CN102005733A - 电池组及其功能停止方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供电池组及其功能停止方法，能够避免由于在连接器上附着水而产生的发热所导致的异常状态。电池控制器(111)在连接器(103)的检测温度在第1阈值以上并且放电电流在第2阈值以上时，以及/或者在连接器(103)的检测温度和其它部分(放电保护开关(FET1)、充放电保护开关(FET2)及电池组件(104))的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断由充放电电路形成的针对电池组件(104)的充放电通路的动作。

Description

电池组及其功能停止方法

技术领域

本发明涉及电池组及其功能停止方法，详细地说，涉及经由连接器与电子设备连接，装配有二次电池的电池组。

背景技术

锂离子电池等充放电容密度大的电池很少单独地使用，与充放电保护电路等构成的内置部件一起收容在合成树脂制成的机壳等中，作为电池组安装在电池使用设备中来使用。所述充放电保护电路在电池端子短路等流过过大电流时，或者在电池过充电或过放电时，切断通电，保护电池。

发明内容

该电池组用作信息设备、日用品、电动工具及传输设备等各种电子设备的电源，因此，在日常生活中，无法避免使其淋上水，或落入水中。此时，在电池组的连接器上附着的水具有通过水使电流流通的充分的导电性，因此，存在由于连接器的正负极间的短路引起的发热，导致异常的状态(例如，连接器部分或其附近熔化)，产生电路故障的问题。

例如，现有技术公开在具有电池及电池保护电路基板的电池组中具有：泄漏检测电路，在电流泄漏检测电极(水传感器)导通时，输出泄漏检测信号；充电用半导体开关控制电路，根据泄漏检测信号和电池保护电路的过充电检测时输出的过放电检测信号中的某一个，切断充电用的半导体开关；以及放电用半导体开关控制电路，根据泄漏检测信号和电池保护电路的过放电检测时输出的过放电检测电流中的某一个，切断放电用半导体开关，泄漏检测电极与电池的一个极性的电极连接，泄漏电流检测电路、充电用半导体开关控制电路及过放电用半导体开关控制电路与电池的相反极性的电极连接。

但是，上述现有技术是通过电流泄漏检测电极(水传感器)检测电池组内的水分的结构，没有对由于连接器部分附着水而引起的发热导致的异常状态做任何讨论。

本发明实施例是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种能够避免由于在连接器上附着水而产生的发热所导致的异常状态的电池组及其功能停止方法。

为了解决上述问题，达成目的，本发明实施例是经由连接器与电子设备连接，装配了二次电池的电池组，特征为：具备充放电电路，形成针对所述二次电池的充放电通路；第1温度检测单元，配置在所述连接器附近，检测所述连接器的温度；第2温度检测单元，检测所述电池组内的其它部分的温度；放电测定单元，测定所述二次电池的放电电流；以及控制单元，在所述第1温度检测单元的检测温度在第1阈值以上并且所述放电测定单元的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述第1温度检测单元的检测温度和所述第2温度检测单元的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断充放电通路的动作。

另外，根据本发明的优选方式，希望所述电池组内的其它部分是所述二次电池或开关元件。

另外，根据本发明的优选方式，希望切断所述充放电通路的动作，是通过形成所述充放电通路的一部分的开关元件，切断充放电通路的动作，以及熔断形成所述充放电通路的一部分的熔丝的动作中的至少一方。

另外，根据本发明的优选方式，希望所述连接器与所述开关元件被配置在同一个基板上。

另外，为了解决上述问题，达成目的，一种电池组的功能停止方法，该电池组经由连接器与电子设备连接，装配了二次电池，所述电池组的功能停止方法的特征为，包含：检测所述连接器的温度；检测所述电池组内其它部分的温度的工序；测定所述二次电池的放电电流；以及在所述连接器的检测温度在第1阈值以上，并且所述测定到的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述连接器的检测温度和所述其它部分的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断由充放电电路形成的针对电池电芯的充放电通路的动作。

根据本发明的实施例是经由连接器与电子设备连接，装配了二次电池的电池组，具备充放电电路，形成针对所述二次电池的充放电通路；第1温度检测单元，配置在所述连接器附近，检测所述连接器的温度；第2温度检测单元，检测所述电池组内的其它部分的温度；放电测定单元，测定所述二次电池的放电电流；以及控制单元，在所述第1温度检测单元的检测温度在第1阈值以上并且所述放电测定单元的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述第1温度检测单元的检测温度和所述第2温度检测单元的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断充放电通路的动作，因此，能够提供一种能够避免由于在连接器上附着水而产生的发热所导致的异常状态的电池组及其功能停止方法。

附图说明

图1表示本发明的实施方式的笔记本PC的全体结构。

图2是图1的电池组的概要立体图。

图3是表示笔记本PC的电池系统的概要结构的框图。

图4是表示图3的电池组的内部结构的框图。

图5是用于说明电池控制器的SPILL保护功能的第1例的流程图。

图6是用于说明电池控制器的SPILL保护功能的第2例的流程图。

符号说明

10笔记本PC；11主体侧机壳；12显示器侧机壳；13电池舱；14AC/DC适配器；15嵌入式控制器(EC)；16FET驱动电路；51充电器；53DC/DC变换器；55基准电压源(REF)；100电池组；101上部壳体；102下部壳体；103连接器；104电池组件；104a～104f电池电芯；110电路基板；111电池控制器；TH1～TH3温度元件；FET1放电保护开关；FET2充电保护开关；FET3熔丝用开关；

具体实施方式

下面，参照附图详细说明该发明的电池组的实施方式。另外，该发明并不限于该实施方式。另外，在下述实施方式的构成要素中，包含本领域的技术人员容易想到或者实质上相同的要素。

(实施方式)

图1表示本发明实施方式的笔记本PC的全体构成。图1(a)是打开笔记本PC，用户使用状态下的立体图，图1(b)是表示在笔记本PC中安装有电池组的状态下的主体侧机壳的底面的平面图。

如图1所示，笔记本PC10具有：在表面上装配有键盘以及指点设备，在内部收容了多个设备的主体侧机壳11以及在表面装配了液晶显示器(LCD)的显示器侧机壳12。显示器侧机壳12相对于主体侧机壳能够自由开关地安装。在主体侧机壳11的底面11a的后方，设置有电池舱13，在该电池舱13中安装电池组100。当在电池舱13中没有安装电池组100的状态下，电池舱13为空洞。当在电池舱13中安装了电池组时，主体侧机壳11的底面11a和电池组100的外壳的一部分大体形成同一平面。

在电池组100上设置有用于固定在电池舱13中的一对卡勾100a、100b。在已将电池组收容在电池舱13中的状态下，通过锁定卡勾100a、100b，电池组100被固定在主体侧筐体11上，通过解除卡勾100a、100b，解除电池组100的固定。另外，在电池组100的表面上，设置有连接器(母侧)103。

例如，在笔记本PC10被淋上水，在连接器103上附着了水的情况下，在连接器103上附着的水具有通过水使电流流通的充分的电气导电性，因此，有时由于连接器103的正负极间的短路，连接器103的温度异常上升。在本实施方式中，如后所述，为了检测由于SPILL(漏水)等原因连接器103的温度上升，在连接器103的附近设置了温度元件。

图2是图1的电池组100的概要立体图。图2(a)是电池组100组装前的概要分解立体图，图2(b)是组装后的概要的立体图。如图2所示，电池组100在组装前的状态下，下部壳体102收容了作为锂离子电池的6个圆筒状的电池单元104a～104f以及电路基板110。

在电路基板110上，装配有电池控制器111、放电保护开关FET1、充电保护开关FET2、连接器103、配置在连接器103附近的温度元件TH3(第1温度检测单元)、配置在放电保护开关FET1以及充电保护开关FET2附近的温度元件TH2(第2温度检测单元)、电阻或电容器等其它电路元件(没有图示)。另外，在电池单元104a的表面上粘贴有温度传感器TH1(第2温度检测单元)。另外，可以使用热传导性的树脂(glue)覆盖连接器103和温度元件TH3之间、放电保护开关FET1以及充电保护开关FET2和温度元件TH2之间。由此，能够高精度地检测连接器103、放电保护开关FET1以及充电保护开关FET2的温度。

电池电芯104a和104d、104b和104e、104c和104f分别并联连接，形成了电池电芯列。并且，串联连接每两个并联连接的电池电芯，将其输出电压输入给控制电路。在电池组100的表面上形成的连接器(母侧)上，设置有电力端子和控制端子(没有图示)，当把电池组100装入到电池舱13中时，这些端子中的各个端子与在电池舱13中形成的对应的端子连接。

上部壳体101以及下部壳体102，使用铝合金或镁合金通过压铸等形成。在电池组100已装入电池舱13时，下部壳体102的底面与主体侧机壳11的底面11a大体在同一平面上，形成笔记本PC10的主体轮廓的一部分。具有这样的结构的下部壳体102和上部壳体101通过粘结剂粘结在一起，形成了大体长方体的一个封装，即电池组100。

图3是表示上述笔记本PC10的电池系统的概要构成的框图。本实施方式的电池系统，由笔记本PC10、AC/DC适配器14以及电池组100构成。在该图中，笔记本PC10只表示了与本发明实施方式相关联的主要部分的结构。

AC/DC适配器14可以与笔记本PC10的电源端子连接，将交流电压转换为直流电压。

笔记本PC10具有嵌入式控制器15(下面称为「EC」)、FET驱动电路16、充电器51、DC/DC变换器53、基准电压源(下面称为「REF」)55等。充电器51具有恒流恒压特性，并且具有以PWM方式，对FET29及FET31进行接通/关断控制的开关控制电路。

充电器51把从AC/DC适配器14输入的直流电压转换为适合于电池组100充电的直流电压，然后进行输出。充电器51使用由电感器33以及电容器34构成的平滑电路，减低驱动开关控制电路生成的直流的充电电流的脉动，生成恒定电流。

在充电器51的电压反馈输入FB-V以及电流反馈输入FB-I上分别连接来自分压电阻37、39以及来自电流感应电阻35的输出，并且为了进行反馈控制，输入与从充电器51输出的输出电压(充电电压)以及输出电流(充电电流)对应的电压。

把来自对笔记本PC10内部生成的恒定电压进行分压后的REF55的电压输入给充电器51的电流设定值输入Iset以及电压设定值输入Vset。REF55根据来自EC15的指示，对电压设定值输入Vset输入设定电压Vchg，对电流设定值输入Iset输入设定电流Ichg。充电器51以输出电压或输出电流与设定电压Vchg或设定电流Ichg中的某一个一致的方式进行工作。

充电器51在充电初期通过恒流控制进行工作，随着充电的进行，充电电流减小，当小于设定电流Ichg时，为了使输出电压与设定电压Vchg一致自动地通过恒压控制进行工作。相反，在通过恒压控制进行工作时，当由于某种原因导致充电电压降低，低于设定电压Vchg时，为了使输出电流与设定电流Ichg一致，自动地通过恒流控制进行工作。

EC15是控制除电源外构成笔记本PC10的多个硬件要素的集成电路。EC15与电池组100通信，能够取得电池组100生成的电池电芯的表面温度、电池电压、充电电流、充电功率、放电功率、剩余容量及对充电器51设定的设定电压Vchg及设定电流Ichg等信息。EC15根据从电池组100取得的指示，向REF55发送指示，以使充电器51工作或停止。例如，当电池组100指示EC15使设定电压Vchg及设定电流Ichg成为0时，电压设定值输入Vset、电流设定值输入Iset被设定为0，充电器51停止工作。在开始充电器51的工作时，从电池组100接收到指示的EC15，在电压设定值输入Vset以及电流设定值输入Iset设定设定电压Vchg以及设定电流Ichg。

DC/DC变换器53把从AC/DC适配器14或电池组100接收到的直流电压转换为预定的电压，提供给笔记本PC10内的设备。设备含有CPU、液晶显示器、无线模块、硬盘装置及控制器等各种各样的设备。FET4及FET5是用于控制针对电池组100的充放电的开关，与电池组100的充放电电路连接。

FET7连接在电池组100和DC/DC变换器53之间，是用于形成从电池组100对DC/DC变换器53的放电电路的开关。FET6是与从AC/DC适配器14向DC/DC变换器53供电的电路连接，在从AC/DC适配器14向DC/DC变换器53供电时，因此中断从交流电源取得电力，进行缓解交流电源峰值的所谓峰值迁移，所以临时从电池组100向DC/DC变换器53供电的开关。FET驱动电路16根据来自EC15的指示，控制FET4～FET7。

图4是表示图3的电池组100的内部结构的框图。电池组100基于智能电池系统(SBS)标准。电池组100具有电池控制器111，电源线131、通信线133及地线135分别通过连接器103的P端子、D端子及G端子与笔记本PC10连接。

在电源线131上分别串联连接了由p型MOS-FET构成的放电保护开关FET1、充电保护开关FET2以及熔丝FUSE。在放电保护开关FET1上，经由熔丝FUSE，串联连接了由6个锂离子电池电芯104a～104f构成的电池组件104。来自电池组件104的放电电流以及针对电池组件104的充电电流，经由电源线131及地线135构成的充放电电路，在与笔记本PC10之间流动。该充放电电路，形成针对电池组件104的充放电通路。充电保护开关FET2以及放电保护开关FET1在通常状态下接通，在检测到异常时，通过电池控制器111使其关断。

另外，在电源线131上连接有由设置在熔丝FUSE附近的电热丝R5和n型MOS-FET构成的熔丝FUSE用开关FET3的串联电路。熔丝FUSE用开关FET3在通常状态下关断，在检测到SPILL异常时，通过电池控制器111使其接通。

电池组104的各电池电芯的电压侧的端子，与电池控制器111的模拟输入V1～V3…端子连接。在电池组件104的表面，粘贴有一个至多个热敏电阻等温度元件TH1。温度元件TH1的一端，经由电阻R2从电池控制器111被供给电源Vcc，另一端与地线135连接。温度元件TH1的输出，与电池控制器111的T1端子连接。在电池组件104的负极端子和G端子之间的地线135上，连接有电流感应电阻R1。电流感应电阻R1的两端，与电池控制器111的I1、I2端子连接。

另外，在充电保护开关FET2以及放电保护开关FET1的附近，设置有一个～多个热敏电阻等温度元件TH2。温度元件TH2的一端，经由电阻R3从电池控制器111被供给电源Vcc，另一端与地线135连接。温度元件TH2的输出与电池控制器111的T2端子连接并且，在连接器103的附近，设置有一个～多个热敏电阻等温度元件TH3。温度元件TH3的一端，从电池控制器111被供给电源Vcc，另一端经由电子R4与地线135连接。

另外，电池控制器111是具有CPU、RAM、ROM、闪速存储器、计时器、A/D转换器、D/A转换器、接口电路等的集成电路。电池控制器111具有取得电池电芯各自的电芯电压的模拟输入端子V1、v2、V3…以及取得电流感应电阻R1的两端的电位差的模拟输入端子I1、I2。另外，电池控制器111具备输出对充电保护开关FET2以及放电保护开关FET1进行接通/关断控制的信号的模拟输出端子C-CTL及D-CTL以及输出对n型MOS-FET构成的熔丝用开关FET3的接通/关断进行控制的信号的F-CTL端子。电池控制器111接通熔丝用开关FET3，使电流流过熔丝FUSE附近的电热丝R5，能使熔丝FUSE熔断。

另外，关于电池控制器111，经由DATA端子通信线133与笔记本PC10的EC15连接，能够进行电池控制器111与EC15之间的通信。在通信线133中还包含时钟线。电池控制器111把要对充电器51设定的设定电流Ichg以及设定电压Vchg发送给EC15，EC15经由基准电压源55，对充电器51设定该设定值，开始或停止充电器51的工作。

电池控制器111根据电流感应电阻R1检测到的电压，测定在电池组件104中流过的充电电流以及放电电流的值。电池控制器111根据电池组件104的电芯电压、电流感应电阻R1的电流值，计算充电量和放电量。

电池控制器111具有过电流保护功能、过电压保护功能及低电压保护功能，在根据电池组件104的电芯电压、电流感应电阻R1的电流值检测到电池组件104的异常时，关断充电保护开关FET2以及放电保护开关FET1或关断其中某一个。

另外，电池控制器111具有SPILL保护功能，在根据设置在连接器103近旁的温度元件TH3的检测温度以及电流感应电阻R1的电流值检测到SPILL异常(连接器103上附着水引起的发热异常)时，接通熔丝FUSE用开关FET3，使熔丝FUSE熔断。根据本申请人的锐意研究，发现了下面的现象：当在电池组100的连接器103上附着了水时，正负极间短路，连接器103部分的温度上升变大，在电流感应电阻R1中流过放电电流以及电池组100的其它部分的温度上升不变大。与此相对，在放置于汽车等高温环境中引起的发热中，连接器103部分以及电池组100的其它部分的温度上升变大，并且在电流感应电阻R1中不流过放电电流。利用这种现象，可以区别连接器103的发热原因是SPILL还是放置于汽车等高温环境中。

图5是用于说明电池控制器111的SPILL保护功能的第1例的流程图。电池控制器111，以预定周期重复执行图5的流程图所示的处理。在该图中，首先，电池控制器111判断温度元件TH3的检测温度是否在阈值N1(第1阈值：例如，90℃)以上(步骤S1)。在温度元件TH3的检测温度不在阈值N1以上时(步骤S1的「No」)，结束该流程。另一方面，在温度元件TH3的检测温度在阈值N1以上时(步骤S1的「Yes」)，判断由电流感应电阻R1检测的放电电流是否在阈值N2(第2阈值)以上(步骤S2)。在电流感应电阻R1检测的放电电流在阈值N2以上时(步骤S2的「Yes」)，判断为SPILL异常(步骤S3)，将F-CTL设为H，接通熔丝FUSE用开关FET3，使熔丝FUSE附近的电热丝R5中流过电流，熔断熔丝FUSE(步骤S4)。由此，停止电池组件104的充电或放电，因此，能够防止电池组100发热。然后，电池控制器111对EC15通知SPILL异常，在液晶显示面板工作时，或者在使液晶显示器工作时，EC15使液晶显示器显示电池异常的要点(步骤S5)。另一方面，在电流感应电阻R1检测的放电电流不在阈值N2以上时(步骤S2的「No」)，判断为通常的高温环境(步骤S6)，结束该流程。

在上述步骤S2中，可以取代判断由电流感应电阻R1检测的放电电流是否在阈值N2以上，可以判断温度元件TH3的检测温度和温度元件TH1的检测温度的差，或者温度元件TH3的检测温度和温度元件TH2的检测温度的差是否在阈值N3(第3阈值：例如，40℃)以上，在阈值N3以上时，判断为SPILL异常。

图6是用于说明电池控制器111的SPILL保护功能的第2例的流程图。电池控制器111，以预定周期重复执行图5的流程图所示的处理。在图6中，对于具有与图5相同功能的步骤赋予相同的步骤编号，并且仅说明不同点。

在图6的步骤10中，在电池控制器111判断为SPILL异常的情况下(步骤S3)，关断放电保护开关FET1以及/或者充电保护开关FET2(步骤S10)。

然后，将电池组100从电池舱取出，在使连接器103干燥后，再次装入电池舱中，从EC15向电池控制器111发送特殊命令，解除保护动作(关断放电保护开关FET1以及/或者充电保护开关FET2)，能够再次使用电池组100。

还可以组合上述第1例及第2例来实施，例如，在检测到SPILL异常时，熔断熔丝FUSE，并且关断放电保护开关FET1以及/或者充电保护开关FET2。另外，在温度元件TH3的检测温度在阈值N1以上时，在电流感应电阻R1检测到的放电电流在阈值N2以上，并且温度元件TH3的检测温度和温度元件TH1的检测温度的差，或者温度元件TH3的检测温度和温度元件TH2的检测温度的差在阈值N3以上时，判断为SPILL异常。

如上说明，根据本实施方式，在连接器103的检测温度在第1阈值以上并且放电电流在第2阈值以上时，以及/或者在连接器103的检测温度和其它部分(放电保护开关FET1、充电保护开关FET2以及电池组104)的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断由充放电电路形成的针对电池组件104的充放电通路的动作，因此，能够避免由于在连接器上附着水而产生的发热所导致的异常状态。另外，能够通过简单的方法区别导致连接器103的发热原因是SPILL还是放置于汽车中等高温环境中。

另外，在本实施方式中，切断充放电通路的动作，是形成充放电通路的一部分的开关元件(放电保护开关FET1和充电保护开关FET2)切断充放电通路的动作以及使形成充放电通路的一部分的熔丝熔断的动作中的任意一个，因此，能够采用简单并且低价的结构切断充放电通路。

另外，在上述的实施方式中，说明了在笔记本PC中装配的电池组，但本发明并不限定于此，也可以适用于在信息设备、日用品、电动工具以及传输设备等各种电子设备中使用的电池组。

如上所述，本发明的电池组及其功能停止方法用于在信息设备、日用品、电动工具以及传输设备等各种电子设备中使用的电池组。

Claims (6)

1.一种电池组，经由连接器与电子设备连接，装配了二次电池，其特征在于，其具有：

充放电电路，形成针对所述二次电池的充放电通路；

第1温度检测单元，配置在所述连接器附近，检测所述连接器的温度；

第2温度检测单元，检测所述电池组内的其它部分的温度；

放电测定单元，测定所述二次电池的放电电流；以及

控制单元，在所述第1温度检测单元的检测温度在第1阈值以上并且所述放电测定单元的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述第1温度检测单元的检测温度和所述第2温度检测单元的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断充放电通路的动作。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，

所述电池组内的其它部分，是所述二次电池或开关元件。

3.根据权利要求1或2所述的电池组，其特征在于，

切断所述充放电通路的动作，是通过形成所述充放电通路的一部分的开关元件，切断充放电通路的动作，以及熔断形成所述充放电通路的一部分的熔丝的动作中的至少一方。

4.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，

所述连接器和所述开关元件被配置在同一基板上。

5.一种电池组的功能停止方法，该电池组经由连接器与电子设备连接，装配了二次电池，其特征在于，所述电池组的功能停止方法，包含：

检测所述连接器的温度；

检测所述电池组内其它部分的温度；

测定所述二次电池的放电电流；以及

在所述连接器的检测温度在第1阈值以上，并且所述测定到的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述连接器的检测温度和所述其它部分的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断由充放电电路形成的针对所述二次电池的充放电通路的动作。

6.一种便携式装置，其在机壳内安装有电池组，通过该电池组向便携装置供电，该便携式装置的特征在于，

所述电池组具有：充放电电路，形成针对所述二次电池的充放电通路；

第1温度检测单元，配置在所述连接器附近，检测所述连接器的温度；

第2温度检测单元，检测所述电池组内的其它部分的温度；

放电测定单元，测定所述二次电池的放电电流；以及

控制单元，在所述第1温度检测单元的检测温度在第1阈值以上并且所述放电测定单元的放电电流在第2阈值以上时，以及/或者，在所述第1温度检测单元的检测温度和所述第2温度检测单元的检测温度的差在第3阈值以上时，判断为异常，执行切断充放电通路的动作。

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