CN103683211A

CN103683211A - 电池保护电路及包括其的电池组

Info

Publication number: CN103683211A
Application number: CN201310352394.2A
Authority: CN
Inventors: 智世镇
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2033-08-14
Also published as: EP2704289A1; US20140063670A1; KR102220900B1; KR20200124187A; JP2014054169A; JP6230181B2; KR20140031099A; EP2704289B1; CN103683211B

Abstract

公开了一种电池保护电路和电池组。电池组包括电池保护电路，其中电池保护电路具有开关单元和控制电路，其中控制电路使用控制信号控制开关单元。电池保护电路还具有外部端子，其中外部端子可被配置为将控制信号电连接至电池保护电路外部的电路。

Description

电池保护电路及包括其的电池组

对相关申请的交叉引用

此申请要求在美国专利商标局于2012年9月4日提交的美国临时申请No.61/696,672和于2013年5月28日提交的美国非临时申请No.13/903,870的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。

技术领域

本公开技术涉及一种电池保护电路和包括其的电池组，并且更具体地，涉及一种电池保护电路和电池组，其包括能够连接至晶体管的栅极用于充电/放电控制，使得可以容易地控制晶体管的导通电阻的端子。因此，可以进行有效的电池管理。

背景技术

最近，积极地开关并生产出了尺寸小并且重量轻的可便携电子设备，诸如蜂窝手机、笔记本计算机和可携式摄像机。可便携电子设备具有电池以便在不提供单独的电源的位置工作。

因为例如电池的化学性质，所以如果电池经受通过端子之间的短路导致的过充电、过放电或过电流，则由于它的点燃、破裂或***而可能发生对电池的损坏。因此，如在图1中所示的电池组100中可见，在现有技术的电池组100中包括了通过检测裸电池110的过充电、过电流和过放电来保护裸电池110的电池保护电路120。

可以以集成电路（IC）芯片的形式来制造电池保护电路120。电池保护电路120在其中包括控制IC130和开关单元140，以便执行裸电池110的保护操作。通常，开关单元140被配置为包括通过控制IC130控制的用于放电控制的晶体管141和用于充电控制的晶体管142。

如在图1中可见，电池保护电路120包括单独的端子T1、T2和T3，通过其实现到用于充电/放电控制的晶体管141和142的每个的源/漏极的外部连接。但是，电池保护电路120不包括单独的外部端子来用于到用于充电/放电控制的晶体管141和142的栅极的电连接。

可以控制晶体管141和142的栅极来调节电池组100的内部电阻。然而，因为用于充电/放电控制的晶体管141和142的栅极没有暴露于外部，所以存在这样的问题：不能通过外部源来控制用于充电/放电控制的晶体管141和142的导通电阻。

发明内容

另一发明方面是一种电池组，包括电池单元，以及作为集成电路形成并被配置为保护电池单元的电池保护电路，该电池保护电路包括：被配置为根据在控制输入处接收的控制信号来控制电池单元的充电和放电的开关单元，被配置为生成控制信号的控制电路，以及被配置为将控制输入电连接至电池保护电路外部的电路的至少一个外部端子。

另一发明方面是一种作为集成电路形成并被配置为保护电池单元的电池保护电路，该电池组保护电路包括：被配置为根据在控制输入处接收的控制信号来控制电池单元的充电和放电的开关单元，被配置为生成控制信号的控制电路，以及被配置为将控制输入电连接至电池保护电路外部的电路的外部端子。

附图说明

与说明书一起的附图说明示范性实施例，并且附图与说明书一起用来解释各种发明原理和各方面。

图1是示出电池组的电路图；

图2是示出根据实施例的电池组的电路图；

图3是示出用于图2的实施例的控制IC的配置的电路图；

图4是示出根据另一实施例的电池组的电路图。

具体实施方式

以下，参照附图描述某些示范性实施例。当第一元件被描述为连接至第二元件时，第一元件可以不单是直接连接至第二元件，而是可以替换地经由第三元件间接地连接至第二元件。此外，为了清楚可能省略对于本发明的完整理解非必须的一些元件。此外，遍及附图，相似的参考数字通常指代相似的元件。

图2是示出根据实施例的电池组的电路图。参照图2，根据此实施例的电池组200包括裸电池210和电池保护电路220。

裸电池210可以是一个或多个裸电池，并且多个裸电池210可以串联和/或并联连接。可以在裸电池210的高电流路径上形成可连接至充电器（未示出）、电子产品（未示出）等等的正极和负极端子281和282。

使用电池保护电路220来解决由于裸电池210的异常状态（例如过充电、过放电、过电流等等）而出现的问题。将电池保护电路220连接至裸电池210以便执行裸电池210的保护操作。电池保护电路220可以被制造为集成电路（IC）芯片。

参照图2，电池保护电路220包括诸如示范性控制电路控制IC230的控制电路，以及开关单元240。控制IC230执行检测裸电池210的异常状态的功能。例如，控制IC230可以检测诸如过充电、过放电或过电流的异常状态。

控制IC230通过控制开关单元240可以控制裸电池210的充电/放电状态。开关单元240包括用于控制裸电池210的充电/放电的至少一个晶体管，并且可以通过控制IC230来控制开关单元240的操作。

可以将包括在开关单元240中的至少一个晶体管的栅极连接至电池保护电路220的栅极连接端子，其也是用于电池保护电路220外部的连接的电极端子。开关单元240可以包括用于放电控制的诸如晶体管241的开关，以及用于充电控制的诸如晶体管242的开关，这将在下面进一步描述。

在这种情况下，可以将用于放电控制的晶体管241的栅极连接至暴露于外部的、诸如电池保护电路220的第一栅极连接端子G1的第一外部端子，并且可以将用于充电控制的晶体管242的栅极连接至也暴露于外部的、诸如电池保护电路220的第二栅极连接端子G2的第二外部端子。

如在图1中可见，将包括在开关单元140中的晶体管141和142的栅极连接至电池保护电路120中的控制IC130。因此，不能直接从外部访问晶体管141和142的栅极，并且因此，不能从外部控制晶体管141和142的栅极，以便例如调节内部电阻。

相反，包括在开关单元240中的晶体管241和242的栅极通过各自的栅极连接端子G1和G2而暴露于外部，从而可以从外部控制晶体管241和242的每个的导通电阻。

描述用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242之间的连接关系。可以将用于放电控制的晶体管241的第一电极连接至暴露于外部的、电池保护电路220的第一端子T1，并且可以将用于放电控制的晶体管241的第二电极连接至用于充电控制的晶体管242的第二电极。此外，可以将用于充电控制的晶体管242的第一电极连接至暴露于外部的、电池保护电路220的第二端子T2。

例如，用于放电控制的晶体管241的第一和第二电极可以分别是源极和漏极。此外，用于充电控制的晶体管242的第一和第二电极可以分别是源极和漏极。

用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242分别与并联连接的二极管251和252关联。从而，在用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242的充电和放电中，可以通过各自的二极管251和252向用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242供电，其中不是用于放电控制的晶体管241就是用于充电控制的晶体管242被关断。

可以将用于放电控制的晶体管241的第二电极和用于充电控制的晶体管242的第二电极连接至暴露于外部的、电池保护电路220的第三端子T3。

用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242可以是N-MOS或P-MOS晶体管。

根据此实施例的电池保护电路包括第一和第二栅极连接端子G1和G2，以及第一、第二和第三端子T1、T2和T3。

在此实施例中，将第一端子T1连接至裸电池210的负极，并且将第二端子T2连接至电池组200的负极端子282。

电池保护电路220可以包括连接至裸电池210的正极的电源端子VDD，以及连接至电池组200的负极端子282的辅助端子V-。

如图2中所示，可以在裸电池210的正极和电源端子VDD之间提供电阻器R1，并且可以在电源端子VDD和电池保护电路220的第一端子T1之间提供电容器C。此外，可以在辅助端子V-和电池组200的负极端子282之间提供电阻器R2。

在此实施例中，为了电路设计的方便，在彼此相对的位置处形成第一和第二栅极连接端子G1和G2。在电池保护电路220的一侧形成第一栅极连接端子G1的情况下，可以在电池保护电路220的另一侧形成第二栅极连接端子G2。

在此实施例中，相邻于第一栅极连接端子G1形成第一端子T1，并且相邻于第二栅极连接端子G2形成第二端子T2。作为例子，如图2中所示，电源端子VDD、第一栅极连接端子G1和第一端子T1从此图的顶部顺序地位于电池保护电路220的一侧，并且辅助的端子V-、第二栅极连接端子G2和第二端子T2从此图的顶部顺序地位于电池保护电路220的另一侧。

图3是示出用于图2的电池组的控制IC230的实施例的电路图。

参照图3，根据此实施例的控制IC230包括检测裸电池210的过充电的过充电检测单元VD1、检测裸电池210的过放电的过放电检测单元VD2。控制IC230还包括检测裸电池210的过电流的放电和充电过电流检测单元VD3和VD4，第一逻辑电路311、第二逻辑电路312、延迟电路320、振荡器330、计数器340、电平转换电路350以及短路检测电路360。

将控制IC230连接至电池保护电路220的电源端子和辅助端子VDD和V-。控制IC230包括连接至开关单元240的接地端子VSS、放电控制端子Dout和充电控制端子Cout。控制IC230包括连接至振荡器330的DS端子。

如所示，可以将控制IC230的接地端子VSS连接至第一端子T1和开关单元240的用于放电控制的晶体管241的第一电极，并且可以将放电控制端子Dout连接至第一栅极连接端子G1和包括在开关单元240中的用于放电控制的晶体管241的栅极。可以将充电控制端子Cout连接至第二栅极连接端子G2和开关单元240的用于充电控制的晶体管242的栅极。

在下文中，描述由电池保护电路220执行的某些操作。

如果通过过充电检测单元VD1、过放电检测单元VD2、放电过电流检测单元VD3、充电过电流检测单元VD4或短路检测电路360检测到过充电、过放电、放电过电流、充电过电流或短路，则激活振荡器330，并且计数器340开始计数。

在检测到过充电或充电过电流的情况下，使用计数器340测量预定的检测延迟时间，然后通过逻辑电路311和电平转换电路350将充电控制端子Cout的输出切换到低电平。结果，关断用于充电控制的晶体管242。

在检测到过放电、放电过电流或短路的情况下，通过逻辑电路312将放电控制端子Dout的输出切换到低电平。结果，关断用于放电控制的晶体管241。

上述控制IC230的配置和操作仅仅是实施例，并且可以被不同地修改。

图4是示出根据另一实施例的电池组的电路图。参照图4，根据此实施例的电池组200进一步包括辅助开关单元300。

提供辅助开关单元300来调节电池组200的内部电阻，即，在高电流路径上的开关单元240的电阻。辅助开关单元300可以包括与包括在开关单元240中的、用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242并联连接的至少一个晶体管。

在这种情况下，用与开关单元240相同的形式配置辅助开关单元300。因此，辅助开关单元300可以包括第一晶体管311和第二晶体管312。第一和第二晶体管311和312可以串联连接在第一和第二端子T1和T2之间，以便与用于放电控制的晶体管241和用于充电控制的晶体管242并行地安置。

具体地，将第一晶体管311的第一电极连接至第一端子T1，并且将第一晶体管311的第二电极连接至第二晶体管312的第二电极。此外，可以将第二晶体管312的第一电极连接至第二端子T2。作为例子，第一晶体管311的第一和第二电极可以分别是源极和漏极。此外，第二晶体管312的第一和第二电极可以分别是源极和漏极。

为了执行与开关单元240相同的功能，辅助开关单元300可以提供有分别与第一和第二晶体管311和312并联连接的辅助二极管321和322。为了执行与用于放电控制的晶体管241相同的操作，可以将第一晶体管311的栅极连接至第一栅极连接端子G1。为了执行与用于充电控制的晶体管242相同的操作，可以将第二晶体管312的栅极连接至第二栅极连接端子G2。

虽然在图4中示出一个开关单元240，但是可以不同地改变开关单元240的数目。因此，向电池保护电路220添加单独的栅极连接端子G1和G2，使得可以向电池组200添加用于调节电池组200的内部电阻的辅助开关单元300，而不改变以IC芯片的形式制造的电池保护电路220的形式。

虽然已经结合某些示范性实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于所公开的实施例，而是相反地，本发明意在覆盖各种修改和等效的布置。

Claims

1.一种电池组，包括：

电池单元；及

作为集成电路形成并被配置为保护电池单元的电池保护电路，该电池保护电路包括：

开关单元，被配置为根据在控制输入处接收的控制信号控制电池单元的充电和放电，

控制电路，被配置为生成控制信号，以及

至少一个外部端子，被配置为将控制输入电连接至电池保护电路外部的电路。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中电池保护电路包括被配置为从电池单元接收电力的正电源输入端子。

3.根据权利要求1所述的电池组，其中电池保护电路包括被配置为从电池保护电路向电池单元传导电流的负电源输入端子。

4.根据权利要求1所述的电池组，其中电池保护电路进一步包括电源端子，其中将开关单元连接至开关单元端子，并且其中外部端子位于电源端子和开关单元端子之间。

5.根据权利要求1所述的电池组，进一步包括辅助开关单元，包括电连接至外部端子的辅助控制输入。

6.根据权利要求5所述的电池组，其中辅助开关单元和开关单元分别包括第一和第二开关。

7.根据权利要求6所述的电池组，其中开关单元的控制输入包括分别与开关单元的第一和第二开关对应的第一和第二端子，并且其中辅助开关单元的辅助控制输入包括分别与辅助开关单元的第一和第二开关对应的第一和第二辅助端子。

8.根据权利要求6所述的电池组，其中至少一个外部端子包括第一和第二外部端子，并且将第一外部端子连接至开关单元的第一端子和辅助开关单元的第一开关，并且将第二外部端子连接至开关单元的第二端子和辅助开关单元的第二开关。

9.根据权利要求5所述的电池组，其中电池保护电路包括被配置为从电池单元接收电力的正电源输入端子。

10.根据权利要求5所述的电池组，其中电池保护电路包括被配置为从电池保护电路向电池单元传导电流的负电源输入端子。

11.根据权利要求5所述的电池组，其中电池保护电路进一步包括电源端子，其中将开关单元连接至开关单元端子，并且其中外部端子位于电源端子和开关单元端子之间。

12.一种作为集成电路形成并被配置为保护电池单元的电池保护电路，该电池保护电路包括：

开关单元，被配置为根据在控制输入处接收的控制信号控制电池单元的充电和放电；

控制电路；被配置为生成控制信号；以及

外部端子，被配置为将控制输入电连接至电池保护电路外部的电路。

13.根据权利要求12所述的电池保护电路，其中开关单元包括第一和第二开关。

14.根据权利要求13所述的电池保护电路，其中开关单元的控制输入包括分别与第一和第二开关对应的第一和第二端子。

15.根据权利要求13所述的电池保护电路，其中外部端子包括第一和第二外部端子，并且将第一外部端子连接至开关单元的第一端子，并且将第二外部端子连接至开关单元的第二端子。

16.根据权利要求12所述的电池保护电路，进一步包括被配置为从电池单元接收电力的正电源输入端子。

17.根据权利要求12所述的电池保护电路，进一步包括被配置为从电池保护电路向电池单元传导电流的负电源输入端子。

18.根据权利要求12所述的电池保护电路，进一步包括电源端子，其中将开关单元连接至开关单元端子，并且其中外部端子位于电源端子和开关单元端子之间。