專利名稱：具有保護(hù)電路的電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備防止二次電池的過充電與過放電的保護(hù)電路的電池組，特別涉及由一個(gè)MOSFET控制充電電流與放電電流兩者兩者的電池組。
背景技術(shù)：
圖1表示具有保護(hù)電路52的現(xiàn)有的電池組的電路圖。該電池組，與二次電池51串聯(lián)地連接有開關(guān)元件53。開關(guān)元件53由控制電路54控制開閉。開關(guān)元件53控制放電電流與充電電流兩者。因此，開關(guān)元件53，串聯(lián)連接有過放電阻止開關(guān)元件53A與過充電阻止開關(guān)元件53B?？刂齐娐?4檢測電池電壓，在檢測出的電壓比最高設(shè)定電壓更高時(shí)，將過充電阻止開關(guān)元件53B切換為斷開，阻止二次電池51的過充電。而且，在檢測出的電壓比最低設(shè)定電壓更低時(shí)，將過放電阻止開關(guān)元件53A切換為斷開，阻止二次電池51的過放電。
過放電阻止開關(guān)元件53A與過充電阻止開關(guān)元件53B使用MOSFET。這是由于導(dǎo)通狀態(tài)下的內(nèi)部電阻小，可減少功率損耗與電壓下降。MOSFET具有寄生二極管56A、56B。因此，MOSFET將逆向流動(dòng)的電流保持為導(dǎo)通狀態(tài)。
寄生二極管56B，在電池電壓高于最高設(shè)定電壓、過充電阻止開關(guān)元件53B的MOSFET截止的狀態(tài)下，可使二次電池51放電。即，停止充滿電的二次電池51的充電而設(shè)為可放電的狀態(tài)。而且，寄生二極管56A，在電池電壓低于最低設(shè)定電壓、過放電阻止開關(guān)元件53A的MOSFET截止的狀態(tài)下，可使二次電池51充電。因此，切斷完全放電后的二次電池51的放電電流而設(shè)為可充電的狀態(tài)。
圖1的電池組，使由控制電路54與開關(guān)元件53構(gòu)成的保護(hù)電路52進(jìn)行以上的動(dòng)作，從而阻止二次電池51的過充電及過放電(參照專利文獻(xiàn)1)。
以上的電池組，在保護(hù)電路中需要使用兩個(gè)開關(guān)元件。即，需要具備用于阻止過充電的過充電阻止開關(guān)元件、與用于阻止過放電的過放電阻止開關(guān)元件。兩個(gè)開關(guān)元件與二次電池串聯(lián)連接，在流動(dòng)二次電池的充放電電流的狀態(tài)下進(jìn)行開閉轉(zhuǎn)換。因此，需要對兩者的MOSFET使用控制大電流的功率MOSFET，難以降低制造成本、而且難以小型化。
專利文獻(xiàn)1特開平10-12282號公報(bào)(第7項(xiàng)、第1圖)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明以解決該缺點(diǎn)為目的而實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的重要目的在于提供一種具備能夠由一個(gè)MOSFET控制充電電流與放電電流兩者的保護(hù)電路的電池組。
本發(fā)明的具有保護(hù)電路的電池組，為了實(shí)現(xiàn)所述目的具備以下的結(jié)構(gòu)。
電池組具備二次電池11、31；和保護(hù)電路12、32，其控制該二次電池11、31的充放電。保護(hù)電路12、32具備與二次電池11、31串聯(lián)連接的開關(guān)元件13、33；和控制開關(guān)元件13、33的控制電路14、34。保護(hù)電路構(gòu)成為保護(hù)電路12、32的開關(guān)元件13、33是具有背柵接點(diǎn)21、41的MOSFET。該電池組由控制電路14、34控制MOSFET的柵極電壓與背柵接點(diǎn)21、41兩者，控制充電電流與放電電流。
控制電路14、34能夠在二次電池11、31的電壓處于設(shè)定范圍內(nèi)的狀態(tài)下，讓MOSFET的柵極電壓成為導(dǎo)通電壓，讓電池成為充放電的狀態(tài)，進(jìn)而，若充電中的二次電池11、31的電壓比最高設(shè)定電壓更高，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以充電電流為正向的寄生二極管26、46為電流切斷狀態(tài)而切斷充電電流的電壓，更進(jìn)一步，若放電中的二次電池11、31的電壓比最低設(shè)定電壓更低，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以放電電流為正向的寄生二極管26、46為電流切斷狀態(tài)而切斷放電電流的電壓。
控制電路14、34若檢測到充電電流的過電流，則能夠讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓使以充電電流為正向的寄生二極管26、46為電流切斷狀態(tài)而切斷充電電流的電壓，進(jìn)而，若檢測到放電電流的過電流，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以放電電流為正向的寄生二極管26、46為電流切斷狀態(tài)而切斷放電電流的電壓。
本發(fā)明的電池組，可將開關(guān)元件13設(shè)為n溝道MOSFET。該電池組能夠使開關(guān)元件13連接于二次電池11的負(fù)極側(cè)，并且使MOSFET的源極連接于二次電池11的負(fù)極側(cè)。
本發(fā)明的電池組，可將開關(guān)元件33設(shè)為p溝道MOSFET。該電池組能夠使開關(guān)元件33連接于二次電池31的負(fù)極側(cè)，并且使MOSFET的漏極連接于二次電池31的負(fù)極側(cè)。而且，其特征在于，背柵接點(diǎn)21、41與源極、漏極中任一個(gè)之間配置有電阻部件。
本發(fā)明的電池組能夠由一個(gè)MOSFET控制充電電流與放電電流兩者，具有能夠降低部件成本且小型化的特征。這是由于本發(fā)明的電池組在保護(hù)電路的開關(guān)元件中使用具有背柵接點(diǎn)的MOSFET，控制該MOSFET的柵極電壓與背柵接點(diǎn)的電壓，從而控制充電電流與放電電流。
進(jìn)而，本發(fā)明的電池組還具有能夠使保護(hù)電路的開關(guān)元件中使用的MOSFET的構(gòu)造簡單化的特征。這是由于在MOSFET的背柵中設(shè)置背柵接點(diǎn)，控制該背柵接點(diǎn)的電壓，使寄生二極管的方向反轉(zhuǎn)，從而控制充電電流與放電電流。
而且，通過配置電阻部件，在讓柵極成為截止電壓的狀態(tài)下，源極-漏極間的電阻減小，若對源極-漏極間施加電壓，則電流流動(dòng)。可認(rèn)為這是通過流經(jīng)電阻部件的電流而背柵接點(diǎn)的電位上升，從而源極-漏極間的電阻變小。


圖1是現(xiàn)有的具有保護(hù)電路的電池組的電路圖；圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例的具有保護(hù)電路的電池組的電路圖；圖3是本發(fā)明的其它實(shí)施例的具有保護(hù)電路的電池組的電路圖；
圖4是表示圖2所示的電池組的開關(guān)元件所使用的MOSFET的示意原理圖的圖；圖5是表示圖3所示的電池組的開關(guān)元件所使用的MOSFET的示意原理圖的圖；圖6是表示圖2所示的電池組的開關(guān)元件所使用的其它MOSFET的示意原理圖的圖；圖7是確認(rèn)圖6的開關(guān)元件的動(dòng)作的電路圖；圖8是表示在圖7的電路圖中，變化源極-漏極間電壓時(shí)的漏極-源極間流動(dòng)的電流IDS、電阻部件Rbg中流動(dòng)的電流IRbg的變化的圖。
圖中11、31-二次電池，12、32-保護(hù)電路，13、33-開關(guān)元件，14、34-控制電路，15、35-充電器，16、36-負(fù)載，21、41-背柵接點(diǎn)，22、42-漏極，23、43-源極，24、44-柵極，25、45-背柵，26、46-寄生二極管，26A、46A-二極管，26B、46B-二極管，51-二次電池，52-保護(hù)電路，53-開關(guān)元件，53A-過放電阻止開關(guān)元件，53B-過充電阻止開關(guān)元件，54-控制電路，56A-寄生二極管，56B-寄生二極管，Rbg-電阻部件。
具體實(shí)施例方式
以下，基于附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。但是，以下所示的實(shí)施例是例示用于具體化本發(fā)明的技術(shù)思想的電池組的實(shí)施例，本發(fā)明并非將電池組特別規(guī)定為以下的電池組。
進(jìn)而，該說明書，將對應(yīng)于實(shí)施例所示的構(gòu)件的號碼標(biāo)記于“技術(shù)方案”及“用于解決課題的方法”所示的構(gòu)件中，以便易于理解技術(shù)方案。但并非將技術(shù)方案所示的構(gòu)件特別規(guī)定為實(shí)施例的構(gòu)件。
圖2與圖3所示的電池組具備二次電池11、31、和控制該二次電池11、31的充放電的保護(hù)電路12、32。保護(hù)電路12、32具備與二次電池11、31串聯(lián)連接的開關(guān)元件13、33、和控制開關(guān)元件13、33的控制電路14、34。
圖2是本發(fā)明的一實(shí)施例，表示開關(guān)元件13是n溝道MOSFET的情況。圖3是其它實(shí)施例，表示開關(guān)元件33是p溝道MOSFET的情況。
控制電路14、34檢測二次電池11、31的電壓，開閉轉(zhuǎn)換開關(guān)元件13、33。二次電池11、31的電壓若充電則逐漸上升。若充電中的二次電池11、31的電壓(電池電壓在控制電路14、34的Vdd端子測定)比最高設(shè)定電壓更高，則控制電路14、34將開關(guān)元件13、33切換為斷開，切斷充電電流，防止二次電池11、31的過充電。而且，二次電池11、31的電壓若放電則逐漸下降。若放電中的二次電池11、31的電壓比最低設(shè)定電壓更低，則控制電路14、34將開關(guān)元件13、33切換為斷開，切斷放電電流，防止二次電池11、31的過放電。
開關(guān)元件13、33是具有背柵接點(diǎn)21、41的MOSFET。MOSFET通過控制電路14、34控制柵極電壓與背柵接點(diǎn)21、41的電壓兩者，從而控制充電電流與放電電流。
控制電路14、34，其內(nèi)部具有切換開關(guān)SW，通過將該切換開關(guān)SW切換到與開關(guān)元件13、33的漏極、源極等電位的控制電路14、34的端子VSS、Vm1側(cè)，可使背柵接點(diǎn)21、41的電位(＝控制電路14、34的端子BG的電位)與漏極、源極等電位。
而且，控制電路14、34雖未圖示，但在內(nèi)部內(nèi)置有測定端子VSS、Vm1之間，即開關(guān)元件13、33的漏極、源極間電壓(＝元件兩端電壓)的電壓測定電路。并且，若該元件兩端電壓達(dá)到規(guī)定值(相當(dāng)于規(guī)定過電流值)以上，則作為異常的過電流的檢測，控制電路14、34將開關(guān)元件13、33切換為斷開，切斷充電電流或放電電流。由電壓測定電路檢測元件兩端電壓中產(chǎn)生的電壓的方向，從而還能夠判定是放電電流或充電電流。
圖2的電路圖的電池組，設(shè)開關(guān)元件13為n溝道MOSFET。該電池組，將開關(guān)元件13連接于二次電池11的負(fù)極側(cè)，并且將MOSFET的源極連接于二次電池11。
圖3的電路圖的電池組設(shè)開關(guān)元件33為p溝道MOSFET。該電池組，將開關(guān)元件33連接于二次電池31的負(fù)極側(cè)，并且將MOSFET的漏極連接于二次電池31。
圖4與圖5表示電池組的開關(guān)元件13、33所使用的具有背柵接點(diǎn)21、41的MOSFET的示意原理圖。圖4表示n溝道MOSFET，圖5表示p溝道MOSFET。在本實(shí)施方式中，如后面所述，源極、漏極具備同樣的構(gòu)造，由于只是將叫法(＝名稱)設(shè)為源極、漏極，因此也可替代源極、漏極的名稱而采用其它名稱。
圖4的MOSFET，在背柵25的p(或p-)型Si中設(shè)置漏極22與源極23的n(或n+)型Si，形成寄生二極管26。進(jìn)而，在背柵25中設(shè)置p(或p+)型Si的背柵接點(diǎn)21。更進(jìn)一步，在漏極22與源極23之間，靠近背柵25配置柵極24。
圖5的MOSFET，在背柵45的n(或n-)型Si中設(shè)置漏極42與源極43的p(或p+)型Si，形成寄生二極管46。進(jìn)而，在背柵45中設(shè)置n(或n+)型Si的背柵接點(diǎn)41。更進(jìn)一步，在漏極42與源極43之間，靠近背柵45配置柵極44。
這些圖所示的MOSFET，控制柵極電壓，從而能夠控制漏極22、42與源極23、43之間的電流。而且，該MOSFET控制背柵25、45的電壓，從而能夠控制一對寄生二極管26、46的導(dǎo)通。
在圖4中，通常的n溝道MOSFET，如由圖的虛線(＝點(diǎn)線)所示，連接背柵25與源極22，設(shè)為同一電極、等電位。該MOSFET，背柵25與源極23之間的二極管26B消失，從背柵25(源極23)向漏極22流動(dòng)電流的二極管26A成為寄生二極管26。若以等效電路表示，則成為虛線(＝點(diǎn)線)的二極管26A。
如圖4所示，離開源極23設(shè)置有背柵接點(diǎn)21的n溝道MOSFET，將背柵接點(diǎn)21的電壓設(shè)為源極電位，可與通常的n溝道MOSFET同樣地使用。即，可在作為從背柵25(源極23)向漏極22流過電流的二極管26A的寄生二極管26的某狀態(tài)下使用。若以等效電路表示，則成為由虛線(＝點(diǎn)線)表示的二極管26A。而且，該MOSFET，如由圖的單點(diǎn)劃線所示，若設(shè)背柵接點(diǎn)21的電壓與漏極22等電位，則漏極22與背柵25之間的二極管26A消失，從背柵25(漏極22)向源極23流過電流的二極管26B作為寄生二極管26而剩余。若以等效電路表示，則成為單點(diǎn)劃線的二極管26B。即，通過設(shè)背柵接點(diǎn)21的電壓為源極電位或漏極電位，可去掉相互在相反方向上串聯(lián)連接的一對二極管26A、26B的一方，從而可使漏極22與源極23之間剩余的寄生二極管26的方向?yàn)榉聪颉?br> 下面，對n溝道MOSFET的圖4進(jìn)行變形后的圖6進(jìn)行說明。對與圖4相同的結(jié)構(gòu)省略說明。在背柵接點(diǎn)21與漏極22之間配置電阻部件Rbg(約1～10KΩ，例如，4.3KΩ)。而且，此時(shí)，確認(rèn)圖7所示的電路中的動(dòng)作。如圖7所示，如圖6中說明的那樣在開關(guān)元件13’的背柵接點(diǎn)與漏極D之間設(shè)置有電阻部件Rbg。連線柵極G與漏極D，讓柵極成為截止電壓。并且，對源極S與漏極D之間施加電壓。而且，在圖8中表示變化該源極-漏極間電壓時(shí)的漏極-源極間流動(dòng)的電流IDS、電阻部件Rbg中流動(dòng)的電流IRbg的變化。如圖所示，流經(jīng)背柵的電流IRbg(單位μA)較小，在源極-漏極之間大部分作為電流IDS(單位mA)而流動(dòng)。這樣，即使開關(guān)元件13的柵極是截止電壓，若對源極-漏極之間施加電壓則電流會(huì)流動(dòng)。
另外，在圖6中，代替在背柵接點(diǎn)21與漏極22之間的電阻部件Rbg，在背柵接點(diǎn)21與源極23之間配置電阻部件也同樣。這種電阻部件可以是分立的電阻元件，還可以是形成于半導(dǎo)體基板上的薄膜狀構(gòu)件。
如圖5所示，離開源極43設(shè)置有背柵接點(diǎn)41的p溝道MOSFET，如圖的虛線(＝點(diǎn)線)所示，設(shè)背柵接點(diǎn)41的電壓為源極電位，可與通常的p溝道MOSFET同樣地使用。即，可在作為從漏極42向背柵45(源極43)流過電流的二極管46A的寄生二極管46的某狀態(tài)下使用。若以等效電路表示，則成為虛線(＝點(diǎn)線)的二極管46A。而且，該MOSFET，如由圖的單點(diǎn)劃線所示，若設(shè)背柵接點(diǎn)41的電壓與漏極42等電位，則漏極42與背柵45之間的二極管46A消失，從源極43向背柵45(漏極42)流過電流的二極管46B作為寄生二極管46而剩余。若以等效電路表示，則成為單點(diǎn)劃線的二極管46B。即，該MOSFET也可通過設(shè)背柵接點(diǎn)41的電壓為源極電位或漏極電位，去掉相互在相反方向上串聯(lián)連接的一對二極管46A、46B的一方，從而使漏極42與源極43之間剩余的寄生二極管46的方向?yàn)榉聪颉?br> 另外，在n溝道MOSFET中，如在背柵接點(diǎn)21與源極、漏極中任一個(gè)之間配置有電阻部件的圖6所示，即使在p溝道MOSFET中，在背柵接點(diǎn)41與源極、漏極的任一個(gè)之間配置電阻部件也具有與上述同樣的效果。
因此，以上的MOSFET，由柵極電壓控制漏極22、42與源極23、43之間流動(dòng)的電流，進(jìn)而可由背柵接點(diǎn)21、41的電壓控制寄生二極管26、46的方向。
圖2所示的電池組的控制電路14，如以下所示，控制n溝道MOSFET的開關(guān)元件13，防止二次電池11的過充電與過放電。
另外，即使采用圖6中所示的配置有電阻部件的開關(guān)元件13’，動(dòng)作也基本上相同。對開關(guān)元件13’的特征性的動(dòng)作，在說明的中途進(jìn)行說明。
(二次電池11的充電狀態(tài))電池電壓比最高設(shè)定電壓更低的二次電池11連接于充電器15時(shí)，控制電路14讓MOSFET的柵極電壓成為MOSFET的導(dǎo)通電壓。此時(shí)，如圖2所示，背柵接點(diǎn)21的電位設(shè)為漏極電位。因此，背柵-漏極間的二極管26A消失，背柵-源極之間的二極管26B作為寄生二極管26而剩余。該寄生二極管26連接于將電流從漏極向源極流動(dòng)的方向。因此，存在于使放電電流流動(dòng)而切斷充電電流的方向。
被充電的二次電池11的電壓上升。若二次電池11的電壓比最高設(shè)定電壓更高，則控制電路14讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓。因此，MOSFET切斷充電電流。該狀態(tài)下，寄生二極管26被連接，該寄生二極管26切斷充電電流，連接在流過放電電流的方向上。因此，二次電池11連接于負(fù)載16時(shí)，能夠經(jīng)由寄生二極管26流過放電電流。
而且，充電中，由內(nèi)置于控制電路14中的電壓測定電路測定元件兩端電壓，檢測到過電流時(shí)，作為充電電流的過電流的檢測，控制電路14與上述同樣，讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓。因此，MOSFET能夠切斷充電電流。該狀態(tài)下，寄生二極管26被連接，該寄生二極管26切斷充電電流，連接在流過放電電流的方向。
(二次電池11的放電狀態(tài))被充滿電后若二次電池11的電壓比最高設(shè)定電壓更高則設(shè)MOSFET為截止?fàn)顟B(tài)的電池組，從充電器15卸除則電池電壓就降低。而且，即使連接于負(fù)載16，電池電壓也降低。
若電池電壓比最高設(shè)定電壓更低，則控制電路14將MOSFET的柵極24從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。在MOSFET被切換為導(dǎo)通狀態(tài)之前，寄生二極管26將電流流向負(fù)載16。若MOSFET被切換為導(dǎo)通狀態(tài)，則二次電池11經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET對負(fù)載16供給電流。
而且，采用圖6中所示的配置有電阻部件的MOSFET的開關(guān)元件13’時(shí)，通過從充電器15卸除，或與負(fù)載16連接等，電池電壓從最高設(shè)定電壓(約4.3V/單元，電池是鋰離子二次電池)開始降低，約在4.3～4.1V/單元之間時(shí)，MOSFET維持截止?fàn)顟B(tài)。換而言之，控制電路14處于設(shè)開關(guān)元件13’的柵極為截止電壓的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如上所述，對源極-漏極間施加電壓，能夠?qū)ω?fù)載16供給電流。以下對這種開關(guān)元件13’的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。另外，達(dá)到約4.1V/單元以下時(shí)，控制電路14將MOSFET的柵極24從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。
在圖4的開關(guān)元件13與控制電路14中，如上所述，若與負(fù)載16連接則電池電壓變?yōu)楸茸罡咴O(shè)定電壓更低，則控制電路14將MOSFET的柵極24從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。然后若馬上卸除負(fù)載16并再次連接到充電器15，則由于控制電路14仍然設(shè)MOSFET的柵極24為導(dǎo)通電壓，因此電池11被再次充電而達(dá)到過充電。
另一方面，采用圖6中所示的配置有電阻部件的MOSFET的開關(guān)元件13’的控制電路14，如上所述，在電池電壓比最高設(shè)定電壓更低，約4.3～4.1V/單元之間時(shí)，MOSFET維持截止?fàn)顟B(tài)，還能夠?qū)υ礃O-漏極間施加電壓而對負(fù)載16供給電流。然后若馬上卸除負(fù)載16并再次連接到充電器15，則MOSFET為截止?fàn)顟B(tài)，從而電池不會(huì)通過寄生二極管26B被再次充電而達(dá)到過充電。
二次電池11的放電繼續(xù)進(jìn)行，若電池電壓比最低設(shè)定電壓更低，則控制電路14再次將MOSFET的柵極電壓設(shè)為截止電壓。而且，控制電路14將背柵接點(diǎn)21的電壓從漏極電位切換為源極電位。背柵成為源極電位的MOSFET，背柵-源極之間的二極管26B消失，處于從源極向漏極流過電流的背柵-漏極之間的二極管26A作為寄生二極管26而剩余的狀態(tài)。該寄生二極管26連接于使充電電流流動(dòng)而切斷放電電流的方向。MOSFET切斷電流，進(jìn)而寄生二極管26也處于切斷放電電流的狀態(tài)，二次電池11的放電電流被切斷。由于只是寄生二極管26讓二次電池11的充電電流成為正向，因此若電池組與充電器15連接，則能夠充電二次電池11。
而且，放電中，由內(nèi)置于控制電路14中的電壓測定電路測定元件兩端電壓，檢測到過電流時(shí)，作為放電電流的過電流的檢測，控制電路14與上述同樣，讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并將背柵接點(diǎn)21的電壓從漏極電位切換到源極電位。因此，MOSFET能夠切斷放電電流。由此處于MOSFET切斷電流、進(jìn)而寄生二極管26切斷放電電流的狀態(tài)，二次電池11的放電電流被切斷。此時(shí)，寄生二極管26連接于使充電電流流動(dòng)而切斷放電電流的方向上。
處于電池電壓降低到最低設(shè)定電壓、MOSFET切斷電流的狀態(tài)的電池組，若與充電器15連接則電池電壓上升。若電池電壓比最低設(shè)定電壓更高，則控制電路14將MOSFET從截止切換為導(dǎo)通?？刂齐娐窓z測電池組與充電器連接的情況，還能夠?qū)OSFET從截止切換為導(dǎo)通?？刂齐娐?，能夠由例如來自通信端子(未圖示)的信息檢測連接有充電器的情況。進(jìn)而，讓背柵接點(diǎn)21的電壓成為漏極電壓，將寄生二極管26的正向從充電電流的方向設(shè)為放電電流的方向。
而且，采用圖6中所示的配置有電阻部件的MOSFET的開關(guān)元件13’時(shí)，與充電器15連接，電池電壓從最低設(shè)定電壓(約2.3V/單元，電池是鋰離子二次電池)開始上升，約在2.3～2.4V/單元之間時(shí)，MOSFET維持截止?fàn)顟B(tài)。換而言之，控制電路14成為使開關(guān)元件13’的柵極設(shè)為截止電壓的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，如上所述，對源極-漏極間施加電壓，能夠供給充電電流。以下對這種開關(guān)元件13’的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行說明。另外，達(dá)到約2.4V/單元以上時(shí)，控制電路14將MOSFET的柵極24從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。
在圖4的開關(guān)元件13與控制電路14中，如上所述，若與充電器15連接則電池電壓變?yōu)楸茸畹驮O(shè)定電壓更高，則控制電路14將MOSFET的柵極24從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。然后若馬上卸除充電器15并再次連接到負(fù)載16，則由于控制電路14仍然讓MOSFET的柵極24成為導(dǎo)通電壓，因此電池11再次放電而達(dá)到過放電。
另一方面，采用圖6中所示的配置有電阻部件的MOSFET的開關(guān)元件13’的控制電路14，如上所述，從最低設(shè)定電壓(約2.3V/單元，電池是鋰離子二次電池)開始上升，約在2.3～2.4V/單元之間時(shí)，MOSFET維持截止?fàn)顟B(tài)，并能夠?qū)υ礃O-漏極間施加電壓而通過充電器15供給充電電流。然后若馬上卸除充電器15并再次連接到負(fù)載16，則MOSFET為截止?fàn)顟B(tài)，從而電池不會(huì)通過寄生二極管26A被再次放電而達(dá)到過放電。
圖3中所示的電池組的控制電路34，如以下那樣控制p溝道MOSFET的開關(guān)元件33，防止二次電池31的過充電與過放電。
(二次電池31的充電狀態(tài))電池電壓比最高設(shè)定電壓更低的二次電池31連接于充電器35時(shí)，控制電路34讓MOSFET的柵極電壓成為MOSFET的導(dǎo)通電壓。此時(shí)，如圖3所示，背柵接點(diǎn)41的電位成為漏極電位。因此，背柵-漏極間的二極管46A消失，背柵-源極之間的二極管46B作為寄生二極管46而剩余。該寄生二極管46連接于將電流從源極向漏極流動(dòng)的方向。因此，存在于使放電電流流動(dòng)而切斷充電電流的方向。
被充電的二次電池31電壓上升。若二次電池31的電壓比最高設(shè)定電壓更高，則控制電路34使MOSFET的柵極電壓成為截止電壓。因此，MOSFET切斷充電電流。該狀態(tài)下，寄生二極管46被連接，該寄生二極管46切斷充電電流，連接在使放電電流流動(dòng)的方向上。因此，二次電池31連接于負(fù)載36時(shí)，能夠經(jīng)由寄生二極管46使放電電流流動(dòng)。
而且，充電中，由內(nèi)置于控制電路34中的電壓測定電路測定元件兩端電壓，檢測到過電流時(shí)，作為充電電流的過電流的檢測，控制電路34與上述同樣，讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓。因此，MOSFET能夠切斷充電電流。該狀態(tài)下，寄生二極管46被連接，該寄生二極管46切斷充電電流，連接在使放電電流流動(dòng)的方向上。
(二次電池31的放電狀態(tài))被充滿電后若二次電池31的電壓比最高設(shè)定電壓更高，而將MOSFET設(shè)為截止?fàn)顟B(tài)的電池組，從充電器35卸除則電池電壓就降低。而且，即使連接于負(fù)載36，電池電壓也降低。若電池電壓比最高設(shè)定電壓更低，則控制電路34將MOSFET的柵極44從截止電壓切換為導(dǎo)通電壓。在MOSFET被切換為導(dǎo)通狀態(tài)之前，寄生二極管46使電流流向負(fù)載36。若MOSFET被切換為導(dǎo)通狀態(tài)，則二次電池31經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFET對負(fù)載36供給電流。
二次電池31的放電繼續(xù)進(jìn)行，若電池電壓比最低設(shè)定電壓更低，則控制電路34再次讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓。而且，控制電路34將背柵接點(diǎn)41的電壓從漏極電位切換為源極電位。背柵成為源極電位的MOSFET，背柵-源極之間的二極管46B消失，處于從漏極向源極流過電流的背柵-漏極之間的二極管46A作為寄生二極管46而剩余的狀態(tài)。該寄生二極管46使充電電流流動(dòng)，連接于切斷放電電流的方向上。MOSFET切斷電流，進(jìn)而寄生二極管46也處于切斷放電電流的狀態(tài)，二次電池31的放電電流被切斷。由于寄生二極管46使二次電池31的充電電流設(shè)為正向，因此若電池組與充電器35連接，則能夠充電二次電池31。
而且，放電中，由內(nèi)置于控制電路34中的電壓測定電路測定元件兩端電壓，檢測到過電流時(shí)，作為放電電流的過電流的檢測，控制電路34與上述同樣，讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并將背柵接點(diǎn)41的電壓從漏極電位切換到源極電位。因此，MOSFET能夠切斷放電電流。從而處于MOSFET切斷電流、進(jìn)而寄生二極管46也切斷放電電流的狀態(tài)，二次電池31的放電電流被切斷。此時(shí)，寄生二極管46連接在使充電電流流動(dòng)而切斷放電電流的方向上。
電池電壓降低到最低設(shè)定電位、而MOSFET成為切斷電流的狀態(tài)的電池組，若與充電器35連接則電池電壓上升。若電池電壓比最低設(shè)定電壓更高，則控制電路34將MOSFET從截止切換為導(dǎo)通?？刂齐娐窓z測電池組與充電器連接的情況，并能夠?qū)OSFET從截止切換為導(dǎo)通?？刂齐娐?，能夠由例如來自通信端子(未圖示)的信息檢測連接有充電器的情況。進(jìn)而，讓背柵接點(diǎn)41的電壓成為漏極電壓，讓寄生二極管46的正向從充電電流的方向成為放電電流的方向。
權(quán)利要求
1.一種具有保護(hù)電路的電池組，具備二次電池(11)、(31)；和保護(hù)電路(12)、(32)，其控制該二次電池(11)、(31)的充放電，保護(hù)電路(12)、(32)具備與二次電池(11)、(31)串聯(lián)連接的開關(guān)元件(13)、(33)；和控制開關(guān)元件(13)、(33)的控制電路(14)、(34)，保護(hù)電路構(gòu)成為保護(hù)電路(12)、(32)的開關(guān)元件(13)、(33)是具有背柵接點(diǎn)(21)、(41)的MOSFET，由控制電路(14)、(34)控制MOSFET的柵極電壓與背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓兩者兩者，控制充電電流與放電電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，控制電路(14)、(34)在二次電池(11)、(31)的電壓處于設(shè)定范圍內(nèi)的狀態(tài)下，讓MOSFET的柵極電壓成為導(dǎo)通電壓，讓電池成為充放電的狀態(tài)，進(jìn)而，控制電路(14)、(34)，若充電中的二次電池(11)、(31)的電壓比最高設(shè)定電壓更高，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以充電電流為正向的寄生二極管(26)、(46)成為電流切斷狀態(tài)而切斷充電電流的電壓，進(jìn)一步，控制電路(14)、(34)，若放電中的二次電池(11)、(31)的電壓比最低設(shè)定電壓更低，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以放電電流為正向的寄生二極管(26)、(46)成為電流切斷狀態(tài)而切斷放電電流的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，控制電路(14)、(34)，若檢測到充電電流的過電流，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以充電電流為正向的寄生二極管(26)、(46)成為電流切斷狀態(tài)而切斷充電電流的電壓，進(jìn)而，控制電路(14)、(34)，若檢測到放電電流的過電流，則讓MOSFET的柵極電壓成為截止電壓，并且讓背柵接點(diǎn)(21)、(41)的電壓成為使以放電電流為正向的寄生二極管(26)、(46)成為電流切斷狀態(tài)而切斷放電電流的電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，開關(guān)元件(13)是n溝道MOSFET。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，開關(guān)元件(13)連接于二次電池(11)的負(fù)極側(cè)，并且MOSFET的源極連接于二次電池(11)的負(fù)極側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，開關(guān)元件(33)是p溝道MOSFET。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，開關(guān)元件(33)連接于二次電池(31)的負(fù)極側(cè)，并且MOSFET的漏極連接于二次電池(31)的負(fù)極側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有保護(hù)電路的電池組，其中，在背柵接點(diǎn)(21)、(41)與源極、漏極中任一個(gè)之間配置有電阻部件。
全文摘要
提供一種電池組，其具備二次電池(11)、(31)；和保護(hù)電路(12)、(32)，其控制該二次電池(11)、(31)的充放電。保護(hù)電路(12)、(32)具備與二次電池(11)、(31)串聯(lián)連接的開關(guān)元件(13)、(33)；和控制開關(guān)元件(13)、(33)的控制電路(14)、(34)。保護(hù)電路(12)、(32)的開關(guān)元件(13)、(33)是具有背柵接點(diǎn)(21)、(41)的MOSFET。該電池組由控制電路(14)、(34)控制MOSFET的柵極電壓與背柵接點(diǎn)(21)、(41)兩者，控制充電電流與放電電流。由此實(shí)現(xiàn)由一個(gè)MOSFET控制充電電流與放電電流兩者。
文檔編號H02H7/18GK1909325SQ20061010805
公開日2007年2月7日 申請日期2006年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月1日
發(fā)明者玉井干隆, 寺岡大樹, 溝下真吾 申請人:三洋電機(jī)株式會(huì)社