CN100589305C

CN100589305C - 用于电池组保护的涓流放电方法

Info

Publication number: CN100589305C
Application number: CN200710152100A
Authority: CN
Inventors: 刘柳胜; 布鲁斯·丹宁
Original assignee: O2Micro Inc
Current assignee: OMicro Technology (China) Co.,Ltd.
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2007-09-28
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2027-09-28
Also published as: TWI336158B; HK1118643A1; CN101179200A; TW200822484A

Abstract

本发明公开了电池保护电路和方法。通过将放电开关设置为可控导电状态电池会被保护避免大电流过流或短路情况。放电开关处于可控导电状态后，涓流放电电流在导通控制信号的控制下将逐渐产生。涓流放电电流可以用于确定是否存在大电流过流或短路情况。当大电流过流或短路情况消除时，放电开关重新开启。

Description

用于电池组保护的涓流放电方法

技术领域

本发明涉及电池充/放电电路和电池组保护，尤其涉及能够进行涓流预充电和/或涓流放电的电池充/放电电路。本发明的实用性可以在用于可便携电子设备中的充/放电/保护系统中发现，例如，膝上型计算机，PDA，手机，和/或具有可再充电电池的任意类型的电子设备。

背景技术

可再充电电池，尤其是锂离子电池，需要从电量耗尽状态进行涓流预充电(恢复充电)以避免对耗尽电池产生损坏。当可再充电电池被耗尽并且其电池电压变得低于阈值电压V_UV时，不能使用大的充电电流进行直接的充电。相反，需要预充电模式。在预充电模式，使用小的充电电流，直到电池电压被充电到大于电压V_UV，然后它才可以以正常模式被充电，也就是，通过较大的充电电流进行充电。对于锂离子电池，一个单元电芯的阈值电压接近2.4V～3.0V，取决于电池类型和制造者。预充电电流大约10mA～100mA。然而，正常的充电电流可以是几百毫安至几安培，取决于电池容量。

图1A示出了锂离子可再充电电池的充电分布图50。当电池电压高于V_UV，电池进入恒定电流(CC)充电模式，大的恒定电流用于对电池进行快速充电(电池电压也随着电池电量增加而增加)。当电池电压增加到V_OV，其代表过电压(对于锂离子电池正常的过压电压大约在4.2V左右)，电池进入恒定电压(CV)充电模式。在这种模式中，充电器保持在电压V_OV，充电电流逐渐减少。当充电电流减少到预定最小值，例如50mA，充电程序停止。在CV充电模式中，充电器必须将电压精确地调整到V_OV(误差在+/-0.005V)。如果，充电输出大于V_OV，那么将会发生对电池的过充电，这会导致锂离子电池的安全问题。

图1B中示出了实现预充电的传统电路10。与电阻14串联的预充电MOSFET 12用于预充电。在预充电的时刻，充电FET 16关闭，预充电FET 12开启。因此，预充电电流大致是由充电器输入电压VPACK+和总单元电压Vcell之间的压差除以串联电阻14 Rpre决定。当存在AC适配器(未示出)并VPACK+高于单元电压V_cell，充电或预充电将基于每一单元的初始电压而开始。如果任意单元中的电压低于阈值V_UV，电池组将进入预充电模式。否则将开始正常充电。

本领域技术人员将承认图1B中的电路10包括电池监视器IC 20，其包括监视电池组22的每一单元(Cell1，Cell2.....Cell4)的电压和电流的电路。这样的电路可以包括用以采样每一单元电压的开关网络24。为了控制预充电MOSFET 12的操作，传统电路10包括一比较器26，其可以通过开关30将恒定参考电压28(V_UV)与每一单元的电压进行比较。

然而，图1B中示出的电路的一个缺陷是需要一额外的MOSFET(也就是，MOSFET 12)和电阻14，它们会增加额外的成本并且增加了PCB的面积。另外，这种电路拓扑中，较低的单元电压导致更大的预充电电流。而且，预充电电流随着单元电压的增加而减少，这意味着要完成预充电需要更长的时间。

另外，电阻14的值通常是固定的，预充电电流的最大和最小值通常也是固定的，因此不能被调整用以提供不同的电池组需要。

该拓扑的另一缺陷是电池组22和MOSFETs容易在异常情况下被损坏，例如VPACK+端被短接到VPACK-端，或者外部的充电器被反向加到VPACK+和VPACK-端。这种拓扑中，放电FET 18或者被开启以允许放电或者被关闭而不能放电。当放电FET 18被开启时，如果发生了异常情况，从电池组22流出的大电流流经放电FET 18和充电FET 16，这将依次破坏电池组22和/或MOSFET。

此外，当电池组22从电子系统中被移除，例如，放在一支架上，放电FET18可以被关闭用以保护电池组22免遭异常情况。然而，由于放电FET 18被关闭，当电池组22被插回到电子系统中时电池组22将不能立即对电子系统通电，因此需要一机械方法或电子电路来通知电路10来开启放电FET 18。额外的机械方法或者电子电路将增加电路10的复杂性，价格和/或尺寸。另外，电池组在被插进电子系统中后仍然会由于异常情况容易被损坏。

用于电池组保护的传统办法是关闭放电FET 18以避免当发生异常情况时产生的大电流。被关闭一预定时间后，例如30秒，放电FET 18被再次开启。如果当放电FET 18被重新开启后异常情况仍然存在，大电流将流经放电FET 18并且再次触发电池组保护。因此，放电FET 18被再次关闭。否则，电池组22将随着放电FET 18的开启而工作在一正常放电模式。然而，如果异常情况在一个长的时期内都存在，大电流将连续地流经放电FET 18，这将最终破坏电池组22和/或MOSFET。

因此，需要有一种电路和其方法能够进行涓流预充电和/或涓流放电，本发明主要提出了这样一种电路和方法。

发明内容

在一实施例中，提供了用以保护电池组避免大电流过流或短路情况的方法。该方法包括在导通控制电路产生一控制信号的步骤，以及如果大电流过流或短路情况发生，在控制信号的控制下产生一涓流放电电流的步骤。涓流放电电流能够阻止大电流从电池组中流通。

在另一实施例中，提供了另一种保护电池组避免电流过流或短路情况的方法。该方法包括步骤a)当大电流过流或短路情况发生时关闭放电开关，b)在开关控制电路产生一控制信号，控制信号具有一预定最大水平，c)在控制信号控制下产生一涓流放电电流，涓流放电电流具有一阈值电流水平并且能够防止电池组的大电流流通，d)根据涓流放电电流，阈值电流水平和预定最大控制水平检测是否大电流过流或短路情况仍然存在，e)如果大电流过流或短路情况仍然存在重复步骤a)至d)，以及f)如果大电流过流或短路情况消除则完全开启放电开关。

附图说明

尽管本领域技术人员知道以下的详细描述所使用的是优选实施例和方法，但本发明并不受限于这些优选实施例和方法。本发明的权利要求范围是由附属权利要求所定义。

本发明的其它特征和优点将随着下面的详细描述并参考附图变得更加明确，其中相同的数字代表相同的部分，并且其中：

图1A是锂离子电池的典型充电过程电流、电压示意图；

图1B是传统的电池预充电电路；

图2A是根据本发明的一种典型涓流预充电电路；

图2B是根据本发明的一种典型涓流放电电路；

图3A是根据本发明的另一种典型涓流预充电电路；

图3B是根据本发明的另一种典型涓流放电电路；

图4是根据本发明的另一种典型涓流预充电电路；

图5是一典型可编程电流源；

图6是一典型涓流预充电和涓流放电电路；

图7是基于本发明其中一实施例的电池组短路/过电流保护的控制流程图。

具体实施方式

图2A示出了根据本发明的一典型涓流预充电电路100。在该实施例中，使用了两个MOSFET 104和102(充电FET CHG_FET和放电FET DSG_FET)。在该实施例中，充电FET 104和放电FET 102以描述的方式背对背串联放置。在涓流预充电模式，放电FET 102是关闭的(不导电的)，但是如果充电FET(CHG_FET)104开启(导电)，电流仍然流经其体二极管到电池组电池。如果CHG_FET 104关闭，那么没有电流流进或者流出电池组电池。

除了两个MOSFET，电路100也可以包括一参考二极管D1 110，一放电驱动器106，一充电驱动器108，以及一参考电流源Iref 112。充电驱动器108和放电驱动器106每一个都包括各自的比较器。在常规的充电模式，开关K1和K2(114和116)被设置到位置2。在这个位置，充电驱动电压CHG被驱动到参考电压CHG_REF，该电压可以完全开启充电FET 104。因此，参考电压CHG_REF应根据充电FET 104的开启电压来选择。

在涓流预充电模式，开关K1 114和K2 116可以被设置到位置1。当AC适配器连接上时，VPACK+电压会升高。充电FET 104可以被充电驱动器108驱动到饱和工作区，这也意味着充电FET 104可以作为一可变电阻，涓流充电电流可以流经充电FET 104。充电驱动器108动态调节充电FET(CHG_FET)104使电压Vc等于Vd，Vd由二极管D1 110和参考电流源Iref 112设置。

Vc为MOSFET 102和104之连接点的电压。Vc可以被设为充电驱动器108中的比较器的(-)负端的输入，同时Vd(由Iref和D1设置)可以被设为(+)正端的输入。输出信号CHG是Vd-Vc。当Vc几乎等于Vd，充电驱动器108的比较器的增益可以驱使充电FET 104在饱和区域工作。这样，充电驱动器108在涓流预充电期间动态调节Vc使之相等于固定信号Vd。

在前述的偏置情况下，流经二极管D1 110的DC电流通过下式给出：

Iref＝A1*IS1*(exp(Vd1/Vt)-1)

其中A1是二极管D1的结面积，IS1是二极管单元反向饱和电流，Vd1＝Vd-Vcell是跨过二极管D1 110的电压降，Vt是二极管阈值电压。放电FET102中的体二极管的DC电流通过下式给出：

Ipch＝A2*IS2*(exp(Vd2/Vt)-1)

其中A2是体二极管结面积，IS2是体二极管单元反向饱和电流，Vd2＝Vc-Vcell是跨过放电FET体二极管的电压降。IS1和IS2由所选择的半导体类型确定。如果Vd和Vc被强制实质相等，那么涓流预充电电流与参考电流Iref成比例，由下式给出：

Ipch＝A2/A1*(IS2/IS1)*Iref

优选的，虽然对于本发明不是必须的，充电和放电FET 102和104的体二极管的结面积A2通常比较大以达到低的开启电阻和大电流能力，同时为了节省芯片面积，二极管D1的结面积A1较小。因此，由于A2＞＞A1，一小电流Iref(几十微安)可以被用于控制更大的电流Ipch(几十到几百毫安)。

图2B示出了根据本发明的一涓流放电电路200。本实施例类似于图2A中描述的电路100，除了参考电流源112和二极管110连接到放电FET 102端。在涓流放电时期，充电FET 104关闭，涓流放电电流流经其体二极管。电路200的工作原理参考图2A在上面已详细描述。

图3A示出了根据本发明的另一典型涓流预充电电路300。在该实施例中，充电FET 302和放电FET 304面对面而不是背对背(如图2A)串联放置。图3A的实施例还包括一参考二极管D1 310，在该实施例中充电驱动器306可以被开关K1和K2(314和316)控制。

在正常的充电模式，开关K1和K2可以被设到位置2，从而充电FET 302的栅极电压被驱动到CHG_REF，完全开启充电FET 302。在涓流预充电模式，放电FET 304关闭，K1和K2被设到位置1。这样充电驱动器306可以动态调节充电FET 302从而强制电压Vc基本上等于Vd。在前述的偏置条件下，二极管D1 310的DC电流通过下式给出：

Iref＝A1*IS1*(exp(Vd1/Vt)-1)

其中A1是二极管D1结面积，IS1是二极管D1单元反向饱和电流，Vd1＝VPAK+-Vd是跨过二极管D1的电压降，Vt是二极管阈值电压。放电FET304的体二极管的DC电流为：

Ipch＝A2*IS2(exp(Vd2/Vt)-1)

其中A2是体二极管结面积，IS2是体二极管单元反向饱和电流，Vd2＝VPACK+-Vc是跨过放电FET体二极管的电压降。IS1和IS2由所选择的半导体类型确定。如果Vd和Vc强制相同，那么涓流预充电电流通过下式给出：

Ipch＝A2/A1*(IS2/IS1)*Iref

图3B示出了根据本发明的一典型涓流放电电路400。该实施例类似于图3A中示出的电路300，除了参考电流源312和二极管310是连接到充电FET 302端。在涓流放电期间，充电FET 302是关闭的，放电电流可以流经充电FET 302的体二极管。电路400的工作原理参考图3A在上面已详细描述。

为了加速涓流预充电过程，涓流预充电电流Ipch可以基于电池电压被迅速地调节。电池电压越高，涓流预充电电流通过编程参考电流Iref会被设置的越大。图5中电路可用于基于电池电压的可编程参考电流源。

图4中还描述了另一典型涓流预充电电路500。在该实施例中，充电FET 504和放电FET 502可以以描述的这种方式背对背串联放置。在涓流预充电模式，放电FET 502关闭(不导电)，但是如果充电FET(CHG_FET)504开启(导电)，那么电流仍然流经其体二极管到电池组电池。如果CHG_FET 504关闭，那么没有电流流进或流出电池组电池。

该实施例还包括一参考电阻R1，一放电驱动器506，一充电驱动器508以及一参考电流源Iref1 512。充电驱动器508和放电驱动器506可以包括各自的比较器。在常规的充电模式，开关K1和K2(520和518)被设置到位置1。在这个位置，栅极驱动电压CHG被驱动到等于参考电压CHG_REF的工作点，以完全开启充电FET 504。因此，应根据充电FET 504的开启特性选择参考电压CHG_REF。

当需要涓流充电(也就是，涓流预充电)时，开关K1和K2连接到节点2。这样充电驱动器508中的比较器的输入是跨过Rsens(+)的电压和跨过R1的电压降(由Iref1 512产生的)(-)。充电驱动器508中的比较器的增益应设计得较大(例如80dB)以便使Iref1跨过电阻R1的电压降近似等于涓流充电电流Ipch跨过感测电阻Rsens的电压降。

涓流预充电电流通过下式给出：

Ipch＝Iref1*R1/Rsens

其中Iref1是一可编程电流参考源。通常Rsens非常小(例如类似10到20毫欧)，同时R1可以被选择在10欧姆的范围内。因此，R1对Rsens的比率可以非常大，从而可以应用一很小的参考电流Iref1以产生相对大的涓流预充电电流。

在图4的实施例中，在涓流预充电模式期间，放电FET 502可以被完全开启，从而消除VPACK+和电池组电压之间的二极管前向的偏置电压降。在该模式中，开关K4 514和K3 516可以被设到位置1从而驱动放电FET的栅压到放电参考电压DSG_REF以完全开启放电FET 502。

仍然参考图4，在正常的放电模式，开关K3和K4可以分别连接到节点1。这样，放电驱动器506驱动放电FET 502完全开启。当在涓流放电模式，开关K3和K4可以连接到节点2。由于放电驱动器506的高增益环路，由Iref2跨过电阻R2的电压降近似等于跨过感测电阻Rsens的电压降。这样，涓流放电电流由下式给出：

Idsg＝Iref2*R2/Rsens

其中Iref2是一可编程电流参考源。通常Rsens可以非常小，这样R2对Rsens的比率可以非常大，因此一小的参考电流Iref2可以产生相对大的涓流放电电流。由于在放电期间电流方向被反转，跨过感测电阻Rsens的电压降和跨过R2的电压降具有反极性。因此，极性反转电路522用于反转跨过Rsens的电压的极性。

在该实施例中，在涓流充电期间，放电FET 502可以被完全开启。这样在VPACK+和电池组电压之间的二极管的前向偏置电压被消除。同样的，在涓流放电期间，充电FET 504可以被完全开启以消除电池组电压和VPACK+之间的二极管的前向偏置电压降。

在本发明中，一旦MOSFET和二极管被固定，Ipch仍然可以被可编程电流源(Iref)112，312，510和/或512调整。图5中描述了一可编程电流源的一典型电路拓扑。图5的电路适于产生具有比率电流镜的电流Iref。当然，除了图5中的电路，可编程参考电流源在本领域中是公知的并且可以通过多种方式实现。

图6中描述了一典型涓流预充电和涓流放电电路600。在该实施例中，充电FET 604和放电FET 602以描述的方式背对背串联放置，或者可替代的以前述的面对面串联放置。在该实施例中，数模转换器电路(DAC)616可以被用于产生一FET驱动电压，下面进行更全面的描述。

该实施例包括一模数转换器电路(ADC)614，一控制器612以及数模转换器电路(DAC)616组成的控制环路。跨过感测电阻Rsens 618的电流可以通过ADC 614检测到。ADC 614，反过来，可以产生代表电流的数字信号并且发送这些信号到控制器612。在操作中，如果通过感测电阻618的电流小于预定的阈值，控制器可以发送数据到DAC 616以增加相应的FET驱动电压。反之，它将发送数据到DAC 616以减少FET驱动电压直到感测电流和预定电流近似相等。

在正常的充电或放电模式，DAC 616被禁用(通过由DAC 616接收的DAC_EN信号控制)，充电FET 604和放电FET 602完全导通。充电驱动器608驱动充电FET 604的栅极电压到CHG_REF值，并且完全开启充电FET 604。放电驱动器606驱动放电FET 602的栅极电压到DSG_REF值，并且完全开启放电FET602。

在涓流放电模式，开关K1 620连接到节点1。放电驱动器606被禁用(DSG_EN为低电平)输出为高阻，此时放电FET 602的导电状态可以被DAC616控制。这样，放电FET 602，感测电阻Rsens 618，ADC 614和DAC 616可以组成控制环路。通过控制放电FET 602的开启电阻，本发明能够调整涓流放电电流到一预设的值(可以预编程到控制器612)。MOSFET的开启电阻可以通过调整栅极驱动电压而被调整。

在一实施例中，如果需要的涓流放电电流被设置到Itd，那么使用SAR(逐次逼近寄存器)方式可以获得控制DAC 616的相应的控制代码。DAC的MSB(最高位)首先被设为高，如果通过感测电阻Rsens 618的电流Isen大于Itd，那么MSB位被设为低，否则它将保持为高。然后第二MSB位被设为高，如果Isen＞Itd，第二MSB位被设为低，否则，它将保持为高。这种逐次逼近的方式将持续到DAC的LSB(最低位)被设定。相应的控制代码可以被保存在寄存器中(未示出)从而可以被控制器612存取。如果为一给定的电池组设定Itd，那么控制代码也可以被设定。无论何时需要涓流放电，控制器612可以发送被编程的控制代码到DAC 616，因此，电池组将可以传送Itd到外部负载。如果涓流放电电流需要被调整，上述的控制环路可以被相应地用于增加或者减少控制代码。在涓流放电模式，充电驱动器608可以被启用或禁用。区别就是涓流放电电流将分别流经充电FET 604或者其体二极管。

在涓流充电模式，开关K1 620连接到节点2。充电驱动器608被禁用(CHG_EN为低)。充电FET 604的导电状态可以被DAC 616控制。在这种模式，充电FET 604，感测电阻Rsens 618，ADC 614和DAC 616组成控制环路。通过控制充电FET 604的开启电阻，本实施例能够调整涓流充电电流到一设定值。预充电电流通常是一固定值。在这种模式中，本实施例可以产生一控制代码(使用上述的SAR方法)并在存储器中保存控制代码。对于涓流预充电电流，其值可以在某一上限到下限之间变化，因此，相应地控制代码在C_TCH和C_TCL之间变化，从而允许涓流充电电流被相应地调节。在涓流充电模式，放电驱动器606也可以被启用或禁用。区别就是涓流充电电流分别流经放电FET 602或者其体二极管。

上面所述的涓流放电模式可以被进一步应用以实现电池组短路/过电流保护。当电池组被从电子系统中取出时(也即电池组处于空闲状态时)下述的第一种对电池组保护的实施例是有效的。不像保持放电FET 602关闭的传统方法，该实施例将放电FET 602设置成一种可控制的导电状态。当放电FET 602处于可控制的导电状态时，即使发生短路情况，也就是VPACK+端短接到VPACK-端，大电流冲击被放电FET 602开启电阻阻止。类似的，当过电流情况发生时大电流冲击也被阻止。实际上，当短路/过电流情况发生时，涓流放电电流将流经放电FET 602，涓流放电电流可以被设置到一设定的值以便确保电池组和MOSFET的安全。例如，设定涓流放电电流为100mA，能够驱动嵌入在电子系统中的外部控制器(其不同于图6中示出的控制器612)。当电池组被插入到电子系统中，嵌入控制器即能检测到电池组的插入并且通知电池组进入正常的放电模式。这样，就不需要额外的机械方法或者电子电路来检测电池组的插入。然而，当电池组被插入到电子系统中时，该实施例没有进一步提供电池短路/过电流保护。这样，只有当电池组被从电子系统中取出时该实施例是有益的。

图7中示出的流程图700描述了电池组保护的第二种实施例。当电池组被从电子系统中取出以及当电池组被插入到电子系统中时均是有效的。开始，如步骤702中所示，电池组或者在空闲状态(例如，它被从电子系统中取出)，或者在正常的放电模式(例如，它被插入到电子系统中)。不管电池组处于哪种模式，步骤704判断短路/过电流发生的行为。如果没有发生短路/过电流情况，那么电池组将停留在空闲或者放电模式。如果存在短路/过电流情况，那么步骤706立即关闭放电FET 602。通常，放电FET 602可以在几微秒内关闭。那么，在步骤708中，如果放电FET 602已经被关闭预定的时间，例如，25秒，不像传统的方法，马上完全开启放电FET 602，放电FET 602将被驱动到可控的导电状态。当放电FET 602处于可控导电状态，随着在步骤710中涓流放电电流流经放电FET 602，电池组将工作在涓流放电模式。如果预定时间没有过期，放电FET 602仍然停留在关闭状态。

本领域技术人员将认识到为了实现步骤708，图6中示出的实施例可以包括一电池管理固件和一定时器。电池管理固件能够监视硬件动作。定时器具有一预置时间(例如25秒)。如果发生短路/过电流情况，电池管理固件将被告知放电FET 602已被关闭，然后启动定时器。如果定时器的预置时间过期，管理固件就会被告知放电FET 602已关闭了预定时间长度。

在涓流放电模式，图6中的DAC 616提供栅极驱动电压给放电FET 602。从而使放电FET 602工作于可控导电状态。通过调节栅极驱动电压，放电FET602的开启电阻被调节，因此流经放电FET 602的涓流放电电流被相应地调节。

在涓流放电模式中，可以包括下面的分步。开始，在控制器612的控制下，来自DAC 616的栅极驱动电压控制码在步骤712中被设置到0。然后，在步骤714中栅极驱动电压控制码逐渐增加。根据MOSFET的特性，本领域技术人员容易理解，放电FET 602的开启电阻将随着栅极驱动电压控制码的增加而逐渐降低，反过来流经放电FET 602的涓流放电电流将逐渐增加。每一次栅极驱动电压控制码增加，相应的涓流放电电流跨过电阻Rsens 618的电压被检测到，然后被用于确定是否存在短路/过电流情况。

尤其是，在步骤716中，涓流放电电流与预定的电流相比，例如，40毫安，用于确定是否存在短路/过电流情况。如果涓流放电电流大于预定电流，可以推断出短路/过电流情况仍然存在。然后，图6中示出的系统通过步骤706的操作重启电池组保护。如果涓流放电电流小于预定电流，在步骤718中栅极驱动电压控制码将与预定最大控制码相比。实际上，栅极驱动电压控制码将不会无限制增加，而会限于预定最大控制码。在步骤718中，如果栅极驱动电压控制码达到预定最大控制码，可以推断出在步骤702中短路/过电流情况不再存在，电池组将返回空闲模式或者正常放电模式。否则，电池组将重复执行步骤714，716和718直到由于在步骤716中判定存在短路/过电流情况或在步骤718中判定不存在短路/过电流情况而退出涓流放电模式。

这里的预定电流通过考虑MOSFET的功率耗散性能来设定。对于图6中示出的具有四个电池的电池组，预定电流可以被设置为40毫安，从而放电FET 602的最大功率耗散接近680毫瓦，这对于功率MOSFET来说是一安全值。

此外，在VPACK+端的电压也可以被应用于确定是否存在短路/过电流情况。在步骤716中，VPACK+端的电压被检测并且与预定电压相比，例如，100毫伏。如果VPACK+端的电压小于预定电压，可以断定短路/过电流情况仍然存在。否则，在步骤718中栅极驱动电压将与预定最大控制码进行比较。VPACK+端的预定电压的设置要考虑噪音和电池内阻。对于图6的实施例，预定电压被设置为100毫伏，这是考虑短路/过电流情况和噪音以及电池内阻的数量之间的较好的折衷值。

从图1A中，我们知道在预充电期间和恒定电压(CV)充电期间，充电电流需要被控制。在传统电路中，需要一额外的预充电FET来控制预充电电流。在这样的传统电路中，CV充电必须完全依靠充电器来精确的调节充电电压到V_OV，然后充电电流将会递减。

在本实施例中，没有额外的预充电FET预充电功能也可以实现。另外，为了加速预充电过程，预充电电流Ipch基于电池电压可以被容易地调节。电池电压越高，预充电电流通过编程参考电流Iref被设置得越大，例如这里描述的参考图2A，图3A和图4或者图6中描述的控制代码方法。

更进一步地，如在这里的众多实施例所描述的，涓流充电电流控制也可以在CV期间内被利用，在这期间涓流充电电路能够基于电池电压成生涓流充电电流。如此，CV充电电流递减不需要依赖充电器来精确地调节电压V_OV。因此，本发明提供的几个实施例都可以不需要昂贵的，精确的电压调节充电器。实际上，简易的AC适配器可以被应用于给锂离子电池充电。由于在CV充电期间，即使充电器不能将恒定电压固定在V_OV，但是充电电流被限于基于电池电压而确定的预编程涓流电流值。所以，不会发生过充电。该充电电流限制可以被用作第二层过电压保护(通过将电流限设置得比在电压V_OV时实际的观测电流值稍微大一些)，或者作为第一层过电压保护(通过调节充电电流直到获得精确的预期的V_OV)。

运用本发明的涓流放电性能，对于电池组的较好的短路/过电流保护是可能的。在现有技术中，放电FET或者完全地开启以允许放电或者完全地关闭以禁止放电。当电池组被从电子系统中取出，例如，放在支架上，那么放电FET或者保持开启以准备在任何时候电池组插进电子系统时为电子系统供电。在这种情况下，如果发生了异常情况，例如VPACK+端被短接到VPACK-端，大电流从电池中泄出，如此一来，将破坏电池；或者放电FET保持关闭以防止电池遭受短路/过电流情况。但是这将使当电池组被插进系统中时阻止电池向系统供电。需要一些技术方法通知电池返回到开启放电FET状态。这将导致客户的不便并增加成本。

使用本发明我们可以将电池组设置到涓流放电模式，当电池被从电子系统中取出时。涓流放电电流值可以被选择得很大，假定100毫安，当电池组被插进电子系统中时足够为嵌入控制器的系统供电。然后嵌入控制器系统将检测电池的存在并且通知电池转变到正常放电模式。随着放电FET将电流限制到预定涓流放电电流，假定100毫安，即使VPACK+端被短接到VPACK-端，大电流浪涌也会被阻止。

而且，不管电池组是否从电子系统中取出或者是在电子系统中，本发明的电池组可以防止遭受异常情况，例如，短路/过电流情况。开始，当发生异常情况时关闭放电FET。然后，在预定时间的关闭期间过后，放电FET被驱动到可控的导电状态，而不是如传统方法中完全开启。因此，电池组将在涓流放电模式中进行操作。栅极驱动电压逐渐增加，相应的涓流放电电流相应增加。在这个过程中，如果相应的涓流放电电流变得大于预定电流，假定40毫安，可以推断出异常情况继续存在，因此放电FET将再次关闭并且电池组将重复上述操作。如果栅极驱动电压增加到一预定最大控制电压，相应的涓流放电电流还没有达到预定电流，可以确定异常情况已经消除并且电池组可以在正常放电模式进行工作。

涓流放电和涓流充电性能对于支持多电池的系统是非常有用的。当电子系统需要有更多电力和更多特性时，多电池组将变得更加普及。当多电池组同时进行放电，它们可以提供更多的电力给系统，而且由于多个电池组并行它也将减少电池内阻以提高效率。但是多电池组同时放电具有一严格的前提，这些电池组必须精确地具有相同的电压。否则，即使两个电池组只是具有很小的电压差，假定10毫伏，由于电源总线的电阻很小，假定2毫欧，那么它也将具有一大的电流，5安培，它将从具有较高电压的电池组流进具有较低电压的电池组。实际上，多电池组很难具有相同电压，而且即使两个电池组具有一很精确的ADC来监视电池电压也很难假定它们具有相同的电压，因为电池组电压随着放电电流而变化。随着涓流放电功能的应用，我们可以解决下面的问题(我们以两个电池组为例)。

系统具有两个电池组，电池组A和电池组B。开始，电池组A电压高于电池组B电压；电池组A首先供电给系统，电池组A电压逐渐降低。电池组B的放电FET被关闭以禁止放电；当电池组A电压降到与电池组B电压相同时，我们将电池组B设置到涓流充电模式或者涓流放电模式。如果我们将电池组B设置到涓流充电模式，我们可以完全开启放电FET，而驱动充电FET到其饱和工作区并且把充电FET作为一限流电阻；如果我们将电池组B设置到涓流放电模式，我们完全开启充电FET，并且驱动放电FET到其饱和工作区并且把放电FET作为限流电阻。出于很多安全因素的考虑，我们可以将涓流充电控制码C_TC或者涓流放电控制码C_TD设置到一小电流值。从而充电FET或者放电FET的等效电阻变得较大。因为电池组A放电但是电池组B处于空闲模式，即使它们的被测电压是相同的，而实际的电池组A电压将高于电池组B电压。因此，电池组A将向电池组B充电。然而，充电电流被充电FET(如果将电池组B设置到涓流充电模式)或者放电FET(如果将电池组B设置到涓流放电模式)的电阻所限制。受限电流值由控制码C_TC或者C_TD确定。我们还通过电池组B中的ADC监测该充电电流；当电池组A和B的电压差变得越来越小时，从电池组A到电池组B的充电电流将变得越来越小。当该充电电流小于预定值时，假定10毫安，我们可以将电池组B从涓流充电模式或者涓流放电模式转变到正常的放电模式。

因此，本发明所公开的可编程涓流预充电和/或涓流放电电路和方法与传统的电路结构相比可以提供更多的灵活性，更少的组件和更高的效率来完成预充电。基于电池组电池的电荷量(深度放电的电池需要涓流充电模式)，在图2A和2B中，开关(K1，K2和/或K3和K4)可以通过电池监视器IC所控制，将可编程涓流充电电路设置到涓流预充电模式或者正常充电模式。进一步理解，这里描述的电路结构可以使用离散的器件和/或集成电路来实现。本发明适于任何使用了可再充电电池的便携电子设备(便携式计算机，手机，PDA等等)。

在这里提到的具体的电路拓扑结构只是典型例子，其他的涓流充电/放电电路拓扑结构也可以应用。同样的，基于这里提到的典型涓流充电/放电电路也可以有许多的电路变形及改进，但都没有脱离本发明的精神。所有这些改进都认为是在本发明的范围之内，都受限于本发明的权利要求。

Claims

1、一种保护电池组避免大电流过流或短路情况的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)、当发生大电流过流或短路时关闭放电开关；

b)、在开关控制电路产生一控制信号，该控制信号具有一预定最高电平；

c)、在控制信号的控制下产生一涓流放电电流，该涓流放电电流具有一阈值电流电平并且能够阻止电池组发生大电流流通；

d)、根据涓流放电电流，阈值电流电平和预定最高电平检测是否存在大电流过流或短路情况；

e)、如果大电流过流或短路情况依然存在则重复步骤a)到d)；

f)、如果大电流过流或短路情况消除则开启放电开关。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

设置一定时器；以及

当定时器过期时产生涓流放电电流。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述产生涓流放电电流的步骤进一步包括在控制信号的控制下将放电开关设为可控导电状态。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括根据所述控制信号调整所述涓流放电电流。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述调整涓流放电电流的步骤进一步包括：

根据所述控制信号调整放电开关的电阻；以及

根据放电开关的电阻调整所述涓流放电电流。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果所述涓流放电电流至少等于阈值电流电平则存在大电流过流或短路情况。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果控制信号至少等于预定最高电平那么大电流过流或短路情况将会消除。

8、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(d)进一步包括步骤：

1)检测涓流放电电流；

2)比较涓流放电电流与阈值电流电平；

3)如果涓流放电电流小于阈值电流电平则比较控制信号与预定最高电平；

4)如果控制信号小于预定最高电平则增加控制信号；

5)如果涓流放电电流小于阈值电流电平并且控制信号小于预定最高电平则重复步骤1)到4)。

9、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(d)进一步包括步骤：

I在电池组的正极端检测电压；

II比较电压和阈值电压电平；

III如果电压高于阈值电压电平则比较控制信号和预定最高电平；

IV如果控制信号小于预定最高电平则增加控制信号；

V如果电压大于阈值电压电平并且控制信号小于预定最高电平则重复步骤I到IV。

10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，如果电压至多等于阈值电压电平则存在大电流过流或短路情况。