CN1897399A

CN1897399A - 电池组

Info

Publication number: CN1897399A
Application number: CNA2006101058556A
Authority: CN
Inventors: 铃木克洋; 西川透
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2006-07-13
Publication date: 2007-01-17
Also published as: GB0613966D0; GB2428338B; JP2007028746A; US20070013342A1; GB2428338A; TW200703844A

Abstract

本发明的目的在于提供一种在电池组内利用充电FET元件(91)、放电FET元件(92)的电池组，其可防止非期望地在OFF状态的元件的寄生二极管流过大电流。电池组(A)中，由电子设备PC输入分别控制元件用的机器控制信号的ON信号、OFF信号；在控制器(5)中，为了分别控制前述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号；在前述控制电路(10)中，在前述机器控制信号、前述电池内控制信号双方皆为ON条件时，对各元件执行令该元件为ON状态的控制；在控制器(5)中，当一方的元件为ON状态、另外一方的元件为OFF状态时，在通过OFF状态的另一方元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由控制器(5)对ON状态的前述一方的前述元件发出OFF信号，而将该元件设为OFF状态。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及一种电池组。

背景技术

关于公知的电池组，已在以下的专利文件中有所记载。在该电池组内具有：保护电池过量充电的充电FET，和保护电池过量放电的放电FET。因而，当电池电压比过量充电切断电压高时使充电FET(Q1)为OFF(截止)状态而防止电池(1)过量充电，之后，检测电池是否放电，在电池放电的状态中，通过使充电FET(Q1)为ON(导通)状态而放电，来防止当充电FET(Q1)为OFF时电流流过寄生二极管导致热破坏。

另外，一旦电池电压低于过量放电切断电压，则放电FET(Q2)转为OFF状态以防止电池(1)的过量放电，之后，检测电池是否被充电，当电池被充电时，通过使放电FET(Q2)转为ON状态而充电，来防止当放电FET(Q2)为OFF状态时电流流过寄生二极管导致热损坏。

在内置有前述电池组的笔记本个人电脑等电子设备中，在充电时，为了将来自电子设备的电力供给至电池组，以对电池组内的电池充电，而在电子设备内具备有充电FET元件。另外，在放电时，为了从电池组将电力放电至电子设备，以驱动电子设备，在电子设备内配备有放电FET元件。

[专利文献1]日本特开平8-265985

发明内容

在前述的过去的电池组、电子设备中，分别具备有充电FET元件和放电FET元件，而通过省略电子设备内的元件，只在电池组内利用充电FET元件和放电FET元件，可以减少零件数量，同时也可降低电力供给线的电阻值以减低电力损失。

在前述情形中，安装在电池组内做为控制器的微电脑，通过监视电池电压等，而发出ON信号、OFF信号，以控制充电FET元件、放电FET元件。

在此，会变成为了响应于电子设备的使用状况控制充电FET元件、放电FET元件，而由电子设备输入ON信号、OFF信号至电池组。为了在例如当电池组在过量放电状态、或在过量充电状态中时，即使来自电子设备要求元件的ON信号也不会放电、充电，而进行仅在来自电池组内的控制器和来自电子设备的信号两方皆为ON条件时，才会执行令该元件为ON状态的控制。

然而，在一方的前述元件为ON状态，而另外一方的前述元件为OFF状态时，电流会通过OFF状态的前述另外一方的前述元件的寄生二极管流通，一旦有大电流流过，该元件便会损坏。另外，该问题不限于在上述从电子设备对电池组内的元件发出控制信号的情形中，在电池组内对充电FET元件、放电FET元件进行控制时也同样会发生。

本发明旨在解决前述问题，本发明的目的在于提供一种利用电池组内的充电FET元件、放电FET元件的电池组，其可防止非期望的在OFF状态的元件的寄生二极管流过大电流的情形。

本发明为一种对电子设备进行供电，且由该电子设备充电的电池组，其特征为：该电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件、控制器及控制电路，前述电池组中，由前述电子设备输入分别控制前述元件用的机器控制信号的ON信号、OFF信号，而在前述控制器中，为了分别控制前述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号，而在前述控制电路中，在前述机器控制信号、前述电池内控制信号的两方皆为ON条件时对前述各元件，执行令该元件为ON状态的控制，在前述控制器中，当一方的前述元件为ON状态，另外一方的前述元件为OFF状态时，当通过OFF状态的前述另一方的前述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由前述控制器对ON状态的前述一方的前述元件发出前述OFF信号，使该元件成为OFF状态。

另外，本发明为一种对电子设备进行供电，且由该电子设备充电的电池组，其特征为：该电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件、控制器及控制电路，前述电池组中，由前述电子设备输入分别控制前述元件用的机器控制信号的ON信号、OFF信号，而在前述控制器中，为了分别控制前述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号，在前述控制电路中，在前述机器控制信号、前述电池内控制信号的两方皆为ON条件时，对前述各元件执行令该元件为ON状态的控制，在前述控制器中，当一方的前述元件为ON状态，另外一方的前述元件为OFF状态时，当通过OFF状态的前述另一方的前述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由前述控制器发出用以令前述一方的前述元件成为OFF状态的信号。

另外，本发明在电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件及控制器，而在前述控制器中，为了分别控制前述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号，且在前述控制电路中，当一方的前述元件为ON状态，另外一方的前述元件为OFF状态时，当通过OFF状态的前述另一方的前述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由前述控制器对ON状态的前述一方的前述元件发出前述OFF信号，使该元件成为OFF状态。

在本发明中，当一方的前述元件为ON状态，另外一方的前述元件为OFF状态时，当通过OFF状态的前述另一方的前述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，可通过前述控制器对ON状态的前述一方的前述元件发出前述OFF信号，使该元件成为OFF状态，故可停止电流，由此，可以防止通过OFF状态的前述另外一方的前述元件的寄生二极管流过电流，而损坏该元件的情形。

另外，在流过预定时间以上、预定电流值以上的电流的情形时，可通过前述控制器发出令该元件设为OFF状态用的信号，而在电子设备方，便可根据从前述控制器而来的令该元件设为OFF状态用的信号，而发出令该元件转为OFF状态的信号至电池组，而将该元件设为OFF状态。

附图说明

图1示出了本发明的电池组的电路框图。

图2示出了发明的实施例的流程图。

主要元件符号说明

1 电池 2 电阻(电流检测器)

3 A/D转换器 4 剩余容量加法处理器

5 控制器 6 通信数据生成处理器

7 驱动器 8 存储器

10 控制电路 10CH、10DSG 控制电路

11 通信装置 91 充电FET元件

92 放电FET元件 A 池组

CNT1、CNT2 端口 SCL、SPL 通信线

MPU 微处理器单元 PC 电子设备

具体实施方式

以下根据附图详细说明本发明的电池组的实施例。如图1所示，本实施例的电池组A具有：锂离子等的二次电池1；电阻2(相当于电流检测器)，其检测电池1充放电时的电流；以及微处理器单元(以下称MPU)，其监视、控制电池的充放电。因此，在如电子设备的个人电脑(以下称PC)等，内置安装电池组A时，从电池1而来的输出通过+端子及GND端子供给至PC，与PC的通信，则通过通信线SCL、SDA进行。另一方面，PC作为充电器时，充电电力则以最大电流、最大电压受到限制的定电流、定电压充电方法从PC来供给。

MPU具有：A/D转换器3，其将测定点d的电池电压和检测电阻2两端的模拟电压进行数字变换，换算为实际电压[mV]和实际电流值[mA]；剩余容量加法处理器4，其把充放电电流相加而计算处理剩余容量；以及控制器5，其在检测出电池1的满量充电、异常电流、从另外设置的温度传感元件(未示出)检测出的电池异常温度、检测出异常电压时等情况时，控制充放电。

在此，控制器5为了切断充电电流和放电电流，对为P沟道型FET的充电FET元件91、放电FET元件92发出控制ON/OFF的信号。

在控制器5中，一旦电池1的电压大于过量充电电压(例如4.2V以上)时，为了对充电FET91做OFF控制，会由CH端口发出OFF信号(由于施加在元件91的P沟道型FET的栅极端，OFF信号的电压相当于High(高)电压的信号)。另外，当电池1的电压低于过量放电电压(例如，2.7V/Cell以下)时，为了对放电FET元件92做OFF控制，会由DSG端口发出OFF信号(由于施加在元件92的P沟道型FET的栅极端，OFF信号的电压相当于High(高)电压的信号)。又，如上所述，因施加在元件91、92的P沟道型FET的栅极端，OFF信号的电压相当于High(高)电压的信号，ON信号的电压相当于Low(低)电压的信号。

另外，PC为了对应其使用状态而对充电FET元件91、放电FET元件92做ON/OFF控制，而通过电池组A的CNT1、CNT2端口，输出ON信号、OFF信号至电池组A。前述的ON/OFF信号，在被输入至控制器5并在控制器5识别、判定前述从PC输出的ON/OFF信号的同时，也输入到后述的控制电路10。

另外，电池组A内具有控制电路10，其根据从控制器5的CH、DSG端口而来的ON/OFF信号和从CNT1、CNT2端口而来的ON/OFF信号，而将ON/OFF信号提供至充电FET元件91、放电FET元件92的栅极。控制电路10由为OR(“或”)电路的控制电路10CH、控制电路10DSG构成，关于控制电路10CH，具体而言，当控制器5的CH端口、CNT1端口的信号同时为ON信号(＝Low电压的信号)时，便对充电FET元件91的栅极输出ON信号(＝Low电压的信号)，使充电FET元件91为ON状态。这样，当在CH端口、CNT1端口被输入Low电压时，控制电路10CH为输出Low电压的信号的OR电路。

另外，同样的，当控制器5的DSG端口、CNT2端口的信号同时为ON信号(＝Low电压的信号)时，便对充电FET元件91的栅极输出ON信号(＝Low电压的信号)，使充电FET元件91为ON状态。这样，当于DSG端口、CNT2端口被输入Low电压时，控制电路10DSG为输出Low电压的信号的OR电路。

另外，FET元件若为N沟道型FET，为了使施加给栅极的电压信号成为High电压的信号，控制电路10成为AND(与)电路。

如上所述的，本实施例中，通过具有以上功能的控制器5、控制电路10，例如在PC通常以电池组A的电力驱动时，或是PC通常对电池组A充电时，在CNT1、CNT2端口发出ON信号，并由控制器5在CH端口、DSG端口发出ON信号，则通过控制电路10的输出，充电FET元件91、放电FET元件92会成为ON状态。因此，由电池1放电，或对电池1充电。

另外，在过量充电状态中，通过控制器5向CH端口发出OFF信号，从而即使在PC为了充电而在CNT1发出ON信号的状态，但因为从控制电路10对充电FET元件91发出OFF信号的缘故，充电会被停止。此时，若从PC为了放电等而使CNT2为ON信号的话，因DSG为ON信号，而使放电FET元件92成为ON状态，而可通过OFF状态的充电FET元件91的寄生二极管放电。

另外，在过量放电状态中，通过控制器5向DSG端口发出OFF信号，即使处于PC为了放电而在CNT2发出ON信号的状态，但因为从控制电路10对放电FET元件92发出OFF信号的缘故，放电会被停止。此时，若从PC为了充电等而使CNT1为ON信号的话，因CH为ON信号，而使充电FET元件91成为ON状态，而可通过OFF状态的放电FET元件92的寄生二极管充电。

另外，依据PC的要求，可在CNT1、CNT2发出往一方FET的ON状态、而往另外一方FET的OFF状态的信号。在此，若从控制器5在CH、DSG端口发出至一方FET的ON状态、而往另外一方FET的ON或OFF状态的信号的话，则通过控制电路10的输出，一方的FET元件会为ON状态，另外一方的则会为OFF状态。此时，会有电流通过OFF状态的另外一方的FET元件的寄生二极管而流过。在本实施例中，当在电流检测器2流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时(＝检测出FET保护)，通过控制器5的控制，对ON状态的一方的FET元件，输出OFF信号且通过控制电路10将该元件转为OFF状态。由此，可将充电或放电的电流完全的停止，而防止在OFF状态的FET元件的寄生二极管流过非预期的电流，而可保护该FET元件受到损坏。

如上所述，检测出FET保护时，虽通过控制器5的控制，对ON状态的一方的FET元件，由控制电路10输出OFF信号，以将该元件转为OFF状态，但也可以代替前述方式，从控制器5对PC发出用使该元件为OFF状态的信号，再通过PC的控制将该元件转为OFF状态亦可。

另外，在本实施例中，虽由PC对电池组A内的FET元件发出控制信号，但代替前述方式，去除CNT1、CNT2端口、控制电路10，而在电池组A内控制充电FET元件、放电FET元件亦可。这种情况下，从控制器5的CH、DSG端口而来的ON/OFF信号便直接地施加于充电FET元件91、放电FET元件92的栅极。同样的，当在电流检测器2流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时(＝检测出FET保护)，通过控制器5的控制，对ON状态的一方的FET元件，输出OFF信号，以将该元件转为OFF状态。由此，可将充电或放电的电流完全的停止，而防止在OFF状态的FET元件的寄生二极管流过非预期的电流，而可保护该FET元件受到损坏。

另一方面，在MPU的剩余容量处理器4中，将通过A/D转换器3所转换的充放电电流乘以测定单位时间(例如，250msec)后算出的值进行相加，并在放电时从满量充电开始将相加的值减去，或是充电时由充电开始时的剩余容量加上相加的值。通过前述计算而算出电池1的剩余容量。

另外，在控制器5中，从由A/D转换器3所变换的电池电压和充电电流而检测出满量充电(在限制电流、电压的定电流、定电压充电中，电压为预定值以上，电流为预定值以下的条件时，视为满量充电)，而输出剩余容量为100％的信息。

对为电子设备的PC(个人电脑)、充电器等，具有：通信数据发生器6，用以将电池电压、剩余容量、充放电电流值等各种电池信息，生成电子设备可接收的信号数据；驱动器7，用以与PC和充电器实际进行通信；以及存储器8，用以存储算出剩余容量用的各种参数和种种数据。另外，将来自电子设备的要求电池组的各种信息的发送请求在驱动器7予以接收，并将于通信数据发生器6生成的数据从驱动器7发送至电子设备。通信装置11便以如上所述的通信数据发生器6、驱动器7、存储器8进行与电子设备等的通信。

另外，在剩余容量处理器4中，具有以下的功能：锂离子等的二次电池1，在满量充电电压附近重复充电的话，会促进电池自体的劣化，使得电池单元(cell)内做为安全零件的过量充电防止电路或元件频繁的动作，而发生令前述电路或元件的循环寿命缩短的不良影响。为了避免前述问题，在本实施例中的剩余容量处理器4中，在降低到预定剩余容量(例如95％以下)或与该预定剩余容量对应的预定电压(例如4V/cell)时，将禁止充电的指示信息，透过通信数据生成处理器6，输出至PC、充电器侧。

在本发明的实施例中，如图2所示，按以下的步骤顺序进行控制，从而保护该FET元件免受损坏。在本实施例中，由控制器5向CH、DSG端口发出ON信号时，将图2的流程，以预定周期(例如250msec)重复，而重复保护FET元件的流程。在CNT1、CNT2的单侧输出将FET设为OFF的信号的状态中，检测出预定时间以上、预定电流值以上的电流的情形时，视为检测出FET保护，而由控制器5在ON状态的FET元件侧产生OFF信号，而将充放电FET元件双方皆设为OFF状态。

在步骤S1中，对从PC而来的要求通过CNT1、CNT2端口输入控制器5的信号，而判定其是否为往一方FET元件的ON状态、往另外一方FET元件的OFF状态。在步骤S 1中，做为具体实施例，CNT1为High(OFF)信号，CNT2为Low(ON)信号。因此，若步骤S1中，CNT1为High(OFF)信号，CNT2为Low(ON)信号的话，充电FET元件91便为OFF状态，放电FET元件92便为ON状态。

若步骤1为TRUE(真)(＝Yes)，则在步骤S2中，判定放电电流值是否大于预定电流值(＝门限值)(例如，100mA)，当大于预定电流值时，则在步骤S3，为了启动计时器，而将检测计时器启动予以增加。当计时器已在之前的周期启动时，计时器的计测会继续。因此，在步骤S4中，若计时器已经过预定时间以上，则在步骤S5，会判定为异常状态，而设定检测出FET保护的标记。然后，便由控制器5对ON状态的FET元件发出OFF信号，而从控制电路10发出OFF信号，设为OFF状态。然后，将检测计时器予以清除。在步骤S4，若计时器在非后述的预定时间(＝设定值)以上的话，则图2的流程会以预定周期重复，而回到步骤1。

在步骤S1中，若CNT1非High(OFF)信号，CNT2非Low(ON)信号的话，则在步骤S6中，会判定是否CNT1为Low(ON)信号、CNT2为High(OFF)信号。在步骤S6中，若CNT1为Low(ON)信号、CNT2为High(OFF)信号，则充电FET元件91便为ON状态，放电FET元件92便为OFF状态。

若步骤S6为TRUE(＝Yes)，则在步骤S7中，会判定是否充电电流值为预定电流值(＝定限值)(例如，100mA)以上，当为预定电流值以上的情形时，则在步骤S8，为了启动计时器，而将检测计时器启动予以增加。当计时器已在之前的周期启动时，计时器的计测会继续。此后，则延续上述的步骤4。

若步骤S6为FALSE(假)(＝No)，则在步骤S9将检测计时器清除。

另外，若在步骤S2为FALSE(＝No)，则延续步骤S9，将检测计时器清除。

在此，计时器的检测时间(预定时间)设定为在可考虑的最大放电电流与最大充电电流的绝对值较大一方的电流值通过FET元件的寄生二极管流过的情形时，FET元件不会出故障，且与FET元件热结合而串联插入电流经路的温度保险丝不会切断的时间。在本实施例中，约设定为1S。

Claims

1、一种对电子设备进行电力供给，且由该电子设备充电的电池组，其特征为：

该电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件、控制单元及控制电路；

所述电池组中，由所述电子设备输入分别控制所述元件用的设备控制信号的ON信号、OFF信号；

在所述控制单元中，为了分别控制所述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号；

在所述控制电路中，在所述设备控制信号、所述电池内控制信号双方皆为ON条件时，对所述各元件执行将该元件设为ON状态的控制；

在所述控制器中，当一方的所述元件为ON状态、另外一方的所述元件为OFF状态时，且通过OFF状态的所述另一方的所述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由所述控制器对ON状态的所述一方的所述元件发出所述OFF信号，将该元件设为OFF状态。

2、一种对电子设备进行电力供给，且由该电子设备充电的电池组，其特征为：

该电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件、控制器及控制电路；

在所述控制器中，为了分别控制所述元件，而发出电池内控制信号的ON信号、OFF信号；

在所述控制电路中，在所述机器控制信号、所述电池内控制信号的两方皆为ON条件时，对所述各元件执行将该元件设为ON状态的控制；

在所述控制器中，当一方的所述元件为ON状态、另外一方的所述元件为OFF状态时，且通过OFF状态的所述另一方的所述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由所述控制器发出用以将所述一方的所述元件设为OFF状态的信号。

3、一种电池组，其特征为：

在电池组内具有电池、充电FET元件、放电FET元件及控制器；

在所述控制器中，当一方的所述元件为ON状态、另外一方的前述元件为OFF状态时，且通过OFF状态的所述另一方的所述元件的寄生二极管流过预定时间以上、预定电流值以上的电流时，由所述控制器对ON状态的所述一方的所述元件发出所述OFF信号，而将该元件设为OFF状态。