CN101572326B - 电池组和控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种电池组包括至少一个二次电池、熔丝和控制部分。该熔丝被配置为在检测到二次电池的异常时切断二次电池的充电或放电电流。该控制部分被配置为检测二次电池的异常，并且根据检测的结果执行熔断熔丝的熔断处理。在检测到异常时，控制部分测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势。如果从测量的结果发现第一电势和第二电势相等，则控制部分确定熔丝还没有被熔断处理熔断，并且停止熔断处理。

Description

电池组和控制方法
技术领域
本发明涉及电池组以及用于检测电池组中的异常的电池组的控制方法。 
背景技术
近年来，如笔记本PC(个人计算机)、移动电话和PDA(个人数字助理)的移动电子设备已经变得普遍。已经广泛使用具有如高电压、高能量密度、以及轻质的优点的锂离子二次电池(secondary battery)作为移动电子设备的电源。 
二次电池的电池组通常包括称为化学熔丝的熔丝作为保护设备，该熔丝在过充电或过电流时对二次电池进行操作。化学熔丝被配置为包括熔丝和发热电阻器(heater resistor)。由于由流入发热电阻器的电流产生的热量，熔丝熔断(fusion-cut)。 
如上所述的电池组被配置为使得在如过充电和过电流的异常状态下，将电流施加到化学熔丝的发热电阻器以熔断熔丝，并停止对二次电池的充电或放电。 
参照图4，现在将描述现有技术的电池组100的配置示例。电池组100的正极端111和负极端112分别连接到外部电子设备或充电器的正极端和负极端，以对电池组100放电或充电。二次电池102例如是锂离子二次电池，并且包括串联和/或并联连接的一个或多个电池单元115。 
AFE(模拟前端)103测量二次电池102的电池单元115的各个电压，并且通过使用电流检测电阻器107测量电流的大小和方向。然后，AFE 103将测量值提供到MPU(微处理单元)104。此外，基于来自稍后描述的MPU104的命令，AFE 103将控制信号发送到开关电路105以防止过充电或过放电。 
开关电路105被配置为包括充电控制FET(场效应晶体管)116a和放电控制FET 117a。如果电池电压达到过充电检测电压，则开关电路105被控制为截止充电控制FET 116a，从而防止充电电流的流动。在充电控制FET 116a截止以后，经由寄生二极管116b只可以出现放电。 
此外，如果电池电压降低到过放电检测电压，则开关电路105被控制为截止放电控制FET 117a，从而防止放电电流的流动。在放电控制FET 117a的截止以后，经由寄生二极管117b只可以出现充电。 
化学熔丝106被配置为包括熔丝118和发热电阻器119，并且串联连接到二次电池102。如果例如检测到到二次电池102的过电流，则过电流直接流到熔丝118中。结果，熔丝118发热并熔断。 
此外，如果例如检测到对二次电池102的过充电，则FET 108基于下述MPU 104的控制而导通。结果，形成电流从二次电池102经由熔丝118和发热电阻器119流到FET 108中的通路。然后，电流流到发热电阻器119中，并且发热电阻器119发热。由于来自发热电阻器119的热量，熔丝118熔断。 
基于二次电池102的电压值和AFE 103提供的电流值，如果二次电池102的任一电池单元115的电压达到过充电检测电压、或降到或低于过放电检测电压，则MPU 104为AFE 103提供用于控制开关电路105的命令。此外，在检测到异常时，MPU 104控制FET 108的栅极信号以导通FET 108，并且对化学熔丝106执行熔断处理。 
此外，MPU 104包括用于计数从熔断处理的开始起的时间的计数器110，所述熔断处理在FET 108导通时开始。计数器110预先设置有超时时间，即，计数操作的完成时间。在设置的超时时间，计数操作完成。 
如果熔丝118被熔断，则MPU 104将指示熔丝118已经被熔断的熔断警报经由通信端子113和114发送到与电池组100连接的电子设备。 
随后，参照图5的流程图，将描述当在现有技术的电池组100中检测到二次电池102的异常时执行的处理的流程。假设在MPU 104的控制下执行下面的处理。此外，假设在每个预定的时间(例如，每秒)循环执行下面的处理。 
在步骤S101，在检测到异常(如对二次电池102的过充电或过电流)时，对于该异常需要熔断熔丝118，确定是否已经满足熔丝118的熔断条件，或是否已经设置熔断警报。在初始阶段，重置熔断警报。如果已经满足熔断条件，或如果已经设置熔断警报，则确定已经检测到二次电池102的异常，并且处理进行到步骤S102。在步骤S102，根据基于来自MPU 104的命令从AFE 103发送的控制信号，使得充电控制FET 116a和放电控制FET 117a进入截止状态。 
在步骤S103，确定是否已经设置熔断警报。如果确定已经设置熔断警报，则处理进行到步骤S104，以开始计数器110的向上计数操作。 
同时，如果在步骤S103确定还没有设置熔断警报，则处理进行到步骤S105。在步骤S105，开始熔丝熔断处理。因此，FET 108导通，以将电流施加到化学熔丝106的发热电阻器119，并且计数器110的计数值被初始化以开始计数操作。此外，设置熔断警报并将其经由通信端子113和114发送到与电池组100连接的电子设备。 
在步骤S106，确定计数器110的计数值是否已经达到预先设置的超时时间。如果计数值已经达到超时时间，则处理进行到步骤S107。然后，完成熔丝熔断处理，并且完成计数器110的计数操作。如果在步骤S106计数值还没有达到超时时间，则处理返回到步骤S101。 
同时，如果在步骤S101还没有满足熔断条件并且还没有设置熔断警报，则将二次电池102的状态确定为正常，并且处理返回到步骤S101。 
如上所述，在现有技术的电池组中，在检测到异常时熔断熔丝。因此，可能切断对二次电池的充电或放电电流，因此防止危险状态。 
然而，如果如上所述的电池组中的二次电池的电池电压或容量为低，则难以施加足够的电流到发热电阻器。结果，出现这样的情况：由发热电阻器产生的热量的温度没有达到熔丝熔断温度，因此未能熔断熔丝。 
此外，如果在这样的情况下熔丝和电池组的外壳之间的空间距离短，则可能使电池组的外壳熔化。通常，用作电池组的外壳的材料的树脂等的热阻温度为大约80℃，这低于大约为130℃的熔丝熔断温度。出于该原因，出现上述危险状态的问题，这是由熔丝的温度高于电池组的外壳的热阻温度并低于熔丝熔断温度的状态的连续而造成的。 
因此，为了处理上述问题，例如日本未审专利申请公开No.2007-215310描述了一种电池组的控制方法，当二次电池的电池电压或电池容量低时其执行充电操作，从而施加足够的电流到发热电阻器。 
发明内容
然而，根据在上述专利申请公开中描述的控制方法，执行充电操作，而无论二次电池的异常状态。因此，出现二次电池上的负载和导致的危险状态的问题。 
因此，期望提供一种用于检测熔丝的熔断状态并因而避免危险状态的电池组及其控制方法。 
为了处理上述问题，根据本发明第一实施例的电池组包括：至少一个二次电池；熔丝，被配置为在检测到二次电池的异常时切断二次电池的充电或放电电流；以及控制部分，被配置为检测二次电池的异常，并且根据检测的结果执行熔断熔丝的熔断处理。在检测到异常时，控制部分测量作为熔丝的后级(stage)的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势。如果从测量的结果发现第一电势和第二电势相等，则控制部分确定熔丝还没有被熔断处理熔断，并且停止熔断处理。 
此外，根据本发明第二实施例的一种电池组的控制方法包括下述步骤：检测至少一个二次电池的异常，并且根据检测的结果执行熔断熔丝的熔断处理，该熔断处理切断二次电池的充电或放电电流；在检测到异常时测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势；以及如果从测量结果发现第一电势和第二电势相等，则确定还没有熔断熔丝，并且停止熔断处理。 
如上所述，在本发明的第一和第二实施例中，检测了二次电池的异常。然后，根据检测的结果，执行熔断熔丝的熔断处理，该熔断处理切断至少一个二次电池的充电或放电电流。此外，在检测到异常时，测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势。然后，如果从测量的结果发现第一电势和第二电势相等，则确定熔丝还没有被熔断处理熔断。因此，可以可靠地检测熔丝的熔断状态。 
本发明实施例检测二次电池的异常，执行熔断熔丝的熔断处理，该熔断处理切断充电或放电电流，并且测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势。然后，如果从测量的结果发现第一电势和第二电势相等，则本发明实施例确定熔丝还没有被熔断处理熔断，并且停止熔断处理。因此，本发明实施例具有下述效果：可靠地检测熔丝的熔断状态并且避免电池组的外壳熔化的危险状态。 
附图说明
图1是图示可应用到本发明实施例的电池组的配置示例的框图； 
图2是用于解释当检测到二次电池异常时执行的处理的流程的流程图； 
图3是用于解释当检测到二次电池的异常时执行的显示操作的框图； 
图4是图示现有技术的电池组的配置示例的框图；以及 
图5是用于解释当在现有技术的电池组中检测到异常时执行的处理的流程的流程图。 
具体实施方式
现在将在下面参照附图描述本发明实施例。在本发明实施例中，如果二次电池处于异常状态，则对作为被提供给电池组的保护设备的熔丝执行熔断处理。然后，检测是否确实已熔断熔丝。如果还没有熔断熔丝，则将指示还没有熔断熔丝的信息发送到与电池组连接的外部电子设备，以防止电池组的使用。 
图1图示可应用到本发明实施例的电池组1的配置示例。在电子设备的使用中，电池组1的正极端11和负极端12分别连接到外部电子设备的正极端和负极端，以对电池组1放电。同时，在充电处理中，电池组1附接到充电器，其中正极端11和负极端12以与对电池组1充电的电子设备的使用类似的方式分别连接到充电器的正极端和负极端。 
电池组1被配置为主要包括二次电池2、AFE(模拟前端)3、MPU(微处理单元)4、开关电路5、化学熔丝6、电流检测电阻器7、FET(场效应晶体管)8、以及通信端子13和14。二次电池2例如是锂离子二次电池，并且包括串联和/或并联连接的一个或多个电池单元15。本示例图示三个电池单元15串联连接的配置。 
AFE 3测量二次电池2的电池单元15的各个电压，并且将测量值提供到下述MPU 4。此外，AFE 3通过使用电流检测电阻器7测量电流的大小和方向，并且将测量值提供到MPU 4。在每个预定时间周期性地执行各个测量。 
AFE 3基于来自下述MPU 4的命令发送控制信号到开关电路5，从而防止过充电或过放电。这里，如果二次电池2是锂离子电池，则例如过充电检测电压和过放电检测电压分别设置为4.25V±0.05V和2.5V±0.1V。 
此外，AFE 3包括用于将由二次电池2提供的电力转换为适于操作MPU 4的电力的调节器，并且将转换的电力提供到MPU 4。 
开关电路5被配置为包括充电控制FET 16a和放电控制FET 17a。如果电池电压达到过充电检测电压，则开关电路5被控制为基于来自AFE 3的控 制信号而截止充电控制FET 16a，从而防止充电电流的流动。在充电控制FET16a的截止后，经由寄生二极管16b仅可出现放电。 
此外，如果电池电压降到过放电检测电压，则开关电路5被控制为基于来自AFE 3的控制信号而截止放电控制FET 17a，从而防止放电电流的流动。在截止放电控制FET 17a后，经由寄生二极管17b仅可出现充电。 
化学熔丝6被配置为包括熔丝18和发热电阻器19，并且串联连接到二次电池2。如果例如检测到对二次电池2的过电流，则过电流直接流到熔丝18中。由于该电流，熔丝18发热并被熔断。结果，切断到二次电池2的充电或放电通路。 
此外，如果例如检测到对二次电池2的过充电，则基于下述MPU 4的控制导通FET 8。结果，形成电流从二次电池2经由熔丝18和发热电阻器19流到FET 8中的通路。然后，电流流到发热电阻器19中，并且发热电阻器19发热。由于来自发热电阻器19的热量，熔丝18的温度增加。如果温度达到熔断温度，则熔丝18被熔断，并且切断到二次电池2的充电或放电通路。 
基于二次电池2的电压值和AFE 3提供的电流值，MPU 4检测二次电池2的异常。基于AFE 3提供的电压值和电流值，如果二次电池2的任一电池单元15的电压达到过充电检测电压、或降到或低于过放电检测电压，则MPU 4为AFE 3提供用于控制开关电路5的命令。 
此外，在检测到异常时，MPU 4控制FET 8的栅极信号以导通FET 8，并对化学熔丝6执行熔断处理。在对化学熔丝6的熔断处理期间，MPU 4测量开关电路5和化学熔丝6之间的电势(在图1中图示的点A处的电势)。然后，基于在点A测量的电势和由AFE 3测量的二次电池2的电势(在图1中图示的点B处的电势)，MPU 4确定熔丝18的熔断状态。 
如果点A处的电压直接提供到MPU 4，则MPU 4可能不能适当操作。因此，点A处的电压被电阻器20a和20b分压，然后提供到MPU 4，其中电流被电阻器21调节。 
MPU 4包括用于计数从熔断处理的开始起的时间的计数器10，该熔断处理在FET 8的导通时开始。计数器10预先设置有超时时间，即，计数操作的完成时间。在设置的超时时间，计数操作完成。熔丝18的熔断所需的时间例如设置为超时时间。 
如果熔丝18被熔断，则MPU 4将指示已经熔断熔丝18的熔断警报经由通信端子13和14发送到与电池组1连接的电子设备。此外，如果熔丝18未能熔断，则MPU 4将指示未能熔断熔丝18的熔断失败警报发送到电子设备。 
当附接到如PC的电子设备时，通信端子13和14基于预定通信标准向电子设备发送各种信息，如指示电池组1的异常的信息。例如，可以使用主要用于电源管理的SMBus(系统管理总线)标准作为通信标准。 
在上述配置中，AFE 3和MPU 4彼此独立。然而，该配置不限于上述示例。例如，AFE 3和MPU 4可被配置为彼此集成。 
随后，参照图2图示的流程图，将描述当检测到二次电池2的异常时执行的处理流程。假设在MPU 4的控制下执行下述处理，除非另有指定。此外，假设在每个预定时间(例如每秒)循环执行下述处理。 
在步骤S1，在检测到异常(如对二次电池2的过充电或过电流)时，对于该异常需要熔断熔丝18，确定是否已经满足熔丝18的熔断条件或是否已经设置熔断警报。在初始阶段，重置熔断警报。如果已经满足熔断条件，或如果已经设置熔断警报，则确定已经检测到二次电池2的异常，并且处理进行到步骤S2。在步骤S2，根据基于来自MPU 4的命令从AFE 3发送的控制信号，使得充电控制FET 16a和放电控制FET 17a进入截止状态。 
在步骤S3，确定是否已经设置熔断失败警报。在初始阶段，重置熔断失败警报。如果确定还没有设置熔断失败警报，则处理进行到步骤S4。如果已经设置熔断失败警报，则处理返回到步骤S1。 
在步骤S4，确定是否已经设置熔断警报。如果确定已经设置熔断警报，则处理进行到步骤S5，以开始计数器10的向上计数操作。 
同时，如果在步骤S4确定还没有设置熔断警报，则处理进行到步骤S6。在步骤S6，开始熔丝熔断处理。因此，FET 8导通，以将电流施加到化学熔丝6的发热电阻器19，并且计数器10的计数值被初始化以开始计数操作。此外，设置熔断警报并将其经由通信端子13和14发送到与电池组1连接的电子设备。 
在步骤S7，测量开关电路5和化学熔丝6之间的电势(在图1中图示的点A处的电势)。然后，基于在点A处测量的电势和二次电池2的电势(在图1中图示的点B处的电势)，确定是否已经熔断熔丝18。如果点A处的电势和点B处的电势相等，则确定还没有熔断熔丝18，并且处理进行到步骤S8。同时，如果点A处的电势和点B处的电势不同，则确定已经熔断熔丝18， 并且处理进行到步骤S10。 
在步骤S8，确定计数器10的计数值是否已经达到预先设置的超时时间。如果计数值已经达到超时时间，则处理进行到步骤S9，以设置并将熔断失败警报经由通信端子13和14发送到与电池组1连接的电子设备。同时，如果计数值还没有达到超时时间，则处理返回到步骤S1。 
在步骤S10，熔丝熔断处理完成。此外，计数器10的计数操作完成。 
同时，如果在步骤S1还没有满足熔断条件并且还没有设置熔断警报，则二次电池2的状态被确定为正常，并且处理返回到步骤S1。 
如上所述，在本发明的实施例中，检测到二次电池的异常。此外，当熔断熔丝时，将二次电池的电势与熔丝的后级的电势比较以确定是否已经熔断熔丝。然后，如果还没有熔断熔丝，则将指示熔丝未能熔断的熔断失败警报发送到使用电池组的电子设备，从而通知电池组处于危险状态。因此，可能防止电池组进入更危险的状态。 
在本示例中，作为向外部设备通知熔丝18的熔断状态的方法，将警报发送到使用电池组的电子设备。然而，方法不限于此。因此，可通过另一方法的使用来通知熔丝18的熔断状态。例如，可将LED(发光二极管)等提供给电池组1以执行显示操作，其中LED根据熔丝18的熔断状态自动发亮或闪烁。 
具体地，例如，电池组1被提供有开关31和由发光器件(如LED)形成的显示部分30，如图3所示。显示部分30连接到从AFE 3延伸到MPU 4的电源线，并且经由开关31连接到二次电池2的负极线。当开关31导通时，显示部分30的LED发亮或闪烁。 
MPU 4控制开关31。如果确定已经熔断熔丝18，则MPU 4控制开关31接通。在开关31接通时，显示部分30和二次电池2的负极线电连接，并且LED发亮。同时，如果确定还没有熔断熔丝18，则MPU 4控制开关31使得开关31的开关状态每预定时间交替。随着开关31的开关状态交替，LED闪烁。 
通过使得显示部分30以上述方式自动发亮或闪烁，可能容易地向电池组1的用户通知电池组1的异常。 
已经在上面描述了本发明的实施例。然而，本发明不限于本发明的上述实施例，因此可以在不背离本发明的主旨的范围内以各种方式修改或应用。例如，本发明的应用不限于锂离子二次电池。因此，本发明还可应用到镍氢二次电池、镍镉二次电池等。然而，考虑到处于异常状态的风险的程度，高度优选将本发明应用到锂离子二次电池。
本发明包含涉及于2008年5月2日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-120107中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。 
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。 

Claims (5)

1.一种电池组，包括：
至少一个二次电池；
熔丝，被配置为在检测到二次电池的异常时切断二次电池的充电或放电电流；以及
控制部分，被配置为检测二次电池的异常，并且根据检测的结果执行熔断熔丝的熔断处理；
其中，控制部分包括用于计数从熔断处理的开始起的时间的计数器，并且所述计数器预先设置有超时时间，
其中，在检测到异常时，控制部分初始化计数器的计数值以开始计数操作并测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势；以及
其中，如果从测量的结果发现第一电势和第二电势相等，则控制部分确定熔丝还没有被熔断处理熔断，并且当计数器的计数值已经达到超时时间停止熔断处理。
2.如权利要求1所述的电池组，还包括：
通信端子，被配置为与外部电子设备通信；
其中，如果熔丝还没有被熔断，则控制部分将指示还没有熔断熔丝的信息经由通信端子发送到外部电子设备。
3.如权利要求1所述的电池组，还包括：
显示部分，被配置为显示熔丝的熔断状态；
其中如果已经熔断熔丝，则控制部分控制显示部分显示已经熔断熔丝；以及
其中，如果还没有熔断熔丝，则控制部分控制显示部分显示还没有熔断熔丝。
4.如权利要求3所述的电池组，
其中通过发光器件形成显示部分；以及
其中发光器件发亮以显示已经熔断熔丝，而闪烁以显示还没有熔断熔丝。
5.一种电池组的控制方法，包括下述步骤：
检测至少一个二次电池的异常，并且根据检测的结果执行熔断熔丝的熔断处理，该熔断处理切断二次电池的充电或放电电流；
在检测到异常时，初始化计数器的计数值以开始计数操作并且测量作为熔丝的后级的电势的第一电势和作为二次电池的电势的第二电势，所述计数器预先设置有超时时间；以及
如果从测量结果发现第一电势和第二电势相等，则确定还没有熔断熔丝，并且当计数器的计数值已经达到超时时间停止熔断处理。
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