CN103545859A - 电池组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电池组，能够以简单的构成将电池可靠地充电到所希望的充电电压电平，并可靠地保护各单元不受过充电影响。电池组（1）具备：由串联连接的多个电池单元（6、7、8、9）构成的电池（11）；连接在该电池（11）的正极与负极之间，并用于进行电池（11）整体的放电的放电电阻（19）；以及放电用开关（17）。第2保护IC（13）分别监视各电池单元（6～9）的单元电压，对是否达到了规定的过充电检测阈值进行检测，在至少一个单元电压达到了过充电检测阈值的情况下，使放电用开关（17）导通来使电池（11）放电。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及具备由串联连接的多个电池单元构成的电池的电池组。

背景技术

作为电池组，公知有一种具备对串联连接的多个电池单元（以下也简称为“单元”）各自的电压（单元电压）进行监视，来保护各单元不受过电压影响的过电压保护功能的电池组（例如参照专利文献1）。

作为具体的保护功能，如在专利文献1中记载那样，一般是设置保护电路，通过该保护电路对充电中的各单元的单元电压逐个监视，若单元电压成为过电压检测电压则强制使充电停止这一功能。

【专利文献1】日本特开2010－246225号公报

作为用于在充电时保护各单元不受过电压影响的阈值的保护电压（相当于上述的过电压检测电压）被设定为如果正常进行充电则通常不会到达该值那样的电压，该保护电压不能设为过于接近电池充电完成时（例如满充电时）的单元电压（以下称为“充电完成单元电压”）的值，需要设定成比充电完成单元电压高某一程度的值。其原因在于，如果保护电压接近于充电完成单元电压，则由于构成保护电路的电子部件的误差、电路整体的各种误差等各种原因，有可能与实际尚未达到充电完成单元电压无关地判断为达到了保护电压而强制停止充电。

因此，为了在考虑了上述各种误差等的基础上将各单元可靠地充电到充电完成单元电压，保护电压不能设为太低的值，必须设定为比充电完成单元电压高某一程度的电压。

但是，如果提高保护电压，则根据值的不同而有可能接近于不能充分保护单元的区域（或者进入该区域）。假设保护电压过高而进入无法充分保护单元的区域，则即使基于该保护电压使充电强制停止，由于单元电压也被维持在该高保护电压的状态，所以不希望如此。

即，将各单元充电到充电完成单元电压（进而将电池可靠地充电到所希望的充电电压电平）、与可靠地保护各单元不受过充电影响存在相互制约的关系，很难设定同时满足两者那样的恰当的保护电压。

发明内容

本发明鉴于上述课题而提出，其目的在于，能够通过简单的构成将电池可靠地充电到所希望的充电电压电平，同时能够可靠地保护各单元不受过充电影响。

为了解决上述课题，本发明的电池组具备：由串联连接的多个电池单元构成的电池；连接在该电池的正极与负极之间，并用于进行电池整体的放电的放电部；分别监视各电池单元的电压，检测是否达到了规定的过充电检测阈值的过充电检测部；在由该过充电检测部检测为至少一个电池单元的电压达到了过充电检测阈值的情况下，使放电部开始对电池进行放电的放电控制部。

在这样构成的本发明的电池组中，由于当至少一个电池单元的电压达到过充电检测阈值后，电池组整体放电，所以能够使该电池单元的电压迅速且可靠地降低。因此，不必一定需要将过充电检测阈值设为与各电池单元通常充电时的充电电压接近的值，可以设定为比通常充电电压高某种程度的值。之所以将过充电检测阈值继续维持该值是因为即使设定为不希望那样的高的值，在本发明中也不被维持在该高的值，而是在达到了该高的值后迅速放电来降低电压。

并且，本发明的电池组是不以电池单元单位进行放电，而通过放电部使电池整体放电的构成。因此，与构成为以电池单元单位进行放电的情况相比，能够以简单的构成实现放电。

因此，根据本发明的电池组，不仅能够以简单的构成使电池可靠地充到所希望的充电电压电平（通常充电电压），而且能够可靠地保护各电池单元不受过充电影响。

当达到了过充电检测阈值被检测出的电池单元的电压在放电部开始对电池进行放电之后，变为比过充电检测阈值低的规定的放电解除阈值以下时，放电控制部使放电停止。

通过适当设定放电解除阈值，即使产生过充电状态（电池单元的电压达到过充电检测阈值的状态）而进行电池的放电，也能够根据需要充分地抑制放电量，可将电池电压保持为恰当的电平（例如接近于满充电的电平）。

本发明的电池组还具备：充电停止电压检测部，其分别监视各电池单元的电压，对是否达到了比过充电检测阈值低的规定的充电停止阈值进行检测；和充电停止信号输出部，其在通过该充电停止电压检测部检测出至少一个电池单元的电压达到了充电停止阈值的情况下，输出表示以上述达到了充电停止阈值这一情形的规定的充电停止信号。

根据这样构成的电池组，由于在电池单元的电压达到了充电停止阈值的情况下输出充电停止信号，所以例如若在进行电池的充电的充电装置侧从电池组接收到充电停止信号，则能够进行使电池的充电停止等控制。

即，能够在比以过充电检测阈值为基准对电池单元进行保护靠前的阶段，以充电停止阈值为基准保护电池单元这一双重保护。而且，通过如此实现双重保护，能够防止不必要地进行通过放电部所进行的电池保护动作。

即，通常能够实现电池单元的电压不超过充电停止阈值，并且在因某些异常不输出充电停止信号（或者与输出充电停止信号无关）而使得电池单元的电压超过充电停止阈值进一步上升的情况下，使放电部动作来进而保护而不受过充电影响这一功能。

另外，在如上述那样构成为具备充电停止电压检测部和充电停止信号输出部，并且达到了过充电检测阈值被检测出的电池单元的电压如果在放电部开始对电池进行放电后变为规定的放电解除阈值以下则使放电停止时，放电解除阈值可设定为比充电停止阈值低的值。

通过如此将放电解除阈值设定为比充电停止阈值低的值，能够使处于过充电状态的电池单元充分放电，可防止该电池单元的电压被保持为充电停止阈值以上的值。因此，能够更可靠地保护各电池单元不受过充电影响。

附图说明

图1是表示实施方式的电池组以及充电器的概略结构的构成图。

图2是表示通过各保护IC进行的单元电压的保护动作例的说明图。

附图标记说明：

1…电池组，3…充电器，6～9…单元，11…电池，12…第1保护IC，13…第2保护IC，16…完成信号输出开关，17…放电用开关，18…过充电信号输出开关，19…放电电阻，21、41…正极侧端子，22、42…负极侧端子，23…完成信号输出端子，24…过充电信号输出端子，31…充电用电源电路，32…电流检测电路，33…充电控制部，34…显示部，43…完成信号输入端子，44…过充电信号输入端子。

具体实施方式

以下，基于附图对本发明的优选实施方式进行说明。

如图1所示，电池组1是在内部搭载有电池（二次电池）11的设备，构成为能够通过与充电器3连接来从充电器3对电池11进行充电。其中，图1表示了电池组1被安装于充电器3，两者电连接的状态。

电池组1能够安装到未图示的电动工具等各种电气设备并从其上卸下，被用作这些电动工具等的动作用电源。

电池组1如图1所示，具备电池11、第1保护IC12、第2保护IC13、完成信号输出开关16、放电用开关17、过充电信号输出开关18、放电电阻19、正极侧端子21、负极侧端子22、完成信号输出端子23以及过充电信号输出端子24。

电池11通过多个（在本实施方式中为4个）单元（电池单元）6、7、8、9串联连接而构成。本实施方式的各单元6、7、8、9是单体通常产生约3.6V的直流电压的锂离子二次电池。因此，电池11整体的额定电压为直流14.4V。此外，图1所示的电池11的构成只是一个例子，构成电池11的各单元的数量、连接状态、电压等并不限定于图1的构成。

电池11的正极（最高电位侧的单元6的正极）与正极侧端子21连接，电池11的负极（最低电位侧的单元9的负极）与负极侧端子22连接。

第1保护IC12分别监视构成电池11的各单元6～9的各电压（单元电压），检测是否达到了第1保护电压Vp1（例如4.25V）。而且，在只要任意一个单元电压达到了第1保护电压Vp1的情况下，通过使完成信号输出开关16导通，从完成信号输出端子23输出完成信号。

完成信号输出开关16由N沟道型MOSFET构成，栅极与第1保护IC12连接，源极与地连接，漏极与完成信号输出端子23连接。

对完成信号输出开关16而言，通常栅极被施加Low（低）电平的电压而处于截止状态。另一方面，若只要任意一个单元电压达到了第1保护电压Vp1，则从第1保护IC12对完成信号输出开关16的栅极施加High（高）电平的电压，由此完成信号输出开关16导通。由此，对于从完成信号输出端子23观察电池组1内部的阻抗而言，在完成信号输出开关16截止时成为与地绝缘的高阻抗，与此相对，在完成信号输出开关16导通时成为与地连接的低阻抗。该低阻抗状态作为完成信号被输出给充电器3。

此外，详细内容将后述，在利用充电器3对电池11开始充电后，如果任意的单元电压达到第1保护电压Vp1而从电池组1输出完成信号，则充电器3使电池11的充电停止。因此，通常各单元的单元电压不会超过第1保护电压Vp1而进一步上升。

第2保护IC13分别监视构成电池11的各单元6～9的各电压（单元电压），检测是否达到了比上述的第1保护电压Vp1高的第2保护电压Vp2（例如4.3V）。而且，在只要任意一个单元电压达到了第2保护电压Vp2的情况下，通过使过充电信号输出开关18导通，从过充电信号输出端子24输出过充电信号。

过充电信号输出开关18由N沟道型MOSFET构成，栅极与第2保护IC13连接，源极与地连接，漏极与过充电信号输出端子24连接。

另外，第2保护IC13在只要任意一个单元电压达到了第2保护电压Vp2的情况下，通过使放电用开关17导通，来使电池11放电。放电用开关17也由N沟道型MOSFET构成，栅极与第2保护IC13连接，源极与地连接，漏极经由放电电阻19与电池11的正极连接。放电电阻19是一端与放电用开关17的漏极连接、另一端与电池11的正极连接的电阻元件。因此，如果放电用开关17导通，则从电池11经由放电电阻19以及放电用开关17流过电流，由此进行电池11的放电。

放电用开关17以及过充电信号输出开关18通常栅极被施加Low电平的电压而处于截止状态。另一方面，如果只要任意一个单元电压达到第2保护电压Vp2，则从第2保护IC13对放电用开关17以及过充电信号输出开关18的各栅极施加High电平的电压，使得放电用开关17以及过充电信号输出开关18都导通。

由此，如上述那样从电池11经由放电电阻19进行放电。另外，对于从过充电信号输出端子24观察电池组1内部的阻抗而言，在过充电信号输出开关18截止时成为与地绝缘的高阻抗，与此相对，在过充电信号输出开关18导通时成为与地连接的低阻抗。该低阻抗状态作为过充电信号向充电器3输出。

另外，在因任意的单元电压达到了第2保护电压Vp2而开始了电池11的放电后，当该单元电压变为第2保护解除电压Vr以下时，第2保护IC13使放电用开关17截止而停止电池11的放电。该第2保护解除电压Vr当然是比第2保护电压Vp2低的值，在本实施方式中，被设定为比第1保护电压Vp1低的值（例如4.1V）。

此外，有可能在充电时多个单元的单元电压同时达到第2保护电压Vp2。该情况下，在该同时达到了第2保护电压Vp2的多个单元全部变为第2保护解除电压Vr以下时，第2保护IC13使电池11的放电停止。

各开关16、17、18在本实施方式中都设为MOSFET，但由MOSFET构成各开关16、17、18只是一个例子。

接下来，对充电器3进行说明。充电器3如图1所示，具备充电用电源电路31、电流检测电路32、充电控制部33、显示部34、正极侧端子41、负极侧端子42、完成信号输入端子43以及过充电信号输入端子44。

充电用电源电路31是基于来自未图示的整流电路的整流输出，生成流向电池11的直流充电电力的开关电源电路，被充电控制部33驱动控制。其中，未图示的整流电路对从工业电源等交流（AC）电源供给的交流电压进行整流。

电流检测电路32被设在从负极侧端子42到充电用电源电路31的正、负各输出端子（省略图示）中的负极端子的通电路径上，对在该通电路径中流过的电流、即被充给电池11的充电电流进行检测。本实施方式的电流检测电路32主要由设在从负极侧端子42到充电用电源电路31的负极端子的通电路径上的分流电阻构成，将该分流电阻的电压作为表示电流的检测值向充电控制部33输出。

充电控制部33通过基于电池组1的电池11的电压（电池电压）、由电流检测电路32检测出的电流（充电电流）等对充电用电源电路31进行驱动控制，来控制向电池11充电的充电模式（充电电流、充电电压等）。

更具体而言，在本实施方式中，充电控制部33通过所谓的CVCC（恒流恒压）充电来控制电池11的充电。即，在电池电压达到规定的充电电压（例如16.6V）之前，执行以一定的充电电流进行充电的CC充电。然后，若电池电压达到了规定的充电电压，则切换成在保持该充电电压的同时控制充电电流来进行充电的CV充电。然后，在规定的充电完成条件成立时，停止充电。

另外，当在电池11的充电过程中从电池组1输入了完成信号时（即从完成信号输入端子43输入了Low电平的完成信号时），即使充电尚未完成，充电控制部33也使电池11的充电强制停止。即，在因任意的单元电压达到了第1保护电压Vp1而被从电池组1输入了完成信号时，为了保护该单元，使充电停止。因此，可以说第1保护IC12是按照各单元的单元电压不超过第1保护电压Vp1的方式来保护各单元所用的保护手段。

基于该第1保护IC12，通常单元电压不会达到第2保护电压Vp2，不进行第2保护IC13所进行的电池11的放电以及过充电信号输出。

但是，有可能例如因第1保护IC12的异常、完成信号输出开关16的异常等某些原因，与单元电压达到了第1保护电压Vp1无关，处于不能从电池组1向充电器3输出完成信号的状态。

鉴于此，作为针对这样的异常状态的双重保护，设置了第2保护IC13，通过该第2保护IC13保护单元电压不超过第2保护电压Vp2。

即，在单元电压达到了第2保护电压Vp2的情况下，如上所述，在电池组1中进行电池11的放电以及过充电信号的输出。而且，在充电器3中，若从电池组1接收到过充电信号（即被从过充电信号输入端子44输入了Low电平的过充电信号时），则即使充电尚未完成，也使电池11的充电强制停止。即，在因任意的单元电压达到了第2保护电压Vp2而被从电池组1输入了过充电信号时，为了保护该单元，使充电停止。因此，可以说第2保护IC13是即使任意的单元电压超过第1保护电压Vp1，也按照不超过第2保护电压Vp2的方式保护各单元用的双重保护用保护手段（第二保护）。

此外，充电控制部33在被从电池组1输入了过充电信号时，还进行基于显示部34的错误显示。显示部34例如由LED或液晶显示面板等各种发光/显示器件构成。

接下来，利用图2对电池组1的充电过程中的单元电压的变化例进行说明。在图2中，用虚线表示的波形是在电池1整体的充电完成之前某个单元的单元电压达到第1保护电压Vp1的情况、且可正常进行完成信号输出的正常状态的单元电压的变化例。另一方面，用实线表示的波形是因某种原因而成为无法输出完成信号的异常状态，在电池1整体的充电完成之前某个单元的单元电压达到第2保护电压Vp2时的单元电压的变化例。

如图2中用虚线表示那样，在完成信号可被正常输出的状态时，如果在充电过程中任意的单元电压达到第1保护电压Vp1，则通过第1保护IC12的动作从电池组1向充电器3输出完成信号。由此，由于通过充电器3对电池11的充电被停止，所以该单元电压不会进一步超过第1保护电压Vp1，而被维持为第1保护电压Vp1。

另一方面，如图2中用实线表示那样，在完成信号无法被正常输出的异常时，假设即使在充电过程中任意的单元电压达到了第1保护电压Vp1，充电也被继续进行。因此，导致该单元电压超过第1保护电压Vp1进一步上升。

但是，由于若该单元电压达到第2保护电压Vp2，则如前述那样强制停止充电，并且利用第2保护IC13进行电池11的放电，所以该单元电压缓慢降低。而且，若该达到了第2保护电压Vp2的单元的单元电压变为第2保护解除电压Vr以下，则第2保护IC13使电池11的放电停止。因此，虽然上升到第2保护电压Vp2的单元的单元电压通过电池11的放电缓慢降低，但在达到了第2保护解除电压Vr时停止放电。因此，被维持为该第2保护解除电压Vr。

当假设在充电时多个单元的单元电压同时达到了第2保护电压Vp2时，如上所述，在该多个单元全部变为第2保护解除电压Vr以下时停止电池11的放电。其中，当在充电时因任意单元达到了第2保护电压Vp2而开始电池11的放电时，通过使该单元在变为第2保护解除电压Vr以下之前放电，一般全部的单元变为第2保护解除电压Vr以下。

这样，本实施方式的电池组1构建了由第1保护IC12以及第2保护IC13构成的双重过充电保护。在这样的双重保护构成的情况下，以往存在无法将第2保护电压Vp2设定得高这一问题。但在本实施方式中，如果任意的单元电压达到了第2保护电压Vp2，则不仅使充电停止，而且使电池11整体放电，由此降低该单元电压。即，单元电压不被原样维持第2保护电压Vp2。因此，能够将第2保护电压Vp2设定为更高的值。换言之，即使较高地设定第1保护电压Vp1，也能够针对该第1保护电压Vp1更高地设定恰当的值的第2保护电压Vp2。

因此，根据本实施方式的电池组1，不仅能够以简单的构成将电池可靠地充到所希望的充电电压电平（通常充电电压），而且能够可靠地保护各单元不受过充电影响。

此外，在使电池11放电时，例如也可考虑按每个单元设置放电电路，来分别独立放电的方法。但是，在这样的方法中，放电电路的构成在整体上变得复杂，部件个数也变多，放电用的控制复杂。

与此相对，在本实施方式中，采用了使电池11整体放电这一简易的构成。因此，能够廉价地实现对各单元的单元电压进行监视的功能，进而可抑制电池组1整体的成本上升。

另外，在第2保护IC13开始对电池11进行放电后，当达到了第2保护电压Vp2的单元的电压变为第2保护解除电压Vr以下时，停止放电。因此，通过将第2保护解除电压Vr设定为恰当的值，即使因过充电而进行电池11的放电，也能够根据需要充分抑制放电量，可将各单元的电压保持为恰当的电平（例如接近于满充电的电平）。

另外，在本实施方式中，通常在单元电压达到第2保护电压Vp2之前达到了第1保护电压Vp1的时刻输出完成信号，由此停止充电。通过构建这样的双重保护，能够防止不必要地进行第2保护IC13对电池11进行的放电。

其中，在本实施方式中，放电电阻19以及放电用开关17相当于本发明的放电部的一个例子，第2保护IC13相当于本发明的过充电检测部以及放电控制部的一个例子，第1保护IC12相当于本发明的充电停止电压检测部的一个例子，第1保护电压Vp1相当于本发明的充电停止阈值的一个例子，第2保护电压Vp2相当于本发明的过充电检测阈值的一个例子，第2保护解除电压Vr相当于本发明的放电解除阈值的一个例子。另外，由第1保护IC12以及完成信号输出开关16构成本发明的充电停止信号输出部的一个例子。

［变形例］以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明的实施方式并不限定于上述实施方式，只要属于本发明的技术范围，当然能够采用各种方式。

例如，在上述实施方式中，将第1保护电压Vp1设为4.25V，将第2保护电压Vp2设为4.3V，将第2保护解除电压Vr设为4.1V，但这些电压值当然只是一个例子。

另外，在上述实施方式中，将第2保护解除电压Vr设定为比第1保护电压Vp1低的值，但这并不是必须的，也可以将第2保护解除电压Vr设定为第1保护电压Vp1以上的值。即，第2保护解除电压Vr能够在比第2保护电压Vp2低的范围内适当设定。

不过，不希望以超过了第1保护电压Vp的状态维持单元电压。因此，优选在第1保护电压Vp1以下的范围内设定第2保护解除电压Vr。

另外，在上述实施方式中，采用了通过放电用开关17以及放电电阻19进行电池11的放电的构成，但这样的构成只是一个例子，只要能够使电池11整体放电，则考虑各种其具体的构成。

另外，也可以通过个人电脑的软件处理来实现第1保护IC12以及第2保护IC13的各功能中的至少一部分或者全部。

另外，本发明的应用不限定于向具备双重保护功能的电池组1的应用。例如，也可以对不具备第1保护IC12但具备第2保护IC13的功能的电池组应用本发明。

Claims (4)

1.一种电池组，其特征在于，具备：

由串联连接的多个电池单元构成的电池；

连接在上述电池的正极与负极之间，并用于进行上述电池整体的放电的放电部；

分别监视上述各电池单元的电压，对是否达到了规定的过充电检测阈值进行检测的过充电检测部；和

在通过上述过充电检测部检测出至少一个上述电池单元的电压达到了上述过充电检测阈值的情况下，使上述放电部开始对上述电池进行放电的放电控制部。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，

当达到了上述过充电检测阈值被检测出的上述电池单元的电压在使上述放电部开始对上述电池进行放电之后，变为比上述过充电检测阈值低的规定的放电解除阈值以下时，上述放电控制部使上述放电停止。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的电池组，其特征在于，具备：

充电停止电压检测部，其分别监视上述各电池单元的电压，对是否达到了比上述过充电检测阈值低的规定的充电停止阈值进行检测；和

充电停止信号输出部，其在通过上述充电停止电压检测部检测出至少一个上述电池单元的电压达到了上述充电停止阈值的情况下，输出表示上述达到了上述充电停止阈值这一情形的规定的充电停止信号。

4.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，具备：

充电停止电压检测部，其分别监视上述各电池单元的电压，对是否达到了比上述过充电检测阈值低的规定的充电停止阈值进行检测；和

充电停止信号输出部，其在通过上述充电停止电压检测部检测出至少一个上述电池单元的电压达到了上述充电停止阈值的情况下，输出表示上述达到了上述充电停止阈值这一情形的规定的充电停止信号；

上述放电解除阈值被设定为比上述充电停止阈值低的值。

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