专利名称：电池保护电路及方法
技术领域：
本发明涉及一种电池保护电路、方法以及包括电池保护电路的电池包，尤其是涉及一种使电池免受较短时间间隔内出现的多个非期望状态影响的电池保护电路、方法以及包含该电池保护电路的电池包。
背景技术：
现有技术中的笔记本电脑、手机、个人数字助理、动力工具等电子设备可以使用锂电池、镍镉电池以及镍氢电池等多种类型的可充电电池。而过压等特定状态会对如锂电池等一些类型的可充电电池造成损害。因此，在这些可充电电池的电池包内通常包括有多种电池保护电路。在一些实施例中，除了主电池保护电路之外，还包括有二级电池保护电路，该二级电池保护电路响应于持续超过一段时长的过压状态，提供一个输出至熔丝元件，用以永久损坏该熔丝元件。然而，这种二级电池保护电路不能防护瞬时过电压尖脉冲的危害。另外， 一旦该熔丝元件进入非导通状态，它便无法返回到导通状态，因此该熔丝元件不能够在导通状态和非导通状态之间转换，即一旦状态改变，则需要替换该熔丝元件。此外，传统的二级电池保护电路无法监测到在相对较短的时间内出现的多个相对较大的电压尖脉冲。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种电池保护电路、方法以及包含该电池保护电路的电池包，其能够检测到相对短的时间内出现的多个相对较大的电压尖脉冲，从而提高电池保护的精确度。为解决上述技术问题，本发明提供一种电池保护电路，用于至少含有一电池的电池包中，所述电池保护电路至少包括监测电路，用于监测所述电池包中的电池的电压，并产生监测信号；积分电路，连接至所述监测电路，用于接收所述监测信号和第一阈值，将所述监测信号和所述第一阈值的差值在一段时间间隔内进行积分，并且产生积分输出；和比较器，连接至所述积分电路，用于将所述积分输出与第二阈值进行比较，并且产生控制信号。本发明还提供了一种电池保护方法，至少包括下列步骤监测若干个电池的电压； 在一段时间间隔内对指示电池的电压的监测信号与第一阈值的差值进行积分，从而产生积分输出；以及根据所述积分输出与第二阈值的比较结果产生控制信号。本发明还提供了一种电池包，该电池包包括若干个电池；与所述若干个电池串联的开关；和连接至所述若干个电池的电池保护电路，所用于在一段时间间隔内将指示所述电池的电压的第一信号与过电压阈值之间的差值进行积分，从而产生积分输出，并且根据所述积分输出与第二阈值的比较结果产生控制信号，其中，当所述积分输出大于所述第二阈值时，所述开关响应所述控制信号而断开，从而保护所述电池包免受瞬态过电压状态的影响。本发明还提供一种电池保护方法，其至少包括下列步骤监测电池的电压；将所述电池的电压与第一阈值和第二阈值进行比较；如果所述电池的电压大于所述第一阈值， 将所述电池的电压大于所述第一阈值的第一段时间间隔与第一预设时间间隔进行比较；如果所述第一段时间间隔超过所述第一预设时间间隔，则检测到第一非期望状态；如果所述电池的电压大于所述第二阈值，将所述电池的电压大于所述第二阈值的第二段时间间隔与第二预设时间间隔进行比较；如果所述第二段时间间隔超过所述第二预设时间间隔，则检测到第二非期望状态，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，并且所述第一预设时间间隔小于所述第二预设时间间隔。本发明的电池保护电路、方法以及包含电池保护电路的电池包能够检测到相对较短时间间隔内出现的多个相对较大的电压尖脉冲，从而提高电池保护的精确度。
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。图1所示为本发明的一个实施例的包含带有瞬态过电压(Over Voltage Transient，简称0VT)保护的二级电池保护电路的电子设备的方框图；图2所示为如图1所示实施例的电子设备中的电池包的方框图；图3所示为本发明的一个实施例的带有OVT保护的二级电池保护电路的方框图；图4所示为本发明的另一个实施例的带有OVT保护的二级电池保护电路的方框图；图5所示为结合图4中的相关控制信号来进一步解释图4中二级电池保护电路的运作的电池电压/时间图；图6A所示为根据本发明一个实施例的解释使用多个过电压阈值对电池进行保护的电压/时间图；图6B所示为根据本发明一个实施例的解释使用多个欠电压阈值对电池进行保护的电压/时间图；图7所示为根据本发明一个实施例的包括电池保护电路的电池包的方框图；图8所示为根据本发明如图7所示实施例的电池保护电路所产生或接收的信号的波形图。
具体实施例方式以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式
中给出了众多的具体细节。 本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。图1所示为本发明的一个实施例的包含带有瞬态过电压(Over VoltageTransient，简称0VT)保护的二级电池保护电路的电子设备100的方框图，该电子设备100 包括用来给系统110供电的直流电源104和电池包102。如果没有直流电源104输入(例如，交流/直流适配器)，则由电池包102给系统110供电。如果有直流电源104输入，则由直流电源104为系统110供电，并且给电池包102中的电池组120充电。在一种电池充电模式中，充电开关Sl闭合而放电开关S2断开，此时，充电电流流经闭合的充电开关Sl和与断开的放电开关S2并联的二极管D2，并给电池组120充电。在另外一种电池充电模式中， 充电开关Sl和放电开关S2都闭合，从而减少因二极管D2而引起的损耗。在一种电池供电模式中，充电开关Sl断开而放电开关S2闭合，此时，供电电流由电池组120流经闭合的放电开关S2和与断开的充电开关Sl并联的二极管D1，并给系统110供电。在另一种电池供电模式中，充电开关Sl和放电开关S2都闭合，从而减少因二极管Dl而引起的损耗。电池包102包括主电池保护电路122，滤波器128，二级安全电路130，熔丝132以及带有瞬态过电压(Over Voltage Transient，简称0VT)保护的二级电池保护电路126。主电池保护电路122监测包括电池组120中的每个单电池的电压以及充/放电电流在内的多种状态，并且提供充电控制信号(CHG_IN)和放电控制信号(DSG_IN)。电池组120中的每个单电池的电压同样可以通过滤波器1 被二级安全电路130监测。滤波器1 用来滤除持续时间较短的瞬态过电压尖脉冲。二级安全电路130监测电池组120中的每个单电池的电压，当其中一个单电池的电压在一段持续时间内大于过电压阈值，则该二级安全电路130 向熔丝132提供一个信号用来熔断或者断开该熔丝132。因此，滤波器1 用来阻止熔丝 132由持续时间较短的瞬态过电压尖脉冲而引起的熔断。当任何一个电池的电压在短于或者等于预设的瞬态时间间隔的持续时间内大于过电压阈值时，电池包102中的带有OVT保护的二级电池保护电路1 用来保护电池组 120。如本文中所用，“瞬态时间间隔”是激活相关电池包中的永久保护装置(例如，在本实施例中为熔丝13 的过电压状态的持续时间。该瞬态时间间隔可以根据电池特定化学特性，特定永久保护装置，以及其他的需要考虑的事项而改变设定。在一个实施例中，该预设的瞬态时间间隔大约是10微秒(ys)。这样，带有OVT保护的二级电池保护电路1 保护电池组120不受持续时间较短的瞬态过电压尖脉冲的影响，从而不会激活相关电池包中的永久保护装置。举例而言，带有OVT保护的二级电池保护电路1 可以保护电池组120免受一个仅1毫伏(mV)且仅持续1 μ s的瞬态过电压尖脉冲的影响。在另一个实施例中，除了保护电池组120免受瞬态过电压状态的影响，带有OVT保护的二级电池保护电路126还可以保护电池组120免受持续时间超过预设的瞬态时间间隔的过电压状态的影响，即带有OVT保护的二级电池保护电路1 可以兼具二级安全电路130 的部分功能。这样，可以移除电池包102中的滤波器128，二级安全电路130，以及熔丝132 中的一个或者多个组件以节省成本和空间。或者，可以保留滤波器128，二级安全电路130， 以及熔丝元件132，进一步提高带有OVT保护的二级电池保护电路1 的过电压保护的可靠性。图2所示为如图1所示实施例的电子设备100中的电池包10 的框图。电池组 120a包括单电池1，单电池2以及单电池3。每个单电池分别连接至主电池保护电路122， RC滤波网络U8a，以及二级电池保护电路1沈。RC滤波网络128a包括电阻R5、电阻R7和电阻R8以及电容C2、电容C3和电容C4。在一个实施例中，电阻R5、电阻R7和电阻R8的阻值为1千欧姆&0)，电容02、电容03和电容C4的电容值为0.1微法拉(μ F)。在本实施例中，RC滤波网络128a滤除持续时间短的瞬态过电压尖脉冲，并且向二级安全电路130a提供代表每个电池的电压的输入信号。如果任一电池的电压在超过预设的瞬态时间间隔的持续时间内大于过电压阈值(如4. 2伏)，二级安全电路130a向晶体管 Q7的控制端提供一个控制信号以导通晶体管Q7，进而熔断熔丝Fl。在本实施例中，还提供一个与熔丝Fl串联的附加的热熔丝F2。在图2所示的实施例中，采用晶体管Ql Q6实现图1中的充电开关Sl和放电开关S2的功能。晶体管Ql Q6可以是任何种类的晶体管，包括但不限于场效应晶体管，如金属氧化物半导体场效应管，以及双极型晶体管。电池包10 还包括电池能源管理电路230， 用来检测电池组120a的电量，并且根据检测到的状态提供表示电池组120a剩余电量的输出信号。电池包10 还包括感应电阻234，用来为主电池保护电路122提供电流信息。在本实施例中，二级电池保护电路1 位于主电池保护电路122和晶体管Ql Q6 之间。二级电池保护电路1 接收来自主电池保护电路122的充电控制信号CHG_IN和放电控制信号DSG_IN，并且输出充电控制信号CHG和放电控制信号DSG给晶体管Ql Q6。在本实施例中，二级电池保护电路126还接收节点270、节点272、节点274和节点276处代表电池组120a中每个电池的电压的信号。一般而言，二级电池保护电路1 监测电池组120a 中每个电池的电压，并且为晶体管Ql Q6提供输出信号，从而在瞬态过电压状态下保护电池组120a。图3所示为本发明的一个实施例的带有OVT保护的二级电池保护电路126a的框图。二级电池保护电路126a包括过电压检测电路302，用来监控每个电池，即电池350、电池352、电池3M和电池356的电压，从而检测包括较短时间间隔在内的任意持续时间的任何大于过电压阈值的电池电压。随后，过电压检测电路302提供一个表示是否有任一电池的电压大于过电压阈值(如4.2V)的输出信号，该输出信号可以是数字或者模拟信号。在图3所示的实施例中，该输出信号进一步输入到放电驱动器310和充电驱动器312中，由放电驱动器310和充电驱动器312相应地生成放电控制信号DSG和充电控制信号CHG，用来分别控制放电开关Sl和充电开关S2。当过电压检测电路302提供一个表示任一电池的电压大于过电压阈值的输出信号时，二级电池保护电路126a便采取保护步骤使电池350、电池352、电池3M和电池356 免受瞬态过电压状态的影响。在一个实施例中，保护步骤包括断开适当的开关，从而将电池组与过电压状态隔离。在另一个实施例中，保护步骤还包括增加适当的开关的导通阻抗，从而将电池组的电压限制在一个适当的水平。充电开关Sl和放电开关S2可以是任何种类的晶体管，如图3所示的场效应管340 和场效应管342，并且由二级电池保护电路126a分别向场效应管340和场效应管342的栅极提供充电控制信号CHG和放电控制信号DSG。充电控制信号CHG和放电控制信号DSG可以是数字信号或者模拟信号。在一个实施例中，使用数字信号驱动适当的开关(如充电开关Sl或者放电开关S2)至断开状态，从而使电池组与瞬态过电压状态隔离。在另一个实施例中，使用模拟信号来控制处于导通状态下的开关的导通阻抗，从而将电池组的电压限制在一个适当的水平。例如，当开关是场效应管时，该场效应管可以被该模拟信号驱动进入饱和状态，从而使该场效应管充当可变电阻。因此，可以通过该模拟信号将该场效应管的导通阻抗控制至理想值，从而将电池组的电压限制在一个适当的安全值。图4所示为本发明的另一个实施例的二级电池保护电路126b的框图。在本实施例中，除了为电池组提供防止瞬态过电压状态的临时保护外，该二级电池保护电路126b还能够为电池组提供防止持续过电压状态的永久保护，并能够进一步为单元电池组提供防止其他不利状况(如过温状况)的永久保护。如图4所示，该二级电池保护电路126b包括电池过电压检测电路402，电池过电压 (Cell Over Voltage，简称C0V)延伸电路404，低通滤波器408，熔丝锁存器406，充电驱动器412，放电驱动器410，开关禁止电路416以及过温检测器418。在本实施例中，图1中的充电开关Sl和放电开关S2可以分别由场效应管440和场效应管442来实现。电池过电压检测电路402监控每个电池450、452、妨4和456的电压，从而检测包括较短的时间间隔的任意持续时间的任何大于过电压阈值的电池电压。在一个实施例中， 该电池过电压检测电路402具有一个开关网络，用以将每个电池连接至一个比较器的一个输入端。在该比较器的另一个输入端输入预设的过电压阈值。该比较器将电池的特定电压值与预设的过电压阈值相比较，并且输出比较结果。在本实施例中，电池过电压检测电路402提供COV信号给COV延伸电路404。如果COV信号表示瞬态过电压状态，COV延伸电路404便在一段最小时间间隔内维持该状态下的COV信号。COV延伸电路404也可以通过低通滤波器408传输该COV信号从而排除较短持续时间事件。如果COV信号在超过瞬态时间间隔的持续时间内保持高电平，则该COV延伸电路404输出一个FUSE_BL0W信号。该FUSE_BL0W信号可以是内部产生作为低通滤波器 408的输出或者由外部产生且从端口 435输入至二级电池保护电路126b。该FUSE_BL0W信号被熔丝锁存器406锁存，并且通过FUSE_BL0WN控制信号来永久禁止充电场效应管440和/或放电场效应管442。在一个实施例中，熔丝锁存器406可以自复位，只要电路有电源供电，就能持久锁存；在其他实施例中，可以通过熔断齐纳二极管的方法来永久锁存。在一个实施例中，通过将每个场效应管的栅极和源极短路从而实现对场效应管440和场效应管442的禁止。例如，图4所示的由开关禁止电路416闭合开关437 和开关439，从而分别将充电场效应管440和放电场效应管442的栅极和源极短路。为了附加的保护，FUSE_BL0WN控制信号还可以禁止充电驱动器412和放电驱动器410。该FUSE_ BLOWN控制信号可以是二级电池保护电路126b的端口 441的输出用来指示这种状态。在一个实施例中，通过为熔丝锁存器406提供表示其它会弓I发对场效应管440和场效应管442永久禁止的不利状态的附加输入来实现附加的保护特性。这种不利状态可以是由过温检测器418检测到的电池组120，开关Sl和开关S2，或者其他电路组件的温度状态。二级电池保护电路126b可以应用于如图2所示实施例的带有热熔丝F2的电池包中， 从而在热熔丝F2熔断之前就保护电池组120避免高温状况，从而节约替换一个新的热熔丝 F2的成本。当瞬态过电压状态的持续时间太短以至于不能激发FUSE_BL0W信号时，来自电池过电压检测电路402的COV信号可以用于电池450、电池452、电池妨4和电池456的临时保护。在一个实施例中，COV信号可以作为COV延伸电路404的输入用来在一段最小时间间隔内延伸或者维持表示瞬态过电压状态的COV信号。这样，如果持续时间较短的过电压尖脉冲密集出现，将有利于避免在断开和闭合场效应管440和场效应管442之间的振荡。
图5所示为结合图4中的COV信号、COV延伸信号、以及FUSE_BL0W信号来进一步解释图4中二级电池保护电路126b的运作的电池电压/时间图502。在本实施例中，若电池电压小于过电压阈值(Vqv)，则电池过电压检测电路402提供为数字“0”的COV信号。在时刻tl和时刻t2之间以及时刻t3和时刻t4之间所示为瞬态过电压状态，即电池电压大于过电压阈值Vw。相应地，电池过电压检测电路402检测到瞬态过电压状态，并且在时刻tl和时亥Ij t2之间以及时亥Ij t3和时亥Ij t4之间提供为数字“1”的COV信号。COV 延伸电路404也在时刻tl至时刻t5之间提供为数字“1”的COV延伸信号，从而防止场效应管440和场效应管442频繁地断开和闭合。在一个实施例中，在时刻tl至时刻t5之间， COV延伸信号保持为数字“1”，并且场效应管440和场效应管442在时刻tl至时刻t5之间保持断开状态，从而防止电池受到瞬态过电压状态的影响。在时刻tl和时刻t2之间以及时刻t3和时刻t4之间的瞬态过电压状态的持续时间不足以触发FUSE_BL0W信号。换句话说，时刻tl至时刻t2之间以及时刻t3至时刻t4 之间的时间间隔小于或者等于瞬态时间间隔。然而，由时刻t6开始的过电压状态持续并超过瞬态时间间隔，时刻t6和时刻t7之间的时间间隔等于瞬态时间间隔，从而触发永久保护装置。在一个实施例中，在时刻t7或者瞬态时间间隔截止时，提供为数字信号“ 1 ”的FUSE_ BLOW信号。该FUSE_BL0W信号会触发如图1所示的外部熔丝132和/或者触发开关禁止电路416，从而永久禁止场效应管440和场效应管442。因此，二级电池保护电路126b可以保护电池免受瞬态过电压状态、持续过电压状态以及其它如过温状态等的不利状态的影响。因此，如图1所示实施例中的二级安全电路 130、滤波器128以及熔丝132中的一个或者多个组件都可以被移除从而节约成本和空间。 或者，也可以保留滤波器128、二级安全电路130以及熔丝元件132，进一步提高二级电池保护电路126的过电压保护的可靠性。总之，本发明提供一种二级电池保护电路。该二级电池保护电路包括电池过电压检测电路，用以检测电池组中相应的可充电电池的电压，并根据该电池电压与过电压阈值的比较结果提供输出信号至开关。该开关连接于可充电电池和直流电源之间，并且能够在导通和非导通状态之间转换。如果在小于或者等于瞬态时间间隔的持续时间内，电池的电压大于过电压阈值，该开关还可以响应该输出信号来保护可充电电池。本发明还提供一个电池包。该电池包包括主电池保护电路，用以监测可充电电池的状态，并提供充电信号和放电信号。该电池包还包括二级电池保护电路，用以接收来自主电池保护电路的所述充电信号和放电信号，并且提供充电驱动信号和放电驱动信号。该二级电池保护电路还监测电池组中可充电电池的电压。该电池包还包括充电开关，该充电开关连接于可充电电池和直流电源之间，并且能够在导通和非导通状态之间转换。在电池充电模式中，如果在一段小于或者等于瞬态时间间隔的持续时间内，电池的电压大于过电压阈值，则该充电开关响应来自二级电池保护电路的充电驱动信号，进而保护可充电电池。本发明还提供一种包括前述这种电池包的电子设备。有利的是，该二级电池保护电路保护电池组中的可充电电池免受瞬态过电压状态的影响。这种瞬态过电压状态包括在一段小于瞬态时间间隔的较短持续时间内，电池电压在大于过电压阈值上的任何微小的增加。当过电压状态的持续时间超过瞬态时间间隔时， 该二级电池保护电路还为电池组的可充电电池提供永久保护。可以移除其它提供类似持续过电压保护的电路，或者保留类似功能电路作为附加冗余。图6A所示为根据本发明一个实施例的解释使用多个过电压阈值对电池进行保护 (如瞬态过电压保护)的电池电压/时间图。在一个实施例中，Vwi、Vov2和Vw3是过电压阈值，并且Vw3 > Vov2 > Vovio在图6A所示的实施例中，监测每个电池的电压，并且与多个过电压阈值进行比较。然而，本发明并不局限于此，电池包的电压或者多个电池的平均电压值也可以分别与相对应的一个或者多个电压阈值进行比较。当电池的电压在一段对应的时间间隔内大于过电压阈值的时候，触发保护功能以保护电池免受一种非期望的状态(如瞬态过电压状态)的影响。例如，如果在一段超过预设时间间隔Twi的持续时间内，电池的电压大于过电压阈值Vwi，则检测到非期望的状态(如瞬态过电压状态)，并且触发保护功能。如果在一段超过预设时间间隔Tw2的持续时间内， 电池的电压大于过电压阈值Vw2，则检测到非期望的状态(如瞬态过电压状态)，并且触发保护功能。如果在一段超过预设时间间隔Tw3的持续时间内，电池的电压大于过电压阈值 Vw3，则检测到非期望的状态(如瞬态过电压状态)，并且触发保护功能。在一个实施例中， Tovi > Tov2 > Tovso在一个实施例中，每个过电压阈值和其对应的预设时间间隔的乘积是相等白勺，如 V0ViT0VI — V0V2T0V2 — V0V3T0V3。在第一个时间间隔Tl内，电池的电压大于第一个过电压阈值VW1。如果Tl大于或者等于预设时间间隔Twi，则检测到瞬态过电压状态，并且触发保护功能。在第二个时间间隔T2内，电池的电压大于第一个过电压阈值VW1。如果T2小于预设时间间隔TW1，则没有瞬态过电压状态发生。在第三个时间间隔T3内，电池的电压大于第二个过电压阈值VW2。如果T3大于或者等于预设时间间隔TW2，则检测到瞬态过电压状态，并且触发保护功能。在第四个时间间隔T4内，电池的电压大于第三个过电压阈值VQV3。如果T4大于或者等于预设时间间隔T·，则检测到瞬态过电压状态，并且触发保护功能。通过使用多个过电压阈值和多个预设时间间隔，并且监测每个电池的电压(或者电池包电压，电池平均电压值等)大于一个预设过电压阈值的持续时间，从而能够检测到在相对较短时间间隔内出现的多个高电压尖脉冲。尽管图6A示意三个过电压阈值的实施例，然而本发明也可以应用其它数目的过电压阈值。同样地，图6B所示为根据本发明一个实施例的解释使用多个欠电压阈值对电池进行保护(如瞬态欠电压保护)的电池的电压/时间图。在一个实施例中，Vuvi、Vot2和Vot3 是欠电压阈值，并且Vuv3 < Vuv2 < Vmo在一个实施例中，当电池的电压在一段对应的时间间隔内小于一个欠电压阈值的时候，触发保护功能以保护电池免受非期望的状态(如瞬态欠电压状态)的影响。例如，如果在一段超过预设时间间隔Tm的持续时间内，电池的电压值小于欠电压阈值Vuvi，则检测到瞬态欠电压状态，并且触发保护功能。如果在一段超过预设时间间隔Tuv2的持续时间内， 电池的电压小于欠电压阈值Vuv2，则检测到瞬态欠电压状态，并且触发保护功能。如果在一段超过预设时间间隔Tuv3的持续时间内，电池的电压小于欠电压阈值Vw3，则检测到瞬态欠电压状态，并且触发保护功能被触发。在一个实施例中，Tuvi > Tuv2 > Tw3O在第一个时间间隔Tl内，电池的电压小于第一个欠电压阈值Vuvl。如果Tl大于或者等于预设时间间隔TOT1，则检测到瞬态欠电压状态，并且触发保护功能。在第二个时间间隔T2内，电池的电压小于第一个欠电压阈值VOT1。如果T2小于预设时间间隔Tuvi，则没有瞬态欠电压状态发生。在第三个时间间隔T3内，电池的电压小于第二个欠电压阈值VOT2。如果T3大于或者等于预设时间间隔Tuv2，则检测到瞬态欠电压状态，并且触发保护功能。在第四个时间间隔T4内，电池的电压小于第三个欠电压阈值Vuv3。如果T4大于或者等于预设时间间隔Tuv3，则检测到瞬态过电压状态，并且触发保护功能。图7所示为根据本发明一个实施例的包括电池保护电路的电池包的方框图。该电池包包括多个电池、充电开关740、放电开关742以及电池保护电路126C。在图7所示的实施例中，电池包包括由电池750、电池752、电池7M和电池756串联连接组成的电池组。充电开关740以及放电开关742可以是任何种类的开关，如场效应管。电池保护电路126C连接至电池组、充电开关740以及放电开关742。该电池保护电路126C能够监测每个电池的电压，并且将每个电池的电压与预设的阈值相比较。在一个实施例中，电池保护电路126C能够检测电池的瞬态过电压状态或者瞬态欠电压状态，并且触发保护功能。电池保护电路126C包括电池电压监测器702、选择器704、积分器706、比较器708、充电驱动器712以及放电驱动器710。电池电压监测器702能够接收每个电池，即电池750、电池752、电池754以及电池756的端电压，并且分别提供每个电池，即电池750、电池752、电池754以及电池756的电压。在一个实施例中，选择器704从电池电压监测器702处接收每个电池750、电池752、 电池754以及电池756的电压，并且选择一个。在一个实施例中，选择电路包括胜者全得 (winner-take-all，简称WTA)电路。选择器704能够选择电池750、电池752、电池754以及电池756的电压中的最大值，从而检测瞬态过电压状态。在另一个实施例中，选择器704 能够选择电池750、电池752、电池754以及电池756的电压中的最小值，从而检测瞬态欠电压状态。积分器706接收来自选择器704的选择电压值Vsa，如电池的电压中的最大值或者最小值。积分器706还能够接收一个第一阈值VTH1。在一个实施例中，为了实现过电压保护，该第一阈值Vthi表示一个过电压阈值，例如4. 2V。在另外一个实施例中，为了实现欠电压保护，该第一阈值Vthi表示一个欠电压阈值，例如3. 0V。该积分器706能够将选择电压值 Vsa与第一阈值Vthi的差值在一段时间间隔内进行积分，并且产生积分输出VINT。在一个实施例中，该积分器706可以由开关电容积分器实现。比较器708接收积分器706的积分输出Vint以及一个第二阈值VTH2。比较器708将积分器706的积分输出Vint与第二阈值Vth2进行比较，并且输出控制信号CTR。在一个实施例中，为了实现过电压保护，当积分器706的积分输出Vint大于第二阈值Vth2时，比较器708 产生指示瞬态过电压状态的控制信号CTR，用来通过充电驱动器712断开充电开关740以终止对电池充电，从而保护电池免受瞬态过电压状态的影响。在另外一个实施例中，为了实现欠电压保护，当积分器706的积分输出Vint大于第二阈值Vth2时，比较器708产生指示瞬态欠电压状态的控制信号CTR，用来通过放电驱动器710断开放电开关742以终止电池放电， 从而保护电池免受瞬态欠电压状态的影响。图8所示为根据本发明如图7所示实施例的电池保护电路所产生或者接收的信号的波形图。图8结合图7进行描述。图8所示为一种过电压保护的示例。在第一个时间间隔Tl内，来自选择器704的选择电压值Vsa大于第一阈值VTH1。积分器706将选择电压值 Vsel与第一阈值Vthi的差值进行积分。当积分器706的积分输出Vint大于第二阈值Vth2时，如图8所示，则检测到瞬态过电压状态，比较器708的输出信号CTR断开充电开关740，从而结束电池充电。在第二个时间间隔T2内，尽管第二个时间间隔T2小于第一个时间间隔Tl，但是在第二个时间间隔T2内的选择电压值Vsa大于第一个时间间隔Tl内的选择电压值VSEp相应地，积分器706的积分输出Vint仍然大于第二阈值VTH2。结果，仍检测到瞬态过电压状态， 比较器708的输出信号CTR断开充电开关740，从而结束电池充电。在第三个时间间隔T3内，选择电压值Vsa大于第一阈值VTH1。然而，由于选择电压值Vsa大于过第一阈值Vthi的持续时间相对比较短，因此，积分器706的积分输出Vint小于第二阈值Vth2，如图8所示。这样，没有瞬态过电压状态发生，因此充电开关740仍然是闭合状态。在第四个时间间隔T4内，选择电压值Vsa大于第一阈值Vthi的持续时间相对比较短，但由于第四个时间间隔T4内的选择电压值Vsa相对比较高(例如，瞬时电压尖脉冲)， 积分器706的积分输出Vint仍然大于第二阈值Vth2，如图8所示。因此，仍检测到瞬态过电压状态，并且控制信号CTR将充电开关740断开，从而结束电池充电。相应地，电池保护电路包括电池电压监测电路、积分电路以及比较器，其能够检测非期望的状态(如过电压状态和欠电压状态)，并且能够触发相应的保护功能。该电池电压监测电路能够监测电池的电压。该积分电路能够接收指示电池电压的监测信号，并且将该监测信号与第一阈值的差值在一段时间间隔内进行积分，从而产生积分输出。该比较器将该积分输出与第二阈值进行比较，并且产生控制信号。该控制信号用来触发保护功能，如终止电池充电或者放电。包括监测电路、积分电路以及比较器的电池保护电路还能够用于检测电池的电压、电池包的电压或者电池的平均电压值是否大于或者低于一个或更多的阈值，由此提高电池保护电路的精确度。此外，本发明不局限于过电压保护或者欠电压保护， 通过增加温度等参数监控，同样可以实现使电池免受过温等非理想状态的影响的功能。在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。尽管前述说明和附图代表了本发明优选的实施方式，但应当理解，可在不偏离由后附权利要求所限定的本发明精神和主旨范围的情况下，对其进行多种添附、修正以及替换。本领域的技术人员应当理解，在使用本发明中，可进行形式、结构、配置、比例、材料、元素和部件的多种修正，以及在本发明实施中尤其适于特定环境条件和操作要求而进行的不偏离本发明主旨的其它修正。因此，该披露的实施方式应当被完全地理解说明性的，而非限制性的，本发明的范围由后附的权利要求及其法定等同方式，而并不局限于前述说明。
权利要求
1.一种电池保护电路，用于至少含有一电池的电池包中，其特征在于，所述电池保护电路包括监测电路，用于监测所述电池包中的电池的电压，并产生监测信号； 积分电路，连接至所述监测电路，用于接收所述监测信号和第一阈值，将所述监测信号和所述第一阈值的差值在一段时间间隔内进行积分，并且产生积分输出；和比较器，连接至所述积分电路，用于将所述积分输出与第二阈值进行比较，并且产生控制信号。
2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，所述监测电路包括 选择电路，用于从若干个电池的电压中选择一个，并产生所述监测信号。
3.根据权利要求1或2所述的电池保护电路，其特征在于，所述监测信号指示若干个电池的电压中的最大值，并且所述第一阈值表示过电压阈值。
4.根据权利要求1或2所述的电池保护电路，其特征在于，所述监测信号指示若干个电池的电压中的最小值，并且所述第一阈值表示欠电压阈值。
5.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，当所述积分输出大于所述第二阈值时，与所述电池串联的开关响应所述控制信号而断开，从而保护电池免受非期望状态的影响。
6.一种电池保护方法，其特征在于，所述电池保护方法包括 监测若干个电池的电压；在一段时间间隔内对指示电池的电压的监测信号与第一阈值的差值进行积分，从而产生积分输出；以及根据所述积分输出与第二阈值的比较结果产生控制信号。
7.根据权利要求6所述的电池保护方法，其特征在于，所述电池保护方法还包括 从所述若干个电池的电压中选择一个，并产生所述监测信号。
8.根据权利要求6或7所述的电池保护方法，其特征在于，所述监测信号指示所述若干个电池的电压中的最大值，并且所述第一阈值表示过电压阈值。
9.根据权利要求6或7所述的电池保护方法，其特征在于，所述监测信号指示所述若干个电池的电压中的最小值，并且所述第一阈值表示欠电压阈值。
10.根据权利要求6所述的电池保护方法，其特征在于，所述电池保护方法还包括当所述积分输出大于所述第二阈值时，响应所述控制信号，断开与所述电池串联的开关，从而保护所述电池免受非期望状态的影响。
11.一种电池包，其特征在于，所述电池包包括 若干个电池；与所述若干个电池串联的开关；和连接至所述若干个电池的电池保护电路，用于在一段时间间隔内将指示所述电池的电压的第一信号与过电压阈值之间的差值进行积分，从而产生积分输出，并且根据所述积分输出与第二阈值的比较结果产生控制信号，其中，当所述积分输出大于所述第二阈值时，所述开关响应所述控制信号而断开，从而保护所述电池包免受瞬态过电压状态的影响。
12.根据权利要求11所述的电池包，其特征在于，所述电池保护电路还用于从所述若干个电池的电压中选择一个，并产生所述第一信号。
13.根据权利要求11或12所述的电池包，其特征在于，所述第一信号指示所述若干个电池的电压中的最大值。
14.根据权利要求11所述的电池包，其特征在于，当所述开关断开时，终止对所述电池包的充电。
15.一种电池保护方法，其特征在于，所述电池保护方法包括监测电池的电压；将所述电池的电压与第一阈值和第二阈值进行比较；如果所述电池的电压大于所述第一阈值，将所述电池的电压大于所述第一阈值的第一段时间间隔与第一预设时间间隔进行比较；如果所述第一段时间间隔超过所述第一预设时间间隔，则检测到第一非期望状态；如果所述电池的电压大于所述第二阈值，将所述电池的电压大于所述第二阈值的第二段时间间隔与第二预设时间间隔进行比较；如果所述第二段时间间隔超过所述第二预设时间间隔，则检测到第二非期望状态，其中，所述第一阈值大于所述第二阈值，并且所述第一预设时间间隔小于所述第二预设时间间隔。
16.根据权利要求15所述的电池保护方法，其特征在于，所述第一阈值和所述第一预设时间间隔的乘积与所述第二阈值和所述第二预设时间间隔的乘积相等。
17.根据权利要求15所述的电池保护方法，其特征在于，所述电池保护方法还包括如果检测到所述第一非期望状态，终止对所述电池的充电；如果检测到所述第二非期望状态，终止对所述电池的充电。
18.根据权利要求15所述的电池保护方法，其特征在于，所述第一阈值表示第一过电压阈值，所述第二阈值表示第二过电压阈值。
全文摘要
本发明提供了一种电池保护电路、方法以及包括电池保护电路的电池包，该电池保护电路包含监测电路、积分电路和比较器，所述监测电路用于监测电池电压，并产生监测信号，所述积分电路连接至所述监测电路，用于接收所述监测信号和第一阈值，将所述监测信号和所述第一阈值的差值在一段时间间隔内进行积分，并且产生积分输出，所述比较器连接至所述积分电路，用于将所述积分输出与第二阈值进行比较，并且产生控制信号。采用本发明的电池保护电路及方法能够检测到相对较短的时间间隔内出现的多个相对较大的电压尖脉冲，从而提高电池保护的精确度。
文档编号H02H7/18GK102163838SQ201110041318
公开日2011年8月24日 申请日期2011年2月21日 优先权日2010年2月22日
发明者栗国星 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司