CN107925255A - 电池保护电路模块及包括该模块的电池组 - Google Patents

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Abstract

根据本发明一观点的电池保护电路模块包括第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及保护集成电路元件，其通过控制所述栅极端子控制所述单一场效应晶体管的开关，并通过利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，从而控制所述电池裸电池的充电放电。

Description

电池保护电路模块及包括该模块的电池组
技术领域
本发明涉及用于电子装置的电池，更为具体地，涉及一种用于保护蓄电池单元的电池保护电路模块及包括其的电池组。
背景技术
通常，电池应用于移动电话、PDA等电子装置中。锂离子电池作为广泛应用于可携带终端等中的电池，当过充电、过电流时发热，持续发热使温度上升，则导致性能下降甚至具有爆炸的危险。因此，为了防止这种性能下降，在电池中安装用于停止电池工作的电池保护电路装置的必要性日益增加。
<先行技术文件>
1.公开专利公布10-2007-0044544(2007年04月30日)
2.授权专利公报10-0791551(2007年12月27日)
发明内容
技术课题
一般的电池保护电路装置使用两个场效应晶体管作为开关元件用于控制充电和放电，但是，由于工作电阻的增加导致性能下降并且很难使体积减小。
本发明的目的在于，为了解决包括如上所述问题在内的各种问题，提供一种利用单一场效应晶体管的电池保护电路模块及电池组。但是，该课题仅为示例，非用于限制本发明的范围。
课题解决手段
根据本发明一观点的电池保护电路模块，其可包括：第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及保护集成电路元件，其通过控制所述栅极端子控制所述单一场效应晶体管的开关，并通过利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，从而控制所述电池裸电池的充电放电，所述保护集成电路元件包括所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子，所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子，及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中不与所述偏置端子一直保持连接的端子和所述偏置端子之间接触。
所述电池保护电路模块中，所述保护集成电路元件可包括二极管，所述二极管在所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子与所述感知端子之间可夹有所述二极管并与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
所述保护集成电路元件可还包括内部电阻，所述内部电阻位于所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间，且用于将与所述二极管串联连接。
所述保护集成电路元件通过在截断充电或者截断放电后，重新恢复充电或者放电时，感知充电器或者负荷的连接，可开启所述单一场效应晶体管。
本发明另一观点涉及的电池保护电路模块，其可包括：第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及保护集成电路元件，其通过控制所述栅极端子控制所述单一场效应晶体管的开关，并通过利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，从而控制所述电池裸电池的充电放电，所述保护集成电路元件包括所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子，所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子，及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述感知端子接触且中间夹有所述内部开关元件。
本发明叉一观点涉及的电池保护电路模块，其可包括：第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及保护集成电路元件，其包括所述第一阳极端子和所述第二阳极端子之间接触的电源端子，所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子，所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子，与所述阱端子接触的偏置端子，以及与所述栅极端子接触的充放电控制信号输出端子，其通过所述充放电控制信号输出端子控制所述单一场效应晶体管的开关，通过偏置端子控制所述电池裸电池的充放电，所述保护集成电路元件通过所述偏置端子和所述电源端子或者所述感知端子之间接触的内部开关元件控制所述偏置端子的输出，为了辅助所述电池裸电池的充放电恢复操作，在截断充放电操作时，控制所述电源端子和所述感知端子之间接触的上拉开关元件。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子可与所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
所述电池保护电路模块中，所述保护集成电路元件在截断充电或者放电后在重新恢复充电或者放电时，为了感知充电器或者负荷的连接，通过检测出过充电或者过放电，截断操作时，可开启所述上拉开关元件。
所述电池保护电路模块中，所述保护集成电路元件可包括二极管，所述二极管在所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子可与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
所述电池保护电路模块中，所述偏置端子可与所述感知端子之间夹有所述二极管并与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件可夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
所述电池保护电路模块中，所述保护集成电路元件还可包括内部电阻，所述内部电阻位于所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间，且用于将与所述二极管串联连接的所述基准端子和所述感知端子之间电流流动降低至漏泄电流水平。
本发明一观点涉及的电池组，包括电池裸电池；以及与所述电池裸电池接触的前面所述的电池保护电路模块。
根据如上所述的本发明实施例，可提供一种可降低工作电阻，且可提高性能，具有结构简洁的电池保护电路。当然本发明的范围不受限于该效果。
附图说明
图1时图示本发明一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
图2是图示本发明另一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
图3是图示本发明叉一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
图4是图示本发明叉一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
图5是图示图2的电池保护电路模块的变相例的概略电路图。
图6是图示图3的电池保护电路模块的变相例的概略电路图。
图7是图示图4的电池保护电路模块的变相例的概略电路图。
图8是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块的0V充电操作的曲线图。
图9是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块的概略透视图。
图10是图示本发明一实施例涉及的电池组的透视图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明实施例是为了本发明所属技术领域具有一般知识的技术人员能够更加全面地理解本发明而提供的，以下实施例可变形为各种形态，本发明的范围不受限于以下实施例。该实施例反而能够使本公开更加充实，更加全面，且为了向本发明所属技术领域具有一般知识的技术人员更加完全地传达本发明的技术思想而提供。而且，为了便于说明，附图中各层的厚度或者大小被放大。
在说明本发明的实施例过程中，对于相同的附图标记，从电池保护电路的观点，将以电路的概念进行说明，而从电池保护电路封装的观点，将以元件或者电路部件的概念进行说明。
在说明本发明实施例的过程中，集成电路(IC，integrated circuit)是指用于处理特定的复杂功能而将诸多元件集成在一个芯片中的电子部件。
图1是图示本发明一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。
参照图1，该实施例涉及的电池保护电路模块可包括与电池裸电池Bc的电极端子电连接的第一阳极端子102和第一阴极端子104，以及与充电器或者电子仪器电连接的第二阳极端子106和第二阴极端子108。例如，第一阳极端子102可以是与电池组内部的电池裸电池Bc的阳极连接的内部阳极端子B+，第一阴极端子104可以是与电池裸电池Bc的阴极连接的内部阴极端子B-，第二阳极端子106可以是与电池组外部的充电器或者电子仪器的阳极连接的外部阳极端子P+，第二阴极端子108可以是与充电器或者电子仪器的阴极连接的外部阴极端子P-。
进一步地，附图中虽未图示，本发明的部分实施例涉及的电池保护电路模块还可另行包括连接外部的端子。
电池保护电路模块可包括单一场效应晶体管112和保护集成电路元件P-IC、118，所述单一场效应晶体管112在第一阳极端子102或者第一阴极端子104中至少一个与第二阳极端子106和第二阴极端子108中至少一个之间接触，所述保护集成电路元件P-IC、118用于控制单一场效应晶体管112。
例如，单一场效应晶体管112可包括漏极端子D、源极端子S、栅极端子G及阱端子Bin，在第一阴极端子104与第二阴极端子108之间接触。例如，漏极端子D可与第一阴极端子104电连接，源极端子S可与第二阴极端子108电连接。只是，单一场效应晶体管112内部，不区分漏极端子D和源极端子S，因此两个端子的称呼可互换。
保护电路单元可由该单一场效应晶体管112及用于控制该单一场效应晶体管112的保护集成电路元件118构成。该保护电路单元通过感知电池的过放电，过充电及/或过电流，可停止电池裸电池的充放电或者停止工作。具体而言，保护集成电路元件118可通过控制单一场效应晶体管112来控制电池裸电池BC的过充电及/或过放电。
单一场效应晶体管112例如可以是N型场效应管(NMOSFET)。可包括一双寄生二极管PD1、PD2，所述一双寄生二极管PD1、PD2以接触在阱端子Bin上的节点n4为中心以相互相反的方向接触。例如，寄生二极管PD1在节点n4上接触以使漏极电极D方向为正方向，寄生二极管PD2在节点n4上接触以使源极电极S方向为正方向。
保护集成电路元件118内部可包括控制单一场效应晶体管112的控制逻辑。例如，控制逻辑可包括基准电压设定部、用于比较基准电压与充放电电压的比较部、过电流检测部，充放电检测部。
根据用户的要求的标准(SPEC)可改变充电状态和放电状态的判断基准，根据指定的基准，感知保护集成电路元件118的各端子间的电压差，并判断充电状态和放电状态。例如，为了输出控制逻辑，保护集成电路元件118可包括基准端子Vss、电源端子Vdd、感知端子V-、充放电控制信号输出端子CDout及偏置端子Bout。
保护集成电路元件118连接在节点n1、n2、n4上且中间夹有至少一个无源元件。例如，电源端子vdd与第一阳极端子102和第二阳极端子106之间的节点n1连接且中间夹有电阻R1，基准端子Vss可在第一阴极端子104和漏极端子D之间的节点n2上接触。在节点n1和节点n2之间的基准端子Vss与电源端子Vdd之间可夹有电容C1以防止两节点n1、n3之间的短路。感知端子V-可与节点n3接触且中间夹有电阻R2。在两节点n2、n3之间连接有电容C2，所述电容C2与单一场效应晶体管112并列接触。
基于此构成，保护集成电路元件118以基准端子Vss的电压为基准，通过电源端子Vdd可引入充电电压或者放电电压，通过感知端子V-可感知充放电状态及过电流状态。充放电控制信号输出端子CDout为了在电池的充电及/或放电时控制单一场效应晶体管112的开-关(on-off)，可与单一场效应晶体管112的栅极端子G连接。
电池的充电时充电电流从第二阳极端子106向第一阳极端子102方向流动，而且从第一阴极端子104向第二阴极端子108方向流动。电池放电时放电电流从第一阳极端子102向第二阳极端子106方向流动，而且从第二阴极端子108向第一阴极端子104方向流动。
保护集成电路元件118在电池放电时感知过电流状态或者过放电状态，通过充放电控制信号输出端子CDout输出低(LOW)信号，并关闭单一场效应晶体管112，电池充电时可感知过电流状态或者过充电状态，通过充放电控制信号输出端子CDout输出低(LOW)信号并关闭单一场效应晶体管112。由此，从第一阴极端子104至第二阴极端子108之间的电路被截断，从而可截断电池的过充电，过放电及/或过电流。
进一步地，保护集成电路元件118除了充放电控制信号输出端子CDout之外，通过附加的偏置端子Bout，向单一场效应晶体管112的阱端子Bin引入电压，从而可控制寄生二极管PD1、PD2的电场状态。
电阻R1和电容C1起到稳定保护集成电路元件118的供给电源的变动的作用。如果增加电阻R1的电阻，则检测电压时由于基于侵入保护集成电路元件118内部的电流使检测到的电压变高，因此电阻R1的电阻可设定为一定的值例如1KΩ以下的值。而且，为了稳定地工作，电容C1的容量值可进行适当的调整，例如可具有0.01μF以上适当的值。
当超过保护集成电路元件118的绝对最大额定值的高电压充电器或者充电器被反向连接时，电阻R1、电阻R2成为限制电流的电阻。由于电阻R1、电阻R2可能成为耗费电源的因素，因此通常电阻R1的电阻和电阻R2的电阻之和可设定为大于1KΩ。如果电阻R2的电阻过大，则在过充电停止后可能不会复位，因此电阻R2的电阻可设定为10KΩ或者10KΩ以下。
虽然电容C1不会对电池保护电路产品的特性带来很大影响，但是出于用户的要求或者稳定性的考虑可增加电容C1。电容C1是用于改善对电压变动或者外部噪音的耐性，从而具有使系统稳定的效果。
附图中虽未图示，为了静电放电(E1ectrostatic Discharge，ESD)、涌浪保护(surge)，可选择地增加电阻和压敏电阻相互并列连接的结构。压敏电阻元件作为当发生过电压时电阻变小的元件，当发生过电压时，通过电阻下降可最小化基于过电压引起的电路损伤等。前面所述的保护电路单元中，无源元件的数量或者配置根据附加功能可进行适当的变化。
如前面所述的电池保护电路模块，使用非现有的双场效应晶体管而是使用单一场效应晶体管112，可降低电阻从而可整体上提高工作速度，而且还可期待产生使体积减小的附带效果。
前面所述的保护电路单元由于可通过半导体芯片构成，如果利用硅工艺技术，则能够以毫米至微米单位制成微小型。例如，不仅保护集成电路元件118和单一场效应晶体管112都可用半导体芯片制造，而且无源元件，例如电阻R1、R2和电容C1、C2也能够以芯片形式制造。这种芯片结构利用表面安装技术(surface mounting technology，SMT)可容易地在基板上安装。
图2和图3是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块的一部分为其它例子的概略电路图。该实施例的电池保护电路模块是图1的电池保护电路模块中保护集成电路元件118的内部被更加具体化的例子，因此实施例中将省略重复说明。
参照图2和图3，保护集成电路元件118通过控制栅极端子G，控制单一场效应晶体管112的开关，利用内部开关元件SW1、SW2控制阱端子Bin的偏置，从而可控制电池裸电池Bc的充放电。
在保护集成电路元件118中，偏置端子Bout与基准端子Vss和感知端子V-两者之任意一个一直保持连接，内部开关元件SW1、SW2可在基准端子Vss和感知端子V-中不与偏置端子Bout一直保持连接的端子与偏置端子Bout之间连接。进一步地，保护集成电路元件118在偏置端子Bout和与偏置端子Bout连接的基准端子Vss和感知端子V-两者之任意一个之间包括二极管ID1、ID2，该二极管ID1、ID2用于使偏置端子Bout方向为正方向。
参照图2，偏置端子Bout一直与基准端子Vss保持连接且之间夹有二极管ID1，内部开关元件SW1可夹在偏置端子Bout和感知端子V-之间。更为具体而言，偏置端子Bout与节点n5连接，节点n5位于基准端子Vss和感知端子V-之间，在节点n5和基准端子Vss之间除了二极管ID1之外还可附加内部电阻R31。内部开关元件SW1可夹在节点n5和感知端子V-之间。二极管ID1可夹在节点n5和基准端子Vss之间以使基准端子Vss在节点n5上的方向为反方向。
正常充电时，内部开关元件SW1断开(turn-off)，单一场效应晶体管112开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout输出基准端子Vss的电压。
只是，当充电中检测到过充电时或者检测到充电过电流时，内部开关元件SW1开启(turn-on)，单一场效应晶体管112断开(turn-off)。如上所述，内部开关元件SW1如果开启，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，并向阱端子Bin引入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2变为无用，而反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐电压功能，因此可截断从漏极D向源极S方向的充电电流。由此，电路可从整体上截断充电电流。
恢复充电时，感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别充电器的去除或者负荷的连接，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可处于断开状态。
正常放电时内部开关元件SW1为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电时当检测到过放电或者放电过电流时，内部开关元件SW1为断开，单一场效应晶体管112也可以为断开。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout维持与基准端子Vss的连接，阱端子Bin可引入基准端子Vss的电压。由此，放电时正方向的寄生二极管PD1为无用状态，反方向的寄生二极管PD2形成耐压，从而可截断从源极S向漏极D方向的放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别充电器的连接或者负荷的去除，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可维持断开状态。
当控制上述充放电时，通过相对增加内部电阻R31的大小，从而可使基准端子Vss和偏置端子Bout之间或者基准端子Vss和感知端子V-之间的电流变小以至于可忽略不计。例如，内部电阻R31可约为10至20kΩ范围的值，由此，在基准端子Vss和感知端子V-之间，通过保护集成电路元件118的电流停留在数十至数百μA以下的漏泄电流水准，从而变小以至于可忽略不计。例如，感知过充电、感知充电过电流、感知过放电或者感知放电过电流时，不仅可截断通过单一场效应晶体管112的电流，也可截断通过保护集成电路元件118的电流。
参照图3，偏置端子Bout与感知端子V-之间夹有二极管ID2并一直与感知端子V-保持连接，内部开关元件SW2可夹在偏置端子Bout和基准端子Vss之间。更具体而言，偏置端子Bout连接在基准端子Vss和感知端子V-之间的节点n5上，节点n5和感知端子V-之间可夹有二极管ID2和内部电阻R32。例如，内部开关元件SW2可夹在节点n5和基准端子Vss之间。二极管ID2可连接在节点n5和感知端子V-之间以使感知端子V-方向在节点n5上为反方向。
正常充电时，内部开关元件SW2和单一场效应晶体管112皆为开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW2如果开启，则偏置端子Bout上可输出基准端子Vss的电压。
只是，充电中当感知过充电时或者感知充电过电流时，内部开关元件SW2为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112可为断开(turn-off)。内部开关元件SW12如果为断开，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，阱端子Bin上导入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2为无用状态，由于反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐压功能，从而可截断充电电流。由此，电路整体上可截断充电电流。恢复充电时单一场效应晶体管112和内部开关元件SW2可皆为开启。
正常放电时，内部开关元件SW2和单一场效应晶体管112皆为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电中，当感知过放电或者感知放电过电流时，内部开关元件SW2为开启，单一场效应晶体管112可为断开。内部开关元件SW2如果开启，则偏置端子Bout与基准端子Vss保持连接，阱端子Bin上可导入基准端子Vss的电压。由此，放电时正方向的寄生二极管PD1为无用状态，反方向的寄生二极管PD2上产生耐压，从而可阶段从源极S至漏极D方向的放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时，通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别充电器的连接或者负荷的去除，从而可将单一场效应晶体管112和内部开关元件SW2全部开启。
当控制上述充放电时，通过相对增加内部电阻R32的大小，使基准端子Vss和偏置端子Bout之间或者基准端子Vss和感知端子V-之间的电流变小以至于可忽略不计。例如，内部电阻R32可约为10至20kΩ范围的值，由此，在基准端子Vss和感知端子V-之间通过保护集成电路元件118的电流停留在数十至数百μA以下的漏泄电流水准，从而可变小以至于忽略不计。例如，感知过充电、感知充电过电流、感知过放电或者感知放电过电流时，不仅可截断通过单一场效应晶体管112的电流而且也可截断通过保护集成电路元件118的电流。
根据前面所述的实施例，控制单一场效应晶体管112的开-关，并通过内部开关元件SW1、SW2控制通过偏置端子Bout输出的偏置电压，从而通过单一场效应晶体管112可控制电池裸电池Bc的充放电。
此外，将偏置端子Bout与基准端子Vss或者感知端子V-中任意一个一直保持连接，仅仅通过一个内部开关元件(SW1或者SW2)，可控制偏置电压，从而可简化开关结构。而且，通过利用电阻R31、R32和二极管ID1、ID2控制充放电时，以漏泄电流水准去除流入保护集成电路元件118内的电流的同时，还可通过感知充电器或者负荷的连接，恢复充电和放电。
进一步地，在部分实施例中，保护集成电路元件118内部不另行准备晶体管，而是利用现有的换流器电路开关电压可简化电路。
图4是图示本发明叉一实施例涉及的电池保护电路模块的概略电路图。本实施例涉及的电池保护电路模块是图2的电池保护电路模块的变形例，因此省略其重复说明。
参照图4，基准端子Vss和节点n5之间为开放状态，偏置端子Bout经过节点n5并与感知端子V-连接且中间夹有内部开关元件SW1。即，图4的结构可对应于图2中省去二极管ID1和电阻R31的结构。
正常充电时，内部开关元件SW1断开(turn-off)，单一场效应晶体管112开启(turn-on)，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout可处于浮置(floating)状态。
只是，当充电中检测到过充电时或者检测到充电过电流时，内部开关元件SW1开启(turn-on)，单一场效应晶体管112断开(turn-off)。如上所述，内部开关元件SW1如果开启，则偏置端子Bout与感知端子V-连接，并向阱端子Bin引入感知端子V-的电压。由此，充电时正方向的寄生二极管PD2变为无用，而反方向的寄生二极管PD1具有一定的耐电压功能，因此可截断充电电流。由此，电路整体上可截断充电电流。
恢复充电时，感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别充电器的去除或者负荷的连接，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可处于断开状态。
正常放电时内部开关元件SW1为断开(turn-off)，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。
只是，放电时当检测到过放电或者放电过电流时，内部开关元件SW1为断开，单一场效应晶体管112也可以为断开。内部开关元件SW1如果断开，则偏置端子Bout可浮动地设置。这种情况下，将单一场效应晶体管112设计为具有耐电压，无需在偏置端子Bout上连接基准端子Vss的电压，也能通过寄生二极管PD1、PD2截断放电电流。由此，电路整体上可截断放电电流。
恢复放电时通过感知电源端子Vdd、感知端子V-及/或基准端子Vss的设定电位的变化，以识别充电器的连接或者负荷的去除，从而开启单一场效应晶体管112，内部开关元件SW1可维持断开状态。
图5是图示图2的电池保护电路模块的变形例的概略电路图。该实施例涉及的电池保护电路模块是在图2的电池保护电路模块的基础上增加部分组成或者对部分组成进行变形而形成的，两实施例中，对于相同的组成的说明可相互参照，故省略重复部分。
参照图5，保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间接触的上拉开关元件SW3。进一步地，保护集成电路元件118还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间与上拉开关元件SW3串联连接的电阻R33。保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，在执行截断充放电工作时可控制上拉开关元件SW3。
例如，保护集成电路元件118在截断充电或者放电后在重新恢复充电或者放电时，为了感知充电器或者负荷的连接，通过检测出过充电或者过放电，当处于截断操作时，可开启(turn-on)上拉开关元件SW3。该实施例的电池保护电路模块的操作除了增加如上的上拉开关元件SW3的操作之外，其他部分与图2的电池保护电路模块的操作相同。
例如，正常充电中内部开关元件SW1和上拉开关元件SW3为断开(turn-off)状态，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)状态，充电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。只是，充电中，当检测到过充电时或者检测到充电过电流时，内部开关元件SW1和上拉开关元件SW3可为开启(turn-on)状态，单一场效应晶体管112可为断开(turn-off)状态。
正常放电中，内部开关元件SW1和上拉开关元件SW3为断开(turn-off)状态，单一场效应晶体管112为开启(turn-on)状态，放电电流可通过单一场效应晶体管112的通道流动。只是，放电时，当检测到过放电或者放电过电流时，内部开关元件SW1可为断开状态，单一场效应晶体管112也可为断开状态。另外，检测到过放电时上拉开关元件SW3可能为开启状态。
根据该实施例，通过增加上拉开关元件SW3，当进行恢复操作时，可识别充电器的连接和/或负荷的去除。例如，通过检测出过充电、充电过电流和/或过放电，当执行截断操作时，可不同于通常情况，通过开启上拉开关元件SW3，可感知电源端子Vdd和感知端子V-的电位变化，从而即使单一电场效果晶体管112处于使用状态，也能检测到用于恢复操作的变化。
图6是图示图3的电池保护电路模块的变形例的概略电路图。该实施例涉及的电池保护电路模块是在图3的电池保护电路模块的基础上增加部分组成或者对部分组成进行变形而形成的，两实施例中，对于相同的组成的说明可相互参照，故省略重复部分。
参照图6，保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间接触的上拉开关元件SW3。进一步地，保护集成电路元件118还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间与上拉开关元件SW3串联连接的电阻R33。保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，在充放电截断操作时，可控制上拉开关元件SW3。对于上拉开关元件SW3操作的说明还可参照上述图5的说明。
图7是图示图4的电池保护电路模块的变形例的概略电路图。该实施例涉及的电池保护电路模块是在图4的电池保护电路模块的基础上增加部分组成或者对部分组成进行变形而形成的，两实施例中，对于相同的组成的说明可相互参照，故省略重复部分。
参照图7，保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间接触的上拉开关元件SW3。进一步地，保护集成电路元件118还包括在电源端子Vdd和感知端子V-之间与上拉开关元件SW3串联连接的电阻R33。保护集成电路元件118为了辅助电池裸电池Bc恢复充放电工作，在充放电截断操作时，可控制上拉开关元件SW3。对于上拉开关元件SW3操作的说明还可参照上述图5的说明。
图8是图示本发明实施例涉及的电池保护电路模块的0V充电工作的曲线图。
以下对于前面所述的图1至图7的电池保护电路模块的0V充电功能进行附加说明。电池裸电池Bc为过放电状态时，即电池电压约为0V时，可设置电池裸电池Bc的再利用与否。
参照图8，电池电压约为0V时，用于裸电池Bc再利用的0V充电可执行如下。
在执行该0V充电期间，单一场效应晶体管112的栅极端子G可维持导入低(low)电压的状态。为此，保护集成电路元件118的充放电控制信号输出端子CDout可输出低电压，例如将基准电压Vss向栅极端子G输出。
当连接充电器时，由于单一场效应晶体管112源极端子S的电位下降，栅极端子G-源极端子S之间的电位差VGS上升至单一场效应晶体管112的临界电压Vth以上，从而单一场效应晶体管112被开启(turn-on)，可使充电电流流动(充电步骤)。
然而，当充电电流的流动超过一定时间时，由于源极端子S的电位上升，栅极端子G-源极端子S之间的电位差VGS将下降至临界电压Vth以下，从而单一场效应晶体管112被断开(turn-off)，可截断充电电流(截断步骤)。
在充电器处于连接状态下截断充电电流时，由于单一场效应晶体管112源极端子S的电位重新下降，导致栅极端子G-源极端子S之间的电位差VGS上升至临界电压Vth以上，从而单一场效应晶体管112被开启(turn-on)，可使充电电流流动(充电步骤)。
最终，通过反复执行上述充电步骤和截断步骤，电池裸电池Bc可充电至预先设定的范围。
图9是图示本发明一实施例涉及的电池保护电路模块的概略透视图。
参照图9，前述的电池保护电路模块可以封装的形式构成且安装在基板50上。例如，基板50可包括印刷电路基板或者引线框。构成电池保护电路模块的保护电路单元通过使用造型材料55可封装成一封装件。
在该实施例的变形例中，前面所述的保护电路单元为了减小体积也可以分别以芯片级封装(chip scale package，CSP)形态安装在基板50上。
在该实施例的另一变形例中，场效应晶体管114、第二场效应晶体管112及保护集成电路元件118可以堆叠式封装结构或者叠加式封装(package on package，POP)的结构制造。
图10是图示本发明一实施例涉及的电池组的概略展开透视图。
参照图10，电池盒子400中内置的电池裸电池的上部面和上部外壳500之间插入有上述电池保护电路模块300并构成电池组600。上部外壳500由塑料及/或金属材料构成，为了使外部连接端子P+、P-露出，在对应的位置上形成有贯通孔550。
这种电池裸电池的构成包括电极组合体和盖组合体。电极组合体由在阳极集流体上涂布阳极活性物而形成的阳极板，在阴极集流体上涂布阴极活性物质而形成阴极板及夹在所述阳极板和所述阴极板间用于防治两极板的短路并促使锂离子移动的隔离物构成。电极组合体上引出有附着在所述阳极板上的阳极片和附着在所述阴极板的阴极片。
盖组合体包括阴极端子410、垫片420及盖板430等。盖板430可起到阳极端子的作用。阴极端子410也可命名为阴极电池或者电极电池。垫片420由绝缘材料构成以使阴极端子410和盖板430绝缘。因此，电池裸电池的电极端子可包括阴极端子410和盖板430。
电池裸电池的电极端子包括第一极性(例如，阳极)板430和布置在板430内中央的第二极性(例如，阴极)的电极电池410，第一内部连接端子用引线B+与第一极性(例如，阳极)板430结合并电连接，第二内部连接端子用引线B-与第二极性(例如，阴极)电极电池410接合且电连接。部分实施例中，引线框50的长度可相当于从第一极性(例如，阳极)板430的一端至第二极性(例如，阴极)的电极电池410的长度。
根据部分实施例，以第二极性(例如，阴极)的电极电池410为基准仅使用上端部分的一侧区域来安装电池保护电路封装模块300，可实现电池的小型化或者高容量化。例如，在电极电池410的另一侧区域增加形成电池，从而扩展电池容量或者布置具有其他功能的芯片等，从而为具有这种电池的应用产品的小型化做出贡献。
本发明虽然参照附图图示的实施例进行了说明，但这仅仅是用于举例说明，对于本技术领域具有一般技术知识的技术人员而言，应该能够理解基于上述实施例可进行各种变形及等同的其他实施例。因此本发明的真正的技术保护范围应该基于权利要求书记载的技术思想而确定。
<附图标记说明>
112：单一场效应晶体管
118：保护集成电路元件

Claims (19)

1.一种电池保护电路模块，其特征在于，该电池保护电路模块包括：
第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；
第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；
单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及
保护集成电路元件，其通过控制所述栅极端子控制所述单一场效应晶体管的开关，并通过利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，从而控制所述电池裸电池的充电放电，
所述保护集成电路元件包括所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子、所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
2.如权利要求1所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件包括二极管，所述二极管在所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
3.如权利要求2所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
4.如权利要求3所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过充电时，开启所述内部开关元件。
5.如权利要求2所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述感知端子之间夹有所述二极管并与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
6.如权利要求5所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过放电时，断开所述内部开关元件。
7.如权利要求2所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件还包括内部电阻，所述内部电阻位于所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间，且用于将与所述二极管串联连接的所述基准端子和所述感知端子之间电流流动降低至漏泄电流水平。
8.如权利要求7所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件通过在截断充电或者截断放电后，重新恢复充电或者放电时，感知充电器或者负荷的连接并开启所述单一场效应晶体管。
9.一种电池保护电路模块，其特征在于，该电池保护电路模块包括：
第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；
第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；
单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及
保护集成电路元件，其通过控制所述栅极端子控制所述单一场效应晶体管的开关，并通过利用内部开关元件控制所述阱端子的偏置，从而控制所述电池裸电池的充电和放电，
所述保护集成电路元件包括所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子，所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子及与所述阱端子接触的偏置端子，所述偏置端子与所述感知端子接触且中间夹有所述内部开关元件。
10.一种电池保护电路模块，其特征在于，该电池保护电路模块包括：
第一阳极端子和第一阴极端子，其与电池裸电池的电极端子电连接；
第二阳极端子和第二阴极端子，其与充电器或者电子设备电连接；
单一场效应晶体管，其包括漏极端子、源极端子、栅极端子及阱端子，所述漏极端子与所述第一阴极端子电接触，所述源极端子与所述第二阴极端子电接触；以及
保护集成电路元件，其包括所述第一阳极端子和所述第二阳极端子之间接触的电源端子、所述第一阴极端子和所述漏极端子之间接触的基准端子、所述第二阴极端子和所述源极端子之间接触的感知端子、与所述阱端子接触的偏置端子以及与所述栅极端子接触的充放电控制信号输出端子，通过所述充放电控制信号输出端子控制所述单一场效应晶体管的开关，通过偏置端子控制所述电池裸电池的充电和放电，
所述保护集成电路元件通过所述偏置端子和所述电源端子或者所述感知端子之间接触的内部开关元件控制所述偏置端子的输出，为了辅助所述电池裸电池恢复充电和放电操作，在截断充电和放电操作时，控制所述电源端子和所述感知端子之间接触的上拉开关元件。
11.如权利要求10所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个一直保持接触，所述内部开关元件在所述基准端子和所述感知端子中与所述偏置端子不一直保持接触的端子和所述偏置端子之间接触。
12.如权利要求11所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件在截断充电或者放电后在重新恢复充电或者放电时，为了感知充电器或者负荷的连接，通过检测出过充电或者过放电，截断操作时，开启所述上拉开关元件。
13.如权利要求11所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件包括二极管，所述二极管在所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间接触以使所述偏置端子方向为正方向。
14.如权利要求13所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述基准端子一直保持接触且中间夹有所述二极管，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述感知端子之间。
15.如权利要求14所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过充电时，开启所述内部开关元件。
16.如权利要求13所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述偏置端子与所述感知端子之间夹有所述二极管并与所述感知端子一直保持接触，所述内部开关元件夹在所述偏置端子和所述基准端子之间。
17.如权利要求16所述的电池保护电路模块，其特征在于，
当检测到过放电时，断开所述内部开关元件。
18.如权利要求13所述的电池保护电路模块，其特征在于，
所述保护集成电路元件还包括内部电阻，所述内部电阻位于所述偏置端子和与所述偏置端子接触的所述基准端子和所述感知端子两者之任意一个之间，且用于将与所述二极管串联连接的所述基准端子和所述感知端子之间电流流动降低至漏泄电流水平。
19.一种电池组，其特征在于，该电池组包括：
电池裸电池：以及
与所述电池裸电池接触的权利要求1或者权利要求10所述的电池保护电路模块。
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