具有永久失效的次电池保护的制作方法
【专利说明】具有永久失效的次电池保护
相关申请的交叉引用
[0001]本申请要求申请日为2014年I月13日、序列号为61/926707、题目为“具有永久失效的次电池保护”的美国临时专利申请的优先权，该申请的全部内容以引用的方式合并于此。
技术领域
[0002]本申请一般涉及电路保护设备领域并且更具体地涉及用于保护电池组的电路。
【背景技术】
[0003]许多现代化的电子设备包括为电子设备供电的电池。经常，这些电池是可再次充电的。例如，膝上型电脑、平板电脑、智能手机以及其他包括可充电电池的这种设备。例如，用户可以给设备充电，或者给电池充电，并且电池能够在其它电源不易获得或者不方便使用的时间段中向设备供电。
[0004]被用于这些电子设备的可充电电池包括具有许多次电池单元的可充电电池。例如，锂离子和锂离子聚合物电池包括多个次电池单元。每个次电池单元包括被离子可渗透材料分离的正电极和负电极。次电池单元可以被电连接(例如，并联)并且封闭在金属壳体中或者设置在袋(pouch)中以形成“电池组”。基于锂的次电池单元的有利方面是其具有被反复充电和放电的能力，以及具有高容积的能量密度。
[0005]然而，正如将被理解的，基于锂的可充电电池对于充电、放电和操作温度具有较小的容差值。换言之，基于锂的电池组不应该是过热的、过充电的或者超过特定限制放电的。在过热或者过充电的极端情况下，电池组会破裂和/或燃烧。另外，当电池组被放电超过特定限制时，其可能无法再次充电和/或其再次充电是不安全的。例如，这些电池组需要许多安全措施以阻止操作期间的故障并确保操作期间的安全。因此，这样的电池组通常设置有电池保护电路，以用于减少和/或阻止次电池单元的过充、过放以及温度范围之外的操作。
【发明内容】
[0006]本
【发明内容】
被提供以将在【具体实施方式】中进一步描述的概念的选择以简化形式进行介绍。该
【发明内容】
不旨在识别所请求保护的主题的关键特征或者重要特征，也不旨在帮助确定请求保护的主题的范围。
[0007]需要一种用于保护电池组的次保护电路，该次保护电路对于将电池组从充电器和/或负载永久地断开提供精确控制。换言之，需要一种次保护电路，该次保护电路的运行更少地依赖于外部状态(例如，温度、供电电平等)
[0008]多个示例提供次电池组保护电路。次电池组保护电路可以包括第一端子和第二端子，电耦接于第一端子和第二端子之间的晶体管，电耦接于晶体管的栅极的熔丝，以及配置为在故障状态的情况下使足以断开熔丝的电流流过熔丝的熔丝控制电路。
[0009]多个示例提供次电池组保护电路。次电池组保护电路可以包括第一端子和第二端子，电耦接到第一端子的放电开关，电耦接到放电开关和第二端子的充电开关，以及控制电路，该控制电路包括电耦接到放电开关以在第一熔丝断开的情况下永久断开放电开关的第一熔丝，该控制电路还包括电耦接到充电开关以在第二熔丝断开的情况下永久断开充电开关的第二熔丝，该控制电路还包括熔丝控制电路，该熔丝控制电路被配置成在放电故障状态的情况下使足以断开第一熔丝的电流流过第一熔丝并且在充电故障的情况下使足以断开第二熔丝的电流流过第二熔丝。
[0010]对于一些示例，多个实施例可以提供次电池组保护电路，其中熔丝被设置在控制器集成电路(IC)中。在控制器IC中的熔丝可以比次电池保护电路中的普通熔丝小，因为流过该熔丝上的电流水平要比流入和流出电池组的电流低几个数量级。这样，断开熔丝可以比现有技术更快、更精确。进一步的，现有技术的设备中所需的元件(例如，两个电阻器连同两个大型熔丝)可以被移除，这样可以节省成本和组装中的困难。
[0011 ] 多个示例提供电连接到主电池保护电路以向电池提供保护的次电池保护电路的至少一种操作方法。该方法包括通过熔丝控制电路提供电压信号给晶体管的棚极以导通晶体管，该晶体管电连接于第一端子和第二端子之间；允许电流在晶体管导通时从第一端子流到电池；检测电池中的故障状态并且向熔丝控制电路提供信号指示故障状态被检测到；并且使用熔丝控制电路在故障状态的情况下通过使足够量的电流流过连接到栅极的熔丝以断开熔丝来禁止从第一端子流到电池的电流。
【附图说明】
[0012]通过示例的方式，所公开设备的特定实施例现在将参考附图被描述，其中:
[0013]图1是包括次保护电路的电池保护电路的框图；
[0014]图2是次保护电路的框图；
[0015]图3-6是示例次保护电路的框图，该示例次保护电路全部根据本公开的至少一些实施例来布置；以及
[0016]图7是部分的示例次保护电路的框图，该部分示例次保护电路根据本公开的至少一些实施例来布置。
[0017]图8示出了根据本公开的次保护电路设备的制造方法的实施例的流程图。
[0018]图9示出了根据本公开的次保护电路设备的制造方法的其他实施例的流程图。
[0019]图10示出了根据本公开的次保护电路设备的操作方法的实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0020]本发明现在将在下文中参考附图更加全面的进行描述，在附图中示出优选实施例。然而，保护电路可以以多种不同的形式被实施并且不应该被理解成限于这里所述的实施例。而且，提供这些实施例使得本公开更透彻和完整，并且将这里所描述的保护电路的范围完整地传达给本领域技术人员。在附图中，相同的参考标号在全文指示相同的元件。
[0021]正如这里所描述的，本发明的各个实施例提供次电池组保护电路。次电池组保护电路可以包括第一端子和第二端子，电耦接在第一端子和第二端子之间的晶体管，电耦接于晶体管的棚极的熔丝，以及被配置成在故障状态的情况下使足以断开熔丝的电流流过熔丝的熔丝控制电路。
[0022]次保护电路可以与主保护电路一起设置来保护电池组。例如，本公开的各个实施例可以被提供用于保护锂离子或者锂离子聚合物电池组。这里所描述的次保护电路可以被提供用于在故障状态期间在主保护电路没有断开电池的情况下将电池组从充电器和/或负载上永久断开。保护电路包括主保护集成电路(1C)，其控制电池组的充电和放电同时在过充或过放情况下保护电池组。主保护IC控制晶体管以将电池组从充电器或者负载上电气断开。
[0023]保护电路的安全测试可以包括单个元件故障方法，其中主保护设备被移除并且检查电池组以确定电池组在被施加故障之后是否仍然能够稳定到安全状态。这种的一个示例是“滥用过放电”测试，在该测试中，当被用于断开充电器的晶体管被短路时(其移除了主保护IC如所期望来运行的能力)，危险的过电压状态被施加到电池组。
[0024]为了成功地通过滥用过放电测试，电池组可以包括次保护机构以当主保护IC故障时提供保护功能。次保护机构可以被用于提供将电池组从充电器和/或负载上的永久断开。其原因是由于滥用过放电对于基于锂的次电池单元来说是非常危险的，如果类似故障发生，那么将电池组永久失效是较安全的。因此，保护电路也可以包括次保护1C，其控制熔丝或者热切断机构以在滥用过放电情况下将电池组从充电电路上永久失效(例如，电气断开
[0025]图1示出了用于保护电池110的示例电池保护电路100。端子102和104被提供用于电连接电池110到充电器或者负载(例如，电子设备)。保护电路100包括控制IC 120用于控制放电开关130和充电开关140。放电开关(比如放电开关130)和充电开关140的每一个包括晶体管132、142 (例如MOSFET等等)和二极管134、144。二极管134、144跨晶体管132、142的源极和漏极电连接。在正常的充电/放电操作期间，控制IC 120导通开关130和140两者(例如，通过施加高电压到晶体管132、142的栅极以将其导通)。
[0026]只要检测到充电故障(例如，过压情况，过流情况，过温情况等等)，控制IC 120断开充电开关140 (例如，通过断开晶体管142)来停止对电池110的充电。然而，仍然允许放电电流流过放电开关130和充电开关140的二极管144。只要检测到放电故障(例如，低电压，过电流，过温等等)控制IC 120断开放电开关130来停止对电池110的放电。然而，仍然允许充电电流流过充电开关140和放电开关