电池组和检测方法

专利名称：电池组和检测方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组和检测方法，更具体地，涉及一种包括例如锂离子二次电池的二次电池组以及由该二次电池组执行的检测方法。
背景技术：
近年来，随着便携式电子设备(诸如膝上PC(个人计算机)、蜂窝电话、以及 PDA(个人数字助理))的流行，具有高电压、高能量密度以及重量轻的优势的锂离子二次电 池被广泛地用作电源。容纳有由这种二次电池组成的电池单元的电池组装备有保护电路，该保护电路用 于在检测到电池单元中的异常时禁止充电和放电。具体地，例如，每次在预定时间过去后对 电池单元的电压、充电-放电电流、温度等进行测量，从而基于测量结果检测异常(诸如关 于二次电池的过充电、过放电以及过电流)。然后，当检测到任何的上述异常时，执行控制来 断开用于控制充电和放电的充电-放电开关，或者通过熔断温度保险丝来禁止对二次电池 进行充电和放电。另外，电池单元由于重复充电和放电而退化，并且电池容量因此减小。另外，当电 池单元用了很长时期(诸如大约几年)时，电池单元可能变得不可用。在这种情况下，可能 需要替换电池单元，以便将电池单元的电池容量恢复到等于或者高于新电池单元的水平的 水平。当不正确地替换电池单元时，新替换的电池单元以及原来容纳于电池组中的电池 单元可能在特性方面不同。由于根据原来电池单元的特性来确定保护电路的控制规范，因 此当不正确地替换电池单元时，存在不能检测到电池组的异常从而导致电池组的麻烦的担 心。因此，电池单元的替换一般在制造方进行。禁止用户打开电池组并且不正确地替换电 池单元。例如，日本专利申请公开第2005-353518号(在下文中，称作专利文献1)公开了 能够识别打开电池组并且替换电池单元的变更历史的电池组。

发明内容
然而，尽管可以通过在专利文献1中公开的方法来获得电池组的变更历史，但是 难以防止做出诸如替换电池单元的不正确变更，从而导致可能实际使用替换了电池单元或 者保护电路的电池组的问题。另外，近年来，随着安装在二次电池组上的集成电路的性能每年的改进，要求高精 度剩余容量估计处理、高安全控制处理等，并且处理功能的数量在增加而处理内容变得更 加复杂。为了检测上述电池单元的不正确替换，可能需要增加处理功能的数量并且可能需 要使处理内容更加复杂。因此，可能需要执行超出安装在二次电池组上的集成电路的计算 能力的复杂计算，或者基于超过集成电路的存储器容量的大量测量数据执行计算处理。
因此，需要能够在检测到电池单元的替换时禁止使用电池组的电池组和检测方法。另外，也需要能够执行超出安装在电池组上的集成电路的处理能力的复杂数据处 理的电池组和检测方法。根据本发明的实施例，提供了一种电池组，包括多个电池；检测部件，用于测量 多个电池中每个电池的电压，以获得多个电池中每个电池在不同逝去时间处的电压变化， 并且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了多个电池中的至少一个电池；以及控制 器，用于在由检测部件进行的检测的结果表示替换了多个电池中的至少一个电池时，禁止 多个电池的使用。根据本发明实施例的电池组被构造成包括多个电池；检测部件，用于测量多个 电池中每个电池的电压，以获得多个电池中每个电池在不同逝去时间处的电压变化，并且 比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了多个电池中的至少一个电池；以及控制器，用 于在由检测部件进行的检测的结果表示替换了多个电池中的至少一个电池时，禁止多个电 池的使用。使用该结构，可以在检测到电池单元的替换时禁止使用电池组。根据本发明的另一实施例，提供了一种电池组，包括多个电池；测量部件，用于 测量多个电池的电压和电流；传送部件，用于将关于由测量部件测量的电压和电流的数据 传送到外部设备；以及接收部件，用于接收由外部设备使用所传送的关于电压和电流的数 据进行的预定处理的结果。根据本发明实施例的电池组被构造成包括多个电池；测量部件，用于测量多个 电池的电压和电流；传送部件，用于将关于由测量部件测量的电压和电流的数据传送到外 部设备；以及接收部件，用于接收由外部设备使用所传送的关于电压和电流的数据进行的 预定处理的结果。使用该结构，可以执行超出安装在电池组上的集成电路的处理能力的复 杂数据处理。根据本发明的另一实施例，提供了一种检测方法，该方法包括以下步骤测量包括 在电池组中的多个电池中每个电池的电压，以获得多个电池中每个电池在不同逝去时间处 的电压变化，并且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了多个电池中的至少一个电 池；以及当检测结果表示替换了多个电池中的至少一个电池时，禁止多个电池的使用。根据本发明实施例的检测方法被构建成包括以下步骤测量包括在电池组中的多 个电池中每个电池的电压，以获得多个电池中每个电池在不同逝去时间处的电压变化，并 且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了多个电池中的至少一个电池；以及当检测 结果表示替换了多个电池中的至少一个电池时，禁止多个电池的使用。使用该结构，可以在 检测到电池单元的替换时禁止使用电池组。根据本发明的另一实施例，提供了一种检测方法，该方法包括以下步骤测量包括 在电池组中的多个电池的电压和电流；将关于所测量的电压和电流的数据传送到外部设 备；以及接收由外部设备使用关于所传送的关于电压和电流的数据进行的预定处理的结^ ο根据本发明实施例的检测方法被构建成包括以下步骤测量包括在电池组中的多 个电池的电压和电流；将关于所测量的电压和电流的数据传送到外部设备；以及接收由外 部设备使用所传送的关于电压和电流的数据进行的预定处理的结果。使用该结构，可以执行超出安装在电池组上的集成电路的处理能力的复杂数据处理。根据本发明的实施例，可以检测不正确的电池替换。另外，可以在检测到不正确的电池替换时禁止使用电池组。此外，可以执行超出安装在电池组上的集成电路的处理能力 的复杂数据处理。如附图所示，根据本发明最佳实施例的以下详细描述，本发明的这些和其它目标、特征和优点将变得更加明显。


图1是示出根据本发明第一实施例的电池组的结构例子的框图；图2是用于说明在根据本发明第一实施例的电池组中进行的检测方法的过程的 顺序图；图3是示出根据本发明第一实施例的电池组的电池单元的结构例子的示意图；图4是示出组合电池3至c的放电曲线的曲线图；图5是用于说明根据组合电池的放电曲线获得电池的电压变化的方法的曲线图；图6是用于说明在根据本发明第一实施例的电池组中进行的检测方法的处理过 程的流程图；图7是用于说明在根据本发明第一实施例的电池组中进行的检测方法的处理过 程的流程图；图8是用于说明存储在外部设备的存储器中的数据的表；图9是示出二次电池的等效电路的电路图；图10是用于说明在根据本发明第二实施例的电池组中进行的检测方法的曲线 图；图11是用于说明在根据本发明第二实施例的电池组中进行的检测方法的过程的 流程图；以及图12是用于说明在根据本发明第三实施例的电池组中进行的检测方法的过程的 曲线图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图描述本发明的实施例。以下所描述的实施例是本发明的具体例子，并且被强加了各种技术上所期望的限制。然而，本发明的 技术范围不限于以下实施例，除非另外声明。应注意的是，将按照以下顺序给出描述。1.第一实施例(电池组的第一例子)2.第二实施例(电池组的第二例子)3.第三实施例(电池组的第三例子)4.其它实施例(经修改的例子)1.第一实施例(电池组的电路结构)将描述根据本发明第一实施例的电池组的电路结构。图1是示出根据本发明第一实施例的电池组的电路结构的例子的框图。如图1所示，二次电池组21包括电池单元1、充电-放电控制开关9、温度检测电路10、电压检测电路7、集成电路3、充电-放电控制电路 8、电流检测电路5、电流检测电阻器6、存储器4以及输入/输出部件11。正电极端12和负 电极端13分别连接到外部设备2的正电极端和负电极端。外部设备2的例子包括连接到 二次电池组21的外部负载、外部充电器以及主体设备。此外，外部设备2包括由CPU(中央 处理单元)、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)等组成的集成电路(未示出)。 电池单元1是其中多个二次电池串联和/或并联连接的组合电池。二次电池例如 是锂离子二次电池。尽管未示出，但是集成电路3由CPU (中央处理单元)、ROM (只读存储器)、RAM (随 机存取存储器)等组成。连接到集成电路3的是作为非易失性存储器(诸如EEPR0M(电可 擦除可编程只读存储器))的存储器4。例如，使用RAM作为工作存储器，集成电路3基于预 先存储在ROM中的程序来控制组件。检测电池单元1的电压的电压检测电路7连接到集成 电路3。电压检测电路7能够检测组成电池单元1的单个二次电池的电压。还连接到集成 电路3的是测量流过电流检测电阻器6的电流的电流检测电路5以及检测电池单元1的温 度的温度检测电路10。集成电路3经由输入/输出部件11对外部设备2进行数据传送和接收。另外，集 成电路3对测量数据进行采集和计算。集成电路3经由充电-放电控制电路8来控制充 电-放电控制开关9，以控制充电电流(或者放电电流)的接通/断开。例如，集成电路3 经由电流检测电路5、电压检测电路7以及温度检测电路10来周期性地测量电池单元1的 电压和温度以及流过电流检测电阻器6的电流。充电-放电控制电路8测量电池单元1的电压和组成电池单元1的二次电池的单 个电压，并且还测量流过电流检测电阻器6的电流的大小和方向，从而基于测量结果控制 二次电池的过充电或者过放电。充电-放电控制电路8控制充电-放电控制开关9，以防止在组成电池单元1的 二次电池的单个电压达到了过充电检测电压或者组成电池单元1的二次电池的单个电压 变得等于或者小于过放电检测电压时的过充电或者过放电。另外，例如，集成电路3或者充 电_放电控制电路8执行控制，以通过熔断保险丝(未示出)来阻断要提供到二次电池组 21的电流。充电-放电控制开关9由例如充电控制FET(场效应晶体管)和放电控制FET组 成。当电池电压达到过充电检测电压时，充电控制FET关断，从而控制其使得不会弓丨起充电 电流流动。另外，当电池电压变得等于或者小于过放电检测电压时，放电控制FET关断，从 而控制其使得不会弓I起放电电流流动。(电池组的操作) 将描述根据本发明第一实施例的电池组的操作。在充电期间，由分别连接到外部 设备2的正电极端和负电极端的正电极端12和负电极端13对二次电池组21进行充电。当 使用主体设备作为外部设备2时，正电极端12和负电极端13分别连接到主体设备的正电 极端和负电极端用于放电。集成电路3经由电压控制电路7检测电池单元1的电压，经由 温度检测电路10检测电池单元1的温度，并且经由电流检测电路5检测流过电流检测电阻 器6的电流。
集成电路3经由输入/输出部件11将关于所检测的电流、电压以及温度的数据传 送到外部设备2。基于从二次电池组21接收的关于所检测的电流、电压以及温度的数据，夕卜 部设备2进行检测电池单元1的不正确替换的处理。换言之，外部设备2进行检测处理，以 判断是否不正确地替换了组成电池单元1的二次电池中的至少一个。外部设备2经由输入/输出部件11将检测处理的结果传送到二次电池组21的集 成电路3。例如，当处理结果表示电池单元1的不正确替换时，集成电路3执行控制来熔断 保险丝(未示出)，以禁止二次电池组21的使用。
通过以下过程进行一系列的处理。在二次电池组21中，集成电路3将测量数据传 送到外部设备2。外部设备2处理所接收的数据并且将处理结果传送到二次电池组21。基 于所接收的处理结果，二次电池组21进行预定处理。参照图2的顺序图，将描述在二次电 池组21和外部设备2之间进行的数据传送/接收和数据处理的过程。首先，在步骤Sll中，二次电池组21将处理请求命令传送到外部设备2。当在步骤 S12中从二次电池组21接收到处理请求命令时，在步骤S13中外部设备2检查外部设备2 的CPU状态。在步骤S14中，外部设备2将处理允许命令传送到二次电池组21。当在步骤S15中从外部设备2接收到处理允许命令时，在步骤S16中二次电池组 21将计算数据传送到外部设备2。例如，计算数据是关于由集成电路3经由电压检测电路 7、电流检测电路5以及温度检测电路10获取的电压、电流以及温度的数据。应注意的是， 所传送的数据既不存储在集成电路3的存储器中也不存储在存储器4中。当在步骤S17中接收到计算数据时，在步骤S18中外部设备2使用所接收的数据 进行预定计算处理。具体地，使用从二次电池组21传送的数据，外部设备2进行处理，该处 理使用了大小超过集成电路3的存储器容量的数据。经由包括在二次电池组21和外部设 备2中的输入/输出部件11进行二次电池组21和外部设备2之间的数据传送/接收。在步骤S19中，外部设备2将计算处理的结果传送到二次电池组21。当在步骤S20 中接收到计算结果时，在步骤S21中二次电池组21基于所接收的处理结果执行预定控制。 例如，当处理结果表示电池单元1的不正确替换时，执行控制来禁止二次电池组21的使用。(检测电池单元的不正确替换的方法)使用图3所示的组合电池的例子，将描述检测电池单元1的不正确替换的方法。在 图3中，示出了如下情况作为例子在该情况下，电池单元1具有其中6个二次电池31以3 串联2并联(3S2P)形式连接的结构。将6个二次电池31分成3对，各自并联连接的三对 二次电池31分别被称作组合电池a、组合电池b以及组合电池C。在检测电池单元1的不正确替换的方法中，获得组合电池a至c在放电过程中的 电压变化，并且基于所获得的电压变化检测电池单元1的不正确替换。(a)用于检测电池单元的不正确替换的有关理论参照图4，将描述用于基于组合电池a至c在放电过程中的电压变化来检测电池单 元的不正确替换的理论。图4A至4C示出了组合电池￡1至c在不同逝去时间的放电曲线。图4A示出了组 合电池a至c在初始阶段的时序放电曲线。图4B示出了在自从发货以后已过去时间Tl的 情况下组合电池a至c的放电曲线。图4C示出了在自从发货以后已过去长于时间Tl的时 间T2的情况下组合电池a至c的放电曲线。
应注意的是，图4c示出了对电池单元1进行了不正确替换的情况下的放电曲线。 在图4A至4C中，线Ei1、a2和a3表示组合电池a的放电曲线，线Id1、b2和b3表示组合电池b 的放电曲线，并且线Cl、c2和C3表示组合电池c的放电曲线。如可以从对图4A和4B的放电曲线进行比较看出的那样，组合电池a至c在时间Tl过去的情况下的电压变化大于初始阶段。如上所述，在相同条件下，组合电池3至C的电 压变化具有随着时间变得更大的特性。然而，如可以从对图4B和4C的放电曲线进行比较看出的那样，组合电池a至c在 时间T2过去的情况下的电压变化小于在时间Tl过去的情况。例如，这是因为由于用新的 未退化电池单元对电池单元1进行了不正确替换，因此组合电池a至c在时间T2过去的情 况下的电压变化变得更小。如上所述，例如，当用新的未退化电池单元不正确地替换了电池单元1时，组合电 池a至c的电压变化变得更小。因此，当组合电池a至c在某一逝去时间处的电压变化小 于组合电池a至c在比该逝去时间短的逝去时间处的电压变化时，假定不正确地替换了电 池单元1，可以检测到电池单元1的不正确替换。(b)获得组合电池a至c的电压变化的有关方法使用图5所示的放电曲线，将描述获得组合电池a至c的电压变化的方法。应注 意的是，在图5中，线a'表示组合电池a的放电曲线，线b'表示组合电池b的放电曲线， 并且线c'表示组合电池c的放电曲线。假定如下情况在该情况下，在组合电池3至(3的放电过程中以预定时间间隔At 对组合电池a至c的电压变化测量η次(η是等于或者大于1的整数)。当由、来表示从 最小放电时间数起的第i次(i是等于或者大于0并且等于或者小于n-1的整数)测量的 放电时间时，由、来表示第一次测量的放电时间，由、来表示第二次测量的放电时间，并且 由tn_i来表示第η次测量的放电时间。此外，当由Vli来表示组合电池a在放电时间、处的测量电压时，由V2i来表示组 合电池b在放电时间、处的测量电压，并且由V3i来表示组合电池c在放电时间、处的测 量电压，组合电池a至c在放电时间、处的测量电压如下。由Vltl来表示组合电池a在放 电时间、处的测量电压，由来表示组合电池b在放电时间、处的测量电压，并且由
来表示组合电池c在放电时间、处的测量电压。此外，由Vl1来表示组合电池a在放电时间、处的测量电压，由V2i来表示组合电 池b在放电时间、处的测量电压，并且由VS1来表示组合电池c在放电时间、处的测量电 压。另外，由Vllri来表示组合电池a在放电时间tn_i处的测量电压，由V2n_i来表示组合电 池b在放电时间V1处的测量电压，并且由V3n_i来表示组合电池c在放电时间V1处的测 量电压。当由Vavgi来表示组合电池a在放电时间、处的测量电压Vlp组合电池b在放 电时间、处的测量电压V2i以及组合电池c在放电时间、处的测量电压V3i的平均值时， 可以由Vavgtl来表示组合电池a至c在放电时间、处的测量电压的平均值。此外，可以由 Vavg1来表示组合电池a至c在放电时间、处的测量电压的平均值。另外，可以由Vavglri 来表示组合电池a至c在放电时间tn_i处的测量电压的平均值。应注意的是，根据计算公 式 Vavgi = (VlJVZJVSi)/3 来计算 Vavgi。
可以通过以下表达式来表示组合电池3至c的电压变化。在以下表达式中，首先， 针对每次测量，获得作为组合电池a至c的测量电压VI、V2和V3的平均值Vavg与测量电 压V1、V2和V3中的每个之间的差的偏差的平方和。测量电压V1、V2和V3的偏差平方和中 的每一个表示测量电压VI、V2和V3的变化程度。在表达式中，对针对每次测量获得的测量电压V1、V2和V3的偏差平方和进行相加 并且除以测量次数n，从而计算针对每次测量的测量电压V1、V2和V3的偏差平方和的平均值。[表达式1]<formula>formula see original document page 10</formula>(c)用于检测电池单元1的不正确替换的有关条件表达式电池单元1具有如下特性只要没有对电池单元1进行不正确替换，那么电池的容 量一旦退化就无法恢复到其在相同条件下的原始容量。另外，如以上参照图4Α至4C描述 的那样，电池单元1还具有如下特性只要没有对电池单元1进行不正确替换，则电压变化 随着时间过去而变得更大。例如，基于这些特性，由以下表达式来表示用于检测电池单元1的不正确替换的 条件表达式。通过使用如上所述获得的电压变化Imb以及电池单元1的温度和容量来判断 是否满足以下条件，可以检测电池单元1的不正确替换。TB-TA > 1000 小时CapB > CapAImbB < ImbAI TempB-TempA | < 5 摄氏度TB 从发货开始的逝去时间TA 从发货开始的短于TB的逝去时间CapB 电池单元1在TB处的容量CapA 电池单元1在TA处的容量ImbB 组合电池a至c在TB处的电压变化ImbA:组合电池a至c在TA处的电压变化TempB 电池单元1在TB处的温度TempA 电池单元1在TA处的温度在以上条件表达式中，TB-TA > 1000小时表示发货后的逝去时间TB和发货后的 逝去时间TA之间的差超过1000小时。该条件基于如下事实当逝去时间之间的差过短时， 容量之间不存在太多差别并且降低了检测精度。CapB > CapA表示电池单元1在发货后的逝去时间TB处的容量CapB大于电池单 元1在发货后的逝去时间TA处的容量CapA。这是基于如下特性只要没有对电池单元1进 行不正确替换，则电池的容量一旦退化就不能恢复到其在相同条件下的原始容量。TempB-TempA < 5摄氏度表示电池单元1在发货后的逝去时间TB处的温度 TempB和电池单元1在发货后的逝去时间TA处的温度TempA之间的差小于5°C。
ImbB < ImbA表示在发货后的逝去时间TA处的电压变化ImbA大于在发货后的逝 去时间TB处的电压变化ImbB。该条件基于如下特性只要没有对电池单元1进行不正确 替换，则电压变化随着时间过去而变得更大。应注意的是，条件表达式仅作为例子并且不限于以上那些。例如，尽管降低了检测 精度，但是条件表达式仅需要包括至少关于电压变化的比较条件ImbB < ImbA0
(检测处理)参照图6和7的流程图，将描述检测根据本发明第一实施例的电池单元的不正确 替换的处理。应注意的是，将给出关于检测在如下情况下电池单元1的不正确替换的处理 的描述在该情况下，电池单元1具有其中图3所示的6个二次电池31以3串联2并联 (3S2P)形式连接的结构。首先，如图6所示，在步骤B-I中，当二次电池组21从外部设备2接收到维护模式 转移信号时，过程前进到步骤T2，以开始维护模式，并且在步骤T3中执行维护模式。当在步 骤T4中结束了维护模式时，过程返回到步骤Tl，并且进行正常处理。在步骤B-I中，当二次 电池组21没有从外部设备2接收到维护模式转移信号时，继续步骤Tl的正常处理。应注意的是，维护模式是由外部设备2执行的、用于检测电池单元1的不正确替换 的模式。在维护模式中，当电池单元1没有完全充满时，对电池单元1进行充电直到其完全 充满，并且在电池单元1完全充满之后开始放电。另一方面，当电池单元1完全充满时，不 再对电池单元1进行充电并且按照原样开始放电。在维护模式中，基于在放电过程中获得 的测量数据检测电池单元1的不正确替换。图7示出了从维护模式开始到维护模式结束的流程图。在图7中，由虚线包围的 步骤B-2和B-3的过程是在二次电池组21侧进行的过程，而步骤S-I至S-13的其它过程 是在外部设备2侧进行的过程。在步骤S-I中，外部设备2的集成电路(未示出)执行下述处理将要被存储在集 成电路的RAM中的变量k设置为0。在步骤B-2中，在二次电池组21侧对组合电池a至c的电压、流过电池单元1的 电流以及电池单元1的温度进行测量。安装在二次电池组21上的集成电路3对组合电池 3至c的电压、流过电池单元1的电流以及电池单元1的温度进行测量。因此，二次电池组 21的集成电路3获取关于组合电池a至c的测量电压V1、V2和V3、测量电流I_mes以及测 量温度Temp的数据。在步骤B-3中，二次电池组21的集成电路3经由输入/输出部件11将关于测量 电压VI、V2和V3、测量电流I_mes以及测量温度Temp的数据传送到外部设备2。在步骤S-2中，外部设备2经由输入/输出部件11接收关于测量电压VI、V2和 V3、测量电流I_mes以及测量温度Temp的数据。例如，将所接收的数据存储在外部设备2 的集成电路的存储器(ROM或者RAM)中。外部设备2的存储器具有比二次电池组21的存 储器更大的容量。在步骤S-3中，外部设备2的集成电路使用所接收的数据进行以下设置处理。应 注意的是，将这里所设置的数据存储在外部设备2的集成电路的RAM中。Vl_mes[k] = VlV2_mes[k] = V2
V3_mes[k] = V3V_avg[k] = (Vl+V2+V3)/3I_mes[k] = I_mesTemp_mes[k] =Temp在步骤S-4中，外部设备2的集成电路执行下述处理将k的值递增1。在步骤S-5 中，外部设备2的集成电路执行下述处理确认电池单元1的放电结束。当在步骤S-5中外部设备2的集成电路确认电池单元1的放电结束时，过程前进 到步骤S-6。当在步骤S-5中外部设备2的集成电路没有确认放电结束时，过程返回到步 骤B-2，以对从前一测量开始的时间Δ t过去之后的组合电池a至c的电压、流过电池单元 1的电流以及电池单元1的温度进行测量。通过重复上述步骤B-2至S-5，例如，将如图8所示设置的数据存储在外部设备2 的集成电路的MM中。在该数据中，第k次测量处的测量电压Vl被设置为Vl_mes [k]，第k 次测量电压V2被设置为V2_mes [k]，并且第k次测量电压V3被设置为V3_mes [k]。应注意 的是，在图8所示的数据中，为了方便说明，由m来表示在放电结束时的变量k的值。在步骤s-6中，外部设备2的集成电路执行下述处理将在放电结束时的变量k的 值设置为η。在图8所示的数据例子中，放电结束时的变量k的值m被设置为η。此后，夕卜 部设备2的集成电路进行将变量k设置为0的处理以及将Imb设置为0的处理。在步骤S-7中，外部设备2的集成电路使用对应于变量k的测量电压V1、V2和V3 以及V_avg执行以下处理。V_avg = (Vl+V2+V3)/3Imb_buf = (Vl-V_avg)"2+(V2-V_avg)"2+(V3-V_avg)"2具体地，外部设备2的集成电路执行以下处理。(Vl_mes[k]+V2_mes[k]+V3_mes[k])/3 = V_avg[k]Imb_buf = (Vl_mes[k]-V_avg[k])"2+(V2_mes[k]-V_avg[k])"2+(V3_mes[k]-V_avg[k]) "2然后，在步骤S-8中，外部设备2的集成电路执行Imb = Imb+Imb_buf的处理。在步骤S-9中，外部设备2的集成电路进行下述处理判断是否满足k > η。当在 步骤S-9中判断不满足k > η时，进行将k的值递增1的处理，并且过程返回到步骤S-7。 当在步骤S-9中判断满足k > η时，过程前进到步骤S-10。应注意的是，在步骤S-7至S-9中，进行下述处理将针对每次测量的测量电压 VI、V2和V3的偏差平方和相加。在步骤S-IO中，外部设备2的集成电路执行计算Imb = Imb/(η+1)以及Cap = Σ I_mes/3600 的处理。应注意的是，计算Imb = Imb/(η+1)的处理是如下处理在该处理中，将由步骤 S-7至S-9的过程获得的偏差平方和的和除以测量次数，从而计算针对每次测量的测量电 压VI、V2和V3的偏差平方和的平均值。另外，计算Cap = Σ I_mes/3600的处理是如下处 理在该处理中，将测量电流I的和除以通过将1小时转换为秒而获得的3600，从而获得电 池单元1的容量。在步骤S-Il中，将处理结果Imb存储在外部设备2的存储器中。在步骤S_12中，使用存储在外部设备2的存储器中的当前维护模式的处理结果以及前一维护模式的处理 结果，外部设备2的集成电路进行关于电池单元1的不正确替换的判断处理。使用存储在外部设备2的存储器中的当前维护模式的处理结果Imb、Cap、Temp和 T (当前维护模式的时间)以及前一维护模式的处理结果Imb_pre、Cap_pre、Temp_pre和T_ pre(前一维护模式的时间)来进行关于电池单元1的不正确替换的判断处理。通过使用上述处理结果判断是否满足以下条件表达式来进行关于电池单元1的 不正确替换的判断处理。例如，应注意的是，在第一维护模式中，将Imb_pre、Cap_pre、Temp_ pre和T_pre的值存储在外部设备2的存储器中作为初始值。T-T_pre > 1000 小时Cap > Cap_preImb < Imb_preI Temp-Temp_pre | < 5 摄氏度在步骤S-13中，外部设备2的集成电路经由输入/输出部件11将处理结果传送 到二次电池组21。通过上述处理，外部设备2的维护模式结束。当由外部设备2进行的处 理的结果表示电池单元1的不正确替换时，二次电池组21的集成电路3执行控制来禁止二 次电池组21的使用。(电池组的效果)在根据本发明第一实施例的电池组中，基于组成电池单元的二次电池的电压变化 来检测电池单元的不正确替换。例如，作为外部设备2的维护模式，周期性地对二次电池组 进行完全充电和放电，并且以时间序列测量电池单元1的电压，以根据测量值获得电压变 化。结果，检测出电池单元1的不正确替换。在根据本发明第一实施例的电池组中，当检测到电池单元的替换时，可以禁止使 用电池组。另外，在根据本发第一实施例的电池组中，当希望进行超出安装在二次电池组21 上的集成电路3的处理能力的处理时，可以在不向集成电路3放置负担的情况下执行复杂 的计算或者使用大量数据的计算处理。2.第二实施例接下来，将描述根据本发明第二实施例的电池组。在根据第二实施例的电池组中， 检测二次电池的阻抗的极化分量。检测极化分量以便计算二次电池例如由于存储而引起的 退化程度。应注意的是，第一实施例的电池组的电路结构等适用于根据本发明第二实施例 的电池组的电路结构等。因此，在以下描述中，将描述与第一实施例的不同点，并且关于根 据第一实施例的电池组的描述将用于其它部分。(检测方法)将描述在根据本发明第二实施例的电池组中进行的检测方法。在根据本发明第二 实施例的电池组中，在二次电池组21中测量的数据被传送到外部设备2。外部设备2接收 从二次电池组21传送的数据并且处理所接收的数据，并且此后将处理结果传送到二次电 池组21。二次电池组21接收从外部设备2传送的处理结果，并且基于所接收的处理结果进 行预定处理(诸如充电_放电控制方法的更新)。图9示出了组成电池单元1的一个二次电池的等效电路。可以由使用阻抗41、串 联连接到阻抗41的阻抗42以及并联连接到阻抗42的电容器43的等效电路来表示二次电池的阻抗。阻抗41表示二次电池的阻抗的DC(直流，Direct Current)分量。阻抗42表示二次电池的阻抗的极化分量。在第二实施例的二次电池组21中，对阻抗42的值R1和电 容器43的电容值C1进行检测。图10是用于说明R1和C1的检测方法的曲线图。图IOA示出了在充电期间对充电 电流进行接通/断开切换的情况下二次电池的电压状态的例子。通过重复地对充电-放电 控制开关9进行接通/断开切换，将脉冲状的充电电流提供到二次电池，并且二次电池的电 压变为图IOA所示的脉冲状波形。因此，二次电池的电压稳定地波动。在这种情况下，基于在充电_放电控制开关9处于接通的情况下的充电电流平均 值以及在充电_放电控制开关9处于断开的情况下的充电电流平均值，计算充电电流波动 量的平均值ΔΙ。另外，基于在充电-放电控制开关9处于接通的情况下的二次电池的电压 平均值以及在充电-放电控制开关9处于断开的情况下的二次电池的电压平均值，计算二 次电池的电压波动量的平均值AV。使用如上所述计算的充电电流波动量的平均值Δ I以及二次电池的电压波动量 的平均值AV，通过<formula>formula see original document page 14</formula>来计算在充电期间的阻抗41的值R。。图IOB是示出二次电池的时间t和电压V之间的关系的曲线图。横坐标轴表示时 间t，而纵坐标轴表示电压V。在图IOB中，在停止充电时将t设置为0，由(Vct，Ict)来表 示此时的测量电压。由Vtl来表示在电压下降之后t = 0处的电压。可以由以下表达式来 表示在t > 0处的电压改变。[表达式2]
<formula>formula see original document page 14</formula>在从t = 0直到电压稳定的预定时间间隔Δ t处对电压和电流进行测量。由V2表 示在电压稳定处的t = T2处的测量电压。将获得VcZe的t设置为Tp。可以通过以下表达 式分别计算R1和Q。[表达式3]<formula>formula see original document page 14</formula>
[表达式4]
<formula>formula see original document page 14</formula>(检测处理)将参照图11的流程图描述根据本发明第二实施例的电池组的检测处理。首先，当 在步骤S21中二次电池组21的集成电路3检测到充电停止条件时，在步骤S22中，集成电 路3经由电压检测电路7测量电池电压V，经由电流检测电路5测量电流I，并且经由温度 检测电路10测量温度T。经由输入/输出部件11将关于由集成电路3测量的电压、电流以 及温度的数据传送到外部设备2。首先，在步骤S23中，外部设备2的集成电路(未示出)判断温度T是否在记录在 集成电路的ROM上的预定温度数据内，用于维持测量精度。当温度T在预定温度数据内时，外部设备2的集成电路(未示出)使用测量值V和I来对要被存储在集成电路的RAM中的 V_pre = V，变量k = 0，Vct = V，Ict = I，以及V。= Vct-R0^Ict执行设置处理。当温度T 不在预定温度数据内时，外部设备2的显示部件(未示出)显示高温或者低温警告，并且处理结束。应注意的是，Rtl是二次电池的DC分量的阻抗。如以上参照图IOA所描述的那样， 对于Rtl,使用通过使用在充电期间在对充电电流重复进行接通/断开切换的情况下的二次 电池的充电电流波动量的平均值△ I和电压波动量的平均值而获得的值。由在二次电 池组21侧的集成电路3进行获得R0的处理。在步骤S24中，集成电路3通过关断充电-放电控制开关9来进行充电停止处理。 在步骤S25中，集成电路3经由电压检测电路7测量电池电压V，经由电流检测电路5检测 电流I，并且经由温度检测电路10检测温度Τ。经由输入/输出部件11将关于所测量的电 压、电流以及温度的数据传送到外部设备2。在步骤S26中，外部设备2的集成电路执行设置V_new = V并且V_mes [k] = V的处理。在步骤S27中，外部设备2的集成电路执行下述处理判断是否满足|V_neW_V_ pre < AV_Thresh0对于V_pre，设置在V_neW之前的一个测量获得的电压测量值V_ mes[k-l]。应注意的是，当变量k为0时，使用在步骤S23中设置的V_pre的值。AV_Thresh是存储在外部设备2的集成电路中的预定阈值。AV_Thresh被设置 为无限接近0的数值，并且通过判断是否满足|V_neW-V_pre| < AV_Thresh的处理来获得 在电压改变稳定时的变量k的值。当在步骤S27中判断满足I V_new-V_pre | < Δ V_Thresh时，过程前进到步骤S29。 当在步骤S27中判断不满足I V_new-V_pre | < AV_Thresh时，在步骤S28中进行将k递 增1的处理，并且过程返回到步骤S25。然后，在步骤S25中，对从上次测量开始的时间 AMeasure_Time过去之后获得的温度T进行测量。在步骤S29中，外部设备2的集成电路进行计算T2 = k* Δ Measure_Time的处理。 应注意的是，由于使用在电压改变稳定时获得的值作为该情况下k的值，因此可以通过进 行计算T2 = k*AMeasure_Time的处理来获得电压稳定时的时间T2。在步骤S30中，外部设备2的集成电路执行通过R1 = (Vct-R0*Ict-V_mes [k])/Ict 计算R1的处理。通过该处理，可以检测阻抗42的值队。在步骤S31中，外部设备2的集成电路执行将变量k的值设置为0的处理。在步 骤S32中，外部设备2的集成电路执行关于是否满足V_mes[k] < V0*0. 367的判断处理。当在步骤S32中判断V_mes[k]满足V_mes[k] < V0*0. 367时，在步骤S33中外部 设备2的集成电路执行将k的值递增1的处理。当在步骤S32中判断V_mes[k]不满足V_mes[k] < VQ*0. 367时，过程前进到步骤 S34。然后，在步骤S34中，外部设备2的集成电路使用在过程前进到步骤S34时获得的k 的值来执行下述处理通过Tp = k*AMeasure_Time来计算Tp的值。在步骤S35中，外部设备2的集成电路执行下述处理通过C1 = Tp/礼来计算C1 的值。通过该处理，可以检测电容器43的电容值Q。(电池组的效果)
在根据本发明第二实施例的电池组中，可以进行下述处理，所述处理使用了大小 超过安装在二次电池组21上的集成电路3的存储器容量的数据。例如，通过连续地将在二 次电池组21侧测量的数据传送到外部设备2并存储并且在外部设备2侧计算数据，使用大 小超过安装在二次电池组21上的集成电路的存储器容量的数据的计算成为可能。3.第三实施例接下来，将描述根据本发明第三实施例的电池组。在第三实施例的电池组中，检测 二次电池的阻抗的极化分量。检测极化分量以便计算二次电池例如由于存储而引起的退化 程度。应注意的是，第一实施例的电池组的电路结构等适用于根据本发明第三实施例的电 池组的电路结构等。因此，在以下描述中，将描述与第一实施例的电池组的不同点，并且关 于根据第一实施例的电池组的描述将用于其它部分。(检测方法)如在第二实施例中描述的那样，可以由图9所示的等效电路来表示组成电池单元 1的每个二次电池。如在第二实施例中那样，第三实施例的电池组计算图9所示的阻抗42 的值R1和电容器43的电容值C1。图12是用于说明在根据本发明第三实施例的电池组中进行的检测方法的曲线 图。如图12A所示，通过对充电-放电控制开关9进行接通/断开切换，可以消除极化分量 并且可以计算R0= Δν/ΔΙ。由于细节与第二实施例的电池组相同，因此将省略其描述。图12Β是示出二次电池的时间t和电压V之间的关系的曲线图。横坐标轴表示时 间t，而纵坐标轴表示电压V。在图12B所示的曲线图中，充电停止时间被设置为t = 0，由 Vct表示t = 0处的测量电压，并且由Vtl表示在电压下降之后t = 0处的电压。由Ict表 示t = 0处的测量电流。由以下表达式表示t > 0处的电压改变。[表达式5]
Γ t 1V(t^Ri ‘ Ict . Exp--—
I当由Vn表示在任意时间t = Tl处的测量电压并且由Vt2表示t = T2处的测量电 压时，可以由以下表达式来表示倾斜-α。[表达式6]
Ri · lot --- Exp (--)= - a
Ri-Cl 八 Rl-Ci可以通过进行计算以上非线性联立方程的解的处理来获得R1和Q。由于该处理 包括计算非线性联立方程的解，因此该处理要求较高的计算能力。因此，进行将关于由二次 电池组21测量的电压、电流和温度的数据传送到外部设备2并且由外部设备2的集成电路 计算倾斜的处理以及使用以上表达式计算变量R1和C1的处理。外部设备2的处理结 果被传送到二次电池组21。因此，可以在不向集成电路3放置负担的情况下进行计算R1和 C1的处理。(电池组的效果)在根据本发明第三实施例的电池组中，当希望执行超出安装在二次电池组21上 的集成电路3的处理能力的处理时，可以在不向负载电路3放置负担的情况下执行该处理。4.其它实施例
本发明不限于以上实施例，并且可以在不背离本发明要点的情况下进行各种修改 和应用。例如，在以上实施例中使用的表达式中的数值等仅作为例子，并且可以根据需要使 用不同的数值。例如，在第一实施例中，已经对通过将电池单元1分成三对获得的组合电池 a至c的放电曲线进行了处理，以获得组合电池a至c的电压变化，并且此后对该变化进行 了比较。然而，本发明不限于此，例如，可以类似地对组成电池单元1的二次电池31的放电 曲线进行处理，以获得二次电池31的电压变化，并且此后对它们进行比较。本申请包含与在2009年2月17日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP2009-034121中公开的主题内容相关的主题内容，在此通过引用将其全文合并于此。
本领域的技术人员应当理解，在所附权利要求或其等同方案的范围内，可以根据 设计要求和其它因素进行各种修改、组合、再组合和变更。
权利要求
一种电池组，包括多个电池；检测部件，用于测量所述多个电池中每个电池的电压，以获得所述多个电池中每个电池在不同的逝去时间处的电压变化，并且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了所述多个电池中的至少一个电池；以及控制器，用于在由所述检测部件进行的检测的结果表示替换了所述多个电池中的至少一个电池时，禁止所述多个电池的使用。
2.根据权利要求1所述的电池组， 其中，在充电后的所述多个电池的放电期间，沿时间轴方向对所述多个电池中每个电 池的电压进行采样，针对每个样本获得所采样电压的偏差平方和，并且使用通过对所获得 的所述偏差平方和进行相加而获得的值作为所述电压变化。
3.根据权利要求1所述的电池组，其中在对所述电压变化进行比较时，当在第一逝去时间处的电压变化小于在短于所述 第一逝去时间的第二逝去时间处的电压变化时，所述检测部件检测出替换了所述多个电池 中的至少一个电池。
4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述多个电池中的每个电池包括并联连接的多个电池。
5.根据权利要求1所述的电池组，还包括传送部件，用于将关于所述多个电池的所测量电压的数据传送到外部设备；以及 接收部件，用于接收由所述外部设备使用所传送的数据进行的检测的结果。
6.一种电池组，包括 多个电池；测量部件，用于测量所述多个电池的电压和电流；传送部件，用于将关于由所述测量部件测量的电压和电流的数据传送到外部设备；以及接收部件，用于接收由所述外部设备使用所传送的关于电压和电流的数据进行的预定 处理的结果。
7.一种检测方法，包括以下步骤测量包括在电池组中的多个电池中每个电池的电压，以获得所述多个电池中每个电池 在不同逝去时间处的电压变化，并且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了所述多 个电池中的至少一个电池；以及当所检测的结果表示替换了所述多个电池中的至少一个电池时，禁止所述多个电池的使用。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其中，在充电后的所述多个电池的放电期间，沿时间轴方向对所述多个电池中每个电 池的电压进行采样，针对每个样本获得所采样电压的偏差平方和，并且使用通过对所获得 的所述偏差平方和进行相加而获得的值作为所述电压变化。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述检测包括在对所述电压变化进行比较时，当在第一逝去时间处的电压变化小于在短于所述第一逝去时间的第二逝去时间处的电压变化时，检测出替换了所述多个电 池中的至少一个电池。
10.根据权利要求7所述的检测方法，其中所述多个电池中的每个电池包括并联连接的多个电池。
11.根据权利要求7所述的检测方法，还包括以下步骤将关于所述多个电池所测量的电压的数据传送到外部设备；以及 接收由所述外部设备使用所传送的数据进行的检测的结果。
12.—种检测方法，包括以下步骤测量包括在电池组中的多个电池的电压和电流；将关于所测量的电压和电流的数据传送到外部设备；以及接收由所述外部设备使用所传送的关于电压和电流的数据进行的预定处理的结果。
全文摘要
本发明公开了一种电池组和检测方法。该电池组包括多个电池；检测部件，用于测量多个电池中每个电池的电压，以获得多个电池中每个电池在不同逝去时间处的电压变化，并且比较所获得的电压变化，从而检测是否替换了多个电池中的至少一个电池；以及控制器，用于在由检测部件进行的检测的结果表示替换了多个电池中的至少一个电池时，禁止多个电池的使用。
文档编号G01R31/36GK101807732SQ20101011822
公开日2010年8月18日 申请日期2010年2月10日 优先权日2009年2月17日
发明者木下乡志 申请人:索尼公司