CN101039038B - 电池组装置和控制电池组装置的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种电池组装置。该电池组装置包括电池、连接到该电池的电路板和在电路板上的检测单元，该检测单元被配置成通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池的电池输电线。

Description

电池组装置和控制电池组装置的方法
相关申请的交叉引用
本发明包含与2006年3月13日在日本专利局提交的日本专利申请JP2006-067810相关的主题，在这里结合其全部内容作为参考。
技术领域
本发明涉及一种包含一次(primary)或二次(secondary)电池的电池组(battery pack)装置，以及一种控制该电池组装置的方法；特别地，本发明涉及一种能够检测电池移去状态(battery removed state)的电池组装置，以及一种控制该电池组装置的方法。
背景技术
已知一种电池保护电路，在检测到例如电池过电压的异常时，通过利用加热元件熔断热熔丝来阻止充电和放电。例如，日本未审专利申请公开No.2000-357540公开了这种电池保护电路，在检测到电池的过电压时利用加热元件熔断热熔丝并停止充电和放电。
而且，日本专利No.2576525公开了一种包括可从电子装置上拆卸的二次电池的电池组装置。存储在合并在电池组装置中的非易失性存储器中的二次电池的特征数据不定期地更新，以获得二次电池的精确特征。上述专利公开了一种包括非易失性存储器的电池组装置，同时给充电装置配置了一种基于计算器(下面称为CPU)的自动测量单元。在由充电装置保持(held)电池组装置的情况下，自动测量电荷数量、放电特性等等，从而根据这样的数据计算和显示电池的容量。而且，关于放电特性和容量的数据被存储在包括在电池装置中的非易失性存储器中。因此，可以预测电池的寿命，并且可以经济而高效地使用电池。
图1是示出日本专利No.2576525中公开的系统。电池组装置1存储电池群(battery group)(下面称为电池单元)2和非易失性存储器3，该电池群2例如包括如虚线2所示串联连接的多个镍-镉电池，该非易失性存储器3例如由EEPROM形成。在电池组装置1外壳的外表面上的预定位置提供从电池单元2的+(正极)电极引出的连接端子4、从其-(负极)电极引出的连接端子5、以及从非易失性存储器3引出的输入-输出端子6。充电装置7包括具有CPU14的自动测量单元，从而自动测量电荷数量、放电特性等等。
A/D转换器13、加热器21、冷却器22、开关电路15、显示单元19、开关组(switch group)23和接口电路18连接到用作控制中心(hub)的CPU14，并且从CPU14引出输入输出端子10。而且，从接口电路18引出外部输入输出端子20。应该注意，尽管在附图中没有示出，但是CPU14包括ROM综合控制软件、输入输出装置等等。
此外，在充电装置7中形成保持空间(holding space)11，以存储电池组装置1。在形成保持空间11的外壳的外表面上的预定位置提供从开关电路15的端子15a引出的连接端子8、从其端子15b引出的端子9以及从CPU14引出的输入输出端子10。加热器21和冷却器22提供在形成保持空间11的外壳的外表面上，此外，还提供有温度传感器12。加热器21和冷却器22由来自CPU14的控制信号驱动，并且被开启(tum on)，以便在预定范围内的温度条件下最优化电池组装置1中的电池单元2的充电。
充电电路16连接在开关电路15的端子15c和端子15f之间，并且额定负载17连接在端子15e和端子15h之间。此外，开关电路15的端子15d和端子15g断开(open)。开关电路15具有从CPU14向其提供控制信号的控制端子，并且预定的端子15a(15b)有选择地连接到端子15c、15d、15e(15f、15g、15h)。具体而言，在充电时，端子15a连接到端子15c，端子15b连接到端子15f。此外，在测量放电特性时，端子15a连接到端子15e，端子15b连接到端子15h。除了充电和测量放电特性之外，端子15a连接到端子15d，端子15b连接到端子15g。
此外，连接端子8和温度传感器12连接到与CPU14相连接的A/D转换器13。因此，根据需要，关于电池单元2的端子电压、环境温度等等的数据通过A/D转换器13输入到CPU14。CPU14进入与利用开关组23的操作、表示电池组装置1已经存储在保持空间11中的信号等等相对应的各种模式。此外，CPU14执行各种处理，从而控制各个单元，根据需要准备显示信号，并且提供显示信号给显示单元19，以显示预定的信息。
例如，如虚线箭头所示，在电池组装置1存储在保持空间11中的状态下，电池组装置1的连接端子4连接到充电装置7的连接端子8，电池组装置1的连接端子5连接到充电装置7的连接端子9。而且，电池组装置1的输入输出端子6连接到充电装置7的输入输出端子10，因而将非易失性存储器3耦接到CPU14。如果外部输入装置在这种状态下连接到外部输入输出端子20，就使非易失性存储器3进入写入状态。随后，例如表示管理者名字、使用开始日期、ID号等等的数据从所连接的外部输入装置写入，并且通过接口电路18和CPU14提供给非易失性存储器3并存储在其预定的区域中。
此外，一旦在保持空间11中存储电池组装置1，CPU14就自动地取回(retrieve)关于存储在非易失性存储器3中的电荷数量的数据，并且在显示单元19上显示该电荷数量。如果选择了充电模式，CPU14就根据从温度传感器12提供的值来操作加热器21和冷却器22，控制电池组装置1的环境温度为最佳温度，并将充电电路16连接到电池单元2，从而在那种状态下充电。此外，CPU14获得电池单元2的端子电压值并监测该值。如果检测到大于预定电平的电压降，CPU14就终止充电，更新表示电荷数量的标志，并在非易失性存储器3中存储关于电荷数量等等的数据。此外，CPU14每隔预定次数就有选择地处于放电特性测量模式一次，连接额定负载17到电池单元2，获得端子电压，并以预定周期收集关于端子电压的数据，直到端子电压降低到预定的电平。随着具有预定电平的端子电压并且放电特性测量已经结束，CPU14根据关于端子电压的数据计算和显示电池容量，并在非易失性存储器3中存储关于放电特性测量和电池容量的数据。
通过上述处理集中地存储在非易失性存储器3中的各种数据根据需要而通过利用开关组23的操作和在CPU14的处理步骤而被取回，并输入CPU14。在CPU14中准备与该各种数据相对应的显示信号，并提供给显示单元19，从而用字符等等的方式作为信息进行显示。此外，在例如打印机的外部输出装置连接到外部输入输出端子20的情况下，根据需要取回存储在非易失性存储器3中的数据和由CPU14的处理产生的数据，并以硬拷贝(hard copy)的形式输出。因此，通过参考根据处理步骤和根据需要显示的例如电池容量、电荷数量、使用开始日期等等的这种信息，用户可以容易地综合判断电池寿命并能够管理电池历史。
发明内容
在日本待审专利申请公开文本No.2000-357540中公开的用于电池组装置的电池保护电路在检测到例如电池过电压的异常时，通过利用加热元件熔断热熔丝来阻止充电和放电。在上述专利参考文献中，当在充电装置中存储有电池时，所述具有非易失性存储器的电池装置自动测量电荷数量、放电特性等等，根据这种数据计算和显示电池的容量，并在电池组装置中的非易失性存储器中存储关于放电特性和电池容量的数据。因此，可以预测电池寿命，并且可以经济和高效地使用电池。但是，如果包括电池和连接到该电池的电路板的电池组装置被拆开(disassembled)，并用另一个电池单元或不同种电池代替这个电池组装置的电池单元或电池，就难以检测代替电池单元或代替电池的异常状态。具体而言，代替电池单元或代替电池，尤其是锂离子二次电池(下面写成LiB)等等，具有与原始电池单元或原始电池不同的特性，并且可能与电路板的控制规格不一致。结果，在代替电池单元或代替电池连接到上述电路板的情况下，可能不能正常地执行保护操作，因而电池组装置会处于严重的状态。
希望提供一种电池组装置以及控制该电池组装置的方法，该电池组装置包括电池和连接到该电池的电路板，能检测与电路板分离的电池输电线。
根据本发明的实施例，提供一种电池组装置，包括：电池，连接到电池的电路板，以及在电路板上的检测单元，该检测单元被配置成通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池输电线。
根据本发明的实施例，提供一种控制电池组装置的方法，该电池组装置具有电池和连接到该电池的电路板，该方法包括通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池输电线的步骤。
根据本发明实施例的电池组装置和控制该电池组装置的方法，能够检测在包括电池和连接到该电池的电路板的电池组中与电路板分离的电池输电线，并且能够利用在电池组装置中的电路板永久地(permanently)阻止充电和放电。
附图说明
图1是根据现有技术具有非易失性存储器的电池装置的系统图；
图2是示出根据本发明实施例的电池组装置的系统图；
图3A和图3B是示出根据本发明实施例的电池组装置的相关部分的横截面图；
图4是示出当接通电源时根据本发明实施例的电池组装置中的处理的流程图；以及
图5A和图5B是示出当停止供电时根据本发明实施例的电池组装置中的处理的流程图。
具体实施方式
下面参考图2到图5说明根据本发明实施例的电池组装置和控制该电池组装置的方法。图2是示出根据本发明实施例的电池组装置的系统图。图3A和图3B是示出根据本发明实施例的电池组装置的相关部分的横截面图。图4是示出当接通电源时根据本发明实施例的电池组装置和控制电池组装置的方法中的处理的流程图。图5A和图5B是示出当停止供电时根据本发明实施例的电池组装置和控制电池组装置的方法中的处理的流程图。
在说明图2之前，参考图3A和图3B说明电池组装置的相关部分。图3A是电池组装置的横截面图，图3B是图3A的A-A线截面图。下面对与图1中相对应的部分给出相同的附图标记。根据该实施例的电池组装置(下面称为电池组)1包括，例如，含有诸如用于便携式CPU的LiB等等的电池群(电池单元)2和电路板25的外壳26，在该电路板25上装有诸如CPU的IC。
例如，外壳26是由大约18Φmm(D)×65mm(L)的合成树脂或金属制成的大致圆筒形，包括具有多个电池2a、电池2b的电池单元2，该多个电池2a、电池2b串联连接，焊接在一起，并沿长度方向L存储在外壳26中。电路板25包括安装在大致矩形的印刷电路板上的IC和电子元件，例如，至少稍后提到的CPU14、非易失性存储器3、含加热元件的热熔丝30等等。如图3A和图3B所示，电路板25以直立状态(standing posture)沿长度方向L存储在外壳26中，从而与电池单元2相对。在电路板25上的预定位置的电源端子T1、中间端子T2和电源端子T3分别通过导线27焊接到电池单元2的起始端(-)、中间点(+-)和结尾端(+)。而且，提供连接器28以连接到电子装置，例如计算机。
图2是根据本发明实施例的电池组1的系统图。如图2所示，电池单元2的第一LiB2a的(-)电极焊接到包括在电池组1中的电路板25的电源端子T1，电池单元2的第二LiB2b的(+)电极焊接到电源端子T3。第一LiB2a和第二LiB2b的(+)和(-)电极焊接在一起的中间点被焊接到电路板25的中间端子T2。
电路板25上的电源端子T1连接到包括加热元件R1、R2和熔丝F1、F2的含加热元件的热熔丝(下面描述成SCP)30的一个端子，并连接到CPU14的控制端子T8。尽管在附图中没有示出，但是CPU14包括含有控制软件的ROM、RAM等等。SCP30的另一个端子连接到CPU14的电源端子T6以及连接到电路板25上的输出端子T4。中间端子T2连接到CPU14的控制端子T9。串联连接SCP30的加热元件R1和R2的点连接到开关MOSFET31的漏极D。MOSFET31的源极S连接到电源端子T3、CPU14的电源端子T7以及电路板25上的输出端子T5。MOSFET31的栅极G连接到CPU14的控制端子T10。诸如EEPROM的非易失性存储器3连接到CPU14。
电路板25上的CPU14测量电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b的电池电压，并且在电池单元2已经从电路板25移去的情况下，提供使SCP30的加热元件R1和R2产生热的控制信号，从而熔断熔丝F1和F2。因此，如果在移去原始电池单元之后使用另一种电池单元2用于电池组1，充电和放电将永远不可能。CPU14将各种测量数据写入到非易失性存储器3中，并取回这种测量数据，从而检测电源的电压降状态，并根据检测的数据来确定是否熔断SCP30。
图4和图5是提供用于说明检测在从外壳26移去的电池组1中的电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b的方法的流程图。图4示出在根据本发明实施例的电池组1通电时的控制流程图。首先，在步骤S1中，读出写入在非易失性存储器3中的存储数据。在步骤S2中，判断是否上次由于电池电压降停止了电源供应，并且在步骤S2中从非易失性存储器3取出的数据代表“否”的情况下，没有表示由于电池电压降导致电源停止的识别值，处理就进入步骤S3。在步骤S3中，CPU14提供控制数据给MOSFET31的栅极G，从而导通MOSFET31，并且加热SCP30中的加热元件R1和R2，从而熔断熔丝F1和F2。在这种情况下，如果从非易失性存储器3取回的数据表示电路板25的首次启动(activation)，就会阻止步骤S3中的熔断。此外，CPU14可以在非易失性存储器3中存储关于在停止电源供应时电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b的容量、总充电和放电量、电源供应时间等等的数据，并根据这些值，防止发生SCP30中的熔丝F1和F2的熔断。在步骤S3之后，或者在步骤S2中是“是”的情况下，在步骤S4中进行正常的操作。
图5A和图5B示出根据本发明实施例在正常操作时以及在电源供应停止时的控制流程图。在图5A中用虚线所示步骤S4中的正常操作的情况下，处理进行到步骤S5，其中计算电池单元2的剩余量，并进行燃料测量处理(fuelgauge processing)等等；在步骤S5之后，处理进行到步骤S6。在步骤S6中CPU14判断电池单元2的电池电压是否下降，并且在表示电压没有下降的“否”的情况下，处理步骤回到步骤S5，反之，在表示电压下降的“是”的情况下，处理步骤进行到在图5B中用虚线表示的步骤S7。因此，在电池单元2已经从电路板25移去的情况下，在图5A所示的正常操作中不存储停止历史。
在步骤S7中，CPU14写入停止历史到非易失性存储器3，然后在步骤S8中，停止对CPU14的电源供应。具体而言，如图4、图5A和图5B所示，如果在步骤S1中检测到电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b的电压降，处理就进行到步骤S2。如果在步骤S2中证明断电是由电池电压降引起的，表示电源供应停止是由于电池电压降引起的识别值就被写入非易失性存储器3。根据这种控制，如果在电池单元2的充足电池电压的情况下，电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b已经从电路板25移去，表示电池电压降的识别值就不写入非易失性存储器3，因而如图4所示，在下一次通电时，将熔断SCP30中的熔丝F1和F2。
此外，如果电池电压由于电池单元2或者第一LiB2a和第二LiB2b的自放电而下降，并且电路板25的电池电源供应已经停止，就如上所述写入表示电源供应停止是由电池电压降引起的识别值。因此，在下一次接通电源时，熔丝F1和F2将不会熔断，并且可以正常使用。尽管在这个实施例中使用了LiB2a、LiB2b，但是可以理解，也可以使用像碱性锰电池的一次电池、像镍-镉电池的二次电池、像太阳能电池的自然电池或者燃料电池。
如上所述，根据本发明的实施例，电池组1包括电池单元2、电池2a、电池2b以及连接到电池单元2和电池2a、电池2b的电路板25。在电池单元2和电池2a、电池2b从电路板25移去的情况下，配置为检测电源供应电压降的检测单元检测从输电线移去的电池，并且可以永久地阻止充电和放电。因此，即使偶然拆开电池组1，并且在产品运输以后在电路板25上安装另一个电池单元2或者不同种类的其它电池2a、电池2b，电路板25也可以永久地阻止充电和放电，从而提供安全的电池组装置和控制该电池组装置的方法。
此外，根据本发明的实施例，提供一种电池组装置和控制该电池组装置的方法，其中通过配置为检测电源供应电压降的检测单元检测的关于电压降的数据被写入非易失性存储器，并且在下一次通电时，可以通过简单地改变软件而识别断电原因。
此外，根据本发明的实施例，提供一种电池组装置和控制该电池组装置的方法，其中利用非易失性存储器中存储的关于电池电压降的数据，可以永久地阻止充电和放电，因而可以消除由于再利用电池组装置中的电路板引起的危险。
本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其它的因素，可以进行各种修改、组合、再组合以及替换，而它们在附加的权利要求书或者其等价物的范围内。

Claims (7)

1.一种电池组装置，包括：
电池，
连接到电池的电路板，
在电路板上的检测装置，用于通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池的电池输电线，
在所述电路板上的非易失性存储器；以及
在所述电路板上的与所述非易失性存储器通信的CPU，
其中，由检测装置检测的关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中，
在关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中之后，所述CPU被置于断电状态，
所述CPU被配置为当电池组被置于通电状态时读取所述数据，以及
所述电路板包括如果先前的断电状态不是由所述电池电压降导致的、则在所述CPU的控制下熔断熔丝的配置。
2.根据权利要求1的电池组装置，其中：
由检测装置检测的关于电池电压降的数据被存储在非易失性存储器中，以便在下一次通电时识别断电的原因。
3.根据权利要求2的电池组装置，其中：
根据在非易失性存储器中存储的数据永久地阻止利用该电路板来充电和放电。
4.一种控制电池组装置的方法，该电池组装置包括电池和连接到该电池的电路板、在所述电路板上的非易失性存储器、以及在所述电路板上的与所述非易失性存储器通信的CPU，该方法包括以下步骤：
通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池的电池输电线，
将检测的关于电池电压降的数据存储在所述非易失性存储器中，
在关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中之后，将所述CPU置于断电状态，
其中，所述CPU被配置为当电池组被置于通电状态时读取所述数据，以及
所述电路板包括如果先前的断电状态不是由所述电池电压降导致的、则在所述CPU的控制下熔断熔丝的配置。
5.一种电池组装置，包括：
电池，
连接到电池的电路板，和
在电路板上的检测单元，该检测单元被配置成通过检测电池电压降来检测与电路板分离的电池的电池输电线，
在所述电路板上的非易失性存储器；以及
在所述电路板上的与所述非易失性存储器通信的CPU，
其中，由检测单元检测的关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中，
在关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中之后，所述CPU被置于断电状态，
所述CPU被配置为当电池组被置于通电状态时读取所述数据，以及
所述电路板包括如果先前的断电状态不是由所述电池电压降导致的、则在所述CPU的控制下熔断熔丝的配置。
6.一种电池组装置，包括：
电池，
连接到电池的电路板，
配置成检测电池电压的检测单元，以及
控制单元，配置成在由检测单元检测电池电压降时确定从电路板移去的电池，并且控制电池的充电和放电，
在所述电路板上的非易失性存储器；以及
在所述电路板上的与所述非易失性存储器通信的CPU，
其中，由检测单元检测的关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中，
在关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中之后，所述CPU被置于断电状态，
所述CPU被配置为当电池组被置于通电状态时读取所述数据，以及
所述电路板包括如果先前的断电状态不是由所述电池电压降导致的、则在所述CPU的控制下熔断熔丝的配置。
7.一种控制电池组装置的方法，该电池组装置包括电池和连接到该电池的电路板、在所述电路板上的非易失性存储器、以及在所述电路板上的与所述非易失性存储器通信的CPU，该方法包括以下步骤：
检测电池电压，和
在检测电池电压降时确定从电路板移去的电池，并且控制电池的充电和放电，
将检测的关于电池电压降的数据存储在所述非易失性存储器中，
在关于电池电压降的数据被存储在所述非易失性存储器中之后，将所述CPU置于断电状态，
其中，所述CPU被配置为当电池组被置于通电状态时读取所述数据，以及
所述电路板包括如果先前的断电状态不是由所述电池电压降导致的、则在所述CPU的控制下熔断熔丝的配置。
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