CN102217118B - 通过检测电池组件中感测电阻器的损坏来保护电池组件的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过检测电池组件中感测电阻器的损坏来保护电池组件的装置及方法。本发明的装置包含：熔断器、感测电阻器、以及熔断器控制开关，所述感测电阻器连接至充电电流或放电电流流经的电路路径，所述熔断器控制开关用于控制所述熔断器。此外，所述装置进一步包含肖特基二极管，所述肖特基二极管的一端连接至所述感测电阻器，并且另一端连接至所述熔断器控制开关。根据本发明，在电池组件保护装置中扮演重要角色的感测电阻器的损坏以低成本被检测，使得融化及切断熔断器，避免任何元件因过电流而损害，并因此提升电池组件的安全性。

Description

通过检测电池组件中感测电阻器的损坏来保护电池组件的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电池组件保护装置及方法，特别涉及一种通过检测对电池组件的感测电阻器的损坏来保护电池组件的装置及方法。
背景技术
近年来，对于诸如笔记型电脑、录影机、及蜂窝电话之类的便携式电子产品的需求迅速增加，以及电动车辆、能量储存电池、机器人及卫星的发展也处于积极的进展中。因此，正积极地对可重复充电的高性能二次电池进行研究。
最近，镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、及锂二次电池均作为二次电池而被商业化使用。其中，锂二次电池最受关注，因为锂二次电池相对于镍基电池而言，几乎不会产生记忆效应，使得锂二次电池可自由地被充电及放电。除此之外，锂二次电池展现出极低的自放电及极高的能量密度的特征。
同时，关于电池的最重要问题便是安全性问题。尤其，当笔记型电脑及蜂窝电话越来越常被使用，所以一旦电池爆炸，具有此电池的便携式电子产品将会被损害，甚至会导致起火。因此，应该确保电池的安全性。至今，数种保护装置已经被使用来确保电池的安全性。如果这些保护装置在检测到电池发生异常情况时，将截断充电电流/放电电流，以确保电池的安全。一般来说，电池组件保护装置包含：用于不可逆地阻断充电电流/放电电流流经的线路的熔断器，以截断电流的流动并因而在诸如过充电、过放电、短路及过电流之类的异常情况发生时，保护电池组件；以及用于检测充电电流/放电电流大小的感测电阻器。
图1是示意性示出传统电池组件保护装置的方框图。
参考图1，传统电池组件保护装置100连接至由至少一个电池单体构成的电池单体组20，并且传统的电池组件保护装置100包括：高压输出端Pack+，以及低压输出端Pack-，其连接至充电装置或负载；充电控制开关60与放电控制开关50，其分别以串联的方式连接至高压线，以在发生过充电或过放电时，截断充电电流或放电电流；感测电阻器10，其以串联的方式连接至低压线，并感测在保护装置100中流动的电流；熔断器40，以当在电池中发生诸如过充电或过放电之类的异常状况时，不可逆地阻断充电电流/放电电流流经的线路；熔断器控制开关30，用于选择性地导通或断开用于操作熔断器40的电流；第一保护电路80，用于感测单独的电池单体电压，并将感测到的电压输出至微控制器90；第二保护电路70，用于当超过临界值的过充电状态被检测到时，感测单独的电池单体电压，并将操作电压施加至熔断器控制开关30，以融化并切断熔断器40；以及微控制器90，其从第一保护电路接收每一电池单体的电压，以监控全部电池单体或单独的电池单体是否被过充电，通过感测电阻器10感测电池的充电电流/放电电流，以监控是否发生过电流，以及当诸如过充电或过电流之类的异常状态被检测到时，控制每一开关30、50、60的开/关操作，以暂时地或永久地截断充电电流/放电电流的流动。
充电控制开关60、放电控制开关50、以及熔断器控制开关30由其中具有寄生二极管的场效应晶体管(FET)构成。充电控制开关60及放电控制开关50在微控制器90的控制下，在其栅极端处接收来自第一保护电路80的操作电压。此外，熔断器控制开关30则在其栅极端处接收来自微控制器90或第二保护电路70的操作电压。
除此之外，熔断器40被构造为三端式熔断器。当因充电控制开关60及放电控制开关50被损坏而无法正常地控制充电或放电，而导致单独的电池单体或电池单体组20被超过限制地过充电或过放电时，或当负载或保护装置发生短路，而导致过电流流动时，或因单独的电池单体被损坏而导致诸如充电电压突然地增加或减少之类的异常状况时，熔断器40便不可逆地阻断充电电流/放电电流流经的线路(即，Pack+端子的线路)，以防止电池组件爆炸、电池单体的永久损坏、或与电池组件连接的负载的故障。
同时，随着近来高功率电池系统中所需的电池组件的功率消费不断增加，由电池组件中使用的与安全相关组件所消耗的容量也增加，因而使得三端式熔断器的电流容量也从7A(安培)增加至12A。若外部短路或过电流在此情况下发生，熔断器便会稍晚地融化并切断，使得位于主要电流路径上的重要元件在熔断器融化并切断之前便损坏。尤其，如果在电池组件保护装置中扮演重要角色的感测电阻器10因为过电流或类似的情况而损坏，则大电压将会施加到感测电阻器10的两端，使得超过允许限制的过电压将施加到微控制器90。在此情况下，微控制器90便被损坏而无法向熔断器控制开关30施加操作电压，使得熔断器40不会融化和切断，而熔断器的融化和切断是保护操作所必须的。因此，直到电池被完全放电前，持续地存在流动的小电流，并且，在此过程中，电池的温度增加，而在严重的情况下亦可能造成电池起火。
发明内容
技术问题
本发明用于解决现有技术的问题，且因而本发明的目的在于提供一种用于保护电池组件的装置及方法，其通过对在电池组件保护装置中扮演了重要的角色的感测电阻器的损坏进行检测，然后融化和切断熔断器，从而提升电池组件的安全性。
技术解决方式
为达到上述目的，本发明提供一种用于保护电池组件的装置，其包含：熔断器、感测电阻器、以及熔断器控制开关，所述感测电阻器连接至充电电流或放电电流流经的电路路径，所述熔断器控制开关用于控制熔断器。其中，所述电池组件保护装置进一步包含肖特基二极管，所述肖特基二极管的一端连接至所述感测电阻器，其另一端则连接至熔断器控制开关。
在本发明的另一方面，本发明还提供了一种电池组件，其包含具有至少一个电池单体的电池单体组，所述电池组件保护装置电耦合至所述电池单体组；以及外壳，其将所述电池单体组及所述电池组件保护装置容纳于内部空间中。
在本发明的又一方面，本发明还提供了一种用于保护电池组件的方法，所述电池组件包含：熔断器、感测电阻器、熔断器控制开关、及肖特基二极管，其中，所述感测电阻系连接至充电电流或放电电流流经的电路路径，所述熔断器控制开关控制所述熔断器，所述肖特基二极管连接至所述感测电阻器和所述熔断器控制开关之间，所述方法包含：(S1)当施加于所述感测电阻器两端的电压超过预定值时，允许电流通过所述肖特基二极管流向所述熔断器控制开关；以及(S2)通过电流来导通所述熔断器控制开关，以融化并切断所述熔断器。
有利效果
根据本发明，在电池组件保护装置中扮演重要的角色的感测电阻器的损坏被检测到，以融化和切断所述熔断器，从而能以低成本的方法，避免任何元件因过电流而被损害，并且提升电池组件的安全性。特别地，随着近年来在高功率电池系统中所需的电池组件的功率消费不断增加，当过电流的情况发生时，感测电阻器可在熔断器融化及切断前便被损坏。在此情况下，熔断器可能就不会融化，也不会切断。然而，在本发明中，在感测电阻器在熔断器融化及切断前便被损坏的情况下，可先检测感测电阻器的损坏，然后融化及切断熔断器。如此，本发明可保护部件，且避免任何由于加热或起火所造成的损害，以及保护那些储存于使用电池组件的系统中数据的安全。
附图说明
图1是示意性示出传统电池组件保护装置的方框图；
图2是示意性示出根据本发明的优选实施例的用于保护电池组件的装置的方框图；
图3是示出当电池组件保护装置的感测电阻器被损坏时，根据本发明的一个实施例的用于电池组件的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图对本发明的优选实施例进行详细描述。在描述之前，应了解，在说明书及权利要求中使用的术语不应该被理解为受限于其一般的意义及其在字典上的意义，而是应根据发明人允许对所述术语进行适当的限定以进行最佳解释的原则，基于与本发明的技术方案相对应的意义及概念来进行理解。
因此，在此的描述仅仅是出于示例目的而提出的优选示例，而非用于限制本发明的范围，并且应该理解，在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以做出其他的等效和修改。
图2是示例性示出根据本发明优选实施例的用于保护电池组件的装置的方框图。
参阅图2，根据本发明的电池组件保护装置200被连接至由至少一个电池单体构成的电池单体组220，并且电池组件保护装置200包含：充电控制开关260和放电控制开关250，它们被构造为用于控制充电电流及放电电流；熔断器240，用于不可逆地阻断充电电流/放电电流流经的线路；熔断器控制开关230，用于选择性地导通或断开流至熔断器的操作电流；感测电阻210，其被安装在充电电流/放电电流流经的线路，以量测电池的充电电流/放电电流；第一保护电路280，用于感测单独的电池单体电压，并将感测到的电压输出至微控制器290；第二保护电路270，用于当超过临界值的过充电状态被检测到时，感测单独的电池单体电压，并且向熔断器控制开关230施加操作电压，以融化并切断熔断器240；以及微控制器290，用于使用每一开关230、250、260来控制保护装置200的整体操作。
在此，每一元件的基本操作与传统的电池组件保护装置的元件的基本操作基本上相同，故这些基本操在此不再详细叙述。因此，以下的叙述将关注于根据本发明的电池组件保护装置的根本特征上，而这些特征与传统的电池组件保护装置有所不同。
如图2所示，根据本发明的电池组件保护装置200进一步包含二极管300，二极管300的一端连接至感测电阻器210，它的另一端连接至熔断器控制开关230。二极管300被连接，以使得电流从感测电阻器210流动至熔断器控制开关230的栅极端。优选地，二极管300是肖特基二极管。感测电阻器210一般而言具有5mΩ至10mΩ的电阻值。在正常的状况下，虽然电池组件的端子发生短路，施加于感测电阻器210的两端的电压差仍旧很难超过1伏特。然而，若感测电阻器210因诸如机械应力或电力冲击之类的各种因素而被损坏时，位于感测电阻器210的两端之间的阻抗便增加，使得感测电阻器210的两端之间的电压差不异常地增加。根据本发明，如前所述，在电压差增加至超过预先确定电平的情况下，充电电流或放电电流便流通过肖特基二极管300，造成熔断器控制开关230的栅极电压增加。如此，熔断器控制开关230便被导通，以融化并切断熔断器240，使得电流无法在电池组件保护装置中进一步流动。优选地，当感测电阻器210两端之间的电压差超过临界值时，例如2伏特时，肖特基二极管300便导通熔断器控制开关230，以融化并切断熔断器240。
图3是示出当电池组件保护装置的感测电阻器被损坏时，根据本发明的一个实施例的用于保护电池组件的方法的流程图。
参阅图3，在本发明的用于保护电池组件的方法中，若感测电阻器被损坏，则超过预先确定的数值的电压被施加到感测电阻器的两端(S10)，接着超过临界值的电压被施加到连接至感测电阻器及熔断器控制开关之间的肖特基二极管，使得电流通过所述肖特基二极管(S20)。若如前所述，电流通过肖特基二极管，则熔断器控制开关便被导通，以融化并切断此熔断器(S30)，进而截断在电池组件中的电流。此外，如参阅图2所描述的，在感测电阻器的两端的电压差超过2伏特的情况下，电流优选地流动至肖特基二极管，以融化并切断此熔断器。
已经详细地说明了本发明。然而，应该理解，虽然指示了本发明的优选实施例，但是仅仅出于示例的目的而给出所述详细描述和特定的示例，因为从本详细描述中本领域的技术人员应显而易见的是，可以在本发明的精神和范围内进行各种的变化和修改。

Claims (3)

1.一种用于保护电池组件的装置，所述装置包含熔断器、感测电阻器、以及用于控制所述熔断器的熔断器控制开关，所述感测电阻器连接至充电电流或放电电流流经的电路路径；
其中，所述装置进一步包含肖特基二极管，所述肖特基二极管的一端被连接至所述感测电阻器，另一端被连接至所述熔断器控制开关，
其中，当施加于所述感测电阻器两端的电压超过预定值时，所述肖特基二极管允许电流流向所述熔断器控制开关，使得所述熔断器控制开关导通以融化并切断所述熔断器。
2.一种电池组件，包含如权利要求1所述的装置。
3.一种用于保护电池组件的方法，所述电池组件包含熔断器、感测电阻器、熔断器控制开关、以及肖特基二极管，其中，所述感测电阻器被连接至充电电流或放电电流流经的电路路径，所述熔断器控制开关用于控制所述熔断器，所述肖特基二极管被连接至所述感测电阻器及所述熔断器控制开关之间，所述方法包含：
(S1)在超过预定值的电压被施加到所述感测电阻器两端的情况下，允许电流通过所述肖特基二极管流向所述熔断器控制开关；以及
(S2)通过所述电流导通所述熔断器控制开关，以融化并切断所述熔断器。
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