TWI414120B

TWI414120B - 包匣式電池

Info

Publication number: TWI414120B
Application number: TW095125780A
Authority: TW
Inventors: Katsuhiro Suzuki
Original assignee: Sanyo Electric Co
Priority date: 2005-07-20
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2013-11-01
Also published as: TW200711251A; JP2007028858A; JP4601508B2

Description

包匣式電池

本發明係有關一種包匣式電池。

關於以往的包匣式電池，於以下的日本專利文獻中有所記載。於此包匣式電池內，係具有：開關手段，與電池串聯連接；電流檢測手段，檢測出流過電池的電流；以及控制手段，根據該電流檢測手段的檢測結果，對開關手段進行導通切斷(ON/OFF)控制。該控制手段係於電池有預定值以上之電流流過時，使前述開關手段為保護切斷狀態，而從該切斷時間點經過預定時間後使開關手段自動地復歸為導通狀態(＝將保護解除)者。

(日本專利文獻1)：特開平6－351156號公報

以前述之以往的包匣式電池而言，包匣式電池內雖有如上所述之保護機能，但也有如下所述之問題點存在。第5圖係表示隨著如上所述之以往的包匣式電池之保護機能的動作，電流、溫度相對於時間之波形。當因某種原因而使過電流臨限值以上的電流流過預定的過電流檢測時間以上時，則視為異常而使開關手段成為切斷狀態並遮斷電流。然後，從切斷時間點經過預定時間之過電流解除時間後，便使開關手段自動地復歸為導通狀態。然後，在該過電流的原因未消除的情形下，會反覆進行再度檢測出過電流而於經過過電流解除時間後使開關手段自動地成為導通狀態的動作。如上所述的過電流檢測與解除的時間係與次數無關而為固定。

由於過電流檢測之時間中流過的電流，會使包匣式電池內或以包匣式電池為電源的電子機器內異常發熱，如第4圖所示，包匣內電池之溫度會異常上升，最壞的情形下，會導致包匣式電池或電子機器的系統熱損的危險性。

另外，為了防止如上所述重複的過電流檢測，一旦檢測出過電流，即將電流予以遮斷並使電流遮斷的狀態繼續，於滿足以下條件的情形下，亦可將保護解除。

以其中一例而言，例如有：監控端子電壓並監視其電壓變化，並檢知其負載被取下(與過電流時的電壓相比較而檢知電壓的上升)而將開關手段從切斷狀態切換為導通狀態，以將保護解除的方法。此時，因為僅於檢知造成過電流之原因的狀態解除時才將過電流狀態解除，雖可以進行非常高安全性的保護，但由於需要用以判別連接有異常負載或電源之狀態的其他機構，因而耗費成本。

另外，即使檢測出一次過電流，在滿足以下條件的情形下亦可將保護解除。例如，如連接於電阻器等的電池拆裝端子(當端子輸出取下時輸出High電壓，當裝著於系統時則輸出Low電壓)等方式檢測出與電子機器等系統的拆裝，並檢知從成為負載的系統將包匣式電池拆下而使開關手段從切斷狀態切換為導通狀態，以將保護解除的方法。此時，因為可以檢測出電池被從系統或負載拆下的狀態，故雖然在因電源或系統之異常而導致過電流時為有效的處置，但會有因為電池與系統的介面部(連接器(connecter))之接腳數的限制等而無法安裝的問題。

本發明係為了解決如上所述之問題點而研發者，其目的為廉價地提供一種即使在無法消除過電流的原因時也不會異常過熱的包匣式電池。

本發明係具有：開關手段，與電池串聯連接；電流檢測手段，檢測出流過前述電池的電流；以及控制手段，根據該電流檢測手段的檢測結果對前述開關手段進行導通切斷(ON/OFF)控制；該控制手段係於前述電池有預定值以上之電流流過時設為過電流檢測狀態，而在使前述開關手段成為切斷狀態的同時，從該切斷時間點至預定時間為止成為過電流解除狀態，而從前述切斷時間點經過預定時間後，使前述開關手段自動地復歸為導通狀態者，且於連續地成為前述過電流檢測狀態以及前述過電流解除狀態時，因應連續的前述過電流檢出狀態和前述過電流解除狀態之次數來決定前述預定時間，當前述過電流檢測狀態或前述過電流解除狀態之次數增加時，則使前述預定時間增長。

另外，前述預定時間係與前述次數成正相關而被決定。

於本發明中，前述預定時間係與前述次數成正相關而被決定。從而，若連續的前述過電流檢測狀態或前述過電流解除狀態之次數增加，則使前述開關手段成為切斷狀態的同時，使作為維持切斷狀態的過電流解除狀態之維持時間的預定時間增長。

因而，即使於過電流狀態之原因無法消除的情形下，因流通過電流的間隔會增大，而隨時間的電流所產生的發熱量也會減小，故可以防止包匣式電池內成為異常的高溫。

於本發明中，如以往般檢測出過電流並使開關手段成為切斷狀態，之後，在使開關手段從切斷狀態切換為導通狀態而進行解除動作時，即使反覆進行過電流檢測與解除動作，但因本發明當連續的次數增加時會使作為電流解除狀態之維持時間的預定時間延長，故不會產生異常的過熱。而且，如上所述之本發明的構成，無須設置特別的機構(不進行耗費成本的元件或電路之追加，而以原來的電路構成)即可提高安全性。

以圖式對本發明之實施例詳細地進行說明。

於本實施例中，如第1圖所示表示電流、溫度相對於時間之變化。當因某種原因使過電流臨限值以上的電流流過預定之過電流檢測時間時，則設為過電流檢測狀態，使開關手段切斷而加以保護，並遮斷過電流。從該切斷時間點至預定時間(過電流解除時間)為止設為過電流解除狀態，並維持切斷狀態。若經過預定時間，則使開關手段復歸為導通狀態而將保護解除。在過電流的原因沒有消除的情形下，會導致再度反覆成為過電流檢測狀態、過電流解除狀態。

在此，於本實施例中，將保護解除(＝使開關手段從切斷狀態切換為導通狀態時)後，若立刻或於規定時間以內檢出過電流而成為過電流檢出狀態，則視為連續成為過電流檢測狀態及過電流解除狀態。

然後，於本實施例中，因應連續之前述過電流檢測狀態或前述過電流解除狀態的次數(稱為過電流檢測次數)而決定預定時間(＝過電流解除時間)。如上所述之預定時間(＝過電流解除時間)，係與如上所述之過電流檢出次數成正相關而被決定。具體而言，係如第2圖所示，若將過電流檢出次數設為X〔次數〕，則過電流解除時間Y[S]係如以下所述被決定。

Y＝aX＋b(a、b係常數。b係以往之固定的過電流解除時間b(約10到20秒程度，例如約16秒))。

另外，亦可將此式代換為Y＝aX² ＋b。

甚至，如第2圖之A線所示，Y係以X的1次函數而上升，亦可於途中包含有Y成為一定值的部份。另外，如第2圖之B線所示，Y亦可隨者X的增加而階段性地增加。

藉由如上所述而決定的過電流解除時間，如第1圖所示，若過電流檢出次數增加，則過電流解除時間也會變長。在原因無法消除的情形下，雖然會反覆進行檢測與解除，但是，藉由因應過電流檢出次數而使過電流解除時間變長，如第1圖之包匣式電池的溫度曲線所示，因時間部分的電流所產生的發熱量也會變小，故可以防止包匣式電池內變成異常高溫的問題。

第3圖係表示本實施例之方塊圖，在本實施例之包匣式電池A中，係具有：鋰離子等二次電池1；檢測出電池1之充放電時的電流的電阻2(相當於作為電流檢測手段的電流檢測部)；監視、控制電池1之充放電的微處理器單元(以下稱MPU)。然後，在作為電子機器的個人電腦(以下稱PC)等內建並安裝包匣式電池A時，來自電池1的輸出係由＋端子及GND端子供給至PC，與PC的通信則透過通訊線SCL、SDA進行。另一方面，利用最大電流、最大電壓受到規制的定電流．定電壓充電方法從PC供給作為充電器之充電電力。

於MPU中，係具有：A/D轉換部3，將電池電壓(測定點d)和檢測電阻2兩端的類比電壓予以數位轉換，而換算為實際電壓[mV]和實際電流值[mA]；餘電容量處理部4，將充放電電流積算而運算處理餘電容量；控制部5，在檢測出電池1之滿充電、或檢測出異常電流、由另外設置的感溫元件(未圖示)所檢測出的電池之異常溫度及異常電壓時等，對充放電進行控制。

在此，作為控制手段，控制部5係為了遮斷充電電流、放電電流，而作為開關手段之電流遮斷元件，對p通道型FET之充電用FET元件91、放電用FET元件92發出控制其導通/切斷的訊號，以控制其導通/切斷。

於控制部5中，電池1之電壓若變為過充電電壓以上(例如4.2V以上)，則為了對充電用FET元件91進行切斷控制，而由埠CH發出切斷訊號(因為係施加於元件91為p通道型FET的閘極，故切斷訊號之電壓係相當於High電壓之訊號)。另外，電池1之電壓若變為過放電電壓以下(例如2.7V/Cell以下)，則為了對放電用FET元件92進行切斷控制，而由埠DSG發出切斷訊號(因為係施加於元件92為p通道型FET的閘極，故切斷訊號之電壓係相當於High電壓之訊號)。又，如上所述，因為係施加於元件91、92之p通道型FET的閘極，故切斷訊號之電壓係相當於High電壓之訊號，導通訊號之電壓係相當於Low電壓之訊號。

另外，控制部5係具有遮斷過電流的機能。根據從後述的過電流檢測部16、解除時間算數運算部18所輸入的訊號，對電流遮斷元件之充電用FET元件91、放電用FET元件92進行導通切斷控制。具體而言，一旦從過電流檢測部16得到過電流檢出狀態的訊號，若為放電電流則將放電用FET元件92切斷，若為充電電流則將充電用FET元件91切斷。另外，一旦檢測出過電流則亦可使元件91、92雙方成為切斷狀態。當由解除時間算出運算部18接收將保護解除的訊號時，則將電流遮斷元件從切斷狀態控制至導通狀態。

另外，於MPU內係具有過電流檢測部16。過電流檢測部16為一處理部，其係比較在A/D轉換部3被數位換算的電流、與記憶於後述的記憶體8的過電流臨限值，當超過臨限值的電流在預定之過電流檢測時間(記憶於記憶體8，而由定時器(timer)17進行記數)被檢測出時，則設為過電流檢出狀態，對控制部5與後述的解除時間算出運算部18送出訊號。

於MPU內係具備有解除時間算出運算部18。解除時間算出運算部18係具有：運算部，因應過電流檢出次數來決定預定時間(＝過電流解除時間)；處理部，經過預定時間(＝過電流解除時間)後，為了使開關元件從切斷狀態變為導通狀態而將用以使保護解除的訊號輸出至控制部5。另外，於運算部中進行決定時，不以計算式，而可以列表等參照數值而決定預定時間(＝過電流解除時間)。

另一方面，MPU之餘電容量處理部4係將由A/D轉換部3所轉換的充放電電流乘以測定單位時間(例如250msec)的值予以積算，於放電時從滿充電減去積算值，或是於充電時使充電開始時的剩餘容量加上積算值。藉由如上所述之運算，算出電池1之殘餘電容量。

而且，控制部5係從由A/D轉換部3所轉換的電池電壓與充電電流檢測出滿充電(於規制電流、電壓的定電流．定電壓充電中，當電壓為預定值以上、電流為預定值以下之條件時設定為滿充電)，並輸出使餘電容量為100%的資訊。

在作為電子機器的PC(＝個人電腦)、充電器等係具有：通訊資料作成部6，將電池電壓、餘電容量、充放電電流值等各種電池資訊作成電子機器可以收訊的訊號資料；驅動(driver)部7，用以與PC或充電器實際進行通訊；記憶體8，記憶用以算出餘電容量的各種參數及各種資料。另外，於驅動部7接收來自電子機器的包匣式電池之各種資訊的送訊要求，並將於通訊資料作成部6所作成的資料從驅動部送訊至電子機器。如上所述的通訊資料作成部6、驅動部7、記憶體8係與電子機器等進行通訊的通訊部11。

另外，記憶體8係記憶有過電流檢測之過電流臨限值、各種設定時間、過電流解除時間等各種資料，因應需要而讀出該等資料。

本實施例係如第4圖所示利用以下順序進行控制。首先，針對所利用的定時計數器(timer counter)、計數器(counter)進行說明。計數器A係測置預定之過電流檢測時間(3至7秒左右，例如為5秒)的定時計數器；計數器B係測量過電流解除時間(最初係如上所述的16秒)的定時計數器；計數器C係對規定時間(0.5秒程度)進行測量的定時計數器，關於如前所述之規定時間的利用係如上所述，在將保護解除(＝將開關手段從切斷狀態切換為導通狀態時)後，若於規定時間以內檢測出過電流而成為過電流檢出狀態，則視為連續地成為過電流檢測狀態以及過電流解除狀態；計數器D係測量連續的過電流檢測次數的計數器。

簡單地說明第4圖的大概流程，流程圖的左側是從不是過電流解除狀態的狀態開始檢測出過電流的處理部份；右側是對從檢測出過電流後的過電流解除狀態(保護狀態)開始至保護解除為止的時間加以監視的處理部份。尤其，本實施例的特徵係如第4圖之虛線箭號所示，藉由過電流檢測次數，設定過電流解除時間並使之變化。

第4圖的流程圖係以預定週期(例如：250msec)反覆進行的方式，重複過電流檢測與保護(＝過電流解除狀態)的處理。

於步驟1中，判定是否為過電流解除狀態之檢測中。

若不是檢測中，於步驟S2觀看上述之過電流檢出是否連續的計數器C中，測量規定時間的計數器C即判定是否為動作中。若為動作中，則於步驟3將計數器C增量(＝增加，increment)。接著，於步驟S4判定計數器C是否計時完畢(time up)。若已計時完畢，則因非連續檢測，故於步驟S5將計數器C清空(clear)並暫停，同時將測量過電流檢出次數的計數器D也清空。另外，於步驟S2中，若計數器為未動作，則進入下一個步驟S6。另外，於步驟S4中，若計數器C尚未計時完畢，則進入下一個步驟S6。

繼之，於步驟S6中，判定電流是否為過電流臨限值以上，若為過電流臨限值以上，則於步驟S7中將測量預定之過電流檢測時間的計數器A增量。然後，在步驟S8中判定計數器A是否為預定之設定值以上，若為設定值以上，則於步驟S9中判定測量過電流檢測次數的計數器D是否為動作中，亦即，判定是否在連續次數的計數中。若為計數中，則將計數器D增量。然後，於步驟S11中因應計數器D的次數，如上所述之方式決定預定時間(＝過電流解除時間)。接著，於步驟S12中，由控制部5發出切斷訊號，在將作為開關手段的電流遮斷元件切斷的同時，將計數器A清空而成為過電流解除狀態。

另外，於步驟S6中，若電流未滿過電流臨限值，則於步驟31中將計數器A清空。另外，於步驟S8中，若計數器A未滿設定值，則進行至第4圖之流程圖的最後。而且，於步驟S9中，若計時器C為未動作，則進入至步驟S12。

另一方面，於步驟1中，若為檢測出過電流解除狀態中，則於步驟S21中，將測量過電流解除時間的定時計數器B增量。然後，於步驟S22中，判定計數器B是否為預定之設定值以上。在此，作為過電流解除時間之預定的設定值係如上所述，若過電流檢出次數之計數器D為動作中，則成為前一次流程中之步驟11所算出的設定值；若計數器D為未動作，則成為未連續時的設定值。當計數器B為預定之設定值以上時，則於步驟S23中，結束電流解除狀態而將保護解除，並將作為開關手段的電流遮斷元件導通，於步驟S24中使計數器C開始動作，且到達流程的最後。另外，於步驟S22中，若計數器B未滿設定值時，則到達第4圖之流程的最後。

其次，如本實施例，以下針對過電流之原因未消除的事例進行說明。

如習知技術所說明，只要未將導致過電流狀態的原因消除，就會反覆前述過電流檢測狀態及前述過電流解除狀態。若舉出具體例而言，例如在包匣式電池之連接器外部因異物而導致發生端子短路時，因短路引起的大電流使過電流保護啟動而遮斷電流經路。但是，在以往的方法中，無論短路狀態是否消除，使屬於電流遮斷狀態之過電流解除狀態經過了設定時間後，會再度使包匣式電池內部之開關元件成為ON(導通)，所以會再度流通大電流而啟動過電流保護。此狀態會反覆至電池之能源耗盡或是短路狀態消除為止，但因短路的異物之電阻值，於電流流通時該異物會發熱，雖於解除時間內該發熱會停止，溫度會降低，但在降低的斜度比檢測出過電流時之溫度上升斜率較緩的情形下，會因時間的經過而使異物的溫度持續上升。此時，在最壞之情形下會使異物燃燒，而有延燒其他物的危險性。另外，因過電流的通電，電路、電池本身會發熱，而導致包匣式電池的溫度上升。

作為用以避免此問題的方法，雖已提案有一種藉由延長過電流解除時間俾藉由時間的經過使溫度降低的方法，但由於異物之電阻值和導致發熱的電力量係因異物而有不同，難以一概地決定。另外，若使過電流保護之解除時間過長，則在實際使用環境會導致使用者的不滿。此係通常過電流保護大多是假設使用者之多樣化的使用狀態而超過額定電容量時的情形為主，而與異物無直接關係(例如，PC的情形係連接有估計以上之作為外部周邊機器的HD或DVD－ROM驅動器等機器)，此時，當該負載消除時，必須迅速將過電流保護之狀態解除。若因短路保護的目的而延長過電流解除時間時，接著即使使用者開啟統的電源，也會因電池仍為過電流保護狀態而使系統無法啟動。因此，為了解決如上所述的問題，而可利用上述實施例。於實施例之情形中，在之前說明的使用者使用過大的負載的環境下，於消除該負載的情形下，因為為一次的過電流檢測狀態，故將過電流解除時間設定為不至於感到煩躁的時間。但是，在如短路等反覆進行過電流檢測與解除的情形下，藉由使解除時間因應次數而延長的方式，而可以期待抑制溫度上升的效果，最終可以提高安全性。

1．．．電池

2．．．電阻(電流檢測部)

3．．．A/D轉換部

4．．．餘電容量積算處理部

5．．．控制部(控制手段)

6．．．通訊資料作成處理部

7．．．驅動部

8．．．記憶體

91、92．．．充電用FET元件、放電用FET元件(開關元件、電流遮斷元件)

11．．．通訊部

16．．．過電流檢測部

17．．．定時器

18．．．解除時間算出運算部

A．．．包匣式電池

MPU．．．微處理器單元

第1圖為本發明實施例的電流、溫度曲線圖。

第2圖係表示本發明實施例中的過電流解除時間與次數之關係圖。

第3圖係表示本發明實施例中的包匣式電池之電路方塊圖。

第4圖係表示本發明實施例中流程圖。

第5圖為以往之包匣式電池的電流、溫度曲線圖。

Claims

一種包匣式電池，係具有：開關手段，與電池串聯連接；電流檢測手段，檢測出流過前述電池的電流；以及控制手段，根據該電流檢測手段的檢測結果對前述開關手段進行導通切斷(ON/OFF)控制；該控制手段係於前述電池有預定值以上之電流流過時設為過電流檢測狀態，而在使前述開關手段設為切斷狀態的同時，從該切斷時間點至預定時間為止設為過電流解除狀態，而從前述切斷時間點經過預定時間後，使前述開關手段自動地復歸為導通狀態者，且於連續地成為前述過電流檢測狀態及前述過電流解除狀態時，因應連續的前述過電流檢測狀態或前述過電流解除狀態之次數而決定前述預定時間；當前述過電流檢測狀態或前述過電流解除狀態之次數增加時，則使前述預定時間增長。
如申請專利範圍第1項之包匣式電池，其中，前述預定時間係與前述次數成正相關而被決定。