DE112015000398T5 - Lithium-Ionen-Batterie und Steuerverfahren zum Laden/Entladen - Google Patents

Lithium-Ionen-Batterie und Steuerverfahren zum Laden/Entladen Download PDF

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Abstract

Eine Lithium-Ionen-Batterie beinhaltet eine Lithium-Ionen-Zelle, einen Positivelektrodenanschluss, eine Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte, einen Verbinder und ein Gehäuse, das als Negativelektrode dient. Die Lithium-Ionen-Zelle ist in dem Gehäuse angeordnet, der Verbinder ist zwischen der Lithium-Ionen-Zelle und dem Gehäuse angeordnet. Der Positivelektrodenanschluss ist an einem Ende der Lithium-Ionen-Zelle montiert. Eine Leiterplatte ist zwischen der Positiv-/Negativelektrode der Batterie und der Lithium-Ionen-Zelle angeordnet. Eine Spannungs-/Strom-Steuerungs- und eine Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung ist in der Leiterplatte integriert. Die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung kann die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie auf eine Spannung von 1,5 V/1,2 V anpassen. Die Form und Größe des Gehäuses kann in einer beliebigen Form gestaltet werden, um die traditionellen Trockenbatterien entsprechend den Anforderungen zu ersetzen. Die Lithium-Ionen-Batterie kann so gestaltet werden, dass das Entladen und Laden über denselben Anschluss erfolgen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der HK-Patentanmeldung Nr. 14108170.9, mit dem Titel „LITHIUM-ION STORAGE BATTERY AND CHARGE/DISCHARGE CONTROL METHOD THEREFOR“, eingereicht am 8. August 2014, die hierin durch Bezugnahme vollumfänglich für alle Zwecke aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • 1. Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenlegungsschrift betrifft Batterien zur Stromversorgung von elektronischen Schaltungen, und insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie sowie ein Steuerverfahren zum Laden/Entladen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Batterien sind unverzichtbare Teile von elektronischen Geräten und insbesondere von tragbaren elektronischen Produkten. Die Verwendung eines elektronischen Gerätes (einer Digitalkamera, eines Spielzeugs oder einer Fernbedienung etc.) mit einer Batterie ist sehr praktisch, da die Batterie eine unabhängige Stromversorgung für das elektronische Gerät bieten kann. Gegenwärtig gibt es hauptsächlich zwei Typen von Batterien. Der eine Typ sind traditionelle Batterien. Traditionelle Batterien haben genormte Formen und genormte Größen, wie beispielsweise zylinderförmige AA oder AAA Batterien mit einer Nennspannung von 1,5 V. In den meisten Fällen sind diese Art von Batterien Trockenbatterien. Seltener sind diese Art von Batterien wiederaufladbare Nickel-Cadmium oder Wasserstoff-Nickel-Batterien mit einer Nennspannung von 1,2 V. Ein weiterer Typ ist eine Batterie für eine exklusive Anwendung. Diese Art von Batterien wird von verschiedenen Herstellern hergestellt oder wird in verschiedenen Produkten verwendet und hat daher verschiedene Formen und Größen. Meistens hat diese Art von Batterien eine Nennspannung von 3 V oder 3,6 V. Bei dieser Art von Batterien werden hauptsächlich Lithium-Batterien mit der Nennspannung von 3,6 V oder 3,7 V verwendet.
  • Die Formen und Größen der traditionellen Batterien müssen den technischen Standards folgen. Dies ist praktisch für die weit verbreitete Herstellung und Nutzung. Eine traditionelle Batterie hat eine gute Allgemeinverwendbarkeit. Allerdings sind die Kosten der Verwendung von Einweg-Trockenbatterien hoch. Für den Verbraucher ist die Verwendung vieler Einweg-Trockenbatterien nicht wirtschaftlich. Darüber hinaus stellen Einwegbatterien eine Umweltverschmutzung dar. Was Nickel-Cadmium oder Wasserstoff-Nickel-Batterien angeht, so weisen diese Memory-Effekte und kurze Lebenszyklen auf. Außerdem sind Einwegbatterien, welche die Umwelt verschmutzen, nach wie vor Probleme, die es zu lösen gilt.
  • Lithium-Ionen Batterien haben die Eigenschaften einer hohen Energiedichte, langer Standzeiten, haben keine Memory-Effekte, weisen lange Lebenszyklen auf und sind frei von Schwermetallen Die Lithium-Ionen-Batterien ersetzen allmählich die herkömmlichen Trockenbatterien. Allerdings sind die Formen und Größen der Lithium-Ionen-Batterien so unterschiedlich, dass sie eine schlechte Allgemeinverwendbarkeit aufweisen. Es ist nicht besonders praktisch, dass Verbraucher die geeigneten Batterien in einem speziellen Geschäft erwerben müssen. Da die Lithium-Ionen-Batterien eine hohe Spannung abgeben, sind die Lithium-Ionen-Batterien außerdem nicht für elektronische Produkte mit Niederspannungsanforderungen geeignet. Daher können auch heutzutage die Lithium-Ionen-Batterien immer noch nicht alle traditionellen Trockenbatterien ersetzen. Damit ist es schwer, die Nutzung der Lithium-Ionen-Batterien voranzutreiben.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Viele Aspekte der Ausführungsbeispiele sind unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; vielmehr wurde der Schwerpunkt auf eine klare Veranschaulichung der Prinzipien der Ausführungsbeispiele gelegt. Ferner sind alle Ansichten in den Zeichnungen schematisch und gleiche Bezugsziffern kennzeichnen in den verschiedenen Darstellungen entsprechende Teile.
  • 1 zeigt ein Strukturdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Lithium-Ionen-Batterie gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift.
  • 2 zeigt ein Schaltbild von Einheiten einer Schaltung in einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • 3 zeigt ein Schaltbild von Einheiten einer Schaltung in einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Es versteht sich, dass zugunsten einer einfacheren und übersichtlicheren Darstellung, wo angemessen, die Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren wiederholt wurden, um entsprechende oder analoge Elemente anzuzeigen. Außerdem sind zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein gründliches Verständnis der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu bieten. Allerdings wird sich Fachleuten erschließen, dass die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele ohne diese spezifischen Details umgesetzt werden können. In anderen Fällen wurden die Verfahren, Vorgehensweisen und Komponenten nicht ausführlich beschrieben, um das zu beschreibende, betreffende relevante Merkmal nicht zu verschleiern. Außerdem soll die Beschreibung nicht als Einschränkung für den Geltungsbereich der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betrachtet werden. Die Zeichnungen sind nicht zwingend maßstabsgetreu und die Proportionen bestimmter Teile wurden vergrößert, um Details und Merkmale der vorliegenden Offenlegung besser zu illustrieren.
  • Der Begriff „gekoppelt“ ist als verbunden definiert, sei es direkt oder indirekt durch zwischengeschaltete Komponenten, und ist nicht zwingend auf physische Verbindungen beschränkt. Die Verbindung kann solcher Art sein, dass die Objekte permanent oder lösbar miteinander verbunden sind. Der Begriff „umfassend“ bedeutet „einschließlich, jedoch nicht zwingend beschränkt auf“; er zeigt insbesondere eine offene Einbeziehung oder Mitgliedschaft in der damit beschriebenen Kombination, Gruppe, Reihe oder dergleichen an.
  • Die vorliegende Offenlegungsschrift erfolgt in Bezug auf eine Lithium-Ionen-Batterie und auf ein Steuerverfahren zum Laden/Entladen.
  • In mindestens einem Ausführungsbeispiel sieht die vorliegende Offenlegung eine Lithium-Ionen-Batterie vor, deren Spannung ähnlich oder nahe einer Spannung der herkömmlichen Trockenbatterie ist. Eine Form und eine Größe der Lithium-Ionen-Batterie sind gleich einer Form und einer Größe der traditionellen Trockenbatterie. Die Lithium-Ionen-Batterie kann so gestaltet werden, dass das Entladen und Laden über denselben Anschluss erfolgen.
  • Um die oben beschriebenen erwünschten Effekte zu erzielen, beinhaltet die Lithium-Ionen-Batterie eine Lithium-Ionen-Zelle, einen Positivelektrodenanschluss, eine Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte, einen Verbinder und ein Gehäuse. Bei dem Verbinder handelt es sich um eine flexible isolierende Leiterplatte (FPC) oder ein an einem Metall-Nickelband befestigtes Isolierpapier auf der Oberfläche. Das Gehäuse ist eine negative Elektrode der Lithium-Ionen-Batterie. Die Lithium-Ionen-Zelle ist in dem Gehäuse angeordnet. Der Verbinder ist zwischen der Lithium-Ionen-Zelle und dem Gehäuse angeordnet. Der Verbinder ist dazu konfiguriert, Elektroden in der Lithium-Ionen-Zelle zu verbinden. Der Positivelektrodenanschluss ist an einem Ende der Lithium-Ionen-Zelle montiert. Der Positivelektrodenanschluss und das Gehäuse sind gegeneinander isoliert und durch die Positive-/Negativelektroden-Isolierplatte verpackt. Zwischen der Lithium-Ionen-Zelle und dem Positivelektrodenanschluss ist eine Leiterplatte integriert. Eine Spannungs-/Strom-Steuerungs- und eine Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung ist in der Leiterplatte integriert. Die positiven und negativen Elektroden der Lithium-Ionen-Batterie sind durch die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung mit der Lithium-Ionen-Zelle verbunden. Die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung kann die Spannung der Lithium-Ionen-Batterie auf eine Spannung von 1,5 V/1,2 V anpassen, damit sie die Anforderungen von Niederspannungsprodukten erfüllt.
  • Die Formen und Größen des Gehäuses können verschiedenartig sein, wie beispielsweise Zylinderformen oder kubische Formen mit derselben Größe wie die verschiedenen herkömmlichen Trockenbatterien. Außerdem kann die Lithium-Ionen-Batterie kann so gestaltet werden, dass das Entladen und Laden über denselben Anschluss erfolgen, um eine Erweiterung durch extra Ladeschaltungen zu vermeiden.
  • Eine Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung in der Lithium-Ionen-Batterie beinhaltet eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, eine Ladungsermittlungseinheit und eine Ladungs- und Spannungsstabilisierung-Steuereinheit. Die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, die Ladungsermittlungseinheit und die Ladungs- und Spannungsstabilisierung-Steuereinheit sind miteinander durch Schaltungen in der Leiterplatte gekoppelt.
  • In den Ausführungsbeispielen weist die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit zwei Typen auf.
  • In dem ersten Typ beinhaltet die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Chip, einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), einen Energiespeicherinduktor, eine Diode, einen Kondensator und eine Abtastschaltung, die aus Widerständen besteht.
  • In dem zweiten Typ beinhaltet die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Chip, eine PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuerschaltung, die aus einem MOSFET und einem Synchrongleichrichter-MOSFET besteht, einen Energiespeicherinduktor, eine Diode, einen Kondensator und eine Abtastschaltung, die aus Widerständen besteht.
  • Die Ladungsermittlungseinheit beinhaltet eine erste Triode und einen Widerstand. Ein erster Anschluss des Widerstands ist mit einer Basiselektrode der ersten Triode verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands ist mit einer Source-Elektrode des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit verbunden. Eine Emissionselektrode der ersten Triode ist mit einer Drain-Elektrode des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit verbunden.
  • Die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit beinhaltet eine zweite Triode, einen zweiten Widerstand, einen dritten Widerstand und einen zweiten Kondensator, eine Kollektorelektrode der zweiten Triode ist mit dem Feedback-Anschluss des PWM-Chips verbunden, ein erster Anschluss des zweiten Widerstands ist mit einer Basiselektrode der zweiten Triode verbunden, ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands ist mit der Masse verbunden, ein erster Anschluss des zweiten Kondensators ist ebenfalls mit der Basiselektrode der zweiten Triode verbunden, ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators ist ebenfalls mit der Masse verbunden, ein erster Anschluss des dritten Widerstands ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands verbunden, ein zweiter Anschluss des dritten Widerstands ist mit der Ladungsermittlungseinheit verbunden, eine Kollektorelektrode der zweiten Triode ist mit einem Feedback-Anschluss des PWM-Chips verbunden. Der zweite Widerstand und der zweite Kondensator bilden eine Entladungsschaltung. Darüber hinaus ist die Entladungsschaltung mit der Basiselektrode der zweiten Triode durch den ersten Anschluss des zweiten Widerstands verbunden. Der zweite Anschluss des dritten Widerstands ist mit der Kollektorelektrode der ersten Triode verbunden.
  • Das in der Lithium-Ionen-Batterie angewandte Steuerverfahren zum Laden/Entladen beinhaltet folgende Schritte:
    • i): Die Ladungsermittlungseinheit ermittelt Strom in Schaltungen der Lithium-Ionen-Batterie.
    • ii): Wenn die Ladungsermittlungseinheit Entladungsstrom in den Schaltungen ermittelt, hört die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit auf zu arbeiten und die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit arbeitet. Dadurch gibt der Positivelektrodenanschluss der Lithium-Ionen-Batterie eine stabile Spannung aus. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Lithium-Ionen-Batterie in einem Entladungszustand.
    • iii): Wenn die Ladungsermittlungseinheit Ladestrom in den Schaltungen ermittelt, arbeitet die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, und die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit hört auf zu arbeiten. Gleichzeitig weist ein Kanalwiderstand des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen Minimalwert auf. Auch der Widerstand in den Schaltungen ist ein Minimalwert. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Lithium-Ionen-Batterie in einem Ladezustand.
    • iv) Wenn die Lithium-Ionen-Batterie vollständig geladen ist oder das Ladegerät herausgezogen wird, ist kein Strom in den Schaltungen vorhanden. Die Ladungsermittlungseinheit und die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit hören beide auf zu arbeiten. Die Lithium-Ionen-Batterie befindet sich in einem Standby-Zustand. Zu diesem Zeitpunkt schaltet die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Spannungsstabilisierungs-Modus ein.
  • Aufgrund des Einsatzes von Spannungsstabilisierungs- und Spannungsherabstufungsschaltungen können die Ausgangsspannungen der Lithium-Ionen-Batterien in den Ausführungsbeispielen auch für elektronische Produkte angewendet werden, die traditionell Trockenbatterien verwenden. Ferner können die Gehäuse der Lithium-Ionen Batterien mit beliebigen Formen und Größen gestaltet werden, um die traditionellen Trockenbatterien zu ersetzen. Außerdem sind die Schaltungen in den Lithium-Ionen-Batterien einfach, und die Lithium-Ionen-Batterie kann so ausgelegt werden, dass sie denselben Anschluss zum Laden und Entladen nutzt, um Kosten einzusparen.
  • 1 zeigt ein Strukturdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer Lithium-Ionen-Batterie gemäß der vorliegenden Offenlegungsschrift. Wie in 1 dargestellt, beinhaltet eine Lithium-Ionen-Batterie eine Lithium-Ionen-Zelle 1, einen Positivelektrodenanschluss 2, eine Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte 3, einen Verbinder 4 und ein zylinderförmiges Gehäuse 5. Bei dem Verbinder 4 handelt es sich um eine flexible isolierende Leiterplatte (FPC) oder ein an einem Metall-Nickelband befestigtes Isolierpapier auf der Oberfläche. Das Gehäuse 5 ist eine negative Elektrode der Lithium-Ionen-Batterie. Die Lithium-Ionen-Zelle 1 ist in dem Gehäuse 5 angeordnet. Der Verbinder 4 ist zwischen der Lithium-Ionen-Zelle 1 und dem Gehäuse 5 angeordnet. Der Positivelektrodenanschluss 2 ist an einem Ende der Lithium-Ionen-Zelle 1 montiert. Der Positivelektrodenanschluss 2 und das Gehäuse 5 sind gegeneinander isoliert und durch die Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte 3 verpackt.
  • Die Lithium-Ionen-Batterie enthält ferner eine Leiterplatte 6. Der Leiterplatte 6 ist zwischen der Lithium-Ionen-Zelle 1 und dem Positivelektrodenanschluss 2 angeordnet. Eine Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung ist in der Leiterplatte 6 integriert. Der Positivelektrodenanschluss 2 ist durch die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung mit der Lithium-Ionen-Zelle 1 verbunden.
  • Die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung beinhaltet eine Pulsbreitenmodulations-(PWM)Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, eine Ladungsermittlungseinheit und eine Ladungs- und Spannungsstabilisierung-Steuereinheit. Die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, die Ladungsermittlungseinheit und die Ladungs- und Spannungsstabilisierung-Steuereinheit sind miteinander durch Schaltungen in der Leiterplatte 6 gekoppelt.
  • 2 zeigt ein Schaltbild von Einheiten einer Schaltung in einem ersten Ausführungsbeispiel. In dem ersten Ausführungsbeispiel beinhaltet die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Chip U1, einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) Q, einen Energiespeicherinduktor L, eine Diode D, einen Kondensator C und eine Abtastschaltung, die aus Widerständen R1 und R2 besteht.
  • Ein PWM-Steuerstift des PWM-Chips U1 ist mit dem MOSFET Q verbunden. Der MOSFET Q ist mit einem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors L verbunden. Ein zweiter Anschluss des Energiespeicherinduktors L ist mit der Abtastschaltung verbunden. Die Abtastschaltung ist mit einem Feedback-Anschluss des PWM-Chips1 verbunden. Eine negative Elektrode der Diode D ist mit dem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors L verbunden. Eine positive Elektrode der Diode D ist mit der Masse verbunden. Ein erster Anschluss des Kondensators C ist mit dem zweiten Anschluss des Energiespeicherinduktors L verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators C ist mit der Masse verbunden. Die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit ist als eine Spannungsherabstufungsschaltung konfiguriert, um eine Spannung der Lithium-Ionen-Batterie von einer Spannung von 3,6 V oder 3,7 V auf eine Spannung von 1,5 V oder 1,2 V anzupassen.
  • Die Ladungsermittlungseinheit beinhaltet eine Triode Q1 und einen Widerstand R3. Ein erster Anschluss des Widerstands R3 ist mit einer Basiselektrode der Triode Q1 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands R3 ist mit einer Source-Elektrode des MOSFETs Q verbunden. Eine Emissionselektrode der Triode Q1 ist mit einer Drain-Elektrode des MOSFETs verbunden.
  • Die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit beinhaltet eine Triode Q2, einen Widerstand R4, einen Widerstand R5 und einen Kondensator C1. Eine Kollektorelektrode der Triode Q2 ist mit dem Feedback-Anschluss des PWM-Chips1 verbunden. Ein erster Anschluss des Widerstands R5 ist mit einer Basiselektrode der Triode Q2 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands R5 ist mit der Masse verbunden. Ein erster Anschluss des Widerstands R4 ist mit dem ersten Anschluss des Widerstands R5 verbunden. Ein zweiter Anschluss des Widerstands R4 ist mit der Masse durch den Kondensator C1 verbunden. Der Widerstand R4, der Widerstand R5 und der Kondensator C1 bilden eine Entladungsschaltung. Darüber hinaus ist die Entladungsschaltung mit der Basiselektrode der Triode Q2 durch den ersten Anschluss des Widerstands R5 verbunden. Der zweite Anschluss des Widerstands R4 ist mit der Kollektorelektrode der Triode Q1 verbunden.
  • 3 zeigt ein Schaltbild von Einheiten einer Schaltung in einem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Unterschied zwischen dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass Strukturen der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheiten in dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel verschieden sind. Wie in 3 dargestellt, beinhaltet die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit in dem zweiten Ausführungsbeispiel einen PWM-Chip U1, eine PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuerschaltung, die aus einem MOSFET Q und einem Synchrongleichrichter-MOSFET QD besteht, einen Energiespeicherinduktor L, eine Diode, einen Kondensator C und eine Abtastschaltung, die aus Widerständen R1 und R2 besteht. Der PWM-Steuerstift des PWM-Chips 1 ist mit Steueranschlüssen des MOSFETs Q und des Synchrongleichrichter-MOSFETs QD verbunden. Ein erster Anschluss des MOSFETs Q ist mit einem ersten Anschluss des Synchrongleichrichter-MOSFETs QD verbunden. Der erste Anschluss des MOSFETs Q ist mit einem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors L verbunden. Ein zweiter Anschluss des Energiespeicherinduktors L ist mit der Abtastschaltung verbunden. Die Abtastschaltung ist mit einem Feedback-Anschluss des PWM-Chips U1 verbunden. Ein erster Anschluss des Kondensators C ist mit dem zweiten Anschluss des Energiespeicherinduktors L verbunden. Ein zweiter Anschluss des Kondensators C ist mit der Masse verbunden. Dadurch ist die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit hochintegriert.
  • Auch wenn die Merkmale und Elemente der vorliegenden Offenlegung als Ausführungsbeispiele in bestimmten Kombinationen beschrieben wurden, kann jedes Merkmal oder Element allein oder in verschiedenen Kombinationen im Rahmen der Prinzipien der vorliegenden Offenlegung im vollen Umfang der breit gefassten allgemeinen Bedeutung der Begriffe verwendet werden, mithilfe derer die angefügten Ansprüche ausgedrückt wurden.

Claims (7)

  1. Lithium-Ionen-Batterie, umfassend eine Lithium-Ionen-Zelle, einen Positivelektrodenanschluss, eine Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte, einen Verbinder und ein Gehäuse; wobei der Verbinder eine flexible isolierende Leiterplatte (FPC) oder ein an einem Metall-Nickelband befestigtes Isolierpapier auf der Oberfläche ist, das Gehäuse eine negative Elektrode der Lithium-Ionen-Batterie ist, die Lithium-Ionen-Zelle in dem Gehäuse angeordnet ist, der Verbinder zwischen der Lithium-Ionen-Zelle und dem Gehäuse angeordnet ist, um Elektroden in der Lithium-Ionen-Zelle zu verbinden, der Positivelektrodenanschluss an einem Ende der Lithium-Ionen-Zelle vorgesehen ist, der Positivelektrodenanschluss und das Gehäuse gegeneinander isoliert und mit der Positiv-/Negativelektroden-Isolierplatte zusammengepackt sind, eine Leiterplatte zwischen der Lithium-Ionen-Zelle und dem Positivelektrodenanschluss integriert ist, eine Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung auf der Leiterplatte integriert ist, die positiven und negativen Elektroden der Lithium-Ionen-Batterie durch die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und die Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung mit der Lithium-Ionen-Zelle verbunden sind.
  2. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 1, wobei die Spannungs-/Strom-Steuerungs- und Überladungs-/Über-Entladungs-Schutzschaltung eine PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, eine Ladungsermittlungseinheit und eine Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit umfasst, wobei die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, die Ladungsermittlungseinheit und die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit durch Schaltungen in der Leiterplatte miteinander verbunden sind.
  3. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 2, wobei die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Chip, einen MOSFET, einen Energiespeicherinduktor, eine Diode, einen ersten Kondensator und eine Abtastschaltung umfasst, die aus Widerständen besteht; wobei ein PWM-Steueranschluss des PWM-Chips mit dem MOSFET verbunden ist, der MOSFET mit einem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors verbunden ist, ein zweiter Anschluss des Energiespeicherinduktors mit der Abtastschaltung verbunden ist, die Abtastschaltung mit einem Feedback-Anschluss des PWM-Chips verbunden ist, eine negative Elektrode der Diode mit dem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors verbunden ist, eine positive Elektrode der Diode mit einer Masse verbunden ist, ein erster Anschluss des ersten Kondensators mit dem zweiten Anschluss des Energiespeicherinduktors verbunden ist, ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit der Masse verbunden ist.
  4. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 2, wobei die Ladungsermittlungseinheit eine erste Triode und einen ersten Widerstand umfasst, wobei ein erster Anschluss des ersten Widerstands mit einer Basiselektrode der ersten Triode verbunden ist, ein zweiter Anschluss des ersten Widerstands mit einer Source-Elektrode des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit verbunden ist, eine Emissionselektrode der ersten Periode mit einer Drain-Elektrode des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit verbunden ist.
  5. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 2, wobei die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit eine zweite Triode umfasst, einen zweiten Widerstand R4, einen dritten Widerstand R5 und einen zweiten Kondensator, eine Kollektorelektrode der zweiten Triode mit dem Feedback-Anschluss des PWM-Chips verbunden ist, ein erster Anschluss des zweiten Widerstands mit einer Basiselektrode der zweiten Triode verbunden ist, ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstands mit der Masse verbunden ist, ein erster Anschluss des zweiten Kondensators ebenfalls mit der Basiselektrode der zweiten Triode verbunden ist, ein zweiter Anschluss des zweiten Kondensators ebenfalls mit der Masse verbunden ist, ein erster Anschluss des dritten Widerstands mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands verbunden ist, ein zweiter Anschluss des dritten Widerstands mit der Ladungsermittlungseinheit verbunden ist, eine Kollektorelektrode der zweiten Triode mit einem Feedback-Anschluss des PWM-Chips verbunden ist.
  6. Lithium-Ionen-Batterie nach Anspruch 2, wobei die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Chip umfasst, eine PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit, die aus einem MOSFET und einem Synchrongleichrichter-MOSFET besteht, einen Energiespeicherinduktor, einen ersten Kondensator und eine Abtastschaltung, die aus Widerständen besteht; wobei ein erster Anschluss des MOSFETs mit einem ersten Anschluss des Synchrongleichrichter-MOSFETs verbunden ist, der erste Anschluss des MOSFET mit einem ersten Anschluss des Energiespeicherinduktors verbunden ist, ein zweiter Anschluss des Energiespeicherinduktors mit der Abtastschaltung verbunden ist, die Abtastschaltung mit einem Feedback-Abschluss des PWM-Chips verbunden ist, ein erster Anschluss des ersten Kondensators mit dem zweiten Anschluss des Energiespeicherinduktors verbunden ist, ein zweiter Anschluss des ersten Kondensators mit einer Masse verbunden ist.
  7. Steuerverfahren zum Laden/Entladen, das in einer Lithium-Ionen-Batterie eingesetzt wird, umfassend: Ermitteln von Strom in Schaltungen der Lithium-Ionen-Batterie durch eine Ladungsermittlungseinheit; wobei eine Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit aufhört zu arbeiten und eine PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit arbeitet, so dass der Positivelektrodenanschluss der Lithium-Ionen-Batterie eine stabile Spannung ausgeben kann, wenn die Ladungsermittlungseinheit einen Entladungsstrom in den Schaltungen ermittelt; wobei die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit arbeitet und die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit zu arbeiten aufhört, so dass ein Kanalwiderstand des MOSFETs in der PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit auf einem minimalen Wert bleiben kann, wenn die Ladungsermittlungseinheit Ladestrom in den Schaltungen ermittelt; und wenn die Lithium-Ionen-Batterie vollständig geladen ist oder ein Ladegerät herausgezogen wird, die Ladungsermittlungseinheit und die Ladungs- und Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit beide aufhören zu arbeiten und die PWM-Spannungsstabilisierungs-Steuereinheit einen PWM-Spannungsstabilisierungs-Modus einschaltet.
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