TWI296122B - - Google Patents

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1296122 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於使用在基板上設有發熱電阻與保險絲元 件的保護元件、以防止電池組之過電流與過電壓的保護電 路。 【先前技術】 在行動電話或筆記型電腦等之移動式電子機器普及之 同時，鐘離子電池之市場亦日漸擴大。而此等移動式電子 機器中，通常係使用串聯一〜四個鋰離子電池之電池組來 作為電源。此種電池組，在鋰離子電池充電時若過度充電 (即過電壓）的話，即有可能起火或冒煙，為防止此情形設 有保護電路。 此保護電路，須從過電流與過電壓兩者來保護電池。 因此，係使用具備··在基板上設有發熱電阻與保險絲元件 之保護元件、以及用以檢測過電壓以切換流動於保護元件 之電流之偵測機構的保護電路。此保護電路 :保險絲元件，另一方面，在過電料，價測元二= 流急遽地流動於發熱電阻，藉此使發熱電阻發熱，而以該 熱使保險絲元件炼斷（專利文獻1 )。 專利文獻1 :曰本專利2790433號公報 近年來，隨著使用較大電流之移動型電子機器市場的 擴大，作為電池組，係超過習知串聯低於四個之鐘離子電 池的額定電壓、而開始使用串聯十個左右之額定電壓者。 另-方面，上述電池組之保護電路中，作用於保護元 1296122 件之發熱電阻的„ ’係取決於構成電池 數。因此，為了在過度充電時使保護元件之伴^池^ 崔實賴須就電池之各串聯數排列保護元件 :電阻值之發熱電阻），而在電池組之額定電壓從鍾離： 电池之串聯數低於四者到十左右者多樣化的今天，因產。口 多樣化造成之成本上升以至於價格上升成為―個問題。°° 例如：第6圖之保護電路ιχ或第7圖之保護電路ιγ 中’保護兀件2Α，2Β係分別由設於基板上之發熱電阻3 與保險絲元件4所構成’其可動作電力為10W〜2QW，電池 組5内-個電池6之最大電壓為4V，當假定設有電屋偵測 用IC8與FET9來作為偵測機構7時，作為保護元件2a，2b， 就構成電池組5之每一電池6的串聯數，須備齊具有表^ 之電阻值者來作為發熱電阻3。

假如’在串聯數為十之電池組5中，當使用對應串聯 數為四之電池組5之25Ω的發熱電阻，來組成第6圖之保 護電路1X時，在過度充電時，藉由電壓偵測用丨C8檢測 出電池組5兩端之過電壓，據以改變FET9之閘極電位， 當大電流流過發熱電阻3時，發熱電阻3之消耗電力w， 根據下式 W=V* V/R = 40* 40/25 = 64W 為64W，大幅超過可動作範圍之1〇〜20W。因此，在保

6 1296122 險絲元件4溶斷前，此發熱電阻3已先_斷 因此，作為保護元件2A，2B之级& 、七熱電阻3，須使用豆 電阻值對應電池組5之電壓者。 另一方面，使用於大電流用途 <〈移動式電子機器的電 池組，保護元件之保險絲元件亦須 j肩為用於大電流者，從此 點來看，亦須有具備各種額定保降 示險絲疋件之保護元件系 列’而使保護元件之成本上升以至於作 主於彳貝格上升成為一個問 題。 因此，本發明之目的係提供_種保護電路，呈使用在 基板上設有發熱電阻與保險絲元件之保護元件、以及偵測 機構從過電流與過電壓來保護電池組的保護電路，能不受 電池組之額定電流或額定電壓之限 心限制，而使用共通之保護 元件。 【發明内容】 本發明者群等，在從過電流或過電壓來保護串聯複數 個二次電池之電池組的保護電路中，纟因過電壓使保護電 路作動時，為了在保護元件之動作可能範圍内使電壓施加 於該保護元件之發熱電p且’而發現了下述情形，即：⑴ 在达電壓枯，並非使在電池組内串聯之電池數全部、而係 使既定個數之電池電壓施加於發熱電阻較為有效，（2)當 :偵測機才冓來檢測過電壓_，所檢測出之電壓i不一定要 係在電池組内串聯之電池全數的電壓，而只要檢測出所串 敎㈣㈣電池的„即可’又，在較大電流之用途中， 只要將保護元件並聯排列複數級，即可使用與通常用途共 7 1296122 -通之額定保護元件，藉由發現上述各點而完成了本發明。 亦即，第1本發明為提供一種保護電路，係從過電流 與過電壓來保護串聯二次電池之電池組，其特徵在於： . 該保護電路，具有：保護元件，係於基板上設有發熱 電阻與保險絲元件；以及偵測機構’係檢測電池組内任意 電池間之過電壓，以切換流動於該發熱電阻之電流； 在過電流時熔斷保險絲元件； Φ 且该電池間之過電壓時，藉由以偵測機構使流動於發 熱電阻之電流導通，來使發熱電阻發熱而熔斷保險絲元 件，特別係在此保護電路中，提供一種設置有複數個偵測 機構（用以檢測出不同電池間之過電壓）之態樣。 又，第2本發明為提供一種保護電路，係從過電流與 過電壓來保護串聯二次電池之電池組，其特徵在於： 该保護電路，具有··保護元件，係於基板上設有發熱 電阻與保險絲元件；以及偵測機構，係檢測電池組内任意 φ 電池間之過電壓，以切換流動於該發熱電阻之電流； 保護元件係並聯複數個； 過電流時，在各保護元件熔斷保險絲元件； 在該電池間之過電壓時，藉由以偵測機構使流動於發 熱電阻之電流導通，使電池組内之既定數個電池之電壓施 加於各保護元件的發熱電阻，使發熱電阻發熱來熔斷保險 絲元件。 弟1及第2之本發明’係分別從過電流與過電壓來保 護串聯二次電池之電池組的保護電路，其具有在基板上設 8 1296122 有發熱電阻與保險絲元件的保護元件、以及過電壓之偵測 機構。 其中’第1保護電路，在以偵測機構偵測出過電壓， • 使流動於保護元件之發熱電阻的電流導通、而將電壓施加 於該保護元件之發熱電阻時，偵測電壓並不係在電池組内 串％之電池全數的電壓，而係所串聯之任意電池間的電 壓。因此’在電池串聯數較多之電池組用保護電路所使用 鲁的保護元件、與在電池串聯數較少之電池組用保護電路所 使用的保護元件之間，能使發熱電阻共通化。藉此，能避 免生產多種保護元件，降低保護元件之製造成本。又，根 據此保護電路，能以額定電壓較低之電壓偵測用1C，來檢 測出額定電壓較高之電池組的過電壓。此處，當偵測電壓 為任意電池間之各個電池間的電壓時，能根據每一電池组 内各個電池之特性不均來觀察充電狀態。又，此保護電路 中’為了檢測出電池組内不同電池間之過電壓、而設置複 Φ 數個偵測機構時，即使因電池之串聯數較多，而使電池組 整體不存有用以檢測過電壓之額定電壓較高的電壓偵測用 1C，亦能使用既有之低額定電壓的電壓偵測用IC(對應電 池串聯數較少之電池組）來組成保護電路。 第2保護電路，由於保護元件係串聯，因此保險絲元 件係並聯。藉此，能使電池組有較大電流流動之保護元件、 與電池組有較小電流流動之保護元件中，其保護元件之保 險絲元件共通化，以降低保護元件之製造成本。據此，能 顯著地降低保護電路整體之成本。 ⑧ 1296122 【實施方式】 以下’根據圖式詳細說明本發明。此外，I圖中相同 付號係代表相同或同等之構成要件。 ^第1圖，係本發明第1實施例之保護電路1A。此保護 電路1A，係從過電流與過電壓保護串聯十個二次電池 〜6-1 〇之電池組5者，具有保護元件2a與偵測機構7。 保護元件2A，如特許2790433號公報（專利文獻υ、 特開2000 — 285778號公報等所記載，係將發熱電阻3與 保險4元件4没於基板上、藉由發熱電阻3之通電發熱來 熔斷保險絲元件者。 偵測機構7係由電壓偵測用1(：8與FET9構成。電壓偵 :用IC8，係偵測帛"虎電池6」與第4號電池6 —4間之 電壓，並連接成能使該檢測訊號輸出至FET9之閘極。如 此，藉由連接電壓偵測用IC8，而能使用適合用於偵測四 個電池之串聯電壓的電壓偵測用IC8，來檢測出串聯十個 電池之電池組5的過電壓。特別是，由於此保護電路ΐβ 中’電壓僧測IC8係連接成能檢測出第！號電池η與 第4號電池6-4間之各電池間的電壓，因此即使收容於電 池組5之各電池有特性不均、或充電時於各電池電壓產生 不均之情形，亦能就每一電池檢測出過電壓。 當此保護電路1Α中於電池組5產生過電流時，保護元 件2A之保險絲元件4即會熔斷，又，當於電池組5產生 過電壓時，FET9之閘極電位即會達既定電位以上而呈導通 狀態，使電流急遽地流動於FET9之汲極—源極間，據此，

10 1296122 電流急遽地流動於保護元件1A之發熱電阻3，使發熱電阻 3發熱而熔斷保險絲元件4。 此處’由於簡之源極側端子係連料電池組5内之

電池6 ——5之間1此在導通之狀態下作用於發 熱電阻3之電星，係以此連接位置所決定之四個電池的串 聯電壓’而非電隸5兩端之電塵。藉此，根據此保護電 路’使用發熱電阻3(適於在導通狀態施加於發熱電阻3之 四個分的電池串聯電壓)亦能對應串聯十個電池之電池組5 兩端的過電壓，而謀求保護電路之低成本。 此外，考量到因電池間之短路造成的故障時，在導通 之狀態下’雖儘可能將較多串聯數之電池電壓施加於發熱 電阻3較佳，但因電池間短路之可能性極低，因此在實用 方面，只要將串聯數大於二之電池電壓施加於發熱電阻3 即可。 又’第1圖之保護電路1A中，之所以將電阻R設於FET9 φ 之閘極與源極間，係在電壓偵測用IC8檢測出過電壓時為 了使N通道TFT導通，必須將fET9之閘極電位設成高於 源極電位一定程度之故。 弟2圖之保護電路1B’與第1圖之保護電路ία同樣 地’係將電壓偵測用IC8-1，連接成可偵測第1號電池6一 1與苐4號電池6-4間之電壓，並進一步地，在剩下之電 池6-5與第7號電池6-7之電池間亦連接電壓偵測用IC8 一 2 ’以設置兩段電壓偵測用IC，當任一電壓偵測用IC8 — i、 8一2偵測到過電壓時，皆能使保護元件2A之保險絲元件炼 11 1296122 斷’以從過充電保護電池組5。 亦即，在第1號電池6-1與第4號電池6-4之間，只 要任一電池產生過電壓的話，即會因電壓偵測用使 FET9-3之閘極電位上升，FET9-3成為導通，使電流急遽 地流動於保護元件之發熱電阻3，而使發熱電阻3發熱以 熔斷保險絲元件。 另一方面，在第5號電池6-5與第7號電池6-7之間， 當任一電池發生過電壓的話，首先，藉由電壓偵測用IC8 — 2使FET9-1之閘極電位變高，電流急遽地流動於此FET9-1之汲極-源極，藉此使FET9-2之閘極電位下降。由於此 FET9-2係P通道FET，因此藉由閘極電位之降低而成為導 通’使電流急遽地流動於該汲極-源極間。藉此，FET9-3 之閘極電位上升，FET9-3成為導通，使電流急遽地流動於 保護元件之發熱電阻3 ’而使發熱電阻3發熱以溶斷保險 絲元件4。又，二極體D-1，D-2之設置，係為了避免在3 之閘極電位上升時，傳至另一電路而使電位不會下降。 因此’根據此保遵電路1B ’例如，可使用對應電池串 聯數四或三之電壓偵測用IC8-1、8-2，而完全防止產生於 串聯數十之電池組之過電壓。換言之，即使因電池之串聯 數較多，而使電池組整體不存在用以檢測過電壓之額定電 壓較高的電壓偵測用1C，亦能使用既有低額定電壓的電壓 偵測用1C(對應電池串聯數較少之電池組）來組成保護電 路。 第3圖係對應大電流用電池組之本發明第2實施例的 ⑧ 12 1296122 保濩電路l c。此保護電路〗c，係並聯設置四個與上述同 樣之保護元件2A。據此，在電池組5通常之通電狀態下， 大電流流動，而在單獨設置保護元件2A之情形下，即使 保險絲兀件4熔斷時，根據此保護電路丨c，由於在保護元 件2A中通電路徑被分為四條，因此能使保險絲元件4不 被炼斷。 另一方面，在過電流時各保護元件2A之保險絲元件4 會熔斷。因此，根據此保護電路lc，能使大電流流動於電 池組之保護電路與較小電流流動於電池組之保護電路中， 使保護元件之保險絲元件共通，而能降低保護元件之製造 成本。 此外，使保護元件並聯之電路中，因過電流使保險絲 元件熔斷時，例如，產生第4或5圖所示之熔斷時，在保 險絲元件4熔斷後於電路亦會殘留如箭頭所示之導通路 徑。為防止在保險絲元件熔斷後留下此種導通路徑，最好 是將整流元件連接於發熱電阻，第3圖所示之保護電路lc 中，係將二極體連接於保護元件2A。或者，亦可將fET連 接於保護元件2A來作為整流元件。 又，此保護電路1C，係依據第2圖之保護電路丨B中 設置2段電壓偵測用ic，來設置3段電壓偵測用IC，而 於各電壓债測用IC8-1、8 —2、8 —3使用適合债測電池串聯 數二〜四之電壓。各電壓偵測用IC8-1、8-2、8-3，並不 僅偵測電池列兩端之電壓，亦偵測各電池之電壓。因此， 根據此保護電路1C，即使十個電池6 -1〜6 -1 〇之任一個產 13 1296122 生過充電時，三個電壓偵測用IC8-1、χ。 — 士一 1囡 即會偵測出過充電，使FET9-3導通，電池6_卜6_4之4 個份的串聯電壓施加於保護元件2Α之各發熱電阻3，而使 發熱電阻3發熱以熔斷保險絲元件。 α & L ~ + r 如此，根據此保護電 路1C，能使用電壓偵測用iC(適合偵 、、口 1貝測串聯二〜四個電池 之電壓）與保護元件，來組成電池串 甲邮數為十之電池組的 良好保護電路。 本發明之保護電路可用來作為行動電話、筆記型電腦、 電動車、電動機車等之各種額定電壓、額定電流之電池組 的保護電路。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明不同態樣之保護電路。 第2圖係本發明不同態樣之保護電路。 第3圖係本發明不同態樣之保護電路。 第4圖係在保護元件之並聯電路中、保險絲元件熔斷 時之導通路的說明圖。 第5圖係在保護元件之並聯電路中、保險絲元件熔斷 時之導通路的說明圖。 第6圖係習知保護電路之問題點的說明圖。 苐7圖係習知保護電路之問題點的說明圖。 【主要元件符號說明】 IX，1Y 習知保護電路 1A，1B，1C 實施例之保護電路 2A，2B 保護元件 14 1296122

3 發熱電阻 4 保險絲元件 5 電池組 6，6-1〜6-10 電池 7 偵測機構

8，8 -1，8 - 2，8 - 3 電壓 4貞測用 IC

9, 9-1， 9-2, 9-3 FET 15

Claims (1)

1296122 十、申請專利範圍： 1、 一種保護電路，係從過電流與過電壓保護串聯二次 電池之電池組，其特徵在於·· 該保護電路’具有：保護元件，係於基板上設有發熱 電阻與保險絲元件；以及偵測機構，係檢測電池組内任意 電池間之過電壓’以開關流動於該發熱電阻之電流； 在過電流時保險絲元件熔斷，且在該電池間之過電壓 時’以偵測機構使流動於發熱電阻之電流導通，據此發熱 • 電阻發熱而使保險絲元件熔斷。 2、 如申請專利範圍第1項之保護電路，其中，設有檢 測不同電池間之過電壓的複數個偵測機構，任一電池間之 過電壓時’藉由偵測機構使流動於發熱電阻之電流導通。 3、 如申請專利範圍第1或2項之保護電路，其中，在 該電池間之過電壓時，電池組内之既定數個電池之電壓係 施加於發熱電阻。 4、 一種保護電路，係從過電流與過電壓保護串聯二次 釀電池之電池組，其特徵在於： 该保護電路，具有：保護元件，係於基板上設有發熱 電阻與保險絲元件；以及彳貞測機構，係檢測電池組内任意 電池間之過電壓，以開關流動於該發熱電阻之電流； 保護元件係並聯複數個； 過電流時，在各保護元件之保險絲元件熔斷且在該電 池間之過電壓時，以偵測機構使流動於發熱電阻之電流導 通’據此，電池組内之既定數個電池之電壓即施加於各保 16 1296122 護元件的發熱電阻，而使發熱電阻發熱、熔斷保險絲元件。 5、如申請專利範圍第4項之保護電路，其中，係於發 熱電阻連接整流元件，俾在因過電流而保險絲元件未完全 熔斷時，不會透過發熱電阻殘留導通電阻。 Η•一、圖式： 如次頁

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