專利名稱：電池組和檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電池組和檢測方法，更具體地，涉及一種包括例如鋰離子二次電池的二次電池組以及由該二次電池組執(zhí)行的檢測方法。
背景技術：
近年來，隨著便攜式電子設備(諸如膝上PC(個人計算機)、蜂窩電話、以及 PDA(個人數(shù)字助理))的流行，具有高電壓、高能量密度以及重量輕的優(yōu)勢的鋰離子二次電 池被廣泛地用作電源。容納有由這種二次電池組成的電池單元的電池組裝備有保護電路，該保護電路用 于在檢測到電池單元中的異常時禁止充電和放電。具體地，例如，每次在預定時間過去后對 電池單元的電壓、充電-放電電流、溫度等進行測量，從而基于測量結果檢測異常(諸如關 于二次電池的過充電、過放電以及過電流)。然后，當檢測到任何的上述異常時，執(zhí)行控制來 斷開用于控制充電和放電的充電-放電開關，或者通過熔斷溫度保險絲來禁止對二次電池 進行充電和放電。另外，電池單元由于重復充電和放電而退化，并且電池容量因此減小。另外，當電 池單元用了很長時期(諸如大約幾年)時，電池單元可能變得不可用。在這種情況下，可能 需要替換電池單元，以便將電池單元的電池容量恢復到等于或者高于新電池單元的水平的 水平。當不正確地替換電池單元時，新替換的電池單元以及原來容納于電池組中的電池 單元可能在特性方面不同。由于根據(jù)原來電池單元的特性來確定保護電路的控制規(guī)范，因 此當不正確地替換電池單元時，存在不能檢測到電池組的異常從而導致電池組的麻煩的擔 心。因此，電池單元的替換一般在制造方進行。禁止用戶打開電池組并且不正確地替換電 池單元。例如，日本專利申請公開第2005-353518號(在下文中，稱作專利文獻1)公開了 能夠識別打開電池組并且替換電池單元的變更歷史的電池組。

發(fā)明內容
然而，盡管可以通過在專利文獻1中公開的方法來獲得電池組的變更歷史，但是 難以防止做出諸如替換電池單元的不正確變更，從而導致可能實際使用替換了電池單元或 者保護電路的電池組的問題。另外，近年來，隨著安裝在二次電池組上的集成電路的性能每年的改進，要求高精 度剩余容量估計處理、高安全控制處理等，并且處理功能的數(shù)量在增加而處理內容變得更 加復雜。為了檢測上述電池單元的不正確替換，可能需要增加處理功能的數(shù)量并且可能需 要使處理內容更加復雜。因此，可能需要執(zhí)行超出安裝在二次電池組上的集成電路的計算 能力的復雜計算，或者基于超過集成電路的存儲器容量的大量測量數(shù)據(jù)執(zhí)行計算處理。
因此，需要能夠在檢測到電池單元的替換時禁止使用電池組的電池組和檢測方法。另外，也需要能夠執(zhí)行超出安裝在電池組上的集成電路的處理能力的復雜數(shù)據(jù)處 理的電池組和檢測方法。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種電池組，包括多個電池；檢測部件，用于測量 多個電池中每個電池的電壓，以獲得多個電池中每個電池在不同逝去時間處的電壓變化， 并且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了多個電池中的至少一個電池；以及控制 器，用于在由檢測部件進行的檢測的結果表示替換了多個電池中的至少一個電池時，禁止 多個電池的使用。根據(jù)本發(fā)明實施例的電池組被構造成包括多個電池；檢測部件，用于測量多個 電池中每個電池的電壓，以獲得多個電池中每個電池在不同逝去時間處的電壓變化，并且 比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了多個電池中的至少一個電池；以及控制器，用 于在由檢測部件進行的檢測的結果表示替換了多個電池中的至少一個電池時，禁止多個電 池的使用。使用該結構，可以在檢測到電池單元的替換時禁止使用電池組。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種電池組，包括多個電池；測量部件，用于 測量多個電池的電壓和電流；傳送部件，用于將關于由測量部件測量的電壓和電流的數(shù)據(jù) 傳送到外部設備；以及接收部件，用于接收由外部設備使用所傳送的關于電壓和電流的數(shù) 據(jù)進行的預定處理的結果。根據(jù)本發(fā)明實施例的電池組被構造成包括多個電池；測量部件，用于測量多個 電池的電壓和電流；傳送部件，用于將關于由測量部件測量的電壓和電流的數(shù)據(jù)傳送到外 部設備；以及接收部件，用于接收由外部設備使用所傳送的關于電壓和電流的數(shù)據(jù)進行的 預定處理的結果。使用該結構，可以執(zhí)行超出安裝在電池組上的集成電路的處理能力的復 雜數(shù)據(jù)處理。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種檢測方法，該方法包括以下步驟測量包括 在電池組中的多個電池中每個電池的電壓，以獲得多個電池中每個電池在不同逝去時間處 的電壓變化，并且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了多個電池中的至少一個電 池；以及當檢測結果表示替換了多個電池中的至少一個電池時，禁止多個電池的使用。根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測方法被構建成包括以下步驟測量包括在電池組中的多 個電池中每個電池的電壓，以獲得多個電池中每個電池在不同逝去時間處的電壓變化，并 且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了多個電池中的至少一個電池；以及當檢測 結果表示替換了多個電池中的至少一個電池時，禁止多個電池的使用。使用該結構，可以在 檢測到電池單元的替換時禁止使用電池組。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，提供了一種檢測方法，該方法包括以下步驟測量包括 在電池組中的多個電池的電壓和電流；將關于所測量的電壓和電流的數(shù)據(jù)傳送到外部設 備；以及接收由外部設備使用關于所傳送的關于電壓和電流的數(shù)據(jù)進行的預定處理的結^ ο根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測方法被構建成包括以下步驟測量包括在電池組中的多 個電池的電壓和電流；將關于所測量的電壓和電流的數(shù)據(jù)傳送到外部設備；以及接收由外 部設備使用所傳送的關于電壓和電流的數(shù)據(jù)進行的預定處理的結果。使用該結構，可以執(zhí)行超出安裝在電池組上的集成電路的處理能力的復雜數(shù)據(jù)處理。根據(jù)本發(fā)明的實施例，可以檢測不正確的電池替換。另外，可以在檢測到不正確的電池替換時禁止使用電池組。此外，可以執(zhí)行超出安裝在電池組上的集成電路的處理能力 的復雜數(shù)據(jù)處理。如附圖所示，根據(jù)本發(fā)明最佳實施例的以下詳細描述，本發(fā)明的這些和其它目標、特征和優(yōu)點將變得更加明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組的結構例子的框圖；圖2是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組中進行的檢測方法的過程的 順序圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組的電池單元的結構例子的示意圖；圖4是示出組合電池3至c的放電曲線的曲線圖；圖5是用于說明根據(jù)組合電池的放電曲線獲得電池的電壓變化的方法的曲線圖；圖6是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組中進行的檢測方法的處理過 程的流程圖；圖7是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組中進行的檢測方法的處理過 程的流程圖；圖8是用于說明存儲在外部設備的存儲器中的數(shù)據(jù)的表；圖9是示出二次電池的等效電路的電路圖；圖10是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組中進行的檢測方法的曲線 圖；圖11是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組中進行的檢測方法的過程的 流程圖；以及圖12是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池組中進行的檢測方法的過程的 曲線圖。
具體實施例方式在下文中，將參照附圖描述本發(fā)明的實施例。以下所描述的實施例是本發(fā)明的具體例子，并且被強加了各種技術上所期望的限制。然而，本發(fā)明的 技術范圍不限于以下實施例，除非另外聲明。應注意的是，將按照以下順序給出描述。1.第一實施例(電池組的第一例子)2.第二實施例(電池組的第二例子)3.第三實施例(電池組的第三例子)4.其它實施例(經(jīng)修改的例子)1.第一實施例(電池組的電路結構)將描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組的電路結構。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組的電路結構的例子的框圖。如圖1所示，二次電池組21包括電池單元1、充電-放電控制開關9、溫度檢測電路10、電壓檢測電路7、集成電路3、充電-放電控制電路 8、電流檢測電路5、電流檢測電阻器6、存儲器4以及輸入/輸出部件11。正電極端12和負 電極端13分別連接到外部設備2的正電極端和負電極端。外部設備2的例子包括連接到 二次電池組21的外部負載、外部充電器以及主體設備。此外，外部設備2包括由CPU(中央 處理單元)、ROM(只讀存儲器)、RAM(隨機存取存儲器)等組成的集成電路(未示出)。 電池單元1是其中多個二次電池串聯(lián)和/或并聯(lián)連接的組合電池。二次電池例如 是鋰離子二次電池。盡管未示出，但是集成電路3由CPU (中央處理單元)、ROM (只讀存儲器)、RAM (隨 機存取存儲器)等組成。連接到集成電路3的是作為非易失性存儲器(諸如EEPR0M(電可 擦除可編程只讀存儲器))的存儲器4。例如，使用RAM作為工作存儲器，集成電路3基于預 先存儲在ROM中的程序來控制組件。檢測電池單元1的電壓的電壓檢測電路7連接到集成 電路3。電壓檢測電路7能夠檢測組成電池單元1的單個二次電池的電壓。還連接到集成 電路3的是測量流過電流檢測電阻器6的電流的電流檢測電路5以及檢測電池單元1的溫 度的溫度檢測電路10。集成電路3經(jīng)由輸入/輸出部件11對外部設備2進行數(shù)據(jù)傳送和接收。另外，集 成電路3對測量數(shù)據(jù)進行采集和計算。集成電路3經(jīng)由充電-放電控制電路8來控制充 電-放電控制開關9，以控制充電電流(或者放電電流)的接通/斷開。例如，集成電路3 經(jīng)由電流檢測電路5、電壓檢測電路7以及溫度檢測電路10來周期性地測量電池單元1的 電壓和溫度以及流過電流檢測電阻器6的電流。充電-放電控制電路8測量電池單元1的電壓和組成電池單元1的二次電池的單 個電壓，并且還測量流過電流檢測電阻器6的電流的大小和方向，從而基于測量結果控制 二次電池的過充電或者過放電。充電-放電控制電路8控制充電-放電控制開關9，以防止在組成電池單元1的 二次電池的單個電壓達到了過充電檢測電壓或者組成電池單元1的二次電池的單個電壓 變得等于或者小于過放電檢測電壓時的過充電或者過放電。另外，例如，集成電路3或者充 電_放電控制電路8執(zhí)行控制，以通過熔斷保險絲(未示出)來阻斷要提供到二次電池組 21的電流。充電-放電控制開關9由例如充電控制FET(場效應晶體管)和放電控制FET組 成。當電池電壓達到過充電檢測電壓時，充電控制FET關斷，從而控制其使得不會弓丨起充電 電流流動。另外，當電池電壓變得等于或者小于過放電檢測電壓時，放電控制FET關斷，從 而控制其使得不會弓I起放電電流流動。(電池組的操作) 將描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組的操作。在充電期間，由分別連接到外部 設備2的正電極端和負電極端的正電極端12和負電極端13對二次電池組21進行充電。當 使用主體設備作為外部設備2時，正電極端12和負電極端13分別連接到主體設備的正電 極端和負電極端用于放電。集成電路3經(jīng)由電壓控制電路7檢測電池單元1的電壓，經(jīng)由 溫度檢測電路10檢測電池單元1的溫度，并且經(jīng)由電流檢測電路5檢測流過電流檢測電阻 器6的電流。
集成電路3經(jīng)由輸入/輸出部件11將關于所檢測的電流、電壓以及溫度的數(shù)據(jù)傳 送到外部設備2?；趶亩坞姵亟M21接收的關于所檢測的電流、電壓以及溫度的數(shù)據(jù)，夕卜 部設備2進行檢測電池單元1的不正確替換的處理。換言之，外部設備2進行檢測處理，以 判斷是否不正確地替換了組成電池單元1的二次電池中的至少一個。外部設備2經(jīng)由輸入/輸出部件11將檢測處理的結果傳送到二次電池組21的集 成電路3。例如，當處理結果表示電池單元1的不正確替換時，集成電路3執(zhí)行控制來熔斷 保險絲(未示出)，以禁止二次電池組21的使用。
通過以下過程進行一系列的處理。在二次電池組21中，集成電路3將測量數(shù)據(jù)傳 送到外部設備2。外部設備2處理所接收的數(shù)據(jù)并且將處理結果傳送到二次電池組21?；?于所接收的處理結果，二次電池組21進行預定處理。參照圖2的順序圖，將描述在二次電 池組21和外部設備2之間進行的數(shù)據(jù)傳送/接收和數(shù)據(jù)處理的過程。首先，在步驟Sll中，二次電池組21將處理請求命令傳送到外部設備2。當在步驟 S12中從二次電池組21接收到處理請求命令時，在步驟S13中外部設備2檢查外部設備2 的CPU狀態(tài)。在步驟S14中，外部設備2將處理允許命令傳送到二次電池組21。當在步驟S15中從外部設備2接收到處理允許命令時，在步驟S16中二次電池組 21將計算數(shù)據(jù)傳送到外部設備2。例如，計算數(shù)據(jù)是關于由集成電路3經(jīng)由電壓檢測電路 7、電流檢測電路5以及溫度檢測電路10獲取的電壓、電流以及溫度的數(shù)據(jù)。應注意的是， 所傳送的數(shù)據(jù)既不存儲在集成電路3的存儲器中也不存儲在存儲器4中。當在步驟S17中接收到計算數(shù)據(jù)時，在步驟S18中外部設備2使用所接收的數(shù)據(jù) 進行預定計算處理。具體地，使用從二次電池組21傳送的數(shù)據(jù)，外部設備2進行處理，該處 理使用了大小超過集成電路3的存儲器容量的數(shù)據(jù)。經(jīng)由包括在二次電池組21和外部設 備2中的輸入/輸出部件11進行二次電池組21和外部設備2之間的數(shù)據(jù)傳送/接收。在步驟S19中，外部設備2將計算處理的結果傳送到二次電池組21。當在步驟S20 中接收到計算結果時，在步驟S21中二次電池組21基于所接收的處理結果執(zhí)行預定控制。 例如，當處理結果表示電池單元1的不正確替換時，執(zhí)行控制來禁止二次電池組21的使用。(檢測電池單元的不正確替換的方法)使用圖3所示的組合電池的例子，將描述檢測電池單元1的不正確替換的方法。在 圖3中，示出了如下情況作為例子在該情況下，電池單元1具有其中6個二次電池31以3 串聯(lián)2并聯(lián)(3S2P)形式連接的結構。將6個二次電池31分成3對，各自并聯(lián)連接的三對 二次電池31分別被稱作組合電池a、組合電池b以及組合電池C。在檢測電池單元1的不正確替換的方法中，獲得組合電池a至c在放電過程中的 電壓變化，并且基于所獲得的電壓變化檢測電池單元1的不正確替換。(a)用于檢測電池單元的不正確替換的有關理論參照圖4，將描述用于基于組合電池a至c在放電過程中的電壓變化來檢測電池單 元的不正確替換的理論。圖4A至4C示出了組合電池￡1至c在不同逝去時間的放電曲線。圖4A示出了組 合電池a至c在初始階段的時序放電曲線。圖4B示出了在自從發(fā)貨以后已過去時間Tl的 情況下組合電池a至c的放電曲線。圖4C示出了在自從發(fā)貨以后已過去長于時間Tl的時 間T2的情況下組合電池a至c的放電曲線。
應注意的是，圖4c示出了對電池單元1進行了不正確替換的情況下的放電曲線。 在圖4A至4C中，線Ei1、a2和a3表示組合電池a的放電曲線，線Id1、b2和b3表示組合電池b 的放電曲線，并且線Cl、c2和C3表示組合電池c的放電曲線。如可以從對圖4A和4B的放電曲線進行比較看出的那樣，組合電池a至c在時間Tl過去的情況下的電壓變化大于初始階段。如上所述，在相同條件下，組合電池3至C的電 壓變化具有隨著時間變得更大的特性。然而，如可以從對圖4B和4C的放電曲線進行比較看出的那樣，組合電池a至c在 時間T2過去的情況下的電壓變化小于在時間Tl過去的情況。例如，這是因為由于用新的 未退化電池單元對電池單元1進行了不正確替換，因此組合電池a至c在時間T2過去的情 況下的電壓變化變得更小。如上所述，例如，當用新的未退化電池單元不正確地替換了電池單元1時，組合電 池a至c的電壓變化變得更小。因此，當組合電池a至c在某一逝去時間處的電壓變化小 于組合電池a至c在比該逝去時間短的逝去時間處的電壓變化時，假定不正確地替換了電 池單元1，可以檢測到電池單元1的不正確替換。(b)獲得組合電池a至c的電壓變化的有關方法使用圖5所示的放電曲線，將描述獲得組合電池a至c的電壓變化的方法。應注 意的是，在圖5中，線a'表示組合電池a的放電曲線，線b'表示組合電池b的放電曲線， 并且線c'表示組合電池c的放電曲線。假定如下情況在該情況下，在組合電池3至(3的放電過程中以預定時間間隔At 對組合電池a至c的電壓變化測量η次(η是等于或者大于1的整數(shù))。當由、來表示從 最小放電時間數(shù)起的第i次(i是等于或者大于0并且等于或者小于n-1的整數(shù))測量的 放電時間時，由、來表示第一次測量的放電時間，由、來表示第二次測量的放電時間，并且 由tn_i來表示第η次測量的放電時間。此外，當由Vli來表示組合電池a在放電時間、處的測量電壓時，由V2i來表示組 合電池b在放電時間、處的測量電壓，并且由V3i來表示組合電池c在放電時間、處的測 量電壓，組合電池a至c在放電時間、處的測量電壓如下。由Vltl來表示組合電池a在放 電時間、處的測量電壓，由來表示組合電池b在放電時間、處的測量電壓，并且由
來表示組合電池c在放電時間、處的測量電壓。此外，由Vl1來表示組合電池a在放電時間、處的測量電壓，由V2i來表示組合電 池b在放電時間、處的測量電壓，并且由VS1來表示組合電池c在放電時間、處的測量電 壓。另外，由Vllri來表示組合電池a在放電時間tn_i處的測量電壓，由V2n_i來表示組合電 池b在放電時間V1處的測量電壓，并且由V3n_i來表示組合電池c在放電時間V1處的測 量電壓。當由Vavgi來表示組合電池a在放電時間、處的測量電壓Vlp組合電池b在放 電時間、處的測量電壓V2i以及組合電池c在放電時間、處的測量電壓V3i的平均值時， 可以由Vavgtl來表示組合電池a至c在放電時間、處的測量電壓的平均值。此外，可以由 Vavg1來表示組合電池a至c在放電時間、處的測量電壓的平均值。另外，可以由Vavglri 來表示組合電池a至c在放電時間tn_i處的測量電壓的平均值。應注意的是，根據(jù)計算公 式 Vavgi = (VlJVZJVSi)/3 來計算 Vavgi。
可以通過以下表達式來表示組合電池3至c的電壓變化。在以下表達式中，首先， 針對每次測量，獲得作為組合電池a至c的測量電壓VI、V2和V3的平均值Vavg與測量電 壓V1、V2和V3中的每個之間的差的偏差的平方和。測量電壓V1、V2和V3的偏差平方和中 的每一個表示測量電壓VI、V2和V3的變化程度。在表達式中，對針對每次測量獲得的測量電壓V1、V2和V3的偏差平方和進行相加 并且除以測量次數(shù)n，從而計算針對每次測量的測量電壓V1、V2和V3的偏差平方和的平均值。[表達式1]<formula>formula see original document page 10</formula>(c)用于檢測電池單元1的不正確替換的有關條件表達式電池單元1具有如下特性只要沒有對電池單元1進行不正確替換，那么電池的容 量一旦退化就無法恢復到其在相同條件下的原始容量。另外，如以上參照圖4Α至4C描述 的那樣，電池單元1還具有如下特性只要沒有對電池單元1進行不正確替換，則電壓變化 隨著時間過去而變得更大。例如，基于這些特性，由以下表達式來表示用于檢測電池單元1的不正確替換的 條件表達式。通過使用如上所述獲得的電壓變化Imb以及電池單元1的溫度和容量來判斷 是否滿足以下條件，可以檢測電池單元1的不正確替換。TB-TA > 1000 小時CapB > CapAImbB < ImbAI TempB-TempA | < 5 攝氏度TB 從發(fā)貨開始的逝去時間TA 從發(fā)貨開始的短于TB的逝去時間CapB 電池單元1在TB處的容量CapA 電池單元1在TA處的容量ImbB 組合電池a至c在TB處的電壓變化ImbA:組合電池a至c在TA處的電壓變化TempB 電池單元1在TB處的溫度TempA 電池單元1在TA處的溫度在以上條件表達式中，TB-TA > 1000小時表示發(fā)貨后的逝去時間TB和發(fā)貨后的 逝去時間TA之間的差超過1000小時。該條件基于如下事實當逝去時間之間的差過短時， 容量之間不存在太多差別并且降低了檢測精度。CapB > CapA表示電池單元1在發(fā)貨后的逝去時間TB處的容量CapB大于電池單 元1在發(fā)貨后的逝去時間TA處的容量CapA。這是基于如下特性只要沒有對電池單元1進 行不正確替換，則電池的容量一旦退化就不能恢復到其在相同條件下的原始容量。TempB-TempA < 5攝氏度表示電池單元1在發(fā)貨后的逝去時間TB處的溫度 TempB和電池單元1在發(fā)貨后的逝去時間TA處的溫度TempA之間的差小于5°C。
ImbB < ImbA表示在發(fā)貨后的逝去時間TA處的電壓變化ImbA大于在發(fā)貨后的逝 去時間TB處的電壓變化ImbB。該條件基于如下特性只要沒有對電池單元1進行不正確 替換，則電壓變化隨著時間過去而變得更大。應注意的是，條件表達式僅作為例子并且不限于以上那些。例如，盡管降低了檢測 精度，但是條件表達式僅需要包括至少關于電壓變化的比較條件ImbB < ImbA0
(檢測處理)參照圖6和7的流程圖，將描述檢測根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池單元的不正確 替換的處理。應注意的是，將給出關于檢測在如下情況下電池單元1的不正確替換的處理 的描述在該情況下，電池單元1具有其中圖3所示的6個二次電池31以3串聯(lián)2并聯(lián) (3S2P)形式連接的結構。首先，如圖6所示，在步驟B-I中，當二次電池組21從外部設備2接收到維護模式 轉移信號時，過程前進到步驟T2，以開始維護模式，并且在步驟T3中執(zhí)行維護模式。當在步 驟T4中結束了維護模式時，過程返回到步驟Tl，并且進行正常處理。在步驟B-I中，當二次 電池組21沒有從外部設備2接收到維護模式轉移信號時，繼續(xù)步驟Tl的正常處理。應注意的是，維護模式是由外部設備2執(zhí)行的、用于檢測電池單元1的不正確替換 的模式。在維護模式中，當電池單元1沒有完全充滿時，對電池單元1進行充電直到其完全 充滿，并且在電池單元1完全充滿之后開始放電。另一方面，當電池單元1完全充滿時，不 再對電池單元1進行充電并且按照原樣開始放電。在維護模式中，基于在放電過程中獲得 的測量數(shù)據(jù)檢測電池單元1的不正確替換。圖7示出了從維護模式開始到維護模式結束的流程圖。在圖7中，由虛線包圍的 步驟B-2和B-3的過程是在二次電池組21側進行的過程，而步驟S-I至S-13的其它過程 是在外部設備2側進行的過程。在步驟S-I中，外部設備2的集成電路(未示出)執(zhí)行下述處理將要被存儲在集 成電路的RAM中的變量k設置為0。在步驟B-2中，在二次電池組21側對組合電池a至c的電壓、流過電池單元1的 電流以及電池單元1的溫度進行測量。安裝在二次電池組21上的集成電路3對組合電池 3至c的電壓、流過電池單元1的電流以及電池單元1的溫度進行測量。因此，二次電池組 21的集成電路3獲取關于組合電池a至c的測量電壓V1、V2和V3、測量電流I_mes以及測 量溫度Temp的數(shù)據(jù)。在步驟B-3中，二次電池組21的集成電路3經(jīng)由輸入/輸出部件11將關于測量 電壓VI、V2和V3、測量電流I_mes以及測量溫度Temp的數(shù)據(jù)傳送到外部設備2。在步驟S-2中，外部設備2經(jīng)由輸入/輸出部件11接收關于測量電壓VI、V2和 V3、測量電流I_mes以及測量溫度Temp的數(shù)據(jù)。例如，將所接收的數(shù)據(jù)存儲在外部設備2 的集成電路的存儲器(ROM或者RAM)中。外部設備2的存儲器具有比二次電池組21的存 儲器更大的容量。在步驟S-3中，外部設備2的集成電路使用所接收的數(shù)據(jù)進行以下設置處理。應 注意的是，將這里所設置的數(shù)據(jù)存儲在外部設備2的集成電路的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在步驟S-4中，外部設備2的集成電路執(zhí)行下述處理將k的值遞增1。在步驟S-5 中，外部設備2的集成電路執(zhí)行下述處理確認電池單元1的放電結束。當在步驟S-5中外部設備2的集成電路確認電池單元1的放電結束時，過程前進 到步驟S-6。當在步驟S-5中外部設備2的集成電路沒有確認放電結束時，過程返回到步 驟B-2，以對從前一測量開始的時間Δ t過去之后的組合電池a至c的電壓、流過電池單元 1的電流以及電池單元1的溫度進行測量。通過重復上述步驟B-2至S-5，例如，將如圖8所示設置的數(shù)據(jù)存儲在外部設備2 的集成電路的MM中。在該數(shù)據(jù)中，第k次測量處的測量電壓Vl被設置為Vl_mes [k]，第k 次測量電壓V2被設置為V2_mes [k]，并且第k次測量電壓V3被設置為V3_mes [k]。應注意 的是，在圖8所示的數(shù)據(jù)中，為了方便說明，由m來表示在放電結束時的變量k的值。在步驟s-6中，外部設備2的集成電路執(zhí)行下述處理將在放電結束時的變量k的 值設置為η。在圖8所示的數(shù)據(jù)例子中，放電結束時的變量k的值m被設置為η。此后，夕卜 部設備2的集成電路進行將變量k設置為0的處理以及將Imb設置為0的處理。在步驟S-7中，外部設備2的集成電路使用對應于變量k的測量電壓V1、V2和V3 以及V_avg執(zhí)行以下處理。V_avg = (Vl+V2+V3)/3Imb_buf = (Vl-V_avg)"2+(V2-V_avg)"2+(V3-V_avg)"2具體地，外部設備2的集成電路執(zhí)行以下處理。(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，在步驟S-8中，外部設備2的集成電路執(zhí)行Imb = Imb+Imb_buf的處理。在步驟S-9中，外部設備2的集成電路進行下述處理判斷是否滿足k > η。當在 步驟S-9中判斷不滿足k > η時，進行將k的值遞增1的處理，并且過程返回到步驟S-7。 當在步驟S-9中判斷滿足k > η時，過程前進到步驟S-10。應注意的是，在步驟S-7至S-9中，進行下述處理將針對每次測量的測量電壓 VI、V2和V3的偏差平方和相加。在步驟S-IO中，外部設備2的集成電路執(zhí)行計算Imb = Imb/(η+1)以及Cap = Σ I_mes/3600 的處理。應注意的是，計算Imb = Imb/(η+1)的處理是如下處理在該處理中，將由步驟 S-7至S-9的過程獲得的偏差平方和的和除以測量次數(shù)，從而計算針對每次測量的測量電 壓VI、V2和V3的偏差平方和的平均值。另外，計算Cap = Σ I_mes/3600的處理是如下處 理在該處理中，將測量電流I的和除以通過將1小時轉換為秒而獲得的3600，從而獲得電 池單元1的容量。在步驟S-Il中，將處理結果Imb存儲在外部設備2的存儲器中。在步驟S_12中，使用存儲在外部設備2的存儲器中的當前維護模式的處理結果以及前一維護模式的處理 結果，外部設備2的集成電路進行關于電池單元1的不正確替換的判斷處理。使用存儲在外部設備2的存儲器中的當前維護模式的處理結果Imb、Cap、Temp和 T (當前維護模式的時間)以及前一維護模式的處理結果Imb_pre、Cap_pre、Temp_pre和T_ pre(前一維護模式的時間)來進行關于電池單元1的不正確替換的判斷處理。通過使用上述處理結果判斷是否滿足以下條件表達式來進行關于電池單元1的 不正確替換的判斷處理。例如，應注意的是，在第一維護模式中，將Imb_pre、Cap_pre、Temp_ pre和T_pre的值存儲在外部設備2的存儲器中作為初始值。T-T_pre > 1000 小時Cap > Cap_preImb < Imb_preI Temp-Temp_pre | < 5 攝氏度在步驟S-13中，外部設備2的集成電路經(jīng)由輸入/輸出部件11將處理結果傳送 到二次電池組21。通過上述處理，外部設備2的維護模式結束。當由外部設備2進行的處 理的結果表示電池單元1的不正確替換時，二次電池組21的集成電路3執(zhí)行控制來禁止二 次電池組21的使用。(電池組的效果)在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組中，基于組成電池單元的二次電池的電壓變化 來檢測電池單元的不正確替換。例如，作為外部設備2的維護模式，周期性地對二次電池組 進行完全充電和放電，并且以時間序列測量電池單元1的電壓，以根據(jù)測量值獲得電壓變 化。結果，檢測出電池單元1的不正確替換。在根據(jù)本發(fā)明第一實施例的電池組中，當檢測到電池單元的替換時，可以禁止使 用電池組。另外，在根據(jù)本發(fā)第一實施例的電池組中，當希望進行超出安裝在二次電池組21 上的集成電路3的處理能力的處理時，可以在不向集成電路3放置負擔的情況下執(zhí)行復雜 的計算或者使用大量數(shù)據(jù)的計算處理。2.第二實施例接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組。在根據(jù)第二實施例的電池組中， 檢測二次電池的阻抗的極化分量。檢測極化分量以便計算二次電池例如由于存儲而引起的 退化程度。應注意的是，第一實施例的電池組的電路結構等適用于根據(jù)本發(fā)明第二實施例 的電池組的電路結構等。因此，在以下描述中，將描述與第一實施例的不同點，并且關于根 據(jù)第一實施例的電池組的描述將用于其它部分。(檢測方法)將描述在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組中進行的檢測方法。在根據(jù)本發(fā)明第二 實施例的電池組中，在二次電池組21中測量的數(shù)據(jù)被傳送到外部設備2。外部設備2接收 從二次電池組21傳送的數(shù)據(jù)并且處理所接收的數(shù)據(jù)，并且此后將處理結果傳送到二次電 池組21。二次電池組21接收從外部設備2傳送的處理結果，并且基于所接收的處理結果進 行預定處理(諸如充電_放電控制方法的更新)。圖9示出了組成電池單元1的一個二次電池的等效電路?？梢杂墒褂米杩?1、串 聯(lián)連接到阻抗41的阻抗42以及并聯(lián)連接到阻抗42的電容器43的等效電路來表示二次電池的阻抗。阻抗41表示二次電池的阻抗的DC(直流，Direct Current)分量。阻抗42表示二次電池的阻抗的極化分量。在第二實施例的二次電池組21中，對阻抗42的值R1和電 容器43的電容值C1進行檢測。圖10是用于說明R1和C1的檢測方法的曲線圖。圖IOA示出了在充電期間對充電 電流進行接通/斷開切換的情況下二次電池的電壓狀態(tài)的例子。通過重復地對充電-放電 控制開關9進行接通/斷開切換，將脈沖狀的充電電流提供到二次電池，并且二次電池的電 壓變?yōu)閳DIOA所示的脈沖狀波形。因此，二次電池的電壓穩(wěn)定地波動。在這種情況下，基于在充電_放電控制開關9處于接通的情況下的充電電流平均 值以及在充電_放電控制開關9處于斷開的情況下的充電電流平均值，計算充電電流波動 量的平均值ΔΙ。另外，基于在充電-放電控制開關9處于接通的情況下的二次電池的電壓 平均值以及在充電-放電控制開關9處于斷開的情況下的二次電池的電壓平均值，計算二 次電池的電壓波動量的平均值AV。使用如上所述計算的充電電流波動量的平均值Δ I以及二次電池的電壓波動量 的平均值AV，通過<formula>formula see original document page 14</formula>來計算在充電期間的阻抗41的值R。。圖IOB是示出二次電池的時間t和電壓V之間的關系的曲線圖。橫坐標軸表示時 間t，而縱坐標軸表示電壓V。在圖IOB中，在停止充電時將t設置為0，由(Vct，Ict)來表 示此時的測量電壓。由Vtl來表示在電壓下降之后t = 0處的電壓?？梢杂梢韵卤磉_式來 表示在t > 0處的電壓改變。[表達式2]
<formula>formula see original document page 14</formula>在從t = 0直到電壓穩(wěn)定的預定時間間隔Δ t處對電壓和電流進行測量。由V2表 示在電壓穩(wěn)定處的t = T2處的測量電壓。將獲得VcZe的t設置為Tp。可以通過以下表達 式分別計算R1和Q。[表達式3]<formula>formula see original document page 14</formula>
[表達式4]
<formula>formula see original document page 14</formula>(檢測處理)將參照圖11的流程圖描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組的檢測處理。首先，當 在步驟S21中二次電池組21的集成電路3檢測到充電停止條件時，在步驟S22中，集成電 路3經(jīng)由電壓檢測電路7測量電池電壓V，經(jīng)由電流檢測電路5測量電流I，并且經(jīng)由溫度 檢測電路10測量溫度T。經(jīng)由輸入/輸出部件11將關于由集成電路3測量的電壓、電流以 及溫度的數(shù)據(jù)傳送到外部設備2。首先，在步驟S23中，外部設備2的集成電路(未示出)判斷溫度T是否在記錄在 集成電路的ROM上的預定溫度數(shù)據(jù)內，用于維持測量精度。當溫度T在預定溫度數(shù)據(jù)內時，外部設備2的集成電路(未示出)使用測量值V和I來對要被存儲在集成電路的RAM中的 V_pre = V，變量k = 0，Vct = V，Ict = I，以及V。= Vct-R0^Ict執(zhí)行設置處理。當溫度T 不在預定溫度數(shù)據(jù)內時，外部設備2的顯示部件(未示出)顯示高溫或者低溫警告，并且處理結束。應注意的是，Rtl是二次電池的DC分量的阻抗。如以上參照圖IOA所描述的那樣， 對于Rtl,使用通過使用在充電期間在對充電電流重復進行接通/斷開切換的情況下的二次 電池的充電電流波動量的平均值△ I和電壓波動量的平均值而獲得的值。由在二次電 池組21側的集成電路3進行獲得R0的處理。在步驟S24中，集成電路3通過關斷充電-放電控制開關9來進行充電停止處理。 在步驟S25中，集成電路3經(jīng)由電壓檢測電路7測量電池電壓V，經(jīng)由電流檢測電路5檢測 電流I，并且經(jīng)由溫度檢測電路10檢測溫度Τ。經(jīng)由輸入/輸出部件11將關于所測量的電 壓、電流以及溫度的數(shù)據(jù)傳送到外部設備2。在步驟S26中，外部設備2的集成電路執(zhí)行設置V_new = V并且V_mes [k] = V的處理。在步驟S27中，外部設備2的集成電路執(zhí)行下述處理判斷是否滿足|V_neW_V_ pre < AV_Thresh0對于V_pre，設置在V_neW之前的一個測量獲得的電壓測量值V_ mes[k-l]。應注意的是，當變量k為0時，使用在步驟S23中設置的V_pre的值。AV_Thresh是存儲在外部設備2的集成電路中的預定閾值。AV_Thresh被設置 為無限接近0的數(shù)值，并且通過判斷是否滿足|V_neW-V_pre| < AV_Thresh的處理來獲得 在電壓改變穩(wěn)定時的變量k的值。當在步驟S27中判斷滿足I V_new-V_pre | < Δ V_Thresh時，過程前進到步驟S29。 當在步驟S27中判斷不滿足I V_new-V_pre | < AV_Thresh時，在步驟S28中進行將k遞 增1的處理，并且過程返回到步驟S25。然后，在步驟S25中，對從上次測量開始的時間 AMeasure_Time過去之后獲得的溫度T進行測量。在步驟S29中，外部設備2的集成電路進行計算T2 = k* Δ Measure_Time的處理。 應注意的是，由于使用在電壓改變穩(wěn)定時獲得的值作為該情況下k的值，因此可以通過進 行計算T2 = k*AMeasure_Time的處理來獲得電壓穩(wěn)定時的時間T2。在步驟S30中，外部設備2的集成電路執(zhí)行通過R1 = (Vct-R0*Ict-V_mes [k])/Ict 計算R1的處理。通過該處理，可以檢測阻抗42的值隊。在步驟S31中，外部設備2的集成電路執(zhí)行將變量k的值設置為0的處理。在步 驟S32中，外部設備2的集成電路執(zhí)行關于是否滿足V_mes[k] < V0*0. 367的判斷處理。當在步驟S32中判斷V_mes[k]滿足V_mes[k] < V0*0. 367時，在步驟S33中外部 設備2的集成電路執(zhí)行將k的值遞增1的處理。當在步驟S32中判斷V_mes[k]不滿足V_mes[k] < VQ*0. 367時，過程前進到步驟 S34。然后，在步驟S34中，外部設備2的集成電路使用在過程前進到步驟S34時獲得的k 的值來執(zhí)行下述處理通過Tp = k*AMeasure_Time來計算Tp的值。在步驟S35中，外部設備2的集成電路執(zhí)行下述處理通過C1 = Tp/禮來計算C1 的值。通過該處理，可以檢測電容器43的電容值Q。(電池組的效果)
在根據(jù)本發(fā)明第二實施例的電池組中，可以進行下述處理，所述處理使用了大小 超過安裝在二次電池組21上的集成電路3的存儲器容量的數(shù)據(jù)。例如，通過連續(xù)地將在二 次電池組21側測量的數(shù)據(jù)傳送到外部設備2并存儲并且在外部設備2側計算數(shù)據(jù)，使用大 小超過安裝在二次電池組21上的集成電路的存儲器容量的數(shù)據(jù)的計算成為可能。3.第三實施例接下來，將描述根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池組。在第三實施例的電池組中，檢測 二次電池的阻抗的極化分量。檢測極化分量以便計算二次電池例如由于存儲而引起的退化 程度。應注意的是，第一實施例的電池組的電路結構等適用于根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電 池組的電路結構等。因此，在以下描述中，將描述與第一實施例的電池組的不同點，并且關 于根據(jù)第一實施例的電池組的描述將用于其它部分。(檢測方法)如在第二實施例中描述的那樣，可以由圖9所示的等效電路來表示組成電池單元 1的每個二次電池。如在第二實施例中那樣，第三實施例的電池組計算圖9所示的阻抗42 的值R1和電容器43的電容值C1。圖12是用于說明在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池組中進行的檢測方法的曲線 圖。如圖12A所示，通過對充電-放電控制開關9進行接通/斷開切換，可以消除極化分量 并且可以計算R0= Δν/ΔΙ。由于細節(jié)與第二實施例的電池組相同，因此將省略其描述。圖12Β是示出二次電池的時間t和電壓V之間的關系的曲線圖。橫坐標軸表示時 間t，而縱坐標軸表示電壓V。在圖12B所示的曲線圖中，充電停止時間被設置為t = 0，由 Vct表示t = 0處的測量電壓，并且由Vtl表示在電壓下降之后t = 0處的電壓。由Ict表 示t = 0處的測量電流。由以下表達式表示t > 0處的電壓改變。[表達式5]
Γ t 1V(t^Ri ‘ Ict . Exp--—
I當由Vn表示在任意時間t = Tl處的測量電壓并且由Vt2表示t = T2處的測量電 壓時，可以由以下表達式來表示傾斜-α。[表達式6]
Ri · lot --- Exp (--)= - a
Ri-Cl 八 Rl-Ci可以通過進行計算以上非線性聯(lián)立方程的解的處理來獲得R1和Q。由于該處理 包括計算非線性聯(lián)立方程的解，因此該處理要求較高的計算能力。因此，進行將關于由二次 電池組21測量的電壓、電流和溫度的數(shù)據(jù)傳送到外部設備2并且由外部設備2的集成電路 計算傾斜的處理以及使用以上表達式計算變量R1和C1的處理。外部設備2的處理結 果被傳送到二次電池組21。因此，可以在不向集成電路3放置負擔的情況下進行計算R1和 C1的處理。(電池組的效果)在根據(jù)本發(fā)明第三實施例的電池組中，當希望執(zhí)行超出安裝在二次電池組21上 的集成電路3的處理能力的處理時，可以在不向負載電路3放置負擔的情況下執(zhí)行該處理。4.其它實施例
本發(fā)明不限于以上實施例，并且可以在不背離本發(fā)明要點的情況下進行各種修改 和應用。例如，在以上實施例中使用的表達式中的數(shù)值等僅作為例子，并且可以根據(jù)需要使 用不同的數(shù)值。例如，在第一實施例中，已經(jīng)對通過將電池單元1分成三對獲得的組合電池 a至c的放電曲線進行了處理，以獲得組合電池a至c的電壓變化，并且此后對該變化進行 了比較。然而，本發(fā)明不限于此，例如，可以類似地對組成電池單元1的二次電池31的放電 曲線進行處理，以獲得二次電池31的電壓變化，并且此后對它們進行比較。本申請包含與在2009年2月17日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權專利申請 JP2009-034121中公開的主題內容相關的主題內容，在此通過引用將其全文合并于此。
本領域的技術人員應當理解，在所附權利要求或其等同方案的范圍內，可以根據(jù) 設計要求和其它因素進行各種修改、組合、再組合和變更。
權利要求
一種電池組，包括多個電池；檢測部件，用于測量所述多個電池中每個電池的電壓，以獲得所述多個電池中每個電池在不同的逝去時間處的電壓變化，并且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了所述多個電池中的至少一個電池；以及控制器，用于在由所述檢測部件進行的檢測的結果表示替換了所述多個電池中的至少一個電池時，禁止所述多個電池的使用。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池組， 其中，在充電后的所述多個電池的放電期間，沿時間軸方向對所述多個電池中每個電 池的電壓進行采樣，針對每個樣本獲得所采樣電壓的偏差平方和，并且使用通過對所獲得 的所述偏差平方和進行相加而獲得的值作為所述電壓變化。
3.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中在對所述電壓變化進行比較時，當在第一逝去時間處的電壓變化小于在短于所述 第一逝去時間的第二逝去時間處的電壓變化時，所述檢測部件檢測出替換了所述多個電池 中的至少一個電池。
4.根據(jù)權利要求1所述的電池組，其中所述多個電池中的每個電池包括并聯(lián)連接的多個電池。
5.根據(jù)權利要求1所述的電池組，還包括傳送部件，用于將關于所述多個電池的所測量電壓的數(shù)據(jù)傳送到外部設備；以及 接收部件，用于接收由所述外部設備使用所傳送的數(shù)據(jù)進行的檢測的結果。
6.一種電池組，包括 多個電池；測量部件，用于測量所述多個電池的電壓和電流；傳送部件，用于將關于由所述測量部件測量的電壓和電流的數(shù)據(jù)傳送到外部設備；以及接收部件，用于接收由所述外部設備使用所傳送的關于電壓和電流的數(shù)據(jù)進行的預定 處理的結果。
7.一種檢測方法，包括以下步驟測量包括在電池組中的多個電池中每個電池的電壓，以獲得所述多個電池中每個電池 在不同逝去時間處的電壓變化，并且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了所述多 個電池中的至少一個電池；以及當所檢測的結果表示替換了所述多個電池中的至少一個電池時，禁止所述多個電池的使用。
8.根據(jù)權利要求7所述的檢測方法，其中，在充電后的所述多個電池的放電期間，沿時間軸方向對所述多個電池中每個電 池的電壓進行采樣，針對每個樣本獲得所采樣電壓的偏差平方和，并且使用通過對所獲得 的所述偏差平方和進行相加而獲得的值作為所述電壓變化。
9.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中所述檢測包括在對所述電壓變化進行比較時，當在第一逝去時間處的電壓變化小于在短于所述第一逝去時間的第二逝去時間處的電壓變化時，檢測出替換了所述多個電 池中的至少一個電池。
10.根據(jù)權利要求7所述的檢測方法，其中所述多個電池中的每個電池包括并聯(lián)連接的多個電池。
11.根據(jù)權利要求7所述的檢測方法，還包括以下步驟將關于所述多個電池所測量的電壓的數(shù)據(jù)傳送到外部設備；以及 接收由所述外部設備使用所傳送的數(shù)據(jù)進行的檢測的結果。
12.—種檢測方法，包括以下步驟測量包括在電池組中的多個電池的電壓和電流；將關于所測量的電壓和電流的數(shù)據(jù)傳送到外部設備；以及接收由所述外部設備使用所傳送的關于電壓和電流的數(shù)據(jù)進行的預定處理的結果。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電池組和檢測方法。該電池組包括多個電池；檢測部件，用于測量多個電池中每個電池的電壓，以獲得多個電池中每個電池在不同逝去時間處的電壓變化，并且比較所獲得的電壓變化，從而檢測是否替換了多個電池中的至少一個電池；以及控制器，用于在由檢測部件進行的檢測的結果表示替換了多個電池中的至少一個電池時，禁止多個電池的使用。
文檔編號G01R31/36GK101807732SQ20101011822
公開日2010年8月18日 申請日期2010年2月10日 優(yōu)先權日2009年2月17日
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