CN1224541A - 一种便携的电池供电用电设备的安全装置 - Google Patents

一种便携的电池供电用电设备的安全装置 Download PDF

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Abstract

一种便携的电池供电用电设备(11)中的安全装置(10),该设备包括一个具有一个或多个电池(13a－b)、向设备中的电路(14)供电的电池组件(12),并且在保持对设备供电的同时,该设备可以与对电池组件充电的充电装置(16)相连接。安全装置具有在电池组件(12)中的电池(13a－b)与设备(11)的第一端头(24)之间,用于接收来自充电装置(16)的充电电流的第一保险装置(20),以及在电池组件(12)中的电池(13a－b)与设备(11)的第二端头(26)之间,用于向设备中的电路(14)供电的第二保险装置(21)。所述保险装置(20,21)在操作下是相互独立的,尤其是第二保险装置(21)可以在电池组件与设备中的电路之间保持电气连接,甚至当或者如果充电装置中出现异常状况,第一保险装置(20)相应地被释放或断开的时候。

Description

一种便携的电池供电用电设备的安全装置
技术领域
本发明涉及一种便携的电池供电用电设备中的安全装置，所述设备包括一个向设备中的电路供电的电池组件，并且在保持对设备供电的同时，该设备可以与对电池组件充电的充电装置相连接。
现有技术描述
充电电池应用于各种移动式应用中，例如蜂窝电话，无线电通信设备，膝上型(laptop)计算机，摄象机，等等。本文全篇的讨论和描述将涉及上述第一种实施例，即蜂窝电话。但是，这并不把本发明只限制于蜂窝电话；相反，本技术领域的熟练人员会认识到，在考虑下面的说明描述时，本发明可以应用在各种相关的技术领域中。
在上述应用中，电池组件包括多个(优选为2到5个)电池，其中电池被串联连接，以提供外部供电电压，例如所期望的3伏和6伏。该电池组件包括附加的元件，例如连接端头，接触片，电池盒以及保险丝。一般情况下，NiCd(镍-铬)电池应用最为普遍，最近NiMH(镍金属氢化物)电池和Li电池(锂铁，锂聚合物)已变得更加普遍。不考虑电池的类型，为了方便起见，电池通常连接到充电装置上，以在不必拿掉电池，例如从蜂窝电话上拿掉电池，的情况下，由充电装置提供充电电流。另外，由于用户的需求，电池通常可以在不关闭蜂窝电话或者不将其从服务中取消的情况下充电。
图1公开了一种根据现有技术的充电装置的示意框图。多个电池13a,13b(此情形下为2个)按照上文所述串联连接，形成电池组件12。电池组件12被装配成向蜂窝电话11供电，其中蜂窝电话11可以从任意市场现有型号中选取，因此在图中用虚线示意地说明。蜂窝电话包括各种电气、电子电路和元件，例如功率放大器，微处理器，滤波电路，本地振荡器，等等。对本技术领域的熟练人员来说，这些电路和元件的存在是显而易见的，因此所述元件只是用通用电子线路模块14代表。
电池组件12具有两个连接端头：正极性端头和负极性端头。为了保护电池，电池13a,13b与保险丝18串联，其中保险丝18一般是可以重置的。
一种充电装置16被装配成通过电路11的连接端附接到电池组件12上，以用来充电。如图中所显示的，电池可以在移动电话11保持工作的情况下被充电，这是根据上文所述用户的一般要求。根据图1的充电装置的一个主要缺点是，如果该充电装置因为某种原因要向电池组件12提供过大充电电流时，作为结果，其中的保险丝18将会断开，那么移动电话中电子线路模块14两端的电压会上升到危险的高电平，其中模块14中的电路和元件可能会损坏或者完全毁坏。由于这一原因，充电装置16和移动电话11内部各至少需要一个附加的保险丝，分别为19a和19b(或者其他类型的合适的保护装置)。这种多保险丝的安全装置要求附加的空间，并且会导致生产成本的增加。
图2说明了一种根据现有技术的保险丝18。一活性(active)材料17的薄层被内置于两个金属接触片15a和15b之间。活性材料由聚合物材料构成，包括通常在接触片15a和15b之间传导电流的细碳纤维，当由于电气故障而使电流幅度升高时，作为结果，有源材料17产生的热量将增加。材料温度的升高导致材料膨胀，其中的碳纤维将分离，并且中断接触片之间的电气连接。保险丝是自动重置的，因为一旦材料被冷却，碳纤维将重新具有接触的功能。
以知电池组件的实施例在GB-A-2 239 567,US-A-4 578628,US-A-4 916 594和US-A-4 555 451中被说明。保险丝的有用实施例在US-A-4 563 628,US-A-5 367 280和US-A-5 146150，以及其他文件中被得知。
发明概述
本发明的目的是提供移动用电设备，例如蜂窝电话，中的电池组件的有效、可靠的充电装置，并且具有最少的元件和低的材料成本。本发明尤其旨在排除当充电过程偏离正常状态时，例如由于电池组件的保险丝断开，因过高的供电电压而损坏设备中的电子线路的风险。
该目的通过一种具有根据附加的独立权利要求中的特征部分的特性的安全装置实现。根据本发明的优选实施例，在后面的相关权利要求中被定义。
附图简述
下面将参考附图，对本发明进行更详细的描述，其中
图1是一种已知移动电话的充电装置的示意框图；
图2公开了一种用于根据图1中的装置的保险丝；
图3是一种在采用根据本发明的安全装置的移动电话中的充电装置的示意框图；
图4说明了一种图3中所公开的、根据本发明的安全装置的实施例；以及
图5说明了图3中的安全装置的另一种实施例。
发明详述
如前所述，一种已知充电装置的实施例在图1和图2中被说明，其中所采用的保险丝的实施例也被说明。
在图3中，一种充电装置被说明，其中一种根据本发明的优选实施例的安全装置被采用。如图1中所示，充电装置16被装配成向附接在移动电话11上的电池组件12提供充电电流，以对电池组件充电。充电装置16和带有电子元件的移动电话11基本上与已经参考附图1进行描述的部分相同，因此此处的公开中不再重复。
电池组件12包括多个——此处为2个任意类型(例如NiMH,Li-型，或NiCd)的电池13a和13b，所述电池串联连接，以为驱动电子元件14提供足够高的外部供电电压。与图1相比，不同之处在于电池组件现在被装配有三个端头：一个负极性端头，第一正极性端头和第二正极性端头。第一正极性端头通过第一保险装置20被保护，并且被装配成与移动电话11的第一(正极性)端24相连接，同时第二正极性端头通过第二保险装置21被保护，并且被装配成与移动电话的第二(正极性)端26相连接。最后，负极性端被装配成与移动电话11的第三(负极性或地)端40相连接。
电池组件12被装配成通过端头24接收来自充电装置的充电电流。另外，电池组件被装配成通过端头26向移动电话11提供充电电流。通过上述端头的发明性的装配以及保险装置，可以得到下述优点
·如果充电装置16不再正常工作，而是要提供过大充电电流，或者被短路，则只有第一保险装置被断开。这将中止充电，但第二保险装置21仍在工作，其中移动电话的供电不受影响。
·排除了充电装置16中需要的附加保险丝19a或移动电话11中需要的附加保险丝19b(参见图1)，因此从经济的观点看，很有利。
·上述装配中允许两个保险装置以集成安全装置10的方式实现，下面将参考图4对其作进一步的说明。
图4中显示了一种根据本发明的安全装置10的优选实施例。活性材料36的薄层被沉积在金属接触片30上，该接触片通过焊接、激光熔焊或点焊等与电池2、13a-b串联连接。有源材料36是聚合物材料，包括细碳纤维或其他传导性材料，所述纤维正常时传导电流，但当电流幅度由于电气故障(例如上文参考图2的描述)而升高时，纤维在空间上相互分离，并且会相互中断电流路径。因此，材料36是活性的，因为其作为电流导体的状态依赖于物理属性——在此情形下，是电流幅度与材料温度的间接关系。活性材料的本质在本技术领域是已知的，故在此不再作全面的公开说明。
两个接触片32和34各自装配在活性材料36层面上。这些接触片优选为由金属制成，并且被装配成具有适于与移动电话11中相应的端头24和26装配的平滑上表面。在图中端头24和26由弹簧接触形成，并分别对应于安全装置10中的接触端32和34被有弹性地压下。
通过根据优选实施例在同一基片上为安全装置10提供双重安全功能，上述问题可以在考虑成本和空间的同时，被有效地解决。由于该装置是自动重置的，在此方面电池组件不需要维护。
图5说明了图4所示实施例的一种改进。图4与图5中相同的元件在两图中具有相同的参考数字/根据图5的安全装置10装配有一个置于电绝缘层44之上的、附加的接触装置42。层面44被装配在接触片30上面，也在活性材料层36上面。接触装置42具有一个平滑的上表面，用于接收移动电话11中的第三弹性接触装置40。接触装置42被软焊、熔焊，或者通过其他方式连接到电池13a-b的负极性端，而接触片30同前面一样，被连接到电池的正极性端。
在后面的权利要求中所定义的本发明的范围中，该安全装置可以以不同于上述方式的其他方式实现，这是本技术领域的熟练人员很容易认识到的，例如，取代活性聚合物材料，可以采用双金属元件的装配方法。另外，安全装置不必一定自动重置，尽管此特性被认为是适当的。最后，再一次注意，本发明可以与移动电话之外的其他用电设备一起使用。

Claims (8)

1．一种便携电池供电的用电设备(11)中的安全装置(10)，该设备包括一个具有一个或多个电池(13a-b)、向设备中的电路(14)供电的电池组件(12)，并且在保持对设备供电的同时，该设备可以与对电池组件充电的充电装置(16)相连接，其特征在于
被装配在电池组件(12)中的电池(13a-b)与设备(11)的第一端头(24)之间，用于接收来自充电装置(16)的充电电流的第一保险装置(20)，以及
被装配在电池组件(12)中的电池(13a-b)与设备(11)的第二端头(26)之间，用于向设备中的电路(14)供电的第二保险装置(21)，
所述保险装置(20,21)在操作下是相互独立的，尤其是第二保险装置(21)可以在电池组件与设备中的电路之间保持电气连接，甚至当或者如果充电装置中出现异常状况，第一保险装置(20)相应地被释放或断开的时候。
2．权利要求1中的安全装置，其特征在于保险装置(20,21)被物理集成。
3．权利要求1或2中的安全装置，其特征在于保险装置(20,21)由至少在一种物理属性上是活性(active)的材料层(36)形成，所述层面被装配在接触片(30)分别与第一和第二接触装置(32,34)之间。
其中接触片(30)被装配成与电池组件(12)中的电池(13a-b)相连接，
其中第一接触装置(32)被装配成与设备(11)中的第一端头(24)相连接，以及
其中第二接触装置(34)被装配成与设备(11)中的第二端头(24)相连接。
4．权利要求3中的安全装置，其特征在于活性材料层(36)在接触片(30)分别与第一和第二接触装置(32,34)之间的方向上的电导率在材料温度超过预定高温阈值时基本上减小为0，而在材料温度下降到低于预定低温阈值时恢复。
5．权利要求3或4中的安全装置，其特征在于第一和第二接触装置(32,34)具有用于接收用电设备(11)中各个弹性接触装置(24,26)的平面型上表面。
6．权利要求5中的安全装置，其特征在于第三接触装置(42)，该装置(42)通过电绝缘材料的中间层(44)被装配在接触片(30)上，该装置(42)具有用于接收用电设备(11)中第三弹性接触装置(40)的平面型上表面，并且该装置(42)被装配成与电池组件(12)中的电池(13a-b)的负极性端相连接，而接触片(30)被装配成与电池的正极性端相连接。
7．根据上述任一权利要求中的安全装置，其特征在于用电设备(11)是蜂窝移动电话系统的移动电话。
8．一种包括一个或多个电池(13a-b)、向便携式用电设备(11)供电的充电电池组件(12)，其特征在于该电池组件(12)包括一个根据上述任一权利要求的安全装置(10)。
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