專利名稱：具有剩余電池功率計算功能的電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有剩余電池功率計算功能的電池組(在下文中稱為智能電池組)，這種電池降低了成本并提高了性能。
背景技術：
現(xiàn)有技術中的智能電池組在高壓側使用P溝道MOS晶體管(例如參見JP2002-151163A，第3-6頁，圖1)。這可以從圖5的電路圖中看出，該圖闡明了傳統(tǒng)的智能電池組。圖5中的電路具有正側端子11、負側端子12、和用于與電子裝置通信的端子13和14。雖然圖5中的電池組具有兩個通信端子，但是也可以改為僅僅提供一個通信端子。端子11到14被連接到電子裝置或充電器。智能電池組包括二次電池10、用于保護二次電池10的保護電路1、用于計算二次電池10剩余電容量的電路2、用于電流檢測的電阻器3、P溝道MOS晶體管4和5、及其它元件。
保護電路1根據二次電池10的狀態(tài)控制P溝道MOS晶體管4和5的導通/截止。例如當二次電池10處于過量放電狀態(tài)時，保護電路1將P溝道MOS晶體管4截止從而禁止放電，反之，當二次電池10處于過度充電狀態(tài)時，保護電路1將P溝道MOS晶體管5截止從而停止充電。在鋰離子二次電池的情況下，在電池組中通常包括保護電路來作為提高安全水平的措施。
用于計算二次電池10的剩余電容量的電路2監(jiān)視二次電池的電壓，還監(jiān)視電流檢測電阻3的每一端上的電位來測量充電電流、放電電流等。測量結果通過通信端子13和14被傳輸給電子裝置(基于電子裝置的請求)。
電池組根據GND(接地)基準與電子裝置通信，換句話說，根據端子12的電位作為基準(在下文中，GND基準意味著使用端子12的電位作為基準)。
在此討論，如果在低壓側使用N溝道MOS晶體管，那么二次電池低壓側的電勢就作為用于計算電池組的二次電池剩余電容量的電路的基準電位，并且與電子裝置的GND基準電位不匹配。因此，電池組和電子裝置不能互相通信。
當傳統(tǒng)的智能電池組使用電子裝置的低電位作為基準與電子裝置進行通信時，電池組高壓側的晶體管肯定是P溝道MOS晶體管，但是由于P溝道晶體管與N溝道MOS晶體管相比通常具有較差的遷移率和特性而使其成為了問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明用來解決現(xiàn)有技術中的問題，并且因此本發(fā)明的目的是提供一種在低壓側使用N溝道MOS晶體管的智能電池組，其具有比使用P溝道MOS晶體管的智能電池組更優(yōu)越的性能。
根據本發(fā)明，提供了一種具有剩余電池功率計算功能的電池組，包括連接在正側端子和負側端子之間的二次電池；用于保護二次電池免于過度充電和過量放電的保護電路；使用負側端子作為基準來計算二次電池的剩余電容量的電路；和為了保護二次電池，基于從保護電路接收到的信號，用于控制二次電池的充電和放電的N溝道MOS晶體管。電池組進一步包括電平轉移電路，提供該電平轉移電路是為了將負極側端子的電位相對于二次電池的負極側電勢進行電平移動。


在附圖中圖1是根據本發(fā)明實施例1的智能電池組的說明圖；圖2是示出了在本發(fā)明的智能電池組中使用的電平轉移電路的一個范例的圖；圖3A和3B是闡明電平轉移電路的工作的圖；圖4是示出了在本發(fā)明的智能電池組中使用的電平轉移電路的另一個范例的圖；和圖5是傳統(tǒng)的智能電池組的說明圖。
具體實施例方式
為了使在低壓側使用N溝道MOS晶體管的智能電池組能夠與電子裝置進行通信，用于計算二次電池剩余電容量的電路的通信端子的電壓電平被設置成等于電子裝置的電壓電平。
本發(fā)明的實施例在下面參考附圖來說明。圖1示出了根據本發(fā)明實施例1的智能電池組。如同現(xiàn)有技術一樣，智能電池組具有負側端子12、用于與電子裝置通信的端子13和14、用于電流檢測的電阻器3、和二次電池10。
雖然現(xiàn)有技術在高壓側使用P溝道MOS晶體管，但是本發(fā)明在低壓側采用N溝道MOS晶體管24和25。
用于保護二次電池10的保護電路21具有與現(xiàn)有技術中的保護電路相似的功能，并且根據二次電池10的狀態(tài)控制N溝道MOS晶體管24和25的導通/截止。例如當二次電池10處于過量放電狀態(tài)時，保護電路21將N溝道MOS晶體管24截止從而禁止放電，反之，當二次電池10處于過度充電狀態(tài)時，保護電路21將N溝道MOS晶體管25截止從而停止充電。
N溝道MOS晶體管具有更高的遷移率，并且因此與P溝道MOS晶體管相比能夠更容易地減小導通電阻。MOS晶體管的導通電阻Ron是柵極-源極電壓的函數(shù)。當柵極-源極電壓給定為Vgs并且MOS晶體管的閾值電壓給定為Vt時，MOS晶體管處于不飽和狀態(tài)下的導通電阻Ron與(Vgs-Vt)的倒數(shù)成比例。因此，在電池電壓足夠高從而能夠令人滿意地提供較高的MOS晶體管的柵極-源極電壓的情況下，很容易減小MOS晶體管的導通電阻。另一方面，當電池僅僅具有少量的串聯(lián)連接的電池時(在1個串聯(lián)電池的情況下)，電池電壓較低(如果是鋰離子二次電池為2.5V到4.5V，)，并且不能為MOS晶體管提供足夠的柵極-源極電壓Vgs。這種情況得益于使用N溝道晶體管替代了P溝道晶體管，這是因為N溝道晶體管更容易減小MOS晶體管的導通電阻。
MOS晶體管24和25在電流路徑中，并且為了減小在MOS晶體管24和25中的功率損耗，導通電阻Ron應該較小。
如在現(xiàn)有技術中一樣，用于計算二次電池10的剩余電容量的電路22具有監(jiān)視二次電池10的電壓的功能，還具有監(jiān)視電流檢測電阻器3的每一端的電位從而測量充電電流、放電電流等的功能。測量結果通過通信端子13和14被傳輸給電子裝置(基于電子裝置的請求)。
當N溝道MOS晶體管開關24和25設置在低壓側的情況下，電子裝置使用智能電池組的端子12的電位作為基準與智能電池組通信。另一方面，剩余二次電池功率計算電路22以二次電池10的負側電勢作為基準工作。這意味著將N溝道MOS晶體管24和25中的一個截止使得電子裝置的基準電位和智能電池組的基準電位互不相同，并且因此使得電子裝置和智能電池組之間不能通信。
本發(fā)明通過給剩余二次電池功率計算電路22增加用于將端子12的電位偏向二次電池10的負側電勢的電路來應對這個問題。在圖2中示出了這個電平轉移電路。端子A被連接到圖1中的端子11，端子C被連接到圖1中的端子12，以及端子B被連接到圖1中的用于與電子裝置通信的端子13和14中的一個。端子D被連接到圖1中二次電池10的負側。因此，來自剩余二次電池功率計算電路22的信號被輸入到晶體管41的柵極和倒向器40。將被反向的信號輸入到晶體管42的柵極。晶體管43的柵極電壓與端子B的電壓變化相同，以便當端子B的電壓是“高”電平時，柵極電壓變?yōu)椤案摺彪娖?，該“高”電平具有端子A的電位，并且當端子B的電壓是“低”電平時，柵極電壓變?yōu)椤暗汀彪娖?，該“低”電平具有端子C的電位。
當柵極和源極之間的電壓差大于晶體管43的閾值電壓時，晶體管43導通，然后，倒向器40的輸入電平變成“高”電平，該“高”電平具有端子A的電位，以便倒向器40的輸出成為“低”電平，該“低”電平具有端子D的電位。另一方面，當柵極和源極之間的電壓差小于晶體管43的閾值電壓時，晶體管43截止，以便倒向器40的輸入電平變成“低”電平并且其輸出變成“高”電平，該“高”電平具有端子A的電位。圖3A和3B示出了如上述連接的電平轉移電路的信號波形的范例。
在圖3A和3B中，水平軸表示時間，垂直軸3A表示端子13和14的電壓，以及縱軸3B表示圖2的OUT的電壓。垂直軸3A的端子13和14的低電壓電平被設置成端子12的電位V12。垂直軸3B的低電壓電平被設置成二次電池10的低電平電位V10B，反之，垂直軸3B的高電壓電平被設置成端子11的電位V11。
這使得在低壓側具有N溝道MOS晶體管的智能電池組能夠與電子裝置進行通信。
可以采用如圖4中所示的電平轉移電路將信號由智能電池組傳輸給電子裝置。在圖4中，端子A被連接到圖1中的端子11，端子C被連接到圖1中的端子12，端子B被連接到圖1中的端子13或14，并且端子D被連接到圖1中二次電池10的負側。在圖2的情況下，具有端子11和端子12之間的電壓電平的輸入信號偏向具有端子11和二次電池低壓側之間的電壓電平的輸出信號。在圖4的情況下，具有端子11和二次電池低壓側之間的電壓電平的輸入信號偏向具有端子11和端子12之間的電壓電平的輸出信號。
就是說，在圖4中，當?shù)瓜蚱?0的輸入電壓是“高”電平時，倒向器30的輸出電壓變成“低”電平，由此，晶體管32導通，然后倒向器31的輸入電壓變成“高”電平并且其輸出電壓變成“低”電平，該“低”電平具有端子C的電位。另一方面，當?shù)瓜蚱?0的輸入電壓是“低”電平時，其輸出電壓變成“高”電平，然后，晶體管32截止，倒向器31的輸入變成“低”電平，其輸出變成“高”電平，該“高”電平具有端子A的電位。這樣，信號能夠從用于計算二次電池剩余電容量的電路傳輸給電子裝置。
圖1中的剩余二次電池功率計算電路22可以具有、或不具有內置的微型計算機。在剩余二次電池功率計算電路22具有微型計算機的情況下，根據測得的電池電壓以及根據充電電流和放電電流，將微型計算機編程來計算剩余電池功率。計算結果被發(fā)送到電子裝置。電子裝置使用接收到的數(shù)據來顯示剩余電池功率。但是，具有內置式微型計算機的電池組成本高。
在圖1中的剩余二次電池功率計算電路22不具有內置的微型計算機的情況下，電子裝置中的微型計算機被編程來計算剩余電池功率。在這種情況下，圖1中的剩余二次電池功率計算電路22僅僅測量電池電壓、充電電流和放電電流，以及將測量數(shù)據傳輸給電子裝置的微型計算機。根據接收到的數(shù)據，電子裝置的微型計算機計算用于顯示的剩余電池功率。
這樣，智能電池組無需在其內引入微型計算機并且電池組的成本能夠被降低。
本發(fā)明的智能電池組能夠使用便宜且性能好的N溝道MOS晶體管作為低壓側開關。因此，本發(fā)明能夠提供便宜、性能好的智能電池組。
權利要求
1.一種具有剩余電池功率計算功能的電池組，包含一個二次電池，連接在正側端子和負側端子之間；一個保護電路，用于保護二次電池避免過度充電和過量放電；一個電路，將負側端子作為基準來計算二次電池的剩余電容量而工作；一個N溝道MOS晶體管，用于基于從所述保護電路接收的信號，控制二次電池的充電和放電，以保護二次電池；和一個電平轉移電路，提供負側端子的電位相對于二次電池的負極側電勢的電平偏移。
2.根據權利要求1的具有剩余電池功率計算功能的電池組，其中，用于計算二次電池剩余電容量的電路監(jiān)視二次電池的充電電流和放電電流，從而將監(jiān)視的結果傳輸?shù)诫姵亟M外部的微型計算機，并接收微型計算機計算出來的剩余電池功率的數(shù)據。
3.根據權利要求1或2的具有剩余電池功率計算功能的電池組，其中，二次電池是鋰離子二次電池。
4.根據權利要求1或2的具有剩余電池功率計算功能的電池組，其中，二次電池是多個鋰離子二次電池。
全文摘要
提供了一種具有便宜、高性能的N溝道MOS晶體管的智能電池組。對智能電池組的剩余電池功率檢測電路和電子裝置之間的通信如此實施電平偏移，以便偏移的電平與電子裝置的信號電平相匹配。
文檔編號H02J7/00GK1543008SQ200410034328
公開日2004年11月3日 申請日期2004年4月12日 優(yōu)先權日2003年4月11日
發(fā)明者須藤稔 申請人:精工電子有限公司