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電池狀態(tài)監(jiān)視電路和電池裝置的制作方法

文檔序號:6138913閱讀:352來源:國知局
專利名稱:電池狀態(tài)監(jiān)視電路和電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種電池裝置(以后稱為“電池組件”),其包括對于電池狀態(tài)例如電壓或充電/放電電流而需要被監(jiān)視的電路,用于監(jiān)視該電路的電池狀態(tài)監(jiān)視電路,位于電池裝置的外部的外部連接端子,開關(guān)元件,二次電池和用于二次電池的在電池組件中的檢測電阻。
作為一種常規(guī)的電池狀態(tài)監(jiān)視電路,已經(jīng)公知一種如圖2的電路方塊圖所示的裝置。例如,日本專利申請公開No.Hei9-312172“電池組件,充電器和充電系統(tǒng)以及充電方法”披露了一種這種結(jié)構(gòu)。這涉及一種被稱為“靈巧電池系統(tǒng)”或其類似物的電池組件。即這是一個電池組件100a,其具有利用微型計算機監(jiān)視二次電池的電壓和充電/放電電流,并和負(fù)載例如充電器17或計算機通信的功能。
使用這種結(jié)構(gòu)的電池組件100a,可以通過和充電器17,個人計算機內(nèi)的微型計算機,負(fù)載或其類似物進行通信來識別電池狀態(tài)。利用這種信息可以使指示電池的殘余電量,電池充電的中止等,被精確地進行。在使用鋰離子電池作為二次電池的情況下,因為不像鎳電池那樣提供自保護作用,所以需要過充電保護電路。即鋰離子電池配備有一些用于檢測電池電壓的電路和用于從外部中止充電操作的開關(guān)元件。
在這種結(jié)構(gòu)的電池組件100a中,使用微型計算機5a。電池組件100a還配備有放大器3a,用于監(jiān)視電池電壓,以及檢測電阻10和放大器3b,用于監(jiān)視充放電電流。來自電池電壓監(jiān)視電路20a和放大器3a,3b的電信號被輸入到微型計算機5a。因為微型計算機5a具有計算功能和A/D轉(zhuǎn)換器,從而根據(jù)上述的信號它可以計算電壓和二次電池6-8的容量,可以監(jiān)視電池狀態(tài)。這使得微型計算機5a可以進行開關(guān)元件11a,11b的通斷操作,并因此微型計算機5a對于在其中使用鋰離子電池的電池組件中的過充電實行安全保護。
需要使用恒定的電壓作為在結(jié)構(gòu)上作為一個重要部分的微型計算機的電源。例如,標(biāo)稱值為3.3V或5.0V的電壓。如果提供給微型計算機5a的電源電壓是不穩(wěn)定的,則電池電壓等的檢測精度變差。在最壞的情況下,一般發(fā)生微計算機5a的被稱為“失控”的現(xiàn)象。這是一種微計算機根本不受控制的狀態(tài),因此電池組件100a的安全根本不能保證。此外,需要對電池電壓監(jiān)視電路20a和放大器3a,3b提供恒定的電壓,以保證其安全操作。
因為在電池組件100a內(nèi)的電池狀態(tài)監(jiān)視電路18a的電源由二次電池6-8構(gòu)成,所以該電壓按照負(fù)載狀態(tài)而改變。在電池組件100a向負(fù)載放電的情況下,電源電壓變低,而在電池組件被充電的情況下,電源電壓變高。為了對微計算機5a和配備在電池組件100a內(nèi)的放大器3a,3b提供恒定的電壓,一個電壓調(diào)節(jié)器被設(shè)置在電池組件內(nèi)。所述電壓調(diào)節(jié)器用于即使在電源電壓改變時,也維持其輸出電壓恒定。
然而,即使以這種方式設(shè)置電壓調(diào)節(jié)器,如果連續(xù)放電,作為電源的電池電壓也會變低。隨著電壓調(diào)節(jié)器的電源電壓變低,其輸出電壓自然也變低。在這種狀態(tài)下,便不能提供使微計算機穩(wěn)定操作所需的電源電壓。因而,產(chǎn)生的問題是,當(dāng)微計算機的電源電壓變低時,微計算機可能發(fā)生失控,從而不能監(jiān)視電池狀態(tài)。
圖4是用于說明上述操作的曲線。在圖中,橫軸表示時間,而縱軸表示電壓,并且示出了電池電壓和電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓(微計算機的電源電壓)。在從0到ta的時間間隔期間,從電池組件向負(fù)載提供電流,因而隨著時間的延長,電池電壓下降。在時間ta,電池電壓等于對電壓調(diào)節(jié)器設(shè)置的電壓。
在時間ta之后,電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓變得低于預(yù)定值。雖然圖4表示在時間ta之后,電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓和電池電壓相同,但這只是為了使說明簡化。事實上,輸出電壓變得比電池電壓低。在時間tb,電池組件向負(fù)載提供的電流中止,因而充電器和電池組件相連。由于充電器和電池組件相連,電池電壓開始上升,然后,在時間tc,變得和電壓調(diào)節(jié)器設(shè)置的輸出電壓相同。在時間tc之后,電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓變?yōu)楹愣妷骸?br> 在圖4的例子中,因為電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓,即微計算機的電源電壓在時間ta到時間tc的間隔期間下降,所以不能確保微計算機的正常操作,因而不能精確地監(jiān)視電池狀態(tài)。
這問題甚至出現(xiàn)在實際使用的環(huán)境中。在從電池電壓由于負(fù)載和電池組件相連而被降低,并且電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓值被減少到等于或小于微計算機能穩(wěn)定操作的電源電壓,到由于充電器和電池組件相連,電池電壓升高到等于或大于微計算機能穩(wěn)定操作的電源電壓的時間間隔內(nèi),微計算機的操作是不穩(wěn)定的。在這期間,電池組件的安全根本不能保障。
由上述看來,為了解決現(xiàn)有技術(shù)中固有的上述問題,本發(fā)明的目的在于通過向微計算機可靠地提供恒定的電壓,阻止微計算機的失控,使得可以在寬的范圍內(nèi)監(jiān)視電池狀態(tài),同時增加電池組件的安全性。
為了解決上述問題,按照本發(fā)明,在包括電壓調(diào)節(jié)器的電池狀態(tài)監(jiān)視電路中,電壓調(diào)節(jié)器的電源由來自二次電池或充電器的任何較高的電壓供給。此外,當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓變得較低時,還提供一個用于向微計算機發(fā)送信號的電壓檢測電路。
在其中包括電壓調(diào)節(jié)器的電池狀態(tài)監(jiān)視電路中,電壓調(diào)節(jié)器的電源從電池電壓或者充電器電壓當(dāng)中的較高的電壓來提供。此外,當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓變得較低時,可以通過附加一個向微計算機發(fā)送信號的電壓檢測電路來確保向微計算機提供恒定的電壓,從而能夠阻止失控。因為這種結(jié)構(gòu)使得微計算機的操作范圍變寬,所以增加了電池組件的安全性,以及可以精確地進行電池狀態(tài)的監(jiān)視,借以使得能夠從電池組件獲得高質(zhì)量的信息。


圖1是按照本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視電路以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的原理圖。
圖2是常規(guī)的電池狀態(tài)監(jiān)視電路以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的原理圖。
圖3是按照本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視電路的另一個實施例以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的原理圖。
圖4是常規(guī)的電池狀態(tài)監(jiān)視電路以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的定時圖。
圖5是按照本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視電路以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的定時圖。
圖6是按照本發(fā)明的電壓轉(zhuǎn)換電路的另一個例子的原理圖。
圖7是按照本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視電路的另一個實施例以及使用所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電池組件的原理圖。
圖1表示應(yīng)用本發(fā)明的電池狀態(tài)監(jiān)視電路,以及使用這種電路的電池組件的一種結(jié)構(gòu)的例子。下面,參照圖1說明本發(fā)明的一個實施例。
電池組件100被這樣設(shè)計,使得多個二次電池6-9(例如鋰離子電池)串聯(lián)連接。二次電池9的負(fù)極和檢測電阻10相連。此外,檢測電阻10和電池組件100的負(fù)端子103相連。二次電池6的正極和由FET或其類似物構(gòu)成的開關(guān)元件12相連。開關(guān)元件12和開關(guān)元件11串聯(lián)連接,并且開關(guān)元件11和電池組件100的正端子101串聯(lián)連接。開關(guān)元件12和11被用作用來控制從電池組件100放電和從充電器17充電的開關(guān)元件。當(dāng)禁止對電池組件100充電時,開關(guān)元件11可被截止。此外,當(dāng)禁止由電池組件100放電時,開關(guān)元件12可被截止。開關(guān)元件11和12可被連接在二次電池9的負(fù)極和檢測電阻10之間。在這種情況下,需要按照這種結(jié)構(gòu)合適地改變FET等元件的類型。同樣,檢測電阻10可以連接在電池組件100的正端子101上。
電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電源端子104和電壓轉(zhuǎn)換單元21相連。在圖1所示的實施例中,電壓轉(zhuǎn)換單元21由二極管13和14構(gòu)成。在這種情況下,二極管13和二極管14的兩個陰極被連接在一點上。二極管13的陽極和電池組件100的正端子101相連,二極管14的陽極和二次電池6的正極相連。二次電池6的正極的電壓等于通過使二次電池6-9的電池電壓相加所獲得的值(以后在這點的電壓被稱為“總電池電壓”)。利用這種連接,電池組件100的正端子101的電壓或總電池電壓當(dāng)中任何一個較高的電壓被施加于電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電源端子上。即,和電池組件100的正端子101相連的充電器的電壓或二次電池6的電壓當(dāng)中任何一個較高的電壓,被施加于電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電源上。
在電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電源只由二次電池6-9提供的結(jié)構(gòu)中,當(dāng)二次電池6-9的電壓低時會出現(xiàn)問題。當(dāng)二次電池6-9的電壓變得較低時,即使充電器17和電池狀態(tài)監(jiān)視電路18相連,電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電壓也不能被保證。因為電壓調(diào)節(jié)器1的輸出直到二次電池6-9被充電而使電壓上升之前是不穩(wěn)定的,所以在這個時間間隔期間,充電電流不能被監(jiān)視,因此,使得指示殘余的電池容量的精度變差。
然而,當(dāng)如上所述使用電壓轉(zhuǎn)換單元21構(gòu)成電路時,即使二次電池6-9的電壓變低,也能由充電器17向電池狀態(tài)監(jiān)視電路18提供電壓。因此,電壓調(diào)節(jié)器1和放大器3在充電器被和其連接之后可以立即進行正常操作,從而改進電池狀態(tài)的監(jiān)視精度。
電壓轉(zhuǎn)換單元21的另一個例子如圖6所示。在這個例子中,當(dāng)電源和各個端子A和B相連時,端子A或者B當(dāng)中的較高的電壓被輸出到端子C。在這個例子中,雖然電壓轉(zhuǎn)換單元21由比較器23和開關(guān)22構(gòu)成,但并不限于這種電路結(jié)構(gòu),只要能夠?qū)崿F(xiàn)所需的功能,可以使用任何電路。
二次電池6-9,開關(guān)元件11,12,檢測電阻10和電壓轉(zhuǎn)換單元21也分別和電池狀態(tài)監(jiān)視電路18相連。電池狀態(tài)監(jiān)視電路18由微計算機5,電池電壓監(jiān)視電路4,放大器3,電壓調(diào)節(jié)器1以及電壓檢測電路2構(gòu)成。電池電壓監(jiān)視電路4,放大器3,電壓調(diào)節(jié)器1以及電壓檢測電路2等的電源由電壓調(diào)節(jié)器1提供。
電池電壓監(jiān)視電路4是一種例如由多路轉(zhuǎn)換器和放大器構(gòu)成的電路,其把二次電池6-9的各自的電壓轉(zhuǎn)換成可由微計算機讀取的電壓,并把所述電壓提供給A/D端口。在圖1的實施例中,電池電壓監(jiān)視電路4由這樣一種電路構(gòu)成,其中二次電池6-9的各個電壓按順序被輸出到一個信號線上。電池電壓監(jiān)視電路4的電源由電壓調(diào)節(jié)器1供給。該電路以這樣的方式設(shè)置,使得即使二次電池6-9的電壓變低時,在充電器17和電池組件相連之后,電池電壓監(jiān)視電路4可以立即進行正常操作。
放大器3被設(shè)計用于把在檢測電阻10上的電壓降調(diào)整到一個可由微計算機5讀取的電平。因為檢測電阻10的電阻值一般小于幾十個毫歐,所以放大器3放大檢測電阻端子間的電壓,并將放大的電壓提供給微計算機5的A/D端口。放大器3的電源也由電壓調(diào)節(jié)器1供給。
微計算機5具有A/D轉(zhuǎn)換和計算等功能,也和電池組件100的外部相連。來自電池電壓監(jiān)視電路4的一個信號被輸入到微計算機5的AD端口。在二次電池6-9由鋰離子電池構(gòu)成的情況下,當(dāng)電池電壓變得較高時,擔(dān)心會發(fā)生燃爆。即,需要監(jiān)視電池電壓,并中止對電池組件100的充電。在這種情況下,微計算機5按照二次電池6-9的電壓控制開關(guān)元件11,12的通斷操作。此外,通過監(jiān)視檢測電阻10上的電壓降可以計算二次電池6-9的充放電電流。因為可以計算充放電電流,所以可以求出電池的容量。
微計算機5的電源電壓由電壓調(diào)節(jié)器1提供。電壓調(diào)節(jié)器1被設(shè)計用于即使在電源電壓改變時也保持其輸出電壓恒定。在圖1的實施例中,電壓調(diào)節(jié)器1的電源由電池組件100的正端子101的電壓或上述的總電池電壓當(dāng)中任何一個較高的電壓提供。當(dāng)充電器17不和電池組件100相連時,電壓調(diào)節(jié)器1的電源電壓也隨著總電壓的降低而降低。
電壓調(diào)節(jié)器1的輸出和電壓檢測電路2相連。電壓檢測電路2例如由比較器24和基準(zhǔn)電壓25構(gòu)成,并且當(dāng)輸入的電壓達(dá)到設(shè)置電壓時,輸出電壓被改變。在圖1中,當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器1的輸出電壓變得較低時,電壓檢測電路2的輸出被改變。當(dāng)該輸出被改變時,微計算機5中止計算功能或類似功能,借以能夠提前阻止誤操作。像通常那樣,這種控制方法被稱為“復(fù)位”。
下面,參照圖5說明這一實施例的操作。在圖中,橫軸代表時間,而縱軸代表電壓,并且示出了總電池電壓和微計算機5的電源電壓。在從0到ta的時間間隔期間,由電池組件100向負(fù)載16提供電流,并且隨著時間的推移總電池電壓降低。在時間ta,總電池電壓等于電壓調(diào)節(jié)器1的輸出電壓。在時間taa,電壓調(diào)節(jié)器1的輸出電壓達(dá)到電壓檢測電路2的檢測電壓。此時,因為電壓檢測電路2的輸出電壓改變而使微計算機5被復(fù)位,所以不會發(fā)生微計算機5誤操作的情況。因為微計算機5接收這一信號,并且也能禁止電池組件100的放電和從外部對其充電,因而確保電池組件100的安全。隨著電池組件100對負(fù)載16繼續(xù)放電,總電池電壓降低。在時間tb,電池組件100向負(fù)載16提供的電流被停止,并且充電器17和電池組件100相連。在圖1所示結(jié)構(gòu)的電池組件100中,在充電器17和電池組件100相連之后,電壓立即被施加于電池狀態(tài)監(jiān)視電路18的電源端子104。如果充電器17的電壓高于在電壓調(diào)節(jié)器1上設(shè)置的輸出電壓,電壓調(diào)節(jié)器1則在充電器17和電池組件100相連之后立即向微計算機提供電源。
在常規(guī)的例子中,微計算機5在時間tb到tc的時間間隔期間誤操作,而在本實施例中,電源被這樣提供,使得微計算機5從充電器和電池組件相連的時間tb開始正常操作。此外,在時間taa到時間tb的時間間隔期間,因為微計算機5接收復(fù)位信號,微計算機5不會誤操作,因而增加了電池組件100的安全性。
圖3是另一個實施例。在本實施例中,微計算機50和電池狀態(tài)監(jiān)視電路180作為不同的部件被構(gòu)成。其構(gòu)成元件和操作原理和參照圖1所述的實施例的完全相同。用這種方式,即使所有的功能在一個部件(IC)中被提供,按照本發(fā)明的電池組件也是有效的,并且即使通過在底板上安裝微計算機5,開關(guān)元件11,12等來提供多個元件,也能獲得相同的效果。
在圖7所示的實施例中,電池電壓監(jiān)視電路4,放大器3,電壓調(diào)節(jié)器1,電壓檢測電路2等的電源由電壓轉(zhuǎn)換單元21提供。即使利用這種結(jié)構(gòu),其作為微計算機的電源,顯然可以進行上述的操作。
在圖1,3,和7所示的實施例的方式中,說明了幾種結(jié)構(gòu)的例子,其中各個二次電池6-9不是并聯(lián)的。不過,本發(fā)明同樣適用于這樣的情況,其中對于多個二次電池被并聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)進行充放電控制。
按照本發(fā)明,只通過附加一個簡單的電路便可以確保對微計算機施加恒定的電壓,并且因為可以阻止失控,從而加寬了微計算機的操作范圍,增強了電池組件的安全性,并能夠精確地進行電池狀態(tài)的監(jiān)視,借以獲得高質(zhì)量的信息。
權(quán)利要求
1一種電池狀態(tài)監(jiān)視電路,其中通過控制開關(guān)元件的通/斷操作進行二次電池的充/放電控制,并且可以監(jiān)視所述二次電池的電壓和放電電流,其特征在于,所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電源電壓由電池裝置的正端子和所述開關(guān)元件之間的電壓或所述二次電池電壓當(dāng)中的任何一個較高的電壓提供。
2一種電池裝置,其中通過控制開關(guān)元件的通/斷操作進行二次電池的充/放電控制,所述二次電池通過所述開關(guān)元件和外部端子串聯(lián),所述外部端子包括電池裝置的正端子和負(fù)端子,并且可以監(jiān)視所述二次電池的電壓和充/放電電流,其特征在于,所述電池狀態(tài)監(jiān)視電路的電源電壓由電池裝置的正端子和所述開關(guān)元件之間的電壓或所述二次電池電壓當(dāng)中任何一個較高的電壓來提供。
全文摘要
在其中包括電壓調(diào)節(jié)器的電池狀態(tài)監(jiān)視電路中,電壓調(diào)節(jié)器的電源由電池電壓或充電器電壓當(dāng)中較高的電壓提供。此外,提供一種當(dāng)電壓調(diào)節(jié)器的輸出電壓變得較低時,向微計算機發(fā)出信號的電壓檢測電路。
文檔編號G01R31/36GK1233083SQ9910522
公開日1999年10月27日 申請日期1999年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月21日
發(fā)明者向中野浩志 申請人:精工電子工業(yè)株式會社
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