电池组件、充放电计数和设置电池组件剩余电量的方法

专利名称：电池组件、充放电计数和设置电池组件剩余电量的方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组件、一种用于计数充电/放电次数的方法和一种用于设置电池组件的剩余电量的方法。
到目前为止，已经提供了一种具有作为二次电池的电池单元(battery cell)的电池组件，例如锂离子电池、NiCd电池或镍氢电池。
这种电池组件通常包括一个微型计算机，用于进行电池单元的剩余电池电量的计算或与一个具有作为电源的电池单元的电子装置进行通信；微型计算机的外围设备；和一个在进行剩余电池电量的计算中必需的电池单元状态检测电路。
电池组件的充电/放电的周期次数是有限的。另一方面，根据电池单元的种类等，实际能够维持可接受的充电/放电特性的充电/放电周期的最大次数被限定到某一范围。
在传统的电池组件中，对于用户来说，识别能够实际地维持可接受的充电/放电特性的充电/放电周期的最大次数是困难的，也就是识别电池单元的使用寿命是困难的。随着充电/放电被重复进行，用户只能够识别该电池单元的使用寿命接近结束，即使该电池单元已经被充电到它的全部电量，只能识别出电池电量以更快的速度被减小。
为了让用户容易地识别电池单元的使用寿命，本申请人在日本专利公开号平9-243718中已经建议了一种电池组件和一种用于显示电池状态的方法，在下面称为第一公知技术。
在

图1中所示的第一公知技术检测到电池单元的电压已经超过第一阈值电压，并且还检测到该电压比一个第二阈值电压更低。假设在检测到另一个电压状态之后检测电压状态中的一个状态时出现一个充电或放电周期的情况下，该第一公知技术计数充电/放电的次数。
另一方面，在具有多个电池单元的电池组件中，一个电池单元与另一个电池单元的最大充电电压是不同的。因此，本申请人在日本专利公开号平9-285026中建议了一种电池充电方法和装置以及一个电池组件，在下面称为第二公知技术。
在第二公知技术中，根据电池单元的充电和在电池单元中存储的初始值计算剩余电池电量。
电池组件被装载在一个电子装置上，例如一个摄像机装置，以便给该电子装置提供电流。如果该电源已经耗尽，那么电池组件被充电。该电池组件具有一个电池单元，作为一个可充电和可放电的二次电池；和一个微型计算机，用于检测该电池单元的电压以便计算剩余电池电量。
由于剩余电池电量随着温度有可察觉的变化，所以利用一个与电池单元的温度相关的系数来计算剩余电池电量，例如在日本专利公开号平9-297166中所述的。这个与温度相关的剩余电量校正系数在下面被称为修正系数。由于随着温度的不同校正系数的大小不同，所以每个10℃增量的校正系数被存储在一个非易失的存储器中，例如一个ROM(只读存储器)。微型计算机利用在该非易失的存储器中存储的并与当前温度对应的校正系数来计算剩余电池电量。
然而，在第一公知技术中，只有当电池单元的电压下降到低于第二阈值时，进行递增计数，这样，如果在电池单元的电压下降到低于第二阈值之前对电池单元进行充电，那么不进行递增计数。因此，产生了这样一个问题即使由于充电/放电引起电池单元被劣化，但是相应地不对该周期计数。尽管可以试图把第二阈值设置到一个更高的值，然而就会出现在还剩有足够的电池电力时就进行计数，以致于不能正确地进行递增计数。
另一方面，传统的电池组件被这样地设计，以致于一旦充电到90％，这个90％充电就被认为是充满电，以便吸收在充电中在电流检测等中的误差。因此在该电池组件中，在90％充电时的剩余电池电量的积分(integrated)值预先被存储在ROM中，并且如果证实已经充电到90％，那么该电池电量被设置为积分的剩余电池电量值。
然而，如果充电/放电被重复进行，那么电池单元性能劣化，以致于能够实际被取出的电池电量被减小。由于电池单元的性能劣化，在90％充电时的积分剩余电池电量被降低，因此在90％充电时在非易失存储器中存储的积分剩余电池电量和实际的积分剩余电池电量之间产生一个差值。
如果根据在充电时存储在电池单元中的初始值计算剩余电池电量，那么根据第二公知技术会存在一个不能正确地计算剩余电池电量的问题。
因此本发明的一个目的是提供一种电池组件，其中如果由于充电/放电使电池单元性能劣化，那么根据这种劣化来计数充电/放电周期的次数，并且根据这种劣化能够精确地设置剩余电池电量。
本发明的另外一个目的是提供一种用于计数在电池组件中充电/放电的次数，和一种用于设置电池组件的剩余电池电量的方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供一个电池组件，该电池组件包括电压检测装置，用于检测一个电池单元的电压；存储装置，用于储存一个校正系数以便对于一个预先设置的温度计算剩余电池电量；温度检测装置，用于检测电池单元的温度；和计算装置。计算装置这样地工作，使得如果一个与由温度检测装置检测的温度相关的校正系数被存储在存储装置中，那么计算装置读出该校正系数以便根据该校正系数和由电压检测装置检测的电压来计算剩余电池电量。计算装置还进行这样的工作，使得如果一个与由温度检测装置检测的温度相关的校正系数没有被存储在存储装置中，计算装置从该存储装置中读出一个与在检测温度之前和之后的一个预先设置的温度相关的校正系数，以便根据每个读出的校正系数来计算一个与检测的温度相关的校正系数，由此根据计算的校正系数和由电压检测装置检测到的电压来计算剩余电池电量。
根据另一个方面，本发明提供一种方法，该方法用于计算一个与一个预先设置温度相关的电池组件的剩余电池电量，该方法包括储存一个校正系数，用于计算相对于一个预先设置温度的剩余电池电量；和检测该电池单元的温度，其中，如果一个与由温度检测装置检测的温度相关的校正系数被存储在存储装置中，那么校正系数被读出并且根据该校正系数和由电压检测装置检测的电压计算剩余电池电量。同样，如果一个与检测温度相关的校正系数没有被存储在存储装置中，那么从该存储装置中读出一个与在检测温度之前和之后的一个预先设置的温度相关的校正系数，以便根据每个读出的校正系数来计算一个与检测的温度相关的校正系数，由此根据计算的校正系数和由电压检测装置检测到的电压来计算剩余电池电量。
图1示出了在相关技术中计数周期数的方式。
图2是在电池单元性能劣化的情况下表示积分的剩余电池电量的线性特性变化的曲线图。
图3示出了在一个摄像机装置上装载根据本发明的一个电池组件的状态。
图4是一个电池组件的透视图。
图5是表示电池组件的后侧的一个透视图。
图6是设置在摄像机装置中的电池装载单元的一个透视图。
图7示出了该电池组件的电路结构。
图8示出了电压电平与电池电平之间的关系。
图9是一个用于说明电池电平设置和周期计数的操作内容的流程图。
图10示出了周期数的计算。
图11示出了相对于该周期数的积分剩余电池电量变化的一个例子。
图12示出了相对于该周期数的积分剩余电池电量变化的另外一个例子。
图13示出了一个电池组件的电路结构。
图14是一个用于说明在计算校正系数中的主例程的流程图。
图15是一个用于说明在计算校正系数中的子例程的流程图。
图16示出了校正系数的计算结果。
图17示出了在一个ROM中对于每2.5℃的增量的校正系数的存储状态。
图18示出了在相关技术中校正系数的步长宽度。
下面参照附图来详细地说明根据本发明的优选实施例。
本发明适用于一个例如在图3中所示的电池组件1。这个电池组件1例如被装载在一个摄像机装置2的一个电池装载单元3中，以便给该摄像机装置2提供电源。另一方面，该电池组件1能够被装载在一个用于充电的充电装置(没有示出)上。
电池组件1包括一个如在图4中所示的外壳19。在该外壳19中容纳一个电池单元，在该图中没有示出该电池单元。
电池组件1的外壳19例如是由一种合成树脂材料构成的。在该外壳19的宽度方向的两个横向边上形成了导引槽26，26，该导引槽用于相对于电池装载单元3导引电池组件的装载。在各自横向侧边中的导引槽26，26在外壳19的底部表面24中的一端上是开口的，并且沿着外壳19的长度方向并列地被形成。
在沿着相对于电池装载单元3的装载方向的前表面20上的外壳19的宽度方向的两个横向侧边上设置有一个第一输入/输出端子21和一个第二输入/输出端子22。在沿着宽度方向的一个中间部分上设置有一个通信端子23。
第一和第二输入/输出端子21，22通过电池装载单元3给摄像机装置1的一个主体部分提供电源。通信端子23给摄像机装置1的主体部分输出信息信号，例如像电池单元的剩余电能这样的信号。输入/输出端子21，22的一端和面向外的通信端23被定位在基本上为矩形的凹槽中，该凹槽在外壳19的前表面20中形成，从而防止由于与除了连接端之外的电池装载装置的其它部分触接而引起的毁坏。
在外壳19的底部表面24的前表面侧中，也就是在沿着长度方向的前表面中形成一对控制凹槽28，29。控制凹槽28，29在宽度方向上相对于一个中线(没有示出)线对称地被构成，如在图3中所示。在装载时，控制凹槽28，29通过电池装载单元3的控制凸件(没有示出)被啮合，以便限制在外壳19的底部表面24的宽度方向上相对于电池装载单元3倾斜。
每个控制凹槽28，29基本上是一个L形状，该形状由垂直于外壳19的底部表面24的一个第一部分和一个垂直于该第一部分的第二部分组成，如在图5中所示的。
在外壳19的底部表面24的中间部分形成一个基本上为矩形的识别凹槽30，用于识别该电池装载单元是否是一个合适单元。
识别凹槽30被定位在这样一个位置上，该位置位于在外壳19的宽度方向的中线上并且处于从外壳19的底部表面24的中点到靠近前表面20的位置上。在识别凹槽30之内的底部表面中形成一个基本上为矩形的识别槽32，该识别槽32基本上在沿着外壳19的宽度方向的中线上延伸到凹槽30的两个纵向端。在外壳19的底部表面24的宽度方向上的两侧边上，在识别槽30中形成台阶。识别槽30在宽度方向大小为Wo。
靠近通信端23形成一个第一导引槽34，该导引槽34与外壳19纵向方向平行地延伸。第一导引槽34的一端在外壳19的前表面20上开口，而其另一端形成为延伸到识别凹槽30。在第一导引槽34中接近外壳19的前表面20处形成一个台阶35，该台阶35在对应于垂直于外壳19的底部表面24的方向的深度方向上具有不同的深度。该第一导引槽34相对于电池装载单元3导引电池组件的装载方向。
在外壳19的底部表面24中形成面对第一导引槽34的一个第二导引槽36，通信端23位于第一导引槽34与第二导引槽36之间。第二导引槽36与外壳19的底部表面24的纵向方向平行地被形成，使得在外壳19的前表面20中第二导引槽36具有一个开口端。
在外壳19的宽度方向上的两个横向侧边中形成控制槽37，37，该控制槽靠近第一和第二输入/输出端子21，22。控制槽37，37在前表面20上被开口，在基本上与外壳19的底部表面24平行的方向上延伸，以便限制相对于电池装载单元3在底部表面24的宽度方向上的倾斜。
在外壳19的底部表面24中形成一个第一锁定凹槽38和一个第二锁定凹槽39，在把电池组件装载在电池装载单元3上时通过电池装载单元3来啮合第一锁定凹槽38和第二锁定凹槽39。第一锁定凹槽38在外形上基本上是矩形的，并且位于外壳19的宽度方向的中线上靠近识别凹槽30。第二锁定凹槽39在外形上基本上是矩形的，并且在尺寸上比第一锁定凹槽38稍微大一些。第二锁定凹槽39在外壳19的宽度方向的中线上靠近沿着装载方向看去的后侧被形成。
另一方面，在摄像机装置2上设置的电池装载单元3在尺寸上比外壳19的底部表面24稍微大点。电池装载单元3在其面对电池组件1的宽度方向的两个横向侧边上设置有一对与电池组件1的导引槽26，26啮合的导引凸件47。
当在电池装载单元3上装载电池组件时，导引凸件47被插入到外壳19的导引槽26，26中，以便导引插入方向，保持电池组件1的外壳19的底部表面与定位表面45基本上平行。
在面向电池组件1的前表面20的电池装载单元3的支承(abutting)表面46的侧面构成一个端接部分44。这个端接部分44由第一到第三连接端子51到53和一个盖部件60构成。
第一和第二连接端子51，52在沿着电池装载单元3的宽度方向的两侧上被设置，以便分别与第一和第二输入/输出端子21，22连接。第三连接端子53设在电池装载单元3的宽度方向上的中点上，以便与电池组件1的通信端23连接。第一到第三连接接头51到53在与电池组件1的底部表面24和电池组件1的纵向方向平行的电池装载单元3的支承表面46上设置。
盖部件60被安装在电池装载单元3上，以便在由箭头a1，a2表示的方向上旋转，由此防止第一到第三连接端子51到53受外部的破坏。
盖部件60例如是由一种合成树脂材料构成的，并且是由一个基本为矩形的保护部件61和用于支承保护部件61的支承部件62组成的。面向电池装载单元3的定位表面45的盖部件60的保护部件61的表面形成有相对于宽度方向倾斜的表面。当电池组件1被装载在电池装载单元3上时，外壳19压着保护部件61以便允许盖部件60在由箭头a2表示的方向上容易地旋转。利用电池装载单元3的支承表面46来支承盖部件60的支承部件62，62，以便绕一个枢轴(没有示出)旋转。在盖部件60的枢轴的外周边上设置一个螺旋弹簧(没有示出)。该螺旋弹簧一端由电池装载单元3的支承表面46来保持，而它的另外一端由盖部件60的支承部件62来保持。因此，在螺旋弹簧的弹力的作用下盖部件60在由箭头a1表示的方向上移动，以便覆盖第一到第三连接端子51到53。
电池装载单元3形成有一对控制凸件65，66，该控制凸件65，66跨接支承表面46和定位表面45，基本上相对于中心线对称，以便在电池组件1的控制凹槽28，29中被啮合。
每个控制凸件65，66基本上是一个L形状，该形状由一个垂直于定位表面45的第一部分和一个垂直于第一部分的第二部分组成。控制凸件65，66限制电池组件1的底部表面24的相对于电池装载单元3的定位表面45在宽度方向上的倾斜。
电池装载单元3也形成有一个靠近第三连接端子53的第一导引凸件68，该第一导引凸件68跨接支承表面46和定位表面45，以便导引电池组件1的插入。第一导引凸件68与定位表面45的纵向方向平行地被形成，以便啮合于正在装载的电池组件1的底部表面24的第一导引槽34中，如在图4中示出的。
电池装载单元3也形成有一个第二导引凸件54，该第二导引凸件54跨接支承表面46和定位表面45，用于导引电池组件1的装载方向。该第二导引凸件54与定位表面45作为一个整体被形成，该定位表面45与第二导引凸件的纵向方向平行。第二导引凸件54与电池组件1的第二导引槽36接合以便导引装载方向。
沿着电池装载单元3的宽度方向的两个横向侧边与控制凸爪55，55作为一个整体被形成，其中控制凸爪55，55与控制槽37，37接合。控制凸爪55，55与定位表面45和电池组件1的纵向方向是平行的。
在电池装载单元3的定位表面45的中间部分上形成有一个识别凸件56，该识别凸件56与第一电池组件6的识别凹槽30接合。该识别凸件56在外形上基本上是矩形的。识别凸件56的末端与一个识别凸块(lug)57形成在一起，该识别凸块57与电池组件1的识别槽32接合。识别凸件56具有与定位表面45的宽度平行的宽度W1，该宽度W1小于电池组件1的识别凹槽30的宽度Wo，以致于识别凸件56能够被插入到识别凹槽30中，如在图6中示出的。识别凸件56在与支承表面46隔开一段距离L1的一个位置上在垂直方向上被形成。
根据上面描述的电池装载单元3的结构，电池组件1能够被装载在电池装载单元3上。
用于对电池组件1充电的充电装置也设置有构造类似于电池装载单元3的电池装载单元。
以下说明电池组件1的电路结构。
参照图7，电池组件1设置有作为两个串联连接的电池单元的锂离子电池171，172；一个第一输入/输出端121，该第一输入/输出端121通过一个电阻器R101与锂离子电池171的正端连接；和一个第二输入/输出端子122，该第二输入/输出端子122与锂离子电池172的负电极连接。
锂离子电池171，172通过第一和第二输入/输出端子121，122由外部充电或对外部放电。锂离子电池171，172与串联连接的电阻器101，102并联连接。也就是，锂离子电池171的正电极与电阻器R101连接，同时锂离子电池172的负电极与电阻器102连接。
电池组件1还设置有一个电流检测电路173，用于检测流过电阻器103的电流；一个A/D转换器174，用于使充电/放电电流值和电池电压值数字化，和一个中央处理器(CPU)175，用于计数充电/放电的次数，下面称为周期数，和用于计算剩余的电池电量。电池组件1还包括一个随机存取存储器(RAM)176，用于暂时储存锂离子电池171，172的当前电压电平；和一个只读存储器(ROM)177，在该只读存储器177中存储有用于CPU 175的控制程序。
在充电或放电期间电流检测电路173检测流过电阻器103中的电流，以便把检测的电流传递给一个A/D转换器174。
A/D转换器174把来自电流检测电路173的电流值数字化以便把数字化的电流传递给CPU 175。A/D转换器174把电阻器101和102的一个连接端的电压值数字化，该连接端在下面被称为中点连接端，也就是串联连接的锂离子电池171和172的端电压的R102/(R101+R102)分压值，以便把数字化电压传递给CPU 175。
CPU 175设置有一个用于计数周期数的计数器175a。CPU 175把中点连接端X上的电压电平分成从电池电平0到电池电平3的四级电平，最高的电池电平是电池电平3而最小的电池电平是电池电平0。电池电平每次减少一级，CPU 175由计数器175a计数加一。
具体地，CPU 175根据在图9中示出的流程图设置电池电平以便计数周期数。
当电流检测电路173检测到充电电流或放电电流时，CPU 175进到步骤ST1，以便通过A/D转换器174在中点连接端X上获得电池电压。然后CPU进入到步骤ST2。
在步骤ST2上，CPU 175根据电流检测电路173的一个检测输出来检验是否正在进行充电或正在进行放电。如果CPU 175证实充电正在进行，CPU进入到步骤ST3。如果CPU 175证实放电正在进行，CPU进入到步骤ST9。
在步骤ST3，CPU 175检测在中点连接端X上的电压电平是否比电池电平3的更高。如果检测结果是YES，CPU 175进入到步骤ST4，否则CPU175进入步骤ST5。
在步骤ST4，CPU 175假定当前电压电平是电池电平3，以便把该电平写入在RAM 176中，以终止该程序。
在步骤ST5，CPU 175检测在中点连接端X上的电压电平是否比电池电压电平2更高。如果检测结果是YES，CPU 175进入到步骤ST6，否则CPU 175进入步骤ST7。
在步骤ST6，CPU 175假定当前电压电平是电池电平2，以便把该电平写入在RAM 176中，由此终止该程序。
在步骤ST7，CPU 175检测在中点连接端X上的电压电平是否比电池电压电平1更高。如果检测结果是YES，CPU 175进入到步骤ST8，否则CPU 175假定电池电压电平是电池电平0，以便把该电平写入到RAM 176中，由此终止该程序。
在步骤ST8，CPU 175假定当前电压电平是电池电平1以终止该程序。
在步骤ST9，其中当证实在步骤ST2放电正在进行时CPU 175进入到该步骤ST9，CPU 175检验在中点连接端X上的电压电平是否比电池电压电平1更低，也就是电池电平是否已经从1转变到0。如果检测结果是YES，CPU 175进入到步骤ST10，否则CPU 175进入步骤ST11。
在步骤ST10，CPU 175假定当前电压电平是电池电平0，以便把该电平写入在RAM 176中。然后CPU进入到步骤ST15。
在步骤ST11，CPU 175检验在中点连接端X上的电压电平是否小于电池电压电平2，也就是电池电平是否已经从电平2转移到电平1。如果检测结果是YES，CPU进入到步骤ST12，否则CPU进入到步骤ST13。
在步骤ST12，CPU 175假定当前电压电平是电池电平1，以便把该电平写入在RAM 176中。然后CPU进入到步骤ST15。
在步骤ST13，CPU 175检验在中点连接端X上的电压电平是否小于电池电压电平3，也就是电池电平是否已经从电平3转变到电平2。如果检测结果是YES，CPU进入到ST14，否则CPU终止该程序。
在步骤ST14，CPU 175假定当前电压电平是电池电平0，以便把该电平写入在RAM 176中。然后CPU进入到步骤ST15。
在步骤ST15，CPU 175把计数器175a的周期数计数增加1/3以终止该处理。
也就是，在充电和放电时CPU 175检测电压电平属于哪个级的电池电平，并且由于放电使每次电压电平被降低时计数增加1/3，使得三个阈值中的任何一值被超过。因此，如果锂离子二次电池频繁地被充电/放电，那么能够响应于锂二次电池的实际劣化的状态来增加计数的周期数。
电池电平每次从3转换到2、从2转换到1和从1转换到0，周期数被递增计数。如果在通过充电使电池电平是3之后再一次出现放电，那么电池电平每次从3转换到2和从2转换到1时周期数被递增计数。如果在电池电平等于1时再一次产生充电，以致于电池电平转换到3，然后再一次产生放电，则电池电平数每次被递减时周期数被递增计数。同时，在图10中所示的周期数的1/3表示实际的周期数。
如果CPU 175的计数器175a的周期数超过锂离子电池171，172的充电/放电计数的最大数，那么可以认为锂离子电池171，172已经劣化并且它的使用寿命已经结束。
在本实施例中电池电平被分成四级。或者，电池电平能够被分成n(＞2)级并且每次超过该(n-1)阈值中的一个阈值时周期数能够被递增计数。
同样，在本实施例中随着电压电平被降低，也就是在放电期间周期数被递增。或者，随着电压电平被递增，也就是在充电期间周期数能够被计数。还可以是，在充电和放电的两个期间周期数都能够被计数。
以下说明在ROM 177中存储的积分剩余电池电压值。对于每个周期数在充电到90％的时候能够被放电的积分剩余电池电压[mAh]被存储在ROM177中，90％充电在下面称为90％积分剩余值，如在图11中所示的。此时，90％积分剩余值以10个周期的间隔被存储，具体是用于周期数从0到10、从11到20、从21到30，...的间隔。
例如，从11到20个周期的90％积分剩余值是从0到10个周期的90％积分剩余值减去由11到20个周期产生的锂离子电池171，172的劣化电量。类似地，从11到20个周期的90％积分剩余值是从0到10个周期的90％积分剩余值减去由21到30个周期产生的锂离子电池171，172的劣化电量。
因此，如果根据积分剩余电池值的初始值来计算在放电中的剩余电池值，那么电池组件1能够利用90％积分剩余值作为根据周期数的设置值来进行计算。也就是，由于作为用于计算剩余电池值的一个初始值的90％累计剩余值能够被设置与由锂离子电池171，172的充电/放电引起的劣化值一致，所以能够比用传统的方法更精确地计算出剩余电池值。
90％累计剩余值也可以在每32个周期中被存储在ROM 177中，如在图12中所示的。例如，如果周期数不小于0并且不大于32，那么非校正的90％累计剩余值作为参考电量被储存，如果周期数不小于32并且不大于64，那么参考电量减去校正数据(恒定值)后被存储，如果周期数不小于64并且不大于96，那么参考电量减去两倍的校正数据后被存储，如果周期数不小于96并且不大于128，那么参考电量减去三倍的校正数据后被存储。也就是，如果劣化的电量是线性的，那么90％积分剩余值可以根据该算法被存储。
根据本发明，利用上面描述的电池组件和计算电池组件的充电/放电的次数，其中由可充电/可放电电池单元来检测电压，多个电池电平被设置并且对已经转换成不同的电压电平的检测电压的次数进行计数，即使由于充电/放电使电池单元有劣化，根据电池单元的劣化程度也能够正确地计算周期数。
利用根据本发明的电池组件和剩余电池电量设置方法，其中相对于可充电/可放电电池单元的充满电，充电到一个预先设置比例时的积分剩余电池电量以一个预先设置的周期数的间隔被存储在存储装置中，计数电池单元已经被充电/放电的次数，并且对应于计数器的计数，对于预先设置的周期数，在存储装置中存储的积分剩余电池电量被设置为在电池单元充满电时的剩余电池电量，在充电到的相应于周期数的预先设置比例时的积分剩余电池电量值能够被设置。由于这样能够使在充电时的初始值被设置成与由电池单元的充电/放电引起的劣化相一致，所以能够比利用传统的电池组件更精确地计算出剩余电池电量。
图13示出了电池组件1的一个特定的电路结构。
电池组件1由一个具有两个电池单元的电池单元块70和一个电池保护电路块80组成，其中电池保护电路块80用于防止电池单元块70过充电或过放电。
电池单元方块70包括作为两个电池单元的锂离子电池71，72，两个电池71，72串联连接；和一个温度传感器76，用于检测锂离子电池71，72的温度。锂离子电池71，72的正电极和负电极分别与一个正端73和一个负端74连接。锂离子电池71，72的连接点与一个中点电位端75连接。温度传感器76检测电池71，72的温度以便把检测结果传送给电池保护电路块80。
电池保护电路块80包括一个与正端73连接的端VH；一个与负端74连接的端VSS；一个与中点电位端75连接的端VL；电阻器R1至R6，用于对各端上的电压进行分压；一个电阻器RS和一个第一开关S1。
端子VH，VL通过串联连接的电阻器R1至R3被彼此连接。串联连接的电阻器R1至R3的总电阻是电阻Rb1，例如该电阻Rb1可以是20MΩ。
端子VL，VSS通过串联连接的电阻器R4至R6被彼此连接。端子VL，VSS通过互相串联连接的电阻器RS和第一开关S1被彼此连接。同时，串联连接的电阻器R4至R6的总电阻是Rb2，例如Rb2可以是20MΩ。也就是，电阻器Rb1的电阻值等于电阻器Rb2的电阻值。电阻器RS的电阻值是390KΩ，该电阻值远小于电阻器Rb1和Rb2的总电阻值。第一开关S1通常是断开的，只有在中点电位确认控制信号TS被提供期间第一开关S1是导通。
电池保护电路块80包括第一和第二齐纳二极管81，82，用于产生一个参考电压；第一至第四比较器83至86，用于检测在各个电阻器之间的电位差以便检测过充电或过放电；一个充电控制电路89，用于在过充电时关断一个第三开关SWC；和一个放电控制电路90，用于在过放电时断开一个第二开关SWD。
第一比较器83具有一个与第一齐纳二极管81的负极连接的反相输入端，而齐纳二极管81的正极与端子VL连接。第一比较器83具有一个与电阻器R1，R2的连接点连接的非反相输入端子。第一比较器83检测锂离子电池71是否已经被过充电。第一比较器83在检测到锂离子电池71的电压Vb1超过4.25V时输出一个逻辑信号H，而在检测到锂离子电池71的电压Vb1小于4.25V时输出一个逻辑信号L。
第二比较器84具有一个与第一齐纳二极管81的负极连接的反相输入端。第二比较器84具有一个与电阻器R2和R3之间的连接点连接的非反相输入端子。第二比较器84检测锂离子电池71是否是在过放电状态。因此，如果锂离子电池71的电压Vb1小于2.45V，第二比较器84输出一个逻辑信号H，如果电压Vb1大于2.45V，输出一个逻辑信号L。
第三比较器85具有一个与第二齐纳二极管82的负极连接的反相输入端，而齐纳二极管82的正极与端子VSS连接。第三比较器85具有一个与电阻器R4和R5之间的连接点连接的非反相输入端。第三比较器85检测锂离子电池72是否是在过充电状态。因此，在检测到锂离子电池72的电压Vb2超过4.25V时第三比较器85输出一个逻辑信号H，而如果电压Vb2小于4.25V，第三比较器85输出一个逻辑信号L。
第四比较器86具有一个与第二齐纳二极管82的负极连接的反相输入端。第四比较器86具有一个与电阻器R5和R6之间的连接点连接的非反相输入端子。第四比较器86检测锂离子电池72是否是在过放电状态。具体地，如果锂离子电池72的电压Vb2小于2.45V，第二比较器86输出一个逻辑信号H，如果电压Vb2大于2.45V，输出一个逻辑信号L。
一个第一或门87取第一和第三比较器83，85的输出的逻辑和，以便把所得结果传送给充电控制电路89。一个或门88取第二和第四比较器84，86的输出的逻辑和，以便把所得结果传送给放电控制电路90。
充电控制电路89对第三开关SWC进行控制，如果由第一或门87提供逻辑信号H或逻辑信号L，则断开或闭合第三开关SWC。放电控制电路90对第二开关SWD进行控制，如果由第二或门88提供逻辑信号H或逻辑信号L，则断开或闭合第二开关SWD。
应该注意的是第二和第三开关SWD和SWC互相串联连接。第二和第三开关SWD，SWC中的一个开关与第二输入/输出端子22连接，而另一个开关通过电阻器R7与端子VSS连接。
电池组件1还包括一个充电/放电电流检测电路91，用于检测电池组件是否正在充电或正在放电；一个微型计算机92，用于控制第一开关S1的导通/关断和一个通信接口93，用于与外部进行数据传送/接收。
充电/放电电流检测电路91包括第一和第二运算放大器911，912，和类似环状垫圈(Ring-like gasket)的电阻器R11至R16。
第一运算放大器911具有一个经过电阻器R13与端子VSS连接的非反相输入端子和一个通过电阻器R12和R7与端子VSS连接的反相输入端。一个电阻器R11连接在第一运算放大器911的反相输入端和输出端之间。当放电电流流经电阻器R7，第一运算放大器911输出一个与电阻器R12与电阻器R11的电阻比成比例的电压给微型计算机92和一个第三或门913。如果充电电流流经电阻器R7，第二运算放大器912输出一个与电阻器R15与电阻器R14的电阻比成比例的电压给微型计算机92和一个第三或门913。第三或门913取逻辑信号和，以便把所得结果提供给微型计算机92。也就是，充电/放电电流检测电路91检测流过电阻器R7的电流方向，以便检测充电/放电是否正在进行，如果检测到充电或放电正在进行，充电/放电电流检测电路91把检测结果提供给微型计算机92，同时也把充电电流值或放电电流值提供给微型计算机92。
如果由充电/放电电流检测电路91已经检测到充电/放电，或如果在一个通信接口93上已经接收到数据，那么微型计算机92被编程开始工作，否则进入休眠状态。如果在起动之后二秒或三秒之内没有充电/放电电流流过或没有数据通信，微型计算机92也被编程进入一个休眠状态。
微型计算机92不间断的检测端子VL的电压并且根据由温度传感器76检测到的锂离子电池71，72的温度读出在ROM 94中存储的最佳校正系数，以便计算锂离子电池71，72的剩余电池电量。
如在上述关于图18所讨论的，在ROM 94中不仅以每10℃的间隔存储了校正系数，而且也存储了一个用于完善校正系数的控制程序或一个用于计算剩余电池电量的控制程序。
以每10℃的间隔在ROM 94中存储的校正系数是五个校正系数，即一个校正系数1(＝0.6)、用于10℃或更低的温度；校正系数2(＝0.8)，用于10℃至20℃；校正系数3(＝1.0)，用于20℃至30℃；校正系数4(＝1.2)，用于30℃至40℃；和一个校正系数5(＝1.4)，用于40℃或更高的温度。
为了根据这些校正系数来更详细的计算校正系数，微型计算机92执行如在图14中所示流程图从步骤ST101开始的程序。在此，用于20℃至30℃的校正系数被采用作为一个实例，四个校正系数以每10℃的间隔被计算。
在步骤ST101，微型计算机92把在ROM 94中存储的校正系数设置为用于25.0℃至27.5℃的校正系数3-3。也就是，校正系数3-3被设置到1.0。然后微型计算机92进入到步骤ST102。
在步骤ST102，微型计算机92从存储在ROM 94中的校正系数2和3中计算在20.0℃至22.5℃上的校正系数3-1。微型计算机92转换到在图15中所示的子例程处理，以便计算两个校正系数(步骤ST111)的中间值。特别地，微型计算机92把0.9计算为校正系数2和3的中值，以便把校正系数3-1设置到0.9。然后微型计算机进入到步骤ST103。
在步骤ST103，微型计算机92执行在图15中所示的步骤ST111的子例程，以便从校正系数3-1至3-3中计算用于22.5℃至25.0℃的校正系数3-2。也就是，微型计算机92把校正系数3-1(＝0.9)和校正系数3-3(＝1.0)的中值0.95设置为校正系数3-2。然后微型计算机92进入至步骤ST104。
在步骤ST104，微型计算机92执行图15中的步骤ST111的子例程，以便由存储在ROM 94中的校正系数3和4来计算用于30.0℃至32.5℃的校正系数4-1。也就是，微型计算机92把校正系数3和4的中值1.1设置为校正系数4-1。然后微型计算机92进入至步骤ST105。
在步骤ST105，微型计算机92执行图15中的步骤ST111的子例程，以便由校正系数3-3和4-1计算用于27.5℃至30.0℃的校正系数3-4。也就是，微型计算机92把校正系数3-3和4-1的中值1.05设置为校正系数3-4。然后微型计算机92终止该处理。
根据上述处理，微型计算机92获得用于20.0℃至22.5℃的校正系数3-1(＝0.90)、用于22.5℃至25.0℃的校正系数3-2(＝0.95)、用于27.5℃至30.0℃的校正系数3-3、和用于30.0℃至32.5℃的校正系数4-1(＝1.1)，如在图16中所示的。
如在图17中所示的，微型计算机92执行除了20.0℃至30.0℃之外的温度范围的类似处理，以便以每2.5℃的间隔计算校正系数。
由于微型计算机92能够以小步长宽度利用这些校正系数，所以即使锂离子电池71，72经历温度改变，根据端子VL上的电压也能够精确地计算剩余电池电量。
如果当正在执行在图14中所示的步骤ST101的处理时微型计算机92对应于由温度传感器76检测的温度已经计算了校正系数，那么微型计算机92能够中断该处理以便利用这些校正系数来计算剩余电池电量。
例如，如果微型计算机92已经检测到26℃的温度，那么微型计算机92在已经执行了步骤ST101的处理时能够获得用于25.0℃至27.5℃的校正系数3-3(＝1.0)。因此微型计算机92能够从步骤ST102停止该处理，以便计算剩余电池电量。
同样，如果微型计算机92已经检测到23℃，那么微型计算机92能够执行步骤ST101到ST103的程序，以便根据校正系数3-2和端子VL上的电压精确地计算锂离子电池71，72的剩余电池电量。
同时，利用在日本专利特许公开平9-297166中公开的一种技术也能够计算出该剩余电池电量，而不受任何特殊限制。然而使用该技术必需是利用依赖温度的校正系数或锂离子电池71，72的电压来计算剩余电池电量。
利用电池组件1，其中只需在ROM 94中存储最小的校正系数，并且如果检测到锂离子电池71，72的温度，那么仅对被检测的温度范围来计算校正系数，所以根据温度的变化能够精确地计算出校正系数。
同样，在步骤ST102至步骤ST105的程序中，反复地执行在图15中所示的子例程。从而，不必执行复杂的处理就能够容易地计算最佳校正系数。
在本实施例中，已经说明了假设以每10℃的间隔存储校正系数，如在图18中所示的。然而，校正系数可以预先以每2.5℃的间隔被存储，如在图17中所示的。同样在本实施例中，已经说明了假设10℃的范围被分成四级，以使用每2.5(10/4)℃的间隔计算校正系数。然而，也能够以更细的步长分隔温度范围以便更精确地计算校正系数。
根据本发明的电池组件和剩余电池电量的计算方法，如果一个与由温度检测装置检测的温度相关的校正系数被存储在存储装置中，那么根据该校正系数和由电压检测装置检测的电压读出校正系数并且计算剩余电池电量。如果一个与检测温度相关的校正系数没有被存储在存储装置中，一个与在检测温度之前和之后的一个预先设置温度相关的校正系数从存储装置中被读出，以便根据每个读出的校正系数来计算一个与检测的温度相关的校正系数，由此根据计算的校正系数和由电压检测装置检测到的电压来计算剩余电池电量。因此，如果在电池单元中产生一个温度变化，那么能够正确地获得一个与这种变化相一致的校正系数，以便在任何时候能够使剩余电池电量被精确地计算。
权利要求
1.一种电池组件，包括可充电/可放电电池单元；电压检测装置，用于检测所述电池单元在充电/放电中的电压；和计数器，用于设置多个电池电平并且用于计数在充电/放电中由所述电压检测装置检测的电压被转换成不同的电池电平的次数。
2.根据权利要求1的电池组件，还包括验证装置，用于当由所述计数器计数的次数已经超过最大充电/放电计数的最大次数时，验证所述电池单元的使用寿命已经终止。
3.根据权利要求1的电池组件，其中所述计数器计数由所述电压检测装置检测的电压被增加并且被转换成不同的电池电平的次数，或计数由所述电压检测装置检测电压被减小并且被转换成不同的电池电平的次数。
4.一种用于计数电池组件的充电/放电次数的方法，该方法包括检测一个可充电/可放电电池单元的电压；设置多个电池电平；和计数检测的电压转换成不同的电池电平的次数。
5.根据权利要求4的方法，其中当所述计数的次数已经超过最大充电/放电计数的最大次数时验证所述电池单元的使用寿命已经终止。
6.根据权利要求4的方法，其中所述次数是由所述电压检测装置检测的电压被增加并被转换成不同的电池电平的次数，或是由所述电压检测装置检测电压被减小并被转换成不同的电池电平的次数。
7.一种电池组件，包括可充电/可放电电池单元；存储装置，用于在充电到一个相对于所述电池单元的充满电的预先设置的比例时对于每个预先设置的周期数储存一个积分剩余电池电量；计数器，用于计数所述电池单元已经被充电/放电的次数；和设置装置，用于与由所述计数器计数的次数相对应，将对于在所述存储装置中存储的一个预先设置的周期数的积分剩余电池电量设置成在电池单元充满电时的剩余电池电量。
8.一种用于设置电池组件的剩余电池电量的方法，该方法包括当相对于一个可充电/可放电电池单元的充满电，该电池单元已经被充电到一个预先设置的比率时，把对于每个预先设置的周期数的积分剩余电池电量储存在存储装置中；计算所述电池单元已经被充电/放电的次数；将与在所述存储装置中存储的一个预先设置的周期次数对应的积分电池电量设置成在电池单元充满电时的剩余电池电量，其中所述累计剩余电池电量值与由所述计数器计数的次数相对应。
9.一种电池组件，包括电压检测装置，用于检测电池单元的电压；存储装置，用于储存校正系数以便对于一个预先设置的温度来计算剩余电池电量；温度检测装置，用于检测所述电池单元的温度；和计算装置；所述计算装置进行操作，使得如果一个与由所述温度检测装置检测的温度相关的校正系数被存储在所述存储装置中，那么所述计算装置读出所述校正系数以便根据所述校正系数和由所述电压检测装置检测的电压来计算剩余电池电量；所述计算装置还进行以下操作，使得如果一个与由所述温度检测装置检测的温度相关的校正系数没有被存储在所述存储装置中，所述计算装置从所述存储装置中读出一个与在检测温度之前和之后的预先设置的温度相关的校正系数，以便根据每个读出的校正系数来计算与该检测的温度相关的校正系数，由此根据所计算的校正系数和由所述电压检测装置检测到的电压来计算剩余电池电量。
10.根据权利要求9的电池组件，还包括程序存储装置，在其中存储有一个程序，用于计算在一个给定温度和另一个温度之间的校正系数，该校正系数是从与所述给定温度相关的校正系数和与所述另一个温度相关的一个校正系数来计算的；所述计算装置根据在所述程序存储装置中存储的程序，利用从所述存储装置读出的每个校正系数重复地执行计算校正系数的操作，并且对于在由所述温度检测装置检测的温度之前和之后的一个温度，利用如此计算的校正系数和已经从该存储装置读出的校正系数来进一步地计算一个新的校正系数，以便计算出一个与该检测温度相关的校正系数。
11.一种用于计算与一个预先设置温度相关的电池组件的剩余电池电量的方法，该方法包括储存校正系数，用于计算对于预先设置温度的剩余电池电量；检测所述电池单元的温度；其中，如果一个与由温度检测装置检测的温度相关的校正系数被存储在存储装置中，那么所述校正系数被读出并且根据所述校正系数和由所述电压检测装置检测的电压计算剩余电池电量；如果一个与所检测温度相关的校正系数没有被存储在所述存储装置中，则从所述存储装置中读出与在检测温度之前和之后的一个预先设置的温度相关的校正系数，以便根据每个读出的校正系数来计算与该检测温度相关的校正系数，由此根据所计算的校正系数和由电压检测装置检测到的电压来计算剩余电池电量。
12.根据权利要求11的方法，包括在程序存储装置中存储一个程序，用于计算在一个给定温度和另一个温度之间的一个校正系数，该校正系数是从与所述给定温度相关的校正系数和与所述另一个温度相关的校正系数来计算的；根据在所述程序存储装置中存储的程序，利用从所述存储装置读出的每个校正系数来计算一个校正系数；和对于在由所述温度检测装置检测的温度之前和之后的一个温度，利用如此计算的校正系数和已经从该存储装置读出的校正系数来进一步地计算一个新的校正系数；以及重复地执行所述计算校正系数的操作和计算新的校正系数的操作，以计算一个与该检测温度相关的校正系数。
全文摘要
电池组件和剩余电池电量计算方法。如与由温度检测单元检测的温度相关的校正系数被存储在存储单元中,则校正系数被读出并且根据该校正系数和由电压检测单元检测的电压计算剩余电池电量;否则,从该存储单元中读出一个与在检测温度之前和之后的一个预先设置的温度相关的校正系数,以根据每个读出的校正系数计算与检测温度相关的校正系数,并根据计算的校正系数和检测的电压来计算剩余电池电量。它能够正确地获得与电池温度变化相一致的校正系数,在任何时候能够使剩余电池电量被精确地计算。
文档编号H01MGK1266991SQ0010702
公开日2000年9月20日 申请日期2000年3月5日 优先权日1999年3月5日
发明者铃木守, 佐藤秀幸 申请人:索尼公司