CN103219708A

CN103219708A - 电池保护电路、电池保护装置以及电池组

Info

Publication number: CN103219708A
Application number: CN2013100025894A
Authority: CN
Inventors: 木村大辅
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2012-01-23
Filing date: 2013-01-05
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2033-01-05
Also published as: CN103219708B; KR101932275B1; KR20130086108A; JP2013150521A; US9035620B2; US20130187615A1; JP5891809B2

Abstract

本发明提供一种电池保护电路、电池保护装置以及电池组，其使得串联连接的二次电池间的容量平衡不容易崩溃。电池保护电路对构成二次电池（70）的串联连接的组电池（50、60）进行保护，所述电池保护电路具备：电池保护IC（10），其利用组电池（50）的电池电压（V1）工作；电池保护IC（20），其利用组电池（60）的电池电压（V2）工作；以及恒压输出电路（30），二次电池（70）的最大电压（Vin）（电池电压V1和电池电压V2之和）被输入到该恒压输出电路（30），该恒压输出电路（30）根据从电池保护IC（10）的输出端子供给的控制信号（Vc）而输出恒定电压（Vrg）。

Description

电池保护电路、电池保护装置以及电池组

技术领域

本发明涉及对串联连接的多个二次电池进行保护的电池保护电路以及电池保护装置。另外涉及具备该电池保护装置的电池组。

背景技术

图1是表示利用二次电池170的电压工作的电池保护IC110的图。电池保护IC110内置有能够向电池保护IC110的外部的负载140供电的调节器118。因此，从二次电池170供给的电力被电池保护IC110、调节器118以及负载140消耗。

另外，作为与内置调节器的电池保护IC相关的现有技术文献，例如公知有专利文献1。

专利文献1：日本特开2005-151696号公报

但是，在多个二次电池串联连接的结构中，若按每个二次电池而设置内置调节器的电池保护IC，则有时二次电池间的容量平衡容易因调节器的输入输出的连接方式而崩溃。

例如，在图2的结构的情况下，二次电池150的放电电流经过负载140，而二次电池160的放电电流不经过负载140，因此二次电池150的电压容易比二次电池160低。其结果是，二次电池150与160之间的容量平衡容易崩溃。

另外，内置于利用VDD-VSS间的电压工作的电池保护IC的调节器的输入输出间的电压需要在VDD-VSS间的电压以下。因此，例如在图3的结构中，下级的调节器118的输入电压超过VDD电压，因此，调节器118内的晶体管等寄生元件可能工作。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供串联连接的二次电池间的容量平衡不容易崩溃的电池保护电路、电池保护装置以及电池组。

为了达成上述目的，本发明提供一种电池保护电路、电池保护装置以及电池组，所述电池保护电路针对串联连接的多个二次电池的每一个而设置了电池保护IC，所述电池保护IC利用所述多个二次电池中的对应的二次电池的电压工作，所述电池保护电路具备：恒压输出部，所述多个二次电池的最大电压被输入到该恒压输出部，该恒压输出部根据从所述电池保护IC的输出端子供给的控制信号而输出恒定电压。

根据本发明，串联连接的二次电池间的容量平衡不容易崩溃。

附图说明

图1是表示电池保护IC的一个使用例的图。

图2是表示电池保护IC的一个使用例的图。

图3是表示电池保护IC的一个使用例的图。

图4是作为本发明的一个实施方式的电池组的构成图。

图5是电池组的构成的第一具体例子。

图6是电池组的构成的第二具体例子。

符号说明

1：充电控制用晶体管

2：放电控制用晶体管

3、4、7：单体连接端子

5、6：负载连接端子

10、20、110、120：电池保护IC

11~17、21~27：外部端子

30：恒压输出电路

40、140：负载

50、60：组电池

70、150、160、170：二次电池

80：保护模块

90：外部负载

100：电池组

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行说明。

图4是作为本发明的一个实施方式的电池组100的构成图。电池组100内置有：能够向与负载连接端子5、6连接的外部负载90供电的二次电池70；以及保护二次电池70的保护模块80。电池组100可以内置于外部负载90，也可以外挂于外部负载90。作为外部负载90的具体示例，可以列举电动工具、电动助力自行车以及电动自行车等设备。

二次电池70能够利用与负载连接端子5、6连接的未图示的充电器进行充电。作为二次电池70的具体示例，列举锂离子电、镍氢电池等。二次电池70由串联连接的多个组电池（图4中例示了两个组电池50、60）构成。

组电池50由多个单体51~55的串联电路构成，组电池60由多个单体61~65的串联电路构成。组电池50的正极与单体51的正极连接，组电池50的负极与单体55的负极连接，组电池60的正极与单体61的正极连接，组电池60的负极与单体65的负极连接。

保护模块80是具有负载连接端子5、负载连接端子6、单体连接端子3、4、7的电池保护装置。单体连接端子3经电源路径9a而与负载连接端子5相连，单体连接端子4经电源路径9b而与负载连接端子6相连。单体连接端子7经电源路径9c而与后述的电池保护IC10的端子15和电池保护IC20的端子23相连。单体连接端子3与组电池60的正极连接，单体连接端子4与组电池50的负极连接。单体连接端子7与组电池60的负极和组电池50的正极连接。

保护模块80具备晶体管1、2。晶体管1是切断组电池50和60的充电路径的充电路径切断部，晶体管2是切断组电池50和60的放电路径的放电路径切断部。在图4的情况下，晶体管1切断组电池50和60的充电电流流经的电路路径9b，晶体管2切断组电池50和60的放电电流流经的电源路径9b。晶体管1、2是切换电源路径9b的导通和切断的开关元件，晶体管1、2串联插入于电源路径9b。

晶体管1、2例如是MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。晶体管1以晶体管1的寄生二极管的顺方向为组电池50和60的放电方向的方式插入于电源路径9b，晶体管2以晶体管2的寄生二极管的顺方向为组电池50和60的充电方向的方式插入于电源路径9b。另外，晶体管1、2也可以是IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或双极型晶体管等其它半导体元件。另外，也可以在晶体管1、2的漏极-源极间（或者集电极-发射极间）追加二极管。

保护模块80具有与组电池50、60相同个数的电池保护IC（以下称为“保护IC”）10、20。保护IC10、20都进行组电池50和60的保护动作。保护IC10是与组电池50并联连接、利用组电池50的正极和负极间的电池电压V1工作的集成电路，保护IC20是与组电池60并联连接、利用组电池60的正极和负极间的电池电压V2工作的集成电路。保护IC10和20分别由单独的芯片构成，并由相同的电路构成。

保护IC10的充放电控制部19通过检测保护IC10的端子15（VDD端子）与端子13（VSS端子）之间的电压来监视组电池50的电池电压V1。同样地，保护IC20的充放电控制部29通过检测保护IC20的端子25（VDD端子）与端子23（VSS端子）之间的电压来监视组电池60的电池电压V2。端子13、15是保护IC10用的电源端子，端子23、25是保护IC20用的电源端子。

端子15是与电源路径9c连接的正侧电源端子，端子13是与电源路径9b连接的负侧电源端子。端子25是与电源路径9a连接的正侧电源端子，端子23是与电源路径9c连接的负侧电源端子。

保护模块80，从保护IC10的端子11，输出使晶体管1导通的高电平信号，并输出使晶体管1截止的低电平信号。保护IC10，通过使晶体管1导通而容许对组电池50和60进行充电的方向的电流流经电源路径9b，通过使晶体管1截止而禁止对组电池50和60进行充电的方向的电流流经电源路径9b。

另外，保护模块80，从保护IC10的端子12，输出使晶体管2导通的高电平信号，并且输出使晶体管2截止的低电平信号。保护IC10，通过使晶体管2导通而容许使组电池50和60放电的方向的电流流经电源路径9b，通过使晶体管2截止而禁止使组电池50和60放电的方向的电流流经电源路径9b。

同样地，保护模块80，从保护IC10的端子21，输出使晶体管1导通的高电平信号，并输出使晶体管1截止的低电平信号。在图4的情况下，从端子21输出的信号被输入保护IC10的端子17，保护IC20经保护IC10使晶体管1导通和截止。保护IC20，通过使晶体管1导通而容许对组电池50和60进行充电的方向的电流流经电源路径9b，通过使晶体管1截止而禁止对组电池50和60进行充电的方向的电流流经电源路径9b。

另外，保护模块80，从保护IC20的端子22，输出使晶体管2导通的高电平信号，并且输出使晶体管2截止的低电平信号。在图4的情况下，从端子22输出的信号被输入保护IC10的端子16，保护IC20经保护IC10使晶体管2导通和截止。保护IC20，通过使晶体管2导通而容许使组电池50和60放电的方向的电流流经电源路径9b，通过使晶体管2截止而禁止使组电池50和60放电的方向的电流流经电源路径9b。

充放电控制部19具有过充电检测电路，该过充电检测电路通过针对组电池50检测到预定的第一过充电检测阈值以上的电池电压，而认为检测到了组电池50的过充电，并输出充电异常检测信号。充放电控制部19，在输出了针对组电池50的充电异常检测信号的时候，从端子11输出使晶体管1截止的低电平信号。

另一方面，充放电控制部29具有过充电检测电路，该过充电检测电路通过针对组电池60检测到预定的第二过充电检测阈值以上的电池电压，而认为检测到了组电池60的过充电，并输出充电异常检测信号。充放电控制部29，在输出了针对组电池60的充电异常检测信号的时候，从端子21输出使晶体管1截止的低电平信号。从端子21输出的信号经端子17被供给到充放电控制部19。

因此，充放电控制部19，在从充放电控制部19和充放电控制部29中的至少一个控制部输出了充电异常检测信号的时候，从保护IC10的端子11输出低电平信号，从而使晶体管1截止。由此，无关乎晶体管2的导通状态和截止状态，能够保护组电池50和60避免过充电。另外，即使组电池50和60中只有一个组电池发生了充电异常，也能够禁止对组电池50和60两者的充电。其结果是，不仅能够禁止检测到充电异常的组电池的充电，还能够禁止正常的组电池的充电。

另外，充放电控制部19具有过放电检测电路，该过放电检测电路通过针对组电池50检测到预定的第一过放电检测阈值以下的电池电压，而认为检测到了组电池50的过放电，并输出放电异常检测信号。充放电控制部19，在输出了针对组电池50的放电异常检测信号的时候，从端子12输出使晶体管2截止的低电平信号。

另一方面，充放电控制部29具有过放电检测电路，该过放电检测电路通过针对组电池60检测到预定的第二过放电检测阈值以下的电池电压，而认为检测到了组电池60的过放电，并输出放电异常检测信号。充放电控制部29，在输出了针对组电池60的放电异常检测信号的时候，从端子22输出使晶体管2截止的低电平信号。从端子22输出的信号经端子16被供给到充放电控制部19。

因此，充放电控制部19，在从充放电控制部19和充放电控制部29中的至少一个控制部输出了放电异常检测信号的时候，从保护IC10的端子12输出低电平信号，从而使晶体管2截止。由此，无关乎晶体管1的导通状态和截止状态，能够保护组电池50和60避免过放电。另外，即使组电池50和60中只有一个组电池发生了放电异常，也能够禁止组电池50和60两者的放电。其结果是，不仅能够禁止检测到放电异常的组电池的放电，还能够禁止正常的组电池的放电。

此外，充放电控制部19和29也可以具有充电过电流检测电路。充电过电流检测电路，通过检测到预定的充电过电流检测阈值以下的负侧端子间电压，而认为检测到对组电池50和60充电的方向的过电流（充电过电流），并输出充电异常检测信号。所谓负侧端子间电压是负载连接端子6与单体连接端子4之间的电压。充放电控制部19，在从充放电控制部19和充放电控制部29中的至少一个充电过电流检测电路输出了充电异常检测信号的时候，从保护IC10的端子11输出低电平信号，从而使晶体管1截止。由此，无关乎晶体管2的导通状态和截止状态，还能够保护组电池50和60避免充电过电流。

另外，充放电控制部19和29也可以具有放电过电流检测电路。放电过电流检测电路，通过检测到预定的放电过电流检测阈值以上的负侧端子间电压，而认为检测到使组电池50和60放电的方向的过电流（放电过电流），并输出放电异常检测信号。充放电控制部19，在从充放电控制部19和充放电控制部29中的至少一个放电过电流检测电路输出了放电异常检测信号的时候，从保护IC10的端子12输出低电平信号，从而使晶体管2截止。由此，无关乎晶体管1的导通状态和截止状态，还能够保护组电池50和60避免放电过电流。

另外，保护IC10具有电压控制部18。电压控制部18经保护IC10的端子14输出控制恒压输出电路30的动作的控制信号Vc。端子14是用于由保护IC10对设置于保护IC10的外部的恒压输出电路30供给控制信号Vc的外部输出端子。另一方面，保护IC20也一样，具有电压控制部28。但是，电压控制部28并没有经保护IC20的端子24与恒压输出电路30连接。

保护模块80具有作为恒压输出部的恒压输出电路30，该恒压输出电路30根据从保护IC10的端子14供给的控制信号Vc而输出恒定电压Vrg。二次电池70的最大电压Vin（即，电池电压V1和电池电压V2之和）被输入到恒压输出电路30。即，恒压输出电路30从构成二次电池70的组电池50、60中的电位最高的组电池60的正极接受供电。恒压输出电路30对经与组电池60的正极连接的电源路径9a而输入的最大电压Vin进行降压转换，从而输出电压值低于最大电压Vin的恒定电压Vrg。

从恒压输出电路30输出的恒定电压Vrg被供给到安装于保护模块80的负载40。负载40与电源路径9b连接，该电源路径9b与构成二次电池70的组电池50、60中的电位最低的组电池50的负极连接。

这样，在图4的情况下，保护IC10利用组电池50的电池电压V1工作，而保护IC20利用组电池60的电池电压V2工作，恒压输出电路30利用作为组电池50的电池电压V1与组电池60的电池电压V2之和的二次电池70整体的电池电压Vin工作。即，恒压输出电路30不是利用构成二次电池70的组电池50、60中的一部组电池的电池电压工作的电路。由此，能够抑制蓄积于一部组电池的容量不平衡地减小，因此，组电池50和组电池60间的容量平衡不容易崩溃。由于容量平衡不容易崩溃，因此能够抑制作为电池组100可使用的总容量降低而导致充放电效率低。

图5是更具体地表示图4的电池组100的第一构成例子。

温度检测IC41是利用从恒压输出电路30供给的恒定电压Vrg工作的负载。温度检测IC41是被集成电路化的温度检测部，其用于检测电池组100内的二次电池70的温度。

保护IC10、20使用由温度检测IC41检测到的温度来进行构成二次电池70的组电池50、60的保护动作。例如，保护IC10、20的上述的充放电控制部，在由温度检测IC41检测到的温度在预定的温度阈值以上的时候，输出充电异常检测信号或者放电异常检测信号。通过充电异常检测信号的输出，晶体管1截止，由此，能够防止组电池50和60在高温时被充电。另外，通过放电异常检测信号的输出，晶体管2截止，由此能够防止组电池50和60在高温时放电。

恒压输出电路30具有由电阻35与晶体管31的串联电路构成的串联调节器，来作为恒压生成部，该恒压生成部按照从保护IC10的输出端子14a供给的控制信号Vc而生成恒定电压Vrg。控制信号Vc被输入到晶体管31的控制电极（例如栅极或者基极）。电阻35的一个端部与电源路径9a连接，电阻35的另一端部与晶体管31的第一主电极（例如，漏极或者集电极）连接。晶体管31的第二主电极（例如源极或者发射极）与作为输出恒定电压Vrg的端子的、温度检测IC41的电源端子以及保护IC10的输入端子14b连接。作为晶体管31的具体示例，可以列举MOSFET或双极型晶体管等半导体原件。

保护IC10具有生成用于控制恒压输出电路30的晶体管31的控制信号Vc的电压控制部18，以使得经输入端子14b反馈的恒定电压Vrg为预定的恒定电压。

电压控制部18具有电阻18a、18b、放大器18c以及基准电压源18d。放大器18c对与由电阻18a、18b检测到的恒定电压Vrg对应的检测电压同基准电压源18d的基准电压的误差进行放大，将放大后的电压作为控制信号Vc输出。

恒压输出电路30，根据从检测到恒定电压Vrg超过了预定值的电压控制部18供给的控制信号Vc，而停止恒定电压Vrg的输出。由此，例如能够防止由于温度检测IC41短路故障而导致流过过电流。

图6是更具体地表示图4的电池组100的第二构成例子。对于与图5相同的结构省略说明。

图6的恒压输出电路30针对每个控制信号而具有恒压生成部，该恒压生成部按照从保护IC的输出端子供给的控制信号而生成恒定电压。即，图6的恒压输出电路30具体晶体管31作为按照从保护IC10的输出端子14a供给的控制信号Vc1而生成恒定电压Vrg1的恒压生成部，并具有晶体管32作为按照从保护IC20的输出端子24a供给的控制信号Vc2而生成恒定电压Vrg2的恒压生成部。

控制信号Vc1被输入到晶体管31的控制电极（例如，栅极或者基极），控制信号Vc2被输入到晶体管32的控制电极（例如，栅极或者基极）。晶体管32的第一主电极与电源路径9a连接。晶体管32的第二主电极与作为输出恒定电压Vrg2的端子的、晶体管31的第一主电极和保护IC20的输入端子24b连接。晶体管31的第二主电极与作为输出恒定电压Vrg1的端子的、温度检测IC41的电源端子以及保护IC10的输入端子14b连接，作为晶体管31、32的具体示例，可列举MOSFET或双极型晶体管等半导体元件。

保护IC10具有生成用于控制恒压输出电路30的晶体管31的控制信号Vc1的电压控制部18，以使得经输入端子14b反馈的恒定电压Vrg1为预定的恒定电压。另外，保护IC20具有生成用于控制恒压输出电路30的晶体管32的控制信号Vc2的电压控制部28，以使得经输入端子24b反馈的恒定电压Vrg2为预定的恒定电压。电压控制部18、28的结构与图5所示的结构相同。

根据图6的结构，由于从最大电压Vin减去恒定电压Vrg1得到的差电压被晶体管31和32分压，因此，晶体管31、32能够使用耐压低的元件。另外，即使晶体管31发生短路故障，保护IC20通过控制信号Vc2使晶体管32截止，由此能够防止流过过电流，即使晶体管32发生短路故障，保护IC10通过控制信号Vc1使晶体管31截止，由此能够防止流过过电流。由此，针对晶体管31、32的短路故障的安全性提高。

以上，对本发明的优选的实施例进行了详细说明，但是本发明并不限定于上述的实施例，在不超过本发明的范围的情况下可以对上述实施例进行各种的变形、改良、置换以及组合。

例如，例示了构成二次电池70的组电池的串联数量为2个的情况，但是对于3个以上的情况也可以做同样的考虑。另外，晶体管1和晶体管2可以将图示的配置位置相互置换。

另外，上述的实施例是将充电控制用晶体管1和放电控制用晶体管2插入到负侧的电源路径9b的方式。但是，也可以是将充电控制用晶体管1和放电控制用晶体管2插入到正侧的电源路径9a的方式。

另外，上述的恒压输出电路30是输出恒定电压的降压电路，但是也可以是输出恒定电压的升压电路。

此外，上述的负载40不限定于温度检测IC，也可以是其它负载。例如，也可以是监视二次电池70的剩余容量的剩余容量IC，也可以是用于识别各个电池组的认证IC。

Claims

1.一种电池保护电路，其针对串联连接的多个二次电池的每一个而设置了电池保护IC，所述电池保护IC利用所述多个二次电池中的对应的二次电池的电压工作，所述电池保护电路的特征在于，

所述电池保护电路具备：恒压输出部，所述多个二次电池的最大电压被输入至该恒压输出部，该恒压输出部根据从所述电池保护IC的输出端子供给的控制信号而输出恒定电压。

2.根据权利要求1所述的电池保护电路，其特征在于，

所述恒压输出部具有：恒压生成部，其按照所述控制信号而生成所述恒定电压。

3.根据权利要求2所述的电池保护电路，其特征在于，

所述恒压输出部针对所述控制信号的每一个而具有所述恒压生成部。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电池保护电路，其特征在于，

所述恒压输出部在所述恒定电压超过预定值时停止所述恒定电压的输出。

5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电池保护电路，其特征在于，

所述电池保护电路具有利用所述恒定电压工作的负载。

6.根据权利要求5所述的电池保护电路，其特征在于，

所述负载包括温度检测部。

7.根据权利要求6所述的电池保护电路，其特征在于，

所述电池保护IC使用由所述温度检测部检测到的温度来保护所述多个二次电池。

8.一种电池保护装置，其特征在于，具备：

权利要求1至7中的任一项所述的电池保护电路；以及

按照所述电池保护电路的控制输出而切断流经所述多个二次电池的电流的切断部。

9.一种电池组，其特征在于，具备：

权利要求8所述的电池保护装置；以及

所述多个二次电池。