[发明专利]电池组

说明书

本分案申请是申请日为2004年10月7日、申请号为201010239821.2、发明名称为“电池组”的分案申请。

交叉参考相关申请

本申请对向美国专利和商标局提出的如下相关美国临时专利申请要求按35U.S.C.§120的本国优先权：2003年10月14日提出的美国临时申请第60/510,128号、和2004年3月11日提出的美国临时申请第60/551,803号。特此引用这些临时申请每一个的公开文本的全部内部以供参考。

技术领域

本发明涉及可再充电电池的保护方法、保护电路和保护器件，涉及适合对附着电池组的电池提供保护的电动工具和充电器，和涉及其中包括保护控制的电池组，每一种保护控制都保护电池组以防各种潜在故障状况。

背景技术

在过去几年中，在诸如笔记本型个人计算机之类的低压便携式电子设备中锂离子(Li⁺)电池已经开始取代镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)、和铅酸电池。与NiCd和NiMH电池相比，锂离子电池更轻，但具有更大的单位体积容量。由于这个原因，锂离子电池通常适用于最好轻便和要求耐受长时间连续使用的低压设备。但是，在过放电状态下，锂离子电池迅速变坏，因此，锂离子电池需要过放电保护。

用在便携式电子设备中的电池组通常含有串联的多个电池。一个电池组中串联电池的最大个数由电池组的输出电压决定。例如，一个NiCd电池或一个NiMH电池的典型输出电压是1.2V。假设来自电池组的18V输出电压适合大多数通用电子设备，电池组中串联NiCd或NiMH电池的最大多个是15。另一方面，一个锂离子电池的典型输出电压大约是3.6V。因此，一个假设18V的锂离子电池组中串联锂离子电池的最大个数是5。

与NiCd电池组和NiMH电池组不同，锂离子电池组可以包括提供保护以防锂离子电池组内部和外部的故障状况的功能。这样就防止了锂离子电池组中的电池变坏和缩短电池组的使用寿命。例如，如果在锂离子电池组的内部或外部出现诸如短路之类的故障状况，可以配备熔丝以切断过放电电流或过充电电流，如果放电电流或充电电流变成大于给定电流电平的话。

当前，诸如锂离子电池组之类的电池组中的保护电路主要是为要求电压一般在2到4V的数量级上的、诸如笔记本型个人计算机和蜂窝式电话等的低压便携式电子设备设计的。这样的设备的特征在于，使用由提供大约4.2伏/每个电池的最大输出电压的电池(譬如，锂离子、NiCd、NiMH电池)组成的电池组。对于锂离子电池，由于锂是高活性物质，必须小心防止来自电和机械应力造成的损害。

这些低压电池组的传统保护电路可以监视电池电压，以防止给定电池过充电或过放电，和可以监视电流，以防止电流上升得太高。其它保护电路可以含有在充电或放电期间，在电池组冷却下来之前，禁止电流的一个或多个温度输入。还有一些保护电路可以设计成帮助维持电池上的电荷平衡，这些电路通常称为均衡电路。典型的保护电路可以与电池组中的一个给定电池或一组电池连接，以避免这些状况发生。例如，传统保护电路通常可以包括可以防止电流沿着每个方向流入的一对MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或其它半导体。

但是，对于诸如无绳电动工具之类的较高功率电子设备，需要比上述电压高得多的电压。因此，人们正在为无绳电动工具开发较高功率的电池组。这样的“高功率”电池组可以提供比传统NiCd和NiMH电池组高的电压输出(和比用于PC和蜂窝式电话的传统锂离子电池组高得多的功率)，和重量也减轻许多(与用作传统无绳电动工具中的电源的传统NiCd或NiMH电池组相比)。这些电池组的特征在于，该电池组可以呈现比传统NiCd、NiMH和/或甚至较低功率锂离子电池组低得多的阻抗特性。

并且，随着这些电池技术不断发展，引入较低阻抗化学成分和结构形式来开发生成高得多输出电压(例如，18V和更高)的二次电池可能引起另外几个保护问题。阻抗较低的电池组也意味着电池组可以向诸如电动工具之类的附着电子部件供应高得多的电流。随着流过附着电动工具的电机的电流增大，去磁磁势(例如，电机的电枢匝数×电流(安匝))可以显著地增大到超过电机的期望或设计极限。因此，这种不希望有的去磁可能烧坏电机。

例如，当工具处在失速(stall)状态下时，较低阻抗电源会损坏工具的电机。在电机失速期间，由于电机不会产生反向电动势，只电机和电池阻抗起限制电流的作用。电池组阻抗越小，电流就越大。较高的电流流过电机将增加工具电机内的永久磁铁去磁的可能性。