專利名稱：用于便攜式電裝置的帶內(nèi)設(shè)安全電路的可充電電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于便攜式電裝置的可充電電池，它至少包括一個(gè)電池芯及與該電池串聯(lián)的熔絲裝置。
上述類型的可充電電池可作為電源用于各種便攜式電裝置，如移動(dòng)式電話機(jī)，便攜式計(jì)算機(jī)，個(gè)人數(shù)字輔助裝置(PDA)，手持式通信裝置等。在該文件中均使用任何通用移動(dòng)式通信系統(tǒng)(如GSM)所使用的移動(dòng)式電話機(jī)作為這種便攜式電裝置，由此并不使本發(fā)明僅局限在移動(dòng)式電話機(jī)上。
上述類型的可充電電池設(shè)有或多或少?gòu)?fù)雜的安全電路以防止由出現(xiàn)故障引起的更嚴(yán)重?fù)p壞，例如起火或爆炸。通常使用的電池類型是包括以鋰為基礎(chǔ)的電池芯的電池。鋰基電池具有多種優(yōu)點(diǎn)，如高能量密度及在相繼充電之間的工作時(shí)間長(zhǎng)，但這種電池對(duì)作為電故障如短路后果的異常高電壓或大電流敏感。目前的可充電電池常設(shè)有在電池堆中印刷電路板形式的安全電路。在該印刷電路板上設(shè)有用于監(jiān)測(cè)各種電池參數(shù)的電路，例如監(jiān)測(cè)單個(gè)電池芯上的壓降，流過(guò)電池芯的電流等。此外，該電路板還包括有源及可恢復(fù)電路，它被設(shè)計(jì)來(lái)響應(yīng)撿測(cè)的電池參數(shù)以便如當(dāng)發(fā)生故障狀態(tài)時(shí)導(dǎo)去過(guò)大的電流。
這種較為復(fù)雜的安全電路具有其缺點(diǎn)，尤其是在于其相對(duì)高的元件及制造成本。此外，該電路板鑒于一定的幾何形狀，這使得電池堆的尺寸難于減小到理想的程度。
在JP-A-2250634中公開(kāi)了一種較不復(fù)雜的方案，其中安全電路包括一個(gè)比較器構(gòu)成的參考電壓裝置，它被設(shè)計(jì)來(lái)?yè)鞙y(cè)發(fā)生的過(guò)電壓狀態(tài)并響應(yīng)該狀態(tài)將指示過(guò)電壓狀態(tài)的電壓供給晶閘管形式的有源裝置。結(jié)果是，晶閘管將從常規(guī)的非導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，其中短路電流將流過(guò)晶閘管及熔絲裝置，后者將釋放或熔斷并使電路開(kāi)路以保護(hù)電池過(guò)電壓。
在JP-A-7154922中公開(kāi)了一種類似的方案，其中晶體管作為有源元件及微計(jì)算機(jī)作為參考電壓裝置。
US-A-5164874涉及一種抗過(guò)電壓的保護(hù)裝置，它包括一個(gè)PN結(jié)的齊納二極管作為參考電壓裝置，及一個(gè)PNPN的晶閘管作為有源裝置。參考電壓裝置及有源裝置整體地形成一個(gè)具有二個(gè)端子的集成電路(IC)，它用于分別連接到被保護(hù)負(fù)載的第一及第二端。一個(gè)傳統(tǒng)的熔絲裝置分開(kāi)地與IC保護(hù)裝置串聯(lián)。
本發(fā)明的目的是提供一種用于可充電電池的安全電路，它可用最小數(shù)目的元件(由此以最小成本)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且它特別適用于在制造電池時(shí)安裝在電池中。
該目的是通過(guò)一種用于便攜式電裝置的電池來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該電池至少包括一個(gè)電池芯；一個(gè)熔絲裝置，它與電池芯相串聯(lián)；一個(gè)電壓控制有源裝置，它與電池芯相并聯(lián)，并被設(shè)計(jì)成，響應(yīng)控制輸入端上的電壓呈現(xiàn)基本的非導(dǎo)通狀態(tài)及導(dǎo)通狀態(tài)；及一個(gè)參考電壓裝置，它與有源裝置的控制輸入端相連接。該有源裝置被設(shè)計(jì)成，一旦電池芯上的電壓對(duì)由參考電壓裝置供給的參考電壓偏離了一個(gè)預(yù)定值，便從非導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，由此引起通過(guò)電池芯的短路，并釋放熔絲裝置。該壓控裝置，參考電壓裝置及熔絲裝置構(gòu)成一個(gè)集成電子組件。
本發(fā)明的其它目的，優(yōu)點(diǎn)及優(yōu)選實(shí)施例的特征將在以下的詳細(xì)公開(kāi)及附圖中被闡明。
以下將參照附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，附圖為

圖1是表示本發(fā)明基本構(gòu)思的概要框圖；及圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的可充電電池的概要框圖。
圖1給出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的具有其安全電路的可充電電池。為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，該電池僅表示為具有單個(gè)電池芯10，但在本發(fā)明的范圍內(nèi)，該電池也可包括多個(gè)彼此串聯(lián)的電池芯，正如技術(shù)領(lǐng)域中所公知的，并易于為本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員理解。該電池具有兩個(gè)外部端子16及17，用于連接到便攜式電裝置，該電池將對(duì)其供電。此外，該電池包括本身公知的適合所述應(yīng)用的任何類型的熔絲裝置12。該熔絲裝置12與電池芯10相串聯(lián)，并被設(shè)計(jì)成，當(dāng)熔絲裝置12遭受到作為發(fā)生的電故障、如短路或來(lái)自這里未示出的充電裝置的過(guò)電壓其后果的過(guò)電流時(shí)，將以公知的方式產(chǎn)生電池芯及10及外端子16之間電連接的中斷。
壓控有源裝置20與電池芯10并聯(lián)，其目的在于建立通過(guò)電池芯的短路，以便當(dāng)電池芯上的電壓超過(guò)預(yù)定的閾值時(shí)釋放該熔絲裝置，這將在下面再描述。該有源裝置20具有三個(gè)端子，其中第一端子23連接到外端子16及電池芯10的正端子之間的導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)上，及其中第二端子24連接到外端子17及電池芯10的負(fù)端子之間的導(dǎo)體節(jié)點(diǎn)上。該組件的20第三端子22作為控制輸入端。參考電壓裝置30與控制輸入端22相連接。此外，參考電壓裝置30連接到電池芯的正端子。在該圖中，熔絲裝置12被設(shè)置在電池芯10的正端子及參考電壓裝置30的公共節(jié)點(diǎn)和外端子16及有源裝置20的公共節(jié)點(diǎn)之間。作為變型，該熔絲裝置可設(shè)置在外端子16的緊前面，它在圖中以虛線矩形13表示。
裝置20具有兩種可能的工作方式基本非導(dǎo)通狀態(tài)及導(dǎo)通狀態(tài)。在非導(dǎo)通狀態(tài)下電池端子之間的電位連接被斷開(kāi)，其中裝置20在圖1的電路中起到一個(gè)無(wú)源部件的作用。但是，在導(dǎo)通狀態(tài)，裝置20起到一個(gè)顯著有源部件的作用，即，它在兩個(gè)電池端子之間建立了短路。其結(jié)果是，通過(guò)熔絲裝置12(或13)的電流快速增大，由此引起熔絲裝置的釋放。
壓控裝置20被設(shè)置來(lái)響應(yīng)其控制輸入端22上的電壓值，在上述兩工作狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。該控制電壓的值則被參考電壓裝置30確定。如果裝置20的端子23及24上的電壓(即基本為電池芯10的端電壓)超過(guò)參考電壓裝置30上的參考電壓，該有源裝置20將轉(zhuǎn)換到其導(dǎo)通狀態(tài)，由此將引起短路及熔絲裝置的釋放。
在本發(fā)明的該優(yōu)選實(shí)施例中，壓控裝置20是由晶閘管(SCR)或場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)實(shí)現(xiàn)的。此外，參考電壓裝置30最好是由齊納二極管實(shí)現(xiàn)的。如前所述，熔絲裝置12最好是由在市場(chǎng)上可得到的任何傳統(tǒng)熔斷絲來(lái)實(shí)現(xiàn)的。換種方式，熔絲功能也可通過(guò)在短路狀態(tài)下燒斷某一現(xiàn)有連接線來(lái)達(dá)到。因此，裝置20及裝置12和30可由簡(jiǎn)單及便宜的元件實(shí)現(xiàn)，故顯然允許用簡(jiǎn)單及便宜的總體方案對(duì)可充電電池提供上述安全功能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，如圖2所示，壓控裝置20，參考電壓裝置30及熔絲裝置12全部作為一個(gè)具有三個(gè)端子41-43的集成組件40來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中端子41設(shè)來(lái)與外端子16相連接，端子42設(shè)來(lái)與外端子17或電池芯10的負(fù)端子相連接，幾端子43設(shè)來(lái)與電池芯10的正端子相連接。該集成組件40例如可被設(shè)計(jì)為一個(gè)硅片，在其上形成晶體管幾齊納二極管，并在其上放置熔絲裝置。然后，該硅片被封裝在傳統(tǒng)的塑料或陶瓷外殼中。作為一個(gè)變型，該集成組件40可用混合電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)另一替換實(shí)施例，該壓控裝置20及參考電壓裝置30一起作為組合的晶閘管及齊納二極管(aka DIAC)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其電壓等級(jí)被選擇得與所述電池類型的額定等級(jí)相匹配(如常規(guī)鋰基電池約為4.1-4.3V)。
對(duì)于本發(fā)明已參照優(yōu)選實(shí)施例作了描述，但本發(fā)明并不局限在這些實(shí)施例上。因此，這里未公開(kāi)的另外實(shí)施例也可以落在如附設(shè)權(quán)利要求所定的本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于便攜式電裝置的可充電電池它包括至少一個(gè)電池芯(10)；一個(gè)熔絲裝置(12；13)，它與電池芯相串聯(lián)；一個(gè)電壓控制有源裝置(20)，它與電池芯(10)相并聯(lián)，并被設(shè)計(jì)成，響應(yīng)控制輸入端(22)上的電壓分別呈現(xiàn)基本的非導(dǎo)通狀態(tài)及導(dǎo)通狀態(tài)；及一個(gè)參考電壓裝置(30)，它與有源裝置的控制輸入端相連接，該有源裝置(20)被設(shè)計(jì)成，當(dāng)電池芯(10)上的電壓對(duì)由參考電壓裝置(30)供給的參考電壓偏離了一個(gè)預(yù)定值時(shí)，便從非導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，由此引起通過(guò)電池芯的短路，并釋放熔絲裝置(12；13)，其特征在于該壓控裝置(20)，參考電壓裝置(30)及熔絲裝置(12；13)構(gòu)成一個(gè)集成電子組件(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的可充電電池，其特征在于該有源裝置(20)是一個(gè)晶閘管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的可充電電池，其特征在于該有源裝置(20)是一個(gè)晶體管。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的可充電電池，其特征在于該有源裝置(20)是一個(gè)MOSFET晶體管。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的可充電電池，其特征在于該參考電壓裝置(30)是一個(gè)齊納二極管。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的可充電電池，其特征在于該電池芯(10)是一個(gè)鋰類型的電池芯。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的可充電電池，其特征在于由參考電壓裝置(30)提供的參考電壓近似地相應(yīng)于當(dāng)電池芯(10)被充滿電時(shí)該電池芯的額定端電壓。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)的可充電電池，其特征在于該集成電子組件(40)設(shè)有三個(gè)端子(41，42，43)。
全文摘要
一種用于便攜式電裝置的可充電電池具有至少一個(gè)電池芯(10)及與該電池芯相串聯(lián)的一個(gè)熔絲裝置(12；13)，此外，該電池具有一個(gè)電壓控制有源裝置(20)，它與電池芯(10)相并聯(lián)，并被設(shè)計(jì)成，響應(yīng)控制輸入端(22)上的電壓分別呈現(xiàn)基本的非導(dǎo)通狀態(tài)及導(dǎo)通狀態(tài)；及一個(gè)參考電壓裝置(30)，它與有源裝置的控制輸入端相連接。該有源裝置(20)被設(shè)計(jì)成，當(dāng)電池芯(10)上的電壓對(duì)由參考電壓裝置供給的參考電壓偏離了一個(gè)預(yù)定值時(shí)，便從非導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)換到導(dǎo)通狀態(tài)，由此引起通過(guò)電池芯的短路，并釋放熔絲裝置(12；13)。該壓控裝置(20)，參考電壓裝置(30)及熔絲裝置(12；13)構(gòu)成一個(gè)集成電子組件(40)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1240057SQ9718053
公開(kāi)日1999年12月29日 申請(qǐng)日期1997年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月23日
發(fā)明者B·弗萊恩哈根, T·班亞斯 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司