專利名稱：可充鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能反復(fù)充放電，并能進(jìn)行自我保護(hù)的電池裝置，特別涉及電子快門的光學(xué)相機(jī)可充鋰電池裝置。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是保持電子快門的光學(xué)相機(jī)的一次性電池2CR5或CR-P2的外形，在電池裝置的外殼上，增加充電電極，在電池裝置的外殼中，使用可充鋰電池，安裝保護(hù)電路，并通過在放電回路中正向串接整流二極管，引入PN結(jié)的電壓降，調(diào)整輸出電壓，構(gòu)成給電子快門的光學(xué)相機(jī)供電的反復(fù)充放電的鋰電池裝置；設(shè)計一種附件，將新的電池裝置的輸出電極轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電插頭輸出方式，給各種小型直流電器提供電源。
可充鋰電池能反復(fù)充放電的關(guān)鍵問題在于必需在可充鋰電池進(jìn)行充電和放電過程中提供保護(hù)，否則可充鋰電池可能因過充或過放電而立刻損壞或大幅度地降低電池容量和壽命。在充電過程中，對可充鋰電池的保護(hù)可由充電裝置來保證；而放電過程中，對可充鋰電池的保護(hù)必需由電池裝置本身完成。
本實用新型以兩種方式解決可充鋰電池放電保護(hù)的問題，一種是自行設(shè)計的電池放電保護(hù)電路，使用8個分離元件即可實現(xiàn)對電池放電過程中出現(xiàn)的電池過放電(欠壓，過流，負(fù)載短路)情況進(jìn)行保護(hù)。該電路在放電回路中串接場效應(yīng)管，場效應(yīng)管受由三極管和穩(wěn)壓二極管，電流取樣電阻以及積分延時電路構(gòu)成的取樣控制電路的控制，在電池欠壓，過流或負(fù)載短路的情況下斷開放電回路，使電池得到保護(hù)。
另一種是采用市場上專為可充鋰電池設(shè)計的保護(hù)電路，如美國德州儀器公司(TexasInstruments Incorporated)的鋰電池保護(hù)芯片(ucc3911-1)構(gòu)成的保護(hù)電路，該電路由保護(hù)芯片加外圍元器件構(gòu)成，該電路可實現(xiàn)對電池放電過程中出現(xiàn)的電池過放電(欠壓，過流，負(fù)載短路)情況進(jìn)行保護(hù)，同時對充電過程中出現(xiàn)的過壓充電也進(jìn)行保護(hù)。
本實用新型有益效果是使使用2CR5或CR-P2以及相同外形電池的電子快門的光學(xué)相機(jī)或各種小型直流電器能使用反復(fù)充放電的鋰電池，而不再使用一次性電池，節(jié)省使用者的花費(fèi)，同時節(jié)省制造一次性電池的自然資源和減少一次性電池對環(huán)境的污染。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明

圖1是本實用新型采用自行設(shè)計的保護(hù)電路的可充鋰電池電路原理圖圖2是使用P溝道場效應(yīng)管和NPN三極管的圖1的等效電路圖圖3是本實用新型采用德州儀器公司鋰電池保護(hù)芯片ucc3911-1構(gòu)成保護(hù)電路的可充鋰電池的電路原理圖圖4是電子快門的光學(xué)相機(jī)通用的一次性電池2CR5外形的軸測圖圖5是在電池外殼的底部增加一個充電電極的軸測圖圖6是電池外殼中采用自行設(shè)計的保護(hù)電路實施例的軸向剖視的軸測圖圖7是電池外殼中采用德儀鋰電池保護(hù)芯片電路實施例的軸向剖視的軸測圖圖8是一種使直流家用電器使用該種電池裝置的附件俯視圖圖9是將圖8所示附件加在電池裝置上的俯視圖圖1中，電池(B2)的負(fù)極與電流取樣電阻(R4)的一端相連，電流取樣電阻(R4)的另一端與場效應(yīng)管(F)的源極(s)相連，場效應(yīng)管的柵極(g)接于三極管(T)的集電極(c)，三極管(T)的集電極(c)又與電阻R2的一端相連，電阻(R2)的另一端與電池(B2)的負(fù)極相連，三極管(T)的發(fā)射極(e)與電池(B1)正極相連，三極管(T)的基極(b)與穩(wěn)壓管(Z)的負(fù)極相連，穩(wěn)壓管(Z)的正極又與電阻(R1)的一端相連，電阻(R1)的另一端與電池(B2)的負(fù)極相連，電容(C1)與電阻(R3)串連，電容(C1)的另一端與電池(B2)的負(fù)極相連，而電阻(R3)的另一端與場效應(yīng)管(F)的漏極(d)相連，穩(wěn)壓管(Z)和電阻(R1)的連接點(diǎn)(p1)又與電容(C1)和電阻(R3)的連接點(diǎn)(p2)相連，電池(B1)的負(fù)極與電池(B2)正極相連。
電池的端電壓(V)通過三極管(T)的正向PN結(jié)eb施加到穩(wěn)壓管(Z)上，在到穩(wěn)壓管(Z)上施加上一反向電壓，當(dāng)電池電壓正常時，電池的端電壓(V)高于穩(wěn)壓管(Z)的反向擊穿電壓，穩(wěn)壓管(Z)處于擊穿導(dǎo)通狀態(tài)，三極管(T)的基極(b)有電流通過，則三極管(T)的發(fā)射極(e)與集電極(c)之間導(dǎo)通，電流在電阻(R2)產(chǎn)生壓降，形成高電位，場效應(yīng)管的柵極(g)因處于高電位而使漏極與源極之間導(dǎo)通，從而使放電回路處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)電池在放電過程中因能量損耗，端電壓(V)下降到低于穩(wěn)壓管(Z)的反向擊穿電壓，則穩(wěn)壓管(Z)由擊穿導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，三極管(T)的基極(b)沒有電流通過，三極管(T)的發(fā)射極(e)與集電極(c)之間截止，電阻(R2)上沒有電流流過，且(R2)與電池的負(fù)極相連，則(R2)兩端都為低電位，場效應(yīng)管的柵極(g)因處于低電位而使漏極與源極之間截止，從而使放電回路處于截止?fàn)顟B(tài)，電池?zé)o法進(jìn)一步放電，使電池不會過放電而損壞。
當(dāng)在放電過程中，如果負(fù)載出現(xiàn)短路或異常大電流流過負(fù)載，則大電流流過場效應(yīng)管(F)和電流取樣電阻(R4)，場效應(yīng)管(F)的漏極(d)電位迅速升高，并通過電阻(R3)對電容(C1)充電，則電容(C1)(p2)點(diǎn)上的電位逐步上升，由于(p1)與(p2)相連，且(p1)連接于穩(wěn)壓管(Z)的正極，穩(wěn)壓管(Z)的正極的電位也逐步上升， 從而導(dǎo)至加在穩(wěn)壓管(Z)反向電壓逐步下降，當(dāng)電流達(dá)到電阻(R4)所設(shè)定的值，且經(jīng)過電阻(R3)與電容(C1)組成的積分電路的延時，加在穩(wěn)壓管(Z)上的反向電壓就下降到低于穩(wěn)壓管(Z)的反向擊穿電壓，則穩(wěn)壓管(Z)由擊穿導(dǎo)通狀態(tài)進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，三極管(T)的基極(b)就沒有電流通過，三極管(T)的發(fā)射極(e)與集電極(c)之間截止，電阻(R2)上沒有電流流過，且R2與電池的負(fù)極相連，則(R2)兩端都為低電位，場效應(yīng)管的柵極(g)因處于低電位而使漏極與源極之間截止，從而使放電回路處于截止?fàn)顟B(tài)，電池?zé)o法進(jìn)一步放電，使電池不會過放電而損壞。
當(dāng)在放電回路中串入正向連接的整流二極管(D1，D2，D3)，則電流會在每個整流二極管的PN結(jié)形成PN結(jié)結(jié)電壓，輸出電壓將會變成由電池的端電壓減去每個整流二極管的PN結(jié)結(jié)電壓(輸出電壓＝電池端電壓-正向PN結(jié)結(jié)電壓×連接的整流二極管的數(shù)量)，通過改變串接的正向連接的整流二極管的數(shù)量，就可得到不同的輸出電壓。
在圖3中，是使用德儀鋰電池保護(hù)芯片ucc3911-1，并根據(jù)其提供的數(shù)據(jù)頁(datasheet)設(shè)計的電路。該鋰電池保護(hù)芯片內(nèi)置了導(dǎo)通和斷開放電回路的場效應(yīng)管、電流取樣電阻，并集成了邏輯控制電路。在芯片(IC)外部僅由電阻(R5)和電容(C2)構(gòu)成電池組(B1B2)的電壓濾波取樣電路，由電阻(R6)和電容C3構(gòu)成電池(B2)的電壓濾波取樣電路，并分別由IC的第16腳和14腳引入取樣信號；同時通過在第15腳與第11腳之間接一電容C5來調(diào)節(jié)過電流的容許延時時間。在電池B1的正極和IC的第6腳之間接一電容C4來抑制由于過流、過壓、欠壓狀態(tài)而可能形成的感性沖擊。在IC的第6腳和負(fù)載輸出端(out-)之間串入正向連接的整流二極管(D1，D2，D3)，用來調(diào)節(jié)輸出電壓。
根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)頁(database)的描述，在放電過程中，當(dāng)放電電流超過3安培，并根據(jù)相應(yīng)電容C5的值延時相應(yīng)的時間后，芯片內(nèi)置的場效應(yīng)管就斷開放電回路；當(dāng)任一電池電壓低于2.5伏或電池總的電壓低于5伏，芯片內(nèi)置的場效應(yīng)管就斷開放電回路，使電池得到保護(hù)。
在圖6采用自行設(shè)計的保護(hù)電路的實施例中，電阻(R1、R2、R3、R4)、電容(C1)、穩(wěn)壓二極管(Z)、三極管(T)、場效應(yīng)管(F)全布采用貼片元件的形式焊接在印刷電路板(PCB)上。調(diào)整輸出電壓的整流二極管(D1、D2、D3)按正負(fù)極串連，整流二極管(D3)的正極連接到電池裝置的輸出端(out-)，整流二極管(D1)的負(fù)極連接到印刷電路板(PCB)上的場效應(yīng)管(F)和電阻(R3)的公共端；隱藏在印刷電路板(PCB)后的電池(B2)的正極在電池裝置內(nèi)部與電池(B1)的負(fù)極通過金屬連接片(L1)相連；電池(B2)的負(fù)極與通過導(dǎo)線(L2)連接到印刷電路板(PCB)上的電阻(R1、R2、R4)、電容(C1)的公共端；電池(B1)的正極通過導(dǎo)線(L3)連接到印刷電路板(PCB)上的三極管(T)的集電極(c)；電池(B1)的正極在電池裝置內(nèi)部與電池裝置輸出端(out+)相連；電池(B2)的負(fù)極還連接到電池裝置的充電極(in-)。
整個電池裝置通過輸出端(out+、out-)放電，通過輸出端(out+、in-)充電。
在圖7采用德儀鋰電池保護(hù)芯片電路實施例中，電阻(R5、R6)、電容(C2、C3、C4、C5)、保護(hù)芯片(IC)，全布采用貼片元件的形式焊接在印刷電路板(PCB)上。調(diào)整輸出電壓的整流二極管(D1、D2、D3)按正負(fù)極串連，整流二極管(D3)的正極連接到電池裝置的輸出端(out-)，整流二極管(D1)的負(fù)極連接到印刷電路板(PCB)上保護(hù)芯片(IC)的第7腳和第6腳以及(C4)的公共端；隱藏在印刷電路板(PCB)后的電池(B2)的正極在電池裝置內(nèi)部與電池(B1)的負(fù)極通過金屬連接片(L1)相連，金屬連接片(L1)也與電阻(R6)相連；電池(B2)的負(fù)極通過導(dǎo)線(L2)連接到印刷電路板(PCB)上保護(hù)芯片(IC)的第10腳和第11腳以及(C2、C3、C5)的公共端，該公共端還連接到電池裝置的充電極(in-)；電池(B1)的正極通過導(dǎo)線(L3)連接到印刷電路板(PCB)上的電阻(R5)、電容(C4)的公共端；電池(B1)的正極在電池裝置內(nèi)部與電池裝置輸出端(out+)相連。整個電池裝置通過輸出端(out+、out-)放電，通過輸出端(out+、in-)充電。
在圖8中，根據(jù)電池裝置的外形，制作一附件，該附件能通過彈性、螺釘或扣位方式固定在電池裝置上，也能從電池裝置上取下，該附件在與電池裝置放電輸出電極相對應(yīng)的位置固定了相應(yīng)的電極(out+、out-)，兩電極間絕緣，電極分別通過導(dǎo)線連接到標(biāo)準(zhǔn)的直流電輸出插頭上。
在圖9中，當(dāng)該附件固定在電池裝置上，附件的電極與電池裝置放電輸出電極緊密相連。使電池裝置能通過標(biāo)準(zhǔn)的直流電插頭輸出直流電。
權(quán)利要求1.一種可反復(fù)充放電的電池裝置，其特征是電池裝置外形與相機(jī)電池2CR5或CR-P2一樣，且除兩個標(biāo)準(zhǔn)的電極外，還有一個充電電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述形式電池的裝置，其特征是在電池裝置的外殼中使用可充電池，并裝有保護(hù)電路，在放電回路中串有整流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池裝置，其特征是在保護(hù)電路中，取樣控制電路中的三極管的基極串接穩(wěn)壓二極管和電阻；場效應(yīng)管和電流取樣電阻上并接由電容和電阻串連而成的積分電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池裝置，其特征是在保護(hù)電路中使用德州儀器公司的鋰電池保護(hù)芯片ucc3911-1。
5.一種電池裝置附件，其特征是該附件能通過彈性、螺釘或扣位方式固定在根據(jù)權(quán)利要求1所述形式電池的裝置上，也能從電池裝置上取下，該附件在與電池裝置放電輸出電極相對應(yīng)的位置固定了相應(yīng)的電極，兩電極間絕緣，電極分別通過導(dǎo)線連接到標(biāo)準(zhǔn)的直流電輸出插頭上。
專利摘要一種使電子快門的光學(xué)相機(jī)和各種小型直流電器使用能反復(fù)充放電的鋰電池的裝置，本實用新型采用電子快門的光學(xué)相機(jī)的一次性電池的外形，在電池裝置的外殼上，增加充電電極，在電池裝置的外殼中，使用可充鋰電池，安裝保護(hù)調(diào)整電路，使電池裝置可反復(fù)充放電，并提供一種附件，將電池裝置的輸出電極轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的直流電插頭輸出方式，給各種小型直流電器提供電源。本實用新型有益效果是使電子快門的光學(xué)相機(jī)或各種小型直流電器能使用反復(fù)充放電的鋰電池，而不再使用一次性電池，節(jié)省使用者的花費(fèi)，同時節(jié)省制造一次性電池的自然資源和減少一次性電池對環(huán)境的污染。
文檔編號H02J7/00GK2602491SQ03230019
公開日2004年2月4日 申請日期2003年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月1日
發(fā)明者魏陽 申請人:魏陽