专利名称：用于基于锂的可再充电蓄电池的过充电保护装置和方法
本申请要求1998年1月31日提交的题为“Battery High VoltageCharge Protection”的美国临时申请No.60/073,287，以及1998年1月31日提交的题为“Overcharge Protection Device for Li-Ion Or Li-Polymer Rechargeable Battery Cells”的美国临时申请No.60/073,279的优先权。这些临时申请各自的全文在此引入作为参考。本申请还与相同日期提交的题为“Supplemental Battery Overcharge ProtectionDevice”，代理机构案卷号为No.EN 10502 PCT的共同待定和共同转让PCT申请No.＿＿有关，它的全文在此引入作为参考。
本发明涉及可再充电蓄电池，例如锂离子或锂聚合物可再充电蓄电池单元及其它可再充电蓄电池化学，并且特别涉及过充电保护电路及为此的装置。
基于锂的可充电蓄电池单元如果严重地过充电，易遭受可能不安全的故障方式。已经提出了现有技术过充电保护的无数方法，并在锂电池产品和蓄电池组件产品中实现，以避免过充电情况的可能严重后果。这些方法中很少以非常低的费用提供完全适当的保护。这些方法中的许多方法实质上不具备故障安全性。此外，过充电保护中很少有已知方法提出能包括在蓄电池单元结构中。
属于Garrett等人的美国专利5,608,307公开一种用于蓄电池组件的分路调节器控制方法。然而，这种现有技术控制方法主要响应过充电电流，这样可能不适当地保护锂蓄电池单元。另外，这种现有技术方法不提供保护分路调节器装置免受由高功率耗散，特别是在由失控故障蓄电池充电器所可能引起的过负荷充电情况下，所引起的热失控。此外，现有方法不包括提供完全故障安全。
希望提供一种和锂蓄电池单元及其它蓄电池单元化学应用一起使用的保护装置，以保护蓄电池单元免受过充电情况，并且它包括可选附加特点，以通过对保护蓄电池单元的电路元件本身进行保护，实现故障安全保护。
图1是按照本发明的一个实施例的保护电路的示意图。
图2是表示图1所示保护电路的元件的物理布置的断面图。
图3是表示图1保护电路的一个变更的方框图。
图4是更详细地表示图3的变更的示意图。
图5是按照本发明的另一个实施例的功率混合保护装置的示意图。
图6是图5功率混合保护装置的各种元件的可能物理结构的透视图。
图7是表示适用于功率混合保护装置的分路电压调节器的可能实现的方框图。
图8是表示适用于功率混合保护装置的分路电压调节器的电压-电流特性的曲线图。
图9是与图6类似的可能物理结构的透视图，但是与接合条相对，表示使用线接合。
参考图1和图2，按照本发明的第一实施例的保护电路用标号100表示。保护电路100包括一个电压调节器元件110和一个热敏(开关)元件120。电压调节器元件110与被保护蓄电池/电池单元5的端子分路(更具体地说并联)连接。热敏元件120与电压调节器元件110和对其供给充电电流的端子串联连接。电压调节器元件110和热敏元件120如它们之间的虚线所示相互热耦合。实现热耦合的方式如下文说明。
电压调节元件110和热敏元件120能结合在蓄电池5内部，或作为蓄电池5的部分，固定在蓄电池的单个单元上，或包含在整体组件或封装中(图2)。电压调节器元件110可以用齐纳二极管或有源电压调节器实施。热敏元件120是一个在高温情况下断开的温度敏感开关。热敏元件120可以用热熔件、热动开关、固态热敏电阻器或任何其它在预定温度之上断开的温度敏感开关来实施。适当热敏电阻器的例子是由Bourns Corp.制造的PTC装置，由Panasonic Corp.制造的可复位熔断装置，以及由Raychem Corp.制造的PolySwitchTM热敏电阻器。一般地说，这里使用的术语“热敏电阻器”意指一个在预定“正常”操作温度范围之内具有低电阻，而其电阻在高温下(优选地非线性)增加到非常高电阻值的元件。因此，热敏电阻器在低温下起类似短路作用，而在高温下起类似开路作用。术语“电阻元件”下文用来指有效的热敏电阻器的那个部分，即响应温度增加而增加电阻的热敏电阻器的那个部分。
参考图2，示出了保护电路100的一种可能物理结构。电压调节器100(具体是一个齐纳二极管)和热敏元件120结合在一个共用壳内。触点A、B和C对应于图1示意图中的那些点，它们如所示形成与电压调节器110和热敏元件120的连接。
当选择齐纳二极管用作电压调节器110时，这样选择齐纳二极管，以便蓄电池5的开路电压小于齐纳二极管的齐纳电压。因此，当蓄电池5不被充电时，将不会从它流出电流。
以下在用齐纳二极管作电压调节器元件110的情况下，叙述保护电路100的操作。如果在蓄电池5的充电期间，当蓄电池5两端之间的电压达到齐纳电压并且继续上升时，齐纳二极管将从蓄电池5旁强烈地导通电流，并且因此将耗散能量(热)。通过从蓄电池5转移电流，齐纳二极管防止了蓄电池5的过充电。此外，如果蓄电池5两端之间的电压继续上升，最终蓄电池充电器输出的所有充电电流转移到齐纳二极管。当这种情况发生足够长时段时，齐纳二极管的温升可能变得过度，并且因此有齐纳二极管热故障的危险。为了防止齐纳二极管的热故障，与其纳二极管热耦合的热敏元件120将开始变热，并且最终在预定温度使充电电流开路。当热敏元件120断开电路时，在超过由齐纳二极管和热敏元件120的特性所确定的最大切断电压时，将不再发生对蓄电池5的充电。并且，齐纳二极管将不再出现温度升高。
根据所选择的热敏电阻器的类型，如果选择热熔件，这样可能导致永久开路状态，当使用热动电阻时，可能导致暂时开路(直到热动电阻冷却为止)，而当时用热敏电阻器时，可能导致与蓄电池串联的暂时非常高的电阻。因此，电压调节器110保护蓄电池在充电和放电期间过电流，特别是，在充电循环结束时，电压调节器110防止蓄电池上出现过电压。一旦电压调节器110足够变热，热敏元件120就通过断开蓄电池充电器输出的充电电流，防止对电压调节器110的热损坏。
图3和图4是图1所示保护电路100的进一步变更。在图3中，保护电路100进一步设有一个与电压调节器110并联的电压探测器130，以及一个与电压调节器110串联的开关140。这些附加元件在蓄电池5两端之间电压低于调节器电压时有用。在这种情况下，电压探测器探测电压低于电压调节器110的预定调节电压，并且断开开关140，以便使调节器从电路断开，从而使电压调节器110的漏电流最小。开关140防止由电压调节器110的漏电流所引起的蓄电池5的可能缓慢放电。
图4更详细地表示图3的变更。在该图中，电压调节器110由齐纳二极管112和双极晶体管114的组合构成(构成为一个功率放大器)。电压探测器130与一个场效应晶体管(FET)开关140连接。电压调节器110通过双极晶体管114与热敏元件120热耦合。在电流转移流过电压调节器110时，双极晶体管将变热，并且这个热能转移到热敏元件120。在图4结构中电压调节器110和热敏元件120的操作如上连同图1所说明。电压探测器130和开关140如上连同图3说明那样操作。
参考图5，示出了按照本发明的另一个实施例的保护装置300。保护装置300包括一个分路电压调节器310和至少一个热敏电阻器322。保护装置300的输入端302在热敏电阻器322侧。输入端302用来与蓄电池充电器连接。保护装置300的输出端304用来与被保护蓄电池5连接。分路电压调节器310连接在输入端302与共端306之间。
保护电路300的另一个重要元件是熔接器332。熔接器332连接在分路电压调节器310和热敏电阻器320的组合与输入端之间。
在其最简单和最小结构中，保护装置300包括分路电压调节器310和热敏电阻器322。分路电压调节器310和热敏电阻器322通过由标号340所表示的传热器元件相互热耦合。传热器元件340下文更详细地叙述。
图5所示的所有其它元件为选件。例如，有一个可选热敏电阻器326，它连接在分路电压调节器310与保护装置300的输出端之间。有一个可选熔接器334，它连接在热敏电阻器326与保护装置300的输出端之间。另外，有一个可选反极性二极管350，它与分路电压调节器310并联连接。反极性二极管350将在下文进一步叙述。
分路电压调节器310例如是一个单片硅半导体芯片元件，并且用周知的线性技术和电路技术设计和制造，这些技术和用于更常见和广泛可得到的直线型系列电压调节器集成功率电路所使用的那些技术相同。术语“单片”意思是指单片硅。
分路电压调节器310保护蓄电池5免受过充电电压。它对过电压保护应用来说具有重要优点，因为能使功率装置的故障最优化在短路结构中发生，从过电压保护的观点来看，这是故障安全。许多现有技术保护方法使用一个串联通路功率元件。当一个串联元件故障时，可能会失去过电压和过充电保护，因此，这样的装置不是故障安全。
热敏电阻器322(和326)是温度敏感(正系数)非线性电阻器。适当热敏电阻器的一个例子是上述由Raychem Corp.制造的PolySwitchTM装置。另外，由Bourns和Panasonic制造的其它热敏元件也适用于保护装置300。热敏电阻器322(和326)具有非常低的“正常”电阻，并且其电阻在约80℃与85℃之间的装置温度下，突然变化到一个高值(接通到断开状态)。
传热器元件340使分路电压调节器310与热敏电阻器322(和326)热耦合。传热器元件340例如由铜或适合于把其它元件焊到其上的类似材料制成。铜可以镀有锡或镍。热敏电阻器322(和326)与分路电压调节器310的半导体芯片的热耦合使热敏电阻器起分路电压调节器310的半导体芯片的散热器作用。因此，保护分路电压调节器310免受过温度状态。把热敏电阻器集成到混合功率组件装置中，防止了过电压充电状态施加到蓄电池5上，同时使整个保护装置300本身为自限热。
熔接器332(和334)起电熔元件作用。它们是已有的和高度精密的技术，用于端接集成电路芯片。通过使熔接器形成适当尺寸，它们为自熔化，并且帮助保护蓄电池5和分路电压调节器310免受可能发生的突然应力状态。
熔接器332(和334)可以取一种或两种形式引线接合或接合条。非可再用熔接器由端接条的窄可熔部分或可熔接合线构成。接合条的电熔特性可以由条设计中窄宽部分的尺寸和形状来控制。这些熔接器在两种情况下提供重要保护。第一种情况是当充电输入过负荷超过蓄电池充电器的主保护元件的断路容量和保护容量时。在这种情况下，主保护元件设计成故障短路，于是熔断元件断开结果产生的故障电流。第二种情况是在短路条件下分路调节器芯片或热敏电阻器的随机故障。
返回参考图5，与蓄电池5并联连接可选反极性电压箝位二极管350。二极管350防止在蓄电池5两端之间施加相当大的反向电压，并且使蓄电池5的反向充电最小。在有些单片设计中，有可能使二极管350和分路电压调节器310集成在芯片中。可选择地，可以形成一个分开的二极管半导体芯片。
参考图6，示出了保护电路300的一个优选实际实施例，其中图5所示元件组装到单功率混合组件中。热敏电阻器322包括一个电阻或有源元件层323和一个接触或导电层324。类似地，热敏电阻器326包括一个电阻元件层327和一个接触或导电层328。与分路电压调节器310的半导体芯片和二极管350的芯片的热质比较，电阻元件层323和327及传热器元件340的热质要大。
如图6所示，分路电压调节器310的半导体芯片和二极管350的芯片接合到传热器340和(热敏电阻器的)两个电阻元件上，以便电阻元件起分路电压调节器半导体芯片的散热器作用。与传热器和电阻元件的接合至少具有和典型类似的单片装置组件一样良好的热特性。这样接合的热敏电阻的典型值不大于1.5℃/瓦。
在100％充电过负荷下(10安培)，半导体芯片中的功率是43瓦。因此，芯片结的温升超过传热器元件和电阻元件的温升为64.5℃最大值。热敏电阻器322和326实质上在85℃或更高温度下断开电路。如果传热器元件和热敏电阻器接近这个温度，电路断开，电流减小，功率减小到稳态维护水平，并且传热器温升稳定在这个温度。由于传热器温度限制在85℃，所以芯片结温度不超过(85+64.5)＝149.5℃。典型的硅半导体芯片操作温度在150℃到225℃范围内。因此对于所有过负荷达到1000％额定充电电流的情况，芯片都受到热敏电阻器320的热保护。
参考图7，示出了单片集成电路(IC)线性分路电压调节器310的一个例子。分路调节器310包括一个功率晶体管312，一个高增益误差放大器313和一个精确电压参考316。高增益误差放大器313操作为增加功率晶体管312的基极驱动，并且因此当分路调节器310两端之间的电压与精确参考电压316比较超过一个调节阈值时，增加分路电流。以单片IC形式集成的分路电压调节器的适当形式与已知单片IC串联电压调节器非常类似，例如由National Semiconductor Corp.制造和销售的LM350装置。
按照本发明使用的单片IC分路电压调节器优选地在低于其操作电压下具有非常低的漏电流，在其电压-电流特性曲线中具有非常尖的弯曲部分，以及随电流具有非常小的电压增加。调节电压能用芯片修整技术来控制，这些技术是用于串联调节器中周知的技术。
还可能使分路电压调节器特性适合促进充电平衡。图8说明一种更改为促进多个电池单元的串联组合的电压平衡充电的分路调节器控制特性曲线。分路电控制特性这样更改，以便例如在10毫安分路电流下，调节器保持与使锂电池“填满”充电的正确端电压相对应的恒定电压。应用这种特性，串联串中各电池单元两端之间的各分路调节器能够吸收达100毫安的充电电流，以便使各电池单元的端电压相等。选择电流的这个值，以使各分路调节器中的功率耗散保持小。在较高电流下，分路调节器在稍高电压下箝位，以保护各电池免受过充电状态。箝位能力决定于芯片尺寸，但是对于典型的分路调节器，10安培到20安培的箝位电流容量不是不合理的。
对于某些应用，分路式单片IC线性电压调节器的特性比齐纳二极管更好地适用于锂过充电保护。单片装置的操作特性与精确地保护锂免受充电不平衡和过充电状态两者所要求的特性密切配合。如图8所示，在正常蓄电池电压下的漏电流远远低于可能引起电池单元相当大放电的值。单片IC的电压调节非常急剧，甚至在极高过负荷电流下，也精确地保持分路式调节器的电压调节。
为了实现完全的故障安全保护装置，保护分路电压调节器免受过功率耗散。例如，1安培额定电流容量的锂电池具有最大的建议“快速”充电速率，对1C速率为1安培。如本领域所知，术语“C速率”是电池在一小时内从完全放电状态成为完全充电状态的充电电流率。如果充电电流没有适当地终止，分路电压调节器将使电压箝位在4.3伏，以保护电池单元免受过电压。对于在1C输入充电率下的完全充电电池单元，分路装置中的平均功率耗散将是4.3瓦。在大多数情况下，从蓄电池组件或电池单元结构内部所使用的装置中耗散这样多的热量是不实际的。如果蓄电池充电器进入失控充电方式(不能断开)，电池可能经受1000％电流过负荷，即10安培充电过负荷的最大值。在这种情况下，分路式装置的功率耗散可能达43瓦。因此，没有辅助保护的分路调节器处在热失控的危险。
热敏电阻器保护分路电压调节器免受过功率耗散。特别是，这些电阻装置在芯片温度增加时通过限制充电电流，保护分路调节器半导体芯片免受热失控状态。如上所述，它们还起分路调节器半导体芯片的散热器的作用。另一个功能是在极严重(短路)状态下，对放电电流提供过电流保护。又一个功能是在半导体芯片故障情况下，提供后备保护。最终，这些装置使电池在反极性充电情况下与充电电源断开。
图9说明单功率混合组件的一例，与图6所示接合条相对，它以接合线元件为特征。接合线焊到分路电压调节器310和热敏电阻器322与326的半导体芯片上。
应该理解，如上说明，保护电路300在其核心包括一个分路电压调节器，至少一个与其热耦合的热敏电阻器，以及一个把调节器半导体芯片和热敏电阻器与输入端耦合的熔接器或连接。在这种基本结构上的各种变化补充了把分路电压调节器与蓄电池5连接的热敏电阻器和熔件。图6的功率混合组件与这种基本结构上的各变化稍有不同(较多或较少元件)。
已经叙述的本发明具有若干独特的操作和故障安全特点。对于各种正常和故障安全操作方式，以下总结叙述这些特点。在以下叙述中，参考图5。
正常充电和放电在充电和放电期间电流和电压正常。分路调节器实际上抽取零功率。电阻元件，即热敏电阻器处在低温，并且具有低电阻。充电和放电电流通路通过这些耗散很少功率的电阻元件。混合组件的温升可以忽略。
在终止电压下的正常“填满”充电由于各电池和任何电池接近正常终止电压，分路调节器抽取达100毫安，以通过平衡各电池两端之间的终止电压，促进串联电池的平滑充电。参见图8。这是本发明的选择特性。
过电流(短路)放电通过热敏电阻器322和326的放电电流都高。元件本身变热，直到电阻变为高值为止，因此限制了放电电流和功率。即使两个串联热敏电阻器极不可能地都故障，放电通路中的熔化连接也能提供后备短路放电保护。
达到1000％的过电流充电(失控充电器)分路调节器通过抽取达到20安培的分路电流，使电压限制为安全值。耗散功率引起分路芯片的快速变热，并且传热器和热敏电阻器的温度上升到终止温度。热敏电阻器变为高电阻状态，使充电电流减小，并且使温度上升稳定。电池电压决不会超过由分路调节器所设置的过电压保护阈值。
超过1000％的过电流充电芯片温度可能上升到其功能额定值之上。对于这种状态，规定芯片为故障短路，因此仍然保护电池单元免受过电压。对于短路芯片，电池单元向短路芯片放电。在热敏电阻器326变为高电阻状态时，由于电池放电过电流所引起的热敏电阻器326的变热保护了短路电池。继续输入充电电流还使热敏电阻器322变热，切断和减小了输入充电电流。混合保护装置永久地失去安全方式。
高电压和高电流充电输入电压和电流可能超过热敏电阻器322的断路额定值。分路调节器芯片设计为故障短路。热敏电阻器322故障短路。热敏电阻器326如上操作为防止电池短路。熔化连接332断开充电电流故障。如果热敏电阻器326也故障短路，熔化连接334保护电池免受短路芯片。混合装置永久地失去安全方式。
低电平反向充电反向保护二极管保护电池免受过度反向电压充电。电池和混合装置受到保护，并且不被损坏。
高电平反向充电反向保护二极管350阻断电池单元两端之间的相当大的反向电压。电池单元放电电流受到热敏电阻器326的温度升高的限制，即使热敏电阻器326故障，也有熔化连接334作为后备。持续反向电流使二极管和热敏电阻器322变热，直到热敏电阻器322断开以限制温度升高为止。如果热敏电阻器322故障，熔化连接332仍然断开电路。混合装置永久地失去安全方式。
高电压和高电流反向充电输入电压和电流超过热敏电阻器322的断开额定值。二极管芯片设计为故障短路。热敏电阻器322故障短路。热敏电阻器326操作为防止电池单元短路。熔件332断开反向充电电流故障。如果热敏电阻器326也故障短路，熔化连接324保护电池免受短路二极管芯片。混合装置永久地失去安全方式。
分路调节器芯片或二极管芯片短路的随机故障过电流使热敏电阻器322和326变热到终止温度，并且电路断开。热敏电阻器322或热敏电阻器326任何一个的故障由熔化连接332和324作为后备。混合装置永久地失去安全方式。
任何一个电阻器短路的随机故障热敏电阻器322或热敏电阻器326任何一个的故障由熔化连接332和334作为后备。混合装置永久地失去安全方式。
任何一个电阻器或任何一个熔化连接断开的随机故障电池被开路断开。混合装置永久地失去安全方式。
电池温度大于85℃如果混合装置与电池单元热耦合，因为电阻元件在高温下断开，所以电池在高温下既不能充电也不能放电。
在制造按照本发明的保护电路和装置中，可以优选地设计热敏电阻器元件，以提出把保护电路或装置集成到蓄电池组件中所需的组装特性和要求。另外，可以优选地以类似方式设计半导体集成电路元件(分路电压调节器)。这两种元件然后通过粘结、焊接、熔接、弯皱、夹紧或其它已知电路组装技术，组装在一起以制成整个装置。
总之，本发明涉及一种蓄电池保护电路，它包括一个电压调节器，并联连接在一个可充电蓄电池的两端之间，以防止可再充电蓄电池的充电超过预定电压；以及一个热敏元件，与电压调节器元件串联连接，并且与充电电流的电源连接，该热敏元件与电压调节器热耦合；其中热敏元件响应由电压调节器内部能量耗散而引起从电压调节器耦合到它的热量，以便当电压调节器元件两端之间的电压超过预定阈值时，开路并使可再充电蓄电池与充电电流断开。
按照本发明的另一个方面，本发明涉及一种保护装置，它具有一个与充电电流的电源连接的输入端，以及一个与被保护可再充电蓄电池单元的一端连接的输出端，该保护装置包括一个第一热敏电阻器，与输入端串联连接；以及一个分路电压调节器，连接在第一热敏电阻器与地(这里指输入与输出之间的共用端，如图5所示)之间；其中分路电压调节器与第一热敏电阻器热耦合，并且当输出端之间的电压超过预定电压时，通过使第一热敏电阻器进入高电阻状态，防止电池充电超过预定电压。
此外，按照另一个方面，本发明涉及一种用于保护可再充电蓄电池免受过充电的方法，包括使电压调节元件与可再充电蓄电池并联布置，以当可再充电蓄电池两端之间的电压超过预定阈值时，从可再充电蓄电池分路电流；以及使一个温度敏感电阻元件与电压调节元件耦合，并且使该电阻元件与充电电流源串联连接，以便温度敏感电阻元件响应由可再充电蓄电池的过充电所引起的电压调节元件的热耗散，进入高电阻状态，以有效地断开可再充电蓄电池的充电电流通路。
以上叙述只打算作为例子，而决不打算限定本发明，本发明的限定如以下权力要求所述。
权利要求
1.一种蓄电池保护电路，包括一个电压调节器，分路连接在一个可再充电蓄电池的端子之间，以防止可再充电蓄电池的充电超过预定电压；以及一个热敏元件，与电压调节器元件串联连接，并且与充电电流源连接，该热敏元件与电压调节器热耦合；其中热敏元件响应由电压调节器内部的能量耗散而引起从电压调节器耦合到它的热量，以便当电压调节器元件两端之间的电压超过预定阈值时，开路并使可再充电蓄电池与充电电流断开。
2.权利要求1的蓄电池保护电路，其中电压调节器是一个齐纳二极管。
3.权利要求1的蓄电池保护电路，其中电压调节器和热敏元件组合在单集成电路之内。
4.权利要求1的蓄电池保护电路，其中电压调节器是一个单片半导体集成电路分路电压调节器。
5.权利要求4的蓄电池保护电路，其中电压调节器和热敏元件组合在单集成组件之内。
6.权利要求1的蓄电池保护电路，其中热敏元件是从包括热熔件、热动开关、固态热敏开关和非线性正系数热敏电阻器的组合中选择的元件。
7.一种可再充电蓄电池，包括至少一个电池单元和与其集成的权利要求1的电路。
8.权利要求1的蓄电池保护电路，还包括熔接器，以把电压调节器和热敏电阻器与蓄电池充电器的端子和被充电蓄电池的端子连接。
9.权利要求8的蓄电池保护电路，其中熔接器是接合条。
10.权利要求8的蓄电池保护电路，其中熔接器是引线接合。
11.权利要求1的蓄电池保护电路，还包括一个传热器元件，以把电压调节器与热敏电阻器热耦合。
12.权利要求1的蓄电池保护电路，还包括一个与电压调节器并联连接的反极性二极管。
13.一种功率混合保护装置，具有一个与充电电流源连接的输入端，以及一个与被保护可再充电蓄电池单元的端子连接的输出端，该保护装置包括一个与输入端串联连接的第一热敏电阻器；以及一个连接在第一热敏电阻器与地之间的分路电压调节器；其中分路电压调节器与第一热敏电阻器热耦合，并且当输出端之间的电压超过预定电压时，通过使第一热敏电阻器进入高阻抗状态，防止蓄电池的充电超过预定电压。
14.权利要求13的保护装置，还包括一个热耦合第一热敏电阻器与分路电压调节器的传热器元件。
15.权利要求13的保护装置，还包括一个第一熔接器，使第一热敏电阻器与输入端连接，该第一熔接器响应分路电压调节器或第一热敏电阻器的短路故障，断开电路并防止电流流入或流出输入端。
16.权利要求15的保护装置，还包括一个第二热敏电阻器，串联连接在分路电压调节器与输出端之间，该第二热敏电阻器与分路电压调节器热耦合，并且当输出端之间的电压超过预定电压时，进入高阻抗状态。
17.权利要求16的保护装置，还包括一个第二熔接器，使第二热敏电阻器与输出端连接，该第二熔接器响应分路电压调节器或第二热敏电阻器的短路故障，断开电路并防止电流流入或流出蓄电池单元。
18.权利要求17的保护装置，还包括一个传热器元件，它使第一和第二热敏电阻器与分路电压调节器热耦合。
19.权利要求13的保护装置，还包括一个第二热敏电阻器，串联连接在分路电压调节器与输出端之间，该第二热敏电阻器与分路电压调节器热耦合。
20.权利要求13的功率混合保护装置，还包括一个反极性二极管，与分路电压调节器并联连接。
21.权利要求20的功率混合保护装置，其中分路电压调节器和反极性二极管以单片半导体集成电路芯片实现。
22.权利要求13的功率混合保护装置，还包括一个传热器元件，以使分路电压调节器与第一热敏电阻器热耦合，其中分路电压调节器在单片半导体集成电路芯片上实现，第一热敏电阻器包括一个电阻元件层和一个导电层，第一热敏电阻器的电阻元件层和单片半导体集成电路芯片安排为与传热器元件接触，输入端安排为与第一热敏电阻器的导电层接触，而输出端安排为与单片半导体集成电路芯片接触。
23.一种用于保护可再充电蓄电池免受过充电的方法，包括与可再充电蓄电池并联布置一个电压调节元件，以当可再充电蓄电池两端之间的电压超过预定阈值时，从可再充电蓄电池分路电流；以及使一个温度敏感电阻元件与电压调节元件热耦合，并且使电阻元件与充电电流源串联连接，以便响应由可再充电蓄电池的过充电所引起的电压调节元件的热耗散，使温度敏感电阻元件进入高阻抗状态，以有效地断开可再充电蓄电池的充电电流通路。
全文摘要
一种用于保护可再充电(基于锂的)蓄电池单元免受过充电的保护电路(100)和保护装置(300)。使一个电压调节器元件(110,310)与蓄电池单元(5)并联连接,并且使它与一个与充电电流源串联连接的热敏元件(120,322,326)热耦合。当蓄电池两端之间超过预定电压时,电压调节器元件(110,310)通过从蓄电池(5)分路电流,防止蓄电池(5)的过充电。此外，当由与热敏元件(120,322,326)热耦合的电压调节器元件(110,310)所耗散的热量使热敏元件进入高电阻状态时,热敏元件(120,322,326)通过断开电流通路,防止电压调节器元件(110,310)的故障。把分路电压调节器310与热敏元件(322,326)的组合与充电电流源及蓄电池(5)连接的熔接器(332,334)可以提供附加保护。
文档编号H01M6/50GK1277741SQ99800209
公开日2000年12月20日 申请日期1999年1月29日 优先权日1998年1月31日
发明者约翰·W·奥格勒斯比, 阿瑟·G·博恩斯, 乔治娜·莫尔 申请人:摩托罗拉公司