过电压检测装置、保护装置及电池组的制作方法

专利名称：过电压检测装置、保护装置及电池组的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测二次电池的过电压的过电压检测装置、具备该过电压检测装置的保护装置以及具备该保护装置的电池组。

背景技术：
在以锂离子电池为代表的二次电池的充电过程中，主要采用所谓的恒流/恒压充电方式，即以规定电流进行恒流充电，在端子电压(以下称为电池电压)达到被设定得比二次电池容许的最大电压(用于防止过充电的保护电压)还低的规定电压之后，以恒压充电进行充电。在电池电压超过最大电压的情况下，会有损电池的寿命(劣化的程度)以及充放电电容，还有引致着火的担忧，因此在充电过程中控制为使电池电压不要超过最大电压。防止二次电池的过电压时，为了期待可靠性，大多通过基于硬件的保护电路与由软件进行控制的控制电路进行双重控制。例如，在专利文献I中公开了一种蓄电池组，包括保护电路，其在电池电压变得比最大设定电压高的状态长于最小设定时间时检测出二次电池处于最大过充电状态；和控制电路，其在电池电压变得比低于最大设定电压的设定电压还高的状态长于设定时间的情况下判定为二次电池处于过充电状态。但是，在充电过程中，因为处于充电路径内的布线、开关元件等部件中产生的电压降和二次电池的净电压相加之后被作为电池电压来检测，因此在恒压充电中减去所述电压降之后而被施加在二次电池上的净充电电压是根据充电电流的大/小而变化为小/大的。与此相对，在专利文献2中公开了以下技术检测由补偿电压抵消了因充电电流而在充电路径内产生的电压降之后的电池电压以进行恒压充电，从而可以使得施加在二次电池上的净充电电压恒定。通过将这种技术适用于上述控制电路，基于减去了充电路径内产生的电压降的电池电压来进行过电压的判定，从而能够正确地判定二次电池是否处于过充电状态。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2004-127532号公报专利文献2日本特开平7-95733号公报然而，上述保护电路通常是由通用的IC来是实现的，采用专利文献2的技术是无法减去充电路径内产生的电压降的，因此在充电电压增大到设想的程度以上的情况下，存在以下问题在由控制电路判定为过电压状态之前，会由保护电路先检测出最大过充电状态。

发明内容
本发明是鉴于上述问题点而进行的，其目的在于提供一种过电压检测装置、保护装置以及电池组，其中在二次电池的充电电流增大的情况下，能够防止检测比利用软件控制而被检测出的过电压还高的过电压的保护电路(以下也称为检测电路)先检测到二次电池的过电压状态本发明涉及的过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及控制电路，其按照时间序列检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压，该过电压检测装置的特征在于，所述控制电路具有判定部，其判定按照时间序列对所述电池电压检测之后的电压是否比所述规定电压高；和计数部，其对该判定部判定为高的次数进行计数，在该计数部连续计数的次数为比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数少的第二次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。在本发明中，在连续地判定为按照时间序列对包含二次电池的充电路径中产生的电压降在内的电池电压进行检测而检测出的电压比检测电路检测规定的过电压状态的规定电压还高的次数，为比在由检测电路检测规定的过电压状态为止的规定时间内检测电池电压的次数少的第二次数以上的情况下，控制电路检测出二次电池的第二过电压状态。由此，因为相加了电压降的二次电池的充电时电压高于规定电压，所以即使在由检测电路在规定时间后检测规定的过电压状态的概率高的情况下，在检测电路检测出规定的过电压状态之前由控制电路检测出第二过电压状态。本发明涉及的过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及控制电路，其按照时间序列检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压，该过电压检测装置的特征在于，所述控制电路具有判定部，其判定所述抵消电压的大小是否比规定值还大，其中该规定值小于所述规定电压及第一电压的差值；和计数部，其对该判定部判定为大的次数进行计数，在该计数部连续地计数的次数为比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数还少的第二次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。在本发明中，在连续判定为抵消二次电池的充电路径中产生的电压降的抵消电压的大小要比小于检测电路及控制电路各自检测二次电池的过电压状态的规定电压及第一电压的差值的规定值更高的次数，为比由检测电路检测出规定的过电压状态为止的规定时间内检测电池电压的次数还少的第二次数以上的情况下，控制电路检测出二次电池的过电压状态。由此，因为充电路径的电压降的大小要比规定值大，所以即使在处于难以由控制电路在检测电路之前检测过电压状态的状况时，也能够使控制电路在检测电路检测出规定的过电压状态之前对第二过电压状态进行检测。本发明涉及的过电压检测装置的特征在于，所述第一次数比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数多。在本发明中，在控制电路检测第一过电压状态为止计数的第一次数要比在检测电路检测规定的过电压状态为止所需的规定时间内检测电池电压的次数更多。由此，可由检测电路更早地检测出使二次电池劣化及破损的可能性更高的规定的过电压状态。本发明涉及的过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定 的过电压状态；以及控制电路，其检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压，该过电压检测装置的特征在于，所述控制电路具有判定部，其判定对所述电池电压进行检测之后的电压是否高于所述规定电压；和计时部，其在该判定部判定为高的情况下进行计时，在该计时部连续地进行计时的时间为比所述规定时间短的第二时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。在本发明中，在连续地判定为对包含二次电池的充电路径中产生的电压降在内的电池电压进行检测而检测出的电压比检测电路检测规定的过电压状态的规定电压还高的时间，为比在由检测电路检测规定的过电压状态为止的规定时间短的第二时间以上的情况下，控制电路检测出二次电池的第二过电压状态。由此，因为相加了电压降的二次电池的充电时电压高于规定电压，所以即使在由检测电路在规定时间后检测规定的过电压状态的概率高的情况下，在检测电路检测出规定的过电压状态之前会由控制电路检测出第二过电压状态。本发明涉及的过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及控制电路，其检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与所检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压，该过电压检测装置的特征在于，所述控制电路具有判定部，其判定所述抵消电压的大小是否比规定值还大，其中该规定值小于所述规定电压及第一电压的差值；和计时部，其在该判定部判定为高的情况下进行计时，在该计时部连续地进行计时的时间为比所述规定时间短的第二时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。在本发明中，在连续判定为抵消二次电池的充电路径中产生的电压降的抵消电压的大小要比小于检测电路及控制电路各自检测二次电池的过电压状态的规定电压及第一电压的差值的规定值更高的时间，为比由检测电路检测出规定的过电压状态为止的规定时间还短的第二时间以上的情况下，控制电路检测出二次电池的过电压状态。由此，因为充电路径的电压降的大小要比规定值大，所以即使在处于难以由控制电路在检测电路之前检测出过电压状态的状况时，也能够使控制电路在检测电路检测出规定的过电压状态之前对第二过电压状态进行检测。本发明涉及的过电压检测装置，其特征在于，所述第一时间比所述规定时间长。在本发明中，在控制电路检测出第一过电压状态为止计时的第一时间要比在检测电路检测出规定的过电压状态为止所需的规定时间更长。
由此，可由检测电路更早地检测使二次电池劣化及破损的可能性更高的规定的过电压状态本发明涉及的保护装置，其特征在于包括上述过电压检测装置；和切断部，其在该过电压检测装置所具备的检测电路及控制电路的任一个检测出所述二次电池处于过电压状态的情况下切断所述二次电池的充电路径。 在本发明中，在过电压检测装置的检测电路及控制电路的任一个检测到二次电池的过电压状态时，切断部切断向二次电池的充电路径。由此，可以防止与保护装置连接的二次电池因在充电过程中陷于过电压状态而受到劣化、破损等伤害。本发明涉及的保护装置，其特征在于，所述切断部具有以串联的方式安装于所述充电路径内的非复位型的切断元件及开关元件，所述非复位型的切断元件在所述检测电路检测到所述二次电池处于过电压状态的情况下以不可逆的方式切断所述充电电路，所述开关元件在所述控制电路检测到所述二次电池处于过电压状态的情况下从导通切换为截止。在本发明中，在过电压检测装置的检测电路检测到二次电池的过电压状态的情况下，非复位型的切断元件以不可逆的方式切断充电路径，在控制电路检测到二次电池的过电压状态的情况下将开关元件从导通切换为截止。由此，在不应由检测电路检测规定的过电压状态的状况下充电电流增大了时，在由非复位型的切断元件切断充电路径之前可以截止开关元件。本发明涉及的电池组，其特征在于包括上述的保护装置；和由该保护装置保护不会受到过电压状态的损伤的二次电池。在本发明中，保护装置保护二次电池不会受到过电压状态的损害。由此，在二次电池的充电电流增大了的情况下，可以防止检测比借助软件控制判定的过电压高的过电压的检测电路先对二次电池的过电压状态进行检测的保护装置适用于电池组。发明效果根据本发明，判定为对包含电压降的电池电压进行检测而检测出的电压高于规定电压的次数或者判定为抵消电压的大小要比小于规定电压及第一电压的差值的规定值更大的次数，比在规定时间内检测电池电压的次数更少的期间内(或者，连续判定为对包含电压降的电池电压进行检测而检测出的电压高于规定电压的时间、或连续判定为抵消电压的大小要比小于规定电压及第一电压的差值的规定值更大的时间，比规定时间更少的期间内)，检测出二次电池的过电压状态。由此，因为相加了电压降的二次电池的充电时电压比规定电压高，所以即使在由检测电路在规定时间后检测过电压的概率高的情况下，或者因为充电路径电压降的大小比规定值大，所以处于在检测电路之前由控制电路难以检测第一过电压状态的情况下，也可以由控制电路在检测电路检测出规定的过电压状态之前对第二过电压状态进行检测。因此，在二次电池的充电电流增大了的情况下，可以防止检测比借助软件控制进行检测的过电压高的过电压的检测电路先对二次电池的过电压状态进行检测。


图I是表示本发明的实施方式I涉及的电池组的构成例的框图。图2是表示本发明的实施方式I涉及的CPU及保护电路检测过电压状态的条件的说明图。图3是表示在抵消电池电压比4. 2V (第一电压)高时检测过电压状态的CPU的处理顺序的流程图。图4是表示电池电压比4. 3V (规定电压)高时检测过电压状态的CPU的处理顺序的流程图。图5是表示基于第一检测标志 第三检测标志使切断部动作的CPU的处理顺序的流程图。图6是表示本发明的实施方式2涉及的CPU及保护电路检测过电压状态的条件的 说明图。图7是表示抵消电压的大小高于规定值的情况下检测过电压状态的CPU的处理顺序的流程图。图8是表示变形例涉及的电池组的构成例的框图。符号说明10电池组I二次电池la、lb、Ic 电池单元3切断部30非复位切断元件(非复位型的切断元件)35,36 MOSFET (开关元件)4电流检测电阻5保护电路(检测电路)6AFE7控制部70CPU
具体实施例方式以下参照表示本发明的实施方式的附图对本发明进行详述。实施方式I图I是表示本发明的实施方式I涉及的电池组的构成例的框图。图中10是电池组，电池组10包括将由锂离子电池构成的电池单元la、lb、lc按照该顺序串联连接而成的二次电池I以及检测该二次电池I的温度的温度传感器2。电池单元Ia的正极端子及电池单元Ic的负极端子分别相当于二次电池I的正极端子及负极端子。在电池单元la、lb、Ic的每一个上等效地串联连接有相当于充放电路径的布线所产生的电阻的电阻1^1、1^2、诎1、诎2及此1、此2。另外，二次电池I也可以是镍氢电池、镍镉电池等其他的电池。再有，构成二次电池I的电池单元的个数不限定于3个，也可以是I个、2个或4个以上。二次电池I的正极端子经由切断该二次电池I的充放电电流的切断部3而与正(+)端子911连接。二次电极I的负极端子经由用于检测该二次电池I的充放电电流的电流检测电阻4而与负㈠端子92连接。电池组10经由正⑴端子91及负㈠端子92而以能够自由装卸的方式安装在个人计算机(PC)、便携式终端等电气设备(未图示)上。再有，从正⑴端子91经由切断部3、二次电池I及电流检测电阻4至负㈠端子92的路径相当于充放电路径(以下也称为充电路径)。切断部3具有对二次电池I的放电电流及充电电流分别进行接通/断开的N沟道 型的MOSFET (开关元件)35及36和在两个端子之间串联地安装有保险丝31、31的非复位切断元件30的串联电路，该串联电路被连接在二次电池I的正极端子与正(+)端子91之间。也可以取代M0SFET35、36而采用晶体管等其他开关元件。在通常的充放电时，从后述的AFE6向M0SFET35及36各自的栅极提供H (高)电平的接通信号。在保险丝31、31的连接点与非复位切断元件30的另一端子之间安装有加热电阻32、32的并联电路。切断部3还具有漏极被连接到非复位切断元件30的另一端子上的N沟道型M0SFET33 ;和输出端子被连接到该M0SFET33的栅极的或(OR)电路34。M0SFET33的源极连接于二次电池I的负极端子。在或电路34的输出端子为H(高)电平的情况下，M0SFET33的漏极及源极之间导通，经由保险丝31、31向加热电阻32、32施加二次电池I的电压以及/或者来自外部的电压，以使保险丝31、31熔断。由此，充放电路径被不可逆地切断。在非复位切断元件30中切断充放电路径的部件并未限定于保险丝31、31。在电池单元la、lb、lc各自的两端连接着检测各电池单元的过电压状态并向或电路34提供检测信号的保护电路(检测电路)5的输入端子；以及切换电池单元la、lb、lc的电压并向由微型计算机构成的控制部7提供的模拟前置电路(Analogue Front End。以下称为AFE)6的输入端子上。AFE6的其他输入端子被连接到电流检测电阻4的两端。在此，被提供给保护电路5及AFE6的电池单元la、Ib及Ic各自的电压中包含电阻Ral、Ra2、RbU Rb2及Rcl、Rc2中产生的电压降。这些元件的电阻值是已知的，对于电阻Ral、Ra2、Rbl、Rb2及Rcl、Rc2中的每一个而言，在R0M71中存储着电阻值的加法运算值。保护电路5分别具备对电池单元la、lb、lc各自的电压及基准电压进行比较的比较器以及定时器(均未图示)。在本实施方式中，基准电压为4. 3V(规定电压)，但是并未限定于此。各比较器在包含电压降的电池单元la、lb、lc的电压比4. 3V高的情况下输出使定时器的计时开始的信号。而且，各定时器所计时的时间例如超过I. 5秒的情况下，二次电池I的过电压状态被检测出来，向或电路34的一个输入端子提供过电压状态的检测信号。由此，切断部3的保险丝31、31被熔断，二次电池I的充放电路径被切断。AFE6具有未图示的比较器，在根据电流检测电阻4的两端电压与基准电压的比较结果检测出二次电池I的过电流的情况下，向M0SFET35、36提供L(低)电平的截止信号，以切断充放电电流。AFE6即使在从I/O端口 73提供了过电压状态的检测信号的情况下也向M0SFET35、36提供截止信号。控制部7具有CPU70，CPU70和以下部件互相进行总线连接，这些部件分别是存储程序等信息的R0M71、存储暂时产生的信息的RAM72、将过电压状态的检测信号输出到或电路34的另一输入端子以及AFE6的I/O端口 73、将模拟电压变换为数字电压的A/D变换器74、对时间进行计时的定时器75以及用于与外部的电气设备进行通信的通信部76。向A/D变换器74提供从AFE6提供的各电池单元la、lb、lc的任一电压、从温度传感器2提供的电压、电流检测电阻4的两端电压，A/D变换器74将这些模拟电压变换为数
子电压。
通信部76连接于串行数据(SDA)端子93和串行时钟(SCL)端子94，串行数据(SDA)端子93用于与外部的电气设备之间收发数据，串行时钟(SCL)端子94用于接收时钟。上述电池组的构成中除去二次电池I及温度传感器2之后的构成，相当于本发明涉及的过电压保护装置，从该过电压保护装置中除去切断部3之后的构成相当于本发明涉及的过电压检测装置。再有，控制部7及AFE6相当于控制电路。进而，CPU70依据预先存储于R0M71内的控制程序，执行运算及输入输出等处理。例如，CPU70经由A/D变换器74按照时间序列取入电流检测电阻4的电压，对根据所取入的电压而换算出的充放电电流进行累计，以累计二次电池I的剩余容量，并且生成剩余容量的数据。所生成的剩余容量的数据经由通信部76而被发送至外部电气设备。CPU70还经由A/D变换器74将温度传感器2的电压例如以250m秒的周期按照时间序列取入，并基于所取入的电压来检测电池温度。另外，CPU70以250m秒的周期按照时间序列检测从AFE6提供给A/D变换器74的电池单元la、lb、Ic的电压，基于所检测出的电压中的最高电压来检测二次电池I的过电压状态。电压的检测周期并未被限定为250m秒。如上所述，所检测出的电压中包含充放电路径中产生的电压降。CPU70基于由电流检测电阻4按照时间序列检测出的充电电流和R0M71所存储的充放电路径的布线的电阻值，计算抵消上述电压降的抵消电压，通过将所计算出的抵消电压与电池单元la、lb、Ic各自的电压相加，从而可以推测电池单元la、lb、Ic各自的净电压(以下也称为抵消电池电压)。在本实施方式中，CPU70基于包含电压降的电池单元la、lb、Ic各自的电压(以下称为电池电压)和所推测出的电池单元la、lb、lc各自的净电压来检测二次电池I的过电压状态，以设置根据所检测出的条件而相异的检测标志。接着，CPU70根据所设置的检测标志，从I/O端口 73向或电路34或AFE6提供过电压状态的检测信号。由此，在将检测信号提供给或电路34的情况下，切断部3的保险丝31、31被熔断，二次电池I的充放电路径被切断。再有，在将检测信号提供给AFE6的情况下，向M0SFET35、36提供截止信号，二次电池I的充放电路径被切断。该情况下，也可以仅使充电用的M0SFET36截止来切断充电电流，防止过电压及过充电。图2是表示本发明实施方式I涉及的CPU70及保护电路5检测过电压状态的条件的说明图。图中横轴表示过电压的判定时间(秒)或判定次数，纵轴表示电池电压(V)或抵消电池电压(V)。由CPU70进行的过电压判定是按照每250m秒来进行的，横轴所示的O. 5秒、I. 5秒以及5秒的判定时间分别对应于2次、6次及20次的判定次数，20次及2次分别相当于第一次数及第二次数。再有，纵轴所示的4. 3V及4. 2V分别相当于规定电压及第一电压。其中，第一次数、第二次数、规定电压及第一电压的值并未限定于上述的值。在图2中，被赋予了标志的名称以及保护电路5的名称的区域分别是CPU70及保护电路5检测二次电池I的过电压状态的区域。在CPU70检测到过电压状态的情况下，设置被赋予给该区域的名称的标志。以无括弧(或者带括弧)的方式被赋予了名称的区域是基于电池电压(或者抵消电池电压)来检测过电压状态的区域。其中，以带括弧的方式分另Ij记为“(第二检测标志)”及“(保护电路)”的区域是在将CPU70及保护电路5所判定的电池电压换算为抵消电池电压时被检测出过电压状态的区域的一例，以右上或右下的斜线来表示这些区域。如上所述，保护电路5在电池电压高于4. 3V的状态持续了 I. 5秒以上的情况下检测二次电池I的过电压状态。例如，若等效地与电池单元la、lb、Ic分别串联连接的电阻(例如电阻Ral及Ra2)的电阻值的相加值为O. 035欧姆且流过2A的充电电流，则这些电阻中产生的电压降为O. 07V。因此，保护电路5等效地在抵消电池电压高于4. 23V(=4. 3V-0. 07V)的状态持续 了 I. 5秒以上的情况下检测过电压状态。在充电电流比2A大的情况下，当然在图2中以右下的粗斜线示出的区域的下限比4. 23V更向电压低的一方下降。这样，由于二次电池I的充电电流越是从O开始增加，则以右下的粗斜线示出的区域就越无限制地向下方扩展，因此换算为抵消电池电压而比4. 2V低的电压容易在5秒以内进入以斜线表示的区域。也就是说，在由CPU70设置第一检测标志之前由保护电路5检测出二次电池I的过电压状态的可能性提高。在本实施方式I中，在保护电路5检测二次电池I的过电压状态之前CPU70就能够检测过电压状态。以下，利用流程图对CPU70检测过电压状态并设置第一 第三检测标志的情况进行说明。CPU70在判定为抵消电池电压高于4. 2V持续了 20次以上的情况下，设置第一检测标志，检测二次电池的过电压状态，并经由I/O端口 73而向AFE6提供过电压状态的检测信号，由此使M0SFET35、36截止。图3是表示在抵消电池电压高于4. 2V(第一电压)的情况下检测过电压状态的CPU70的处理顺序的流程图。图3的处理是以250m秒的周期启动的，但是并未限于此。图中的充电电流以及电池电压均是通过CPU70例如以IOm秒的周期执行的未图示的处理进行累计及平均化而导出的。在启动了图3所示的处理的情况下，CPU70计算使充电电流的符号反转的电流与R0M71所存储的充电路径的电阻(电阻Ral、Ra2、RbU Rb2或Rcl、Rc2的电阻值)之积，以求取抵消充电路径中产生的电压降的抵消电压(SlO)。因此，抵消电压作为负的值而被计算出来。然后，CPU70将电池电压与抵消电压相加，以求取抵消电池电压(S11)，判定所求得的抵消电池电压是否比4. 2V、即第一电压高(S12)。在抵消电池电压不比4. 2V (第一电压)高的情况下(S12:否)，CPU70将用作计数器的第一判定次数清零(S13)，进一步清除第一检测标志(S14)，结束图3的处理。这样，在抵消电池电压低于4. 2V的期间内清除图3的处理中采用的计数器及标志。在抵消电池电压高于4. 2V的情况下(S12 :是)，CPU70判定是否已将第一检测标志置为I (S15)。在第一检测标志被置为I的情况下(S15 :是),CPU70直接结束图3的处理。在第一检测标志并未被置为I的情况下(S015 :否)，CPU70在将第一判定次数仅增加I (S16)之后，判定第一判定次数是否为20次以上、即第一次数以上(S17)。在第一判定次数不足20次的情况下(S17 :否)，CPU70为了进行第一检测标志的清除而将处理移至步骤S14。在第一判定次数为20次以上的情况下(S17 :是)，CPU70将第一判定次数清零(S18)，进而为了表示已经检测到二次电池I的过电压状态而将第一检测标志置为1(S19),然后结束图3的处理。
返回图2，CPU70在连续20次以上判定为抵消电池电压高于4. 25V的情况下检测二次电池I的过电压状态并设置第三检测标志，经由I/O端口 73而向或电路34提供过电压状态的检测信号，由此可以使非复位切断元件30的保险丝31、31熔断。表示在抵消电池电压高于4. 25V的情况下检测过电压状态的CPU70的处理顺序的流程图和图3所示的流程图相比，不同之处在于步骤S21中所判定的电压不同；以及所设定的标志及处理中所采用的计数器的名称不同，其他均为同样的处理，因此省略其图示及说明。
但是，因为与设置第一检测标志的情况相比，在抵消电池电压变得更高的情况下设置第三检测标志，所以在检测到第一检测标志被设置的过电压状态时，只要M0SFET35、36被可靠地截止，那么第三检测标志就不会被设置。也就是说，第三检测标志是为了在不能使得M0SFET35、36截止时而被检测的。接着，对第二检测标志进行说明。CPU70在连续2次以上判定为电池电压高于4. 3V的情况下，设置第二检测标志，以检测二次电池I的过电压状态，经由I/O端口 73将过电压状态的检测信号提供给或电路34，由此使非复位切断元件30的保险丝31、31熔断。在此，CPU70设为过电压的判定基准的电压与保护电路5的比较器进行比较的基准电压是相同的4. 3V，以比保护电路5的过电压的判定时间、即I. 5秒短的O. 5秒对应的判定次数，CPU70检测过电压状态。也就是说，保护电路5在设置了第二检测标志时起到M0SFET35、36未被正常截止的情况下所用的失效保护(fail safe)的作用。图4是表示在电池电压高于4. 3V(规定电压)的情况下检测过电压状态的CPU70的处理顺序的流程图。虽然以250m秒的周期启动图4的处理，但是并未限于此。在启动了图4的处理的情况下，CPU70判定电池电压是否比4. 3V、即规定电压高(S21)，在不高于4. 3V的情况下(S21 :否)，将作为计数器使用的第二判定次数清零(S22)，进一步清除第二检测标志(S23)并结束图4的处理。在电池电压高于4. 3V的情况下(S21 :是)，CPU70判定第二检测标志是否被置为I (S24)。在第二检测标志被置为I的情况下(S24 :是)，CPU70直接结束图3的处理。在第二检测标志未被置为I的情况下(S24 :否)，CPU70将第二判定次数仅增加I (S25)之后判定第二判定次数是否为2次以上、即第二次数以上(S26)。在不满2次的情况下(S26 :否)，CPU70为了确保第二检测标志的清除而将处理移至步骤S23。在第二判定次数为2次以上的情况下(S26 :是)，CPU70将第二判定次数清零(S27)，进而为了表示已检测出二次电池I的过电压状态而将第二检测标志置为1(S28)，结束图4的处理。以下，对根据是否设置了第一检测标志 第三检测标志来切断充放电路径的处理进行说明。图5是表示基于第一检测标志 第三检测标志而使切断部3工作的CPU70的处理顺序的流程图。虽然以250m秒的周期启动图5的处理，但是并未限于此。在启动了图5的处理的情况下，CPU70判定是否将第一检测标志置为I (S31)，在被设置的情况下(S31 :是)，经由I/O端口 73及AFE6向M0SFET35、36提供截止信号。由此，使切断部3的M0SFET35、36、即开关元件截止(S32)。在第一检测标志未被置为I的情况下(S31 :否)，CPU70判定是否将第二检测标志置为I (S33)。在第二检测标志被置为I的情况下(S33 :是)，CPU70为了使开关元件截止而将处理移至步骤S32。在第二检测标志未被置为I的情况下(S33 :否)，CPU70经由I/O端口 73及AFE6向M0SFET35、36提供导通信号，由此，使切断部3的开关元件导通(S34)。在结束了步骤S32或S34的处理的情况下，CPU70判定是否将第三检测标志置为I (S35)。在第三检测标志未被置为I的情况下(S35 :否)，CPU70直接结束图5的处理。在第三检测标志被置为I的 情况下(S35 :是)，CPU70经由I/O端口 73向或电路34提供H (高)电平的信号之后结束图5的处理。由此，M0SFET33导通，非复位切断元件30的保险丝31、31 熔断(S36)。如上所述，根据本实施方式1，在连续判定为每250m秒对包含二次电池的充电路径中产生的电压降在内的电池电压进行检测而检测出的电压比保护电路检测过电压状态的规定电压(4. 3V)还高的次数，在比到由保护电路检测出过电压状态为止的I. 5秒期间内检测电池电压的次数还少的第二次数(2次)以上的情况下，CPU检测二次电池的过电压状态。由此，因为相加了电压降之后的二次电池的充电时的电压要高于规定电压，所以即使在由保护电路在I. 5秒后检测到过电压状态的概率高的情况下，在保护电路检测过电压状态之前先使用CPU来检测过电压状态。因此，在二次电池的充电电流增大了的情况下，能够防止检测比通过软件控制而检测的过电压高的过电压的保护电路先检测二次电池的过电压状态。再有，在CPU检测过电压状态之前计数的第一次数(20次)要比到保护电路检测过电压状态为止所需的I. 5秒期间内检测电池电压的次数(6次)多。由此，能够由保护电路更早地检测出使二次电池劣化及破损的可能性更高的过电压状态。还有，在过电压检测装置的保护电路及CPU的任一个检测到二次电池的过电压状态的情况下，切断部切断向二次电池的充电路径。由此，能够防止与保护装置连接的二次电池因为在充电中陷于过电压状态而受到劣化、破损等破坏。进而，在过电压检测装置的保护电路检测到过电压状态的情况下，非复位切断元件的保险丝以不可逆的方式切断充电路径，在CPU检测到过电压状态的情况下，将开关元件(MOSFET)从导通切换为截止。由此，在不应由保护电路检测过电压状态的状况下充电电流增大时，在由非复位型的切断元件切断充电路径之前，能够使得开关元件截止。另外，保护装置保护二次电池不会受到过电压状态的损害。由此，在二次电池的充电电流增大了的情况下，能够将可以防止检测比通过软件判定出的过电压高的过电压的保护电路先对二次电池的过电压状态进行检测的保护装置用于电池组。实施方式2实施方式I在基于电池电压来检测二次电池I的过电压状态的情况下，在保护电路5检测过电压状态之前由CPU70检测过电压状态并设置第二检测标志。与此相对，实施方式2在相对于保护电路5与电池电压进行比较的规定电压和CPU710与抵消电池电压进行比较判定的第一电压的差值而言，在抵消电压的大小越无法忽视，则充电电流就变得越大的情况下，CPU70比保护电路5先设置第二检测标志。图6是表示本发明实施方式2涉及的CPU70及保护电路5检测过电压状态的条件的说明图。图中横轴该表示过电压的判定时间(秒)或判定次数，纵轴表示电池电压(V)或抵消电池电压(V)。在判定时间比5秒长且抵消电池电压比4. 23V高的情况下，被赋予了标志的名称及保护电路5的名称的区域、被记为无括弧(带括弧)的名称的区域以及以右下的粗斜线表示的区域所指出的意思与图2的情况相同。再有，在抵消电池电压高于4. 23V的情况下，与图2所示的例子不同，即使在保护电路5检测二次电池I的过电压状态的状况下，也不会设置第二检测标志。因此，换算为抵消电池电压后比4. 2V低的电压在5秒以内上升到4. 23V以上并进入到以右下的粗斜线表示的区域的情况下，在由CPU70设置第一检测标志之前由保护电路5检测二次电池I的过电压状态。因此，在本实施方式2中，充电电流比2A大且由保护电路5检测二次电池I的过 电压状态的下限电压换算为抵消电池电压之后要低于4. 23V的情况下(例如保护电路5检测过电压状态的区域扩大到图6中以右上的斜线表示的区域的情况下)，在保护电路5检测过电压状态之前，CPU70可以设置第二检测标志。换言之，在抵消布线产生的电压降的抵消电压的大小要大于比规定电压(4. 3V)及第一电压(4. 2V)的差值更小的O. 07V(=4. 3V-4. 23V)的情况下，CPU70要比保护电路5先检测二次电池I的过电压状态。具体而言，连续判定为抵消电压的大小比O. 07V大的次数在与比保护电路5的过电压判定时间即I. 5秒更短的O. 5秒所对应的2次以上的情况下，设置第二检测标志。在图6中，以右下的细斜线来表示设置了第二检测标志的区域。其中，CPU70设置第二检测标志的区域，说到底是与保护电路5检测二次电池I的过电压状态的区域进行对比之后来描绘的，第二检测标志本身是在抵消电压的大小比O. 07V大的充电电流流经O. 5秒以上的情况下被设置的。由此，作为一种过电流保护而暂时使M0SFET35、36截止。再有，上述的4.23V的临界值并未限于此，可以在规定电压(4.3V)及第一电压(4. 2V)的范围内适当设定。在将该临界值设定为4. 2V以下的情况下，在未设置第二检测标志的范围内例如充电电流变为O. 286A( = O. 1V/0. 035欧姆)以上时，存在保护电路5始终在CPU70之前检测过电压状态的区域。图7是表示在抵消电压的大小比规定值还大时检测过电压状态的P⑶70的处理顺序的流程图。虽然以250m秒的周期启动图3的处理，但是并未限于此。在启动了图7的处理的情况下，CPU70计算使充电电流的符号反转之后的电流与R0M71中所存储的充电路径的电阻之积，以求取用于抵消充电路径中产生的电压降的负的抵消电压(S40)。然后，CPU70判定抵消电压的大小、即抵消电压的绝对值是否比0.07V大(S41)。在抵消电压的绝对值并不比O. 07V大的情况下(S41 :否)，处理进入步骤S42，在比O. 07V大的情况下(S41 :是)，处理进入步骤S44。在此，从步骤S42到S48的处理与图4所示的步骤S22到S28的处理完全相同，因此省略说明。此外,对于与实施方式I对应的地方赋予同样的标记，并省略其详细说明。如上所述根据本实施方式2，在连续判定为抵消二次电池的充电路径中产生的电压降的抵消电压的大小要比保护电路及CPU各自检测二次电池的过电压状态的规定电压(4.3V)及第一电压(4.2V)的差值(0. IV)还高的次数，在比由保护电路检测出过电压状态为止的I. 5秒期间内检测电池电压的次数还少的第二次数(2次)以上的情况下，检测二次电池的过电压状态。 由此，因为充电路径的电压降的大小要比规定值大，所以即使在处于难以由CPU在保护电路之前检测过电压状态的状况时，也能够使CPU在保护电路检测过电压状态之前对过电压状态进行检测。再有，在实施方式I及2中，虽然在抵消电池电压及电池电压均高于规定电压的情况和抵消电压的大小大于规定值的情况持续了规定的判定次数以上时，设置规定的检测标志，但是也可以在上述各情况持续了与判定次数对应的时间以上时设置规定的检测标志。具体而言，例如在图4的流程图所示的步骤S25、S26中，由于使第二判定次数增加之后的结果为第二次数以上，从而视作判定持续了规定时间以上，设置第二检测标志。还有，在实施方式I及2中，由控制电路的硬件与CPU70执行的软件来实现的构成之中、图4、图7所示的步骤S21、S41相当于判定部的软件，步骤S25、S45相当于计数部或计时部的软件。进而，在实施方式I及2中，对在电池单元la、Ib及Ic中等效地串联连接着相当于充放电路径的布线产生的电阻、即电阻Ral、Ra2、Rbl、Rb2及Re I、Rc2的情况进行了说明，但是在按照不会受到基于这些电阻的电压降的影响的方式可以连接保护电路5及AFE6和电池单元la、lb及Ic的情况下，不用担心保护电路5会在CPU70之前检测二次电池I的过电压状态。例如，图8是表示变形例涉及的电池组的构成例的框图。在图8中因为电阻Ra2、Rbl、Rb2及Rcl的电阻值和电阻Ral、Rc2的电阻值相比可以忽略，所以省略图示。再有，保护电路5及AFE6各自的输入端子与电池单元la、Ib及Ic直接连接。其他的电路与图I的情况相同。在图8所示的电池组中，因为保护电路5及CPU70各自检测的电池单元la、Ib及Ic的电压中并未包含因充电电流而在充电路径中产生的电压降，所以上述的抵消电池电压与电池电压相等。因此，在图2中保护电路5检测二次电池I的过电压状态的区域并不会涉及到图2中以右下的斜线示出的区域，在二次电池I的过电压状态的检测过程中，不会受到充电电流的大小的影响。本申请公开的实施方式在所有方面均只是例示，并不应该认为是限定性内容。本发明的范围并不是上述的含义，而是由权利要求书的技术方案范围来表示，意味着包含与技术方案的范围均等的含义以及范围内的所有变更。
权利要求
1.一种过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及 控制电路，其按照时间序列检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压， 所述过电压检测装置的特征在干， 所述控制电路具有 判定部，其判定按照时间序列对所述电池电压检测得到的电压是否比所述规定电压闻；和 计数部，其对该判定部判定为高的次数进行计数， 在该计数部连续计数的次数为比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数少的第二次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。
2.一种过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及 控制电路，其按照时间序列检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压， 所述过电压检测装置的特征在干， 所述控制电路具有 判定部，其判定所述抵消电压的大小是否比规定值还大，其中该规定值小于所述规定电压及第一电压的差值；和 计数部，其对该判定部判定为大的次数进行计数， 在该计数部连续地计数的次数为比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数还少的第二次数以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。
3.根据权利要求I或2所述的过电压检测装置，其特征在干， 所述第一次数比在所述规定时间内检测所述电池电压的次数多。
4.一种过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及 控制电路，其检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压， 所述过电压检测装置的特征在干， 所述控制电路具有判定部，其判定对所述电池电压检测得到的电压是否高于所述规定电压；和 计时部，其在该判定部判定为高的情况下进行计时， 在该计时部连续地进行计时的时间为比所述规定时间短的第二时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。
5.一种过电压检测装置，包括检测电路，其在包含充电路径的电压降在内的二次电池的电池电压高于规定电压的状态持续了规定时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于规定的过电压状态；以及 控制电路，其检测所述电池电压及充电电流以计算抵消所述电压降的抵消电压，在将计算出的抵消电压与检测出的电池电压相加之后的电压连续地高于第一电压第一时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于第一过电压状态，其中所述第一电压低于所述规定电压， 所述过电压检测装置的特征在干， 所述控制电路具有 判定部，其判定所述抵消电压的大小是否比规定值还大，其中该规定值小于所述规定电压及第一电压的差值；和 计时部，其在该判定部判定为大的情况下进行计时， 在该计时部连续地进行计时的时间为比所述规定时间短的第二时间以上的情况下，检测出所述二次电池处于第二过电压状态。
6.根据权利要求4或5所述的过电压检测装置，其特征在干， 所述第一时间比所述规定时间长。
7.一种保护装置，其特征在于，包括 权利要求I至6中任一项所述的过电压检测装置；和 切断部，其在该过电压检测装置所具备的检测电路及控制电路的任一个检测出所述ニ次电池处于过电压状态的情况下切断所述二次电池的充电路径。
8.根据权利要求7所述的保护装置，其特征在干， 所述切断部具有以串联的方式插入安装于所述充电路径内的非复位型的切断元件及开关元件， 所述非复位型的切断元件在所述检测电路检测到所述二次电池处于过电压状态的情况下以不可逆的方式切断所述充电电路， 所述开关元件在所述控制电路检测到所述二次电池处于过电压状态的情况下从导通切换为截止。
9.ー种电池组，其特征在于，包括 权利要求7或8所述的保护装置；和 由该保护装置保护防止处于过电压状态的二次电池。
全文摘要
本发明提供一种过电压检测装置、保护装置及电池组，其中在连续地判定为以每250m秒的周期对包含二次电池(1)的充电路径的电阻(电阻Ra1、Ra2、Rb1、Rb2及Rc1、Rc2)中产生的电压降在内的电池电压进行检测而检测出的电压比保护电路(5)检测二次电池的过电压状态的规定电压(4.3V)还高的次数，在少于由保护电路(5)检测过电压为止的1.5秒期间内检测电池电压的次数的第二次数(2次)以上的情况下，检测二次电池(1)的过电池状态。由此，在二次电池的充电电流增大了的情况下，可以防止检测比借助软件控制进行检测的过电压高的过电压的保护电路先对二次电池的过电压状态进行检测。
文档编号G01R31/36GK102621494SQ20121001221
公开日2012年8月1日 申请日期2012年1月16日 优先权日2011年1月25日
发明者冈让治, 川角笃史 申请人:三洋电机株式会社