CN102263400B - 蓄电池保护电路和混合电源设备 - Google Patents

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Abstract

公开了蓄电池保护电路和混合电源设备。这里公开了一种与非水性蓄电池并联的蓄电池保护电路，蓄电池保护电路包括：第一电压检测电路；第二电压检测电路；开关部件；和热辐射部件。

Description

蓄电池保护电路和混合电源设备
技术领域
本公开涉及一种蓄电池保护电路和混合电源设备。更具体地，本公开涉及用于保护非水性蓄电池的蓄电池保护电路，以及包括非水性蓄电池、太阳能电池和蓄电池保护电路的混合电源设备。
背景技术
因为太阳能电池仅在光照射到太阳能电池时才可产生电力，所以难于由太阳能电池本身稳定地驱动电子器件。通过将太阳能电池和蓄电池相互组合来配置混合电源设备并且将蓄电池用作电力缓冲器的方法被认为是稳定地驱动电子器件的方法。使用该方法，当电子器件中使用的电量超过太阳能电池的发电容量时，通过既使用太阳能电池又使用蓄电池来驱动电子器件。另一方面，当电子器件中使用的电量低于太阳能电池的发电容量时，用来自太阳能电池的多余电力来对蓄电池进行充电。使用这种混合电源设备使得不必让太阳能电池的发电能力对应于电子器件的最大电力消耗量。因此，仅需要将来自太阳能电池的平均电力量提供给电子器件。这意味着可使太阳能电池模块的尺寸小型化。因此，被利用来实现稳定的电力供应和小型化的混合技术可被称为是对于旨在小型化和便携的电子器件来说非常有效的技术。
现在，在混合电源设备中，伴随蓄电池温度升高的安全性需要被充分考虑。其原因是因为装载有太阳能电池的电子器件被彻底暴露于太阳光的可能性很大。例如，在仲夏时汽车的情况，存在在火热的太阳下电子器件被落在仪表盘上的可能性。除此之外，存在伴随电子器件内部温度的大幅和急剧升高而发生电子器件损坏的担心。
发明内容
当蓄电池的充电电压值超过完全充电电压值时用于保护蓄电池的过充电保护电路例如通过日本专利提前公开No.2008-220110而众所周知。另外，用于通过适当地执行放电来防止在将锂离子电池保持在高温的阶段中电池的恶化的技术在日本专利提前公开No.2003-217687中被公开。然而，使用日本专利提前公开No.2003-217687中公开的技术，仅当锂离子电池没有设置在充电/放电状态时才操作锂离子电池。此外，日本专利提前公开No.2003-217687中公开的技术旨在防止锂离子电池的恶化。当蓄电池的充电电压值超过完全充电电压值时履行安全措施的技术以及此时针对蓄电池温度升高的安全措施根本没有在日本专利提前公开No.2008-220110和2003-217687的任何一个中公开。
做出本公开以便解决上述问题，并且因此期望提供一种当蓄电池的充电电压值超过完全充电电压值或者当蓄电池的温度升高时用于保护蓄电池的蓄电池保护电路，以及包括该蓄电池保护电路的混合电源设备。
为了实现上述期望，根据本公开的实施例，提供了一种蓄电池保护电路，其包括：与非水性蓄电池并联的蓄电池保护电路，所述蓄电池保护电路包括：
(A)第一电压检测电路；
(B)第二电压检测电路；
(C)开关部件；和
(D)热辐射部件。
在蓄电池保护电路中，第一电压检测电路由与蓄电池并联的第一电阻分压电路和第一电路构成，所述第一电阻分压电路具有温度检测部件并且包括电压输出部分，所述第一电路的输入部分连接到第一电阻分压电路的电压输出部分并且当输入部分中的电压等于或大于第一基准电压值时所述第一电路被接通，
第二电压检测电路由与蓄电池并联并且包括电压输出部分的第二电阻分压电路和第二电路构成，所述第二电路的输入部分连接到第二电阻分压电路的电压输出部分并且当输入部分中的电压等于或大于第二基准电压值时所述第二电路被接通，
开关部件和热辐射部件相互串联，并且串联的开关部件和热辐射部件与蓄电池并联，
开关部件的操作根据第一电路和第二电路的输出来控制，并且
当第一电路和第二电路中的一个或其两者保持在接通状态时，开关部件保持在导通状态，并且蓄电池中累积的电力由热辐射部件转换为热量。
为了实现上述的期望，根据本公开的另一个实施例，提供了混合电源设备，其包括：
(a)非水性蓄电池；
(b)与蓄电池并联的蓄电池保护电路；和
(c)连接到蓄电池的太阳能电池。
在混合电源设备中，蓄电池保护电路由根据本公开的上述蓄电池保护电路构成。
如上所述，根据本公开，在蓄电池保护电路中，或者在混合电源设备中包括的蓄电池保护电路中，第一电压检测电路配备有温度检测部件和第一电路。此外，第二电压检测电路配备有第二电路。当第一电路和第二电路中的一个或其两者保持在接通状态时，开关部件保持在导通状态，并且因此蓄电池中累积的电力由热辐射部件转换为热量，以便作为热量被丢弃。这就是说，第二电压检测电路用作当蓄电池的充电电压值超过安全(适当)的完全充电电压值或者造成过充电状态的电压值时的保护电路。另外，第一电压检测电路用作当蓄电池温度升高时用于降低安全的完全充电电压设置值或造成过充电的设置电压值的保护电路。因此，可以实现蓄电池的高度安全性。
附图说明
图1A和1B分别是根据本公开的实施例1的蓄电池保护电路的电路图，以及根据本公开的实施例2的混合电源设备的概念图；
图2是表示环境温度和安全的完全充电电压值之间的关系的图形；并且
图3是表示环境温度和充电电压值之间的关系的图形，其中第一电路和第二电路中的一个或其两者保持在接通状态(导通状态)的区域示意性地由斜线表示。
具体实施方式
尽管将在以下参考附图详细描述本公开的优选实施例，但是本公开绝不限于此，并且实施例中的各种数值和材料也仅仅是示例性的。要注意，下面将根据以下顺序来给出描述。
1.本公开的蓄电池保护电路和混合电源设备的整体描述
2.实施例1和2(本公开的蓄电池保护电路和混合电源设备)，及其它
1.本公开的蓄电池保护电路和混合电源设备的整体描述
在本公开的蓄电池保护电路，或者本公开的混合电源设备中包括的蓄电池保护电路(以下统称为“本公开的蓄电池保护电路等”)中，可以采用这样的形式：当取决于温度检测部件检测的温度、来自第一电阻分压电路的电压输出部分的输出电压值变得等于或大于第一基准电压值VREF-1时，或者当来自第二电阻分压电路的电压输出部分的输出电压值变得等于或大于第二基准电压值VREF-2时，第一电路和第二电路中的一个或其两者保持在接通状态。注意，第一基准电压值VREF-1是第一电路具有的内部基准电压值，或者来自电压基准IC的输出电压值。第二基准电压值VREF-2是第二电路具有的内部基准电压值，或者来自电压基准IC的输出电压值。仅仅需要将第一和第二基准电压值VREF-1和VREF-2中的每一个设置为与在基准温度(例如40℃)时蓄电池中未导致过充电状态的电压值相对应的电压值，或者设置为与蓄电池的安全的完整充电电压值相对应的电压值。
在包括上述优选形式的本公开的蓄电池保护电路中，可以采用这样的配置：温度检测部件优选地由热敏电阻构成，并且更优选地由具有负温度系数的热敏电阻(即，其电阻值随着温度的升高而降低的NTC型热敏电阻)构成。在包括这些优选形式和配置的本公开的蓄电池保护电路中，可以采用这样的配置：加热部件由电阻器构成。另外，在包括这些优选形式和配置的本公开的蓄电池保护电路中，可以采用这样的配置：开关部件由晶体管构成。注意，当开关部件由场效应晶体管(FET)构成时，仅需要将来自第一电路的输出和来自第二电路的输出的逻辑和输入到FET的栅极端子。另一方面，当开关部件由双极晶体管构成时，仅需要将来自第一电路的输出和来自第二电路的输出的逻辑和输入到双极晶体管的基极端子。第一电路或第二电路例如可由分流调节器构成，或者也可由运算放大器和电压基准IC的组合、比较器和电压基准IC的组合或者晶体管和电压基准IC的组合构成。
另外，尽管在包括上述优选形式和配置的本公开的蓄电池保护电路或本公开的混合电源设备中，具有众所周知的结构和众所周知的构造的锂离子电池可作为非水性(非水性电解液)电池而被给出，但是本公开绝不限于此。除此之外，镁电池或铝电池也可作为非水性(非水性电解液)电池而被给出。
另外，硅系统太阳能电池或者包括复合系统太阳能电池、染料敏化太阳能电池或有机薄膜太阳能电池的有机系统太阳能电池可作为包括模块化太阳能电池的太阳能电池而被给出。除了太阳能电池之外，燃料电池或振动发电设备可作为本公开的蓄电池保护电路中的电源而被给出。本公开的混合电源设备例如可被合并在汽车导航系统、包括便携式设备在内的各种音频设备、移动电话、包括智能电话在内的各种信息终端、笔记本式个人计算机、移动式个人计算机、个人数字助理(PDA)、游戏机、诸如电子书或电子报纸之类的电子纸、电子计算器、手表或者各种家用电器中。或者，本公开的太阳能发电设备可被用作这些电子器件中任何一个的电源。
2.实施例1和2
实施例1和2分别涉及本公开的蓄电池保护电路和混合电源设备。图1A和1B分别示出了根据本公开的实施例1的蓄电池保护电路的电路图，和根据本公开的实施例2的混合电源设备的概念图。要注意，图1B中示出的电流/电压测量电路和MPPT控制电路二者的图示在图1A中被省略了。
实施例2的混合电源设备由以下各项构成：
(a)非水性(非水性电解液)蓄电池(具体为锂离子电池)10；
(b)与蓄电池10并联的蓄电池保护电路30；和
(c)与蓄电池10并联的太阳能电池(具体为染料敏化太阳能电池)20。
蓄电池保护电路30包括：
(A)第一电压检测电路40；
(B)第二电压检测电路50；
(C)开关部件60；和
(D)热辐射部件70。
第一电压检测电路40由与蓄电池10并联的第一电阻分压电路41和第一电路(具体为第一分流调节器44)构成。第一电阻分压电路41包括温度检测部件43和电压输出部分42。第一分流调节器(第一电路)44的输入部分45连接到第一电阻分压电路41的电压输出部分42。当输入部分45处的电压等于或大于第一基准电压值VREF-1时，第一分流调节器44被接通。温度检测部件43由热敏电阻构成，更具体地由具有负温度系数的NTC型热敏电阻构成。第一电阻分压电路41由串联的四个电阻器R1、R2、R3和R4构成(但不是限制性的)。电压输出部分42设置在电阻器R2和电阻器R3之间。例如，在电阻器R1和电阻器R2中，一个电阻器具有比另一个电阻器的电阻值大小大约大两个数量级的电阻值。同样，在电阻器R3和电阻器R4中，一个电阻器具有比另一个电阻器的电阻值大小大约大两个数量级的电阻值。因此，调节这些电阻器R1、R2、R3和R4的电阻值，由此可以实现对从电压输出部分42输出的电压值的精确调节。
第二电压检测电路50由与蓄电池10并联的第二电阻分压电路51和第二电路(具体为第二分流调节器54)构成。第二电阻分压电路51包括电压输出部分52。第二分流调节器(第二电路)54的输入部分55连接到第二电阻分压电路51的电压输出部分52。当输入部分55处的电压等于或大于第二基准电压值VREF-2时，第二分流调节器54被接通。第二电阻分压电路51由串联的三个电阻器R5、R6和R7构成(但不是限制性的)。电压输出部分52设置在电阻器R5和电阻器R6之间。在电阻器R6和电阻器R7中，一个电阻器比另一个电阻器的电阻值更大。调节三个电阻器R5、R6和R7的电阻值，由此可以实现对从电压输出部分52输出的电压值的精确调节。
开关部件60和热辐射部件70相互串联，并且串联的开关部件60和热辐射部件70与蓄电池10并联。热辐射部件70由电阻器(例如规格为22Ω和0.9W)构成。开关部件60由PNP晶体管61和FET(P沟道MOSFET)62构成。第一分流调节器44的输出部分46和第二分流调节器54的输出部分56中的每一个连接到PNP晶体管61的基极端子，并且还通过电阻器R8连接到蓄电池10的一个端子。PNP晶体管61的发射极端子通过电阻器R9连接到蓄电池10的一个端子，并且还连接到P沟道MOSFET62的栅极端子。另一方面，PNP晶体管61的集电极端子连接到蓄电池10的另一个端子。P沟道MOSFET 62的一个源极/漏极区域连接到蓄电池10的一个端子，并且P沟道MOSFET 62的另一个源极/漏极区域连接到热辐射部件70的一个端子。热辐射部件70的另一个端子连接到蓄电池10的另一个端子。
此外，开关部件60的操作根据来自第一分流调节器44的输出和来自第二分流调节器54的输出而被控制。当第一分流调节器44(第一电路)和第二分流调节器54(第二电路)中的一个或其两者保持在接通状态时，开关部件60保持在导通状态。因此，蓄电池10中累积的电力由热辐射部件70转换为热量，以便作为热量被丢弃。
更具体地，当取决于温度检测部件(NTC型热敏电阻)43检测的温度即取决于温度检测部件43的电阻值变化、来自第一电阻分压电路41的电压输出部分42的输出电压值Vout-1变得等于或大于第一基准电压值VREF- 1(例如1.24V)时，或者当来自第二电阻分压电路51的电压输出部分52的输出电压值Vout-2变得等于或大于第二基准电压值VREF-2(例如1.24V)时，第一分流调节器44和第二分流调节器54中的一个或其两者被接通。换言之，第一分流调节器44和第二分流调节器54构成了一种“或”电路。
环境温度T和蓄电池10的安全(适当)的完全充电电压值Vs之间的关系在图2中被例示。当环境温度T等于或低于40℃时，安全的完全充电电压值Vs是4.18V。然而，当环境温度T升高到60℃时，安全的完全充电电压值Vs降低到4.01V。当环境温度T升高到80℃时，安全的完全充电电压值Vs降低到3.93V。此外，当环境温度T升高到100℃时，安全的完全充电电压值Vs降低到3.88V。
第二基准电压值VREF-2是第二分流调节器54具有的内部基准电压值。仅仅需要将第二基准电压值VREF-2设置为对应于在基准温度(例如40℃)时蓄电池10中未发生过充电状态的电压值的电压值，或者设置为对应于蓄电池10的安全的完整充电电压值的电压值。具体地，例如当充电电压值(即，输入(施加)到第二电阻分压电路51的电压值)Vin是4.18V时，必须使得第二基准电压值VREF-2符合来自第二电阻分压电路51的电压输出部分52的输出电压值Vout-2。或者，必须调节电阻器R5、R6和R7的电阻值，以使得当蓄电池10的充电电压值Vin是4.18V时，来自第二电阻分压电路51的电压输出部分52的输出电压值Vout-2符合第二基准电压值VREF-2。
第一基准电压值VREF-1是第一分流调节器44具有的内部基准电压值。类似于第二基准电压值VREF-2的情况，仅仅需要将第一基准电压值VREF-1设置为与在基准温度(例如40℃)时蓄电池10中未导致过充电状态的电压值相对应的电压值，或者设置为与蓄电池10的安全的完整充电电压值相对应的电压值。如上所述，蓄电池10的安全的完整充电电压值具有负的温度依赖性，以使得安全的完整充电电压值随着环境温度的升高而降低。另一方面，温度检测部件(NTC型热敏电阻)43也具有负的温度依赖性，以使得其电阻值随着温度的升高而降低。因此，例如因为当环境温度变为60℃时安全的完整充电电压值降低到4.01V，所以仅仅需要选择具有如下特性的温度检测部件43，该特性使得当蓄电池10的充电电压值Vin(即，输入(施加)到第一电阻分压电路41的电压值)是4.01V时，来自第一电阻分压电路41的电压输出部分42的输出电压值Vout-1变得等于第一基准电压值VREF-1。或者，仅仅需要调节电阻器R1、R2、R3和R4的电阻值，以使得当蓄电池10的充电电压值Vin是4.01V时，来自第一电阻分压电路41的电压输出部分42的输出电压值Vout-1符合第一基准电压值VREF- 1。通常，如果当环境温度为T℃时安全的完整充电电压值被设为Vs-T，则仅仅需要选择具有如下特性的温度检测部件43，该特性使得当蓄电池10的充电电压值Vin等于安全的完整充电电压值Vs-T时，来自第一电阻分压电路41的电压输出部分42的输出电压值Vout-1变得等于第一基准电压值VREF-1。或者，仅仅需要调节电阻器R1、R2、R3和R4的电阻值，以使得当蓄电池10的充电电压值Vin等于安全的完整充电电压值Vs-T时，来自第一电阻分压电路41的电压输出部分42的输出电压值Vout-1变得等于第一基准电压值VREF-1。或者，仅仅需要相互组合地执行温度检测部件43的选择和R1、R2、R3和R4的电阻值的调节。
图3示意性地示出了环境温度T和充电电压值Vin之间的关系。在图3中，当蓄电池10的充电电压值Vin存在于区域“A”、“B”和“C”的任何一个中时，第一分流调节器44和第二分流调节器54中的一个或其两者保持在接通状态。因此，蓄电池10中累积的电力由热辐射部件70转换为热量，以便作为热量被丢弃。
实施例1的蓄电池保护电路以该方式与非水性蓄电池并联并且包括第一电压检测电路、第二电压检测电路、开关部件和热辐射部件。与蓄电池并联的第一电压检测电路具有温度检测部件。此外，当与蓄电池并联的第二电压检测电路和第一电压检测电路中的一个或其两者保持在接通状态时，开关部件保持在导通状态。结果，蓄电池中累积的电力由热辐射部件转换为热量。这就是说，在实施例1的蓄电池保护电路中，或者在实施例2的混合电源设备中包括的蓄电池保护电路中，第二电压检测电路用作当蓄电池的充电电压值超过安全的完整充电电压值的保护电路。此外，第一电压检测电路用作当蓄电池的温度升高时用于降低安全的完全充电电压设置值的保护电路。因此，可以确保蓄电池的高安全性。除此之外，因为蓄电池保护电路稳定地监测蓄电池的充电电压值，所以只要蓄电池的充电电压值超过安全的完全充电电压值一点，蓄电池保护电路就操作。出于此原因，可以确保更高的安全性，并且蓄电池保护电路具有更少的功耗。此外，具有小电阻值的电阻器可用作热辐射部件。
尽管到目前为止已经基于优选实施例描述了本公开，但是本公开绝不限于此。已经在实施例1和实施例2中被描述的蓄电池保护电路、蓄电池、太阳能电池和混合电源设备的配置和结构仅仅是示例性的，并且因此可被适当地改变。例如，尽管在实施例中，开关部件由两个晶体管构成，但是开关部件也可由一个晶体管构成，并且构成第一电阻分压电路和第二电阻分压电路的晶体管的数目也可被适当地改变。第一电压检测电路、第二电压检测电路和开关部件可由所谓的分立元件构成，或者例如可由一个集成电路构成。
本公开包含的主题涉及在2010年5月28日提交到日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-122819中所公开的主题，其全部内容合并在此作为参考。
本领域技术人员应当理解，取决于设计需求和其它因素，可出现各种修改、组合、子组合和改变，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围内即可。

Claims (7)

1.一种与非水性蓄电池并联的蓄电池保护电路，所述蓄电池保护电路包括：
第一电压检测电路；
第二电压检测电路；
开关部件；和
热辐射部件，其中
所述第一电压检测电路由与所述蓄电池并联的第一电阻分压电路和第一电路构成，所述第一电阻分压电路具有温度检测部件并且包括电压输出部分，所述第一电路的输入部分连接到所述第一电阻分压电路的电压输出部分并且当所述输入部分中的电压等于或大于第一基准电压值时所述第一电路被接通，
所述第二电压检测电路由第二电阻分压电路和第二电路构成，所述第二电阻分压电路与所述蓄电池并联并且包括电压输出部分，所述第二电路的输入部分连接到所述第二电阻分压电路的电压输出部分并且当所述输入部分中的电压等于或大于第二基准电压值时所述第二电路被接通，
所述开关部件和所述热辐射部件相互串联，并且串联的所述开关部件和所述热辐射部件与所述蓄电池并联，
所述开关部件的操作根据所述第一电路和所述第二电路的输出来控制，并且
当所述第一电路和所述第二电路中的一个或其两者保持在接通状态时，所述开关部件保持在导通状态，并且所述蓄电池中累积的电力由所述热辐射部件转换为热量。
2.根据权利要求1所述的蓄电池保护电路，其中当取决于所述温度检测部件检测的温度、来自所述第一电阻分压电路的电压输出部分的输出电压值变得等于或大于所述第一基准电压值时，或者当来自所述第二电阻分压电路的电压输出部分的输出电压值变得等于或大于所述第二基准电压值时，所述第一电路和所述第二电路中的一个或其两者保持在接通状态。
3.根据权利要求1所述的蓄电池保护电路，其中所述温度检测部件由热敏电阻构成。
4.根据权利要求1所述的蓄电池保护电路，其中所述热辐射部件由电阻器构成。
5.根据权利要求1所述的蓄电池保护电路，其中所述开关部件由晶体管构成。
6.根据权利要求1所述的蓄电池保护电路，其中所述蓄电池由锂离子电池构成。
7.混合电源设备，包括：
非水性蓄电池；
与所述蓄电池并联的蓄电池保护电路；和
连接到所述蓄电池的太阳能电池，
所述蓄电池保护电路包括
第一电压检测电路，
第二电压检测电路，
开关部件；和
热辐射部件，其中
所述第一电压检测电路由与所述蓄电池并联的第一电阻分压电路和第一电路构成，所述第一电阻分压电路具有温度检测部件并且包括电压输出部分，所述第一电路的输入部分连接到所述第一电阻分压电路的电压输出部分并且当所述输入部分中的电压等于或大于第一基准电压值时所述第一电路被接通，
所述第二电压检测电路由第二电阻分压电路和第二电路构成，所述第二电阻分压电路与所述蓄电池并联并且包括电压输出部分，所述第二电路的输入部分连接到所述第二电阻分压电路的电压输出部分并且当所述输入部分中的电压等于或大于第二基准电压值时所述第二电路被接通，
所述开关部件和所述热辐射部件相互串联，并且串联的所述开关部件和所述热辐射部件与所述蓄电池并联，
所述开关部件的操作根据所述第一电路和所述第二电路的输出来控制，并且
当所述第一电路和所述第二电路中的一个或其两者保持在接通状态时，所述开关部件保持在导通状态，并且所述蓄电池中累积的电力由所述热辐射部件转换为热量。
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