CN102110976A - 用于电池组的保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种能够从电池组检测充电设备的错误的电池组的保护电路。该电池组具有由充电设备充电的电池单元，该保护电路包括：充电开关，耦接到高电流路径(HCP)，该充电开关位于该电池单元和为该电池单元充电的充电设备之间；和控制器，在停止对电池单元充电的充电停止时间段期间感测充电设备的电压或电流，并根据该充电设备的电压或电流来确定该充电设备是否发生错误。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2009年12月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2009-0132740的优先权，该在先申请的内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明的各方面涉及电池组的保护电路，该保护电路检测该电池组中的充电设备的错误。
背景技术
近来，随着诸如移动电话机、便携式音频装置和数字照相机之类的便携式装置的广泛使用，二次电池(secondary battery)的使用飞速增加。由于二次电池具有高稳定性并且尺寸小而薄，因此二次电池是便携的。
作为向二次电池充电的方法，使用恒定电流-恒定电压(CC-CV)充电方法。在用于为二次电池充电的CC-CV充电方法中，在通过均匀的恒定电流执行充电后，通过与达到预定电压的电压对应的恒定电压执行充电，该预定电压诸如接近于二次电池的全电荷电势的电压。
此外，作为向二次电池充电的另一个方法，使用在美国专利公开No.4,736,150中公开的脉冲充电方法。在该脉冲充电方法中，以1ms和9ms之间的间隔施加介于0.1到10Hz之间的范围中的脉冲，从而对二次电池充电。当使用脉冲充电方法时，全电荷的正确性高于CC-CV充电方法。
发明内容
本发明的各方面提供一种用于电池组的保护电路，其能够通过该电池组检测用于为该电池组充电的充电设备的错误。
本发明的各方面提供一种用于电池组的保护电路，其能够在外面显示关于充电设备的错误的信息或者能够向用户通知关于充电设备的错误的信息。
本发明的各方面提供一种电池组的保护电路，该电池组具有由充电设备充电的电池单元(cell)，该保护电路包括：充电开关，耦接到高电流路径(HCP)，该充电开关位于该电池单元和为该电池单元充电的充电设备之间；和控制器，在停止对电池单元充电的充电停止时间段期间感测充电设备的电压或电流，并根据该充电设备的电压或电流来确定该充电设备是否发生了错误。
根据本发明的一方面，该充电停止时间段包括为该电池单元充电的脉冲的相邻脉冲之间的至少一个时间段当中的充电开关关断的时间段。
根据本发明的一方面，该控制器将该充电设备的电压与对应于该电池单元的充电电压特性的参考电压相比较，并根据该比较结果确定是否发生错误。
根据本发明的一方面，该充电停止时间段包括当该电池单元由恒定电流-恒定电压(CC-CV)方法充电时该充电开关关断的时间段。
根据本发明的一方面，在对电池单元充电期间，该控制器关断该充电开关预定时间。
根据本发明的一方面，该控制器将该充电设备的电压或电流与对应于CC-CV特性的参考电压或参考电流相比较，并根据该比较结果确定是否发生了错误。
根据本发明的一方面，该控制器将关于该错误的信息输出到该充电设备。
根据本发明的一方面，该电池组的保护电路还包括输出单元，用于通过光、声音或光和声音的组合来显示关于该错误的信息。
根据本发明的一方面，将关于该错误的信息发送到该充电设备。
根据本发明的一方面，该电池组的保护电路还包括阻止(block)单元块，当发生错误时，阻止该充电设备和该电池单元之间的耦接。
根据本发明的一方面，该阻止单元包括串联地耦接到该HCP的保险丝、具有耦接到该保险丝的一端的第一端子的加热器、和耦接在该加热器的第二端子和地之间的控制开关。该控制开关的栅极端子耦接到该控制器。
根据本发明的一方面，该电池组的保护电路还包括放电开关，耦接到该HCP并且串联地位于该电池单元和该充电设备之间，并与该充电开关串联耦接。
根据本发明的一方面，该控制器包括模拟前端(AFE)集成电路(IC)和微控制器。
根据本发明的一方面，该电池组的保护电路还包括外部端子。该外部端子包括耦接到该HCP的第一电源端子、耦接到该HCP的第二电源端子、和将关于该错误的信息发送到该充电设备的至少一个信号端子。
根据本发明的各方面，当该电池组由CC-CV充电、脉冲充电、或CC-CV充电和脉冲充电的组合充电时，在自然或强制的充电停止时间段中感测该充电设备的电压或电流，以容易地检测充电设备的错误。此外，将充电设备的错误显示在该电池组的外面，或者停止该电池组的充电以防止电池组受到损害。将充电设备的错误发送到充电设备，或者通过充电设备通告给最终用户，以使得可以防止由于电池组的异常充电引起的电池组的起火或爆炸。
本发明的附加方面和/或优点将在下面的描述中被部分地阐明，以及从该描述中将部分地明显，或者可以通过实践本发明而学习到。
附图说明
通过下面结合附图对本发明的实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显且更易理解，其中：
图1是示出了根据本发明的实施例的电池组的保护电路的示意性电路图；
图2和图3是示出了操作根据图1的实施例的电池组的保护电路的过程的图；
图4是示出了操作根据本发明的实施例的电池组的保护电路的过程的图；
图5是示出了包括根据图4的实施例的保护电路的电池组的透视图；以及
图6以及图7是示出了根据本发明的实施例的电池组的保护电路的图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的当前实施例，附图中示出了其示例，其中相似的参考数字通篇指代相似的元件。下面通过参考附图描述实施例以便说明本发明。在下文中，当将第一元件描述为耦接到第二元件时，第一元件不仅可以直接耦接到第二元件，也可以经由第三元件间接耦接到第二元件。此外，为了清楚，省略了一些对完全理解本发明并不是必需的元件。此外，贯穿全文，相似的参考数字指代相似的元件。此外，为了清楚，层和区的厚度被放大。
图1是示出了根据本发明的实施例的用于电池组的保护电路的示意性电路图。图2和图3是示出了操作根据图1的实施例的用于电池组的保护电路的过程的图。图4是示出了根据本发明的实施例的用于操作电池组的保护电路的过程的图。
参考图1，电池组的保护电路110将电池单元100和外部系统200彼此耦接，并防止电池单元100的错误操作或外部系统200的错误。该电池组包括电池单元100和保护电路110。
保护电路110包括外部端子112、充电元件113、放电元件114、控制器118和检测单元119。此外，保护电路110包括信号线124，其将外部系统200的错误操作或错误发送到外部系统200的控制器223。信号线124经由信号端子(未示出)耦接到外部端子112。充电元件113和放电元件114也可以分别被称为充电开关和放电开关。
外部端子112将外部系统200的电源端子(未示出)和电池组中的电池单元100的电源端子(未示出)彼此耦接。充电元件113和放电元件114沿着外部端子112和电池单元100之间的高电流路径111串联连接。充电元件113和放电元件114是功率开关。但是，本发明的各方面不限于此，并且充电元件113和放电元件114可以是其它合适的元件。
检测单元119耦接到高电流路径111以检测高电流路径111上的电压或电流。检测单元119在充电元件113和放电元件114关断的状态下检测外部系统200的充电设备的电压或电流。
控制器118控制充电元件113和放电元件114以控制电池单元100的充电或放电模式。此外，在电池单元100的充电模式下，控制器118在充电停止时间段中通过检测单元119感测外部系统200的充电设备的电压或电流。控制器118根据感测的外部系统200的充电设备的电压或电流确定充电设备是否发生了错误。
例如，如图2和图3所示，当电池单元100由包括脉冲充电时间段的充电方法充电时，控制器118感测从外部系统200的充电设备向电池单元100施加的充电电压。在脉冲充电时间段期间，在断续的充电停止时间段S1到S5的至少一个中由控制器118感测充电电压，以便确定充电设备的异常充电状态。
作为另一个示例，如图4所示，当电池单元100由恒定电压-恒定电流(CV-CC)充电方法充电时，控制器118任意关断充电元件113片刻以便产生充电停止时间段。控制器118在充电停止时间段中感测从外部系统200的充电设备向电池单元100施加的充电电压或充电电流，以便确定充电设备的异常充电状态。将充电停止时间段设置为短的时间间隔以便不影响电池单元100的充电容量。例如，将充电停止时间段设置为最大200μs的时间间隔。但是，本发明的各方面不限于此，并且可以将充电停止时间段设置为其它合适的时间间隔。
图5是示出了包括根据图4的实施例的保护电路的电池组的透视图。参考图5，电池组102包括容纳电池单元的主体103、耦接到主体103的顶部的保护电路、和覆盖该保护电路的盖子105。孔106暴露外部端子(未示出)和水敏纸108。
电池组的保护电路包括输出单元107，其输出关于充电操作的错误操作的信息或关于外部系统200中的充电设备的错误的信息。
输出单元107暴露电池组102的至少一部分。输出单元107输出或显示充电方法的错误操作已经发生或显示充电设备的错误已经发生。输出单元107使用光、声音和颜色中的至少一个来这样指示。例如，输出单元107由诸如扬声器之类的音频输出设备、诸如发光二极管(LED)之类的视频输出设备、或音频输出设备和视频输出设备的组合来实现。但是，本发明的各方面不限于此，并且输出单元107可以通过其它适当的方法和设备来指示充电方法的错误操作或充电设备的错误。
图6和图7是示出了根据本发明的实施例的电池组的保护电路的图。图6是示出了电池组的保护电路耦接在电池单元和外部系统之间的结构的框图。图7是示出了耦接在电池单元和外部系统之间的电池组的保护电路的示意性电路图。参考图6，电池组102包括可再充电的电池单元100和耦接到外部系统200以向外部系统200提供电力或由外部系统200充电的保护电路。
外部系统200通过适配器221耦接到共用电源(未示出)。电池单元100由通过外部系统200提供的共用电源充电。外部系统200包括使用脉冲充电方法或CC-CV充电方法为电池单元100充电的充电设备。外部系统200包括施加装置(未示出)，该施加装置包括能够为电池组102充电的设备。例如，外部系统200是诸如包括电池充电器的便携式笔记本计算机之类的电子装置。但是，本发明的各方面不限于此，并且外部系统200可以是能够为电池组102充电的其它电子装置或合适的设备。
在电池单元100中，多个二次电池彼此既可以串联连接又可以并联连接，以使得在放电模式下将预定量的电力提供给外部系统200。电池单元100和外部端子112之间的高电流路径(HCP)被用作充电和放电路径，并且允许相对大的电流沿着它流动。
保护电路包括外部端子112、充电元件113、放电元件114、阻止(block)单元115、模拟前端(AFE)IC 116和微控制器117。外部端子112可拆卸地将电池组102耦接到外部系统200。充电元件113和放电元件114沿着电池单元100和外部端子112之间的HCP串联连接。阻止单元115串联连接到HCP以及并联连接到外部端子112。AFE IC 116耦接到电池单元100、充电元件113和放电元件114。微控制器117耦接到阻止单元115和AFE IC 116。
此外，保护电路包括检测诸如关于HCP的电压和/或电流之类的信息的检测单元119。检测单元119将检测的信息发送到微控制器117。保护电路的微控制器117感测外部系统200的异常充电电压和/或电流，并使用输出单元107(参见图5)输出错误信息。
此外，保护电路包括在微控制器117和外部端子112之间提供的系统管理总线(SMBUS)124以便执行与外部系统200的通信。微控制器117将外部系统200中的充电设备的错误通过SMBUS 124发送到外部系统200的控制器223。也就是说，保护电路感测为电池组102充电的外部系统200的错误，并将关于外部系统200中的充电设备的错误操作或外部系统200的充电模式的错误的信息发送到外部系统200。
另外，当不管充电设备的错误仍从外部系统200向电池单元100连续提供异常充电电压和/或电流时，保护电路阻止外部系统200和电池单元100之间的耦接。保护电路的阻止单元115由响应于微控制器117的控制信号阻止HCP的自控保护器形成。
将参考图7详细描述根据本实施例的电池组102的元件和电池组102的保护电路的操作。
参考图7，首先，电池单元100包括至少一个可充电和可放电的二次电池单元。在图7中，B+和B-表示电池单元100的高电流端，其是串联耦接的多个二次电池的各个端中的电源端子。电池单元100输出其中的各个信息项，诸如电池单元的温度、电池单元的充电电压、和通过电池单元100流向模拟前端(AFE)IC 116的电流量。
外部端子112并联耦接到电池单元100并且耦接到适配器221或外部系统200的负载，以作为电池单元100充电或放电时的端子工作。在图7中，P+指示耦接到电池单元100的正电极电源端子B+的正电极端子，P-指示耦接到电池单元100的负电极电源端子B-的负电极端子。
当外部系统200耦接到外部端子112时，适配器221为电池单元100充电。当适配器221与外部系统200电分离时，外部系统200的负载222将电池单元100放电。
充电元件113和放电元件114沿着外部端子112和电池单元100之间的HCP串联耦接以将电池组102充电或放电。充电元件113和放电元件114由二者均具有并联连接的场效应晶体管(FET)和二极管(D)的相似的电路实现。例如，充电元件113由FET1和D1构成，放电元件114由FET2和D2构成。充电元件113的FET1的源极和漏极之间的电流路径的方向与放电元件114的FET2的源极和漏极之间的电流路径的方向相反。
也就是说，耦接充电元件113的FET1以限制电流从外部端子流到电池单元100，并且耦接放电元件114的FET2以限制电流从电池单元100流到外部端子112。设置分别包括在充电和放电元件113和114中的二极管D1和D2，以使得电流以与FET1和FET2限制电流的方向相反的方向流动。
充电和放电元件113和114包括开关元件作为FET FET1和FET2。但是，本发明的各方面不限于此，并且执行各种开关功能的电子元件可以用作充电和放电元件113和114。
当过充电和过放电发生时或由于外部系统200的充电设备的错误，阻止单元115阻止HCP。阻止单元115包括保险丝115a、加热器115c和控制开关115b。在这种情况下，保险丝115a耦接在放电元件114的FET2的漏极端子和外部端子112的正电极端子P+之间。控制开关115b的栅极端子耦接到微控制器117，并且控制开关115b的源极端子接地。加热器115c耦接在保险丝115a的一端和控制开关115b的漏极端子之间。
AFE IC 116在充电元件113和放电元件114之间并联耦接到电池单元100，并且串联连接在电池单元100和微控制器117之间。AFE IC 116将电池单元100的电压发送到微控制器117，并通过微控制器117的控制来控制充电元件113和放电元件114的操作。例如，在电池单元100的充电模式下，AFE IC 116将充电元件113的FET1设置为导通以及将放电元件114的FET2设置为截止，以使得为电池单元100充电。在电池单元100的放电模式下，AFE IC 116将充电元件113的FET1设置为截止并且将放电元件114的FET2设置为导通，以使得将电池单元100放电。
微控制器117控制保护电路的操作并且耦接到阻止单元115、AFE IC 116和检测单元119。微控制器117由类似于AFE IC 116的集成电路(IC)形成。但是，本发明的各方面不限于此，并且微控制器117可以由其它合适的电路形成。
微控制器117通过AFE IC 116控制充电元件113和放电元件114以便阻止电池单元100的过充电、过放电和过电流。也就是说，通过AFE IC 116从电池单元100接收到的电池单元100的电压与为电池单元100设置的参考电压相比较。微控制器117根据比较结果将控制信号输出到AFE IC 116，以导通和截止充电元件113和/或放电元件114并且阻止电池单元100的过充电、过放电和过电流。
此外，微控制器117在充电操作的脉冲之间的充电停止时间段中的至少一个中测量充电设备的电压，并且将测量的充电设备的电压与参考电压相比较。当电池单元100的充电方法是脉冲充电方法时，该比较用于确定充电设备发生了错误操作。
参考电压是当脉冲充电发生时预先设置的电压特性图(参考图2)上的电压。例如，当脉冲充电用于为电池单元100充电时，参考电压是在微控制器117监视电池单元100的电压的同时产生充电停止时间段之前获得的电池单元100的充电电压。但是，本发明的各方面不限于此，并且参考电压可以是其它合适的电压。
此外，在电池单元100的充电模式下，当外部系统200的充电设备的充电方法是CC-CV充电方法时，微控制器117在CC时间段或CV时间段中将充电元件113任意且暂时地从导通状态改变为截止状态。微控制器117在充电停止时间段中检测外部系统200的端子P+和P-之间的电压或电流，并且将检测的电压或电流与参考电压或参考电流相比较，以确定外部系统200的充电设备是否发生了错误的充电操作或错误。
参考电压或参考电流是在电池单元100的CC-CV充电期间预先设置的CV-CC特征图(参考图4)上的电压。例如，参考电压变为电池单元100的CV充电时间段的电压，参考电流变为电池单元100的CC充电时间段的电流。微控制器117在CV充电时间段和/或CC充电时间段中暂时截止充电元件113，同时监视电池单元100的充电电压或电流以使得任意形成充电停止时间段。
此外，微控制器117通过SMBUS 124与外部系统200通信。微控制器117将诸如电池单元100的电压和外部系统200的充电设备的错误之类的信息发送到外部系统200的控制器223。将该信息与SMBUS 124的时钟线124a的时钟信号同步，以通过SMBUS 124的数据线124b发送到外部系统200。
此外，当感测到外部系统200的错误操作或错误时，微控制器117截止充电元件113和放电元件114或将控制信号发送到阻止单元115，以防止电池单元100被充电。例如，微控制器117激活阻止单元115的控制开关115b，以使得通过保险丝115a将沿着HCP的高电流引导(induce)到加热器115c。由所引导的高电流而加热的加热器115c使得保险丝115a熔化以被切断。因此，阻止HCP的电流的流动，以使得可以防止将异常充电电压和/或电流提供给电池单元100。
尽管已经示出并描述了本发明的几个实施例，但是本领域技术人员应当理解，在不脱离本发明的原则和精神的情况下可以对此实施例进行改变，本发明的范围由权利要求书及其等效物定义。
Claims (17)
1.一种电池组的保护电路，该电池组具有由充电设备充电的电池单元，该保护电路包括：
充电开关，耦接到高电流路径(HCP)，该充电开关位于该电池单元和为该电池单元充电的充电设备之间；和
控制器，在停止该电池单元的充电的充电停止时间段期间感测该充电设备的电压或电流，并根据该充电设备的电压或电流确定该充电设备是否发生了错误。
2.如权利要求1所述的保护电路，其中，该充电停止时间段包括在为该电池单元充电的脉冲的相邻脉冲之间的至少一个时间段当中充电开关关断的时间段。
3.如权利要求2所述的保护电路，其中，该控制器将该充电设备的电压与对应于该电池单元的充电电压特性的参考电压相比较，并根据该比较结果确定是否发生了错误。
4.如权利要求1所述的保护电路，其中，当该电池单元由恒定电流-恒定电压(CC-CV)方法充电时，该充电停止时间段包括该充电开关关断的时间段。
5.如权利要求4所述的保护电路，其中，该控制器关断该充电开关。
6.如权利要求4所述的保护电路，其中，该控制器将该充电设备的电压或电流与对应于CC-CV特性的参考电压或参考电流相比较，并根据该比较结果确定是否发生了错误。
7.如权利要求1所述的保护电路，其中，该控制器将关于该错误的信息输出到该充电设备。
8.如权利要求7所述的保护电路，还包括输出单元，其通过光、声音、或光和声音的组合来显示关于该错误的信息。
9.如权利要求7所述的保护电路，其中，关于该错误的信息被发送到该充电设备。
10.如权利要求1所述的保护电路，还包括阻止单元，当该错误发生时，该阻止单元阻止该充电设备和电池单元之间的耦接。
11.根据权利要求10所述的保护电路，其中，该阻止单元包括：
串联耦接到该HCP的保险丝；
加热器，具有耦接到该保险丝的一端的第一端子；和
控制开关，耦接在该加热器的第二端子和地之间，其中该控制开关的栅极端子耦接到该控制器。
12.如权利要求1所述的保护电路，还包括耦接到该HCP并且串联地位于该电池单元和充电设备之间，并与该充电开关串联耦接的放电开关。
13.如权利要求1所述的保护电路，其中，该控制器包括模拟前端(AFE)集成电路(IC)和微控制器。
14.如权利要求1所述的保护电路，还包括外部端子，该外部端子包括：
耦接到该HCP的第一电源端子；
耦接到该HCP的第二电源端子；和
将关于该错误的信息发送到该充电设备的至少一个信号端子。
15.如权利要求1所述的保护电路，其中，该电池单元包括至少一个可充电和可放电的二次电池。
16.如权利要求1所述的保护电路，其中，该充电设备是包括电池充电器或适配器的电子装置。
17.如权利要求13所述的保护电路，还包括系统管理总线(SMBUS)，具有将该微控制器连接到外部系统的时钟线和数据线。
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