[发明专利]保护电池用的电路和芯片、其制造方法及具有其的电池组

说明书

技术领域

本发明涉及一种保护电路以及一种具有保护电路的电池组，且更确切地说，本发明涉及一种具有保护装置的电池组，所述保护装置能够保护电池免于过充电和过电流并确保在所有电池使用条件下的热稳定性。

背景技术

一般来说，电池包括正负电极板和电解质且是指一种通过化学反应产生直流电动势并使用所产生的电动势作为电力的装置。在电池中，其中所含化学材料的化学能通过电化学氧化还原反应而转换成电能。

电池可分类为使用后不可再充电的一次电池，以及在电压降至低于预定电压范围时可再充电并再使用的二次电池。

前述电池的工作情况如下所述。电池的负电极是由失去电子而被氧化的材料制成，而正电极是由接受电子而被还原的材料制成。当连接到外部装置(例如，灯或电子器具)的电池工作时，即，执行电池的放电反应时，两个电极分别改变为电化学方面不同的状态。此时，通过阴离子和阳离子朝向负电极和正电极的质量传递，而在电解质中形成电路。

一次电池由于不发生逆反应而不可再充电，而二次电池则可充电并返回到原始化学状态。

因此，二次电池可再使用，且易于制造成具有较小尺寸和重量。然而，如果二次电池过充电(overcharged)，那么在正电极处可能会产生氧气，负电极上可能会有锂金属沉积，且电解质可能会分解成气体。这些延续的反应可能会导致爆炸或起火。确切地说，用作二次电池的锂电池(锂离子电池或锂聚合物电池)的温度会由于外部机械冲击、热环境变化、电连接以及由电池中的不稳定材料引起的类似原因而迅速上升，因此便发生电池膨胀、爆炸和类似状况。

为防止前述问题，大多数二次电池中都使用了保护电路，例如，保护电路模块(protection circuit module，PCM)。

PCM用于执行在电池充电时保护电池免于过电流、过充电、过放电和短路的功能。为此，PCM包含例如集成电路(integrated circuit，IC)或场效应晶体管(field effect transistor，FET)的有源元件，以及例如电阻器和电容器的无源元件。

韩国专利第10-301346号和第10-422758号以及韩国专利特许公开案第10-2004-13354号中揭示了此种PCM。在韩国专利第10-301346号中，使用具有集成电路的PCM来保护二次电池，但集成电路较昂贵且复杂。此外，在韩国专利特许公开案第10-2004-13354号中，使用具有多个传感器和放电单元的PCM来保护二次电池。也就是说，控制单元基于从电压或温度传感器输入的值来控制保护电路和充电/放电单元。在此情况下，由于使用了电压传感器或温度传感器而导致生产成本增加，且由于放电单元应基于从传感器输入的值来使过电流放电，因而电路变得复杂。在实际实施此电池的情况中，电池的总生产成本增加。

在韩国专利第10-422758号中，提供了一种温度传感装置，其中过电流阻断元件或正温度系数(positive temperature coefficient，PTC)元件与负温度系数(negative temperature coefficient，NTC)元件串联连接，所述温度传感装置防止过电流流到NTC元件中以使NTC元件不会损坏。所述专利的温度传感装置只用于在连接NTC元件的温度传感端子与热侧端子连接时保护NTC元件。然而，所述温度传感装置不可直接用于控制二次电池。还必需使用额外的FET和调整器IC来检测NTC元件的变化和保护二次电池。然而，如果使用调整器IC和FET来调整外部NTC元件所感测到的温度，那么如上所述，电路较复杂且二次电池的生产成本增加。

另外，用来构造常规PCM的元件消耗大量电流，这就会降低电池的开路电压(open circuit voltage，OCV)以及泄漏电流。此外，电池的使用寿命会由于PCM自身的功率消耗而缩短。即便使用了PCM来控制过无电、过电流和类似问题以确保电池充电时的电池稳定性，仍然难以确保电池在除充电条件以外的典型使用条件下的稳定性。