TWI431884B - Battery protection circuit and battery device - Google Patents

Description

電池保護電路及電池裝置

本發明係關於保護串聯連接之複數電池之電池保護電路及電池裝置。

筆記型電腦或行動電話等攜帶機器，有的具有串聯連接的複數個電極及具有第1～第2電池保護電路之電池裝置。第1電池保護電路，控制電池的充放電而保護電池。在第1電池保護電路應該動作而萬一未動作的場合，電池成為過充電狀態，第2電池保護電路會以電池不引起著火的方式停止電池裝置的功能。第2電池保護電路擔任電池的最終保護功能，所以第2電池保護電路動作的話，電池裝置變成無法使用(例如參照專利文獻1)。

具體而言，如圖4所示，第2電池保護電路10監視電池BAT1～BAT4的電壓，其電壓成為特定電壓以上時，第2電池保護電路10切斷被設於充放電路徑之保險絲20，切斷充放電路徑，電池裝置因而停止。

[專利文獻1]日本專利特開2000-295777號公報

此處，如圖4所示，第2電池保護電路10，具有被連接於中間端子VC2之P型井12a與N型基板(N sub)之間之寄生二極體。此外，第2電池保護電路10，具有把基極(base)作為N型基板，將射極(emitter)作為P型井12a而將集極(collect)作為P型井12b之寄生雙極電晶體12。此外，最上段之電池BAT1之正極端子為電源端子VDD，最下段之電池BAT4之負極端子為接地端子VSS，電池BAT2～BAT3之端子為中間端子VC1～VC3。

如此一來，例如僅中間端子VC2及接地端子VSS被連接於電池的場合，由中間端子VC2往電源端子VDD中介著寄生二極體流著順方向電流，由於此順方向電流(基極電流)使寄生雙極電晶體12動作，所以邏輯電路11會有誤動作。藉由此誤動作，第2電池保護電路10會輸出使電池裝置成為無法使用的訊號。

因而，第2電池保護電路10的各端子與各電池之連接的順序相關的限制是有所必要的，使得電池裝置的製造程序變得複雜而生產率變低，電池裝置的製造成本變高。

本發明，有鑑於前述課題，提更了可以使製造成本降低之電池保護電路及電池裝置。

本發明為了解決前述課題，提供一種電池裝置，係具備保護串聯連接的複數電池，具有最上段的前述電池之正極端子中介著開關群而被連接之電源端子與最下段的前述電池之負極端子中介著前述開關群而被連接之接地端子與前述電池間之連接點中介著前述開關群被連接的中間端子之電池保護電路之電池裝置；其特徵為具備：具有監視各前述電池的電壓之複數監視電路、當前述電池的電壓成為特定電壓以上時，以各前述電池之充放電路徑被遮斷的方式動作之邏輯電路、設於前述中間端子之第一井、不設於前述中間端子而被接近配置於前述第一井之第二井、以及不設於前述中間端子，而被接近配置於前述第一井，以包圍前述第一井的方式被配置之第三井的前述電池保護電路，以及，複數之前述電池、前述開關群。

此外，本發明為了解決前述課題，提供一種電池裝置，係具備保護串聯連接的複數電池，具有最上段的前述電池之正極端子中介著開關群而被連接之電源端子與最下段的前述電池之負極端子中介著前述開關群而被連接之接地端子與前述電池間之連接點中介著前述開關群被連接的中間端子之電池保護電路之電池裝置；其特徵為具備：具有監視各前述電池的電壓之複數監視電路、當前述電池的電壓成為特定電壓以上時，以各前述電池之充放電路徑被遮斷的方式動作之邏輯電路、設於前述中間端子之第一井、不設於前述中間端子而被接近配置於前述第一井之第二井、以及不設於前述中間端子，而被接近配置於前述第一井，以包圍前述第一井的方式被配置之第三井的前述電池保護電路，以及，複數之前述電池、前述開關群。

在本發明，電池保護電路之所有的端子分別被連接於各電池之前，依照這些之連接的順序，使得即使第一井及第二井導致的寄生雙極電晶體之動作導致邏輯電路誤動作，也藉由第一井及第三井導致的寄生雙極電晶體之動作使邏輯電路重設(reset)，所以藉由這些之連接順序，電池的充放電路徑不會被遮斷。因而，關於這些連接的順序之限制被消除，電池裝置的製造程序變得簡單生產率變高，電池裝置的製造成本變低。

以下，參照圖面說明本發明之實施型態。

(第1實施型態)

首先，說明電池保護電路之構成。圖1係顯示電池保護電路之圖。圖2係顯示電池保護電路之配置圖。

電池裝置，具有電池BAT1～BAT4，開關SW1～SW5，電池保護電路30以及保險絲20。電池保護電路30，具備電源端子VDD、中間端子VC1～VC3、接地端子VSS以及輸出端子VOUT。此外，電池保護電路30，具備下拉電阻34、比較電路36～39、基準電壓電路36a～39a以及邏輯電路31。邏輯電路31，具有重設電路31a。比較電路及基準電壓電路，發揮作為監視電路的功能。

比較電路38，具有P型井32a及P型井33b。邏輯電路31，具有P型井32b。電池保護電路30，具有被連接於中間端子VC2之P型井32a與N型基板(N sub)之間之寄生二極體。此外，電池保護電路30，具有把基極(base)作為N型基板(N sub)將射極(emitter)作為P型井32a而將集極(collect)作為P型井32b之寄生雙極電晶體32。此外，電池保護電路30，具有把基極(base)作為N型基板(N sub)將射極(emitter)作為P型井32a而將集極(collect)作為P型井32b之寄生雙極電晶體33。

電池BAT1～BAT4，依序被串聯連接。電池BAT1之正極端子，中介著開關SW1被連接於電源端子VDD。電池BAT2之正極端子，中介著開關SW2被連接於中間端子VC1。電池BAT3之正極端子，中介著開關SW3被連接於中間端子VC2。電池BAT4之正極端子，中介著開關SW4被連接於中間端子VC3。電池BAT4之負極端子，中介著開關SW5被連接於接地端子VSS。此外，電池BAT1之正極端子，中介著保險絲20被連接於充電器(未圖示)或負荷(未圖示)。電源端子VDD與中間端子VC1與中間端子VC2與中間端子VC3分別被連接於比較電路36～39之非反轉輸入端子。基準電壓電路36a～39a之輸出端子，分別被連接於比較電路36～39之反轉輸入端子。比較電路36～39之輸出端子，分別被連接於邏輯電路31之各輸入端子。邏輯電路31之輸出端子，被連接於輸出端子VOUT。輸出端子VOUT與電池BAT1之正極端子之間設有保險絲20。下拉電阻34，一端被連接於接地端子VSS，另一端被連接於P型井33b及重設電路31a之輸入端子。

寄生雙極電晶體32，基極被連接於電源端子VDD，射極被連接於P型井32a，集極被連接於32b。寄生雙極電晶體33，基極被連接於電源端子VDD，射極被連接於P型井32a，集極被連接於32b。P型井32a，被連接於中間端子VC2。下拉電阻34，一端被連接於接地端子VSS，另一端被連接於P型井33b及重設電路31a之輸入端子。

又，電源端子VDD與邏輯電路31之間，設有由電源端子VDD之電壓產生比電源端子VDD的電壓還低的一定電壓之電壓調節器(未圖示)。此外，於比較電路36～39與邏輯電路31之間，設有使比較電路36～39之輸出電壓的位準降低移位的位準偏移(level-shifter)電路(未圖示)。此外，於邏輯電路31與輸出端子VOUT之間，設有使邏輯電路31之輸出電壓的位準升高移位的位準偏移(level-shifter)電路(未圖示)。

此處，P型井32a，被設於中間端子VC2。P型井32b，不設於中間端子VC2，被配置於接近P型井32a。P型井33b，不設於中間端子VC2，被配置於接近P型井32a，以包圍P型井32a的方式被配置。

此外，重設電路31a，以使P型井33b的電壓到達中間端子VC2的電壓附近時使重設電路31a的輸出端子的電壓成為高(high)的方式設計電路。

此外，基準電壓電路36a～39a產生基準電壓。根據基準電壓，基準電壓電路36a～39a以及比較電路36～39分別監視電池BAT1～BAT4之電壓。電池BAT1～BAT4的電壓成為基準電壓以上時，邏輯電路31以遮斷電池BAT1～BAT4的充放電路徑的方式動作。

此外，比較電路36～39以及基準電壓電路36a～39a之電源電壓，係電源端子VDD之電壓。總之，比較電路36～39以及基準電壓電路36a～39a，位於高電位區域。邏輯電路31之電源電壓，係比藉由電壓調節器產生的電源端子VDD的電壓還要低的一定之電壓。總之，邏輯電路31，位於低電位區域。

此外，電池保護電路30，被形成於N型基板(N sub)。

其次，說明電源端子VDD被連接之前有中間端子VC2被連接，電池保護電路30成為與電池BAT1～BAT4連接中，僅開關SW3與開關SW5為打開(ON)，中間端子VC2被連接於電池BAT3之正極端子，接地端子VSS被連接於電池BAT4之負極端子的場合之電池保護電路30的動作。

P型井32a成為電池保護電路30的最高電壓，所以由中間端子VC2對電源端子VDD中介著寄生二極體流動著順方向電流，藉由此順方向電流(基極電流)使寄生雙極電晶體32動作。藉此，電流由作為射極之P型井32a往作為集極之P型井32b流動，P型井32b之電壓成為中間端子VC2之電壓。

此時，與前述同樣，寄生雙極電晶體33也動作，電流由作為射極之P型井32a往作為集極之P型井33b流動，P型井33b之電壓也成為中間端子VC2之電壓，重設電路31a之輸入端子的電壓成為高位準。如此一來，重設電路31a強制地重設羅極電路31內部的特定之雙穩態多諧震盪器(flip-flop)(未圖示)等，所以邏輯電路31被重設，邏輯電路31不輸出使電池裝置成為不能使用的訊號。

此處，中間端子VC2的電壓，藉由寄生雙極電晶體32～33成為與電源端子VDD之電壓幾乎相等。此電源端子VDD之電壓，係邏輯電路31及重設電路31a之電源電壓，中間端子VC2隻電壓，變成邏輯電路31以及重設電路31a之電源電壓。藉此，P型井33b的電壓成為中間端子VC2的電壓附近時，邏輯電路31以及重設電路31a認識到P型井33b的電壓成為高(high)。

其次，說明電池保護電路30結束連接至電池BAT1～BAT4，開關SW1～SW5打開(ON)，接地端子VDD被連接於電池BAT1之正極端子，中間端子VC1～VC3被連接於電池BAT2～BAT4之正極端子，接地端子VSS被連接於電池BAT4之負極端子的場合之電池保護電路30的動作。

N型基板成為電池保護電路30的最高電壓，所以並不由中間端子VC2對電源端子VDD中介著寄生二極體流動著順方向電流，而寄生雙極電晶體32～33不動作。因而，消費電流減少了這一部份。此處，下拉電阻34把P型井33b下拉(pull-down)，所以P型井33b之電壓被確定在接地電壓附近。

此外，電池BAT1～BAT4被充電，電池BAT1～BAT4之電壓變高，電池BAT1～BAT4之中之任一個之電池，例如電池BAT3之電壓變成基準電壓電路38a之基準電壓以上時，比較電路38之輸出電壓變成高位準。此時，電池BAT3之狀態為過充電狀態。此高位準訊號，藉由邏輯電路31施以延遲處理等，由輸出端子VOUT作為過充電檢測訊號而輸出。

此外，根據邏輯電路31之延遲處理中，電池BAT3之電壓未達基準電壓電路38a的基準電壓時，比較電路38的輸出電壓變成低位準。此時之電池BAT3之狀態為通常狀態。此低位準訊號，輸入至重設電路31a之輸入端子作為過充電檢測解除訊號。

如此一來，電池保護電路30之所有的端子分別被連接於各電池BAT1～BAT4之前，依照這些之連接的順序，使得即使P型井32a～32b導致的寄生雙極電晶體32之動作導致邏輯電路31誤動作，也藉由P型井32a及P型井33b導致的寄生雙極電晶體33之動作使邏輯電路31被重設(reset)，所以藉由這些之連接順序，電池BAT1～BAT4的充放電路徑不會被遮斷。因而，關於這些連接的順序之限制被消除，電池裝置的製造程序變得簡單生產率變高，電池裝置的製造成本變低。

此外，僅藉由設置P型井33b及下拉電阻34，邏輯電路31就不會誤動作，所以使用複雜的製造過程以使邏輯電路31不要誤動作的方式分離元件變成不再是必要，複雜的製造過程變成非必要。因而，製造成本降低。

又，於圖2，僅記載關於中間端子VC2之寄生二極體以及寄生雙極電晶體，但雖未圖示，但關於中間端子VC1以及中間端子VC3之寄生二極體以及寄生雙極電晶體也是存在的。此時，被連接於各中間端子的各P型井，亦可以1個P型井包圍，亦可以分別的P型井分別包圍。

此外，邏輯電路31具有P型井32b，但基準電壓電路或比較電路亦可具有P型井32b。

此外，於圖2使用4個電池，但亦可使用不滿4個或者5個以上之電池。此時，配合電池之數目，設置包圍開關與中間端子與被連接於中間端子的P型井之P型井。

此外，過充電檢測解除訊號被電路設計為高(High)訊號的場合，過充電檢測解除訊號之節點亦可被連接於P型井33b。此時，過充電檢測訊號即使被輸出P型井33b之電壓成為高位準，邏輯電路31也不會輸出使電池裝置成為不能使用的訊號。

此外，來自其他重設功能的輸出端子也可以被連接於P型井33b。此時，即使其他的重設功能動作使P型井33b之電壓成為高位準，邏輯電路31也不會輸出使電池裝置成為不能使用的訊號。

此外，電池保護電路30被形成於N型基板(N sub)，電源端子VDD與中間端子VC1～VC3與接地端子VSS依序分別被連接於電池BAT1~BAT4時，邏輯電路31不輸出使電池裝置無法使用的訊號。

此外，電池保護電路30被形成於P型基板(P sub)，接地端子VSS與中間端子VC3～VC1與電源端子VDD依序分別被連接於電池BAT4～BAT1時，邏輯電路31不輸出使電池裝置無法使用的訊號。

(第2實施型態)

此處，電池保護電路30被形成於N型基板，但如圖3所示，電池保護電路40亦可被形成於P型基板。如此一來，寄生雙極電晶體，在圖2係PNP雙極電晶體，但在圖3為NPN雙極電晶體。此外，保險絲20，在圖2係設於輸出端子VOUT與電池BAT1之正極端子之間，但在圖3，係被設於輸出端子VOUT與電池BAT4之負極端子之間。

首先，說明電池保護電路之構成。圖3係顯示電池保護電路之配置圖。

電池裝置，具有電池BAT1～BAT4，開關SW1～SW5，電池保護電路40以及保險絲20。電池保護電路40，具備電源端子VDD、中間端子VC1～VC3、接地端子VSS以及輸出端子VOUT。此外，電池保護電路40，具備上拉電阻44、比較電路(未圖示)、基準電壓電路(未圖示)以及邏輯電路41。邏輯電路41，具有重設電路41a。比較電路及基準電壓電路，發揮作為監視電路的功能。

比較電路42，具有N型井42a及N型井43b。邏輯電路41，具有N型井42b。電池保護電路40，具有被連接於中間端子VC2之N型井42a與P型基板(P sub)之間之寄生二極體。此外，電池保護電路40，具有把基極(base)作為P型基板(P sub)將射極(emitter)作為N型井42a而將集極(collect)作為N型井42b之寄生雙極電晶體42。此外，電池保護電路40，具有把基極(base)作為P型基板(P sub)將射極(emitter)作為N型井42a而將集極(collect)作為N型井42b之寄生雙極電晶體43。

此處，N型井42a，被設於中間端子VC2。N型井42b，不設於中間端子VC2，被配置於接近N型井42a。N型井43b，不設於中間端子VC2，被配置於接近N型井42a，以包圍N型井42a的方式被配置。

此外，重設電路41a，以使N型井43b的電壓到達中間端子VC2的電壓附近時使重設電路41a的輸出端子的電壓成為低(low)的方式設計電路。

其次，說明接地端子VSS被連接之前有中間端子VC2被連接，電池保護電路40成為與電池BAT1～BAT4連接中，僅開關SW1與開關SW3為打開(ON)，電源端子VDD被連接於電池BAT1之正極端子，中間端子VC2被連接於電池BAT3之正極端子的場合之電池保護電路40的動作。

N型井42a之電壓成為中間端子VC2之電壓，P型基板之電壓成為比N型井42a的電壓更高時，由接地端子VSS往中間端子VC2中介著寄生二極體流有順方向電流，藉由此順方向電流(基極電流)使寄生雙極電晶體42動作。藉此，電流由作為集極之N型井42b往作為射極之N型井42a流動，N型井42b之電壓成為中間端子VC2之電壓。

此時，與前述同樣，寄生雙極電晶體43也動作，電流由作為集極之N型井43b往作為射極之N型井42a流動，N型井43b之電壓也成為中間端子VC2之電壓，重設電路41a之輸入端子的電壓成為低位準。如此一來，重設電路31a強制地重設羅極電路41內部的特定之雙穩態多諧震盪器(flip-flop)(未圖示)等，所以邏輯電路41被重設，邏輯電路41不輸出使電池裝置成為不能使用的訊號。

BAT1～BAT4．．．電池

SW1～SW5．．．開關

VDD．．．電源端子

VC1～VC3．．．中間端子

VSS．．．接地端子

VOUT．．．輸出端子

20．．．保險絲

30．．．電池保護電路

31．．．邏輯電路

31a．．．重設電路

32～33．．．寄生雙極電晶體

32a～32b,33b．．．P型井

34．．．下拉電阻

36～39．．．比較電路

36a～39a．．．基準電壓電路

圖1係顯示電池保護電路之圖。

圖2係顯示電池保護電路之配置圖。

圖3係顯示電池保護電路之配置圖。

圖4係顯示從前之電池保護電路之配置圖。

BAT1～BAT4．．．電池

SW1～SW5．．．開關

VDD．．．電源端子

VC1～VC3．．．中間端子

VSS．．．接地端子

VOUT．．．輸出端子

20．．．保險絲

30．．．電池保護電路

31．．．邏輯電路

31a．．．重設電路

32～33．．．寄生雙極電晶體

32a～32b,33b．．．P型井

34．．．下拉電阻

Claims (2)

1. 一種電池保護電路，係保護串聯連接的複數電池之電池保護電路，其特徵為具備：前述複數電池之中最上段的電池之正極端子中介著開關群而被連接之電源端子、前述複數電池之中最下段的電池之負極端子中介著前述開關群而被連接之接地端子、前述複數電池間之連接點中介著前述開關群被連接的中間端子、監視各前述電池的電壓之複數監視電路、當前述電池的電壓成為特定電壓以上時，以各前述電池之充放電路徑被遮斷的方式動作之邏輯電路、設於前述中間端子之第一井、不設於前述中間端子而被接近配置於前述第一井之第二井、以及不設於前述中間端子，而被接近配置於前述第一井，以包圍前述第一井的方式被配置之第三井。
2. 一種電池裝置，係具備保護串聯連接的複數電池，具有最上段的前述電池之正極端子中介著開關群而被連接之電源端子與最下段的前述電池之負極端子中介著前述開關群而被連接之接地端子與前述電池間之連接點中介著前述開關群被連接的中間端子之電池保護電路之電池裝置；其特徵為具備：具有監視各前述電池的電壓之複數監視電路、當前述電池的電壓成為特定電壓以上時，以各前述電池之充放電路徑被遮斷的方式動作之邏輯電路、設於前述中間端子之第一井、不設於前述中間端子而被接近配置於前述第一井之第二井、以及不設於前述中間端子，而被接近配置於前述第一井，以包圍前述第一井的方式被配置之第三井之前述電池保護電路，以及，複數之前述電池、前述開關群。