专利名称：电池保护电路和电池保护方法
技术领域：
本发明涉及电池保护电路，具体涉及一种能够在诸如高温之类的极 端环境下保护锂离子/锂聚合物电池不发生危险的电池保护电路和电池 保护方法。
背景技术：
随着诸如手机、卫星定位系统、笔记本电脑之类便携式电子产品的 普及，如锂离子/锂聚合物电池之类可充电电池(二次电池)的应用也曰 益广泛。由于充电电池是能量密度高的产品，无论是过充电还是过放电 或者负载短路都会对电池的性能极大的负面影响，同时可能会引起起 火、爆炸造成危险。因此，现有的充电电池都会配备相应的电池保护电 路，来提高电池的安全性。
现有的锂离子/锂聚合物电池保护电路能够对过度充电状态、过度放 电状态、过电流/短路状态进行保护。也就是当电池过充电、过放电、过 电流或者短路时，保护电路能够及时采取相应的措施，防止电池产生冒 烟、起火或爆炸之类的危险。
专利文献l (CN101039026A)披露了一种电池保护电路，它不仅在 持续电流过大时能够对电池以及电池电路进行保护，而且在电池电路的 温度升高时也能够对电池电路进行保护。在专利文献l中，在电池电路 上配备了温度传感器，它能够检测电池电路的温度。当温度升高超过预 定的阈值时，该温度传感器向控制器件发送信号，以便控制充/放电的电 流大小，从而避免可能的危险。
图6示出了根据现有技术的电池保护电路的功能框图。如图6所示， 一旦在充/放电过程中过温度检测电路检测到温度过高，就向开关管逻辑 控制电路发送过温度信号。开关管逻辑控制电路在接收到过温度信号 后，控制主开关管的操作，停止充/放电过程。但是，上述的专利文献l存在的问题时，仅仅能够在充/放电过程中 检测电池温度的变化，进而做出是否停止充/放电的判断。当一块已经充 满的电池放在温度比较高的环境中时，由于并不存在充/放电状态， 一旦 温度逐渐升高，该保护电路就无法对电池以及电池电路进行保护，容易 造成电池爆炸、起火等。
另外，相比于用户使用电池的时间，电池的充/放电的过程比较短。 在多数情况下，使用者都是随身携带配备了充电电池的便携式电子产 生。如何随时(每天24小时)为用户提供良好的安全性，就成了要解 决的问题。
发明内容
本发明的目的是提出一种电池保护电路及其方法，能够避免在极端 情况下电池的起火之类的危险。
根据本发明的一个方面，提出了一种电池保护电路，包括温度检 测部分，与电池芯连接，包括温度测量电路和温度比较器，该温度测量 电路用于检测电池芯的温度，该温度比较器的两个输入端中的一个与该 温度测量电路的输出连接，另一个用于输入温度阈值，该温度比较器用 于将由该温度测量电路所检测到的温度与该温度阈值相比较并输出温 度比较结果；电池电压检测部分，与电池芯连接，包括电压比较器，该
电压比较器的两个输入端中的一个被供以电池芯电压，另一个用于输入 电压阈值，该电压比较器用于将该电池芯电压与电压阈值相比较并输出
电压比较结果；判决部分，在该温度比较结果表明所检测的温度高于温 度阈值并且该电压比较结果表明电池芯电压高于该电压阈值的情况下， 输出放电信号；以及自放电部分，基于该放电信号，对电池芯进行自放 电。
这样，当电池芯的温度和电压都超过相应的阈值时，对电池芯进行 自放电，能够避免电池爆炸和冒烟等状况的发生。
另外，根据本发明的实施例，该温度测量电路包括温度传感器， 输出代表电池芯温度的电压信号；和与该温度传感器串联的至少一个电阻器。另外，根据本发明的实施例，该温度传感器包括热敏电阻器 另外，根据本发明的实施例，该温度传感器为一集成电路。 根据本发明的实施例，该温度阈值通过串联连接的至少两个分压电
阻器提供，该至少两个分压电阻器之间的一个节点与该温度比较器的该
另 一输入端连接以输入温度阈值。
根据本发明的实施例，该至少两个分压电阻器的至少一个是可调电阻器。
这样，用户通过设置电阻值就可以设置安全温度和安全电压，方便 用户使用。
根据本发明的实施例，该电压阈值由串联连接的至少两个分压电阻 器提供，该至少两个分压电阻器之间的一个节点与该电压比较器的该另 一输入端连接以输入电压阈值。
另外，根据本发明的实施例，该至少两个分压电阻器中的至少一个 是可调电阻器。
另外，根据本发明的实施例，判决部分包括门电路，该门电路的一 个输入端接收温度比较结果，另一输入端接收电压比较结果，在该温度 比较结果表明在所检测的温度高于温度阈值并且该电压比较结果表明 电池芯电压高于该电压阈值的情况下，从输出端子输出放电信号。
另外，根据本发明的实施例，该自放电部分包括通过一电阻器串联 在电池芯两端的金属氧化物场效应晶体管，其中该金属氧化物场效应晶 体管的栅极接收该放电信号。
另外，根据本发明的实施例，该温度测量电路、该温度比较电路、 该电压比较器集成以及门电路集成到一颗芯片中。
另外，根据本发明的实施例，还包括电池保护芯片，与该电池保护 电路集成在一起。
根据本发明的另一方面，提出了一种电池保护方法，包括检测电 池芯的温度并确定所检测的温度是否高于温度阈值的温度检测步骤；通 过检测电池芯的电压来确定电池芯中的电压是否高于电压阈值的电压 检测步骤；在所检测的温度高于温度阈值并且电池芯中的电压高于电压 阈值的情况下，输出放电信号的步骤；以及基于该放电信号，对电池芯进行自放电的步骤。
根据本发明的实施例，在电池使用期间不断执行该温度检测步骤和 电压检测步骤。
另外，根据本发明的实施例，该电压阈值和/或温度阈值是预设的。 另夕卜，根据本发明的实施例，该电压阈值和/或温度阈值是能够被用 户调节的。
利用本发明的上述电路和方法，在在配备了该电池的便携式设备的 使用过程中，可以随时为用户提供安全保障。尤其在极端温度的状况下， 电池保护电路会随着温度电池芯的温度的升高和表示电池中的剩余电 量的电压的情况，做出适当的动作，例如进行自放电，以便降低电池芯 的电压，提高电池的安全性。
从下面结合附图的详细描述中，本发明的上述特征和优点将更加明 显，其中
图1示出了根据本发明实施例的电池保护电路的示意图； 图2示出了通常的锂离子/锂聚合物电池的电量和电池芯的电压之 间的曲线；
图3是如图1所示的电池保护电路中的电池电压检测部分的另一示 意性结构图4是如图1所示的电池保护电路中的温度比较电路的另一示意性 结构图5示出了说明根据本发明实施例的电池保护方法的流程图；以及 图6示出了根据现有技术的电池保护电路的结构框图。
具体实施例方式
下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。为了清楚和简明， 包含在这里的已知的功能和结构的详细描述将被省略，以防止它们使本 发明的主题不清楚。
图1示出了根据本发明实施例的电池保护电路的示意图。如图1所示，根据本发明实施例的电池保护电路包括温度测量电路IO、温度比较
电路20、电池电压检测部分30、判决部分40和自放电部分50，其中温 度测量电路10和温度比较电路20构成了温度检测部分。根据本发明的 实施例，温度比较电路20包括温度比较器COM1。
温度测量电路10包括串联连接的热敏电阻器THR,它借助于导热 粘合剂附在电池芯上，随着电池芯的温度的变化，该热敏电阻器THR 的电阻值随之发生变化。另外，温度测量电路10还包括与热敏电阻器 THR串联的分压电阻器Rl和R2。
温度比较电路20的一个输入端连接在分压电阻器Rl和R2之间， 它作为代表电池芯的温度的电压信号的输入端。温度比较电路20的另 一输入端被输入参考电压Vrefl，它是通过事先测试的安全温度而确定 的。例如，某个型号的电池的安全温度是80摄氏度，则将其换算成相 应的Vrefl。如果电池芯的温度高于该Vrefl，则表明电池芯的温度超过 了安全温度80摄氏度。此时，温度比较器20的输出端输出表示电池芯 的温度超过安全温度的信号，否则温度比较器20的输出端输出表示电 池芯的温度未超过安全温度的信号。
另一方面，电压检测部分30包括一个电压比较器COM2，它的一个 输入端被供给了电池芯的电压，另一个端子被输入阈值电压。该阈值电 压对应于电池芯的安全电量。图2示出了常见的锂离子/锂聚合物电池的 电池芯电压和电池芯中的电量之间的关系。如图2所示，随着电量的增 加，电池芯的电压也随之增加。因此，通过测量电池芯的电压，可以得 知电池芯当前的电量。
如图2所示，如果电池芯的安全电量是Cth，则将Vref2设置成与 Cth相对应的Vth，当电池芯的电压超过了 Vth时，表明当前电池芯中的 电量超过了安全电量值，如果加上温度超过了安全温度值，则电池非常 容易爆炸。
根据本发明的实施例，当电池芯的电压超过了 (高于)Vth时，电 压比较器COM2输出'LOW，信号，否则电压比较器COM2输出'HIGH' 信号。当电池芯的温度超过了安全温度时，温度比较电路20输出'LOW' 信号，否则温度比较电路20输出'HIGH，信号。当温度比较电路20和电压比较器COM2都输出'LOW，信号时，判决部分40输出表示迸 行自放电的'HIGH'信号，该信号施加到自放电部分50中的MOSFET 的栅极上，使得电池芯的电流通过泄放电阻器R4放电。
根据本发明的实施例，判决部分40包括门电路，它的一个输入端连 接到温度比较电路20的输出端，另一个输入端连接到电池电压检测部 分30的输出端。另外，自放电部分50包括MOSFET和串连在MOSFET 的漏极和电池芯的电压Vcc之间的泄放电阻器R4。
以上描述的是通过将与安全温度相对应的电压阈值Vrefl和与安全 电压相对应的VRefl设置在EEPROM中的情况，虽然在这种情况下用 户可以通过选择不同的阈值来调节安全温度和安全电压，但是也可以通 过其他的方式来进行这样的设置。
图3是如图1所示的电池保护电路中的电池电压检测部分的另一示 意性结构图。如图3所示，电池电压检测部分30包括电压比较器COM2， 连接在电压比较器COM2的一个端子和电池芯的电压Vcc之间的电阻器 R3，和串连连接在Vcc和Vss之间的分压电阻器R5和R6，它们之间的 节点连接到电压比较器COM2的一个输入端。如图3所示，分压电阻器 R6是可调电阻器，用户通过调节该电阻器的阻值来设置安全电压。在这 种情况下，如果用户将可调电阻器R6的阻值调小，则安全电压值被调 低，如果用户将可调电阻器R6的阻值调大，则安全电压值被调高。容 易理解的是，分压电阻器R5也可以是可调电阻器。
图4是如图1所示的电池保护电路中的温度比较电路20的另一示 意性结构图。如图4所示，温度比较电路20包括温度比较器COM1和 串连连接在Vcc和Vss之间的分压电阻器R7和R8，它们之间的节点连 接到温度比较器COMl的一个输入端。如图4所示，分压电阻器R8是 可调电阻器，用户通过调节该电阻器的阻值来设置安全温度。在这种情 况下，如果用户将可调电阻器R8的阻值调小，则安全温度值被调低， 如果用户将可调电阻器R8的阻值调大，则安全温度值被调高。容易理 解的是，分压电阻器R7也可以是可调电阻器。
下面详细说明根据本发明实施例的电池保护方法。图5示出了说明 根据本发明实施例的电池保护方法的流程图。如图5所示，在步骤SllO，温度测量电路IO检测电池芯的温度。在步骤Slll，温度比较电路20判 断温度测量电路所测量的温度是否超过了安全温度值，也就是温度阈值
Vref1o
在步骤S112，电压检测部分30取得电池芯的电压，然后在步骤S113 通过比较电池芯的电压和阈值电压来判断电池中的电压是否超过为安 全电压。
如果在步骤S111和S113的判断都是肯定的，则在步骤S114，判决 部分40输出判决信号，它表示需要对该电池芯进行自放电。在步骤S115， 自放电部分50对电池芯进行自放电。在自放电的过程中，继续进行温 度检测和电压检测，直到检测的温度和电压之一下降到相应的阈值之 下。
如上所述，根据本发明实施例的电池保护电路和电池保护方法能够 每天24小时检测便携式设备上配备的电池芯的温度和电压，如果它们 都超过了相应的阈值，则电池保护电路会对电池进行自放电，降低了危 险发生的概率。
例如，当用户将充满了电的便携式设备放在了烈日下的车厢内时， 由于能够随时检测电压和电池温度的状况，能够避免电池的爆炸和起火
等危险。
根据本发明的实施例，可以将温度测量电路10和温度比较电路20 集成在一颗芯片中，而将电压检测电路30集成在另一颗芯片中，这样 仅仅需要两颗常见的温度检测芯片和电压检测芯片，外加一个门电路和 功率MOSFET就可以实现本发明实施例的电池保护电路。在这种情况 下，采用的芯片数目比较少，功耗小，占用的PCB面积比较少。
根据本发明的实施例，也可以将温度测量电路10、温度比较电路20、 电压检测电路30以及门电路40集成到一颗芯片中。在这种情况下，采 用的芯片数目比较少，功耗小，占用的PCB面积比较少。
另外，根据本发明实施例，还可以将常规的电池保护芯片与本发明 实施例电路封装在一起，二者形成为一颗芯片。
上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该 理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求 书的保护范围为准。
权利要求
1、一种电池保护电路，包括温度检测部分，与电池芯连接，包括温度测量电路和温度比较器，所述温度测量电路用于检测电池芯的温度，所述温度比较器的两个输入端中的一个与所述温度测量电路的输出连接，另一个用于输入温度阈值，所述温度比较器用于将由所述温度测量电路所检测到的温度与所述温度阈值相比较并输出温度比较结果；电池电压检测部分，与电池芯连接，包括电压比较器，所述电压比较器的两个输入端中的一个被供以电池芯电压，另一个用于输入电压阈值，所述电压比较器用于将所述电池芯电压与所述电压阈值相比较并输出电压比较结果；判决部分，在所述温度比较结果表明所检测的温度高于温度阈值并且所述电压比较结果表明电池芯电压高于所述电压阈值的情况下，输出放电信号；以及自放电部分，基于所述放电信号，对电池芯进行自放电。
2、 如权利要求1所述的电池保护电路，其中所述温度测量电路包括温度传感器，输出代表电池芯温度的电压信号；和 与所述温度传感器串联的至少一个电阻器。
3、 如权利要求2所述的电池保护电路，其中所述温度传感器包括热敏电阻器。
4、 如权利要求2所述的电池保护电路，其中所述温度传感器为一 集成电路。
5、 如权利要求1所述的电池保护电路，其中所述温度阈值通过串 联连接的至少两个分压电阻器提供，所述至少两个分压电阻器之间的一 个节点与所述温度比较器的所述另一输入端连接以输入所述温度阈值。
6、 如权利要求5所述的电池保护电路，其中所述至少两个分压电 阻器的至少一个是可调电阻器。
7、 如权利要求1所述的电池保护电路，其中所述电压阈值由串联连接的至少两个分压电阻器提供，所述至少两个分压电阻器之间的一个 节点与所述电压比较器的所述另一输入端连接以输入电压阈值。
8、 如权利要求7所述的电池保护电路，其中所述至少两个分压电 阻器中的至少一个是可调电阻器。
9、 如权利要求l所述的电池保护电路，其中判决部分包括门电路，所述门电路的一个输入端接收温度比较结果，另一输入端接收电压比较 结果，在所述温度比较结果表明在所检测的温度高于所述温度阈值并且 所述电压比较结果表明电池芯电压高于所述电压阈值的情况下，从输出 端子输出放电信号。
10、 如权利要求l所述的电池保护电路，其中所述自放电部分包括通过一电阻器串联在电池芯两端的金属氧化物场效应晶体管，其中所述 金属氧化物场效应晶体管的栅极接收所述放电信号。
11、 如权利要求9所述的电池保护电路，其中所述温度测量电路、 所述温度比较电路、所述电压比较器集成以及门电路集成到一颗芯片 中。
12、 如权利要求l所述的电池保护电路，还包括电池保护芯片，与 所述电池保护电路集成在一起。
13、 一种电池保护方法，包括检测电池芯的温度并确定所检测的温度是否高于温度阈值的温度检测步骤；通过检测电池芯的电压来确定电池芯中的电压是否高于电压阈值 的电压检测步骤；在所检测的温度高于所述温度阈值并且电池芯中的电压高于所述 电压阈值的情况下，输出放电信号的步骤；以及基于所述放电信号，对电池芯进行自放电的步骤。
14、 如权利要求13所述的电池保护方法，其特征在于，在电池使 用期间不断执行所述温度检测步骤和电压检测步骤。
15、 如权利要求13或14所述的电池保护方法，所述电压阈值和/ 或温度阈值是预设的。
16、如权利要求13或14所述的电池保护方法，所述电压阈值和/或温度阈值是能够被用户调节的。
全文摘要
公开了一种电池保护电路和电池保护方法。该电路包括温度检测部分，与电池芯连接，包括检测电池芯温度的温度测量电路和温度比较器，分别温度比较器用于将由温度测量电路检测到的温度与温度阈值相比较并输出温度比较结果；电池电压检测部分，与电池芯连接，包括电压比较器，用于将电池芯电压与电压阈值相比较并输出电压比较结果；判决部分，温度比较结果表明检测的温度高于温度阈值并且所述电压比较结果表明电池芯电压超过电压阈值的情况下，输出放电信号；以及自放电部分，基于放电信号，对电池芯进行自放电。利用本发明的上述电路和方法，在在配备了该电池的便携式设备的使用过程中，可以随时为用户提供安全保障。
文档编号H02H7/18GK101626152SQ20081004052
公开日2010年1月13日 申请日期2008年7月10日 优先权日2008年7月10日
发明者烨 于, 蔡赵辉, 力 鲁 申请人:利奥电池系统(上海)有限公司