專利名稱：電池保護電路、電池保護裝置以及電池組的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對串聯(lián)連接的多個二次電池進行保護的電池保護電路以及電池保護裝置。另外涉及具備該電池保護裝置的電池組。
背景技術：
圖1是表示利用二次電池170的電壓工作的電池保護ICllO的圖。電池保護ICllO內(nèi)置有能夠向電池保護IClio的外部的負載140供電的調(diào)節(jié)器118。因此，從二次電池170供給的電力被電池保護IC110、調(diào)節(jié)器118以及負載140消耗。另外，作為與內(nèi)置調(diào)節(jié)器的電池保護IC相關的現(xiàn)有技術文獻，例如公知有專利文獻I。專利文獻1:日本特開2005-151696號公報但是，在多個二次電池串聯(lián)連接的結構中，若按每個二次電池而設置內(nèi)置調(diào)節(jié)器的電池保護1C，則有時二次電池間的容量平衡容易因調(diào)節(jié)器的輸入輸出的連接方式而崩潰。例如，在圖2的結構的情況下，二次電池150的放電電流經(jīng)過負載140，而二次電池160的放電電流不經(jīng)過負載140，因此二次電池150的電壓容易比二次電池160低。其結果是，二次電池150與160之間的容量平衡容易崩潰。另外，內(nèi)置于利用VDD-VSS間的電壓工作的電池保護IC的調(diào)節(jié)器的輸入輸出間的電壓需要在VDD-VSS間的電壓以下。因此，例如在圖3的結構中，下級的調(diào)節(jié)器118的輸入電壓超過VDD電壓，因此，調(diào)節(jié)器118內(nèi)的晶體管等寄生元件可能工作。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供串聯(lián)連接的二次電池間的容量平衡不容易崩潰的電池保護電路、電池保護裝置以及電池組。為了達成上述目的，本發(fā)明提供一種電池保護電路、電池保護裝置以及電池組，所述電池保護電路針對串聯(lián)連接的多個二次電池的每一個而設置了電池保護1C，所述電池保護IC利用所述多個二次電池中的對應的二次電池的電壓工作，所述電池保護電路具備:恒壓輸出部，所述多個二次電池的最大電壓被輸入到該恒壓輸出部，該恒壓輸出部根據(jù)從所述電池保護IC的輸出端子供給的控制信號而輸出恒定電壓。根據(jù)本發(fā)明，串聯(lián)連接的二次電池間的容量平衡不容易崩潰。


圖1是表示電池保護IC的一個使用例的圖。圖2是表示電池保護IC的一個使用例的圖。圖3是表示電池保護IC的一個使用例的圖。圖4是作為本發(fā)明的一個實施方式的電池組的構成圖。
圖5是電池組的構成的第一具體例子。圖6是電池組的構成的第二具體例子。符號說明1:充電控制用晶體管2:放電控制用晶體管3、4、7:單體連接端子5、6:負載連接端子10、20、110、120:電池保護 IC11 17、21 27:外部端子30:恒壓輸出電路40、140:負載50、60:組電池70、150、160、170:二次電池80:保護模塊90:外部負載100:電池組
具體實施例方式下面，根據(jù)附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖4是作為本發(fā)明的一個實施方式的電池組100的構成圖。電池組100內(nèi)置有:能夠向與負載連接端子5、6連接的外部負載90供電的二次電池70 ;以及保護二次電池70的保護模塊80。電池組100可以內(nèi)置于外部負載90，也可以外掛于外部負載90。作為外部負載90的具體示例，可以列舉電動工具、電動助力自行車以及電動自行車等設備。二次電池70能夠利用與負載連接端子5、6連接的未圖示的充電器進行充電。作為二次電池70的具體示例，列舉鋰離子電、鎳氫電池等。二次電池70由串聯(lián)連接的多個組電池(圖4中例示了兩個組電池50、60)構成。組電池50由多個單體51飛5的串聯(lián)電路構成，組電池60由多個單體61飛5的串聯(lián)電路構成。組電池50的正極與單體51的正極連接，組電池50的負極與單體55的負極連接，組電池60的正極與單體61的正極連接，組電池60的負極與單體65的負極連接。保護模塊80是具有負載連接端子5、負載連接端子6、單體連接端子3、4、7的電池保護裝置。單體連接端子3經(jīng)電源路徑9a而與負載連接端子5相連，單體連接端子4經(jīng)電源路徑9b而與負載連接端子6相連。單體連接端子7經(jīng)電源路徑9c而與后述的電池保護IClO的端子15和電池保護IC20的端子23相連。單體連接端子3與組電池60的正極連接，單體連接端子4與組電池50的負極連接。單體連接端子7與組電池60的負極和組電池50的正極連接。保護模塊80具備晶體管1、2。晶體管I是切斷組電池50和60的充電路徑的充電路徑切斷部，晶體管2是切斷組電池50和60的放電路徑的放電路徑切斷部。在圖4的情況下，晶體管I切斷組電池50和60的充電電流流經(jīng)的電路路徑％，晶體管2切斷組電池50和60的放電電流流經(jīng)的電源路徑9b。晶體管1、2是切換電源路徑9b的導通和切斷的開關元件，晶體管1、2串聯(lián)插入于電源路徑％。晶體管1、2例如是MOSFET (金屬氧化物半導體場效應晶體管)。晶體管I以晶體管I的寄生二極管的順方向為組電池50和60的放電方向的方式插入于電源路徑％，晶體管2以晶體管2的寄生二極管的順方向為組電池50和60的充電方向的方式插入于電源路徑％。另外，晶體管1、2也可以是IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)或雙極型晶體管等其它半導體元件。另外，也可以在晶體管1、2的漏極-源極間(或者集電極-發(fā)射極間)追加二極管。保護模塊80具有與組電池50、60相同個數(shù)的電池保護IC (以下稱為“保護1C”)
10、20。保護IClO、20都進行組電池50和60的保護動作。保護IClO是與組電池50并聯(lián)連接、利用組電池50的正極和負極間的電池電壓Vl工作的集成電路，保護IC20是與組電池60并聯(lián)連接、利用組電池60的正極和負極間的電池電壓V2工作的集成電路。保護IClO和20分別由單獨的芯片構成，并由相同的電路構成。保護IClO的充放電控制部19通過檢測保護IClO的端子15(VDD端子)與端子13(VSS端子)之間的電壓來監(jiān)視組電池50的電池電壓VI。同樣地，保護IC20的充放電控制部29通過檢測保護IC20的端子25 (VDD端子)與端子23 (VSS端子)之間的電壓來監(jiān)視組電池60的電池電壓V2。端子13、15是保護IClO用的電源端子，端子23、25是保護IC20用的電源端子。端子15是與電源路徑9c連接的正側電源端子，端子13是與電源路徑9b連接的負側電源端子。端子25是與電源路徑9a連接的正側電源端子，端子23是與電源路徑9c連接的負側電源端子。保護模塊80，從保護IQ0的端子11，輸出使晶體管I導通的高電平信號，并輸出使晶體管I截止的低電平信號。保護IC10，通過使晶體管I導通而容許對組電池50和60進行充電的方向的電流流經(jīng)電源路徑％，通過使晶體管I截止而禁止對組電池50和60進行充電的方向的電流流經(jīng)電源路徑9b。另外，保護模塊80，從保護IQ0的端子12，輸出使晶體管2導通的高電平信號，并且輸出使晶體管2截止的低電平信號。保護IC10，通過使晶體管2導通而容許使組電池50和60放電的方向的電流流經(jīng)電源路徑9b，通過使晶體管2截止而禁止使組電池50和60放電的方向的電流流經(jīng)電源路徑9b。同樣地，保護模塊80，從保護IClO的端子21，輸出使晶體管I導通的高電平信號，并輸出使晶體管I截止的低電平信號。在圖4的情況下，從端子21輸出的信號被輸入保護IClO的端子17，保護IC20經(jīng)保護IClO使晶體管I導通和截止。保護IC20，通過使晶體管I導通而容許對組電池50和60進行充電的方向的電流流經(jīng)電源路徑％，通過使晶體管I截止而禁止對組電池50和60進行充電的方向的電流流經(jīng)電源路徑％。另外，保護模塊80，從保護IC20的端子22，輸出使晶體管2導通的高電平信號，并且輸出使晶體管2截止的低電平信號。在圖4的情況下，從端子22輸出的信號被輸入保護IClO的端子16，保護IC20經(jīng)保護IClO使晶體管2導通和截止。保護IC20，通過使晶體管2導通而容許使組電池50和60放電的方向的電流流經(jīng)電源路徑％，通過使晶體管2截止而禁止使組電池50和60放電的方向的電流流經(jīng)電源路徑9b。充放電控制部19具有過充電檢測電路，該過充電檢測電路通過針對組電池50檢測到預定的第一過充電檢測閾值以上的電池電壓，而認為檢測到了組電池50的過充電，并輸出充電異常檢測信號。充放電控制部19，在輸出了針對組電池50的充電異常檢測信號的時候，從端子11輸出使晶體管I截止的低電平信號。另一方面，充放電控制部29具有過充電檢測電路，該過充電檢測電路通過針對組電池60檢測到預定的第二過充電檢測閾值以上的電池電壓，而認為檢測到了組電池60的過充電，并輸出充電異常檢測信號。充放電控制部29，在輸出了針對組電池60的充電異常檢測信號的時候，從端子21輸出使晶體管I截止的低電平信號。從端子21輸出的信號經(jīng)端子17被供給到充放電控制部19。因此，充放電控制部19，在從充放電控制部19和充放電控制部29中的至少一個控制部輸出了充電異常檢測信號的時候，從保護IClO的端子11輸出低電平信號，從而使晶體管I截止。由此，無關乎晶體管2的導通狀態(tài)和截止狀態(tài)，能夠保護組電池50和60避免過充電。另外，即使組電池50和60中只有一個組電池發(fā)生了充電異常，也能夠禁止對組電池50和60兩者的充電。其結果是，不僅能夠禁止檢測到充電異常的組電池的充電，還能夠禁止正常的組電池的充電。另外，充放電控制部19具有過放電檢測電路，該過放電檢測電路通過針對組電池50檢測到預定的第一過放電檢測閾值以下的電池電壓，而認為檢測到了組電池50的過放電，并輸出放電異常檢測信號。充放電控制部19，在輸出了針對組電池50的放電異常檢測信號的時候，從端子12輸出使晶體管2截止的低電平信號。另一方面，充放電控制部29具有過放電檢測電路，該過放電檢測電路通過針對組電池60檢測到預定的第二過放電檢測閾值以下的電池電壓，而認為檢測到了組電池60的過放電，并輸出放電異常檢測信號。充放電控制部29，在輸出了針對組電池60的放電異常檢測信號的時候，從端子22輸出使晶體管2截止的低電平信號。從端子22輸出的信號經(jīng)端子16被供給到充放電控制部19。因此，充放電控制部19，在從充放電控制部19和充放電控制部29中的至少一個控制部輸出了放電異常檢測信號的時候，從保護IClO的端子12輸出低電平信號，從而使晶體管2截止。由此，無關乎晶體管I的導通狀態(tài)和截止狀態(tài)，能夠保護組電池50和60避免過放電。另外，即使組電池50和60中只有一個組電池發(fā)生了放電異常，也能夠禁止組電池50和60兩者的放電。其結果是，不僅能夠禁止檢測到放電異常的組電池的放電，還能夠禁止正常的組電池的放電。此外，充放電控制部19和29也可以具有充電過電流檢測電路。充電過電流檢測電路，通過檢測到預定的充電過電流檢測閾值以下的負側端子間電壓，而認為檢測到對組電池50和60充電的方向的過電流(充電過電流)，并輸出充電異常檢測信號。所謂負側端子間電壓是負載連接端子6與單體連接端子4之間的電壓。充放電控制部19，在從充放電控制部19和充放電控制部29中的至少一個充電過電流檢測電路輸出了充電異常檢測信號的時候，從保護IClO的端子11輸出低電平信號，從而使晶體管I截止。由此，無關乎晶體管2的導通狀態(tài)和截止狀態(tài)，還能夠保護組電池50和60避免充電過電流。另外，充放電控制部19和29也可以具有放電過電流檢測電路。放電過電流檢測電路，通過檢測到預定的放電過電流檢測閾值以上的負側端子間電壓，而認為檢測到使組電池50和60放電的方向的過電流(放電過電流)，并輸出放電異常檢測信號。充放電控制部19，在從充放電控制部19和充放電控制部29中的至少一個放電過電流檢測電路輸出了放電異常檢測信號的時候，從保護IClO的端子12輸出低電平信號，從而使晶體管2截止。由此，無關乎晶體管I的導通狀態(tài)和截止狀態(tài)，還能夠保護組電池50和60避免放電過電流。另外，保護IClO具有電壓控制部18。電壓控制部18經(jīng)保護IClO的端子14輸出控制恒壓輸出電路30的動作的控制信號Vc。端子14是用于由保護IClO對設置于保護IClO的外部的恒壓輸出電路30供給控制信號Vc的外部輸出端子。另一方面，保護IC20也一樣，具有電壓控制部28。但是，電壓控制部28并沒有經(jīng)保護IC20的端子24與恒壓輸出電路30連接。保護模塊80具有作為恒壓輸出部的恒壓輸出電路30，該恒壓輸出電路30根據(jù)從保護IClO的端子14供給的控制信號Vc而輸出恒定電壓Vrg。二次電池70的最大電壓Vin(即，電池電壓Vl和電池電壓V2之和)被輸入到恒壓輸出電路30。S卩，恒壓輸出電路30從構成二次電池70的組電池50、60中的電位最高的組電池60的正極接受供電。恒壓輸出電路30對經(jīng)與組電池60的正極連接的電源路徑9a而輸入的最大電壓Vin進行降壓轉換，從而輸出電壓值低于最大電壓Vin的恒定電壓Vrg。從恒壓輸出電路30輸出的恒定電壓Vrg被供給到安裝于保護模塊80的負載40。負載40與電源路徑9b連接，該電源路徑9b與構成二次電池70的組電池50、60中的電位最低的組電池50的負極連接。這樣，在圖4的情況下，保護IClO利用組電池50的電池電壓Vl工作，而保護IC20利用組電池60的電池電壓V2工作，恒壓輸出電路30利用作為組電池50的電池電壓Vl與組電池60的電池電壓V2之和的二次電池70整體的電池電壓Vin工作。即，恒壓輸出電路30不是利用構成二次電池70的組電池50、60中的一部組電池的電池電壓工作的電路。由此，能夠抑制蓄積于一部組電池的容量不平衡地減小，因此，組電池50和組電池60間的容量平衡不容易崩潰。由于容量平衡不容易崩潰，因此能夠抑制作為電池組100可使用的總容量降低而導致充放電效率低。圖5是更具體地表示圖4的電池組100的第一構成例子。溫度檢測IC41是利用從恒壓輸出電路30供給的恒定電壓Vrg工作的負載。溫度檢測IC41是被集成電路化的溫度檢測部，其用于檢測電池組100內(nèi)的二次電池70的溫度。保護IC10、20使用由溫度檢測IC41檢測到的溫度來進行構成二次電池70的組電池50、60的保護動作。例如，保護IC10、20的上述的充放電控制部，在由溫度檢測IC41檢測到的溫度在預定的溫度閾值以上的時候，輸出充電異常檢測信號或者放電異常檢測信號。通過充電異常檢測信號的輸出，晶體管I截止，由此，能夠防止組電池50和60在高溫時被充電。另外，通過放電異常檢測信號的輸出，晶體管2截止，由此能夠防止組電池50和60在高溫時放電。恒壓輸出電路30具有由電阻35與晶體管31的串聯(lián)電路構成的串聯(lián)調(diào)節(jié)器，來作為恒壓生成部，該恒壓生成部按照從保護ICio的輸出端子14a供給的控制信號Vc而生成恒定電壓Vrg?？刂菩盘朧c被輸入到晶體管31的控制電極(例如柵極或者基極)。電阻35的一個端部與電源路徑9a連接 ，電阻35的另一端部與晶體管31的第一主電極(例如，漏極或者集電極)連接。晶體管31的第二主電極(例如源極或者發(fā)射極)與作為輸出恒定電壓Vrg的端子的、溫度檢測IC41的電源端子以及保護IClO的輸入端子14b連接。作為晶體管31的具體示例，可以列舉MOSFET或雙極型晶體管等半導體原件。保護IClO具有生成用于控制恒壓輸出電路30的晶體管31的控制信號Vc的電壓控制部18，以使得經(jīng)輸入端子14b反饋的恒定電壓Vrg為預定的恒定電壓。電壓控制部18具有電阻18a、18b、放大器18c以及基準電壓源18d。放大器18c對與由電阻18a、18b檢測到的恒定電壓Vrg對應的檢測電壓同基準電壓源18d的基準電壓的誤差進行放大，將放大后的電壓作為控制信號Vc輸出。恒壓輸出電路30，根據(jù)從檢測到恒定電壓Vrg超過了預定值的電壓控制部18供給的控制信號Vc，而停止恒定電壓Vrg的輸出。由此，例如能夠防止由于溫度檢測IC41短路故障而導致流過過電流。圖6是更具體地表示圖4的電池組100的第二構成例子。對于與圖5相同的結構省略說明。圖6的恒壓輸出電路30針對每個控制信號而具有恒壓生成部，該恒壓生成部按照從保護IC的輸出端子供給的控制信號而生成恒定電壓。即，圖6的恒壓輸出電路30具體晶體管31作為按照從保護IClO的輸出端子14a供給的控制信號Vcl而生成恒定電壓Vrgl的恒壓生成部，并具有晶體管32作為按照從保護IC20的輸出端子24a供給的控制信號Vc2而生成恒定電壓Vrg2的恒壓生成部?？刂菩盘朧cl被輸入到晶體管31的控制電極(例如，柵極或者基極)，控制信號Vc2被輸入到晶體管32的控制電極(例如，柵極或者基極)。晶體管32的第一主電極與電源路徑9a連接。晶體管32的第二主電極與作為輸出恒定電壓Vrg2的端子的、晶體管31的第一主電極和保護IC20的輸入端子24b連接。晶體管31的第二主電極與作為輸出恒定電壓Vrgl的端子的、溫度檢測IC41的電源端子以及保護IClO的輸入端子14b連接，作為晶體管31、32的具體示例,可列舉MOSFET或雙極型晶體管等半導體元件。保護IClO具有生成用于控制恒壓輸出電路30的晶體管31的控制信號Vcl的電壓控制部18，以使得經(jīng)輸入端子14b反饋的恒定電壓Vrgl為預定的恒定電壓。另外，保護IC20具有生成用于控制恒壓輸出電路30的晶體管32的控制信號Vc2的電壓控制部28，以使得經(jīng)輸入端子24b反饋的恒定電壓Vrg2為預定的恒定電壓。電壓控制部18、28的結構與圖5所示的結構相同。根據(jù)圖6的結構，由于從最大電壓Vin減去恒定電壓Vrgl得到的差電壓被晶體管31和32分壓，因此，晶體管31、32能夠使用耐壓低的元件。另外，即使晶體管31發(fā)生短路故障，保護IC20通過控制信號Vc2使晶體管32截止，由此能夠防止流過過電流，即使晶體管32發(fā)生短路故障，保護IClO通過控制信號Vcl使晶體管31截止，由此能夠防止流過過電流。由此，針對晶體管31、32的短路故障的安全性提高。以上，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施例進行了詳細說明，但是本發(fā)明并不限定于上述的實施例，在不超過本發(fā)明的范圍的情況下可以對上述實施例進行各種的變形、改良、置換以及組合。例如，例示了構成二次電池70的組電池的串聯(lián)數(shù)量為2個的情況，但是對于3個以上的情況也可以做同樣的考慮。另外，晶體管I和晶體管2可以將圖示的配置位置相互置換。另外，上述的實施例是將充電控制用晶體管I和放電控制用晶體管2插入到負側的電源路徑9b的方式。但是，也可以是將充電控制用晶體管I和放電控制用晶體管2插入到正側的電源路徑9a的方式。另外，上述的恒壓輸出電路30是輸出恒定電壓的降壓電路，但是也可以是輸出恒定電壓的升壓電路。此外，上述的負載40不限定于溫度檢測1C，也可以是其它負載。例如，也可以是監(jiān)視二次電池70的剩余容量的剩余容量1C，也可以是用于識別各個電池組的認證1C。
權利要求
1.一種電池保護電路，其針對串聯(lián)連接的多個二次電池的每一個而設置了電池保護1C，所述電池保護IC利用所述多個二次電池中的對應的二次電池的電壓工作，所述電池保護電路的特征在于， 所述電池保護電路具備:恒壓輸出部，所述多個二次電池的最大電壓被輸入至該恒壓輸出部，該恒壓輸出部根據(jù)從所述電池保護IC的輸出端子供給的控制信號而輸出恒定電壓。
2.根據(jù)權利要求1所述的電池保護電路，其特征在于， 所述恒壓輸出部具有:恒壓生成部，其按照所述控制信號而生成所述恒定電壓。
3.根據(jù)權利要求2所述的電池保護電路，其特征在于， 所述恒壓輸出部針對所述控制信號的每一個而具有所述恒壓生成部。
4.根據(jù)權利要求1至3中的任一項所述的電池保護電路，其特征在于， 所述恒壓輸出部在所述恒定電壓超 過預定值時停止所述恒定電壓的輸出。
5.根據(jù)權利要求1至4中的任一項所述的電池保護電路，其特征在于， 所述電池保護電路具有利用所述恒定電壓工作的負載。
6.根據(jù)權利要求5所述的電池保護電路，其特征在于， 所述負載包括溫度檢測部。
7.根據(jù)權利要求6所述的電池保護電路，其特征在于， 所述電池保護IC使用由所述溫度檢測部檢測到的溫度來保護所述多個二次電池。
8.—種電池保護裝置，其特征在于，具備: 權利要求1至7中的任一項所述的電池保護電路；以及 按照所述電池保護電路的控制輸出而切斷流經(jīng)所述多個二次電池的電流的切斷部。
9.一種電池組,其特征在于,具備: 權利要求8所述的電池保護裝置；以及 所述多個二次電池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池保護電路、電池保護裝置以及電池組，其使得串聯(lián)連接的二次電池間的容量平衡不容易崩潰。電池保護電路對構成二次電池(70)的串聯(lián)連接的組電池(50、60)進行保護，所述電池保護電路具備電池保護IC(10)，其利用組電池(50)的電池電壓(V1)工作；電池保護IC(20)，其利用組電池(60)的電池電壓(V2)工作；以及恒壓輸出電路(30)，二次電池(70)的最大電壓(Vin)(電池電壓V1和電池電壓V2之和)被輸入到該恒壓輸出電路(30)，該恒壓輸出電路(30)根據(jù)從電池保護IC(10)的輸出端子供給的控制信號(Vc)而輸出恒定電壓(Vrg)。
文檔編號H02H7/18GK103219708SQ201310002589
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月5日 優(yōu)先權日2012年1月23日
發(fā)明者木村大輔 申請人:三美電機株式會社