TW540176B - Battery pack - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 540176 A7 B7 五、發明説明（1 ) 一 相關申請案資料 本申請案主張日本專利申請案JP 2〇〇〇_17〇431之優先權 孩案之揭示在法律許可範圍下以引用方式併入本文中。 發明背景 1、 發明領域： 本發明有關一種電池組組件，可應用於例如以鋰離子二 次電池組爲主之電池組組件。 2、 相關技藝之描述·· 傳統上，以鋰離子二次電池組爲主之電池組組件係用以 使用控制積體電路1(：：以控制切換場效電晶體之操作，而防 止過壓充電及電壓不足放電。 圖6係爲顯示一電池組組件之接線圖。即，電池組組件工 具有二次電池組電池2及保護電路3，個別安裝於預定外殼 中。孩電池組組件丨在裝置於充電裝置或負載裝置時，可在 充電裝置或負載裝置與該二次電池組電池2之間，經由正極 外邵接頭4 A及負極外部接頭4B提供並輸出充電及放電電 流。 孩電池組組件1中，該第二電池組電池2之終端電壓及介 於正極外部接頭4 A與負極外部接頭4B間之終端電壓等係 '使用控制積體電路IC 5偵測〜，以根據所偵測之結果於連通_ 斷開控制下切換位於充電及放電路徑中之場效電晶體6，7 。即’該電池組組件1之結構係將放電及充電控制-通 道％效電晶體6 ’ 7串聯放置於放電及充電路徑中，介於該 負極外部接頭4B與該二次電池組電池2之負極接頭之間。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X撕公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝· 、11 540176 A7 B7 五、發明説明（2 ) 而且’因結構之因素，寄生二極體係存在於各N —通道場效 電晶體6，7之源極與汲極之間。因此，當該二次電池組電 /也2之、、’；，壓係降低至預定値或更低時，該電池組組件1 在放電-控制場效電晶體6上切換成斷開·狀態，以防止電壓 不足之放電。另一方面，當該二次電池組電池2之終端電壓 增高至預定値或更高時，該電池組組件於充電控制場效電 晶體7上切換成斷開-狀態，以防止過壓充電。 另外，該電池組組件1應用於ρ _通道場效電晶體8，9， 而非Ν-通道場效電晶體6，7，以於某些情況下構成切換裝 置，如圖7所示。 當需要高充電及放電電流時，與圖6相反地，如圖8所示 般地構成電池組組件3丨，使得構成該切換裝置之場效電晶 體並聯，以控制充電及放電電流。即，該電池組組件31係 用以將該控制積體電路1(：輸出之控制信號，經由電阻器1〇 提供於該場效電晶體6Α，6Β之閘極。而且，圖8僅出示該 放電·控制場效電晶體6 A，6 Β，而未描述該充電-控制場效 電晶體。已知控制積體電路IC中控制信號輸出接頭之輸出 阻抗公認一般爲1 〇 [仟歐姆]或更高，對應於具有串聯之電 阻器1 0的同等電路。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 而且，使用者有時將此類電池組組件置於手中使用，結 果’此情況下，因爲靜電所致之高電壓施加於該電池組組 件上。雖然該因靜電所致之高電壓係限制於約6至1 5 [仟伏 特]，但數[仟伏特]或更高之電壓被視爲已足以導致場效電 晶體之損壞。是故，當使用者經常將該電池組組件置於單 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 540176 A7 B7 五、發明説明（3 ) 手中使用時，恐怕可能因靜電而導致場麥電晶體之損壞。 習用電池組組件中因爲靜電等因素導致場效電晶體損壞 ，使得該場效電晶體中源極-至-汲極電阻値增高，導致結 構中構成切換裝置之各個充電及放電控制場效電晶體個別 位於充電及放電路徑上之電池組組件使用上的困難，如圖6 及7所示。就此言之，雖然該源極-至-汲極電阻値於正常狀 況下係限制於100[毫歐姆]或更低，但因前述之損壞之結果 ，增加至高達1 [仟歐姆]或更高。 另一方面，結構如圖8所述般地該場效電晶體係並聯的電 池組組件中，該並聯場效電晶體中僅一個損壞據推論是因 靜電所致之結果。此情況下，當大量場效電晶體並聯時， 各場效電晶體確定電容足以使其餘場效電晶體在某些情況 下施加充分充電及放電電流。該電池組組件一若可使用於 此種情況一被視爲適當之組件。然而，習用電池組組件出 現難以使該電池組組件使用於該種情況下之問題。 現在描述具有圖8所示之結構的.電池組組件。即，提供控 制積體電路1C，以基於該放電控制場效電晶體6A，6B之 閘極控制電壓之升高及降低，將放電控制場效電晶體6 A， 6 B設定於連通狀態及斷開狀態。將放電控制場效電晶體設 定於連通狀態所需之電壓係設定於例如約略等於該二次電 池組電池2之終端電塵的値。另一方面，需將該閘極控制電 壓設定於約0 [伏特]，以將該放電控制場效電晶體設定於斷 開狀態。當該二次電池組電池之終端電壓降低至2 [伏特]時 ，使用於鋰離子二次電池組之控制積體電路I C以該場效電 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝 訂 540176 A7 __ B7 7發明説明（4 ) " 晶體6 A，6 B由連通狀態切換至斷開狀態。 該電池組組件中之電阻器1 〇係設定於具有約100[仟歐姆] 之電阻値，使得各場效電晶體6 A，6 B中之閘極-至-源極電 阻値在一般情況下成爲約1至200[百萬歐姆]。因此，該控 制積體電路I C 5使其可將控制終端之終端電壓設定於4 [伏 特]及0 [伏特]，以個別將場效電晶體6 A，6 B之閘極電壓 設定於4[伏特]及0[伏特]。 用以保持各場效電晶體6 A，6 B之源極-至-汲極電阻値較 低所需之最小閘極-至·源極電壓係約1 . 5 [伏特]。是故，該 電池組組件使其可將該控制終端之終端電壓設定於4 [伏特] 及0 [伏特]，以將該場效電晶體6 A，6 B設定於連通狀態及 斷開狀態。 另一方面，當該場效電晶體因爲靜電等因素而導致損壞 時，該場效電晶體之閘極-至-源極電阻降低至約1 [仟歐姆] 。假設該場效電晶體6 A之損壞係例如因靜電所致，則該未 損壞場效電晶體6 B中閘極·至-源極電壓亦降低至約〇 [伏特 ]，導致將該場效電晶體6 B設定於連通狀態的困難。而且 ，圖9顯示構成圖8所示之電池組組件時，各部分之電阻値 ，而未描述該充電控制場效電晶體。圖9中，該場效電晶體 之源極-至-汲極電阻値係以兩個場效電晶體6 A，6 B之總電 阻値表示。根據圖9中之表列，因爲該場效電晶體在靜電損 壞之後的整體源極至·汲極電阻値到達2 [仟歐姆]，即使該 二次電池組電池2之終端電壓設定於4 [伏特]時亦然，已知 所施加之放電電流係設定於2[毫安](4[伏特]+ 2[仟歐姆]) 本紙張尺度適用中國國家標A4規格(210X 297公釐) 540176 Μ Β7 五、發明説明（5 ) ，與負載之短路無關。是故，當該場效電晶體之中之一的 損壞係由靜電所致時，該電池組組件不提供高達3 [毫安]至 1 0 [安培]之放電電流，該電流係公認之正常狀況放電電流。 發明概要 本發明係在考慮前述各點之下進行。是故，期望提出一 種電池組組件，具有使用並聯之場效電晶體控制充電及放 電電流之功能，即使一部分場效電晶體因爲例如靜電而遭 到損壞時亦然。 根據本發明之一具體實例，提出一種電池組組件，具有 使用並聯之場效電晶體控制充電及放電電流之功能，該並 聯之場效電晶體係構成充電或放電控制切換裝置，該功能 可藉著經由1 0 [仟歐姆]或更高之電阻器提供控制電壓於該 並聯場效電晶體之閘極而達成，即使該場效電晶體之一部 分因靜電等因素而損壞時亦然。 爲了達成前述目的，本發明之電池組組件採用經由1 0 [仟 歐姆]或更高之電阻器提供控制電.壓於多個場效電晶體之閘 極之策略。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 是故，即使該場效電晶體中之任一個因爲靜電等因素而 損壞，且閘極-至-源極電阻降低至極低之値，具有經由1 0 [ 仟歐姆]或更高之電阻器提供控制電壓於多個場效電晶體之 閘極的結構之電池組組件仍可防止其他場效電晶體閘極電 壓之降低，而使用其他場效電晶體控制充電及放電電流。 圖式簡單説明 參照附圖，由以下本發明較佳具體實例之描述，可明瞭 -8- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 540176 A7

本發月又則述及其他目的和特色，其中： 1係爲顯示本發明第—具體實例之電池組組件的 2A ’ 2B係爲顧.............. . ^ 国’ 圖 1 穴脸員池組組仟的接線円· 圖2A’2B係爲顧千尉，山 〜、#、圖1中笔池組組件之場效電晶體閘招 的周邊結構的同等電路圖； 圖3係爲説明圖！中之電池組組件的操作之表列； 圖4係爲本發明第二具體實例之電池組組件的接線圖； 圖5係爲顯示本發明第三具體實例之電池組組件的接線圖； 圖6係爲顯示相關技藝中電池組組件之接線圖，· ， 圖7係爲顯示電池組組件之接線圖，其中使用p-通遒場效 電晶體，而非N_通道場效電晶體； 圖8係爲顯示電池組組件之接線圖，其結構係場效電晶體 係並聯；且 ^ 圖9係爲説明圖8中電池組組件之操作的表列。 較佳具體實例之詳述 (1 )第一具體實例 (1-1)第一具體實例之構成 圖1係爲顯示本發明第一具體實例之電池組組件之接線圖 ，與圖8中之電池組組件不同。圖！所示之電池組組件2 i中 ，與前述圖8所述之電池組組件中相同之構件係以相同參考 編號表示，而不重複描述。而且，雖然圖1係僅出示電池組 組件2 1中之放電控制場效電晶體，但已知充電控制場效電 晶體之結構與放電控制場效電晶體相同。 电池組組件2 1係自控制積體電路I C，經由個別電阻器 22A，22B，提供控制電壓至個場效電晶體6 A，6 B。此具 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 540176 A7 B7 五、發明説明（7 ) 體實例中，各電阻器22A，22B之電阻値係選擇性地決定， 以符合需求，即使場效電晶體中任一者因靜電等因素而受 損，使該閘.極·至-源極電阻降低至較小値時，仍可經由控 制電壓之升高，而提供足以使其他場效電晶體切換至連通 狀態之閘極電壓。 即，保護性積體電路1C 5之控制電壓的輸出阻抗係以 ROUT表示時，電阻器22A，22B之電阻値個別以R22A， R22B表示，而場效電晶體6 A，6 B之閘極-至-源極電阻個 別以R6A，R6B表示，該保護性積體電路1C 5之控制電壓係 如圖2A所示。現在假設場效電晶體6A之損壞係由靜電等 因素所致，則該場效電晶體6A之閘極-至-源極電阻R6A係 降低至數[仟歐姆]，而未損壞側邊之場效電晶體6 B之閘極 -至-源極電阻R6B係增加至高達約100[百萬歐姆]。因此， 當該電阻器22A，22B之電阻値R22A，R22B係選擇性地決定 ，以符合可經由控制電壓之升高施加足以使用另一場效電 晶體切換至連通狀態之閘極電壓的需求時，該保護性積體 電路1C之控制電壓可如圖2B中同等電路所表示。 是故，電阻器22A，22B之電阻値R22A，R22B係設定以符 合以下需求，分配4 (伏特）所得之電壓Vth以作爲控制積體 電路1C 5之控制電壓之升高値，與控制積體電路1C 5之輸出 組抗ROUT，同時被調至高於足以使用場效電晶體6 A，6 B 切換至連通狀態之電壓。較佳具體實例中，電阻器22A， 22B之電阻値R22A，R22B係設定於100[仟歐姆]，以符合分 配電壓Vth調至高於足以使用場效電晶體6 A，6 B切換成連 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 540176 A7 B7 五、發明説明（8 通狀態之電壓的需求，而留下充分之邊限。而且，用於連 通-斷開控制該場效電晶體以作爲切換裝置之控制積體電路 1C 5中，輸出阻抗ROUT於大部分情況下係相對地高。然而 ，即使一場效電晶體損壞，供各場效電晶體之閘極使用而 具有1 〇 [仟歐姆]或更高之電阻器的控制積體電路〗c，實際 上仍可經由另一％效電晶體充分地控制充電及放電。 (1 - 2 )第一具體實例之操作 前述具體實例中，當該電池组組件2 1連接於負載時，該 電池組電池2之電能經由正極外部接頭4 A及負極外部接頭 4 B提供至負載。此外，該電池組電池2之終端電壓係使用 控制積體電路1C 5控制。當該終端電壓到達2 [伏特]時，該 控制積體電路1C 5之控制電壓由4 [伏特]降低至〇 [伏特]。 該控制電壓由4 [伏特]降低至〇 [伏特]時，與圖9相反地，圖 3所示之場效電晶體6A，6B的並聯電路中，源極·至没極 電阻値係由2 7 [毫歐姆]切换至300[仟歐姆]。是故，該場效 電晶體6 A，6B被切換至斷開狀態，以控制提供於負載之 電能的終點，而防止電壓不足之放電。 另一方面，當該電池組組件連接於充電裝置時，充電裝 置之電能經由正極外邵接頭4 A及負極外部接頭4 B提供於 該電池組電池2。此外，使用控制積體電路IC 5偵測充電電 壓。之後，當該充電電壓到達預定値時，該控制積體電路 1C 5之控制電壓相對於充電控制場效電晶體（未示）而由4 [伏特]降低至0 [伏特]。此情況下，該充電控制場效電晶體 亦自連通狀態切換至斷開狀態，以控制充電之終點，而防 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 540176 A7 B7 五、發明説明（9 ) 止過壓充電。 如前文所述般地控制充電及放電時，當例如該場效電晶 體6 a因靜電.而損壞時，源極-至-汲極電阻値自5 7 [毫歐姆] 變成2 [仟歐姆]，而受損場效電晶體6 A中之閘極·至-汲極 電阻値則自1 2 0 [百萬歐姆]變成1 [仟歐姆]。是故，當該二 次電池組電池2之終端電塵設定於約4 [伏特]時，電池組組 件1使該接頭4 A，4 B短路，而流動約2 [毫安]之電流。另 一方面，場效電晶體6A係保持於約略斷開狀態，而將變換 成閘極電壓於原始狀態下降低至約0[伏特]之狀態。 然而，無論該場效電晶體6 A之閘極電壓降低値如何，該 電池组組件2 1皆可在控制電壓升高至4 [伏特]時，經由供 該場效電晶體6 A之閘極使用之電阻器22A，施加足以使用 其餘正常場效電晶體6 B切換至連通狀悲的電壓於該場效電 晶體6 B之閘極，使得可使用未受損之側邊的場效電晶體控 制放電操作。 就充電控制操作而言，即使一場效電晶體發生故障，該 電池組組件2 1仍可依相同方式，使用未受損側邊之場效電 晶體控制充電。 而且，因爲若如前述般地發生一場效電晶體故障時，可 經由外部接頭之短路流動約2 [毫安]之電流，故推論該電池 組组件在連接於負載且進一步連接於充電裝置之時，具有 電壓不足放電及過壓充電之危險。然而，當電池組件連接 於負載及充電裝置時，被視爲基於損壞側邊之場效電晶體 的充電及放電電流實際上降低至更小之電流値，而沒有降 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 540176 A7 B7 五、發明説明（1Q ) 低可信度之機率。 (1 - 3 )第一具體實例之效果 根據前述結構，即使該場效電晶體因靜電等因素而部分 損壞，使用並聯場效電晶體控制充電及放電電流之電池組 組件仍藉著經由約1 0 [仟歐姆]或更高之電阻器，提供控制 電壓於該場效電晶體之閘極^而保持效果。 (2)第二具體實例 圖4係爲本發明第二具體實例之電池組組件之接線圖。與 圖1之電池組組件2 1不同地，電池組組件3 1係用以經由電 阻器3 2施加控制電壓於該電阻器22A，22B，如圖4所示。 圖4所示之電池組組件3 1中，與圖1中電池組组件2 1相同之 構件係以相同參考編號表示，而不再重複描述。而且，如 同電池組組件3 1，該充電控制場效電晶體之結構亦與放電 控制場效電晶體相同，因此，省略其描述。 電阻器3 2之電阻値係與電阻器22A，22B之電阻値同時選 擇性地決定，以符合當該控制電壓升高至4 [伏特]時，可施 足以使用正常之場效電晶體6 B切換至連通狀態時電壓於該 場效電晶體6B之閘極，而與例如該場效電晶體6 A之閘極 電壓的降低無關。第二具體實例中，電阻値係設定於10[仟 歐姆]。同時，已知該電阻器3 2之電阻値係設定於小於該電 阻器 22A，22B。 如圖4所示，該電池组組件--即使結構係經由電阻器3 2施 加控制積體電路I C 5之控制電壓於各閘極所配置之電阻器 22A，22B--亦可具有與第一具體實例相同對效果。 -13- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 540176 A7 B7 五、發明説明（11 ) (3 )第三具體實例 圖5係爲顯示本發明第三具體實例之電池組組件4 1之接 線圖。圖5所示之電池組組件4 1中，與圖1中電池組組件2 1 相同之構件係使用相同參考編號，而不重複描述。就電池 組組件4 1而言，充電控制場效電晶體結構亦與放電控制場 效電晶體相同^因此，省略其描述。 該電池組組件4 1中，放電電流藉P -通道場效電晶體8 A， 8B而非N-通道場效電晶體6 A，6B控制，而充電電流亦藉 並聯之P-通道場效電晶體控制。 如圖5所示，該電池組組件--即使施加P -通道場效電晶體 以構成該切換裝置，而非N -通道場效電晶體--亦可具有與 第一具體實例相同之效果·。 (4)其他具體實例 雖然前文描述已出示將兩個場效電晶體並聯以構成切換 裝置之電池組組件結構，但已知本發明不限於前述具體實 例，亦可廣泛地應用於連接三個或多個電晶體以構成該切 換裝置的電池組組件。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 雖然前文描述已出示電池組組件在場效電晶體控制下用 以防止過壓充電及電壓不足放電之具體實例，但亦已知本 發明不限於前述具體實例，亦可應用於防止過電流放電及 過電流充電之電池組組件。 雖然前文描述已出示基於41離子二次電池組之電池組組 件，但已知本發明不限於前述具體實例，亦廣泛應用於各 式各樣電池組組件，諸如鍊金屬氫化物電池組。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 540176 A7 B7 五、發明説明（12) 根據本發明，即使該場效電晶體部分因靜電等因素而損 壞，使用構成該充電或放電控制切換裝置之並聯場效電晶 體以控制充電及放電電流的電池組組件，仍可藉著經由10 [ 仟歐姆]或更高之電阻器提供控制電壓於該場效電晶體之閘 極，而保持有效。 本發明之電池組組件可作爲各式各樣電子裝置諸如攜帶 式電腦裝置之電源。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -15- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 540176 第090112927號專利申請案： 中文申請專利範圍替換本(92年3月) A BCD

   六、申請專利範圍 1 . 一種電池組組件，裝置於預定裝置中，以於該電池組組 件與該裝置之間提供或輸出二次電池組電池之電能，該 組件包括： 多個場效電晶體，用以對應於一控制電壓終止充電或 放電電流；及 一控制電路，用以藉著輸出該控制電壓，以控制該場 效電晶體，而控制該二次電池組電池之充電或放電電流 其中該控制電壓係經由1 0 [仟歐姆]或更高之電阻器 ，提供於該多個場效電晶體之個別閘極。 2. 如申請專利範圍第1項之電池組組件，其中該場效電晶 體係並連於電能路徑中。 3. 如申請專利範圍第1項之電池組組件，其中該場效電晶 體係包括N -通道場效電晶體，位於該二次電池組電池 之負極側邊的充電或放電路徑中。 4. 如申請專利範圍第1項之電池組組件，其中該場效電晶 體係包括P -通道場效電晶體，位於該二次電池組電池 之正極側邊的充電或放電路徑中。 5 . 如申請專利範圍第1項之電池組組件，其中另外包括一 叙離子二次電池組。 6 .如申請專利範圍第1項之電池組組件，其中放電-及充 電-控制N-通道場效電晶體係串聯於介於該二次電池組 電池之負極外部接頭與負極接頭之間的充電或放電路徑 中，而寄生二極體係位於該N -通道場效電晶體中介於 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公董)

   540176 A B c D 々、申請專利範圍 電路線路之源極與汲極之間。 7. 一種電池組組件，在其本身和一裝置之間輸送一二次電 池組電池之電能，該電池組組件，包括： 多個場效電晶體，用以切換充電或放電電流； 一控制電路，用以生成且施加一控制電壓於該多個場 效電晶體上，以控制該切換裝置，而切換該充電或放電 電流；及 多個電阻器，經由此電阻器施加該控制電壓於該多個 場效電晶體之個別閘極。 -2- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）