具有永久失效的次電池保護的制作方法
【專利說明】具有永久失效的次電池保護
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求申請日為2014年I月13日、序列號為61/926707、題目為“具有永久失效的次電池保護”的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，該申請的全部內容以引用的方式合并于此。
技術領域
[0002]本申請一般涉及電路保護設備領域并且更具體地涉及用于保護電池組的電路。
【背景技術】
[0003]許多現代化的電子設備包括為電子設備供電的電池。經常，這些電池是可再次充電的。例如，膝上型電腦、平板電腦、智能手機以及其他包括可充電電池的這種設備。例如，用戶可以給設備充電，或者給電池充電，并且電池能夠在其它電源不易獲得或者不方便使用的時間段中向設備供電。
[0004]被用于這些電子設備的可充電電池包括具有許多次電池單元的可充電電池。例如，鋰離子和鋰離子聚合物電池包括多個次電池單元。每個次電池單元包括被離子可滲透材料分離的正電極和負電極。次電池單元可以被電連接(例如，并聯)并且封閉在金屬殼體中或者設置在袋(pouch)中以形成“電池組”?；阡嚨拇坞姵貑卧挠欣矫媸瞧渚哂斜环磸统潆姾头烹姷哪芰?，以及具有高容積的能量密度。
[0005]然而，正如將被理解的，基于鋰的可充電電池對于充電、放電和操作溫度具有較小的容差值。換言之，基于鋰的電池組不應該是過熱的、過充電的或者超過特定限制放電的。在過熱或者過充電的極端情況下，電池組會破裂和/或燃燒。另外，當電池組被放電超過特定限制時，其可能無法再次充電和/或其再次充電是不安全的。例如，這些電池組需要許多安全措施以阻止操作期間的故障并確保操作期間的安全。因此，這樣的電池組通常設置有電池保護電路，以用于減少和/或阻止次電池單元的過充、過放以及溫度范圍之外的操作。

【發(fā)明內容】

[0006]本
【發(fā)明內容】
被提供以將在【具體實施方式】中進一步描述的概念的選擇以簡化形式進行介紹。該
【發(fā)明內容】
不旨在識別所請求保護的主題的關鍵特征或者重要特征，也不旨在幫助確定請求保護的主題的范圍。
[0007]需要一種用于保護電池組的次保護電路，該次保護電路對于將電池組從充電器和/或負載永久地斷開提供精確控制。換言之，需要一種次保護電路，該次保護電路的運行更少地依賴于外部狀態(tài)(例如，溫度、供電電平等)
[0008]多個示例提供次電池組保護電路。次電池組保護電路可以包括第一端子和第二端子，電耦接于第一端子和第二端子之間的晶體管，電耦接于晶體管的柵極的熔絲，以及配置為在故障狀態(tài)的情況下使足以斷開熔絲的電流流過熔絲的熔絲控制電路。
[0009]多個示例提供次電池組保護電路。次電池組保護電路可以包括第一端子和第二端子，電耦接到第一端子的放電開關，電耦接到放電開關和第二端子的充電開關，以及控制電路，該控制電路包括電耦接到放電開關以在第一熔絲斷開的情況下永久斷開放電開關的第一熔絲，該控制電路還包括電耦接到充電開關以在第二熔絲斷開的情況下永久斷開充電開關的第二熔絲，該控制電路還包括熔絲控制電路，該熔絲控制電路被配置成在放電故障狀態(tài)的情況下使足以斷開第一熔絲的電流流過第一熔絲并且在充電故障的情況下使足以斷開第二熔絲的電流流過第二熔絲。
[0010]對于一些示例，多個實施例可以提供次電池組保護電路，其中熔絲被設置在控制器集成電路(IC)中。在控制器IC中的熔絲可以比次電池保護電路中的普通熔絲小，因為流過該熔絲上的電流水平要比流入和流出電池組的電流低幾個數量級。這樣，斷開熔絲可以比現有技術更快、更精確。進一步的，現有技術的設備中所需的元件(例如，兩個電阻器連同兩個大型熔絲)可以被移除，這樣可以節(jié)省成本和組裝中的困難。
[0011 ] 多個示例提供電連接到主電池保護電路以向電池提供保護的次電池保護電路的至少一種操作方法。該方法包括通過熔絲控制電路提供電壓信號給晶體管的棚極以導通晶體管，該晶體管電連接于第一端子和第二端子之間；允許電流在晶體管導通時從第一端子流到電池；檢測電池中的故障狀態(tài)并且向熔絲控制電路提供信號指示故障狀態(tài)被檢測到；并且使用熔絲控制電路在故障狀態(tài)的情況下通過使足夠量的電流流過連接到柵極的熔絲以斷開熔絲來禁止從第一端子流到電池的電流。
【附圖說明】
[0012]通過示例的方式，所公開設備的特定實施例現在將參考附圖被描述，其中:
[0013]圖1是包括次保護電路的電池保護電路的框圖；
[0014]圖2是次保護電路的框圖；
[0015]圖3-6是示例次保護電路的框圖，該示例次保護電路全部根據本公開的至少一些實施例來布置；以及
[0016]圖7是部分的示例次保護電路的框圖，該部分示例次保護電路根據本公開的至少一些實施例來布置。
[0017]圖8示出了根據本公開的次保護電路設備的制造方法的實施例的流程圖。
[0018]圖9示出了根據本公開的次保護電路設備的制造方法的其他實施例的流程圖。
[0019]圖10示出了根據本公開的次保護電路設備的操作方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明現在將在下文中參考附圖更加全面的進行描述，在附圖中示出優(yōu)選實施例。然而，保護電路可以以多種不同的形式被實施并且不應該被理解成限于這里所述的實施例。而且，提供這些實施例使得本公開更透徹和完整，并且將這里所描述的保護電路的范圍完整地傳達給本領域技術人員。在附圖中，相同的參考標號在全文指示相同的元件。
[0021]正如這里所描述的，本發(fā)明的各個實施例提供次電池組保護電路。次電池組保護電路可以包括第一端子和第二端子，電耦接在第一端子和第二端子之間的晶體管，電耦接于晶體管的棚極的熔絲，以及被配置成在故障狀態(tài)的情況下使足以斷開熔絲的電流流過熔絲的熔絲控制電路。
[0022]次保護電路可以與主保護電路一起設置來保護電池組。例如，本公開的各個實施例可以被提供用于保護鋰離子或者鋰離子聚合物電池組。這里所描述的次保護電路可以被提供用于在故障狀態(tài)期間在主保護電路沒有斷開電池的情況下將電池組從充電器和/或負載上永久斷開。保護電路包括主保護集成電路(1C)，其控制電池組的充電和放電同時在過充或過放情況下保護電池組。主保護IC控制晶體管以將電池組從充電器或者負載上電氣斷開。
[0023]保護電路的安全測試可以包括單個元件故障方法，其中主保護設備被移除并且檢查電池組以確定電池組在被施加故障之后是否仍然能夠穩(wěn)定到安全狀態(tài)。這種的一個示例是“濫用過放電”測試，在該測試中，當被用于斷開充電器的晶體管被短路時(其移除了主保護IC如所期望來運行的能力)，危險的過電壓狀態(tài)被施加到電池組。
[0024]為了成功地通過濫用過放電測試，電池組可以包括次保護機構以當主保護IC故障時提供保護功能。次保護機構可以被用于提供將電池組從充電器和/或負載上的永久斷開。其原因是由于濫用過放電對于基于鋰的次電池單元來說是非常危險的，如果類似故障發(fā)生，那么將電池組永久失效是較安全的。因此，保護電路也可以包括次保護1C，其控制熔絲或者熱切斷機構以在濫用過放電情況下將電池組從充電電路上永久失效(例如，電氣斷開
[0025]圖1示出了用于保護電池110的示例電池保護電路100。端子102和104被提供用于電連接電池110到充電器或者負載(例如，電子設備)。保護電路100包括控制IC 120用于控制放電開關130和充電開關140。放電開關(比如放電開關130)和充電開關140的每一個包括晶體管132、142 (例如MOSFET等等)和二極管134、144。二極管134、144跨晶體管132、142的源極和漏極電連接。在正常的充電/放電操作期間，控制IC 120導通開關130和140兩者(例如，通過施加高電壓到晶體管132、142的柵極以將其導通)。
[0026]只要檢測到充電故障(例如，過壓情況，過流情況，過溫情況等等)，控制IC 120斷開充電開關140 (例如，通過斷開晶體管142)來停止對電池110的充電。然而，仍然允許放電電流流過放電開關130和充電開關140的二極管144。只要檢測到放電故障(例如，低電壓，過電流，過溫等等)控制IC 120斷開放電開關130來停止對電池110的放電。然而，仍然允許充電電流流過充電開關140和放電開關