CN102165626A - 多串联/多并联电池组 - Google Patents

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Abstract

提供了一种多串联/多并联电池组，该电池组能够以适当的时序操作，并且即使用于测量来自每个蓄电池的电压的引线短路，该电池组不会对蓄电池或引出线造成损坏。因而，所述多串联/多并联电池组包含多个串联互连的单元以及用于借助来自每个所述单元的充电停止信号和放电停止信号执行控制的控制电路，其中每个所述单元装有多个串联互连的蓄电池（10-1至10-8）、装有检测蓄电池的单个电压的功能以及根据检测结果输出充电停止信号（13）和放电停止信号（14）的功能的电压检测电路（15）、以及用于将蓄电池的电压传输到控制电路或外部电路的引线（11），并且其中电阻被串联插入引线的中部（12）中，或者差分放大器连接到所述引线的中部（12），从而将该输出传输到外部。

Description

多串联/多并联电池组
技术领域
本发明涉及对电子装置等供电的蓄电池组，且更具体地涉及具有多串联/并联配置的电池的多串联/多并联电池组。
背景技术
当用作电子装置的电源时，诸如锂离子电池的蓄电池通常被配置成与保护电路整合形成的蓄电池组，该保护电路检测蓄电池的电压或电流并且打开/关闭电源线从而执行充电/放电控制。近年来，响应于用户请求，已经开展高电压/大容量蓄电池组的研发。为了满足这种请求，大量的蓄电池被串联和并联组合从而实现高电压/大容量电源。
图4为示出这种传统蓄电池组的配置的实例的电路图。在图4中，利用作为一个单元对待的串联连接的多个蓄电池，该蓄电池组具有串联连接的4个单元20-1、20-2、20-3和20-4，用于打开/关闭电源线的开关元件22，以及用于基于蓄电池的信息来控制开关元件22从而控制充电/放电操作的控制电路23。
图5为示出传统蓄电池组的一个单元的配置的实例的电路图。在图5中，8个蓄电池30-1至30-8串联连接以构成一个单元。在这种情况下，为了由控制电路23执行控制，经由从每个蓄电池延伸的用于电压测量的引线31，每个蓄电池的电压被传输到控制电路23。控制电路23基于所测量的电压进行确定，并且执行保护操作，诸如对开关元件22的控制。专利文献l中公开了所述引线的布线技术的实例。
专利文献l：JP-A-2001-6644。
发明内容
本发明所要解决的问题
在图4和5示出的传统蓄电池组中，当所述单元的数目增大以获得具有更高电压/更大容量的电源从而增大在蓄电池组中使用的蓄电池的数目时，出现这样的情形，其中用于执行保护操作的控制电路23需要监测所有所述大量蓄电池的电压，因而对于控制电路23的控制处理会花很多时间，这可能会妨碍过充电或过放电的检测以及妨碍以适当的时序来实施相应的保护处理。
另外，在直接连接到蓄电池从而将电压传输到所述单元的外部的引线31被短路的情况下，蓄电池可能会损坏或者引线本身可能会生成热并被损坏。例如，在锂离子电池用作蓄电池的情况下，充电电压约为4.2V，使得假设蓄电池的电压为5V，其内部电阻值为10mΩ，且诸如引线的布线部分的电阻值为5mΩ，则当引线被短路时流过的电流I高达250A（简单计算的结果：5V/(10mΩ+5mΩ+5mΩ)）。
因此本发明的目的是提供一种多串联/多并联电池组，即使当大量蓄电池被连接时，该电池组仍能够以适当的时序执行保护操作，并且即使从蓄电池延伸的用于电压测量的引线被短路，该电池组也不会损坏蓄电池或引线。
解决所述问题的手段
为了实现上述目的，根据本发明，提供了一种多串联/多并联电池组，其包含：串联或并联连接的多个单元；以及用于借助从每个所述单元输出的控制输出信号执行充电/放电控制的控制电路，其中每个所述单元装有串联或并联连接的多个蓄电池、检测单个蓄电池的电压的功能、根据电压检测结果输出控制输出信号的功能、以及用于将单个蓄电池的电压传输到控制电路或外部电路的引线。
每个所述单元无需具有用于打开或关闭连接到每个蓄电池的电源线的开关元件。
优选地，电阻器串联地插入到每条所述引线中，或者差分放大器连接到每条所述引线，从而将其输出传输到控制电路或外部电路。
如上所述，在本发明中，每个所述单元具有检测单个蓄电池的电压的功能（即，检测电路等）、用于根据电压检测结果确定停止充电/放电操作的必要性的电路、以及基于所述确定结果输出控制输出信号的功能。基于此控制输出信号，设于所述单元外部的控制电路控制诸如FET的开关元件，以由此实现保护操作。另外，提供引线从而允许设于蓄电池组外部的控制电路和用户端电路测量蓄电池的电压，使得有可能建立一种能够利用控制电路或外部电路执行电池剩余容量管理或者电池退化确定的系统。另外，高电阻器插入到每条所述引线中，从而即使引线被短路，也会防止大电流流过，或者差分放大器连接到每条所述引线，从而将其输出传输到控制电路或外部电路。
本发明的优点
根据本发明，仅需要控制电路基于从每个单元输出的控制输出信号来控制开关元件（诸如FET），因而简化了与保护操作有关的控制处理。为了利用从每个蓄电池延伸的用于电压测量的引线来独立于待执行的保护操作而管理电池剩余容量，即使测量所有蓄电池的电压所需的时间长于执行保护操作所需的时间，也不会出现问题，因此即使大量的蓄电池被串联和/或并联连接也不会出现任何严重问题。
因而，根据本发明，可以提供一种多串联/多并联电池组，即使当大量蓄电池被连接时，该电池组仍能够以适当的时序执行保护操作，并且即使从蓄电池延伸的用于电压测量的引线被短路，该电池组也不会损坏蓄电池或引线。
附图说明
图1为示出根据本发明的多串联/多并联电池组的一个实施例的电池组的配置的电路图。
图2为示出在本实施例中使用的单元的配置的实例的电路图。
图3为示出根据本发明的引线的配置的电路图，其中图3（a）为电阻器插入到所述引线的中部中的情形下的电路图，以及图3（b）为差分放大器连接到所述引线的中部的情形下的电路图。
图4为示出传统蓄电池组的配置的实例的电路图。
图5为示出传统蓄电池组的一个单元的配置的实例的电路图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。
图1为示出根据多串联/多并联电池组的一个实施例的电池组的配置的电路图，以及图2为示出在本实施例中使用的单元的配置的实例的电路图。在图1中，根据本发明的电池组具有四个串联连接的单元l-1、1-2、1-3和l-4以及用于基于充电停止信号和放电停止信号执行充电或放电控制的控制电路3，所述充电停止信号和放电停止信号是来自相应单元的控制输出信号。在图2中，每个单元具有串联连接的八个蓄电池10-1至10-8；电压检测电路15，其具有检测每个蓄电池的电压并且基于电压检测结果输出充电停止信号13或放电停止信号14的功能；以及引线11，用于将单个蓄电池的电压传输到控制电路3或外部电路。
电阻器被串联插入到从每个单元延伸的引线的中部12中，或者差分放大器连接到所述引线的中部12，从而将输出传输到控制电路3或外部电路。图3为示出根据本发明的引线的配置的电路图。图3（a）为示出电阻器被插入到引线的中部12中的情形下的配置的电路图，以及图3（b）为示出差分放大器连接到所述引线的中部12的情形下的配置的电路图。
如图3（b）所示，该差分放大器为运算放大器等，其与每个蓄电池以一一对应的关系被提供。在每个蓄电池10-1至10-8两端的电压被输入到差分放大器的输入端子，且它们之间的差分电压从差分放大器的输出端子输出。差分放大器的使用允许每个蓄电池10-1至10-8两端的电压被转换为基于运算放大器的地电平的电压以便输出，因此有可能把将在控制电路3中测量的电压直接输入到A/D转换电路，由此简化控制电路3的电路配置。
在如图3（a）所示的电阻器被插入引线11中的情况下，插入引线11中的电阻器的电阻值设定为大约250Ω至1kΩ。因而，在蓄电池10-1至10-8均为5V锂离子电池的情况下，即使相邻引线11被短路，在每个被短路的引线中流动的电流经过两个电阻器，这是因为一个电阻器被插入每条引线中，使得电流值低至2.5至10mA。另外，在图2中示出的单元的情况下，其中8个电池串联连接，用于电压测量的引线11之间的差值高达40V（=5V×8个串联连接的电池）。然而，即使相关引线11被短路，也只有20mA至80mA的电流在每条被短路的引线中流动。结果，蓄电池10-1至10-8没有损坏，并且不会出现引线11的热生成和损坏。
另外，在图3（b）的情况下，其中不是电阻器而是差分放大器连接到用于电压测量的引线的中部12，蓄电池的能量不直接输出，因此即使在差分放大器的另一侧的一部分处发生短路，蓄电池10-1至10-8也不会损坏，并且不会出现引线11的热生成和损坏。
尽管在图2的单元中8个蓄电池10-1至10-8串联连接，但是串联连接的蓄电池的数目、并联连接的存在/不存在、以及并联连接的数目可以根据目的而任意确定。电压检测电路15可以由检测锂离子电池的过充电或过放电的检测IC构成，或者可以由具有允许微计算机等利用A/D转换器测量电压从而检测过充电或过放电的功能的电路以及微计算机的程序等构成。
在如图1所示的根据本实施例的电池组中，控制电路3用于控制开关元件2，从而执行与充电/放电有关的保护操作。所述单元l-1至1-4经由用于测量相应蓄电池的电压的引线11-1至11-4、充电停止信号线13-1至13-4以及放电停止信号线14-1至14-4而连接到控制电路3，并且控制电路3对于从相应单元输出的充电停止信号和放电停止信号执行或（OR）处理，以由此控制开关元件2。另外，经由引线测量相应蓄电池的电压允许详细地管理每个电池组的状态，允许基于测量的电流来检测过充电，以及允许基于每个蓄电池的测量的电压和电流来计算容量。
在传统电池组中，蓄电池的电压是由控制电路上的微计算机等利用A/D转换器来处理的。在这种配置中，当单元数目增大时，掌握（grasp）所有的蓄电池电压所需的时间相应地增大。另一方面，在本实施例中，可以通过从所述单元l-1至1-4输出的充电停止信号和放电停止信号作出关于保护操作的确定，由此减小处理时间。另外，经由引线检测的每个蓄电池的电压可以用于管理对连接到每个电池组的系统主体的剩余电池容量或电池状态通知。
尽管在根据本实施例的电池组中，4个单元被串联连接，但是串联连接的单元的数目、并联连接的存在/不存在、以及并联连接的数目可以根据目的而任意确定。
不言而喻，本发明不限于上述实施例，而是可以根据用户的要求和目的来被设计。例如，蓄电池或单元的连接配置（串联和/或并联）以及串联和/或并联连接的蓄电池或单元的数目被任意确定。另外，可以提供其它保护电路功能或者将被管理的各种类型的电池信息。
工业应用性
近年来，例如锂离子电池的蓄电池的用途已经扩展到用于电动装置的电源的领域中。这种蓄电池通常配置成与保护电路整合形成的蓄电池组，该保护电路检测蓄电池的电压或电流并且打开/关闭电源线从而执行充电/放电控制。近年来，已经要求研发高电压/大容量的蓄电池组，并且为了满足这种要求，大量的蓄电池被串联和并联组合从而实现高电压/大容量的电源。
当蓄电池组中使用的蓄电池的数目增大时，出现这样的情形，其中用于执行保护操作的控制电路需要监测所有所述大量蓄电池的电压，因而对于控制电路的控制处理会花很多时间，这可能会妨碍过充电或过放电的检测以及妨碍以适当的时序来实施相应的保护处理。另外，在直接连接到蓄电池从而将电压传输到所述单元的外部的引线被短路的情况下，蓄电池可能会损坏或者引线本身可能会生成热并损坏。
根据本发明，可以提供一种多串联/多并联电池组，即使当大量蓄电池被连接时，该电池组仍能够以适当的时序执行保护操作，并且即使从蓄电池延伸的用于电压测量的引线被短路，该电池组也不会损坏蓄电池或引线，因而显著增强了工业应用性。
参考标记说明：
1-1至1-4、20-1至20-4：单元
2，22：开关元件
3，23：控制电路
10-1至10-8，20-1至20-8：蓄电池
11，11-1至11-4，31，31-1至31-4：引线
12：引线的中部
13：充电停止信号
13-1至13-4：充电停止信号线
14：放电停止信号
14-1至14-4：充电停止信号线
15：电压检测电路

Claims (4)

1. 一种多串联/多并联电池组，包含：
串联或并联连接的多个单元；以及
用于借助从每个所述单元输出的控制输出信号执行充电/放电控制的控制电路，其中
每个所述单元装有串联或并联连接的多个蓄电池、检测单个蓄电池的电压的功能、根据电压检测结果输出控制输出信号的功能、以及用于将单个蓄电池的电压传输到控制电路或外部电路的引线。
2. 根据权利要求1所述的多串联/多并联电池组，其中：
每个所述单元不具有用于打开或关闭连接到每个蓄电池的电源线的开关元件。
3. 根据权利要求1或2所述的多串联/多并联电池组，其中：
电阻器串联地插入到每条所述引线中。
4. 根据权利要求1或2所述的多串联/多并联电池组，其中：
差分放大器连接到每条所述引线，从而将其输出传输到控制电路或外部电路。
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Pledgee: Sumitomo Mitsui Banking Corporation

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