CN101740834A - 集成电路和使用所述集成电路的电池组 - Google Patents

集成电路和使用所述集成电路的电池组 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种集成电路和一种电池组。所述集成电路包括：电压检测部件，用于检测在一个或多个二次电池的正电极与负电极之间施加的电压；电源部件，用于产生预定电压；输入端子，与在二次电池中流动的电流的值相对应的电压值被输入到所述输入端子；以及控制部件，其被配置为使得当从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出充电控制信号或者放电控制信号。

Description

集成电路和使用所述集成电路的电池组
技术领域
本发明涉及过充电/过放电保护集成电路和使用所述集成电路的电池组。具体而言，本发明涉及能够用于过充电/过放电电压的检测或者过充电/过放电电压的检测和控制的过充电/过放电保护集成电路以及使用所述集成电路的电池组。
背景技术
现在，利用电池来被使用的许多电子设备在其中安装了使用可充电二次电池的电池组。当电池组被安放到充电器上时对二次电池充电。也使用下述电子设备：其中，在电子设备中安装了电池组的状态下，AC适配器连接到所述电子设备，以便对二次电池充电。
如在JP-A-2003-282153中所述，对于电池组的充电/放电控制，通常，监视二次电池的电压，并且当检测到预先设置的预定电压时，执行充电或者放电控制。例如，在电池组中提供了充电控制FET(场效应晶体管)和放电控制FET。然后，当集成电路(以下适当地称为保护IC(集成电路))检测到指示二次电池的满充电状态的电压时，控制充电控制FET以便停止充电电流。类似地，当检测到指示过放电状态的电压时，控制放电控制FET以便停止充电电流。以这种方式，保护IC检测二次电池的电压，并且控制充电/放电控制FET以便执行电流控制，因此，可以执行在电池组中的二次电池的电压检测和电流控制。
还已知一种方法，其中，电压检测器检测二次电池的电压，并且向充电器或者电子设备发送电池电压。在这种情况下，在充电器或者电子设备中提供的控制电路监视所发送的电池电压，以便执行充电/放电控制。
发明内容
利用使用电压检测器的方法，当电压检测器检测到指示过放电状态的电压时，由充电器或者电子设备的控制电路来执行电流控制。但是，即使在已经执行了电流控制之后电压检测器也不被断电，而是继续执行电压检测。因为这个原因，虽然在过充电状态的情况下没有问题，但是在过放电状态的情况下，由于电压检测器的IC中的电流消耗，过放电状态更进一步。这使得当长时间不使用电池组时电池电压降低到0V，其例如可能引起内部短路，并且使得不能使用电池。而且，未消除不必要的功耗，并且电池组的功耗增加，因此电池可能变差，并且缩短电池的使用期限。
可以根据电子设备的规格来选择通过使用保护IC来控制充电/放电控制FET的方法和使用电压检测器的方法。在这种情况下，将根据所采用的方法来使用不同的部件，因此难于减少制造成本。
因此，需要一种过充电/过放电保护集成电路和使用所述集成电路的电池组，所述过充电/过放电保护集成电路可以在检测到过放电状态时停止电流消耗，并且可以与电池组的电流控制机制无关地被使用。
本发明的一个实施例提供了一种集成电路。所述集成电路包括：电压检测部件，用于检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；电源部件，用于产生预定电压；输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及控制部件，其被配置使得当从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出过充电控制信号或者过放电控制信号。
在这个集成电路中，在检测到充电期间的过充电状态或者过电流状态(以下适当地称为充电过电流状态)之后，以改变的输出电平来输出过充电检测信号或者充电控制信号。而且，当检测到放电期间的过放电状态或者过电流状态(以下适当地称为放电过电流状态)之后，以改变的输出电平来输出过放电检测信号或者放电控制信号。
在上述的集成电路中，当在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后已经过去第一预定时间时，可以改变所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平，然后所述控制部件可以控制所述电源部件的电压，以便进行控制以使得功耗基本上为零。
在上述的集成电路中，当在控制所述电源部件的电压以使得功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内，则可以改变所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平，并且所述控制部件可以进行控制以使得所述电源部件的电压被恢复。
本发明的另一个实施例提供了一种电池组。所述电池组包括：组合电池盒，其被配置为具有一个或多个二次电池；以及保护电路，其被配置为具有用于控制所述二次电池的充电/放电的集成电路和第一与第二外部连接端子。所述集成电路包括：电压检测部件，用于检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；电源部件，用于产生预定电压；输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及控制部件，其被配置为使得当从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出充电控制信号或者放电控制信号。
当所述电池组被配置为使得从所述电源部件输入所述预定电压时，所述电池组还可以包括：第一输出端子，其被配置为向外部输出所述充电控制信号；以及第二输出端子，其被配置为向外部输出所述放电控制信号。而且，当所述电池组被配置为使得未从所述电源部件输入所述预定电压时，所述电池组还包括：充电控制器，其被配置为根据所述充电控制信号来控制充电电流；放电控制器，其被配置为根据所述放电控制信号来控制放电电流；以及电阻器，其被配置为检测电流值。
在上述的电池组中，在检测到过充电状态或者充电过电流状态之后，所述控制部件以改变的输出电平来输出所述过充电检测信号或者所述充电控制信号。并且，在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后，所述控制部件以改变的输出电平来输出所述过放电检测信号或者所述放电控制信号。当这种情况发生时，所述充电电流和放电电流被切断。
在上述的电池组中，当在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后已经过去了第一预定时间时，所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平可以改变，然后所述控制部件可以控制所述电源部件的电压，以便进行控制以使得所述集成电路的功耗基本上为零。
在上述的电池组中，当在控制所述电源部件的电压以使得所述集成电路的功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内，则所述集成电路可以改变所述充电控制信号的输出电平或者所述放电控制信号的输出电平以恢复所述电源部件的电压，以便设置可充电/可放电状态。
在上述电池组中，当在控制所述电源部件的电压以使得所述集成电路的功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压未落在预定范围内，则所述控制部件可以控制所述电源部件的电压，直到所述第一和第二外部连接端子与外部设备连接或者断连，并且由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内以便执行控制，以使得所述集成电路的功耗基本上为零。
所述集成电路中的功耗基本上是零指的是例如足以使得所述集成电路可以检测电池电压是否已经达到例如恢复电压的功耗。在这种情况下，功耗是例如1.0μA或者更小。
根据本发明的上述实施例，根据向所述控制部件的预定电压的输入是否存在，单个集成电路可以使用在电池组中执行充电/放电控制的模式、或者向所连接的电子设备输出用于指示过充电状态或者过放电状态的检测信号的模式。而且，当过充电状态或者过放电状态保持预定时间或者更长时间时，可以进入断电模式。
根据本发明的实施例，可以与电池组的电流控制机制无关地使用所述集成电路，并且可以减小制造成本。而且，可以抑制电池组的功耗，并且可以延长在长期存储期间的电池组的使用期限。
附图说明
图1是示出根据本发明的第一实施例的电池组的电路配置的示例的框图。
图2是示出根据本发明的第一实施例的电池组的电路配置的示例的框图。
图3是示出另一个电池组的电路配置的示例的框图。
图4是示出在本发明的第一实施例中在过放电电压的检测之后的控制器的操作的流程图。
图5A-5D是在本发明的第一实施例中当电压在预定时间中恢复到恢复电压时的时序图。
图6A-6D是在本发明的第一实施例中当电压在预定时间中未恢复到恢复电压时的时序图。
图7A和7B是示出根据本发明的第一实施例的电池组的配置的示例的示意图。
图8是示出根据本发明的第一实施例的二次电池的电极配置的截面图。
图9是示出根据本发明的第一实施例的层压膜的配置的截面图。
图10是示出根据本发明的第一实施例的电池组的电极配置的透视图。
图11是示出根据本发明的第二实施例的电池组的电路配置的示例的框图。
图12是示出根据本发明的第三实施例的电池组的电路配置的示例的框图。
具体实施方式
以下，将参照附图说明本发明的实施例。将以下面的次序进行说明。
(1)第一实施例(在电池组中执行充电/放电控制的模式与根据电压来输出信号并且通过外部电子设备来执行充电/放电控制的模式之间进行模式切换的示例)
(2)第二实施例(在电池组中执行放电控制并且由电子设备(充电器)执行充电控制的示例)
(3)第三实施例(在电池组中执行充电/放电控制并且在电子设备上显示剩余电池容量的示例)
(1)第一实施例
图1和2示出了根据本发明的实施例的电池组的配置的示例。图1示出了下述配置：在所述配置中，在电池组1中，检测二次电池2a-2n中每个二次电池的电压和过电流，并且执行电压控制和电流控制。以下，在电池组中执行控制的图1的配置被适当地称为保护IC模式。图2示出了在电池组中检测每个二次电池的电压并且向电子设备或者充电器等(以下适当地称为电子设备等)输出电压检测结果的配置。图2的配置被适当地称为电压检测器模式，在图2的配置中，在电池组中检测每个二次电池的电压，并且由电子设备根据所检测的电压来执行控制。
[电池组的整体配置]
电池组1具有组合电池2，所述组合电池2具有彼此串联的n个电池2a-2n。电池2a-2n连接到电路板3。电路板3具有保护IC 10，所述保护IC 10检测二次电池2a-2n中每个二次电池的电压，并且在电池组1中进行控制，或者向电池组1的外部发送电压值。
(1-1)电路板的配置和操作
除了保险丝4和保护IC 10之外，电路板3还具有正端子5a和负端子5b，它们是用于连接到电子设备等的接触部。在充电时，充电器比如AC适配器等连接到正端子5a和负端子5b，并且执行充电。当使用电子设备时，正端子5a和负端子5b连接到电子设备的正端子和负端子，并且执行放电。
保险丝4与电池2a-2n串联。如果过电流在电池2a-2n中流动，则保险丝4被电池中流动的电流熔化以便切断电流。在保险丝4附近提供了加热电阻器(未示出)。当施加过电压时，所述加热电阻器的温度提高，并且保险丝4熔化以便切断电流。
在保护IC模式的情况下，提供了用于过电流检测的过电流状态检测电阻器6、用于放电控制的放电控制FET(场效应晶体管)7和用于充电控制的充电控制FET 8。在电压检测器模式的情况下，通过连接到电池组1的电子设备等来执行充电/放电控制，因此不必提供充电控制FET 8和放电控制FET 7。在电压检测器模式的情况下，提供了过充电检测信号输出端子9a和过放电检测信号输出端子9b。过充电检测信号输出端子9a向电子设备等输出用于指示电池组1处于过充电状态的信号，而过放电检测信号输出端子9b向电子设备等输出用于指示电池组1处于过放电状态的信号。像正端子5a和负端子5b那样，过充电检测信号输出端子9a和过放电检测信号输出端子9b形成为接触部。当电池组1和电子设备等彼此连接时，可以向电子设备的控制电路输入用于指示过充电电压的过充电检测信号和用于指示过放电电压的过放电检测信号。
电路板3可以安装有ID(标识)电阻器等，所述ID电阻器用于标识电池组(未示出)。当保护IC 10被置于电压检测器模式中时，可以提供过电流状态检测电阻器6。
以下，将描述保护IC 10，其可以在保护IC模式和电压检测器模式中切换功能。
[保护IC]
保护IC 10具有控制器11、电压检测器12、电压调节器13、电源部分14和端子。所述端子包括调节器输出端子15a、模式切换端子15b、过电流检测端子15c、过充电检测端子15d和过放电检测端子15e。以下，将对各个部分进行说明。
电压检测器12检测二次电池2a-2n中每个二次电池的电压，并且向控制器11输出所检测的电压。电压调节器13由例如串行调节器形成。电压调节器13将由电源部分14产生的电压控制为预定电压，并且向外部提供所述电压。在电压检测器模式的情况下，电压调节器13通过调节器输出端子15a和模式切换端子15b向控制器11提供所述预定电压。电源部分14向电压调节器13、控制器11和电压检测器12提供所产生的电压。假定保护IC 10的各个部分总是工作在正常状态中，而不是断电状态中。当检测到电池电压等于或大于过充电电压或者等于或小于过放电电压时，保护IC 10被置于断电模式中，以便控制功耗。当检测到电池电压等于或者小于过放电电压，并且断电模式已经运行时，优选的是，保护IC 10的部分仅仅执行检测是否每个二次电池2a-2n已经达到预定恢复电压的操作。保护IC 10的断电模式被电源部分14在控制器11的控制下置于运行中。
控制器11具有用于根据所检测的电流和电压而控制充电控制FET 8和放电控制FET 7的功能和向电子设备输出所检测的电压的功能。可以选择性地使用这些功能。在在电池组1中执行电流/电压控制的保护IC模式中，控制器11检测二次电池2a-2n中每个二次电池的电压和在电池组1中流动的电流。然后，控制器11根据所检测的电流和电压来控制充电控制FET 8和放电控制FET 7。
根据是否向设置在保护IC 10中的模式切换端子15b输入了预定电压来切换电压检测器模式和保护IC模式。
如果调节器输出端子15a和模式切换端子15b彼此电连接，则从电压调节器13通过调节器输出端子15a和模式切换端子15b向控制器11输入预定电压(例如5V)。在这种情况下，控制器11允许在电压检测器模式中运行。如图3中所示，提供了：调节器外部输出端子9c，其电连接到调节器输出端子15a；以及模式切换外部端子9d，其电连接到模式切换端子15b。调节器外部输出端子9c和模式切换外部端子9d连接到电子设备等。对于图3的配置，当电池组1和电子设备彼此连接时，调节器输出端子15a和模式切换端子15b彼此电连接。虽然未示出，但是当电子设备和电池组1彼此连接时，可以建立配置以使得由电子设备产生的预定电压通过模式切换端子15b被输入到控制器11。
如果配置使得调节器输出端子15a和模式切换端子15b不彼此电连接，则不向控制器11输入电压。在这种情况下，控制器11允许在保护IC模式中运行。
[在电压检测器模式的情况下]
当在电压检测器模式中使用保护IC 10时，控制器11运行以便“向电子设备输出所检测的电池状态”。在这种情况下，如图2中所示，虽然不必在电池组1中提供充电控制FET 8和放电控制FET 7，但是需要提供电压检测器12。在电压检测器模式中，在电池组1中不执行充电/放电控制。由此，不必提供过电流状态检测电阻器6。在电压检测器模式中，控制器不检测电流值。因此，在电压检测器模式中，可以实现低功耗。
在电压检测器模式中，控制器11确定是否所检测到的电压是过充电电压或者过放电电压。然后，当确定已经检测到过充电电压或者过放电电压时，从控制器11向连接到电池组1的电子设备等输出过充电检测信号或者过放电检测信号。当电子设备等接收到任何一种检测信号时，通过使用电子设备的控制电路来执行电流控制。当这种情况发生时，可以控制电池组1的充电电流或者放电电流。
在电压检测器模式中，可以恒定地或者定期地向电子设备等输出用于指示实际电压值的信号。当输出电压值时，电子设备等的控制器监视输入电压值。然后，电子设备等的控制器检测过充电电压或者过放电电压，并且执行电流控制。当这种情况发生时，可以控制在电池组1中流动的电流。对于过电流，如上所述，通过电子设备等的控制电路来检测在电子设备中流动的电流，因此可以执行电流控制。由此，不必要在控制器11中执行过电流检测。
当电子设备等检测到过放电电压时，执行控制以使得电子设备的控制电路切断放电电流。在这种情况下，当在检测到过放电电压之后过去预定时间时，优选地切断放电电流。控制器11控制电源部分14以便将保护IC10置于断电模式中，并且抑制保护IC 10的功耗。此后，当二次电池2a-2n中每个二次电池的电压在预定时间中达到高于过放电电压的恢复电压时，恢复正常模式，在正常模式中可以再一次执行放电。
当每个二次电池2a-2n的电压未在预定时间中达到恢复电压时，保持断电模式。然后，在作为负载的电子设备断开或者电池组连接到充电器，并且每个二次电池2a-2n的电压达到恢复电压时，恢复可以执行放电和放电的正常模式。使用这种配置，即使检测到过放电，也可能消除下述问题：由于在电压检测器模式中的保护IC 10的持续功耗，导致过放电状态的进一步发展。
“保护IC 10将被置于断电模式中”表示要由电源部分14产生的电压在控制器11的控制下降低，以使得保护IC 10中的功耗基本上为0，例如1.0微安或者更小。优选的是，在断电模式中的功耗足以使得保护IC 10可以检测电池电压是否已经达到恢复电压。
当电池组1在过充电状态中时，充电电流被切断，但是保护IC 10不被置于断电模式中。当这种情况发生时，由于保护IC 10本身的电流消耗，导致每个二次电池2a-2n的电压小于过充电电压，因此可以安全地使用电池组1。
[在保护IC模式的情况下]
当在保护IC模式下使用保护IC 10并且不输入预定电压时，控制器11运行以便“根据检测到的电流和电压来控制充电/放电FET”。在这种情况下，如上所述，在电池组1中提供过电流状态检测电阻器6、充电控制FET 8和放电控制FET 7。
在保护IC模式中，如果检测到在充电期间的过电流(以下适当地称为充电过电流)和过充电电压，则控制器11向充电控制FET 8输出控制信号，以便使充电控制FET 8截止。因此，充电电流被切断。此后，移除充电器，以便在正端子5a和过电流状态检测电阻器6之间的电压达到预定恢复电压，并且当负载比如电子设备连接到电池组1时，恢复放电操作。然后，如果执行放电并且每个二次电池2a-2n的电压降低，则恢复可以对二次电池2a-2n进行充电/放电的正常模式。
当检测到过放电电压时，控制器11向放电控制FET 7输出控制信号以便使放电控制FET 7截止。因此，放电电流被切断。在放电电流切断之后，保护IC 10处于断电模式中。此后，仅仅当充电器连接到电池组1时，恢复充电操作。然后，当执行充电并且每个二次电池2a-2n的电压达到恢复电压时，恢复可以对二次电池2a-2n进行充电/放电的正常模式。
当检测到在放电期间的过电流(以下适当地称为放电过电流)时，控制器11向放电控制FET 7输出控制信号，以便使放电控制FET 7截止。因此，放电电流被切断。在切断放电电流之后，保护IC 10被置于断电模式中。此后，当断开连接到电池组1的负载比如电子设备时，恢复可以对二次电池2a-2n进行充电/放电的正常模式。
[保护IC的运行]
以下，将参照图4的流程图以及图5A-5D和6A-6D的图来描述在检测到过放电电压之后在电压检测器模式中的保护IC的运行。图5A-5D示出了当在放电期间检测到过放电电压之后每个二次电池的电压在预定时间中恢复到恢复电压或者更大时的电池电压、过充电检测端子15d的输出电平、过放电检测端子15e的输出电平和保护IC 10的电流消耗。图6A-6D示出了当在放电期间检测到过放电电压之后每个二次电池的电压在预定时间中恢复到恢复电压或者更大时的电池电压、过充电检测端子15d的输出电平、过放电检测端子15e的输出电平和保护IC 10的电流消耗。为了容易解释，将对提供一个二次电池(二次电池2a)的情况进行以下说明。
电池组1连接到例如电子设备，并且执行正常的放电，就像图5A-5D和6A-6D的S1状态那样。在这种情况下，如图5A和5D以及6A和6D中所示，二次电池2a的电压和保护IC 10的功耗降低。而且，如图5B和5C以及图6B和6C中所示，过充电检测端子15d和过放电检测端子15e的输出处于H电平。在图4的步骤ST1中，如果检测到过放电电压，则这引起图5A-5D和6A-6D的S2状态。在这种情况下，不立即执行放电控制，而是保持放电状态，直到预先设置的过放电检测延迟时间T1过去。在S2状态中，保持放电，因此二次电池2a的电压和保护IC 10的功耗降低。
在步骤ST2中，确定过放电检测延迟时间T1是否已经过去。当在步骤ST2中确定过放电检测延迟时间T1还没有过去时，保持放电。当在步骤ST2中确定放电检测延迟时间T1已经过去时，在步骤ST3中，保护IC 10被置于断电模式，并且进入图5A-5D和6A-6D的S3状态。当电子设备的控制电路检测到过放电检测端子15e的输出从H电平改变为L电平时，执行向断电模式的转变，如图5C和6C中所示。同时，过充电检测端子15d的输出被保持在H电平。在S3状态中，控制电池组1中的电流消耗，因此电池电压提高。
在步骤ST4中，当预先设置的过放电恢复延迟时间T2已经过去时，确定二次电池2a的电压是否等于或者大于预定恢复电压。当在步骤ST4中确定二次电池2a的电压等于或者大于预定恢复电压时，在步骤ST8中，恢复正常模式，并且如图5A-5D中所示，进入可以执行充电/放电的S4状态。在这种情况下，如图5C中所示，过放电检测端子15e的输出从L电平改变为H电平。保护IC 10从断电模式恢复到正常模式，并且如图5D中所示，与断电模式相比较，保护IC 10的功耗增加。
当在步骤ST4中确定当过放电恢复延迟时间T2已经过去而二次电池2a的电压不等于或者大于预定恢复电压时，所述处理进行到步骤ST6，并且如图6D中所示，引起保持断电模式的S5状态。当电池电压未在过放电恢复延迟时间T2中恢复到预定恢复电压时，负载比如电子设备等与电池组1断开，或者充电器连接到电池组1，因此保持断电模式直到二次电池2a的电压等于或者大于恢复电压。因为这个原因，在步骤ST6中，确定负载是否从电池组断开或者充电器是否连接到电池组，并且当确定负载未从电池组断开或者充电器未连接到电池组时，所述处理进行到步骤ST5，并且保持断电模式。
当在步骤ST6中确定负载未从电池组断开或者充电器未连接到电池组时，在步骤ST7中，确定二次电池2a的电压是否等于或者大于预定恢复电压。当在步骤ST7中确定电池电压不等于或者大于恢复电压时，所述处理返回，并且在预定时间之后再一次确定二次电池2a的电压。当在步骤ST7中确定电池电压等于或者大于恢复电压时，在步骤ST8中，恢复正常模式。在这种情况下，与图5C的S3→S4类似，过放电检测端子15e的输出从L电平改变为H电平。
虽然在上述示例中为了容易解释而描述了提供一个二次电池的情况，但是在提供多个二次电池的电池组的情况下，监视在多个二次电池的电压中的最低电压以便检测过放电。或者，可以监视在多个二次电池的电压中的最高电压以便检测过充电。
如上所述，利用该实施例的保护IC，一个保护IC可以处理在电池组中执行充电/放电控制的模式以及输出电压值并且在外部电子设备的控制电路中执行充电/放电控制的模式。
(1-2)二次电池和电池组的配置
以下，将说明在电池组1中的每个二次电池2a-2n的配置。
(二次电池的配置)
图7A和7B示出了电池组1中的二次电池2的配置的示例。图8是示出容纳于二次电池2中的电池单元20的配置的示例。图9是示出作为封装电池单元20的封装构件的层压膜30的配置的示例的截面图。
二次电池2被配置为使得带状正电极21和与正电极21相对地布置的带状负电极22与其间插入的隔离器23依序堆叠，并且在纵向上缠绕以形成电池单元20，并且使用层压膜30封装电池单元20。凝胶状电解质层(未示出)形成在正电极21和负电极22的表面上。连接到正电极21的正电极端子24a和连接到负电极22的负电极端子24b从二次电池2引出(以下当未指定特定端子时，正电极端子24a和负电极端子24b被适当地称为电极端子24)。为了改善粘结性，以粘结膜25a和25b来封装正电极端子24a和负电极端子24b的与层压膜30接触的部分。
[正电极]
正电极包括正电极集电器21b和正电极活性材料层21a，所述正电极活性材料层21a包含正电极活性材料并且形成在正电极集电器21b的两个表面上。正电极集电器21b例如是由铝(Al)、镍(Ni)或者不锈钢(SUS)等制成的金属箔。
正电极活性材料层21a包含例如正电极活性材料、导体和粘结剂。正电极活性材料的示例包括主要由LixMO2(其中，M表示至少一种过渡金属，x根据电池的充电/放电状态而改变，并且通常等于或者大于0.05并且等于或者小于1.10)构成的锂和过渡金属的复合氧化物。构成锂复合氧化物的过渡金属的示例包括钴(Co)、镍(Ni)和锰(Mn)等。
锂复合氧化物的具体示例包括钴酸锂(LiCoO2)、镍酸锂(LiNiO2)和锰酸锂(LiMn2O4)等。可以使用通过将一部分过渡金属元素替换为另一种元素而获得的固溶体。所述固溶体的示例包括镍钴复合锂氧化物(LiNi0.5Co0.5O2和LiNi0.8Co0.2O2等)。锂复合氧化物可以产生高压，并且具有良好的能量密度。或者，正电极活性材料的示例包括不包含锂的金属硫化物和金属氧化物，诸如TiS2、MoS2、NbSe2或者V2O5等。对于正电极活性材料，可以组合地使用这些材料。
导体的示例包括碳材料，诸如碳黑和石墨等。粘结剂的示例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚四氟乙烯(PTFE)等。溶剂的示例包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等。
[负电极]
负电极22包括负电极集电器22b和负电极活性材料层22a，所述负电极活性材料层22a包含在负电极集电器22b的两个表面上形成的负电极活性材料。负电极集电器22b是例如由铜(Cu)、镍(Ni)或者不锈钢(SUS)等制成的金属箔。
负电极活性材料层22a包含例如负电极活性材料、导体和粘结剂。负电极活性材料的示例包括金属锂、锂合金、能够用锂掺杂和去掺杂的碳材料以及金属材料和碳材料的复合材料。能够用锂掺杂和去掺杂的碳材料的具体示例包括石墨、难以石墨化的碳和易于石墨化的碳等。具体而言，可以使用碳材料，诸如热解碳、焦炭(沥青焦(pinch coke)、针状焦或者石油焦)、石墨、玻璃碳、有机聚合物复合材料的煅烧产物(通过在适当的温度下煅烧来碳化酚醛树脂或者呋喃树脂等而获得的产物)、碳纤维和活性碳等。能够用锂掺杂和去掺杂的碳材料的示例包括诸如聚乙炔或者聚吡咯等聚合物以及诸如SnO2等氧化物。
能够与锂形成合金的材料的示例包括各种金属，并且在所述金属中，经常使用锡(Sn)、钴(Co)、铟(In)、铝(Al)、硅(Si)及其合金。当使用锂金属时，可以使用通过涂敷粉末连同粘结剂而形成的涂敷膜或者辊轧锂金属板。
所述粘结剂的示例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)和丁苯橡胶(SBR)等。溶剂的示例包括N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和丁酮(MEK)等。
[电解质]
在所述电解质中，可以使用在锂离子二次电池中通常使用的电解质盐和非水溶剂。非水溶剂的具体示例包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸异丙烯酯(PC)、γ-丁内酯、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸乙丙酯(EPC)和通过将碳酸酯中的氢置换为卤素而获得的溶剂。可以单独地使用这些溶剂，或者可以根据预定组成来混合多种溶剂。
电解质盐的示例包括可溶于非水溶剂中的电解质盐。所述电解质盐包括阳离子和阴离子的组合。阳离子的示例包括碱金属和碱土金属。阴离子的示例包括Cl-、Br-、I-、SCN-、ClO4 -、BF4 -、PF6 -和CF3SO3 -等。阴离子的具体示例是六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、双(五氟乙烷磺酰)亚胺锂(LiN(C2F5SO2)2)和高氯酸锂(LiClO4)等。关于电解质盐的浓度，没有具体限制，只要电解质盐可以溶解在溶剂中即可，并且优选的是，在非水溶剂中的锂离子浓度等于或者大于0.4mol/kg并且等于或者小于2.0mol/kg。
当使用聚合物电解质时，将通过混合非水溶剂和电解质而获得的凝胶形式的电解质溶液掺入到基体聚合物中，以便获得聚合物电解质。所述基体聚合物与非水溶剂可相容。基体聚合物的示例包括硅凝胶、丙烯凝胶、丙烯腈凝胶、聚磷腈改性聚合物、聚环氧乙烷、聚环氧丙烯、复合聚合物、交联聚合物或其改性聚合物等。氟聚合物的示例包括聚合物，比如聚偏二氟乙烯(PVdF)、包含偏二氟乙烯(VdF)和六氟丙烯(HFP)重复单元的共聚物以及包含偏二氟乙烯(VdF)和三氟乙烯(TFE)重复单元的共聚物等。可以单独地使用这些聚合物，或者可以组合地使用两个或者更多的聚合物。
[隔离器]
通过例如多孔膜来形成隔离器23，所述多孔膜由聚烯烃材料比如聚丙烯(PP)或者聚乙烯(PE)构成，或者由无机材料比如陶瓷非织造物构成。可以使用由层压结构形式的两个或者更多多孔膜形成的隔离器23。其中，由聚丙烯或者聚乙烯构成的多孔膜可能是最有效的。
通常优选的是，隔离器的厚度被调整为等于或者大于5微米并且等于或者小于50微米，并且更优选的是，等于或者大于7微米并且等于或者小于30微米。如果隔离器太厚，则存在活性材料的填充量上的降低并且因此有电池容量上的降低。而且，离子导电特性变差，因此电流特性变差。同时，如果隔离器太薄，则存在膜的机械强度上的降低。
[层压膜]
如图8中所示，通过多层膜来形成用作封装构件的层压膜30，所述多层膜具有抗潮性和绝缘特性，并且包括在金属箔30a的两个表面上形成的外部树脂层30b和内部树脂层30c。关于外部树脂层30b，为了实现良好的外观、韧性和挠性等，使用尼龙(Ny)或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。金属箔30a在防止湿气、氧气和光进入封装构件以便保护作为内部包含物的电池单元方面具有最重要的作用，并且从轻重量、良好的可延展性、低成本和良好的可加工性的角度看，最常使用铝(Al)。内部树脂层30c是由于热量或者超声波而熔化并且被热封的部分，因此，经常使用聚烯烃树脂材料，例如铸塑的聚丙烯(CPP)。
[制备二次电池的方法]
如上配置的二次电池2a如以下来制备。
[正电极的制备]
正电极活性材料、导体和粘结剂首先被均匀地混合，以制备正电极混合物，并且所述正电极混合物被分散到溶剂中以形成浆体。所述浆体然后通过刮片方法被均匀地施加到正电极集电器21b上，被干化以去除溶剂，并且通过辊压机等进行压塑以形成正电极活性材料21a。应当满足正电极活性材料、导体、粘结剂和溶剂被均匀地分散，并且混合比率不受限。
接着，正电极端子24a通过点焊或者超声波焊接而连接到正电极集电器21b的一端。正电极端子24a优选地是金属箔或者网状部件，但是可以是金属部件，只要它们是电化学和化学稳定的，并且可以保证导电性。
[负电极的制备]
随后，负电极活性材料、粘结剂，如果必要，还包括导体，被均匀地混合以制备负电极混合物，并且负电极混合物被分散到溶剂中以形成浆体。所述浆体然后通过刮片方法等被均匀地施加到负电极集电器22b上，被干化以去除溶剂，并且通过辊压机等进行压塑以形成负电极活性材料22a。应当满足负电极活性材料、导体、粘结剂和溶剂被均匀地分散，并且混合比率不受限。
接着，负电极端子24b通过点焊或者超声波焊接而连接到负电极集电器22b的一端。负电极端子24b最好是金属箔或者网状部件，但是可以是金属部件，只要它们是电化学和化学稳定的，并且可以保证导电性。
正电极端子24a和负电极端子24b最好从同一方向引出，但是也可以从任何方向引出，只要它们不会引起短路等并且不会对电池性能产生副作用。只要保证导电性，正电极端子24a和负电极端子24b的附接位置和附接方法不限于如上所述的示例。
[电解质层的形成]
关于电解质层，如上所述，可以使用各种材料。以下，将描述制备方法的示例。电解质盐比如六氟磷酸锂(LiPF6)或者四氟硼酸锂(LiBF4)等被溶解在非水溶剂中，以制备电解液。当使用聚合物电解质时，基体聚合物比如偏二氟乙烯(VdF)-六氟丙烯(HFP)共聚物等与电解液彼此混合以制备溶胶状态的电解质。
随后，所述溶胶状态的电解质被施加到正电极活性材料层21a和负电极活性材料层22a上，并且被冷却以形成聚合物电解质层。或者，由碳酸二甲酯(DMC)等构成的稀释溶剂可以用于制备低粘度的溶胶。所述溶胶可以然后被施加到正电极活性材料层21a和负电极活性材料层22a上，并且可以通过挥发来去除稀释的溶剂以形成聚合物电解质层。
接着，依序堆叠正电极21、隔离器23、负电极22和隔离器23以获得层压材料。所述层压材料然后在纵向上被缠绕多匝以制备电池单元20。
接着，使用层压膜30，在层压膜30中，通过拉拔从内部树脂层30c向外部树脂层30b形成凹口31，并且如图7B中所示，电池单元20被包含在凹口31中，并且被以层压膜30封装。在这种情况下，电池单元20被以层压膜30封装，使得层压膜30的内部树脂层30c彼此相对。随后，将层压膜30的凹口31的开口的边缘热封。从而制备了二次电池2a。
[电池组的生产]
以与二次电池2a相同的形式形成的多个二次电池被串联连接以获得组合电池2。然后，组合电池2的正极侧连接到电路板3的正端子5a，并且组合电池2的负极侧连接到电路板3的负端子5b。最后，组合电池2和电路板3被包含在封装盒40等中。在这种情况下，电路板3的正端子5a和负端子5b以及用于与电子设备通信的其他端子(接触部)被从电池组1引出。从而制备了具有图10中所示的外观的电池组1。通过电池组1的部分而暴露的正端子5a和负端子5b连接到电子设备等的正端子和负端子，从而执行充电/放电。
(2)第二实施例
在第二实施例中，将描述在电池组中执行放电控制并且通过电子设备(充电器)来执行充电控制的示例。
图11示出了根据本发明的第二实施例的电池组50的配置。图11示出了充电器60和电子设备70，它们连接到电池组1。在电池组50中，通过相同的附图标号来表示与图1-3的电池组1中的部分对应的部分。
在第二实施例的电池组50中，关于放电控制，提供了放电控制FET7，并且在电池组50中执行控制。关于充电控制，向充电器60输出过充电检测信号，并且通过充电器的控制电路来执行控制。由于预定电压被输入到控制器11，保护IC 10以电压检测器模式运行。如果从过放电检测端子15e检测到电压等于或者小于过放电电压，则向放电控制FET 7输出过放电检测信号以便控制放电电流。
使用这种配置，关于放电控制，不可能使用下述配置：持续或者在每个预定时间内从过放电检测端子15e输出每个二次电池2a-2n的电压，从而执行过放电控制。关于充电控制，可以使用下述方法：其中，充电器的控制电路监视每个二次电池2a-2n的电压，并且在所述电压达到过充电电压之后控制充电电流。
(3)第三实施例
在第三实施例中，将说明下述示例：其中，除了通过过充电、过放电和过电流之外，还在电池组中执行通过电池温度的充电/放电控制，并且在电子设备上显示电池剩余容量。
图12示出了根据本发明的第三实施例的电池组80的配置。图12也示出了充电器60和电子设备70，它们连接到电池组1。在电池组50中，通过相同的附图标号来表示与图1的电池组1中的部分对应的部分。
电池组80还包括电热调节器81、微型计算机82和通信终端子83。
电热调节器81是检测元件，其检测组合电池2的每个二次电池2a-2n的温度。如果二次电池2a-2n中每个二次电池的温度被电热调节器81检测到，则电热调节器81具有对应于二次电池2a-2n中每个二次电池的温度的电阻值。
微型计算机82在向端子82a输入从保护IC 10的电压调节器13输出的电压时运行。从过充电检测端子15d输出的充电检测信号被输入到微型计算机82的端子82b。从过放电检测端子15e输出的过放电检测信号被输入到微型计算机82的端子82c。电热调节器81的电阻值被输入到微型计算机82的端子82d。过电流状态检测电阻器6的正端子电压和负端子电压分别被输入到微型计算机82的端子82f和82g。从微型计算机82的端子82h向电子设备等输出关于剩余电池容量等的信息。从微型计算机82的端子82i向充电控制FET 8输出充电控制信号，从微型计算机82的端子82j向放电控制FET 7输出放电控制信号。用于复位微型计算机82的操作的预定电压被输入到微型计算机82的端子82k。
微型计算机82检测电热调节器81的电阻值，并且根据所检测的电阻值获得每个二次电池2a-2n的温度。微型计算机82存储与每个二次电池2a-2d的温度相关联地存储电热调节器81的电阻值的表格。
微型计算机82计算剩余电池容量，并且向电子设备等输出所计算的剩余电池容量，因此可以以数字或图形形式在电子设备中提供的显示单元上显示剩余容量。因此，当使用电子设备时，或者在充电期间，可以容易地发现电池组80的剩余容量。微型计算机82可以根据每个二次电池2a-2n的输入电压计算剩余容量。而且，为了更精确地计算剩余容量，根据电压和电流计算的剩余容量可以进一步根据每个二次电池2a-2n的状态而被加权和相加，或者可以使用根据每个二次电池2a-2n的温度的系数。微型计算机82存储表格，在所述表格中存储了用于计算的预定公式或者与剩余容量相关联的电压、电流和温度。
微型计算机82在执行程序的同时检测过电流等，从而切断向端子82k的电源电压的提供。然后，当再一次向微型计算机82提供电源电压时，微型计算机82被复位到初始状态。当这种情况发生时，微型计算机82从程序的开始运行。在这种情况下，如果必要，可以复位在存储器中暂时存储的数据。
通信终端子83用于从微型计算机82向电子设备等输出关于剩余容量的信息。而且，当执行与电子设备等的双向通信时，通信终端子83可以用于从电子设备接收信息。
使用在图11中所示的电池组80的配置，可以进一步改善电池组80的质量和安全性。
虽然已经具体说明了本发明的实施例，但是本发明不限于前述实施例，并且在不脱离本发明的技术精神和范围的情况下，可以进行各种修改。
在前述实施例中，数值仅仅是示例，并且可以根据情况要求而使用不同的数值。
保护IC不限于上述配置，并且可以根据所需要的功能来使用各种配置，只要可以根据是否向控制器输入了预定电压来切换功能。
本申请包含与于2008年11月21日在日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2008-297744中公开的主题有关的主题，所述日本在先专利申请的整个内容通过引用合并在此。
本领域内的技术人员应当明白，可以根据设计要求和其他因素来进行各种修改、组合、子组合和替代，只要所述修改、组合、子组合和替代在所附的权利要求或者其等同内容的范围内。

Claims (12)

1.一种集成电路，包括：
电压检测部件，用于检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；
电源部件，用于产生预定电压；
输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及
控制部件，其被配置为使得当从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出充电控制信号或者放电控制信号。
2.根据权利要求1的集成电路，
其中，在检测到过充电状态或者充电过电流状态之后，以改变的输出电平来输出所述过充电检测信号或者所述充电控制信号；并且
在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后，以改变的输出电平来输出所述过放电检测信号或者所述放电控制信号。
3.根据权利要求2的集成电路，
其中，当在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后已经过去第一预定时间时，改变所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平，然后所述控制部件控制所述电源部件的电压，以便进行控制以使得功耗基本上为零。
4.根据权利要求3的集成电路，
其中，当在控制所述电源部件的电压以使得功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内，则改变所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平，并且所述控制部件进行控制以使得所述电源部件的电压被恢复。
5.一种电池组，包括：
组合电池，其被配置为具有一个或多个二次电池；以及
保护电路，其被配置为具有用于控制所述二次电池的充电/放电的集成电路以及第一和第二外部连接端子，
其中，所述集成电路包括：
电压检测部件，用于检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；
电源部件，用于产生预定电压；
输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及
控制部件，其被配置为使得当从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源部件输入所述预定电压时，根据由所述电压检测部件检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出充电控制信号或者放电控制信号。
6.根据权利要求5的电池组，
其中，当所述电池组被配置为使得从所述电源部件输入所述预定电压时，所述电池组还包括：第一输出端子，其被配置为向外部输出所述充电控制信号；以及第二输出端子，其被配置为向外部输出所述放电控制信号；并且
当所述电池组被配置为使得未从所述电源部件输入所述预定电压时，所述电池组还包括：充电控制器，其被配置为根据所述充电控制信号来控制充电电流；放电控制器，其被配置为根据所述放电控制信号来控制放电电流；以及电阻器，其被配置为检测电流值。
7.根据权利要求6的电池组，
其中，在检测到过充电状态或者充电过电流状态之后，所述控制部件以改变的输出电平来输出所述过充电检测信号或者所述充电控制信号，并且，在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后，所述控制部件以改变的输出电平来输出所述过放电检测信号或者所述放电控制信号，以使得所述充电电流和放电电流被切断。
8.根据权利要求7的电池组，
其中，当在检测到过放电状态或者放电过电流状态之后已经过去了第一预定时间时，所述过放电检测信号或者所述放电控制信号的输出电平改变，然后所述控制部件控制所述电源部件的电压，以便进行控制以使得所述集成电路的功耗基本上为零。
9.根据权利要求8的电池组，
其中，当在控制所述电源部件的电压以使得所述集成电路的功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内，则所述集成电路改变所述充电控制信号的输出电平或者所述放电控制信号的输出电平以恢复所述电源部件的电压，以便设置可充电/可放电状态。
10.根据权利要求8的电池组，
其中，当在控制所述电源部件的电压以使得所述集成电路的功耗基本上为零之后已经过去第二预定时间时，如果由所述电压检测部件检测到的电压未落在预定范围内，则所述控制部件控制所述电源部件的电压，直到所述第一和第二外部连接端子与外部设备连接或者断连，并且由所述电压检测部件检测到的电压落在预定范围内以便执行控制，以使得所述集成电路的功耗基本上为零。
11.一种集成电路，包括：
电压检测单元，其被配置为检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；
电源单元，其被配置为产生预定电压；
输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及
控制单元，其被配置为使得当从所述电源单元输入所述预定电压时，根据由所述电压检测单元检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源单元输入所述预定电压时，根据由所述电压检测单元检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出过充电控制信号或者过放电控制信号。
12.一种电池组，包括：
组合电池，其被配置为具有一个或多个二次电池；以及
保护电路，其被配置为具有用于控制所述二次电池的充电/放电的集成电路以及第一和第二外部连接端子，
其中，所述集成电路包括：
电压检测单元，其被配置为检测在一个或多个二次电池的正电极和负电极之间施加的电压；
电源单元，其被配置为产生预定电压；
输入端子，与在所述二次电池中流动的电流的值对应的电压值被输入到所述输入端子；以及
控制单元，其被配置为使得当从所述电源单元输入所述预定电压时，根据由所述电压检测单元检测到的电压来输出过充电检测信号或者过放电检测信号，并且当未从所述电源单元输入所述预定电压时，根据由所述电压检测单元检测到的电压或者要输入到所述输入端子的电压值来输出充电控制信号或者放电控制信号。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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