专利名称：电池包及其保护电路与方法
技术领域：
本发明有关于一种电池包(battery pack)，特别是关于一种电池包的保护电路及方法。
背景技术：
电池包是一组任何数量的电池串联、并联或串并联混合的封装，用以提供想要的电压、容量或电力密度。如图1所示，单节(single cell)电池包10包括单个电池(cell) 12 连接在电极14及16之间。为了提供保护，增加多晶硅熔丝18与电池12串联。当电池12 发生异常操作时，例如过电流或过热(overtemperature)，将产生大量的热熔化多晶硅熔丝 18，因而避免电池包10损毁。然而，多晶硅熔丝18熔化的时间大约需要几百毫秒，因此这种保护方式的反应速度很慢，而且在多晶硅熔丝18熔化后，必须更换新的多晶硅熔丝才能使电池包10再次工作。此外，多晶硅熔丝18熔化的时间很难控制，因此无法精确的设定过电流或过热跳脱点(trip point)。如果一个电池包括有多个电池，则所述电池包为多节(multi-cell)电池包。例如在图2中，多节电池包20包括电池(cell)12、22、M串联在电极14及16之间。同样地，为了提供保护，多晶硅熔丝18与电池12、22、M串联。这种保护方式除了具有上述的缺点以外，由于多晶硅熔丝18、电池12、22、M全部串联在一起，因此只要其中任何一个电池发生异常状态，例如电池22，则多晶硅熔丝18将会熔化而切断电流路径，造成电池包20无法工作。在上述的保护方式中，多晶硅熔丝的使用及其配置造成使用者的不便，因此需要寻求新的解决方案。
发明内容
本发明的目的之一，在于提出一种电池包的保护电路及方法。本发明的目的之一，在于提出一种具有智能型保护的电池包。根据本发明，一种电池包的保护电路包括保护开关与一或多个电池串联在二电极之间，检测电路用以检测电池状态，以及控制电路根据所述检测电路的输出信号控制所述保护开关。在所述一或多个电池发生异常操作时，所述控制电路切断所述保护开关，以排除异常状态的电池；当异常状况消失后，所述控制电路导通所述保护开关，以回复所述已被排除的电池到正常状态。较佳者，还包括旁通开关受所述控制电路切换，在异常状况时导通， 以旁通异常状态的电池。根据本发明提供的技术方案，利用一种电池包的保护方法包括检测一或多个电池是否发生异常操作，若有，则使用第一控制信号切断与异常状态电池串联的保护开关，以排除所述异常状态的电池，当异常状况消失后，导通所述保护开关，以回复所述已被排除的电池到正常状态。较佳者，还包括在异常状况时使用第二控制信号导通旁通开关，以旁通所述异常状态的电池。
图1是已知的单节电池包；
图2是已知的多节电池包；
图3是根据本发明的第一实施例在正常状态下的电路
图4是图3的实施例在异常状态下的电路；
图5是根据本发明的第二实施例在正常状态下的电路
图6是图5的实施例在异常状态下的电路；
图7是根据本发明的第三实施例；以及
图8是根据本发明的第四实施例。
附图标号
10电池包
12电池
14电极
16电极
18多晶硅熔丝
20电池包
22电池
24电池
26电池包
28保护电路
30检测电路
32控制电路
34电池包
36保护电路的子电路
38保护电路的子电路
40保护电路的子电路
42检测电路
44控制电路
46电池包
48保护电路
50检测电路
52控制电路
54电池包
具体实施例方式
参照图3及图4，根据本发明的多节电池包沈包括保护电路观提供对抗异常操作的智能型保护。在保护电路观中，保护开关SWl与电池12、22、M串联在电极14及16之间，检测电路30连接电池串12、22、M的两端，由其提供电力，并检测其是否发生异常操作，例如过电流或过热等，控制电路32亦连接电池串12、22、M的两端，由其提供电力，并根据检测电路30的输出信号PSl决定控制信号CSl控制保护开关SWl。保护开关SWl是电子开关，例如功率M0SFET。电池包沈在正常状态下，如图3所示，保护开关SWl是导通的，一旦发生异常操作，控制电路32将切断保护开关SW1，如图4所示，因而排除电池串12、22、24， 当异常状况消失后，控制电路32导通保护开关SW1，因此电池包沈又能再次工作。包括过电流保护(OCP)及过热保护(OTP)在内的各种保护措施的检测是已知技术，因应信号产生控制信号切换开关也是已知技术，因此不再对检测电路30及控制电路32的详细电路多做说明。虽然上述实施例是以多节电池包解说，但本技术领域的技术人员从其中可了解， 在单节电池包的应用中也是一样的，只是电池串12、22、对改为单个电池。由于保护电路观是利用电子开关SWl提供保护，因此可以精确的设定过电流、过热或其他保护措施的跳脱点，而且在发生异常操作时，电子开关SWl能立即被切断，这只需要几微秒的时间，此外，当异常状况消失后，电池包沈便能自动回复正常状态再次工作，这些都让电池包沈的使用较方便。在不同的实施例中，针对多节电池包中不同的电池提供独立的保护。例如图5所示，在多节电池包34中，电池12、22、M串联在电极14及16之间，保护电路包括三组子电路36、38、40分别保护电池12、22、对。在子电路36中，保护开关SW1、检测电路42、控制电路44的操作和图3中的相对应元件是相同的，增加的旁通开关SW2与保护开关SWl及电池 12并联，其受控制电路44提供的控制信号CS2控制，在电池12为正常状态时是切断的，当电池12发生异常操作时导通，因而旁通电池12。子电路38和40与子电路36具有相同的组成，其操作也是一样的。子电路36、38、40所需的电源由其各自保护的电池12、22、对供应。开关SW1-SW6全部都是电子开关。如图5所示，当电池包34在正常状态下，保护开关 Sff 1、Sff3, SW5皆导通，旁通开关SW2、Sff4, SW6皆切断，电流从电极16经保护开关SW5、电池对、保护开关313、电池22、保护开关511、电池12流到电极14。当任何一个电池发生异常操作，例如电池22，如图6所示，保护开关SW3切断而旁通开关SW4导通，因此旁通电池 22，电流改流经旁通开关SW4，因而维持电流路径在电极14及16之间，电池包34仍可继续工作。当检测电路42检测到电池22的异常状态消失，控制电路44切断旁通开关SW4及导通保护开关SW3，因此电池22恢复工作。虽然在图5的实施例中，保护电路的每一个子电路保护一个电池，但此技术领域的技术人员从其中可了解，在不同的实施例中，一个子电路可以保护多个电池，就像图3的实施例那样。此外，本技术领域的技术人员从图5的实施例可了解，图3的实施例也可以增加旁通开关，在电池包26发生异常操作时导通以旁通电池串12、22、对。图5的实施例稍作修改如图7所示，在多节电池包46中，保护电路48所需的电源由电极14及16供应，检测电路50检测电池12、22、M是否发生异常操作，控制电路52根据检测电路50的输出信号PS[1:3]控制开关SW1-SW6。如果使用多工器的话，检测电路50 的尺寸可以缩减很多。图8是另一个实施例，在多节电池包M中，电池12及22并联在电极14及16之间，保护电路48包括保护开关SWl及SW3分别与电池12及22串联，检测电路50及控制电路52由电极14及16供电。检测电路50检测电池12及22是否发生异常操作，控制电路52根据检测电路50的输出信号PS 1及PS2控制保护开关SWl及SW3，例如在电池22发生异常操作时，切断保护开关SW3以排除电池22，一旦异常状况消失，导通保护开关SW3让电池22恢复工作。 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求所界定范围为准。
权利要求
1.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括 二电极；电池；保护开关，与所述电池串联在所述二电极之间； 检测电路连接所述电池，检测其是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述保护开关； 其中，所述控制电路在所述电池发生异常操作时切断所述保护开关。
2.如权利要求1所述的电池包，其特征在于，所述电池包还包括旁通开关与所述电池及保护开关并联，且受所述控制电路控制，其中，所述控制电路在所述电池发生异常操作时导通所述旁通开关，以旁通所述电池。
3.—种电池包的保护电路，其特征在于，所述电池包具有二电极及电池，所述保护电路包括保护开关，与所述电池串联在所述二电极之间； 检测电路连接所述电池，检测其是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述保护开关； 其中，所述控制电路在所述电池发生异常操作时切断所述保护开关。
4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述保护电路还包括旁通开关与所述电池及保护开关并联，且受所述控制电路控制，其中，所述控制电路在所述电池发生异常操作时导通所述旁通开关，以旁通所述电池。
5.一种电池包的保护方法，其特征在于，所述电池包具有二电极及电池，所述保护方法包括下列步骤(A)配置保护开关与所述电池串联在所述二电极之间；(B)检测所述电池是否发生异常操作；(C)在所述电池发生异常操作时，切断所述保护开关；以及(D)在异常状况消失后，导通所述保护开关。
6.如权利要求5所述的保护方法，其特征在于，所述保护方法还包括下列步骤 配置旁通开关与所述电池及保护开关并联；以及在所述电池发生异常操作时导通所述旁通开关，以旁通所述电池。
7.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括 二电极；多个电池，串联在所述二电极之间；以及保护电路连接所述多个电池，所述保护电路包括多个子电路，每一个子电路用以独立保护一个电池，其中每一个子电路包括 保护开关，与所保护的电池串联； 旁通开关与所保护的电池及所述保护开关并联； 检测电路连接所保护的电池，检测其是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述保护开关及旁通开关；其中，所述控制电路在所保护的电池发生异常操作时切断所述保护开关，并且导通所述旁通开关，以旁通所保护的电池。
8.一种电池包，特征在于，所述电池包包括 二电极；第一及第二电池串联在所述二电极之间； 第一保护开关，与所述第一电池串联且直接连接所述第一电池； 第二保护开关，与所述第二电池串联且直接连接所述第二电池； 第一旁通开关，与所述第一电池及第一保护开关并联； 第二旁通开关，与所述第二电池及第二保护开关并联；检测电路连接所述第一及第二电池，检测所述第一及第二电池是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述第一及第二保护开关及第一及第二旁通开关；其中，所述控制电路在所述第一电池发生异常操作时切断所述第一保护开关，并且导通所述第一旁通开关，以旁通所述第一电池，以及在所述第二电池发生异常操作时切断所述第二保护开关，并且导通所述第二旁通开关，以旁通所述第二电池。
9.一种电池包的保护电路，特征在于，所述电池包具有二电极及二电池串联在所述二电极之间，所述保护电路包括第一保护开关，与所述二电池中的第一电池串联且直接连接所述第一电池； 第二保护开关，与所述二电池中的第二电池串联且直接连接所述第二电池； 第一旁通开关，与所述第一电池及第一保护开关并联； 第二旁通开关，与所述第二电池及第二保护开关并联； 检测电路连接所述二电池，检测所述二电池是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述第一及第二保护开关及第一及第二旁通开关；其中，所述控制电路在所述第一电池发生异常操作时切断所述第一保护开关，并且导通所述第一旁通开关，以旁通所述第一电池，以及在所述第二电池发生异常操作时切断所述第二保护开关，并且导通所述第二旁通开关，以旁通所述第二电池。
10.一种电池包的保护方法，特征在于，所述电池包具有二电极及二电池串联在所述二电极之间，所述保护方法包括(A)配置第一保护开关与所述二电池中的第一电池串联，其中所述第一保护开关直接连接所述第一电池；(B)配置第二保护开关与所述二电池中的第二电池串联，其中所述第二保护开关直接连接所述第二电池；(C)配置第一旁通开关与所述第一电池及第一保护开关并联；(D)配置第二旁通开关与所述第二电池及第二保护开关并联；(E)检测所述二电池是否发生异常操作；(F)在所述第一电池发生异常操作时，切断所述第一保护开关并导通所述第一旁通开关，以及在所述第二电池发生异常操作时，切断所述第二保护开关并导通所述第二旁通开关；以及(G)在所述第一电池的异常状况消失后，导通所述第一保护开关并切断所述第一旁通开关，以及在所述第二电池的异常状况消失后，导通所述第二保护开关并切断所述第二旁通开关。
11.一种电池包，特征在于，所述电池包包括二电极；第一及第二电池并联在所述二电极之间；第一保护开关，与所述第一电池串联；第二保护开关，与所述第二电池串联；检测电路连接所述第一及第二电池，检测所述第一及第二电池是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述第一及第二保护开关；其中，所述控制电路在所述第一电池发生异常操作时切断所述第一保护开关，在所述第二电池发生异常操作时切断所述第二保护开关。
12.—种电池包的保护电路，特征在于，所述电池包具有二电极及二电池并联在所述二电极之间，所述保护电路包括第一保护开关，与所述二电池中的第一电池串联；第二保护开关，与所述二电池中的第二电池串联；检测电路连接所述二电池，检测所述二电池是否发生异常操作；以及控制电路连接所述检测电路，根据所述检测电路的输出信号控制所述第一及第二保护开关；其中，所述控制电路在所述第一电池发生异常操作时切断所述第一保护开关，以及在所述第二电池发生异常操作时切断所述第二保护开关。
13.—种电池包的保护方法，特征在于，所述电池包具有二电极及二电池并联在所述二电极之间，所述保护方法包括(A)配置第一保护开关与所述二电池中的第一电池串联；(B)配置第二保护开关与所述二电池中的第二电池串联；(C)检测所述二电池是否发生异常操作；(D)在所述第一电池发生异常操作时，切断所述第一保护开关，以及在所述第二电池发生异常操作时，切断所述第二保护开关；以及(E)在所述第一电池的异常状况消失后，导通所述第一保护开关，以及在所述第二电池的异常状况消失后，导通所述第二保护开关。
全文摘要
本发明提供一种电池包及其保护电路与方法，利用电子开关提供电池包对抗异常操作的智能型保护。所述保护电路及方法检测电池状态，据以控制所述电子开关，以排除异常状态的电池。一旦异常状况消失，所述电池包将回复正常状态。
文档编号H02H7/18GK102412564SQ20101029080
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月21日 优先权日2010年9月21日
发明者王钦辉, 蓝鹏儒, 韩颖杰 申请人:日隆电子股份有限公司