[发明专利]用于电池供电设备的保护开关

说明书

本发明一般涉及可充电电池领域，特别涉及用于可充电电池的电池过电压保护电路。

随着电子电路集成化为更小、更高效的具体设备，诸如双路收音机，移动电话和计算机等复杂电子设备越来越多地变为便携式。与此同时，对于向便携式设备供电的优质电池系统的需求量日益增长。对于诸如移动电话和便携式计算机之类大功率的设备，可充电电池系统，特别是镍-镉和镍金属氢化物系统是最经济的选择。然而，电池的使用对这些设备的设计人员提出了重要的挑战，不使用稳压电源，设备不是运行在其一特定电压下，而是必须运行在一个输入电压范围内。此外，随着设备中不同子系统的接通和开断，电池电压连续地变化着，因此，问题是当电子电路的偏压在连续不断变化时，使设备能够始终如一地运行。

无论在设备中或者在电池本身中，调节电池电压的手段和知识确实是现有的。将未经处理的电池电压转换成稳定电压而供给设备的集成化线性电压调节器也是可以得到的。然而，鉴于运行时间是一个关键的市场特性这个事实，线性调节器除了用于设备的小电流子系统外，均为很不经济的。投切式调节器(switched mode regulator)可以提供更有效的电池电压调节手段，但是价格和复杂性也阻碍此种手段用于低电流子系统。因此，电池电压可以以完全放电状态到正在充电时的峰值电压之间100％变化是留给便携式设备的设计人员的竞争。

充电过程可以花费一小时或更长的时间，当电池正在充电时允许设备运行便是十分有利的。其结果是设备容易受充电器电压的影响。如前所述，最佳充电所需的峰值电压可以是非常高的。允许设备有效地运行在电池的运行电压范围内的解决方法因此可能会使设备在加以峰值充电器电压时发生不可逆转的损坏。对于手持通讯设备更是如此，它的无线电频率放大器通常是直接跨接到未经加工的电池电压上。有经验的电池系统设计人员通过限制充电器电压来保护设备，以避免损坏，但是牺牲了充电时间作为补偿。然而，第三方电池充电器的制造商可能并未认识到这样的限制，仍然生产和出售可能会损坏设备的充电器。出现这种情况时，用户却认为是设备有缺陷，并未意识到问题户是由充电器造成的。

设备可能受到过高充电器电压影响的另一种情况出现于使用基于锂离子的电池时。基于此类的电池单元在能量密度方面比镍基电池有显著的优点，能向用户提供较长的运行时间，重量轻，或者是两者兼而有之。然而，这类电池单元对电压灵敏，为了安全起见，绝对不能在超过某一安全限制电压下充电。为了确保安全，必须提供一个安全开关与电池单元串联，在必要时切断充电电流。安全开关用对电池电压敏感的电路控制，当电池电压达到安全限制电压时，电路便起动安全开关。在为锂离子电池设计的充电器中，这种情况极少发生。然而，现有的事实是许多用户并不愿买一个新的充电器仅仅是用在锂离子电池充电，如果锂离子电池设计成可以使用现有的镍基系统充电器来充电将是有利的。在用镍基系统充电器中充电的锂离子电池的安全开关在每一个充电周期中都会切断，因为锂离子电池的安全限制电压大约为同样用途的镍基电池在充电时可以达到的电压的三分之二。当安全开关跳开时，镍基系统充电器将提高其输出电压，以保持恒定电流调节。由于电池和安全开关形成串联结构与设备并联，最大充电器电压便加在正在由电池供电的设备上。

因而，对于镍基电池系统以及更特别的锂离子电池，都需要在电池充电过程中保护相联的设备免受充电器产生的过电压。这种装置应驻存在电池组件内，使电池可用于任何充电器中。

图1为电池组件原理图，其中包括根据本发明的过电压保护电路；

图2为保护电路第一选择方案的原理性电路图；

图3为保护电路第二选择方案的原理性电路图；

图4为保护电路第三选择方案的原理性电路图。

说明书以及权利要求书中限定了本发明的被认为新颖的特征，相信从以下的说明与附图一起的研究中，将会更好地理解本发明。在附图中，相同的标号贯彻始终。

现在参考图1，图1中示出电池组件10，充电器12和所供电的设备14。电池组件10包括了至少一个电池单元16，保护开关28，响应电池电压和充电器电压的控制电路26以及安全开关49，其中，电池单元16是锂离子型。向设备供电的放电电流从电池单元16沿箭头52的方向通过正设备接点20，然后从负设备接点24返回。当电流从充电器沿箭头54的方向流过正充电器接点18，然后通过负充电器接点22返回到充电器时，电池单元16由充电器12充电。无论是充电器的接点18，还是接点22都可以包括例如二极管19的阻断器件，使电流只能沿充电方向流动，防止电池通过充电器接点放电。