[发明专利]具有欠电压和过电压保护的电池组

说明书

本发明一般涉及电池，并且特别涉及具有断路开关的电池组。

随着电子设备变得日益轻便和复杂，用户开始对这些产品期望有优质电源。典型地，最佳解决办法是使用可再充电的电池或电池组。这样的电池组必须非常耐用，以便提供尽可能多的充电/放电循环。另外，由于电池组是储能装置，所以它们必须安全。这对最近市场上可实到的一些新型电池，例如与像镍镉那样的既定电池系统比较具有相当高能量密度的锂离子电池来说，特别如此。为了达到既安全又可靠，这样的电池组的设计者必须假定一旦交付给最终用户，无论是有意还是无意总会有一定程度的误处理。

可靠性降低并且发生频率在增加的一种情况是电池组的偶然深放电。这种情况在设备放置一段持续时间时，例如在用户忘记它，并且电池放电远超过其正常放电电平时发生。对于像镍金属氢化物，锂离子，以及锂聚合物那样的新型系统来说，这种情况可能引起电池故障。最好的情况是，电池的循环寿命大大缩短；在极端情况下，当再充电时会产生安全危险。

对新型电池系统，特别对锂离子和锂聚合物所特有的另一个潜在问题是过电压。众所周知金属锂为高活性。在锂离子原电池中，开始在原电池中没有可用金属锂。只要电池电压不超过阀值电压，将什么也不形成。如果电池充电到这个阀值电平之上某一电压时，那么原电池就经历称为过电压的条件。这个过电压条件按照与电化学电镀过程类似的反应，使金属锂从溶液中析出。超过规定时间，当建立较多金属锂时则可能产生安全危险。锂聚合物原电池在过电压下同样经历类似的现象。

在典型系统中，充电器设计为避免过电压条件。但是，各种故障方式会使充电器达到阀值电压时继续充电。这种类型的故障通常称为失控充电器。为了保护免遭这样故障，需要某类电池断路开关来防止原电池不会经历任何过电压充电。理想地这样开关一旦起动，应该仍允许电池组其后放电。

过去已有利地使用电池断路开关以既对欠电压条件又对过电压条件定址。但是，它们的费用和复杂性通常抵消了新型电池系统所可能提供的任何优点，新型电池系统典型地就已经比常规系统昂贵。例如，在使用中对锂离子电池，有电池组固有低电压或更普通为欠电压开关电路。但是，这些电路一旦起动，就要求充电器输出特定信号来“唤醒”电池开关电路，并且允许使用电池。这样对充电器来说就要求一定的复杂程度。类似地，在一些锂离子电池组中使用了电池组固有过电压断路电路。但是，它们典型地使用多个比较器，精确电压参考，而且在许多情况下有用户完成的集成电路。

因此，有必要提供一种简单装置，当电池已经正常放电，即在任何深放电之前时，利用它能使电池与负载断开，并且使电池仍可再充电。同样，有必要提供一种简单装置，在发生过电压条件之前使电池断开，以便避免任何安全危险。理想地，这样要求能由单个装置满足。

图1是按照本发明具有欠电压保护装置的电池系统的方框图；

图2是按照本发明与图1相同并且结合有过电压保护装置的电池系统的方框图；

图3是按照本发明的电路的示意图。

虽然本说明书以限定本发明特征的权利要求来结束，这些特征被认为是新颖的，但是相信，本发明在连同附图考虑了下列说明后将会得到更好理解，其中预约实行相同标号。

现在参考图1，这里其中说明了按照本发明的电池系统的方框图。示出有电池组10和负载12，例如蜂窝电话机，便携式双路收音机，便携式计算机，或任何这样要求便携式电源的装置。负载12按箭头14方向从电池组10抽取放电电流。电池电压V1施加在正电池端子16与负电池端子18之间。

电池组10包括至少一个原电池20，欠电压开关22，以及电压控制开关24。欠电压开关22具有单向作用，即箭头23方向的电流总能流通，而与欠电压开关22是否起动无关。如果欠电压开关22起动，按箭头23相反方向流通的电流将被阻断，否则将流通。