TW552759B - Battery state monitoring circuit - Google Patents

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552759 A7 B7__ 五、發明説明（1 ) 發明背景 發明範圍 本發明是關於一種電池狀態監測電路’其具有一充電 控制電晶體閘連接端子、一放電控制電晶體閘連接端子、 一過電流電壓偵測端子及一微電腦控制端子。 2.相關技藝說明 大體上，如圖2所示，電池狀態監測電路具有個別的電 池電壓監測端子5A至9A、一充電控制電晶體閘連接端子 10A(此後稱爲COP端子）、一放電控制電晶體閘連接端子11 A(此後稱爲D0P端子）、一過電流電壓偵測端子12 A(此後 稱爲VMP端子）及一微電腦控制端子13A(此後稱爲CTL端 子）。電池裝置由一充電控制電晶體14A、一放電控制電晶 體16 A、一 VMP端子提升電阻18A及二次電池1A至4A組成 。一微電腦21A連接至CTL端子13A，且一負載19A與一充 電器20A連接於電池裝置的外端子EB +與EB-之間。 VMP端子12A在正常狀態由提升電阻18A提升至VDD 。VMP端子12A監測VDD與VMP端子之間的電壓，監測到 電壓自 VDD下降所欲的電壓，且促使D0P端子11A輸出 。即，VMP = ”L”導致D〇P = ”H”，且放電控制電晶體16A 關閉。 CTL端子13A用於執行電池狀態監測電路22A與微電腦 21A之間的通訊。圖2顯示傳統電路，當一充電禁止信號（此 處，假設過度充電禁止信號是”H”）輸入到CTL端子13A時， (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4 - 552759 A7 B7_ 五、發明説明（2 ) COP端子10A輸出”H”。即，CTL = ”H”導致C〇P = ”H”，且充電 控制電晶體14A關閉。此處，圖2顯示的箭頭指示信號流。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 圖4是計時電路，顯示傳統電池狀態監測電路之CTL、 VMP與COP及使用彼的電池裝置之間的關係。依據圖4，當 充電禁止信號自微電腦21A輸入至CTL端子13A時，COP端 子10A輸出”H”，以關閉充電控制電晶體14A。當VMP端子 電壓由於過電流或類似者的信號而到達偵測電壓時，D〇P 端子輸出”Η”，以關閉充電控制電晶體14A。 即，當CTL = ”H”，則判斷COP = ”H”，與VMP端子12Α 的信號無關。 在傳統電池裝置中，當充電禁止信號自微電腦21A輸入 至CTL端子13A時，充電控制電晶體14A與放電控制電晶 體1 6 A二者關閉，且有一問題，即，縱使一負載連接於端子 EB +與EB-之間，其鎖定在不能供應電池電壓的狀態。 經濟/部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2中，當充電禁止信號自微電腦21A輸入至CTL端子 13A時，COP端子10A輸出”H”，且充電控制電晶體14A關 閉。這時候，如果負載連接於端子EB +與EB-之間，則因爲 電流流動通過充電控制電晶體14A的寄生二極體15A，故寄 生二極體15A之連結電壓（VF)的電壓降產生於VDD與EB + 之間。此處，因爲VMP端子12A監測VDD與VMP端子之 間的電壓，所以，電壓降導致過電流偵測，DOP端子輸出 ”H”，且放電控制電晶體M2關閉。 發明槪述 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） · 5 - 552759 A7 __B7_ 五、發明説明（3 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲了解決前述問題’依據本發明，添加一電路，以在 一狀況時-VMP端子12A具有一過電流偵測電壓-取消CTL 端子13A的充電禁止信號，即使充電禁止信號輸入至CTL 端子13A時亦然，俾使防止發生鎖定模式，其中充電控制電 晶體14A與放電控制電晶體1 6A二者關閉，且電池電壓不能 供應至一負載。 本發明的構造是俾使添加電路於一電池狀態監測電路 中，以在VMP端子12A具有過電流偵測電壓的狀況時取消 CTL端子13A的充電禁止信號，即使充電禁止信號輸入至 CTL端子13A時亦然。 圖式簡單說明 附圖中， 圖1顯示本發明之電池狀態監測電路； 圖2顯示傳統電池狀態監測電路； 圖3是本發明之電池狀態監測電路的計時圖； 圖4是傳統電池狀態監測電路的計時圖； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5顯示本發明之電池狀態監測電路； 圖6是本發明的箱形電路；而 圖7是本發明的箱形電路。 主要元件對照 1 二次電池 2 二次電池 本ί氏張尺度適用中國國家椋準（CNS ) A4規格（210X297公楚1 ^ 552759 A7 B7 五、發明説明（4 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 二次 電 池 4 二次 電 池 1A 二次 電 池 2A 二次 電 池 3A 二次 電 池 4A 二次 電 池 5 電池 電 壓 監 測 端 子 6 電池 電 壓 監 測 _Lr r r 从而 子 7 電池 電 壓 監 測 端 子 8 電池 電 壓 監 測 端 子 9 電池 電 壓 監 測 端 子 5 A 電池 電 壓 監 測 端 子 6 A 電池 電 壓 監 測 端 子 7 A 電池 電 壓 監 測 端 子 8 A 電池 電 壓 監 測 端 子 9 A 電池 電 壓 臣七 ΓΤΤΤ 測 端 子 10 充電 控 制 電 晶 體 閘 連 接端子 10A 充電 控 制 電 晶 體 閘 連 接端子（COP 端子） 11 放電 控 制 電 晶 體 閘 連 接端子 11 A 放電 控 制 電 晶 體 閘 連 接端子（D〇P 端子） 12 VMP 端 子 12 A 過電 流 電 壓 偵 測 端 子 (VMP端子） 13 CTL 端 子 13A 微電 腦 控 制 端 子 (CTL ，端子） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） Ί— n Λ1 1 I n I I -- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 552759 A7 B7 五、發明説明（5 ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 14 充 電 控 制 電 晶 體 14Α 充 電 控 制 電 晶 體 15 寄 生 二 極 體 15Α 寄 生 二 極 體 16 放 電 控 制 電 晶 體 16 A 放 電 控 制 電 晶 體 18A VMP 端 子 提 升 電 阻 19A 負 載 20A 充 電 器 21 微 電 腦 21 A 微 電 腦 22A 電 池狀 態 監 測 電 路 23 箱 形 電 路 24 箱 形 電 路 25 過 度 充 電 偵 測 電 路 26 過 電 流 偵 測 電 路 27 反相 器 28 V、 反或 // 閘 29 Vv 或 // 閘 30 輸 入 信 號 31 輸 入 信 號 32 輸 入 信 號 33 輸 出 信 號 34 \\ 反或 // 閘 II--------0II (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -8- 552759 A7 ___B7_______ 五、發明説明（6 ) 35 'v反或〃閘 36 延遲電路 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 較佳實施例詳細說明 圖1顯示可以應用本發明的電池狀態監測電路及使用該 電路的電池裝置之結構性例子。此後，將參考圖1，說明本 發明的實施例。 圖1中，複數二次電池1至4(例如，鋰離子電池）互相串 聯。二次電池1的正極連接至一由場效電晶體或類似者形成 的放電控制電晶體16。放電控制電晶體16與充電控制電晶 體14互相串聯，且充電控制電晶體14直接連接到一電池裝 置的外部端子EB+。充電控制電晶體14與放電控制電晶體16 充當切換元件，用於控制來自電池裝置的放電及來自充電 器的充電。當禁止充電至電池裝置時，充電控制電晶體14 關閉。當禁止從電池裝置放電時，放電控制電晶體1 6關閉 〇 經濟‘部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明具有此電路結構，即使一充電禁止信號輸入至 CTL端子13，在VMP端子12具有過電流偵測電壓時，取消 CTL端子13的充電禁止信號。 圖1中，以一 ''及〃閘電路結構爲例，且應用於前述電 路結構的全部電路顯示成爲一箱形電路23。圖1中的箭頭各 指示信號的流動。 圖3是計時圖，顯示本發明的電池狀態監測電路的端子 CTL、VMP與COP及使用該電路之電池裝置之間的關係。 本紙張尺度適财關家縣（CNS ) A4規格（210X297公釐) 552759 A7 ___B7 五、發明説明（7 ) 依據圖3 ’當CTL = ”H”且VMP = ”L”，則決定c〇P = ’’L”，且只 有當CTL = VMP = ”H”時，才決定C〇P =，，H，，。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明的圖1中，雖然充電與放電控制電晶體14與16是 Pch電晶體，但藉由使電池狀態監測電路的邏輯反相，也可 以使用Nch電晶體。 圖5是方塊圖，顯示本發明之電池狀態監測電路的另一 例。圖5中，新添加一過度充電偵測電路25與一過電流偵測 電路26，且設有一箱形電路24，以取代箱形電路23。其他 與圖1相同。 過度充電偵測電路25與充當輸入的電池電壓監測端子5 至9連接，且監測二次電池1至4的個別電壓。在二次電池1 至4的任一電池超出過度充電偵測電壓時，過度充電偵測電 路25輸出一充電禁止信號至箱形電路24。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 過電流偵測電路26與充當輸入的電池電壓監測端子5及 一過電流電壓偵測端子1 2連接，且監測二輸入端子之間的 電壓差。在放電電流變高的狀況，一電壓差-其由充電控制 電晶體14及放電控制電晶體16的放電電流與通道電阻之產 品產生-變高，且超出過電流偵測電壓，過電流偵測電路乃 輸出放電禁止信號至箱形電路24與放電控制電晶體閘連接 端子11。 箱形電路24連接一用於微電腦的控制端子13、一來自 過度充電偵測電路25之輸出及一來自充當輸入的過電流偵 測電路26之輸出。在輸入來自過度充電偵測電路25的充電 禁止信號或來自微電腦的充電禁止信號的狀況，箱形電路 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） -10: ' 552759 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 輸出充電禁止信號至一充電控制電晶體閘連接端子10。然 而，當放電禁止信號從過電流偵測電路26輸出的時候，箱 形電路至少取消來自微電腦的充電禁止信號。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖5中，當充電禁止信號從微電腦21經由CTL端子13輸 入至箱形電路24的時候，箱形電路24輸出充電禁止信號至 充電控制電晶體閘連接端子10。然後，充電控制電晶體14 關閉。這時候，如果一負載連接於端子EB +與EB-之間，則 因爲電流流過充電控制電晶體14的寄生二極體1 5，乃在 VDD與EB+之間產生電壓降，其對應於寄生二極體15的接 面電壓（VF)。然後，VMP端子-其監測VDD與VMP端子之 間的電壓-的電壓下降，且過電流偵測電路26輸出放電禁止 信號。當放電禁止信號輸入至箱形電路24時，來自微電腦 的充電禁止信號被取消，且充電控制電晶體14啓動。然後 ，因爲對應於寄生二極體15之接面電壓（VF)的電壓降未產生 ，故過電流偵測電路26不輸出放電禁止信號，且放電控制 電晶體保持在啓動的狀態。因此，在本發明的電池裝置中 ，在負載連接於端子EB +與EB-的狀況，即使充電禁止信號 從微電腦21輸入至CTL端子13，充電控制電晶體14與放電 控制電晶體16二者不關閉，且變成可以繼續供應電池電壓 。注意，雖然圖5未顯示，但有一狀況，即，一預定延遲提 供於一信號，其自過電流偵測電路26輸出至放電控制電晶 體閘連接端子11。 圖6是方塊圖，顯示本發明之箱形電路之一例。 圖6的電路由一反相器27、一 ★反或〃閘28及一 a或 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 552759 A7 ___B7_ 五、發明説明（9 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 〃閘29組成。來自過度充電偵測電路25的輸入信號30、來 自微電腦21的輸入信號31及來自過電流偵測電路26的輸入 信號32係個別輸入。輸出信號33連接至充電控制電晶體閘 連接端子10。 在充當充電禁止信號的”H”自過度充電偵測電路25輸入 成爲輸入信號30的狀況，充當充電禁止信號的”H”輸出成爲 輸出信號3 3。 在充當充電禁止信號的”H”自微電腦21輸入成爲輸入信 號31且充當放電允許信號的”L”從過電流偵測電路26輸入成 爲輸入信號32的狀況，充當充電禁止信號的”H”輸出成爲輸 出信號33。 在充當充電禁止信號的”H”自微電腦21輸入成爲輸入信 號3 1且充當放電禁止信號的”H”從過電流偵測電路26輸入成 爲輸入信號32的狀況，充當放電允許信號的”L”輸出成爲輸 出信號33。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述，圖6的箱形電路藉由簡單的電路實現本發明的 操作。即，在放電禁止信號自過電流偵測電路26輸出的狀 況，至少可以取消來自微電腦的充電禁止信號。 圖7是方塊圖，顯示本發明的箱形電路之另一例。 圖7的電路由v反或〃閘s 34、35及一延遲電路36組成 。來自過度充電偵測電路25的輸入信號30、來自微電腦21 的輸入信號31及來自過電流偵測電路26的輸入信號32係個 別輸入。輸出信號3 3連接至充電控制電晶體閘連接端子1 〇 。延遲電路36使y反或〃閘35與輸出信號33之間的信號延 本紙張尺度適财關家轉（CNS ) A4規格（21GX297公嫠)~12 - 552759 A7 _____B7_ 五、發明説明（1〇) 遲預定時間。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在充當充電禁止信號的”H”自過度充電偵測電路25輸入 成爲輸入信號30或充當充電禁止信號的”H”從微電腦21成爲 輸入信號3 1且充當放電允許信號的”L”從過電流偵測電路26 輸入成爲輸入信號32的狀況，充當放電禁止信號的”H”乃輸 出成爲輸出信號33，而由延遲電路3 6延後預定的時間延遲 〇 在充當充電禁止信號的”H”自過度充電偵測電路25輸入 成爲輸入信號30或充當充電禁止信號的”H”從微電腦21成爲 輸入信號3 1且充當放電禁止信號的”H”從過電流偵測電路26 輸入成爲輸入信號32的狀況，充當充電允許信號的”L”乃輸 出成爲輸出信號33，而由延遲電路36延後預定的時間延遲 〇 如上述，圖7的箱形電路藉由簡單的電路實現本發明的 操作。即，在放電禁止信號自過電流偵測電路26輸出的狀 況，至少可以取消來自微電腦的充電禁止信號。注意，關 於延遲電路36，也可在圖6中提供類似者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 如上述，在電池狀態監測電路中，即使充電禁止信號 輸入至微電腦的控制端子，只要微電腦的控制端子之充電 禁止信號能夠在過電流電壓偵測端子變成具有過電流偵測 電壓的狀況時取消，則本發明可以採取任何電路結構，且 不限於此實施例。 依據本發明，即使充電禁止信號在負載連接於端子 EB +與EB-之間的狀況時自微電腦輸入，充電控制電晶體與 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） _ 13 - 552759 A7 ___ B7 五、發明説明（糾） 放電控制電晶體二者不關閉，藉以提供防止鎖定模式-於該 模式，電壓不能供應至負載-的效果。結果，可以得到的效 果是防止電源不能在使用時供應電壓的缺點，及增加電池 裝置可靠度的效果。 如上述，依據本發明，添加電路，以在VMP端子12具 有過電流偵測電壓之狀況時取消CTL端子13的充電禁止信 號，即使充電禁止信號輸入至CTL端子13時亦然，藉以防 止鎖定模式發生，於該模式，充電控制電晶體14與放電控 制電晶體1 6二者關閉，，且電池電壓不能供應至一負載。 (請先閲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 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 552759 A8 B8 C8 D8 々、申請專利範圍1 1 · 一種電池狀態監測電路，諸如積體電路，用於經由開 關元件，控制串聯至外部端子的二次電池之充電與放電， 外部端子由一電池裝置的正端子與負端子組成，監測電路 包括： 一充電控制電晶體閘連接端子； 一放電控制電晶體閘連接端子； 一過電流電壓偵測端子；及 一微電腦控制端子， 其中添加一電路，以在一狀況時-過電流電壓偵測端子 具有一過電流電流偵測電壓-取消微電腦控制端子的充電禁 止信號，即使充電禁止信號輸入至微電腦控制端子時亦然 〇 2. —種電池狀態監測電路，包括： 複數電壓偵測端子，用於連接複數串聯電池的每一電 極； 一充電控制電晶體閘連接端子； 一放電控制電晶體閘連接端子； 一過電流電壓偵測端子； 一微電腦控制端子；及 一取消電路，用於在電壓偵測端子偵測到過電流偵測 電壓時，取消微電腦控制端子的充電禁止信號。 3. 如申請專利範圍第2項之電池狀態監測電路，又包括 一連接至電壓偵測端子的過度充電偵測電路； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 552759 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍2 一與過度充電偵測電路、充電控制電晶體閘連接端及 微電腦控制端子的輸出連接之箱形電路； 一與過電流偵測端子、箱形電路連接的過電流偵測電 4. 如申請專利範圍第3項之電池狀態監測電路，其中箱 形電路具有一反相器、一〜反或〃閘電路及一 a或〃閘電 路，反相器用於輸入信號至微電腦控制端子，v反或〃閘 電路連接至反相器的輸出，且將一信號輸入至過電流偵測 電路， ''或〃閘電路輸入過度充電偵測電路的信號及〜反 或〃閘電路的輸出。 5. 如申請專利範圍第3項之電池狀態監測電路，其中箱 形電路具有一第一''反或〃閘電路、一第二 > 反或〃閘電 路及一延遲電路，第一 > 反或〃閘電路用於輸入過度放電 偵測電路的信號及微電腦的信號，第二 > 反或〃閘電路用· 於輸入第一''反或〃閘電路的輸出及過電流偵測電路的信 號，延遲電路用於連接第二''反或〃閘電路的輸出。 " ------- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ·訂 f 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -16 -