專利名稱：一種帶有高精度電流保護(hù)電路的電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電池，特別是涉及一種帶有高精度電流保護(hù)電路的電池。
背景技術(shù)：
隨著科技進(jìn)步與社會(huì)發(fā)展，象手機(jī)、筆記本電腦、MP3播放器、PDA、掌上游戲機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)等便攜式設(shè)備已越來越普及，這類產(chǎn)品中有許多是采用鋰離子電池供電，而由于鋰離子電池的特性與其它可充電電池不同，內(nèi)部通常都帶有一塊電路板，不少人對(duì)該電路的作用不了解，本文將對(duì)鋰離子電池的特點(diǎn)及其保護(hù)電路工作原理進(jìn)行闡述。鋰電池分為一次電池和二次電池兩類，目前在部分耗電量較低的便攜式電子產(chǎn)品中主要使用不可充電的一次鋰電池，而在筆記本電腦、手機(jī)、PDA、數(shù)碼相機(jī)等耗電量較大的電子產(chǎn)品中則使用可充電的二次電池，即鋰離子電池。與鎳鎘和鎳氫電池相比，鋰離子電池具備以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)1.電壓高，單節(jié)鋰離子電池的電壓可達(dá)到3. 6V，遠(yuǎn)高于鎳鎘和鎳氫電池的1.2V電壓；2.容量密度大，其容量密度是鎳氫電池或鎳鎘電池的1. 5-2. 5倍；3.荷電保持能力強(qiáng)(即自放電小)，在放置很長時(shí)間后其容量損失也很??；4.壽命長，正常使用其循環(huán)壽命可達(dá)到500次以上；5.沒有記憶效應(yīng)，在充電前不必將剩余電量放空，使用方便；由于鋰離子電池的化學(xué)特性，在正常使用過程中，其內(nèi)部進(jìn)行電能與化學(xué)能相互轉(zhuǎn)化的化學(xué)正反應(yīng)，但在某些條件下，如對(duì)其過充電、過放電和過電流將會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，該副反應(yīng)加劇后，會(huì)嚴(yán)重影響電池的性能與使用壽命，并可能產(chǎn)生大量氣體，使電池內(nèi)部壓力迅速增大后爆炸而導(dǎo)致安全問題，因此所有的鋰離子電池都需要一個(gè)保護(hù)電路，用于對(duì)電池的充、放電狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測，并在某些條件下關(guān)斷充、放電回路以防止對(duì)電池發(fā)生損害。目前，常用的理電池的電流保護(hù)電路的方案一般是在大電流情況下，保護(hù)IC采集因Mosfet內(nèi)阻產(chǎn)生的電壓信號(hào)，保護(hù)IC作出判斷是否切斷電路，從而實(shí)現(xiàn)電池電路的過流保護(hù)。因?yàn)镸osfet內(nèi)阻不穩(wěn)定，而且個(gè)體差異大，并且容易受到外界環(huán)境影響，所以用這種電流保護(hù)電路所得出的過流保護(hù)值一致性很差，范圍寬，過流保護(hù)點(diǎn)不穩(wěn)定.易導(dǎo)致電池過流保護(hù)提前或推后，影響電池的使用，甚至?xí)斐呻娦居谰眯詡?。另外，在上述模式電流保護(hù)電路的鋰電池，如果保護(hù)IC和Mosfet固定，則過流保護(hù)值范圍也將固定，不利于電路的擴(kuò)展。不便于產(chǎn)品進(jìn)行擴(kuò)展性改進(jìn)?，F(xiàn)有技術(shù)具有以下缺點(diǎn)1.過流保護(hù)電路的過流保護(hù)值一致性差；2.保護(hù)范圍寬，過流保護(hù)點(diǎn)不穩(wěn)定；3.不利于電路擴(kuò)展；目前市場上缺乏一種能解決鋰電池因過流保護(hù)點(diǎn)不穩(wěn)定導(dǎo)致產(chǎn)品性能下降，并且能利用相同的保護(hù)IC，通修改檢流電阻的值，可實(shí)現(xiàn)不同的過流保護(hù)功能，電路的實(shí)用性強(qiáng)，擴(kuò)展性優(yōu)越的高精度電流保護(hù)電路的鋰電池。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于目前所使用的鋰電池過流保護(hù)電路的過流保護(hù)值一致性差，保護(hù)范圍寬，過流保護(hù)點(diǎn)不穩(wěn)定，并且不利于電路擴(kuò)展等缺點(diǎn)，重新設(shè)計(jì)一種帶有高精度電流保護(hù)電路的電池，其主要結(jié)構(gòu)包括電芯Cell、電池保護(hù)IC，還有分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負(fù)極的正極輸出端子I^ack+和負(fù)極輸出端子I^ack-。所述的電芯 Cell負(fù)極與負(fù)極輸出端子I^ack-之間依次串聯(lián)有二級(jí)保護(hù)原件、檢流電阻器R3和場效應(yīng)管 A、場效應(yīng)管％。所述檢流電阻器民與場效應(yīng)管A的源極聯(lián)接，場效應(yīng)管A的漏極與場效應(yīng)管％的漏極相聯(lián)接，場效應(yīng)管A與場效應(yīng)管％分別形成一個(gè)MOSFET電路的柵極，MOSFET 在電路中起開關(guān)作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷?？刂艻C的CS引腳為電流監(jiān)測腳。所述的電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電阻器隊(duì)與電芯Cell的正級(jí)聯(lián)接，同時(shí)電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級(jí)保護(hù)原件與檢流電阻器R3之間；電池保護(hù)IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護(hù)IC的CS引腳與場效應(yīng)管 Q1的源極聯(lián)接；電池保護(hù)IC的CO、DO號(hào)引腳分別與場效應(yīng)管Qi、Q2的柵極聯(lián)接；電池保護(hù) IC的V-引腳通過電阻器&與場效應(yīng)管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負(fù)極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。所述的二級(jí)保護(hù)原件為自恢復(fù)熔斷器PTC。該電路具有過充電保護(hù)、過放電保護(hù)、過電流保護(hù)與短路保護(hù)功能，其工作原理分析如下1、正常狀態(tài)在正常狀態(tài)下電路中電池保護(hù)IC的“⑶”與“DO”腳都輸出高電壓，兩個(gè)MOSFET 都處于導(dǎo)通狀態(tài)，電池可以自由地進(jìn)行充電和放電，由于MOSFET的導(dǎo)通阻抗很小，通常小于30毫歐，因此其導(dǎo)通電阻對(duì)電路的性能影響很小。此狀態(tài)下保護(hù)電路的消耗電流為μ A級(jí)，通常小于7 μ A。2、過充電保護(hù)鋰離子電池要求的充電方式為恒流/恒壓，在充電初期，為恒流充電，隨著充電過程，電壓會(huì)上升到4. 2V(根據(jù)正極材料不同，有的電池要求恒壓值為4. IV)，轉(zhuǎn)為恒壓充電， 直至電流越來越小。電池在被充電過程中，如果充電器電路失去控制，會(huì)使電池電壓超過4. 2V后繼續(xù)恒流充電，此時(shí)電池電壓仍會(huì)繼續(xù)上升，當(dāng)電池電壓被充電至超過4. 3V時(shí)，電池的化學(xué)副反應(yīng)將加劇，會(huì)導(dǎo)致電池?fù)p壞或出現(xiàn)安全問題。在帶有保護(hù)電路的電池中，當(dāng)控制電池保護(hù)IC檢測到電池電壓達(dá)到4. ^V(該值由控制電池保護(hù)IC決定，不同的電池保護(hù)IC有不同的值)時(shí)，其“Co”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使Q2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了充電回路，使充電器無法再對(duì)電池進(jìn)行充電， 起到過充電保護(hù)作用。而此時(shí)由于Q2自帶的體二極管VD2的存在，電池可以通過該二極管對(duì)外部負(fù)載進(jìn)行放電。在控制電池保護(hù)IC檢測到電池電壓超過4. 28V至發(fā)出關(guān)斷Q2信號(hào)之間，還有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間通常由控制電池保護(hù)IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。3、過放電保護(hù)電池在對(duì)外 部負(fù)載放電過程中，其電壓會(huì)隨著放電過程逐漸降低，當(dāng)電池電壓降至2. 5V時(shí)，其容量已被完全放光，此時(shí)如果讓電池繼續(xù)對(duì)負(fù)載放電，將造成電池的永久性損壞。 在電池放電過程中，當(dāng)控制電池保護(hù)IC檢測到電池電壓低于2. 3V (該值由控制IC 決定，不同的電池保護(hù)IC有不同的值)時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使電池?zé)o法再對(duì)負(fù)載進(jìn)行放電，起到過放電保護(hù)作用。 而此時(shí)由于Q1自帶的體二極管的存在，充電器可以通過該二極管對(duì)電池進(jìn)行充電。由于在過放電保護(hù)狀態(tài)下電池電壓不能再降低，因此要求保護(hù)電路的消耗電流極小，此時(shí)控制電池保護(hù)IC會(huì)進(jìn)入低功耗狀態(tài)，整個(gè)保護(hù)電路耗電會(huì)小于0. ΙμΑ。在控制IC檢測到電池電壓低于2. 3V至發(fā)出關(guān)斷Q1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間， 該延時(shí)時(shí)間通常由控制IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。4、過電流保護(hù)由于鋰離子電池的化學(xué)特性，電池生產(chǎn)廠家規(guī)定了其放電電流最大不能超過2C(C =電池容量/小時(shí))，當(dāng)電池超過2C電流放電時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致電池的永久性損壞或出現(xiàn)安全問題。電池在對(duì)負(fù)載正常放電過程中，放電電流在經(jīng)過檢流電阻R3時(shí)，會(huì)在其兩端產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓值U = I*R3，控制IC上的“V-”腳對(duì)該電壓值進(jìn)行檢測，若負(fù)載因某種原因?qū)е庐惓?，使回路電流增大，?dāng)回路電流大到使U >0. IV(該值由控制IC決定，不同的IC 有不同的值)時(shí)，其“DO”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筈1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路，使回路中電流為零，起到過電流保護(hù)作用。在控制電池保護(hù)IC檢測到過電流發(fā)生至發(fā)出關(guān)斷Q1信號(hào)之間，也有一段延時(shí)時(shí)間，該延時(shí)時(shí)間通常由控制電池保護(hù)IC決定，以避免因干擾而造成誤判斷。部分控制電池保護(hù)IC還具有充電過流保功能，原理同上面類似，其中U的值為負(fù)值，保護(hù)時(shí)“Co”腳將由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷海筈2由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷了放電回路。在上述控制過程中可知，其過電流檢測值大小不僅取決于控制電池保護(hù)IC的控制值，還取決于R3的電阻，當(dāng)R3的電阻越大時(shí)，對(duì)同樣的控制電池保護(hù)IC，其過電流保護(hù)值越小。5、短路保護(hù)電池在對(duì)負(fù)載放電過程中，若回路電流大到使U > 0. 9V(該值由控制電池保護(hù)IC 決定，不同的電池保護(hù)IC有不同的值)時(shí)，控制電池保護(hù)IC則判斷為負(fù)載短路，其“DO”腳將迅速由高電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榱汶妷?，使Q1由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為關(guān)斷，從而切斷放電回路，起到短路保護(hù)作用。短路保護(hù)的延時(shí)時(shí)間極短，通常小于1000微秒。其工作原理與過電流保護(hù)類似，只是判斷方法不同，保護(hù)延時(shí)時(shí)間也不一樣。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，過流保護(hù)的精度可提高30%，電路的實(shí)用性，擴(kuò)展性更強(qiáng)。

[0043]圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1所示，本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)包括電芯Cell、電池保護(hù)IC，還有分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負(fù)極的正極輸出端子I^ack+和負(fù)極輸出端子I^ack-。所述的電芯Cell 負(fù)極與負(fù)極輸出端子Pack-之間依次串聯(lián)有二級(jí)保護(hù)原件、檢流電阻器&和場效應(yīng)管仏、 場效應(yīng)管％。所述檢流電阻器民與場效應(yīng)管A的源極聯(lián)接，場效應(yīng)管A的漏極與場效應(yīng)管％的漏極相聯(lián)接，場效應(yīng)管A與場效應(yīng)管％分別形成一個(gè)MOSFET電路的柵極，MOSFET 在電路中起開關(guān)作用，分別控制著充電回路與放電回路的導(dǎo)通與關(guān)斷。控制IC的CS引腳為電流監(jiān)測腳。所述的電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電阻器隊(duì)與電芯Cell的正級(jí)聯(lián)接，同時(shí)電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級(jí)保護(hù)原件與檢流電阻器R3之間；電池保護(hù)IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護(hù)IC的CS引腳與場效應(yīng)管 Q1的源極聯(lián)接；電池保護(hù)IC的CO、DO號(hào)引腳分別與場效應(yīng)管Qi、Q2的柵極聯(lián)接；電池保護(hù) IC的V-引腳通過電阻器&與場效應(yīng)管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負(fù)極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。所述的二級(jí)保護(hù)原件為自恢復(fù)熔斷器PTC。
權(quán)利要求1.一種帶有高精度電流保護(hù)電路的電池，其主要結(jié)構(gòu)包括電芯Cell、電池保護(hù)IC和分別聯(lián)接在電芯Cell的正、負(fù)極的正極輸出端子I^ack+和負(fù)極輸出端子I^ack-，其特征在于所述的電芯Cell負(fù)極與負(fù)極輸出端子I^ack-之間依次串聯(lián)有二級(jí)保護(hù)原件、檢流電阻器R3 和場效應(yīng)管Qp Q2 ；所述檢流電阻器民與場效應(yīng)管A的源極聯(lián)接，場效應(yīng)管A的漏極與場效應(yīng)管％的漏極相聯(lián)接；所述的電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電阻器R1與電芯Cell的正級(jí)聯(lián)接，同時(shí)電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級(jí)保護(hù)原件與檢流電阻器R3之間； 電池保護(hù)IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，電池保護(hù)IC的CS引腳與場效應(yīng)管A的源極聯(lián)接；電池保護(hù)IC的C0、D0號(hào)引腳分別與場效應(yīng)管仏、％的柵極聯(lián)接；電池保護(hù)IC的V-引腳通過電阻器R1與場效應(yīng)管％的源極聯(lián)接；正極輸出端子Pack+和負(fù)極輸出端子Pack-之間聯(lián)接有電容器C2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有高精度電流保護(hù)電路的電池，其特征在于所述的二級(jí)保護(hù)原件為自恢復(fù)熔斷器PTC。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種帶有高精度電流保護(hù)電路的電池，其主要結(jié)構(gòu)包括電芯Cell、電池保護(hù)IC分別聯(lián)接在正極輸出端子和負(fù)極輸出端子之間。電芯Cell串聯(lián)有二級(jí)保護(hù)原件、檢流電阻器R3和場效應(yīng)管Q1、場效應(yīng)管Q2。電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電阻器R1與電芯Cell的正級(jí)聯(lián)接，同時(shí)電池保護(hù)IC的VDD引腳通過電容C1聯(lián)接于二級(jí)保護(hù)原件與檢流電阻器R3之間；電池保護(hù)IC的VSS、CS引腳分別聯(lián)接在檢流電阻器R3的兩端，CS引腳與場效應(yīng)管Q1的源極聯(lián)接；正極輸出端子和負(fù)極輸出端子之間聯(lián)接有電容器C2。本實(shí)用新型具有過流保護(hù)的精度可提高30％，電路的實(shí)用性，擴(kuò)展性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01M10/42GK202121027SQ20112024499
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
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