CN102110862B - 电池组及其线路断开检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电池组和操作该电池组的方法。该电池组包括多个电池单元，并且被配置为如果在连接电池单元的线路中检测到开路则断开该电池的端子。

Description

电池组及其线路断开检测方法

技术领域

实施例涉及电池组及其感测线路断开状况的方法。

背景技术

一般地，诸如便携式笔记本计算机和便携式电源工具(power tool)之类的便携式电设备可以具有可再充电的电池组。该电池组包括多个电池单元和用于控制每个电池单元的过充电和过放电并用于计算其容量的控制器。

此外，在诸如便携式电源工具之类的某些设备中装备的电池组不包括过放电控制器。例如，一些便携式电源工具制造商不将过放电控制器安装到电池组中以便增大其最大功率输出。从而，安装在这样的设备中的电池组的可靠性受到损害。

发明内容

一个方面是一种电池组。该电池组包括具有多个电池单元的电池、连接在该多个电池单元之间的多条连接线路、被配置为控制该电池的充电和放电操作的控制单元、以及连接到该电池和该控制单元的保护电路单元，其中该控制单元被配置为在检测到连接线路处于线路断开状况时断开该保护电路单元。

另一个方面是一种操作电池组的方法。该方法包括：利用控制单元确定将要对在电池中的多个电池单元之间连接的多条连接线路执行线路断开检查。如果将要利用该控制单元执行线路断开检查，则确定该多条连接线路中是否存在线路断开状况，并且如果该多条连接线路中存在线路断开状况，则响应于来自该控制单元的信号，断开连接到该电池的保护电路单元。

附图说明

通过下面参考附图对特定示范性实施例的讨论，以上和其它特征和优点对本领域普通技术人员将变得更加明显，其中：

图1是示出根据一些实施例的电池组的配置的框图；

图2是示出根据一些实施例的检测电池组中的线路断开状况的方法的流程图；

图3是示出根据一些实施例的检测电池组中的线路断开状况的方法的流程图；

图4是示出根据一些实施例的检测电池组中的线路断开状况的方法的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述各个实施例的发明方面。

图1是示出根据一些实施例的电池组的配置的框图。

参考图1，根据本发明的一个实施例的电池组100包括电池110、外部端子单元120、电压感测和平衡电路单元130、模拟开关单元140、控制单元150、和保护电路单元160。

电池110可以包括多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5，并且电池单元B1、B2、B3、B4、和B5的每一个可以是能够被充电到大约4.2V的锂离子电池，但是本发明不限于此。这里，电池单元B1、B2、B3、B4、和B5的每一个具有正极端子(+)和负极端子(-)，并且可以使用多条连接线路L1、L2、L3、和L4彼此并联或串联连接。

电池单元B1、B2、B3、B4、和B5包括第一电池单元B1、第二电池单元B2、第三电池单元B3、第四电池单元B4、和第五电池单元B5。该实施例中，电池单元B1、B2、B3、B4、和B5的数目为五，但是本发明不限于此。另外，连接线路L1、L2、L3、和L4可以包括第一连接线路L1、第二连接线路L2、第三连接线路L3、和第四连接线路L4。连接线路L1、L2、L3、和L4可以被配置为具有包括诸如镍的材料的导电接头(tap)，并且其数目可以根据电池单元的数目而变化。

外部端子单元120可以将电池组100与诸如充电设备或负载之类的外部电子设备电连接。为此，外部端子单元120可以包括用于对电池110进行放电的电池组放电端子121、用于对电池110进行充电的电池组充电端子122、用于对电池110进行放电或充电的电池组负极端子123、用于电池110与外部电子设备之间通信的通信端子124、以及用于向控制单元150提供电力的电源端子125。电池组放电端子121连接到电池110的正极端子111，并且电池组充电端子122连接到电池110的正极端子111。电池组负极端子123连接到电池110的负极端子112。通信端子124和电源端子125连接到控制单元150。如图所示，外部端子单元120包括电池组放电端子121和电池组充电端子122，以使得电池组100的放电路径和充电路径分离。包括端子单元120的电池组100可以应用于电源工具包，但是本发明不限于此。

电压感测和平衡电路单元130分别通过感测导线W1、W2、W3、和W4连接到电池单元B1、B2、B3、和B4的正极端子，以便感测电池单元B1、B2、B3、和B4的电压。电压感测和平衡电路单元130向控制单元150提供电池单元B1、B2、B3、和B4的电压。电压感测和平衡电路单元130可以包括为锂离子电池制造的各种模拟前端，但是本发明不限于此。

模拟开关单元140连接到第五电池单元B5的正极端子(+)和负极端子(-)以便感测第五电池B5的电压。模拟开关单元140可以包括多个开关141和快速(flying)电容器142用于充电第五电池单元B5的电压。模拟开关单元140通过响应于控制单元150的控制信号导通和关断开关141，来向控制单元150提供在快速电容器142中充电的第五电池单元B5的电压。运算放大器(op-amp)143以及分压电阻器144a和144b进一步连接在模拟开关单元140与控制单元150之间。另外，分压电阻器145a和145b连接在电池组放电端子121与电池110的负极端子112之间，而且分压电阻器145a和145b向控制单元150提供整个电池组100的电压。在替换实施例中，分压电阻器145a和145b连接到电池组负极端子123而不是电池110的负极端子112。

用于平衡第五电池单元B5的平衡电阻器146和平衡开关147连接在第五电池单元B5的正极端子(+)与负极端子(-)之间。这里，平衡开关147可以响应于控制单元150的控制信号导通或关断。虽然图中未示出，但是例如在电压感测和平衡电路单元130中可以包括用于电池单元B1、B2、B3、和B4的平衡电阻器和平衡开关。此外，该实施例中，用于感测电池组100的电流的电流传感器电阻器148可以连接在电池110的负极端子112与电池组负极端子123之间，而且用于感测电池110的温度的温度传感器149可以连接到控制单元150。

控制单元150产生与从电压感测和平衡电路单元130、模拟开关单元140、以及分压电阻器145a和145b提供的关于电池110的一个或多个电压的信息对应的充电/放电控制信号和平衡控制信号。此外，控制单元150向电压感测和平衡电路单元130提供充电/放电控制信号和平衡控制信号以控制电池110的充电和放电操作。

如果控制单元150检测到多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4的线路断开状况，则其断开保护电路单元160以停止电池110的充电和放电操作。

具体地，如果控制单元150接收到线路断开检查信号或者确定在预定时间内电池110的电流小于参考电流值，这表明电池110具有开路，则控制单元150开始确定多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中是否存在线路断开状况。线路断开检查信号可以在电池组100出厂之前通过通信端子124由操作员提供，而且可以是用于检查多个电池B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4的线路断开状况的命令信号。此外，如果在预定时间内电池110的电流小于参考电流值，则表明在电池组100出厂后电池100几乎没有电压变化。即，电池组100处于不变状态，其中几乎不存在电池110的充电和放电操作。这里，电池110的电流可以由电流传感器电阻器148感测。一些实施例中，该预定时间可以是大约1分钟，并且该参考电流值可以是大约500mA，但是本发明不限于此。

如果控制单元150接收到线路断开检查信号或者确定在预定时间内电池110的电流小于参考电流值，则控制单元150确定多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5的电压V1、V2、V3、V4、和V5的最大值Vmax和最小值Vmin之间的差是否大于参考电压值。V1是指横跨第一电池单元B1的电压。V2是指横跨第二电池单元B2的电压。V3是指横跨第三电池单元B3的电压。V4是指横跨第四电池单元B4的电压。V5是指横跨第五电池单元B5的电压。如果最大值Vmax与最小值Vmin之间的差大于参考电压值，则控制单元150确定多个电池B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中存在线路断开状况。然后，控制单元150发送信号以使保护电路单元160的保险丝熔断，以便停止电池110的充电操作。这里，参考电压值可以是大约1V，但是本发明不限于此。此外，控制单元150和电压感测和平衡电路单元130可以被集成到一个集成电路中，该集成电路可以被制作在一个单个半导体芯片上。

保护电路单元160连接到电池110、控制单元150、和电池组充电端子122，并且响应于来自控制单元150的信号而工作。当电池110的电压大于过充电临界电压时，保护电路单元160响应于来自控制单元150的信号而断开以防止电池110的过充电。另外，如果控制单元150确定多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中存在线路断开，则保护电路单元160由控制单元150断开以停止电池110的充电和放电操作。为此，保护电路单元160包括保险丝161、热电阻器162、和控制开关163。

保险丝161连接在电池110的正极端子111与电池组充电端子122之间。热电阻器162连接在保险丝161与控制单元150之间。控制开关163连接到热电阻器162和控制单元150。当保险丝161熔断时，保护电路单元160被断开。作为热电阻器162中出现大量热量的结果，发生保险丝161的熔断。当控制开关163由控制单元150导通然后电流从电池组充电端子122或电池110的正极端子111通过保险丝161、热电阻器162、和控制开关163流到电池110的负极端子112时，热电阻器162的温度上升。

由于电池组100包括控制单元150，因此它可以检测多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中的线路断开状况。电池组100可以在出厂之前减少缺陷。另外，当在出厂后多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中存在线路断开状况时，电池组100停止电池110的充电和放电操作。因此，它的质量和可靠性得到提高。

描述检测电池组100中的线路断开状况的方法。

图2、3和4是示出根据一些实施例的检测电池组中的线路断开状况的方法的流程图。

参考图2到4，电池组100的线路断开检测方法包括：在操作S10中确定检查线路断开状况的状态；在操作S20中确定是否存在线路断开状况；以及在操作S30中激活保护电路。将参考图3的操作S10A和图4的操作S10B描述操作S10的实施例。

在操作S10中，控制单元150确定将要执行线路断开检查，以确定连接在电池110中的多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5之间的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中的任何一个是否断开。一些实施例中，控制单元150在图3的操作S10A中确定是否接收到线路断开检查信号。可以例如在电池组100出厂之前执行操作S10A，并且可以由操作员通过通信端子124向控制单元150提供线路断开检查信号。一些实施例中，控制单元150确定在多于预定时间内电池110的电流是否小于参考电流值，如图4的操作S10B所示。可以例如在电池组100出厂之后执行操作S10B，并且可以由控制单元150使用传感器电阻器148感测电池110的电流流动状态。

如果满足操作S10的线路断开检查状况，则在操作S20中，控制单元150确定是否存在多条连接线路L1、L2、L3、和L4的线路断开状况。一些实施例中，当控制单元150在图3的操作S10A中接收到线路断开检查信号、或控制单元150在图4的操作S10B中确定在多于预定时间内电池110的电流是否小于参考电流值时，控制单元150确定多个电池单元B1、B2、B3、B4、和B5的电压V1、V2、V3、V4、和V5的最大值Vmax与最小值Vmin之间的差是否大于参考电压值。

在操作S30中，如果检测到多条连接线路L1、L2、L3和L4的线路断开状况，则控制单元150断开保护电路单元160。一些实施例中，控制单元150使用热电阻器162和控制开关163熔断保险丝161。

接下来，将参考表1至3描述电池100的线路断开检测方法的结果。V1是指横跨第一电池单元B1的电压。V2是指横跨第二电池单元B2的电压。V3是指横跨第三电池单元B3的电压。V4是指横跨第四电池单元B4的电压。V5是指横跨第五电池单元B5的电压。Vmax-Vmin是指电压V1、V2、V3、V4、和V5的最大值与最小值之间的差。

表1

电池单元的电压	仿真测量值
		V1	3.321V
V2	3.474V
		V3	3.487V
V4	3.704V
		V5	3.375V
Vmax-Vmin	0.383V

表1表示当第一电池单元B1到第五电池单元B5之间连接的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中不存在线路断开时电池组100的线路断开检测方法的结果。表1的仿真结果中，Vmax-Vmin为大约0.383V，其小于参考电压值(例如，大约1V)。

表2

电池单元的电压	仿真测量值
		V1	1.431V
V2	5.319V
		V3	3.547V
V4	3.709V
		V5	4.377
Vmax-Vmin	3.888V

表2表示当第一电池单元B1到第五电池单元B5之间连接的连接线路L1、L2、L3、和L4中存在线路断开时电池组100的线路断开检测方法的结果。表2的结果中，Vmax-Vmin为大约3.888V，其大于参考电压值(例如，大约1V)。因此，根据电池组100的线路断开检测方法检测到第一连接线路L1的线路断开。

表3

电池单元的电压	仿真测量值
		V1	3.332V
V2	1.442V
		V3	5.316V
V4	3.905V
		V5	4.374V
Vmax-Vmin	3.874V

表3表示当第二连接线路L2中存在线路断开状况时电池组100的线路断开状况检测方法的结果。表3的结果中，Vmax-Vmin为大约3.874V，其大于参考电压值(例如，大约1V)。因此，根据电池组100的线路断开检测方法检测到第二连接线路L2的线路断开状况。

参考表1至3，根据一些实施例的电池组100的线路断开检测方法可以通过使用Vmax-Vmin来检测第一电池单元B1到第五电池单元B5之间连接的多条连接线路L1、L2、L3、和L4中的线路断开状况。

根据所述电池组及其线路断开检测方法，由于可以检测连接到多个电池的多条连接线路中的线路断开状况，因此可以在出厂之前发现有缺陷的电池组。此外，当在出厂后发生多条连接线路的线路断开时，可以通过停止充电和放电操作来提高稳定性。

这里已经公开了各种实施例，虽然采用了特定的术语，但是它们仅应当在一般和描述意义上使用和解释，而不是用于限制的目的。因此，本领域普通技术人员不难理解，可以对描述的实施例做出各种形式和细节上的变化。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2009年12月28日向韩国知识产权局提交的题为“a batterypack and a line open detecting method thereof”的专利申请No.10-2009-0131611的优先权，该在先申请的全部内容以引用的方式合并于此。

Claims (15)

1.电池组，包括：

电池，包括串联连接的多个电池单元；

多条连接线路，连接在多个电池单元之间；

控制单元，被配置为控制该电池的充电和放电操作；以及

保护电路单元，连接到该电池和该控制单元，

其中该控制单元被配置为在检测到所述多条连接线路中存在线路断开状况时断开该保护电路单元，

其中当该多个电池单元的电压的最大值与最小值之间的差大于参考电压值时，或者当在多于预定时间内感测到该电池的电流小于参考电流值时，所述控制单元检测到多条连接线路中的线路断开状况。

2.如权利要求1所述的电池组，其中该保护电路单元包括保险丝并且通过熔断该保险丝而断开。

3.如权利要求2所述的电池组，其中该保护电路单元进一步包括：

热电阻器；以及

控制开关，连接到该热电阻器和该控制单元。

4.如权利要求1所述的电池组，进一步包括：

电池组放电端子，连接到该电池的正极端子；

电池组充电端子，连接到该电池的正极端子；以及

电池组负极端子，连接到该电池的负极端子，

其中该保护电路单元连接到该电池的正极端子和该电池组充电端子。

5.如权利要求1所述的电池组，进一步包括通信端子和电源端子，它们连接到该控制单元。

6.如权利要求1所述的电池组，其中响应于接收到线路断开检查信号，该控制单元确定该多条连接线路的线路断开状况。

7.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池的电池单元的数量为5，并且所述电池组进一步包括电压感测和平衡电路，其连接到该电池和该控制单元，其中该电压感测和平衡电路被配置为感测该电池的第1至第4个电池单元的电压和控制该电池的平衡。

8.如权利要求7所述的电池组，其中该电压感测和平衡电路被配置为确定该电池单元中的一个或多个的电压。

9.如权利要求7所述的电池组，进一步包括模拟开关单元，其被配置为感测该电池的第5个电池单元的电压，其中该模拟开关单元包括多个开关和快速电容器，用于对该第5个电池单元进行充电。

10.一种操作电池组的方法，该方法包括：

利用控制单元确定将要对在电池中的串联连接的多个电池单元之间连接的多条连接线路执行线路断开检查；

如果将要执行线路断开检查，则利用该控制单元确定该多条连接线路中是否存在线路断开状况；以及

如果该多条连接线路中存在线路断开状况，则响应于来自该控制单元的信号，断开连接到该电池的保护电路单元，

其中所述确定多条连接线路中是否存在线路断开状况包括：确定在多于预定时间内电池的电流小于参考电流值；或者确定该多个电池单元的电压的最大值和最小值之间的差大于参考电压值。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述确定将要对在电池中的串联连接的多个电池单元之间连接的多条连接线路执行线路断开检查包括：接收线路断开检查信号。

12.如权利要求10所述的方法，进一步包括：确定该多个电池单元的电压。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述电池的电池单元的数量为5，并且其中所述确定该多个电池单元的电压包括：操作电压感测和平衡电路单元以确定电池单元中的第1至第4个电池单元的电压。

14.如权利要求13所述的方法，所述确定该多个电池单元的电压进一步包括：操作模拟开关单元以感测电池单元中的第5个电池单元的电压，其中该模拟开关单元包括多个开关和快速电容器，用于对该第5个电池单元进行充电。

15.如权利要求10所述的方法，其中所述断开连接到该电池的保护电路单元包括：熔断该保护电路单元的保险丝。