專利名稱：防止一次鋰電池過放、短路并消除滯后的線路板及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開一種內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的 線路板及其在一次鋰電池中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
一次鋰電池主要用于智能卡表(水、電、氣表)、計算機支撐電源、醫(yī)療器 械、無線通訊、石油鉆探、手提通訊器材、科研儀器、遙控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、軍 事應(yīng)用及其它電動設(shè)備。 一次鋰電池在使用過程中出現(xiàn)過放、短路會對一次鋰 電池供電系統(tǒng)的安全帶來隱患，由于一次鋰電池深度過放或短路造成的鋰電池 爆炸也時有發(fā)生。而一次鋰電池內(nèi)部的鈍化效應(yīng)則可能使一次鋰電池在使用過 程中無法正常輸出電能，而導致電池報廢或返廠維修。這些問題給一次鋰電池 的安全可靠使用帶來了極大不便。目前，電池生產(chǎn)廠家只對容量較大的電池組 加裝保護板，而對單只電池或容量較小的電池組均不采取保護措施。
發(fā)明內(nèi)容
為了從根本上解決一次鋰電池的安全性、可靠性，研究了安裝于電池內(nèi)部 的內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的線路板。
本發(fā)明提供一種內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的 線路板及其在一次鋰電池中的應(yīng)用。線路板在一次鋰電池過放、短路時自動斷 開電池電壓輸出并使電池進入保護鎖定狀態(tài)。線路板通過抑制一次鋰電池鈍化 層的發(fā)展，避免一次鋰電池電壓滯后，使電池電壓始終處于"零滯后"狀態(tài)。 線路板厚度薄、體積小，采用與電池極柱相連接的線路板正極過孔和與電池密 封鋼珠相連接的線路板負極過孔固定在電池蓋組與假蓋間的空隙內(nèi)，不影響一 次鋰電池的現(xiàn)有外觀，安裝過程無須焊接，不影響一次鋰電池的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，
適用于蓋組直徑大于12mm的所有一次鋰電池。線路板工作電流小于3. 6微安， 對電池容量沒有任何影響。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)手段為
一種內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的線路板。該 線路板包括電池電壓檢測單元、電池電壓輸出保護單元和電池電壓輸出保護控 制單元。下面結(jié)合附圖1所示的線路板電路原理圖和附圖2所示的線路板在一 次鋰電池中的安裝示意圖對本發(fā)明所采用的技術(shù)手段進行詳細說明。連接在電 池正極B+的正極電壓檢測電阻R2和連接在電池負極B-的負極電壓檢測電阻R3 構(gòu)成電池電壓檢測單元。電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1和電池電壓輸出保護 控制開關(guān)管輸出上拉電阻R4構(gòu)成電池電壓輸出保護控制單元。電池電壓輸出保 護開關(guān)管Q2用于控制電池電壓的輸出或關(guān)斷。
線路板1設(shè)計了與電池極柱23相連接的線路板正極過孔11和與電池密封 鋼珠21相連接的線路板負極過孔12。線路板在一次鋰電池應(yīng)用中，通過這兩個 過孔安裝在一次鋰電池蓋組22與假蓋24之間的空隙內(nèi)，適用于蓋組直徑大于 12mm的所有一次鋰電池。線路板的安裝過程不需要焊接，不影響一次鋰電池現(xiàn) 有外觀，不影響一次鋰電池現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。
線路板初始上電時，由于電池電壓輸出保護控制輸出上拉電阻R4的存在， 電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2處于關(guān)斷狀態(tài)。將電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2的G 極與電池負極短路ls 2s，電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被打開，電池電壓開始
輸出并同時被電池電壓檢測電路檢測到。電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被打 開，從而使電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2始終打開。
當電池電壓低于2.0伏時，電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被關(guān)斷，從而 使電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被關(guān)斷，電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2關(guān)斷后，
電池電壓檢測電路輸入變?yōu)榱惴?，導致電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql進一步 關(guān)閉，從而形成電池電壓過放保護鎖定。
當電池短路時，電池電壓降全部落在電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2上，電池
電壓檢測電路輸入為零伏，電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被關(guān)斷，從而使電 池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被關(guān)斷，并形成電池短路保護鎖定。
電池電壓過放保護鎖定為永久鎖定，當通過在電池輸出端加一高于2. 0V的 電壓使電池電壓輸出保護解鎖后，由于電池電壓本身低于2.0V，電池電壓過放 保護鎖定會在解鎖電壓撤消后立即重新斷開電池電壓輸出，從而形成永久鎖定。
電池短路保護鎖定為暫態(tài)鎖定，當通過在電池輸出端加一高于2. 0V的電壓 使電池輸出保護解鎖后，此時由于電池電壓仍然高于2.0V，電池進入正常工作 狀態(tài)重新恢復輸出電壓，從而形成暫態(tài)鎖定。
本發(fā)明的線路板工作電流為1.0微安至3.6微安，當線路板持續(xù)以此電流 對電池進行激活時，可以抑制一次鋰電池內(nèi)部鈍化層的發(fā)展，從而避免電壓滯 后現(xiàn)象的發(fā)生，使電池始終處于電壓"零滯后"狀態(tài)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)手段進一步還包括
線路板在電池電壓檢測單元和電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql之間包括由 濾波電阻R6和濾波電容C3構(gòu)成的濾波抗干擾單元，用于濾除20Hz以上的工頻 干擾和高頻干擾。
線路板在電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql與電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2 之間包括由延時電阻R5和延時電容C2構(gòu)成的延時防誤動單元，用于防止電池 電壓輸出瞬態(tài)波動而造成控制電路誤動作。
線路板在電池正極B+和電池負極B-之間連接有濾波電容Cl ，用于消除電芯 電壓的紋波，提高電池輸出電壓的穩(wěn)定性。
線路板在電池正極輸出端P+和電池負極輸出端P-之間連接有濾波電容C4， 用于消除電池輸出端電壓的高頻干擾，以提高電池電壓檢測電路的可靠性。
線路板采用超低功耗設(shè)計，線路板工作電流小于3.6微安，對電池容量沒 有任何影響。
線路板所有元件采用表貼安裝方式，并將線路板底層全部為設(shè)計為地層， 無其它信號線或與其它信號線相連接的過孔，可絕對避免短路現(xiàn)象發(fā)生。
線路板可以根據(jù)電池蓋組尺寸大小在線路板上安裝自恢復保險絲或在線路 板外點焊自恢復保險絲，為電池提供大電流保護功能。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的線路板安裝于電池蓋組與假蓋之間的空隙
內(nèi)，在不改變現(xiàn)有一次鋰電池產(chǎn)品外觀和生產(chǎn)工藝的前提下，從根本上徹底解 決了一次鋰電池過放、短路及電壓滯后的問題。可降低一次鋰電池應(yīng)用系統(tǒng)電 源設(shè)計的復雜性，提高一次鋰電池電源系統(tǒng)的可靠性和安全性。
下面將結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的說明。
附圖1為本發(fā)明的電路原理圖。
附圖2為本發(fā)明在一次鋰電池中的安裝方式示意圖。
具體實施例方式
本實施例為本發(fā)明優(yōu)選實施方式，其它凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實施例相 同或近似的，均在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。
本發(fā)明為一種內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的線 路板，其電路工作原理及其在一次鋰電池中的安裝方式如附圖1和附圖2所示。 本發(fā)明在使用過程中，線路板正極過孔11采用過盈配合的方式與電池極柱23 連接，線路板負極過孔12采用間隙配合的方式與電池密封鋼珠21連接，從而
使線路板1固定在電池蓋組22與假蓋24間的空間內(nèi)，不會對現(xiàn)有的電池外觀
形狀產(chǎn)生任何影響。
由于電池極柱23為電池正極，而電池密封鋼珠21與電池負極相連，因此 線路板正極過孔11和線路板負極過孔12同時為線路板1提供電源而無須額外 焊接引線，簡化了線路板l的安裝，不會對現(xiàn)有電池生產(chǎn)工藝產(chǎn)生影響。
線路板的底層全部為地層(即負極)，沒有任何其它信號走線或過孔，大面 積的地層確保了線路板負極與電池負極的可靠接觸，同時大面積的地層可以有 效改善線路板的抗干擾能力。
附圖1為本發(fā)明在本實施例中的電路原理圖。本實施例中，電池正負極間 的濾波電容C1為0. luF，用于消除電池電壓的紋波，提高電池輸出電壓的穩(wěn)定 性。連接在電池正極的電池電壓檢測電阻R2為820kQ、連接在電池負極的電池 電壓檢測電阻R3為3MQ ，連接在電池正極B+的電池電壓檢測電阻R2和連接在 電池負極B-的電池電壓檢測電阻R3 —起構(gòu)成電池電壓檢測單元。濾波電阻R6 為100kQ、濾波電容C3為O. luF，濾波電阻R6和濾波電容C3構(gòu)成的濾波電路 用于濾除20Hz以上的工頻干擾和高頻干擾。
電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql為N溝道MOSFET、控制輸出延時電阻R5 為100kQ、控制輸出延時電容C2為0.1uF，電池電壓輸出保護控制開關(guān)管輸出 上拉電阻R4為1MQ 。電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql和電池電壓輸出保護控 制開關(guān)管輸出上拉電阻R4 —起構(gòu)成電池電壓輸出保護控制單元?？刂戚敵鲅訒r 電阻R5和控制輸出延時電容C2構(gòu)成的延時電路用于防止電池電壓輸出瞬態(tài)波 動而造成控制電路誤動作。
電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2為P溝道MOSFET，用于控制電池電壓的輸出或 關(guān)斷。
電池電壓輸出端濾波電容C4為0. lLlF，用于消除電池輸出電壓的高頻干擾， 以提高電池電壓檢測電路的可靠性。
線路板初始上電時，由于電池電壓輸出保護控制輸出上拉電阻R4的存在， 電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2處于關(guān)斷狀態(tài)。將電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2的G 極與電池負極短路ls 2s，電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被打開，電池電壓開始
輸出并同時被電池電壓檢測電路檢測到。電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被打 開，從而使電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2始終打開。
當電池電壓低于2.0伏時，電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被關(guān)斷，從而 使電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被關(guān)斷，電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2關(guān)斷后， 電池電壓檢測電路輸入變?yōu)榱惴?，導致電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Ql進一步 關(guān)閉，從而形成電池電壓過放保護鎖定。
當電池短路時，電池電壓降全部落在電池電壓輸出保護開關(guān)管Q2上，電池 電壓檢測電路輸入為零伏，電池電壓輸出保護控制開關(guān)管Q1被關(guān)斷，從而使電 池電壓輸出保護開關(guān)管Q2被關(guān)斷，并形成電池短路保護鎖定。
電池電壓過放保護鎖定為永久鎖定，當通過在電池輸出端加一高于2. OV的 電壓使電池電壓輸出保護解鎖后，由于電池電壓本身低于2.0V，電池電壓過放 保護鎖定會在解鎖電壓撤消后立即重新斷開電池電壓輸出，從而形成永久鎖定。
電池短路保護鎖定為暫態(tài)鎖定，當通過在電池輸出端加一高于2. 0V的電壓 使電池輸出保護解鎖后，此時由于電池電壓仍然高于2.0V，電池進入正常工作 狀態(tài)重新恢復輸出電壓，從而形成暫態(tài)鎖定。
本發(fā)明的線路板工作電流為1.0微安至3.6微安，當線路板持續(xù)以此電流 對電池進行激活時，可以抑制一次鋰電池內(nèi)部鈍化層的發(fā)展，從而避免電壓滯 后現(xiàn)象的發(fā)生，使電池始終處于電壓"零滯后"狀態(tài)。
線路板采用超低功耗設(shè)計，線路板工作電流小于3.6微安，對電池容量沒 有任何影響。
線路板可以根據(jù)電池蓋組尺寸大小在線路板上安裝自恢復保險絲或在線路 板外點焊自恢復保險絲，為電池提供大電流保護功能。
權(quán)利要求
1、一種內(nèi)置式用于防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的線路板，其特征在于該線路板包括由連接在電池正極的正極電池電壓檢測電阻(R2)和連接在電池負極的負極電池電壓檢測電阻(R3)構(gòu)成的電池電壓檢測單元、由電池電壓輸出保護控制開關(guān)管(Q1)和電池電壓輸出保護控制開關(guān)管輸出上拉電阻(R4)構(gòu)成的電池電壓輸出保護控制單元和電池電壓輸出保護開關(guān)管(Q2)構(gòu)成的電池電壓輸出保護單元。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線路板，在電池電壓檢測單元和電池電壓輸出保 護控制開關(guān)管之間還包括由濾波電阻(R6)和濾波電容(C3)構(gòu)成的濾波抗干 擾單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的線路板，在電池電壓輸出保護控制開關(guān)管(Ql) 與電池電壓輸出保護開關(guān)管(Q2)之間還包括由延時電阻(R5)和延時電容(C2)構(gòu)成的延時防誤動單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的線路板，還包括連接在電池正極與電池負極間的 濾波電容(Cl)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線路板，還包括連接在電池正極輸出端與電池負 極間的濾波電容(C4)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一所述的線路板，其特征在于工作電流小于3.6 微安。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1 6任一所述的線路板在一次鋰電池中的應(yīng)用，其特征 在于線路板(1)采用與電池極柱(23)相連接的正極過孔(11)和與電池密 封鋼珠(21)相連接的負極過孔(12)固定在一次鋰電池蓋組(22)與假蓋(24) 之間的空隙內(nèi)，安裝過程不需要焊接，不影響一次鋰電池現(xiàn)有外觀，不影響一 次鋰電池現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。
全文摘要
本發(fā)明公開一種內(nèi)置式防止一次鋰電池過放、短路并消除電壓滯后的線路板及其應(yīng)用。該線路板包括由連接在電池正負極間的兩個電阻構(gòu)成的電壓檢測單元，由電壓輸出保護控制開關(guān)管和電壓輸出保護控制開關(guān)管輸出上拉電阻構(gòu)成的保護控制單元，由電壓輸出保護開關(guān)管構(gòu)成的保護單元。線路板在一次鋰電池過放、短路時自動斷開電壓輸出并使電池進入保護鎖定狀態(tài)。線路板通過抑制一次鋰電池鈍化層的發(fā)展避免電池電壓滯后。線路板采用與電池極柱相連的正極過孔和與電池密封鋼珠相連的負極過孔固定在電池蓋組與假蓋間，不影響一次鋰電池的現(xiàn)有外觀，安裝過程無須焊接，不影響一次鋰電池的現(xiàn)有生產(chǎn)工藝。線路板工作電流小于3.6微安，對電池容量無任何影響。
文檔編號H01M2/34GK101101984SQ20071014346
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者李昭佳 申請人:李昭佳