CN106058330A - 电池保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的示例性实施例提供电池保护电路，包括:电池；熔断器；充电开关，所述充电开关包括朝向放电路径方向正向偏置的第一体二极管；放电开关，所述放电开关包括朝向充电路径方向正向偏置的第二体二极管；热敏电阻器，所述热敏电阻器包括第一端和第二端，所述第一端连接在所述充电开关与所述放电开关之间；以及控制器，被配置成感测来自所述热敏电阻器的所述第二端的电压值，并且被配置成控制所述熔断器、所述充电开关和所述放电开关。

Description

电池保护电路
技术领域
本发明涉及电池保护电路，并且更具体地，涉及包括热敏电阻器的电池保护电路。
背景技术
在电池连接到外部设备时，电池可利用电池保护电路来控制充电和放电，并且防止过充电和过放电。
此电池保护电路包括充电开关和放电开关，充电开关和放电开关中的每一个由电场效应晶体管(FET)构成。充电开关和放电开关通过控制集成电路(IC)接通和关断。
然而，如果充电开关和/或放电开关损坏，即使是从控制IC传送关断控制(off-control)信号，充电开关或放电开关也可能不关断。也就是说，电流可在其中不断地流过。
在这种情况下，在尝试执行电池保护功能时，可能期望提供用于检测充电开关或放电开关是否损坏的电路配置。
在此背景部分公开的上述信息仅仅是为了增强对该发明的背景的理解，并且因而其可包含对本领域的普通技术人员不形成现有技术的信息。
发明内容
已经做出的本发明的实施例试图提供电池保护电路，用于以较低成本执行二次或附加的保护功能。
本发明示例性实施例的一个方面提供电池保护电路，包括：电池；熔断器；充电开关，所述充电开关包括朝向放电路径方向正向偏置的第一体二极管；放电开关，所述放电开关包括朝向充电路径方向正向偏置的第二体二极管；热敏电阻器，所述热敏电阻器包括第一端和第二端，所述第一端连接在所述充电开关与所述放电开关之间；以及控制器，被配置成感测来自所述热敏电阻器的所述第二端的电压值，并且被配置成控制所述熔断器、所述充电开关和所述放电开关。
所述热敏电阻器的所述第一端可包括导热图案。
所述控制器可被配置成执行保护功能，所述保护功能包括：通过感测与所述热敏电阻器的电阻变化对应的电压变化来感测所述充电开关或所述放电开关的损坏；以及熔断所述熔断器。
所述控制器可被配置成执行第一保护功能，所述第一保护功能包括：在过放电防止模式下关断所述放电开关；以及在过充电防止模式下关断所述充电开关。
所述控制器可被配置成：通过感测与所述热敏电阻器的电阻变化对应的电压变化来检测所述第一保护功能未正确执行；并且通过熔断熔断器来执行附加保护功能。
所述热敏电阻器的热敏电阻器电阻可在所述充电开关和所述放电开关中的至少一个的温度增加时改变。
所述电池保护电路可进一步包括：比较电阻器，所述比较电阻器包括第一端和第二端，所述第一端连接到参考电压节点，并且所述第二端连接到控制器，其中所述控制器被配置成通过比较经由所述比较电阻器感测的第一电压和经由所述热敏电阻器感测的第二电压来检测所述第一保护功能未正确执行。
所述比较电阻器的比较电阻器电阻可通过反映所述热敏电阻器的一端与所述比较电阻器的一端之间的至少一个元件的电阻值来与所述热敏电阻器的热敏电阻器电阻匹配。
根据本发明的示例性实施例的方面，可提供以较低成本执行二次/附加保护功能的电池保护电路。
附图说明
图1图示根据本发明示例性实施例的电池保护电路。
图2图示运行在过充电防止模式下的电池保护电路。
图3图示运行在过放电防止模式下的电池保护电路。
具体实施方式
在下文中，将参照附图更全面地描述本发明的实施例，附图中示出该发明的示例性实施例。如本领域技术人员会认识到的，描述的实施例可以以各种不同的方式修改，这些修改都不脱离本发明的精神和范围。
在附图中，为了清晰起见夸大了层、薄膜、面板、区域等的厚度。相似的附图标记在整个说明书中表示相似的元件。应理解，在例如层、薄膜、区域或基板的元件被成为在另一个元件“之上”时，其可直接在该另一元件之上，或还可存在介于中间的元件。相反，在元件被称为“直接在”另一个元件“之上”时，则不存在介于中间的元件。
图1图示根据本发明示例性实施例的电池保护电路。
参照图1，根据本发明示例性实施例的电池保护电路包括控制器100、电池200、熔断器300、充电开关400、放电开关500、热敏电阻器600和比较电阻器700。
外部设备可连接到外部正极端子10和外部负极端子20。此外部设备可以是为电池200充电的充电设备，或可以是消耗电池200的电能的放电设备。
因此，电池200、充电开关400、放电开关500、熔断器300、外部正极端子10、外部设备和外部负极端子20构成电流路径(例如大电流路径)。
电池可包括单个电池单元或多个电池单元。在图1中，电池200被图示为包括四个电池单元。然而，根据示例性实施例可改变电池单元的数量和电池单元之间的连接关系(例如无论串联和/或并联)。
电池200包括正极和负极并且是可重复充电的。电池单元中的每一个可由例如锂离子电池或锂聚合物电池等构成。
充电开关400可由电场效应晶体管(FET)构成。在由电场效应晶体管构成时，充电开关400包括体二极管(body diode)，并且可设置(调整或改变)该体二极管的偏置方向。
包括在充电开关400中的体二极管被形成为使得放电路径方向为正向偏置方向。朝向正向偏置方向的体二极管的形成有助于防止电流在过充电防止模式下朝向充电路径方向流动，同时仍然允许放电。
类似地，放电开关500也可由电场效应晶体管构成。在由电场效应晶体管构成时，放电开关500包括体二极管，并且可设置(调整或改变)该体二极管的偏置方向。
包括在放电开关500中的体二极管被形成为使得充电路径方向为正向偏置方向。朝向正向偏置方向的体二极管的形成有助于防止电流在过放电防止模式下朝向放电路径方向流动，同时仍然允许充电。
在描述的示例性实施例中，放电开关400和充电开关500中的每一个由N-型电场效应晶体管构成，但也可由P-型电场效应晶体管构成。
在正电压施加到控制端子时，N-型电场效应晶体管接通。在负电压施加到控制端子时，N-型电场效应晶体管关断。用于控制电场效应晶体管的电压的幅度可根据电场效应晶体管的配置而变化。
热敏电阻器600是根据感测的温度具有不同电阻的元件。根据实施例，热敏电阻器600可以是正温度系数热敏电阻器。在本实施例中，热敏电阻器600的电阻根据温度的增加而增加。
在本示例性实施例中，热敏电阻器600的第一端连接在充电开关400与放电开关500之间的接触点。热敏电阻器600的第二端连接到控制器100。
在本示例性实施例中，热敏电阻器600的第一端由导热图案形成。根据传统技术，充电开关400、放电开关500和热敏电阻器600可由用于电连接的导热硅来覆盖。在本实施例中，可根据导热硅的量和形状降低温度感测的精度。进一步，由于增加了覆盖导热硅的步骤，因此可提高加工成本。
在本示例性实施例中，制造的成本可通过去除覆盖导热硅的步骤来降低。进一步，导热图案可以在配线图案化步骤中一起形成，并且因此不增加加工成本。另外，可通过标准化导热图案来精确执行温度测量。
根据实施例，导热图案还充当用于感测电压的导线，并且因此未形成额外的电压感测图案，因而节省了空间。因此，可使电池组小型化。
根据实施例，比较电阻器700的第一端和第二端分别连接到参考电压节点和控制器100。在本示例性实施例中，参考电压节点是电池200的正极。
如本文所图示的，控制器100可由一个IC构成，但也可由两个或更多个IC构成。例如，控制器100可由用于执行第一保护功能的IC和用于执行附加/二次保护功能的IC构成。控制器100的这种配置可根据产品标准或规范改变。因此，在本示例性实施例中，假定控制器100被设计成执行第一保护功能和二次/附加保护功能二者。
根据实施例，熔断器300被布置在大电流路径处并且具有连接到控制器100的第一端。在设定(例如预定)量的电流流入熔断器300(其具有电阻)时，由于发热现象，熔断器300被切断或熔断，因而阻止/中断大电流路径。
根据另一个实施例，控制器100可通过在充电模式和放电模式下接通充电开关400和放电开关500二者来完全开放大电流路径。
然而，在电池200过充电或过放电时，执行第一保护功能以防止进一步的充电或放电。第一保护功能的执行指示过充电防止模式/过放电防止模式的执行。
在下文中，将参照图2和图3描述过充电防止模式和过放电防止模式。图2图示过充电防止模式，并且图3图示过放电防止模式。
首先，参照图2，在电池200过充电时，防止电池200的进一步充电。在这种情况下，执行放电以解除过充电的状态。
控制器100向充电开关400的控制端子施加关断电平(off-level)控制信号，并且向放电开关500的控制端子施加接通电平(on-level)控制信号。因此，充电开关400被关断，并且放电开关500被接通。
因为充电开关400被关断，并且因为包括在充电开关400中的体二极管朝向放电路径方向构成，因此防止电流朝向充电路径方向流动。
在这种情况下，如由图2中的箭头所图示的电流路径，通过电池200的正极、充电开关400的体二极管、放电开关500、熔断器300和外部正极端子10执行放电。
这样，可执行本示例性实施例的过充电防止模式。
接下来，参照图3，在电池200过放电时，电池200的放电被阻止。在这种情况下，执行充电以解除过放电的状态。
控制器100向充电开关400的控制端子施加接通电平控制信号，并且向放电开关500的控制端子施加关断电平控制信号。因此，充电开关400被接通，并且放电开关500被关断。
由于放电开关500被关断，并且包括在放电开关500中的体二极管朝向充电路径方向构成，因此防止电流朝向放电路径方向流动。
在这种情况下，如由图3中的箭头所图示的电流路径，通过外部正极端子10、熔断器300、放电开关500的体二极管、充电开关400和电池200的正极执行充电。
这样，可执行本示例性实施例的过放电防止模式。
然而，在过充电防止模式和过放电防止模式未被正常执行时，控制器100执行二次/附加保护功能。
在过充电防止模式未被正常/正确执行时，充电开关400可能被损坏，因而允许电流不断地流到电池200。在这种情况下，即使在过充电防止模式下，充电路径也被闭合，并且因此充电电流可继续流入到电池200中。
在过放电防止模式未被正常执行时，放电开关500可能被损坏，因而允许电流不断地从电池200流出。在这种情况下，即使在过放电防止模式下，放电路径也被闭合，并且因此电池200可进一步放电。
因此，通过控制器100执行二次/附加保护功能。这将在下面详细描述。
在充电开关400或放电开关500损坏，因此允许电流不断地流动时，在充电开关400或放电开关500中产生热量。
因此，热敏电阻器600通过连接在充电开关400与放电开关500之间的接触点的导热图案被加热，因而增加了热敏电阻器600的电阻。
控制器100通过比较经由热敏电阻器600感测的电压和经由比较电阻器700感测的电压检测第一保护功能未被执行。
根据实施例，在正常状态下或第一保护功能被执行的状态下，经由热敏电阻器600感测的电压与经由比较电阻器700感测的电压之间的差不超过阈值电平。
然而，在经由热敏电阻器600感测的电压与经由比较电阻器700感测的电压之间的差超过阈值电平时，控制器100可检测到第一保护功能未被正常执行。
在热敏电阻器600的温度增加并且因此提高热敏电阻器600的电阻时，通过控制器100检测的电压被降低。因此，控制器100检测到第一保护功能未被正常/正确执行。
在这种情况下，比较电阻器700的电阻可反映布置在热敏电阻器600的第一端与比较电阻器700的第一端之间的至少一个元件的电阻值。如此，比较电阻器700的电阻和热敏电阻器600的电阻彼此匹配。也就是说，考虑由置于热敏电阻器600与比较电阻器700之间的每个元件(例如，充电开关400)引起的电压降。
根据实施例，控制器100检测到第一保护功能未被执行，并且随后通过熔断熔断器300或者切断熔断器300来执行二次/附加保护功能。因此，大电流路径被阻止，并且电池200的保护功能被执行。
在另一个示例性实施例中，控制器100可通过根据热敏电阻器600的电阻变化的电压感测，来感测充电开关400或放电开关500的损坏，并可在此之后切断熔断器300。
例如，在充电开关400或放电开关500由于短接(例如短路)被损坏时，即使充电操作和放电操作正常执行，在充电开关400或放电开关500中也会产生过度热量。此过度热量可引起电池组保护电路损坏，或可引起电池组的壳体的外周熔化或燃烧。
应理解，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中可用于描述不同的元件、组件、区域、层和/或部分，但这些术语不限制这些元件、组件、区域、层和/或部分。这些术语用于区分一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分。因此，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，下面描述的第一元件、组件、区域、层或部分可被称为第二元件、组件、区域、层或部分。
应理解，在一个元件或层被称为在另一个元件或层“之上”、“连接到”另一个元件或层或者“结合到”另一个元件或层时，其可以直接在该另一元件或层上、直接连接到该另一元件或层或者直接联接到该另一元件或层，或者还可存在一个或多个介于中间的元件或层。另外，还应理解在一个元件或层被称为在两个元件或层“之间”时，其可以是在这两个元件或层之间的唯一的元件或层，或者还可存在一个或多个介于中间的元件或层。
本文使用的术语仅为描述特定实施例的目的，并且不意在限定本发明。如本文所使用的，除非上下文明确指明，否则单数形式“一”和“一个”意在还包括复数形式。应进一步理解，术语“包含”、“包括”在被本说明书使用时，说明所表述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件和/或它们的组的存在或附加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个关联的列出项目的任何和所有组合。当例如“…中的至少一个”的表述在元素列表之前时，修饰整个列表的元素而不修饰列表的单个元素。
如本文所使用的，术语“基本上”、“大约”和类似术语被用作近似的术语，并且不被用作程度术语，且意在解释会被本领域普通技术人员识别的测量或计算值考虑内在的偏差。进一步，在描述本发明的实施例时，“可”的使用是指“本发明的一个或多个实施例”。如本文所使用的，术语“使用”、“正使用”和“被使用”可分别被认为是术语“利用”、“正利用”和“被利用”的同义词。并且，术语“示例性的”意在指示例或图示。
本发明的附图和示例性实施例仅仅是本发明的示例，并且用于描述本发明，但不限制本发明的如由所附权利要求限定的范围。因此，本领域普通技术人员应理解，可做出各种修改和等同的实施例。因此，本发明的技术范围由所附权利要求和它们的等同物限定。
一些标记的描述。
10：外部正极端子
20：外部负极端子
100：控制器
200：电池
300：熔断器
400：充电开关
500：放电开关
600：热敏电阻器
700：比较电阻器

Claims (8)

1.一种电池保护电路，包括：
电池；
熔断器；
充电开关，所述充电开关包括朝向放电路径方向正向偏置的第一体二极管；
放电开关，所述放电开关包括朝向充电路径方向正向偏置的第二体二极管；
热敏电阻器，所述热敏电阻器包括第一端和第二端，所述第一端连接在所述充电开关与所述放电开关之间；以及
控制器，被配置成感测来自所述热敏电阻器的所述第二端的电压值，并且被配置成控制所述熔断器、所述充电开关和所述放电开关。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其中所述热敏电阻器的所述第一端包括导热图案。
3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其中所述控制器被配置成执行保护功能，所述保护功能包括：
通过感测与所述热敏电阻器的电阻变化对应的电压变化来感测所述充电开关或所述放电开关的损坏；以及
熔断所述熔断器。
4.根据权利要求2所述的电池保护电路，其中所述控制器被配置成执行第一保护功能，所述第一保护功能包括：
在过放电防止模式下关断所述放电开关；以及
在过充电防止模式下关断所述充电开关。
5.根据权利要求4所述的电池保护电路，其中所述控制器被配置成：
通过感测与所述热敏电阻器的电阻变化对应的电压变化来检测所述第一保护功能未正确执行；并且
通过熔断熔断器来执行附加保护功能。
6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其中所述热敏电阻器的热敏电阻器电阻在所述充电开关和所述放电开关中的至少一个的温度增加时改变。
7.根据权利要求6所述的电池保护电路，进一步包括：
比较电阻器，所述比较电阻器包括第一端和第二端，所述第一端连接到参考电压节点，并且所述第二端连接到控制器，
其中所述控制器被配置成通过比较经由所述比较电阻器感测的第一电压和经由所述热敏电阻器感测的第二电压来检测所述第一保护功能未正确执行。
8.根据权利要求7所述的电池保护电路，其中所述比较电阻器的比较电阻器电阻通过反映所述热敏电阻器的第一端与所述比较电阻器的第一端之间的至少一个元件的电阻值来与所述热敏电阻器的热敏电阻器电阻匹配。
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