第二IC的保护装置控制开关可以被配置以执行上述的第二熔丝控制端子VO、第一放大单元246、逻辑求和计算单元247、第二放大单元248和控制单元249中的一个或多个的功能。例如，当第二IC接收到熔丝控制信号Sf时或者当第二IC确定在电池单元110中存在异常电压时，第二IC可以将使保护装置220（例如，熔丝）阻断电流路径的信号发送给保护装置。在另一个例子中，当未接收到熔丝控制信号Sf而且第二IC确定在电池单元110中没有发生异常电压时，第二IC可以避免将使保护装置220（例如，熔丝）阻断电流路径的信号发送给保护装置。

图4A和图4B是示出二次保护电路240的实施例的电子设备的示意图。图4A是电子设备的俯视图的示意性图示，而且图4B是电子设备的仰视图的示意性图示。参照图4B，接地端子VSS被很宽地形成，而且接地端子VSS被用作包括场效应晶体管FET3的控制单元249的漏极，从而当流过场效应晶体管FET3的电流生成热量时可以减小热损失。

应当理解，这里所描述的实施例应被视为仅出于描述性的意义，而不是为了限制的目的。每个实施例内的特征或方面的描述通常应该被视为可用于其它实施例中的其它相似特征或方面。

Claims (9)

1.一种用于可再充电电池的电池保护电路，包括：

保护装置，被配置为当该保护装置被激活时阻止充电电流流入可再充电电池，或者阻止放电电流流出可再充电电池；

第一保护电路，与可再充电电池电通信，其中可再充电电池包括一个或多个电池单元；以及

第二保护电路，与可再充电电池、第一保护电路和保护装置直接电通信，并且包括保护装置控制开关，

其中第一保护电路被配置为响应于在所述一个或多个电池单元中测量到异常而输出保护信号和输出熔丝控制信号到第二保护电路，以及

其中第二保护电路被配置为响应于从通过第二保护电路在可再充电电池中测量到所述异常开始在选定时间段之内没有从第一保护电路接收到用于所述异常的熔丝控制信号，而使用保护装置控制开关来激活保护装置。

2.如权利要求1所述的电池保护电路，其中，第一保护电路还被配置为检测以下特征中的一个或多个：

电池充电或放电过程中可再充电电池的电荷状态；以及

在电池中流动的一个或多个电流。

3.如权利要求2所述的电池保护电路，其中，第一保护电路在第一保护电路测量异常之后提供用于控制可再充电电池的电荷状态的控制信号。

4.如权利要求3所述的电池保护电路，还包括控制开关，被配置为基于从第一保护电路接收到的控制信号来控制充电电流的流动或放电电流的流动。

5.如权利要求2所述的电池保护电路，其中，第一保护电路基于由第一保护电流执行的监测来提供用于控制可再充电电池的电荷状态的控制信号。

6.如权利要求1所述的电池保护电路，其中，由第一保护电路和第二保护电路测量的异常相同。

7.如权利要求1所述的电池保护电路，其中，第二保护电路包括：

比较器，被配置为将可再充电电池的一个或多个已测量的电压与相应的参考电压相比较以便确定在已测量的电压中电压异常的存在，并且当检测到电压异常时输出结果信号；

延迟单元，被配置为将结果信号的传输延迟选定的持续时间；以及

逻辑单元，被配置为接收结果信号和保护信号，并且当接收到结果信号和保护信号中的至少一个时，生成用于通过保护装置控制单元来激活保护装置的控制信号。

8.如权利要求1所述的电池保护电路，其中，所述保护装置是熔丝。

9.一种电池组，包括：

电池，包括一个或多个电池单元；以及

电池保护电路，包括第一集成电路、第二集成电路和保护装置，

其中保护装置配置为当该保护装置被激活时阻止充电电流流入电池或者阻止放电电流流出电池，

其中第一集成电路包括电压保护端子和保护装置控制端子，与电池电通信，并且响应于在所述一个或多个电池单元中测量到异常而输出保护信号到保护装置控制端子和输出熔丝控制信号到第二集成电路，

其中第二集成电路包括用于接收保护信号的端子，与电池、第一集成电路和保护装置直接电通信，还包括保护装置控制开关，并且响应于从通过第二集成电路在电池中测量到异常开始在选定时间段之内没有从第一集成电路接收到用于所述异常的熔丝控制信号，而使用保护装置控制开关来激活保护装置。