[发明专利]用于电池组保护的涓流放电

说明书

技术领域

本发明涉及电池充/放电电路和电池组保护，尤其涉及能够进行涓流预充电和/或涓流放电的电池充/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充/放电/保护系统中发现，例如，膝上型计算机，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，需要从电量耗尽状态进行涓流预充电(恢复充电)以避免对耗尽电池产生损坏。当可再充电电池被耗尽并且其电池电压变得低于阈值电压V_UV时，不能使用大的充电电流进行直接的充电。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V_UV，然后它才可以以正常模式被充电，也就是，通过较大的充电电流进行充电。对于锂离子电池，一个单元电芯的阈值电压接近2.4V～3.0V，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_UV，电池进入恒定电流(CC)充电模式，大的恒定电流用于对电池进行快速充电(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_OV，其代表过电压(对于锂离子电池正常的过压电压大约在4.2V左右)，电池进入恒定电压(CV)充电模式。在这种模式中，充电器保持在电压V_OV，充电电流逐渐减少。当充电电流减少到预定最小值，例如50mA，充电程序停止。在CV充电模式中，充电器必须将电压精确地调整到V_OV(误差在+/-0.005V)。如果，充电输出大于V_OV，那么将会发生对电池的过充电，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MOSFET12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Vcell之间的压差除以串联电阻14Rpre决定。当存在AC适配器(未示出)并且VPACK+高于单元电压V_cell，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V_UV，电池组将进入预充电模式。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(Cell1，Cell2.....Cell4)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MOSFET12的操作，传统电路10包括一比较器26，其可以通过开关30将恒定参考电压28(V_UV)与每一单元的电压进行比较。

然而，图1B中示出的电路的一个缺陷是需要一额外的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。另外，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，这意味着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，因此不能被调整用以提供不同的电池组需要。

该拓扑的另一缺陷是电池组22和MOSFETs容易在异常情况下被损坏，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或者被开启以允许放电或者被关闭而不能放电。当放电FET18被开启时，如果发生了异常情况，从电池组22流出的大电流流经放电FET18和充电FET16，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FET18可以被关闭用以保护电池组22免遭异常情况。然而，由于放电FET18被关闭，当电池组22被插回到电子系统中时电池组22将不能立即对电子系统通电，因此需要一机械方法或电子电路来通知电路10来开启放电FET18。额外的机械方法或者电子电路将增加电路10的复杂性，价格和/或尺寸。另外，电池组在被插进电子系统中后仍然会由于异常情况容易被损坏。