CN101689763A - 电池保护ic及电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供不管串联连接多少电池也能对应且不会提高耐压的电池保护IC及搭载该电池保护IC的电池装置。在一个电池保护IC中的充电控制信号输入端子及放电控制信号输入端子设有箝位电路(121)，因此对连接在这些端子的其它电池保护IC的输出驱动器(112)不会施加耐压以上的电压。因而，也可以不用提高电池保护IC的耐压。

Description

电池保护IC及电池装置
技术领域
本发明涉及保护电池的电池保护IC及搭载多个电池保护IC的电池装置。
背景技术
目前，便携式电子设备得到普及。通常，该设备通过电池及搭载了保护电池的电池保护IC的电池装置来驱动。通过串联连接或并联连接多个电池，电池装置发生便携式电子设备所要求的便携式电子设备的电源电压，便携式电子设备根据该电源电压而动作。
在此，提出了不管串联连接多少电池都能对应的电池保护IC的方案。在该方案中，使用多个保护由多个电池构成的单元(block)的电池保护IC，该多个电池保护IC级联而相互通信(例如，参照专利文献1：日本特开2005-117780号公报)。
但是，专利文献1所公开的技术中，对于各电池保护IC内部的规定晶体管(例如，输出级的晶体管)，最大会施加串联连接的所有电池的电池电压的合计电压。因而，电池保护IC的耐压会只需要合计电压分量。
发明内容
本发明鉴于上述课题构思而成，提供一种不管串联连接多少电池都能对应的、耐压不会变高的电池保护IC及搭载多个电池保护IC的电池装置。
为了解决上述课题，本发明提供一种保护电池的电池保护IC，其特征在于包括：充电控制信号输出端子，用于输出对从充电器到电池的充电进行控制的充电控制信号；电压监视电路，用于监视所述电池的电池电压，若所述电池电压为过充电检测电压以上，则检测出该情况，输出检测信号；第一导电型的输出驱动器，当输出了所述检测信号时截止而截断充电电流；充电控制信号输入端子，其外部与电阻连接，且被输入充电控制信号；所述第一导电型的晶体管，当通过所述电阻上发生的电压而所述充电控制信号输入端子的电压牵引到源极电压侧时截止，而当所述充电控制信号输入端子开路(open)或所述充电控制信号输入端子上被输入高电平时导通；箝位(cramp)电路，将所述晶体管的栅极电压箝位于规定电压；以及所述输出驱动器，在所述晶体管截止时导通，而所述晶体管导通时截止，从而截断所述充电电流。
(发明效果)
在本发明中，在一个电池保护IC中的充电控制信号输入端子上设有箝位电路，因此不会对连接在该端子上的其它电池保护IC的输出驱动器施加耐压以上的电压。因而，可以不用提高电池保护IC的耐压。
附图说明
图1是表示电池保护IC的图。
图2是表示多个电池保护IC级联的电池装置的图。
图3是表示多个电池保护IC级联的电池装置的图。
具体实施方式
以下，参照附图，就本发明的实施方式进行说明。
首先，对电池保护IC的结构进行说明。图1是表示电池保护IC的图。
电池保护IC监视锂离子电池等的电池104a～104d的电池电压并保护电池104a～104d。
电池保护IC具备充电控制信号输出端子103、充电控制信号输入端子118及电池连接端子105～109。此外，电池保护IC具备电压监视电路110a～110d及控制电路113。此外，电池保护IC具备恒流电路115a～115c、电阻115d、NMOS119～120、NMOS122、保护元件116、电阻117及箝位电路121。此外，电池保护IC具备控制电路114、保护元件111及输出驱动器112。
电压监视电路110a～110d经由电池连接端子105～109分别连接至电池104a～104d。电压监视电路110a～110d的输出端子连接至控制电路113的输入端子。控制电路113的输出端子连接至控制电路114的输入端子。
充电控制信号输入端子118与保护元件116的阴极连接，且经由电阻117连接至NMOS119的源极、箝位电路121的阳极以及NMOS122的栅极。保护元件116及箝位电路121的阴极连接至接地端子。NMOS120及NMOS122的源极连接至接地端子。NMOS119的栅极连接至NMOS 120的栅极及漏极。在电源端子与NMOS119的漏极之间设有电阻115d，在电源端子与NMOS120的漏极之间设有恒流电路115c，在电源端子与箝位电路121的阳极之间设有恒流电路115b，在电源端子与NMOS122的漏极之间设有恒流电路115a。NMOS122的漏极连接至控制电路114的输入端子。
控制电路114的输出端子与NMOS112的栅极连接。NMOS112的源极与接地端子连接，NMOS112的漏极与充电控制信号输出端子103及保护元件111的阴极连接。保护元件111的阳极与接地端子连接。从充电控制信号输出端子103输出的、控制充电的充电控制信号对充电控制FET101进行导通截止控制。
接着，就对从充电器(未图示)到电池104a～104d的充电进行控制的过充电时的电池保护IC的动作进行说明。
电压监视电路110a～110d分别监视电池104a～104d的电池电压。若至少一个电池的电池电压成为过充电检测电压(因为是过度充电，所以要禁止充电时的电压)以上，则至少一个电压监视电路就会检测出该情况。该电压监视电路经由控制电路113～114向输出驱动器112的栅极输出检测信号。这样输出驱动器112就会截止。充电控制信号输出端子103将充电控制信号输出至充电控制FET101的栅极。通过电阻102，充电控制FET101的栅极电压上拉至连接在EB+端子的充电器的充电器电压。因而，充电控制FET101截止，且充电电流截断。
此外，如果充电控制信号输入至充电控制信号输入端子118，且NMOS122的阈值以上的信号经由充电控制信号输入端子118及电阻117施加到NMOS122的栅极，则NMOS122就会导通。这样控制电路114的输入端子及输出端子的电压成为低电平，输出驱动器112的栅极电压成为低电平。这样输出驱动器112就会截止。充电控制信号输出端子103会将充电控制信号输出至充电控制FET101的栅极。通过电阻102，充电控制FET101的栅极电压上拉至连接在EB+端子的充电器的充电器电压。因而，充电控制FET101截止，且充电电流截断。如此能够从外部对充电控制信号输入端子118进行控制，且电池保护IC能够进行充电控制。再者，不管检测信号是从电压监视电路110a～110d输出还是不输出，若充电控制信号输入至充电控制信号输入端子118，则充电电流会被截断。
接着，就对从电池104a～104d到负载(未图示)的放电进行控制的过放电时的电池保护IC的动作进行说明。
虽然未作图示，但是设有充电控制FET101、电阻102、放电控制FET及电阻，而在电池保护IC内部设有两个用于充电控制的上述电路。在用于充电控制的上述电路中，一方面如上述那样在过充电时为了充电控制而进行动作，而另一方面在过放电时为了放电控制而进行动作。在进行充电控制的场合，若电池的电池电压成为过充电电压以上，则电压监视电路就会检测出该情况，对充电进行控制，而在进行放电控制的场合，若电池的电池电压小于过放电电压(因为是过度放电，所以要禁止放电时的电压)，则电压监视电路就会检测出此情况，对放电进行控制。使用这些，与充电控制同样地，电池保护IC能够进行放电控制。
接着，就所有电池的电池电压为过放电检测电压以上且小于过充电检测电压的正常时的电池保护IC的动作进行说明。
所有电压监视电路不会经由控制电路113～114向输出驱动器112的栅极输出检测信号。若OLE_LINK3，则输出驱动器112导通。充电控制FET101的栅极电压成为电池保护IC的接地电压。因而，充电控制FET101导通，而充电电流不会截断。OLE_LINK3并且电池保护IC还与充电控制同样地进行放电控制，放电控制FET(未图示)导通，而放电电流不会截断。
在此，能够通过控制充电控制信号输入端子118及放电控制信号输入端子来进行充电控制及放电控制，利用该特征，通过将多个电池保护IC级联，能够进一步保护多个电池。
接着，就搭载多个电池保护IC且多个电池保护IC级联的电池装置的结构进行说明。图2是表示多个电池保护IC级联的电池装置的图。
电池装置具备外部端子EB+及外部端子EB-。此外，电池装置具备电阻204、电阻240、P型的充电控制FET202、P型的放电控制FET201及电池206a～206l。此外，电池装置具备电池保护IC226～228、电阻211～212、电阻217～218及电阻223～224。
在电池保护IC228中，充电控制信号输入端子221经由电阻223连接到电池保护IC228的接地端子，放电控制信号输入端子222经由电阻224连接至电池保护IC228的接地端子。此外，在电池连接端子230k与电池连接端子230l之间连接有电池206i，在电池连接端子230l与电池连接端子230m之间连接有电池206j，在电池连接端子230m与电池连接端子230n之间连接有电池206k，在电池连接端子230n与电池连接端子230o之间连接有电池206l。电池206i～206l并联设置在电池保护IC228。
在电池保护IC227中，充电控制信号输入端子215经由电阻217连接至充电控制信号输出端子219，放电控制信号输入端子216经由电阻218连接至放电控制信号输出端子220。此外，在电池连接端子230f与电池连接端子230g之间连接有电池206e，在电池连接端子230g与电池连接端子230h之间连接有电池206f，在电池连接端子230h与电池连接端子230i之间连接有电池206g，在电池连接端子230i与电池连接端子230j之间连接有电池206h。电池206e～206h并联设置在电池保护IC227。
在最上级的电池保护IC226中，充电控制信号输入端子209经由电阻211连接至充电控制信号输出端子213，放电控制信号输入端子210经由电阻212连接至放电控制信号输出端子214。此外，在电池连接端子230a与电池连接端子230b之间连接有电池206a，在电池连接端子230b与电池连接端子230c之间连接有电池206b，在电池连接端子230c与电池连接端子230d之间连接有电池206c，在电池连接端子230d与电池连接端子230e之间连接有电池206d。电池206a～206d并联设置在电池保护IC226。此外，充电控制FET202的栅极与充电控制信号输出端子207及经由电阻204的外部端子EB+连接，放电控制FET201的栅极与放电控制信号输出端子208及经由电阻240的电池206a的正极端子连接。在电池保护IC226中，从充电控制信号输出端子207输出的充电控制信号对充电控制FET202进行导通/截止控制，而从放电控制信号输出端子208输出的、控制放电的放电控制信号对放电控制FET201进行导通/截止控制。
外部端子EB+经由充电控制FET202及经由放电控制FET20l连接至电池206a的正极端子。电池206a～206l串联连接。电池206l的负极端子与外部端子EB-连接。
此外，虽然未作图示，但在外部端子EB+与外部端子EB-之间，设有对电池206a～206l进行充电的充电器或通过电池206a～206l来驱动的负载。
接着，对正常时的电池装置的动作进行说明。
当电池206a～206l的电池电压正常时，电池保护IC228、电池保护IC227及电池保护IC226的输出驱动器112导通。
在电池保护IC228与电池保护IC227的关系中，若电池保护IC228的输出驱动器112导通，则电池保护IC227的NMOS119的源极电压(充电控制信号输入端子215的电压)牵引到源极电压侧(电池保护IC228的接地电压侧)。因而，电池保护IC227的NMOS119中的栅极电压和源极电压的差分电压变大，且流过NMOS119电流变多。这样，流过电池保护IC227的电阻115d的电流经由电池保护IC227的NMOS119、电池保护IC227的电阻117、电阻217及电池保护IC228的NMOS112流入电池保护IC228的接地端子。基于电池保护IC228的接地电压，在这些电池保护IC227的电阻117及电阻217上发生电压，通过该电压，电池保护IC227的NMOS122的栅极-源极间电压下降到小于NMOS122的阈值，NMOS122截止。这样，电池保护IC227的控制电路114的输入端子及输出端子的电压成为高电平，电池保护IC227的输出驱动器112的栅极电压成为高电平。这样，电池保护IC227的输出驱动器112依然会成为导通。
在电池保护IC227和电池保护IC226的关系中，若电池保护IC227的输出驱动器112导通，则电池保护IC226的输出驱动器112也依然会成为导通。
充电控制FET202的栅极电压成为电池保护IC226的接地电压。因而，充电控制FET202导通，充电电流不会被截断。如此，通过使用充电控制信号输入端子、放电控制信号输入端子、充电控制信号输出端子及放电控制信号输出端子，在各电池保护IC间互通信号。
此外，与充电控制同样地，电池装置还能进行放电控制，放电控制FET201导通，而放电电流不会被截断。
在此，通过在电池保护IC227的电阻115d中流过的电流的电流值及电阻217的电阻值，电流经由保护元件116、电阻217及电池保护IC228的输出驱动器112从电池保护IC227的接地端子流入电池保护IC228的接地端子。即，在保护元件116中会流过正向电流。由于流过正向电流，保护元件116有时会破坏。因而，电路设计流过电池保护IC227的电阻115d的电流的电流值及电阻217的电阻值，以在保护元件116中流过正向电流，使保护元件116不会破坏。
接着，对过充电时的电池装置的动作进行说明。
当电池206a～206h的电池电压正常时，电池保护IC227及电池保护IC226的输出驱动器112导通。当电池206i～206l的电池电压为过充电检测电压以上时，电池保护IC228的输出驱动器112截止。即，充电控制信号输入端子215成为开路。
因电池保护IC227的恒流电路115b，而充电控制信号输入端子215的电压要上升至电池保护IC227的电源电压附近。若充电控制信号输入端子215的电压成为电池保护IC227的NMOS122的阈值以上，则该NMOS122导通，电池保护IC227的控制电路114的输入端子及输出端子的电压成为低电平，电池保护IC227的输出驱动器112的栅极电压成为低电平。这样，电池保护IC227的输出驱动器112截止。
若电池保护IC227的输出驱动器112截止，则同样地，电池保护IC226的输出驱动器112也截止。充电控制信号输出端子207会将充电控制信号输出至充电控制FET202的栅极。
通过电阻204，充电控制FET202的栅极电压上拉至连接在外部端子EB+上的充电器的充电器电压。因而，充电控制FET202截止，且充电电流被截断。如此，通过使用充电控制信号输入端子、放电控制信号输入端子、充电控制信号输出端子及放电控制信号输出端子，在各电池保护IC间互通由电压监视电路检测的检测信号，进行充电控制。
在此，当充电控制信号输入端子215的电压要上升至电池保护IC227的电源电压附近时，如果电池保护IC227内部没有箝位电路121，电池保护IC228的输出驱动器112(在截止状态)的漏极电压会上升至电池保护IC227的电源电压附近。即，电池保护IC228的输出驱动器112上会施加电池206e～206l这8个电池分量的电池电压。因而，会要求对应于电池206e～206l这8个电池分量的电池电压的、高耐压的电池保护IC。
但是，在本发明中，在电池保护IC227内部设有箝位电路121，因此在电池保护IC228的输出驱动器112上不会施加电池206e～206l这8个电池分量的电池电压。因而，不要求对应于电池206e～206l这8个电池分量的电池电压的、高耐压的电池保护IC，而要求对应于4个电池分量的电池电压的电池保护IC。
如果施加在NMOS122的栅极的电压要成为规定电压以上，该箝位电路121就会将NMOS122的栅极电压箝位于其规定电压上，但是电路设计成在箝位时NMOS122的栅极电压(规定电压)成为高电平。即，电路设计成在箝位时使箝位电路121发生的电压成为NMOS122的阈值以上。
接着，对过放电时的电池装置的动作进行说明。
与充电控制同样地，电池装置还能进行放电控制。
这样，在一个电池保护IC中的充电控制信号输入端子及放电控制信号输入端子上设有箝位电路121，因此在与这些端子连接的其它电池保护IC的输出驱动器112上不会施加耐压以上的电压。因而，电池保护IC的耐压不高也可，且制造工序不会变得复杂。
此外，由于制造1种电池保护IC，电池保护IC能够对应这样的情形，即，使用1个电池保护IC，并具有1个电池保护IC的耐压以内的电池数的电子设备(例如，笔记本电脑)，以及使用多个电池保护IC，并具有1个电池保护IC的耐压以上的电池数的电子设备(例如，电动工具)这两种情形。也就是说，电池保护IC不管串联连接多少电池都能对应。因而，提高了电池保护IC的利便性。
此外，通过使用充电控制信号输入端子、放电控制信号输入端子、充电控制信号输出端子及放电控制信号输出端子，在各电池保护IC间互通信号，因此在电池装置内部不需要用于信号通信的IC或晶体管，相应地减少电池装置内部的零件数目。
此外，1个电池保护IC能够保护4个电池。
此外，即使设有4个以上的电池，通过使用多个电池保护IC，能够使多个电池保护IC保护4个以上的电池。
再者，在1个电池保护IC连接有4个电池，但是连接5个以上或少于4个的电池也可。这时，根据电池的数目设有电压监视电路，并根据电压监视电路的数目而电路设计控制电路113。
此外，设有3个电池保护IC，但是设置4个以上或少于3个也可。
此外，使用了P型的充电控制FET202及放电控制FET201，但是如图3所示，使用N型的充电控制FET323及放电控制FET324也可。这时，删除了充电控制FET202及放电控制FET201，且充电控制FET323及放电控制FET324设置在电池330的负极端子与外部端子EB-之间。充电控制FET323的栅极连接至最上级的电池保护IC327的充电控制信号输出端子319，放电控制FET324的栅极连接至最上级的电池保护IC327的放电控制信号输出端子320。此外，删除了电阻204，而电阻321设置在充电控制FET323的栅极与外部端子EB-之间，且删除了电阻240，而电阻350设置在放电控制FET324的栅极与电池330的负极端子之间。此外，删除了电阻223，而电阻342设置在电池保护IC325的电源端子与充电控制信号输入端子340之间。此外，删除了电阻224，而电阻343设置在电池保护IC325的电源端子与充电控制信号输入端子341之间。这时，在电池保护IC325～327内部的用于充电控制及放电控制的电路中，NMOS112、NMOS119～120及NMOS122成为PMOS，箝位电路121等配置在电源端子侧。
此外，虽然未作图示，但可以追加在电阻204上连接阳极且在充电控制信号输出端子207上连接阴极的二极管。这样在过放电时，例如在经由电池206e的正极端子、电池保护IC226的接地端子、电池保护IC226的输出驱动器112的寄生二极管、电池保护IC226的充电控制信号输出端子207、电阻204、外部端子EB+及负载的电流路径上截断放电电流。
此外，虽然未作图示，但与上述同样地，也可追加在电阻321上连接阴极且在充电控制信号输出端子319上连接阳极的二极管。
此外，在充电控制信号输入端子221及放电控制信号输入端子222上，分别经由电阻223及电阻224而被输入电池保护IC228的接地电压，但是也可以从外部分别被输入充电控制信号及放电控制信号。
此外，虽然未作图示，但与上述同样地，在充电控制信号输入端子340及放电控制信号输入端子341上，分别经由电阻342及电阻343而被输入电池保护IC325的电源电压，但是也可以从外部分别被输入充电控制信号及放电控制信号。
此外，在图2中最上级的电池保护IC226的输出驱动器驱动的输出电路为开路漏极输出电路，虽然设有电阻240，但是输出电路成为CMOS输出电路且删除电阻240也可(未图示)。
此外，在图3中最上级的电池保护IC327的输出驱动器驱动的输出电路为开路漏极输出电路，虽然设有电阻350，但是输出电路成为CMOS输出电路且删除电阻350也可(未图示)。
产业上的利用可能性
保护电池的电池保护IC及搭载了多个电池保护IC的电池装置，不管串联连接多少电池也能对应，因此适合于电动工具等在高电压下动作且使用电池的设备。

Claims (6)

1.一种保护电池的电池保护IC，其特征在于包括：
充电控制信号输出端子，用于输出对从充电器到电池的充电进行控制的充电控制信号；
电压监视电路，用于监视所述电池的电池电压，若所述电池电压为过充电检测电压以上，则检测出该情况，输出检测信号；
第一导电型的输出驱动器，当输出了所述检测信号时截止而截断充电电流；
充电控制信号输入端子，其外部与电阻连接，且被输入充电控制信号；
所述第一导电型的晶体管，当通过所述电阻上发生的电压而所述充电控制信号输入端子的电压牵引到源极电压侧时截止，而当所述充电控制信号输入端子开路或所述充电控制信号输入端子上被输入高电平时导通；
箝位电路，将所述晶体管的栅极电压箝位至规定电压；以及
所述输出驱动器，在所述晶体管截止时导通，而所述晶体管导通时截止，从而截断所述充电电流。
2.如权利要求1所述的电池保护IC，其特征在于：设置多个所述电压监视电路。
3.一种搭载了保护电池的多个电池保护IC的电池装置，其中包括：
多个所述电池保护IC，各所述电池保护IC具备：充电控制信号输出端子，用于输出对从充电器到电池的充电进行控制的充电控制信号；电压监视电路，用于监视所述电池的电池电压，若所述电池电压为过充电检测电压以上，则检测出该情况，输出检测信号；第一导电型的输出驱动器，当输出了所述检测信号时截止而截断充电电流；充电控制信号输入端子，被输入充电控制信号；所述第一导电型的晶体管，当所述充电控制信号输入端子的电压牵引到源极电压侧时截止，而当所述充电控制信号输入端子开路或所述充电控制信号输入端子上被输入高电平时导通；箝位电路，将所述晶体管的栅极电压箝位于规定电压；以及所述输出驱动器，在所述晶体管截止时导通，而所述晶体管导通时截止，从而截断所述充电电流；
多个所述电池，分别并联设置在多个所述电池保护IC；
一个以上的电阻，分别在上级的所述电池保护IC的所述充电控制信号输入端子与从所述上级的所述电池保护IC到1个下级的所述电池保护IC的所述充电控制信号输出端子之间设置；以及
第二导电型的充电控制晶体管，其栅极设置在最上级的所述电池保护IC的所述充电控制信号输出端子，且设置在充电路径上，若输出所述检测信号，则截止，从而截断所述充电电流，对充电进行控制。
4.如权利要求3所述的电池装置，其特征在于：在所述充电控制晶体管的栅极与源极之间设有控制电阻。
5.如权利要求4所述的电池装置，其特征在于：还具备在所述控制电阻与最上级的所述电池保护IC的所述充电控制信号输出端子之间设置的二极管，该二极管截断从所述电池到负载的放电电流。
6.如权利要求3所述的电池装置，其特征在于：设有多个所述电压监视电路。
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