CN1093325C - 具有电池保护电路的电池组件 - Google Patents

Abstract

一种具有电池保护电路的电池组件，以防止在电池组件与电子装置分开时因外部短路造成的损坏，该电池保护电路包括，可再充电的原电池40和与所述原电池两端连接的第1和第2电源端10、20；在电池组件与电子装置分开时，本发明的电池保护电路检测电池组件的断开状态，并切断从第1电源端到原电池一端或从第2电源端到原电池另一端的至少一根电源馈送线。使用该配置，能有效防止在电池组件外部设置的电源端10，20的短路，因此，防止了原电池内部的损坏。

Description

具有电池保护电 路的电池组件

本发明涉及用于电子装置的可再充电的电池组件，特别涉及具有电池保护电路的电池组件，以防止在电池组件与电子装置分开时因外端短路导致的损坏。

可再充电的二次电池已广泛用于以电池为电源的电子装置中，例如便携式计算机、摄像机、蜂窝式电话等等。

迄今为止，密封型(enclosure type)或开放型(open type)的镍-镉(Ni-Cd)电池或镍-金属氢化物(Ni-MH)型的碱性电池通常用作二次电池。近年来，可获得的有机电解电池的锂离子(Li-离子)电池已广泛用作便携式电子装置的电源。因为，它具有高能量密度、低温特性和稳定的存储容量。而且，为便于装入电子装置或从电子装置中取出，通常将锂离子原电池构成为电池组件。

图1展示出常规锂离子电池组件的构形。电池组件100具有设置于电池壳(battery housing)一侧的三个电引出端10，20和30。引出端10是正电端(positive electric terminal)，其与电子装置主体中电源的正端连接。引出端20是负电端(negative electric terminal)，用于连接电子装置的接地电压端。此外，引出端30是温度检测端，用于向电子装置的电池控制电路提供温度检测信号，该温度检测信号表示电池充电或放电过程中的电池表面温度。

电池控制电路在用于笔记本电脑中时通常称作灵巧电池(“Smartbattery”)电路。它防止因不适当充电对电池组件造成的损坏。灵巧电池电路包括微控器，它具有监测电池性能和用于调节电池的充电和放电使电池达到最佳性能的独特功能。为了达到这些目的，该灵巧电池电路与该装置或连接到电池的充电器保持连通。

参见图2，它展示出装有灵巧电池电路的常规锂离子电池组件的电路方框图。标号100表示锂离子电池组件的内部电路部件，标号200是灵巧电池电路部件。电池组件100包括多个原电池(battery cell)40，正电压端10经保险丝80与所述原电池40的正端(+)连接并与多路开关(poly-switch)90串联连接，负电压端20与所述原电池40的负端(-)连接，温度检测端30经用来感知所述电池40表面温度的NTC(负温度系数)型热敏电阻器50与负电压端20连接。

而且，温度检测端30被连接到便携式计算机中设置的灵巧电池电路200的微控器210的输入端。由调节器220向微控器加适当工作电压(例如+5V)。工作电压馈送线还经电阻器230通到温度检测端30。

在将所述电池组件100安装到便携式计算机并进行充电/放电时，所述保险丝80和多路开关90起到保护元件的功能。保险丝80和多路开关90响应于加到电池40的过大电压或电流，切断正电压端10与原电池正端之间的电源线。特别是，多路开关90依据电流流通量工作；当过大电流流过时，多路开关90自动断开，当流过的电流恢复到正常态时，开关自动接通。

但是，按该设置，会出现这样的问题，例如，即使电池组件100与电子装置的电池电路200断开，在电池组件100的正电压端与负电压端10与20之间仍然保持带电(electrically alive)。因此，电池引出端10、20会由导体或与某些外部导电材料接触而产生有害的短路，以形成电阻体(resistive body)。因此，电池40会永远断开(open)或严重损坏。

本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷。

为实现本发明的目的，提供了电池组件中的电池保护电路，以防止电池组件与电子装置脱开时因电池引出端与外部导体接触而对电池造成的任何损害。

按照本发明，提供的电池保护电路，包括可充电的原电池；与原电池两端连接的正电压端和负电压端；经用来感知所述电池组件的表面温度的热敏电阻器与负电压端连接的温度检测端，和保护电路，当电池组件与电子装置脱开时，它断开正电压端与原电池正端或负电压端与原电池负端之间的至少一根电源供给线；其中，该保护电路包括，开关控制器和开关电路，所述开关控制器的输入连接到温度检测端，用于检测热敏电阻器的热敏电阻值，当热敏电阻值低于预定值时产生控制信号，所述开关电路沿一根电源供给线设置，它响应开关控制器供给的控制信号切断电源供给线。

按照本发明的实施例，该开关控制器包括连接到温度检测端的电池组件检测电路，它读出热敏电阻器的热电压值，并输出表示电池组件拆开状态的信号；检测装置，它通过检测原电池两端的电压值检测原电池的过充电/放电状态，并输出相应的检测信号，和控制器，它响应由电池组件检测电路和电池过充电/放电检测装置馈入的至少一个检测信号控制所述开关电路的导通/断开状态。

进而，开关电路由第1和第2 MOSFET晶体管构成，其栅极端与所述开关控制器的输出端连接，其源极端相互连接，两个晶体管的漏极端分别与正电压端和原电池的正端连接，在其源极与漏极端之间设置了第1和第2二极管，其中每个二极管的阴极与所述第1和第2晶体管的漏极端连接。

参见以下结合实施例参考附图的描述，本专业领域技术人员将会理解本发明，本发明的目的及其优点将变得显见。

图1是用于便携式计算机的常规电池组件的示意图；

图2是电池组件中的常规电池保护电路和与电池组件连接的电池控制电路的示意图；

图3是按照本发明原理安装于电池组件中的电池保护电路结构的方框图；

图4是图3中电池保护电路的开关控制器的结构方框图；

图5是按照本发明实施例的图3所示的电池保护电路的详细电路图。

以下将参见图3，图4和图5详细说明本发明。

附图中提供给电池组件的电池保护电路包括，可再充电的电池40，和与所述电池两端连接的第1和第2电源端(power terminals)10和20。当电池组件与电子装置分开时，本发明的电池保护电路检测电池组件的拆除(detached)状态，并切断从第1电源端到原电池一端，或从第2电源端到原电池另一端的至少一根电源供给线。用该配置能有效防止设置于电池组件外部的电源端10、20的短路，从而，防止原电池的内部损坏。

另外，在图3、图4和图5中与图1和图2所示电路中具有相同功能的构成部分用相同标号表示。

图3展示按照本发明例子的具有电池保护电路的电池内部结构方框图。

参见图3，标号100表示锂离子电池组件的内部电路部件，200表示在电子装置如便携式计算机中构成的灵巧电池(smart battery)电路的一部分。电池组件包括多个原电池40；连接到所述原电池40的正端(+)的正电压端10；连接到所述原电池40的负端(-)的负电压端20，经用来感知所述电池40的表面温度的NTC型热敏电阻器50连接到负电压端20的温度检测端30；在电池组件与电子装置脱开时电池保护电路60用于保护电池内部电路；低电流源70(lower current power supplier)与正电源供给线并联连接，它为灵巧电池电路的微控制器210提供工作电压。

而且，将温度检测端30连接到灵巧电池电路200的微控制器210的输入端，该灵巧电池电路200设置在便携式计算机中。再者，将从计算机系统电源接收电压的电压调节器220的输出调节为适当的工作电压(例如+5V)提供给所述微控制器210。该工作电压馈送线也经电阻器230通到温度检测端30，以检测热敏电阻器的热电阻值。

保护电路60包括开关控制器62和开关电路61。在开关控制器62的一个输入端加有相当于热敏电阻器50的电阻值的电压信号。开关控制器62由热电压信号来检测电池组件的充电/放电工作，并产生开关控制信号。开关电路61响应由开关控制器62提供的控制信号使电源正端10和原电池40的正端之间的电源馈送线保护导通或断开(ON或OFF)状态。所述开关电路61可设置在电源负端20和电池40之间的另一电源馈送线中。

图4是图3所示电池保护电路的开关控制器62的详细电路结构图。

图4中，开关控制器62包括，连接到温度检测端30的电池组件检测电路62a、它读出热敏电阻器50的热电压值，并输出表示电池组件拆除状态的信号。而且，开关控制器62包括，检测装置62b，用于由检测原电池40两端的电压值来检测原电池40的过充电/放电状态，并输出相应的检测信号；另外还包括控制器62c，它响应从所述电池组件检测电路62a和电池过充电/放电检测装置62b馈入的检测信号中的至少一个信号控制所述开关电路61的导通/关断状态。

图5示出开关电路61和低电流源70的详细电路图。

参见图5，电池保护电路中的低电流源70由二极管D3和电阻器R2组成，D3和R2串联连接，使电流I从原电池40流过二极管D3流到电源正端10。开关电路61由第1和第2MOSFET晶体管NM1、NM2组成，其栅极端连接到所述开关控制器62c的输出端，其源极端互连，NM1和NM2的漏极端分别连接到电源正端10和原电池40的正端。此外，在其源极端和漏极端之间设置第1和第2二极管D1和D2，其中，每个二极管D1和D2的阴极端连接到所述第1和第2晶体管NM1和NM2的漏极端。

与现有电路相同，最好将热熔保险丝80和多路开关90串联连接在电源正端10与开关电路61之间。而且，在温度检测端30与电源负端20之间设置热敏电阻器50，以用来感知电池组件表面温度。

以下将说明具有上述结构的电池保护电路的工作。

在电池组件安装到笔记本电脑中时，例如电源正端10、接地端20和温度检测端30与形成灵巧电池电路的电源馈送端，接地端和微控制器的一个输入端相接触。

在电池组件100安装完成时，用低电流源70供给电池功率，随后给计算机系统200中的微控器210供给适当大小的功率。流过低电流源70的电流值I小于1mA。

而且，电池组件检测电路62a将读出温度检测端30显示的电压值。由于所述温度检测端30的电压值是一个有限值。例如1V-4V，而且，该电池组件检测电路62a假设了该电池组件100安装到计算机系统200中。之后，电池组件检测电路62a将输出检测信号，以指示电池组件100已安装在系统中。

之后，开关控制器62c接收来自电池检测电路62的电池组件检测信号，并控制两个MOS晶体管NM1和NM2和两个二极管D1和D2构成的开关电路61，使内部电源馈送线连接到计算机系统。利用该结构，所述原电池40可进行充电或放电动作。

如上所述，在电池组件100安装到计算机系统200中时所述保险丝80和多路开关90起保护作用。若过大的电压或电流被加到电池40上时，所述保护元件用来感知该过大电压或电流自动切断电源馈送线。

特别是，多路开关与电流路径并联连接，当过大电流流过时，它自动断开，当电流达到正常值时，该电路闭合。

之后，在电池组件100与计算机系统200分开时，电池组件检测电路62a读出所述温度检测端30的电压值，并在电池组件100安装到计算机系统200时，按照相同的方式判断电池组件100的断开。

由于所述电池组件已与计算机系统200分开，原电池40不进行任何充电或放电动作，结果，温度检测端30的电压值会为0伏。

因此，电池组件检测电路62a将向开关控制器62c输出检测信号，显示电池组件100与计算机系统200分开。

之后，收到电池断开信号的所述开关控制器62c会向所述开关电路61的MOS晶体管NM1，NM2输出开关控制信号，使所述第1和第2开关断开。因此，电池组件100保持在开路状态直至电池组件再安装到计算机200的主体上为止。

在上述配置中，低电流源70可用另一电池组件或计算机系统200中的电源设置。

显然，本发明的电池保护电路，其特征是，正电压端和原电池正端之间设置的开关电路61响应开关控制器62中通过检测温度检测端的热敏电阻的电压值产生的控制信号断开内电源。在电池组件与计算机系统分开时，能有效防止引出端与外部导体接触而导致电池组件的短路损坏。

Claims (6)

1.一种具有电池保护电路的电池组件，包括：

可充电的原电池；

与原电池两端连接的正电压端和负电压端；

温度检测端，它经用来感知电池组件表面温度的热敏电阻器连接到负电压端；和

保护电路，当电池组件与电子装置分开时，断开正电压端和原电池正端之间或负电压端与原电池负端之间的至少一根电源馈送线，

其中，该保护电路包括开关控制器和开关电路；所述开关控制器的输入端连接到温度检测端，用于检测热敏电阻器的热敏电阻值，当热敏电阻值低于预定值时产生控制信号；所述开关电路沿一根电源馈送线，响应来自开关控制器提供的控制信号切断电源馈送线。

2.按照权利要求1的具有电池保护电路的电池组件，其中，还包括与正电源馈送线并联连接的低电流源，用于给电子装置的电池控制装置施加工作电压，而其中电池控制装置包括设置在电子装置中的灵巧电池电路的微控制器。

3.按照权利要求2的具有电池保护电路的电池组件，其中，低电流源由串联连接的二极管和电阻构成，以使电流从原电池经二极管流到电源正端。

4.按照权利要求3的具有电池保护电路的电池组件，其中，流过低电流源的电流小于1mA。

5.按照权利要求1的具有电池保护电路的电池组件，其中，开关控制器包括，连接到温度检测端的电池组件检测电路，它读出热敏电阻器的热电压值，并输出表示电池组件的断开状态的信号；检测装置，用于读出原电池两端的电压值来检测原电池的过充电/放电状态，并输出相应的检测信号；和控制器，响应来自电池组件检测电路和电池过充电/放电检测装置的至少一个检测信号控制所述开关电路的导通/断开状态。

6.按照权利要求1的具有电池保护电路的电池组件，其中，开关电路由第1和第2 MOSFET晶体管组成，其栅极端连接到所述开关控制器的输出端，其源极端互连，两个晶体管的漏极端分别连接到电源正端和原电池正端，并且，其中在其源极和漏极端之间设置第1和第2二极管，每个二极管的阴极端连接所述第1和第2晶体管的漏极端。

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