電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及一種電池組，該電池組包括具有至少一個可充電電池的電池并且該電池組執(zhí)行從充電器到電池的充電以及從電池到電動機(jī)驅(qū)動器械的電力供給(放電)。
【背景技術(shù)】
[0002]如在公開的日本專利第5281843號中所公開的，例如，附接至諸如電動工具和電動機(jī)驅(qū)動操作機(jī)器的電動機(jī)驅(qū)動器械并且為其供給電力的電池組包括:電池，具有至少一個可充電電池；控制電路，監(jiān)視電池電壓、在對電池進(jìn)行充電期間流向電池的電流以及在電池的放電期間從電池流出的電流，從而控制電池的充電和放電；以及外部端子對，用于到外部裝置(充電器或電動機(jī)驅(qū)動器械)的電連接。
[0003]電池組還可以包括保護(hù)元件，當(dāng)在電池組中發(fā)生異常時，該保護(hù)元件抑制電流流過連接電池與外部端子的電流路徑。
[0004]如果當(dāng)電池組異常時電流流過連接電池與外部端子的電流路徑，則保護(hù)元件切斷電池與外部端子之間的電連接，從而保護(hù)電池和外部裝置(充電器或電動機(jī)驅(qū)動器械)免受損壞。例如，保護(hù)元件可以包括熔斷器、自控保護(hù)器(SCP)或FET。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在以上所述的電池組中，當(dāng)保護(hù)元件異常(發(fā)生故障)時，不能適當(dāng)?shù)厍袛嚯姵嘏c外部端子之間的電連接，因此可能不能保護(hù)電池和外部裝置(充電器或電動機(jī)驅(qū)動器械)。
[0006]例如，在包括SCP作為保護(hù)元件的電池組中，在用于熔斷SCP中的熔斷器的加熱器處于開路故障狀態(tài)(斷開故障狀態(tài))的情況下，SCP中的熔斷器不能被熔斷，并且不能適當(dāng)?shù)厍袛嚯姵嘏c外部端子之間的電連接。作為結(jié)果，可能不能保護(hù)電池和外部裝置(充電器或電動機(jī)驅(qū)動器械)。
[0007]替選地，在包括FET作為保護(hù)元件的電池組中，在FET中發(fā)生短路的情況下，F(xiàn)ET不能被關(guān)斷(至開路狀態(tài))，并且不能適當(dāng)?shù)厍袛嚯姵嘏c外部端子之間的電連接。作為結(jié)果，可能不能保護(hù)電池和外部裝置(充電器或電動機(jī)驅(qū)動器械)。
[0008]在本公開的實施例的一個方面中，優(yōu)選的是，在包括保護(hù)元件的電池組中，即使在保護(hù)元件異常的情況下，當(dāng)電池組異常時也可以抑制電流流動。
[0009]本公開的實施例的一個方面的電池組包括電池、控制單元、外部端子對、第一電流切斷單元以及第二電流切斷單元。
[0010]電池包括至少一個可充電電池?？刂茊卧慌渲贸杀O(jiān)視電池的狀態(tài)以及控制電池的充電和放電中的至少一個。外部端子對被配置成用于外部裝置的電連接。
[0011 ] 第一電流切斷單元設(shè)置在電力供給路徑中，該電力供給路徑通過連接電池與外部端子對而形成，并且充電電流和放電電流中的至少一個流過該電力供給路徑。第一電流切斷單元被配置成基于來自控制單元的命令轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)和切斷狀態(tài)之一，從而使得電力供給路徑轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)和切斷狀態(tài)之一。第二電流切斷單元在電力供給路徑中串聯(lián)連接到第一電流切斷單元。第二電流切斷單元被配置成基于來自控制單元的命令轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)和切斷換狀態(tài)之一，從而使得電力供給路徑轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)和切斷狀態(tài)之一。
[0012]當(dāng)電池的充電和放電都未被執(zhí)行時，控制單元確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元是正常還是異常。因此，在電池組中，可以在抑制對電池的充電操作或放電操作施加有害影響的情況下，確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元的狀態(tài)。
[0013]當(dāng)?shù)谝浑娏髑袛鄦卧偷诙娏髑袛鄦卧獌烧呔r，控制單元使得第一電流切斷單元和第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)。因此，在使得能夠進(jìn)行電池組中的電池的充電操作和放電操作時，當(dāng)電池組異常時，可以由第一電流切斷單元和第二電流切斷單元執(zhí)行保護(hù)操作(電池與外部端子之間的電連接的切斷)。
[0014]當(dāng)?shù)谝浑娏髑袛鄦卧偷诙娏髑袛鄦卧械闹辽僖粋€異常時，控制單元使得第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)。因此，可以適當(dāng)?shù)厍袛嚯姵嘏c外部端子之間的電連接，從而當(dāng)電池組異常時抑制電流流動。
[0015]因此，根據(jù)本方面的電池組，即使當(dāng)用作保護(hù)元件的第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個異常時，當(dāng)電池組異常時也可以抑制電流流動。
[0016]接下來，在以上所述的電池組中，控制單元可以在電池組從外部裝置斷開之后確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常。
[0017]在電池組從外部裝置斷開之后很短的一段時間內(nèi)，電池組沒有連接至外部裝置(充電器、電動機(jī)驅(qū)動器械等)，并且電池的充電和放電都沒有執(zhí)行。因此，這是用于檢查第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常的適當(dāng)定時。
[0018]接下來，在以上所述的電池組中，外部端子對可以包括第一外部端子和第二外部端子，電池可以包括正電極和負(fù)電極，第一電流切斷單元可以設(shè)置在電力供給路徑中從電池的負(fù)電極延伸到第一外部端子的路徑中，以及第二電流切斷單元可以設(shè)置在電力供給路徑中從電池的正電極延伸到第二外部端子的路徑中。
[0019]當(dāng)確定第一電流切斷單元是正常還是異常時，控制單元可以使得第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且使得第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)，并且在這樣的狀況下，控制單元可以基于從第一電流切斷單元延伸到第一外部端子的第一電力供給路徑中的電勢而確定第一電流切斷單元是正常還是異常。
[0020]具體地，在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下，如果第一電流切斷單元正常，則第一電力供給路徑中的電勢為獨立于電池的負(fù)電極中的電勢的值。然而，如果第一電流切斷單元異常(具體地，短路異常狀態(tài))，則第一電力供給電路中的電勢與電池的負(fù)電極中的電勢近似相同。
[0021]因此，在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下，可以基于第一電力供給路徑中的電勢確定第一電流切斷單元是正常還是異常。
[0022]接下來，在第一電流切斷單元設(shè)置在從電池的負(fù)電極延伸到第一外部端子的路徑中并且第二電流切斷單元設(shè)置在從電池的正電極延伸到第二外部端子的路徑中的情況下，以上所述的電池組可以包括狀態(tài)確定電路，該狀態(tài)確定電路被布置為將從第一電流切斷單元延伸到第一外部端子的第一電力供給路徑與從第二電流切斷單元延伸到第二外部端子的第二電力供給路徑彼此連接。
[0023]狀態(tài)確定電路包括:二極管，允許電流在電池的放電方向上流動；電阻性元件，串聯(lián)連接到二極管的陽極；以及齊納二極管，該齊納二極管的陰極和陽極分別連接到二極管的陽極和地電勢，該地電勢為電池的負(fù)電極中的電勢。
[0024]狀態(tài)確定電路中的齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢可以用于確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常，這是因為該電勢根據(jù)第一電力供給路徑中的電勢或第二電力供給路徑中的電勢而變化。
[0025]例如，當(dāng)要確定第一電流切斷單元的狀態(tài)(正?；虍惓?時，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元正常，則電流經(jīng)由電阻性元件和齊納二極管從第二電力供給路徑流動到地，因此在齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與齊納二極管的擊穿電壓相對應(yīng)的電勢。與此相反，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元異常(具體地，短路異常狀態(tài))，則電流經(jīng)由電阻性元件、二極管以及第一電流切斷單元從第二電力供給路徑流動到電池，因此在齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與二極管的正向電壓相對應(yīng)的電勢。
[0026]替選地，例如，當(dāng)要確定第二電流切斷單元的狀態(tài)(正?；虍惓?時，如果在第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第一電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)的狀況下第二電流切斷單元正常，則沒有或基本上沒有電流流過狀態(tài)確定電路，因此在齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與地電勢相對應(yīng)的低電勢，其中，互連點經(jīng)由齊納二極管連接到地。與此相反，如果在第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第一電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)的狀況下第二電流切斷單元異常(具體地，短路狀態(tài))，則電流經(jīng)由電阻性元件和齊納二極管從第二電力供給路徑流動到地，因此在齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與齊納二極管的擊穿電壓相對應(yīng)的電勢。
[0027]因此，控制單元可以基于在狀態(tài)確定電路中的齊納二極管的陰極與二極管的陽極之間的互連點處的電勢，確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常。
[0028]S卩，在本方面的電池組中，狀態(tài)確定電路使得可以確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常。
[0029]要注意的是，第一電力供給路徑中的電勢包括第一電流切斷單元中的電勢，并且第二電力供給路徑中的電勢包括第二電流切斷單元中的電勢。
[0030]接下來，在第一電流切斷單元設(shè)置在從電池的負(fù)電極延伸到第一外部端子的路徑中并且第二電流切斷單元設(shè)置在從電池的正電極延伸到第二外部端子的路徑中的情況下，以上所述的電池組可以包括第二狀態(tài)確定電路，該第二狀態(tài)確定電路被布置為連接到:從第一電流切斷單元延伸到第一外部端子的第一電力供給路徑；從第二電流切斷單元延伸到第二外部端子的第二電力供給路徑；以及輸出指定驅(qū)動電壓的電壓輸出端子。
[0031]第二狀態(tài)確定電路包括:包括端子對的確定電阻器單元、包括陽極和陰極的確定二極管、以及包括端子對的開關(guān)單元。
[0032]確定電阻器單元的端子對中的第一端子連接到電壓輸出端子，并且確定電阻器單元的端子對中的第二端子連接到確定二極管的陽極。
[0033]開關(guān)單元的端子對中的第一端子連接到確定二極管的陰極，并且開關(guān)單元的端子對中的第二端子連接到第一電力供給路徑。開關(guān)單元被配置成當(dāng)在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間產(chǎn)生電勢差時，將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電連接，以及開關(guān)單元被配置成當(dāng)在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間未產(chǎn)生或基本上未產(chǎn)生電勢差時，將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電切斷。要注意的是，“基本上未產(chǎn)生電勢差”可以表示電勢差等于或小于指定閾值。
[0034]在第二狀態(tài)確定電路中的確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢可以用于確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常，這是因為該電勢根據(jù)在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間是否產(chǎn)生電勢差而變化。
[0035]例如，當(dāng)要確定第一電流切斷單元的狀態(tài)(正?；虍惓?時，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元和第二電流切斷單元兩者均正常，則在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間未產(chǎn)生或基本上未產(chǎn)生電勢差。作為結(jié)果，開關(guān)單元將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電切斷，因此經(jīng)由確定電阻器單元、確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元從電壓輸出端子流向電池的負(fù)電極的電流不流動。此時，確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與從電壓輸出端子輸出的驅(qū)動電壓相對應(yīng)的電勢。
[0036]與此相反，當(dāng)要確定第一電流切斷單元的狀態(tài)(正?；虍惓?時，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)并且第二電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元異常(具體地，短路異常狀態(tài))并且第二電流切斷單元正常，則在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間產(chǎn)生電勢差。作為結(jié)果，開關(guān)單元將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電連接，因此經(jīng)由確定電阻器單元、確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元從電壓輸出端子流向電池的負(fù)電極的電流流動。此時，確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元中的電壓降相對應(yīng)的電勢。
[0037]因此，通過測量在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)并且第二電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢，并且通過使用所測量的電勢，可以確定第一電流切斷單元的狀態(tài)(正常或異常)。
[0038]另一方面，當(dāng)要確定第二電流切斷單元的狀態(tài)(正常或異常)時，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)并且第二電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元和第二電流切斷單元兩者均正常，則在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間產(chǎn)生電勢差。作為結(jié)果，開關(guān)單元將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電連接，因此經(jīng)由確定電阻器單元、確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元從電壓輸出端子流向電池的負(fù)電極的電流流動。此時，確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元中的電壓降相對應(yīng)的電勢。
[0039]與此相反，當(dāng)要確定第二電流切斷單元的狀態(tài)(正?；虍惓?時，如果在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)并且第二電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下第一電流切斷單元正常并且第二電流切斷單元異常(具體地，斷開異常狀態(tài))，則在第一電力供給路徑與第二電力供給路徑之間未產(chǎn)生電勢差。作為結(jié)果，開關(guān)單元將確定二極管的陰極與第一電力供給路徑彼此電切斷，因此經(jīng)由確定電阻器單元、確定二極管、開關(guān)單元、第一電力供給路徑以及第一電流切斷單元從電壓輸出端子流向電池的負(fù)電極的電流不流動。此時，確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢為與從電壓輸出端子輸出的驅(qū)動電壓相對應(yīng)的電勢。
[0040]因此，通過測量在第一電流切斷單元轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)并且第二電流切斷單元也轉(zhuǎn)變?yōu)橥姞顟B(tài)的狀況下確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢，并且通過使用所測量的電勢，可以確定第二電流切斷單元的狀態(tài)(正常或異常)。
[0041]因此，控制單元可以基于第二狀態(tài)確定電路中的確定電阻器單元的端子對中的第二端子與確定二極管的陽極之間的互連點處的電勢，確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元是正常還是異常。
[0042]S卩，在本方面的電池組中，第二狀態(tài)確定電路使得可以確定第一電流切斷單元和第二電流切斷單元中的至少一個是正常還是異常。
[0043]要注意的是，第一電力供給路徑中的電勢包括第一電流切斷單元中的電勢，并且第二電力供給路徑中的電勢包括第二電流切斷單元中的電勢。
[0044]接下來，在以上所述的電池組中，第一電流切斷單元可以包括開關(guān)元件，該開關(guān)元件串聯(lián)連接到電力供給路徑并且能夠選擇性地接通和關(guān)斷；并且第二電流切斷單元可以包括至少一個保護(hù)電路，該至少一個保護(hù)電路包括串聯(lián)連接到電力供給路徑的熔斷器以及使得熔斷器熔斷的加熱元件。
[0045]當(dāng)?shù)谝浑娏髑袛鄦卧淮_定為異常時，控制單元可以使得第二電流切斷單元中的加熱元件通電以使得熔斷器熔斷，從而切斷電力供給路徑。
[0046]以這種方式，通過使得第二電流切斷單元中的加熱元件通電以使得熔斷器熔斷，即使在第一電流切斷單元異常的情況下，當(dāng)電池組異常時也可以可靠地抑制電流流過電力供給路徑。
[0047]接下來，在以上所述的電池組中，在第二電流切斷單元包括保護(hù)電路的情況下，控制單元可以基于第二電流切斷單元中的加熱元件中的電勢確定第二電流切斷單元是正常還是異常。
[0048]具體地，當(dāng)包括保護(hù)電路的第二電流切斷單元正常時，加熱元件中的電勢與電池的正極中的電勢近似相同。然而，當(dāng)包括保護(hù)電路的第二電流切斷單元異常(具體地，斷開異常狀態(tài))時，加熱元件中的電勢獨立于電池的正電極中的電勢。
[0049]因此，基于加熱元件中的電勢，可以確定包括保護(hù)電路的第二電流切斷單元是正常或異常。
[0050]接下來，在以上所述的電池組中，在第二電流切斷單元包括至少一個保護(hù)電路的情況下，該至少一個保護(hù)電路可以包括彼此并聯(lián)連接的多個保護(hù)電路。
[0051 ] 在電池組中，多個保護(hù)電路中的每個可以包括通電控制單元，該通電控制單元連接到加熱元件并且允許用于使得熔斷器熔斷的電流流過加熱元件。控制單元可以基于多個保護(hù)電路之一中的加熱元件中的電勢而確定第二電流切斷單元是正常還是異常。
[0052]通過使用包括彼此并聯(lián)連接的多個保護(hù)電路的第二電流切斷單元，即使在充電電流或放電電流為大電流的情況下，也可以經(jīng)由第二電流切斷單元執(zhí)行通電。
[0053]另外，由于多個保護(hù)電路的每個中的連接到加熱元件的通電控制單元的存在，多個保護(hù)電路可以正常地操作。
[0054]此外，連接到加熱元件的通電控制單元設(shè)置在多個保護(hù)電路的每個中，從而使得可以抑制意料之外的大電流連續(xù)地流過多個加熱元件并且可以正常地操作多個保護(hù)電路中的每個。
[0055]接下來，在以上所述的電池組中，在第一電流切斷單元設(shè)置在從電池的負(fù)電極延伸到第一外部端子的路徑中并且第二電流切斷單元設(shè)置在從電池的正電極延伸到第二外部端子的路徑中的情況下，第一電流切斷單元可以包括串聯(lián)連接到電力供給路徑并且能夠選擇性地接通和關(guān)斷的開關(guān)元件，并且第二電流切斷單元可以包括串聯(lián)連接到電力供給路徑并且能夠選擇性地接通和關(guān)斷的開關(guān)元件。
[0056]當(dāng)確定第二電流切斷單元是正常還是異常時，控制單元可以使得第一電流切斷單元和第二電流切斷單元兩者均轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)，并且可以基于從第二電流切斷單元延伸到第二外部端子的第二電力供給路徑中的電勢而確定第二電流切斷單元是正常還是異常。
[0057]具體地，在第一電流切斷單元和第二電流切斷單元兩者均轉(zhuǎn)變?yōu)榍袛酄顟B(tài)的狀況下，如果第二電