CN1187861C - 电池组 - Google Patents

Abstract

一种安装到一个预定设备上的电池组，允许在该电池组与该设备之间供给和输出一个二次电池组电池的功率，该电池组包括：多个场效应晶体管，用来响应控制信号停止充电或放电电流；及一个控制电路，用来通过输出用来控制场效应晶体管的控制电压，来控制二次电池组电池的充电和放电电流；其中经10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到多个场效应晶体管的相应栅极。

Description

电池组

技术领域

本申请要求对于日本专利申请JP 2000-170431的优先权，并且该申请的公开通过参考法律允许的范围包括在这里。

本发明涉及一种电池组，并且例如适用于基于锂离子二次电池的电池组。

背景技术

按常规，基于锂离子二次电池的电池组适于利用用来控制切换场效应晶体管的操作的控制器IC来防止过电压充电和欠电压放电。

图6是连接图，表示一种电池组。就是说，电池组1带有分别装在一个预定壳体内的一个二次电池单元2和一个保护电路3。电池组1当安装到一个充电装置或一个负载器件上时，能够在充电装置或负载器件与二次电池单元2之间经一个正外部终端4A和一个负外部终端4B供给和输出充电和放电电流。

在电池组1中，二次电池单元2的终端电压和在正外部终端4A与负外部终端4B之间的终端电压等利用控制器IC5监视，以允许根据监视结果切换放置在受通断控制的充电和放电路径中的场效应晶体管6、7。就是说，构造电池组1，从而放电和充电控制N沟道场效应晶体管6、7串联放置于在二次电池单元2的负外部终端4B与一个正外部终端之间。顺便说明，由于结构原因，在N沟道场效应晶体管6、7的每一个的源极与一个漏极之间存在寄生二极管。因此，当二次电池单元2的终端电压下降到一个预定值或更小时，电池组1把放电控制场效应晶体管6转变到断状态以防止欠电压放电。另一方面，当二次电池单元2的终端电压增大到预定值或更大时，电池组把充电控制场效应晶体管7转变到断状态以防止过电压充电。

顺便说明，电池组1应用P沟道场效应晶体管8、9而不是N沟道场效应晶体管6、7，在某些情况下构成切换装置，如图7中所示。

当需要大充电和放电电流时，构造电池组31，从而并联连接构成切换装置的场效应晶体管，以与图6相反控制充电和放电电流，如图8中所示。就是说，提供电池组31，以把从控制器IC输出的控制信号经一个电阻器10供给到场效应晶体管6A、6B的栅极。顺便说明，图8仅表示放电控制场效应晶体管6A、6B，而没有描述充电控制场效应晶体管。要理解，在控制器IC中的控制信号输出终端的输出阻抗认为普通为10[KΩ]或更大，这对应于带有串联连接的电阻器10的等效电路。

顺便说明，用户有时把这类电池组在手中使用，并且结果，由静电引起的高电压在这样的情况下施加到电池组上。尽管由静电引起的高电压限于约6至15[kV]，但几[kV]或更大电压的应用认为足以引起场效应晶体管的击穿。因而，当用户频繁地把电池组在手中使用时，担心由静电可能引起场效应晶体管的击穿。

对于在常规电池组中由静电等引起的场效应晶体管的击穿，增大场效应晶体管的源极至漏极电阻值，导致使用构造成如图6和7中描述的那样把构成切换装置的充电和放电控制场效应晶体管的每一个单独地放置在充电和放电路径中的困难。在这种连接中，尽管在普通条件下把源极至漏极电阻值限制为100[mΩ]或更小，而由于如上描述的击穿结果增大到1[kΩ]。

另一方面，在构造成如图8中描述的那样并联连接场效应晶体管的电池组中，并联连接的场效应晶体管只有一个的击穿假定由静电引起。在这种情况下，当并联连接大量场效应晶体管等时，每个场效应晶体管肯定容量足以允许剩余的场效应晶体管在某些情况下施加足够的充电和放电电流。如果使电池组适用于这样一种情况，则认为是便利的。然而，常规电池组存在难以使电池组适用于这样一种情况的问题。

利用带有图8中所示结构的电池组的情形现在将给出描述。就是说，提供控制器IC，以根据放电控制场效应晶体管6A、6B的栅极控制电压的升高和降低把放电控制场效应晶体管6A、6B设置到通状态和断状态。用来把放电控制场效应晶体管设置到通状态需要的电压，例如被设置在一个近似等于二次电池单元2的终端电压的值。另一方面，需要把栅极控制电压设置在近似为0[V]，以把放电控制场效应晶体管设置到断状态。当二次电池单元的终端电压下降到2[V]时，用在锂离子二次电池中的控制器IC把场效应晶体管6A、6B从通状态转变到断状态。

在电池组中的电阻器10设置成具有约100[kΩ]的电阻值，从而在场效应晶体管6A、6B每一个中的栅极对源极电阻值在普通条件下达到约1至200[MΩ]。因而，控制器IC5使得有可能把控制终端的终端电压设置在4[V]和0[V]，以便分别把场效应晶体管6A、6B的栅极电压设置在4[V]和0[V]。

用来把场效应晶体管6A、6B每一个的源极对漏极电阻值保持为较小所需要的最小栅极对源极电压是约1.5[V]。因而，电池组使得有可能把控制终端的终端电压设置在4[V]和0[V]，以便把场效应晶体管6A、6B设置到通状态和断状态。

另一方面，当场效应晶体管的击穿由静电等引起时，把场效应晶体管的栅极对源极电阻降低到约1[kΩ]。例如假定场效应晶体管6A的击穿由静电引起，在未损坏侧场效应晶体管6B中的栅极对源极电压也下降到约0[V]，导致难以把场效应晶体管6B设置到通状态。顺便说明，图9表示在图8中所示电池组的构成中的每部分的电阻值，而没有描述放电控制场效应晶体管。在图9中，给出场效应晶体管的源极对漏极电阻值，作为两个场效应晶体管6A、6B的总电阻值。根据图9中的表，由于即使二次电池单元2的终端电压设置到4[V]，在由静电击穿之后场效应晶体管的总源极对漏极电阻值也达到2[kΩ]，所以要理解，把供给的放电电流限制为2[mA](4[V]÷2[kΩ])而不管负载的短路。为此原因，当场效应晶体管的一个击穿时，电池组不允许供给大到3[mA]至10[A]的放电电流，认为这是在普通条件下的放电电流。

发明内容

通过考虑以上描述的几点形成本发明。因而，希望提供一种具有通过使用并联连接的场效应晶体管来控制充电和放电电流的功能的电池组，即使一部分场效应晶体管例如由静电引起击穿时也是如此。

本发明的安装到一个预定设备上的电池组，允许在该电池组与所述设备之间供给和输出一个二次电池单元的功率，该电池组包括：多个场效应晶体管，用来响应控制电压停止充电或放电电流；及一个控制电路，用来通过输出用来控制所述场效应晶体管的所述控制电压，来控制所述二次电池单元的充电和放电电流；其中所述场效应晶体管并联连接在一条功率路径中且经10[kΩ]或更大的电阻器把所述控制电压供给到所述多个场效应晶体管的相应栅极。

其中所述场效应晶体管还可包括放置在所述二次电池单元正极侧的充电或放电路径中的P沟道场效应晶体管。

本发明的在电池组与一个设备之间传递二次电池单元的功率的电池组，该电池组包括：多个场效应晶体管，用来切换充电或放电电流；一个控制电路，用来在控制用来切换充电或放电电流的切换装置的所述多个场效应晶体管上产生和施加一个控制电压且所述场效应晶体管并联连接在一条功率路径中；以及多个电阻器，经其把所述控制电压施加到所述多个场效应晶体管的相应栅极上。

根据本发明的一个实施例，这里提供有一种具有通过使用构成充电或放电控制切换装置的并联连接场效应晶体管来控制充电和放电电流的功能的电池组，适于经10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到并联连接场效应晶体管的栅极，即使一部分场效应晶体管由静电等引起击穿时也是如此。

为了实现以上目的，根据本发明的电池组采取措施，以经10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到多个场效应晶体管的栅极。

因而，即使场效应晶体管任一个的击穿由静电等引起，并且把栅极对源极电阻减小到极小值，构成为经10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到多个场效应晶体管的栅极的电池组也使得有可能防止其他场效应晶体管栅极电压的降低，允许通过使用其他场效应晶体管控制充电和放电电流。

附图说明

参照附图由本发明实施例的如下描述，将明白本发明的上述和其他目的和特征，在附图中：

图1是连接图，表示根据本发明第一实施例的一种电池组；

图2A、2B是等效电路图，表示图1中电池组的一个场效应晶体管的周围构造；

图3是一张用来解释图1中电池组的操作的表；

图4是连接图，表示根据本发明第二实施例的一种电池组；

图5是连接图，表示根据本发明第三实施例的一种电池组；

图6是连接图，表示相关技术中的一种电池组；

图7是连接图，表示其中使用P沟道场效应晶体管而不是N沟道场效应晶体管的电池组；

图8是连接图，表示一种构造成并联连接场效应晶体管的电池组；及

图9是一张用来解释图8中电池组的操作的表。

具体实施方式

(1)第一实施例

(1-1)第一实施例的构造

图1是连接图，表示根据本发明第一实施例的一种电池组，与图8中的电池组不同。在图1中表示的一个电池组21中，与在图8中以前描述的电池组的组元相类似的组元由相同的标号指示，而没有其重复描述。顺便说明，尽管图1仅表示在电池组21中的放电控制场效应晶体管，但要理解，允许控制场效应晶体管在构造上类似于放电控制场效应晶体管。

提供电池组21以把控制电压从一个控制器IC经相应电阻器22A、22B供给到相应的场效应晶体管6A、6B。在该实施例中，选择性地确定电阻器22A、22B每一个的电阻值以满足这样的要求：即使场效应晶体管的任一个的击穿由静电等引起以把栅极对源极电阻减小到较小值，通过控制电压的升高也可以施加足以把其他场效应晶体管转变到通状态的栅极电压。

就是说，当保护IC5的控制电压的输出阻抗由ROUT指示时，电阻器22A、22B的电阻值分别由R22A、R22B指示，并且场效应晶体管6A、6B的栅极对源极电阻分别由R6A、R6B指示，保护IC5的控制电压按图2A中所示表示。现在假定场效应晶体管6A的击穿由静电等引起，场效应晶体管6A的栅极对源极电阻R6A下降到几[kΩ]，而未损坏侧场效应晶体管6B的栅极对源极电阻R6B增大到高达约100[MΩ]。因而，当选择性地确定电阻器22A、22B的电阻值R22A、R22B以满足通过控制电压的升高可以施加足以把其他场效应晶体管转变到通状态的栅极电压的要求时，保护IC5的控制电压在等效电路中可以按图2B中所示表示。

为此原因，把电阻器22A、22B的电阻值R22A、R22B设置成满足这样的要求：使随控制器IC5的控制电压与控制器IC5的输出阻抗ROUT一起升高由分压4(V)电压生成的电压Vth，高于足以把场效应晶体管6A、6B转变到通状态的电压。在最佳实施例中，把电阻器22A、22B的电阻值R22A、R22B设置成100[kΩ]以满足这样的要求：使分压电压Vth高于足以把场效应晶体管6A、6B转变到通状态同时留有足够余量的电压。顺便说明，在作为切换装置提供对场效应晶体管的通断控制的控制器IC5中，输出阻抗ROUT在大多数情况下相当高。然而，即使一个场效应晶体管的击穿出现，提供有用于场效应晶体管的栅极10[kΩ]或更大的电阻器的控制器IC也实际上允许通过使用其他场效应晶体管足以控制充电和放电。

(1-2)第一实施例的操作

在以上实施例中，当把电池组21连接到负载上时，把电池单元2的功率经正终端4A和负终端4B供给到负载。而且，电池单元2的终端电压利用控制器IC5监视。当终端电压达到2[V]时，控制器IC5的控制电压从4[V]下降到0[V]。对于控制电压从4[V]到0[V]的减小，源极对漏极电阻值与图9中相比在如图3中所示的场效应晶体管6A、6B的并联电路中从27[mΩ]转变到300[kΩ]。因而，场效应晶体管6A、6B转变到断状态以控制供给到负载的功率的停止，防止欠电压放电。

另一方面，当把电池组连接到充电装置上时，把充电装置的功率经正终端4A和负终端4B供给到电池单元2。而且，充电电压利用控制器IC5监视。然后，当充电电压达到一个预定值时，控制器IC5的控制电压相对于充电控制场效应晶体管(未表示)从4[V]下降到0[V]。在这种情况下，充电控制场效应晶体管也从通状态转变到断状态以控制充电的停止，防止过电压充电。

在上述的充电和放电控制中，当场效应晶体管6A的击穿例如由静电引起时，源极对漏极电阻值从57[mΩ]转变到2[kΩ]，而在损坏场效应晶体管6A中栅极对漏极电阻值从120[MΩ]转变到1[kΩ]。因而，电池单元1在把二次电池单元2的终端电压设置为约4[V]的情况下，短路终端4A、4B以允许约2[mA]的电流流动。另一方面，场效应晶体管6A保持在近似断状态，以便被置于把栅极电压按原样降低到近似为0[V]的状态。

然而，不管场效应晶体管6A的栅极电压的减小，电池单元21使得在控制电压升高到4[V]时，有可能把足以把剩余普通场效应晶体管6B转变到通状态的电压经为场效应晶体管6A的栅极提供的电阻器22A施加到场效应晶体管6B的栅极上，允许通过使用未损坏侧场效应晶体管控制放电操作。

对于充电控制操作，即使一个场效应晶体管的击穿发生，电池单元21也以类似方式通过使用未损坏侧场效应晶体管允许充电控制。

顺便说明，由于如果如上述那样一个场效应晶体管的击穿发生则允许约2[mA]的电流流经外部终端的短路，所以电池组在允许保持成它连接到负载上并且进一步连接到充电装置上时，假定处于欠电压放电和过电压充电的危险中。然而，当电池组连接到负载和充电装置上时，认为基于击穿侧场效应晶体管的充电和放电电流事实上减小到一个更小的电流值，不会引起降低可靠性的可能性。

(1-2)第一实施例的效果

根据以上构成，即使场效应晶体管一部分的击穿由静电等引起，通过经约10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到场效应晶体管的栅极，使得提供成通过使用并联连接场效应晶体管来控制充电和放电电流的电池组适用。

(2)第二实施例

图4是连接图，表示根据本发明第二实施例的一种电池组。与图1中的电池组21相比，如图4中所示，提供一个电池组31以便经一个电阻器32把控制电压施加到电阻器22A、22B上。在图4中所示的电池组31中，与图1中的电池组21类似的组元由相同的标号指示，而不重复其描述。顺便说明，对于电池组31，充电控制场效应晶体管在构造上也与放电控制场效应晶体管类似，并因此将省略其描述。

与电阻器22A、22B的电阻值一起，选择性地确定电阻器32的电阻值，以满足在控制电压升高到4[V]时，可以把足以把普通场效应晶体管6B转变到通状态的电压施加到场效应晶体管6B的栅极上的要求，而不管例如场效应晶体管6A的栅极电压的降低。在第二实施例中，把电阻值设置为10[kΩ]。顺便说明，要理解，把电阻器32的电阻值设置成小于电阻器22A、22B的电阻值。

如图4中所示，电池组即使构成为把控制器IC5的控制电压经电阻器32施加到为相应栅极提供的电阻器22A、22B上，也可以具有与第一实施例中那些类似的效果。

(3)第三实施例

图5是连接图，表示根据本发明第三实施例的一种电池组41。在图5中所示的电池组41中，与图1中的电池组21类似的组元由相同的标号指示，而不重复其描述。对于电池组41，充电控制场效应晶体管在构造上也与放电控制场效应晶体管类似，并因此将省略其描述。

在电池组41中，放电电流由P沟道场效应晶体管8A、8B而不是由N沟道场效应晶体管6A、6B控制，同时充电电流也由并联连接的P沟道场效应晶体管控制。

如图5中所示，即使应用P沟道场效应晶体管构成切换装置，而不是N沟道场效应晶体管，也可以具有与第一实施例中那些类似的效果。

(4)其他实施例

尽管已经给出构造成并联连接两个场效应晶体管以构成切换装置的电池组实施例的以上描述，但要理解，本发明不限于以上实施例，并且也广泛地适用于构造成连接三个或多个晶体管以构成切换装置的电池组。

尽管已经给出在场效应晶体管的控制下用来防止过电压充电和欠电压放电的电池组的实施例的以上描述，但也要理解，本发明不限于以上描述，而是也可适用于用来防止过电流放电和过电流充电的电池组。

尽管已经给出适用于基于锂离子二次电池的电池组的实施例的以上描述，但要理解，本发明不限于以上实施例，并且也广泛地适用于诸如镍金属氢化物电池之类的各种电池组。

根据本发明，即使场效应晶体管一部分的击穿由静电等引起，通过为经10[kΩ]或更大的电阻器把控制电压供给到场效应晶体管的栅极，也使得通过使用构成充电或放电控制切换装置的并联连接场效应晶体管提供成来控制充电和放电电流的的电池组适用。

按照本发明的电池组可以用作用于诸如可携带计算机设备之类的各种电子设备的电源。

Claims (7)

1.一种安装到一个预定设备上的电池组，允许在该电池组与所述设备之间供给和输出一个二次电池单元的功率，该电池组包括：

多个场效应晶体管，用来响应控制电压停止充电或放电电流；及

一个控制电路，用来通过输出用来控制所述场效应晶体管的所述控制电压，来控制所述二次电池单元的充电和放电电流；

其中所述场效应晶体管并联连接在一条功率路径中且经10[kΩ]或更大的电阻器把所述控制电压供给到所述多个场效应晶体管的相应栅极。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述场效应晶体管包括放置在所述二次电池单元负极侧的充电或放电路径中的N沟道场效应晶体管。

3.根据权利要求1所述的电池组，其中它进一步包括一个锂离子二次电池。

4.根据权利要求1所述的电池组，其中在一条在所述二次电池单元的一个负外部终端与一个正终端之间的充电或放电路径中串联放置充电或放电N沟道场效应晶体管，并且在所述N沟道场效应晶体管中的电路线的源极与漏极之间存在一个寄生二极管。

5.一种设备，包括根据权利要求1所述的电池组。

6.一种在电池组与一个设备之间传递二次电池单元的功率的电池组，该电池组包括：

多个场效应晶体管，用来切换充电或放电电流；

一个控制电路，用来在控制用来切换充电或放电电流的切换装置的所述多个场效应晶体管上产生和施加一个控制电压且所述场效应晶体管并联连接在一条功率路径中；以及

多个电阻器，经其把所述控制电压施加到所述多个场效应晶体管的相应栅极上。

7.一种安装到一个预定设备上的电池组，允许在该电池组与所述设备之间供给和输出一个二次电池单元的功率，该电池组包括：

多个场效应晶体管，用来响应控制电压停止充电或放电电流；及

一个控制电路，用来通过输出用来控制所述场效应晶体管的所述控制电压，来控制所述二次电池单元的充电和放电电流；

其中所述场效应晶体管并联连接在一条功率路径中且经10[kΩ]或更大的电阻器把所述控制电压供给到所述多个场效应晶体管的相应栅极；

其中所述场效应晶体管包括放置在所述二次电池单元正极侧的充电或放电路径中的P沟道场效应晶体管。

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