一種安全的一次鋰電池的製作方法
2023-10-10 08:05:44
專利名稱：一種安全的一次鋰電池的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電池領域，具體涉及一種提高安全性及電性能的電池。
背景技術：
鋰亞硫醯氯電池，以下簡稱鋰亞電池，使用期長達10年以上是比能量最高的電池體系，對這類電池性能的可靠性、安全性要求非常高。此類電池存在以下幾個缺憾1、在短路的條件下，電池的內壓及溫度同時升高，不僅是電池容易提前失效而且有極大的安全隱患，例如爆炸；2、在外電路電流突然過大的情況下，電池的內壓及溫度同時升高，也存在有很大的安全隱患，例如爆炸；3、在過放電的條件下，電池的內壓過高，電池有鼓底甚至爆炸的可能；4、在增加防止反充電的二極體後，電池的輸出電壓會有一定程度的下降。
現有的解決方案無一例外採用簡單的電子器件，實現單一的功能。僅僅是部分解決了鋰亞電池的問題。
發明內容
本實用新型的目的在於提供一種安裝有經過特定設計的電子線路板的電池，該電路板不是一個簡單的電子元器件。本實用新型使得一次鋰電池通過一塊具有智能控制特徵的電子線路板來實施對外部的供電，徹底解決技術背景中提到的四條缺點。用戶在使用電池的時候有更高的安全性。
本實用新型的有益效果是通過下述方案實現的本實用新型的安全電池上連接有具偵測及控制功能的電子線路板，電池通過該電子線路板實施對外部供電。
上述電子線路板並聯在電池的正負極之間。
上述電子線路板是由用於對各監測器信號進行分析、判斷並且輸出控制信號的主控制器，用於監測電池兩端電壓的電壓監測器、用於監測迴路電流的電流監測器、控制開關、過流保險絲組成，主控制器與控制開關串聯；過流保險絲串聯於正極的輸出端；電壓監測器並聯於電池兩端，並有一信號線連接到主控制器內；電流監測器並聯於主控制器和控制開關兩端。
上述控制開關包括迴路低損耗Mos開關和用於對迴路低損耗Mos開關實施控制的控制器，兩者串聯。
上述電子線路板上設有旁路低損耗Mos開關，並聯於輸出的兩端，並有一信號線與主控制器相連。
上述電子線路板安裝於電池的頂部、底部或側面內，可以放在電池殼體內部或者外部，電池假蓋內部或外部、電池包裝的內部或外部，可以做成任意形狀，以及儘可能小的尺寸，使得電池在不影響外形尺寸以及外觀的情況下完成這一技術改進。外電路通過輸出線路來完成，可以採用插頭等形式。
上述電池是鋰/亞硫醯氯、鋰/硫醯氯、鋰/二氧化硫、鋰/二氧化錳的一次鋰電池體系。
通過這一線路板的增加可以實現下列功能1、防止一次鋰電池短路；2、防止電流超過限定的安全電流；3、防止電池過放電；4、防止外電路對電池反充電；5、在必要的條件下還可以實現旁路功能。
本實用新型與現有技術相比具有如下優點1、通過在電池上連接一塊專門的電子線路保護板，可同時實現防止一次鋰電池短路造成的隱患；防止電流過大造成的安全問題；防止由於過放電引起的爆炸；防止外電路對電池反充電；在多電池組合等情況下還可以實現旁路功能等其中一項或多項功能；在必要的條件下還可以用來實現上述功能中的一項或多項功能；2、電子線路板設計簡單，成本低廉；3、添加的保護板尺寸很小，不會使電池的尺寸過大；4、添加的電子線路板可以有很小的電壓降，不會影響電池的電性能。
圖1本實用新型的基本原理圖；圖2現有技術為解決電流過大的電路圖；圖3現有技術為解決串聯電池過放電的電路圖；圖4本實用新型的實施例1的模塊圖；圖5本實用新型的實施例1的邏輯運算圖；圖6本實用新型的實施例1的電子線路圖；圖7本實用新型的實施例2的模塊圖；圖8本實用新型的實施例2的邏輯運算圖；圖9本實用新型的實施例2的電子線路圖；圖10為本實用新型的電池與電子線路板的位置關係圖；圖11為本實用新型的電池與電子線路板的位置關係圖；圖12為本實用新型的電池與電子線路板的位置關係圖。
圖中電池1，電子線路保護板2，電池正極引線3，電池負極引線4，線路板正極引線5，線路板負極引線6，熱敏電阻7，外電路的負載8，二極體9。
具體實施方式
針對現有技術的幾種缺點的存在，部分電池廠商為防止電流過大造成的危險，在電路中串聯熱敏電阻如圖2電路圖中所示鋰亞電池1、熱敏電阻7(例如高分子PTC熱敏電阻)、外電路的負載8，在鋰亞電池的正極或者是負極的線路上串聯一個熱敏電阻7，這樣當外電路的負載8過小，導致電路短路或者電流突然過大時，熱敏電阻7的電阻值會突然變得很大，起到限流、保護電池的作用。當電流變小以後，熱敏電阻7的阻值再次恢復，電池1就可以恢復向外部供電。由於熱敏電阻7有一定的電壓降大約0.15伏，所以電池1的對外工作電壓就會降低0.15伏。
也有將圖2中的熱敏電阻7改用為熔斷保險絲，當電流增大保險絲出現一次性破環，電池雖不再存在危險。但是電池會由於保險絲一次性的熔斷無法恢復向外部供電。
為防止在串聯電池組中電池的強制性過放電，部分廠商採用圖3的方式來保護過放電，當圖3中的某一節電池電能快要消耗完以後，整個電路的電流將不再通過這一節電池，而是通過與該節電池並聯的二極體9，這樣就保證了電池不會被過放電。
實施例1本實用新型的安全電池上並聯有一塊帶有偵測及控制功能的電子線路板，如圖1所示，使得一次鋰電池通過一塊電子線路板來實施對外部的供電。如圖10所示，電子線路保護板2安裝在電池1的頂部，其上設有線路板正極引線5和線路板負極引線6，分別連接電池1的電池正極引線3和電池負極引線4上。
圖4是該電子線路板的模塊圖實現如下功能1.防止一次鋰電短路；2.防止電流過大；3.防止過放電；4.防止外電路對電池反充電；5.在過放電的情況下還可以實現旁路功能。
電子線路板由模塊A、B、C、D、E、F、G組成，模塊A為用於對各監測器信號進行分析、判斷並且輸出控制信號的主控制器。模塊B為用於監測電池兩端電壓，檢測結果送主控制器的高精度電壓監測器。模塊C為用於監測迴路電流，檢測結果送主控制器的高精度電流監測器。模塊D為對模塊E實施控制的控制器。模塊E為迴路低損耗Mos開關。F為旁路低損耗Mos開關。G為過流保險絲。其中，模塊A、D、E串聯；模塊B並聯於電池兩端；C分別並聯於模塊A、E的兩端；模塊B、C各有一信號線連接到模塊A內；F並聯於輸出的兩段，並有一信號線與A相連；G串聯到正極的輸出端。
電子線路板的邏輯運算如圖5所示。一次鋰電池進行放電的時候，模塊C偵測系統是否短路，將偵測結果發送模塊A，若短路則延遲320us，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，若模塊C偵測到短路解除，發送信號到模塊A，模塊A通過模塊D發送信號控制模塊E的Mos管打開，迴路自恢復，模塊C繼續偵側系統是否短路；模塊C通過信號線把信號傳至模塊A，偵測負載電流是否大於或等於3A，若是則延遲9ms，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，若負載電流小於3A，發送信號到模塊A，模塊A通過模塊D發送信號控制模塊E的Mos管打開，迴路自恢復，模塊C繼續偵側電流是否大於或等於3A；模塊B通過信號線把信號傳至模塊A，偵測電池電壓是否小於或等於2.5V，若是則延遲144ms，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，並同時打開模塊F的Mos管旁路接通，若負載電壓大於2.5V，發送信號到模塊A，模塊A發送信號至控制模塊E的Mos管打開，並同時關閉F的Mos管，迴路自恢復，模塊B繼續偵側電池電壓是否小於或等於2.5V。以上所偵測的情況皆為否時，電池許可放電。
與此同時，模塊C還可檢測電池輸出端是否是充電，若是模塊A控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，禁止充電。
當外電路發生不可預測的意外時，將會熔斷模塊G保險絲確保電池不發生其他意外。
為實現此功能的電子線路如圖6所示。
實施例2本實用新型通過對電池並聯一塊帶有偵測及控制功能的電子線路板，使得一次鋰電池通過一塊電子線路板來實施對外部的供電。如圖10所示，電子線路保護板2安裝在電池1的頂部，其上設有線路板正極引線5和線路板負極引線6，分別連接電池1的電池正極引線3和電池負極引線4上。
圖7是該電子線路板的模塊圖，實現如下功能1.防止一次鋰電短路；2.防止電流過大；3.防止過放電；4.防止外電路對電池反充電。
電子線路板由模塊A、B、C、D、E、F組成，模塊A為用於對各監測器信號進行分析、判斷並且輸出控制信號的主控制器。模塊B為用於監測電池兩端電壓，檢測結果送主控制器的高精度電壓監測器。模塊C為用於監測迴路電流，檢測結果送主控制器的高精度電流監測器。模塊D為對模塊E實施控制的控制器。模塊E為迴路低損耗Mos開關。F為過流保險絲。其中模塊A、D、E串聯；模塊B並聯於電池兩端；C分別並聯於模塊A、E的兩端；模塊B、C各有一信號線連接到模塊A內；F串聯到正極的輸出端。
電子線路板的邏輯運算如圖8所示。一次鋰電池進行放電的時候，模塊C偵測系統是否短路，將偵測結果發送模塊A，若短路則延遲320us，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，若模塊C偵測到短路解除，發送信號到模塊A，模塊A通過模塊D發送信號控制模塊E的Mos管打開，迴路自恢復，模塊C繼續偵側系統是否短路；模塊C通過信號線把信號傳至模塊A，偵測負載電流是否大於或等於3A，若是，則延遲9ms，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，若負載電流小於3A，發送信號到模塊A，模塊A通過模塊D發送信號控制模塊E的Mos管打開，迴路自恢復，模塊C繼續偵側電流是否大於或等於3A；模塊B通過信號線把信號傳至模塊A，偵測電池電壓是否小於或等於2.5V，若是則延遲144ms，發出控制信號至模塊D，使其發出控制信號控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，若負載電壓大於2.5V，發送信號到模塊A，模塊A發送信號至控制模塊E的Mos管打開，迴路自恢復，模塊B繼續偵側電池電壓是否小於或等於2.5V。以上所偵測的情況皆為否時，電池許可放電。
與此同時，模塊C還可檢測電池輸出端是否是充電，若是，模塊A控制模塊E的Mos管關斷，切斷迴路，禁止充電。
當外電路發生不可預測的意外時，將會熔斷模塊F保險絲確保電池不發生其他意外。
為實現此功能的電子線路如圖9所示。
實施例3例如為滿足特定的使用情況，需要功能如下1.防止一次鋰電短路造成的隱患；2.防止電流過大造成的安全問題；3.防止過放電。
完全採用實例2中的模塊與電子線路圖，僅僅調整IC的內部設置就可以完成去掉充電功能的變化。
實施例4例如為滿足特定的使用情況，需要功能如下1.防止一次鋰電短路造成的隱患；2.防止電流過大造成的安全問題；3.防止過放電；4.在過放電的情況下還可以實現旁路功能。
完全採用實例1中的模塊與電子線路圖，僅僅調整IC的內部設置就可以完成去掉充電功能的變化。
實施例5電池連接的電子線路包括板結構和功能與實施例1相同，所不同的是電子線路保護板2安裝在電池1的側面，如圖11所示。
實施例6電池連接的電子線路包括板結構和功能與實施例1相同，所不同的是電子線路保護板2安裝在電池1的底部，如圖12所示。
權利要求1.一種安全的一次鋰電池，其特徵在於電池上連接具有偵測及控制功能的電子線路板，電池通過該電子線路板實施對外部供電。
2.根據權利要求1所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述電子線路板並聯在電池正負極之間。
3.根據權利要求1或2所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述電子線路板是由用於對各監測器信號進行分析、判斷並且輸出控制信號的主控制器，用於監測電池兩端電壓的電壓監測器、用於監測迴路電流的電流監測器、控制開關、過流保險絲組成，主控制器與控制開關串聯；過流保險絲串聯於電池正極的輸出端；電壓監測器並聯於電池兩端，並有一信號線連接到主控制器；電流監測器並聯於主控制器和控制開關兩端。
4.根據權利要求3所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述控制開關包括迴路低損耗Mos開關和用於迴路低損耗Mos開關對實施控制的控制器，兩者串聯。
5.根據權利要求3所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述電子線路板上設有旁路低損耗Mos開關，並聯於輸出的兩端，並有一信號線與主控制器相連。
6.根據權利要求1或2所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述電子線路板安裝於電池的頂部、底部或側面內，可以放在電池殼體內部或者外部，電池假蓋內部或外部、電池包裝的內部或外部。
7.根據權利要求1所述的一種安全的一次鋰電池，其特徵在於所述電池是鋰/亞硫醯氯、鋰/硫醯氯、鋰/二氧化硫、鋰/二氧化錳的一次鋰電池體系。
專利摘要本實用新型涉及電池領域，具體涉及一種提高安全性及電性能的電池。本實用新型的安全電池上連接有具偵測及控制功能的電子線路保護板，使得一次鋰電池具有防止短路；防止電流瞬間增大；防止過放電；不降低電池輸出電壓的功能；在特定條件下提供旁路功能，並且具有電子線路板設計簡單、尺寸小，電子線路保護板的位置、形狀可以隨著應用變化等優點。本實用新型可用於鋰/亞硫醯氯(Li/SOCl
文檔編號H01M10/48GK2798321SQ200520053300
公開日2006年7月19日 申請日期2005年1月10日 優先權日2005年1月10日
發明者劉金成, 沈立新 申請人:惠州億緯電源科技有限公司