電池組的異常檢測方法、電池組和電子設備的制作方法

專利名稱：電池組的異常檢測方法、電池組和電子設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及對具有多個電池單元(battery cell)的電池組進行異常檢測的方法，更具體地，涉及通過檢測電池單元的諸如阻抗的狀態數據、并使得該狀態數據能夠用于異常判斷和充電/放電控制，來對電池組進行異常檢測的方法，以及電池組和電子設備。
背景技術：
具有多個電池單元的電池組通常用于諸如個人計算機(PC)等的各種電子設備的電源。因為多個電池單元被組合成電池組，所以電池組中的各個電池單元可以容易地產生劣化差異。由于電池組特性的原因，所以難以檢測電池單元的不均衡以及電池單元塊中一側的電池單元的異常。
關于這種電池組，存在公開了以下內容的出版物通過對流經并聯連接的各個電池單元的電流的均衡性進行檢測來檢測電池異常的結構(日本專利申請特開2000-133318號公報， 段)；檢測電池電壓和阻抗來判斷是否可以高速充電(日本專利申請特開2004-215398號公報， 、 、 段以及圖3)；測量電流和電壓以防止電池組的過充電(日本專利申請特開平11(1999)-252809號公報， 、 段，圖3、4)；以及通過對構成電池組的各個電池單元的電壓進行監測來檢測異常(日本專利申請特開2004-31273號公報， 段以及圖1)。
常規地，已知的方法是，例如通過對充電期間增加到規定電壓的時間進行測量，如果在規定時間內未充電到規定電壓則判斷電池組為異常，從而檢測具有組合電池(具有多個電池單元)的電池組的異常。為了電池組的安全保證，存在一保護裝置，用于通過將各個電池單元的電壓控制在規定電壓內來允許充電/放電。然而，這難以檢測異常，除非電池組中的電池單元短路，或者在電池單元的電壓之間產生了大的差異。
作為例如在使用組合電池(將三個由兩個電池單元并聯而成的電路串聯)的情況下的電池組的結構，將三個電池單元塊(每個電池單元塊中并聯連接有兩個電池單元)串聯構成。在該情況下，難以檢測組合電池的特定電池單元的異常，因為如果構成電池單元塊的一側的電池單元有異常，則另一側的電池單元的電壓負載過量，而電池單元塊作為整體看上去工作正常。
上述日本專利申請特開2000-133318號公報公開了對這種組合電池的異常檢測，其通過監測在并聯連接的各個電池單元中流動的電流的均衡性來檢測電池異常。在該結構中，除非在兩側的電池單元之間存在劣化差異，否則不能夠檢測到異常。
除非存在諸如不能夠充電/放電的嚴重故障，否則無論如何都不能知道異常。因此，存在這樣的缺點允許對具有由電池單元的劣化引起的不均衡電池單元塊的電池組或者具有已劣化的電池單元的電池組進行充電。
在日本專利申請特開2000-133318號公報、日本專利申請特開2004-215398號公報、日本專利申請特開平11(1999)-252809號公報以及日本專利申請特開2004-31273號公報中的任一個中都沒有公開上述問題，在這些出版物中沒有教導或建議這些問題的任何解決方案。

發明內容
鑒于具有多個電池單元的電池組的上述問題，本發明的第一個目的是檢測電池組中的異常。
本發明的第二個目的是在與電池組相連的或具有內置電池組的電子設備側檢測電池組的異常。
為了實現上述第一個和第二個目的，根據本發明的第一方面，提供了一種電池組的異常檢測方法，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該方法包括檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗偏離了規定范圍的步驟。
根據上述結構，通過對構成電池組的多個電池單元的阻抗進行監測并對是否至少一個電池單元的阻抗偏離了規定范圍進行檢測，如果阻抗偏離了規定范圍，則將其判斷為異常。此處，該規定范圍對應在電池單元正常工作情況下的阻抗范圍。在該情況下，構成電池組的電池單元由兩個或更多個電池單元形成，無論它們是串聯連接還是并聯連接。
為了實現上述第一和第二目的，根據本發明第二方面，提供了一種電池組的異常檢測方法，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該方法包括檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗變化超出了規定范圍的步驟。
根據上述結構，因為電池單元的阻抗隨運行狀態和使用時間而變化，所以通過監測阻抗變化就可以知道電池單元的狀態。檢測是否至少一個電池單元的阻抗變化超出規定范圍，如果阻抗變化超出規定范圍，則將其判斷為異常。在此，該規定范圍對應其中電池單元的阻抗變化被認為正常的范圍。在該情況下，阻抗變化包括電池單元之間的阻抗差。
為了實現上述目的，電池組的異常檢測方法可以包括測量所述電池單元的阻抗的步驟。在該情況下，可以基于電流和電壓來獲得阻抗，然而，可以具有直接測量阻抗的結構。阻抗變化可以根據在不同時間點處的阻抗來獲得，或者可以是多個電池單元之間的阻抗差。
為了實現上述目的，電池組的異常檢測方法可以包括根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來測量或預測所述電池單元的阻抗的步驟。根據上述結構，可以根據相對于由充電電流引起的電流變化的電壓變化來測量或預測阻抗。
為了實現上述目的，電池組的異常檢測方法可以包括根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來測量或預測所述電池單元的阻抗的步驟。根據上述結構，可以根據相對于由放電電流引起的電流變化的電壓變化來測量或預測阻抗。
為了實現上述第一目的，根據本發明的第三方面，提供了一種具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元的電池組，該電池組包括檢測部，用于檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗偏離了規定范圍。
根據上述結構，設置在電池組中的檢測部監測構成電池組的多個電池單元的阻抗，并檢測是否至少一個電池單元的阻抗偏離了規定范圍。如果阻抗偏離了，則將其判斷為異常。在此，規定范圍和電池單元如上所述。
為了實現上述第一目的，根據本發明的第四方面，提供了一種具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元的電池組，該電池組包括檢測部，用于檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。
根據上述結構，設置在電池組中的檢測部監測構成電池組的多個電池單元的阻抗變化，并檢測是否至少一個電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。如果阻抗變化超出了，則將其判斷為異常。在此，規定范圍和電池單元如上所述。
為了實現上述目的，電池組可以包括用于測量所述電池單元的阻抗的測量部。根據該結構，電池組具有設置在其中的用于測量阻抗的測量部，因此可以由電池組自身來監測阻抗。
為了實現上述目的，電池組可以包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來計算或預測所述電池單元的阻抗。
為了實現上述目的，電池組可以包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來計算或預測所述電池單元的阻抗。
為了實現上述目的，電池組可以根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
為了實現上述第二目的，根據本發明的第五方面，提出了一種與電池組相連的電子設備，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該電子設備包括檢測部，用于檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗偏離了規定范圍。根據該結構，電子設備側具有構成電池組的電池單元的阻抗檢測部，因此，可以在電子設備側監測阻抗。
為了實現上述第二目的，根據本發明的第六方面，提出了一種與電池組相連的電子設備，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該電子設備包括檢測部，用于檢測是否至少一個所述電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。根據該結構，電子設備側具有構成電池組的電池單元的阻抗變化檢測部，因此，可以在電子設備側監測阻抗變化。
為了實現上述目的，電子設備可以包括測量部，用于測量所述電池組的各個所述電池單元的阻抗。
為了實現上述目的，電子設備可以包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來計算或預測所述電池單元的阻抗。
為了實現上述目的，電子設備可以包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應的電壓變動量來計算或預測所述電池單元的阻抗。
為了實現上述目的，電子設備可以根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
為了實現上述目的，電子設備可以包括用于接收由所述電池組測量的數據的接收部，其與用于發送所述數據的發送部對應。
根據本發明，對于具有組合電池(包括多個電池單元)的電池組，可以檢測到電池單元的不均衡以及特定電池單元的異常，因此可以防止在異常狀態下使用電池組。從而可以有助于改善電池組的安全性。
通過參照附圖和各個實施例來更加清楚地理解本發明的其它目的、特征和優點。


圖1是根據本發明第一實施例的電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
圖2是根據本發明第一實施例的電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
圖3是根據本發明第二實施例的電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
圖4是根據本發明第二實施例的電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
圖5示出了根據本發明第三實施例的電池組。
圖6是示出了異常檢測部的框圖。
圖7是示出了異常檢測的操作的流程圖。
圖8是示出了在異常時的操作的流程圖。
圖9是根據本發明第四實施例的電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
圖10示出了根據本發明第五實施例的電池組。
圖11示出了根據本發明第五實施例的電池組和電子設備。
圖12示出了根據本發明第六實施例的電池組和電子設備。
圖13示出了根據本發明第七實施例的電池組。
圖14示出了根據本發明其它實施例的電子設備。
具體實施例方式參照圖1和圖2來說明本發明的第一實施例。圖1是在使用充電電流的情況下電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。圖2是在使用放電電流的情況下電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。
電池組2具有組合電池4和一對輸出端子6、8。組合電池4具有將正極設置在輸出端子6側而將負極設置在輸出端子8側的多個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b。對于電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b，將一對并聯連接的電池單元41a和41b(電池單元塊41)、一對并聯連接的電池單元42a和42b(電池單元塊42)以及一對并聯連接的電池單元43a和43b(電池單元塊43)串聯連接。換言之，組合電池4具有兩并聯(two-parallel)和三串聯(three-series)相組合的結構。電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的每一個是具有充電和放電功能的二次(secondary)電池(蓄電池)，其例如由鋰離子電池構成。因此，在輸出端子6和8之間將電池單元塊41、42和43的累計電壓取出。
根據圖1所示的電池組2，假設蓄電池充電器裝置10與輸出端子6、8相連以便對組合電池4充電，蓄電池充電器裝置10向電池單元塊41、42和43的每一個施加電壓，那么充電電流就會流動。在該情況下，總電流“I”作為充電電流在組合電池4中流動。
在該電流“I”正在流動的情況下對電池單元塊41、42和43的電壓進行測量，并將所測電壓設為V1、V2和V3。在電流“I’”正在流動的情況下對電池單元塊41、42和43的電壓進行測量，并將所測電壓設為V’1、V’2和V’3。
對于各個電池單元塊41、42和43，根據電壓V1、V2、V3、V’1、V’2和V’3以及電流“I”和“I’”來計算阻抗Z。
電池單元塊41的阻抗Z41、電池單元塊42的阻抗Z42以及電池單元塊43的阻抗Z43可通過以下等式這樣來定義Z41＝(V’1-V1)/(I’-I)…(1)Z42＝(V’2-V2)/(I’-I)…(2)Z43＝(V’3-V3)/(I’-I)…(3)在正常狀態下，認為阻抗Z41、Z42和Z43是Z41Z42Z43因此(V’1-V1)/(I’-I)(V’2-V2)/(I’-I)(V’3-V3)/(I’-I)…(4)另一方面，在異常狀態下，認為阻抗Z41、Z42和Z43是Z41≠Z42≠Z43因此(V’1-V1)/(I’-I)≠(V’2-V2)/(I’-I)≠(V’3-V3)/(I’-I)…(5)對于阻抗Z41、Z42和Z43，假設阻抗Z41和Z42的阻抗變化(差)為ΔZ412，假設阻抗Z42和Z43的阻抗變化(差)為ΔZ423，假設阻抗Z43和Z41的阻抗變化(差)為ΔZ431。可以根據以下等式來表示阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431ΔZ412＝Z41-Z42
＝{(V’1-V1)/(I’-I)}-{(V’2-V2)/(I’-I)}…(6)ΔZ423＝Z42-Z43＝{(V’2-V2)/(I’-I)}-{(V’3-V3)/(I’-I)}…(7)ΔZ431＝Z43-Z41＝{(V’3-V3)/(I’-I)}-{(V’1-V1)/(I’-I)}…(8)在正常狀態下，阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431被認為是ΔZ412ΔZ423ΔZ431…(9)另一方面，在異常狀態下，阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431被認為是ΔZ412≠ΔZ423≠ΔZ431…(10)因此，阻抗變化更大。
以上說明是圖1所示的充電的情況。圖2示出了諸如電子設備的負載11取代蓄電池充電裝置10與輸出端子6、8相連。在該情況下，盡管僅僅電流“I”和“I’”的流動方向與圖1所示的情況不同，但是可以通過測量與電流I和I’對應的電壓V1、V’1、V2、V’2、V3和V’3，來將利用等式(1)至等式(10)所說明的以上計算等應用在該情況中。
接下來，以下是測量阻抗Z41、Z42和Z43，以及阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431的意義。
認為與其中構成電池單元塊41、42和43的電池單元對的兩側都處于正常狀態的情況相比，在該電池單元對的一側產生異常的情況下內部阻抗增加。另外，存在這樣的趨勢，即內部阻抗在電池單元的劣化增加的情況下也增加。因此，可以通過測量各個電池單元塊41、42和43的阻抗來預測電池單元的不均衡以及特定電池單元的異常。
例如，不可以僅因為在正常狀態下具有內部阻抗Zo＝200(mΩ)的鋰離子電池在電流不流動的狀態下呈現3(V)的電壓而解釋為異常，也不可以僅因為在施加1(A)的充電電流進行充電的狀態下呈現4(V)的電壓而解釋為異常。然而，如果在電流不流動的狀態下具有特定電壓3(V)的電池單元通過施加1(A)的充電電流呈現4(V)的電壓，則內部阻抗Ze被定義為Ze＝(4-3)/1＝1(Ω)，因此Ze/Zo＝1(Ω)/200(mΩ)＝5，這導致5倍于正常阻抗的阻抗。
以這種方式，即使不能通過簡單地比較電壓或電流來檢測電池單元的異常，也能夠利用通過計算阻抗或阻抗變化而獲得的阻抗或阻抗變化來檢測或判斷電池單元的異常。
因此，可以根據上述阻抗數據來了解電池組2的異常狀態，并且可以如下來判斷正常或異常<1>通過規定阻抗Z41、Z42、Z43的最大容許范圍(Zra±ΔZa)，如果阻抗Z41、Z42或Z43中的任一個偏離最大容許范圍(Zra±ΔZa)，則判斷為異常。在該情況下，如果所有阻抗Z41、Z42、Z43都偏離最大容許范圍(Zra±ΔZa)，則可以判斷為異常。
<2>通過規定阻抗變化(差)ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431的最大容許范圍ΔZb，如果阻抗變化ΔZ412、ΔZ423或ΔZ431中的任一個超出最大容許范圍ΔZb，則判斷為異常。在該情況下，如果所有阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431都超出最大容許范圍ΔZb，則也可以判斷為異常。
根據上述結構，可以對包括組合電池4的電池組2的狀態(諸如電池單元的不均衡、電池單元的異常)進行準確的檢測。可以提前防止使用異常電池。因此，可以有助于改善電池組的安全性。
接下來，參照圖3和圖4來說明本發明的第二實施例。圖3是在使用充電電流的情況下電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。圖4是在使用放電電流的情況下電池組及其異常檢測方法的解釋性電路圖。對于與圖1和圖2中相同的組件，在圖3和圖4中使用相同的標記。
根據第二實施例的電池組2與第一實施例的相同，因此，這里省略了對電池組的各個組成部分的說明。
根據本實施例，對各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流以及電池單元塊41、42和43的電壓進行測量。通過測量在各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b中流動的電流來計算阻抗。在第一實施例中，對電池組2的總電流“I”進行測量，而在本實施例中，對在各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b中流動的電流進行測量。
在本實施例中，測量電池單元塊41、42和43的電壓分別為V1、V2和V3。相對于各個電池單元塊41、42和43的電壓V1、V2和V3，測量電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流分別為I1a、I1b、I2a、I2b、I 3a和I3b。此外，相對于各個電池單元塊41、42和43的電壓V’1、V’2和V’3，測量電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流分別為I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a和I’3b。根據這些測量，計算電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的阻抗為Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b。通過以下等式來定義阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3bZ1a＝(V’1-V1)/(I’1a-I1a)…(11)Z1b＝(V’1-V1)/(I’1b-I1b)…(12)Z2a＝(V’2-V2)/(I’2a-I2a)…(13)Z2b＝(V’2-V2)/(I’2b-I2b)…(14)Z3a＝(V’3-V3)/(I’3a-I3a)…(15)Z3b＝(V’3-V3)/(I’3b-I3b)…(16)在正常狀態下，可以如下來定義這些阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3bZ1aZ1bZ2aZ2bZ3aZ3b(V’1-V1)/(I’1a-I1a)(V’1-V1)/(I’1b-I1b)(V’2-V2)/(I’2a-I2a)(V’2-V2)/(I’2b-I2b)(V’3-V3)/(I’3a-I3a)(V’3-V3)/(I’3b-I3b)…(17)另一方面，在異常狀態的情況下正常工作期間的阻抗Z1aZ1bZ2aZ2bZ3aZ3b變成以下不等式Z1a≠Z1b≠Z2a≠Z2b≠Z3a≠Z3b…(18)
另外，例如對于上述阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b，假設各個電池單元塊41、42、、43的阻抗變化(差)為ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab。將阻抗變化(差)ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab定義為ΔZ1ab＝Z1a-Z1b＝{(V’1-V1)/(I’1a-I1a)}-{(V’1-V1)/(I’1b-I1b)}…(19)ΔZ2ab＝Z2a-Z2b＝{(V’2-V2)/(I’2a-I2a)}-{(V’2-V2)/(I’2b-I2b)}…(20)ΔZ3ab＝Z3a-Z3b＝{(V’3-V3)/(I’3a-I3a)}-{(V’3-V3)/(I’3b-I3b)}…(21)正常狀態下的阻抗變化ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab如下ΔZ1abΔZ2abΔZ3ab…(22)在導致大的阻抗變化的異常狀態下，上面的等式變成以下不等式ΔZ1ab≠ΔZ2ab≠ΔZ3ab…(23)以上說明是圖3所示的充電的情況。圖4示出了諸如電子設備的負載11取代蓄電池充電器裝置10與輸出端子6、8相連。在該情況下，盡管僅僅電流I1a、I1b、I2a、I2b、I3a、I3b、I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a和I’3b的流動方向與圖3所示的情況不同，但是可以通過測量與電流I1a、I1b、I2a、I2b、I3a、I3b、I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a和I’3b對應的電壓V1、V’1、V2、V’2、V3和V’3，將利用等式(11)至等式(23)所說明的以上計算等應用在該情況中。
因此，可以根據上述的不均衡數據來了解電池組2的異常狀態，可以如下來判斷正常或異常<3>通過規定阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b的最大容許范圍(Zrc±ΔZc)，如果阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b中的任一個偏離最大容許范圍(Zrc±ΔZc)，則判斷為異常。在該情況下，如果所有阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b都偏離最大容許范圍(Zrc±ΔZc)，則可以判斷為異常。
<4>通過規定阻抗變化(差)ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab的最大容許范圍ΔZd，如果阻抗變化ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab中的任一個超出最大容許范圍ΔZd，則判斷為異常。在該情況下，如果所有阻抗變化ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab都超出最大容許范圍ΔZd，則也可以判斷為異常。
此外，根據上述結構，可以對包括組合電池4的電池組2的狀態(諸如電池單元的不均衡、電池單元的異常)進行準確的檢測。可以提前防止使用異常電池。因此，可以有助于改善電池組的安全性。
接下來，參照圖5來說明本發明的第三實施例。圖5示出了電池組2的結構示例。對于與圖1中相同的組件，在圖5中使用相同的標記。
該電池組2設置有組合電池4，并且容納有電壓測量部12、電流測量部14、異常檢測部16、顯示部18和開關部(SW)20，作為用于檢測組合電池4的異常的檢測部和用于計算阻抗和阻抗變化的處理部。電壓測量部12測量組合電池4的電壓。電流測量部14測量組合電池4的電流。異常檢測部16根據電壓測量部12和電流測量部14測量的數據來檢測組合電池4的異常。顯示部18顯示異常。通過異常檢測部16的輸出來控制SW 20。在該電池組2中，組合電池4的正電壓從輸出端子6獲得，而組合電池4的負電壓來自輸出端子8。在放電時，輸出端子6、8與諸如個人計算機(PC)等的作為負載的電子設備(作為供電對象)相連。在充電時，輸出端子6、8與上述蓄電池充電器裝置10相連。
組合電池4的結構如上所述(參照圖1)。作為可再充電的二次電池，例如，將鋰離子電池用于各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b。
電壓測量部12包括與各個電池單元塊41、42和43對應的電壓測量部121、122和123，用于分別測量電壓。各個電壓測量部121、122和123例如由電壓計構成。
在組合電池4的負電極側與輸出端子8之間連接有電流檢測電阻器22。通過電流測量部14來測量流過電流檢測電阻器22的電流“I”。在該情況下，假設“I”表示流過電流檢測電阻器22的電流，“r”表示電流檢測電阻器22的電阻值，產生電壓降為“r.I”。通過使用電壓降“r.I”，通過測量電壓來測量電流。電流“I”被提供給異常檢測部16作為用于計算的數據，并用于檢測異常狀態等。
異常檢測部16例如由微計算機構成，其根據電池單元塊41、42和43的電壓V1、V2和V3，以及總電流“I”或流過電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的各個電流的測量數據來計算上述阻抗；根據計算結果來判斷狀態是正常還是異常；產生它的通知顯示輸出；并且執行對SW 20的開/關控制。上述處理<1>至<4>中的任一個都可以用于判斷阻抗。
顯示部18包括液晶顯示器(LCD)或發光二極管，用于顯示表示正常或異常以及警告的消息。
通過來自異常檢測部16的輸出來打開或閉合SW 20。意思是，在異常時，SW 20將組合電池4的正極側與輸出端子6之間的線路24斷開。
在該電池組2中，在充電時將蓄電池充電器裝置10(參照圖1和圖3)與輸出端子6、8相連；在放電時將諸如電子設備等的負載11與輸出端子6、8相連(參照圖2和圖4)。
接下來，參照圖6對異常檢測部16的結構示例進行說明。圖6是表示異常檢測部16的結構示例的框圖。對于與圖5中相同的組件，在圖6中使用相同的標記。
如上所述，該異常檢測部16由具有處理器160、存儲器部162和定時器164等的微計算機構成。處理器160執行存儲在存儲器部162中的各種程序，其執行上述的計算、異常判斷以及開關控制等處理。存儲器部162具有只讀存儲器(ROM)和隨機存取存儲器(RAM)作為存儲介質。ROM存儲控制程序166和異常檢測程序168等。RAM存儲由電壓測量部121、122和123測量的電壓數據以及由電流測量部14測量的電流數據等。定時器164是用于產生測量定時等的定時裝置。以預定時間間隔產生的定時用于執行電壓和電流測量、阻抗計算等等。
接下來，參照圖7和圖8對電池組2的異常檢測及其相應處理的示例進行說明。圖7是示出了阻抗測量以及與測量結果相對應的處理的流程圖。圖8是示出了在異常時開關控制的流程圖。由該流程圖執行的處理與上述處理<1>或<3>相對應，以解釋圖1至圖4。
圖5所示的電池組2的輸出端子6、8與蓄電池充電器裝置10(參照圖1)相連以開始充電狀態，或者電池組2的輸出端子6、8與負載11(參照圖2)相連以開始放電狀態。在這些設定狀態下，在任意時間點處獲得電壓數據(步驟S1)，并且獲得電流數據(步驟S2)。
在該情況下，獲得總電流“I”，并且在電流“I”流動的同時從電池單元塊41、42和43獲得電壓V1、V2和V3。在與獲得電流“I”的時間點不同的任意時間點處獲得另一電流“I’”，并且在電流“I’”流動的同時獲得電壓V’1、V’2和V’3。根據電壓數據和電流數據計算阻抗Z(步驟S3)。關于阻抗Z的計算，使用等式(1)至(3)來計算阻抗Z41、Z42和Z43。
在計算阻抗之后，由RAM的數據保存存儲區來保存所獲得的電壓數據和電流數據(步驟S4)，判斷所算出的阻抗Z41、Z42和Z43是否在基準范圍內，即，上述最大容許范圍(Zra±ΔZa)(步驟S5)。
如果阻抗Z41、Z42和Z43中的任一個偏離了最大容許范圍(Zra±ΔZa)，則產生表明異常的輸出并通知該異常(步驟S6)，并且流程到達步驟S7。如果阻抗Z41、Z42和Z43在基準范圍(Zra±ΔZa)內，則流程繞過步驟S6跳到步驟S7，在步驟S7監測經過的時間，并且在經過預定時間之后流程返回到步驟S1。
參照步驟S1至S3，存在另一種方法，即，通過在任意時間點處獲得電池單元塊41、42和43的電壓V1、V2和V3，并且分別獲得各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流I1a、I1b、I2a、I2b、I3a、I3b，以及通過在與上述任意時間點不同的時間點處獲得電壓V’1、V’2和’V3，并獲得電流I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a、I’3b，根據該電壓數據和電流數據也可以計算阻抗Z(步驟S3)。對于阻抗Z的計算，可以使用等式(11)至(16)來計算阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b。
在計算了阻抗之后，由RAM的數據保存存儲區來保存所獲得的電壓數據和電流數據(步驟S4)，判斷所算出的阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b中的任何一個是否都在基準范圍內，即上述最大容許范圍(Zrc±ΔZc)(步驟S5)。簡言之，根據所檢測的狀態判斷是正常狀態還是異常狀態。根據該判斷結果，進一步執行步驟S6和S7。
通過在電池組2中執行上述步驟，可以在設置在電池組2中的顯示部18中找出異常通知。該通知成為更換電池組2的時機，從而提高了安全性。
如圖8所示，根據作為狀態判斷的正常或異常判斷(步驟S11)，在檢測到異常的情況下，基于判斷的輸出，將SW 20切換為關斷，以使其處于斷開(OFF)狀態，線路24被斷開(步驟S12)。根據這些步驟，在檢測到異常之后，充電和放電的任一個都不能在電池組2中進行，從而確保了安全性。
接下來，參照圖9來說明本發明的第四實施例。圖9是示出了阻抗測量以及與測量結果相應的處理的流程圖，是圖7所示的電池組2的異常檢測及其相應處理的另一實施例。該流程圖中的步驟與上述對應于對圖1至圖4的說明的<2>或<4>相對應。
圖5所示的電池組2的輸出端子6、8與蓄電池充電器裝置10(參照圖1)相連以開始充電狀態，或者電池組2的輸出端子6、8與負載11(參照圖2)相連以開始放電狀態。在這些設定狀態下，在任意時間點處獲得電壓數據(步驟S21)，并且獲得電流數據(步驟S22)。
在該情況下，獲得總電流“I”，并且在電流“I”流動的同時從電池單元塊41、42和43獲得電壓V1、V2和V3。在與獲得電流“I”的時間點不同的任意時間點處獲得另一電流“I’”，并且在電流“I’”流動的同時獲得電壓V’1、V’2和V’3。根據電壓數據和電流數據計算阻抗Z以計算阻抗變化ΔZ(步驟S23)。對于阻抗Z和阻抗變化ΔZ的計算，使用等式(1)至(8)來計算阻抗Z41、Z42和Z43，以及阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431。
在計算出阻抗變化之后，由RAM的數據保存存儲區來保存所獲得的電壓、電流和阻抗數據(步驟S24)，判斷所算出的阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431中是否有任何一個超出了基準范圍，即上述最大容許范圍ΔZb(步驟S25)。
如果阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431中的任何一個超出了基準范圍ΔZb，則產生表明了異常的輸出，并通知該異常(步驟S26)，并且流程到達步驟S27。如果阻抗變化ΔZ412、ΔZ423和ΔZ431都在基準范圍ΔZb內，則流程繞過步驟S26跳到步驟S27，并且在步驟S27監測經過的時間，當經過預定時間后流程返回步驟S21。
參照步驟S21至S23，有另一種方法，即，通過在任意時間點處獲得電池單元塊41、42和43的電壓V1、V2和V3，并且分別獲得各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流I1a、I1b、I2a、I2b、I3a、I3b，以及通過在與上述任意時間點不同的時間點處獲得電壓V’1、V’2和’V3，并獲得電流I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a、I’3b，根據該電壓數據和電流數據也可以計算阻抗Z和阻抗變化ΔZ(步驟S23)。對于阻抗變化ΔZ的計算，可以使用等式(11)至(21)來計算阻抗Z1a、Z1b、Z2a、Z2b、Z3a和Z3b以及阻抗變化ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab。
在計算出阻抗之后，由RAM的數據保存存儲區來保存所獲得的電壓、電流和阻抗數據(步驟S24)，判斷所算出的阻抗變化ΔZ1ab、ΔZ2ab和ΔZ3ab中是否都在基準范圍內，即上述最大容許范圍ΔZd(步驟S25)。簡言之，根據所檢測的狀態來判斷狀態是正常還是異常。根據該判斷結果，進一步執行步驟S26和S27。
通過在電池組2中執行上述步驟，可以在設置在電池組2中的顯示部18中找出異常通知。該通知成為更換電池組2的時機，從而提高了安全性。
在這些處理中，如上所述，僅需要執行圖8所示的處理。根據狀態判斷(步驟S11)，在檢測到異常的情況下，基于判斷的輸出，將SW 20切換為斷開，以使其處于斷開(OFF)狀態，線路24被斷開(步驟S12)。根據這些步驟，在檢測到異常之后，充電和放電的任一個都不能在電池組2中進行，從而確保了安全性。

接下來，參照圖10和圖11來說明本發明的第五實施例。圖10示出了根據本發明第五實施例的電池組的結構示例。圖11示出了與電池組相連的電子設備的結構示例。對于與圖5中相同的組件，在圖10和圖11中使用相同的標記。
根據本實施例的電池組2，將組合電池4的測量數據傳送到電子設備30(參照圖11)。在電子設備30側，根據測量數據來執行異常判斷和判斷顯示，并且根據判斷結果對電池組2側的SW 20執行開/關控制。
如圖10所示，電池組2具有組合電池4、上述電壓測量部12、電流測量部14、SW 20以及通信部32。與圖6所示的異常檢測部16類似，通信部32具有處理器160和存儲器部162等，通信部32接收電壓測量部12和電流測量部14的測量數據，并且具有從電子設備30接收控制數據的通信功能。發送這樣的測量數據和接收控制數據是經由通信端子7來執行的。根據來自通信部32的控制數據來打開或關閉SW 20。在異常時，線路24被斷開。
與上述結構的電池組2相連的電子設備30包括例如個人計算機(PC)。如圖11所示，電子設備30具有電源電路34、微計算機36、中央處理單元(CPU)38、芯片組50、主顯示部52、副顯示部54、饋電端子56、通信端子57以及饋電端子58。
在該電子設備30中，電源電路34包括例如DC-DC轉換器。從電池組2向電源電路34供電，用于產生電子設備30側所需電能。微機算機36形成上述異常檢測部16，并具有處理器160、存儲器部162和定時器164。存儲器部162存儲控制程序166和異常檢測程序168等。副顯示部54顯示測量數據的判斷的輸出等。
CPU 38、芯片組50和主顯示部52是電子設備30側的組成部分。CPU38根據存儲在存儲器部(未示出)中的程序來執行各種計算處理。芯片組50執行數據處理和數據控制。主顯示部52包括液晶顯示器(LCD)等，用于顯示信息。
在該結構中，在從微計算機36向電池組2側發送取得測量數據的指示的情況下，將電壓測量部12和電流測量部14測量的各個測量數據從通信部32發送到微機算機36。可以在微計算機36側進行阻抗和阻抗變化的計算以及狀態判斷。這些計算和判斷如上所述。
如果判斷結果為正常狀態，則將電子設備30的控制數據傳送到通信部32以使SW 20連接，并維持通電。如果判斷結果為異常狀態，則將電子設備30的控制數據傳送到通信部32以使SW 20打開，并通過斷開線路24來解除通電。可以在放電或充電的任一種情況下執行通電的維持或解除。
根據上述結構，將電池組2側的測量數據傳送到電子設備30，因此可以在電子設備30側執行狀態判斷，并且只要在電池組2中存在異常，充電/放電操作的任一個都被禁止，從而確保了安全。
接下來，參照圖12來說明本發明的第六實施例。圖12示出了根據本發明第六實施例的與電池組相連的電子設備的結構示例。對于與圖5和圖11中相同的組件，在圖12中使用相同的標記。
本實施例的電池組2除具有輸出端子6、8之外，還具有中間輸出端子72、74，用于分別獲取來自組合電池4的電池單元塊41、42和43的輸出。電子設備30具有電壓測量部12、電流測量部14、異常檢測部16、主顯示部52、副顯示部54、以及SW 20。另外，電子設備30具有與中間輸出端子72、74對應的中間饋電端子572、574。輸出端子6與饋電端子56相連，輸出端子8與饋電端子58相連，中間輸出端子72與中間饋電端子572相連，并且中間輸出端子74與中間饋電端子574相連。因此，電池單元塊41、42和43的各個電壓被分別施加給電壓測量部12的電壓測量部121、122、和123，并且被分別測量。另外，電流檢測電阻器22設置在饋電端子58與地(GND)之間，并且由電流測量部14來測量流過電流檢測電阻器22的電流。將電壓和電流的測量數據傳送到異常檢測部16用于異常檢測。
如上所述，異常檢測部16包括微機算機，并具有處理器160、存儲器部162、定時器164(參照圖6)等。處理器160通過執行存儲在存儲器部162中的各種程序來執行對上述阻抗和阻抗變化的計算處理；判斷處理；顯示判斷結果；控制SW 20，等等。SW 20設置在線路24上，以在異常時斷開線路24。
該結構的其它元件與第五實施例的相同，所以這里不再贅述。在該實施例中例示了異常檢測部16，然而，可以使用微機算機36來代替異常檢測部16，如圖11所示。
依此方式，電池組2僅安裝有組合電池4，并設置有中間輸出端子72、74。在電子設備30中執行各種處理，諸如電壓、電流、阻抗和阻抗變化的測量，異常判斷，異常判斷的顯示，SW 20的開/關控制。因此，可以簡化電池組2的結構，并可確保安全性。
接下來，參照圖13來說明本發明的第七實施例。圖13示出了根據本發明第七實施例的電池組的結構示例。對于與圖3、圖4和圖5中相同的組件，在圖13中使用相同的標記。
為了分別測量各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的電流I1a、I1b、I2a、I2b、I3a、I3b、I’1a、I’1b、I’2a、I’2b、I’3a和I’3b，為各個電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b設置電流測量部141a、141b、142a、142b、143a和143b。為了測量各個電池單元塊41、42和43的電壓V1、V2、V3、V’1、V’2、V’3，為各個電池單元塊41、42和43設置電壓測量部121、122和123。
將這些測量數據提供給異常檢測部16，使用上述等式(11)至(16)來計算阻抗Z。使用上述等式(19)至(21)來計算阻抗變化ΔZ。將計算出的值用于異常判斷。判斷操作如上所述。
(1)在以上實施例中，通過例示負載11與電池組2相連的情況(參照圖2和圖4)，或電子設備30與電池組2相連的情況(參照圖11和圖12)，將電池組2和負載11或電子設備30作為獨立組件進行了說明，然而，如圖14所示，可以將電子設備30(諸如PC)的一部分的電子電路110與電池組2集成為電子設備200。
(2)在上述實施例中，通過測量具有多個電池單元的電池組2的電壓和充電電流或放電電流，來間接地計算出阻抗或阻抗變化。而且，可以是直接測量電池組2的阻抗或阻抗變化的結構。
(3)在上述實施例中，對各個電池單元塊41、42和43計算阻抗變化。另外，可以測量各個電池單元塊41、42和43之間的阻抗變化。也可以測量電池單元41a、41b、42a、42b、43a和43b的各個電池單元之間的阻抗變化。
如上所述，根據本發明，可以在具有多個電池單元的電池組側，或在安裝有電池組或與電池組相連的電子設備側檢測電池組的異常，檢測異常可用于控制電池組的充電/放電，這有助于改善安全性。
盡管以上說明了本發明的最優選實施例，但并不是為了將本發明限于該說明，而是自然地可由本領域的技術人員根據權利要求限定的或者說明書中公開的本發明的精神作出修改和變化，當然這些修改和變化都在本發明的范圍內。
權利要求
1.一種電池組的異常檢測方法，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，所述方法包括步驟檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗偏離了規定范圍。
2.一種電池組的異常檢測方法，該電池組具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，所述方法包括步驟檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。
3.根據權利要求1所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟測量所述電池單元的阻抗。
4.根據權利要求1所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來測量或預測所述電池單元的阻抗。
5.根據權利要求1所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來測量或預測所述電池單元的阻抗。
6.根據權利要求2所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟測量所述電池單元的阻抗。
7.根據權利要求2所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來測量或預測所述電池單元的阻抗。
8.根據權利要求2所述的電池組的異常檢測方法，還包括步驟根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來測量或預測所述電池單元的阻抗。
9.一種電池組，具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該電池組包括檢測部，用于檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗偏離了規定范圍。
10.一種電池組，具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元，該電池組包括檢測部，用于檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。
11.根據權利要求9所述的電池組，還包括測量部，用于測量所述電池單元的阻抗。
12.根據權利要求9所述的電池組，還包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
13.根據權利要求9所述的電池組，還包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
14.根據權利要求9所述的電池組，所述電池組根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
15.根據權利要求10所述的電池組，還包括測量部，用于測量所述電池單元的阻抗。
16.根據權利要求10所述的電池組，還包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
17.根據權利要求10所述的電池組，還包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
18.根據權利要求10所述的電池組，所述電池組根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
19.一種電子設備，與具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元的電池組相連，該電子設備包括檢測部，用于檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗偏離了規定范圍。
20.一種電子設備，與具有多個串聯連接或并聯連接的電池單元的電池組相連，該電子設備包括檢測部，用于檢測是否所述電池單元中的至少一個電池單元的阻抗變化超出了規定范圍。
21.根據權利要求19所述的電子設備，還包括測量部，用于測量所述電池組的各個所述電池單元的阻抗。
22.根據權利要求19所述的電子設備，還包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
23.根據權利要求19所述的電子設備，還包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
24.根據權利要求19所述的電子設備，所述電子設備根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
25.根據權利要求19所述的電子設備，還包括接收部，用于接收由所述電池組測量的數據，該接收部與用于發送所述數據的發送部對應。
26.根據權利要求20所述的電子設備，還包括測量部，用于測量所述電池組的各個所述電池單元的阻抗。
27.根據權利要求20所述的電子設備，還包括處理部，用于根據所述電池單元的充電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
28.根據權利要求20所述的電子設備，還包括處理部，用于根據所述電池單元的放電電流的電流變動量以及所述電池單元的相應電壓變動量，來計算或預測所述電池單元的阻抗。
29.根據權利要求20所述的電子設備，所述電子設備根據所述檢測部的檢測結果來禁止對所述電池單元的充電和放電的其中之一或兩者。
30.根據權利要求20所述的電子設備，還包括接收部，用于接收由所述電池組測量的數據，該接收部與用于發送所述數據的發送部對應。
全文摘要
電池組的異常檢測方法、電池組和電子設備。檢測電池組(2)的異常的結構，該電池組(2)包括串聯連接或并聯連接的多個電池單元(41a、41b、42a、42b、43a、43b)，該結構檢測是否電池單元中的至少一個的阻抗偏離了規定范圍。另外，該結構檢測是否電池單元中的至少一個的阻抗變化超出了規定范圍。
文檔編號H02H3/08GK1929188SQ200610001600
公開日2007年3月14日 申請日期2006年1月24日 優先權日2005年9月6日
發明者奧村匡史 申請人:富士通株式會社