CN102484373A - 过充电保护电路、电池组件及充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种过充电保护电路，包括：检测二次电池的端子电压的电压检测部；以及具有使所述二次电池为可充电的通常状态、判定所述二次电池是否为过充电状态的判定执行状态以及禁止所述二次电池的充电的第一充电禁止状态的控制部，其中，所述控制部，在所述通常状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过作为应当禁止所述二次电池的充电的电压而被预先设定的第一过充电检测电压时，转移到所述判定执行状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第一过充电检测电压的期间而处于该判定执行状态后的累计值超过预先设定的第一基准时间时，转移到所述第一充电禁止状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述第一过充电检测电压低的判定解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

Description

过充电保护电路、电池组件及充电系统

技术领域

本发明涉及保护二次电池免于过充电的过充电保护电路以及具备该过充电保护电路的电池组件和充电系统。

背景技术

锂离子二次电池、镍氢二次电池等二次电池如果超过满充电电压而被过充电，则有可能特性劣化，或安全性降低。因此，对这样的二次电池进行充电的充电电路，通过检测二次电池达到了满充电并停止充电，从而控制充电以使二次电池免于过充电。

但是，如果发生充电电路的误动作或故障，则二次电池有可能被过充电，而导致二次电池的特性劣化，或安全性降低。因此，在使用二次电池的设备及电池组件中设置检测二次电池的过充电，并禁止二次电池的充电，从而保护二次电池免于过充电的过充电保护电路：(例如，专利文献1、2、3)。

图9是用于说明背景技术所涉及的过充电保护电路的动作的状态转移图。另外，图10是用于说明对二次电池进行恒流充电时的过充电保护电路的动作的波形图。首先，过充电保护电路通常处于使二次电池可充放电的通常状态(状态S101)。在此，如在图10的时刻T101开始二次电池的恒流充电，则二次电池的电池电压上升。

接着，如果电池电压超过过充电检测电压V1(时刻T102)，则计时电路开始计时，并且其计时值上升。然后，如果计时值达到阈值时间t101，则过充电保护电路从状态S101转移到表示二次电池的过充电状态的状态S102。在状态S102，二次电池的充电被禁止，充电电流不会流到二次电池，电池电压降低(时刻T103)。如此保护二次电池免于过充电。

然后，因为在状态S102也能够放电，所以如果二次电池放电而电池电压低于禁止解除电压V2的状态持续阈值时间t102期间，则转移到通常状态(状态S101)，再次使二次电池可充电。

作为二次电池的充电方式，已知有以脉冲状接通、断开充电电流而进行充电的脉冲充电方式。图11是用于说明在进行脉冲充电时的图9的过充电保护电路的动作的波形图。

首先，在时刻T111，开始向二次电池供给脉冲状的充电电流。在图11中，将充电电流流动的时间用ton表示，将充电电流停止的时间用toff表示。而且，当电池电压超过过充电检测电压V1时(时刻T112)，计时电路开始计时，其计时值上升。

在此，在计时值达到t101之前，从时刻T111开始经过时间ton时，充电电流变为零，电池电压下降，而低于过充电检测电压V1。于是，计时器被重置，且维持状态S101，不会转移到状态S102，所以脉冲充电不会被禁止。

接着，从时刻T113开始经过时间toff时，充电电流再次流动而电池电压超过过充电检测电压V1(时刻T114)，计时电路开始计时，其计时值上升。在此，如果时间ton比阈值时间t101短，则必定在计时值到达t101之前已经过时间ton而充电电流变为零，电池电压下降而低于过充电检测电压V1。于是，计时器被重置，维持状态S101，不会转移到状态S102，所以脉冲充电不会被禁止(时刻T115)。

而且，在脉冲充电，以时间ton随着二次电池充电的推进而变短的方式控制充电脉冲。即，由于时间ton可变地被控制，因此无法预先将阈值时间t101设定为比时间ton短的值。

接着，时刻T115至时刻T114至时刻T115……的动作继续，二次电池的充电不被禁止而脉冲充电继续，从而存在无法保护二次电池免于过充电的问题。

专利文献1：日本专利公开公报特开平5-111177号

专利文献2：日本专利公开公报特开平8-186940号

专利文献3：日本专利公开公报特开平11-89099号

发明内容

本发明的目的在于提供一种过充电保护电路、电池组件及充电系统，即使在脉冲充电中也能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

本发明所涉及的过充电保护电路包括，检测二次电池的端子电压的电压检测部；以及具有使所述二次电池为可充电的通常状态、判定所述二次电池是否为过充电状态的判定执行状态以及禁止所述二次电池的充电的第一充电禁止状态的控制部，其中，所述控制部，在所述通常状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过作为应当禁止所述二次电池的充电的电压而被预先设定的第一过充电检测电压时，转移到所述判定执行状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第一过充电检测电压的期间而处于该判定执行状态后的累计值超过预先设定的第一基准时间时，转移到所述第一充电禁止状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述第一过充电检测电压低的判定解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

根据该结构，控制部除了使二次电池可充电的通常状态和禁止二次电池的充电的第一充电禁止状态之外，还可采用判定二次电池是否为过充电状态的判定执行状态。并且，在通常状态，当二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压时，控制部暂且转移到判定执行状态。处于判定执行状态后，只要二次电池的端子电压不低于比第一过充电检测电压低的判定解除电压，就不会转移到通常状态，所以即使脉冲充电的充电脉冲断开，也会维持判定执行状态。并且，即使脉冲充电的充电脉冲反复接通、断开，在维持判定执行状态期间，二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压的期间将被累计，因此，如果脉冲充电继续，则该累计值增大，最终超过第一基准时间。于是，控制部转移到第一充电禁止状态而禁止二次电池的充电，所以在脉冲充电中，也能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

另外，本发明所涉及的电池组件包括上述的过充电保护电路和所述二次电池。

根据该结构，在具备过充电保护电路的电池组件中，即使在电池组件被脉冲充电的情况下，也能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

另外，本发明涉及的充电系统包括上述的过充电保护电路和通过以脉冲状周期性地向所述二次电池供给预先设定的充电电流来进行脉冲充电的充电部。

根据该结构，在具备对二次电池进行脉冲充电的充电部的充电系统中，能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

附图说明

图1是表示包括作为本发明的一实施方式所涉及的过充电保护电路的一例的电池保护电路的电池组件及充电系统的结构的一例的框图。

图2是表示作为过充电保护电路的控制部不包括第二充电禁止状态时的动作的一个例子的状态转移图。

图3是用于说明进行脉冲充电时的电池保护电路的动作的波形图。

图4是用于对第二基准时间小于充电停止时间时的电池保护电路的动作进行说明的说明图。

图5是在图2所示的状态转移图中将从判定执行状态向第一充电禁止状态(应为通常状态S1)的转移条件设定为“在端子电压低于第一过充电检测电压的时间持续并超过第二基准时间的情况下”时的状态转移图。

图6是用于说明在第二基准时间小于充电停止时间时进行图5的状态转移图所示的动作的情况的说明图。

图7是表示在图1所示的电池保护电路中，控制部包括第二充电禁止状态时的动作的一例的状态转移图。

图8是用于说明进行脉冲充电时的基于图7的状态转移图的电池保护电路的动作的波形图。

图9是用于说明背景技术所涉及的过充电保护电路的动作的状态转移图。

图10是用于说明图9所示的过充电保护电路的、对二次电池进行恒流充电时的动作的波形图。

图11是用于说明进行脉冲充电时的图9所示的过充电保护电路的动作的波形图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明所涉及的实施方式进行说明。此外，在各附图中标注相同符号的结构表示相同结构，并省略其说明。图1是表示包括作为本发明的一实施方式所涉及的过充电保护电路的一例的电池保护电路的电池组件及充电系统的结构的一例的框图。

图1所示的充电系统100由电池组件1和充电装置101连接而构成。充电装置101包括充电部102、连接于充电部102的正极侧的连接端子111、连接于充电部102的负极侧的连接端子112。电池组件1包括电池保护电路2、二次电池3及连接端子11、12。

而且，电池保护电路2包括控制部21、电压检测部22、计时电路23、开关元件Q1、Q2及二极管D1、D2。控制部21、电压检测部22及计时电路23例如由集成电路构成。

电池组件1是连接于例如移动电话、数码相机、便携式个人电脑、电动汽车、混合动力汽车等各种电池驱动设备、装置并供电的电池组件。

充电部102可以是由例如商用电源电压生成电池组件1的充电电流的电源电路，也可以是基于例如太阳光、风力或者水力等自然能源来发电的发电装置或基于内燃机等动力来发电的发电装置等。

此外，充电系统100并不限于将电池组件1与充电装置101可分离的结构，也可以是充电系统100整体构成一个电池保护电路2。另外，也可以由电池组件1和充电装置101分担具备电池保护电路2。另外，电池保护电路2并不限于内置于电池组件的例子。例如，电池保护电路2可以设置在如上所述的电池驱动设备、装置中，也可以设置在对二次电池3进行充电的充电装置101中。

二次电池3例如由锂离子二次电池、镍氢二次电池等各种二次电池构成。二次电池3可以是单个电池，也可以是组合多个二次电池的组电池。此外，下面记载的电压值作为一个例子，示意了当二次电池3为由锂离子二次电池的单个电池(unit cell)构成时的电压值。在二次电池3由多个电池串联连接而构成的情况下，采用将以下作为一个例子而示意的电压值乘以所串联的电池的个数而得到的电压值。

连接端子11、12是可连接于电池驱动设备、装置或充电器等的电极或连接器(connector)等连接端子。连接端子11连接于二次电池3的正极。连接端子12经由开关元件Q1、Q2连接于二次电池3的负极。

并且，当电池组件1被安装于充电装置101时，连接端子11与连接端子111、连接端子12与连接端子112分别连接，从充电部102输出的充电电流经由开关元件Q1、Q2供给至二次电池3。

作为开关元件Q1、Q2能够使用各种开关元件，例如使用FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)。在开关元件Q1的源极(source)-漏极(drain)间，以连接端子12侧为阳极(anode)的方向形成有寄生二极管D1。另外，在开关元件Q2的源极-漏极间，以二次电池3侧为阳极的方向形成有寄生二极管D2。

开关元件Q1、Q2的栅极(gate)连接于电池保护电路2。并且，开关元件Q1、Q2根据来自电池保护电路2的控制信号而接通、断开。据此，如果开关元件Q1(充电用开关元件)断开，则只有二次电池3的充电被禁止。另外，如果开关元件Q2(放电用开关元件)断开，则只有二次电池3的放电被禁止。

电压检测部22检测二次电池3的端子电压Vcell。作为电压检测部22，可使用例如比较器(comparator)、误差放大器、模拟数字转换器等各种电压检测电路。

计时电路23对后述的第一基准时间t1、第二基准时间t2、第三基准时间t3、第四基准时间t4及第五基准时间t5进行计时。计时电路23可以是例如多谐振荡器(multivibrator)等模拟计时器，也可以是PTM(Programmable Timer Module)等数字计时器。另外，也可以分别具备对第一基准时间t1(累计时间ta)、第二基准时间t2、第三基准时间t3、第四基准时间t4(累积时间ts)及第五基准时间t5进行计时的计时电路。

控制部21可以使用例如状态机(state machine)或逻辑电路而构成，也可以使用例如微型计算机而构成。当例如由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过为了防止二次电池3的过放电而预先设定的放电禁止电压Voff时，控制部21使开关元件Q2接通从而使二次电池3可放电，并且当端子电压Vcell达到放电禁止电压Voff以下时，控制部21使开关元件Q2断开，从而防止过放电造成的二次电池3的劣化。

另外，作为过充电保护电路的控制部21具有使二次电池3可充电的通常状态S1、判定二次电池3是否为过充电状态的判定执行状态S2、禁止二次电池3的充电的第一充电禁止状态S3及第二充电禁止状态S4。通常状态S1、判定执行状态S2、第一充电禁止状态S3及第二充电禁止状态S4可通过例如状态机的状态、逻辑门(logic gate)的接通、断开状态、双稳态多谐振荡电路(flip flop circuit)的接通、断开状态或微型计算机的程序的执行状态而得到。

图2是将控制部21不包括第二充电禁止状态S4时的动作的一例作为参考而表示的状态转移图。

首先，控制部21通常处于使二次电池可充放电的通常状态S1。图3是用于说明通过连接于连接端子11、12的充电部102来进行脉冲充电时的电池保护电路2的动作的波形图。图3的横轴表示时间的经过。另外，从上开始依次表示：向二次电池3供给的充电电流、二次电池3的端子电压Vcell及作为端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的期间的累计值的累计时间ta。

首先，在时刻T1，开始从充电部102经由连接端子11、12向二次电池3供给脉冲状的充电电流。在图3中，将充电电流流动的时间用ton表示，将充电电流停止的时间用toff表示。并且，随着通过脉冲状的充电电流对二次电池3进行充电，端子电压Vcell逐渐上升。图3示出了第二基准时间t2＞充电停止时间toff时的动作。

此外，充电部102可以将充电时间ton、充电停止时间toff设为恒定，也可以采用随着充电的推进使充电时间ton变短且使充电停止时间toff变长从而使占空(duty)比减少的结构。

并且，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过作为应当禁止二次电池3的充电的电压而被预先设定为例如4.3V的第一过充电检测电压Voc1时(时刻T2)，控制部21转移到判定执行状态S2。并且，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，作为其累计值的累计时间ta增大。

并且，在累计时间ta达到第一基准时间t1之前，从时刻T1开始经过充电时间ton时，充电电流变为零。于是，因充电电流流经二次电池3的内阻而产生的电压下降变为零，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell下降并且低于第一过充电检测电压Voc1(时刻T3)。作为第一基准时间t1，在正常的脉冲充电中，预先设定为比在端子电压Vcell的峰值电压超过第一过充电检测电压Voc1的状态下执行脉冲充电的时间长的时间，例如5秒左右的时间。

在此，对处于当充电电流流动时端子电压Vcell达到第一过充电检测电压Voc1的充电状态的二次电池3，预先设定作为判定解除电压Vre2的电压，例如为4.1V，该电压低于当将充放电电流设为零时作为端子电压Vcell的开路电压(Open circuit voltage)。

因此，在时刻T2，当端子电压Vcell随着二次电池3的SOC(State Of Charge)的增大而超过第一过充电检测电压Vco1时，即使在时刻T3充放电电流变为0，端子电压Vcell也不会成为判定解除电压Vre2以下。因此，控制部21在时刻T3也不会转移到通常状态S1而是维持判定执行状态S2，并且累计时间ta维持。

另一方面，在时刻T2，尽管二次电池3未达到相当于第一过充电检测电压Voc1的SOC，例如在因噪声而端子电压Vcell瞬时地超过第一过充电检测电压Voc1时，若噪声消失则端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2。并且，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2的时间超过第二基准时间t2时，控制部21转移到通常状态S1。

作为第二基准时间t2，预先设定为能够排除噪声的程度的时间，例如1秒左右的时间。据此，在因噪声而错误地转移到判定执行状态S2时，在判定执行状态S2，噪声引起的端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间被累计，而降低转移到第一充电禁止状态S3的可能性。

另外，在判定执行状态S2，因为在端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2的时间持续并超过第二基准时间t2时转移到通常状态S1，因此可降低当因噪声而端子电压Vcell瞬时地低于判定解除电压Vre2时错误地转移到通常状态S1的可能性。

接着，在判定执行状态S2，从时刻T3经过充电停止时间toff后，在二次电池3中再次流入充电电流从而端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1(时刻T4)。于是，通过计时电路23累计端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间，从而累计时间ta增大。

此后，反复执行与时刻T3、T4同样的动作，累计时间ta增大。并且，当累计时间ta超过预先设定的第一基准时间t1时，控制部21转移到第一充电禁止状态S3并使开关元件Q1断开，从而禁止二次电池3的充电(时刻T5)。据此，在脉冲充电中也能够保护二次电池免于过充电。

此外，虽然示出了控制部21在第一充电禁止状态S3通过断开开关元件Q1来禁止二次电池3的充电的例子，但例如也可以采用控制部21在第一充电禁止状态S3通过向充电部102发送充电停止请求，据此使充电部102停止充电电流的供给，以禁止充电。

在第一充电禁止状态S3，即使断开开关元件Q1，二次电池3也可经由二极管D1进行放电。并且，当从二次电池3向例如连接于连接端子11、12的图略的负载装置供电，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell低于作为没有过充电的危险的电压而预先设定为例如4.1V的第一禁止解除电压Vre1，且端子电压Vcell低于第一禁止解除电压Vre1时间超过第三基准时间t3时，控制部21转移到通常状态S1。当转移到通常状态S1时，控制部21接通开关元件Q1从而使二次电池可充电。

作为第三基准时间t3，预先设定有能够排除噪声的程度的时间，例如1秒左右的时间。据此，因噪声而端子电压Vcell瞬时地低于第一禁止解除电压Vre1时，错误地转移到通常状态S1，二次电池3被充电而达到过充电的可能性得以降低。

此外，在图3中，示出了第一禁止解除电压Vre1和判定解除电压Vre2被设定为相等的电压的例子，但判定解除电压Vre2只要是比充电电流流动时端子电压Vcell达到第一过充电检测电压Voc1的充电状态的二次电池3的开路电压小的电压即可，也可以是第一禁止解除电压Vre1以上的电压值。

接着，参照图4对第二基准时间t2＜充电停止时间toff时的电池保护电路2的动作进行说明。首先，在时刻T11，开始从充电部102经由连接端子11、12向二次电池3供给脉冲状的充电电流。并且，随着通过脉冲状的充电电流对二次电池3进行充电，端子电压Vcell逐渐上升。

并且，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1时(时刻T12)，控制部21转移到判定执行状态S2。并且，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta的值增大。假设在时刻T12，虽然端子电压Vcell瞬时地超过第一过充电检测电压Voc1，但二次电池3还未充电到与第一过充电检测电压Voc1相当的SOC。

然后，从时刻T12开始经过充电时间ton，充电电流变为零。于是，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell下降，并且低于判定解除电压Vre2(时刻T13)。在此，由于第二基准时间t2＜充电停止时间toff，所以在再次开始充电电流的供给之前，已经过第二基准时间t2(时刻T14)。于是，控制部21转移到通常状态S1，累计时间ta的值被初始化。

接着，在时刻T15再次开始对二次电池3供给充电电流，SOC增大到二次电池3处于过充电状态，并且端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1(时刻T15)。于是，控制部21转移到判定执行状态S2。并且，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta的值增大。

然后，从时刻T15开始经过充电时间ton，充电电流变为零。于是，电压检测器22检测出的端子电压Vcell下降。此时，由于二次电池3被充电到与第一过充电检测电压Voc1相当的SOC，因此端子电压Vcell超过判定解除电压Vre2(时刻T16)。因此，控制部21在时刻T16也不转移到通常状态S1而是维持判定执行状态S2，并且累计时间ta维持不变。

接着，在判定执行状态S2，当从时刻T16开始经过充电停止时间toff时，在二次电池3中再次流入充电电流从而端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1(时刻T17)。于是，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta增大。

此后，反复执行与时刻T16、T17同样的动作，累计时间ta增大。并且，当累计时间ta超过第一基准时间t1时，控制部21转移到第一充电禁止状态S3并使开关元件Q1断开，从而禁止二次电池3的充电(时刻T18)。据此，在脉冲充电中，即使在第二基准时间t2＜充电停止时间toff时，也能够禁止脉冲充电，从而保护二次电池3免于过充电。

接着，对将判定解除电压Vre2设定为比第一过充电检测电压Voc1低的电压，更具体地，设定为比在充电过程中的端子电压达到第一过充电检测电压Voc1的充电状态下的二次电池3的开路电压低的电压的效果进行说明。

图5是在图2所示的状态转移图中，将从判定执行状态S2向第一充电禁止状态S3(应为通常状态S1)的转移条件假定为“在端子电压Vcell低于第一过充电检测电压Voc1的时间持续并超过第二基准时间t2的情况下”时的状态转移图。根据图5所示的状态转移图，首先，在第二基准时间t2＞充电停止时间toff时，进行与图3同样的动作，能够保护二次电池3免于过充电。

另一方面，当第二基准时间t2＜充电停止时间toff时，根据图5所示的状态转移图，进行图6所示的动作。首先，在时刻T21，开始从图略的充电电路经由连接端子11、12向二次电池3供给脉冲状的充电电流。并且，随着通过脉冲状的充电电流对二次电池3进行充电，端子电压Vcell逐渐上升。

接着，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1时(时刻T22)，控制部21转移到判定执行状态S2。并且，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta增大。

然后，在累计时间ta达到第一基准时间t1之前，从时刻T22开始经过充电时间ton后，充电电流变为零。于是，因充电电流流经二次电池3的内阻而产生的电压下降变为零，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell下降，并且低于第一过充电检测电压Voc1(时刻T23)。

于是，因为第二基准时间t2＜充电停止时间toff，所以在从时刻T23开始经过充电停止时间toff之前，端子电压Vcell低于第一过充电检测电压Voc1的状态一定会经过第二基准时间t2，控制部21转移到通常状态S1，累计时间ta被初始化(时刻T24)。

此后，反复进行时刻T22至T24的动作，并且累计时间ta不会达到第一基准时间t1而脉冲充电持续。因此，根据图6(应为图5)所示的状态转移图，在第二基准时间t2＜充电停止时间toff时，无法保护二次电池3免于过充电。

然而，根据图2所示的状态转移图所涉及的控制部21，如图4所示，即使在第二基准时间t2＜充电停止时间toff时，也能够在时刻T18禁止脉冲充电，从而保护二次电池3免于过充电。

接着，对控制部21具有第二充电禁止状态S4时的动作及效果进行说明。图7是表示控制部21包括第二充电禁止状态S4时的动作的一例的状态转移图。

在此，在图7记载的状态转移图中，在二次电池3的内阻值正常时，不会转移到第二充电禁止状态S4，而与图2、图3、图4同样地进行动作。然而，当二次电池3发生某些异常从而二次电池3的内阻值大于正常的值时，如果通过充电部102进行脉冲充电，则在充电停止时间toff比第二基准时间t2长时，在通常状态S1和判定执行状态S2之间反复进行状态转移，存在在过充电状态下持续进行脉冲充电的可能性。

对此，为了在这种情况下禁止脉冲充电而设置了第二充电禁止状态S4。下面，使用图7、图8，对在二次电池3的内阻值大于正常的值的情况下，充电停止时间toff比第二基准时间t2长时的电池保护电路2的动作进行说明。此外，充电停止时间toff比第二基准时间t2短时，除了在图3中充电停止时间toff时，端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2这一点之外与图3相同，所以省略其说明。

首先，在时刻T11，开始从充电部102经由连接端子11、12向二次电池3供给脉冲状的充电电流。并且，随着通过脉冲状的充电电流对二次电池3进行充电，端子电压Vcell逐渐上升。

接着，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1时(时刻T12)，控制部21转移到判定执行状态S2。并且，控制部21使用计时电路23开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta增大。

然后，当由电压检测部22检测出的端子电压Vcell超过预先设定为比第一过充电检测电压Voc1高的电压的、例如4.35V的第二过充电检测电压Voc2时(时刻T31)，控制部21使用例如计时电路23，开始对作为Vcell＞Voc2的时间的累计值的累积时间ts进行计时(状态ST)，之后，累计在状态S1至S3的各状态的端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2的时间，继续进行累积时间ts的计时。

此外，在图8中，为了简化说明，记载为在端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1(时刻T12)之后(时刻T31)，端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2。这是为了在二次电池3的内阻值正常的情况下，即使脉冲充电继续，也能够在端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2之前转移到第一充电禁止状态S3断开开关元件Q1，因此将第二过充电检测电压Voc2设定为比第一过充电检测电压Voc1高的电压值。

即，若二次电池3的内阻值正常，则端子电压Vcell不会超过第二过充电检测电压Voc2。

接着，从时刻T12开始经过充电时间ton，充电电流变为零(时刻T13)。于是，因充电电流流经二次电池3的内阻而产生的电压变为零，端子电压Vcell下降。

在此，由于将比开路电压低的电压预先设定为判定解除电压Vre2(所述开路电压是在二次电池3中流动充电电流时，将端子电压Vcell达到第一过充电检测电压Voc1的充电状态下的二次电池3的充放电电流设为零时的端子电压Vcell)，所以如果二次电池3正常，则即使端子电压Vcell下降到开路电压附近，端子电压Vcell应该也不会低于判定解除电压Vre2。

然而，当二次电池3中发生某些异常从而二次电池3的内阻值大于正常的值时，充电电流变为零时(时刻T13)的端子电压Vcell的下降比正常时大。于是，在充电电流变为零时，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell比正常时低，会低于判定解除电压Vre2(时刻T13)。

在此，由于第二基准时间t2＜充电停止时间toff，所以在再次开始充电电流的供给之前，已经过第二基准时间t2(时刻T14)。于是，控制部21转移到通常状态S1，累计时间ta被初始化。

接着，在时刻T32再次开始对二次电池3供给充电电流，端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2(时刻T32)。于是，控制部21转移到判定执行状态S2转移。并且，控制部21使用计时电路23，从零开始对端子电压Vcell超过第一过充电检测电压Voc1的时间进行累计，累计时间ta增大。此时，控制部21使用计时电路23，累计端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2的时间作为累积时间ts。

然后，从时刻T32开始经过充电时间ton，充电电流变为零。于是，再次由电压检测部22检测出的端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2(时刻T33)，然后经过第二基准时间t2(时刻T34)。于是，控制部21转移到通常状态S1，累计时间ta被初始化。

此后，反复进行与时刻T32至T34同样的动作，累计时间ta未达到第一基准时间t1就被初始化，所以不会转移到第一充电禁止状态S3，脉冲充电持续。

然而，在反复执行与时刻T32至T34同样的动作的过程中，累积时间ts的累计累积地继续进行，累积时间ts逐渐增大下去。并且，当累积时间ts超过第四基准时间t4时(时刻T35)，控制部21转移到第二充电禁止状态S4，断开开关元件Q1，并禁止二次电池3的充电(时刻T35)。

据此，即使当二次电池3中发生某些异常从而二次电池3的内阻值大于正常的值时，电池保护电路2也能够禁止脉冲充电，保护二次电池3免于过充电。

作为第四基准时间t4，预先设定有能够排除噪声的程度的时间，例如1秒左右的时间。据此，因噪声而端子电压Vcell瞬时地超过第二过充电检测电压Voc2时，错误地转移到第二充电禁止状态S4，禁止二次电池3的充电的可能性得以降低。

在此，开关元件Q2被接通，使二次电池3可放电。因此，在第二充电禁止状态S4，例如向图略的负载装置供电等二次电池3放电，由电压检测部22检测出的端子电压Vcell低于预先设定为判定解除电压Vre2以下的电压值的第二禁止解除电压Vre3的状态持续预先设定的第五基准时间的期间时，控制部21将累积时间ts初始化为零并转移到通常状态S1，并使开关元件Q1接通，从而使二次电池3可充电。

作为第五基准时间t5，预先设定有能够排除噪声的程度的时间，例如1秒左右的时间。据此，因噪声而端子电压Vcell瞬时地低于第二禁止解除电压Vre3时，错误地转移到通常状态S1，二次电池3被充电而达到过充电的可能性得以降低。

此外，如上所述，若二次电池3的内阻值正常，则端子电压Vcell不会超过第二过充电检测电压Voc2，因此认为在端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2的时刻发生了某些异常。因此，也可以不进行累积时间ts的累计，在判定执行状态S2，当端子电压Vcell超过第二过充电检测电压Voc2时，迅速地转移到第二充电禁止状态S4。

另外，也可以在判定执行状态S2，当端子电压Vcell低于判定解除电压Vre2时，不等待第二基准时间t2的经过而迅速地转移到通常状态S1。另外，也可以在第一充电禁止状态S3，当端子电压Vcell低于第一禁止解除电压Vre1时，不等待第三基准时间t3的经过而迅速地转移到通常状态S1。另外，也可以在第二充电禁止状态S4，当端子电压Vcell低于第二禁止解除电压Vre3时，不等待第五基准时间t5的经过而迅速地转移到通常状态S1。

此外，也可以包括电压检测部，检测二次电池的端子电压；控制部，具有包括使所述二次电池可充电的通常状态、判定所述二次电池是否为过充电状态的判定执行状态、禁止所述二次电池的充电的第一及第二充电禁止状态的各种状态，其中，所述控制部：在所述通常状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过作为应当禁止所述二次电池的充电的电压而被预先设定的第一过充电检测电压时，转移到所述判定执行状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第一过充电检测电压期间的、处于该判定执行状态之后的累计值超过预先设定的第一基准时间时，转移到所述第一充电禁止状态而禁止所述二次电池的充电；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述第一过充电检测电压低的判定解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过预先设定为高于所述第一过充电检测电压的第二过充电检测电压时，转移到第二充电禁止状态从而禁止所述二次电池的充电。

即，本发明所涉及的过充电保护电路包括，检测二次电池的端子电压的电压检测部；以及具有使所述二次电池为可充电的通常状态、判定所述二次电池是否为过充电状态的判定执行状态以及禁止所述二次电池的充电的第一充电禁止状态的控制部，其中，所述控制部，在所述通常状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过作为应当禁止所述二次电池的充电的电压而被预先设定的第一过充电检测电压时，转移到所述判定执行状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第一过充电检测电压的期间而处于该判定执行状态后的累计值超过预先设定的第一基准时间时，转移到所述第一充电禁止状态；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述第一过充电检测电压低的判定解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

根据该结构，控制部除了使二次电池可充电的通常状态和禁止二次电池的充电的第一充电禁止状态之外，还可采用判定二次电池是否为过充电状态的判定执行状态。并且，在通常状态，当二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压时，控制部暂且转移到判定执行状态。处于判定执行状态后，只要二次电池的端子电压不低于比第一过充电检测电压低的判定解除电压，就不会转移到通常状态，所以即使脉冲充电的充电脉冲断开，也将维持判定执行状态。并且，即使脉冲充电的充电脉冲反复接通、断开，在判定执行状态持续期间，二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压的期间将被累计，因此，如果脉冲充电继续，则该累计值增大，最终会超过第一基准时间。于是，由于控制部转移到第一充电禁止状态而禁止二次电池的充电，所以在脉冲充电中，也能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

另外，较为理想是的，作为所述判定解除电压，被预先设定成比所述二次电池处于充电状态时的开路电压低的电压，其中，所述二次电池处于充电状态是指在充电过程中的端子电压达到所述第一过充电检测电压的状态。

由于二次电池的端子电压包含充电电流流动的充电过程中因二次电池的内阻产生的电压上升部分，所以二次电池的端子电压高于开路电压。当将比充电过程中的端子电压达到第一过充电检测电压的充电状态的二次电池的充电电流设为零时的开路电压低的电压，预先设定为所述判定解除电压时，在判定执行状态，即使脉冲充电的充电脉冲断开，只要内阻正常，二次电池的端子电压就不会低于判定解除电压。因此，由于在充电脉冲断开时，能够确实地维持判定执行状态，所以能够继续对二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压的期间进行累计，其结果，在脉冲充电中，保护二次电池免于过充电的可靠性提高。

另外，较为理想的是，所述控制部，在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述过充电检测电压(应为第一过充电检测电压)低的判定解除电压，且该端子电压低于所述判定解除电压的状态持续了预先设定的第二基准时间的期间时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

根据该结构，在判定执行状态，在充电脉冲断开时，即使由于噪声的影响二次电池的端子电压瞬时地低于判定解除电压时，只要不持续第二基准时间的期间，则判定执行状态就得以维持。其结果，因噪声而错误地转移到通常状态的可能性得以降低，并且继续对二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压的期间进行累计的可靠性提高，因此保护二次电池免于过充电的可靠性提高。

另外，较为理想的是，所述控制部，在所述第一充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压在预先设定的第三基准时间的期间持续低于所述判定解除电压以下的第一禁止解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

根据该结构，在第一充电禁止状态，例如因二次电池放电等端子电压降低，并且端子电压在第三基准时间的期间持续地低于第一禁止解除电压时，认为二次电池的过充电状态解除，所以控制部转移到通常状态，使二次电池可充电。据此，即使是被一度禁止充电的二次电池，只要过充电状态解除，就能够再次进行充电。

另外，较为理想的是，所述控制部，还具有禁止所述二次电池的充电的第二充电禁止状态，在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过预先设定为高于所述第一过充电检测电压的第二过充电检测电压时，转移到第二充电禁止状态从而禁止所述二次电池的充电。

根据该结构，控制部采用转移条件与第一充电禁止状态不同的第二充电禁止状态作为禁止二次电池充电的禁止状态。在此，即使在控制部转移到第一充电禁止状态而禁止二次电池的充电的情况下，当二次电池的内阻值达到大于正常时的状态时，脉冲充电的充电脉冲断开时的端子电压的降低量比正常时增大，端子电压低于判定解除电压，控制部转移到通常状态。于是，因为在再次转移到判定执行状态时，重新对端子电压超过第一过充电检测电压的期间进行累计，所以通常状态和判定执行状态之间的状态转移反复进行，脉冲充电不被禁止而继续进行。然而，根据该结构，如果脉冲充电继续，进而二次电池的端子电压超过第一过充电检测电压并上升，二次电池的端子电压超过第二过充电检测电压，则转移到第二充电禁止状态从而二次电池的充电被禁止，所以在二次电池的内阻值大于正常时的状态，也能够降低无法保护二次电池免于脉冲充电引起的过充电的可能性。

另外，较为理想的是，所述控制部：在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第二过充电检测电压时，开始对作为该端子电压超过该第二过充电检测电压的时间的累计值的累积时间进行计时，之后在所述各状态累计该端子电压超过所述第二过充电检测电压的时间并持续该累积时间的计时；在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第二过充电检测电压，且所述累计的累积时间超过预先设定的第四基准时间时，转移到所述第二充电禁止状态从而禁止所述二次电池的充电。

根据该结构，在判定执行状态，即使在由于噪声的影响二次电池的端子电压瞬时地超过第二过充电检测电压时，因为只要累积时间不超过第四基准时间就不转移到第二充电禁止状态，所以因噪声而错误地禁止二次电池的充电的可能性得以降低。另外，当二次电池的端子电压超过第二过充电检测电压时，之后在各状态继续累计该端子电压超过所述第二过充电检测电压的时间从而进行累积时间的计时。因此，即使在例如二次电池的内阻值大于正常值的状态，且如上所述那样地反复进行通常状态和判定执行状态之间的状态转移时，累积时间的计时也继续进行。并且，因为当累积时间超过第四基准时间时，转移到第二充电禁止状态而禁止二次电池的充电，所以能够降低噪声的影响，而且能够降低无法保护二次电池免于脉冲充电引起的过充电的可能性。

另外，较为理想的是，所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述判定解除电压以下的第二禁止解除电压时，转移到所述通常状态，并执行使所述二次电池可充电的禁止解除处理。

根据该结构，在第二充电禁止状态，因例如二次电池放电等而端子电压降低，并且端子电压低于第二禁止解除电压时，认为二次电池的过充电状态已解除，所以控制部转移到通常状态而使二次电池可充电。据此，即使是一度被禁止充电的二次电池，只要过充电状态解除，就能够再次进行充电。

另外，较为理想的是，所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述第二禁止解除电压时，在所述禁止解除处理中还将所述累计的累积时间初始化为零。

根据该结构，当二次电池的端子电压低于第二禁止解除电压时，认为二次电池的过充电状态已解除时，累积时间被初始化为零并转移到通常状态，所以当之后再转移到判定执行状态时，可防止基于过去所累计的累积时间而错误地转移到第二充电禁止状态的情况。

另外，较为理想的是，所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述第二禁止解除电压，且该端子电压低于所述第二禁止解除电压的状态持续了预先设定的第五基准时间的期间时，执行所述禁止解除处理。

根据该结构，在第二充电禁止状态，即使在由于噪声的影响二次电池的端子电压瞬时地低于第二禁止解除电压时，只要不持续第五基准时间的期间，则第二充电禁止状态就将维持。其结果，因噪声而错误地执行禁止解除处理并转移到通常状态的可能性得以降低。

另外，较为理想的是，还包括：通过断开来切断所述二次电池的充电电流的充电用开关元件；通过断开来切断所述二次电池的放电电流的放电用开关元件，其中，所述控制部：通过使所述充电用开关元件断开并使所述放电用开关元件接通，禁止所述二次电池的充电，通过使所述充电用开关元件接通并使所述放电用开关元件接通，使所述二次电池可充电。

根据该结构，在第一及第二充电禁止状态，控制部通过使充电用开关元件断开并使放电用开关元件接通，能够在维持使二次电池可放电的状态下，只禁止二次电池的充电，所以在第一及第二充电禁止状态，易于使二次电池放电以解除过充电状态。

另外，较为理想的是，所述控制部，当由所述电压检测部检测出的端子电压处于为了防止所述二次电池的过放电而预先设定的放电禁止电压以下时，强制断开所述放电用开关元件。

根据该结构，如果由电压检测部检测出的端子电压处于为了防止二次电池的过放电而预先设定的放电禁止电压以下时，控制部断开放电用开关元件以禁止进一步的放电，所以能够防止二次电池的过放电。

另外，本发明所涉及的电池组件包括上述的过充电保护电路和所述二次电池。

根据该结构，在包括过充电保护电路的电池组件中，即使电池组件被脉冲充电时，也能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

另外，本发明所涉及的充电系统包括上述的过充电保护电路和通过以脉冲状周期性地向所述二次电池供给预先设定的充电电流来进行脉冲充电的充电部。

根据该结构，在包括对二次电池进行脉冲充电的充电部的充电系统中，能够降低无法保护二次电池免于过充电的可能性。

产业上的可利用性

本发明能够适宜地用作为用于保护对便携式个人电脑或数码相机、移动电话等电子设备、电动汽车或混合动力汽车等车辆等各种电池驱动设备供电的二次电池免于过充电的过充电保护电路及具备该过充电保护电路的电池组件、充电系统。

Claims (13)

1.一种过充电保护电路，其特征在于包括：

检测二次电池的端子电压的电压检测部；以及

具有使所述二次电池为可充电的通常状态、判定所述二次电池是否为过充电状态的判定执行状态以及禁止所述二次电池的充电的第一充电禁止状态的控制部，其中，所述控制部，

在所述通常状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过作为应当禁止所述二次电池的充电的电压而被预先设定的第一过充电检测电压时，转移到所述判定执行状态；

在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第一过充电检测电压的期间而处于该判定执行状态后的累计值超过预先设定的第一基准时间时，转移到所述第一充电禁止状态：

在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述第一过充电检测电压低的判定解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

2.根据权利要求1所述的过充电保护电路，其特征在于：

作为所述判定解除电压，被预先设定成比所述二次电池处于充电状态时的开路电压低的电压，其中，所述二次电池处于充电状态是指在充电过程中的端子电压达到所述第一过充电检测电压的状态。

3.根据权利要求1或2所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于比所述过充电检测电压低的判定解除电压，且该端子电压低于所述判定解除电压的状态持续了预先设定的第二基准时间的期间时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，在所述第一充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压在预先设定的第三基准时间的期间持续低于所述判定解除电压以下的第一禁止解除电压时，转移到所述通常状态从而使所述二次电池可充电。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，还具有禁止所述二次电池的充电的第二充电禁止状态，在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过预先设定为高于所述第一过充电检测电压的第二过充电检测电压时，转移到第二充电禁止状态从而禁止所述二次电池的充电。

6.根据权利要求5所述的过充电保护电路，其特征在于，所述控制部：

在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第二过充电检测电压时，开始对作为该端子电压超过该第二过充电检测电压的时间的累计值的累积时间进行计时，之后在所述各状态累计该端子电压超过所述第二过充电检测电压的时间并持续该累积时间的计时；

在所述判定执行状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压超过所述第二过充电检测电压，且所述累计的累积时间超过预先设定的第四基准时间时，转移到所述第二充电禁止状态从而禁止所述二次电池的充电。

7.根据权利要求5或6所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述判定解除电压以下的第二禁止解除电压时，转移到所述通常状态，并执行使所述二次电池可充电的禁止解除处理。

8.根据权利要求7所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述第二禁止解除电压时，在所述禁止解除处理中还将所述累计的累积时间初始化为零。

9.根据权利要求7或8所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，在所述第二充电禁止状态，当由所述电压检测部检测出的端子电压低于所述第二禁止解除电压，且该端子电压低于所述第二禁止解除电压的状态持续了预先设定的第五基准时间的期间时，执行所述禁止解除处理。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的过充电保护电路，其特征在于还包括：

通过断开来切断所述二次电池的充电电流的充电用开关元件；

通过断开来切断所述二次电池的放电电流的放电用开关元件，其中，

所述控制部：

通过使所述充电用开关元件断开并使所述放电用开关元件接通，来禁止所述二次电池的充电，

通过使所述充电用开关元件接通并使所述放电用开关元件接通，来使所述二次电池可充电。

11.根据权利要求10所述的过充电保护电路，其特征在于：

所述控制部，当由所述电压检测部检测出的端子电压处于为了防止所述二次电池的过放电而预先设定的放电禁止电压以下时，强制断开所述放电用开关元件。

12.一种电池组件，其特征在于包括：

如权利要求1至11中任一项所述的过充电保护电路；以及

所述二次电池。

13.一种充电系统，其特征在于包括：

如权利要求1至11中任一项所述的过充电保护电路；

充电部，通过以脉冲状周期性地向所述二次电池供给预先设定的充电电流来进行脉冲充电。

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