专利名称：多节电池组保护电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池保护电路，尤其涉及一种检测包含多节可充电电池的电池组充放电状态的电路。
背景技术：
可充电电池可提供电力并且无电源线限制。它们被广泛地应用在便携设备中，例 如手机，个人数码助理(PDA，personal digital assistant)，笔记本电脑，以及电力工具， 目前亦被用在电力交通工具中。可充电电池可为镍镉电池(NiCd，nickel-cadmium)，镊氢 电池(NiMH, nickel-metal hydride)，或锂离子电池(Lilon，Lithium ion)。多节电池可被串联在一起组成电池组。电池组可由直流电源进行充电，例如交/ 直流适配器，并可由负载进行放电，例如电阻。如果电池的充电电压超出高压阈值，电池组 可能被烧坏甚或爆炸。如果电池的放电电压低于低压阈值，电池组也可能是危险的。
发明内容
本发明提供了 一种电压检测电路，所述电压检测电路包括状态检测网络和比较网 络。所述状态检测网络用以检测多节电池电压，每个所述多节电池电压对应于多节电池中 的一节单独电池，所述比较网络连接至所述状态检测网络，用以将所述多节电池电压中的 最高电池电压与第一(高压)阈值相比较，将所述多节电池电压中的最低电池电压与第二 (低压)阈值相比较，从而将所述多节电池电压一次性与所述电压阈值相比较。所述比较网 络进一步可在某节电池电压不满足所述电压阈值时生成指示信号。本发明还提供一种电池组保护电路，其至少包括多节电池、电压检测电路和充电 开关。所述多节电池包括从第一至第N节电池串联连接。所述电压检测电路连接至所述多 节电池，用以检测多节电池电压，每个所述电池电压分别对应于所述多节电池中的一个，并 进一步将所述多节电池电压中的最高电压与既定高压阈值相比较，从而一次性比较所述多 节电池电压与所述既定高压阈值。所述充电开关，连接至所述多节电池，用以控制所述多节 电池的充电。所述控制器，连接至所述电压检测电路和所述充电开关，用以在所述最高电压 大于既定高压阈值时关断所述充电开关。本发明还提供一种保护包括从第一至第N节电池的多节电池的电池包的方法，所 述方法至少包括感应对应于所述多节电池的多节电池电压；将所述多节电池电压中的极 值与至少一个既定电压阈值相比较，从而一次性将所述多节电池电压与所述既定电压阈值 相比较；和当所述极值超过所述既定电压阈值时，生成保护信号。与现有技术相比，本发明的检测电路包含一个比较网络用来一次性将多节电池电 压与阈值相比较，即将最大/最小电池电压与对应的高压/低压阈值相比较。与使用多个 比较器逐一将每节电池电压与高压/低压阈值比较不同，本检测电路节约了制造成本及耗 H1^ ο
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是根据本发明的一个实施例的电池组保护电路的示意图；图2是根据本发明的一个实施例的基于电流的电压检测电路的结构示意图；图3是根据本发明的另一个实施例的基于电压的电压检测电路的结构示意图；图4是根据本发明的一实施例的图3所示的电压检测电路中V-WTA网络的结构示 意图；图5是根据本发明的一实施例的图3所示的电压检测电路中V-LTA网络的结构示 意图；图6是根据本发明的一个实施例的电池组检测电路的操作流程图。
具体实施例方式本发明将在下文中配合附图进行全面描述。本发明可能以一些不同的方式实施， 但不应理解为本发明被限制于说明书中介绍的某种具体的结构和功能。而应理解说明书提 供的描述能够完全、充分的向本领域的技术人员传达本发明所涵盖的范围。基于说明书的 描述，本领域的技术人员应当了解到本发明的范围旨在涵盖这里所揭示的本发明的所有实 施方案，独立实施或者结合本发明的其他实施方案实施。比如，利用这里提出的任意数量的 实施例来实现一个装置或者执行一种方法。另外，本发明的范围还包括这样一种装置或者 方法。这种装置或方法可以用其他的结构、功能来实现，或者是利用本发明这里提出的实施 方案和其他结构和功能一起实现，再或者是用不同于本发明这里提出的实施方案的结构和 功能实现。应当理解的是这里揭示的本发明的所有实施方案都可以由权利要求中的一个或 多个元件来实施。在此说明书中，“极值”一词可用来指代一组给定值中的最大值或是最小值。根据本发明的一个实施例，一检测电路可用来检测多节电池的电压并监测这些电 压不超出一高压阈值和/或低压阈值。与使用多个比较器逐一将每节电池电压与高压/ 低压阈值比较不同，该检测电路包含一个比较网络用来一次性将多节电池电压与阈值相比 较，即将最大/最小电池电压与对应的高压/低压阈值相比较。这样，制造成本及耗电都会 相对较低。图1描述了根据本发明一个实施例的多节电池组保护电路100。多节可充电电池，例如第一节至第N节电池，串联构成一多节电池组110。在一个实施例中，多节电池组110 包括四节可充电电池102、104、106和108。电源122连接至电池组110为其充电。电源122 可为交/直流转换器，将220伏特交流电压转换为直流电压。负载120连接至电池组110 对其进行放电。电池组保护电路100用来防止对电池组110的充电过压及放电欠压。电池组保护 电路100包括电压检测电路112，控制器118，充电开关，例如MOSFET(Metal-Oxide-Semico nductor Field-Effect Transistor) 126，以及放电开关，例如 MOSFET 124。电压检测电路 112连接至电池102、104、106和108。MOSFET 126禾PM0SFET 124分别连接至充电回路和放 电回路。控制器118连接至电压检测电路112以及两个MOSFET 126和124，用来控制充电过程和放电过程。电压检测电路112可包含状态感应网络和比较网络。电压检测电路112中的状态感应网络用来监测电池102-108中每节电池的电压。充电时，电压检测电路112中的比较 网络将多个检测电池电压与一预定高压阈值相比较。如果最大检测电池电压，例如电池104 的电压，超出预定高压阈值一个预定时间段，则可认为至少电池104正处于过压状态。电压 检测电路112中的比较网络将输出过压保护信号(over-voltag印rotection，0VP) 114作为 报警信号。类似的，放电时，电压检测电路112中的比较网络将多个检测电池电压与一预定 低压阈值相比较。如果最小检测电池电压，例如电池106的电压，低于预定低压阈值，电压 检测电路112中的比较网络将输出欠压保护信号(under-voltage protection，UVP) 116作 为报警信号。电压检测电路112的详细结构将在图2和图3中描述。在一个实施例中，多个预定高/低压阈值可用来定义多个不同过压/欠压水平，并 可相应地输出多个过压保护信号及欠压保护信号。这样，在一个实施例中，电池组保护电路 100包括的第二预定高压阈值用来在最大电池电压超出第二预定高压阈值时产生第二报警 信号，例如第二过压保护信号。电池组保护电路100还可包括第二预定低压阈值用来在最 小电池电压低于第二预定低压阈值时产生第二报警信号，例如第二欠压保护信号。例如，放 电时，当至少一节电池电压降至第一低压阈值时，欠压保护信号可被作为报警信号输出。如 果电池电压继续下降，当最小电池电压降至低于第二低压阈值时，第二欠压保护信号可被 输出中断整个放电回路。控制器118接收过压保护信号114及欠压保护信号116。在一个实施例中，控制 器118是可编程处理器用来执行计算机程序。在另一个实施例中，控制器118是特定逻 辑电路，例如，可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)或专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。控制器 118 响应于过压保护信号 114可执行切断充电回路。控制器118响应于欠压保护信号116可切断放电回路。这样，因 充电过压及放电欠压对电池组110的损害可得到避免。在一个实施例中，MOSFET126和124均为η沟道(n_channel)MOSFET。例如，控制 器118响应于过压保护信号114可在充电MOSFET 126的栅极输出电压。该输出电压应低 于充电MOSFET 126的源极电压加一个阈值电压。这样，充电M0SFET126被关断，从而从电 源122传输至电池组110的电力被中断。当检测到的最高电池电压降至高压阈值之下时， 控制器118可开启充电M0SFET126继续充电。类似的，放电M0SFET124可被控制器118关断用来阻止继续放电。当检测到的最低 电池电压升至低压阈值之上时，控制器118可开启放电M0SFET124继续放电。在其他实施 例中，M0SFET126和M0SFET124可为其他类型电子元器件，例如ρ沟道(p-channel)MOSFET 或双极晶体管。图2描述了根据图1中电压检测电路112的一个实施例的基于电流的过压检测电 路200。在一个实施例中，基于电流的过压检测电路200为一个单独集成电路(Integrated Circuit, IC)。在图2所示的实施例中，基于电流的过压检测电路200包括电流参考�？� 232，状态感应网络，例如电压/电流(V/I)转换网络202，和比较网络，例如，最大电流选择 (current winner-take-all ；I-ffTA)网络 224。
V/1转换网络202连接至电池102-108用来将每节电池电压转换为电流。对应于 四节电池102-108，V/I转换网络202包括四个运算放电器，四个MOSFET以及四个电阻。为 简洁起见，图2中仅示例了运算放大器208，p沟道MOSFET 206和电阻204。与其类似的电 池102-106的相应元器件未在图2中重复显示。运算放大器208包含同相输入端，反相输入端和输出端。其中，两个输入端连接至 电池108。输出端经由MOSFET 206反馈回至运算放大器208的反相输入端。MOSFET 206的 栅极连接至运算放大器208的反相端，源极连接至反相输入端。电阻204连接于点210和 电池108之间。在此假设运算放大器208为一理想的运算放大器。因为运算放大器208生成深度 负反�。虼嗽怂惴糯笃�208可被看作虚断和虚短。即点210处的电压与电池108的电压 近似相等。MOSFET 206的漏极的输出电流222的值近似相等于电池108的电压除以电阻 204的阻值。这样，其余对应于电池102、104和106的三支电流216、218和220也分别生成。因 为V/I转换网络202中的四个运算放大器，四个M0SFET，四个电阻基本相同，所以转换电流 216-222正比于对应电池的电压。因此，最高电池电压会产生最大转换电流。四支转换电流 216-222被输入至I-WTA网络224。电流参考�？�232用来生成一个预定大电流参考252。电流参考�？�232包括可调 节带隙基准电压234、运算放大器236、n沟道MOSFET 238、非易失性存储器(non-volatile memory，NVM) 242、可变电阻244，和一对ρ沟道MOSFET 246和248。带隙基准电压234是相 对稳定的电压参考，应用调节技术取得低的温度影响及高准确性。带隙基准电压234输入 至运算放大器236。因为运算放大器236和MOSFET 238形成深度负反�。诘�240处的电压与带隙基 准电压234的电压相等。因此，可近似认为无电流流经运算放大器236。MOSFET 238生成 电流250。电流250近似等于带隙基准电压234除以可变电阻244的阻值。因此，通过调节 可变电阻244可调节电流250。两个ρ沟道MOSFET 246和248对称安置形成电流镜。因为MOSFET 246和248有 相同的栅源极电压，MOSFET 248生成与电流250相等的预定大电流参考252。这样，预定大 电流参考252由电流参考�？�232生成并作为比较阈值被输入至I-WTA网络224。I-WTA网络224包括电流比较器226，用以将电流216-222 —次性与预定大电流参 考252相比较。如果电流216-222中的最大值大于预定大电流参考252，I-WTA网络224就 输出过压保护信号114用以指示过压状态。例如，过压保护信号114可用逻辑“高”来指示 过压状态。过压保护信号114可被传输至一个控制器，例如图1中的控制器118。响应于过 压保护信号114指示的过压状态，控制器依据过压状态的程度，以及如前所述的应用了一 个还是两个过压阈值，可停止充电和/或发出预警信号。类似地，在另一实施例中，比较网络可包括一最小电流选择(I-LTA， currentloser-take-all)网络。I-LTA网络可包括一电流比较器用于将电流216-222 —次 性与一预定低电流参考比较。如果电流216-222小于预定低电流参考，I-LTA网络可输出 一欠压保护信号用于指示欠压状态。图3描述了根据图1中电压检测电路112的另一个实施例的基于电压的过压及欠压检测电路300。基于电压的过压及欠压检测电路300由图2中的基于电流的过压检测电 路200调整而得。与图2中标号相同的元件有相似的功能，在此不再赘述。电路300不但 可检测充电过程中的过压状况，而且可检测放电过程中的欠压状况。在一个实施例中，基于 电压的过压及欠压检测电路300集成于单独的IC中。 基于电压的过压及欠压检测电路300包括电压参考�？�332，状态感 应网络，例如电压/电流(V/I)转换网络202，和比较网络，例如，最高电压选择 (voltagewinner-take-all ；V-ffTA)网络 324 和最低电压选择(voltage loser-take-all ； V-LTA)网络 328。V/1转换网络202连接至电池102-108用来将电池102、104、106和108的电池电 压转换为电流216、218、220和222。转换电流216-222由四个下拉电阻360、362、364和366 再转换为对地电压。如图所示，节点370、372、374和376处的电压分别与电池102-108的 电压近似相等。节点370-376处的对地电压被输入V-WTA网络324和V-LTA网络328做进
一步比较。电压参考�？�332用来生成两个比较阈值高压阈值和低压阈值。电压参考�？� 332包括带隙基准电压334、运算放大器336、和三个电阻344、346和350。运算放大器336产生一个负反馈。假设运算放大器336为一理想运算放大器，那 么节点340处的电压与带隙基准电压334近似相等。流经电阻344、346和350的电流与带 隙基准电压334除以电阻344的阻值近似相等。NVM 342用以调节电阻344的阻值。通过 选择适合的电阻346和350，低压阈值在节点348产生，高压阈值在节点352产生。低压阈 值和高压阈值分别被输入V-LTA网络328和V-WTA网络324。 V-WTA网络324和V-LTA网络328与图2中基于电流的过压检测电路200的I-WTA 网络224相类似。V-WTA网络324包括过压电压比较器326，用以将节点360-366处的电压 与预定高压阈值相比较。节点360-366处的电压指示了电池102-108的电池电压。如果最 大电池电压高于预定高压阈值，V-WTA网络324将输出过压保护信号114指示过压状态。例 如，过压保护信号114可变为逻辑“高”。类似的，V-LTA网络328包括欠压电压比较器330，用以将再转换的电池102-108 的电池电压与预定低压阈值相比较。如果最小电池电压低于预定低压阈值，V-LTA网络328 将输出欠压保护信号116指示欠压状态。过压保护信号114和欠压保护信号116都被传输至一个控制器，例如图1所示的 控制器118。控制器可采取措施阻止进一步的充电或放电，以避免对电池组造成损伤。V-WTA 网络324和V-LTA网络328将在图4和图5中分别描述。图4详细描述了根据图3中比较网络的一个实施例的V-WTA网络324。V-WTA网 络324包括第一增益级490，第二增益级492，阈值晶体管(例如，η沟道M0SFET442)，阈值 负载晶体管(例如，ρ沟道MOSFET 412)和施密特触发器(Schimitt trigger) 452.在一个 实施例中，第一增益级490包括N个第一增益晶体管，从第一第一增益晶体管至第N第一增 益晶体管(例如η沟道MOSFET 434-440)。第一增益级490进一步包括N个负载晶体管， 从第一负载晶体管至第N负载晶体管(例如ρ沟道MOSFET 404-410)。在一个实施例中，N 个负载晶体管作为N个第一增益晶体管的负载。N节电池电压，例如图3中，节点370、372、 374和376处的电池电压102、104、106和108，被输入至第一增益级490，每节电池电压被N个第一增益晶体管其中之一所接收。预定高压阈值被输入至阈值晶体管。第二增益级492 包括N个第二增益晶体管，从第一第二增益晶体管至第N第二增益晶体管(例如ρ沟道过 压保护M0SFET414-420)，第二增益负载晶体管(例如ρ沟道MOSFET 448)。在一个实施例 中，第二增益负载晶体管作为N个第二增益晶体管的负载。当N节电池电压中的一个，如N节电池电压中最高的第K节电池电压(其中，K = 1，2，... N)，超出高压阈值时，第一增益级490中的第K个第一增益晶体管可被激活，用以放 大输入到阈值晶体管(例如，η沟道MOSFET 442)的高压阈值与输入到第K个第一增益晶 体管的第K节电池电压之间的电压差。对应于第K个第一增益晶体管的第二增益级492中 的第K个第二增益晶体管也可被激活，用以进一步放大前述电压差，并在节点472产生一个 第一逻辑电压(例如，逻辑“高”)。施密特触发器452连接至节点472，用以过滤节点472 处的第一逻辑电压的纹波，并最终输出过压保护信号114。当N节电池电压中无一超出高压阈值时，η沟道MOSFET 442和ρ沟道M0SFET412 被激活。同时，第二增益级492中的N个第二增益晶体管无一被激活。因此，在节点472处 产生第二逻辑电压(例如，逻辑“低”)。在一个实施例中，第一增益级490包括四个η沟道MOSFET 434、436、438和440， 以及四个P沟道MOSFET 404、406、408和410。第二增益级492包括四个ρ沟道过压保护 MOSFET 414、416、418 和 420。如图4所示，在一个实施例中，节点370、372、374、和376分别连接至四个η沟道 MOSFET 434、436、438和440的栅极。五个η沟道MOSFET 434-442具有相同的尺寸，并在节 点470处有相同源极电压。五个ρ沟道MOSFET 404、406、408、410和412具有相同的尺寸。 P沟道MOSFET 404-410具有相同的源极电压，即电源电压402，以及在节点460处相同的栅 极电压。MOSFET 404-410的漏极分别与M0SFET434-442的漏极相连。MOSFET 412的漏极 连接至节点460。四个ρ沟道过压保护MOSFET 414、416、418和420具有相同的尺寸。其具有相同 的源极电压(电源电压402)以及节点472处相同的漏极电压。其栅极分别与MOSFET 434 与404、436与406、438与408，和440与410的漏极相连。两个η沟道MOSFET 446和448 具有相同的尺寸，并在地454处有相同的源极电压，以及在偏置电压端444处有相同的阈值 电压。MOSFET 446和448分别连接至节点470和472。MOSFET 446和448作为整个V-WTA网络324中第一增益级490和第二增益级492 电流源。控制端444可用以调节流经MOSFET 446和448的电流的电流值。在一个实施例 中，电源电压402代表逻辑“高”，地454的电压代表逻辑“低”。因此，节点470连接至地 454为逻辑“低”。因为MOSFET 434、436、438、440和442相同，所以接受最大栅-源电压的 MOSFET会最先被激活。例如，如果节点352处的电压大于其他电池102-108 (节点370-276处)，也即无电池电压超出预定高压阈值，则MOSFET 442被激活，所有从MOSFET 446流出的电流从MOSFET 442流至MOSFET 412。因为有共同的栅-源电压，ρ沟道M0SFET404、406、408和410可将流 经MOSFET 412的电流镜像。但由于η沟道MOSFET 434、436、438和440中无电流流过，这 使得节点462、464、466和468处的电压可被拉高至逻辑“高”，从而ρ沟道过压保护MOSFET 414、416、418和420会因其栅-源电压变小而被关断。节点472处的电压被MOSFET 448拉低。施密特触发器452连接至节点472，用以滤掉节点472处的电压纹波，并最终输出过压 保护信号114。过压保护信号114为逻辑“低”。在另一实施例中，即在一节电池电压高于高压阈值的情况下，过压保护信号114 会变为逻辑“高”。例如，如果节点372处的电压为所有节点370-376中最高并超出了节点 352处的电压，则MOSFET 436被激活。节点464将变为逻辑“低”，并且MOSFET 416被激活。当P沟道过压保护MOSFET 416被开通后，节点472变为逻辑“高”。这样，过压保护信号114 将为逻辑“高”。图5描述了根据图3中比较网络的一个实施例的V-LTA网络328。V-LTA网络 328与图4中的V-WTA网络324相似，图5中与图4中标号相同的元件具有相似功能，在此 不再赘述。V-LTA网络324包括第一增益级590，第二增益级592，阈值晶体管(例如，ρ沟 道MOSFET 542)，阈值负载晶体管(例如，η沟道MOSFET 512)和施密特触发器(Schimitt trigger) 552。V-WTA网络324中的η沟道MOSFET替换为ρ沟道M0SFET，ρ沟道MOSFET替 换为η沟道M0SFET。ρ沟道MOSFET 546和548作为整个V-LTA网络328的电流源。偏置电 压端544连接至MOSFET 546和548的栅极，用以调节流经MOSFET 546和548的电流。当 偏置电压端544接收逻辑“低”时，V-LTA网络328开始工作。如果节点370、372、374和376无一低于节点348处的预定阈值低压348，则MOSFET 542 导通。这样，MOSFET 512、510、508、506 和 504 被激活，进而将节点 562、564、566 和 568 处的电压拉至逻辑“低”，欠压保护MOSFET 520、518、516和514被关断。节点572电压被 电流源548拉高，欠压保护信号116为逻辑“高”。如果一节电池电压，例如节点374处的电 压，降至节点348处的预定低压阈值之下，MOSFET 538和518被激活。电流将流经MOSFET 548和518。由于节点572接地，欠压保护信号116为逻辑“低”。在V-WTA网络324或V-LTA网络328中，只有一个支路被激活。这样，V-WTA网络 324和V-LTA网络328的能耗都相对较低。更高级别的锂离子电池组可包括电池电量计芯IC，用以估计电池组剩余电量。在 这种电池组中，上述低能耗电池保护电路可用作第二保护方案。图6为根据本发明一个实施例的电池保护电路在过压充电和欠压放电时保护电 池组的操作流程600的示意图。电池组由多节电池串联构成。电池组可被连接至电池组保 护电路。流程图起始于步骤602，基于初始状态(无电池被损坏)。在步骤602中，各电池的电压被单独监测。在一个实施例中，应用了 V/I转换网络。通过相应的运算放大器和M0SFET，电池电压可被转换为电流。为方便比较，电流被再转 换为对地电压。所有再转换的对地电压被监测。进而，流程图分两部分进行描述步骤606 和612在充电时实施，步骤616和622在放电时实施。在步骤606中，被监测的电池电压与高压阈值或过压保护阈值相比较。在一个实 施例中，由V-WTA网络进行比较。在步骤608中，如果最高电池电压超出过压保护阈值一个 预定时段，流程进行至步骤610。否则，流程进行步骤612。在步骤612中，产生激活的过压 保护信号，用以指示过压充电。在一个实施例中，充电过程继而被停止。为响应该过压保护 信号，控制器可打开充电M0SFET，从而中断充电回路。在步骤610后，流程回到步骤602。电 池电压被继续监测，新周期开始。在步骤612中，充电回路导通，充电过程继续。控制器可 通过开通充电MOSFET重新为电池组充电。
在放电部分时，回到步骤616，电池电压与低压阈值或欠压保护阈值相比较。在一个实施例中，由图3和图5中的V-LTA网络328进行比较。再转换的对地电池电压被输入 V-LTA网络328。最低的输入电压使能相应的MOSFET。在步骤618中，如果最低电池电压低于欠压保护阈值，流程进行至步骤620。在步骤620中，控制器可关断放电回路以防止继续放电造成的进一步损坏。代表欠压状态的欠 压保护信号被输出(例如，V-LTA网络328可输出逻辑“低”)。为响应该欠压保护信号，控 制器可中断放电回路(例如，关断放电M0SFET)。或者，如果无电池电压低于欠压阈值，流程回到步骤622。在步骤622中，电池电压继续被监测。在一个实施例中，V-LTA网络328可输出代表所有电池都安全的逻辑“高”。 控制器可开通放电MOSFET直至收到逻辑“低”的欠压保护信号。在另一个实施例中，与前述中断充电和放电回路不同，如果电池电压超出阈值，可发出一个预警信号。并且，如前文所述，保护电路可包含多于一个电压阈值。如果超出较低 电压阈值，可输出预警信号，如果超出较高阈值，充电或放电回路可被中断。因此，在一个实施例中，电池组保护电路中的检测电路应用多个MOSFET构成 V-WTA网络和V-LTA网络，用以一次性监测多节电池的多个电压。当电池电压中最大值高 于预定高压阈值时，V-WTA网络可输出信号，以指示至少一节电池处于过压状态。当电池电 压中最小值低于预定低压阈值时，V-LTA网络可输出信号，以指示至少一节电池处于欠压状 态。操作中，因为只有一对MOSFET导通，可节省电压检测网络的能耗。最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改或 者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路包括状态检测网络，用以检测多节电池电压，每个所述多节电池电压对应于多节电池中的一节单独电池，其中所述多节电池包括第一节至第N节电池；和比较网络，连接至所述状态检测网络，用以将所述多节电池电压中的极值与至少一个电压阈值进行比较，从而将所述多节电池电压一次性与所述电压阈值相比较，进一步在所述极值超出所述电压阈值时生成指示信号。
2.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述状态检测网络包括电压/电流转换网络，用以将所述多节电池电压转换为多节电池电流。
3.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述比较网络可一次性将所述 多节电池电流与对应于所述电压阈值的电流阈值相比较，并在所述电池电流中的所述极值 超出所述电流阈值生成所述指示信号。
4.根据权利要求2所述的电压检测电路，其特征在于，所述电压检测电路进一步包括多个电阻，连接至所述电压/电流转换网络，用以将所述多节电池电流再转换为所述多节电池电压。
5.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述比较网络包括V-WTA网络，用以一次性将所述多节电池电压与预定高压阈值相比较，并在所述多节电 池电压中的最大值超出所述高压阈值时输出所述指示信号。
6.根据权利要求5所述的电压检测电路，其特征在于，所述V-WTA网络包括阈值晶体管，用以接收所述预定高压阈值；第一增益级，连接至所述阈值晶体管，包括第一至第N个第一增益晶体管，用以分别接 收所述第一至第N节电池的所述多节电池电压，并用以激活第K个第一增益晶体管，从而在 第K节电池电压高于所述预定高压阈值时，放大所述预定高压阈值与第K节电池电压之间 的电压差，所述第K节电池电压为所述多节电池电压中最高，并由所述第K个第一增益晶体 管接收；和第二增益级，连接至所述第一增益级，包括第一至第N个第二增益晶体管，用以激活对 应于所述第K个第一增益晶体管的第K个第二增益晶体管，进一步放大所述电压差，从而在 第K节电池电压高于所述预定高压阈值时，生成所述指示信号，其中K = 1、2. . . N。
7.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，所述比较网络包括V-LTA网络，用以一次性将所述多节电池电压与预定低压阈值相比较，并在所述多节电 池电压中的最小值低于所述低压阈值时输出所述指示信号。
8.根据权利要求7所述的电压检测电路，其特征在于，所述V-LTA网络包括阈值晶体管，用以接收所述预定低压阈值；第一增益级，连接至所述阈值晶体管，包括第一至第N个第一增益晶体管，用以分别接 收所述第一至第N节电池的所述多节电池电压，并用以激活第K个第一增益晶体管，从而在 第K节电池电压低于所述预定低压阈值时，放大所述预定低压阈值与第K节电池电压之间 的电压差，所述第K节电池电压为所述多节电池电压中最低，并由所述第K个第一增益晶体 管接收；和第二增益级，连接至所述第一增益级，包括第一至第N个第二增益晶体管，用以激活对 应于所述第K个第一增益晶体管的第K个第二增益晶体管，进一步放大所述电压差，从而在第K节电池电压低于所述预定低压阈值时，生成所述指示信号，其中K = 1、2. . . N。
9.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，进一步包括第二预定电压阈值，用以在所述多节电池电压中的最大电池电压高于所述第二即定电 压阈值时，生成第二指示信号。
10.根据权利要求1所述的电压检测电路，其特征在于，进一步包括第二预定电压阈值，用以在所述多节电池电压中的最小电池电压低于所述第二即定电 压阈值时，生成第二指示信号。
11.一种保护包括第一至第N节电池的多节电池的电池包的方法，其特征在于，所述方 法至少包括感应对应于所述多节电池的多节电池电压；将所述多节电池电压中的极值与至少一个预定电压阈值相比较，从而一次性将所述多 节电池电压与所述预定电压阈值相比较；和当所述极值超过所述预定电压阈值时，生成保护信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括 将所述多节电池电压转换为多节电池电流；和当所述电池电流中的极值超过与所述预定电压阈值对应的预定电流阈值时，生成所述 保护信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括 将所述电池电流再转换为所述电池电压，其中所述电池电压为对地电压。
14.一种电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路包括 多节电池，包括串联连接的第一至第N节电池；电压检测电路，连接至所述多节电池，用以检测多节电池电压，每个所述电池电压分别 对应于所述多节电池中的一个，并进一步将所述多节电池电压中的最高电压与预定高压阈 值相比较，从而一次性比较所述多节电池电压与所述预定高压阈值； 充电开关，连接至所述多节电池，用以控制所述多节电池的充电；和 控制器，连接至所述电压检测电路和所述充电开关，用以在所述最高电压大于预定高 压阈值时关断所述充电开关。
15.根据权利要求14所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括 V-WTA网络，用以一次性将所述多节电池电压与预定高压阈值相比较，并在所述多节电池电压中的最大电池电压超出所述高压阈值时输出过压保护信号。
16.根据权利要求15所述的电池组保护电路，其特征在于，所述V-WTA网络包括 阈值晶体管，用以接收所述预定高压阈值；第一增益级，连接至所述阈值晶体管，包括第一至第N个第一增益晶体管，用以分别接 收所述第一至第N节电池的所述多节电池电压，并用以激活第K个第一增益晶体管，从而在 第K节电池电压高于所述预定高压阈值时，放大所述预定高压阈值与第K节电池电压之间 的电压差，所述第K节电池电压为所述多节电池电压中最高，并由所述第K个第一增益晶体 管接收；和第二增益级，连接至所述第一增益级，包括第一至第N个第二增益晶体管，用以激活对 应于所述第K个第一增益晶体管的第K个第二增益晶体管，进一步放大所述电压差，从而在第K节电池电压高于所述预定高压阈值时，生成所述过压保护信号，其中K = 1、2. . . N。
17.根据权利要求14所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路进一 步包括V-LTA网络，用以一次性将所述多节电池电压与预定低压阈值相比较，并在所述多节电 池电压中的最低电池电压低于所述低压阈值时输出欠压保护信号。
18.根据权利要求17所述的电池组保护电路，其特征在于，所述V-LTA网络包括阈值晶体管，用以接收所述预定低压阈值；第一增益级，连接至所述阈值晶体管，包括第一至第N个第一增益晶体管，用以分别接 收所述第一至第N节电池的所述多节电池电压，并用以激活第K个第一增益晶体管，从而在 第K节电池电压低于所述预定低压阈值时，放大所述预定低压阈值与第K节电池电压之间 的电压差，所述第K节电池电压为所述多节电池电压中最低，并由所述第K个第一增益晶体 管接收；和第二增益级，连接至所述第一增益级，包括第一至第N个第二增益晶体管，用以激活对 应于所述第K个第一增益晶体管的第K个第二增益晶体管，进一步放大所述电压差，从而在 第K节电池电压低于所述预定低压阈值时，生成所述欠压保护信号，其中K = 1、2. . . N。
19.根据权利要求17所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电池组保护电路进一 步包括放电开关，连接至所述多节电池和所述控制器，用以控制所述多节电池的放电，其中， 所述控制器接收所述欠压保护信号并根据所述欠压保护信号控制所述放电开关。
20.根据权利要求14所述的电池组保护电路，其特征在于，所述电压检测电路包括电压/电流转换网络，用以将所述多节电池电压转换为所述多个电源电流。
全文摘要
本发明公开了一种电压检测电路，所述电压检测电路包括状态检测网络和比较网络。所述状态检测网络用以检测多节电池电压，每个所述多节电池电压对应于多节电池中的一节单独电池，所述比较网络连接至所述状态检测网络，用以将所述多节电池电压中的最高电池电压与第一(高压)阈值相比较，将所述多节电池电压中的最低电池电压与第二(低压)阈值相比较，从而将所述多节电池电压一次性与所述电压阈值相比较。所述比较网络进一步可在某节电池电压不满足所述电压阈值时生成指示信号。
文档编号G01R31/36GK101799491SQ20101011131
公开日2010年8月11日 申请日期2010年2月3日 优先权日2009年2月5日
发明者栗国星 申请人:凹凸电子(武汉)有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
