CN100514744C - 电池组件 - Google Patents

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Abstract

一种电池组件，其中包括多个二次电池单元以串联和并联方式连接而成的电池组、以及电池异常检测电路，该电池异常检测电路根据并联连接断开开关切断(OFF)时电池单元的电压变化，来检测出有二次电池单元的异常，在检测出异常二次电池单元的情况下，控制电池组电路断开开关使得包含该异常二次电池单元在内的串联模组与电池组主体断开。

Description

电池组件
技术领域
本发明涉及使用反复充放电的二次电池单元的电池组件，具体来说，涉及具有检测二次电池单元异常状态用的电池异常检测电路的电池组件。
背景技术
用作手机、笔记本PC等电子设备的电源的电池组件，可使用镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、或锂离子二次电池。而且，近几年锂离子二次电池因其重量轻、容量大而成为主流。
这里，手机等所需的电力可以由1个锂离子二次电池的电压、容量来提供的情况下，可由1个锂离子二次电池构成电池组件。相反，笔记本PC等需要高电压或大功率的设备，则可用多个二次电池单元，通过并联连接那些将它们串联连接而成的模组模组、或相反串联连接那些并联连接而成的模组模组所形成的电池组，来构成电池组件。
在上所述电池组的情况下，1个二次电池单元发生例如微小内部短路时，若并联连接该发生微小内部短路的二次电池单元，被并联连接的二次电池单元的容量也会通过发生了微小内部短路的二次电池单元的短路回路而放电，所以该并联电池(经过并联连接的二次电池单元)的容量降低，结果是电池组容量降低。在容量急剧降低的情况下，该并联电池的剩余容量为零，而其它电池(其它二次电池单元)则处于满充电状态，作为电池组便无法进行充放电。
这样，在用多个二次电池单元按电池组构成的电池组件发生电池异常的情况下，为了对其进行检测，到目前为止采取了种种方法。
举例来说，日本特開2004-31120号公报，就针对由多个模组串联连接所形成的电池组，模组模组提出了一种能可靠地诊断并联连接的电池单元的异常的异常诊断装置，其中，每个模组是通过将多个二次电池单元并联连接而成的并联模组。
而且，日本特開平11-98702号公报中也提出了一种异常诊断装置，其不仅是电池组件，而且在检测使并联模组串联连接所形成的电池组的充电异常时，还能够检测出并联模组的过充电异常和充电器异常。
然而，用现有的异常检测装置虽能够检测该电池组件的异常，但其问题在于，即便是例如一个二次电池单元发生故障也会使整个电池组件都无法使用。
发明内容
本发明其目的在于，提供一种电池组件，通过特定发生异常的二次电池单元，并将包含该特定的二次电池单元在内的串联模组断开，可以只减少一个串联模组的容量的状态维持继续使用。
本发明所提供的一种电池组件包括：将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组再并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元的属于不同串联模组的二次电池单元并联连接的电池组；以及用于检测所述电池组的异常状态的电池异常检测电路，所述电池组还包括：用于使所述并联连接的二次电池单元间在电气上断开的多个并联连接断开开关；以及用于将所述并联连接断开开关所断开的串联模组从与外部电路相连接的电池组主体上断开的多个电池组电路断开开关，所述电池异常检测电路还包括用于对所述电池组的连接状态进行切换的检测电路切换开关，使得所述电池异常检测电路在所述并联连接断开开关接通(ON)时可检测并联连接的二次电池单元的电压，而在所述并联连接断开开关切断(OFF)时可检测并联连接被切断后的各个二次电池单元的电压，所述电池异常检测电路根据所述并联连接断开开关切断(OFF)后断开并联连接的各个二次电池单元的电压变化来检测各二次电池单元的异常状态，并控制所述电池组电路断开开关，以便使包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与所述电池组主体断开。
本发明所提供的另一种电池组件包括：将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组再并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元的属于不同串联模组的二次电池单元并联连接的电池组；以及用于个别检测构成各串联模组的各二次电池单元的电压，并根据所检测出的二次电池单元的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态的电池异常检测电路，所述电池组还包括用于使各串联模组与外部负载在电气上断开的多个电池组电路断开开关，所述电池异常检测电路控制所述多个电池组电路断开开关的连接状态，以便使包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上断开。
根据本发明所提供的上述各电池组件的结构，可以达到通过特定发生异常的二次电池单元，并将包含该特定的二次电池单元在内的串联模组断开，以只减少一个串联模组的容量这种状态继续使用的效果。
附图说明
图1为示出本发明第1实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图。
图2为示出本发明第2实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图。
图3为示意性示出图2所示的电池组件的串联模组和并联连接断开开关两者连接关系的说明图。
图4为示出本发明第3实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图。
图5为示意性示出图4所示的电池组件的串联模组和并联连接断开开关两者连接关系的说明图。
图6为示意性示出其他实施方式中串联模组和并联连接断开开关两者连接关系的说明图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的实施方式。
(实施方式1)
图1为示出本发明第1实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图，此时串联模组的并联数为2。
图1中，1表示+端子，2表示—端子，+端子1和—端子2与成为外部负载的外部电路(图示从略)相连接。3个二次电池单元3串联连接，分别构成串联模组4a、4b。2个串联模组4a、4b并联连接于+端子1和—端子2之间来构成电池组。
而且，构成串联模组4a、4b的各个二次电池单元3通过并联连接断开开关5并联连接。此外，串联模组4a、4b分别连接有电池组电路断开开关6，从而可以将各串联模组4a、4b与电池组主体、即+端子1断开。
通常工作时，可在并联连接断开开关5的接通(ON)状态下使用电池组件。这时，由于并联连接的2个二次电池单元3其电压相同，所以带AD变换功能的微机10可以与电压检测切换开关7的位置无关，通过放大器8检测并联连接的2个二次电池单元3的电压。该微机10，不一定非要带AD变换功能，也可以是电压检测器和微机两者组合的构成。
另外，微机10通过图未从略的信号线将切换信号输出至并联连接断开开关5和电池组电路断开开关6，并切换并联连接断开开关5和电池组电路断开开关6的连接状态。另外，对并联连接断开开关5和电池组电路断开开关6连接状态的控制，并不局限于上述示例，也可以用微机10以外的其他控制电路来切换连接状态。
而且，微机10定期地按一固定期间、例如几小时至几天的时间间隔、切断(OFF)并联连接断开开关5。在此期间，微机10通过经由电压检测切换信号线9将电压检测切换信号输出至电压检测切换开关7，从而切换电压检测切换开关7来对二次电池单元3的电压挨个进行测量。
举例来说，微机10定期地仅按一固定期间使并联连接断开开关5处于切断(OFF)状态。这时，微机10经由电压检测切换信号线9将电压检测切换信号输出至电压检测切换开关7来切换电压检测切换开关7。各放大器8将经由电压检测切换开关7连接的二次电池单元3的电压放大，就每个串联模组4a、4b，将其输出至微机10。微机10逐一测量各放大器8的输出电压。
这时，串联模组4a、4b仍保持并联连接状态，因而作为负载的电子设备可以继续使用。当串联模组4a、4b中包含发生例如微小内部短路这种异常的二次电池单元(异常二次电池单元)的情况下，虽然串联模组4a、4b的电压总和不变，但各个二次电池单元3的平衡破坏，异常二次电池单元的电压被表示成异常值。
微机10，根据各放大器8的输出电压检出异常二次电池单元，并使被检出的异常二次电池单元的串联模组的电池组电路断开开关6处于切断(OFF)状态，来与电池组主体即+端子1断开。这时，微机10使并联连接断开开关5处于切断(OFF)状态，异常二次电池单元也不会经由并联连接路径与电池组主体和外部电路连接。
通过这样进行，本实施方式中，尽管有一个串联模组(检出了异常二次电池单元的串联模组)其容量有所降低，但另一串联模组(未检出异常二次电池单元的串联模组)仍能够可靠使用。
另外，检测二次电池单元电压的电压检测电路，为了测量各二次电池单元的电压，即使不用设置与电池单元数量相同数量的电压检测电路，通过共用放大器、AD变换器等，也可以采用针对各二次电池单元、用开关切换电压检测电路的方式。这时，可以防止成本增加，并可实现电路的小型化。而且，各并联单元的电压，由于是用相同的电压检测器、或放大器以及AD变换器进行测量，所以能够大幅度减少因测量误差所造成的对异常的误检测。而且，串联模组的并联数不限于2，即便为2以上也具有相同效果。
(实施方式2)
图2为示出本发明第2实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图，此时串联模组的并联数为3。
这里，所具有的功能与先前说明的图1所示的第1实施方式相同的部分标注相同标号，说明从略。通常工作时的电压监视、以及定期测量各个二次电池单元3的电压的方法，均与第1实施方式相同。
本实施方式与第1实施方式不同之处在于3个串联模组4a、4b、4c和3个并联连接断开开关5a、5b、5c间的连接关系。图3为示意性示出第2实施方式的电池组件的串联模组和并联连接断开开关两者连接关系的说明图。
图3中，串联模组4a、4b、4c利用并联连接断开开关5a、5b、5c并联连接为三角形也就是网络状。这里，例如串联模组4a中检出异常二次电池单元时，微机10便使并联连接断开开关5a和5b这两组开关处于切断(OFF)状态。因此，本实施方式中，异常二次电池单元不会通过并联连接路径与电池组主体连接，可以使异常二次电池单元与外部电路在电气上断开。
通过这样进行，本实施方式也同样，仅仅有一个串联模组(检出了异常二次电池单元的串联模组)其容量有所降低，但其余两个串联模组(未检出异常二次电池单元的串联模组)仍能够可靠使用。
(实施方式3)
如上文所述，象第1实施方式、第2实施方式那样，通过并联连接断开开关直接连接各个二次电池单元的方法，虽然在串联模组为2个或3个时其电路构成简单，但当串联模组数量一增多便难以连接为网络状。因此，第3实施方式以如下方式解决此问题。
图4为示出本发明第3实施方式的电池组件的电路构成的示意性电路图，此时串联模组的并联数也为3。
这里，所具有的功能与先前说明的图1所示的第1实施方式相同的部分标注相同标号，说明从略。通常工作时的电压监视、以及定期测量各个二次电池单元3电压的方法，均与第1实施方式相同。
本实施方式与第1实施方式和第2实施方式不同之处在于3个串联模组4a、4b、4c和3个并联连接断开开关5a、5b、5c间的连接关系。本实施方式中，除了串联模组4末尾的二次电池单元3以外的各个二次电池单元3，即串联连接的二次电池单元间逐一连接有并联连接断开开关5a、5b、以及5c的一端，而并联连接断开开关5a、5b、以及5c的另一端则在一个点11上以电气方式连接。
图5为示意性示出第3实施方式的电池组件的串联模组和并联连接断开开关两者连接关系的说明图。图5中，通过串联模组4a、4b以及4c分别连接有并联连接断开开关5a、5b以及5c的一端，而并联连接断开开关5的另一端则在一个点11上以电气方式连接，从而使构成串联模组4a、4b以及4c的各二次电池单元为并联连接。这里，例如串联模组4a中检出了异常二次电池单元时，只要使并联连接断开开关5a的一组开关处于切断(OFF)状态便能够断开串联模组4a。
通过这样进行，本实施方式也同样，仅仅有一个串联模组(检出了异常二次电池单元的串联模组)其容量有所降低，但其余两个串联模组(未检出异常二次电池单元的串联模组)仍能够可靠使用。
而且，如本实施方式那样，当使用一端是共接的并联连接断开开关的情况下，即便是增加串联模组的数量，举例来说并联连接4个串联模组时，也只要如图6所示增加1组并联连接断开开关便能应对。另外，如图6所示，电气上的一个点11无需一定是在物理上的点，只要是能在电气上相连便可。
这样，上述各实施方式的电池组件，通过特定发生异常的二次电池单元，将包含该特定的二次电池单元在内的串联模组断开，从而能够以只减少一个串联模组的容量的状态继续使用，所以作为笔记本PC等电子设备的电源相当有用。
综上所述，本发明所提供的电池组件，其中包括：将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组再并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元并联连接的电池组；以及用于检测所述电池组的异常状态的电池异常检测电路，所述电池组还包括：用于使所述并联连接的二次电池单间在电气上断开的多个并联连接断开开关；以及用于将包括所述并联连接断开开关所断开的二次电池单元在内的串联模组从与外部电路相连接的电池组主体上断开的多个电池组电路断开开关，所述电池异常检测电路还包括一用于切换所述电池组的连接状态的检测电路切换开关，以便所述并联连接断开开关接通时可检测并联连接的二次电池单元的电压，而所述并联连接断开开关切断时可检测断开并联连接的各个二次电池单元的电压，所述电池异常检测电路根据所述并联连接断开开关切断(OFF)后断开并联连接的各个二次电池单元的电压变化来检测各二次电池单元的异常状态，并控制所述电池组电路断开开关以便使包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与所述电池组主体断开。
本发明电池组件的电池组中的电气连接构成为用开关使并联连接的二次电池单元断开。此外，以断开全部并联连接的状态设置断开特定串联模组的开关。
通常工作时，以闭合状态使用并联连接的二次电池单元间的开关。而且，定期地、按一固定时间(几小时～几天)的时间间隔断开并联连接进行使用。在此期间，通过切换电池异常检测电路设置的电压检测切换开关的连接状态，来个别测量各二次电池单元的电压。
电池组中，含有发生微小内部短路的二次电池单元的情况下，并联连接时并联连接的2个单元之间本应一致的电压有差异发生。这是由于只是发生微小内部短路的二次电池单元(微小短路电池单元)其电压下降的缘故。用该方法来检出微小短路单元。
如前文所述，若并联连接微小短路单元，则与其并联连接的二次电池单元的容量也会通过微小短路单元的短路回路放电，所以该并联连接的二次电池单元的容量降低，并且电池组容量也降低。容量急剧降低的情况下，该并联连接的二次电池单元的剩余容量为零，而其他二次电池单元为满充电，无法作为电池组进行充放电。因此，检出微小短路的情况下，不对包含该二次电池单元的串联模组进行并联连接，只用正常的串联模组构成电池组电路。由此，虽然降低了1个串联模组的容量，但剩余的容量仍能够可靠利用，所以可以在只减少1个串联模组的容量的状态下继续使用。
另外，二次电池单元的异常不只是前面所述的微小内部短路，而且还有极端的电池容量变差、安全装置动作、引线脱落等异常，这些均可以根据同样的电压行为异常来检测，可以不对包含该异常二次电池单元在内的串联模组进行并联连接，而只用正常的串联模组来构成电池组。
上述多个串联模组，最好包括2个或3个串联模组，所述并联连接断开开关的一端与一串联模组的二次电池单元之间连接，而所述并联连接断开开关的另一端则与其他串联模组的二次电池单元之间连接。
此时，串联模组是2个或3个时，能够采取并联连接断开开关数量少的电路构成。
上述多个串联模组包括3个或以上串联模组，所述并联连接断开开关的一端与各串联模组的二次电池单元之间连接，而所述并联连接断开开关的另一端则与一连接点以电气方式连接。
该情况下，即便是串联模组数量增加时，也只要对每个串联模组增设1组并联连接断开开关就能够构成电池组。
而且，本发明涉及的其他电池组件，其中包括：将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组再并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元并联连接的电池组；以及用于个别检测构成各串联模组的各二次电池单元的电压，并根据所检测出的二次电池单元的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态的电池异常检测电路，所述电池组还包括用于将各串联模组与外部负载在电气上断开的多个电池组电路断开开关，所述电池异常检测电路控制所述多个电池组电路断开开关的连接状态，以便使包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上断开。
本电池组件中，个别检测构成串联模组的各二次电池单元的电压，根据检测出的二次电池单元的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态，将包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上断开，所以能够以只减少一个包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组的容量这种状态继续使用。
上述电池组，最好还包括用于个别断开并联连接的二次电池单元的多个并联连接断开开关，所述电池异常检测电路控制所述多个电池组电路断开开关的连接状态，以便所述并联连接断开开关切断(OFF)时，检测断开并联连接的各个二次电池单元的电压，并将包括检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上断开。
此时，可以通过将并联连接断开开关切断(OFF)，来个别断开并联连接的二次电池单元，所以可以只将检测出异常状态的二次电池单元从并联连接当中断开，可以将包含该二次电池单元在内的串联模组与外部负载可靠断开。
上述电池异常检测电路，最好当所述并联连接断开开关接通时监测并联连接的二次电池单元的电压。
该情况下，通常使用时，能够以并联连接的状态使用二次电池单元，同时监测并联连接的二次电池单元的电压来可靠检测其异常。
上述并联连接断开开关，最好包括：为了并联连接各串联模组的各二次电池单元，其中一端与一串联模组的二次电池单元之间连接，其中另一端与其他串联模组的二次电池单元之间连接的开关。此时，可以减少并联连接断开开关的数量、简化电路构成。
上述多个串联模组最好包括2个或3个串联模组。此时可以采用减少并联连接断开开关数量的电路构成。
上述并联连接断开开关，也可以设法包括：为了并联连接各串联模组的各二次电池单元，其中一端与各串联模组的二次电池单元之间连接，其中另一端与一连接点以电气方式连接的开关。
该情况下，即便是串联模组数量增加时，也只要对每个串联模组增设1组并联连接断开开关就能够构成电池组，并能够简化电路构成。
上述多个串联模组最好包括3个或以上串联模组。此时，可以增加并联连接的串联模组数量来增加电池组件的容量。
上述电池异常检测电路，最好还包括用于有选择地输出所述多个串联模组当中一串联模组的各二次电池单元的电压的检测电路切换开关，所述电池异常检测电路通过将所述并联连接断开开关切换为切断(OFF)状态，并且切换所述检测电路切换开关的连接状态，从而个别检测构成各串联模组的各二次电池单元的电压，并根据检测出的二次电池单元的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态。
此时，有选择地输出多个串联模组当中一串联模组的各二次电池单元的电压，根据所输出的各二次电池单元的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态，所以不需要对每个串联模组设置电池异常检测电路，能够简化电路构成。
最好是，上述检测电路切换开关有选择地输出所述多个串联模组当中构成一串联模组的多个二次电池单元的各端子电压，所述电池异常检测电路还包括根据各端子电压输出各二次电池单元的电压的多个放大器，所述电池异常检测电路个别检测所述多个放大器的各个输出，并根据检测出的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态。
此时，有选择地输出构成一串联模组的多个二次电池单元的各端子电压，根据输出的各端子电压输出各二次电池单元的电压，个别检测上述输出，根据检测出的电压变化个别检测二次电池单元的异常状态，所以可以用与构成一串联模组的二次电池单元相同数量的放大器来检测各二次电池单元的电压。

Claims (12)

1.一种电池组件，其特征在于，包括：
将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组进行并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元的属于不同串联模组的二次电池单元并联连接的电池组；以及
用于检测所述电池组的异常状态的电池异常检测电路，其中，
所述电池组还包括：
用于使所述并联连接的二次电池单元之间在电气上断开的多个并联连接断开开关；以及
用于将包含由所述并联连接断开开关所断开的二次电池单元在内的串联模组从与外部电路相连接的电池组主体上断开的多个电池组电路断开开关，
所述电池异常检测电路还包括：
用于对所述电池组的连接状态进行切换的检测电路切换开关，使得所述电池异常检测电路在所述并联连接断开开关接通时可检测并联连接的二次电池单元的电压，而在所述并联连接断开开关切断时可检测并联连接被切断后的各个二次电池单元的电压，其中，
所述电池异常检测电路，根据所述并联连接断开开关被断开、并联连接被切断后的各个二次电池单元的电压变化，检测各二次电池单元的异常状态，并控制所述电池组电路断开开关，使包含被测出有异常状态的二次电池单元在内的串联模组与所述电池组主体断开。
2.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述多个串联模组包括2个或3个串联模组，
所述并联连接断开开关的一端被连接在一串联模组的二次电池单元之间，而所述并联连接断开开关的另一端则被连接在其他串联模组的二次电池单元之间。
3.如权利要求1所述的电池组件，其特征在于，
所述多个串联模组包括3个以上串联模组，
所述并联连接断开开关的一端被连接在各串联模组的二次电池单元之间，而所述并联连接断开开关的另一端则被彼此电连接。
4.一种电池组件，其特征在于，包括：
将多个二次电池单元串联连接而成的多个串联模组进行并联连接，并且将构成各串联模组的各个二次电池单元的属于不同串联模组的二次电池单元并联连接的电池组；以及
用于个别地检测构成各串联模组的各二次电池单元的电压，并根据所检测出的二次电池单元的电压变化，个别地检测二次电池单元的异常状态的电池异常检测电路，其中，
所述电池组还包含用于将各串联模组与外部负载在电气上断开的多个电池组电路断开开关，
所述电池异常检测电路，控制所述多个电池组电路断开开关的连接状态，以便使包含检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上断开。
5.如权利要求4所述的电池组件，其特征在于，
所述电池组还包括用于个别断开并联连接的二次电池单元的多个并联连接断开开关，
所述电池异常检测电路，控制所述多个电池组电路断开开关的连接状态，在所述并联连接断开开关被断开时，检测并联连接被切断后的各个二次电池单元的电压，并将包含检测出异常状态的二次电池单元在内的串联模组与外部负载在电气上切断。
6.如权利要求5所述的电池组件，其特征在于，所述电池异常检测电路，当所述并联连接断开开关接通时，监测并联连接的二次电池单元的电压。
7.如权利要求5所述的电池组件，其特征在于，
所述并联连接断开开关包括：为了并联连接各串联模组的各二次电池单元，其一端被连接在一串联模组的二次电池单元之间，而另一端被连接在其他串联模组的二次电池单元之间的开关。
8.如权利要求7所述的电池组件，其特征在于，所述多个串联模组包括2个或3个串联模组。
9.如权利要求5所述的电池组件，其特征在于，所述并联连接断开开关包括：为了并联连接各串联模组的各二次电池单元，其一端被连接在各串联模组的二次电池单元之间，而另一端被彼此电连接的开关。
10.如权利要求9所述的电池组件，其特征在于，所述多个串联模组包括3个以上串联模组。
11.如权利要求5所述的电池组件，其特征在于，
所述电池异常检测电路还包括，用于有选择地输出所述多个串联模组当中一串联模组的各二次电池单元的电压的检测电路切换开关，
所述电池异常检测电路，将所述并联连接断开开关切换为断开状态，并通过切换所述检测电路切换开关的连接状态，来个别地检测构成各串联模组的各二次电池单元的电压，并根据检测出的二次电池单元的电压变化来个别地检测出二次电池单元的异常状态。
12.如权利要求11所述的电池组件，其特征在于，
所述检测电路切换开关，有选择地输出所述多个串联模组当中构成一串联模组的多个二次电池单元的各端子电压，
所述电池异常检测电路还包括，根据各端子电压输出各二次电池单元的电压的多个放大器，
所述电池异常检测电路，个别地检测所述多个放大器的各个输出，并根据检测出的电压变化个别地检测二次电池单元的异常状态。
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