[发明专利]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

说明书

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。