DE60035405T2

DE60035405T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Schutz von Batterien

Info

Publication number: DE60035405T2
Application number: DE60035405T
Authority: DE
Inventors: Jari Astala
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1999-12-31
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2008-03-06
Anticipated expiration: 2020-12-30
Also published as: US7019493B2; US20010021092A1; EP1122853B1; DE60035405D1; JP3908463B2; JP2001245439A; EP1122853A3; US6804100B2; US20050094333A1; EP1122853A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzschaltung gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des beigefügten Anspruchs 30.
Zur Zeit ist es für die Anwender verschiedener elektronischer Geräte sehr wichtig, dass das elektronische Gerät so lange wie möglich verwendet werden kann, bevor es notwendig ist, die Batterie aufzuladen. Weiterhin ist insbesondere bei tragbaren Geräten die Größe der Batterie von Bedeutung, und somit ist es nicht notwendigerweise vernünftig, die Notwendigkeit zum Aufladen der Batterie zu verringern, indem das Volumen der Batterie vergrößert wird. Deshalb wurde insbesondere bei Geräten für die drahtlose Kommunikation und bei tragbaren Computern die Verwendung von auf Lithium basierenden Batterien, wie Li-Ion-(Lithiumionen-), Li-Poly-(Lithiumpolymer-) oder Li-Metall-(Lithiummetall-) Batterien in zunehmendem Maße üblich.
Eine Li-Ion-Batterie ist deutlich leichter und hat eine etwas größere Kapazität als NiCd- und NiMH-Batterien, und somit werden deutlich längere Betriebsdauern erzielt, ohne die Größe der Batterie zu erhöhen. Andererseits ist die Herstellung einer Li-Ion-Batterie weitaus teurer als die Herstellung von NiCd- und NiMH-Batterien. Das Wiederaufladen einer Li-Ion-Batterie erfordert nicht, dass Batterie (vollständig) entladen ist. Andererseits wird die längst mögliche Nutzungsdauer von NiCd-Batterien erhalten, wenn die Batterie vor dem Wiederaufladen vollständig entladen wird. Bei Li-Ion-Batterien beträgt die Selbstentladung weniger als z. B. bei NiCd-Batterien (ungefähr 1 bis 2 % pro Monat), und somit kann eine nicht genutzte Li-Ion-Batterie ihre Ladung für eine vergleichsweise lange Zeit aufrecht erhalten. Bei Temperaturen unter Null ist der Betrieb einer Li-Ion- Batterie ähnlich dem von NiMH-Batterien, mit anderen Worten, er ist nicht besonders gut.
Ein Vorteil der Li-Poly-Batterie ist, dass sie einfacher herzustellen ist und es möglich ist, die Batterie kleiner und leichter als die Li-Ion-Batterie zu machen. Eine Li-Poly-Batterie kann ziemlich frei geformt werden. Die Selbstentladungsrate einer Li-Poly-Batterie ist noch kleiner als die einer Li-Ion-Batterie.
Li-Ion- und Li-Poly-Batterien sollten vor Überspannung und Unterspannung mittels einer ziemlich komplexen Schutzschaltung geschützt werden, da ansonsten die Zellen der Batterie so geschädigt werden können, dass sie unbrauchbar werden. Die wichtigste Regel, wenn Li-Ion- und Li-Poly-Batterien aufgeladen werden, ist, die Ladespannung während des gesamten Aufladevorgangs so konstant wie möglich zu halten. Normalerweise beträgt die Aufladespannung entweder ungefähr 4,1 V oder ungefähr 4,2 V. Der Zweck der Schutzschaltung ist es, den Aufladevorgang zu unterbrechen, wenn eine bestimmte Spannung erreicht ist, beispielsweise 0,15 V über der Aufladespannung. Nach dem Betrieb der Überspannungsschutzschaltung kann die Batterie dennoch entladen werden. Wenn die Batterie entladen wurde, kann sie wieder aufgeladen werden. Außer gegen eine zu hohe Spannung (Überspannung) sind Li-Ion- und Li-Poly-Batterien besonders empfindlich gegen eine zu niedrige Spannung (Unterspannung) und gegen Überstrom, wenn sie aufgeladen oder entladen werden. In diesen Fällen ist es der Zweck der Schutzschaltung, das Entladen oder Aufladen der Batterie zu unterbrechen.
Um die Funktionalität der Schutzschaltung zu implementieren, sollte die Schutzschaltung vorteilhafterweise mindestens einen Steuerungsblock und zwei Schaltmittel, wie zwei Feldeffekttransistoren (FET), die in Reihe verbunden sind, enthalten. Der eine Feldeffekttransistor schützt die Batterie vor Überspannung und der andere vor Unterspannung. Mittels dieser Anordnung der zwei Feldeffekttransistoren ist es möglich, dass die Batterie nach einem Zustand der Überspannung entladen und nach einem Zustand der Unterspannung aufgeladen werden kann.
Wegen der parasitären Dioden, die dem Feldeffekttransistor eigen sind, kann Strom in der entgegen gesetzten Richtung durch den Feldeffekttransistor vom Drain zur Source durchgelassen werden, wenn sich der Feldeffekttransistor im Zustand hoher Impedanz befindet. Dies ermöglicht, dass eine Batterie, die durch die Schutzschaltung geschützt wird, nach einem Zustand der Überspannung entladen und nach einem Zustand der Unterspannung aufgeladen werden kann.
Bei einer speziellen Lösung nach dem Stand der Technik ist ein Widerstand mit niedriger Impedanz in Reihe in der Spannungsversorgungsleitung der Batterie verbunden. Die Spannung über diesen Widerstand wird gemessen, wobei ein Überstromzustand festgestellt werden kann, wenn die Spannung eine vorgegebene Grenze überschreitet. Die Verwendung von Komponenten, die die Impedanz erhöhen, ist nicht wünschenswert, da sie die Spannung, die dem elektronischen Gerät zugeführt wird, verringern und unnötigerweise den Energieverbrauch erhöhen. So wird die Betriebsdauer des Geräts, das die Batterie verwendet, verkürzt.
Bei einer anderen Lösung nach dem Stand der Technik wird ein Überstromzustand auf solche Weise festgestellt, dass die Spannung über den Drain und die Source des Feldeffekttransistors gemessen wird. Außerdem wird der Wert des Widerstands zwischen dem Drain und der Source, der so genannte Drain-Source-Widerstand im leitenden Zustand R_ds(on), abgeschätzt. Bei Lösungen nach dem Stand der Technik wird dieser Drain-Source-Widerstand als konstant angenommen. So wird eine Abschätzung des Stroms erhalten, indem die Spannung über den Drain und die Source des Feldeffekttransistors durch den Drain-Source-Widerstand geteilt wird. Ein Nachteil dieser Lösung ist, dass der Drain-Source-Widerstand nicht konstant ist, sondern sich in dem Maße ändert, wie sich die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors ändert. Darüber hinaus hängt der Drain-Source-Widerstand in beträchtlichem Maße von der Temperatur des Feldeffekttransistors ab.
Bei Lösungen nach dem Stand der Technik werden Überstromzustände, die während des Aufladens eintreten, nicht überwacht, sondern die Batterie wird lediglich durch z. B. eine Sicherung geschützt. Aufladeströme sind üblicherweise kleiner und leichter vorherzusagen als Ströme, die auftreten, wenn die Batterie entladen wird, und folglich wird Überstrom während des Aufladens nicht als ein Problem angesehen. Jedoch ist es nicht unmöglich, dass ein Überstromzustand auch während des Aufladens eintreten kann, beispielsweise auf Grund eines defekten Ladegeräts. So ist es auch von Vorteil, die Batterie vor Überstrom während des Aufladens zu schützen.
Die Patentanmeldung JP 10223260 offenbart eine Schutzschaltung für ein Batterie, bei der es das Ziel ist, die Auswirkung der Temperatur zu kompensieren, wenn der Strom gemessen wird, so dass zuverlässigere Messergebnisse erhalten werden. Die Schutzschaltung der Erfindung gemäß JP 10223260 umfasst eine Einheit zum Feststellen von Überspannung und Unterspannung 2 (1), einen Aufladesteuerungsblock 3, einen Überstromschutzblock 4, einen Überhitzungsschutzblock auf der Entladeseite 5, einen Überhitzungsschutzblock auf der Aufladeseite 6 und zwei Feldeffekttransistoren FET1, FET2.
Der Zweck der Einheit zum Feststellen von Über- und Unterspannung 2 ist es, festzustellen, wenn die Spannung der Zellen 1a, 1b, 1b der Batterie zu hoch oder zu niedrig ist. Wenn ein Last (nicht gezeigt), beispielsweise ein elektronisches Gerät, über die Anschlüsse P1, P2 angeschlossen ist, mit anderen Worten die Batterie entladen wird, überwacht die Einheit zum Feststellen von Überspannung oder Unterspannung 2 jede Zelle 1a, 1b, 1c der Batterie getrennt, um einen Zustand der Unterspannung festzustellen. Wenn die Spannung einer beliebigen Zelle niedriger als ein bestimmter erster Schwellenwert ist, versetzt die Einheit zum Feststellen von Überspannung und Unterspannung die Leitung P in einen ersten logischen Zustand, was dazu führt, dass der erste Feldeffekttransistor FET1 nicht leitend wird, woraufhin das Entladen der Batterie beendet wird.
Wenn ein Ladegerät (nicht gezeigt) über die Anschlüsse P1, P2 angeschlossen ist, d. h. die Batterie aufgeladen wird, überwacht die Einheit zum Feststellen von Über- und Unterspannung 2 jede Zelle 1a, 1b, 1c der Batterie getrennt, um einen Zustand der Überspannung festzustellen. Wenn die Spannung einer beliebigen Zelle eine bestimmten zweiten Schwellenwert überschreitet, versetzt die Einheit zum Feststellen von Überspannung und Unterspannung die Leitung L in einen zweiten logischen Zustand, was dazu führt, dass der zweite Feldeffekttransistor FET2 nicht leitend wird, woraufhin das Aufladen der Batterie beendet wird.
Der Zweck des Aufladesteuerungsblocks 3 ist es, den zweiten Feldeffekttransistor FET2 auf eine solche Weise zu steuern, dass, wenn die Leitung L sich im zweiten logischen Zustand befindet, der zweite Feldeffekttransistor FET2 keinen Aufladestrom durchlässt, d. h. die Batterie nicht aufgeladen wird. Dementsprechend lässt, wenn die Leitung L sich im ersten logischen Zustand befindet, der zweite Feldeffekttransistor einen Aufladestrom durch, d. h. die Batterie wird aufgeladen.
Der Zweck des Überstromschutzblocks 4 ist es, das Entladen der Batterie zu unterbrechen, wenn der Strom, der dem elektronischen Gerät zugeführt wird, zu hoch ist. Der Überstromschutzblock umfasst zwei symmetrische Schaltungen mit im Wesentlichen gleichen Eigenschaften. Die Schaltungen sind mit dem Drain und der Source des ersten Feldeffekttransistors verbunden. In dem Maße, wie der Strom zunimmt, nimmt auch der Spannungsunterschied zwischen dem Drain und der Source des ersten Feldeffekttransistors zu. Wenn dieser Spannungsunterschied einen bestimmten Wert erreicht, bewirkt er, dass der Überstromschutzblock den ersten Feldeffekttransistor in einen nicht leitenden Zustand versetzt. So wird die Stromzufuhr zum elektronischen Gerät unterbrochen.
Nehmen wir an, dass eine Last (nicht gezeigt), beispielsweise ein elektronisches Gerät, zwischen den Anschlüssen P1, P2 angeschlossen ist, d. h. die Batterie entladen wird, und sich die Zellen 1a, 1b, 1c der Batterie nicht in einem Zustand der Unterspannung befinden. In dieser Situation bewirkt ein Überstrom, dass die Temperatur des ersten Feldeffekttransistors FET1 auf über normal ansteigt. Wenn der erste Feldeffekttransistor eine bestimmte Temperatur erreicht, schaltet der Überhitzungsschutzblock auf der Entladeseite 5 den ersten Feldeffekttransistor FET1 in einen nicht leitenden Zustand, woraufhin das Entladen der Batterie beendet wird.
Nehmen wir entsprechend an, dass ein Ladegerät zwischen den Anschlüssen P1, P2 angeschlossen ist, d. h. die Batterie aufgeladen wird, und sich die Zellen 1a, 1b, 1c der Batterie nicht in einem Zustand der Überspannung befinden. In dieser Situation bewirkt ein Überstrom, dass die Temperatur des zweiten Feldeffekttransistors FET2 auf über normal ansteigt. Wenn der zweite Feldeffekttransistor eine bestimmte Temperatur erreicht, schaltet der Überhitzungsschutzblock auf der Aufladeseite 6 den zweiten Feldeffekttransistor FET1 in einen nicht leitenden Zustand, woraufhin das Aufladen der Batterie beendet wird.
Jedoch weist diese Lösung den Nachteil auf, dass sie Änderungen im Drain-Source-Widerstand des Feldeffekttransistors, wenn sich die Temperatur ändert, nicht berücksichtigt. Wie früher in dieser Beschreibung erwähnt, ändert eine Änderung der Temperatur den Drain-Source-Widerstand zwischen der Source und dem Drain. So findet das Abschalten tatsächlich bei unterschiedlichen Temperaturen bei unterschiedlichen Stromwerten statt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung für Batterien, wie Li-Ion- und Li-Poly-Batterien, bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Batterie präziser vor Überstrom, Überspannung und Unterspannung zu schützen, wenn die Batterie aufgeladen oder entladen wird, indem die Abhängigkeit der Eigenschaften eines Feldeffekttransistors von mindestens einer physikalischen Größe, wie Temperatur und/oder Gate-Spannung, berücksichtigt wird. Da bei der erfindungsgemäßen Lösung der Wert des Stroms im Vergleich zu vorliegenden Lösungen präziser bestimmt werden kann, kann auch die Ladung der Batterie im Vergleich zu vorliegenden Lösungen deutlich präziser gemessen werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das Einführen einer zusätzlichen Impedanz in die Schutzschaltung zu vermeiden.
Gemäß der Erfindung kann die erste Aufgabe gelöst werden, indem ein Wert des Drain-Source-Widerstands, der unter Verwendung mindestens einer physikalischen Größe, wie Temperatur und/oder Gate-Spannung, kompensiert wird, verwendet wird, um Überstrom festzustellen. Die Kompensation findet auf eine solche Weise statt, dass Informationen, die das Verhalten des Feldeffekttransistors bei unterschiedlichen Temperaturen und/oder unterschiedlichen Gate-Spannungen betreffen, ebenso wie die gemessenen Temperatur- und/oder Spannungswerte in einem Parameterspeicher der Schutzschaltung gespeichert werden. Diese Information werden verwendet, um einen Wert des Drain-Source-Widerstands zu erhalten, der so präzise wie möglich ist, woraufhin der tatsächliche Wert des Stroms präziser als bei Verfahren nach dem Stand der Technik bestimmt werden kann. Weiterhin kann das Überwachen in Verbindung mit sowohl dem Aufladen als auch Entladen der Batterie stattfinden. Da die Temperatur und/oder die Gate-Spannung des Feldeffekttransistors berücksichtigt wird, wenn der Strom bestimmt wird, wird im Vergleich mit Lösungen nach dem Stand der Technik auch für die Ladung der Batterie ein präziserer Wert erhalten. Da der Strom im Vergleich zum Stand der Technik auf eine präzisere Weise gemessen wird, ist es auch möglich, die Betriebsdauer des Host-Geräts zu erhöhen. Gemäß der Erfindung kann die zweite Aufgabe auf eine solche Weise gelöst werden, dass ein Überstrom unter Verwendung der Drain-Source-Widerstände und/oder Drain-Source-Spannung der Feldeffekttransistoren festgestellt wird, woraufhin zusätzliche Widerstände nicht notwendig sind. Die erfindungsgemäße Schutzschaltung kann vorteilhafterweise in einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) implementiert werden, wobei die Batterieschutzschaltung deutlich kleiner und weniger kostspielig wird im Vergleich zu Schaltungen, bei denen getrennte Komponenten verwendet werden.
Genauer gesagt ist die erfindungsgemäße Schutzschaltung durch das gekennzeichnet, was im charakterisierenden Teil von Anspruch 1 dargestellt wird. Darüber hinaus ist das erfindungsgemäße Verfahren durch das gekennzeichnet, was im charakterisierenden Teil von Anspruch 30 dargestellt wird.
Mittels der vorliegenden Erfindung werden im Vergleich zu Lösungen nach dem Stand der Technik beträchtliche Vorteile erzielt. Da die erfindungsgemäße Schutzschaltung eine Batterie deutlich besser vor Überstrom schützt als Lösungen nach dem Stand der Technik, ist die Betriebsdauer der Batterie verlängert, da in Folge des präziseren Schutzes vor Überstrom die Wahrscheinlichkeit der Schädigung der Batterie verringert ist. Mittels der erfindungsgemäßen Lösung ist es möglich, eine Batterie sowohl beim Entladen als auch Aufladen der Batterie vor Überstrom zu schützen, und so ist die Batterie beispielsweise auch vor einem fehlerhaften Ladegerät geschützt. Da der Überstromschutz auf eine solche Weise implementiert ist, dass die Schutzschaltung keine unnötigen Widerstandskomponenten, welche Leistungsdissipation bewirken, enthält, ist die Betriebsdauer des Geräts, das die Batterie verwendet, erhöht. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Schutzschaltung im Vergleich zu Schutzschaltungen nach dem Stand der Technik weniger kostspielig und kleiner, da sie in einem einzigen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis implementiert werden kann. Da die Ladung der Batterie unter Verwendung der erfindungsgemäßen Schutzschaltung beträchtlich präziser als bei Lösungen nach dem Stand der Technik gemessen werden kann, ist es möglich, z. B. den Abschaltzeitpunkt des Geräts, das gerade verwendet wird, abzuschätzen.
Im Folgenden wird die Erfindung ausführlicher unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, welche eine Batterieschutzschaltung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung darstellen. In den Zeichnungen
zeigt 1 ein Blockdiagramm einer Schutzschaltung nach dem Stand der Technik auf eine vereinfachte Weise,
ist 2 ein vereinfachtes Blockdiagramm, das den Betrieb einer Schutzschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei der Bestimmung eines für Temperatur und Spannung kompensierten Stroms zeigt,
zeigt 3 eine Schutzschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in einem integrierten Schaltkreis implementiert ist, die funktionellen Blocks der Schutzschaltung und eine Batterie, die an die Schutzschaltung gekuppelt ist,
zeigt 4a ein Beispiel für die Temperaturabhängigkeit des Drain-Source-Widerstands,
zeigt 4b ein Beispiel für die Gate-Spannung-Abhängigkeit des Drain-Source-Widerstands,
zeigt 5 einen Batteriepack gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die funktionellen Blocks des Batteriepacks ebenso wie ein Gerät für die drahtlose Kommunikation, mit dem der Batteriepack verbunden ist.
Eine Aufgabe des Verfahrens zum Schutz einer Batterie gemäß der Erfindung ist es, den tatsächlichen Auflade- und Entladestrom so präzise wie möglich zu bestimmen. Um dies zu erreichen, ist der erste Schritt, den Wert mindestens einer physikalischen Größe zu bestimmen, vorzugsweise Temperatur und/oder Gate-Spannung, die mit mindestens einem Feldeffekttransistor, der als ein Schalter verwendet wird, in Beziehung steht, wonach eine Kompensation durchgeführt wird, bei der die mindestens eine Größe berücksichtigt wird, wenn der Drain-Source-Widerstand bestimmt wird.
3 zeigt eine Schutzschaltung 30 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die in einem integrierten Schaltkreis implementiert ist, ebenso wie ihre verschiedenen funktionellen Blocks. Der Zweck der Feldeffekttransistoren FET1 und FET2 ist es, die Batterie vor Über- oder Unterspannung auf eine Weise zu schützen, die im Wesentlichen den Lösungen nach dem Stand der Technik gleich, aber deutlich präziser ist. Die Schutzschaltung setzt zwei Feldeffekttransistoren ein, da es auch eine Möglichkeit geben sollte, die Batterie 31 in einer Situation zu entladen, in der der erste Feldeffekttransistor FET1 das Aufladen der Batterie 31 in einem Zustand der Überspannung verhindert. In gleicher Weise sollte eine Möglichkeit bestehen, die Batterie aufzuladen, wenn der zweite Feldeffekttransistor FET2 das Entladen der Batterie in einem Zustand der Unterspannung verhindert.
Die Feldeffekttransistoren sind auf eine solche Weise in Reihe verbunden, dass der Drain D1 des ersten Feldeffekttransistors mit dem Drain D2 des zweiten Feldeffekttransistors verbunden ist. Die Source S1 des ersten Feldeffekttransistors FET1 ist vorteilhafterweise mit dem Massepotential GND verbunden, und die Source S2 des zweiten Feldeffekttransistors FET2 ist wiederum mit dem negativen Pol P4 der Batterie 31 verbunden. Das Gate G1 des ersten Feldeffekttransistors ist mit einem Spannungsmessblock 27 und einem Überspannungsverhinderungsblock 26 verbunden. Dementsprechend ist das Gate G2 des zweiten Feldeffekttransistors mit Spannungsmessblock 27 und einem Unterspannungsverhinderungsblock 25 verbunden.
Wenn eine Last, beispielsweise ein elektronisches Gerät 33 (5) zwischen den Anschlüssen P3 und GND angeschlossen wird, d. h. die Batterie 31 entladen wird, überwacht der Unterspannungsverhinderungsblock 25 den Zustand der Batterie. Wenn die Spannung der Batterie unter einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert fällt, übermittelt der Unterspannungsverhinderungsblock 25 Informationen über diese Situation an Steuerungsblock 22. Als Folge davon übermittelt der Steuerungsblock Informationen über den Zustand der Unterspannung mit Hilfe des Schnittstellenbusses BUS an das elektronische Gerät 33 (5). Der Steuerungsblock 22 übermittelt auch ein Signal, das den Zustand der Unterspannung betrifft, an den Unterspannungsverhinderungsblock 25. Wenn der Unterspannungsverhinderungsblock 25 dieses Signal empfängt, verbindet er eine Spannung (vorteilhafterweise ungefähr 0 V im Fall eines N-Typ-Feldeffekttransistors) mit dem Gate des zweiten Feldeffekttransistors FET2, wodurch der Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors FET2 in einen Zustand von hoher Impedanz versetzt wird. Dies führt auch dazu, dass die Stromzufuhr zum elektronischen Gerät 33 unterbrochen wird, aber Strom kann noch durch den zweiten Feldeffekttransistor FET2 in der entgegen gesetzten Richtung (durch eine parasitäre Diode) fließen, d. h. es ist immer noch möglich, die Batterie aufzuladen.
Wenn dementsprechend ein Ladegerät 34 (5) zwischen den Anschlüssen P3 und GND angeschlossen wird, d. h. die Batterie 31 aufgeladen wird, überwacht der Überspannungsverhinderungsblock 26 den Zustand der Batterie 31. Wenn die Spannung der Batterie einen bestimmten vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, übermittelt der Überspannungsverhinderungsblock 26 Informationen über diese Situation an Steuerungsblock 22. Als Folge davon übermittelt der Steuerungsblock 22 Informationen über den Zustand der Überspannung mit Hilfe des Schnittstellenbusses BUS an das Host-Gerät 33 (5). Der Steuerungsblock 22 übermittelt auch ein Signal, das den Zustand der Überspannung betrifft, an den Überspannungsverhinderungsblock 26. In diesem Fall verbindet der Überspannungsverhinderungsblock 26 eine Spannung mit dem Gate des ersten Feldeffekttransistors FET1, wodurch der Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors FET1 in einen Zustand von hoher Impedanz versetzt wird. Dies führt dazu, dass die Zufuhr von Aufladestrom zu der Batterie 31 unterbrochen wird, aber Strom kann immer noch durch den ersten Feldeffekttransistor FET1 in der entgegen gesetzten Richtung (durch eine parasitäre Diode) fließen, d. h. es ist immer noch möglich, die Batterie zu entladen.
3 zeigt ein Beispiel, bei dem die Batterie 31 lediglich eine Zelle umfasst. Natürlich ist es möglich, dass die Batterie 31 mehrere Zellen aufweisen kann, wobei in diesem Fall der Unterspannungsverhinderungsblock 25 und der Überspannungsverhinderungsblock 26 vorteilhafterweise die Spannung jeder Zelle getrennt überwachen. Wenn die Spannung einer beliebigen Zelle niedriger als ein bestimmter vorgegebener Unterspannungsschwellenwert ist oder wenn sie einen bestimmten vorgegebenen Überspannungsschwellenwert überschreitet, werden Maßnahmen durchgeführt, die den vorstehend aufgeführten gleich sind.
Der Energiezufuhrblock 24 des Schaltkreises ist mit der positiven Spannung P3 der Batterie 31 und dem Massepotential GND der Schutzschaltung 30 verbunden. Wenn die Batteriespannung innerhalb zulässiger Grenzen oder in einem Zustand der Überspannung ist, versorgt der Energiezufuhrblock des Schaltkreises die Schutzschaltung mit dem Strom, den sie mit Hilfe des Steuerungsblocks 22 anfordert, d. h. die Schutzschaltung wirkt als Teil der Last. Wenn die Batteriespannung unter den Schwellenwert fällt, d. h. die Batterie in einem Zustand der Unterspannung ist, versetzt der Unterspannungsverhinderungsblock 25 den zweiten Feldeffekttransistor FET2 in einen nicht leitenden Zustand. So wird die Energiezufuhr von der Batterie sowohl zur Schutzschaltung als auch zur Last unterbrochen, woraufhin die Schutzschaltung nicht die Ladung der Batterie verbraucht. Wenn die Energiezufuhr zu der Schutzschaltung im Zustand der Unterspannung nicht unterbrochen würde, könnte die Energie, die von der Schutzschaltung verbraucht wird, bewirken, dass die Batteriespannung zu weit abfällt, woraufhin die Batterie beschädigt und unbrauchbar werden könnte. Wenn das Aufladen der Batterie nach einem Zustand der Unterspannung gestartet wird, erhält die Schutzschaltung wieder den notwendigen Betriebsstrom, um die Batterie zu schützen.
Bei dem vorstehend dargestellten Zustand der Unterspannung übermittelt der Steuerungsblock 22 ein Signal, das mit der Unterspannung in Beziehung steht, an den Unterspannungsverhinderungsblock 25, der die Energiezufuhr zum Host-Gerät 33 unterbricht. Bevor jedoch dieser Zustand der Unterspannung eintritt, übermittelt der Steuerungsblock 22 vorteilhafterweise Informationen über den bevorstehenden Zustand der Unterspannung an das Host-Gerät 33, vorzugsweise in einem Stadium, wenn die Spannung der Batterie 31 unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. Dieser Schwellenwert ist vorteilhafterweise etwas größer als der Unterspannungsschwellenwert. Diese Anordnung ermöglicht, dass das elektronische Gerät 33 eine Benachrichtigung an den Anwender abfasst, die anzeigt, dass die Batterie 31 leer geworden ist, bevor die Energiezufuhr zum elektronischen Gerät unterbrochen wird. Die Benachrichtigung wird beispielsweise unter Verwendung eines Tonsignals und/oder einer Nachricht, die auf einer Anzeigevorrichtung dargestellt wird, auf eine an sich bekannte Weise gegeben.
Beim Kompensationsblock 29 ist es das Ziel, die präzisest mögliche Abschätzung des tatsächlichen Stroms, der durch die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 fließt, unabhängig von ihren Temperaturen und Gate-Spannungen zu erhalten. Die Abschätzung der tatsächlichen Höhe des Stroms, der vom Kompensationsblock 29 bereitgestellt wird, wird verwendet, um die Batterie vor Überstrom während des Entladens und Aufladens zu schützen und die Ladung der Batterie präziser zu bestimmen. Damit der Kompensationsblock 29 einen kompensierten Wert für den Strom berechnen kann, benötigt er Informationen, die mit den Gate-Spannungen der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in Beziehung stehen und über die Spannung über die Feldeffekttransistoren von einem Spannungsmessblock 27, Informationen über die Temperatur des integrierten Schaltkreises von einem Temperatursensor 28 ebenso wie Informationen über die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren aus einem Parameterspeicher 10.
Der Spannungsmessblock 27 misst die Gate-Spannung U_GS1, U_GS2 der beiden Feldeffekttransistoren FET1, FET2 und die Spannung über die Feldeffekttransistoren U_TOT. Vorteilhafterweise wird die Messung mittels eines oder mehrerer AD-Wandler durchgeführt. Vorzugsweise wird die Messung mittels dreier getrennter AD-Wandler ausgeführt, wobei die Spannungen nicht fortlaufend gemessen werden müssen. Die erhaltenen Spannungswerte werden an den Kompensationsblock 29 übermittelt.
Die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 und der Temperatursensor 28 sind vorzugsweise im selben integrierten Schaltkreis angebracht, da in diesem Fall die Schutzschaltung 30 nicht einen getrennten Temperatursensor für beide Feldeffekttransistoren umfassen muss. Weiterhin ist der Temperatursensor 28 vorzugsweise im Inneren des integrierten Schaltkreises mit den Feldeffekttransistoren FET1, FET2 angebracht, da sich die Temperatur auf der Oberfläche des integrierten Schaltkreises wesentlich von der im Inneren des Schaltkreises unterscheiden kann und die Temperatur sich auf der Oberfläche des Schaltkreises erheblich langsamer ändert als im Inneren des Schaltkreises.
Vorzugsweise wird das Verhalten des Drain-Source-Widerstands R_ds(on), das über den Feldeffekttransistor bei verschiedenen Temperaturen (z. B. 4a) und bei verschiedenen Gate-Spannungen (z. B. 4b) unter Bezug auf Referenzwerte T₀ und V₀ über einen ausreichend großen Bereich gemessen wurde, im Parameterspeicher 10 der Schutzschaltung gespeichert. Vorteilhafterweise nimmt der Parameterspeicher die Form eines EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) an, und die vorstehend erwähnten Informationen über das Verhalten werden während der Herstellung der Schutzschaltung gespeichert. In den Beispielsituationen, die in den 4a und 4b gezeigt sind, beträgt die Referenztemperatur T₀ 23 °C und beträgt die Referenzspannung V₀ 3,5 V. Weiterhin wird der Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei Temperatur T₀ und Gate-Spannung V₀ im Parameterspeicher gespeichert. Wenn vom Verhalten des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei verschiedenen Temperaturen angenommen werden kann, dass es über den speziellen Bereich von Interesse ungefähr linear ist (wie es bei 4a der Fall ist), ist es lediglich notwendig, Informationen über das Verhalten (z. B. den Wert R_ds(on)) bei zwei verschiedenen Temperaturen, die genügend weit auseinander liegen (z. B. T₀ +/–20 °C), zu speichern. Unter Verwendung dieser Punkte kann der Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei anderen Temperaturen z. B. mittels Interpolation, die an sich bekannt ist, erhalten werden. Wie in 4b gezeigt wird, ist das Verhalten des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei verschiedenen Gate-Spannungen nicht gerade linear, und so wird es bevorzugt, das Verhalten (z. B. den Wert von R_ds(on)) für mindestens drei Punkte (z. B. V₀, V_MIN und V_MAX) im Parameterspeicher 10 zu speichern, mittels derer das Verhalten/der Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei anderen Gate-Spannungen berechnet werden kann. Dies kann beispielsweise unter Verwendung einer mathematischen Funktion erfolgen, die durch die Punkte V₀, V_min und V_max läuft oder diese approximiert und das Verhalten des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) in Bezug auf Veränderungen der Gate-Spannung modelliert.
Vorzugsweise wird ein Wert für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) bei einer bestimmten Temperatur T und Gate-Spannung V mittels Korrekturkoeffizienten bestimmt, die verwendet werden, um den Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on), der bei der Referenztemperatur T₀ und der Referenz-Gate-Spannung V₀ definiert ist, zu modifizieren (korrigieren). Unter Bezug auf den Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on), der bei den Referenzbedingungen als R_ds(on)0 definiert ist, wird ein Wert für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) bei der Temperatur T₁, die sich von der Temperatur T₀ unterscheidet, vorteilhafterweise bestimmt, indem ein Temperaturkorrekturkoeffizient aus den Informationen über das Verhalten, das mit der Temperatur in Beziehung steht, die im Parameterspeicher 10 gespeichert sind, abgeleitet wird und der Drain-Source-Widerstand R_ds(on) mit dem so definierten Temperaturkorrekturkoeffizienten multipliziert wird. In gleicher Weise kann ein Wert für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) bei einer Gate-Spannung V₁, die sich von V₀ unterscheidet, erhalten werden, indem ein Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient aus den Informationen über das Verhalten, das mit der Gate-Spannung in Beziehung steht, die im Parameterspeicher gespeichert sind, abgeleitet wird und der Drain-Source-Widerstand R_ds(on) mit dem so erhaltenen Gate-Spannung-Korrekturkoeffizienten multipliziert wird. Vorteilhafterweise wird ein Wert für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) bei einer Temperatur T₁ und einer Gate-Spannung V₁ erhalten, indem sowohl ein Temperaturkorrekturkoeffizient als auch ein Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient abgeleitet werden und entsprechende Multiplikationen des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) durchgeführt werden. Beispiele, wie dies erfolgen kann, werden später im Text dargeboten. Vorzugsweise nehmen die Korrekturkoeffizienten die Form von numerischen Faktoren an, die ein Verhältnis zwischen dem Wert des Drain-Source-Widerstand R_ds(on) bei einer gegebenen Temperatur (oder Gate-Spannung) geteilt durch den Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei den Referenzbedingungen R_ds(on) darstellen. Beispielsweise könnte ein Temperaturkorrekturkoeffizient, der eine Änderung des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) kompensieren soll, die zwischen der Referenztemperatur T₀ und einer Temperatur T₁ auftritt, aus der folgenden Beziehung bestimmt werden: K_1(T1) = R_ds(on)T1/R_ds(on)0. Mit anderen Worten, der Temperaturkorrekturkoeffizient stellt tatsächlich ein Verhältnis zwischen dem Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei der Temperatur T₁ und dem Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei der Referenztemperatur T₀ dar. Der Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient kann in einer analogen Weise betrachtet werden. Es sollte angemerkt werden, dass es, wenn der Temperaturkorrekturkoeffizient von der Gate-Spannung abhängt und/oder der Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient von der Temperatur abhängt, notwendig ist, mehrere Korrekturtabellen für die Gate-Spannung und/oder Temperatur zu verwenden.
Es ist offensichtlich, dass außer für Temperatur und Spannung, die in dieser Beschreibung erwähnt werden, die Erfindung auch zur Kompensation anderer physikalischer Größen angewendet werden kann, die die Eigenschaften, insbesondere die Leitfähigkeit der Schalter FET1, FET2 beeinflussen. Eine solche Größe ist die Alterung, wobei es mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung möglich ist, das Betriebsalter der Schutzschaltung und/oder der Batterie zu berücksichtigen.
Natürlich ist es möglich, die vollständigen Referenztabellen zu speichern, die das Verhalten des Drain-Source-Widerstands R_ds(on) bei verschiedenen Temperaturen und bei verschiedenen Gate-Spannungen angeben. So werden die Temperaturkorrekturkoeffizienten für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) oder tatsächliche Werte, die unter Verwendung der Korrekturkoeffizienten korrigiert (multipliziert) wurden, in der ersten Tabelle über einen passenden Temperaturbereich (z. B. –50 °C bis +150 °C) vorteilhafterweise in Intervallen gespeichert, die der Auflösung entsprechen, mit der die Temperatur gemessen werden kann. Dementsprechend werden Gate-Spannung-Korrekturkoeffizienten für den Drain-Source-Widerstand R_ds(on) oder tatsächliche Werte in einer zweiten Tabelle über einen passenden Spannungsbereich (z. B. 2,5 V bis 5,0 V) vorteilhafterweise in Intervallen gespeichert, die der Auflösung entsprechen, mit der die Gate-Spannung gemessen werden kann. Weiterhin ist es möglich, dass diese Tabellen vereint werden, wodurch sich eine einzige, zweidimensionale Tabelle ergibt, aus der es möglich ist, einen Korrekturkoeffizienten oder einen tatsächlichen Wert für jede Kombination von Temperatur und Gate-Spannung zu finden.
Wenn tatsächliche Werte an Stelle der Korrekturkoeffizienten im Parameterspeicher gespeichert werden, kann der Betrieb der Schutzschaltung in gewissem Maße beschleunigt werden, da es notwendig ist, eine kleinere Anzahl von Berechnungen durchzuführen als in einer Situation, wenn Korrekturkoeffizienten verwendet werden.
Vorzugsweise sind die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren FET1 und FET2 im Wesentlichen gleich, wobei es lediglich notwendig ist, Informationen über einen Feldeffekttransistor im Parameterspeicher 10 zu speichern. So ist es möglich, dieselben Informationen, die im Parameterspeicher 10 enthalten sind, für beide Feldeffekttransistoren zu verwenden. Wenn die Feldeffekttransistoren unterschiedliche Eigenschaften aufweisen, werden die Eigenschaften von beiden Feldeffekttransistoren getrennt im Parameterspeicher gespeichert. Um sicherzustellen, dass die Temperatur- und Spannungswerte, die im Parameterspeicher 10 gespeichert sind, ausreichend präzise sind, werden die Informationen vorteilhafterweise in Verbindung mit der Herstellung der Schutzschaltung 30 kalibriert.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Weise zeigt, auf die eine Schutzschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einen durch Temperatur und Gate-Spannung kompensierten Strom definiert, wenn die Eigenschaften von beiden Feldeffekttransistoren FET1, FET2 im Wesentlichen gleich sind. Es ist möglich, denselben Temperaturkorrekturkoeffizient für beide Feldeffekttransistoren zu verwenden, da beide Feldeffekttransistoren im selben integrierten Schaltkreis angeordnet sind und so die Temperaturen von beiden Feldeffekttransistoren im Wesentlichen dieselben sind. Weiterhin ist es auch möglich, denselben Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on)0 für beide Feldeffekttransistoren zu verwenden, da ihre Eigenschaften im Wesentlichen dieselben sind.
Natürlich ist es möglich, dass die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 von unterschiedlichen Typen sind, wobei es in diesem Fall nicht möglich ist, denselben Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on)0 für beide zu verwenden. Folglich ist es in diesem Fall notwendig, ein getrenntes Verhaltensmodell für die Drain-Source-Widerstände R_ds(on)0 jedes Feldeffekttransistors FET1, FET2 im Parameterspeicher 10 anzulegen. Weiterhin ist es möglich, dass die Temperaturen der Feldeffekttransistoren nicht im Wesentlichen dieselben sind, insbesondere wenn die Feldeffekttransistoren von unterschiedlichen Typen sind. In diesem Fall wird es bevorzugt, getrennte Temperatursensoren 28 für beide Feldeffekttransistoren FET1, FET2 zu verwenden und das Temperaturverhalten von beiden Feldeffekttransistoren getrennt zu speichern.
Zu Beginn wird der Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on)0 bei den Referenzzuständen T₀ und V₀ aus dem Parameterspeicher ausgelesen. Als Nächstes wird eine Temperatur 11 gemessen, auf deren Grundlage es möglich ist, einen bestimmten Temperaturkorrekturkoeffizienten 12 aus den Temperaturkompensationswerten, die im Parameterspeicher 10 (3) gespeichert sind, zu bestimmen. In diesem Fall wird angenommen, dass beide Feldeffekttransistoren FET1, FET2 bei derselben Temperatur sind, wobei es in diesem Fall möglich ist, denselben Temperaturkorrekturkoeffizienten für beide Feldeffekttransistoren zu verwenden. Als Nächstes werden die Gate-Spannungen 14a, 14b von beiden Feldeffekttransistoren gemessen, auf deren Grundlage es möglich ist, bestimmte Gate-Spannung-Korrekturkoeffizienten 15a, 15b aus den Gate-Spannung-Kompensationswerten, die im Parameterspeicher 10 gespeichert sind, zu bestimmen. Die Gate-Spannung-Korrekturkoeffizienten 15a, 15b können zusammen addiert werden, da die Drain-Source-Widerstände der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 in Reihe verbunden sind. Als Folge der Addition 16a wird ein kombinierter Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient erhalten. Ein Drain-Source-Widerstand 17, der im Hinblick auf sowohl die Temperatur als auch die Gate-Spannung kompensiert ist, wird erhalten, indem der Drain-Source-Widerstand, der bei den Referenzbedingungen T₀ und V₀ (ausgelesen aus dem Parameterspeicher 10) definiert ist, mit dem Temperaturkorrekturkoeffizienten 12 und dem kombinierten Gate-Spannung-Korrekturkoeffizienten 16b multipliziert wird. Auf diese Weise wird eine Abschätzung des tatsächlichen Werts 20 des Stroms erhalten, indem die Spannung 18, die über die Feldeffekttransistoren durch den Drain-Source-Widerstand 17, der gemäß der Temperatur und den Gate-Spannungen kompensiert wurde, dividiert 19 wird. Mit anderen Worten, der tatsächliche Strom wird gemäß der folgenden Formel erhalten:

I_TOT: = Abgeschätzter Wert des Stroms, der durch die Feldeffekttransistoren fließt
R_ds(on)0: = Drain-Source-Widerstand bei Referenzbedingungen
K_T: = Temperaturkorrekturkoeffizient
K_U1: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_U2: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
U_TOT: = Spannung, die über die Feldeffekttransistoren gemessen wird

Wenn die Feldeffekttransistoren FET1, FET2 nicht bei im Wesentlichen derselben Temperatur sind, aber ihre Eigenschaften dieselben sind, ist es nicht möglich, denselben Wert K_T für die Temperaturkorrekturkoeffizienten für beide Feldeffekttransistoren zu verwenden, sondern es sollten getrennte Werte für beide Feldeffekttransistoren verwendet werden.

I_TOT: = Abgeschätzter Wert des Stroms, der durch die Feldeffekttransistoren fließt
R_ds(on)0: = Drain-Source-Widerstand bei Referenzbedingungen
K_T1: = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_T2: = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
K_U1: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_U2: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
U_TOT: = Spannung, die über die Feldeffekttransistoren gemessen wird

Wenn andererseits die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 nicht im Wesentlichen gleich sind, sie aber bei im Wesentlichen derselben Temperatur sind, ist es nicht möglich, denselben Wert des Drain-Source-Widerstands R_ds(on)0 für beide Feldeffekttransistoren bei der Berechnung zu verwenden, sondern es sollten getrennte Werte für beide Feldeffekttransistoren verwendet werden.

I_TOT: = Abgeschätzter Wert des Stroms, der durch die Feldeffekttransistoren fließt
R_ds(on)01: = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors bei Referenzbedingungen
R_ds(on)02: = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors bei Referenzbedingungen
K_T: = Temperaturkorrekturkoeffizient
K_U1: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_U2: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
U_TOT: = Spannung, die über die Feldeffekttransistoren gemessen wird

Wenn die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren FET1, FET2 nicht im Wesentlichen gleich sind und sie nicht bei im Wesentlichen derselben Temperatur sind, ist die Temperatur- und Gate-Spannung-Kompensation geringfügig komplexer als in den vorhergehenden Fällen. Weder derselbe Drain-Source-Widerstand-Wert R_ds(on)0 noch derselbe Temperaturkorrekturkoeffizient kann verwendet werden, sondern es sollten getrennte Werte für beide Feldeffekttransistoren verwendet werden.

I_TOT: = Abgeschätzter Wert des Stroms, der durch die Feldeffekttransistoren fließt
R_ds(on)01: = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors bei Referenzbedingungen
R_ds(on)02: = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors bei Referenzbedingungen
K_T1: = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_T2: = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
K_U1: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor
K_U2: = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor
U_TOT: = Spannung, die über die Feldeffekttransistoren gemessen wird

Die Funktion des Steuerungsblocks 22 ist es, den Unterspannungsverhinderungsblock 25 und den Überspannungsverhinderungsblock 26 zu steuern und Informationen über die Ladung der Batterie, Überstromzustände und mögliche Zustände von Über- oder Unterspannung an das Host-Gerät, beispielsweise ein Mobiltelefon, mit Hilfe des Schnittstellenbusses BUS zu übermitteln. Damit der Steuerungsblock 22 alle seine Funktionen verwirklichen kann, ist er mit einem Speicher 35 versehen. Wenn der Steuerungsblock 22 feststellt, dass die Spannung der Batterie zu niedrig ist, übermittelt er ein Signal an den Unterspannungsverhinderungsblock 25. Jedoch übermittelt der Steuerungsblock 22 vor dem Zustand der Unterspannung Informationen über den bevorstehenden Zustand der Unterspannung an das elektronische Gerät 33, vorteilhafterweise wenn die Spannung der Batterie 31 unter einen bestimmten Schwellenwert fällt. Dieser Schwellenwert ist vorteilhafterweise geringfügig höher als der Unterspannungsschwellenwert. Da die Erfindung ermöglicht, dass die Ladung der Batterie präziser bestimmt werden kann, ist es möglich, die Betriebsdauer des elektronischen Geräts 33 zu erhöhen, da es nicht notwendig ist, das elektronische Gerät abzuschalten, bevor es absolut notwendig ist. In der Praxis wird das elektronische Gerät früher abgeschaltet, da der Wert der Unterspannung, der für die Batterie schädlich ist, typischerweise deutlich niedriger ist als die Spannung, bei der das elektronische Gerät aufhört zu funktionieren. Bei einem Zustand der Überspannung übermittelt der Steuerungsblock 22 vorteilhafterweise Informationen über die Überspannung an den Überspannungsverhinderungsblock 26 und an das Host-Gerät 33. Es ist nicht notwendig, Informationen über einen bevorstehenden Zustand der Überspannung im Voraus an das Host-Gerät 33 zu übermitteln, da in diesem Fall der Strom zum elektronischen Gerät nicht abgeschaltet wird.
Wenn der Steuerungsblock 22 einen zu hohen Stromwert vom Kompensationsblock 29 empfängt, übermittelt der Steuerungsblock 22 ein Signal entweder an den Unterspannungsverhinderungsblock 25 oder an den Überspannungsverhinderungsblock 26 je nachdem, ob die Batterie entladen oder aufgeladen wird, wobei als Folge davon der entsprechende Feldeffekttransistor FET1, FET2 in einen Zustand hoher Impedanz geschaltet wird.
Im Ladungsbestimmungsblock 23 ist es möglich, die Ladung der Batterie zu einer gegebenen Zeit zu bestimmen. Dies kann auf eine an sich bekannte Weise durchgeführt werden, beispielsweise auf eine solche Weise, dass der Aufladestrom, der der Batterie während des Aufladens zugeführt wird, gemessen wird. Eine präzisere Bestimmung des Stroms gemäß der Erfindung ermöglicht, dass die akkumulierte/verbliebene Ladung präziser als bei Lösungen nach dem Stand der Technik bestimmt wird. Es gibt zahlreiche bekannte Verfahren zum Bestimmen der Ladung auf der Grundlage eines Stroms, und so ist es nicht notwendig, diese hier ausführlicher zu erläutern. Bei der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Bestimmung der Ladung präziser als bei Lösungen nach dem Stand der Technik durchgeführt werden, da ein für Temperatur und Spannung kompensierter Drain-Source-Widerstand verwendet wird, um den Strom zu bestimmen. Weiterhin wird die Bestimmung des Stroms ohne Komponenten durchgeführt, die einen zusätzlichen Widerstand einführen, und so ist der Energieverbrauch im Vergleich zu Lösungen nach dem Stand der Technik verringert.
Die Integration der gesamten Schutzschaltung in einen einzigen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC) erfordert einiges spezielles Wissen, was die Herstellungstechniken betrifft, die verwendet werden, um integrierte Schaltkreise herzustellen. Andererseits ist die Schutzschaltung 30 weniger kostspielig und kleiner als Lösungen nach dem Stand der Technik, da alle Komponenten, die für die Schutzschaltung erforderlich sind, in demselben anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis untergebracht werden können.
Die Batteriepacks 32, selbst diejenigen, die mit demselben Gerät, z. B. ein drahtloses Terminal 33 (5), verbunden werden sollen, können unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise können sowohl Li-Ion- als auch Li-Poly-Batterien mit demselben Gerät verwendet werden, und sie beide erfordern eine Schutzschaltung, um Schäden zu verhindern, die durch Aufladen und Entladen verursacht werden. Jedoch sind die Eigenschaften dieser Batterien unterschiedlich. Deshalb sollte eine getrennte Schutzschaltung für jeden unterschiedlichen Batteriepack bereitgestellt werden und vorteilhafterweise sollte es möglich sein, die richtigen Einstellungen für den Batteriepack zu wählen, der zu einer bestimmten Zeit in der Schutzschaltung verwendet wird. Wenn die Schutzschaltung 30 in dem Gerät für die drahtlose Kommunikation 33 angeordnet wäre, träte ein Problem dahin gehend auf, wie die Schutzschaltung den Typ des Batteriepacks erkennen und die richtigen Korrekturwerte wählen würde. In diesem Fall würden sich die Herstellungskosten des Geräts für die drahtlose Kommunikation in einem gewissen Maß erhöhen.
Vorzugsweise ist die Schutzschaltung 30 im Batteriepack 32 mit der Batterie 31 angeordnet, wobei es in diesem Fall unnötig ist, irgendeine Art von Schutz für die Batterie in dem Gerät für die drahtlose Kommunikation selbst bereitzustellen. In diesem Fall ist es möglich, die Kosten zu verringern, da es möglich ist, die optimalste und vorteilhafteste Schutzschaltung 30 für jede Batterie 31 zu implementieren. Weiterhin ist es nicht notwendig, das Gerät für die drahtlose Kommunikation und den Batteriepack mit einer Ausrüstung zum Erkennen des Typs der Batterie zu versehen, was die Kosten erhöhen und Raum einnehmen würde. Darüber hinaus erhöht die Bereitstellung einer Schutzschaltung 30, die in einem einzigen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis 35 in dem Batteriepack implementiert ist, nicht merklich die Größe des Batteriepacks. Andererseits ist es möglich, dass der anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis 35 ähnliche Eigenschaften aufweist und auf eine im Wesentlichen identische Weise arbeitet, unabhängig vom Typ der Batterie 31, die geschützt werden soll. Vorteilhafterweise können Parameter, die für jeden Batterietyp geeignet sind, im Speicher 10 des anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises in Verbindung mit seiner Herstellung gespeichert werden. Mit anderen Worten, derselbe integrierte Schaltkreis kann angepasst werden, um unterschiedliche Batterien/Batterietypen zu schützen, indem passende Parameter, die das Verhalten der betreffenden Batterie beschreiben, im Parameterspeicher 10 gespeichert werden. So kann die Schutzschaltung mit Parametern versehen werden, die das Verhalten einer bestimmten Batterie/Batterietyps beschreiben, oder Parameter, die das Verhalten von mehr als einer Batterie/Batterietyp beschreiben, können im Parameterspeicher gespeichert werden. In 5 ist der anwendungsspezifische integrierte Schaltkreis mit der Referenzziffer 35 bezeichnet.
Wenn die Schutzschaltung 30 im Batteriepack 32 angeordnet ist, werden vorteilhafterweise lediglich eine Spannungsleitung P3, eine Leitung für das Massepotential GND und ein Schnittstellenbus BUS als Ausgänge bereitgestellt. Das Gerät für die drahtlose Kommunikation 33 erhält seine Betriebsspannung von der Spannungsleitung P3 und von der Leitung für das Massepotential GND. Das Gerät für die drahtlose Kommunikation erhält Informationen über die Ladung der Batterie ebenso wie über außergewöhnliche Zustände mit Hilfe des Schnittstellenbusses BUS.
Es ist natürlich möglich, dass die Schutzschaltung 30 nicht im Batteriepack 32 mit der Batterie 31 angeordnet ist. So kann die Schutzschaltung z. B. im Host-Gerät 33 eingebaut sein. In diesem fall wird der Typ der Batterie 31 vorzugsweise getrennt identifiziert, so dass die Schutzschaltung angemessen funktionieren kann. So wird der Batterietyp getrennt identifiziert, vorteilhafterweise mit Hilfe des Schnittstellenbusses BUS. Wenn der Batterietyp identifiziert wurde, ist es möglich, die richtigen Schutzparameter in der Schutzschaltung für exakt diesen Batterietyp zu wählen. Diese Situation kann auch eintreten, wenn beispielsweise das Host-Gerät 33 keinen getrennten Batteriepack 32 enthält, sondern die Batterie im Inneren des Host-Geräts angeordnet ist. In diesem Fall ist auch die Schutzschaltung 30 vorzugsweise im Inneren des Host-Geräts angeordnet.
Die vorliegende Erfindung ist nicht allein auf die vorstehend dargestellten Ausführungsformen begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs der beiliegenden Ansprüche modifiziert werden. Auch wenn die Beispiele, die bei der Beschreibung verwendet wurden, sich auf auf Lithium basierende Batterien beziehen, kann die Erfindung auch auf andere Typen von Akkumulatoren oder Batterien angewendet werden.

Claims

Schutzschaltung (30) zum Schützen einer Batterie (31), welche einen Schalter (FET1, FET2) umfasst, umfassend – ein Steuerungsmittel (G1, G2) zum Einstellen der Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2), wobei die Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) so eingerichtet ist, dass sie mittels einer Gate-Spannung, die an das Steuerungsmittel (G1, G2) angelegt wird, einstellbar ist, – Mittel (27) zum Messen des Batteriestroms, – Mittel (26, 29) zum Schützen der Batterie vor Überstrom, – Mittel (22, 25, 26) zum Erzeugen der Gate-Spannung und – Mittel (27, 28) zum Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (30) ferner umfasst: – Mittel (10) zum Bereitstellen von Informationen über die Abhängigkeit der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2) von der mindestens einen physikalischen Größe, – Mittel (29) zum Bestimmen der Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) auf der Grundlage der mindestens einen physikalischen Größe und der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2) und – Mittel (29, 27) zum Bestimmen des Stroms (I_TOT), der durch den Schalter (FET1, FET2) fließt, mindestens zum Teil auf der Grundlage der Leitfähigkeit, wobei der Strom (I_TOT), der durch den Schalter (FET1, FET2) fließt, auf einen Batteriestrom schließen lässt, wobei die Mittel zum Erzeugen der Gate-Spannung so eingerichtet sind, dass sie die Gate-Spannung mindestens zum Teil auf der Grundlage des ermittelten Stroms (I_TOT) erzeugen, wodurch die Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) gesteuert wird.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine physikalische Größe eine Temperatur ist, wobei die Mittel zum Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter beeinflusst, Mittel (28) zum Messen der Temperatur des Schalters (FET1, FET2) umfassen.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine physikalische Größe die Gate-Spannung ist, wobei die Mittel zum Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter beeinflusst, Mittel (27) zum Messen der Gate-Spannung, die an das Steuerungsmittel (G1, G2) des Schalters (FET1, FET2) angelegt wird, umfassen.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter beeinflusst, Mittel (28) zum Messen einer ersten physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, und Mittel (27) zum Messen einer zweiten physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, umfassen und dass die erste physikalische Größe eine Temperatur und die zweite physikalische Größe die Gate-Spannung ist.
Schutzschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie eine Batterie (31) vor einem außergewöhnlichen Zustand schützt, wenn die Batterie (31) geladen oder entladen wird, wobei der außergewöhnliche Zustand mindestens einer aus den folgenden ist: Unterspannung, Überspannung oder Überstrom.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (31) mehr als eine Zelle umfasst und dass die Schutzschaltung (30) Mittel zum getrennten Überwachen der Spannung jeder einzelnen der Zellen umfasst.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (31) auf Lithium basiert.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie Informationen über einen außergewöhnlichen Zustand an ein Host-Gerät mit Hilfe eines Schnittstellenbusses (BUS) übermittelt, wenn die Schutzschaltung (30) den außergewöhnlichen Zustand feststellt.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie Informationen über einen bevorstehenden Zustand der Unterspannung an ein Host-Gerät übermittelt, bevor der Zustand der Unterspannung in der Batterie eintritt.
Schutzschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Mitteln (23) zum Bestimmen des Ladezustands einer Batterie (31) versehen ist.
Schutzschaltung (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (10) zum Bereitstellen von Informationen über die Abhängigkeit der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2) von der mindestens einen physikalischen Größe einen Parameterspeicher (10) umfassen.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (FET1, FET2) ein Feldeffekttransistor ist, wobei das Steuerungsmittel das Gate (G1, G2) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) ist.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterspeicher (10) so eingerichtet ist, dass er sowohl den Drain-Source-Widerstand (R_ds(on)) des Feldeffekttransistors bei einer vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und einer vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀ als auch Informationen über eine Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ ändert, und Informationen über eine Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀ ändert, speichert.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameterspeicher (10) so eingerichtet ist, dass er den Wert des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) für verschiedene Kombinationen von Temperatur und Gate-Spannung speichert.
Schutzschaltung (30) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, die so eingerichtet ist, dass sie Energie von einer Batterie (31) an ein elektronisches Gerät (33) liefert und Energie von einem Ladegerät (34) an die Batterie (31) liefert, wobei die Schutzschaltung (30) einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET1, FET2) umfasst, deren Drains (D1, D2) derart in Reihe gekoppelt sind, dass der erste Feldeffekttransistor (FET1) so eingerichtet ist, dass er das Laden der Batterie (31) steuert, und der zweite Feldeffekttransistor (FET2) so eingerichtet ist, dass er die Zufuhr von Energie von der Batterie (31) zu dem elektronischen Gerät (33) steuert.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (27, 28) zum Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, mindestens einen Temperatursensor (28) zum Messen der Temperatur der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren, Mittel (27) zum Messen einer Gate-Spannung des ersten Feldeffekttransistors und Mittel (27) zum Messen einer Gate-Spannung des zweiten Feldeffekttransistors umfassen und die Schutzschaltung (30) Mittel (27) zum Messen einer Spannung (U_TOT) zwischen der Source (S1) des ersten Feldeffekttransistors (FET1) und der Source (S2) des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) umfasst.
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie den Wert des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel schätzt:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)0 = Drain-Source-Widerstand bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert wird, K_T = Temperaturkorrekturkoeffizient, der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie den Wert des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel schätzt:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)0 = Drain-Source-Widerstand bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert wird, K_T1 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_T2 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie den Wert des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel schätzt:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)01 = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors (FET1) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, R_ds(on)02 = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T = Temperaturkorrekturkoeffizient, der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01 _' R_ds(on)02), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Schutzschaltung (30) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie so eingerichtet ist, dass sie den Wert des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel schätzt:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)01 = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors (FET1) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, R_ds(on)02 = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T1 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_T2 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Integrierter Schaltkreis (35), der mit einer Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1 versehen ist.
Host-Gerät (33), das mit einer Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1 versehen ist.
Host-Gerät (33) nach Anspruch 22, das in Verbindung mit einer Batterie (31) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (30) mit Mitteln (23) zum Bestimmen des Ladezustands der Batterie (31) versehen ist, wobei die Informationen über den Ladezustand so eingerichtet sind, dass sie an ein Host-Gerät mit Hilfe eines Schnittstellenbusses (BUS) übermittelt werden, wobei die Informationen so eingerichtet sind, dass sie in dem Host-Gerät (33) angezeigt werden.
Host-Gerät (33) nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass Informationen über den Ladezustand der Batterie (31) genutzt werden, um das Host-Gerät (33) abzuschalten.
Host-Gerät (33) nach Anspruch 22, 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gerät für die drahtlose Kommunikation ist.
Host-Gerät (33) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dessen Energiequelle so eingerichtet ist, dass sie eine Batterie (31) ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schutzschaltung (30) in dem Host-Gerät (33) befindet, und die Batterie (31) so eingerichtet ist, dass sie abnehmbar mit dem Host-Gerät (33) verbunden ist.
Host-Gerät (33) nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (31) in das Host-Gerät (33) integriert ist.
Batterieeinheit (32), die mit einer Schutzschaltung (30) nach Anspruch 1 versehen ist.
Batterieeinheit (32) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit (32) so eingerichtet ist, dass sie abnehmbar mit einem Host-Gerät (33) verbunden ist.
Verfahren zum Schützen einer Batterie (31) mittels einer Schutzschaltung, wobei die Schutzschaltung (30) einen Schalter (FET1, FET2) umfasst, welcher ein Steuerungsmittel (G1, G2) zum Einstellen der Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) mittels einer Gate-Spannung, die an das Steuerungsmittel (G1, G2) angelegt ist, Mittel (27) zum Messen des Batteriestroms und Mittel (26, 29) zum Schützen der Batterie vor Überstrom umfasst, wobei das Verfahren umfasst: – Messen mindestens einer physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner umfasst: – Bereitstellen von Informationen über die Abhängigkeit der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2) von der mindestens einen physikalischen Größe, – Bestimmen der Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) auf der Grundlage der mindestens einen physikalischen Größe und der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2), – Bestimmen des Stroms (I_TOT), der durch den Schalter (FET1, FET2) fließt, mindestens zum Teil auf der Grundlage der Leitfähigkeit, wobei der Strom (I_TOT), der durch den Schalter (FET1, FET2) fließt, auf einen Batteriestrom schließen lässt, und Erzeugen der Gate-Spannung mindestens zum Teil auf der Grundlage des ermittelten Stroms (I_TOT), wodurch die Leitfähigkeit des Schalters (FET1, FET2) gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine physikalische Größe eine Temperatur ist, wobei das Verfahren das Messen der Temperatur des Schalters (FET1, FET2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine physikalische Größe die Gate-Spannung ist, wobei das Verfahren das Messen der Gate-Spannung, die an das Steuerungsmittel (G1, G2) des Schalters (FET1, FET2) angelegt ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass es das Messen einer ersten physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, und einer zweiten physikalischen Größe, die den Schalter (FET1, FET2) beeinflusst, umfasst, wobei die erste physikalische Größe eine Temperatur ist und die zweite physikalische Größe die Gate-Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren verwendet wird, um eine Batterie (31) vor einem außergewöhnlichen Zustand zu schützen, wenn die Batterie geladen oder entladen wird, wobei der außergewöhnliche Zustand mindestens einer aus den folgenden ist: Unterspannung, Überspannung oder Überstrom.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (31) eine auf Lithium basierende Batterie ist.
Verfahren nach Anspruch 34 oder 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Übermitteln von Informationen über einen außergewöhnlichen Zustand an ein Host-Gerät mit Hilfe des Schnittstellenbusses (BUS) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 34, 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Bestimmen des Ladezustands der Batterie (31) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass es das Speichern von Informationen über die Abhängigkeit der Leitfähigkeitseigenschaften des Schalters (FET1, FET2) von der mindestens einen physikalischen Größe in einem Parameterspeicher (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einer Schutzschaltung verwendet wird, in welcher der Schalter (FET1, FET2) ein Feldeffekttransistor ist, wobei das Steuerungsmittel das Gate (G1, G2) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) ist und die Gate- Spannung eine Gate-Spannung ist, die verwendet wird, um den Drain-Source-Widerstand (R_ds(on)) zwischen dem Drain (D1, D2) und der Source (S1, S2) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) zu steuern.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Speichern sowohl des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) bei einer vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und einer vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀ in dem Parameterspeicher (10) als auch von Informationen über eine Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ ändert, und Informationen über eine Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)) wenn sich die Temperatur bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀ ändert, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Speichern des Werts des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)) des Feldeffekttransistors (FET1, FET2) für verschiedene Kombinationen von Temperatur und Gate-Spannung in dem Parameterspeicher (10) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 39 bis 41, bei dem Strom von einer Batterie (31) an ein elektronisches Gerät oder von einem Ladegerät (34) an die Batterie geliefert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (30) einen ersten und einen zweiten Feldeffekttransistor (FET1, FET2) umfasst, deren Drains (D1, D2) derart in Reihe gekoppelt sind, dass der erste Feldeffekttransistor (FET1) so eingerichtet ist, dass er das Laden einer Batterie steuert, und der zweite Feldeffekttransistor (FET2) so eingerichtet ist, dass er die Zufuhr von Energie von der Batterie (31) zu dem elektronischen Gerät (33) steuert.
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Schätzen des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel umfasst:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)0 = Drain-Source-Widerstand bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T = Temperaturkorrekturkoeffizient, der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Schätzen des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel umfasst:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)0 = Drain-Source-Widerstand bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T1 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_T2 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Schätzen des Stroms (I_TOT) der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel umfasst:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)01 = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors (FET1) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, R_ds(on)02 = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T = Temperaturkorrekturkoeffizient, der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01, R_ds(on)02), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).
Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Schätzen des Stroms (I_TOT), der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, nach der folgenden Formel umfasst:
I_TOT = Wert des Stroms, der durch die ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2) fließt, R_ds(on)01 = Drain-Source-Widerstand des ersten Feldeffekttransistors (FET1) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, R_ds(on)02 = Drain-Source-Widerstand des zweiten Feldeffekttransistors (FET2) bei der vorgegebenen ersten Temperatur T₀ und bei der vorgegebenen ersten Gate-Spannung V₀, der in dem Parameterspeicher (10) gespeichert ist, K_T1 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_T2 = Temperaturkorrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von dem Temperatursensor (28) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Temperatur bei einer konstanten Gate-Spannung ändert, gespeichert sind, K_U1 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den ersten Feldeffekttransistor (FET1), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)01), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, K_U2 = Gate-Spannung-Korrekturkoeffizient für den zweiten Feldeffekttransistor (FET2), der auf der Grundlage des Werts, der von der Spannungsmessung (27) angegeben wird, aus den Informationen erhalten wird, die in dem Parameterspeicher (10) über die Änderung des Drain-Source-Widerstands (R_ds(on)02), wenn sich die Gate-Spannung bei einer konstanten Temperatur ändert, gespeichert sind, U_TOT = Spannung zwischen den Sourcen (S1, S2) der ersten und zweiten Feldeffekttransistoren (FET1, FET2).