专利名称：电池和电池组的电源电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池和电池组的电源电路，更具体地，尤其涉及用在便携式终端中的电池和电池组的电源电路。
本申请要求2003年4月7日递交的日本专利申请No.2003-102511的优先权，这里将其一并作为参考。
背景技术：
近来，主要将电池用作便携式终端设备的电源，其具有以下结构。即，为了使电池与便携式终端设备电连接，将被封装在塑料箱体中的电池安装在便携式终端设备中，而这种结构通常被称为“电池组”(cell pack)。构成此电池组，从而能够具有适用于控制电池的电路。
在日本专利申请未审公开No.Hei 11-17584中公开了传统的技术，其中主电源电路在其电压下降时判断主电源电路处于紧急状态，并通过切换操作从附加电源增加电压，其允许以紧急的方式执行加载操作。
但是，在传统的技术中，当电池被用作电源时，从安全性的观点来看，仍有改进的空间。原因在于，当电源由电池构成时，如果诸如主电源和附加电源等每一个具有不同放电深度的电池彼此串联，则电池反向放电，结果，由于极性改变现象，使电池的极性发生反转，例如，尤其是在镍镉二次电池的情况下，从而引起了生热的可能性。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种电池和电池组的电源电路，在由于电池放电特性的退化，或者由于当电池周围的环境处于低温状态时所出现的放电电压下降现象而引起的在电池组或电池的电源电路中极大地缩短了便携式终端设备的操作时间的情况下，能够通过作为紧急操作驱动便携式终端设备来延长便携式终端设备的操作时间。
按照本发明的第一方面，提供了一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，其中以如下方式操作采用了所述电源电路的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用电压增加单元，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
在前述第一方面中，优选的模式是其中将每单位时间电池中的电压降数量用作用于检测电池放电终止的因子的模式。
按照本发明的第二方面，提供了一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；放电控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；开关电路，用于将所述电池的正电极切换到所述电源电路的输出接线端或所述升压DC-DC转换器的输入部分；以及电能存储部分，安装在所述电源电路的输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
在前述第二方面中，优选的模式是其中所述电能存储部分包括双电层电容器的模式。
按照本发明的第三方面，提供了一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；电感器；两个或更多个开关电路；电能存储部分，安装在所述输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
按照本发明的第四方面，提供了一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中以如下方式操作采用了所述电源电路的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用电源增加单元，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
在前述第四方面中，优选的模式是其中所述电池是原电池或二次电池的模式。
按照本发明的第五方面，提供了一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；放电控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；开关电路，用于将所述电池的正电极切换到所述电源电路的输出接线端或所述升压DC-DC转换器的输入部分；以及电能存储部分，安装在所述电源电路的输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
按照本发明的第六方面，提供了一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；电感器；两个或更多个开关电路；电能存储部分，安装在所述输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
利用上述结构，当在使用便携式终端设备期间显示操作终止的警告时，以及当使用了使充电/放电循环恶化了的二次电池和/或在低温环境中使用便携式终端设备而引起了操作终止警告的显示时，以及在需要便携式终端设备快速而连续的操作的情况下，可以按照紧急方式操作便携式终端设备。由于以下原因，可以实现上述方案。
即，便携式终端设备通常具有在其中可以确保操作的操作电源电压范围。在该电压范围内，设置了上限值和下限值。将所述上限值设置为当用作电源的电池是新生产出来的电池时或者当使电池充满电时所能产生的电动势或更大。从电池放电特性的观点出发来设置所述下限值，从而当电池处于良好状态和正常温度状态时，便携式终端设备可以操作较长时间。
因此，由于便携式终端设备具有在其中可以确保操作的操作电源电压范围，当充电和放电周期次数较多时，存在由于放电特性的改变而使操作时间变得相当短的情况，如果电池处于良好状态和正常温度状态，这种情况不会发生，而是由于使用了具有退化特性的二次电池和/或在低温环境中使用便携式终端设备而引起的。
为了防止由于使用了使充电/放电周期恶化了的二次电池和/或在低温环境中使用便携式终端设备而引起的不便，作为以紧急方式操作便携式终端设备的方式，以如下方式操作便携式终端设备当电池的放电电压低于要操作的便携式终端设备的工作下限电压时，通过使用电压增加单元，使从电池组和电池的电源电路输出的电压高于便携式终端设备的工作下限电压，作为用于检测放电终止的因子，根据每单位时间电池中电压降的数量来检测放电终止，并将具有大静电容量的双电层电容器设置在输出部分中。
对上述操作进行更为详细的解释。即，当显示终止便携式终端设备的警告时，但是，如果警告显示是由于使用了使充电/放电周期恶化了的二次电池或在低温环境中使用，而且如果需要便携式终端设备的不间断地连续操作，则由操作员发送以紧急方式进行操作的外部控制信号。当接收到该信号时，便携式终端设备对电池电压进行检测。当作为检测的结果，检测到电池电压高于位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预设阈值电压时，开关单元将电池与输出接线端(正电极)相连，使电池组和电池的电源电路的输出电压等于电池电压。在这一点上，放电控制电路判断便携式终端设备并未处于使用使充电/放电周期恶化了的二次电池的状态和/或在低温环境下使用便携式终端设备的状态。当检测到电池电压低于位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预设阈值电压时，开关电路使电池与适合于将其电压提升到能够操作便携式终端设备的电平的升压DC-DC转换器相连。在这一点上，放电控制电路判断便携式终端设备处于使用使充电/放电周期恶化了的二次电池的状态和/或在低温环境下使用便携式终端设备的状态。升压DC-DC转换器使便携式终端设备能够在从电池组和电池的电源电路输出的电压下以紧急方式进行操作。为了检测由于使用了使充电/放电周期恶化了的二次电池和/或在低温环境下使用便携式终端设备而引起的放电终止，利用了电池放电曲线的非线性。放电电压特性表示连续相同负载变化的情况下每单位时间电池中电压降的数量在放电的结束时间段与从放电的初始时间段到放电的中间时间段的时间段之间变化。
特别地，从放电的初始时间段到放电的中间时间段的电池电压量趋向于变大。如果检测到电压降的数量大于作为每预定单位时间电压降的数量的阈值电压，则判断电池已进入放电终止的状态。当作为放电状态判断单元的结果，判断电池已处于放电终止的状态时，开关电路不通过电压增加单元，将电池连接到电池组和电池的电源电路的输出接线端，而且便携式终端设备显示操作终止警告。将由双电层电容器构成的电能存储部分设置在电池组和电池的电源电路的输出部分中。电能存储部分，当升压DC-DC转换器处于操作状态时，而且当便携式终端处于如通信操作等重负荷状态时，通过具有大静电容量的双电层电容器的放电，执行输出电压的平滑操作，作为第一操作，以及当开关电路进行操作时，而且当电能存储部分处于在切换触点时发生在电池和输出接线端之间的瞬时电切断状态时，执行备份电源的操作，作为第二操作。通过执行上述操作，解决了由于串联每一个具有传统的不同放电深度的电池而引起的损害安全的传统问题。即，由于使用了增加输出电源的升压DC-DC转换器，并未连接每一个具有不同放电深度的串联电池。
通过以下结合附图的描述，本发明的上述和其他目的、优点和特征将变得更加明显，其中图1是按照本发明第一实施例示出了用于电池组中的电池的电源电路的电路框图；图2是按照本发明第一实施例示出了在连续操作便携式终端设备时所出现的电池的放电特性的示意图；图3是按照本发明第一实施例示出了电池组和电池的电源电路的输出特性的示意图；图4是按照本发明第二实施例示出了用于电池组中的电池的电源电路的电路框图；以及图5是按照本发明另一实施例示出了升压DC-DC转换器的操作状态的示意图。
具体实施例方式
将参照附图，利用多种实施例，对实现本发明的最佳模式进行更为详细的描述。
第一实施例图1是示出了本发明第一实施例的用于电池组中的电池的电源电路的电路框图。如图1所示，电池1的电池正电极2与电池电压检测电路4的一个接线端相连并与开关电路5的触点“C”相连。电池负电极3与电池电压检测电路4的另一接线端相连，并且接地。电池电压检测电路4的信号线41与放电控制电路6相连，而且放电控制电路6的信号线61与开关电路5相连。
触点“a”与升压DC-DC转换器7的输出部分71、输出接线端(正电极)10、电能存储部分8的一个接线端以及输出电压检测电路9的一个接线端相连。开关电路5的触点“b”与升压DC-DC转换器7的输入部分72相连。电能存储部分8的另一接线端与输出接线端(负电极)11、电池负电极3和输出电压检测电路9的另一接线端相连。输出电压检测电路9的信号线91与升压DC-DC转换器7相连。
通常，可以将电池广泛地分为两组，一组是只能使用一次的原电池，即单次使用的电池，而另一组是可以通过充电操作重复使用的二次电池。在二次电池中，发生如下现象随着充电和放电周期次数的增加，由于电池内阻的增加，放电电压曲线表示电池电压变得低于在使用新生产的电池时所出现的电池电压。此外，在原电池和二次电池中，在诸如电池周围的温度下降到低于零度的低温环境中，发生如下现象放电电压曲线表示电池电压变得低于在通常温度时所出现的电池电压。
下面，详细描述如图1所示的本发明第一实施例的电池组和电池的电源电路。电池1由只能使用一次的原电池或可以通过充电操作重复使用的二次电池构成。电池正电极2与电池1的正接线端相连。电池负电极3与电池1的负接线端相连。电池电压检测电路4周期性地执行电池1的电压的测量，并通过信号线41将测量结果传送给放电控制电路6。开关电路5具有包括触点“a”、触点“b”和触点“c”的三个触点。为了实现传送操作，触点“c”可以与触点“a”或触点“b”相连。当不传输来自放电控制电路6的信号时，触点“c”与触点“a”彼此相连。
在放电控制电路6中，将从电池电压检测电路4传送过来的电池1的电压与位于便携式终端设备中的工作下限电压附近的预定阈值电压进行比较，并根据来自便携式终端设备的操作员的控制信号，通过信号线61，将比较结果传送到开关电路5。
升压DC-DC转换器7由开关型DC-DC转换器控制电路构成，并操作以进行电路控制，从而由输出电压检测电路9检测到的电压总是高于便携式终端设备的工作下限电压。
电能存储部分8由具有10mF(毫法)或更大静电容量的双电层电容器构成。升压DC-DC转换器7进行操作以使输出电压平滑化。开关电路5适合于进行操作，从而使得在电池正电极2和输出接线端(正电极接线端)10之间自发断电的状态下，不发生电压下降。输出电压检测电路9构成了电压检测电路，用于在升压DC-DC转换器7正在进行操作时，进行控制，以便反馈输出电压。输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11构成了便携式终端的电源接线端。
参照图2，对本发明第一实施例的电源电路的操作进行描述。图2是示出了在连续操作便携式终端设备时所出现的放电特性的示意图。即，图2是示意性地示出了在原电池是新生产的情况下或在二次电池充满电的情况下，连续操作作为负载的便携式终端时所出现的电池的放电特性的示意图。
当电池处于未用过状态且处于常温环境，并连续操作负载时，提供了在电池电压保持得较高的同时进行放电，而在电池放电的结束时间段出现快速电压下降的放电曲线。在这一点上，电池放电的结束时间段的电压与用作负载的便携式终端设备的工作下限电压相匹配，而且便携式终端设备的连续操作时间为L1。
另一方面，当电池由于充电/放电周期而恶化，并在低温环境中连续操作上述负载时，提供了在低于当电池处于未用过状态且处于正常环境时所出现的电池电压的电池电压下进行放电，而且其曲线倾斜的放电曲线。在这一点上，由于电池电压在电池放电的最初阶段或中间阶段达到了作为负载的便携式终端设备的工作下限电压，便携式终端设备的连续操作时间变为比L1短得多的L2或L3。
图3是示出了用在本发明第一实施例中的电池组和电池的电源电路的输出特性的示意图。即，图3是示意性地示出了当使用第一实施例的电池组和电源电路在图2所示的低温环境中连续操作负载时所出现的电池的放电特性和输出特性的图。虚线示出了电池的放电特性，而实线示出了第一实施例的电池组和电池电源电路的输出特性。
参照图3，描述了图1所示的电池组和电池的电源电路的电路块的操作。在电池电压检测电路4中，当检测到高于位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预设阈值电压VOP(与升压DC-DC转换器的操作起始电压相同)的电压时，由于不传送来自放电控制电路6的信号，开关电路5的触点“c”与其触点“a”相连，并在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间输出来自电池1的电压。
当电池1的放电进行时，且当电池电压检测电路4检测到位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预设阈值电压VOP(与升压DC-DC转换器的操作起始电压相同)时，以及在便携式终端设备的操作员需要快速而连续的操作的情况下，如果传送以紧急方式执行操作的控制信号，则放电控制电路6传送信号，以执行将开关电路5的触点“c”连接到其触点“b”的操作。
由于开关电路5的触点“c”和触点“b”之间的连接允许升压DC-DC转换器7开始操作，通过升压DC-DC转换器7的电压增加操作，在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间产生高于便携式终端设备的工作下限电压VL的输出电压，从而驱动便携式终端设备。当执行升压DC-DC转换器7的操作时，而且如果由于其通信操作，便携式终端设备处于过载状态，则由电能存储部分8执行使输出电压平滑化的操作。
此外，当电池1的放电进行，并且由电池电压检测电路4检测到大于用作阈值的每预定单位时间(Δt)的电压降数量(-ΔVB)的电压降时，而且例如，当电池电压变为VE时，如果通过判断电池1处于停用状态的方法断定放电已经终止，则放电控制电路6进行操作，而不传送任何信号，并且由于开关电路5的触点“c”与其触点“a”相连，在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间输出电池1的电压，与此同时，便携式终端设备进行操作，以显示操作终止的警告。
当执行开关电路5的操作，并且开关电路5处于在切换触点时在电池和输出接线端之间出现切断的状态时，由电能存储部分8执行电源的备份操作。这里，将双电层电容器用在电能存储部分8中。通过电池组和电池的电源电路的操作，可以将在低温环境下连续驱动负载时所需的操作时间从L3延长到L4，作为紧急操作。
第二实施例参照图4，描述了第二实施例的电池的电源电路。图4是第二实施例的安装在电池组中的电池的电源电路的电路块。如图4所示，以虚线示出的升压DC-DC转换器7由以下部件构成通过将基于同步整流方法的开关型DC-DC转换器控制电路与放电控制电路6进行组合而构成的控制电路12、线圈13、电容器14、由MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)构成的开关15和16。
通过根据开关15和16的操作组合执行如图1所示的开关电路5的操作，执行与图1所示相同的电路操作。图5是示出了本发明另一实施例的升压DC-DC转换器的操作状态的示意图。
参照图3和图5，对图4所示的电路操作进行描述。当电池电压检测电路4检测到高于位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预定阈值电压VOP(与升压DC-DC转换器的操作起始电压相同)的电压时，断开开关15，而接通开关16。由于开关状态的组合，在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间输出电池1的电压。
当电池1的放电进行时，且当电池电压检测电路4检测到位于便携式终端设备的工作下限电压附近的预定阈值电压VOP(与升压DC-DC转换器的操作起始电压相同)时，并且在便携式终端设备的操作员需要快速而连续的操作的情况下，以及如果传送以紧急方式执行操作的控制信号，由于开关15和16开始通过将如图1所示的同步整流方法DC-DC转换器控制电路与图1所示的放电控制电路6进行组合而构成的控制电路12，驱动基于同步整流方法类型的开关型DC-DC转换器控制电路，在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间，通过电压增加操作，产生了高于便携式终端设备的工作下限电压VL的输出电压，从而驱动便携式终端设备。
当执行升压DC-DC转换器7的操作时，而且如果便携式终端由于通信操作处于过载状态，则由电能存储部分8执行使输出电压平滑化的操作。此外，当电池1的放电进行，并且由电池电压检测电路4检测到大于被用作阈值的每预定单位时间(Δt)的电压降数量(-ΔVB)的电压降时，并且例如，当电池电压变为VE时，如果通过判断电池1处于停用状态的方法断定放电已经终止，则断开开关15并接通开关16。通过上述开关状态的组合，在输出接线端(正电极)10和输出接线端(负电极)11之间输出电池1的电压，与此同时，便携式终端设备进行操作，以显示操作终止的警告。
当执行开关电路5的操作，并且开关电路5处于在切换触点时在电池和输出接线端之间出现断电的状态时，由电能存储部分8执行电源的备份操作。由于电池组和电池的电源电路的操作，可以将在低温环境下连续驱动负载时所需的操作时间从L3延长到L4，作为紧急操作。
应当清楚的是，本发明并不局限于上述实施例，在不偏离本发明的范围和精神的前提下，可以进行改变和修改。
权利要求
1.一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，其中以如下方式操作采用了所述电源电路的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用电压增加单元，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
2.按照权利要求1所述的电源电路，其特征在于将每单位时间所述电池中的电压降数量用作用于检测所述电池放电终止的因子。
3.一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；放电控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；开关电路，用于将所述电池的正电极切换到所述电源电路的输出接线端或所述升压DC-DC转换器的输入部分；以及电能存储部分，安装在所述电源电路的输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
4.按照权利要求3所述的电源电路，其特征在于将每单位时间所述电池中的电压降数量用作用于检测所述电池放电终止的因子。
5.按照权利要求3所述的电源电路，其特征在于所述电能存储部分包括双电层电容器。
6.一种电池的电源电路，用于控制从电池到负载的电能传送，所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；电感器；两个或更多个开关电路；电能存储部分，安装在所述输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
7.按照权利要求6所述的电源电路，其特征在于将每单位时间所述电池中的电压降数量用作用于检测所述电池放电终止的因子。
8.按照权利要求6所述的电源电路，其特征在于所述电能存储部分包括双电层电容器。
9.一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中以如下方式操作采用了所述电源电路的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用电源增加单元，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
10.按照权利要求9所述的电池组，其特征在于所述电池是原电池或二次电池。
11.一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；放电控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；开关电路，用于将所述电池的正电极切换到所述电源电路的输出接线端或所述升压DC-DC转换器的输入部分；以及电能存储部分，安装在所述电源电路的输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
12.按照权利要求11所述的电池组，其特征在于所述电池是原电池或二次电池。
13.一种电池组，包括电池；所述电池的电源电路，用于控制从所述电池到负载的电能传送；以及箱体，用于将所述电源电路和所述电池容纳在其中，其中所述电源电路包括电池电压检测电路，用于检测所述电池的电压；控制电路；输出电压检测电路；升压直流-直流(DC-DC)转换器；电感器；两个或更多个开关电路；电能存储部分，安装在所述输出部分中，其中以如下方式操作采用了所述电源电池的设备当所述电池的放电电压低于要操作的设备的工作下限电压时，通过使用所述升压DC-DC转换器，使从所述电池的所述电源电路输出的电压高于所述设备的工作下限电压。
14.按照权利要求13所述的电池组，其特征在于所述电池是原电池或二次电池。
全文摘要
提供了一种电池和电池组的电源电路，在由于电池放电特性的退化，或者由于当在低温状态下使用电池时所出现的电压下降而极大地缩短了便携式终端设备的操作时间的情况下，能够当在使用便携式终端设备期间显示操作终止警告时，作为紧急操作对其进行操作。以如下方式对便携式终端设备进行操作当所述电池的放电电压低于其工作下限电压时，使从所述电源电路输出的电压高于其工作下限电压，以及作为检测放电终止的因子，根据每单位时间电池中电压降的数量来检测放电终止。
文档编号H02J7/00GK1536734SQ20041003338
公开日2004年10月13日 申请日期2004年4月7日 优先权日2003年4月7日
发明者佐佐木浩 申请人:Nec东金株式会社