專利名稱：電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種具有主電池和諸如鋰電池等的輔助電池并且所述主電池能夠對輔助電池充電的電池組。
背景技術：
輔助電池被廣泛地應用在便攜式電子設備中。一般而言，由于鋰電池不能防止過充電或過放電，因此，其具有電池組的結構，在該電池組中，電池單元和保護電路被集成在一起。保護電路有防止過充電、過放電和過電流的三種保護功能。下面將簡要的解釋這些保護功能。
現在將描述過充電保護功能。當對鋰電池充電時，電池電壓即使是在超過滿充電狀態(tài)后仍繼續(xù)升高。當電池進入上述過充電狀態(tài)時，就會出現電池進入危險狀態(tài)的可能性。因此，必須以恒流和恒壓并利用等于或小于電池額定值(例如，4.2V)的充電控制電壓對電池進行充電。然而，由于充電器的故障或不同種類電池充電器的使用，會發(fā)生過充電的危險。當電池過充電以及電池電壓等于一特定值或更高時，保護電路將使充電控制FET截止，借此以切斷充電電流。這種功能就是過充電保護功能。
現在將描述過放電保護功能。當電池放電到額定放電終止電壓或更低并進入電池電壓等于例如2到1.5V或更低的過放電狀態(tài)時，就存在電池失效的情況。當電池放電以及電池電壓等于某個電壓值或更低時，保護電路將使放電控制FET截止，借此以切斷放電電流。這種功能就是過放電保護功能。
現在將描述過電流保護功能。當電池的(+)和(-)端被短路時，一大電流流過，因此有產生不正常熱量的危險。當某個值或更多的放電電流流過時，保護電路會使放電控制FET截止，借此以切斷放電電流。這種功能就是過電流保護功能。
傳統(tǒng)的輔助電池組僅由一個輔助電池構成，并且必須使用專用充電器從電源對它充電以供在住宅等的家庭中使用。因此，當電池的剩余容量在用戶到達的地方消失時，會有不能使用諸如便攜式電話、PDA(個人數字助理)、數字相機、攝影記錄器(“攝影機和記錄器”的概括縮寫名字，視頻攝影機+記錄器)等便攜式電子裝置的不方便。
作為解決這種問題的方法之一，在便攜式電話中，與主體連接的、僅包括主電池的充電設備已經投入實際使用。然而，有這樣一個問題，用戶必須分別地攜帶充電組。為解決該問題，JP-A-2000-324703中公開了一種電池組，在該電池組中使用集成的主電池和輔助電池，并且當輔助電池的電壓下降時，主電池能夠對輔助電池充電。
根據JP-A-2000-324703所披露的電池組，提供了一個用于比較主電池電壓和輔助電池電壓的比較器，并且當主電池的電壓大于輔助電壓的電壓時，主電池電壓通過一調節(jié)器對輔助電池充電。
根據JP-A-2000-324703披露的電池組，雖然披露了該電池由一外部充電器充電，但是電池組并不具有轉換作為充電電源和外部充電器的主電池的功能，并且也不能控制來自外部充電器的電壓。而且，當利用所述主電池對所述電池充電時，主電池的電壓由調節(jié)器控制。如果由所述調節(jié)器控制所述電壓，那么效率很低并且大量的電能被浪費掉。而且，因為調節(jié)器并不小，所以電路不能通過由調節(jié)器控制的方法而小型化。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種電池組，在該電池組中自動轉換來自外部充電器的電荷和來自主電池的電荷。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電池組，其中如果當控制主電池的電壓時是使用直流/直流轉換器而不是調節(jié)器，就可以提高效率，并進一步實現尺寸的小型化以及成本的下降。
為實現上述目的，根據本發(fā)明的一方面，提供了一種具有輔助電池的電池組，包括用于可拆卸地保持主電池的一保持單元；由于轉換主電池電壓和外部終端電壓的一開關；被輸入有由所述開關選擇的所述主電池電壓或所述外部終端電壓并且向輔助電池的正極提供穩(wěn)定輸出電壓的一電壓轉換器和用于控制所述開關的一控制裝置，其在正常狀態(tài)時選擇外部終端電壓，而當附著上所述主電池時，選擇所述主電池電壓。
根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種具有輔助電池的電池組，包括用于可拆卸地保持一主電池的保持設備；用于轉換主電池電壓和外部終端電壓的一開關；被輸入有由所述開關選擇的主電池電壓或外部終端電壓并且向輔助電池的正極提供穩(wěn)定輸出電壓的一電壓轉換器；和用于控制所述開關的一控制裝置，其在正常狀態(tài)時選擇主電池電壓，而當提供外部終端電壓時，則選擇該外部終端電壓。
根據本發(fā)明，即使是在用戶到的沒有家用電源的地方，如果他有所述主電池，那么，他可以僅通過附著上所述主電池對所述輔助電池充電。
根據本發(fā)明，通過利用所述控制裝置控制開關，可以自動地對由來自所述外部充電器的外部終端電壓的充電和由所述主電池電壓的充電進行轉換。
根據本發(fā)明，與使用調節(jié)器的狀態(tài)相比，通過使用直流/直流轉換器作為控制主電池電壓的充電電壓轉換器，可以提高效率，并且實現小型化和降低成本。
根據本發(fā)明，通過提供一用于轉換充電電源的開關，在連接主電池時可以防止電流從充電器端到主電池的反向流動狀態(tài)，并且可以避免來自充電器的電流和來自主電池端的電流同時流動的狀態(tài)。
通過參考附圖的詳細描述以及所附權利要求，本發(fā)明的上述和其它目的和特點將會變的明顯。


圖1是本發(fā)明第一實施例的連接圖；圖2A和2B是表示應用本發(fā)明電池組的第一實施例的結構原理圖；圖3A和3B是表示應用本發(fā)明電池組的第二實施例的結構原理圖；圖4是本發(fā)明第二實施例的連接圖；圖5是本發(fā)明第三實施例的連接圖；圖6是本發(fā)明第四實施例的連接圖；圖7是本發(fā)明第五實施例的連接圖；圖8是本發(fā)明第六實施例的連接圖；圖9是本發(fā)明第七實施例的連接圖；圖10是本發(fā)明第八實施例的連接圖。
具體實施例方式
下面將參考圖1描述本發(fā)明的第一實施例。在圖1中，參考數字1表示一具有輔助電池的電池組和參考數字2表示一主電池保持器。提供了一檢測開關4，其根據主電池、例如三個主電池3a，3b和3c是否已附著到主電池保持器2而導通/截止。每節(jié)主電池3a至3c都是AA型(R6)電池。
使用三個主電池的結構作為示例示出，可以使用一個或更多的主電池?？梢允褂缅i電池、堿電池、鋰電池、空氣電池等作為主電池3a至3c的每個。在圖1和其他每個連接圖中，為解釋方便，僅示出了主電池3a至3c被附著上的狀態(tài)下的連接結構。
圖2A，2B，3A和3B分別示出了輔助電池組1和主電池保持器2的一個和另一個示例的結構。在圖2A和2B的示例中，電池組1被封裝在比主電池保持器2的底面低的密封部分中，且主電池3a至3c被附著在所述主電池保持器2的底面上。
檢測開關4安排在主電池保持器2的底面上。在所述主電池3b已經被附著的狀態(tài)下，檢測開關4導通，而在所述主電池3b沒有被附著的狀態(tài)下所述檢測開關截止。
在圖3A和3B所示的另一個示例中，主電池保持器2具有一用于密封主電池3a至3c的凹陷部分，且保持器2的上部用蓋2b覆蓋。蓋2b通過用于嚙合的釘子(未示出)固定在主電池保持器2上。輔助電池組1被密封在比主電池保持器2底面低的密封部分中。
在與蓋2b接觸的主電池保持器2的開口部分外圍邊緣表面上提供檢測開關4。當蓋2b蓋上保持器2時，所述檢測開關4被導通。而當移開蓋2b時，所述檢測開關4則被截止。
現在將參考圖1再次描述本發(fā)明的第一實施例。輔助電池組1具有輔助電池11；保護電路(IC)12；FET13和14；寄生二極管15和16；直流/直流轉換器17以及充電轉換開關18。
可以使用任何一種鋰電池、鋰聚合物電池、鎳氫電池、鎳鎘(Ni-Cd)電池、鎳金屬電池等作為輔助電池11。例如，在鋰電池的狀態(tài)下，將其構造為矩形電池，并且用電池鐵盒覆蓋整個輔助電池11。在鋰聚合物電池的狀態(tài)下，輔助電池11通過鋁的迭層膠片密封。輔助電池也可以由將來開發(fā)的一種輔助電池代替。
直流/直流轉換器17是把來自充電轉換開關18的輸入電壓轉換為穩(wěn)定直流電壓的電路?？梢允褂酶鞣N轉換器中的一個作為直流/直流轉換器17。也就是說，可以使用以下結構中的一種使用電容器和轉換元件的電荷泵系統(tǒng)；使用二極管、電感器、電容器和組喊換元件的上升轉換器(下降轉換器)；使用變壓器和轉換元件的轉換調節(jié)器以及使用壓電式變壓器的壓電式反向器。這些直流/直流轉換器的效率要優(yōu)于使用雙極晶體管器件的串聯調節(jié)器。由于大約4mm平方的極小裝置已經發(fā)展為電荷泵系統(tǒng)或轉換調節(jié)器的電壓轉換器，因此直流/直流轉換器17可以相對容易的與保護電路12一起內置于輔助電池組1中。
輔助電池11的正極連接到外部終端21，且負極經過作為放電開關的FET13和作為充電開關的FET 14連接到外部終端22。在外部終端21和22輸出的輔助電池11的電壓設置為、例如大約2.5到4.3V。
例如，FET 13和14是N溝道型的FET。寄生二極管15和16并行連接到FET 13和14。FET 13和14分別由來自保護電路12的放電控制信號和充電控制信號控制。
保護電路12具有一般的電路結構。FET 13和14由保護電路12控制，并且執(zhí)行過充電保護、過放電保護和過電流保護。如果電池在電池電壓位于設置電壓范圍內的正常狀態(tài)下，那么放電控制信號和充電控制信號都設置為“1”(這意味著一邏輯電平)，并且FET 13和14被導通。因此，可以自由執(zhí)行從輔助電池11到負載的放電和從充電器到輔助電池11的充電。
當電池電壓低于所設置的電壓范圍時，放電控制信號被設置為“0”(這意味著一邏輯電平)和所述FET 13截止，從而禁止放電電流流動。在此之后，當連接充電器時，所述電池經過二極管15被充電。
當所述電池電壓高于所設置電壓范圍時，充電控制信號被設置為“0”，和FET 14截止，借此禁止所述充電。經過二極管16執(zhí)行到負載的放電。
此外，外部終端21和22被短路，過放電電流流動，可能使所述FET被擊穿。因此，當放電電流達到一預定的電流值時，所述放電控制信號被設置為“0”和所述FET 13截止，借此禁止所述放電電流的流動。
參考數字23表示一充電終端，從一外部充電器、即一AC適配器(未標出)向所述充電終端提供一外部終端電壓。。AC適配器將家庭AC電源(100V)轉換為例如5V。如果沒有連接充電器，則打開充電終端23。然而，一下拉電阻(未標出)連接到充電終端23，以便當沒有連接充電器時，將充電終端23被設置為0V。充電終端23連接到充電轉換開關18的一個輸入端(a)。充電轉換開關18的輸出端(c)連接到直流/直流轉換器17的輸入端。
此外，充電轉換開關18的另一輸入端(b)被連接到二極管19的陰極。二極管19的陽極被連接到主電池3a至3c的正極。主電池3a至3c的負極連接到外部終端22。二極管19防止電流從輔助電池端向主電池端反向流動。由于提供了充電轉換開關18，因此，可以避免主電池3a至3c被所述外部終端電壓充電。
通過來自作為控制裝置的檢測開關4的檢測信號控制充電轉換開關18。檢測開關4如上所述根據主電池3a至3c是否被附著到所述電池保持器上被導通或截止。雖然放大器、脈沖發(fā)生器等實際上被連接到檢測開關4，但是在圖中忽略它們。
在主電池3a至3c沒有被附著到電池保持器的正常狀態(tài)下，檢測開關4被截止，檢測信號設置為、例如，“0”(這意味著“0”是一個邏輯值)，并連接充電轉換開關18的輸入端(a)和輸出端(c)。將從外部充電器提供給充電終端23的電壓輸入給直流/直流轉換器17。利用直流-直流轉換器17的預定值的輸出電壓對輔助電池11充電。
當主電池3a至3c被附著到所述電池保持器時，檢測開關4導通，檢測信號被設置為、例如“1”(這意味著“1”是一個邏輯值)，且通過二極管19連接充電轉換開關18的輸入端(b)和輸出端(c)。主電池3a至3c提供的電壓輸入到直流/直流轉換器17。利用直流/直流轉換器17的預定值的輸出電壓、例如4.2V的充電電壓對輔助電池11充電。
如上所述，利用直流/直流轉換器17控制來自主電池方的電壓和來自充電器方的電壓。直流/直流轉換器17具有遞升/遞降類型結構，其中，當充電電壓低于一設置的電壓值時，電壓遞升，當充電電壓高于所設置的電壓值時，電壓遞降。利用被控制成額定充電電壓值的電壓對輔助電池充電。當電池充電時，利用直流/直流轉換器17可以避免使用高于例如鋰離子輔助電池的輔助電池11的額定充電電壓值的電壓充電。
雖然上述的實施例假設充電轉換開關18是由一檢測信號控制的電子開關，但是充電轉換開關18可以由機械開關實現。也就是說，充電轉換開關18也可以下種方式構件輸入端(a)(在外部充電器一側)和輸出端(c)在正常狀態(tài)下被連接，并且當附著了所述主電池3a至3c時，開關18被機械地轉換到輸入端(b)(在主電池端)和輸出端(c)相連的狀態(tài)。
圖4示出了本發(fā)明第二實施例的電路結構。相應于圖1中結構的部分用相同的參考數字表示。提供的電壓監(jiān)控器24作為控制裝置，主電池3a至3c的電壓值由電壓監(jiān)控器24檢測，并且根據檢測結果控制充電轉換開關18。
在正常狀態(tài)下，電壓監(jiān)控器24的輸出檢測信號等于“0”，并且充電轉換開關1 8選擇外部充電器輸出到的輸入端(a)。當連接主電池3a至3c，且電壓監(jiān)控器24檢測的主電池3a至3c的電壓值等于設置電壓值或更高時，電壓監(jiān)控器24的輸出檢測信號設置為“1”。根據檢測信號，充電轉換開關18從充電器端(輸入端(a))向主電池端(輸入端(b))自動轉換，并且開始來自主電池3a至3c的充電。
圖5示出了本發(fā)明第三實施例的電路結構。相應于圖1中結構的部分用相同的參考數字表示。提供了一電壓監(jiān)控器25作為控制裝置，電壓監(jiān)控器25檢測充電終端23的電壓值，并且根據檢測結果控制充電轉換開關18。
在正常狀態(tài)下，電壓監(jiān)控器25的檢測信號等于“1”，并且充電轉換開關18選擇被施加有主電池Sa-3c的輸出的輸入端(b)。當連接外部充電器且有電壓監(jiān)控器25檢測的充電終端23的電壓值等于所設置的電壓值或更高時，電壓監(jiān)控器25的檢測信號被設置為“0”。利用該檢測信號，充電轉換開關18從主電池一側(輸入端(b))自動轉換到充電器一側(輸入端(a))，并且開始由所述外部充電器的充電。
圖6示出了本發(fā)明第四實施例的電路結構。相應于圖1所示結構的部分用相同的參考數字表示。提供了一電壓監(jiān)控器26作為控制裝置。由電壓監(jiān)控器26檢測主電池3a至3c的電壓值和充電終端23的電壓值?？刂瞥潆娹D換開關18，以便選擇所檢測到電壓中的一較高電壓。
在沒有連接主電池3a至3c且沒有連接外部充電器的正常狀態(tài)下，電壓監(jiān)控器26的輸出檢測信號等于“0”，并且充電轉換開關18選擇被施加有所述外部充電器的輸出的輸入端(a)。在連接了主電池3a至3c而外部充電器沒有連接的狀態(tài)下，電壓監(jiān)控器26的輸出檢測信號被設置為“1”。利用這個檢測信號，充電轉換開關18從充電器一側(輸入端(a))自動轉換到主電池一側(輸入端(b))，并且開始從主電池3a至3c充電。
圖7示出了本發(fā)明第五實施例的電路結構，其中增加了當利用圖1所示第一實施例的主電池執(zhí)行充電時導通的LED 31。LED 31的陽極連接到二極管19的陰極。LED 31的陰極連續(xù)通過電阻32和LED light-on開關33連接到輔助電池11的負極。
當與門34的輸出等于“1”時，LED light-on開關3 3導通。檢測開關4的檢測信號被輸入到與門34的一個輸入端，且來自保護電路12的充電控制信號被施加到與門34的另一個輸入端。
如上所述，在連接主電池3a至3c的狀態(tài)下，檢測開關4的檢測信號被設置為“1”，而當電池沒有處于過充電狀態(tài)時，所述充電控制信號被設置為“1”。當連接主電池3a至3c時，通過充電轉換開關18執(zhí)行由主電池3a至3c執(zhí)行的充電。因此，當執(zhí)行由主電池3a至3c執(zhí)行的充電且電池沒有處于過充電狀態(tài)時，LED 31導通。當主電池3a至3c放電時，所述LED 31截止，并且這一狀態(tài)在下面的連接示例中也是一樣的。
圖8示出了本發(fā)明第六實施例的電路結構，其中增加了當利用圖4所示第二實施例中的主電池執(zhí)行充電時導通的LED 31。在二極管19的陰極和輔助電池11的負極之間連接了一個包括LED 31、電阻32和LED light-on開關35的串聯電路。
當與門36的輸出等于“1”時，LED light-on開關35導通。電壓監(jiān)控器24的檢測信號被輸入到與門36的一個輸入端，和來自保護電路12的充電控制信號被提供給與門36的另一個輸入端。
在連接主電池3a至3c和由電壓監(jiān)控器24檢測的主電池3a至3c的電壓值等于所設置的電壓值或更高時，用于控制充電轉換開關18的電壓監(jiān)控器24的輸出檢測信號被設置為“1”。充電轉換開關18由該輸出檢測信號控制，并執(zhí)行由主電池3a至3c執(zhí)行的充電。當該電池沒有處于過充電狀態(tài)時，所述充電控制信號被設置為“1”。提供給與門36的檢測信號也類似于控制充電轉換開關18的檢測信號。因此，當執(zhí)行由主電池3a至3c執(zhí)行的充電且電池沒有處在過充電狀態(tài)時，LED 31導通。
圖9示出了本發(fā)明第七實施例的電路結構，其中增加了當執(zhí)行由圖5所示第三實施例中的主電池執(zhí)行充電時導通的LED 31。在二極管19的陰極和輔助電池11的負極之間連接有包括LED 31、電阻32和LED light-on開關37的一串聯電路。
當與門38的輸出等于“1”時，LED light-on開關37導通。電壓監(jiān)控器25的檢測信號輸入到與門38的一個輸入端，并且來自保護電路12的充電控制信號被提供給與門38的另一個輸入端。
在連接外部充電器和充電監(jiān)控器25檢測的充電終端23的電壓值等于所設置的電壓值或更高的狀態(tài)下，控制充電轉換開關18的電壓監(jiān)控器25的輸出檢測信號被設置為“1”。充電轉換開關18利用該檢測信號從主電池一側(輸入端(b))自動轉換到充電器一側(輸入端(a))，并開始由外部充電器的充電。當電池沒有處在過充電狀態(tài)時，充電控制信號被設置為“1”。提供給與門38的檢測信號也類似于控制充電轉換開關18的檢測信號。因此，當連接主電池3a至3c而沒有連接外部充電器、同時電池沒有處在過充電的狀態(tài)時，LED 31導通。
圖10示出了第八實施例的電路結構，其中增加了當執(zhí)行由圖6所示第四實施例的主電池執(zhí)行充電時導通的LED 31。在二極管19的陰極和輔助電池11的負極之間連接有包括LED 31、電阻32和LED light-on開關39的一串聯電路。
當與門40的輸出等于“1”時，LED light-on開關39導通。電壓監(jiān)控器26的檢測信號輸入到與門40的一個輸入端，且來自保護電路12的充電控制信號被提供給與門40的另一個輸入端。
當連接主電池3a至3c并且沒有連接外部充電器時，電壓監(jiān)控器26的輸出檢測信號被設置為“1”。充電轉換開關18利用該檢測信號從充電器一側(輸入端(a))自動轉換到主電池一側(輸入端(b))，并開始由主電池3a至3c執(zhí)行的充電。向與門40提供的檢測信號也類似于控制充電轉換開關18的檢測信號。因此，當執(zhí)行主電池3a至3c的充電同時電池沒有處在過充電狀態(tài)時，LED 31導通。
本發(fā)明并不限制于本發(fā)明的前述實施例等，而許多修改和變化都可能落于本發(fā)明的精神和范圍內。例如，控制放電的FET和控制充電的FET也可以插入輔助電池的正極。也可以使用除直流/直流轉換器以外的任意轉換器。用于放電的電壓轉換器也可以內置于電池組中。而且，也可能提供這種結構，通過主電池控制的充電序列與電壓轉換器相連。而且，當由充電器對輔助電池充電時，也可以使LED導通。
權利要求
1.一種具有輔助電池的電池組，包括一可拆卸的用于保持主電池的保持設備；一用于轉換所述主電池電壓和外部終端電壓的開關；一被輸入有由所述開關選擇的所述主電池電壓或所述外部終端電壓且將將一穩(wěn)定的輸出電壓提供給所述輔助電池的正極一側的電壓轉換器；以及一控制裝置，用于控制所述開關，以便于在正常狀態(tài)下選擇所述外部終端電壓，和當連接了所述主電池時，選擇所述主電池電壓。
2.一種具有輔助電池的電池組，包括一可拆卸的用于保持所述主電池的保持設備；一用于轉換所述主電池電壓和外部終端電壓的開關；一被輸入有由所述開關選擇的所述主電池電壓或所述外部終端電壓并將一穩(wěn)定的輸出電壓通過給所述輔助電池的正極一側的電壓轉換器；以及一控制裝置，用于控制所述開關，以便在正常狀態(tài)下選擇所述主電池電壓，和當提供外部終端電壓時，選擇外部終端電壓。
3.根據權利要求1或2的電池組，其中，當輸入電壓低于一所設置的電壓值時，所述電壓轉換器增加所述電壓，和當所述輸入電壓高于所設置的電壓值時，所述電壓轉換器降低所述電壓。
4.根據權利要求1或2的電池組，其中，所述電壓轉換器是直流/直流轉換器。
5.根據權利要求1或2的電池組，其中，只有在利用所述主電池電壓或所述外部終端電壓對所述輔助電池充電狀態(tài)下才導通的一發(fā)光器件被連接到所述電池組上。
6.根據權利要求1或2的電池組，其中，所述控制裝置是一開關，該開關被提供用于所述保持設備，并檢測所述主電池已經被連接。
7.根據權利要求1或2的電池組，其中，所述控制裝置是一用于檢測所述主電池的電壓值高于一設置值的監(jiān)控器。
8.根據權利要求1或2的電池組，其中，所述控制裝置是一用于檢測所述外部終端電壓值高于一設置值的監(jiān)控器。
9.根據權利要求1的電池組，其中，所述控制裝置是一用于比較所述主電池電壓電平與所述外部終端電壓電平并檢測較高電平電壓的監(jiān)控器。
全文摘要
提供一種根據主電池是否連接到主電池保持器而導通/截止的檢測開關。在沒有附著主電池的正常狀態(tài)下，利用檢測開關的檢測信號連接充電轉換開關的端(a，c)，從而使從外部充電器提供的電壓被輸入到一直流/直流轉換器。利用直流/直流轉換器的預定值輸出對輔助電池充電。當連接主電池時，檢測開關導通，并連接充電轉換開關的端(b，c)，因此，主電池的輸出電壓輸入到直流/直流轉換器。輔助電池由直流/直流轉換器的預定值輸出充電。即使在沒有充電器時，輔助電池也能由主電池充電，并自動轉換充電電源。
文檔編號H02J7/00GK1638230SQ20041009547
公開日2005年7月13日 申請日期2004年10月27日 優(yōu)先權日2003年10月27日
發(fā)明者折笠裕信 申請人:索尼株式會社