专利名称：电池保护装置与系统以及电池保护方法
技术领域：
本发明涉及电池保护装置及使用电池保护装置的电池保护系统以及电池保护方法，特别涉及检测电池的过充电、过放电，控制开关元件的电池保护装置及电池保护系统以及电池保护方法。
背景技术：
锂离子电池作为根据其能量密度或充放电特性进行充电，并反复使用的蓄电池受到关注。但是，锂离子电池由于过放电、过充电等导致其特性易劣化，所以必须通过电池保护系统进行保护。
图7表示现有的一个例子的模块构成图。
在现有的电池保护系统1中，当串联连接使用n个电池11时，通过保护IC12，将n个电池11每个的两端与端子T11～Tn+1连接，并进行监视。保护IC12如果检测出n个电池11的过放电或过充电状态，则将异常检测信号从端子T21、T22提供给驱动电路13、14。驱动电路13、14根据来自保护IC12的端子T21、T22的异常检测信号控制MOS晶体管M1、M2的栅极电压，关闭MOS晶体管M1、M2。MOS晶体管M1、M2，其漏--源串联连接在电池11与端子T1之间。通过MOS晶体管M1、M2关闭，电池11与端子T1被切断，放电或充电被停止，保护电池11不过放电、过充电。
在图7所示的电池保护系统1中，必须用1个保护IC12进行串联连接的电池的保护，在电池的数量增加时，因为在保护IC12上施加高电压，导致保护IC12承受不了电压，所以充其量只能保护数级串联连接的电池。因此，要求可以保护更多级串联连接的电池的电池保护系统。
作为可以保护更多级串联连接的电池的电池保护系统，提出了案每个电池模块化检测部分而进行异常检测，从高电位一侧向低电位一侧依次发送异常检测信息，根据从最终级的模块所输出的异常检测信息，关闭与电池串联连接的开关元件，来进行电池保护的系统(例如，参照特开2001-307782号公报)。
可是，在现有的电池管理系统中，因为检测邻接的保护模块的电压进行电平移位，所以存在不能独立驱动模块，还有配线变复杂等问题。
另外，在现有的电池管理系统中，还必须按规定的顺序连接多个保护模块。
发明内容
本发明鉴于上述问题而提出，目的是提供以简单的电路构成，分别独立能够检测每个电池的状态的电池保护装置及电池保护系统以及电池保护方法。
本发明的从异常状态保护串联连接的多个电池(111-1～111-n)的电池保护系统(100)特征在于，具有与多个电池(111-1～111-n)串联连接的开关元件(M1、M2)；与多个电池(111-1～111-n)对应设置、检测对应的电池(111-i)的异常状态，并输出异常检测电流的多个电池保护装置(113-1～113-n)；根据由电池保护装置(113-i)所输出的异常检测信号来驱动开关元件(M1、M2)的驱动电路(114、115)。电池保护装置(113-i)由以下构成检测电池(111-i)的异常、在检测出异常时输出异常检测信号的检测部(211、R21、R22、231、232)；由外部输入电流的输入端子(T15、T16)；将输入给输入端子(T15、T16)的电流变换为电压的电压变换部(233)；合成检测部(211、R21、R22、231、232)的输出与电压变换部(233)的输出的合成部(M11～M17、234)；将通过合成部(M11～M17、234)合成的合成信号变换为电流的电流变换部(M18、M19)；和输出通过电流变换部(M18、M19)变换的电流的输出端子(T13、T14)，将1个电池保护装置(113-(i+1))的输出端子(T13、T14)依次连接到不同的电池保护装置(113-i)的输入端子(T15、T16)，将最终级的电池保护装置(113-n)的输出端子(T13、T14)连接到驱动电路(114、115)。
最好是，电池保护装置(113-1～113-n)由1芯片的半导体集成电路构成。
另外，上述参照符号说到底只是参考，专利要求的范围不受此限。
根据本发明，通过将对应串联连接的多个电池所设置的多个电池保护装置的1个电池保护装置的输出端子依次与不同的电池保护装置的输入端子连接，将最终级的电池保护装置的输出端子连接到驱动电路，由驱动电路来开关开关元件，可以用简单的电路构成，分别独立检测各电池的状态，进行多个电池的保护。
图1是本发明的一种实施例的系统构成图。
图2是保护IC113-i的模块构成图。
图3是过充电检测电路212的电路构成图。
图4是过放电检测电路213的电路构成图。
图5是驱动电路114的电路构成图。
图6是单独使用保护IC时的模块构成图。
图7是现有的一个例子的模块构成图。
具体实施例方式图1表示本发明的一个实施例的系统构成图。
本实施例的电池保护系统100由n个电池111-1～111-n、MOS晶体管M1、M2、电阻R1、R2、滤波电路112-1～112-n、保护IC113-1～113-n、驱动电路114、115构成。
n个电池111-1～111-n串联连接。串联连接的n个电池111-1～111-n的一端通过源-漏间串联连接的MOS晶体管M1、M2与端子T1连接。另外，串联连接的n个电池111-1～111-n的另一端与端子T2连接。
滤波电路112-1～112-n、保护IC113-1～113-n与电池111-1～111-n对应设置。
滤波电路112-i表示滤波电路112-1～112-n之中的1个滤波电路。
滤波电路112-i由电阻R11与电容C11构成，与电池111-i的两端连接，除去在电池111-i发生的电压的噪声成分。
图2表示保护IC113-i的模块构成图。
保护IC113-i表示保护IC113-1～113-n之中的1个保护IC，由1芯片的半导体集成电路构成。保护IC113-i是检测电池111-i的过充电及过放电，控制MOS晶体管M1、M2的电路，由基准电压生成电路211、过充电检测电路212、过放电检测电路213构成。在保护IC113-i的端子T11、T12上，由电池111-i施加通过滤波电路112-i除去了噪声成分的电压。
基准电压生成电路211由电流源221及恒压二极管Dz构成，连接在端子T11与端子T12之间，由电池111-i的两端的电压生成基准电压Vref。通过基准电压生成电路211所生成的基准电压Vref被提供给过充电检测电路212及过放电检测电路213。
图3表示过充电检测电路212的电路构成图。
过充电检测电路212由比较器231、延迟电路232、电流源233、234、电阻R21、R22、MOS晶体管M11～M19构成。
电阻R21及电阻R22串联连接在端子T11与端子T12之间，分压施加在端子T11与端子T12之间的电压，构成用于生成检测电压Vs的分压电路。检测电压Vs从电阻R21与电阻R22的连接点被输出，施加到比较器231的非反转输入端子。基准电压Vref从基准电压生成电路212施加到比较器231的反转输入端子。
比较器231由磁滞比较器(histersis comparator)构成，如果检测电压Vs变得比基准电压Vref充分大，则将输出作为高电平，如果检测电压Vs变得比基准电压Vref充分小，则将输出作为低电平。
比较器231的输出被供给延迟电路232。延迟电路232使比较器231的输出延迟输出。
端子T15通过电流源233与端子T12连接。电流从外部供给端子T15。当供给端子T15的电流大时，端子T15与电流源233的连接点的电位为高电平，当供给端子T15的电流小时，端子T15与电流源233的连接点的电位为低电平。
MOS晶体管M11～M14构成NOR门，输出延迟电路232的输出和端子T15与电流源233的连接点的电位的NOR逻辑。另外，MOS晶体管M15和MOS晶体管M16构成反转由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出的“非”门。再者，MOS晶体管M17和电流源234构成输出电路，用作由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出级。
另外，MOS晶体管M18～M19构成电流镜像电路，反射由MOS晶体管M17和电流源234所构成的输出电路的输出，从端子T13输出。
下面说明过充电检测电路212的工作。
当电池111-i为过充电状态检测电压Vs变为比基准电压Vref大时，则比较器231的输出变为高电平。比较器231的输出一变为高电平，则由延迟电路232延迟规定时间后，延迟电路232的输出变为高电平。
延迟电路232的输出一变为高电平，则由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出不管端子T15的状态怎样都变为低电平。由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出一变为低电平，则由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出变为高电平。
由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出一变为高电平，则与电流源234一同构成输出电路的MOS晶体管M17关闭，电流从由MOS晶体管M18～M19所构成电流镜像电路引入。由此，电流从端子T13输出到外部。
通过以上操作，可以检测连接在端子T11与端子T12之间的电池111-i的过充电状态，并反映到端子T13。
另外，电流从外部一供给到端子15，则端子T15与电流源233的连接点的电位变为高电平。端子T15与电流源233的连接点的电位一变为高电平，则由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出不管延迟电路232的输出怎样都变为低电平。由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出一变为低电平，则由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出变为高电平。
由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出一变为高电平，则与电流源234一同构成输出电路的MOS晶体管M17关闭，电流从由MOS晶体管M18～M19所构成电流镜像电路引入。由此，电流从端子T13输出到外部。
通过以上操作，可以将端子T15的状态反映到端子T13。
下面，对过放电检测电路213进行说明。
图4表示过放电检测电路213的电路构成图。同一图中，在与图3相同构成部分附以相同符号，省略其说明。
过放电检测电路213是与图3所示的过充电检测电路212大致相同的构成，在图3所示的过充电检测电路212而言，是将电阻R11与电阻R12的连接点连接到比较器231的反转输入端子上，将通过基准电压生成电路211所生成的基准电压Vref连接到比较器231的非反转输入端子上的构成。
在此，说明过放电检测电路213的工作。
如果电池111-i成为过放电状态，检测电压Vs变为比基准电压Vref小，则比较器231的输出变为高电平。比较器231的输出一变为高电平，则由延迟电路232延迟规定时间后，延迟电路232的输出变为高电平。
延迟电路232的输出一变为高电平，则由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出不管端子T16的状态怎样都变为低电平。由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出一变为低电平，则由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出变为高电平。
由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出一变为高电平，则与电流源234一同构成输出电路的MOS晶体管M17关闭，电流从由MOS晶体管M18～M19所构成的电流镜像电路引入。由此，电流从端子T14输出到外部。
通过以上操作，可以检测连接在端子T11与端子T12之间的电池111-i的过放电状态，并反映到端子T14。
另外，电流从外部一供给到端子T16，则端子T16与电流源233的连接点的电位变为高电平。端子T16与电流源233的连接点的电位一变为高电平，则由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出不管延迟电路232的输出怎样都变为低电平。由MOS晶体管M11～M14所构成的NOR门的输出一变为低电平，则由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出变为高电平。
由MOS晶体管M15、M16所构成的“非”门的输出一变为高电平，则与电流源234一同构成输出电路的MOS晶体管M17关闭，电流从由MOS晶体管M18～M19所构成电流镜像电路引入。由此，电流从端子T14输出到外部。
通过以上操作，可以将端子T16的状态反映到端子T14。
保护IC113-i，在电池111-i变为过充电状态时，或者在电流从外部供给端子T15的状态下，电流从端子T13输出，在电池111-i变为过放电状态时，或者在电流从外部供给端子T16的状态下，电流从端子T14输出。
这时，保护IC113-i只由施加到端子T11、T12的电池111-i所供给的电压来驱动。因此，保护IC113-I只要确能够耐压由1个电池111-i所施加的电压的程度即可。
保护IC113-1～113-n结构是前级的保护IC113-(i-1)的端子T13与后级的保护IC113-i的端子T15连接，前级的保护IC113-(i-1)的端子T14与后级的保护IC113-i的端子T16连接。
另外，初级的保护IC113-1的端子T15、T16为开放状态，最终级的保护IC113-n的端子T13与驱动电路114连接，最终级的保护IC113-n的端子T14与驱动电路115连接。
图5表示驱动电路114的电路图。
驱动电路114由n沟道MOS晶体管M31、M32、电阻R31、R32构成。n沟道MOS晶体管M31，其漏极通过电阻R31与端子T11连接，源极连接在与端子T2之间，栅极与最终级的保护IC113-n的端子T13连接。电阻R32连接在n沟道MOS晶体管M42的栅极与端子T2之间。n沟道MOS晶体管M32，源--漏极连接在MOS晶体管M2的栅极与端子T2之间，栅极连接到电阻R31与MOS晶体管M31的漏极的连接点上。
在驱动电路114中，如果电池111-1～111-n之中至少1个电池111-i变为过充电状态，电流从最终级的保护IC113-n的端子T13被输出，则电流流向电阻R31，MOS晶体管M31的栅极变为高电平。栅极一变为高电平，则MOS晶体管M31打开。MOS晶体管M31一打开，则MOS晶体管M32的栅极变为低电平。
栅极一变为低电平，则MOS晶体管M32关闭。由于MOS晶体管M32关闭，所以MOS晶体管M32的漏极电位变为高电平。由此，MOS晶体管M2的栅极变为高电平。MOS晶体管M2因为是p沟道MOS晶体管，所以通过栅极变为高电平来关闭，并切断端子T1与电池111-1的连接。由此，停止电池111-1～111-i的充电。
另外，驱动电路115，因为是与图4所示的驱动电路114相同的构成，所以省略其说明。驱动电路115在由最终级的保护IC113-n的端子T14供给电流时，如果为过放电状态，则进行判断，关闭MOS晶体管M1。由此，停止电池111-1～111-n的放电。
另外，在实施例中，虽然对为了保护直接连接的电池111-1～111-n而依次连接保护IC113-1～113-n的端子T13、T14和端子T15与端子T16的构成进行了说明，但是，本实施例的保护IC也可以单独使用。
图6表示单独使用保护IC时的模块构成图。同一图中，在与图1相同构成部分附以相同符号，省略其说明。
本变形例的电池保护系统200是通过保护IC113保护1个电池111的系统。保护IC113，其端子T11与端子T12通过滤波电路112与电池111的两端连接。另外，保护IC113，端子T13通过驱动电路114与MOS晶体管M2连接，端子T14通过驱动电路115与MOS晶体管M1连接。再者，保护IC113，其端子T15、T16为开放状态。
保护IC113检测端子T11与端子T12之间的电压，检测电池111的过充电状态及过放电状态，控制MOS晶体管M1、M2，从过充电及过放电保护电池111。
这样，通过本实施例的保护IC113，可以直接用于1个电池111的保护。
另外，在本实施例中，虽然对在保护IC上装载过充电检测电路及过放电检测电路的例子进行了说明，但是，也可以使用图2所示的电路装载过电流检测电路。
另外，在本实施例中，虽然将保护在电位高的位置所配置的电池111-(i-1)的保护IC113-(i-1)的端子T13、T14连接到在下面的电位低的位置所配置的电池111-i的保护IC113-(i-1)的端子T15、T16，但是，本实施例的保护IC，因为不必进行电平移位等，所以也可以将1个保护IC113-i的端子T13、T14依次连接到其他的保护IC113-j的端子T15、T16，开放初级的保护IC的端子T13、T14，将最终级的保护IC的端子T15、T16连接到驱动电路114、115，不必考虑正在监视的电池111-i、111-i的电位。另外，保护IC113-j，除保护IC113-1～113-n之中的保护IC113-I外，表示任意的保护IC。
权利要求
1.一种电池保护装置，从异常状态保护电池，其特征在于具有检测所述电池的异常、在检测出异常时输出异常检测信号的检测部；从外部输入电流的输入端子；将输入给所述输入端子的电流变换为电压的电压变换部；合成所述检测部的输出与所述电压变换部的输出的合成部；将通过所述合成部合成的合成信号变换为电流的电流变换部；输出通过所述电流变换部变换的电流的输出端子。
2.如权利要求1所述的电池保护装置，其特征在于由1芯片的半导体集成电路构成。
3.一种电池保护系统，从异常状态保护串联连接的多个电池，其特征在于具有与所述多个电池串联连接的开关元件；与所述多个电池对应设置的、检测对应的电池的异常状态、并输出异常检测电流的多个电池保护装置；和根据由所述电池保护装置所输出的异常检测信号来驱动所述开关元件的驱动电路；所述电池保护装置由以下各部分构成检测所述电池的异常、在检测出异常时输出异常检测信号的检测部；从外部输入电流的输入端子；将输入给所述输入端子的电流变换为电压的电压变换部；合成所述检测部的输出与所述电压变换部的输出的合成部；将通过所述合成部合成的合成信号变换为电流的电流变换部；和输出通过所述电流变换部变换的电流的输出端子构成；将1个电池保护装置的所述输出端子依次连接到不同的电池保护装置的所述输入端子，将最终级的电池保护装置的所述输出端子连接到所述驱动电路。
4.如权利要求3所述的电池保护系统，其特征在于所述电池保护装置由1芯片的半导体集成电路构成。
5.一种电池保护方法，从异常状态保护串联连接的多个电池，其特征在于对应所述多个电池设置由如下各个部分构成的电池保护电路检测所述电池的异常、在检测出异常时输出异常检测信号的检测部；从外部输入电流的输入端子；将输入给所述输入端子的电流变换为电压的电压变换部；合成所述检测部的输出与所述电压变换部的输出的合成部；将通过所述合成部合成的合成信号变换为电流的电流变换部；和输出通过所述电流变换部变换的电流的输出端子；将1个电池保护装置的所述输出端子依次连接到不同的电池保护装置的所述输入端子，根据从最终级的电池保护装置的所述输出端子所输出的电流来控制与所述多个电池串联连接的开关元件，保护所述多个电池。
全文摘要
本发明涉及电池保护装置、系统及方法，可逐个检测电池状态。保护系统(100)具有与多个电池串接的开关元件(M1、M2)、多个电池保护装置(113－1～113－n)和驱动电路(114、115)。装置(113－i)包括检测部(211、R21、R22、231、232)、输入端子(T15、T16)、电压变换部(233)、合成部(M11～M17、234)、电流变换部(M18、M19)和输出端子(T13、T14)。装置(113－(i+1))的输出端子(T13、T14)连接装置(113－i)的输入端子(T15、T16)，最终级装置(113－n)的输出端子(T13、T14)连接驱动电路(114、115)。
文档编号H01M10/48GK1691398SQ20051000512
公开日2005年11月2日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年4月28日
发明者佐久间胜也, 安部修平, 大下和洋, 寺田幸弘 申请人:三美电机株式会社