TW513839B

TW513839B - Charge circuit that performs charge control by comparing a plurality of battery voltages

Info

Publication number: TW513839B
Application number: TW090106922A
Authority: TW
Inventors: Rei Haraguchi; Takashi Matsumoto
Original assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-08-31
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-12-11
Also published as: JP3681624B2; US20020024319A1; US6373225B1; JP2002078218A

Description

513839 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（發明有關於一種充電電路，以及，更特別地有關於充電電路，_充電和放電電路，以及一電池封裝體，它係可適用於便攜式電子裝置中所使用之蓄電池，諸如筆記本型大小之個人電腦。第1圖係—早期技藝充電和放電電路100之一示意電路圖，匕係傳統式地内建一電池封裝體，那係安裝於筆記本大小之個人電腦中者。早期技藝電路之功能係說明於下文、闡it傳統式充電電路之極限。此充電和放電電路1〇〇控制包池封裝體内建之電池1之充電和放電。此電池1包括夕個（例如’二個）鐘離子電池1 a-1 c串聯地連接。此充電和放電電路100包括一均衡之電流標置電路4和一充電和放電控制電路7。電池1之正電極係經由包括一 p頻道M〇s電晶體之一放電控制開關2和包括此PMOS電晶體之一充電控制開關3 兩連接至正輸入/輸出終端11。電池1之負電極係連接至一負輸入/輸出終端t2。當電荷係被充電入此電池1内時，一直流電壓係自一個人電腦應用至正和負輸入/輸出終端u 、t2。當電池丨之電荷係被放電時，驅動電力係自此正和負輸入/輸出終端11、t2供應至此個人電腦。當電荷係被充電入電池1内時，即令是如果此放電控制開關2係已關斷，一充電電流仍係自個人電腦經由係已接上之充電控制開關3和放電控制開關2之寄生二極體而供應至電池1。當電池1之電荷係被放電時，即令是如果此充 .I -----r------裝--------訂--------- (請·^閱讀背面之注意事項m'寫本頁)

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（2 ) 電控制開關3係已關斷，一放電電流仍係自電池丨經由係已接上之放電控制開關2和充電控制開關3之寄生二極體而供應至個人電腦。此均衡電流標置電路4包括三個充電電流控制電路4a 至4c分別地並聯地連接至鐘離子電池丨&至丨c。此充電電流控制電路4a至4c分別地包括電阻器5a至5c和n型頻道 MOS(NMOS)電晶體6a至6c。當每一 NMOS電晶體6a至6c 係已接上時’相當之鋰離子電池；^至1〇之電荷係放電。此充電和放電控制電路7包括一電池電壓探測電路8，一過量充電探測電路9和一過量放電探測電路1〇。此電池電壓探測電路8包括三個電池電壓放大器8&至8c，它們分別地探測鐘離子電池i a至丨c之内終端電壓（電池電壓）至 Vc。每一電池電壓放大器係適當地一運算放大器（〇p arnp) 之有一放大因數”1，，者。特別地’第一電池電壓放大器8a之一非倒反輸入終端係連接至第一鋰離子電池lai正電極，以及其側反之輸入終端係連接至第一鋰離子電池“之負電極（第二鋰離子電池lb之正電極）。此第一電池電壓放大器8a探測第一鋰離子电池1 a之内終端電壓（電池電壓）Va，並供應此電池電壓 Va至過量充源探測電路9。第二電池電壓放大器8b之一非反相輸入終端係連接至第二鐘離子電池113之正電極，以及其反相輸入終端係連接至第二鐘離子電池lb之負電極（第三經離子電池ic之正電極）。此第二電池電壓放大器gb探測第二經離子電池之内本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------^-------- *5^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

513839 五、發明說明（、、’ς端電壓（電池電壓）Vb，並供應此電池電壓Vb至過量充電探測電路9。電池電壓放大器8 c之非反相輸入終端係連接至第三鋰離子電池lc之正電極，以及其反相輸入終端係連接至第了鋰離子電池卜之負電極。此第三電池電壓放大器8c探測第二鋰離子電池1c之内終端電壓（電池電壓）VC，並供應此電池電壓Vc至過量充電探測電路9。此過量充電探測電路9包括三個比較器“至％以及一或電路9c。此第一電池電壓％係供應至第一比較器如之非反相輸人終端，以及—第二基準電MVth係供應至其非反相輸入n端。此第一比較器9a供應一低位準探測信號至或電路9a於此第一電池電壓Va係低於第二基準電壓να時。當此第一電池電壓Va係相等於或較大於此第二基準電壓 vTH時，一高位準探測信號係供應至此或電路9c^亦即謂，此第一比較器9a供應此高位準探測信號至或電路如於第 -鋰離子電池la之内終端電壓Va到達此第二基準電壓時。此第-比較器9a有磁帶，並保持一高位準探測信號之輸出直到此第一電池電壓Va於其在一次時間到達一電壓相等於或較大於第二基準電壓VTH之後下落至較第二基準電壓VTH為小之一預定電壓VTL為止。此第二電池電壓係供應至第二比較器9b之-非反相輸入終端，以及第二基準電壓、係供應至其非反相輸入終端。第二比較㈣供應-低位準探測信號至或電㈣於第本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A1規格（2】0 J·裝訂--------- (請k閲讀背面之注意事項寫本頁)

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 297公釐） 6 五、發明說明（4 ) 一電池電壓Vb係低於此第二基準電壓VTH時。當此第二電池電屋vb係相等於或較大於第二基準電壓Vth時，—高位準楝測信號係供應至或電路9d。亦即謂，此第二比較器处供應此高位準探測信號於第二峰子電池lb之内終端電麼

Vb到達第二基準電壓vTH時。 •I» 經濟智慧財一產局消費合社印製比第二比較器9b有磁滯，並保持一高位準探測信號之輸出直到此第二電池電壓Vb於其在一次時間到達一電壓相等於或較大於此第二基準電壓Vth之後下降至較第二基準電壓vTH為小之一預定電壓vTL為止。此第三電池電壓Vc係供應至第三比較器氕之非反相輸入終端，以及此第二基準電壓Vth係供應至其非反相輸入終端。此第二比較器9c供應一低位準探測信號至或電路 9d於此第三電池電壓Vc係低於第二基準電壓γη時。當此第二電池電壓Vc係相等於或較大於第二基準電壓να時，一南位準探測信號係供應至或電路9d。亦即謂，此第三比較器9c供應比高位準探測信號至或電路^於此第三鋰離子電池lc之内終端電壓Vc到達第二基準電壓να時。此第三比較器9C有磁滯，並保持一高位準探測信號之輸出直到此第三電池電壓於其在一次時間到達一電壓相等於或較大於第二基準電麼Vth之後，下降至較第二基準電壓VTH為小之一預定電壓vTL為止。此或電路9d之輸出終端係連接至充電控制開關 3(PM0S電晶體）之閘極。當比較器％至％之至少一個探測信號係在高位準時，此或電路9d關斷此充電控制開關3。 297公釐）本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 7 513839 B7 五、發明說明（亦即，當鋰離子電池la至lc之至少一個内終端電壓到達第二基準電壓VTH時，此充電控制開關3係被關斷，以及充電係經停止。項比較器9a至9c之探測信號係亦分別地供應至NMOS電晶體6a至6c之閘極。例如，當比較器9a之探測信號係在高位準時，此NMOS電晶體6a係接上，以及第1鋰離子電池la 之電荷係經由NMOS電晶體6a放電。因此，第一鋰離子電池之内終端電壓Va係下降至此預定之電壓vpl。當鋰離子電池la至lc之内終端電壓Va至vc下降至電壓Vtl時，充電係再開始。當此過量探測電路1〇自電池電壓放大器8&至8〇接收每訂一鋰離子電池la至1C之内終端電壓以及至少此内終端電壓Va至Vc之一下降至低於預定之第三基準電壓蚪’此充電控制開關2係關斷，以及電池1之放電係被停止。亦即謂，當鋰離子電池13至1(：之至少一個内終端電壓化

至Vc下降至一電壓相等於或較小於此預定第三基準電壓時，自電池1之驅動電力之供應之至此個人電腦者係經停止。由於在鋰離子電池laslc中有一分散，故一差異發生在内終端電壓Va至Vc中於充電開始時，或者一差異發生在當此内終端電壓到達第二基準電壓Vth之時刻。在此一狀況下，鋰離子電池laSlc之内終端電壓％至％將不會在同一時間則達此第二基準電壓Vth。其結果，例如，當第-鋰離子電池“到達第二基準電壓Vth時，充電係暫：本紙張尺度適用中國國家標準 (CNSM.1 規格（2】〇 X 公-· 513839 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（地被停止。在内終端電壓化係因放電第一鋰離子電池1&充電電荷而下降至電壓vTL之後，此充電係再開始。此鋰離子電池la至1C係係藉重覆以此一方式來充電和放電而均衡地被充電。不過’在上文提及之鋰離子電池1&至卜之充電方法中 ’ 一應力應用於每一鐘離子電池以及其使用時間係被縮短。否則’由於有分散在鋰離子電池中，此充電和放電係積體地重複以抗拒一特殊鋰離子電池，而該鋰離子電池較其他鋰離子電池更快速地被變壞。曰本專利案公開公報第7-87673A號透露一種充電控制系統’它充電一電池而勿須重覆充電和放電。此充電控制系統包含多個探測器，它探測多個鋰離子電池之内終端電壓’以及多個旁通電路分別地並聯地連接至多個鋰離子電池。當由此探測器所探測之鐘離子電池之内終端電壓到達一預定電壓時，此相關聯之旁通電路係被導電，以及充電係被終止。不過，在上文提及之充電控制系統中，姑勿論每一鐘離子電池之内終端電壓之分散，與此電池相關聯之旁通電路之已到達此預定之電壓者係被導電。因此，如果内終端電壓之分散係甚大時，首先被導電之旁通電路係保持在導電狀態至一較長時間。其結果，此旁通電路之耐久能力減小而耗電量增大。曰本專利案公開公報第7-87673A號透露一種充電控制系統，它在此一狀態中實施充電，即兩個鋰離子之内終本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ------裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 9 513839 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7 ) 端電壓係經常地相等。此充電控制系統包括一電阻分壓電路，它產生兩個電池之總電壓之一半電壓，以及一放大器 ’它以一放大因數”1”放大比半電壓。放大器之輸出係連接至兩個鋰離子電池之節點。當在正極邊上之鋰離子電池之内終端電壓係較負極邊上之鋰離子電池之内終端電壓為大時，在負極邊上之鋰離子電池係由此放大器充電。當在正極邊上之鋰離子電池之内終端電壓係較在負極邊上之裡泰子電池之内終端電壓為小時，在正極邊上之鐘離子電池係被充電。不過’在上文提及之控制系統中，即令是當此兩個鉛離子電池係被放電時，此放大器和分壓電路係由電池之電源電壓所啟動，因此電力消耗量增大。其結果，一電池封裝體之使用時間係被縮短。此外，應用上文提及之控制系統至三個鐘離子電池或更多個者將使電路構形非常複雜。本發明之概述本發明之目的係在提供一種充電和放電電路，它在充笔和放電時減小電力消耗量而不會縮短蓄電池之使用時間〇在本發明之第一觀點中，一充電電路之充電多個蓄電池者係經說明，此充電電路包括多個充電電流控制電路呈並聯地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制。一電位差探測電路係經連接至多個充電電流控制電路以探測多個蓄電池之間之電壓差，並依照此電壓差來控制此多個充電電流控制電路，以選擇性地本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I «----r--------------訂·-----— II (請t閱讀t面之注音睪項HI寫本頁)

10 513839 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（8 方通供應至此多個蓄電池之充電電流。在本發明之第二觀點中，一充電電路之充電多個蓄電池者係經提供。此充電電路包括多個充電電流控制電路，分別地呈並聯地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制。多個電位差探測電路係分別地連接至多個充電電流控制電路。每一電位差探測電路棟測相關聯之蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之電壓差’並依照此電壓差而控制相關之充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至相關之蓄電池之充電電流。一充電板測電路係連接至多個電位差探測電路以探測充電是否係經實施入多個蓄電池内，並當充電係已實施時啟動此多個電位差探測電路。在本發明之第三觀點中，一充電和放電電路之實施多個蓄電池之充電和放電者係經提供。此充電和放電電路包括多個充電電流控制電路，呈並聯地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制。一電位差探測電路係連接至多個充電電流控制電路以探測多個蓄電池之電壓差，並依照此電壓差而控制此多個充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至此多個蓄電池之充電電 ° 一充電探測電路係連接至電位探測電路以探測充電是否係已實施入多個蓄電池内，並當此充電係已實施時啟動此電位差探測電路。一過量充電探測電路探測多個蓄電池之電壓，並當以及至少一個探測之電壓係相等於或較大於預定之第一基準電壓時停止充電進入多個蓄電池内。一本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） i ^--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 513839

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（9 ) 過里放電探測電路探測多個蓄電池之電壓，並當至少一個之探測之電壓下降至相當或較小於預定之第二基準電壓時停止此多個蓄電池之過量放電。在本發明之第四觀點中，一充電和放電電路，它實施夕個蓄電池之充電和放電者係經提供。此充電和放電電路句括多個充電電流控制電路，呈並聯地分別地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁面控制。多個電位探測電路係分別地連接至多個充電電流控制電路。母一電位探測電路探測相關蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之電壓差，並依照此電壓差來控制相關之充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至相關蓄電池之充電電流。一充電探測電路係連接至多個電位差探測電路以探測充電是否係已實施入此多個蓄電池内並啟動多個電位差探測電路。一過量充電探測電路探測多個蓄電池之電壓，並當探測之電壓之至少一個係相等於或較大於一預定第一基準電壓時停止多個蓄電池之放電。一過量放電探測電路探測多個蓄電池之電壓，並當探測之電壓之至少一個下降至相等於或較小於一預定之第二基準電壓之一電壓時 ’停止此多個蓄電池之放電。本發明之其他觀點及優點，自下列連同附圖以舉例方式說明之本發明之原理之說明文，將變得顯明。圖式之簡要說明本發明，連同其目的和優點，藉參考下列關聯附圖一起所呈現之較佳具體例之說明，將有更佳之瞭解，附圖中本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I- r ---Aw --------^--------- (請七閱讀^i面之注意事項寫本頁)

12 A7 A7 圖 '發明說明（10 第1圖係早期技藝之充電和放電電路之示意性電路第2圖係依照本發明之一第一具體例之一充電和放電電路之示意性電路圖；以及第3圖係依照本發明之第二具體例之充電和放電電路之一示意性電路圖。車父佳具體例之詳細說明在此附圖’相同代號係使用於遍及各圖之相同元件。一如第2圖内所示，依照本發明之第一具體例之一充包和放電電路250包括一均衡電流標置電路4，一充電和放電控制電路7，以及一充電探制電阻器rs經連接於一電池 1之正電極和放電控制開關2之間。此充電和放電控制電路 7包括一電池電壓探測電路8，一過量充電探測電路9，一過量放電探測電路1 〇，一充電探測電路21，一閘電路22，以及一均衡之電流控制電路23(一電位差探測電路）。此充電和放電電路200係適當地内建於電池封裝體内。適量充電探測電路9之每一三個比較器如至％沒有磁滯，當一電池電壓係相等於或較大於第二基準電壓vTH時即產生一高位準探測信號，以及當此電池電壓下降至低於此弟一基準電壓VTH時即產生一低位準探測信號。此充電探測電路21包括一比較器21 a，它有一非反相輸入終端連接至充電探電阻器rS和放電控制開關2之間之一節點，以及一反相輸入終端經由一第二基準編離電壓本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 13 A7 B7 五經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

發明說明（11 ) VTH2而連接至充電探測電阻器RS和電池1之間之節點。此第二基準偏離電壓VTH2根據在充電時流動在充電探測電阻裔RS内之電流而係較小於充量探測電阻器RS之内終端電壓。充電時’比較器2ia之非反相輸入終端之輸入電壓係較大於反相輸入終端之輸入電壓，以及此比較器21a產生一兩位準輸入出信號。放電時，非反相輸入終端之輸入電壓係較小於反相輸入終端之輸入電壓，以及此比較器2 i & 產生一低位準輸出信號。亦即，此充電探測電路21在充電恰產生南位準輸出信號，以及在放電時產生低位準輸出信號。 P甲電路22包括一及電路22a和一反相器電路22b。此j 電路22a有一第一輸入終端，它經由此反相器電路22b自j 電探測電路2丨接收一輸出信號，以及一第二輸入終端，^ 自過里充電探測電路10接收一輸出信號。及電路22&之幸出、、&係連接至放電控制開關2(pm〇§電晶體之閘極）。為回應於自過量放電探測電路之低位準輸出信號和虐充電探測電路21之一高位準輸出信號，以及電路22a供肩低位準輸出信號至放電控制開關2以及此放電控制開關: 係即接上。放電時，當鋰離子電池1&至1〇之至少一個内约端電壓下降至低於一預定之基準電壓以及一低位準輸出信號係自此充電&測電路21輸山時，此放電控制開關2係被關斷。口口此均衡之電流控制電路23包括三個電位差比較之比較器24a至24c，以及三個及電路25&至25〇。本纸張尺度適用中關家標準（CNS)A4規格⑵Q x 297公爱- 'I I r 裝--------訂--------- (請七閱讀t.面之注意事項寫本頁)

14 513839 A7 _ B7 五、發明說明（12 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 每一電位差比較之比較器24a至24c包括一非反相輸入終端和兩個反相輸入終端。每一比較器24c比較供應至非反相輸入終端之輸入電壓與供應至兩個反相輸入終端之輸入電壓之較小輸入電壓。當非反相輸入終端之輸入電壓係相等於或較大於任一反相輸入終端之較小輸入電壓時，每一比車父器24a至24c產生一高位準輸出信號。當作非反相輸入終端之輸入電壓下降至低於任一反相輸入終端之較小輸入電壓時’比比較器24a至24c產生一低位準輸出信號。因此，每一比較器24a至24c作用如一電位差電路。此電位差比較之比較器24a至24c係以自充電探測電路 21所輸出之高位準輸出信號所啟動。每一比較器24&至24c 係一差分放大型比較器，並包括一電晶體（一正常電流源）經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ’它係由放電探測電路21之輸出信號來接上及關斷。當充電探測電路2 1之輸出信號係在高位準時，此電晶體係接上，以及每一此比較器2乜至2牝係被啟動。當充電探測電路 21之輸出信號係在低位準時，此電晶體係關斷，以及每一比較器24a至24c係被解除致動。因此，在放電時，此比較器24a至24c係被解除致動，以及電力係未被消耗。第一電位差比較之比較器24a之非反相輸入終端係經由第基準偏離電壓VD(—預定之第一基準電壓）而連接至電池電壓探測電路8之一第一電池電壓放大器之輸出終端。第一電位差比較之比較器24a之兩個反相輸入終端係分別地連接至一第二電池電壓放大器讣之輸出終端和一第三電池電壓放大器8c之輸出終端。本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（21Q X 297公髮） 15 513839 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 五、發明說明（13 當第一電池電壓放大器8a之輸出電壓（第一鋰離子電池1 a之内終端電壓Va)係相等於較大於鋰離子電池lb之内終知電壓Vb或鐘離子電池ic之内終端電壓vc以第一基準偏離電壓Vd時，此第一電位差比較之比較器24a供應一高位準輸出信號至第一及電路25a。第二電位差比較之比較器24b之非反相輸入終端係經由第一基準偏離電壓Vd而連接至第二電池電壓放大器此之輸入終端。第二電位差比較之比較器24b之兩個反相輸入終端係分別地連接至第一電池電壓放大器8a之輸出終端和第二電池電壓放大器gc之輸出終端。备第一電池電壓放大器8b之輸出電壓（第二經離子電池lb之内終端電壓Vb)係相等於或較大於鋰離子電池“之内終端電壓Va或鋰離子電池ic之内終端電壓Vc&第一基準偏離電壓Vd時，此第二電位差比較之比較器24b供應一高位準輸出信號至第二及電路25b。第二電位差比較之比較器24c之非反相輸入終端係經由第一基準偏離電壓Vd而連接至第三電池電壓放大器以之輪出終端。第三電位差比較之比較器24c之兩個反相輸入終端係分別地連接至第一電池電壓放大器8a之輸出終端和第二電池電壓放大器8b之輸出終端。當第三電池電壓放大器8c之輸出電壓（第三鋰離子電 ’也lc之内終端電壓Vc)係相等於或較大於鋰離子電池^之内電壓Va或鐘離子電池lb之内終端電壓vb以此第一基準偏離電壓Vd時，此第三電位差比較之比較器24c供應一高 I-------------裝---- (請先閱讀贫面之注意事項寫本頁) ·111111

513839 A7 經濟部·智慧財a局員工消費合作社印製五、發明說明（14 位準輸出信號至第三及電路25c。此及電路25a至25c分別地自電位差比較之比較器24a 至24c接收輸出信號，以及自充電探測電路21接收一輸出信號。當充電探測電路21之輸出信號係在高位準時，此及電路25a至25c分別地供應電位差比較之比較器24a至24c之輸出信號至充電電流控制電路4a至4c之NMOS電晶體6a至 6c之閘極。精碟而言，當電池電壓放大器8a之輸出電壓係相等於或較大於鐘離子電池lb之内終端電壓Vc或經離子電池ic 之内終端電壓Vc以此第一基準偏離電壓vd。此NMOS電曰曰體6 a係已接上時，第一及電路2 5 a之輸出終端係連接至第一充電電流控制電路4a之NMOS電晶體6a之閘才圣° 奚第二電池電壓放大器8b之輸出電壓係相等於或較大於鋰離子電池la之内終端電壓Va或鋰離子電池1〇之内終端電壓Vc以此第一基準偏離電壓yd，此NMOS電晶體6a係已接上時，第二及電路25b之輸出終端係連接至第二充電電流控制電路4b之NMOS電晶體6b之閘極。當第三電池電壓放大器8c之輸出電壓係相當於或較大於鋰離子電池la之内終端電壓Va或鋰離子電池1{3之内終端電壓vb以此第一基準偏離電壓Vd，kNM〇s電晶體心係已接上時，第三及電路25c之輸出終端係連接至第三充電電流控制電路4c之NMOS電晶體6c之閘極。其次，充電和放電電路200之操作係說明。 -------------裝--------訂--------丨線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17 513839 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（15 在此，供應至比較器9a至9c之第二基準電壓νΤΗ可以是4.2伏特，以及第一基準備偏離電壓Vd可以是〇·2伏特。、‘ 充電器係連接至輸入/出終端11、t2以及對電池1 之充電係已開始時，此充電探測電路21輸出一高位準輸出信號’以及均衡之電流控制電路23係被啟動。當每一鋰離子電池la至lc之内終端電壓％至¥()係3.8 伏特時，例如，0.2伏特之電位（第一基準偏離電壓Vd)並不存在於鋰離子電池la至1c之内終端電壓％_%中。因此，此電位差比較之比較器24a至24c供應低位準輸出信號至及電路25a至25c，以及充電電流控制·電路乜至乜係未導電。因此’充電係對鋰離子電池1&至1(:朝向42伏特均衡地實施。在下文中一種狀況係經說明，在其中電位差之相等於或較大於0.2伏特者（第一基準偏離電壓Vd)存在於鋰離子電池la至lc之内終端電壓Va_Vc中者係予以說明。例如，當第一鐘離子電池la之内終端電壓Va係3.8伏特，以及第二及第三鋰離子電池11>，1(：之内終端電壓乂1}、从(：係3.5伏特時，此第一電位差比較之比較器24a供應一高位準輸出信號至第一及電路25a，以及第二和第三電位差比較之比較器24b、24c分別地供應低位準輸出信號至第二和第三及電路25b、25c。在此，僅此第一充電電流控制電路乜係被導電’以及充電係對第二和第三鋰離子電池113、lc朝向3.8 伏特均衡地實施。在此一時刻，由於此充電係繼續不斷地實施，即令是如果此第一充電電流控制電路4a係已導電時本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ! I 裝--------訂--------- (請七閱讀f.面之注意事項寫本頁)

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五、發明說明（10 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製此第鐘離子電池將不會經由第一充電電流控制電路4a 來放電電荷。當第一及第三鐘離子電池lb、lc之内終端電壓vb、Vc 和第一鋰離子電池之内終端電壓Va之間之電位差係已減小至低於0.2伏特時，此第一電位差比較之比較器二仏供應一低位準輸出信號至第一及電路25a。其結果，所有充電電流控制電路4a至4c係不導電，以及充電係對鋰離子電池 la至lc朝向402伏特而均衡地實施。簡言之，當充電係以小於〇·2伏特之電位差均衡地實施’以及至少一個鋰離子電池1&至1〇大體上到達42伏特時’此充電控制開關3係被關斷以及充電係已終止。在此一時刻’此充電探測電路21輸出一低位準輸出信號，以及此均衡電流控制電路23係被解除致動。第一具體例之充電和放電電路2〇〇有下列優點： (1) 直到鐘離子電池la至1c係被均衡地充電成為402伏特時，首先被充電成為4.2伏特之電池將不重覆地充電和放電。因此，鐘離子電池之劣化係被抑制而長使用時間之電池及電池封裝體係可提供。 (2) 直到鋰離子電池以至1(:係經均衡地充電成4.2伏特為止，充電操作係繼續不斷。因此，與傳統式方法比較，在其中充電和放電係重覆實施者，只要此充電操作在充電時將不會停止，則本方法之充電時間係已減少。 (3) 此充電電流控制電路，它相當於首先被充電成為 4.2伏特之電池者，係保持在一未導電狀態，直到另一鋰本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） r ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19 513839 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（17 電池係已被充電成為4 · 2伏特為止。因此，由參v長時門、、/7 有電流將流入此充電電流控制電路中，故此充電電流控制電路之耐用力不會變壞，以及電力消耗量之增加係經防止〇 (4) 此充電探測電路21在放電時解除均衡電流控制電路23之啟動。因此，在放電時鋰離子電池之電力消耗量之增加係經防止。此外，充電電流控制電路4aS4c2NM〇s 電晶體6 a至6 c係亦關斷。因此，各自之鐘離子電池1 a至1 c 之電荷將不會經由每一充電電流控制電路4a至粍來放電。換言之，在放電時，電力係來為充電電流控制電路乜至乜所消耗。 (5) 當電池1係被充電時，此充電探測電路21和閘電路 22之接上此放電控制開關2者係經提供，而與指示至少鐘離子電池la至lc之一個電壓係已過量放電之過量放電探測電路10之楝測結果（低位準輸出信號）無關聯。因此，當鐘離子電池la至lc之至少一個電壓係一放電電壓時，沒有充電電流經由放電控制開關2(PM0S電晶體）之寄生二極體流動。其結果，此放電控制開關2(PM0S電晶體）將不會因為充電電流之流入寄生二極體D2内而被加熱。一如弟3圖内所示，依照本發明之一第二具體例之充電和放電電路300包括一均衡電流控制電3丨，它不同於第一具體例中之此電路。此均衡電流控制電路3丨包括三個差分電壓放大器32a至32c和三個優先電路33a至33c。每一差分電壓放大器32a至32c放大藉減去自供應至非反相輸入終 ---r---1------裝------ (請·^閱讀t面之注意事項>_寫本頁)

20 A7 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製發明說明（18 端之輸入電壓供應至反相輸入終端之輸入電壓所獲得之一電壓（差分電壓）。每一此差分電壓放大器32a至32c輸出此預疋之最小輸出電壓於此差分電壓係相等於較小於〇伏特 ^ °此最小輸出電壓係足夠以關斷充電電流控制電路4a至 4c之NMOS電晶體以至6〇。此差分電壓放大器32&至32(：係以來自充電探測電路21所供應之一高位準輪出信號所啟動。每一此差分放大類型之放大器並包括一電晶體（一正常電流源），它係以充電探測電路21之輸出信號所接上及關斷。當此充電探測電路21之輸出信號係在充電中之高位準時，此電晶體係接上以及每一差分電壓放大器32a至32c係被啟動。當充電探測電路21之輸出係在放電中之低位準時，此電晶體係關斷以及每一此差分電壓放大器32a至32c係被解除啟動。因此，在放電時 ’每一差分電壓放大器32a至32c並不消耗電力。第一差分電壓放大器32a之非反相輸入終端係連接至電池電壓探測電路8之第一電池電壓放大器8a之輸出終端。第一差分電壓放大器32a之反相輸入終端係連接至第一優先電路33a之輸出終端。此第一優先電路33a係連接至第二電池電壓放大器8b之輸出終端和第三電壓放大器8c之輸出終端’並供應經離子電池lb，lc之内終端電壓lb，Vc 之較小電壓至第一差分電壓放大器32a之反相輸入終端。因此，此第一差分電壓放大器32a放大第一電池電壓放大器8a之輸出電壓（第一鋰離子電池la之内終端電壓Va) 和鐘離子電池lb，lc之内終端電壓vb，Vc之較小電壓之本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 21 513839

五、發明說明（19 ) 間之差.分電壓，並輸出一相當於此差分電壓之放大電壓。第一差分電壓放大器32a之輸出電壓係供應至第一充電電流控制電路4a之NMOS電晶體6a之閘極。因此，此 NMOS電晶體6a之線上電阻係依照第一差分電壓放大器 32a之輸出電壓（亦即，依照此差分電壓之輸出電壓）而改變。亦即謂’當第一差分電壓放大器32&之輸出電壓變大時’此NMOS電晶體6a之線上電阻變小，以及流入第一充電電流控制電路4a内（亦即，一電阻器5a和NMOS電晶體6a) 之電流增大。第一差分電壓放大器3 2b之非反相輸入終端係連接至電池電壓探測電路8之第二優先電路肋之輸出終端。第二電壓探測電路32b之反相輸入終端係連接至第二優先電路 33b之輸出終端。此第二優先電路33b係連接至電池電壓放大器^之輸出終端和第三電壓放大器8c之輸入終端，並供應鋰離子電池la，lc之内終端電壓Va，Vc之較小電壓至第二差分電壓放大器32b之反相輸入終端。因此’第二差分電壓放大器32b放大第二電池電壓放大器8b之輸出電壓（第二經離子電池lb之内終端電壓Vb)和鋰離子電池la，lc之任一内終端電壓Va，Vc之較小電壓之間之差分電壓，並輸出一放大電壓。第二差分電壓放大器32b之輸出電壓係供應至第二充電電流控制電路4b之NMOS電晶體6b之閘極。因此，NMOS 電晶體6b之線上電阻係依照第二差分電壓放大器32b之輸出電壓（亦即，依照此差分電壓之輸出電壓）而改變。亦本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） (請先閱讀贫面之注意事項寫本頁) _裝--------訂---------

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 22 513839 Λ7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製五、發明說明（20 ，，當第二差分電壓放大器32b之輸出電壓變大時，NMOS 電晶體之線上電阻變小，以及流入第二充電電流控制電路 4b(亦即，一電阻器5b*NMOS電晶體6b)内之電流增大。第三差分電壓放大器32c之非反相輸入終端係連接至第三電池電壓放大器8c之輸出終端。第三差分電壓放大器 3 2c之反相輸入終端係連接至第三優先電路33 c之輸出終端。此第三優先電路33c係連接至第一電池電壓放大器8a之輸出終端和第二電池電壓放大器8b之輸出終端，並供應鋰離子電池la，lb之内終端電壓Va，Vb之較小電壓至第三差分電壓放大器32c之反相輸入終端。因此，第三差分電壓放大器32c放大第三電池電壓放大器8c之輸出電壓（第三鋰離子電池lc之内終端電壓vc)和鐘離子電池1 a，1 b之内終端電壓Va，Vb之任一個之較小電壓之間之差分電壓，並輸出一放大電壓。此第三差分電壓放大器32c之輸出電壓係供應至第三充電電流控制電路4c之NMOS電晶體6c之閘極。因此， NMOS電晶體6c之線上電阻係依照第三差分電壓放大器 32c之輸出電壓（亦即，依照差分電壓之輸出電壓）而改變。亦即謂，當第三差分電壓放大器32c之輸出電壓變大時 ’此NMOS電晶體6c之線上電阻變小，以及流入第三充電電流控制電路4c(亦即一電阻器5c和NMOS電晶體6c)内之電流增大。其次，此充電和放電電路300之操作係經說明。當一充電器係連接至輸入/出終端11，t2以及對電池1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（do X 297公釐） ----------------I ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 23

之充電係已開始時，此充電探測電路2 i輸出一高位準輸出 L就’以及此均衡電流控制電路31係被啟動。备每一鐘離子電池丨&至1〇之内終端電壓〜至％係38 伏特時’例如，此差分電壓係0伏特。因此，每一差分電 I放大器32a至32c輸出最小之輸出電壓。此NMOS電晶體 6aS6c係關斷’以及對鋰離子電池之充電係朝向42伏特均衡地實施。經濟部智慧財產局員工消費合作社印製隨後’例如此狀況，其中第一鋰離子電池以之内終端兒壓\^係3.8伏特’第二鐘離子電池ib之内終端電壓vb係 3·6伏特’以及第三鋰離子電池lc之内終端電壓▽(：係35伏特者’係經說明。此第一差分電壓放大器32a接收此差分電壓0.3伏特，此第二差分電壓放大器32b接收此〇1伏特之差分電壓’以及第三差分電壓放大器32c接收負〇1伏特之差分電壓。此第一差分電壓放大器32a輸出最大之第一輸出電壓，此第二差分電壓放大器32b輸出一較第一輸出電壓為小之一第二輸出電壓，以及第三差分電壓放大器32c 輸出最小之輸出電壓。因此，此第一和第二充電電流控制電路4a ’ 4b係導電，以及第三充電電流控制電路4c係未導電。此外’第一充電電流控制電路4a之電晶體6a之線上電阻係較第二充電電流控制電路4b之電晶體6b之線上電阻為小。因此，一部分電流流入第一充電電流控制電路4a内。亦即’一充電電流在鐘離子電池1 a至1 c之内終端電壓Va至 Vc之下降順序中增大。其結果，鋰離子電池^至卜之内終端電壓Va至Vc逐漸地變成相等。本紙張尺度翻巾@國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 24 五、發明說明（22 ) ¥鋰離子電池la至1C之内終端電壓化至1變成相互相等時，充電電流控制電路乜至4(:之1^408電晶體仏至^ 係關斷，以及對鋰離子電池13至1(:之充電係朝向4·2伏特均衡地實施。第二具體例之充電和放電電路300有下列優點：除了第一具體例之優點（1)至（5)以外，此均衡電流控制電路23控制此充電電流控制電路乜至乜，俾使此充電電流相當於流入每一鋰離子電池丨a至丨c内之每一鋰離子電池 la至lc之電位差。因此，每一鋰離子電池以至卜之電池電 M Va至Vc之等化時間係進一步地被縮短。對精於此技藝者應極顯明，即本發明可以甚多其他特殊形態來具體實施而不會背離本發明之精神及範圍。特別地，吾人應予瞭解者，即本發明可以在下列形態中具體實施0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製本發明可應用於不僅是筆記本大小之個人電腦之充電和放電電路，而且亦可應用於便攜式電子裝置之充電和放電電路，諸如一數位照像機，數位視訊，個人個位助理卩^^八以及，例如，多格式電話機。本發明亦可應用於一電池組之充電和放電電路之包括兩個或四個鋰離子電池或更多者。本务明亦可應用於一蓄電池之充電和放電電路，諸如 ’除了鐘離子電池以外之鎳氫電池。如果安裝在個人電腦中之充電器，或者一充電器它分開地供應一充電電流至電池封裝體者可確實地實施正常電 297公釐）本紙張尺度翻巾關家標準（CNS)A4規格⑵0 五、發明說明（23 ) 流和正常電壓控制時，此過量充電探測電路9 。 T以省略此第一基準偏離電壓VD係不限於〇·2伏特。例如，離子電池la至lc之電池電壓化至Vc係藉設定此第一久鏈偏離電壓VD至一較〇.2伏特為小之電壓而更嚴格地均〇因此，本範例和具體例係應被視為說明性而不具限制性，以及本發明係不受限於本文中的提供之細節，但可以在附列之專利申請之範圍及等義内作變更修改。本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐） 26 513839 A7 B7 五、發明說明（24 ) 經濟部 •智慧財 -產局 1···電池 2…放電控制開關 3…充電控制開關 la，b，c···锂離子電池 4···均衡電流標置電路 4a-c···充電電流控制電路 5a-c···電阻器 6a-c"_NM〇S電晶體 7···充電和放電控制電路 8···電池電壓探測電路 8a-c···電池電壓放大器 9···過量放電探測電路 9a-c···比較器 9d…或電路 10…過量放電探測電路 21…充電探測電路 21 a…比車交器元件標號對照 22···閘電路 22a…及電路 23···電流控制電路 24a-c…電位差比較之比較器 25a…第一及電路 25b…第二及電路 25c…第三及電路 31…均衡電流控制電路 32a-c…差分電壓放大器 32a_c···優先電路 100…充電和放電電路 200…充電及放電電路 300…充電及放電電路 D3···寄出二極體 tl，t2*"I/Q 終端 Va-c…内終端電壓 ^-----------------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 消費合 1 口乍社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 27

Claims

六、申請專利範圍 I 一種充電電路，用以充電多個蓄電池者，包含·· 多個充電電流控制電路，並聯地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電池之旁通控制；以及一電位差探測電路，經連接至多個充電電流控制電路，用以探測多個蓄電池之間之電壓差，並用以依照此電壓差來控制此多個充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至此多個蓄電池之充電電流。 2·如申請專利範圍第1項之充電電路，其中此電位差探測電路控制此多個充電電流控制電路，因此，該充電電 OIL係當此電壓差係相等於或較大於一預定之第一基準電壓時即旁通。 3·如申請專利範圍第2項之充電電路，另包含一過量充電楝測電路’它探測多個蓄電池之電壓，並當至少一個之探測之電壓係相等於或較大於一預定之第二基準電壓時即停止充電入此多個蓄電池内。 4· 一種充電電路，用以充電多個蓄電池者，包含：多個充電電流控制電路，並聯地連接至多個蓄電池，並用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制；多個電位差探測電路經連接至多個充電電流控制電路，其中每一電位差探測電路探測此相關蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之一電壓差，並依據此電壓差來控制此相關之充電電流控制電路，以選擇性

28 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍地旁通供應至此相關之蓄電池之充電電流；以及一充電探測電路，經連接至多個電位差探測電路 ’用以探測充電是否係已實施進入多個蓄電池内，並用以啟動多個電位差探測電路於充電係已實施時。 5.如申請專利範圍第4項之充電電路，其中每一電位差探測電路控制相關之充電電流控制電路，俾使當電壓差係相等於或較大於一預定之第一基準電壓時，此交電電流係被旁通。裝訂 6·如申請專利範圍第5項之充電電路，另包含一過量充電探測電路，它探測多個蓄電池之電壓，並當至少一個所探測之電壓係相等於或較大於一預定之第二基準電壓時，停止充電進入此多個蓄電池内。 7· —種充電和放電電路，用於多個蓄電池之充電和放電者，包含：多個充電電流控制電路，並聯地連接至多個蓄電線池’用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制；一電位差探測電路，經連接至多個充電電流控制電路，用以探測多個蓄電池之電壓差，並依據此電壓差用以控制此多個充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至此多個蓄電池之充電電流；一充電探測電路’經連接至電位探測，用以探測充電是否係已實施進入多個蓄電池内，並當充電係已實施時用以啟動此電位差探測電路；本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公笼）— 513839 A8 B8 C8 一 ___ D8 六、申請專利範圍一過量充電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓位準’並當以及至少一個探測之電壓係相等於或較大於一預定之第一基準電壓時，停止此充電進入多個蓄電池内；以及一過量放電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓位準，並當至少一個之探測之電壓下落至相等於或較小於一預定之第二基準電壓之一電壓時，用以停止多個蓄電池之放電。 8· —種充電和放電電路，它實施多個蓄電池之充電和放電者，包含：多個充電電流控制電路，分別地並聯地連接至多個蓄電池，用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制；多個電位探測電路，分別地連接至多個充電電流控制電路，每一電位探測電路探測相關之蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之一電壓差，並依據此電壓差來控制此相關之充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至相關之蓄電池之充電電流；一充電採測電路’經連接至多個電位差探測電路 ’用以探測充電是否係已實施進入多個蓄電池内，並啟動此多個電位差探測電路；一過量充電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓 ’並當至少所探測之電壓之一係相等於或較大於一預定之第一基準電壓時，停止多個蓄電池之蓄電；以及本紙張尺度酬中_家標準（CNS) Α4規格（21〇χ297公楚） 30 D8 、申請專利範圍一過量放電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓 ’並當以及至少一個所探測之電壓下降至相等於或較小於一預定之第二基準電壓時，停止多個蓋電池之放電。 9.如申請專利範圍第8項之充電和放電電路，其中每一電位差探測電路控制相關之充電電流控制電路，俾使此當此電壓差係相等於或較大於一預定之第三基準電壓時，此充電電流係被旁通。 10·如申請專利範圍第8項之充電和放電電路，其中每一電位差探測電路控制此充電電流，它係依照電壓差而由相關之充電電流控制電路所旁通。 11，如申請專利範圍第8項之充電和放電電路，另包含：一充電控制開關，它係由過量充電探測電路作接上/關斷之控制；一放電控制開關，它係由過量放電探測電路作接上/關斷之控制，其中此充電控制開關和放電控制開關係與此多個蓄電池串聯地連接；以及一閘電路，經連接至過量充電探測電路和過量放電探測電路，用以使由過量放電探測電路之放電之停止無效，並促使此充電控制開關於充電係由充電探測電路所探測時予以接上。 12. —種有一充電和放電電路的電池包，它實施多個蓄電池之充電和放電，此充電和放電電路包含：多個充電電流控制電路，經分別地連接至多個蓄本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) A4規格（210X297公釐） 513839 A B c D 申請專利範圍電池’用以實施供應至多個蓄電池之充電電流之旁通控制；多個電位探測電路經連接至多個充電電流控制電路，每一位探測電路探測相關之蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之電壓差，並依據此電壓差而控制此相關之充電電流控制電路，以選擇性地旁通供應至此相關之蓄電池之充電電流；一充電探測電路，經連接至多個電位差探測電路 ’用以探測光電是否係已實施進入多個蓄電池内，並當充電係已實施時即啟動此多個電位差探測電路·，一過量充電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓，並當至少一個所探測之電壓係相等於或較大於一第一基準電壓時即停止充電進入此多個蓄電池内；以及一過量放電探測電路用以探測多個蓄電池之電壓，並當以及所探測電壓之至少一個下降至相等於或較小於一預定之第二基準電壓之一電壓時，停止此多個蓄電池之放電。 13· —種用以充電多個蓄電池之方法，該等蓄電池包括一第一蓄電池，其所包含之步驟為：探測第一蓄電池之電壓和另一蓄電池之電壓之間之電壓差；以及依據此採測之電壓差而選擇性地旁通供應至此第一蓋電池之一充電電流。 14· 一種用以充電多個蓄電池之方法，該等蓄電池包括第

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和第二蓄電池，其包含之步驟為：探測第蓄電池之電壓和包括有此第二電池之另一蓄電池之電壓之間之第一電壓差；探測第二蓄電池之電壓和包括此第一蓄電池之另一蓄電池之電壓之間之第二電壓差；

依照此首先探測之電壓差而選擇性地旁通供應至第一蓄電池之充電電流；以及依照此第二次探測之電壓差而選擇性地旁通供應至第二蓄電池之充電電流。 15.如申請專利範圍第14項之方法，其中探測第一電壓差之步驟包括探測第一蓄電池之電壓和包括此第二蓄電池之另一蓄電池之最低之一電壓之間之第一電壓差之步驟，以及探測包括探測第二蓄電池之電壓和包括此第一蓄電池之另一蓄電池之電壓之最低之一者之間之第二電壓差之第二電壓差之步驟。

本紙張尺度適用中關家標準（CNS) A4規格（210X297公楚） 33