TW201212442A - Battery pack and protection circuit and method therefor - Google Patents

Description

201212442 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電池包，特別是關於一種電池包的保護 電路及方法。 【先前技術】 電池包係一組任何數量的電池串聯、並聯或串並聯混合的 封裝，用以提供想要的電壓、容量或電力密度。如圖1所示， I 單節(singlecell)電池包1 〇包括單個電池(cell) 12連接在電極14 及16之間。為了提供保護，增加複晶矽熔絲18與電池12串 聯。當電池12發生異常操作時，例如過電流或過熱(over temperatue)，將產生大量的熱熔化複晶矽熔絲18，因而避免電 池包10損毀。然而，複晶矽熔絲18熔化的時間大約需要幾百 毫秒’因此這種保護方式的反應速度很慢，而且在複晶矽熔絲 18熔化後’必須更換新的複晶矽熔絲才能使電池包1〇再次工 作。此外’複晶矽熔絲18熔化的時間很難控制，因此無法精 • 確的設定過電流或過熱跳脫點(trip point)。 如果一個電池包含有多個電池，則該電池包為多節 (multi-cell)電池包。例如在圖2中，多節電池包2〇包括電池 (cell)12、22、24串聯在電極14及16之間。同樣地，為了提

I 供保護，複晶矽熔絲18與電池12、22、24串聯。這種保護方 式除了具有上述的缺點以外，由於複晶矽熔絲18、電池12、 22 24全部串聯在一起，因此只要其中任何一個電池發生異 常狀態，例如電池22 ’則複晶矽熔絲18將會熔化而切斷電流 201212442 路徑’造成電池包20無法工作。 在上述的保護方式中’複晶矽炼絲的使用及其配置造成使 用者的不便，因此需要尋求新的解決方案。 【發明内容】 本發明的目的之一’在於提出一種電池包的保護電路及方 法。 本發明的目的之一，在於提出一種具有智慧型保護的電池

包。 根據本發明，一種電池包的保護電路包括保護開關與一或 多個電池串聯在二電極之間，偵測電路用以偵測電池狀態，以 及控制電路根據該偵測電路的輸出信號控制該保護開關。在該 一或多個電池發生異常操作時，該控制電路切斷該保護開關， 以排除異常狀態的電池；當異常狀況消失後，該控制電路導通 該保護開關，以回復該已被排除的電池到正常狀態。較佳者， 更包括旁通開關受該控制電路切換，俾在異常狀況時導通，以 旁通異常狀態的電池。 根據本發明，一種電池包的保護方法包括偵測一或多個電 池疋否發生異吊操作，若有，則使用第一控制信號切斷與異常 狀態電池串聯的保護開關，以排除該異常狀態的電池，當異常 狀況消失後，導通該保護開關，以回復該已被排除的電池到正 常狀態β較佳者，更包括在異常狀況時使用第二控制信號導通 旁通開關’以旁通該異常狀態的電池。 201212442 【實施方式】 參照圖3及圖4，根據本發_多節電池包26包含保護 電路28提供對抗異常操作的智慧型保護。在保護電路烈中， 保護開關_與電池d 24串聯在電極14及16之間， , =電㈣連接電池串12、22、24的兩端，由其提供電力， 、+測其疋否發生異常操作，例如過電流或過熱等，控制電路 32亦連接電池串12、22、24的_，由其提供電力，並根據 偵測電路30的輸出信號PS1決定控制信號⑶控制保護開關 1 簡。保護開關SW1係電子開關，例如功率m〇sfet。電池 匕26在正常狀態下，如圖3所示，保護開關撕是導通的， -旦發生異常操作’控制電路32將切斷保護開關哪，如圖 4所不0而排除電池串12、22、24，當異常狀況消失後，控 制電路32導通保護開關SW1，因此電池包％又能再次工作。 包含過^流保護(0CP)及過熱保護(OTP)在内的各種保護措施 的偵測疋習知技術’因應錢產生控驗餘換關也是習知 技術’因此不雜侧電路3〇及控制電路32的詳細電路多做 說明。 雖然上述實施例係以多節電池包解說，但此技術領域之人 士從其中可瞭解，在單節電池包的應时也是—樣的，只是電 池串12、22、24改為單個電池。 由於保護電路28是利用電子開關swi提供保護，因此可 以精確的設定過電流、過熱或其他保護措施的跳脫點 ，而且在 發生異常操作時，電子開關SW1能立即被切斷，這只需要幾 微秒的時間’此外，當異常狀況消失後，電池包26便能自動 201212442 回復正常狀態再次1作’這些娜電池包26的個較方便。 在不同的實施例中，針對多節電池包中不同的電池提供獨 立的保護。例如圖5所示，在多節電池包％中，電池12、22、 24串聯在電極14及16之間，保護電路包括三組子電路％、 38、40分別保護電池12、22、24。在子電路％中，保護開關 圆、<貞測電路42、控制魏44 _作和圖3中的相對應元 件疋相同的’增加的旁通開關SW2與保護開關SW1及電池 12並聯’其受控制電路44提供的控制信號CS2控制，在電池 12為正常狀態時妓斷的，當電池12發生異常操作時導通， 因而旁通電池12。子電路38和4〇與子電路％具有相同的組 成’其操作也疋-樣的。子電路36、38、⑽所需的電源由其 各自保護的電池12、22、24供應。開關SW1_SW6全部都是 電子開關。如圖5所示’當電池包34在正常狀態下，保護開 關SW1、SW3、SW5皆導通，旁通開關SW2、_、皆 切斷，電流從f極16經保護開關SW5、電池24、保護開關 SW3、電池22、保護開關Sw卜電池12流到電極14。當任 何-個電池發生異常操作，例如電池22，如圖6所示，保護 開關SW3切斷而旁通開關綱導通，因此旁通電池η，電 流改流經:fit開關SW4，因轉持電流雜在電極14及16 之間，電池包34仍可繼續工作。當彳貞測電路42彳貞測到電池 22的異常狀態消失，控制電路44切斷旁通開關及導通 保護開關SW3 ,因此電池22恢復工作。 雖然在圖5的實施例中’保護電路的每一個子電路保護一 個電池’但此技術領域之人士從其中可瞭解，在不同的實施例 201212442 中，-個子電路可以保護多個電池，就像圖3的實施卿樣。 此外’此技術領域之人士從圖5的實施例可瞭解，圖3的實施 例也可以增加旁通_，在電池包26發生異常操作時導通以 旁通電池串12、22、24。 圖5的實施例稍作修改如圖7所示，在多節電池包牝中， 保護電路48所需的電源由電極14及16供應，_電路㈣ 測電池12、22、24是否發生異常操作，&根據侧 電路50的輸出舰PS[1:3]控制開關_撕6。如果使用多 工器的話，偵測電路50的尺寸可以縮減很多。 圖8係另一個實施例’在多節電池包54中，電池12及 並聯在電極14及16之間’保護電路48包括保護開關 及SW3刀別與電池12及22串聯，谓測電路兄及控制電路 ^由電^ 14及16供電。偵測電路5G侧電池12及22是否 考X生"吊操作，控制電路52根據偵測電路5〇的輸出信號PS1 及PS2控制保護開關SW1及SW3，例如在電池22發生異常 操作時切斷保護開關SW3以排除電池Μ，一旦異常狀況消 失’導通保護開關SW3讓電池22恢復工作。 【圖式簡單說明】 圖1係習知的單節電池包； 圖2係習知的多節電池包； 圖3係根據本發明的第一實施例在正常狀態下的電路； 圖係圖3的實施例在異常狀態下的電路； 圖5係根據本發明的第二實施例在正常狀態下的電路； 201212442 圖6係圖5的實施例在異常狀態下的電路； 圖7係根據本發明的第三實施例；以及 圖8係根據本發明的第四實施例。 【主要元件符號說明】 10 電池包 12 電池 14電極 16 電極 18複晶矽熔絲 20 電池包 22 電池 24 電池 26 電池包 28保護電路 30 ’偵測電路 32控制電路 34 電池包 36保護電路的子電路 38保護電路的子電路 40保護電路的子電路 42偵測電路 44控制電路 46 電池包 201212442 48保護電路 50偵測電路 52控制電路 54電池包

Claims (1)

1. 201212442 七、申請專利範圍： 1. 一種電池包，包括： 二電極； 保護開關，與該電池串聯在該二電極之間； 债測電路連接該電池’彳貞測其是否發生異常操作.以及 控制電路連接該偵測電路，根據該偵測電路的輪出信號控 制該保護開關；

   其中’該控制電路在該電池發生異常操作時切斷該保護開 關0 2·如睛求項1之電池包，更包括旁通_與該電池及保護開關 並聯/受雜㈣路_，其巾，該_電路在該電池發 生異常操作時導通射通Μ，时if該電池。 3·=電池包的保護電路，魏池包具有：電極 護電路包括： 保護開關，與該電池串聯在該二電極之間； :電路連接該電池，_其是否發生異常操作；以及 工=路連接該侧電路，根據該偵测電路的輸出信號控 制該保護開關； 其中=控㈣路顧電池發生異常操作時_該保護開 關。 =5，保護電路’更包括旁通開關與該電池及保護開 發生i常電路控制’其中，該控制電路在該電池 發生異讀作時導賴旁通_1 4. 201212442 5. — 種電池包的保護方法，該電池包具有 護方法包括下列步驟： 電極及電池，該保 ㈧配置保護開關與該電池串聯在該二電極之間； (B) 偵測該電池是否發生異常操作； (C) 在及電池發生雜輯時，切斷縣制關；以及 失後，導_倾開關。 6.如请柄5之保護方法，更包括下列步驟： 配置旁通開關與該電池及保護開關並聯；以及

   在《玄電池發生異常操作轉賴旁通開關，以旁通該電 池。 7. —種電池包，包括： 二電極； 夕個電池’串聯在該二電極之間；以及 保^路連接該多個電池’該保護電路含有多個子電路， 母個子電路用以獨立保護一個電池，其中每一個子 電路包含： 保護開關’與所保護的電池串聯； 旁通開關與觸制電池及祕翻關並聯； 偵測電路連接所保護的電池，债測其是否發生異常操 作；以及 ' 控制電路連接該偵測電路，根據該偵測電路的輸出信 號控制該保護開關及旁通開關； 其中，該控制電路在所保護的電池發生異常操作時切 斷該保護開關，並且導通該旁通開關，以旁通所 201212442 保護的電池。 8. 種電池包’包括. 二電極； 第一及第二電池串聯在該二電極之間； 第一保護開關’與該第一電池串聯且直接連接該第〜電 池； 第二保護開關，與該第二電池串聯且直接連接該第二 池；

   第一旁通開關，與該第一電池及第一保護開關並聯； 第二旁通開關，與該第二電池及第二保護開關並聯； 偵測電路連接該第一及第二電池，偵測該第一及第二電、、也 是否發生異常操作；以及 控制電路連接該偵測電路，根據該侧電路的輸出信號押 制該第一及第二保護開關及第一及第二旁通開關；I 其中’該㈣f路在該第—電池發生異常操作時切斷該第 二保護_，並且導通該第—旁通_，以旁通該第 —電池’以及在該第二電池發生異常操作時切斷該第 ，並且導通該第二旁通_，財通該第 在該電池包具有二電極及二電池串聯 电推之間，該保護電路包括： 該二電財的第一電池串聯且直接連接 第二保護咖，無二魏 甲的第二電池串聯且直接連接 12 201212442 該第二電池； ^:通開關，與該第—電池及第—保護開關並聯； 厂旁通開關，與該第二電池及第二保護開關並聯； 則電路連接該二電池，偵測該二電池是否發生異常 作；以及 、’、 工制電路連接該侧電路，根_侧電路的輸出信號控 制該第—及第二保護開關及第-及第二旁通開關；工 鲁 其中，該控㈣路在該第—電池發生異常操作時切斷該第 =保護開關’並且導通該第-旁通開關，以旁通該第 電池以及在料二電池發生異常操作時切斷該 二保護開關’並且導通該第二純開關，以旁通= 二電池。 10·種電池包的保護方法，該電池包具 在該二電極之間，該保護方法包括： 及一電池串聯 (Α)配置第—保護關與該二電池中的第—電池串聯 中°亥第一保護開關直接連接該第一電池； 、 ⑻配置第二保護開關與該二電池中的第二電池串聯 中該第二保護開關直接連接該第二電池； 其 (〇配聯置第—旁通_與对—钱及第-保護開關並 ⑼配聯置第二怖辑：_除保護開關並 (ΕΜ貞測該二電池是雜生異常操作; (F)在該第—電池發生異常操作時， 切斷該第一保護 開關 201212442 並導通該第一旁通開關，以及在該第二電池發生異常 操作時，切斷該第二保護開關並導通該第二旁通開 關；以及 (G)在該第一電池的異常狀況消失後，導通該第—保護開 關並切斷該第一旁通開關，以及在該第二電池的異常 狀況消失後，導通該第二保護開關並切斷該第二旁通 開關。 ^ 一 U· 一種電池包，包括： 二電極； 第一及第二電池並聯在該二電極之間； 第一保護開關，與該第一電池串聯； 第一保護開關’與該第二電池串聯； 偵測電路連接該第一及第二電池，憤測該第一及第二電池 是否發生異常操作；以及 控制電路連接該债測電路，根據該偵測電路的輸出信號控 制該第一及第二保護開關； 其中’雜制電路在該第—電池發生異常操作時切斷該第 一保護_’在該第二電池發生異常操作時切斷該第 一保瘦開關。 12· -種電池包的保護電路’該電池包具有二電極及二電池並聯 在该二電極之間，該保護電路包括： 第一保護開關，與該二電池中的第一電池串聯； 第二保護開關，與該二電池中的第二電池串聯； 债測電路連接該二電池’侧該二電池是否發生異常操 201212442 作；以及 控制電路連細測電路，根據該_電 制該第-及第二保護開關; 说控 射，該控财路在对—魏射異轉料切斷 一保護聊’以及在該第二電池發生異常操作時切斷 該第二保護開關。 13. —種電池包的保護方法，

   电瓜匕具有一電極及二電池並聯 在s亥一電極之間，該保護方法包括： (A)配置第-保護卿與該二電池中的第—電池串聯； ⑻配置第二保護開關與該二電池中的第二電池串聯； (C) 偵測該二電池是否發生異常操作； (D) 在该第一電池發生異常操作時，切斷該第一保護開 關，以及在該第二電池發生異常操作時，切斷該第二 保護開關；以及 (E)在該第·一電池的異常狀況消失後，導通該第一保護開

   關，以及在該第二電池的異常狀況消失後，導通該第 二保護開關。