CN116830417A - 具备电池单元的电源 - Google Patents

Abstract

通过简单的电路结构将SCP的熔丝元件可靠地熔断来切断电流。具备电池单元的电源通过控制电路(7)对开关(6)进行接通断开控制，所述开关(6)将与电池单元(1)串联连接且在异常状态下切断充放电电流的SCP3与电池单元(1)连接。电池单元(1)具备串联连接的多个单电池(2)，SCP3具备串联连接于电池单元(1)的输出侧的熔丝元件(4)和熔断熔丝元件(4)的加热器(5)，开关(6)具备将一个端子连接于加热器(5)而将另一个端子连接于电池单元(1)的不同电压端子(11)而成的多个开关元件(10)，控制电路(7)利用选择电路(9)选择利用电压检测电路(8)的检测电压切换为接通状态的开关元件(10)，接通状态的开关元件(10)将电池单元(1)连接于加热器(5)而熔断熔丝元件(4)。

Description

具备电池单元的电源

技术领域

本发明涉及与电池单元串联地连接SCP(自控制保护器)的电源。

背景技术

具备电池单元的电源在输出侧连接SCP，在异常时由SCP切断电流。SCP具备与电池单元串联连接的熔丝元件和利用焦耳热对该熔丝元件进行加热而熔断的加热器。加热器与熔丝元件接近热耦合状态地配置，经由开关与电池单元连接，以焦耳热发热。开关在电池、负载侧的异常时被切换为接通状态。接通状态的开关从电池单元向加热器供给电力而使加热器发热。加热器从电池单元被供给电力而发热，但若从电池单元向加热器的供给电力过小，则由加热器的焦耳热引起的发热量小，无法将熔丝元件加热至熔断温度而熔断，相反，若来自电池单元的供给电力过大，则烧损而无法加热熔丝元件来熔断。该保护元件为了将异常时向加热器供给的电力作为设定范围可靠地熔断熔丝元件来切断电流输出，要求将从电池单元向加热器供给的电力设为设定范围。

串联连接多个单电池的电池单元被充电而电压上升，被放电而电压降低，电压变动。特别是由于充放电容量大，因此在各种用途中多种多样的锂离子二次电池，相对于剩余容量的电压变动大，在充满电而剩余容量接近100％的电池单元和放电至剩余容量接近0％的电池单元中电压大幅变化，因此产生电池单元与加热器连接而供给电力大幅变化的弊端。

例如，将熔断熔丝元件的加热器的工作电压设为43.7～62V的SCP(SFK-5045x)市售。该SCP与串联连接14个单电池的电池单元连接，当从电池单元向加热器供给电压时，成为加热器的工作电压范围的单电池的电压为3.15～4.35V。因此，若电池单元的单电池电压成为3.15V以下，则无法熔断SCP，在单电池电压降低至3V以下的状态下，无法熔断SCP而禁止电池组的充放电。

为了防止以上的弊端，开发了从电池单元经由恒流电路向加热器供给电力的电源。(专利文献1)

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2019-208319号公报

发明内容

-发明所要解决的课题-

从电池单元经由恒流电路向SCP的加热器供给电力的电源与电池单元的电压变动无关，能够以恒定的电流使加热器发热，因此即使电池单元的电压变化，也能够使加热器的发热量固定。这是因为，通过电流的平方与加热器的电阻之积来确定使加热器发热的焦耳热。因此，经由恒流电路从电池单元向加热器通电的电源能够在优选的状态下对加热器进行加热而熔断熔丝元件，但恒流电路使电池单元的电压因半导体元件的内部电阻的电压下降而降低，将输出电压保持为固定值，因此使电压降低的电路、例如晶体管、FET等半导体元件的内部电阻因焦耳热而发热。半导体元件的发热与电流的平方和内部电阻的积成比例地增大，但在一般的SCP中，熔断熔丝元件所需的加热器电流为数A左右，进而由于内部电阻而降低电池单元的电压，因此，在直至熔断熔丝元件为止的短时间的驱动中，若考虑发热，则恒流电路的电路规模变大，进而电路构成也存在变得复杂的缺点。

本发明的目的是为了消除以上的缺点而开发的，本发明的重要目的在于提供一种具备电池单元的电源，能够以简单的电路结构将SCP的熔丝元件可靠地熔断来切断电流。

-用于解决课题的手段-

本发明的一个方式所涉及的具备电池单元的电源具备：电池单元；SCP即自控制保护器，与电池单元串联连接，在异常状态下切断充放电电流；开关，将SCP与电池单元连接；以及控制电路，对开关进行接通断开控制。电池单元具备互相串联连接的多个单电池。SCP具备：熔丝元件，串联连接在电池单元的输出侧；以及加热器，与电池单元连接，以焦耳热发热，从而熔断所述熔丝元件。开关具备：将一个端子连接于加热器，将另一个端子与电池单元的电压不同的多个不同电压端子连接的多个开关元件。控制电路具备：电压检测电路，检测电池单元或者单电池的电压；以及选择电路，根据电压检测电路的检测电压，选择切换为接通状态的开关元件，在异常状态下，选择电路选择切换为接通状态的开关元件，接通状态的开关元件将电池单元与加热器连接而将熔丝元件熔断。

-发明效果-

具备以上的电池单元的电源能够以简单的电路结构将SCP的熔丝元件可靠地熔断来切断电流。

附图说明

图1是具备本发明的一个实施方式所涉及的具备电池单元的电源的概要结构图。

具体实施方式

具备本发明的实施方式的电池单元的电源具备：电池单元；SCP(自控制保护器)，与电池单元串联连接，在异常状态下切断充放电电流；开关，将SCP与电池单元连接而成；以及控制电路，其对开关进行接通断开控制，电池单元具备相互串联连接而成的多个单电池，SCP具备：熔丝元件，与电池单元的输出侧串联连接；以及加热器，与电池单元连接，利用焦耳热发热而将熔丝元件熔断，开关具备多个开关元件，该开关元件将一个端子与加热器连接，将另一个端子与电池单元的电压不同的多个不同电压端子连接而成，控制电路具备：电压检测电路，检测电池单元或者单电池的电压；以及选择电路，利用电压检测电路的检测电压来选择切换为接通状态的开关元件，在异常状态下选择电路选择切换为接通状态的开关元件，接通状态的开关元件将电池单元与加热器连接而将熔丝元件熔断。

以上的电源与电池单元、单电池的电压变化对应地选择将加热器与电池单元连接的不同电压端子，因此即使在电池单元、单电池的电压变动的状态下，也能够将从电池单元向加热器供给的电压作为设定范围，利用电池单元加热加热器而可靠地熔断熔丝元件。由于电池单元将多个单电池串联连接，因此串联连接单电池的连接点的电压从电池单元的负侧朝向正侧成为单电池电压的整数倍的电压。单电池电压因剩余容量而变化，因此并不固定，但不同电压端子的电压从负侧朝向正侧的连接点而逐渐变高。例如，在将10个单电池串联连接的电池单元中，总电压为单电池电压的10倍，位于中间的连接点的不同电压端子的电压为5倍，因此在单电池电压降低至最大电压的1/2的状态下，将电池单元的总电压经由开关元件供给至加热器，在单电池电压上升至最大电压的状态下，能够从与中间的连接点的不同电压端子连接的开关元件向加热器通电而向加热器供给相同的电压。

以上的电源例如使用将熔断熔丝元件的加热器的工作电压设为22.3～31.5V的SCP(SFK3045x)，选择第一～第三开关元件，使得利用单电池的电压从7串的单电池、9串的单电池、12串的单电池向加热器供给电压而成为接通状态，将加热器的工作电压设定在以上的范围内而能够熔断熔丝元件。

第一开关元件在将单电池电压设为3.2～4.35V的范围内从7串单电池向加热器供给电压。在以上的单电池电压下，加热器的供给电压成为22.4～30.45V。

第二开关元件在将单电池电压设为2.5～3.5V的范围内从9串单电池向加热器供给电压。在以上的单电池电压下，加热器的供给电压成为22.5～31.5V。

第三开关元件在将单电池电压设为1.9～2.6V的范围内从12串的单电池向加热器供给电压。在以上的单电池电压下，加热器的供给电压成为22.8～31.2V。

以上的电源经由第一～第三开关元件从电池单元向SCP的加热器供给电压，但将开关元件设为4组的电源装置在单电池电压降低到1.6～2.2V的状态下，从14串的单电池向加热器供给电压，将加热器的供给电压设为22.4～30.8V，能将第四开关元件设定为规定的工作电压。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源具备控制电路检测异常状态的检测部，在检测部检测异常状态的状态下，将开关元件设为接通状态而将熔丝元件熔断。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源中，检测部具备检测各个单电池的电压的AFE(模拟前端)和检测电池单元的总电压的MPU(微处理器单元)，将AFE检测的单电池的单电池电压和MPU检测的电池单元的总电压与阈值进行比较而进行异常判定。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源的检测部具有检测电池单元的过充电的过充电检测部，过充电检测部检测电池单元的过充电而将SCP的熔丝元件熔断。

以上的电源通过过充电检测部直接控制开关元件来熔断SCP的熔丝元件，因此具有即使在控制电路的电压检测电路等产生了异常的情况下也能够可靠地禁止电池单元的充放电而防止过充电的优点。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源的检测部检测电池单元或者单电池的温度，将检测温度与阈值进行比较来判定异常状态。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源与各个开关元件串联地在开关元件的通电方向上连接二极管。

以上的电池具有将多个开关元件一起控制为接通状态，能够可靠地熔断SCP的熔丝元件的优点。这是因为同时被切换为接通状态的开关元件仅从被供给最大电压的开关元件供给电压。该电源还实现如下优点：在选择各个开关元件的单电池电压的边界区域使多个开关元件为接通状态，能够可靠地熔断SCP的熔丝元件。

本发明的其他实施方式的具备电池单元的电源将开关元件设为FET。

以下，基于附图详细说明本发明。另外，在以下的说明中，根据需要使用表示特定的方向、位置的用语(例如，“上”、“下”以及包括这些用语的其他用语)，但这些用语的使用是为了容易理解参照附图的发明，并不根据这些用语的意思来限制本发明的技术范围。此外，多个附图中出现的相同符号的部分表示相同或者同等的部分或构件。

进而，以下所示的实施方式表示本发明的技术思想的具体例，本发明并不限定于以下。此外，以下记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，则并非旨在将本发明的范围仅限定于此，而是意图进行例示。此外，在一个实施方式、实施例中说明的内容也能够应用于其他实施方式、实施例。此外，为了明确说明，附图所示的构件的大小、位置关系等有时会夸张。

(实施方式1)

图1的电源100具备：电池单元1；SCP3(自控制保护器)，与电池单元1的输出侧串联连接，在电池单元1、负载的异常状态下切断充放电电流；开关6，将SCP3与电池单元1连接，通过电池单元1的电力向SCP3的加热器5供给电力而熔断熔丝元件4；以及控制电路7，在异常状态下对开关6进行接通断开控制。

(电池单元1)

电池单元1具备相互串联连接而成的多个单电池2。单电池2适合充放电容量大的锂离子二次电池等非水电解液二次电池。其中，本发明不将单电池确定为锂离子二次电池，单电池也可以使用当前使用或者今后开发的所有二次电池，例如镍氢电池、所有个体电池等。

电池单元1串联连接多个单电池2而提高输出电压。在该电池单元1中，串联连接多个单电池2的中间连接点的电压阶段性地变高。例如，串联连接由额定电压为3.7V的锂离子二次电池构成的单电池2的电池单元1从负侧朝向正侧，单电池2的连接点的电压成为单电池电压的整数倍而逐渐变高，因此串联连接单电池2的中间连接点的电压逐渐变高。图1的电池单元1将电压不同的中间连接点作为不同电压端子11，经由开关元件10与SCP3的加热器5连接。不同电压端子11是为了调整向SCP3的加热器5供给的电压而设置的。电池单元1的电压从充满电的状态变化到完全放电的状态。例如，锂离子二次电池由于充满电的电压为4.2V，完全放电的电压为2.8V，所以例如串联连接10个单电池2的电池单元1的总电压从28V变化到42V，串联连接14个单电池2的电池单元1从39.2V变化为58.8V。

为了从电压变化的多个单电池2经由开关元件10向SCP3的加热器5供给设定范围的电压，电池单元1设置有串联连接的单电池2的个数不同的多个不同电压端子11。在单电池2的电压降低的状态下，在使向SCP3的加热器5供给电力的单电池2的串联连接个数变多的不同电压端子11连接开关元件10，相反地在单电池2的电压变高的状态下，在串联连接的单电池2的个数少的不同电压端子11连接开关元件10，将向SCP3的加热器5的供给电压调整为设定范围。

图1的电池单元1设置有第一～第三不同电压端子11a、11b、11c。电池单元1在单电池2的电压变化的状态下，切换与SCP3连接的不同电压端子11，将设定范围的电压输出到SCP3。例如，迪睿合株式会社的表面安装型熔丝“SFK3045x”的SCP3将供给电压范围设为22.3～31.5V，但该SCP3能够从以下的第一～第三不同电压端子11a、11b、11c经由开关元件10与SCP3连接，熔断熔丝元件4。

第一不同电压端子11a在单电池电压变化为3.2～4.35V的状态下与SCP3连接，来自7串单电池2的输出电压成为22.4～30.45V。

第二不同电压端子11b在单电池电压变化为2.5～3.5V的状态下与SCP3连接，来自9串单电池2的输出电压成为22.5～31.5V。

第三不同电压端子11c在单电池电压变化为1.9～2.6V的状态下与SCP3连接，来自12串单电池2的输出电压成为22.8～31.2V。

(开关6)

开关6具备与多个不同电压端子11连接的多个开关元件10。图1的电源100具备与第一～第三不同电压端子11a、11b、11c连接的第一～第三开关元件10a、10b、10c。开关6将各个不同电压端子11与SCP3连接，因此由与不同电压端子11相同数量的开关元件10构成。图1的电源100在电池单元1设置三组不同电压端子11，因此使用三组开关元件10，但将不同电压端子设为两组的电池单元的电源经由两组开关元件将各个不同电压端子连接于SCP，将不同电压端子设为四组以上的电源经由四组以上的开关元件将各个不同电压端子连接于SCP。

第一～第三开关元件10a、10b、10c优选使用FET。图1的电源100在各个开关元件10中使用n沟道FET，漏极经由二极管12与SCP3连接，源极与电池单元1连接，栅极与控制电路7连接。以上的电源100将开关元件10设为n沟道FET，但开关元件也能够使用p沟道FET、双极晶体管等能够切换为接通断开的其他所有半导体开关元件。

图1的开关6，将二极管12与开关元件10串联地连接。二极管12在接通状态的开关元件10的通电方向上连接。与开关元件10连接的二极管12在开关元件10的通电方向、图1的n沟道FET中，使电流从漏极向源极流动，切断向相反方向流动的电流，因此在多个FET被切换为接通状态的状态下，仅从与最大电压的不同电压端子11连接的FET向SCP3的加热器5通电而供给电力。

图1的电源100例如在电池单元1的单电池电压为3.2～4.35V的范围内使第一开关元件10a接通，在单电池电压为2.5～3.5V的范围内使第二开关元件10b接通，在单电池电压为1.9～2.5V的范围内使第三开关元件10c接通。该电源100在电池单元1的单电池电压为3.3V的状态下，第一开关元件10a和第二开关元件10b接通，但第二开关元件10b的电流通过二极管12，但第一开关元件10a的电流被二极管12切断。在电池单元1的单电池电压为2.5V的范围内，第二开关元件10b和第三开关元件10c被切换为接通状态，但在该状态下，从电池单元1流向SCP3的电流，第三开关元件10c的电流成为二极管12的正向的电流，但第二开关元件10b的电流成为二极管12的反向的电流，因此第三开关元件10c从电池单元1向SCP3供给电流。如上所述，在各个开关元件10串联连接有二极管12的电源100具有如下优点：在单电池电压选择开关元件10的边界电压下，将多个开关元件10切换为接通状态，从电池单元1可靠地向SCP3供给电流，能够熔断SCP3的熔线元件4。特别是，在变动的单电池电压的全部范围内，能够从电池单元1可靠地向SCP3通电，利用加热器5对熔线元件4进行加热而熔断。

(控制电路7)

控制电路7在异常状态下，将开关元件10从断开切换为接通，从电池单元1向SCP3的加热器5通电而熔断熔丝元件4。控制电路7具备：电压检测电路8，检测电池单元1或者单电池2的电压；以及选择电路9，根据电压检测电路8的检测电压，选择切换为接通状态的开关元件10。选择电路9在异常状态下选择切换为接通状态的开关元件10，经由接通状态的开关元件10将电池单元1与加热器5连接而将熔丝元件4熔断。控制电路7以单电池2的电压选择开关元件10，从电池单元1向SCP3供给给定的设定范围的电压。

本发明并不确定异常状态，但异常状态例如是切断电池单元1的电流而实现安全性的状态、或者保护电池单元1的状态等，在该状态下熔断与电池单元1的输出侧连接的SCP3的熔丝元件4来切断电流。具体而言，控制电路7将电池单元1的总电压或者单电池2的电压超过最大阈值电压或者最低阈值电压以下的状态、电池单元1或者单电池2被过充电或者过放电的状态、电池单元1或者单电池2的电流超过最大阈值电流的状态、电池单元1或者单电池2的温度超过最高阈值温度或者最低阈值温度以下的状态等判定为异常状态。其中，本发明并不确定异常状态，因此例如也能够将使电源的安全性降低的其他各种状态判定为异常状态。

控制电路7具备检测异常状态的检测部16。检测部16检测异常状态，将开关元件10从断开切换为接通而将SCP3的熔断元件4熔断。控制电路7在异常状态下，利用电压检测电路8检测单电池2的电压，选择电路9选择从断开切换为接通的开关元件10。图1的控制电路7具备：AFE(模拟前端)13，检测电池单元1和各个单电池2的电压、电流、温度等，转换为数字信号并输出；MPU(微处理器单元)14，运算从AFE13输出的数字信号；以及过充电检测部15，检测电池单元1的电压来检测过充电。

AFE(模拟前端)13具备检测各个单电池2的电压的电压检测电路8，MPU(微处理器单元)14具备检测电池单元1的总电压的电压检测电路8。该检测部16能够将AFE13检测的单电池2的单电池电压和MPU14检测的电池单元1的总电压与阈值进行比较来进行异常判定。进而，检测部16也能够检测电池单元1或者单电池2的温度，将检测温度与阈值进行比较来判定异常状态。图1所示的检测部16具备温度传感器17，经由该温度传感器17检测电池单元1或者单电池2的温度。

MPU14运算从AFE13输入的数字信号来运算电池单元1、单电池2的剩余容量，将剩余容量、检测电压与阈值进行比较来判定异常状态，在判定为异常状态的状态下，向开关元件10的栅极输出接通电压。图1的电源100在开关元件10中使用n沟道FET，漏极经由二极管12与SCP3的加热器5连接，源极与电池单元1连接，栅极与MPU14连接，因此MPU14将相对于源极的栅极电压成为接通电压的电压输入到栅极，将开关元件10从断开切换为接通。

MPU14具备选择电路9，该选择电路9以电池单元1的单电池电压选择第一、第二、第三开关元件10a、10b、10c并从断开切换为接通。选择电路9例如在单电池电压为3.2～4.35V的范围内将第一开关元件10a从断开切换为接通，在单电池电压为2.5～3.5V的范围内使第二开关元件10b从断开切换为接通，在单电池电压为1.9～2.6V的范围内使第三开关元件10c从断开切换为接通。选择电路9在异常状态下，为了能够将至少一个开关元件10从断开切换为接通，在单电池电压逐渐降低而将切换为接通状态的开关元件10从第一开关元件10a切换为第二开关元件10b的定时，将第一开关元件10a和第二开关元件10b双方设为接通状态，在异常状态下，可靠地将任意开关元件10设为接通状态。以上的电源100具有如下优点：在异常状态下，能够可靠地将某个开关元件10设为接通状态，在SCP3中切断电流。各个开关元件10将二极管12串联连接，因此多个开关元件10成为接通状态，经由被切换为接通状态的多个开关元件10，多个不同电压端子11与SCP3的加热器5连接，但在该状态下，仅一个不同电压端子11向SCP3供给电力。在多个开关元件10的接通状态下，多个开关元件10将单电池2的正侧与负侧连接，但二极管12切断单电池2的放电电流而阻止短路电流流动。

图1的电源100除了MPU14之外，过充电检测部15也检测电池单元1的过充电，由SCP3切断电流。过充电检测部15检测电池单元1的总电压，将第一开关元件10a从断开切换为接通。过充电检测部15检测电池单元1的过充电，因此在该状态下单电池电压高，过充电检测部15将第一开关元件10a从断开切换为接通。因此，第一开关元件10a从MPU14和过充电检测部15双方向栅极输入接通电压，从断开切换为接通。以上的电源100在MPU14和过充电检测部15双方将第一开关元件10a从断开切换为接通，因此，即使在AFE13、MPU14未正常工作的状态下，过充电检测部15也具有能够将第一开关元件10a从断开切换为接通而由SCP3切断充电电流的优点。

进而，图1的电源100与电池单元1的输出侧串联地连接切断放电电流的放电开关元件19和切断充电电流的充电开关元件18，通过AFE13将放电开关元件19和充电开关元件18控制为接通断开。AFE13在电池单元1或者单电池2的检测电压低于最低电压时将放电开关元件19从接通切换为断开而切断放电电流，当高于最大电压时将充电开关元件18从接通切换为断开而切断充电电流。

工业上的可利用性

本发明是一种具备电池单元的电源，特别是在电池单元的输出侧具备SCP(自控制保护器)，能够适用于在异常时由SCP切断电流的电源。

-附图标记说明-

100…电源

1…电池单元

2…单电池

3…SCP

4…熔丝元件

5…加热器

6…开关

7…控制电路

8…电压检测电路

9…选择电路

10…开关元件

10a…第一开关元件

10b…第二开关元件

10c…第三开关元件

11…不同电压端子

11a…第一不同电压端子

11b…第二不同电压端子

11c…第三不同电压端子

12…二极管

13…AFE

14…MPU

15…过充电检测部

16…检测部

17…温度传感器

18…充电开关元件

19…放电开关元件。

Claims (7)

1.一种具备电池单元的电源，具备：

电池单元；

自控制保护器SCP，与所述电池单元串联连接，在异常状态下切断充放电电流；

开关，将所述SCP与所述电池单元连接；以及

控制电路，对所述开关进行接通断开控制，

所述电池单元具备相互串联连接的多个单电池，

所述SCP具备：

熔丝元件，串联连接在所述电池单元的输出侧；以及

加热器，与所述电池单元连接，以焦耳热发热，从而熔断所述熔丝元件，

所述开关具备：

将一个端子连接于所述加热器，将另一个端子与所述电池单元的电压不同的多个不同电压端子连接的多个开关元件，

所述控制电路具备：

电压检测电路，检测所述电池单元或者所述单电池的电压；以及

选择电路，根据所述电压检测电路的检测电压，选择切换为接通状态的所述开关元件，

在异常状态下，所述选择电路选择切换为接通状态的所述开关元件，

接通状态的所述开关元件将所述电池单元与所述加热器连接而将所述熔丝元件熔断。

2.根据权利要求1所述的具备电池单元的电源，其中，

所述控制电路具备检测异常状态的检测部，

在所述检测部检测异常状态的状态下，将所述开关元件设为接通状态而熔断所述熔丝元件。

3.根据权利要求2所述的具备电池单元的电源，其中，

所述检测部具备：

模拟前端AFE，检测各个所述单电池的电压；以及

微处理器单元MPU，用于检测所述电池单元的总电压，

将所述AFE检测的单电池的单电池电压和所述MPU检测的电池单元的总电压与阈值进行比较来进行异常判定。

4.根据权利要求2或者3所述的具备电池单元的电源，其中，

所述检测部具有检测所述电池单元的过充电的过充电检测部，

所述过充电检测部检测所述电池单元的过充电而熔断所述SCP的熔丝元件。

5.根据权利要求2～4中的任一项所述的具备电池单元的电源，其中，

所述检测部检测所述电池单元或者所述单电池的温度，将检测温度与阈值进行比较来判定异常状态。

6.根据权利要求1～5中的任一项所述的具备电池单元的电源，其中，

与各个所述开关元件串联地在所述开关元件的通电方向上连接二极管。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的具备电池单元的电源，其中，

所述开关元件为FET。