SE516507C2 - Uppladdningsbart batteri med inbyggd säkerhetskrets för en portabel elektrisk apparat - Google Patents

Description

o . o o | ø n a - - a . | n | u: 961220 P: \l927043 .DOC BA/LJ' s 1 e 5027 att i beroende av detekterade batteriparametrar exempelvis leda bort alltför starka elektriska strömmar vid ett in- träffat feltillstànd.

Nackdelen med ett sådant tämligen komplext säkerhets- arrangemang är framför allt den relativt sett höga kompo- nent- och tillverkningskostnaden. Kretskortet har vidare en viss fysisk utsträckning, vilket gör det svårt att minimera batteripaketets storlek i en omfattning, som annars skulle vara önskvärd.

Uppfinningen Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en säkerhetskrets för ett uppladdningsbart batteri, vilken kan realiseras med minimalt antal komponenter (och där- igenom till en minimal kostnad) samt vilken med fördel kan realiseras som en integrerad komponent.

Detta syfte uppnås genom ett batteri för en portabel elektrisk apparat, innefattande åtminstone en battericell och ett i serie med battericellen kopplat säkringsorgan samt vidare innefattande ett spänningsstyrt aktivt organ, vilket är anslutet parallellt med battericellen och vilket i beroende av spänningen på en styringàng är anordnat att inta ett väsentligen icke-ledande tillstànd respektive ett ledande tillstånd, förbundet med det aktiva organets styringáng. Enligt upp- samt ett referensspänningsorgan, som är finningen är det aktiva organet anordnat att växla från sitt icke-ledande tillstånd till sitt ledande tillstånd, när spänningen över battericellen i en förutbestämd ut- sträckning avviker från en från referensspänningsorganet erhàllen referensspänning, med kortslutning av batteri- cellen och utlösning av säkringsorganet som följd.

Andra syften, fördelar och särdrag hos föredragna utföringsformer av föreliggande uppfinning framgår av följande detaljerade beskrivning med tillhörande figurer. 961220 P:\l927043.DOC BA/LJ 516 50,- :II= ::.:;::~;;::I::: 3 Översiktlig beskrivning av ritningen Uppfinningen skall nu beskrivas närmare i det följande under hänvisning till bifogade ritning, pá vilken FIG 1 är ett översiktligt blockschema över ett upp- laddningsbart batteri enligt ett grundutförande av upp- finningen samt FIG 2 är ett översiktligt blockschema över ett upp- laddningsbart batteri enligt ett alternativt utförande av uppfinningen.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer I FIG 1 visas ett grundutförande av det uppladdnings- bara batteriet med sin säkerhetskrets enligt uppfinningen.

Av tydlighetsskäl är batteriet endast illustrerat med en enda battericell 10, men inom ramen för uppfinningen kan batteriet lika gärna bestå av flera med varandra seriekopp- lade battericeller, enligt vad som är välkänt inom det tekniska omrâdet och således lätt inses av fackmannen.

Batteriet har två yttre kontakter 16 och 17 för anslutning till den portabla elektriska apparat, som batteriet skall strömförsörja. Batteriet innefattar vidare ett i och för sig känt säkringsorgan 12 av något för den aktuella tillämpningen passande utförande. Säkringsorganet 12 är kopplat i serie med battericellen 10 och är anordnat att pá välkänt vis åstadkomma ett avbrott i den elektriska förbin- delsen mellan battericellen 10 och den yttre kontakten 16, när säkringsorganet 12 genomlöps av en alltför stark elektrisk ström som följd av ett inträffat elektriskt fel, exempelvis en kortslutning eller en överspänning från ett här ej visat uppladdningsaggregat.

En spànningsstyrd aktiv komponent 20 är kopplad parallellt med battericellen 10 med uppgift att pà nedan beskrivet vis åstadkomma en kortslutning över battericellen för utlösning av säkringsorganet 12, när spänningen över W U 961220 P=\1927o43 .Doc sA/LJ 5164 50,? ::_:;;:-:;::i:i: battericellen 10 överskrider ett förutbestämt gränsvärde.

Den aktiva komponenten 20 har tre anslutningar, varav en första anslutning 23 är kopplad till en punkt på ledningen mellan den yttre kontakten 16 och battericellens 10 posi- tiva pol samt varav en andra anslutning 24 är kopplad till en punkt på ledningen mellan den yttre kontakten 17 och battericellens 10 negativa pol. Organets 20 tredje an- slutning 22 fungerar som styringång. Till denna styringáng 22 är ett referensspänningsorgan 30 anslutet. Referens- spänningsorganet 30 är vidare förbundet med battericellens positiva pol. Säkringsorganet 12 är i figuren anordnat mellan en gemensam punkt för battericellens 10 positiva pol och säkringsorganet 30 samt en gemensam punkt för den yttre kontakten 16 och det aktiva organet 20. Alternativt kan säkringsorganet vara anordnat omedelbart före den yttre kontakten 16, vilket indikeras i figuren i form av en streckad rektangel 13.

Organet 20 har två möjliga arbetstillstånd: ett väsentligen icke-ledande tillstånd och ett ledande till- I det icke-ledande tillståndet är den potentiella förbindelsen mellan batteripolerna bruten, varvid organet stånd. således intar en passiv roll i kopplingen enligt FIG 1.

I sitt ledande tillstànd spelar däremot organet 20 en påtagligt aktiv roll, i det att den etablerar en kortslut- ning mellan de båda batteripolerna. Som följd ökar strömmen genom säkringsorganet 12 (eller 13) drastiskt med utlösning av säkringsorganet som följd.

Det spänningsstyrda organet 20 är anordnat att växla mellan sina ovan beskrivna arbetstillstånd i beroende av spänningsvärdet på sin styringång 22. Värdet på denna styr- spänning bestäms i sin tur av referensspänningsorganet 30.

Om spänningen över organets 20 anslutningar 23 och 24 (dvs väsentligen battericellens 10 polspänning) överstiger referensspänningen över referensspänningsorganet 30, växlar U s 16 sušâ :š.:;š:-:¿..:: 961220 P:\l927043.DOC BA/IJ den aktiva komponenten 20 till sitt ledande tillstànd, varvid kortslutning och säkringsutlösning följer.

I den föredragna utföringsformen av uppfinningen realiseras det spänningsstyrda organet 20 som en tyristor (SCR) eller en fälteffekttransistor (MOSFET). Vidare reali- seras företrädesvis referensspänningsorganet 30 som en Zener-diod. Säkringsorganet 12 realiseras, som tidigare nämnts, företrädesvis av någon konventionell och på mark- naden vanligt förekommande säkring. Alternativt kan säk- ringsfunktionen åstadkommas genom att någon förefintlig förbindelsetràd (”bondtråd") bränns av vid kortslutningen.

Såväl organet 20 som organen 12 och 30 kan således realise- ras av enkla och billiga komponenter, vilket givetvis även möjliggör en enkel och billig totallösning för åstadkom- mande av det uppladdningsbara batteriets ovan beskrivna säkerhetsfunktioner.

Enligt en i FIG 2 visad alternativ utföringsform av uppfinningen realiseras det spänningsstyrda aktiva organet , referensspänningsorganet 30 och säkringsorganet 12 som en integrerad komponent 40 med tre anslutningar 41-43, varav anslutningen 41 är anordnad att kopplas till kontak- ten 16, anslutningen 42 är anordnad att kopplas till kon- takten 17/negativa polen hos battericellen 10 samt anslut- ningen 43 är anordnad att kopplas till den positiva polen hos battericellen 10. Den integrerade komponenten 40 kan exempelvis utföras som en kiselplatta (”chip"), på vilken transistorn och Zener-dioden bildas. Därefter innesluts kiselplattan i en konventionell kapsling av plast eller keramikmaterial. Alternativt kan den integrerade komponen- ten 40 utföras som en hybridkrets.

Enligt ytterligare en alternativ utföringsform reali- seras det spänningsstyrda organet 20 tillsammans med refe- rensspänningsorganet 30 som en kombinerad tyristor och Zener-diod (s k DIAC), vars spänningsnivàer är anpassade a n ø a o. o 516 5G? 2::=- IÄÉÉ ~ .=;: 6 961220 P:\l927043 .DOC BA/LJ till för den aktuella batteritypen normala nivåer (t ex omkring 4,1-4,3 V för normala litiumbaserade batterier).

Uppfinningen har ovan beskrivits med hänvisning till föredragna utföringsformer, men uppfinningen är inte begränsad till dessa. Således är även andra, här ej visade utföringsformer möjliga inom ramen för uppfinningens skyddsomràde, såsom detta definieras i bifogade själv- ständiga patentkrav.

Claims (7)

10 U 20 25 30 980416 B : \PUBLIC\DOC\P\1927043B.DOC BA/LJ 5167507 PATENTKRAV

1. Uppladdningsbart batteri för en portabel elektrisk apparat, innefattande: åtminstone en battericell (10); ett i serie med battericellen kopplat säkringsorgan (l2; 13); ett spänningsstyrt aktivt organ (20), som är anslutet (10) och som i beroende av spänningen pá en styringáng (22) är anordnat att inta ett parallellt med battericellen väsentligen icke-ledande tillstànd respektive ett ledande tillstånd; samt ett referensspänningsorgan (30), som är förbundet med det aktiva organets styringàng, varvid det aktiva organet (20) är anordnat att växla fràn sitt icke-ledande tillstånd till sitt ledande till- stånd, när spänningen över battericellen (10) i en förut- bestämd utsträckning avviker fràn en fràn referensspän- ningsorganet (30) erhàllen referensspänning, med kort- slutning av battericellen och utlösning av säkringsorganet (l2; 13) som följd, k ä n n e t e c k n a t (20) av att det spänningsstyrda aktiva organet tillsammans med referensspänningsorganet (30) och säkringsorganet (l2; 13) bildar en integrerad elektronisk komponent (40) med tre anslutningar (41, 42, 42).

2. Uppladdningsbart batteri enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det aktiva organet (20) är en tyristor.

3. Uppladdningsbart batteri enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att det aktiva organet (20) är en transistor. ao en W Ü 980416 E : \PUBLIC\DOC\P\l927043B .DOC BA/LJ

4. Uppladdningsbart batteri enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t en MOSFET-transistor. av att det aktiva organet (20) är

5. Uppladdningsbart batteri enligt något av ovan- stående krav, k ä n n e t e c k n a t av att referens- spänningsorganet (30) utgörs av en Zener-diod.

6. Uppladdningsbart batteri enligt något av ovan- stående krav, k ä n n e t e c k n a t av att battericellen (10) är av litiumtyp.

7. Uppladdningsbart batteri enligt något av ovan- stående krav, k ä n n e t e c k n a t av att den från referensspänningsorganet (30) erhållna referensspänningen approximativt överensstämmer med den normala polspänningen hos battericellen (10), då denna är fulladdad.