CN101340103B - 过电压保护系统、电池组以及电子设备 - Google Patents

Abstract

提供一种可以提高充电器的设定电压，同时保证电芯电压不超过由阈值限制的值的过电压保护系统。电池组合(14)由串联连接的多个电池电芯(11～13)构成。保护电压测定部(51)测定各个电池电芯的电芯电压，运算部(65)根据电芯电压计算电池组合的两端电压，将其作为测定电压进行输出。过电压设定部(63)在任意一个电池电芯的电芯电压的值达到了阈值时，停止对电池组合充电。诊断电压测定部(71)测定电池组合的两端电压，将其作为诊断电压进行输出。比较电路(67)根据将测定电压的值和诊断电压的值进行比较后的结果，停止对电池组合充电。

Description

过电压保护系统、电池组以及电子设备

技术领域

本发明涉及在串联连接的多个电池电芯的充电系统中采用的过电压保护系统。

背景技术

在作为便携式电子设备的一例的笔记本型个人计算机(以后称为笔记本PC)中，随着CPU的工作频率的高速化等，消耗功率不断增加，另一方面，要求在移动的环境下长时间工作以及小型轻量化等。由此，笔记本PC配备的蓄电池很多时候采取准备多个由高能量密度的锂离子蓄电池构成的电池电芯，通过串联连接以及并联连接对它们进行组合，然后将其收容在壳体中的电池组(Battery Pack)的形式。

在对锂离子蓄电池进行充放电时，需要精密地控制充放电电流以及充放电电压，特别是需要严密地进行恒定电压控制期间的充电电压的控制。因此，在使用锂离子蓄电池的电池组中，一般采用在电池组的内部设置MPU(微处理器)，MPU在充电以及放电的过程中监视电池组内部的状态，向笔记本PC主体发送信息，或者使保护电路动作的被称为聪明电池的构造。聪明电池是基于美国英特尔(Intel)公司和美国金霸王(Duracell)公司所倡导的、被称为聪明电池系统(Smart Battery System，SBS)的标准的电池装置。基于该标准的电池组也被称为智能电池。

在智能电池中，将MPU、电流测定电路、电压测定电路、剩余容量计算电路和温度传感器等安装在电路基板上所得到的电路部分和多个电池电芯被收容在一个壳体中，MPU可以经由数据线与笔记本PC主体的嵌入式控制器进行通信。在智能电池中还设有过电压保护电路，在使用过程中电池电芯的电压成为过电压时，使充电电路中设置的切断元件进行动作来停止充电。

专利文献1在锂电池的电池组中配备第1保护功能部和第2保护功能部，在第1保护功能部检测到4.3V的电芯电压时，使FET动作来停止充电，在第2保护功能部检测到4.5V的电芯电压时，使带有电阻的温度熔丝熔断来停止充电。通过这样的电路结构，即使第1保护功能部存在异常，也会由第2保护功能部进行后备来保证电池电芯不超过允许的最大电压。专利文献2公开了通过阈值不同的多个判定电路使多个电池电芯的过电压检测多重化的过充电过放电检测电路。

过电压保护电路为了保证在电池电芯充电的过程中电芯电压不会超过允许最大电压，在电芯电压超过阈值时需要可靠地停止充电。另一方面，还需要在充电器根据设定电压正常动作时不会发生误动作。在充电器的输出电压中存在相对于设定电压的误差，而且还会由于环境温度的变化或漂移引起电芯电压的变化，所以需要在充电器的设定电压和过电压保护电路的阈值之间设置一定的余量。

近年来，要求对于锂离子蓄电池的使用确保更高的安全性。因此，在相关的业界团体等之间，进一步强化锂离子蓄电池的安全基准。具体地说，虽然目前以把电芯电压的允许最大电压设为4.40V以下作为标准，但是希望将该允许最大电压降低到4.25V，希望充电系统在进行充电的过程中电芯电压不超过该允许最大电压。

在串联连接3～4个锂离子蓄电池来构成电池组合(Battery Set)的情况下，充电器在恒压控制期间进行动作，以使在电池组合两端施加的输出电压变为恒定。并且，一般在电池组合充电时为了保证电芯电压不超过允许最大电压，设置如果电芯电压达到阈值则停止充电的过电压保护电路，并且还进行后备，以便即使在该过电压保护电路无法正常动作时，电芯电压也不会超过允许最大电压。

专利文献1记载的现有的过电压保护电路，为了保证电芯电压不超过允许最大电压，通过一同监视电芯电压的第1保护功能部和第2保护功能部将过电压保护电路双重化，第1保护功能部使作为可逆元件的FET动作来停止充电，第2保护功能部使作为非可逆元件的温度熔丝进行动作来停止充电。并且，为了使可逆元件先进行动作，将两者的阈值设定为不同的值。即，第2保护电路与第1保护电路的结构相同，实现完善的后备功能。

设定为可逆元件比非可逆元件先进行动作的原因是为了可以应对以下的现象：在电芯电压接近使可逆元件进行动作的阈值的状态时，在由于环境温度的急剧变化或过电压保护电路的漂移等原因导致暂时超过了阈值的情况下，通过可逆元件使充电暂时停止，在确认安全后可以继续再次充电。设定为非可逆元件后进行动作的原因在于，为了可靠地防止可能引起火灾的重大事故，在充电电压超过了其阈值时完全停止使用该电池组。

一般在笔记本PC中采用专利文献1的通过可逆元件和非可逆元件构成的双重化的过电压保护电路的结构。在这样的过电压保护电路中，为了在进行正常充电的期间不停止充电，需要使充电器的设定电压成为相对于使可逆元件进行动作的较低阈值进一步设置了余量的较低的值。但是，当降低充电器的设定电压时满充电容量减小或者达到满充电容量所需要的时间变长，所以并非理想。

专利文献2中记载的判定电路，通过对判定电路进行双重化或三重化，即使一个判定电路发生故障，也可以通过多数决定处理继续进行判定，各个判定电路对于过充电具有3.75V、4.0V、4.25V这样的不同的阈值。因此，当没有使充电器的设定电压成为比判定电路的最低阈值还低的值时，判定电路检测出过充电所对应的异常。

目前，在电池电芯的允许最大电压为4.40V时，即使考虑到整个充电系统的误差也可以使充电器的设定电压为每个电池电芯4.20V，所以没有产生满充电容量所对应的问题，但是在使允许最大电压下降到4.25V时，如果采用双重化的过电压保护电路使充电器的设定电压降低作为其差的0.15V，则遭遇到满充电容量降低这样的新问题。因此，需要通过与现有的双重化或三重化的过电压保护方式不同的新的方式，保证电芯电压不会超过允许最大电压的过电压保护系统。

【专利文献1】特开2000-166107号公报

【专利文献2】特开2005-323459号公报

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种提高充电器的设定电压，同时保证电芯电压不会超过通过阈值限制的值的过电压保护系统。而且，本发明的目的在于提供通过单一的过电压保护电路保证电芯电压不会超过通过阈值限制的值的过电压保护系统。而且，本发明的目的在于提供实现这样的过电压保护系统的电池组、电子设备以及在这样的过电压保护系统中执行的过电压的防止方法。

本发明涉及一种用于通过充电器对串联连接的多个电池电芯构成的电池组合进行充电的过电压保护系统。保护电压测定部测定各电池电芯的电芯电压，运算部根据各个电池电芯的电芯电压计算电池组合的两端电压，作为测定电压进行输出。过电压设定部在任意一个电池电芯的电芯电压达到阈值时，输出第1停止信号，停止对电池组合的充电。因此，只要包含保护电压测定部和过电压设定部的过电压保护电路正常动作，任何一个电池电芯的电芯电压都不会超过由阈值限制的值。在此，包含过电压保护电路动作的值相对于实际的电芯电压的公差，来决定由阈值限制的值。

本发明的过电压保护系统，即使在保护电压测定部的动作发生故障的情况下，电芯电压也不会超过由阈值限制的值。即，诊断电压测定部测定电池组合的两端电压并作为诊断电压进行输出，比较部根据将测定电压的值与诊断电压的值进行比较后的结果，如果存在异常则输出第2停止信号，来停止对电池组合的充电。此外，保护电压测定部测定各电池电芯的电芯电压作为测定电压进行输出，诊断电压测定部测定各电池电芯的电芯电压作为诊断电压进行输出，比较部可以根据将测定电压的值和诊断电压的值进行比较后的结果，输出停止对电池组合充电的第2停止信号。

如此，在本发明的过电压保护系统中，在系统进行动作的期间可以通过诊断电压测定部和比较部来诊断保护电压测定部正在正常地进行动作，但诊断电压测定部不直接实现过电压保护的功能。因此，为了保证电芯电压不超过由阈值限制的值，仅设置包含过电压设定部和保护电压测定部的单一的过电压保护电路即可，不需要准备两个不同的过电压保护电路来进行双重化。在充电的过程中还存在由于某种原因，电池组合的两端电压超过充电器的设定电压而上升，某个电池电芯的测定电压超过阈值的情况。

此时，过电压设定部输出第1停止信号来停止充电，因为诊断电压的值不用于停止充电，所以可以在1个级别中设定过电压保护电路的阈值。在本发明的过电压保护系统中，因为可以将用于过电压保护的阈值设定为1个级别，所以可以使充电器的设定电压接近于对过电压保护电路的公差和充电器的输出电压相对于设定电压的公差设定所需要的余量而选择出的值，所以与进行双重化的情况相比，可以将设定电压维持在较高的值。

诊断电压测定部测定电池组合的两端电压作为诊断电压进行输出。在目前那样对过电压保护电路进行双重化的情况下还检测电芯电压，而在本发明中仅检测两端电压即可，所以与检测电芯电压相比可以简化电路。通过将过电压设定部的阈值设定为电池电芯的电芯电压不超过允许最大电压的值，可以将充电器的设定电压设定为在该充电系统中可以允许的最大值。在此，在电压保护电路对于实际的电芯电压的公差、以及充电器的输出电压相对于设定电压的公差中设定所需要的余量，来决定在该充电系统中所允许的最大值。

第1停止信号可以使充电电路中设置的FET等恢复型切断元件动作，第2停止信号可以使非恢复型切断元件动作。当输出第2停止信号时，因为在保护电压测定部或诊断电压测定部的某一方中存在异常，所以为了切实地停止充电来保证电芯电压不超过由阈值限制的值，希望设置与通过第1停止信号进行动作的恢复型切断元件不同的非恢复型切断元件并使其进行动作。此外，在由于环境温度的变化或充电器的漂移等导致电芯电压暂时超过了由阈值限制的值的情况下，由于在确认安全后可以再次开始充电，因此通过第1停止信号使恢复型切断元件进行动作是理想的。

诊断电压测定部在从开始对电池组合进行充电到充电结束的期间，比较测定电压的值和诊断电压的值，在设为根据该结果输出停止对电池组合充电的第2停止信号时，在充电初期的电芯电压较低的期间检测到保护电压测定部或诊断电压测定部的异常的可能性变高，与在电芯电压高的期间输出第2停止信号来停止充电相比，进一步提高对于确保最大允许电压的安全性。通过以相互独立的半导体装置构成保护电压测定部和诊断电压测定部，或者使诊断电压测定部和电池电芯之间的布线以及保护电压测定部和电池电芯之间的布线成为其它系统，保护电压测定部和诊断电压测定部的独立性提高，系统的可靠性进一步提高。

根据本发明，提供了一种提高充电器的设定电压，同时保证电芯电压不会超过由阈值限制的值的过电压保护系统。而且，根据本发明，提供了通过单一的过电压保护电路保证电芯电压不会超过由阈值限制的值的过电压保护系统。而且，根据本发明，提供了实现这样的过电压保护系统的电池组、电子设备以及在这样的过电压保护系统中执行的过电压的防止方法。

附图说明

图1是表示本发明实施方式的由电池组以及笔记本PC构成的充电系统的方框图。

图2说明充电开始后从充电器输出的输出电压以及输出电流随时间的变化。

图3是说明图1所示的电池组的过电压保护系统的方框图。

图4说明现有的双重化的过电压保护电路和本实施方式的过电压保护系统中的充电器的设定电压的比较。

图5是说明电池组的布线结构的平面图。

符号说明

10电池组；11、12、13电池电芯；17放电FET；19充电FET；14电池组合；21AFE；23MPU；100笔记本PC；101嵌入式控制器(EC)；103充电器；123基准电压源

具体实施方式

图1是表示本发明实施方式的基于SBS标准的电池组10以及笔记本PC 100所构成的充电系统的方框图。电池组10在壳体内设置有：串联连接三个锂离子电池电芯11～13而得的电池组合14、感应电阻15、放电FET17、充电FET19、AFE(模拟前端)21、MPU(微处理器)23、电压调整器25、热敏电阻27以及诊断电压测定部等电子部件。在电池组10和笔记本PC100之间，通过+端子31、C端子33、D端子35、T端子37以及-端子39这5个端子进行连接。来自电池组合14的放电电流以及对于电池组合14的充电电流通过经由+端子31以及-端子39的充放电电路在与PC100之间流动。C端子33和D端子35分别与MPU23的时钟端子以及数据端子连接，T端子37与检测电池电芯11周围的温度的热敏电阻27连接。

AFE21以及MPU23是通过从电压调整器25提供的恒定电压进行工作的集成电路。AFE21以及MPU23之间相互进行数据交换。AFE21具有：取得电池电芯11～13各自的电位差的模拟输入端子V1、V2、V3；以及取得感应电阻15两端的电位差的模拟输入端子I1、I2。AFE21还具备模拟输出端子D-CTL以及C-CTL，其用于输出对放电FET17以及充电FET19进行导通/截止控制的信号。AFE21测定电芯电压，将其转换为数字值之后发送给MPU23。

AFE21根据感应电阻15检测到的电压测定在电池组合14中流动的充电电流以及放电电流，将其转换为数字值之后发送给MPU23。MPU23是除了8～16位程度的CPU之外，在一个封装中还具备RAM、ROM、闪速存储器以及计时器等的集成电路。MPU23根据从AFE21发送的电压以及电流，监视充电量或放电量，计算剩余容量。MPU23还具备过电流保护功能、过电压保护功能(也称为过充电保护功能)、以及低电压保护功能(也称为过放电保护功能)，在根据从AFE21取得的电压值或电流值在电池组10中检测到异常时，断开放电FET17以及充电FET19或者断开其中之一来进行保护。过电流保护功能、过电压保护功能以及低电压保护功能通过在MPU23中执行的程序构成。

时钟线和数据线从MPU23分别经由C端子33以及D端子35，与笔记本PC100一侧的嵌入式控制器(EC)101连接，MPU23和EC101之间的通信成为可能。MPU23经由数据线对EC101发送对充电器103设定的设定电流的值以及设定电压的值，EC101经由基准电压源123对充电器103设置该设定值，控制充电器103的动作。MPU23通过把对充电器设定的设定电流的值或者设定电压的值指定为零，可以使充电器103的动作停止。诊断电压测定部71测定作为电池组合14的两端的电压的两端电压，将其输出给MPU23的模拟输入端子Vin。对于包含诊断电压测定部71的本发明的过电压保护系统，将在后面进行详细叙述。

笔记本PC100的电源管理功能以EC101为中心，由充电器103以及DC-DC转换器121等构成。EC101是除了电源之外，也对构成笔记本PC100的大量硬件要素进行控制的集成电路。EC101可以通过与MPU23的通信，取得有关电池组合14的剩余容量、对充电器设定的设定电压以及设定电流等信息。EC101在充电以及放电过程中，从MPU23取得在电池组合14中流动的电流以及两端电压的信息。而且，EC101检测根据电池电芯11～13周围的温度而变化的热敏电阻27的电阻值来检测该温度，在存在异常时通知给MPU23，MPU23使放电FET17以及充电FET19截止来停止充放电。

充电器103具备由FET105以及FET107构成的开关电路；由电感器109以及电容器111构成的平滑电路。充电器103驱动开关电路，然后通过平滑电路降低输出的电流的脉动，把从AC适配器151输入的直流电压转换为适合于对电池组合14进行充电的直流电压，然后输出给电池组10。充电器103通过恒流恒压方式(CC-CV Constant Current Constant Voltage)对电池组合14进行充电。在充电器103的电流设定值输入Iset以及电压设定值输入Vset输入来自对笔记本PC100内部生成的恒定电压进行分压而得的基准电压源123的电压。

基准电压源123根据来自EC101的指示，在电压设定值输入Vset输入设定电压，在电流设定值输入Iset输入设定电流。对充电器103的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I连接来自在笔记本PC一侧准备的分压电阻113、115和感应电阻117的输出，分别输入充电器的输出电压以及输出电流。

AC适配器151的初级侧通过AC电源线(cord)153与工业电源连接，次级侧通过DC电缆155与笔记本PC100连接。DC-DC转换器121把从AC适配器151取得的DC电压或者从电池组合14取得的DC电压转换为必要的电压，然后提供给笔记本PC100内的系统负载(未图示)。

此外，图1为了说明本实施方式，只不过简要记载了主要的硬件结构以及连接关系。例如，为了构成电池组10以及笔记本PC100还使用磁盘、光盘、键盘等很多电气电路以及装置，但这些对于本领域的技术人员来说是公知的，所以省略记载，不进行详细的记述。将图中记载的多个方框构成为1个集成电路或者相反将1个框分割为多个集成电路，也在本领域的人员可以任意选择的范围内，包含在本发明的范围中。

图2说明充电开始后从充电器103输出的输出电压Vot以及输出电流Iot随时间的变化。充电器103通过恒流恒压充电方式对电池组合14进行充电。对充电器的电压设定值输入Vset设定恒压控制期间的设定电压vchg，对电流设定值输入Iset设定恒流控制期间的设定电流Ichg。当在时刻0充电器103开始充电时，充电器103为了使输出电流Iot成为设定电流Ichg使FET105以及FET107进行动作来控制输出电压Vot。因为在充电器103和电池组合14之间存在电阻，所以电池组合14的两端电压Vc成为低于充电器的输出电压Vot的值。

从充电开始到时刻t1为恒流控制期间，从时刻t1到时刻t2为恒压控制期间。当反馈给充电器103的输出电压Vot等于设定电压时，充电器103进入恒压控制期间，为了使输出电压Vot等于设定电压Vchg，使FET105以及FET107进行动作。在恒压控制期间，当输出电流Iot达到放电结束电流Ichg1的时刻充电结束。在充电结束的时刻，电池组合的两端电压Vc变为大体等于输出电压Vot。在从时刻t0到时刻t2之间充电的电量成为电池电芯11～13的满充电容量。因此，在允许范围内将充电器的设定电压Vchg设定得越高，越可以增大满充电容量，并且可以缩短充电时间。

只要充电器103正常进行动作，便在恒压控制期间在误差的范围内控制输出电压Vot来维持设定电压Vchg，所以可以管理电池组合14的两端电压的上限，但是无法进行管理以使构成电池组合14的电池电芯11～13的电芯电压不超过允许最大值。

图3是用于说明图1所示的电池组10的过电压保护系统的方框图。在图3中表示了在图1中省略的熔丝61、模拟/数字转换器73、寄存器75，而且，还表示了AFE21的内部结构以及MPU23的内部结构。熔丝61被设置在充放电电路中，其是通过从MPU23提供的动作电流在内部的电阻中流动，元件熔断来切断电路的非恢复型切断元件。

AFE21包含保护电压测定部51、模拟/数字转换器53、寄存器55以及FET控制部57。保存电压测定部51对构成电池组合14的串联连接的电池电芯11～13的各个电压进行测定。保护电压测定部51在内部包含根据MPU23的指示进行动作的选择器，切换进行测定的电池电芯来按照顺序将测定到的电芯电压的测定值发送给模拟/数字转换器53。模拟/数字转换器53将测定值发送给寄存器55，MPU23定期地读取寄存器55的数据。FET控制部57根据来自MPU23的停止信号，断开充电FET19以及放电FET17。

诊断电压测定部71在从MPU23指示的时刻测定电池组合14的两端电压，将测定值发送给模拟/数字转换器73，模拟/数字转换器73将测定值发送给寄存器75。MPU23定期地读取寄存器75的值。MPU23包含过电压设定部63、运算部65以及比较部67。过电压设定部63、运算部65以及比较部67由在处理器中执行的程序实现。但是，在本发明中也可以通过硬件构成所述各部。在过电压设定部63中设定有用于维持过电压保护系统保证的各个电池电芯11～13的允许最大电压的阈值。

在该实施例中，保护电压测定部51具有±0.03V的公差，所以过电压设定部63通过对于4.25V的允许最大电压使设定值为4.22V，保证了电芯电压不超过允许最大电压。过电压设定部63在任意一个电池电芯的电芯电压超过了阈值时对FET控制部57发送停止信号。运算部65定期地从寄存器55取得各电池电芯的电芯电压，对该值进行合计来计算电池组合14的两端电压，然后发送给比较部67。此外，定期地将各个电池电芯11～13的电芯电压发送给过电压设定部63。比较部67比较从寄存器75取得的电池组合的两端电压和从运算部65取得的两端电压，在判断为存在规定值以上的差时对熔丝61发送停止信号熔断熔丝61。

考虑保护电压测定部51和模拟/数字转换器53带来的公差以及诊断电压测定部71和模拟/数字转换器73带来的公差来决定规定值以上的差。此外，判断具有规定值以上的差可以根据多个数据的比较来进行。比较部67在对熔丝61发送停止信号时，还可以一并对FET控制部57发送停止信号来使充电FET19以及放电FET17断开，而且还可以对EC101进行指示来停止充电器103的动作。

然后，对图3所示的过电压保护系统的动作进行说明。MPU23对EC101发送设定电流Ichg和设定电压Vchg。EC101在基准电压源123中设定设定电流Ichg和设定电压Vchg，基准电压源123把与它们对应的电压值提供给充电器103的电流设定值输入Iset、电压设定值输入Vset，使充电器103开始进行动作。充电器103最初通过恒流控制对电池组合14进行充电。

保护电压测定部51在从MPU23指示的时刻测定电池电芯11～13的各个电芯电压，经由模拟/数字转换器53以及寄存器55发送给运算部65。此时，诊断电压测定部71也在从MPU23指示的时刻测定电池组合14的两端电压，将其作为诊断电压经由模拟/数字转换部73以及寄存器75发送给比较部67。运算部65对电池电芯11～13的各个电芯电压进行合计来计算电池组合14的两端电压，将其作为测定电压发送给比较部67。比较部67在规定的时刻比较相当于电池组合14的两端电压的、从运算部65取得的测定电压，以及同时从寄存器75取得的诊断电压。

只要即便考虑公差，两者的差也在可允许的范围内，比较部67就不对熔丝61发送停止信号。只要从运算部65取得的电池电芯11～13的任意一个的电芯电压都没有达到4.22V的阈值，过电压设定部63就不会对FET控制部57发送停止信号。过电压设定部63在从运算部65取得的电池电芯11～13的任意一个的电芯电压达到4.22V的阈值时，对FET控制部57发送停止信号，FET控制部57断开充电FET19来停止充电，并且还断开放电FET17来禁止放电。此时，过电压设定部63还可以指示EC101停止充电器103的动作。

然后，MPU23对EC101进行指示使设定电流Ichg以及设定电压Vchg成为0，EC101经由基准电压源123在电流设定值输入Iset以及电压设定值输入Vset设定0。结果，充电器103停止充电。在整个恒流控制期间以及恒压控制期间，从开始充电到结束连续地进行这样的动作状态。

只要保护电压测定部51在规定的公差范围内测定了电芯电压，任意一个电池电芯11～13在充电的过程中都不会超过允许最大电压。当过电压设定部63对FET控制部57发送了停止信号时，在充电FET19没有根据来自FET控制部57的控制信号断开的情况下，MPU23即使对FET控制部57发送了停止信号仍然检测到充电电流没有变为0，对EC101进行指示停止充电器103。在MPU23产生故障无法读取寄存器55的数据时，EC101根据没有从MPU23发送来充电过程中的电压以及电流，检测出MPU23的故障，停止充电器103的动作。在MPU23无法与EC101通信的情况下，EC101同样会停止充电器103的动作。

在充电器103或EC101发生了故障时，还存在即使从MPU23对EC101发送了停止充电的信号，充电器103仍继续进行动作的情况，但因为过电压设定部63对FET控制部57发送停止信号，所以通过FET控制部57断开FET19，电池电芯11～13都不会超过允许最大电压。但是，当保护电压测定部51发生故障，无法测量正确的电芯电压时，即使过电压设定部63在4.22V输出停止信号，此时的某个电池电芯的电芯电压也有可能超过4.25V。

在本实施方式的过电压保护系统中，利用诊断电压测定部71测定到的诊断电压，即使在保护电压测定部51以及模拟/数字转换器53没有正常进行动作的情况下，电芯电压也不会超过作为允许最大电压的4.25V。比较部67比较从运算部65取得的作为电池组合14的两端电压的测定电压、以及从寄存器75取得的诊断电压，在两者的差超过了规定的值时，对熔丝61发送停止信号。结果，通过熔丝61熔断，该电池组10只要不更换熔丝61便无法进行充电和放电。比较部67除了熔丝61之外还可以一同对FET控制部57发送停止信号，来断开充电FET19以及放电FET17。而且，比较部67还可以指示EC101停止充电器103。

诊断电压测定部71检测保护电压测定部51以及模拟/数字转换器53没有正常动作的情况，起到间接地消除电芯电压超过4.25V的可能性的作用。比较部67即使在诊断电压测定部71以及模拟/数字转换器73没有正常进行动作时，在两者的差超过规定的值时对熔丝61发送充电停止信号。

在该过电压保护系统中，诊断电压测定部71不是作为直接的过电压保护电路而发挥功能，所以可以将电芯电压的过电压保护的阈值设定为1个级别，因为充电器103的设定电压Vchg不超过1个级别的阈值即可，所以与双重化的过电压保护电路中将阈值设定为2个级别相比，可以较高地设定充电器103的设定电压Vchg。图4(A)表示采用现有的双重化的过电压保护电路时充电器的设定电压Vchg，图4(B)表示采用本实施方式的单一的过电压保护系统的充电器的设定电压Vchg。充电器的设定电压Vchg使电池组合的两端电压除以电池电芯的数量，换算成电芯电压。所有的过电压保护电路的动作电压都存在±0.03V的公差，使充电器的输出电压对于设定电压Vchg具有±0.03V的公差。此外，在过电压保护电路之间以及过电压保护电路和充电器的输出电压之间设置0.01V的余量。

当充电器的输出电压相对于设定电压Vchg收敛于公差的范围内，并且设定为第1级别的过电压保护电路和第2级别的过电压保护电路不会同时进行动作时，在图4(A)中，充电器的设定电压Vchg成为4.08V，但在图4(B)中，设定电压Vchg成为4.15V。因此，在本实施方式的过电压保护系统中，可以将充电电压的值提高0.07V。实现充电电压的提高的原因在于，在现有方式中，为了使电芯电压不超过允许最大值而通过过电压保护电路的双重化来应对，但在本实施方式中，采用单一的过电压保护电路，在包含诊断电压测定部71以及比较部67的诊断电路检测到过电压保护电路的异常或自身的异常时，转移至安全一侧停止充电系统的动作。

诊断电压测定部71因为测定电池组合14的两端电压即可，所以与保护电压测定部51相比可以简化电路结构。因此，与对包含保护电压测定部51的AFE21进行双重化相比，可以将成本抑制得较低，并且可以提高可靠性。当然，还可以由诊断电压测定部71测定电芯电压，由比较部67在电芯电压之间进行比较来输出停止信号。诊断电压测定部71可以与AFE21构成为同一半导体装置，但为了提高安全性可以构成为其它的半导体装置。

图5是表示电池组10的内部结构的平面图。在壳体80中容纳了电路板81和6个电池电芯11a～13b。在电路板81上安装有图3所示的构成要素中除电池电芯以外的构成要素。将并联连接的2个电池电芯串联连接3组，来构成电池组合。在电池电芯和保护电压测定部51之间，通过实线表示的4条配线连接。电池组合的两端电极和诊断电压测定部71之间，通过虚线所示的2条配线连接。

通过端子87以及端子85进行电池电芯11a、11b与各个配线的连接，通过端子91以及端子93进行电池电芯13a、13b与各个配线的连接。如此，通过使从电池电芯到保护电压测定部51以及诊断电压测定部71的配线以及端子相互独立，降低了对双方都不提供电压的可能性。本实施方式的过电压保护系统，只要保护电压测定部或诊断电压测定部的某一方正常进行动作，便可以检测另一方的异常、停止充电，因此，根据这样的配线方法可以进一部提高安全性。

图1所示的电池组10基于SBS标准，但本发明还可用于与不基于SBS标准的称为哑电池的电池组有关的过电压保护系统。在哑电池的一个例子中，在笔记本PC100一侧设置图1所示的MPU23。此时，可以整合MPU23和EC101的功能。而且，在其他的哑电池中，有时在笔记本PC100一侧设置AFE21以及MPU23。此时，在笔记本PC一侧还设置诊断电压测定部71。即，本发明的过电压保护系统可适用于需要将电池组合14收容在壳体中，但其他的元件或半导体装置设置在电池组的壳体内，或者设置在笔记本PC100内的充电系统。

至此，通过图示的特定的实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限于图示的实施方式。只要起到本发明的效果，可以采用任何目前已知的结构。

本发明可用于对配备有过电压保护电路的电池组进行充电的充电系统。

Claims (14)

1.一种过电压保护系统，其用于通过充电器对串联连接的多个电池电芯构成的电池组合进行充电，其特征在于，

具有：保护电压测定部，其测定各个电池电芯的电芯电压；

运算部，其根据各个电池电芯的电芯电压计算所述电池组合的两端电压，将其作为测定电压进行输出；

过电压设定部，其在任意一个所述电池电芯的电芯电压达到了阈值时，输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号；

诊断电压测定部，其测定所述电池组合的两端电压，将其作为诊断电压进行输出；以及

比较部，其根据将所述测定电压的值和所述诊断电压的值进行比较后的结果，输出停止对所述电池组合进行充电的第2停止信号；

其中，从电池电芯到保护电压测定部的配线以及端子，与从电池电芯到诊断电压测定部的配线以及端子，相互独立。

2.根据权利要求1所述的过电压保护系统，其特征在于，

其中，所述比较部在输出所述第2停止信号时，还一并输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号。

3.根据权利要求1所述的过电压保护系统，其特征在于，

将所述阈值设定为使各电池电芯的电芯电压不超过允许最大电压值的值。

4.根据权利要求1所述的过电压保护系统，其特征在于，

进一步在充电电路中具有恢复型切断元件和非恢复型切断元件，所述第1停止信号使所述恢复型切断元件动作，所述第2停止信号使所述非恢复型切断元件动作。

5.根据权利要求1所述的过电压保护系统，其特征在于，

所述比较部在开始对所述电池组合进行充电到充电结束的期间，比较所述充电器的设定电压的值和所述诊断电压的值，根据比较的结果输出停止对所述电池组合进行充电的第2停止信号。

6.根据权利要求1所述的过电压保护系统，其特征在于，

所述保护电压测定部和所述诊断电压测定部由相互独立的半导体装置构成。

7.一种过电压保护系统，其由电子设备和电池组构成，其特征在于，

所述电池组具有：由串联连接的多个电池电芯构成的电池组合；

保护电压测定部，其测定各个电池电芯的电芯电压；

运算部，其根据各个电池电芯的电芯电压计算所述电池组合的两端电压，将其作为测定电压进行输出；

过电压设定部，其在任意一个所述电池电芯的电芯电压的值达到了阈值时，输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号；

诊断电压测定部，其测定所述电池组合的两端电压，将其作为诊断电压进行输出；以及

比较部，其根据将所述测定电压的值和所述诊断电压的值进行比较后的结果，输出停止对所述电池组合进行充电的第2停止信号，

所述电子设备具有对所述电池组合进行充电的充电器；

其中，从电池电芯到保护电压测定部的配线以及端子，与从电池电芯到诊断电压测定部的配线以及端子，相互独立。

8.根据权利要求7所述的过电压保护系统，其特征在于，

其中，所述比较部在输出所述第2停止信号时，还一并输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号。

9.根据权利要求7所述的过电压保护系统，其特征在于，

所述电子设备接收所述第2停止信号，停止所述充电器的动作。

10.一种电子设备，其从电池组接受电力供给，该电池组具有由串联连接的多个电池电芯构成的电池组合，该电子设备的特征在于，

具有：保护电压测定部，其测定各个电池电芯的电芯电压；

运算部，其根据各个电池电芯的电芯电压计算所述电池组合的两端电压，将其作为测定电压进行输出；

过电压设定部，其在任意一个所述电池电芯的电芯电压的值达到了阈值时，输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号；

诊断电压测定部，其测定所述电池组合的两端电压，将其作为诊断电压进行输出；以及

比较部，其根据将所述测定电压的值和所述诊断电压的值进行比较后的结果，输出停止对所述电池组合进行充电的第2停止信号；以及

充电器，其对所述电池组合进行充电；

其中，从电池电芯到保护电压测定部的配线以及端子，与从电池电芯到诊断电压测定部的配线以及端子，相互独立。

11.根据权利要求10所述的电子设备，其特征在于，

所述比较部在输出所述第2停止信号时，还一并输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号。

12.一种电池组，其可以通过电子设备中配备的充电器进行充电，其特征在于，

具有：由多个电池电芯构成的电池组合；

保护电压测定部，其测定各个电池电芯的电芯电压；

运算部，其根据各个电池电芯的电芯电压计算所述电池组合的两端电压，将其作为测定电压进行输出；

过电压设定部，其在任意一个所述电池电芯的电芯电压达到了阈值时，输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号；

诊断电压测定部，其测定所述电池组合的两端电压，将其作为诊断电压进行输出；以及

比较部，其根据将所述测定电压的值和所述诊断电压的值进行比较后的结果，输出停止对所述电池组合进行充电的第2停止信号；

其中，从电池电芯到保护电压测定部的配线以及端子，与从电池电芯到诊断电压测定部的配线以及端子，相互独立。

13.根据权利要求12所述的电池组，其特征在于，

其中，所述比较部在输出所述第2停止信号时，还一并输出停止对所述电池组合进行充电的第1停止信号。

14.一种过电压的防止方法，在对多个电池电芯构成的电池组合进行充电时，防止各个电池电芯的过电压，其特征在于，

具有以下的步骤：

通过保护电压测定部测定各个电池电芯的电芯电压；

根据各个电池电芯的电芯电压计算所述电池组合的两端电压，生成测定电压；

在任意一个所述电池电芯的电芯电压的值达到了阈值时停止充电；

通过诊断电压测定部测定所述电池组合的两端电压，生成诊断电压；以及

根据将所述测定电压的值和所述诊断电压的值进行比较后的结果，停止充电；

其中，从电池电芯到保护电压测定部的配线以及端子，与从电池电芯到诊断电压测定部的配线以及端子，相互独立。

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