专利名称：组合充电电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种组合电池，特别是一种由若干可充电电芯相互联接组成，且工作状态、联接方式为可控的组合充电电池。属于电池制造技术领域。
背景技术：
目前，人们所使用的组合充电电池都是由若干可充电电芯按照特定的联接方式所组成。
通常情况下，根据使用需要，可充电电芯首先被串联成电池组，然后再将若干个同样的电池组进行并联，就可以制成具有一定的输出电压及电容量的充电电池(例如笔记本电脑电池)。
由于组合电池中每个可充电电芯的质量及性能存在着差别，当某个电池单元发生故障时，如短路、断路、过充电或者过放电现象，就会直接影响其所在的电池组的正常放电或充电，进而影响到整个组合电池的使用性能。当发生这种情况时，通常采用的办法就是更换整个组合电池，而尚未出现故障的可充电电芯也同时被更换，这就造成了较大的浪费。由于组合充电电池的价格比较高，特别是专用组合充电电池(如笔记本计算机电池)的价格更高，所以，更换电池的费用相对较高，浪费情况就会更加严重。
另外，通常使用的组合充电电池在对用电设备进行供电时，用电设备只能被动的根据电池的电压判断其剩余的电量，而无法对所使用的组合充电电池进行工作状态的控制。当采用若干个同类电池组成集合电池组对该设备供电时，该设备无法对每个组合电池的工作状况进行分别检测、控制，因此也无法判断出现故障的组合电池。例如，为延长工作时间，采用两个组合充电电池并联为一个笔记本计算机供电时，如果其中一个组合电池出现过放电现象时，该笔记本计算机不能判断出现故障的具体电池，而尚未出现故障的组合电池将同时即对该笔记本计算机供电又对故障电池充电，因此，严重的影响了未故障电池的使用效率，并使未故障电池的储存电量过早的释放殆尽。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于针对上述组合充电电池中因个别可充电电芯发生故障而造成整个组合电池报废的现象，提供一种组合充电电池，该组合充电电池能够对组成其自身的可充电电芯的使用状况进行单独检测及控制，使个别故障电芯不会影响到整个组合充电电池。
本实用新型的次要目的在于针对上述用电设备无法对组合电池进行控制，尤其是无法对供电电池群组中的组合充电电池进行判断、选控的不足，提供一种组合充电电池，该电池能够与外部设备进行双向通讯，并能够接受外部设备对其实施的控制。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种组合充电电池，该组合充电电池是由一组或一组以上的电池组并联组成；所述电池组至少包括两个连接状态可控的可充电电池单元；所述可充电电池单元相互串联。
电池组的正极与一个充/放电选择开关的公共端连接；所述充/放电选择开关的充电端直接或通过单向导通元件间接与充电电源连接，其导通方向为充电电流方向；所述充/放电选择开关的放电端直接或通过另一个单向导通元件间接与所述组合充电电池的输出端连接，另一个单向导通元件的导通方向为放电电流方向。
可充电电池单元通过选择开关串联；所述选择开关具有选择端、1号被选端、2号被选端；所述选择端与可充电电池单元的负极连接；所述1号被选端与相邻的下一个可充电电池单元的正极连接；所述2号被选端与所述电池组的负极连接；在所述电池组中，除位于该电池组正极端的第一个可充电电池单元之外，其余可充电电池单元的正极还通过单向导通元件与充电电源端连接；所述单向导通元件的导通方向为充电电流方向。
所述的组合充电电池中还设有状态控制电路、标准数据通讯接口；所述状态控制电路的信号端分别与所述可充电电池单元的正极、标准数据通讯接口连接；所述状态控制电路的控制端分别与所述充/放电选择开关的控制端、选择开关的控制端连接。
状态控制电路可以是单片机。
标准数据通讯接口可以采用USB通讯接口或RS232接口或RS485接口。
上述的可充电电池单元至少是由可充电电芯、第一控制开关及第二控制开关构成；所述的可充电电芯与第一控制开关串联后再与第二控制开关并联；所述第一控制开关、第二控制开关在工作中同时只有一个开关接通。
上述的可充电电池单元中还包括测控电路，该测控电路的信号检测端与所述可充电电芯的输出端连接；所述测控电路的放电控制端与所述第一控制开关的控制端连接；所述测控电路的充电控制端与所述第一控制开关的控制端连接。
所述的第一控制开关为可控开关元件或可控开关电路；所述可控开关元件为开关晶体管或继电器；所述开关晶体管或继电器的控制端与所述测控电路的放电控制端或充电控制端连接；所述可控开关电路至少是由两个并联有单向导通元件的开关晶体管串联组成，或者是由两个并联有单向导通元件的继电器串联组成，该电路至少具有两个控制端并分别与所述测控电路的放电控制端、充电控制端连接。
所述的第一控制开关的控制端还与外部控制电路的控制端电气连接；可充电电芯的输出端还与外部控制电路的信号端连接。
所述的第二控制开关为开关晶体管或继电器；所述开关晶体管或继电器的控制端与外部控制电路的控制端连接。
可充电电芯可以采用锂离子电芯或镍氢电芯或镍镉电芯。
在上述技术方案中，所述的组合充电电池中还进一步设有恒压电路，并将原组合充电电池的输出端转接到所述恒压电路的电压输入端，而将所述恒压电路的输出端设定为所述组合充电电池的新输出端。
所述的恒压电路至少包括信号检测控制模块及功率输出单元；所述信号检测控制模块的一个信号输入端与所述恒压电路的输入端连接，另一个信号输入端与所述组合充电电池的新输出端电气连接；所述信号检测控制模块的控制信号端与所述功率输出单元的控制端连接；所述功率输出单元的输出端与所述组合充电电池的新输出端连接。
所述的信号检测控制模块的又一个信号输入端与所述状态控制电路的控制端连接。
由上述技术方案可知，本实用新型所提供的组合充电电池不仅可以对组成其自身的任何可充电电芯进行检测控制，而且还能够将其自身的工作状态信息通过控制电路及通讯接口向外部设备传送，并能够接受外部设备的控制。
当任何可充电电芯发生故障时，于之对映的测控电路就可以将其立即隔离，同时将该故障电芯旁路，使与之连接的其它可充电电芯直接连接，从而保证了该电芯所在的电池组的正常工作，进而使整个组合充电电池的正常充电或放电工作不受影响。
该组合充电电池通过选择开关与可充电电池单元的连接，并在状态控制电路的控制下，可以灵活的改变内部连接方式，提供了串联放电、并联充电的新功能，使每一个可充电电芯都能够在较为理想的充/放电环境下工作，同时设备在使用电源适配器和可充电电池供电工作时，输入电压不至波动太大。因为电源适配器要对可充电电池充电，其输出电压应大于可充电电池的最高输出电压，而随着可充电电池的放电，其输出电压就不断的下降，采用串联放电、并联充电的方式就能有效的改善输出电压的波动性。
有效的延长了组合充电电池的使用寿命。
另外，由于本实用新型中设置了恒压电路，使该组合充电电池不会因过多的可充电电芯使输出电压过高而影响电流的输出效率。
图1为本实用新型所涉及的一个可充电电池单元实施例的电路图；图2为本实用新型一个具体实施例的组成原理图；图3为本实用新型又一个具体实施例的组成框图；图4为设有恒压电路的实施例组成原理框图；图5为图4中恒压电路的一个具体实施例电路图。
具体实施方式
以下，结合具体实施例并参照附图对本实用新型进行进一步的详细说明。
图1所示为本实用新型所涉及的一个可充电电池单元的电路图。所述可充电电池单元中主要包括可充电电芯B、由MOS管Q1、MOS管Q2、二极管D5、二极管D6联合组成的具有双向导通控制的第一控制开关以及由MOS管Q3构成的第二控制开关。可充电电芯B与第一控制开关串联后再与第二控制开关并联。当第一控制开关中的两个MOS管都处于断开状态时，第二控制开关的MOS管Q3处于接通状态，反之，MOS管Q1、MOS管Q2中任何一个处于导通状态时，MOS管Q3处于断开状态。
在上述可充电电池单元中，还设有测控芯片IC1。测控芯片IC1的信号检测端5与可充电电芯B的输出端连接。测控芯片IC1的放电控制端1与MOS管Q1的控制端连接；测控芯片IC1的充电控制端3与MOS管Q2的控制端连接。
测控芯片IC1根据信号检测端5输入的电压信号使放电控制端1或充电控制端3输出为高电平，用以控制该可充电电芯B的在放电或充电状态下的导通或关断。
当可充电电芯B发生故障时(如过充电或过放电)，第一控制开关的两个MOS管的控制端都处于低电平，使第一控制开关断开。在具体应用中，由于可充电电芯B通常情况是被串联在一个电池组中，当第一控制开关断开时，第二控制开关的MOS管Q3在外部控制装置的控制下，处于接通状态，使连接在该可充电电池单元上、下两端的其余可充电电池组直接连接，从而保证该电池组的正常工作。
在上述电路中，可充电电芯B的正极还与外部设备的信号端Port连接，将该可充电电芯B的电压信号输出，同时，MOS管Q1、MOS管Q2的控制端也分别与外部控制信号端k1、k2连接，用以接受外部控制装置的直接控制。
以下是采用上述可充电电池单元组成的组合充电电池的具体实施例。
实施例一如图2所示，该组合充电电池是由两个可充电电池单元Bu先串联成电池组，并将两个同样的电池组再进行并联组成。
所述的可充电电池单元Bu1、Bu2通过选择开关K1串联，该选择开关Ku具有选择端x、1号被选端、2号被选端，选择端x与可充电电池单元Bu的负极连接；所述1号被选端与相邻的下一个可充电电池单元Bu2的正极连接；所述2号被选端与所述电池组的负极连接。在该电池组中，除位于正极端的第一个可充电电池单元Bu1之外，可充电电池单元Bu2的正极还通过二极管D2与充电电源端Vcc连接；二极管D2的导通方向为充电电流方向。
该电池组的正极与一个充/放电选择开关K的公共端y连接；所述充/放电选择开关的充电端c通过二极管D1与充电电源Vcc连接，其导通方向为充电电流方向；所述充/放电选择开关K的放电端f通过另一个二极管Df与所述组合充电电池的输出端DC连接，另一个二极管Df的导通方向为放电电流方向。
在上述连接中，当充/放电选择开关K的公共端y与放电端f连通，且选择开关K1的选择端x与1号被选端连通时，可充电电池单元Bu1、Bu2组成串联放电组；当充/放电选择开关K的公共端y与充电端c连通，且选择开关K1的选择端x与2号被选端连通时，可充电电池单元Bu1、Bu2组成并联充电组，使每个可充电电池单元都可以得到充分充电电量。
由于可充电电池单元都具有可供外部控制装置控制的信号端，所以，在并联充电时，当任何一个可充电电芯完成充电工作时，第一控制开关虽然可自动断开，但第二控制开关不导通。
另外，上述的充/放电选择开关K、选择开关Ku的控制端都受到外部控制装置的统一控制。
实施例二如图3所示，在该实施例中，组合充电电池中设有单片机、USB通讯接口。其中的电池组为上述实施例一所提供的并联电池组，单片机的信号端分别与电池组中每一个可充电电池单元的正极连接，同时还与USB通讯接口连接。
单片机的控制端分别与所述充/放电选择开关的控制端、选择开关的控制端连接，也可同时与每一个可充电电池单元的第二控制开关的控制端连接。
通过单片机的控制，可实现对构成组合充电电池的每一个电池组以及每一个可充电电池单元的控制，不仅如此，通过USB通讯接口，该组合充电电池还能与外部计算机进行通讯连接，并接受外部计算机的控制信号。
实施例三在所述的组合充电电池中还可进一步设有恒压电路，使该组合充电电池具有稳定的恒压输出，使具有较高的输出效率，其实现方式如图4所示。
将组合充电电池的输出端转接到所述恒压电路的电压输入端，而将所述恒压电路的输出端设定为该组合充电电池的新输出端DC。由电池组1、电池组2所组成的组合电池的输出电压通过恒压电路的检测控制，被限定在额定的电压范围内。
上述恒压电路的工作原理见图5所示。该电路采用脉宽调制芯片IC为检测控制模块，电池组与该电路的Vcc端连接，将电压信号输入15脚。脉宽调制芯片IC的脉冲信号输出端11、14分别与该电路中功率输出单元的控制信号输入端连接。晶体管Q1、Q2的基极分别与脉冲信号输出端11、14连接，当脉宽调制芯片IC通过脉冲信号输出端11、14输出两个反向脉冲信号时，晶体管Q1、Q2分别进入导通状态，并产生两个反向的电流，所述的两个反向的电流通过互感线圈B1在次极的两端与中间抽头之间产生两个反向电压，并通过二极管D1、D2的倒向作用合成为正向输出电压。
脉冲信号输出端11、14的导通时间受到脉宽调制芯片IC的控制，不同的导通时间，可以获得不同宽度的脉冲，从而在互感线圈B1的输出端就会获得不同的有效输出电压值。通过预先设定该电路中各元件的参数以及对电池组的实际输出电压信号的检测，可获脉冲信号输出端11、14的导通时间。
当电池组输出电压信号高时，脉冲信号输出端11、14的导通时间较短，则，晶体管Q1、Q2的导通时间相应为短，在互感线圈B1的次极得到脉宽较窄的电流波形，而其输出电压数值则小于电池组的实际输出电压信号数值；当电池组的电压较低，其电压信号被传送到脉宽调制芯片IC中，通过脉宽调制芯片IC中逻辑控制电路，脉冲信号输出端11、14的导通信号时间会相应加长，从而在互感线圈B1的次极可以获得脉宽较宽的电流波形，则输出端的电压值高于电池组的实际输出电压信号值。
通过该恒压控制电路实现了对电池组输出电压的恒定控制，为保证输出电压的稳定，该电路还对该组合电池的输出电压通过电阻R1、R2进行分压采样并反馈到脉宽调制芯片IC的另一个信号输入端1，从而在该组合电池内进行双闭环回路控制。
不仅如此，脉宽调制芯片IC的又一个信号输入端10还通过分压电阻R5、R6与外部控制设备(如单片机)控制信号输出端Kw连接，使外部控制设备可以方便的对该组合电池的输出进行外部控制。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种组合充电电池，其特征在于所述的组合充电电池是由一组或一组以上的电池组并联组成；所述电池组至少包括两个连接状态可控的可充电电池单元；所述可充电电池单元相互串联。
2.根据权利要求1所述的组合充电电池，其特征在于所述的电池组的正极还与一个充/放电选择开关的公共端连接；所述充/放电选择开关的充电端直接或通过单向导通元件间接与充电电源连接；所述充/放电选择开关的放电端直接或通过另一个单向导通元件间接与所述组合充电电池的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的组合充电电池，其特征在于所述的可充电电池单元通过选择开关串联；所述选择开关具有选择端、1号被选端、2号被选端；所述选择端与可充电电池单元的负极连接；所述1号被选端与相邻的下一个可充电电池单元的正极连接；所述2号被选端与所述电池组的负极连接；在所述电池组中，除位于该电池组正极端的第一个可充电电池单元之外，其余可充电电池单元的正极还通过单向导通元件与充电电源端连接。
4.根据权利要求3所述的组合充电电池，其特征在于所述的组合充电电池中还设有状态控制电路、标准数据通讯接口；所述状态控制电路的信号端分别与所述可充电电池单元的正极、标准数据通讯接口连接；所述状态控制电路的控制端分别与所述充/放电选择开关的控制端、选择开关的控制端连接。
5.根据权利要求4所述的组合充电电池，其特征在于所述的状态控制电路为单片机。
6.根据权利要求4所述的组合充电电池，其特征在于所述的标准数据通讯接口为USB通讯接口或RS232接口或RS485接口。
7.根据权利要求1所述的组合充电电池，其特征在于所述的可充电电池单元至少由可充电电芯、第一控制开关及第二控制开关构成；所述的可充电电芯与第一控制开关串联后再与第二控制开关并联。
8.根据权利要求7所述的组合充电电池，其特征在于所述的可充电电池单元还包括测控电路；所述测控电路的信号检测端与所述可充电电芯的输出端连接；所述测控电路的放电控制端与所述第一控制开关的控制端连接；所述测控电路的充电控制端与所述第一控制开关的控制端连接。
9.根据权利要求7或8所述的组合充电电池，其特征在于所述的第一控制开关为可控开关元件或可控开关电路；所述可控开关元件为开关晶体管或继电器；所述开关晶体管或继电器的控制端与所述测控电路的放电控制端或充电控制端连接；所述可控开关电路至少是由两个并联有单向导通元件的开关晶体管串联组成，或者是由两个并联有单向导通元件的继电器串联组成，该电路至少具有两个控制端并分别与所述测控电路的放电控制端、充电控制端连接。
10.根据权利要求7或8所述的组合充电电池，其特征在于所述的第一控制开关的控制端还与外部控制电路的控制端电气连接。
11.根据权利要求7或8所述的组合充电电池，其特征在于所述的可充电电芯的输出端还与外部控制电路的信号端连接。
12.根据权利要求7或8所述的组合充电电池，其特征在于所述的第二控制开关为开关晶体管或继电器；所述开关晶体管或继电器的控制端与外部控制电路的控制端连接。
13.根据权利要求7所述的组合充电电池，其特征在于所述的可充电电芯为锂离子电芯或镍氢电芯或镍镉电芯。
14.根据权利要求1或2所述的组合充电电池，其特征在于所述的组合充电电池中还进一步设有恒压电路，并将原组合充电电池的输出端转接到所述恒压电路的电压输入端，而将所述恒压电路的输出端设定为所述组合充电电池的新输出端。
15.根据权利要求14所述的组合充电电池，其特征在于所述的恒压电路至少包括信号检测控制模块及功率输出单元；所述信号检测控制模块的一个信号输入端与所述恒压电路的输入端连接，另一个信号输入端与所述组合充电电池的新输出端电气连接；所述信号检测控制模块的控制信号端与所述功率输出单元的控制端连接；所述功率输出单元的输出端与所述组合充电电池的新输出端连接。
16.根据权利要求15所述的组合充电电池，其特征在于所述的信号检测控制模块的又一个信号输入端与所述状态控制电路的控制端连接。
专利摘要一种组合充电电池，所述的组合充电电池是由一组或一组以上的电池组并联组成；所述电池组至少包括两个连接状态可控的可充电电池单元；所述可充电电池单元相互串联。本实用新型所提供的组合充电电池可以对组成其自身的任何可充电电芯进行检测控制，当任何可充电电芯发生故障时，与之对映的测控电路就可以将其立即隔离，同时将该故障电芯旁路，使与之连接的其它可充电电芯直接连接，从而保证了该电芯所在的电池组的正常工作。
文档编号H01M10/42GK2612082SQ03243158
公开日2004年4月14日 申请日期2003年4月4日 优先权日2003年4月4日
发明者李宏彦, 吴桔生 申请人:京东方科技集团股份有限公司