电池组和控制电池组的方法

专利名称：电池组和控制电池组的方法
技术领域：
本发明涉及一种电池组和控制电池组的方法，其中根据包括在该电池组中的每个
二次电池的劣化程度来禁止对该电池组进行充电或放电。
背景技术：
近来，便携式电子设备如笔记本型个人计算机(Personal Computer, PC)、便携式电话和数码相机已普及，而锂离子二次电池由于其优点(如高输出、高能量密度、体积小和轻重量)被广泛用作这种便携式电子设备的电源。 与利用例如镍/镉或镍/氢的其它类型二次电池相比，锂离子二次电池具有较高的能量密度。因此将锂电池保持在足够的安全水平是非常重要的。为此，利用锂离子二次电池的电池组包括用于禁止充电或放电以防止过充电、过放电或过电流的保护电路。
然而，例如当电池组中的锂离子二次电池由于电池组的操作而劣化时，认为仅通过该保护电路就可以将电池组保持在足够的安全水平，则是不恰当的。 众所周知，锂离子二次电池的劣化会由于重复的充放电而发展，而这种劣化又增加了二次电池的内部电阻。当二次电池的内部电阻由于劣化而增加时，在电池上出现了对应于内部电阻增加的显著电压降，因此，即使充电条件保持不变电池的容量也会降低。
让我们假定在电池组中串联连接多个二次电池(电池单元)。当具有串联连接的多个电池单元的电池组被反复充放电时，每个电池单元出现劣化，且劣化程度在电池单元之间可以不同。当电池单元由于电池单元之间的劣化程度不同而具有不同的电池容量时，所谓的电池平衡就不存在了。因此，相对于其它电池单元来说劣化到相当高水平的电池单元可能处于不期望的低安全水平。在这种情况下，考虑到用户安全，需要采取措施如中断电池组的充电或放电。 例如，专利文献l(JP-A-2007-335337)公开了一种用于检测电源设备中使用的多个电池组之间的单元平衡状态，当判定已经失去单元平衡时禁止充电或放电的技术。

发明内容
通常，在一些情况下诸如在电池组的可服务时间由于重复的充放电明显变短时，
通过认识到该电池组中使用的电池单元已劣化，用户可以停止使用该电池组。 然而，取决于劣化程度，即使电池组的安全性已变低，电池组的可服务时间可能也
不会明显縮短。因此，用户可能继续使用该电池组，而没有意识到电池单元的劣化，因此可
能出现危险情况。在这种情况下，根据相关技术的电池组具有不能强制禁止电池组充电或
放电的问题。 根据上述专利文献l，可以基于电池组整体上的劣化程度来实施控制以禁止充放电。然而，不能根据电池组中使用的多个电池单元中的每个的劣化程度来禁止充放电。
在近来的一些电池组中，进行设置以基于在一些情况下(诸如当充电/放电循环数目已超过预设值时)对电池单元已劣化到不期望的低安全水平的判定来禁止充电或放电。然而，当安全水平在达到充电/放电循环的预设数目前变为不期望的低水平时，不能禁 止对该电池组进行充电或放电。 因此期望提供一种电池组和针对该电池组的控制方法，该电池组可根据其中使用 的多个电池单元中的每个的劣化程度而被强制禁止充电或放电。
根据本发明的实施例，提供一种电池组，包括
通过串联连接多个电池单元而形成的二次电池； 控制部，测量在所述多个电池单元中的每个电池单元处的电压且根据测量结果来 控制每个部分； 充电/放电控制电路，在控制部实施的控制下临时禁止二次电池的充电和放电；
中断电路，在控制部实施的控制下中断二次电池的充电和放电电流，以永久禁止 二次电池的充电和放电； 放电电路，在控制部实施的控制下在所述多个电池之中对预定的电池单元放电；
容量测量部，测量电池单元在放电电路处的放电量；以及 存储总放电量信息和充电/放电禁止记录的存储部，所述总放电量信息指示由容 量测量部测量的总放电量，所述充电/放电禁止记录指示由所述充电/放电控制电路对所 述二次电池施加的临时充电/放电禁止的计数。 对于总放电量信息指示的总放电量的值和充电/放电禁止记录指示的临时充电/
放电禁止的计数，设置用于判断二次电池的安全性的第一阈值和第二阈值。 控制部基于测量的结果来判断所述多个电池单元之间的单元平衡的状态，当判定
失去单元平衡时，通过控制放电电路对所述多个电池单元中具有较高电压的电池单元放电
来进行用于实现适当的单元平衡的校平处理，且基于容量测量部测量的放电量来更新所述
总放电量信息。 控制部将存储在存储部中的所述总放电量信息指示的总放电量与第一阈值进行 比较，当比较的结果是判定所述总放电量超过第一阈值时，控制充电/放电控制电路来临 时禁止所述二次电池的充电和放电，并更新所述充电/放电禁止记录。 控制部将存储在存储部中的充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计
数与第二阈值进行比较，并在比较的结果是判定临时充电/放电禁止的计数超过第二阈值
时控制中断电路来永久禁止所述二次电池的充电和放电。 根据本发明另一实施例，提供一种控制方法，包括以下步骤 测量二次电池的多个串联连接的电池单元中的每个电池单元处的电压且根据测 量结果控制每个部分； 测量所述多个电池单元中的预定电池单元经由用于对电池单元进行放电的放电 电路放电的放电量； 将总放电量信息和充电/放电禁止记录存储在存储部中，所述总放电量信息指示 在容量测量步骤测得的总放电量，所述充电/放电禁止记录指示由充电/放电控制电路对 所述二次电池施加的用以临时禁止所述二次电池的充电和放电的临时充电/放电禁止的 计数。 对于总放电量信息指示的总放电量的值和充电/放电禁止记录指示的临时充电/ 放电禁止的计数，设置用于判断二次电池的安全性的第一和第二阈值。
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上述控制步骤包括以下步骤基于测量结果判断多个电池单元之间的单元平衡的状态，当判定失去单元平衡时通过控制放电电路对所述多个电池单元中具有较高电压的电池单元放电来进行用于实现适当的单元平衡的校平处理，且基于在容量测量步骤测量的放电的电量来更新所述总放电量信息。 控制步骤还包括以下步骤将存储在存储部中的总放电量信息指示的总放电量与第一阈值进行比较，当比较的结果是判定总放电量超过第一阈值时，控制充电/放电控制电路来临时禁止二次电池的充电和放电，并更新充电/放电禁止记录。 控制步骤还包括以下步骤将存储在存储部中的充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数与第二阈值进行比较，并当比较的结果是判定临时充电/放电禁止的计数超过第二阈值时通过控制中断电路来永久禁止二次电池的充电和放电，所述中断电路中断二次电池的充电和放电电流以永久禁止二次电池的充电和放电。 如上所述，根据本发明实施例，测量二次电池的串联连接的多个电池单元中的每个处的电压，且根据测量的结果控制每个部分。测量从所述多个电池单元中的预定电池单元处放电的放电量，通过用于对电池单元放电的放电电路放电。 指示在容量测量步骤测量的总放电量的总放电量信息和指示由用于临时禁止二次电池的充电和放电的充电/放电控制电路对二次电池施加的临时充电/放电禁止的计数的充电/放电禁止记录被存储在存储部中。对于总放电量信息指示的总放电量的值和充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数，设置用于判断二次电池的安全性的第一和第二阈值。基于测量结果来判断所述多个电池单元之间的单元平衡的状态，当判定已失去单元平衡时，通过控制放电电路对所述多个电池单元中具有较高电压的电池单元放电来进行用于实现适当的单元平衡的校平处理。基于在容量测量步骤测量的放电量来更新总放电量信息。将存储在存储部中的总放电量信息指示的总放电量与第一阈值进行比较，当比较的结果是判定总放电量超过第一阈值时，控制充电/放电控制电路来临时禁止二次电路的充电和放电。相应地更新充电/放电禁止记录。存储在存储部中的充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数与第二阈值进行比较，并在比较的结果是判定临时充电/放电禁止的计数超过第二阈值时，通过对中断二次电池的充电电流和放电电流以永久禁止对二次电池的充放电的中断电路进行控制来永久禁止二次电池的充电和放电。因此可以避免电池组的劣化的发展导致的危险情况，以使电池组保持安全。 根据本发明实施例，判断多个电池单元之间的电池平衡的状态，且当判定失去电池平衡时，通过对多个电池单元中的具有高电压的电池单元进行放电来进行用于适当地保持电池平衡的校平处理。存储在存储部中的总放电量值与第一阈值比较，且当判定总放电量值超过第一阈值时临时禁止二次电池的充电或放电。此外，存储在存储部中的临时充电/放电禁止的计数与第二阈值比较，且在判定临时充电/放电禁止的计数超过第二阈值时中断流向二次电池的充电电流和放电电流以永久禁止二次电池的充电和放电。因此该实施例优点在于可避免由于电池组的劣化的发展导致的危险状态，从而保持足够的安全水平。


图1是示出根据本发明实施例的电池组的示例配置的框 图2是示出中断电路的示例配置的框6
图3是示出控制部的示例配置的框图；以及 图4是用于解释根据本发明实施例的用于控制二次电池的充电和放电的步骤流 程的流程图。
具体实施例方式现在参考

本发明的实施例。本实施例涉及以下处理判断电池组的多个 串联连接的电池单元之间的单元平衡状态并根据判断结果对电池单元放电以适当地保持 单元平衡。当不能适当地保持单元平衡时，基于放电量临时禁止充电和放电。根据充电和 放电被临时禁止的次数，可永久禁止充电和放电。
[电池组配置] 图1示出根据本发明实施例的电池组1的示例配置。对该例子的图示和说明将省 略除了与本实施例相关联的部分之外的其它部分，以避免使说明变得复杂。当在外部电子 设备中使用电池组1时，通过将其正端6和负端7分别连接到外部电子设备的正端和负端 来对电池组l放电。当电池组被充电时，其安装在充电器上，以与在电设备中使用电池组时 相同的方式，正端6和负端7分别连接到充电器的正端和负端。 形成电池组l的主要部分包括二次电池2、控制部3、中断电路4和开关电路5。 二 次电池2是诸如锂离子电池等二次电池，其通过串联连接多个电池单元(例如电池单元10a 和10b)而形成。 例如，控制部3包括集成电路(Integrated Circuit, IC)。集成电路设置有端子 FU、Vcc、VL、VH、CS、OD、OC和GND。端子FU是连接到中断电路4以输出用于控制中断电路 4的操作的中断控制信号的端子。端子Vcc是向其提供用于驱动用作控制部3的集成电路 的电源的端子。端子VL是连接在电池单元10a和电池单元10b之间以测量电池单元10b处 的电压V2的端子。端子VH是连接到二次电池2的正端以测量二次电池2的电压的端子。 端子CS是连接在设置于稍后说明的开关电路5中的充电控制场效应晶体管(Field effect transistor,FET) lla和放电控制场效应晶体管12a之间的端子，且该端子用于通过检测放 电电流来保护二次电池2不受过电流的损害。端子0D是连接到放电控制场效应晶体管12a 的栅极端子以输出用于控制放电控制场效应晶体管12a的操作的放电控制信号的端子。端 子0C是连接到充电控制场效应晶体管lla的栅极端子以输出用于控制充电控制场效应晶 体管lla的操作的充电控制信号的端子。端子GND是连接在开关电路5和二次电池2的负 端之间以测量二次电池2的地电势的端子。 控制部3测量在二次电池2的电池单元10a和10b中的每个处的电压。控制部3 基于由此而测量的电压来控制稍后说明的开关电路5。例如，控制部3关断开关电路5以在 任一个电池单元的电压达到过充电检测电压时防止过充电，并在电压等于或降到低于过放 电检测电压时防止过放电。 控制部3还基于在电池单元10a和10b处电压测量的结果来判断电池单元10a和 10b之间的单元平衡的状态。当判断的结果是判定失去了电池单元之间的单元平衡时，控制 部3进行校平处理以获得适当的单元平衡。控制部3基于该处理的结果来控制中断电路4 和开关电路5。稍后说明控制部3的细节。 中断电路4在控制部3实施的控制下中断用于对二次电池2充电和放电的路径。例如，如图2所示，中断电路4包括熔断器13、加热器电阻器14和开关元件15，且熔断器13 被设置成与二次电池2串联连接。当过电流流过二次电池2时，熔断器13被过电流生成的 热烧断，从而中断用于对二次电池2充电和放电的路径。 例如，当失去电池单元之间的单元平衡时，在控制部3实施的控制下开关元件15 被接通，从而形成允许电流从二次电池2流向熔断器13和加热器电阻器14的路径。这时， 流过加热器电阻器14的电流在加热器电阻器14处生成热。熔断器13的温度由于来自加 热器电阻器14的热而上升，且当达到烧断温度时熔断器13被烧断，从而中断用于对二次电 池2充电和放电的路径。 例如，可使用具有机械接触或电开关(如场效应晶体管)的开关作为开关元件15。 中断电路4不限于此处说明的例子，可使用其它类型的中断电路。 再次参考图1，开关电路5由充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管 12a形成。当电池电压达到过充电检测电压时，基于来自控制部3的充电控制信号，来关断 或控制充电控制场效应晶体管lla以禁止充电电流流动。在充电控制场效应晶体管lla被 关断之后，只能通过寄生二极管llb进行放电。 当电池电压下降到过放电检测电压时，基于来自控制部3的放电控制信号，来关 断或控制放电控制场效应晶体管12a以禁止放电电流流动。在放电控制场效应晶体管12a 被关断之后，只能通过寄生二极管12b进行充电。 图3示出控制部3的示例配置。在图3中，允许电流实际流动的路径由实线表示， 且各种类型的控制信号由虚线表示。控制部3包括控制电路21、控制开关22a和22b、容量 计数器23a和23b以及存储器24。 控制电路21使用未示出的随机存取存储器(Random Access Memory, RAM)作为工 作存储器，根据提前存储在未示出的只读存储器(Read OnlyMemory， ROM)中的程序来控制 该部的每个部分。控制电路21基于供给到端子VH、 VL和GND的电压来测量电池单元10a 和10b处的电压。 控制电路21基于在电池单元10a和10b处测量的电压来计算电池单元之间的电 压差，以判断电池单元之间的单元平衡。当判定失去单元平衡时，电路控制稍后说明的控制 开关22a或22b以进行校平处理，即对具有较高电压的电池单元放电以校平电池单元10a 和10b的电压的处理。根据校平处理的结果，用于控制设置在开关电路5处的充电控制场 效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a的充电控制信号和放电控制信号被输出到端 子0C禾P 0D。 当充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a被关断时，控制电路 21对稍后说明的存储器24提供指示场效应晶体管已被关断以临时禁止二次电池2的充电 和放电的信息(以下将该信息称为"充电/放电禁止信息")。 控制电路21基于存储在存储器24中的信息将用于控制中断电路4的中断控制信 号输出到端子FU。 控制开关22a和22b在控制电路21实施的控制下被接通/关断。控制开关22a 和22b被控制成通常为关断，而在失去电池单元之间的单元平衡时被接通。例如，当电池 单元10a的电压高于电池单元10b的电压时，控制开关22a被接通。结果，形成允许电流在 端子VH和VL之间流动的路径。因而，可使用在稍后说明的容量计数器23a处提供的放电
8负载对电池单元10a放电。当电池单元10b的电压高于电池单元10a的电压时，控制开关22b被接通。结果，形成允许电流在端子VH和GND之间流动的路径。因而，可使用在容量计数器23b处提供的放电负载来对电池单元10b放电。 尽管未示出，容量计数器23a包括放电负载和放电量检测电路。当控制开关22a被接通时，使用放电负载对电池单元10a放电以减小其电压。放电量检测电路检测流过放电负载的电流且将检测的电流乘以电流流过的时间以计算放电量。与容量计数器23a相似，容量计数器23b包括放电负载和放电量检测电路。当控制开关22b被接通时，使用放电负载对电池单元10b放电以减小其电压，且通过放电量检测电路计算放电量。指示由容量计数器23a和23b计算的放电量的信息(以下可将该信息称为"放电量信息")被提供给存储器24。 存储器24是非易失性存储器，诸如电可擦除可编程只读存储器(ElectricallyErasable and Programmable Read Only Memory,EEP匪)。指示二次电池2基于从控制电路21提供的充电/放电禁止信息而被临时禁止充电和放电的计数的信息(以下可将该信息称为"充电/放电禁止记录")被存储在存储器24中。每次从控制电路21提供充电/放电禁止信息时，更新该充电/放电禁止记录。 指示在一系列校平处理期间由容量计数器23a或23b测量的放电量的总值的信息(以下称为"总放电量信息")也存储在存储器24中。每次从容量计数器23a或23b提供放电量信息时，更新总放电量信息。在控制电路21请求时读出充电/放电禁止记录和总放电量信息并将其提供给控制电路21。 尽管以上描述了在这个例子中的控制部3的特征被合并在集成电路中，但本发明不限于该例子，且每个特征也可以独立地提供在集成电路外。
[电池组的操作] 在本发明实施例的电池组1中，判断电池单元之间的单元平衡状态，且根据判断的结果进行用于实现适当的单元平衡的校平处理。当校平处理的结果是没有达到适当的单元平衡时，进行临时或永久禁止充电和放电的处理。下面将详细说明在电池组1处进行的每个处理。 在以下说明中，当没必要利用后缀标记来进行元件的区分时，电池单元10a或10b、控制开关22a或22b以及容量计数器23a或23b将被简单地分别称为"电池单元10"、"控制开关22"以及"容量计数器23"。 首先，控制电路21进行以下处理基于各个电池单元10a和10b的电压VI和V2来判断电池单元10a和10b之间的单元平衡的状态。控制电路21基于分别提供给控制部3的端子VH、 VL和GND的电压VVH、 V"和VfflD来测量电池单元10a和10b的电压VI和V2。
在该例子中，两个电池单元10a和10b串联连接。因此，使用端子VH处的电压V^和端子VL处的电压V^根据表达式1来计算电池单元10a的电压VI。使用端子VL处的电压Va和端子GND处的电压V③D，根据表达式2来计算电池单元10b的电压V2。由于端子GND处的电压V^基本上为OV，在端子VL处的电压本身可以被认为构成电池单元10b的电压V2。 VI = VVH-VVL 表达式1
V2 = VvfV, ( " VVL)表达式2
可基于电池单元之间的电压差来判断电池单元之间的单元平衡状态。控制单元21 基于计算出的各个电池单元10a和10b的电压VI和V2来计算电压差的绝对值I Vl-V2 | ，以 判断电池单元之间的单元平衡状态。 在本发明的实施例中，提前针对电压差绝对值|V1_V2|设置预定阈值(例如由 A[V]表示)。阈值A是用于判断在电池单元之间是否存在适当的单元平衡的值。可通过检 查电压差绝对值|V1_V2|和阈值A之间的关系是否满足下示表达式3来判断单元平衡的状 态。 |V1_V2| > A 表达式3 当满足表达式3时，即当电压差绝对值|V1_V2|超过阈值A时，判定失去了电池单 元10a和lOb之间的单元平衡。当不满足表达式3时，即当电压差绝对值|V1_V2|等于或 小于阈值A时，在电池单元10a和lOb之间存在适当的单元平衡。 当上述判断处理的结果是判定已失去了单元平衡时，控制电路21进行校平处理 以获得适当的单元平衡。控制电路21控制与电池单元10(即具有较高电压的电池单元10a 或10b)相关联的控制开关22，以对该电池单元10放电，使得该电池单元和其它电池单元 IO之间的电压差等于或小于阈值A。 例如，当电池单元10a的电压V1高于电池单元10b的电压V2时，控制电路21实
施控制，使得控制开关22a被接通以对电池单元10a放电。此时，容量计数器23a测量从电
池单元10a放电的电量，并将指示测量的放电量的放电量信息提供给存储器24。 例如，当电池单元10b的电压V2高于电池单元10a的电压V1时，控制电路21实
施控制，使得控制开关22b被接通以对电池单元10b放电。此时，容量计数器23b测量从电
池单元10b放电的量，并将指示测量的放电量的放电量信息提供给存储器24。 控制电路21读取存储在存储器24中的总放电量信息并将由此提供的放电量信息
所指示的放电量添加到由总放电量信息所指示的放电量的总值，从而更新总放电量信息。
更新的总放电量信息被存储在存储器24中。 当用于实现适当的单元平衡的校平处理的结果是电池单元10a和lOb之间的电压 差的绝对值|V1_V2|变为等于或小于阈值A时，控制电路21实施控制以关断与已被放电的 电池单元10相关联的控制开关22，从而终止电池单元10的放电。 在本发明的这个实施例中，对于存储在存储器24中的总放电量值，提供用于判断 电池组1的安全性的阈值Cl。基于总放电量值和阈值CI之间的关系来判断电池组1的安 全水平是否变低。控制电路21读出存储在存储器24中的总放电量信息并将由该总放电量 信息所指示的总放电量值与阈值C1比较。当比较的结果是总放电量值超过阈值C1时，则 判定单元已变得明显不平衡从而降低了电池组1的安全水平。 当总放电量值等于或小于阈值C1时，控制电路21继续校平处理，直到在电池单元 10a和10b之间实现了适当的单元平衡或直到总放电量值超过阈值Cl。
当总放电量值超过阈值C1时，控制电路21将充电控制信号和放电控制信号输出 到开关电路5以实施控制，使得充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管lib 被关断，从而临时禁止二次电池2的充电和放电。以下的说明包括一些简化表达，诸如"充 电/放电控制场效应晶体管lla和12a被接通/关断"的语句，其代表"开关电路5中设置 的充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a被接通/关断"的语句。
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当通过关断充电/放电控制场效应晶体管11a和12b来临时禁止二次电池2的充 电和放电时，控制电路21将指示充电和放电已被临时禁止的充电/放电禁止信息提供给存 储器24。作为充电/放电禁止记录而存储在存储器中的指示充电和放电的临时禁止的计数 的值增加，以更新充电/放电禁止信息，且更新的信息被存储在存储器24中。
即使当充电和放电被临时禁止时也进行用于实现适当的单元平衡的上述校平处 理。当充电和放电被禁止时进行的校平处理的结果是电池单元10a和10b之间的电压差的 绝对值|V1-V2|变得等于或小于阈值A时，控制电路21判定在电池单元10a和10b之间已 实现了适当的单元平衡。在这种情况下，控制电路21将放电控制信号和充电控制信号输出 到开关电路5，以实施控制使得充电/放电控制场效应晶体管lla和llb被接通。因而充电 和放电禁止被取消从而可以进行充电和放电。 在本发明的这一实施例中，对于存储在存储器24中的总放电量值，提供用于判断 电池组1的安全性的阈值C2。基于阈值C2和来自任一个电池单元10的放电量的总值(作 为在临时禁止充电和放电期间执行的用于实现适当的单元平衡的校平处理的结果)之间 的关系，来判断电池组1的安全水平是否变低。 控制电路21读取存储在存储器24中的总放电量信息并比较由该总放电量信息所 指示的总放电量值与阈值C2。当比较的结果是总放电量值超过阈值C2时，判定单元已变得 明显不平衡从而降低电池组1的安全水平。 当总放电量值等于或小于阈值C2时，控制电路21继续校平处理，直到在电池单元 10a和10b之间实现了适当的单元平衡，或直到总放电量值超过阈值C2。
如上所述，在本发明的这一实施例中，在即使在用于实现适当的单元平衡的校平 处理期间阈值C1被从二次电池2放电的电量值超过也没有实现适当的单元平衡的情况下， 二次电池2的充电和放电被临时禁止。当在充电和放电的临时禁止期间实现了适当的单元 平衡时，临时充电/放电禁止被取消以允许充电和放电。 然而，当电池组1的安全水平明显较低时，即使通过校平处理曾经实现了适当的 单元平衡，仍可能会再次失去单元平衡。在这种情况下，电池组将反复进入充电和放电被临 时禁止的状态以及充电和放电被允许的状态。 在本发明的这一实施例中，提供了用于判断电池组1的安全性的阈值N，且该阈值 N与存储在存储器24中的充电/放电禁止记录所表示的临时充电/放电禁止的计数比较。 基于比较结果，可在电池组1处于明显较低的安全水平时永久禁止二次电池2的充电和放 电，以阻止使用该电池组。 控制电路21读取存储在存储器24中的充电/放电禁止记录，并比较充电/放电 禁止记录所表示的临时充电/放电禁止的计数和阈值N。当临时充电/放电禁止的计数超 过阈值N时，判定电池组1处于明显较低的安全水平。 在这种情况下，控制电路21向中断电路4输出中断控制信号以实施控制，使得提 供在中断电路4中的开关元件15被接通。当中断电路4的开关元件15被接通时，形成允 许电流流过加热器电阻器14的路径。熔断器13被加热器电阻器14处生成的热熔断，从而 中断用于对二次电池2充电和放电的路径以永久禁止充电和放电。 当临时充电/放电禁止的计数等于或小于阈值N时，控制电路21继续校平处理以 实现适当的单元平衡。
现在基于更具体的例子来说明电池组1的操作。将基于如下假定说明这些例子
电池单元10b的劣化进行得比电池单元10a更快，即电池单元10a的电压VI高于电池单元
10b的电压V2。将说明以下四个典型例子。 1.临时充电/放电禁止被重复多次的例子。 2.校平处理的结果实现了适当的单元平衡的例子。 3.通过在临时充电/放电禁止期间进行的校平处理实现了适当的单元平衡的例 子。 4.通过在临时充电/放电禁止期间进行的校平处理没有实现适当的单元平衡的 例子。
1.临时充电/放电禁止被重复多次的例子 当基于表达式3判定电池单元10a和10b已变得不平衡时，控制电路21进行用于 实现适当的单元平衡的校平处理，该处理涉及接通控制开关22a以对电池单元10a放电。容 量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量并将作为测量的结果而获得的放电量信息提 供给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息来更新存储器24中的总放电量 信息。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的总放电量信息指示的总放电量值与阈 值Cl进行比较。在该例子中，在电池单元10a和10b之间没有实现适当的单元平衡，且总 放电量值超过阈值C1。因此，控制电路21实施控制使得充电/放电场效应晶体管lla和 lib被关断，以临时禁止二次电池2的充电和放电。控制电路21将充电/放电禁止信息提 供给存储器24以更新充电/放电禁止记录。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的充电/放电禁止记录所指示的临时充 电/放电禁止的计数与阈值N进行比较。在该例子中，临时充电/放电禁止的计数超过阈 值N。因此，控制电路21实施控制使得中断电路4的开关元件15被接通。在控制电路21 实施的控制下在中断电路4中形成允许电流流过加热器电阻器14的路径，熔断器13被加 热器电阻器14生成的热熔断。因而，二次电池2的充电和放电被永久禁止。
2.校平处理的结果实现了适当的单元平衡的例子 当基于表达式3判定电池单元10a和10b变得不平衡时，控制电路21进行用于实 现适当的单元平衡的校平处理，该处理涉及接通控制开关22a以对电池单元10a放电。容 量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量并将作为测量结果而获得的放电量信息提供 给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息来更新存储器24中的总放电量信 息。 接着，控制电路21使用表达式3来判断电池单元10a和10b之间的单元平衡的状 态。在该例子中，通过校平处理实现了适当的单元平衡，表达式3不成立。因此，控制电路 21实施控制以关断控制开关22a，从而终止电池单元10a的放电以结束校平处理。
3.通过临时充电/放电禁止期间进行的校平处理实现了适当的单元平衡的例子
当基于表达式3判定电池单元10a和10b变得不平衡时，控制电路21进行用于实 现适当的单元平衡的校平处理，该处理涉及接通控制开关22a以对电池单元10a放电。容 量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量并将作为测量的结果获得的放电量信息提供 给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息更新存储器24中的总放电量信
12息。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的总放电量信息指示的总放电量值与阈 值CI进行比较。在该例子中，在电池单元10a和10b之间没有实现适当的单元平衡，且总 放电量值超过阈值C1。因此，控制电路21实施控制使得充电/放电场效应晶体管lla和 lib被关断，以临时禁止二次电池2的充电和放电。控制电路21将充电/放电禁止信息提 供给存储器24以更新充电/放电禁止记录。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的充电/放电禁止记录所指示的临时充 电/放电禁止的计数与阈值N进行比较。在该例子中，临时充电/放电禁止的计数没有超 过阈值N。因此，校平处理继续。容量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量并将通过 测量获得的放电量信息提供给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息来更 新存储器24中的总放电量信息。 接着，控制电路21使用表达式3来判断电池单元10a和10b之间的单元平衡的状 态。在这个例子中，通过在充电和放电被禁止时进行的校平处理实现了适当的单元平衡，表 达式3不成立。因此，控制电路21实施控制以关断控制开关22a，从而终止对电池单元10a 的放电以结束校平处理。控制电路21还实施控制以接通充电/放电控制场效应晶体管lla 和12a以取消对二次电池2的充电和放电的临时禁止。 4.通过在临时充电/放电禁止期间进行的校平处理没有实现适当的单元平衡的 例子 当基于表达式3判定电池单元10a和10b变得不平衡时，控制电路21进行用于实 现适当的单元平衡的校平处理，该处理涉及接通控制开关22a以对电池单元10a放电。容 量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量并将作为测量的结果而获得的放电量信息提 供给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息来更新存储器24中的总放电量 信息。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的总放电量信息指示的总放电量值与阈 值C1进行比较。在这个例子中，在电池单元10a和10b之间没有实现适当的单元平衡，且 总放电量值超过阈值C1。因此，控制电路21实施控制使得充电/放电场效应晶体管lla和 lib被关断，以临时禁止二次电池2的充电和放电。控制电路21将充电/放电禁止信息提 供给存储器24以更新充电/放电禁止记录。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的充电/放电禁止记录所指示的临时充 电/放电禁止的计数与阈值N进行比较。在这个例子中，临时充电/放电禁止的计数没有 超过阈值N。因此，校平处理继续。容量计数器23a测量从电池单元10a放电的电量，并将 通过测量获得的充电量信息提供给存储器24。控制电路21基于提供给自己的放电量信息 来更新存储器24中的总放电量信息。 接着，控制电路21将存储在存储器24中的总放电量信息所指示的总放电量值与 阈值C2进行比较。在该例子中，在电池单元10a和10b之间没有实现适当的单元平衡，且总 放电量值超过阈值C2。因此，控制电路21实施控制以接通中断电路4的开关元件15。在 控制电路21实施的控制下在中断电路4中形成允许电流流过加热器电阻器14的路径，熔 断器13被加热器电阻器14处生成的热熔断。因而，二次电池2的充电和放电被永久禁止。
现在参考图4所示的流程图来说明可用在本发明的实施例中的用于控制二次电池2的充电和放电的处理的流程。除非有相反说明，以下描述的处理是在控制电路21实施 的控制下执行的。以下处理以预定的时间间隔被周期性地执行。 在步骤Sl ，使用提供给控制部3的端子VH、VL和GND的电压VVH、Vk和VeND根据上 述表达式1和2来测量各个电池单元10a和10b的电压VI和V2。 在步骤S2，根据在步骤S1计算的电池单元10a和10b的电压V1和V2计算电压 差绝对值IVl-V2l，且如表达式3所示将其与阈值A比较。当比较结果是电压差绝对值 Vl-V2|超过阈值A时，判定失去了电池单元10a和10b之间的单元平衡，处理进行到步骤 S3。当电压差绝对值|V1-V2|等于或小于阈值A时，判定存在适当的单元平衡，处理返回步 骤S1。 在步骤S3，在控制电路21实施的控制下接通与具有较高电压的电池单元IO(即 电池单元10a或10b)相关联的控制开关22。在步骤S4，该具有较高电压的电池单元被放 电。也就是说，进行用于实现适当的单元平衡的校平处理。此时，利用与被放电的电池单元 10相关联的容量计数器23测量放电量，且指示这样测得的放电量值的放电量信息被提供 给存储器24。基于提供给存储器24的放电量信息更新总放电量信息。
在步骤S5，电池单元10a和10b之间的电压差的绝对值|V1_V2|再次与阈值A比 较。当电压差绝对值|V1-V2|等于或小于阈值A时，判定在电池单元10a和10b之间实现 了适当的单元平衡。然后，在步骤S6，控制开关22被关断以终止校平处理，从而实现适当的 单元平衡。 在步骤S5，当电压差绝对值|V1_V2|超过阈值A时，判定单元不平衡，且处理进行 到步骤S7。 在步骤S7，存储在存储器24中的总放电量信息被读出，且将在用于实现适当的单 元平衡的校平处理之后的总放电量的值与阈值C1比较。当比较结果是总放电量值超过阈 值C1时，判定电池组1的安全性变低，处理前进到步骤S8。当总放电量值等于或小于阈值 Cl时，处理返回步骤S4。 在步骤S8，利用经由控制部3的端子0C和0D从控制电路21输出的充电控制信号
和放电控制信号来关断充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a。此时，从
控制电路21向存储器24提供指示充电和放电已被临时禁止的充电/放电禁止信息。基于
提供给存储器24的充电/放电禁止信息来更新充电/放电禁止记录。 在步骤S9，由于充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a在步骤
S8被关断，所以临时禁止二次电池2的充电和放电。 在步骤S10，存储在存储器24中的充电/放电禁止记录被读出，且充电/放电禁 止记录指示的临时充电/放电禁止的计数与阈值N比较。当比较结果是临时充电/放电禁 止的计数超过阈值N时，利用经由端子FU从控制电路21输出的中断控制信号将中断电路 4的熔断器13强制熔断。因而二次电池2的充电和放电被永久禁止，步骤序列被终止。
在步骤SIO，当充电/放电禁止的计数等于或小于阈值N时，处理进行到步骤S12。
在步骤S12，电池单元10a和10b之间的电压差的绝对值|V1_V2|与阈值A再次比 较。当电压差绝对值|V1_V2|等于或小于阈值A时，判定在电池单元10a和10b之间实现 了适当的单元平衡。因此，在步骤S14，控制开关22被关断以终止电池单元10的放电。在 步骤S15，充电控制场效应晶体管lla和放电控制场效应晶体管12a被接通以允许二次电池
142的充电和放电。然后处理返回步骤Sl。 在步骤S12，当电压差绝对值|V1_V2|超过阈值A时，判定单元不平衡，且处理进行 到步骤S13。 在步骤S13，存储在存储器24中的总放电量信息被读出，且该信息指示的总放电 量值与阈值C2比较。当比较的结果是总放电量值超过阈值C2时，判定电池组1的安全性 变低。因此，处理进行到步骤Sll，在该步骤，中断电路4的熔断器13被强制熔断以永久禁 止二次电池2的充电和放电。当总放电量值等于或小于阈值C2时，处理返回步骤S12。
如上所述，在本发明的实施例中，校平处理的总放电量被存储，且在该总放电量超 过预定值时判定电池组的安全性变低。然后，二次电池的充电和放电被临时禁止。存储二 次电池的充电和放电被禁止的次数，且当临时充电/放电禁止的计数超过预定计数时，判 定电池组的安全性变得明显较低。因此，二次电池的充电和放电被永久禁止。因此，即使用 户没有意识到电池组的安全性已经变低而继续使用该电池组时，也可以避免危险情况。
以上说明了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例，且在不脱离本发明 精神的情况下可作出本发明的各种修改和应用。例如，尽管实施例被描述为其中两个电池 单元10a和10b串联连接的例子，但本发明不限于这样的实施例，还可应用到使用三个或更 多个电池单元的例子。 本发明包含与在2008年11月18日提交日本专利局的日本优先权专利申请
JP2008-294333的公开相关的主题内容，其全部内容通过引用包括在此。 本领域技术人员应理解，在所附权利要求或其等同方案的范围内，可以基于设计
需求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和改变。
权利要求
一种电池组，包括通过串联连接多个电池单元而形成的二次电池；控制部，测量在所述多个电池单元中的每个电池单元处的电压且根据测量结果来控制每个部分；充电/放电控制电路，在所述控制部实施的控制下临时禁止所述二次电池的充电和放电；中断电路，在所述控制部实施的控制下中断所述二次电池的充电和放电电流以永久禁止所述二次电池的充电和放电；放电电路，在所述控制部实施的控制下对所述多个电池单元之中的预定电池单元放电；容量测量部，测量所述电池单元在所述放电电路处的放电量；以及存储总放电量信息和充电/放电禁止记录的存储部，所述总放电量信息指示由所述容量测量部测量的总放电量，所述充电/放电禁止记录指示由所述充电/放电控制电路对所述二次电池施加的临时充电/放电禁止的计数，其中对于所述总放电量信息指示的总放电量的值和所述充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数，设置用于判断所述二次电池的安全性的第一阈值和第二阈值；所述控制部基于测量的结果来判断所述多个电池单元之间的单元平衡的状态，当判定失去所述单元平衡时，通过控制所述放电电路对所述多个电池单元中具有较高电压的电池单元放电来进行用于实现适当的单元平衡的校平处理，且基于所述容量测量部测量的放电量来更新所述总放电量信息，所述控制部将存储在所述存储部中的所述总放电量信息指示的总放电量与所述第一阈值进行比较，当比较的结果是判定所述总放电量超过所述第一阈值时，控制所述充电/放电控制电路来临时禁止所述二次电池的充电和放电，并更新所述充电/放电禁止记录；以及所述控制部将存储在所述存储部中的所述充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数与所述第二阈值进行比较，并在比较的结果是判定所述临时充电/放电禁止的计数超过所述第二阈值时控制所述中断电路来永久禁止所述二次电池的充电和放电。
2. 根据权利要求1所述的电池组，其中当判定通过所述校平处理实现了适当的单元平 衡时，所述控制部控制所述放电电路以终止所述校平处理。
3. 根据权利要求1所述的电池组，其中当所述总放电量的值和所述第一阈值之间的比 较结果是所述总放电量的值等于或小于所述第一阈值时，所述控制部继续所述校平处理。
4. 根据权利要求l所述的电池组，其中对于所述总放电量的值，设置用于判断所述二次电池的安全性的第三阈值； 当所述临时充电/放电禁止的计数和所述第二阈值之间的比较结果是判定所述临时充电/放电禁止的计数等于或小于所述第二阈值时，所述控制部再次判定所述单元平衡的状态；在判断的结果是判定单元不平衡时，所述控制部继续所述校平处理；以及 当所述总放电量的值和所述第三阈值之间的比较结果是判定所述总放电量的值超过 所述第三阈值时，所述控制部控制所述中断电路来永久禁止所述二次电池的充电和放电。
5. 根据权利要求4所述的电池组，其中，当单元平衡的状态判断的结果是判定已经实现了适当的单元平衡时，所述控制电路控制所述放电电路来终止所述校平处理并控制所述充电/放电控制电路来取消所述临时充 电/放电禁止。
6. 根据权利要求4所述的电池组，其中当所述总放电量的值和所述第三阈值之间的比 较结果是判定所述总放电量的值等于或小于所述第三阈值时，所述控制部继续所述校平处理。
7. —种控制方法，包括以下步骤控制步骤，用于测量二次电池的多个串联连接的电池单元中的每个电池单元处的电压 且根据测量结果来控制每个部分；容量测量步骤，用于测量所述多个电池单元中的预定电池单元经由用于对电池单元进 行放电的放电电路放电的放电量；存储步骤，用于将总放电量信息和充电/放电禁止记录存储在存储部中，所述总放电 量信息指示在容量测量步骤测得的总放电量，所述充电/放电禁止记录指示由充电/放电 控制电路对所述二次电池施加的用以临时禁止所述二次电池的充电和放电的临时充电/ 放电禁止的计数，其中对于所述总放电量信息指示的总放电量的值和所述充电/放电禁止记录指示的临时 充电/放电禁止的计数，设置用于判断所述二次电池的安全性的第一阈值和第二阈值；以 及所述控制步骤包括以下步骤基于测量的结果来判断所述多个电池单元之间的单元平衡的状态，当判定失去所述单 元平衡时通过控制所述放电电路对所述多个电池单元中具有较高电压的电池单元放电来 进行用于实现适当的单元平衡的校平处理，且基于在容量测量步骤测量的放电的电量来更 新所述总放电量信息，将存储在所述存储部中的所述总放电量信息指示的总放电量与所述第一阈值进行比 较，当比较的结果是判定所述总放电量超过所述第一阈值时，控制所述充电/放电控制电 路来临时禁止所述二次电池的充电和放电，并更新所述充电/放电禁止记录；以及将存储在所述存储部中的所述充电/放电禁止记录指示的临时充电/放电禁止的计数 与所述第二阈值进行比较，并在比较的结果是判定所述临时充电/放电禁止的计数超过所 述第二阈值时通过控制中断电路来永久禁止所述二次电池的充电和放电，所述中断电路中 断所述二次电池的充电和放电电流以永久禁止所述二次电池的充电和放电。
全文摘要
电池组和控制电池组的方法。该电池组包括通过串联连接多个电池单元形成的二次电池；控制部，测量所述多个电池单元中每个的电压并根据测量结果控制每个部分；充电/放电控制电路，在控制部的控制下临时禁止二次电池的充电和放电；中断电路，在控制部的控制下中断二次电池的充电和放电，以永久禁止二次电池的充电和放电；放电电路，在控制部的控制下对电池单元中的预定电池单元放电；容量测量部，测量从电池单元放电的电量；存储部，存储指示总放电量的总放电量信息和指示对二次电池施加的临时充电/放电禁止的计数的充电/放电禁止记录。
文档编号H01M10/42GK101740801SQ20091022216
公开日2010年6月16日 申请日期2009年11月18日 优先权日2008年11月18日
发明者岩田繁基 申请人:索尼株式会社