專利名稱：電池組件的保護電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池組件的保護電路。更確切地說，本發明涉及一種能檢測用于感測蓄電池組單元電池的電壓的感測線斷開的電池組件的保護電路，同時蓄電池組單元電池防止蓄電池組單元電池過載。
背景技術：
在本技術領域中通常已知，因為蓄電池組單元電池的電容和工作電壓很低，所以蓄電池組單元電池通常不被用作筆記本式個人計算機等等的電源。從而，一種包括多個彼此串聯地耦接的蓄電池組單元電池的電池組件或蓄電池組單元電池模塊被用作筆記本式個人計算機的電源。
這樣的電池組件安裝有一保護電路，以便控制蓄電池組單元電池的充電/放電狀態，同時保護電池組件不受由于蓄電池組單元電池的過載或過放電所引起的各種危險。另外，一感測線被耦接到保護電路以便檢測每個蓄電池組單元電池的電壓。例如，當電池組件包括三個彼此串接耦接的蓄電池組單元電池時需要四個感測線。在這種情況下，第一感測線被耦接到第一蓄電池組單元電池的負極以便檢測最小電壓，第二感測線被耦接在第一蓄電池組單元電池的正極和第二蓄電池組單元電池的負極之間以便檢測第一蓄電池組單元電池的最大電壓(或第二蓄電池組單元電池的最小電壓)，第三感測線被耦接在第二蓄電池組單元電池的正極和第三蓄電池組單元電池的負極之間以便檢測第二蓄電池組單元電池的最大電壓(或第三蓄電池組單元電池的最小電壓)，而第四線被耦接到第三蓄電池組單元電池的正極以便檢測第三蓄電池組單元電池的最大電壓。
根據具有上述構造的電路結構，分別地，第一蓄電池組單元電池的電壓借助于第一和第二線來檢測，第二蓄電池組單元電池的電壓借助于第二和第三線來檢測，而第三蓄電池組單元電池的電壓借助于第三和第四線來檢測。
因此，每個蓄電池組單元電池的電壓都可以被檢測，所以所有蓄電池組單元電池或一具體的蓄電池組單元電池的過載可以被檢測。如果檢測到蓄電池組單元電池的過載，則該蓄電池組單元電池的充電操作立即被停止。
然而，傳統的保護電路存在一問題，即其中沒有設備或方法來檢測具體的感測線的斷開。例如，如果第二線被斷開，則蓄電池組單元電池的總電壓可以借助于第一和第四線來檢測，但是第一蓄電池組單元電池的電壓卻無法被檢測。即，第一和第二蓄電池組單元電池的平均電壓值只借助于第一和第三線來檢測。在這種情況下，即使第一蓄電池組單元電池已經經受了過載狀態，也不可能精確地檢測到第一蓄電池組單元電池的過載。因此，第一蓄電池組單元電池可能不斷地過載，從而導致第一蓄電池組單元電池的爆炸或著火。另外，精確地檢測第二蓄電池組單元電池的電壓也很困難，因此輔助蓄電池組單元電池也可能遭受過載。
發明內容
因此，本發明用來處理現有技術中存在的一個或多個上述問題，本發明的實施例提供一電池組件的保護電路，其能夠檢測到用于感測蓄電池組單元電池電壓的感測線的斷開，同時還能通過切斷被應用于該蓄電池組單元電池的強電流來防止蓄電池組單元電池的過載。
為了實現上述目的，本發明提供一電池組件的保護電路，該保護電路具有至少一串聯耦接的蓄電池組單元電池。一單元電池電壓檢測單元經由感測線耦接到蓄電池組單元電池的正和負極以便檢測蓄電池組單元電池的電壓。一開關單元串聯耦接到蓄電池組單元電池一端和一外部端之間的強電流線。一控制單元接收來自單元電池電壓檢測單元的信號并基于該單元電池電壓檢測單元的信號產生一預定的控制信號，以便在蓄電池組單元電池過載或感測線被斷開的時候操作該開關單元。
圖1的框圖示出了根據本發明的一個實施例的一電池組件的保護電路的結構。
圖2的電路圖示出了根據本發明的一個實施例的一電池組件的保護電路。
具體實施例方式
如圖1中所示，根據本發明的電池組件的保護電路100包括至少一蓄電池組單元電池111、112或113，一用于檢測蓄電池組單元電池111、112或113的電壓的單元電池電壓檢測單元120，一串聯耦接到強電流線的開關單元130，和一基于單元電池電壓檢測單元120的信號來被適配來操作開關單元130的控制單元140。開關單元130可以被適配來當蓄電池組單元電池111、112或113過載或與蓄電池組單元電池111、112或113耦接的感測線w1、w2、w3或w4斷開時切斷該強電流。
盡管在圖1中示出了三個蓄電池組單元電池111、112和113，然而它們只是為了說明的目的。即，根據本發明的另一實施例，也可以使用兩個蓄電池組單元電池或多于四個的蓄電池組單元電池。另外，根據本發明，蓄電池組單元電池111、112和113分別耦接到外部端子P+、和P-，即分別為正負電極端子，用于檢測充電電流的電流檢測單元150與強電流線串接。
如圖2中所示，第一、第二和第三蓄電池組單元電池111、112和113彼此串聯地耦接。另外，分別地，第一感測線w1被耦接到第一蓄電池組單元電池111的負極，第二感測線w2被耦接在第一蓄電池組單元電池111的正極和第二蓄電池組單元電池112的負極之間，第三感測線w3被耦接在第二蓄電池組單元電池112的正極和第三蓄電池組單元電池113的負極之間，而第四感測線w4被耦接到第三蓄電池組單元電池113的正極。另外，分別地，第一蓄電池組單元電池111的電壓借助于第一和第二線w1和w2來檢測，第二蓄電池組單元電池112的電壓借助于第二和第三線w2和w3來檢測，而第三蓄電池組單元電池113的電壓借助于第三和第四線w3和w4來檢測。
單元電池電壓檢測單元120包括多個分壓電阻器R1到R6和多個比較器121、122和123。該分壓電阻器R1和R2成一排地被耦接到第一蓄電池組單元電池111，其中，分壓電阻器R1接地。另外，參考電壓經由分壓電阻器R1的接地端來提供。參考電壓源被耦接到比較器121的正相端。另外，比較器121的反相端被耦接在分壓電阻器R1和R2之間。因此，如果第一蓄電池組單元電池111的充電電壓高于參考電壓(，即當施加到分壓電阻器R1的電壓VR1高于參考電壓時，則比較器121向控制單元140發送一反向信號，以便控制單元140可以認識到第一蓄電池組單元電池111的過載狀態。類似地，分壓電阻器R3和R4以及比較器122被耦接到第二蓄電池組單元電池112，而分壓電阻器R5和R6以及比較器123被耦接到第三蓄電池組單元電池113，以便執行以上提及的操作。分壓電阻器R1和R2、分壓電阻器R3和R4、以及分壓電阻器R5和R6可以每個具有彼此不同的電壓值。其原因將在下面描述。
單元電池電壓檢測單元120可以被制造成與控制單元140其一起或與控制單元140分離的集成電路(IC)的形式。因為單元電池電壓檢測單元120是一模擬電路而控制單元140是一邏輯電路，所以模擬信號處理單元和邏輯信號處理單元可以被設計成集成地安裝在一半導體芯片中或者安裝在兩個半導體芯片中。
開關單元130被耦接到第三蓄電池組單元電池113的正極和外部正極端P+之間的強電流線。更詳細地說，開關單元130可以包括一充電FET器件131和一放電FET器件132。另外，充電FET器件131和放電FET器件132可以被配備有寄生二極管，其中，每個FET器件裝置的柵極都從控制單元140接收控制信號。在這里，充電FET器件131在蓄電池組單元電池過載的時候變成一斷路狀態，而放電FET器件132在蓄電池組單元電池過放電的時候變成一斷路狀態。
另外，開關單元130可以還包括一自控保護器。自控保護器可以包括一串聯耦接到強電流線的保險絲133；一用于熔化保險絲133的繞組134；和一用于向繞組134施加電流的FET器件135。舉例而言，繞組134可以是電阻性加熱繞組。FET器件135的柵極還可以接收控制單元140的輸出信號。根據具有上述結構的自控保護器，強電流在控制單元140向FET器件135輸出一預定電信號的時候被施加到繞組134，以便繞組134發熱，并且作為從繞組134生熱的結果，保險絲133熔化。
控制單元140可以包括一典型的1C、一邏輯電路或一微型計算機。只要從單元電池電壓檢測單元120接收到蓄電池組單元電池111、112和113過載或感測線w1到w4斷開的相關信息，控制單元140就操作開關單元130以便防止蓄電池組單元電池111、112和113過載。
另外，控制單元140可以從被串聯耦接到強電流線的電流檢測單元150接收一信號。在這種情況下，控制單元140操作開關單元130以使得過載電流不被施加到蓄電池組單元電池111、112和113。例如，因為電流檢測單元150是一阻抗裝置并且控制單元140已經知道電流檢測單元150的阻值，因此，通過感測被施加到電流檢測單元150兩端的電壓，控制單元140可以計算出被施加到電流檢測單元150的電流值。
現在描述，當一蓄電池組單元電池過載或一感測線被斷開時，根據本發明的電池組件的保護電路100的操作。
在此，VB1表示第一蓄電池組單元電池111的電壓。當第一蓄電池組單元電池111過載時，電壓(VR1＝[R1/(R1+R2)]*VB1)被施加到成一排地耦接到第一蓄電池組單元電池111的分壓電阻器R1，并且該電壓值被輸入到比較器121的反相端中。在這時候，參考電壓正在被施加到比較器121的正相端。參考電壓經被設定為一低于第一蓄電池組單元電池111的過載電壓的電平。
如果第一蓄電池組單元電池111過載，則施加到分壓電阻器R1的電壓VR1將高于參考電壓。因此，比較器121向控制單元140發送一狀態反向信號。
只要從比較器121接收到狀態反向信號，控制單元140就操作開關單元130。例如，控制單元140把一預定控制信號發送到充電FET器件131的柵極，從而切斷FET器件131。因為充電FET器件131配備有與充電電流反向定位的寄生二極管，所以正被施加到蓄電池組單元電池111、112和113的強電流可以立即被斷開。同時，即使充電FET器件131沒有工作，充電電流也可以被不斷地施加到蓄電池組單元電池111、112和113。這意味著充電FET器件131不正常工作。在這種情況下，控制單元140向另一FET器件135的柵極發送一預定的控制信號來操作自控保護器。從而，一預定的電流被施加到繞組134，以便保險絲133借助于從繞組134產生的熱能而熔化。換言之，自控保護器可能在充電FET器件不正常工作的時候工作，以便切斷正被施加到蓄電池組單元電池111、112和113的強電流。盡管充電FET器件131可逆地工作，然而自控保護器可以不可逆地工作。
在耦接到第一蓄電池組單元電池111的正極的第二感測線w2斷開之前，被施加到分壓電阻器R1的第一蓄電池組單元電池111的電壓可以被計算如下當假定每個分壓電阻器R1和R2的阻值是4kΩ、每個分壓電阻器R3和R4的阻值是3kΩ、每個分壓電阻器R5和R6的阻值是2kΩ、而每個第一和第二蓄電池組單元電池111和112的電壓是4V的時候，被施加到分壓電阻器R1的電壓VR1可以被計算為VR1＝[4/(4+4)]*4＝2，基于所述的等式，VR1＝[R1/(R1+R2]*VB1。換言之，在第二感測線w2斷開之前被施加到分壓電阻器R1的第一蓄電池組單元電池111的電壓大約是2V。因為電壓2V低于參考電壓，所以比較器121可以不向控制單元140發送反向信號。
然而，如果第二感測線w2被斷開，則第一和第二蓄電池組單元電池111和112的電壓被施加到分壓電阻器R1。
在這種情況下，施加到分壓電阻器R1的電壓VR1被表示為VR1＝[R1/(R1+R2+R3+R4)]*(VB1+VB2)，其中，VB2是第二蓄電池組單元電池112的電壓。換言之，施加到分壓電阻器R1的電壓VR1是VR1＝[4/(4+4+3+3)]*(4+4)＝2.28V。
從而，如果第二感測線w2被斷開，則施加到分壓電阻器R1的電壓(2.28V)高于在第二感測線w2被斷開之前施加到分壓電阻器R1的電壓(2V)。當第二感測線w2被斷開時，施加到分壓電阻器R1的電壓(2.28V)高于參考電壓，因此比較器121用第一蓄電池組單元電池111過載時的相同方法向控制單元140發送反向信號。
因此，控制單元140操作開關單元130。即控制單元140操作充電FET器件131或自控保護器，從而停止充電操作并完成根據本發明的電池組件保護電路的操作。
在耦接到第二蓄電池組單元電池112的正極的第三感測線w3斷開之前施加到分壓電阻器R3的第二蓄電池組單元電池112的電壓可以被計算如下。
基于等式VR3＝[R3/(R3+R4)]*VB2，施加到分壓電阻器R3的電壓可以被計算為VR3＝[3/(3+3)]*4＝2。換言之，在第三感測線w3斷開之前施加到分壓電阻器R3的第二蓄電池組單元電池112的電壓大約是2V。因為電壓2V低于參考電壓，所以比較器122可以不向控制單元140發送反向信號。
然而，如果第三感測線w3被斷開，則第二和第三蓄電池組單元電池112并113的電壓被施加到分壓電阻器R3。
在這種情況下，施加到分壓電阻器R3的電壓被表示為VR3＝[R3/(R3+R4+R5+R6)]*(VB2+VB3)，其中，VB3是第三蓄電池組單元電池113的電壓。換言之，施加到分壓電阻器R3的電壓是VR3＝[3/(3+3+2+2)]*(4+4)＝2.4V。
從而，如果第三感測線w3被斷開，則施加到分壓電阻器R3的電壓(2.4V)高于在第三感測線w3被斷開之前施加到分壓電阻器R3的電壓(2V)。當第三感測線w3被斷開時，施加到分壓電阻器R3的電壓(2.4V)被設定為高于參考電壓，因此比較器122如第二蓄電池組單元電池112過載那樣向控制單元140發送反向信號。
因此，控制單元140操作開關單元130。即控制單元140操作充電FET器件131或自控保護器，從而停止充電操作并完成根據本發明的電池組件的保護電路的操作。
如上所述，根據本發明的電池組件的保護電路可以精確地檢測用于感測每個蓄電池組單元電池電壓的感測線的斷開，并且可以在感測線被斷開的時候立即切斷被施加到蓄電池組單元電池的強電流，從而防止蓄電池組單元電池過載。
盡管本發明的一個實施例已經為了說明性目的而被描述，然而本領域技術人員應該理解，在不脫離附加權利要求中所公開的本發明的范圍和精神的前提下可以做出不同的更改、添加和置換。
權利要求
1.一種電池組件的保護電路，該保護電路包括至少一蓄電池組單元電池；一單元電池電壓檢測單元，經由感測線耦接到蓄電池組單元電池的正和負極以便檢測蓄電池組單元電池的電壓；一開關單元，串聯耦接到蓄電池組單元電池一端和一第一外部端之間的強電流線；和一控制單元，被適配來用于接收來自單元電池電壓檢測單元的信號并基于該單元電池電壓檢測單元的信號產生一預定的控制信號，其中所述單元電池電壓檢測單元的信號基于所檢測的電壓，以便在感測線被斷開的時候操作該開關單元。
2.如權利要求1所述的保護電路，其中，單元電池電壓檢測單元包括一耦接到蓄電池組單元電池的分壓電阻器；一耦接到該分壓電阻器的參考電壓源；和一比較器，它具有第一輸入端，它耦接到分壓電阻器；第二輸入端，它耦接到參考電壓源；和輸出端，它耦接到控制單元。
3.如權利要求1所述的保護電路，其中，該單元電池電壓檢測單元包括至少一經由感測線耦接在蓄電池組單元電池正和負極之間的分壓電阻器；耦接到蓄電池組單元電池負極的參考電壓源；和一比較器，它具有正相端，它耦接到參考電壓源；和反相端，它耦接到分壓電阻器，用于在施加到正相端的電壓高于施加到反相端的電壓的時候向控制單元發送一反向信號。
4.如權利要求3所述的保護電路，其中，耦接到蓄電池組單元電池的分壓電阻器的多個阻值的每個彼此不同。
5.如權利要求3所述的保護電路，其中，只要耦接到蓄電池組單元電池的感測線被斷開，比較器就向控制單元發送反向信號。
6.如權利要求1所述的保護電路，其中，控制單元向開關單元發送控制信號，以在反向信號從單元電池電壓檢測單元被發送到那里的時候關閉開關單元。
7.如權利要求1所述的保護電路，還包括一電流檢測單元，其被串聯耦接到蓄電池組單元電池和第二外部端之間的強電流線以便檢測施加到該蓄電池組單元電池的電流。
8.如權利要求1所述的保護電路，其中，開關單元包括彼此串聯耦接的一充電FET器件和一放電FET器件，并且該控制單元的控制信號被輸入充電FET器件和放電FET器件的柵極。
9.如權利要求8所述的保護電路，其中，當由于感測線的斷開而向充電FET器件施加控制單元的控制信號時，開關單元的充電FET器件被關閉。
10.如權利要求1所述的保護電路，其中，所述開關單元自控保護器；以及FET器件，用于操作所述自控保護器。
11.如權利要求10所述的保護電路，其中，自控保護器包括至少一串聯耦接到蓄電池組單元電池和外部端之間的強電流線的保險絲；和一定位在保險絲之間以用于向該保險絲施加熱能的繞組，其中，該繞組經由FET器件被耦接到該蓄電池組單元電池并且該FET器件的柵極接收控制單元的控制信號。
12.如權利要求11所述的保護電路，其中，在感測線斷開時，所述控制單元向所述FET器件的柵極發送控制信號，以便自控保護器向所述繞組施加電流，由此作為從所述繞組產生的熱量的結果而使得保險絲熔化。
13.如權利要求8所述的保護電路，其中，所述開關單元包括自控保護器和用于操作自控保護器的FET器件。
14.如權利要求1所述的保護電路，其中，所述單元電池電壓檢測單元與控制單元一起形成集成電路。
15.如權利要求1所述的保護電路，其中，以與控制單元分離的集成電路的形式來形成該單元電池電壓檢測單元。
16.一種電池組件的保護電路，所述保護電路包括至少一蓄電池組單元電池；一單元電池電壓檢測單元，經由感測線耦接到蓄電池組單元電池的正和負極以便檢測蓄電池組單元電池的電壓；一開關單元，串聯耦接到蓄電池組單元電池一端和一外部端之間的強電流線；和一控制單元，被適配來用于接收來自單元電池電壓檢測單元的信號并基于該單元電池電壓檢測單元的信號產生一預定的控制信號，其中，所述單元電池電壓檢測單元的信號基于所檢測的電壓，以便在蓄電池組單元電池過載的時候操作該開關單元。
17.如權利要求16所述的保護電路，其中，開關單元包括彼此串聯耦接的一充電FET器件和一放電FET器件，并且該控制單元的控制信號被輸入充電FET器件和放電FET器件的柵極。
18.如權利要求17所述的保護電路，其中，當由于蓄電池組單元電池的過載而向充電FET器件施加控制單元的控制信號時，開關單元的充電FET器件被關閉。
19.如權利要求16所述的保護電路，其中，在蓄電池組單元電池過載時，所述控制單元向所述FET器件的柵極發送控制信號，以便自控保護器向所述繞組施加電流，由此作為從所述繞組產生的熱量的結果而使得保險絲熔化。
20.一種用于確定是否在電池組件中的保護電路中的感測線斷開的方法，所述方法包括檢測電池組件的電壓；接收用于指示是否預定感測線斷開的信號，其中，所述信號基于所檢測的電壓；以及響應于用于指示預定感測線斷開的所接收的信號，產生預定控制信號以停止蓄電池組單元電池的充電。
21.一種用于確定是否在組件中的保護電路中的蓄電池組單元電池過載的方法，所述方法包括檢測蓄電池組單元電池的電壓；接收用于指示是否蓄電池組單元電池過載的信號；以及響應于用于指示蓄電池組單元電池過載的所接收的信號，產生預定控制信號以停止蓄電池組單元電池的充電，其中所述所接收的信號是基于所檢測的電壓。
全文摘要
一種電池組件的保護電路和操作所述保護電路的方法通過直接檢測過載或檢測感測線的斷開而防止蓄電池組單元電池過載，并且當檢測到感測線斷開時瞬時關閉別施加到蓄電池組單元電池的強電流。該保護電路包括至少一蓄電池組單元電池；以及一被適配來檢測蓄電池組單元電池電壓的單元電池電壓檢測單元。所述保護電路也包括開關單元和被適配來從所述單元電池電壓檢測單元接收信號的一控制單元，并基于單元電池電壓檢測單元的信號產生一預定控制信號，以便在蓄電池組單元電池過載或感測線被斷開的時候關掉開關單元。
文檔編號H02H7/18GK1790857SQ200510126550
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月29日 優先權日2004年11月29日
發明者樸臺欽 申請人:三星Sdi株式會社