專利名稱：一種具有溫度保護裝置的二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種二次電池，尤其涉及一種具有溫度保護裝置的二次電池。
背景技術(shù)：
在過熱的情況下對鋰離子電池進行充放電將會損害電芯，并且充電電池在充電過程中如 果溫度顯著升高，電池的內(nèi)阻將減小，進而使得充電電流增大，這樣進一步將導(dǎo)致電池內(nèi)阻 的下降，這種累積效應(yīng)很快將導(dǎo)致"熱失控"，最終會毀壞電池，并可能造成周邊環(huán)境、設(shè)備 和人員的損失。目前公知的電芯溫度保護裝置僅僅采用負(fù)溫度系數(shù)電阻和溫度開關(guān)組成。這 種方式的可靠性一般不高，在電芯充放電回路出現(xiàn)故障的時候，往往會讓該電路失靈，電芯 由于溫度過高而損壞。
例如中國專利申請CN 95107056.8名稱為"根據(jù)電池溫度控制電池充電電壓的裝置和方 法"公開了一種電池充電系統(tǒng)，根據(jù)電池溫度的不同范圍控制和調(diào)節(jié)充電整流器的輸出電壓。 在低溫范圍，整流器電壓隨溫度升高而降低以防止電池溫度升高時充電電流增大。這減小了 電池高溫工作的老化效應(yīng)。在接下來的溫度范圍內(nèi)保持一恒定值以防止電池內(nèi)加速的鉛板腐 蝕，這種腐蝕通常在電壓接近電池完全充電后的開路電壓電平時發(fā)生。在達到第二溫度范圍 高溫端時，充電電壓以階躍函數(shù)下降到電池完全充電后開路電壓以下以阻止熱失控情況。并 且產(chǎn)生一報警信號。
但是該方法和裝置還存在以下缺陷該方案只對電池的充電過程進行保護，未對電池的 放電過程進行保護；該方案采用的外圍電路比較復(fù)雜，成本較高，可靠性較低。
實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題是，在二次電池工作溫度較高的時候，切斷電池的工作電 路，保證電池的安全。
為了實現(xiàn)以上技術(shù)目的，本實用新型提供一種二次電池，包括電池外殼、設(shè)置在電池 外殼內(nèi)由多節(jié)相互串接的電池單元所組成的電池組以及與該電池組連接的充電回路、放電回 路和安全保護裝置，其特征在于所述安全保護裝置包括在所述電池組的溫度出現(xiàn)異常的時 候能夠提供兩級保護的溫度保護裝置，連接在所述電池組充電回路和放電回路中。
所述充電回路包括以下部分串聯(lián)構(gòu)成充電端口、可控保險絲、電池組、溫度保險絲以 及充電開關(guān)；
所述放電回路包括以下部分串聯(lián)構(gòu)成放電輸出端口、開關(guān)鎖、電流保險絲、電池組、 溫度保險絲、電阻以及放電開關(guān)
所述電池組充電回路中串聯(lián)充電開關(guān)，所述電池組放電回路中串聯(lián)放電開關(guān) 所述充電開關(guān)為可控開關(guān)，采用MOS管IRF5305;
所述放電開關(guān)為可控開關(guān)，采用MOS管IRF3205。
本實用新型通過以下技術(shù)手段，可以在所述電池組的溫度在高于70攝氏度或者低于0攝 氏度時候，切斷充電回路，停止充電，當(dāng)溫度恢復(fù)到0到50攝氏度的時候，恢復(fù)充電。同時 在該技術(shù)手段失效的時候，在溫度高于一定值的時候，切斷所述電池組的充放電回路。
在以上技術(shù)手段都失效的時候，電池組的溫度進一步升高，還可以通過溫度保險絲的熔 斷，切斷電池組的充電以及放電回路。
所述溫度保護裝置，包括溫度監(jiān)測裝置和溫度保險絲，所述溫度檢測裝置和放在所述電 池組里面的負(fù)溫度系數(shù)電阻和溫度開關(guān)相連接，并控制所述充電開關(guān)以及放電開關(guān)。
所述溫度監(jiān)測裝置中包括運算放大單元，該運算放大單元輸入端輸入所述負(fù)溫度系數(shù)電 阻阻值變化的信號，該運算放大單元的輸出端控制充電開關(guān)。
所述負(fù)溫度系數(shù)電阻的溫度T低于Y攝氏度或者高于X攝氏度的時候，所述運算放大器 切斷所述充電開關(guān)。
所述X為50，所述Y為O。
所述運算放大單元包括第一運算放大器和第二運算放大器，所述第一運算放大器和第二 運算放大器采用LM358。
所述溫度開關(guān)為溫度記憶合金開關(guān)，在所述電池組的溫度超過一定值A(chǔ)的時候，所述溫 度開關(guān)的動作，所述溫度開關(guān)的動作信號送到所述溫度監(jiān)測裝置，用以控制所述充電開關(guān)以 及放電開關(guān)；
所述A值等于70攝氏度。
所述溫度保險絲串聯(lián)在所述充電回路以及放電回路中，到達高于一特定所述A值溫度時 候熔斷，該熔斷是不可恢復(fù)的。這樣進一步確保了安全。
為了保證所述二次電池的安全工作，所述安全保護裝置還包括-
電池單元電壓平衡裝置，用于調(diào)節(jié)所述電池單元電壓并使所述電池組中各電池單元的電 壓相接近；
采用多節(jié)電芯保護芯片的電壓電流監(jiān)控裝置，所述多節(jié)電芯保護芯片的輸入端連接所述 電池組中每節(jié)電池單元的正負(fù)極以及串聯(lián)接入所述放電回路的電阻的兩端，所述多節(jié)電芯保 護芯片的輸出端控制放電開關(guān)，輸出端控制充電開關(guān)；
采用多節(jié)電芯保護芯片的二次電壓保護裝置，所述集成多節(jié)電芯保護芯片的輸入端連接 電池組中每節(jié)電池單元，所述集成多節(jié)電芯保護芯片輸出端控制可控保險絲，所述多節(jié)電芯 保護芯片采用S8244。
和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用了多重的溫度保護，可靠性更高，同時電路也相對比 較簡單，成本更低。


圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖2為本實用新型的電路結(jié)構(gòu)示意圖3為本實用新型的電池單元電壓平衡裝置的工作電路示意圖4為本實用新型的溫度保護裝置的工作電路示意圖； 圖5為本實用新型的電壓電流監(jiān)控裝置的工作電路示意圖； 圖6為本實用新型的二次電壓保護裝置的工作電路示意圖； 圖7為本實用新型的溫度監(jiān)控裝置的電路示意圖。
具體實施方式

如圖1所示一種二次電池，包括電池外殼1、電池組2以及通過連接線路8和所述電 池組2連接的安全保護裝置3。所述電池組2由多節(jié)電池單元21串聯(lián)連接組成。通過所述安 全保護裝置3，可以保障所述電池組2在充放電過程中電流、電壓以及溫度控制在一定范圍 以內(nèi)，并且可以保證所述電池組2中的電池單元之間的電壓處在相同的水平以上。
該二次電池還包括剩余電量指示電路17、放電輸出端口 18、充電輸入端口 19以及開 關(guān)鎖16。通過所述剩余電量知識電路17可以指示出所述電池組的電量。所述開關(guān)鎖16串聯(lián) 在所述電池組2的放電回路中，通過所述開關(guān)鎖16可以斷開或者接通所述充放電回路。
如圖2所示二次電池電路。電池組2有兩個回路通過放電端口 18的放電回路和通過充 電端口 19的充電回路。充電回路包括以下部分串聯(lián)構(gòu)成充電端口 19、可控保險絲14、電 池組2、溫度保險絲78、第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92。放電回路包括以下部分串聯(lián) 構(gòu)成放電輸出端口18、開關(guān)鎖16、電流保險絲15、電池組2、溫度保險絲78、電阻13以 及放電開關(guān)10。
當(dāng)所述放電回路的放電電流過大，超過所述電流保險絲15的熔斷值時，所述電流保險絲 15熔斷，所述放電回路斷路。
所述第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92以及放電開關(guān)10為可控開關(guān)，其狀態(tài)為常閉， 在控制端送入信號的時候，則開關(guān)斷開。
所述可控保險絲14狀態(tài)為常閉，當(dāng)其控制端收到熔斷信號后立即熔斷，此熔斷不可恢復(fù)。
通過連接線路和所述電池組2連接的安全保護裝置3包括電池單元電壓平衡裝置4、電 壓電流監(jiān)控裝置5、 二次電壓保護裝置6以及溫度保護裝置。
所述電池單元電壓平衡裝置4通過線路和所述電池組2以及其中每節(jié)電池單元項連接。
所述溫度保護裝置包括溫度監(jiān)控裝置7和溫度保險絲78，溫度監(jiān)測裝置7的輸出端分別 連接第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92的控制端和放電開關(guān)10的控制端。
所述電壓電流監(jiān)控裝置5的輸入端和電池組2的電芯以及所述電池組2的放電回路中串 聯(lián)的電阻13相連接，輸出端通過導(dǎo)線連接第二充電開關(guān)92的控制端和放電開關(guān)10的控制端。 通過監(jiān)測所述電阻13上的電壓，該電壓線形正比于放電回路的電流。所述電壓電流監(jiān)控裝置 5可以得到所述放電回路的放電電流。所述電壓電流監(jiān)控裝置5可以送出控制信號到所述第 二充電開關(guān)92的控制端或者放電開關(guān)10的控制端，切斷所述充電回路或者放電回路。
二次電壓保護裝置6的輸入端和所述電池組2兩極相連，監(jiān)測所述電池組2的電壓，輸 出端通過導(dǎo)向和所述可控保險絲14的控制端相連。
如圖4所示， 一種溫度保護裝置連接在電池組2充電回路和放電回路中，包括溫度監(jiān)測 裝置7和溫度保險絲78。
所述溫度監(jiān)測裝置7和放在所述電池組2的間隙中的負(fù)溫度系數(shù)電阻72和溫度開關(guān)71 相連接，并控制所述第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92以及放電開關(guān)10。
所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72阻值變化的信號通過導(dǎo)線輸入所述溫度監(jiān)測裝置7中的運算放大 器，該運算放大器的輸出端通過導(dǎo)線接第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92控制端。所述運 算放大器采用LM358。
所述第一充電開關(guān)91和第二充電開關(guān)92采用MOS管IRF5305，所述放電開關(guān)10采用 MOS管IRF3205。
當(dāng)所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72的溫度低于0攝氏度或者高于70攝氏度的時候，所述運算放 大器送出電平信號切斷所述第一充電開關(guān)91 ，停止所述電池組2的充電。
所述溫度開關(guān)71為溫度記憶合金開關(guān)，所述溫度開關(guān)71的動作信號送入所述溫度監(jiān)測 裝置7。在所述電池組2的溫度超過一定值A(chǔ)的時候，所述溫度開關(guān)71的動作，該動作信號 通過所述溫度監(jiān)測裝置7控制所述充電開關(guān)92以及放電開關(guān)10。當(dāng)所述電池組2中的溫度 恢復(fù)到一定范圍后，所述充電開關(guān)92和放電開關(guān)10恢復(fù)閉合。所述A值為70攝氏度。
當(dāng)所述電池組2的溫度上升達到某一溫度值B的時候，則所述溫度保險絲78熔斷，切 斷所述電池組2的充電回路和放電回路。所述B值高于所述A值。
所述溫度保險絲78的熔斷是不可恢復(fù)的。
如圖7所示，負(fù)溫度系數(shù)電阻72的電壓將隨溫度的變化而變化，用如圖的橋式電路可以 檢出所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72的電壓變化就可以檢出溫度的變化量。負(fù)溫度系數(shù)電阻72的電 壓接運算放大器76的負(fù)向輸入端和運算放大器77的正向輸入端。電阻74的電壓輸入第一運 算放大器76的正向輸入端，電阻75的電壓輸入第二運算放大器77的負(fù)向輸入端，分別和溫 度系數(shù)電阻72的電壓進行比較。第一運算放大器76輸出端和第二運算放大器77的輸出端通 過電壓轉(zhuǎn)換79控制第一充電開關(guān)91的閉合和斷開。
所述電壓轉(zhuǎn)換79可以依據(jù)輸入的電壓的不同，輸出高或者低電平，在本實施例中，高電 平斷開充電開關(guān)(91)，低電平使充電開關(guān)(91)閉合。
所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72在0到50攝氏度范圍內(nèi)時，所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72上電壓高于 所述電阻75上所分電壓，也低于所述電阻74上所分電壓。此時，所述運算放大器76和運算 放大器77輸出通過該電平信號通過所述電壓轉(zhuǎn)換79傳送到所述充電開關(guān)91的控制端，充電 回路連通。
當(dāng)所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72的溫度低于某一定值，所述負(fù)溫度系數(shù)電阻72上的電壓高于 所述電阻74上電壓，所述運算放大器76輸出低電平信號，則所述電壓轉(zhuǎn)換79輸出高電平， 切斷所述充電開關(guān)91，充電回路開路。當(dāng)所述溫度系數(shù)電阻72的溫度超過某一定值，所述 負(fù)溫度系數(shù)電阻72上的電壓低于所述電阻75上電壓，所述運算放大器77輸出低電平信號， 該電平信號通過所述電壓轉(zhuǎn)換79切斷所述充電開關(guān)91,充電回路開路。
如圖3所示，所述電池組2由若干個電池單元21串聯(lián)連接而成。所述電池單元21和所 述電池單元電壓平衡裝置4并聯(lián)連接。所述電池單元21和電阻44以及可控開關(guān)43串聯(lián)連接 為回路，所述可控開關(guān)43的控第ij端和比較器42的輸出端連接。所述比較器42的正相比較端 和所述電池單元21的正極相連，為所述電池單元21的電壓；所述比較器的負(fù)向比較端和所
述電池組2的所有電池單元的平均電壓值相連接。
所述可控開關(guān)43在其控制端為低電平的時候為開路。在所述電池單元21的電壓高于電 池組2的所有電池單元的平均電壓的時候，所述比較器42的輸出端給可控開關(guān)43的控制送 出高電平，所述可控開關(guān)43接通，則所述電池單元21通過所述電阻44進行放電，直到電池 單元21電壓等于所述電池組2的所有電池單元的平均電壓值為止。
所述可控開關(guān)43可以采用MOS管，所述可控開關(guān)43控制端為該MOS管的G極。所述 比較器42可以采用運算放大器集成電路LM324。
所述電池組2的所有電池單元的平均電壓值可以通過以下方式得到所述電池組2由N 節(jié)電池單元21串聯(lián)連接起來，則可以在所述電池組2和N個阻值相同且大于100M歐姆的電 阻串聯(lián)連接為單獨回路，則可以在單個的該電阻上取得所述電池組2的所有電池單元的平均 電壓值。
如圖5所示，所述電壓電流監(jiān)控裝置5采用多節(jié)電芯保護芯片12。
所述電池組2中每節(jié)電池單元的正負(fù)極都通過導(dǎo)線分別連接到所述多節(jié)電芯保護芯片 12的輸入端，電池組2放電回路串聯(lián)接入電阻13，所述電阻13兩端通過導(dǎo)線連接到多節(jié)電 芯保護芯片12的輸入端，用以檢測電池組2放電回路電流。
多節(jié)電芯保護芯片12的輸出端122控制放電開關(guān)IO，所述多節(jié)電芯保護芯片12的輸出 端121控制第二充電開關(guān)92。
當(dāng)所述多節(jié)電芯保護芯片12檢測到所述電池組2中任何一節(jié)電池單元電壓低于一定范 圍，則該芯片輸出端122送出電平信號，切斷所述放電開關(guān)IO，從而切斷放電回路。
當(dāng)所述多節(jié)電芯保護芯片12檢測到所述電池組2中任何一節(jié)電池單元電壓超過一定范 圍，則該芯片輸出端121送出電平信號，切斷所述第一充電開關(guān)91，從而切斷充電回路。
電阻13串聯(lián)在所述電池組2放電回路，用以檢測該放電回路的電流。當(dāng)所述集成多節(jié) 電芯保護芯片12檢測到所述電阻13兩端的電壓過高，則該芯片輸出端122輸出電平信號， 切斷所述放電開關(guān)，從而切斷放電回路。
所述集成多節(jié)電芯保護芯片12采用S8254。
如圖6所示，所述二次電壓保護裝置6采用多節(jié)電芯保護芯片20。所述充電端口19和 可控保險絲14串聯(lián)連電池組2，集成多節(jié)電芯保護芯片20的輸入端通過導(dǎo)線連接電池組2 中每節(jié)電池單元，用于檢測每節(jié)電池單元的電壓。所述多節(jié)電芯保護芯片20采用S8244。
當(dāng)所述多節(jié)電芯保護芯片20檢測到所述電池組2中任何一節(jié)電池單元的電壓超過一定 數(shù)值，即電壓電流監(jiān)控裝置5失效，電池單元的電壓過高的時候，所述集成多節(jié)電芯保護芯 片20輸出端通過導(dǎo)線給可控保險絲14送出熔斷信號，則可控保險絲14熔斷。電流保險絲 14熔斷不可恢復(fù)。
權(quán)利要求1、一種具有溫度保護裝置的二次電池，包括電池外殼(1)、設(shè)置在電池外殼(1)內(nèi)由多節(jié)相互串接的電池單元(21)所組成的電池組(2)以及與該電池組(2)連接的充電回路、放電回路和安全保護裝置(3)，其特征在于所述安全保護裝置(3)包括在所述電池組(2)的溫度出現(xiàn)異常的時候能夠提供多級保護的溫度保護裝置，連接在所述電池組(2)充電回路和放電回路中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的二次電池，其特征在于，所述溫度保護裝置，包括溫度監(jiān)測裝 置(7)和溫度保險絲(78)，所述溫度檢測裝置(7)和放在所述電池組(2)里面的負(fù)溫度 系數(shù)電阻(72)和溫度開關(guān)(71)相連接，并控制所述第一充電開關(guān)(91)和第二充電開關(guān)(92)以及放電開關(guān)(10)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，所述溫度監(jiān)測裝置(7)中包括運算 放大單元，該運算放大單元輸入端輸入所述負(fù)溫度系數(shù)電阻(72)阻值變化的信號，該運算 放大單元的輸出端控制充電開關(guān)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池，其特征在于，所述負(fù)溫度系數(shù)電阻(72)的溫度T 低于Y攝氏度或者高于X攝氏度的時候，所述運算放大器切斷所述充電開關(guān)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池，其特征在于，所述X為50，所述Y為O。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池，其特征在于，所述運算放大單元包括第一運算放大 器〔76)和第二運算放大^C77i所述第一運算放大器(76)和第二運算放大默77)采用LM358。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，所述溫度開關(guān)(71)為溫度記憶合金 開關(guān)，在所述電池組(2)的溫度超過一定值A(chǔ)的時候，所述溫度開關(guān)(71)的動作，所述 溫度開關(guān)(71)的動作信號送到所述溫度監(jiān)測裝置(7),用以控制所述第一充電開關(guān)(91) 和第二充電開關(guān)(92)以及放電開關(guān)(10)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的二次電池，其特征在于，所述A值等于70攝氏度。
9、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的二次電池，其特征在于，所述溫度保險絲(78)串聯(lián)在所述充 電回路以及放電回路中，到達高于一特定所述A值溫度時候熔斷，該熔斷是不可恢復(fù)的。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其特征在于，所述安全保護裝置(3)還包括用于調(diào)節(jié)所述電池單元(21)電壓，并使所述電池組(2)中各電池單元(21)的電壓 相接近的電池單元電壓平衡裝置(4);采用集成多節(jié)電芯保護芯片(12)的電壓電流監(jiān)控裝置(5),所述集成多節(jié)電芯保護芯 片(12)的輸入端連接所述電池組(2)中每節(jié)電池單元的正負(fù)極以及串聯(lián)接入所述放電回路 的電阻(13)的兩端，所述集成多節(jié)電芯保護芯片(12)的輸出端(122)控制放電開關(guān)(10)， 輸出端(121)控制第一充電開關(guān)(91);采用集成多節(jié)電芯保護芯片(20)的二次電壓保護裝置(6)，所述集成多節(jié)電芯保護芯 片(20)的輸入端連接電池組(2)中每節(jié)電池單元，所述集成多節(jié)電芯保護芯片(20)輸出 端控制可控保險絲(14)，所述集成多節(jié)電芯保護芯片GO)采用S8244。
專利摘要在過熱的情況下對鋰離子電池進行充放電將會損害電芯。本實用新型提供一種具有溫度保護裝置的二次電池，包括電池外殼(1)、設(shè)置在電池外殼(1)內(nèi)由多節(jié)相互串接的電池單元(21)所組成的電池組(2)以及與該電池組(2)連接的充電回路、放電回路和安全保護裝置(3)，所述安全保護裝置(3)包括在所述電池組(2)的溫度出現(xiàn)異常的時候能夠提供多級保護的溫度保護裝置，連接在所述電池組(2)充電回路和放電回路中。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用了多重的溫度保護，可靠性更高，同時電路也相對比較簡單，成本更低。
文檔編號H01M10/46GK201000909SQ200720118408
公開日2008年1月2日 申請日期2007年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
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