CN100449858C - 组合电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种组合电池，尽管在放电时可检测电池温度，但在降低电力消耗的同时，也可正确检测电池温度。组合电池将与二次电池(1)热结合的温度传感器(2)和串联电阻(3)串联连接，保护电路(4)从温度传感器(2)的电阻变化，检测出电池温度。保护电路(4)具备：串联连接于串联电阻(3)和温度传感器(2)的串联电路的温度测量开关(7)、检测并保持测量点(6)的电压的采样保持电路(8)、和控制该采样保持电路(8)采样保持检测电压的定时及将温度测量开关(7)切换成导通的定时的定时电路(9)。该组合电池是：定时电路(9)以一定周期将温度测量开关(7)切换成导通/断开，在切换成导通的定时内以采样保持电路(8)所采样保持的检测电压来检测电池温度。

Description

组合电池
技术领域
本发明涉及内置检测电池温度的温度传感器的组合电池。
背景技术
内置温度传感器的组合电池由温度传感器检测出电池温度异常升高。如果电池温度异常升高超过设定温度，则该组合电池可切断流过电池的电流而安全使用。由于温度传感器是电阻随温度变化，故通过检测电阻而可以检测出电池温度。作为温度传感器之一的NTC热敏电阻随温度变高而电阻变小。使NTC热敏电阻接触电池的表面，通过检测NTC热敏电阻的电阻而可检测出电池温度。内置温度传感器的组合电池例如记载于下述的专利文献1的公报中。
【专利文献1】
特公平6-81425号公报
该公报记载的组合电池内置有温度传感器和CPU。为了减小CPU的电力消耗，例如在1小时内不充电或放电时，便进入睡眠模式。因此，可以减小不使用组合电池状态下的CPU电力消耗，防止电池空耗放电。但是，其缺点是：作为温度传感器的热敏电阻若正确检测出温度，则热敏电阻电路的电力消耗相当大，会空耗电池。这是因为热敏电阻的电阻小到数十
Figure C20041008184800041
的缘故。
图1是表示利用热敏电阻检测电池温度的电路。图中所示的电路是将串联电阻23连接于热敏电阻22，通过检测热敏电阻22和串联电阻23的连接点24的电压变化，检测热敏电阻22的电阻变化。该电路是随着电池温度变高热敏电阻22的电阻变化，连接点24的电压变高。在该电路中为了正确检测出热敏电阻22的电阻变化即电池温度，需要使串联电阻23和热敏电阻22的电阻相同。但如果串联电阻23和热敏电阻22的电阻一样，则从电池21流过热敏电阻22和串联电阻23的串联电路的电流变大，热敏电阻22电路的电力消耗非常大。热敏电阻的电流可随着串联电阻增大而减小。但如果串联电阻的电阻值与热敏电阻相比大的多，则不能正确检测出热敏电阻的电阻值的变化，这是由于相对于热敏电阻电阻值的变化的连接点电压变化变小。因此，为了正确检测出电池温度，不能加大串联电阻的电阻值，热敏电阻电路的电力消耗变大。
图2示出了热敏电阻电路不消耗电池电力的电路。该图的组合电池30不由电池31向热敏电阻电路32供给电力。热敏电阻电路32由充电器33供给电力。该电路构成是：热敏电阻电路32虽然可以不消耗电池31的电力，但只能以连接于充电器33的状态检测电池温度。因此，只能在给电池30充电时检测出电池温度。该组合电池30如果在给电池充电时电池温度异常变高就可切断充电电流。但是，在电池放电时即使电池温度异常变高也不切断充电电流。
发明内容
本发明以解决这些缺点为目的进行开发。本发明的重要目的在于，提供一种尽管在放电时可以检测出电池温度，也可以一边大大减小电力消耗一边正确检测出电池温度的组合电池。
本发明的组合电池具备：二次电池1、通过与该二次电池1热结合而由电阻变化检测出电池温度的温度传感器2、与该温度传感器2串联连接着的串联电阻3和由温度传感器2的电阻值变化检测电池温度的保护电路4。保护电路4具备：温度测量开关7、采样保持电路8和定时电路9。温度测量开关7串联连接于串联电阻3和温度传感器2的串联电路上，为了降低二次电池1的电力消耗，在导通状态下将电池的电力供给到温度传感器2和串联电阻3，而在断开状态下不将电池的电力供给到温度传感器2和串联电阻3。采样保持电路8根据温度传感器2的电阻变化，检测出电压变化测量点6的电压，并保持检测出的电压。定时电路9控制采样保持电路8采样保持检测电压的定时和将温度测量开关7切换成导通的定时。该组合电池是定时电路9以一定周期将温度测量开关7切换为导通/断开，以将温度测量开关7切换成导通的定时用采样保持电路8采样保持检测电压，由被采样保持的检测电压检测出电池温度。
本发明的技术方案2的组合电池，其中，与电池串联连接着电流切断FET16，采样保持于采样保持电路8的检测电压如果变成电池温度比设定温度还高的电压，则用采样保持电路8的输出信号将电流切断FET16由导通切换到断开，以切断流过电池的电流。
本发明的技术方案3的组合电池，其中，温度传感器2是热敏电阻，将串联电阻3连接于热敏电阻上，将串联电阻3和热敏电阻的连接点作为测量点6而连接于采样保持电路8的输入侧上，将热敏电阻连接于电源侧，将串联电阻3连接于接地侧，或将热敏电阻连接于接地侧，将串联电阻3连接于电源侧。
本发明的技术方案4的组合电池，其中具备：二次电池1、与该二次电池1热结合并由电阻变化检测出电池温度的温度传感器2、与该温度传感器2串联连接着的串联电阻3和从温度传感器2的电阻值变化检测电池温度的保护电路4。保护电路4具备：温度测量开关7、电压检测电路13和电流检测部14。温度测量开关7串联连接于串联电阻3和温度传感器2的串联电路上，在导通状态下将电池的电力供给到温度传感器2和串联电阻3，在断开状态下不将电池的电力供给到温度传感器2和串联电阻3。电压检测电路13根据温度传感器2的电阻变化检测出电压变化测量点6的电压。电流检测回路14检测流过电池的电流，并在电池电流比设定电流还大时，控制温度测量开关7导通。该组合电池是：电流检测部14检测流过电池的电流，在电池电流比设定电流还小的状态下，将温度测量开关7断开，在电池电流比设定电流还大的状态下，将温度测量开关7导通，在将温度测量开关7导通的状态下，电压检测电路13检测出测量点6的电压，由检测电压检测出电池温度。
本发明的技术方案5的组合电池，其中，在电压检测电路13的输入侧连接着输入开关10，用电流检测部14控制该输入开关10导通/断开，在流过电池的电流比设定电流还大的状态下，将输入开关10导通，将温度传感器所感应的电压输入到电压检测电路13。
本发明的技术方案6的组合电池，其中，与电池串联连接着电流切断FET16，若输入电压检测电路13的检测电压成为电池温度比设定温度还高的电压，则用电压检测电路13的输出信号将电流切断FET16由导通切换到断开，以切断流过电池的电流。
本发明的技术方案7的组合电池，其中，温度传感器2是热敏电阻，将串联电阻3连接于热敏电阻上，将串联电阻3和热敏电阻的连接点作为测量点6并连接于检测电路13的输入侧，将热敏电阻连接于电源侧，将串联电阻3连接于接地侧，或将热敏电阻连接于接地侧，将串联电阻3连接于电源侧。
再者，本发明的技术方案8的组合电池，其中，具备串联连接的多个二次电池1和使二次电池1的总电压降低的降压电源5，在将温度测量开关7置于导通的状态下，从降压电源5将电力供给到温度传感器2和串联电阻3的串联电路。
本发明的组合电池具有如下特长：在电池放电状态可检测出温度，并且电力消耗显著减小，还可正确检测出电池的温度。本发明的组合电池在电池的放电状态下检测出温度，可减少电力消耗是因为：从电池将电力供给到温度传感器，以检测温度，但经常不将电力供给到温度传感器，以一定周期暂时供给电力，或只在电池电流变大时供给电力的缘故。以一定周期检测出电池温度的技术方案1的组合电池相对于不检测电池温度的时间，可显著缩短检测电池温度的时间。因此，从电池供给温度传感器的平均电力非常小，可以检测出电池温度。
再者，只在电池电流比设定电流还大时检测出电池温度的技术方案4的组合电池在减少温度传感器的电力消耗的同时电池温度升高的流过大电流的状态下，可以正确检测出电池温度。换言之，具有在电池温度升高时可以正确检测出电池温度的特长。
附图说明
图1是表示现有的热敏电阻电路的一例的电路图。
图2是表示现有的组合电池的一例的电路图。
图3是本发明的一实施例的组合电池的电路图。
图4是表示图3所示的组合电池的保护电路的电路图。
图5是本发明的其他实施例的组合电池的电路图。
图6是表示图5所示的组合电池的保护电路的电路图。
图7是表示定时电路控制温度测量开关和输入开关的一例的时间图。
图8是表示定时电路控制温度测量开关和输入开关的另一例的时间图。
图中：1-二次电池，2-温度传感器，3-串联电阻，4-保护电路，5-降压电源，6-测量点，7-温度测量开关，8-采样保持电路，9-定时电路，10-输入开关，11-电容器，12-缓冲放大器，13-电压检测电路，14-电流检测部，15-电流检测电阻，16-电流切断FET，17-过放电检测部，18-AND电路，21-电池，22-热敏电阻，23-串联电阻，24-连接点，30-组合电池，31-电池，32-热敏电阻电路，33-充电器。
具体实施方式
以下根据附图说明本发明的实施例。但是，以下所示的实施例是用于将本发明的技术思想具体化的组合电池的示例，本发明并未将组合电池特定为以下的情况。
再者，该说明书为了容易理解技术方案的范围，将对应于实施例所示的部件的编号附记在表示“技术方案的范围”及“用于解决课题的方法栏”的部件上。但是，决非将技术方案的范围所示的部件特定于实施例的部件。
图3～图6的组合电池具备：二次电池1、以电阻的变化检测该电池温度的温度传感器2、从与该温度传感器2串联连接并内置的二次电池1向温度传感器2通电的串联电阻3、和检测出温度传感器2所感应的电压并从温度传感器2的电阻检测出电池温度的保护电路4。
二次电池1是相互串联连接的锂电池。其中，在二次电池中也可以使用镍氢电池或镍镉电池。而且，图中的组合电池将4个二次电池1串联连接，也可以内置3个以下或5个以上的二次电池。
温度传感器2是NTC热敏电阻。NTC热敏电阻具有如果检测出的电池温度变高则电阻变小的性质。但在温度传感器中，也可使用电阻随温度变化的所有元件，例如PTC热敏电阻等。温度传感器2与电池热结合而检测出电池温度。热结合的温度传感器2例如直接接触电池表面并固定，或介由硅树脂等热传导材料而接触电池的表面。
串联电阻3串联连接有作为温度传感器2的热敏电阻。在检测电池温度时，将电池电力供给到温度传感器2和串联电阻3的串联电路。图中的组合电池是将多个二次电池1串联连接而提高输出电压。若将高的输出电压直接供给到温度传感器2和串联电阻3，则在电力消耗变大的同时，还有超过热敏电阻的耐压的危险。为了减少该电路的电力消耗，图中的组合电池备有使直接连接着的多个二次电池1的总电压降低的降压电源5(恒压源)。降压电源5用调整器或DC/DC变换器将电池电压直流降压并输出。降压电源5的输出也用于内置在保护电路4中的比较器的电源。组合电池不一定需要内置降压电源。没有降压电源的组合电池直接将电池电力供给到温度传感器与串联电阻的串联电路。但比较对象由电阻分压取代恒压的基准电压，比较分压比后进行检测。
温度传感器2的电阻随电池温度变化。因此，与电池热结合的温度传感器2的电阻与电池温度共同变化。温度传感器2与串联电阻3的串联电路，如果温度传感器2的电阻变化，则温度传感器2与串联电阻3的连接点的电压变化。因此，将该连接点作为测量点6，检测测量点6的电压后就可以检测出温度传感器2的电阻即电池温度。
保护电路4经常不连续地检测电池的温度。内置于图3和图4组合电池中的保护电路4以一定周期检测电池温度，图5和图6的保护电路4当流过电池的电流比设定电流还大时检测电池温度。
保护电路4将温度测量开关7与温度传感器2和串联电阻3的串联电路串联连接着。温度测量开关7被控制为：在检测电池温度时导通，在不检测电池温度时断开。若温度测量开关7变成导通，则测量点6的电压是以温度传感器2和串联电阻3的电阻将从电池供给的电压分压后的电压。例如，若温度传感器2和串联电阻3的电阻相等，则测量点6的电压是供给到串联电路的电源电压、在图中的组合电池中为降压电源5的电源电压的1/2。如果电池温度变高，且温度传感器2的电阻变为串联电阻3的一半，则温度传感器2的两端电压成为串联电阻3的两端电压的一半。因此，检测测量点6的电压，并可测定温度传感器2的电阻，从温度传感器2的电阻可检测出电池温度。
如果温度测量开关7变成断开，则不能向温度传感器2和串联电阻3供给电力。图中的组合电池因在接地侧连接有温度测量开关7，故若温度测量开关7变成断开，则测量点6的电压成为电源电压。图中虽然未示出，但温度测量开关不在接地侧，而可与电源侧连接。如果在电源侧连接温度测量开关，则在将温度测量开关断开的状态下，测量点的电压成为接地电位。将温度测量开关连接于接地侧的组合电池可省略后述的输入开关。
图3和图4的保护电路4以一定周期将温度测量开关7切换成导通/断开，以一定周期检测出电池温度。该保护电路4具备：温度测量开关7、检测出测量点6的电压并保持检测出的电压的采样保持电路8、和控制该采样保持电路8将检测电压采样保持的定时及将温度测量开关7切换成导通的定时的定时电路9。
采样保持电路8介由输入开关将输入侧连接有测量点6。图中的采样保持电路8备有：存储检测电压的电容器11、和将该电容器11连接到输入侧的缓冲放大器12。缓冲放大器12是运算放大器，在正输入端子上连接电容器11，将负输入端子连接于输出侧，作为高输入阻抗的放大倍数为1的放大器。该采样保持电路8如果输入开关10导通，则以输入的检测电压给电容器11充电，将检测电压存储到电容器11。若输入开关10由导通切换到断开，则电容器11的电压保持一定并输入到缓冲放大器12。电容器11的电压不变化是因为缓冲放大器12的输入阻抗极大、不放电的缘故。缓冲放大器12输出电容器11的电压。该采样保持电路8每次将输入开关10切换为导通，都以输入的检测电压给电容器11充电并存储。在这里，如果作为电压检测电路13的比较器的输入阻抗高，则可以去掉缓冲放大器12。
定时电路9控制输入开关10和温度测量开关7两者导通/断开。定时电路9是环型振荡器(ring oscillator)、无稳态多谐振荡器等输出矩形波的振荡电路。图7表示定时电路9的输出波形。定时电路9在将温度测量开关7置于导通的状态下，将输入开关10置于导通。将输入开关10切换为导通的定时比将温度测量开关7切换为导通的定时稍迟。将温度测量开关7置于导通，对测量点6施加电压的状态下，将测量点6的电压存储到采样保持电路8。定时电路9以一定周期将温度测量开关7和输入开关10切换为导通/断开。在将温度测量开关7切换为导通的定时内，将输入开关10置为导通，由采样保持电路8采样保持检测电压。被采样保持的检测电压从采样保持电路8输出，由该输出信号检测出电池温度。
定时电路9将温度测量开关7置于导通的周期设为例如1秒～10分钟，根据成为测量对象的热传导率·热容量来进行设定。定时电路9将温度测量开关7置于导通的时间是采样保持电路8可以用检测电压给电容器11充足电的时间，例如与时间常数配合，为1ìsec～100msec，希望是10ìsec～10msec，最好是100ìsec～10msec。温度传感器2和串联电阻3的电力消耗可随着定时电路9将温度测量开关7切换为导通/断开的1周期的时间延长、将导通时间缩短而减少。例如，如果设定时电路9将温度测量开关7切换为导通/断开的周期为1分钟，将温度测量开关7置于导通的时间设为1msec，则可将温度传感器2和串联电阻3的电力消耗显著减小为连续供给电力状态的1/60000。
内置定时器的定时电路可按照图8所示的流程图，如下所示，将温度传感器的通电控制为导通/断开。
[n＝1的步骤]
循环该步骤，直到经过一定时间为止。
[n＝2的步骤]
若经过一定时间，则在该步骤将温度测量开关切换为导通。
[n＝3～5的步骤]
之后，经一定的延时后，将测量点的电压输入采样保持电路，并使其采样保持。
[n＝6的步骤]
之后，将温度测量开关从导通切换到断开，切断温度传感器和串联电阻的通电。
循环n＝1～6的步骤，以一定的时间间隔使测量点的电压采样保持到采样保持电路，并从采样保持电路输出。
图5和图6的组合电池只在电池的电流比设定电流还大时检测出电池电流。该组合电池的保护电路4备有：在检测出电池温度时切换到导通的温度测量开关7；检测出电压随温度传感器2的电阻变化而发生变化的测量点6的电压的电压检测电路13；和检测流过电池的电流，当电池电流比发定电流还大时，将温度测量开关7控制为导通的电流检测部14。
该组合电池，电流检测部14将温度测量开关7和输入开关10控制为导通/断开，以检测出电池温度。电流检测部14检测流过电池的电流，只在电池的电流比设定电流还大时，将温度测量开关7和输入开关10切换为导通。如果温度测量开关7和输入开关10被切换为导通，则与图3和图4的组合电池相同，检测测量点6的电压，以检测电池温度。该电流检测部14具备：与电池串联连接的电流检测电阻15；放大在该电流检测电阻15两端感应的电压的放大器(图中未示出)；和将放大器的输出与基准电压进行比较的比较器(图中未示出)。该电流检测部14，如果电池电流比设定电流还大，则放大器的输出比基准电压还高，比较器输出将温度测量开关7和输入开关10切换为导通的信号。如果电池电流比设定电流还小，则放大器的输出比基准电压还低，差动放大器不输出将温度测量开关7和输入开关10置于导通的信号。
因此，该组合电池由电流检测部14检测流过电池的电流，在电池电流比设定电流还小的状态下，将温度测量开关7置于断开，在电池的电流比设定电流还大的状态下，将温度测量开关7置于导通，将温度测量开关7和输入开关10置于导通，电压检测电路13检测测量点6的电压，由检测电压检测电池温度。
图3和图5的组合电池为了判断电池温度是否比设定温度还高，具备将测量点6的检测电压与基准电压进行比较的电压检测电路13，还具备如果电池温度比设定温度还高，就切断流过电池的电流的电流切断FET16。
电压检测电路13是将输入的检测电压与基准电压进行比较的具有滞后特性的比较器。基准电压是电池温度变为设定温度时的测量点6的电压。电压检测电路13，如果电池温度变为设定温度，则从采样保持电路8输出的检测电压(图3)或介由输入开关10输入的检测电压(图5)成为基准电压。而且，如果电池温度变高，则输入的检测电压比基准电压还高，输出将电流切断FET16切换为断开的断开信号。断开信号输入作为电流切断FET16的输入侧的栅极，将该FET置于截止状态。当电池温度比设定温度还低时，输入到电流检测部14的检测电压比基准电压还低，输出导通信号。该导通信号将电流切断FET16置于导通状态，成为可将电池放电的状态。
而且，在图3、图5中，为了简化说明，仅连接有单侧FET的栅极，而在另一方的FET的栅极上也可连接过与充电检测信号进行过逻辑运算后的输出，以防止过充电，并且对于温度异常可停止充电。
图中的组合电池为了防止电池过放电，具备：检测电池放电达到过放电状态的过放电检测部17；和将该过放电检测部17的输出侧连接到电流切断FET16的AND电路18。若电池放电到过放电状态，则过放电检测部17输出断开信号。AND电路18将过放电检测部17和电压检测电路13的输出连接到输入侧，在输出侧上连接有电流切断FET16的输入侧。若过放电检测部17和电压检测电路13两者的任何一方输出断开信号，则AND电路18输出断开信号，将电流切断FET16断开，以切断电池电流。AND电路18只在过放电检测部17和电压检测电路13两者都输出导通信号时，才输出导通信号，由该导通信号将电流切断FET16置于导通状态，成为可使电池放电的状态。
图3的组合电池，如果电池温度比设定温度还高，则从采样保持电路8输出的检测电压比电压检测电路13的基准电压还高。另外，图5的组合电池，如果电池温度比设定温度还高，则从测量点6输入到电压检测电路13的检测电压比电压检测电路13的基准电压还高。如果成为该状态，则电压检测电路13输出断开信号。从电压检测电路13输出的断开信号介由AND电路18输入到电流切断FET16的栅极，将电流切断FET16从导通切换到断开，以切断电池的电流。而且，该组合电池如果电池放电达到过放电，则过放电检测部17输出断开信号。该输出介由AND电路18输入到电流切断FET16，将电流切断FET16从导通切换到断开，以切断电流。因此，该组合电池只在电池温度比设定温度还低且没有电池过放电时，将电流切断FET16置于导通状态，成为可以使电池放电的状态。
以上实施例的组合电池在使用若温度传感器2的温度变高则电阻变小的热敏电阻的同时，将温度传感器连接于电源侧，而串联电阻3连接着接地侧。根据该回路构成，随着电池温度变高，测量点6的电压升高。因此，如果检测出测量点6的电压比基准电压还高，则可以判断电池温度比设定温度还高。但是，也可以将温度传感器连接到接地侧，将串联电阻连接到电源侧，将检测电压和基准电压的比较器输入逆向连接。而且，如果在温度传感器中使用若温度升高则电阻变大的元件，并将温度传感器接到电源侧，将串联电阻连接到接地侧，则随着电池温度升高，测量点的电压降低，而且，如果在温度传感器中使用若温度升高则电阻变小的热敏电阻等元件，并将温度传感器连接到接地侧，将串联电阻连接到电源侧，则随着电池温度升高，测量点的电压降低。随着电池温度升高而测量点的电压降低的电路构成的组合电池，如果测量点的电压比基准电压还低，则判断为电池温度比设定温度还高。

Claims (4)

1、一种组合电池，其中具备：二次电池(1)；与该二次电池(1)热结合，并以电阻变化来检测电池温度的温度传感器(2)；与该温度传感器(2)串联连接的串联电阻(3)；和从温度传感器(2)的电阻值变化检测电池温度的保护电路(4)，其特征在于，
保护电路(4)具备：温度测量开关(7)，其串联连接于串联电阻(3)和温度传感器(2)的串联电路上，为了降低二次电池(1)的电力消耗，在导通状态下将电池的电力供给到温度传感器(2)和串联电阻(3)，而在断开状态下不将电池的电力供给到温度传感器(2)和串联电阻(3)；采样保持电路(8)，其检测根据温度传感器(2)的电阻变化而电压变化的测量点(6)的电压，并保持检测出的电压；和定时电路(9)，其控制该采样保持电路(8)采样保持检测电压的定时和将温度测量开关(7)切换成导通的定时，
定时电路(9)以一定周期将温度测量开关(7)切换成导通/断开，在将温度测量开关(7)切换成导通的定时内，由采样保持电路(8)采样保持检测电压，由被采样保持的检测电压检测出电池温度。
2、根据权利要求1所述的组合电池，其中，
与电池串联连接着电流切断FET(16)，如果采样保持于采样保持电路(8)内的检测电压成为电池温度比设定温度还高时的电压，则以采样保持电路(8)的输出信号将电流切断FET(16)由导通切换到断开，以切断流过电池的电流。
3、根据权利要求1所述的组合电池，其中，
温度传感器(2)是热敏电阻，将串联电阻(3)连接于热敏电阻，将串联电阻(3)和热敏电阻的连接点作为测量点(6)并连接于采样保持电路(8)的输入侧，将热敏电阻连接于电源侧，将串联电阻(3)连接于接地侧，或将热敏电阻连接于接地侧，将串联电阻(3)连接于电源侧。
4、根据权利要求1所述的组合电池，其中，
具备：串联连接的多个二次电池(1)；和使二次电池(1)的总电压降低的降压电源(5)，在将温度测量开关(7)置于导通的状态下，由降压电源(5)向温度传感器(2)和串联电阻(3)的串联电路供给电力。
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