CN1194456C - 电池状态监测电路以及电池装置 - Google Patents

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Abstract

一种电池装置中的电池状态监测电路具有这样的结构，使得电池装置进入过充电、过放电和过流的各个保护状态时的检测延迟、以及电池装置从各个保护状态被释放时的释放延迟都能确保得到。

Description

电池状态监测电路以及电池装置
技术领域  本发明涉及一种能够控制蓄电池的充电/放电操作的电池状态监测电路以及采用该电路的电池装置。
技术背景  作为蓄电池构成的常规电池装置，已知的有图2的电路框图中示出的电源装置。例如，日本公开特许公报No.Hei4-75430公开了图2中所示电源装置的结构。在该结构中，蓄电池201通过作为限流装置的开关电路203连接到外部端子-V0 205或+V0 204上。同时，蓄电池201上并联了电池状态监测电路202。电池状态监测电路202具有检测蓄电池201的电压和电流的功能。出现蓄电池201的电压值高于给定值的过充电状态、或者蓄电池201的电压值低于给定值的过放电状态、或者流经开关电路203的电流大于给定电流值的过流状态中的任何一种都将导致外部端子-V0 205达到某电压值，从电池状态监测电路202会输出一个充电/放电禁止信号，使得开关电路203断开以便中断充电电流或放电电流。在下文中，蓄电池201变成过充电状态、过放电状态或者过流状态时令充电操作或放电操作终止的状态分别称为过充电保护状态、过放电保护状态或过流保护状态。
另外，作为其中电池状态检测电路具有实际用途功能的电池装置的常规实例，已知的还有图3的电路框图中所示的电池装置。参考图3，过充电检测电路306、过放电检测电路307、过流检测电路308、延迟电路309、310、311以及逻辑电路305共同组成电池状态检测电路202。在图3中，充电器301连接在外部端子+V0 204和-V0205之间，当蓄电池201变得等于或超过充电电压的上限时，从过充电检测电路306向延迟电路309输出过充电检测信号，而且当过充电检测信号持续了一段给定的时间或更长时，过充电检测信号又从延迟电路309输出到逻辑电路305。负载302也连接在外部端子+V0204和-V0 205之间。当蓄电池201变得等于或小于放电电压的下限时，过放电检测电路307向延迟电路310输出过放电检测信号，当过放电检测信号持续一段给定的时间或更长时，过放电检测信号从延迟电路310输出给逻辑电路305。同样，当流入开关电路203的放电电流变得等于或大于上限值而外部端子-V0 205的电位变得等于或大于给定值时，过流检测电路308向延迟电路311输出过流检测信号，当过流检测信号持续一段给定的时间或更长时，从延迟电路311输出过流检测信号到逻辑电路305。逻辑电路305中一旦输入过充电检测信号，它向FET(场效应晶体管)-B 304输出充电禁止信号，从而能够中断充电电流。同样，逻辑电路305中一旦输入过放电检测信号或过流检测信号，它向FET-A 303输出放电禁止信号，从而能够中断放电电流。
在结构如图3所示的常规电源装置中，有可能保证直至充电电流或放电电流停止的延迟时间，即过充电检测延迟时间、过放电检测延迟时间和过流检测延迟时间。需要这些延迟时间、以便防止瞬时噪声等所引起的故障。
但是，结构如图3所示的常规电源装置不能保证用于恢复已停顿的充电电流或放电电流的延迟时间，即过充电释放延迟时间、过放电释放延迟时间和过流释放延迟时间。由于这个原因，引起了以下问题。
比如，在常规电池装置中，在如图9的时序图所示、进行充电时出现脉冲放电的情况下产生这样的缺点。首先，有脉冲放电电流流动。当蓄电池201的内部阻抗上出现电压降时，供电电压暂时变得低于过充电电压。这种情况下，过充电保护状态被立即释放。结果，在过充电检测延迟时间内出现充电电流。上述操作随着脉冲而重复。所以，出现了这样的问题，即使蓄电池201的电压升高到或超过了过充电电压，电池状态监测电路却不能在给定电压下维持过充电保护状态。充电操作以脉冲方式一直持续。
另外，如图11所示的时序图中所示、电池装置一进入过放电保护状态，常规电池装置就有这样的缺点。首先，一进入过放电保护状态，放电电流就停止。然后，由于蓄电池201的寄生线圈元件等，电池电压暂时上升并且超过了过放电电压。于是，过放电保护状态被立即释放，结果，在过放电检测延迟时间上允许有放电电流流动。上述操作随着过放电检测延迟时间而重复并且出现振荡。所以，即使蓄电池的电压下降，电池状态监测电路在给定电压下也不能维持过放电保护状态，从而导致放电操作持续的这种问题。因为不能维持过放电保护状态反过来影响了电池寿命，出现了采用常规的电池状态监测电路的电池装置寿命短这样的问题。
而且，在常规电池装置中，当一进入过流保护状态放电电流就停止时，因为由外部负载的线圈元件等导致-V0 205的电压暂时下降，所以导致过流保护状态此刻被释放。其操作原理与过放电状态的缺点相同。因此，即使开关电路203中流过大电流，电池状态监测电路也无法在给定电流下维持过流保护状态，从而导致了放电操作持续的这种问题。因为过放电保护状态不能保持反过来又影响了开关电路的寿命，出现了采用常规的电池状态监测电路的电池装置寿命短的这种问题。
发明内容  为了解决常规电池装置的上述问题、已经做出本发明，因此本发明的一个目的是实现能够确保维持过充电保护状态、过放电保护状态和过流保护状态的电池状态监测电路，并且提供一种寿命长而且安全的电池装置。
为了达到上述目的，根据本发明，提供这样的电池状态监测电路，它新近具有能够确保过充电释放延迟时间、过放电释放延迟时间和过流释放延迟时间的电路。
附图说明  本发明的这些及其他目的和优点通过参照附图的以下详细描述会变得更加清楚，附图中：
图1是表示根据本发明的实施例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图；
图2是表示根据先有技术的实例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图；
图3是表示根据先有技术的另一个实例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图；
图4是表示用于本发明的延迟电路109的一个实例的电路框图；
图5是表示用于本发明的延迟电路809的一个实例的电路框图；
图6是表示用于本发明的延迟电路809的另一个实例的电路框图；
图7是表示用于本发明的延迟电路109的另一个实例的电路框图；
图8是表示根据本发明的另一个实施例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图；
图9是先有技术中的电池状态监测电路和电池装置中进行充电的同时发生脉冲放电操作的情况下的时序图；
图10是根据本发明的电池状态监测电路和电池装置中进行充电的同时发生脉冲放电操作的情况下的时序图；
图11是先有技术中的电池状态监测电路和电池装置中进入过放电保护状态的瞬间的时序图；以及
图12是根据本发明的电池状态监测电路和电池装置进入过放电保护状态的瞬间的时序图。
具体实施方式  现在参考附图对本发明的最佳实施例进行更加详细的描述。
图1是表示根据本发明的一个实施例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图。在图1中，在图3所示的电池状态监测电路上新添加了释放延迟电路109和110，从而构成电池状态监测电路102。
图1所示的电池状态监测电路和电池装置中，当负载302连接在过充电保护状态下的电池装置的外部端子+V0 204和-V0 205之间、并且蓄电池201变得等于或小于充电电压的上限值时，过充电检测电路306向延迟电路309输出过充电释放信号。由于延迟电路309是如常规实例中一样的过充电检测信号的延迟电路，所以过充电释放信号不经任何延时地输出到延迟电路109。在过充电释放信号持续一段给定的时间后，延迟电路109向逻辑电路305输出过充电释放信号。如果过充电释放信号输入到逻辑电路305，逻辑电路305就向FET-B304输出一个启动充电操作的充电允许信号。
在本发明中，如图10的时序图所示，在进行充电的同时发生脉冲放电操作的情况下，一旦进行放电，蓄电池201的内部阻抗上的电压就会下降。但是，即使由于上述电压降导致电压低于应该受到过充电保护的给定电压，如果将延迟电路109的延迟时间设置为上述脉冲时间或更长，则电池状态监测电路102可维持过充电保护状态。因为这个原因，如果由于充电操作引起蓄电池201的电压升高，电池装置能够在给定电压下进入过充电保护状态，从而能够提供不会出现诸如电池发热或爆炸等危险的安全的电池装置。
而且，在图1所示的电池状态监测电路和电池装置中，当充电器301连接在过放电保护状态下的电池装置的外部端子+V0 204和-V0205之间、并且蓄电池201等于或大于放电电压的下限值时，过放电检测电路307向延迟电路310输出一个过放电释放信号。由于延迟电路310是如常规实例中一样的过放电检测信号的延迟电路，所以过放电释放信号不经任何延时地输出到延迟电路110。在过放电释放信号持续一段给定的时间后，延迟电路110向逻辑电路305输出过放电释放信号。如果过放电释放信号输入到逻辑电路305，逻辑电路305就向FET-A304输出一个启动放电操作的放电允许信号。
在本发明中，如图12的时序图所示，当一进入过放电保护状态放电电流就停止时，由于蓄电池201的寄生线圈元件等导致电池电压暂时升高。但是，即使由于暂时的电压升高导致电压超过应该受到过放电保护的给定值，若把延迟电路110的延迟时间设置为抑制上述暂时电压上升或更长的一段时间，则电池状态监测电路102可维持在过放电保护状态。因为这个原因，若由于放电操作引起蓄电池201的电压下降，则可在给定电压下进入过放电保护状态，从而能够提供一种不会缩短电池寿命的电池装置。
而且，在图1所示的电池状态监测电路和电池装置中，连接在过流保护状态下的电池装置的外部端子+V0 204和-V0 205之间的负载302与那些外部端子断开，从而终止放电电流，并且外部端子-V0205的电位等于或小于给定值，过流检测电路308向延迟电路311输出过流释放信号。由于延迟电路311是如同常规实例中一样的过流检测信号的延迟电路，所以延迟电路311不经任何延时地向延迟电路111输出过流释放信号。如果过流释放信号持续一段给定的时间或更长，则延迟电路111向逻辑电路305输出过流释放信号。如果过流释放信号输入到逻辑电路305，逻辑电路305就向FET-A304输出放电允许信号，从而启动放电操作。
在本发明中，当一进入过流保护状态就停止放电电流时，由于外接负载的寄生线圈元件等导致-V0 205的电压暂时下降。但是，即使电压暂时低于应该受到过流保护的给定值，若把延迟电路111的延迟时间设置为其间抑制上述暂时电压下降或更长的一段时间，则电池状态监测电路102可维持过流保护状态。其操作原理与过放电状态的情况相同。因为这个原因，可以在给定电流下进入过流保护状态，从而能够提供一种不会缩短开关电路103寿命的电池装置。
图4是表示用于本发明的延迟电路109的实例的电路框图。图4所示的延迟电路109包括比较器401、电容器402、电阻403、404、407和开关405、406。以这样的方式构造开关405和406，使得这些开关405和406中仅有一个能接通。在本实例中，假设过充电检测信号为VDD，而过充电释放信号为VSS。开关405响应过充电检测信号而接通，对电容器402充电，并且使电容器402的正端电压可以上升到VDD。当电容402的正端电压变得高于电阻403和404分压后的电压时，比较器401的输出从VSS转变为VDD，从而输出过充电检测信号。这时，过充电检测信号中没有出现延时。而相反，开关406响应过充电释放信号而接通，通过电阻407使电容器402放电，并且电容器402的正端电压下降到VSS。当电容器402的正端电压变得低于电阻403和404分压后的电压，比较器401的输出从VDD反转为VSS，从而输出过充电释放信号。这时，过充电释放信号中出现随电容402和电阻407而定的延时。可通过上述简单电路来构成延迟电路109。
图7是表示用于本发明的延迟电路109的另一个实例的电路框图。图7所示延迟电路109使电容器402通过输出恒定电流的恒流701放电而产生延迟，并且将所述延迟与输出恒定电压的参考电压702进行比较，使输出反相，从而实现与图4中相同的延迟操作。在本实例中，如果电容器402、电阻407和恒流701都这样设计以便调整，则延迟电路109可实现任意的延迟时间。
而且，作为延迟电路109的构成要素的电容器等有可能构成电池状态监测电路的外接部分。并且，如果延迟电路110和111可以用与延迟电路109相同的电路构成并且能实现信号延时，就可以以各种方式构成延迟电路109、110和111，而不限于上述实施例。
图8是表示根据本发明的另一个实施例的电池状态监测电路和电池装置的电路框图。图8所示的电池状态监测电路这样构造，以便提供检测释放延迟电路809、810和811来代替图1所示的电池状态监测电路的检测延迟电路309、310、311和释放延迟电路109、110和111。本发明的电池状态监测电路102的操作和效果与图1中的相同。
图5是表示用于本发明的延迟电路809的实例的电路框图。图5所示电路在图4所示电路基础上增加了电阻501。利用这种结构，可以为过充电释放信号和过充电检测信号提供延迟。
图6是表示用于本发明的延迟电路809的另一个实例的电路框图。图6的延迟电路在图5所示电路上增加了开关601和602。开关601和602中仅有一个接通。开关601在开关405接通并且比较器401输出过充电检测信号的时候接通，结果，电容器402的正端电压升高到VDD。开关602在开关406接通并且比较器401输出过充电释放信号的时候接通，结果，电容器402的正端电压下降到VSS。图6中，由于CR延时的开始电压固定在VDD或VSS，因此可以获得更准确的延迟时间。例如，在一段短的时间内交替发生检测和释放的情况下，这种结构非常有效。
而且，在本发明中，当采用图5和图6所示的电路结构时，可以简单地通过监测电容器402的正端电压来掌握电池状态监测电路102的状态，即如果电容器402的正端电压为VDD，则电池装置处于过充电检测状态；相反，如果电容器402的正端电压为VSS，则电池装置处于过充电释放状态，以及如果电容器402的正端电压介于VDD和VSS之间，则电池装置处于延迟时间内。
另外，延迟电路810和811可以用与电路809相同的电路来构成并且提供同样的效果。另外，如果能够实现信号延迟，则可以以各种方式构造延迟电路809、810和811，而不限于此实施例。
如上所述，在根据本发明的电池状态监测电路和电池装置中，有可能确保进入各个过充电、过放电和过流保护状态时的检测延迟，以及电池装置被从保护状态释放时的释放延迟。利用这个结构，即使在进行充电的同时发生脉冲放电，电池状态监测电路也可以维持过充电保护状态，从而能够提供安全性高的电池装置。
而且，即使电池装置一进入过放电保护状态放电电流就停止，电池状态监测电路也能维持过放电保护状态，从而能够提供电池寿命长的电池装置。
另外，即使电池装置一进入过流保护状态放电电流就停止，电池状态监测电路也可以维持过流保护状态，从而能够提供具有使用寿命长的开关电路的电池装置。
而且，由于监测延迟电路的电容器端子的电压，因此可以掌握电池状态监测电路和电池装置的状态。
为了举例说明和描述起见，给出以上对本发明的最佳实施例的描述。意图不在于无一遗漏或者将本发明限定于所公开的确切形式，根据以上所述，各种修改和变化是可能的、或者可以从本发明的实际应用中得到。所选择和描述的实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的技术人员在各种实施例中利用本发明，同时适合于特定应用的各种修改是所期待的。本发明的范围意在由本文所附的权利要求书及其等效物来定义。

Claims (12)

1.一种用于蓄电池的电池状态监测电路，它包括：
能够检测所述蓄电池所能充电的上限电压的检测电路；以及
第一信号延迟电路，它在所述蓄电池超过所述上限电压时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；和
第二信号延迟电路，它在所述蓄电池低于所述上限电压时使所述检测电路输出的释放信号延迟任意的时间。
2.一种用于蓄电池的电池状态监测电路，它包括：
能够检测所述蓄电池所能放电的下限电压的检测电路；
第三信号延迟电路，它在所述蓄电池低于所述下限电压时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；和
第四信号延迟电路，它在所述蓄电池超过所述下限电压时使所述检测电路输出的释放信号延迟任意的时间。
3.一种用于蓄电池的电池状态监测电路，它包括：
能够检测流入所述限流装置的上限电流的检测电路；
第五信号延迟电路，它在所述电流超过所述上限电流时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；和
第六信号延迟电路，它在所述电流低于所述上限电流时使所述检测电路输出的释放信号延迟任意的时间。
4.一种用于蓄电池的电池状态监测电路，它包括：
能够检测所述蓄电池所能充电的上限电压的检测电路；
第一信号延迟电路，它在所述蓄电池超过所述上限电压时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；
第二信号延迟电路，它在所述蓄电池低于所述上限电压时使所述检测电路输出的释放信号延迟任意的时间；
能够检测所述蓄电池所能放电的下限电压的检测电路；第三信号延迟电路，它在所述蓄电池低于所述下限电压时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；
第四信号延迟电路，它在所述蓄电池超过所述下限电压时使所述检测电路输出的释放信号都延迟任意的时间；能够检测流入所述限流装置的上限电流的检测电路；以及
第五信号延迟电路，它在所述电流超过所述上限电流时使所述检测电路输出的检测信号延迟任意的时间；和
第六信号延迟电路，它在所述电流低于所述上限电流时使所述检测电路输出的释放信号都延迟任意的时间。
5.如权利要求1所述的电池状态监测电路，其特征在于：所述信号延迟电路能调整所述检测信号的所述延迟时间和/或所述释放信号的所述延迟时间。
6.如权利要求1所述的电池状态监测电路，其特征在于：所述信号延迟电路的一部分被监测、以便识别当时的所述电池状态。
7.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置并且能监测所述蓄电池的外部正负端子之间的电压和电流其中一个或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求1的所述电池状态监测电路。
8.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置并且能监测所述蓄电池的外部正负端子之间的电压和电流其中之一或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求2的所述电池状态监测电路。
9.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置，并且能监测所述蓄电池的外部正负端子之间的电压和电流其中之一或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求3的所述电池状态监测电路。
10.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置并且能监测所述蓄电池外部正负端子之间的电压和电流其中之一或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求4的所述电池状态监测电路。
11.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置并且能监测所述蓄电池外部正负端子之间的电压和电流其中之一或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求5的所述电池状态监测电路。
12.一种电池装置，它具有：能充电和放电的蓄电池；调整所述蓄电池的电流的限流装置；以及电池状态监测电路，它能控制所述限流装置并且能监测所述蓄电池外部正负端子之间的电压和电流其中之一或两者；其中所述电池状态监测电路是根据权利要求6的所述电池状态监测电路。
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