專利名稱：一種帶有高精度電流保護電路的電池的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電池，特別是涉及一種帶有高精度電流保護電路的電池。
背景技術：
隨著科技進步與社會發(fā)展，象手機、筆記本電腦、MP3播放器、PDA、掌上游戲機、數(shù)碼攝像機等便攜式設備已越來越普及，這類產(chǎn)品中有許多是采用鋰離子電池供電，而由于鋰離子電池的特性與其它可充電電池不同，內(nèi)部通常都帶有一塊電路板，不少人對該電路的作用不了解，本文將對鋰離子電池的特點及其保護電路工作原理進行闡述。鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，目前在部分耗電量較低的便攜式電子產(chǎn)品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而在筆記本電腦、手機、PDA、數(shù)碼相機等耗電量較大的電子產(chǎn)品中則使用可充電的二次電池，即鋰離子電池。與鎳鎘和鎳氫電池相比，鋰離子電池具備以下幾個優(yōu)點1.電壓高，單節(jié)鋰離子電池的電壓可達到3. 6V，遠高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓；2.容量密度大，其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1. 5-2. 5倍；3.荷電保持能力強(即自放電小)，在放置很長時間后其容量損失也很??；4.壽命長，正常使用其循環(huán)壽命可達到500次以上；5.沒有記憶效應，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便；由于鋰離子電池的化學特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進行電能與化學能相互轉化的化學正反應，但在某些條件下，如對其過充電、過放電和過電流將會導致電池內(nèi)部發(fā)生化學副反應，該副反應加劇后，會嚴重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個保護電路，用于對電池的充、放電狀態(tài)進行有效監(jiān)測，并在某些條件下關斷充、放電回路以防止對電池發(fā)生損害。目前，常用的理電池的電流保護電路的方案一般是在大電流情況下，保護IC采集因Mosfet內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓信號，保護IC作出判斷是否切斷電路，從而實現(xiàn)電池電路的過流保護。因為Mosfet內(nèi)阻不穩(wěn)定，而且個體差異大，并且容易受到外界環(huán)境影響，所以用這種電流保護電路所得出的過流保護值一致性很差，范圍寬，過流保護點不穩(wěn)定.易導致電池過流保護提前或推后，影響電池的使用，甚至會造成電芯永久性傷害。另外，在上述模式電流保護電路的鋰電池，如果保護IC和Mosfet固定，則過流保護值范圍也將固定，不利于電路的擴展。不便于產(chǎn)品進行擴展性改進?，F(xiàn)有技術具有以下缺點1.過流保護電路的過流保護值一致性差；2.保護范圍寬，過流保護點不穩(wěn)定；3.不利于電路擴展；目前市場上缺乏一種能解決鋰電池因過流保護點不穩(wěn)定導致產(chǎn)品性能下降，并且能利用相同的保護IC，通修改檢流電阻的值，可實現(xiàn)不同的過流保護功能，電路的實用性強，擴展性優(yōu)越的高精度電流保護電路的鋰電池。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題在于目前所使用的鋰電池過流保護電路的過流保護值一致性差，保護范圍寬，過流保護點不穩(wěn)定，并且不利于電路擴展等缺點，重新設計一種帶有高精度電流保護電路的電池，其主要結構包括電芯Cell、電池保護IC，還有分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負極的正極輸出端子I^ack+和負極輸出端子I^ack-。所述的電芯 Cell負極與負極輸出端子I^ack-之間依次串聯(lián)有二級保護原件、檢流電阻器R3和場效應管 A、場效應管％。所述檢流電阻器民與場效應管A的源極聯(lián)接，場效應管A的漏極與場效應管％的漏極相聯(lián)接，場效應管A與場效應管％分別形成一個MOSFET電路的柵極，MOSFET 在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷。控制IC的CS引腳為電流監(jiān)測腳。所述的電池保護IC的VDD引腳通過電阻器隊與電芯Cell的正級聯(lián)接，同時電池保護IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級保護原件與檢流電阻器R3之間；電池保護IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護IC的CS引腳與場效應管 Q1的源極聯(lián)接；電池保護IC的CO、DO號引腳分別與場效應管Qi、Q2的柵極聯(lián)接；電池保護 IC的V-引腳通過電阻器&與場效應管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。所述的二級保護原件為自恢復熔斷器PTC。該電路具有過充電保護、過放電保護、過電流保護與短路保護功能，其工作原理分析如下1、正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中電池保護IC的“⑶”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個MOSFET 都處于導通狀態(tài)，電池可以自由地進行充電和放電，由于MOSFET的導通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導通電阻對電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護電路的消耗電流為μ A級，通常小于7 μ A。2、過充電保護鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會上升到4. 2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4. IV)，轉為恒壓充電， 直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會使電池電壓超過4. 2V后繼續(xù)恒流充電，此時電池電壓仍會繼續(xù)上升，當電池電壓被充電至超過4. 3V時，電池的化學副反應將加劇，會導致電池損壞或出現(xiàn)安全問題。在帶有保護電路的電池中，當控制電池保護IC檢測到電池電壓達到4. ^V(該值由控制電池保護IC決定，不同的電池保護IC有不同的值)時，其“Co”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使Q2由導通轉為關斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對電池進行充電， 起到過充電保護作用。而此時由于Q2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對外部負載進行放電。在控制電池保護IC檢測到電池電壓超過4. 28V至發(fā)出關斷Q2信號之間，還有一段延時時間，該延時時間通常由控制電池保護IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。3、過放電保護電池在對外 部負載放電過程中，其電壓會隨著放電過程逐漸降低，當電池電壓降至2. 5V時，其容量已被完全放光，此時如果讓電池繼續(xù)對負載放電，將造成電池的永久性損壞。 在電池放電過程中，當控制電池保護IC檢測到電池電壓低于2. 3V (該值由控制IC 決定，不同的電池保護IC有不同的值)時，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷海筈1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使電池無法再對負載進行放電，起到過放電保護作用。 而此時由于Q1自帶的體二極管的存在，充電器可以通過該二極管對電池進行充電。由于在過放電保護狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護電路的消耗電流極小，此時控制電池保護IC會進入低功耗狀態(tài)，整個保護電路耗電會小于0. ΙμΑ。在控制IC檢測到電池電壓低于2. 3V至發(fā)出關斷Q1信號之間，也有一段延時時間， 該延時時間通常由控制IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。4、過電流保護由于鋰離子電池的化學特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C(C =電池容量/小時)，當電池超過2C電流放電時，將會導致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。電池在對負載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過檢流電阻R3時，會在其兩端產(chǎn)生一個電壓，該電壓值U = I*R3，控制IC上的“V-”腳對該電壓值進行檢測，若負載因某種原因導致異常，使回路電流增大，當回路電流大到使U >0. IV(該值由控制IC決定，不同的IC 有不同的值)時，其“DO”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷海筈1由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護作用。在控制電池保護IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關斷Q1信號之間，也有一段延時時間，該延時時間通常由控制電池保護IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。部分控制電池保護IC還具有充電過流保功能，原理同上面類似，其中U的值為負值，保護時“Co”腳將由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使Q2由導通轉為關斷，從而切斷了放電回路。在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制電池保護IC的控制值，還取決于R3的電阻，當R3的電阻越大時，對同樣的控制電池保護IC，其過電流保護值越小。5、短路保護電池在對負載放電過程中，若回路電流大到使U > 0. 9V(該值由控制電池保護IC 決定，不同的電池保護IC有不同的值)時，控制電池保護IC則判斷為負載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉變?yōu)榱汶妷?，使Q1由導通轉為關斷，從而切斷放電回路，起到短路保護作用。短路保護的延時時間極短，通常小于1000微秒。其工作原理與過電流保護類似，只是判斷方法不同，保護延時時間也不一樣。本實用新型與現(xiàn)有技術相比，過流保護的精度可提高30%，電路的實用性，擴展性更強。

[0043]圖1為本實用新型實施例一的電路結構示意圖。
具體實施方式
實施例一如圖1所示，本實施例的結構包括電芯Cell、電池保護IC，還有分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負極的正極輸出端子I^ack+和負極輸出端子I^ack-。所述的電芯Cell 負極與負極輸出端子Pack-之間依次串聯(lián)有二級保護原件、檢流電阻器&和場效應管仏、 場效應管％。所述檢流電阻器民與場效應管A的源極聯(lián)接，場效應管A的漏極與場效應管％的漏極相聯(lián)接，場效應管A與場效應管％分別形成一個MOSFET電路的柵極，MOSFET 在電路中起開關作用，分別控制著充電回路與放電回路的導通與關斷?？刂艻C的CS引腳為電流監(jiān)測腳。所述的電池保護IC的VDD引腳通過電阻器隊與電芯Cell的正級聯(lián)接，同時電池保護IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級保護原件與檢流電阻器R3之間；電池保護IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護IC的CS引腳與場效應管 Q1的源極聯(lián)接；電池保護IC的CO、DO號引腳分別與場效應管Qi、Q2的柵極聯(lián)接；電池保護 IC的V-引腳通過電阻器&與場效應管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。所述的二級保護原件為自恢復熔斷器PTC。
權利要求1.一種帶有高精度電流保護電路的電池，其主要結構包括電芯Cell、電池保護IC和分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負極的正極輸出端子I^ack+和負極輸出端子I^ack-，其特征在于所述的電芯Cell負極與負極輸出端子I^ack-之間依次串聯(lián)有二級保護原件、檢流電阻器R3 和場效應管Qp Q2 ；所述檢流電阻器民與場效應管A的源極聯(lián)接，場效應管A的漏極與場效應管％的漏極相聯(lián)接；所述的電池保護IC的VDD引腳通過電阻器R1與電芯Cell的正級聯(lián)接，同時電池保護IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級保護原件與檢流電阻器R3之間； 電池保護IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護IC的CS引腳與場效應管A的源極聯(lián)接；電池保護IC的C0、D0號引腳分別與場效應管仏、％的柵極聯(lián)接；電池保護IC的V-引腳通過電阻器R1與場效應管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。
2.根據(jù)權利要求1所述的帶有高精度電流保護電路的電池，其特征在于所述的二級保護原件為自恢復熔斷器PTC。
專利摘要本實用新型涉及一種帶有高精度電流保護電路的電池，其主要結構包括電芯Cell、電池保護IC分別聯(lián)接在正極輸出端子和負極輸出端子之間。電芯Cell串聯(lián)有二級保護原件、檢流電阻器R3和場效應管Q1、場效應管Q2。電池保護IC的VDD引腳通過電阻器R1與電芯Cell的正級聯(lián)接，同時電池保護IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級保護原件與檢流電阻器R3之間；電池保護IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，CS引腳與場效應管Q1的源極聯(lián)接；正極輸出端子和負極輸出端子之間聯(lián)接有電容器C2。本實用新型具有過流保護的精度可提高30％，電路的實用性，擴展性更強的優(yōu)點。
文檔編號H01M10/42GK202121027SQ20112024499
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權日2011年7月12日
發(fā)明者關志遠, 劉家仁, 梁昌明, 歐陽光 申請人:廣州明美電子有限公司