用于电池组保护的涓流放电的制作方法

专利名称：用于电池组保护的涓流放电的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池^/放电电路和电池组f尉户，尤其涉及倉的多进行涓流预充电 禾口/或涓流放电的电池形放电电路。本发明的实用性可以在用于可便携电子设备
中的^/放(%/{*^系统中发现，例如，膝上型计#1几，PDA,手机，和/或具有可
再充电电池的任意类型的电子设备。
背景技术：
可再充电电池，尤其是锂离子电池，需要从电量^l^态进行涓流预充电 (恢复充电)以避 电池产生损坏。当可再充电电池被IW并且其电池 电压变得低于阈值电压Vuv时，不能{顿大的充电电》縱行直接的充电。相反， 需要预充电模式。在预充电模式，使用小的充电电流，直到电池电压被充电到 大于电压Vuv，然后它才可以以正常模式被充电，也就是，通过较大的充电电 、舰行充电。对于锂离子电池， 一个单元电芯的阈值电压 魏2.4￥ 3.(^，取决 于电池类型和制造者。预充电电流大约10mA 100mA。然而，正常的充电电流 可以是几百毫安至几安培，取决于电池容量。
图1A示出了锂离子可再充电电池的充电分布图50。当电池电压高于V, 电池进入恒定电流(CC)充电模式，大的恒定电流用于对电^it行快速充电(电 池电压也随着电池电量增加而增加)。当电池电压增加到V(w，其代 电压(对 于锂离子电池正常的过压电压大约在4.2V左右)，电 t^SA恒定电压(CV)充电 模式。在这种模式中，充电器保持在电压Vov，充电电》HM渐减少。当充电电 流减少到预定最小值，例如50mA，充电禾ij^停止。在CV充电模式中，充电器 必须将电压精确地调整到Vov (，在+Z-0.005V)。如果，充电输出大于Vov， 那么将会发tot电池的过充电，这会导致锂离子电池的安全问题。
图1B中示出了实现预充电的传统电路10。与电阻14串联的预充电 MOSFET 12用于预充电。在预充电的时刻，充电FET16关闭，预充电FET12 开启。因此，预充电电流大致是由充电器输入电压VPACK+和总单元电压Vce11
之间的压差除以串联电阻14 Rpre决定。当存在八<:适配對未示出)并且\^^(^+ 高于单元电压V^，充电或预充电将基于每一单元的初始电压而开始。如果任意 单元中的电压低于阈值Vw，电池组将i4A预充电模式。否则将开始正常充电。
本领域技术人员将承认图1B中的电路10包括电池监视器IC20，其包括监 视电池组22的每一单元(Celll,Ce112.....Cel14)的电压和电流的电路。这样的电 路可以包括用以采样每一单元电压的开关网络24。为了控制预充电MOSFET 12 的操作，传统电路10包括一比较器26，其可以M开关30将直定参考电压28 (Vuv)与每一单元的电压进行比较。
然而，图1B中示出的电路的一^^夫陷是需要一额外的MOSFET(也就是， MOSFET12)和电阻14，它们会增加额外的成本并且增加了 PCB的面积。另夕卜， 这种电路拓扑中，较低的单元电压导致更大的预充电电流。而且，预充电电流 随着单元电压的增加而减少，这意0 要完成预充电需要更长的时间。
另外，电阻14的值通常是固定的，预充电电流的最大和最小值通常也是固 定的，因此不能被调M以掛共不同的电池组需要。
该拓扑的另一缺陷是电池组22和MOSFETs容易在异常瞎况下被损坏，例 如VPACK+端被短接到VPACK-端，或者外部的充电器被反向加到VPACK+和 VPACK-端。这种拓扑中，放电FET18或者被开启以允i午放电或者被关闭而不 能放电。当放电FET 18被开启时，如果发生了异常瞎况，从电池组22流出的 大电流^^放电FET 18和充电FET 16，这将依次破坏电池组22和/或MOSFET。
此外，当电池组22从电子系统中被移除，例如，放在一支架上，放电FET 18可以被关闭用以保护电池组22 ，异常瞎况。然而，由于放电FET 18被关 闭，当电池组22被插回到电子系统中时电池组22将不倉泣即对电子系统通电， 因此需要一机l肪法或电子电路鄉知电路10来开启放电FET 18。额外的机械 方法或者电子电路将增加电路10的缺性，价格和MX寸。另外，电池组在被 插进电子系统中后仍然会由于异常瞎况容易被损坏。
用于电池组保护的传统办法是关闭放电FET 18以避免当发生异常情况时产 生的大电流。被关闭一 页定时间后，例如30秒，放电FET 18被再次开启。如 果当放电FET 18被重新开启后异常瞎况仍然存在，大电流将流经放电FET 18 并且再7効虫发电池组《尉户。因此，放电FET 18被再次关闭。否贝U，电^t^且22 将随着放电FET18的开启而工作在一正常放电模式。然而，如果异常瞎况在一
个长的时期内都存在，大电流将连续地》魅劲文电FET18，这将最终破坏电池组 22禾口/或MOSFET。
因此，需魏一种电路和其方法能够进行涓流预充电和/或涓流放电，本发 明主要提出了这样一种电路和方法。

发明内容
在一实施例中，M共了用以f尉户电池组避免大电^l流或短路瞎况的方法。 该方、 ^括在导通控制电路产生一控制信号的步骤，以及如果大电流过流或短 路情况发生，在控制信号的控制下产生一涓流放电电流的步骤。涓流放电电流 會^I邻M:大电流从电池组中、，。
在另一实施例中，樹共了另一种f尉户电池组避免电流过流或短路瞎况的方 法。该方fefe括步骤a)当大电流过流或短路情况发生时关闭放电开关，b)在 开关控制电路产生一控制信号，控制信号具有一预定最力K平，c)在控制信号 控制下产生一涓流放电电流，涓流放电电流具有一阈值电流7K平并且能够防止 电池组的大电流舰，d)根据涓流放电电流，阈值电^/K平和预定最大控制水 平检测是否大电驗流或短路瞎况臓存在，e)如果大电流过流或短路瞎况仍 然存在重复步骤a)至d)，以及f)如果大电流过流或短路瞎况消除则完全开启 放电开关。


尽管本领域技术人员知道以下的详细描述所使用的是，实施例和方法， 但本发明并不受限于这對，实施例和方法。本发明的权利要求范围是由附属 木又利要求所定义。
本发明的其它特征和优点将随着下面的详细描述并参考附图变得更加明 确，其中相同的数剖戈表相同的部分，并且其中
图1A是锂离子电池的典型充电过程电流、电压示意图1B是传统的电池预充电电路；
图2A是根据本发明的一种典型涓流预充电电路；
图2B是根据本发明的一种典型涓流放电电路；
图3A是根据本发明的另一种典型涓流预充电电路；
图3B是根据本发明的另一种典型涓流放电电路； 图4是根据本发明的另一种典型涓流预充电电路； 图5是一典型可编程电流源； 图6是一典型涓流预充电和涓流方文电电路；
图7是基于本发明其中一实施例的电池组短路/过电流{尉户的控制流程图。 具体实駄式
图2A示出了根据本发明的一典型涓流预充电电路100。在该实施例中，使 用了两个MOSFET 104和102 (充电FET CHG—FET和放电FETDSG—FET)。 在该实施例中，充电FET 104和放电FET 102以描述的方式背对背串i^S。 在涓流预充电模式，放电FET 102是关闭的(不导电的)，但是如果充电FET (CHG—FET) 104开启(导电)，电流仍然流经其体二极管到电池组电池。如果 CHG—FET104关闭，那么没有电流^S4或者流出电池组电池。
除了两个MOSFET，电路100也可以包括一参考二极管D1 110， 一放电驱 动器106， 一充电驱动器108，以及一参考电流源Iref112。充电驱动器108和放 电驱动器106每一个都包括各自的比较器。在常规的充电模式，开关K1和K2 (114和116)被设置到位置2。在这个位置，充电驱动电压CHG被驱动到参 考电压CHG—REF，该电压可以完全开启充电FET 104。因此，参考电压 CHG—REF应根据充电FET 104的开启电压 择。
招,流预充电模式，开关K1114和K2116可以被體至^體1。当AC适 配器连接上时，VPACK+电压会升高。充电FET104可以被充电驱动器108驱 动到饱和工作区，这也意口賴充电FET 104可以作为一可变电阻，涓流充电电 流可以流经充电FET 104。充电驱动器108动态调节充电FET(CHG—FET) 104 使电压Vc等于Vd， Vd由二极管D1 110和参考电流源Irefll2设置。
Vc为MOSFET102和104之连接点的电压。Vc可以被设为充电驱动器108 中的比较器的(-)负端的输入，同时Vd (由Iref和Dl设置)可以被设为(+) 正端的输入。输出信号CHG是Vd-Vc。当Vc几乎等于Vd，充电驱动器108 的比较器的增益可以驱使充电FET104在饱和区域工作。这样，充电驱动器108 招昌流预充电期间动态调节Vc使之相等于固定信号Vd。
在前述的偏置瞎况下，流经二极管D1 110的DC电^ffl过下式给出
Iref=Al*ISl*(exp(Vdl/Vt)-l)
其中Al是二极管Dl的结面积，IS1是二极管单元反向饱和电流， Vdl=Vd-Vcell ;^fil二极管Dl 110的电压降，Vt是二极管阈值电压。放电FET 102中的体二极管的DC电i;IWl下式给出
Ipch=A2*IS2*(exp(Vd2/VtH)
其中A2是体二极管结面积，IS2是体二极管单元反向饱和电流， Vd2二Vc-Vcell^S夸过放电FET体二极管的电压降。IS1和IS2由戶腿择的半导 体类型确定。如果Vd和Vc被强制实质相等，那么涓流预充电电流与参考电流 Iref成比例，由下式给出
Ipch=A2/A1 *(IS2/IS l)*Iref
雌的，虽然对于本发明不是必须的，充电和放电FET 102和104的体二 极管的结面积A2通常比较大以达到低的开启电阻和大电流能力，同时为了节省 芯片面积，二极管D1的结面积A1较小。因此，由于A2》A1， 一小电流Iref (几十微安)可以被用于控制更大的电流Ipch (几十到几百毫安)。
图2B示出了根据本发明的一涓流放电扭各200。本实施例类似于图2A中 描述的电路100，除了参考电流源112和二极管110连接到放电FET 102端。在 涓流放电时期，充电FET 104关闭，涓流放电电流流经其体二极管。电路200 的工作原理参考图2A在上面已详细描述。
图3A示出了根据本发明的另一典型涓流预充电电路300。在该实施例中， 充电FET302和放电FET304面对丽不是背对背(如图2A)串 ^文置。图3A 的实施例还包括一参考二极管D1 310，在该实施例中充电驱动器306可以被开 关K1和K2(314和316腔制。
在正常的充电模式，开关K1和K2可以被设到位置2，从而充电FET302 的栅极电压被驱动到CHG—REF，完全开启充电FET302。在涓流预充电模式， 放电FET 304关闭，K1和K2被设到位置1。这样充电驱动器306可以动态调 节充电FET 302从而强制电压Vc基本上等于Vd。在前述的偏置^f牛下，二极 管Dl 310的DC电^CM:下式给出
Iref=Al *IS1 *(exp(Vdl/Vt)-l)
其中Al是二极管Dl结面积，IS1是二极管Dl单元反向饱和电流， VdbVPAK+-Vd是^31二极管Dl的电压降，Vt是二极管阈值电压。放电FET
304的体二极管的DC电流为
Ipch=A2*IS2(exp(Vd2/Vt)-l)
其中A2是体二极管结面积，IS2是体二极管单元反向饱和电流， ￥^=\^八(^+-￥(^是跨过放电？￡丁体二极管的电压降。IS1和IS2由所选择的 半导体类型确定。如果Vd和Vc强制相同，那么涓流预充电电^U1过下式给出
Ipch=A2/Al*(IS2/ISl)*Iref
图3B示出了根据本发明的一典型涓流放电电路400。该实施例类似于图3A 中示出的电路300，除了参考电流源312和二极管310是连接到充电FET 302 端。在涓流放电期间，充电FET302是关闭的，放电电流可以》魅5充电FET302 的体二极管。电路400的工作原理参考图3A在上面已详细描述。
为了力口速涓流预充电过程，涓流预充电电流Ipch可以基于电池电压被ffi3i 地调节。电池电压越高，涓流预充电电^Iil编程参考电流Iref会被设置的越 大。图5中电路可用于基于电池电压的可编程参考电流源。
图4中还描述了另一典型涓流预充电电路500。在该实施例中，充电FET504 和放电FET 502可以以描述的这种方式背对背串联放置。在涓流预充电模式， 放电FET502关闭(不导电)，但是如果充电FET(CHG—FET)504开启(导电)， 那么电流JM^^其体二极管到电池组电池。如果CHG—FET504关闭，那么没 有电流^4或流出电池组电池。
该实施例还包括一参考电阻R1， 一放电驱动器506， 一充电驱动器508以 及一参考电流源Irefl 512。充电驱动器508和放电驱动器506可以包括各自的 比较器。在常规的充电模式，开关K1和K2 (520和518)被设置至U隨1。在 这个位置，栅极驱动电压CHG被驱动至嘮于参考电压CHG—REF的工作点，以 完全开启充电FET 504。因此，应根据充电FET 504的开启特性选择参考电压 CHG—REF。
当需要涓流充电(也就是，涓流 页充电)时，开关K1和K2连接到节点2。 这样充电驱动器508中的比较器的输入^^过Rsens (+)的电压和跨过R1的 电压降(由Irefl 512产生的)(-)。充电驱动器508中的比较器的增益应设计得 较大(例如80dB)以便使Irefl離电阻R1的电压降近似等于涓流充电电流Ipch 跨过激则电阻Rsens的电压降。
涓流预充电电流M:下式给出
Ipch:Irefl *R1 /Rsens
其中Irefl是一可编程电流参^M。通常Rsens非常小(例如类似10到20 毫欧)，同时R1可以被选择在10欧姆的范围内。因此，Rl对Rsens的比率可 以非常大，从而可以应用一很小的参考电流Irefl以产生相对大的涓流预充电电流。
在图4的实施例中，在涓流预充电模式期间，放电FET 502可以被完全开 启，从而消除VPACK+和电池组电压之间的二极管前向的偏置电压降。在该模 式中，开关K4 514和K3 516可以被设至^體1从而驱动放电FET的栅压到放 电参考电压DSG—REF以完全开启放电FET502。
仍然参考图4，在正常的放电模式，开关K3和K4可以分别连接到节点1 。 这样，放电驱动器506驱动放电FET 502完全开启。当在涓流放电模式，开关 K3和K4可以连接到节点2。由于放电驱动器506的高增益环路，由IreG跨过 电阻R2的电压降近似等于S敬敏则电阻Rsens的电压降。这样，涓流放电电流 由下式纟合出
Ids『IreG承R2/Rsens
其中Iref2是一可编程电流参考源。通常Rsens可以非常小，这样R2对Rsens 的比率可以非常大，因此一小的参考电流Iref2可以产生相对大的涓流放电电流。 由于在放电期间电流方向被反转，跨过li^则电阻Rsens的电压降和跨SR2的电 压降具有反极性。因此，极性反转电路522用于反转S敏Rsens的电压的极性。
在该实施例中，在涓流充电期间，放电FET 502可以被完全开启。这样在 VPACK+和电池组电压之间的二极管的前向偏置电压被消除。同样的，在涓流 放电期间，充电FET 504可以被完全开启以消除电池组电压和VPACK+之间的
二极管的前向偏置电压降。
在本发明中， 一旦MOSFET和二极管被固定，Ipch仍然可以被可编程电流 源(Iref)112， 312， 510和/或512调整。图5中描述了一可编程电流源的一典型 电路拓扑。图5的电路适于产生具有比率电流镜的电流Iref。当然，除了图5中 的电路，可编程参考电流源在本领域中是公知的并且可以M多种方式实现。
图6中描述了一典型涓流预充电和涓流放电电路600。在该实施例中，充电 FET604和放电FET602以描述的方式背对背串联方燈，或者可替代的以前述的 面对面串联放置。在该实施例中，第rt辦换器电路(DAC)616可以被用于产生一
FET驱动电压，下面进行更全面的描述。
该实施例包括一模数转换器电路(ADC) 614,—控制器612以及fdi转换 器电^(DAC)616组成的控制环路。,感测电阻Rsens 618的电流可以通过 ADC 614检测到。ADC 614，反过来，可以产生代表电流的数字信号并且发送 这對言号到控制器612。在操作中，如^ffil感则电阻618的电流小于预定的阈 值，控制器可以发送数据到DAC 616以增加相应的FET驱动电压。反之，它 将发送,到DAC 616以M^、FET驱动电压直到敏则电流和预定电、^S似相 等。
在正常的充电或放电模式，DAC 616被禁用(通过由DAC 616接收的 DAC—EN信号控制)，充电FET 604和放电FET 602完全导通。充电驱动器608 驱动充电FET 604的栅极电压到CHG—REF值，并且完全开启充电FET 604。放 电驱动器606驱动放电FET 602的栅极电压到DSG—REF值，并且完全开启放 电FET602。
在涓流放电模式，开关Kl 620连接到节点1。放电驱动器606被禁用 (DSG—EN为低电平)输出为高阻，此时放电FET602的导电状态可以被DAC 616控制。这样，放电FET602，感测电阻Rsens618， ADC614和DAC616可 以组成控制环路。舰控制放电FET 602的开启电P且，本发明育巨够调整涓流放 电电流到一预设的值(可以预编程至啦制器612)。 MOSFET的开启电阻可以通 过调整栅极驱动电压而被调整。
在一实施例中，如果需要的涓流放电电流被设置到Itd，那么^柳SAR(逐 次逼近寄存器)方式可以获得控制DAC 616的相应的控制代码。DAC的MSB
(最高位)首先被设为高，如果通过敏则电阻Rsens 618的电流Isen大于Itd， 那么MSB位被设为低，否则它将保持为高。然后第二MSB位被设为高，如果 Isen>Itd，第二MSB位被设为低，否贝lj，它将^J寺为高。这种逐次皿的方式 将持续到DAC的LSB (最低位)被设定。相应的控制代码可以被保存在寄存 器中(未示出)从1W以被控制器612存取。如果为一给定的电池组设定Itd， 那么控制代码也可以被设定。无论何时需要涓流放电，控制器612可以发送被 编程的控制代码到DAC616，因此，电池组将可以传送Itd至拼部负载。如果涓 流放电电流需要被调整，战的控制环路可以被相应地用于增加或者减少控制 代码。在涓流放电模式，充电驱动器608可以被启用或禁用。区别就是涓流放电电流将分别涼L^充电FET 604或者其体二极管。
在涓流充电模式，开关Kl 620连接到节点2。充电驱动器608被禁用 (CHG—EN为低)。充电FET604的导电状态可以被DAC616控制。在这种模 式，充电FET 604,感测电阻Rsens 618， ADC 614和DAC 616组成控制环路。 通过控制充电FET 604的开启电阻，本实施例能够调整涓流充电电流到一设定 值。预充电电^ii常是一固定值。在这种模式中，本实施例可以产生一控制代 码GOT，的SAR方法)并在存储器中保存控制代码。对于涓流预充电电流， 其值可以在某一上限到下限之间变化，因此，相应地控制代码在Ctch和CTCl 之间变化，从而允许涓流充电电流被相应地调节。在涓流充电模式，放电驱动 器606也可以被启用或禁用。区别就是涓流充电电流分别流经放电FET 602或 者其体二极管。
上面所述的涓流放电模式可以被进一步应用以实现电池组短路/过电流保 护。当电池组被从电子系统中取出时(也即电池组处于空闲状态时)下述的第 一种对电池组傲户的实施例是有效的。不像保持放电FET602关闭的传统方法， 该实施例将放电FET 602设置成一种可控制的导电状态。当放电FET 602处于 可控制的导电状态时，即使发生短路瞎况，也就是VPACK+端短接到VPACK-端，大电流冲击被放电FET 602开启电阻阻止。类似的，当过电流情况发生时 大电流冲击也被Slh。实际上，当短路/过电流瞎况发生时，涓流放电电流将流 经放电FET 602，涓流放电电流可以被设置到一设定的值以便确保电池组和 MOSFET的安全。例如，设定涓流放电电流为100mA，育g够驱动i^A在电子系 统中的外部控制器(其不同于图6中示出的控制器612)。当电池组被插入到电 子系统中，嵌入控制器即能检测到电池组的插入并且通知电池组进入正常的放 电模式。这样，就不需要额外的机械方法或者电子电路来检测电池组的插入。
然而，当电池组被插入到电子系统中时，该实施例没有进一步iif共电池短路/过
电流保护。这样，只有当电池组l^人电子系统中取出时该实施例是有益的。
图7中示出的流程图700描述了电池紐尉户的第二种实施例。当电池组被 从电子系统中取出以及当电池组被插入到电子系统中时均是有效的。开始，如 步骤702中所示，电池组或者在空闲状态(例如，它l鈔人电子系统中取出)，或 者在正常的放电模式(例如，它被插入到电子系统中)。不管电池组处于哪种模 式，步骤704判断短路敏电流发生的行为。如果没有发生短路/过电流情况，那
么电池组将停留在空闲或者放电模式。如果存在短路敏电流瞎况，那么步骤706 立即关闭放电FET602。通常，放电FET602可以在几微秒内关闭。那么，在步 骤708中，如果放电FET 602已经被关闭预定的时间，例如，25秒，不像传 统的方法，马上完全开启放电FET602，放电FET602将被驱动到可控的导电状 态。当放电FET 602处于可控导电状态，随着在步骤710中涓流放电电流流经 放电FET 602，电池组将工作在涓流放电模式。如果预定时间没有过期，放电 FET 602仍然停留在关闭状态。
本领域技术人员将认识到为了实现步骤708，图6中示出的实施例可以包括 一电池管理固件和一定时器。电池管理固件能够监视硬件动作。定时器具有一 预置时间(例如25秒)。如果发生短路/过电流情况，电池管理固件将被告知放 电FET 602已被关闭，然后启动定时器。如果定时器的 页置时间过期，管理固 件就会被告知放电FET602己关闭了预定时间长度。
在涓流放电模式，图6中的DAC 616 J^共栅极驱动电压给放电FET 602。 从而I鼓文电FET 602工作于可控导电状态。通过调节栅极驱动电压，放电FET 602的开启电阻被调节，因此流经放电FET 602的涓流放电电流被相应地调节。
在涓流放电模式中，可以包括下面的分步。开始，在控制器612的控制下， 来自DAC616的栅极驱动电压控制码在步骤712中被设置到0。然后，在步骤 714中栅极驱动电压控制码逐渐增力口。根据MOSFET的特性，本领域技术人员 容易理解，放电FET 602的开启电阻将随着栅极驱动电压控制码的增加而逐渐 斷氐，反过来》魅劲文电FET 602的涓流放电电流将逐鹏加。每一次栅极驱动 电压控制码增加，相应的涓流放电电^^!电阻Rsens618的电压被检测到，然 后IM于确定是否存在短路/过电流情况。
尤其是，在步骤716中，涓流放电电流与预定的电流相比，例如，40毫安， 用于确定是否存在短路敏电流瞎况。如果涓流放电电流大于预定电流，可以推 断出短路/过电流情况仍然存在。然后，图6中示出的系统Mil步骤706的操作 重启电池组f尉户。如敷昌流放电电流小于预定电流，在步骤718中栅极驱动电 压控制码将与预定最大控制码相比。实际上，栅极驱动电压控制码将不鼓限 制增加，而会限于预定最大控制码。在步骤718中，如果栅极驱动电压控制码 达到预定最大控制码，可以推断出在步骤702中短路/过电流瞎况不再存在，电 池组将返回空闲模式或者正常放电模式。否则，电池组将重复执行步骤714， 716
和718直到由于在步骤716中判定存在短路/过电流瞎况或在步骤718中判定不 存在短路敏电流瞎况而退出涓流放电模式。
这里的预定电^M过考虑MOSFET的功率耗散性肖諫设定。对于图6中示 出的具有四个电池的电池组，预定电流可以被设置为40毫安，从而放电FET602 的最大功率耗散接近680毫瓦，^!"于功率MOSFET来说是一安全值。
此外，在VPACK+端的电压也可以被应用于确定是否存在短路/过电流情 况。在步骤716中，VPACK+端的电压被检测并且与预定电压相比，例如，100 毫伏。如果VPACK+端的电压小于预定电压，可以断定短路/过电流情况仍然存 在。否则，在步骤718中栅极驱动电压将与预定最娥制码进行比较。VPACK+ 端的预定电压的设置要考虑噪音和电池内阻。对于图6的实施例，预定电压被 设置为100毫伏，这是考虑短路/过电流瞎况和噪音以及电池内阻的数量之间的 较好的折衷值。
从图1A中，我们知道在预充电期间和恒定电压(CV)充电期间，充电电流 需要被控制。在传统电路中，需要一额外的预充电FET来控制预充电电流。在 这样的传统电路中，CV充电必须完全依靠充电器来精确的调节充电电压到 Vov，然后充电电流将^I减。
在本实施例中，没有额外的预充电FET预充电功能也可以实现。另外，为 了加速预充电过程，预充电电流Ipch基于电池电压可以被容易地调节。电池电 压越高，预充电电^Ml编程参考电流Iref被设置得越大，例如这里描述的参 考图2A,图3A和图4或者图6中描述的控制代码方法。
更进一步地，如在这里的众多实施例所描述的，涓流充电电流控制也可以 在CV期间内被利用，在这期间涓流充电电路會的多基于电池电压成生涓流充电 电流。如此，CV充电电、鹏减不需要4繊充电器赚确地调节电压Vov。因此， 本发明提供的几个实施例都可以不需要昂贵的，精确的电压调节充电器。实际 上，简易的AC适配器可以I鹏用于给锂离子电池充电。由于在CV充电期间， 即使充电器不能将恒定电压固定在Vov，但是充电电流被限于基于电池电压而 确定的预编程涓流电流值。所以，不会发生过充电。该充电电流限制可以被用 作第二层过电压保护(m将电流限设置得比在电压Vov时实际的观测电流值 稍微大一些)，或者作为第一层过电压^J户(通过调节充电电流直到获得精确的 预期的Vov)。
运用本发明的涓流放电性能，对于电池组的^l子的短路/过电流f斜户是可能
的。在现有技术中，放电FET或者完全地开启以允许放电或者完全地关闭以禁 止放电。当电池组被从电子系统中取出，例如，放在支架上，那么放电FET或 者保持开启以准备在任何时候电池组插进电子系统时为电子系统供电。在这种 情况下，如果发生了异常情况，例如VPACK+端被短接到VPACK-端，大电流 从电池中泄出，如此一来，将破坏电池；或者放电FET保持关闭以防止电^3f
受短路/过电流瞎况。但是这将使当电池组被插进系统中时aih电池向系统供电。
需要一些技术方法通知电池返回到开启放电FET状态。这将导致客户的不便并 增加成本。
使用本发明劍门可以将电池组设置至鹏流放电模式，当电池l彭人电子系统
中取出时。涓流放电电流值可以被选择徵艮大，假定ioo毫安，当电Mia被插
进电子系统中时足够为嵌入控制器的系统供电。然后嵌入控制器系统将检测电 池的存在并且通知电池转变到正常放电模式。随着放电FET将电流限制到预定 涓流放电电流，假定100毫安，即使VPACK+端被短接到VPACK-端，大电流
浪涌也会鄉Ilh。
而且，不管电池组是否从电子系统中取出或者是在电子系统中，本发明的 电池组可以防止遭受异常瞎况，例如，短路/过电流瞎况。开始，当发生异常瞎 况时关闭放电FET。然后，在预定时间的关闭期间过后，放电FET被驱动到可 控的导电状态，而不是如传统方法中完全开启。因此，电池组将在涓流放电模 式中进行操作。栅极驱动电压逐渐增加，相应的涓流放电电流相应增加。在这 个过程中，如果相应的涓流放电电流变得大于预定电流，假定40毫安，可以推 断出异常瞎船賠^ 在，因此放电FET将再次关闭并且电池组将重复，操作。 如果栅极驱动电压增加到一预定最大控制电压，相应的涓流放电电流还没有达 至顿定电流，可以确定异常情况已经消除并且电池组可以在正常放电模式进行 工作。
涓流放电和涓流充电性f树于支持多电池的系统是非常有用的。当电子系 统需要有更多电力和更多特性时，多电池组将变得更加普及。当多电池组同时 进行放电，它们可以提供更多的电力给系统，而且由于多个电池组并行它也将 减少电池内阻以提高效率。但是多电池组同时放电具有一严格的前提，这些电 池组必须精确地具有相同的电压。否则，即使两个电池组只是具有很小的电压
差，假定10毫伏，由于电源总线的电阻很小，假定2毫欧，那么它也将具有一 大的电流，5安培，它将从具有较高电压的电池组》腿具有较低电压的电池组。
实际上，多电池组l歐隹具有相同电压，而且即使两个电池组具有一很精确的ADC 来监视电池电压也很难假定它们具有相同的电压，因为电池组电压随着放电电 流而变化。随着涓流放电功能的应用，我们可以解决下面的问题(劍门以两个 电池组为例)。
系统具有两个电池组，电池组A和电池组B。开始，电 tMaA电压高于电 池组B电压；电池组A首先供电给系统，电池组A电压逐渐降低。电池组B 的放电FET被关闭以禁止放电；当电池组A电压降到与电池组B电压相同时， 我们将电池组B设置到涓流充电模式或者涓流放电模式。如果我们将电池组B 设置到涓流充电模式，我们可以完全开启放电FET，而驱动充电FET到其饱和 工作区并且把充电FET作为一限流电阻；如果我们将电池组B设置到涓流放电 模式，我们完全开启充电FET，并且驱动放电FET至唭饱和工作区并且把放电 FET作为限流电阻。出于很多安全因素的考虑，劍门可以将涓流充电控制码CTc 或者涓流放电控制码CTO设置到一小电流值。从而充电FET或者放电FET的等 效电阻变得较大。因为电鹏且A放电但是电池组B处于空闲模式，即使它们的 被测电压是相同的，而实际的电池组A电压将高于电池组B电压。因此，电池 组A将向电池组B充电。然而，充电电流被充电FET (如果将电池组B设置到 涓流充电模式)或者放电FET (如果将电池组B设置到涓流放电模式)的电阻 所限制。受限电流值由控制码Ctc或者Cto碗定。劍门iBM:电池组B中的 ADC监测该充电电流；当电池组A和B的电压差变得^5越小时，从电池组A 到电池组B的充电电流将变得越来越小。当该充电电流小于预定值时，假定IO 毫安，我们可以将电池组B从涓流充电模式或者涓流放电模式转变到正常的放 电模式。
因此，本发明所公开的可编程涓流预充电和/或涓流放电电路和方法与传统 的电路结构相比可以提供更多的灵活性，更少的组件和更高的效率来完成预充 电。基于电池组电池的电荷量(深度放电的电池需要涓流充电纟莫式)，在图2A 和2B中，开关(Kl，K2和/或K3和K4)可以iM:电M视器IC所控制，将可编
程涓流充电电路设置到涓流预充电模式或者正常充电模式。进一步理解，这里 描述的电路结构可以使用离散的器件和/^成电路来实现。本发明适于〗ii可使
用了可再充电电池的便携电子设备(便携式计^m，手机，PDA等等)。
在这里提到的具体的电路拓扑结构只是典型例子，其他的涓流充^/放电电 路拓扑结构也可以应用。同样的，基于这里提到的典型涓流充私放电电路也可 以有许多的电路变形及改进，但都没有脱离本发明的精神。所有这些改进都认 为是在本发明的范围之内，都受限于本发明的权利要求。
权利要求
1、一种用于保护电池组避免大电流过流或短路情况的方法，其特征在于，包括以下步骤在导通控制电路产生一控制信号；以及如果发生大电流过流或短路情况，在控制信号的控制下产生一涓流放电电流，其中涓流放电电流能够防止大电流从电池组中流通。
2、 根据权利要求1戶脱的方法，其特征在于，进一步包括步骤 在控帝幅号的控制下调^j5脱涓流放电电流。
3、 根据权利要求2戶，的方法，其特征在于，调整戶，涓流放电电^a—步包括以下步骤在控制信号的控制下将放电开关设为可控导电状态； 根据控帝赔号调整放电开关的电阻；以及 根据放电开关的电阻调徵昌流放电电流。
4、 根据权利要求1戶腿的方法，其特征在于，戶服涓流放电电流能够向嵌 入在电子系统中的夕卜部控制器提供电力。
5、 根据权利要求4戶鹏的方法，其特征在于，进一步包括^^M外部控制 器的控制下产生一正常放电电流的步骤。
6、 一种f尉户电池组避免电流过流或短路情况的方法，其特征在于，包括以 下步骤a) 、当发生大电流过流或短路时关闭放电开关；b) 、在开关控制电路产生一控制信号，该控制信号具有一预定最高电平；c) 、在控制信号的控制下产生一涓流放电电流，该涓流放电电流具有一阈 值电流电平并且會的邻M:电池组发生大电流^1;d) 、根据涓流放电电流，阈值电流电平和预定最高电平检测是否存在大电 流过流或短路瞎况；e) 、如果大电流过流或短路瞎况依然存在则重复步骤a)到d);f) 、如果大电流过流或短路瞎况消除则开启放电开关。
7、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤 设置一定时器；以及 当定时器过期时产生涓流放电电流。
8、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述产生涓流放电电流的步 马驗一步包括在控帝瞻号的控制下将放电开关设为可控导电状态。
9、 根据权利要求6戶腿的方法，其特征在于，进一步包括根据戶;MS帝瞻号调整爿員涓流放电电流。
10、 t艮据丰又利要求9戶，的方法，^rn正在于，戶;M调整涓流放电电流的步職一步包括根据戶;f^制信号调整放电开关的电阻；以及 根据放电开关的电阻调整戶;M涓流放电电流。
11、 根据权利要求6戶脱的方法，其特征在于，如果戶，涓流放电电流至少等于阈值电流电平则存在大电流过流或短路情况。
12、 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，如果控制信号至少等于预 定最高电平3卩么大电涼过流或短路瞎况将会消除。
13、 根据权利要求6戶，的方法，其特征在于，步骤(d)进一步包括步骤a) 检测涓流放电电流；b) 比较涓流放电电流与阈值电流电平；c) 如果涓流放电电流小于阈值电流电平贝吡较控制信号与预定最高电 平；d) 如果控制信号小于预定最高电平则增加控制信号；e) 如果涓流放电电流小于阈值电流电平并且控制信号小于预定最高电 平则重复步骤a)到d)。
14、 根据权利要求6戶欣的方法，其特征在于，戶脱步骤(d)进一步包括步骤a) 在电池组的正极端检测电压；b) 比较电压和阈值电压电平；c) 如果电压高于阈值电压电平则比较控制信号和预定最高电平；d) 如果控制信号小于预定最高电平则增加控制信号；e) 如果电压大于阈值电压电平并且控制信号小于预定最高电平则重复步骤3a)到d)。
15、根据权利要求14戶皿的方法，其特征在于，如果电压至多等于阈值电 压电平则存在大电^31流或短路瞎况。
全文摘要
本发明公开了电池保护电路和方法。通过将放电开关设置为可控导电状态电池会被保护避免大电流过流或短路情况。放电开关处于可控导电状态后，涓流放电电流在导通控制信号的控制下将逐渐产生。涓流放电电流可以用于确定是否存在大电流过流或短路情况。当大电流过流或短路情况消除时，放电开关重新开启。
文档编号H02J7/00GK101179200SQ200710152100
公开日2008年5月14日 申请日期2007年9月28日 优先权日2006年9月29日
发明者刘柳胜, 布鲁斯·丹宁 申请人:美国凹凸微系有限公司