專利名稱：電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池組。
背景技術(shù)：
通常，將電池組分為軟組(soft pack)和硬組(hard pack)，其中在軟組中，將保護(hù)電路安裝在電池上并提供在管子(tubing)中，而在硬組中，將保護(hù)電路安裝在電池并包含在硬盒中。此外，可以將僅令保護(hù)電路安裝在電池上的形式稱為核組(core pack)。然而，在下面將軟組、硬組和核組稱為電池組。另外，不在電場(chǎng)上安裝保護(hù)電路的形式稱為裸電池單元(bare cell)。
此外，將用于電池組的電池分為多邊形型電池、袋(pouch)型電池和圓柱形型電池。一個(gè)多邊形型或袋型電池可以用于諸如移動(dòng)電話或個(gè)人數(shù)字助理(PDA)之類(lèi)的很小的電子設(shè)備的電池組。將多個(gè)圓柱形型電池相互串聯(lián)和并聯(lián)來(lái)用于諸如筆記本之類(lèi)的、需要大容量的電子設(shè)備的電池組。
諸如Ni-Cd電池、Ni-MH電池、Li-ion電池或Li-polymer電池之類(lèi)的可充電電池可以用作電池組的電池。近來(lái)，已經(jīng)將具有相對(duì)高的能量密度和相對(duì)大容量并且相對(duì)輕的基于鋰的電池用作可充電電池。
存在當(dāng)基于鋰的電池被過(guò)度充電時(shí)的過(guò)熱和爆炸的可能性和/或當(dāng)基于鋰的電池被過(guò)度放電時(shí)的電池?fù)p傷的可能性。因此，如上所述，為了防止(或保護(hù))基于鋰的電池被過(guò)度充電和/或過(guò)度放電，在電池上安裝保護(hù)電路。保護(hù)電路通過(guò)當(dāng)正在將電池過(guò)度充電和/或過(guò)度放電時(shí)和/或當(dāng)向電池施加過(guò)大電流和/或被外部短路時(shí)自動(dòng)停止電池的充電和放電，以保護(hù)電池。
常規(guī)保護(hù)電路足以保護(hù)電池不遭受過(guò)度充電、過(guò)度放電和/或外部短路；然而，其不足以保護(hù)電池或電池組不遭受過(guò)度加熱。
當(dāng)電池組被過(guò)度充電和/或過(guò)度放電時(shí)該電池組通常被過(guò)度加熱，使得保護(hù)電路感測(cè)過(guò)度充電和/或過(guò)度放電電壓來(lái)攔截(和/或阻塞)放電和充電路徑。然而，當(dāng)保護(hù)電路不正常時(shí)，可能不能執(zhí)行這樣的功能。因此，當(dāng)保護(hù)電路不工作時(shí)，電池組的溫度可能上升到不受控制的程度。
當(dāng)電池的溫度持續(xù)升高時(shí)，電池內(nèi)的內(nèi)部壓力升高。經(jīng)升高的內(nèi)部壓力損傷電池，并且可能引起爆炸和/或火災(zāi)和/或可能傷害充電器和/或與電池組耦合的外部負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方面涉及電池組，其中當(dāng)電池組的電池的溫度升高到等于或大于參考溫度時(shí)自動(dòng)攔截電池組的充電和放電路徑，以改善電池組的穩(wěn)定性和可靠性。
本發(fā)明的實(shí)施例提供電池組，包括至少一個(gè)可充電電池；至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻(posistor)，其位于電池的一側(cè)，并且并聯(lián)到電池，并且具有在電池的溫度升高時(shí)升高的電阻值。第一開(kāi)關(guān)，其具有連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻的一端，并且配置來(lái)當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)被施加有驅(qū)動(dòng)電壓；和第二開(kāi)關(guān)，其連接到電池的充電和放電路徑，并且連接到第一開(kāi)關(guān)來(lái)在第一開(kāi)關(guān)操作時(shí)攔截充電和放電路徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，電池包括從由Ni-Cd電池、Ni-MH電池、密封鉛酸電池(sealed up lead-acid battery)、Li-ion電池或Li-polymer電池組成的組中選擇出的電池，及其組合。
在一個(gè)實(shí)施例中，正溫度系數(shù)熱敏電阻包括正溫度系數(shù)熱變電阻，該電阻的電阻值根據(jù)電池的溫度的升高而升高。
在一個(gè)實(shí)施例中，參考電阻連接到電池和第二開(kāi)關(guān)之間的充電和放電路徑，并且參考電阻連接在正溫度系數(shù)熱敏電阻和第一開(kāi)關(guān)之間。這里，參考電阻的電阻值可以在1MΩ和10MΩ之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，在0℃和30℃之間的溫度上，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在大約10Ω到大約900Ω之間，在30℃和150℃之間的溫度上，在900Ω到10MΩ之間。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
在一個(gè)實(shí)施例中，第一開(kāi)關(guān)包括N溝道FET。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二開(kāi)關(guān)包括至少一個(gè)熔絲，其串聯(lián)到充電和放電路徑；和加熱電阻，其具有連接到熔絲的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)正在充電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，并且當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得充電電流沿電池組的組正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池組的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)正在放電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，并且當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得放電電流沿電池的正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
在一個(gè)實(shí)施例中，電池包括相互串聯(lián)的多個(gè)電池，正溫度系數(shù)熱敏電阻包括位于電池一側(cè)的多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，并且多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻相互串聯(lián)。
在一個(gè)實(shí)施例中，第二開(kāi)關(guān)包括相互串聯(lián)并串聯(lián)到充電和放電路徑的至少兩個(gè)熔絲；和加熱電阻，其具有在兩個(gè)熔絲之間連接的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
本發(fā)明的另一實(shí)施例提供電池組，包括至少一個(gè)可充電電池；至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻(posistor)，其位于電池的一側(cè)，并且并聯(lián)到電池，并且具有在電池的溫度升高時(shí)升高的電阻值；第一開(kāi)關(guān)，其具有連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻的一端，并且配置來(lái)當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值不低于與參考溫度對(duì)應(yīng)的值時(shí)接通；和第二開(kāi)關(guān)，其連接到電池的充電和放電路徑以及第一開(kāi)關(guān)來(lái)在第一開(kāi)關(guān)接通時(shí)攔截充電和放電路徑。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的電池組中，當(dāng)電池的溫度由于過(guò)度充電、過(guò)度放電、過(guò)大電流或外部短路而升高時(shí)，由正溫度系數(shù)熱敏電阻感測(cè)該溫度升高，以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，并且順序地操作第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，使得第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
因此，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)電池組的溫度升高到大于(或等于)所允許的范圍時(shí)，自動(dòng)攔截充電和放電路徑，使得可以改善電池組的穩(wěn)定性和可靠性。
另外，根據(jù)本發(fā)明，由于用于保護(hù)電池組的電路元件數(shù)降低(或最小化)，因此可以防止(或保護(hù))電池組，使其不遭受過(guò)度充電，和/或具有過(guò)大電流，和/或外部短路。


附圖以及說(shuō)明書(shū)圖解本發(fā)明的示例性實(shí)施例，并且與描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。
圖1是圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池組的示意電路圖；圖2A和2B是圖解在圖1所示的電路圖中的充電和放電期間的保護(hù)操作的示意電路圖；圖3是圖解根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池組的示意電路圖；和圖4A和4B是圖解在圖3所示的電路圖中的充電和放電期間的保護(hù)操作的示意電路圖。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，僅通過(guò)圖示的方式，顯示和描述本發(fā)明的特定示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以以各種不同方式修改所描述的實(shí)施例，在不背離本發(fā)明的宗旨和范圍的情況下。因此，將附圖和描述認(rèn)為是說(shuō)明性而非限制性的。此外，當(dāng)將元件稱為在另一元件“上”時(shí)，其可以直接在另一元件上，或者可以間接在另一元件上，其中在二者之間插入一個(gè)或多個(gè)中間元件。此外，當(dāng)將元件稱為“連接到”另一元件時(shí)，其可以直接連接到另一元件，或者間接連接到另一元件，其中在二者之間插入一個(gè)或多個(gè)中間元件。下面，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
圖1是圖解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池組的示意電路圖。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池組100包括可充電電池110、位于電池110一側(cè)的正溫度系數(shù)熱敏電阻120、連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻120一端的第一開(kāi)關(guān)130和連接到第一開(kāi)關(guān)130一端的第二開(kāi)關(guān)140。
在電池110中提供正電極端子B+，而第二開(kāi)關(guān)140和組正電極端子P+通過(guò)充電和放電路徑L1連接到正電極B+。此外，在電池110中提供負(fù)電極端子B-，而組負(fù)電極端子P-通過(guò)充電和放電路徑L2連接到負(fù)電極端子B-。此外，參考電阻150連接在充電和放電路徑L1和正溫度系數(shù)熱敏電阻120之間，并且連接在充電和放電路徑L1和第一開(kāi)關(guān)130之間。下面將更詳細(xì)地描述這樣的結(jié)構(gòu)。
電池110可以是普通可充電Ni-Cd、Ni-MH、密封鉛酸、Li-ion、Li-polymer或等效電池。然而，可充電電池110的種類(lèi)不限于所描述的電池。
將正溫度系數(shù)熱敏電阻120放置在電池110附近或與其相連接，以便對(duì)電池110的溫度快速反應(yīng)。正溫度系數(shù)熱敏電阻120的一端連接到與負(fù)電極端子B-連接的充電和放電路徑L2，而正溫度系數(shù)熱敏電阻120的另一端連接到參考電阻150和第一開(kāi)關(guān)130。正溫度系數(shù)熱敏電阻120可以是正溫度系數(shù)熱變電阻或等效物，其電阻值在電池110升高時(shí)升高。然而，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的種類(lèi)不限于所描述的正溫度系數(shù)熱敏電阻。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，在室溫上，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值可以在數(shù)十到數(shù)百Ω的范圍內(nèi)；然而，當(dāng)電池110的溫度升高時(shí)電阻值可以從數(shù)十Ω升高到數(shù)MΩ。在一個(gè)實(shí)施例中，在從0℃到30℃范圍內(nèi)的溫度上，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值在大約10Ω到900Ω的范圍內(nèi)；然而，在30℃和150℃之間的溫度上，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值可以升高到900Ω到10MΩ之間。另一方面，與正溫度系數(shù)熱敏電阻120、第一開(kāi)關(guān)130以及連接到電池110的正電極端子B+的充電和放電路徑L1連接的參考電阻150的電阻值可以被設(shè)置為從1MΩ到10MΩ。然而，根據(jù)電池110的電壓和第一開(kāi)關(guān)130的驅(qū)動(dòng)電壓，正溫度系數(shù)熱敏電阻120和參考電阻150的電阻值可以改變。同樣，本發(fā)明不限于上述電阻值。
第一開(kāi)關(guān)130連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻120和參考電阻150的一端。參考電阻150的一端連接到與電池110的負(fù)電極端子B-連接的充電和放電路徑L2。參考電阻150的另一端連接到第二開(kāi)關(guān)140。雙級(jí)晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)或等效物可以用作第一開(kāi)關(guān)130。然而，第一開(kāi)關(guān)130的種類(lèi)不限于以上。在附圖中，N溝道FET被用作第一開(kāi)關(guān)130。更詳細(xì)地，第一開(kāi)關(guān)130的柵極G連接到參考電阻150和正溫度系數(shù)熱敏電阻120。第一開(kāi)關(guān)130的源級(jí)S連接到與電池110的負(fù)電極端子B-連接的充電和放電路徑L2。第一開(kāi)關(guān)130的漏級(jí)D連接到第二開(kāi)關(guān)140。寄生二極管或主體二極管(body diode)131連接在第一開(kāi)關(guān)130(即，N溝道FET)的源級(jí)S和漏級(jí)D之間。
第二開(kāi)關(guān)140串聯(lián)到與電池110的正電極端子B+連接的充電和放電路徑L1。也就是，第二開(kāi)關(guān)140串聯(lián)在參考電阻150和組正電極端子P+之間。第二開(kāi)關(guān)140可以由相互串聯(lián)的兩個(gè)熔絲141和142和連接在熔絲141和142之間的加熱電阻143組成。加熱電阻的一端連接到第一開(kāi)關(guān)130。也就是，加熱電阻143的一端連接到N溝道FET的漏級(jí)D。
圖2A和2B是圖解在圖1所示的電路圖中的充電和放電期間的保護(hù)操作的示意電路圖。
圖2A圖解當(dāng)電池組100連接到充電器時(shí)，并且當(dāng)由于通過(guò)過(guò)度充電電壓或過(guò)度充電電流使電池110的溫度升高而截止(切斷)第二開(kāi)關(guān)的狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)過(guò)度充電電池110，使得電池110的溫度升高時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的溫度也升高。
然后，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值從數(shù)十Ω升高到數(shù)MΩ。
因此，將程度上使第一開(kāi)關(guān)130操作的電壓施加到連接在參考電阻150和正溫度系數(shù)熱敏電阻120之間的第一開(kāi)關(guān)130。相反，當(dāng)電池110的溫度相對(duì)低時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值低，并且不將程度上使第一開(kāi)關(guān)130操作的電壓施加到第一開(kāi)關(guān)130。
如上所述，當(dāng)將操作電壓施加到第一開(kāi)關(guān)130時(shí)，第一開(kāi)關(guān)130接通。在第一開(kāi)關(guān)130是N溝道FET的情況下，當(dāng)將操作電壓施加到N溝道FET的柵極G時(shí)，該溝道被開(kāi)路，并且電流過(guò)源級(jí)S和漏級(jí)D。
因此，充電電流流過(guò)電池組100的組正電極端子P+、第二開(kāi)關(guān)140的一個(gè)熔絲141、第二開(kāi)關(guān)140的加熱電阻143、第一開(kāi)關(guān)130和電池組100組負(fù)電極端子P-。也就是，流過(guò)電池110的正電極端子B+的充電電流通過(guò)第二開(kāi)關(guān)140和第一開(kāi)關(guān)130。
因此，第二開(kāi)關(guān)140的加熱電阻143產(chǎn)生熱，使得通過(guò)加熱電阻143的熱量將兩個(gè)熔絲141和142之一開(kāi)路(或切斷)。在附圖中，右熔絲141被切斷?？梢允紫惹袛嘧笕劢z142。然而，在這種狀態(tài)下，由于來(lái)自充電器的電流連續(xù)地流過(guò)右熔絲141和加熱電阻143，結(jié)果，右熔絲141被切斷。
因此，攔截(或阻塞或切斷)在電池110的正電極端子B+和電池組的組正電極端子P+之間形成的充電和放電路徑L1，使得停止充電操作。因此，不再向電池110提供過(guò)度充電電壓和過(guò)度充電電流，使得保護(hù)電池110不遭受過(guò)度充電(或過(guò)度充電狀態(tài))，并且電池110的溫度不再上升。
此外，由于第二開(kāi)關(guān)140的右熔絲141被切斷，因此由充電器產(chǎn)生的充電電流不再流動(dòng)，使得保護(hù)充電器。
接下來(lái)，圖2B圖解當(dāng)電池組100連接到外部負(fù)載時(shí)，并且當(dāng)由于過(guò)度放電電壓、過(guò)度放電電流或外部短路使電池110的溫度升高而第二開(kāi)關(guān)開(kāi)路(或切斷)時(shí)的狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)過(guò)度放電電池110，使得電池110的溫度升高時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電120的溫度也升高。
然后，正溫度系數(shù)熱敏電120的電阻值從數(shù)十Ω升高到數(shù)MΩ。
因此，將程度上使第一開(kāi)關(guān)130操作的電壓施加到連接在參考電阻150和正溫度系數(shù)熱敏電阻120之間的第一開(kāi)關(guān)130。相反，當(dāng)電池110的溫度相對(duì)低時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻120的電阻值低，并且不將程度上使第一開(kāi)關(guān)130操作的電壓施加到第一開(kāi)關(guān)130。
如上所述，當(dāng)將操作電壓施加到第一開(kāi)關(guān)130時(shí)，第一開(kāi)關(guān)130接通。也就是，在第一開(kāi)關(guān)130是N溝道FET的情況下，當(dāng)將操作電壓施加到N溝道FET的柵極G時(shí)，該溝道被開(kāi)路，并且電流過(guò)源級(jí)S和漏級(jí)D。
因此，放電電流流過(guò)電池110的正電極端子B+、第二開(kāi)關(guān)140的一個(gè)熔絲142、第二開(kāi)關(guān)140的加熱晶體管143、第一開(kāi)關(guān)130和電池110的負(fù)電極端子B-。也就是，流過(guò)電池組100的組正電極端子P+的放電電流通過(guò)第二開(kāi)關(guān)140和第一開(kāi)關(guān)130。
因此，第二開(kāi)關(guān)140的加熱電阻143產(chǎn)生熱，使得通過(guò)加熱電阻143的熱量將兩個(gè)熔絲141和142之一切斷。在附圖中，左熔絲142被切斷?？梢允紫惹袛嘤胰劢z141。然而，在這種狀態(tài)下，由于來(lái)自電池110的電流連續(xù)地流過(guò)左熔絲142和加熱電阻143，結(jié)果，左熔絲142被切斷。
因此，攔截形成在電池110的正電極端子B+和電池組100的組正電極端子P+之間的充電和放電路徑L1，使得停止放電操作。因此，停止從電池110的過(guò)度放電，使得保護(hù)電池110不遭受過(guò)度放電，并且電池110的溫度不再增加。
由于第二開(kāi)關(guān)140的左熔絲142被切斷，因此電池110的放電電流不再流動(dòng)，使得保護(hù)電池110。
圖3是圖解根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池組的示意電路圖。
如圖3所示，除了在電池組200之內(nèi)的電池的數(shù)量和正溫度系數(shù)熱敏電阻的數(shù)量外，根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的電池組200與上述電池組100類(lèi)似(或基本上相同)。因此，將在下面更詳細(xì)地描述電池組100和電池組200之間的差別。
在圖3中，電池組200包括可以相互串聯(lián)的第一電池210a、第二電池210b和第三電池210c。電池的數(shù)量沒(méi)有限制，可以相互連接不多于3個(gè)或不少于3個(gè)電池。也就是，可以分別將更多的電池并聯(lián)到以上電池。
此外，可以分別將第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b和第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c放置在第一電池210a一側(cè)、第二電池210b一側(cè)和第三電池210c一側(cè)。第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b和第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c可以相互串聯(lián)。此外，第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a的一端連接到參考電阻250和第一開(kāi)關(guān)230，而第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的一端連接到與第三電池210c的負(fù)電極端子B-連接的充電和放電路徑L2。
因此，根據(jù)圖3的實(shí)施例，當(dāng)由于過(guò)度充電或過(guò)度放電，第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c之一的溫度升高時(shí)，與第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c對(duì)應(yīng)的第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b或第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的之一的電阻值升高。
當(dāng)?shù)谝徽郎囟认禂?shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b或第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的之一的電阻值升高時(shí)，驅(qū)動(dòng)第一開(kāi)關(guān)230，使得與第一開(kāi)關(guān)230一起驅(qū)動(dòng)第二開(kāi)關(guān)240，并且攔截或阻塞充電和放電路徑L1。
圖4A和4B是圖解在圖3所示的電路圖中的充電和放電期間的保護(hù)操作的示意電路圖。
圖4A圖解當(dāng)電池組200連接到充電器時(shí)，并且當(dāng)由于通過(guò)過(guò)度充電電壓和過(guò)度充電電流使第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c之一的溫度升高而使第二開(kāi)關(guān)開(kāi)路(或切斷)時(shí)的狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)?shù)谝浑姵?10a、第二電池210b或第三電池210c被過(guò)度充電，使得電池的溫度升高時(shí)，與過(guò)度充電的電池對(duì)應(yīng)的第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b或第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c之一的溫度也升高。
然后，第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a到第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的組合電阻值從數(shù)十Ω升高到數(shù)MΩ。
因此，將程度上使第一開(kāi)關(guān)230操作的電壓施加到連接在參考電阻250和第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a之間的第一開(kāi)關(guān)230。相反，當(dāng)電池的溫度相對(duì)低時(shí)，第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b和第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的組合電阻值低，并且不將程度上使第一開(kāi)關(guān)230操作的電壓施加到第一開(kāi)關(guān)230。
如上所述，當(dāng)將操作電壓施加到第一開(kāi)關(guān)230，第一開(kāi)關(guān)230接通。也就是，在第一開(kāi)關(guān)230是N溝道FET的情況下，當(dāng)將操作電壓施加到N溝道FET的柵極G時(shí)，該溝道被開(kāi)路，并且電流過(guò)源級(jí)S和漏級(jí)D。
因此，充電電流流過(guò)電池組200的組正電極端子P+、第二開(kāi)關(guān)240的一個(gè)熔絲241、第二開(kāi)關(guān)204的加熱晶體管243、第二開(kāi)關(guān)240和電池組200組負(fù)電極端子P-。也就是，流過(guò)第一電池210a的正電極端子B+的充電電流通過(guò)第二開(kāi)關(guān)240和第一開(kāi)關(guān)230。
因此，第二開(kāi)關(guān)240的加熱電阻243產(chǎn)生熱，使得通過(guò)加熱電阻243的熱量將兩個(gè)熔絲241和242之一開(kāi)路(或切斷)。在附圖中，右熔絲241被切斷。
因此，攔截在第一電池210a的正電極端子B+和電池組200的組正電極端子P+之間形成的充電和放電路徑L1，使得停止充電操作。因此，不再向第一電池210a(和/或第二電池210b、和/或第三電池210c)提供過(guò)度充電電壓和過(guò)度充電電流，使得保護(hù)第一電池210a(和/或第二電池210b、和/或第三電池210c)不遭受過(guò)度充電狀態(tài)，并且第一電池210a(和/或第二電池210b、和/或第三電池210c)的溫度不再上升。
此外，由于第二開(kāi)關(guān)240的右熔絲241被切斷，因此由充電器產(chǎn)生的充電電流不再流動(dòng)，使得保護(hù)充電器。
接下來(lái)，圖4B圖解當(dāng)電池組200連接到外部負(fù)載時(shí)，并且當(dāng)由于通過(guò)過(guò)度放電電壓、過(guò)度放電電流或外部短路使第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c之一的溫度升高(不低于(或等于或大于)參考溫度)而使第二開(kāi)關(guān)開(kāi)路(或切斷)時(shí)的狀態(tài)。
如上所述，當(dāng)過(guò)度放電第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c之一，使得第一電池210a、第二電池210b或第三電池210c之一的溫度升高時(shí)，與過(guò)度放電的電池對(duì)應(yīng)的第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b或第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c之一的溫度也升高。
然后，第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a到第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的組合電阻值從數(shù)十Ω升高到數(shù)MΩ。
因此，將程度上使第一開(kāi)關(guān)230操作的電壓施加到連接在參考電阻250和第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a之間的第一開(kāi)關(guān)230。相反，當(dāng)電池110的溫度相對(duì)低時(shí)，第一正溫度系數(shù)熱敏電阻220a、第二正溫度系數(shù)熱敏電阻220b和第三正溫度系數(shù)熱敏電阻220c的組合電阻值低，并且不將程度上使第一開(kāi)關(guān)230操作的電壓施加到第一開(kāi)關(guān)230。
如上所述，當(dāng)將操作電壓施加到第一開(kāi)關(guān)230時(shí)，第一開(kāi)關(guān)230接通。也就是，在第一開(kāi)關(guān)230是N溝道FET的情況下，當(dāng)將操作電壓施加到N溝道FET的柵極G時(shí)，該溝道被開(kāi)路，并且電流過(guò)源級(jí)S和漏級(jí)D。
因此，放電電流流過(guò)第一電池210a的正電極端子B+、第二開(kāi)關(guān)240的一個(gè)熔絲242、第二開(kāi)關(guān)240的加熱晶體管243、第二開(kāi)關(guān)240和第三電池210c負(fù)電極端子B-。也就是，流過(guò)電池組200的組正電極端子P+的放電電流通過(guò)第二開(kāi)關(guān)240和第一開(kāi)關(guān)230。
因此，第二開(kāi)關(guān)240的加熱電阻243產(chǎn)生熱，使得通過(guò)加熱電阻243的熱量將兩個(gè)熔絲241和242之一切斷。在附圖中，左熔絲242被切斷。
因此，攔截形成在第一電池210a的正電極端子B+和電池組200的組正電極端子P+之間的充電和放電路徑L1，使得停止放電操作。因此，取消(或阻塞)過(guò)度放電電壓、過(guò)度放電電流和外部短路，使得保護(hù)電池不遭受過(guò)度放電狀態(tài)，并且電池的溫度不再增加。
此外，第二開(kāi)關(guān)240的左熔絲242被切斷，因此電池的放電電流不再流動(dòng)，使得保護(hù)電池。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電池組中，當(dāng)電池的溫度由于過(guò)度充電、過(guò)度放電、過(guò)大電流和/或外部短路而升高時(shí)，由正溫度系數(shù)熱敏電阻感測(cè)該溫度來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓，并且順序地操作第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)，使得將第二開(kāi)關(guān)從充電和放電路徑中切斷(或開(kāi)路或阻塞)。
因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)電池組的溫度升高到等于或大于所允許的范圍時(shí)，自動(dòng)攔截該充電和放電路徑，使得可以改善電池組的穩(wěn)定性和可靠性。
此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，由于用于保護(hù)電池組的電路元件的數(shù)量被最小化(減少)，因此可以防止電池組被過(guò)度充電、和/或被施加了過(guò)大電流和/或被外部短路的危險(xiǎn)。
雖然結(jié)合特定示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，應(yīng)該理解本發(fā)明不限于所公開(kāi)的實(shí)施例，但是，相反，意欲涵蓋包含在所附權(quán)利要求及其等效物的宗旨和范圍內(nèi)的各種修改和等效布置。
權(quán)利要求
1.一種電池組，包括至少一個(gè)可充電電池；至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，其位于電池的一側(cè)，并且并聯(lián)到電池，并且具有在電池的溫度升高時(shí)升高的電阻值；第一開(kāi)關(guān)，其具有連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻的一端，并且配置來(lái)當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)被施加有驅(qū)動(dòng)電壓；和第二開(kāi)關(guān)，其連接到電池的充電和放電路徑，并且連接到第一開(kāi)關(guān)來(lái)在第一開(kāi)關(guān)操作時(shí)攔截充電和放電路徑。
2.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中電池包括從由Ni-Cd電池、Ni-MH電池、密封鉛酸電池、Li-ion電池或Li-polymer電池組成的組中選擇出的電池，及其組合。
3.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中正溫度系數(shù)熱敏電阻包括正溫度系數(shù)熱變電阻，該電阻的電阻值根據(jù)電池的溫度的升高而升高。
4.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中參考電阻連接到電池和第二開(kāi)關(guān)之間的充電和放電路徑，和其中參考電阻連接在正溫度系數(shù)熱敏電阻和第一開(kāi)關(guān)之間。
5.如權(quán)利要求4所述的電池組，其中參考電阻的電阻值在1MΩ和10MΩ之間。
6.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中在0℃和30℃之間的溫度上，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在大約10Ω到大約900Ω的范圍內(nèi)，在30℃和150℃之間的溫度上，在900Ω到10MΩ之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中第一開(kāi)關(guān)包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
8.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中第一開(kāi)關(guān)包括N溝道FET。
9.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中第二開(kāi)關(guān)包括至少一個(gè)熔絲，其串聯(lián)到充電和放電路徑；和加熱電阻，其具有連接到熔絲的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
10.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中當(dāng)正在充電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，其中當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得充電電流沿電池組的組正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池組的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
11.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中當(dāng)正在放電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，其中當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得放電電流沿電池的正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
12.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中電池包括相互串聯(lián)的多個(gè)電池，其中正溫度系數(shù)熱敏電阻包括位于電池一側(cè)的多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，和其中多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻相互串聯(lián)。
13.如權(quán)利要求1所述的電池組，其中第二開(kāi)關(guān)包括相互串聯(lián)并串聯(lián)到充電和放電路徑的至少兩個(gè)熔絲；和加熱電阻，其具有在兩個(gè)熔絲之間連接的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
14.一種電池組，包括至少一個(gè)可充電電池；至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，其位于電池的一側(cè)，并且并聯(lián)到電池，并且具有在電池的溫度升高時(shí)升高的電阻值；第一開(kāi)關(guān)，其具有連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻的一端，并且配置來(lái)當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值不低于與參考溫度對(duì)應(yīng)的值時(shí)接通；和第二開(kāi)關(guān)，其連接到電池的充電和放電路徑以及第一開(kāi)關(guān)來(lái)在第一開(kāi)關(guān)接通時(shí)攔截充電和放電路徑。
15.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中參考電阻連接到電池和第二開(kāi)關(guān)之間的充電和放電路徑，和其中參考電阻連接在正溫度系數(shù)熱敏電阻和第一開(kāi)關(guān)之間。
16.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中，第二開(kāi)關(guān)包括串聯(lián)到充電和放電路徑的至少一個(gè)熔絲；和加熱電阻，其具有連接到熔絲的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
17.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中，第二開(kāi)關(guān)包括相互串聯(lián)并串聯(lián)到充電和放電路徑的至少兩個(gè)熔絲；和加熱電阻，其具有在兩個(gè)熔絲之間連接的一端和連接到第一開(kāi)關(guān)的另一端。
18.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中當(dāng)正在充電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，其中當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得充電電流沿電池組的組正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池組的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
19.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中當(dāng)正在放電電池時(shí)，正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值在電池的溫度升高時(shí)升高，其中當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)，第一開(kāi)關(guān)接通，使得放電電流沿電池的正電極、第二開(kāi)關(guān)、第一開(kāi)關(guān)和電池的負(fù)電極的路徑流過(guò)，并且第二開(kāi)關(guān)切斷充電和放電路徑。
20.如權(quán)利要求14所述的電池組，其中電池包括相互串聯(lián)的多個(gè)電池，其中正溫度系數(shù)熱敏電阻包括位于電池一側(cè)的多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，和其中多個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻相互串聯(lián)。
全文摘要
電池組，適用于在電池的充電和/或放電期間當(dāng)電池的溫度升高到不低于參考溫度時(shí)自動(dòng)攔截充電和放電，以改善穩(wěn)定性和可靠性。電池組包括至少一個(gè)可充電電池；至少一個(gè)正溫度系數(shù)熱敏電阻，其位于電池的一側(cè)，并且基本上同時(shí)并聯(lián)到電池，并且具有在電池的溫度升高時(shí)升高的電阻值；第一開(kāi)關(guān)，其具有連接到正溫度系數(shù)熱敏電阻的一端，并且配置來(lái)當(dāng)正溫度系數(shù)熱敏電阻的電阻值升高時(shí)被施加有驅(qū)動(dòng)電壓；和第二開(kāi)關(guān)，其連接到電池的充電和放電路徑，并且基本上同時(shí)連接到第一開(kāi)關(guān)來(lái)在第一開(kāi)關(guān)操作時(shí)攔截充電和放電路徑。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101079542SQ200710107209
公開(kāi)日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2007年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月24日
發(fā)明者南光佑, 岡田哲也 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社