CN105203958B - 电池状态监视电路和电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电池状态监视电路和电池装置，其能够高精度地预测二次电池的剩余电量。该电池状态监视电路构成为具备二次电池的模拟等效电路，通过使在检测电阻中流动的电流流过二次电池的模拟等效电路，能够模拟地测定二次电池的开路电压。

Description

电池状态监视电路和电池装置
技术领域
本发明涉及检测二次电池的电压和异常的电池状态监视电路和电池装置，特别是涉及搭载有二次电池的剩余电量预测功能及劣化诊断功能的电池状态监视电路和电池装置。
背景技术
图5示出了具备现有的电池状态监视电路的电池装置的概要图。具备现有的电池状态监视电路的电池装置具备二次电池501、电流源511、电流源512和开关电路510。可利用电池电容502、电阻503、电阻504和电容505以等效电路来表示二次电池501。开关电路510进行动作，来切换电流源511和电流源512。电流源511和电流源512分别流动不同的电流值I1和I2的电流。
利用开关电路510来切换电流源511和电流源512，使对二次电池501充电的充电电流周期性地进行变化。并且，测定在各个时刻的二次电池的电压，求出电阻503与电阻504的电阻值。
公开了利用这些电阻值进行二次电池的寿命诊断的方法(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2000-133322号公报
但是，在现有的技术中存在以下这样的课题：必须在充电中使充电电流以规定的周期进行变化，并测定各个电压，充电器以及充电方法受到限制。另外，在二次电池使用时存在电流或电压变动的情况下，存在难以算出二次电池的内部电阻这样的课题。此外，还存在必须利用近似算式的计算来进行二次电池的寿命诊断这样的课题。
发明内容
本发明是为了解决以上这样的课题而作出的，其提供以下这样的电池状态监视电路和电池装置：无论采用哪种充电器都能够一边充电一边进行二次电池的剩余电量预测，即使在存在二次电池的电流或电压变动的情况下，在放电的同时也能够进行二次电池的剩余电量预测，另外，能够进行不依靠近似算式的二次电池的寿命诊断。
为了解决以往的课题，具备本发明的电池状态监视电路的电池装置形成为以下这样的结构。
电池状态监视电路具备：二次电池的模拟等效电路；检测电阻，其用于检测二次电池的充放电电流；电压电流变换器，其输入端子与检测电阻的两端连接，其输出端子与模拟等效电路连接，测定检测电阻两端的电压，并使与充放电电流相对应的电流在模拟等效电路中流动；第一A/D转换器，其监视第一端子的电压；第二A/D转换器，其监视模拟等效电路的开路电压；以及运算电路，其根据第一A/D转换器的输出信号和第二A/D转换器的输出信号来检测二次电池的剩余电量。
根据具备本发明的电池状态监视电路的电池装置，即使使用一般的充电器进行充电，另外即使在存在二次电池的电流或电压变动的情况下，也能够高精度地进行二次电池的剩余电量预测，另外，具有可实现二次电池的不依赖近似算式的寿命诊断这样的效果。
附图说明
图1是具备第一实施方式的电池状态监视电路的电池装置的框图。
图2是具备第一实施方式的其它例的电池状态监视电路的电池装置的框图。
图3是具备第二实施方式的电池状态监视电路的电池装置的框图。
图4是具备第二实施方式的其它例的电池状态监视电路的电池装置的框图。
图5是具备现有的电池状态监视电路的电池装置的概要图。
标号说明
101：二次电池；
11、21、111、211：电池状态监视电路；
118、119：A/D转换器；
120：运算电路；
122：电压电流变换器；
123、124：恒流电路；
126：通信电路。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本实施方式。
<第一实施方式>
图1是具备第一实施方式的电池状态监视电路的电池装置的框图。具有第一实施方式的电池状态监视电路的电池装置具备电池状态监视电路11、二次电池101、电容112、以及与充电器或负载连接的外部端子131及外部端子132。
二次电池101具备正极端子106和负极端子107。可利用电池电容102、电阻103、电阻104和电容105以等效电路来表示二次电池101。
电池状态监视电路11具备VDD端子116、VSS端子117、电容连接端子127、外部连接端子128和输出端子129。
二次电池101的负极端子107与电池状态监视电路11的VSS端子117连接，正极端子106与电池状态监视电路11的VDD端子116连接。
电容112连接在电池状态监视电路11的电容连接端子127与VSS端子117之间。
电池状态监视电路11的VDD端子116与外部端子131连接，外部连接端子128与外部端子132连接。
电池状态监视电路11具备电阻113、电阻114、电容115、A/D转换器118、A/D转换器119、运算电路120、检测电阻(センス抵抗)121、电压电流变换器122和通信电路126。A/D转换器118监视二次电池101的电压。A/D转换器119监视电容连接端子127的电压。
串联连接的电阻113和电阻114、以及与电阻114并联连接的电容115连接在电容连接端子127与电压电流变换器122的输出端子之间。检测电阻121连接在外部连接端子128与VSS端子117之间。检测电阻121的两端与电压电流变换器122的第一输入端子和第二输入端子连接。A/D转换器118的输入端子与VDD端子116连接。A/D转换器119的输入端子与电容连接端子127连接。运算电路120的第一输入端子与A/D转换器118的输出端子连接，第二输入端子与A/D转换器119的输出端子连接。通信电路126的输入端子与运算电路120的输出端子连接，通信电路126的输出端子与电池状态监视电路11的输出端子129连接。虽未图示，但VDD端子116和VSS端子117分别与电压电流变换器122等的正负电源端子连接。
接着，说明第一实施方式的电池状态监视电路的动作。
电容112、电阻113、电阻114和电容115构成与二次电池101的等效电路相同的电路。
将电池电容102的电容值设为Cbat，将电阻103的电阻值设为Rb1，将电阻104的电阻值设为Rb2，将电容105的电容值设为Cb。将电容112的电容值设为Cmdb，将电阻113的电阻值设为Rmd1，将电阻114的电阻值设为Rmd2，将电容115的电容值设为Cmd。当电池电容Cbat与电容Cmdb处于Cmdb÷Cbat＝N(N为常数)的关系时，将其它元件设定为Cmd＝Cb×N、Rmd1＝Rb1÷N、Rmd2＝Rb2÷N。当将向二次电池101流动的电流设为Ibat时，设定为Imd＝Ibat×N。充电电流与放电电流的符号是相反的关系。电流Imd是在电压电流变换器122的输出端子与VSS端子117之间流动的电流。
充电电流Ibat从外部端子131向二次电池101流动，并从VSS端子117经由检测电阻121向外部连接端子128流动，然后向外部端子132流动。只要测定VSS端子117与外部连接端子128的端子之间的电阻值Rs，就能够获得检测电阻121的电阻值。因此，只要利用电压电流变换器122测定检测电阻121的两端的电压Vs，就能够知晓电流Ibat的值(Vs/Rs)，并能够算出电流Imd。电压电流变换器122可借助电流Imd经由电阻114和电阻113向电容112进行充电或放电。通过这样进行动作，可利用电池状态监视电路11和电容112模拟地进行二次电池101的充放电。
因此，只要通过A/D转换器119测定电容连接端子127的电压时，就能够模拟地获得二次电池101的电池电容102的电压值(开路电压)。然后，将该测定值输入运算电路120。运算电路120存储着二次电池101的开路电压的上限值和下限值，通过将这些值和测定值在运算电路120中进行比较并计算，可进行二次电池101的剩余电量预测。该剩余电量预测值经由通信电路126向输出端子129输出，并发送到例如与外部连接的设备。
这里，为了高精度地进行剩余电量预测，例如只要选择为使电容112具有与电池电容102类似的特性、使电容115具有与电容105类似的特性既可。另外，只要选择为使电阻113具有与电阻103类似的特性、使电阻114具有与电阻104类似的特性既可。
此外，虽未图示，但可利用开关电路将A/D转换器119的输入端子切换为与电容连接端子127和电阻114的第二端子连接。这样，能够检测出二次电池101的由经时变化所引起的内部阻抗的增加。因此，通过利用该检测结果校正电容112的电压，能够精度更高地进行剩余电量预测。
另外，能够利用A/D转换器118来测定二次电池101的电压。也能够测定二次电池101在无负载时的电压和在电流流动时的电流与电压，利用运算电路来计算电阻103与电阻104的电阻值并预先存储到运算电路中。将该电阻值与初始值相比，能够判断出作为二次电池的内部电阻的电阻103和电阻104的劣化程度。
另外，也能够利用运算电路120来比较A/D转换器118所测定出的二次电池101在无负载时的电压和A/D转换器119所测定出的电容连接端子127的电压。
另外，虽未图示，但也可以搭载温度测定电路并使运算电路120具备温度信息，还可以对Imd、作为可变电阻的电阻114或作为可变电阻的电阻113进行已考虑了温度特性变化的校正。
另外，检测电阻121即可以内置于电池状态监视电路11中，也可以由外置部件构成。
图2是具备第一实施方式的其它例的电池状态监视电路的电池装置的框图。可在像这样在VDD端子116与电容连接端子127之间设置开关电路212。
在这样构成的电池状态监视电路21中，在没有向二次电池101流动充放电电流时使开关电路212短路，在开关电路212短路的期间，能够使电容112的电压与二次电池101的电压相等。
其它的动作与图1的电池状态监视电路11相同，因此，能够高精度地预测二次电池101的剩余电量。
此外，开关电路212可以以任意的周期反复进行开路和短路。
如以上所说明的那样，根据具备第一实施方式的电池状态监视电路的电池装置，仅通过测定电容连接端子127的电压值就能够高精度地预测二次电池101的剩余电量。
<第二实施方式>
图3是具备第二实施方式的电池状态监视电路的电池装置的框图。以下，对与第一实施方式的电池状态监视电路的区别进行说明。
电池状态监视电路111还具备恒流电路123和恒流电路124。运算电路120还具备第二输出端子和第三输出端子。
恒流电路123连接于VDD端子116与电容连接端子127之间，运算电路120的第二输出端子与控制端子连接。恒流电路124连接于电容连接端子127与VSS端子117之间，运算电路120的第三输出端子与控制端子连接。
接着，说明第二实施方式的电池状态监视电路的动作。
关于二次电池101的等效电路的模拟电路，由于与第一实施方式的电池状态监视电路相同，因此省略说明。
运算电路120对A/D转换器118所测定出的二次电池101在无负载时的电压和A/D转换器119所测定出的电容112的电压进行比较。此时，在所比较的电压中具有差异的情况下，运算电路120控制恒流电路123和恒流电路124，使电容112的电压与二次电池101在无负载时的电压相等。通过这样的结构，电池状态监视电路111能够高精度地预测二次电池101的剩余电量。
图4是具备第二实施方式的其它例的电池状态监视电路的电池装置的框图。也可以像这样在VDD端子116与电容连接端子127之间设置开关电路212。
在这样构成的电池状态监视电路211中，在没有向二次电池101流动充放电电流时使开关电路212短路，在开关电路212短路的期间，能够使电容112的电压与二次电池101的电压相等。
其它的动作与图3的电池状态监视电路111相同，因此，能够精度更高地进行二次电池101的剩余电量预测。
此外，开关电路212可以以任意的周期反复进行开路和短路。
如以上所说明的那样，根据具备第二实施方式的电池状态监视电路的电池装置，仅通过测定电容连接端子127的电压值就能够高精度地求出二次电池101的剩余电量预测。
此外，虽未图示，第一实施方式和第二实施方式的电池状态监视电路具备对二次电池101的电压进行监视的保护电路，也可以构成为对未图示的设置在充放电路径上的充放电控制开关进行控制，来防止二次电池101的过充电或过放电。
如以上所说明的那样，根据具备本发明的电池状态监视电路的电池装置，仅通过测定电容连接端子127的电压值，就能够高精度地实现二次电池101的剩余电量预测，进而能够提高安全性。

Claims (5)

1.一种电池状态监视电路，其对与第一端子和第二端子连接的二次电池的充放电进行监视，并检测所述二次电池的剩余电量，
该电池状态监视电路的特征在于，
该电池状态监视电路具备：
所述二次电池的模拟等效电路；
检测电阻，其用于检测所述二次电池的充放电电流；
电压电流变换器，其输入端子与所述检测电阻的两端连接，其输出端子与所述模拟等效电路连接，测定所述检测电阻两端的电压，并使与所述充放电电流相对应的电流在所述模拟等效电路中流动；
第一A/D转换器，其监视所述第一端子的电压；
第二A/D转换器，其监视所述模拟等效电路的开路电压；以及
运算电路，其根据所述第一A/D转换器的输出信号和所述第二A/D转换器的输出信号来检测所述二次电池的剩余电量。
2.根据权利要求1所述的电池状态监视电路，其特征在于，
所述模拟等效电路具备：
第一电容，其一个端子与所述第二端子连接；
第一电阻及第二电阻，它们串联连接于所述第一电容的另一个端子与所述电压电流变换器的输出端子之间；以及
第二电容，其与所述第二电阻并联连接，
所述第二A/D转换器测定所述第一电容的另一个端子的电压。
3.根据权利要求2所述的电池状态监视电路，其特征在于，
所述电池状态监视电路具备：
第一恒流电路，其连接于所述第一端子与所述第一电容的另一个端子之间；和
第二恒流电路，其连接于所述第一电容的另一个端子与所述第二端子之间。
4.根据权利要求2所述的电池状态监视电路，其特征在于，
在所述第一端子与所述第一电容的另一个端子之间具备开关电路。
5.一种电池装置，其特征在于，
所述电池装置具备：
权利要求1至4中的任意一项所述的电池状态监视电路；和
所述二次电池。
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