专利名称：二次电池的制作方法
技术领域：
实施例涉及一种二次电池。
背景技术：
随着电子工业、通讯工业和计算机工业的快速发展，现在便携式电子装置已被广 泛地应用。可充电的二次电池主要用作便携式电子装置的电源。现在，具有袋状构造的电池被广泛地用作二次电池。袋型电池包括用于储存和提 供电能的裸电池及用于控制裸电池充电/放电的保护电路模块。裸电池和保护电路结合成
一个单元。在二次电池中，锂二次电池具有3. 7V的平均工作电压。因此，锂二次电池与已存 在的工作电压在1.2V至1.5V范围的AA尺寸和AAA尺寸的一次电池不兼容。
发明内容
因此，本发明的一个特征在于提供一种改进的二次电池。本发明的另一个特征在于提供一种二次电池，该二次电池提供比充电电压低的使 用电压。本发明的又一个特征在于提供一种二次电池，该二次电池提供比充电电压低的使 用电压以防止反向电流流到充电通路和放电通路中。本发明的再一个特征在于提供一种二次电池，该二次电池提供比充电电压低的使 用电压以及连接到一个电极端子的充电通路和放电通路。通过提供这样一种二次电池可以实现上述和其他特征和优点中的至少一种，该二 次电池被构造为具有包括可充电/可放电的电池单体的电池单元、电连接到电池单元以对 电池单元进行充电和放电的外部端子以及包括电流提供电路的保护电路模块。保护电路模 块将电池单元电连接到外部端子。电流提供电路包括彼此分开的充电通路和放电通路、在 放电通路上的将电池单元的输出电压降低到使用电压的电压降单元以及防止反向电流流 到充电通路和放电通路中的反向电流防止单元。电压降单元可以包括降压DC-DC转换器。反向电流防止单元可以包括沿相对充电方向的正向设置在充电通路上的第一二 极管和沿相对放电方向的正向设置在放电通路上的第二二极管。电压降单元可以具有比使 用电压高出由第二二极管降低的电压值的输出电压。反向电流防止单元的第二二极管可以 包括肖特基二极管。反向电流防止单元可以包括设置在充电通路上的第一开关装置和设置在放电通 路上的第二开关装置。电压降单元可以将控制信号提供给第一开关装置和第二开关装置。 反向电流防止单元的第一开关装置和第二开关装置中的至少一个可以包括场效应晶体管。保护电路模块的电流提供电路还可以包括充电/放电识别单元。充电/放电识别 单元可以包括将电压降单元电连接到充电通路或放电通路的识别电阻器。
电池单元可以包括多个彼此电连接的电池单体。保护电路模块还可以包括将电池单元电连接到电流提供电路的充电/放电控制 电路，充电/放电控制电路切换充电和放电操作。外部端子可以包括电连接到电流提供电路的充电通路和放电通路的第一电极端子。外部端子可以包括电连接到充电通路的第一充电电极端子和电连接到放电通路 的第一放电电极端子。使用电压可以在大约1.2V至大约1. 5V的范围内。二次电池可以与AA尺寸或AAA尺寸的一次电池兼容。通过提供这样一种二次电池可以实现上面和其他的特征和优点的至少一种，该二 次电池被构造为具有包括至少一个可充电/可放电的电池单体的电池单元、电连接到电池 单元以对电池单元进行充电和放电的外部端子以及包括电流提供电路的保护电路模块。保 护电路模块将电池单元电连接到外部端子。保护电路模块的电流提供电路包括彼此分开的 充电通路和放电通路以及在放电通路上降低电压的电压降单元。外部端子包括电连接到电 流提供电路的充电通路和放电通路的第一电极端子。
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，对本发明更完全的理解以及本发 明的许多附属优点将更明显且将变得更好理解，在附图中，相同的标号代表相同或相似的 组件，其中图1示出根据本发明原理的一个实施例的二次电池的电路图；图2示出根据本发明原理的另一个实施例的二次电池的电路图；图3示出根据本发明原理的另一个实施例的二次电池的电路图。
具体实施例方式现在，将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的形 式实施，且不应解释为局限于这里提出的实施例。另外，提供这些实施例使本公开将是彻底 和完全的，并且将把本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。图1示出根据本发明原理的一个实施例的二次电池的电路图。参照图1，二次电池100包括电池单元(cell unit) 110、保护电路模块120和外部 端子150。电池单元110包括电池单体(battery cell) 111。第一电极IlOa和第二电极IlOb 设置在电池单元110中。电池单元110重复地储存电能以将储存的电能提供给外部负载 (未示出)。虽然在本实施例中第一电极IlOa为正极，第二电极IlOb为负极，但不局限于 此。另外，虽然在本实施例中电池单体111包括具有3. 7V平均工作电压的锂二次电池，但 不局限于此。例如，电池单体111可以包括不同类型的可充电电池，诸如锂聚合物电池。虽 然在本实施例中电池单元110包括一个电池单体111，但不局限于此。例如，电池单元110 可以包括两个或更多串联、并联或串-并联连接的电池单体，这些情况在本发明的范围内。保护电路模块120包括充电/放电控制电路130和电流提供电路140。保护电路模块120允许电池单元110电连接到外部端子150以控制充电/放电操作，从而保护二次 电池100。充电/放电控制电路130包括充电/放电切换部分131、充电/放电控制部分134 和电流检测部分137。充电/放电控制电路130控制电池单元110的充电/放电操作。充电/放电切换部分131包括充电开关装置132和放电开关装置133。充电/放 电切换部分131只允许电池单元110充电和放电时电流的适当流动。充电开关装置132包括用于充电FET 132a的充电场效应晶体管(FET) 132a和寄 生二极管132b。寄生二极管132b与充电FET 132a并联连接。安装充电FET 132a使漏极 和源极设置在电池单元110的大电流通路10上。在本实施例中，大电流通路10表示电池 单元110的充电/放电电流流过的通路。充电FET 132a接收由充电/放电控制部分134 通过充电FET 132a的栅极输入的控制信号，并根据控制信号导通或截止。当电池单元110 充电时，充电FET132a导通以将充电电流施加给电池单元110。用于充电PET 132a的寄生二极管132b沿着与充电电流方向相反的方向设置。当 充电PET 132a截止时，用于充电PET 132a的寄生二极管132b中断充电电流并为放电电流 提供通路。放电开关装置133包括放电FET 133a和用于放电FET 133a的寄生二极管133b。 寄生二极管133b与放电FET 133a并联连接。安装放电FET 133a使漏极和源极设置在电池单元110的大电流通路10上。放电 FET 133a接收由充电/放电控制部分134通过放电FET 133a的栅极输入的控制信号，并根 据该控制信号导通或截止。当电池单元110放电时，放电FET 133a导通以将电池单元110 的放电电流通过外部端子150施加给外部负载(未示出)。用于放电FET 133a的寄生二极管133b沿与放电电流方向相反的方向设置。当放 电FET 133a截止时，用于放电FET 133a的寄生二极管133b中断放电电流并提供用于充电 电流的通路。充电/放电控制部分134包括模拟前端(AFE) 135和微处理器单元(MPU) 136。AFE 135电连接到电池单元110的第一电极IlOa和第二电极110b。另外，AFE 135 电连接到充电FET 132a的栅极和放电FET 133a的栅极。AFE 135检测电池单元110的开 路电压以确定过放电模式、完全放电模式、完全充电模式和过充电模式，其中，电池单元110 的开路电压为电池单元110的第一电极IlOa和第二电极IlOb之间的电压差。因此，充电 /放电切换部分131的充电FET 132a和放电FET 133a根据各个模式导通或截止。在这种 情况下，用于控制充电/放电切换部分131的功率控制电路在AFE 135中建立。AFE 135为一种专用集成电路(ASIC)。AFE 135包括用于即时检测电池单元110 的开路电压和操作充电/放电开关装置131的自动电路装置(power-operated circuit device)。这样，AFE 135使得充电/放电切换部分131的充电FET 132a和放电FET 133a 能够根据相应的模式以快的响应速度导通或截止，从而首先保护电池单元110。MPU 136包括微处理器(未示出)、电连接到微处理器的无源装置(未示出)、有 源装置(未示出)和存储器(未示出)。MPU 136电连接到AFE 135，以接收电池单元110 的开路电压数据并检测电池单元110的开路电压。另外，MPU 136可以改变在AFE 135中 设置的过放电模式、完全放电模式、完全充电模式和过充电模式的设置电压。另外，MPU 136向AFE 135输出控制信号，以控制充电/放电切换部分131。MPU 136计算电池单元110的 充电电流和放电电流。在这种情况下，MPU 136电连接到电流检测装置137的两端，以测量 电流检测装置137的两端之间的电压差改变的程度，从而计算电流值。电流检测装置137设置在大电流通路10上。电流检测装置137的两端电连接到 MPU 136。在该实施例中，电流检测装置137包括感应电阻器。MPU136测量电流检测装置 137两端之间的电压差，以计算在大电流通路10上流动的充电电流和放电电流。电流提供电路140包括充电通路141、放电通路142、反向电流防止单元143和电 压降单元144。电流提供电路140提供合适的充电电流和合适的放电电流。充电通路141和放电通路142在大电流通路10上彼此电隔离。充电通路141提 供充电电流流过的通路，放电通路142提供放电电流流过的通路。反向电流防止单元143包括设置在充电通路141上的第一二极管143a和设置在 放电通路142上的第二二极管143b。反向电流防止单元143防止反向电流流到充电通路 141和放电通路142中。也就是说，反向电流防止单元143防止放电电流流到充电通路141 中，并防止充电电流流到放电通路142中。第一二极管143a沿着与放电方向相反的方向设置在充电通路141上。也就是说， 第一二极管143a沿着相对充电方向的正向设置在充电通路141上。这样，第一二极管143a 防止流到充电通路141中的电流沿放电方向流动。第二二极管143b沿与充电方向相反的方向设置在放电通路142上。也就是说，第 二二极管143b沿相对放电方向的正向设置在放电通路142上。这样，第二二极管143b防止 流到放电通路142中的电流沿充电方向流动。在第二二极管143b包括常规二极管的情况 下，在放电电流通过第二二极管143b时，常规二极管的电压降为0. 7V。在第二二极管143b 包括肖特基二极管的情况下，在放电电流通过第二二极管143b时，肖特基二极管的电压降 为 0. 3V。电压降单元144设置在放电通路142上以将电池单元110的输出电压降到期望的 电压，从而将降低后的电压用作使用电压。使用电压为通过二次电池100输出到外部负载 (未示出)的放电电压。在本实施例中，电压降单元144包括典型构造的降压(St印-down) DC-DC转换器(未示出)。降压DC-DC转换器为将直流(DC)源从第一电压电平转换为更低 的第二电压电平的电子电路。电压降单元144设置在反向电流防止单元143的第二二极管 143b的前面(相对于放电通路142的放电方向)。也就是说，电压降单元144和反向电流 防止单元143的第二二极管143b沿着放电方向顺序地设置在放电通路142上，从而放电电 流首先流过电压降单元144，然后流过反向电流防止单元143的第二二极管143b。电压降 单元144的输出电压根据期望的使用电压及由第二二极管143b导致的电压降而确定。在 第二二极管143b包括常规二极管的情况下，考虑到常规二极管导致的电压降的程度，电压 降单元144输出比期望的放电电压高大约0. 7V的电压。选择地，在第二二极管143b包括 肖特基二极管的情况下，考虑到肖特基二极管导致的电压降的程度，电压降单元144输出 比期望的放电电压高大约0. 3V的电压。外部端子150包括第一电极端子151和第二电极端子152。诸如充电器(未示出) 或外部负载(未示出)的用于充电和放电的外部装置电连接到外部端子150。虽然未示出， 但外部端子150还可以包括第三端子(未示出)。第三端子(未示出)连接到充电/放电控制部分134。充电/放电控制部分134通过第三端子(未示出)接收来自充电器(未示 出)的充电需要的数据和将充电需要的数据传输到充电器(未示出)，并且通过第三端子 (未示出)接收来自外部负载(未示出)的放电需要的数据和将放电需要的数据传输到外 部负载(未示出)。第一电极端子151电连接到电流提供电路140的充电通路141和放电通路142。 第一电极端子151电连接到大电流通路10上电池单元110的第一电极110a，用作用于充电 和放电的正极端子。由于电流提供电路140的充电通路141和放电通路142 —起电连接到 第一电极端子151，所以第一电极端子151便于充电通路141和放电通路142的应用。第二电极端子152电连接到大电流通路10上电池单元110的第二电极110b，用作 用于充电和放电的负极端子。将参照图1详细地描述上述实施例的操作。在本实施例中，将充电电压设置为大 约4. 2V，将通过外部端子150而放电的使用电压设置为大约1. 5V。在过充电模式中，电池 单元110的电压在大约4. 2V至大约4. 3V的范围内。在过放电模式中，电池单元110的电 压在大约2. 3V至大约2. 6V的范围内。大约2A至大约6A范围内的电流在大电流通路10 流动的情况定义为过电流流动的情况。将描述二次电池100的充电操作。为了对二次电池100充电，将二次电池100的 外部端子150电连接到充电器(未示出)。当充电器(未示出)连接到二次电池100时，充 电/放电控制电路130的充电开关装置132导通，放电开关装置133截止。在这种情况下， 通过外部端子150的第一电极端子151和第二电极端子152以大约4. 2V和0. 5C执行充电 操作。充电电流通过电流提供电路140的充电通路141流到电池单元110中。这里，充电 电流因设置在电流提供电路140的放电通路142上的第二二极管143b而未流到放电通路 142中。在电池单元110的电压在大约4. 2V至大约4. 3V范围内的情况下，二次电池100处 于过充电模式。这样，充电开关装置132截止以停止充电操作。另外，在大约2A至大约6A 范围内的电流(与过电流对应)在大电流通路10中流动的情况下，充电开关装置132截止 以停止充电操作。将描述二次电池100的放电操作。为了对二次电池100进行放电，将外部负载(未 示出)电连接到二次电池100的外部端子150。当外部负载(未示出)连接到二次电池100 时，充电/放电控制电路130的放电开关装置133导通，充电开关装置132截止。电流提供 电路140的电压降单元144降低电池单元110的输出电压。电压降单元144的输出电压根 据由第二二极管143b导致的电压降而确定。在第二二极管143b包括常规二极管的情况 下，考虑到由常规二极管导致的电压降的程度，电压降单元144输出比1.5V (使用电压)高 0. 7V的大约2. 2V的电压。另外，在第二二极管143b包括肖特基二极管的情况下，考虑到由 肖特基二极管导致的电压降的程度，电压降单元144输出比1. 5V (使用电压)高0. 3V的大 约1. 8V的电压。这里，放电电流因设置在电流提供电路140的充电通路141上的第一二极 管143a而未流到充电通路141中。大约1.5V的电压(使用电压)施加到外部端子150的 第一电极端子151和第二电极端子152。在电池单元110的电压在大约2. 3V至大约2. 6V 范围内的情况下，二次电池100处于过放电模式。这样，放电开关装置133截止以停止放电 操作。另外，在大约2A至大约6A范围内的电流(与过电流对应)在大电流通路10中流动 的情况下，放电开关装置133截止以停止放电操作。
图2示出根据本发明原理的另一个实施例的二次电池的电路图。参照图2，二次电池200包括电池单元110、保护电路模块120和外部端子250。电 池单元110和保护电路模块120具有与参照图1描述的实施例的构造和操作相同的构造和 操作。因此，将省略其详细描述。外部端子250包括第一充电电极端子25la、第一放电电极端子251b和第二电极端 子152。第一充电电极端子251a电连接到电流提供电路140的充电通路141。第一放电电 极端子251b电连接到电流提供电路140的放电通路142。第二电极端子152具有与参照图 1的描述的实施例的构造和操作相同的构造和操作。因此，将省略其详细描述。充电器(未示出)电连接到第一充电电极端子251a和第二电极端子152，以执行 二次电池200的充电操作。外部负载(未示出)电连接到第一放电电极端子251b和第二 电极端子152，以执行二次电池200的放电操作。除了上述的组件外，其他组件具有与参照图1描述的实施例的构造和操作相同的 构造和操作。因此，将省略它们的详细描述。图3示出根据本发明原理的另一个实施例的二次电池的电路图。参照图3，二次电池300包括电池单元110、保护电路模块320和外部端子150。电 池单元110和外部端子150具有与参照图1描述的实施例的构造和操作相同的构造和操 作。因此，将省略它们的详细描述。 保护电路模块320包括充电/放电控制电路130和电流提供电路340。由于充电 /放电控制电路130具有与参照图1描述的实施例的构造和操作相同的构造和操作，所以将 省略其具体描述。电流提供电路340包括充电通路141、放电通路142、反向电流防止单元 343、电压降单元344和充电/放电识别单元345。由于充电通路141和放电通路142具有 与参照图1描述的实施例的构造和操作相同的构造和操作，所以将省略它们的详细描述。反向电流防止单元343包括设置在充电通路141上的第一开关装置343a和设置 在放电通路142上的第二开关装置343b。在本实施例中，第一开关装置343a和第二开关装 置343b中的每一个都包括FET。当电池单元110充电时，设置在充电通路141上的第一开 关装置343a导通，设置在放电通路142上的第二开关装置343b截止。当电池单元110放 电时，设置在放电通路142上的第二开关装置343b导通，设置在充电通路141上的第一开 关装置343a截止。这样，反向电流防止单元343防止反向电流流到充电通路141和放电通 路142中。电压降单元344通过充电/放电识别单元345识别充电和放电状态，以向反向 电流防止单元343的第一开关装置343a和第二开关装置343b中输出控制信号。充电/放 电识别单元345包括用于将充电通路141电连接到电压降单元344的识别电阻器346。电 压降单元344检测识别电阻器346两端的电压，以识别充电和放电状态。除了上述的组件外，其他组件具有参照图1描述的实施例的构造和操作相同的构 造和操作。因此，将省略它们的详细描述。根据实施例可以了解上述的特征和优点。根据实施例，由于二次电池提供了比充 电电压低的放电电压，所以该二次电池可以与现有的一次电池兼容。另外，根据实施例，由于二次电池提供了比充电电压低的放电电压且防止了反向 电流流到充电通路和放电通路中，所以实现了稳定的充电/放电操作。另外，根据实施例，由于二次电池提供了比充电电压低的放电电压且允许充电通路和放电通路连接到一个电极端子，所以该二次电池易于连接到外部装置。
这里已经公开了示例性实施例，虽然使用了特定的术语，但使用这些术语将只以 普通的且描述的意义来解释，而不以限制性的目的来解释。因此，本领域的普通技术人员应 该理解，在不脱离本发明的由权利要求所阐述的精神和范围的情况下，可以做各种形式和 细节的改变。
权利要求
1.一种二次电池，所述二次电池包括电池单元、外部端子和保护电路模块，电池单元 包括可充电/可放电的电池单体，外部端子电连接到电池单元以对电池单元进行充电和 放电，保护电路模块包括电流提供电路以将电池单元电连接到外部端子，电流提供电路包 括彼此分开的充电通路和放电通路；电压降单元，设置在放电通路上，将电池单元的输出电压降到使用电压； 反向电流防止单元，防止反向电流流到充电通路和放电通路中。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中，电压降单元包括降压直流-直流转换器。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中，反向电流防止单元包括沿相对充电方向的正 向设置在充电通路上的第一二极管和沿相对放电方向的正向设置在放电通路上的第二二 极管。
4.如权利要求3所述的二次电池，其中，电压降单元具有比使用电压高出由第二二极 管降低的电压值的输出电压。
5.如权利要求3所述的二次电池，其中，反向电流防止单元的第二二极管包括肖特基二极管。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中，反向电流防止单元包括设置在充电通路上的 第一开关装置和设置在放电通路上的第二开关装置。
7.如权利要求6所述的二次电池，其中，电压降单元将控制信号提供给第一开关装置 和第二开关装置。
8.如权利要求6所述的二次电池，其中，反向电流防止单元的第一开关装置和第二开 关装置中的至少一个包括场效应晶体管。
9.如权利要求1所述的二次电池，其中，保护电路模块的电流提供电路还包括充电/放 电识别单元。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中，充电/放电识别单元包括将电压降单元电连 接到充电通路和放电通路中的一个的识别电阻器。
11.如权利要求1所述的二次电池，其中，电池单元包括多个彼此电连接的电池单体。
12.如权利要求1所述的二次电池，其中，保护电路模块还包括将电池单元电连接到电 流提供电路的充电/放电控制电路，充电/放电控制电路切换充电和放电操作。
13.如权利要求1所述的二次电池，其中，外部端子包括电连接到电流提供电路的充电 通路和放电通路的第一电极端子。
14.如权利要求1所述的二次电池，其中，外部端子包括电连接到充电通路的第一充电 电极端子和电连接到放电通路的第一放电电极端子。
15.如权利要求1所述的二次电池，其中，使用电压在1.2V至1. 5V的范围内。
16.如权利要求1所述的二次电池，其中，二次电池与AA尺寸或AAA尺寸的一次电池兼容。
17.一种二次电池，所述二次电池包括电池单元，包括至少一个可充电/可放电的电池单体； 外部端子，电连接到电池单元以对电池单元进行充电和放电； 保护电路模块，包括电流提供电路以将电池单元电连接到外部端子，保护电路模块的电流提供电路包括彼此分开的充电通路和放电通路以及在放电通路上的降低电压的电压 降单元，外部端子包括与电流提供电路的充电通路和放电通路电连接在一起的第一电极端子。
全文摘要
本发明提供了一种二次电池。该二次电池提供比充电电压低的使用电压。该二次电池包括电池单元，包括可充电/可放电的电池单体；外部端子，电连接到电池单元以对电池单元进行充电和放电；保护电路模块，包括电流提供电路。保护电路模块将电池单元电连接到外部端子。电流提供电路包括彼此分开的充电通路和放电通路、放电通路上的将电池单元的输出电压降低到使用电压的电压降单元以及防止反向电流流到充电通路和放电通路中的反向电流防止单元。
文档编号H01M10/46GK101997147SQ201010258969
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月19日 优先权日2009年8月19日
发明者徐镜源, 李相州, 金奉永, 金永美 申请人:三星Sdi株式会社