电池组以及其异常监视方法与流程

1.本发明涉及电池组以及其异常监视方法。


背景技术：

2.作为移动设备、助力自行车、电动工具、电动清洁器、电动踏板车等由电池驱动的设备的电源，利用二次电池。这样的二次电池通过充电器等的电池组进行充电。在电池组中广泛使用具备被称为电池管理系统的微型计算机的充放电控制装置，构成为该电池管理系统基于二次电池的电压、温度、电流等各种信息来进行包含保护动作在内的各种控制。进而，电池组具备充电电路，可输入将商用电源变换为更适当的值的电压、电流，对二次电池进行充电(例如专利文献1、2)。
3.电池管理系统包含微型计算机、充电用fet等。然而，若微型计算机万一失控，则无法正确地进行充电，由此有时安全性降低。因此，想到例如将微型计算机二重化来进行相互检查、在一者异常时通过另一者来进行充电以使得即使微型计算机失控也可以正确地进行充电等方法，但是在该方法中存在结构复杂化而成本变高的问题。
4.进而，在专利文献1中，提出了如下的方法，即，在与充电器连接的电池组中设置监视微型计算机的失控的看门狗定时器ic，基于从微型计算机以一定周期输出的看门狗脉冲，来监视微型计算机的动作状态。而且，在判断为微型计算机的动作异常时，向微型计算机输出复位信号，并且也向充电许可/停止电路输出，由此与从微型计算机向充电许可/停止电路输出的信号的内容无关地使充电强制停止。
5.在此，看门狗定时器ic所产生的一般的复位信号在检测到微型计算机的失控后，在某一定时间内输出低电平来进行微型计算机的复位，然后，将信号切换为高电平。因此，在共用该信号来进行微型计算机的复位和基于充电许可/停止电路的充电的强制停止的情况下，在微型计算机的复位完成而正常动作之前，充电的强制停止被解除，不管电池组是否是异常状态，都重开充电。
6.在先技术文献
7.专利文献
8.专利文献1：日本专利5284672号公报
9.专利文献2：日本特开平7
‑
141066号公报


技术实现要素：

10.发明要解决的课题
11.本发明的目的之一在于，提供一种电池组以及其异常监视方法，即使电池管理系统的微型计算机万一失控，也不进行异常的充电，从而提高可靠性。
12.用于解决课题的手段
13.本发明的一个方式所涉及的电池组具备：充电开关部，与二次电池串联地连接，调整对该二次电池进行充电的充电电流；电流检测部，检测向二次电池的充电电流；驱动电
路，基于由所述电流检测部检测到的充电电流，来驱动所述充电开关部；充电控制部，进行所述驱动电路的所述充电开关部的动作控制；监视部，对所述充电控制部的动作进行监视；以及判定部，根据所述充电控制部以及监视部，来指示能否进行所述充电开关部的动作，所述充电控制部构成为，生成对所述充电开关部进行充电的充电信号，所述充电控制部对所述监视部输出监视信号，所述监视部监视所述监视信号，将该监视信号的正常、异常的判定结果作为判定信号输出，所述判定部基于来自所述充电控制部的充电信号以及来自监视部的判定信号，来指示能否进行所述充电开关部的充电。
14.此外，本发明的其他方式所涉及的二次电池的充电方法是用电池组对二次电池进行充电的充电方法，所述电池组具备：充电开关部，与二次电池串联地连接；电流检测部，检测向二次电池的充电电流；驱动电路，基于由所述电流检测部检测到的充电电流，来驱动所述充电开关部；充电控制部，进行所述驱动电路的所述充电开关部的动作控制；监视部，对所述充电控制部的动作进行监视；以及判定部，根据所述充电控制部以及监视部，来指示能否进行所述充电开关部的动作，所述二次电池的充电方法包含如下工序：所述充电控制部对所述监视部输出监视信号；所述监视部监视所述监视信号，将该监视信号的正常、异常的判定结果作为判定信号输出；以及所述判定部基于来自所述充电控制部的充电信号以及来自监视部的判定信号，来指示能否进行所述充电开关部的充电。
15.发明效果
16.根据本发明的一个方式所涉及的电池组以及其异常监视方法，通过设为不仅基于充电控制部的充电信号，而且还基于来自监视充电控制部的监视部的判定信号来判定能否进行充电，由此，在万一在充电控制部中产生了异常的情况下，即使成为充电控制部持续输出充电信号的状态，也能够通过来自监视部的判定信号来可靠地切断充电开关部。此外，在重新启动了充电控制部时，由于在确认到未产生各种异常状态的基础上输出充电信号，所以可提高对电池组进行充电时的可靠性、安全性。
附图说明
17.图1是示出实施方式所涉及的电池组的框图。
18.图2是示出充电开关部的接通/断开动作的表。
19.图3是示出充电控制部正常时的看门狗脉冲的例子的图表。
20.图4a～图4b是示出充电控制部异常时的看门狗脉冲的例子的图表。
21.图5a是示出来自监视部的复位信号的时序图，图5b是示出充电控制部内部的复位信号的时序图，图5c是示出充电控制部内部的时钟动作的时序图，图5d是示出来自充电控制部的充电信号的时序图，图5f是示出充电开关部的动作的时序图。
具体实施方式
22.本发明的某个方式的电池组除了上述的结构以外，还可以如以下那样构成。
23.根据本发明的一个实施方式所涉及的电池组，能够构成为，所述监视部将所述判定信号还输出到所述充电控制部，所述充电控制部在所述判定信号异常的情况下，对该充电控制部进行复位。根据上述结构，若由监视部检测到充电控制部的异常，就能够使充电控制部复位而谋求异常状态的消除。
24.此外，本发明的其他实施方式所涉及的电池组能够构成为，所述充电控制部在根据所述判定信号而被复位后，在能够稳定地输出所述监视信号的状态下，进行故障诊断，在未检测到异常的情况下，输出所述充电信号。例如，故障诊断可列举充电用fet的短路故障的确认、微型计算机内部的保存有程序的rom的异常确认。根据上述结构，由于在充电控制部的复位后的稳定状态下进行故障诊断，使得在确认到未产生电池组的各种异常的基础上输出充电信号，所以被期待可靠性更高的故障诊断。
25.进而，本发明的其他实施方式所涉及的电池组还能够构成为，所述判定信号是在正常的情况下为高电平(high)、在异常的情况下为低电平(low)的复位信号，所述充电控制部在所述复位信号为低电平的情况下，对该充电控制部进行复位。根据上述结构，能够将监视部的判定信号共用为充电控制部的复位信号，变得能够有助于充电控制部的异常时的恢复。
26.又进而，在本发明的其他实施方式所涉及的电池组中，所述监视部为看门狗定时器ic，所述监视信号为看门狗脉冲。根据上述结构，可使用看门狗定时器来进行充电控制部的异常判定。
27.又进而，本发明的其他实施方式所涉及的电池组能够构成为，所述判定部仅在所述充电控制部的充电信号为高电平且所述监视部的复位信号为高电平的情况下，许可所述充电开关部的充电。根据上述结构，通过不仅用充电控制部的充电信号，而且还用来自其他构件的监视部的判定信号来进行判定，由此在受电控制部的异常时也能够应对，可谋求安全性、可靠性的进一步提高。
28.又进而，在本发明的其他实施方式所涉及的电池组中，所述判定部为nand电路。
29.又进而，本发明的其他实施方式所涉及的电池组还具备：切换部，连接在所述判定部的输出侧与所述充电开关部之间，在所述判定部禁止所述充电开关部的充电的情况下，强制地切断所述充电开关部的充电动作。
30.又进而，本发明的其他实施方式所涉及的电池组能够构成为，还具备：放电开关部，与二次电池串联地连接，调整对该二次电池进行放电的放电电流，所述驱动电路基于由所述电流检测部检测到的放电电流来驱动所述放电开关部，并且所述充电控制部构成为，将使所述放电开关部放电的放电信号输出到该放电开关部，所述判定部基于来自所述充电控制部的充电信号以及来自监视部的判定信号，来指示能否进行所述放电开关部的放电。根据上述结构，电池组不仅在二次电池的充电时，而且在放电时也监视充电控制部，使得避免在异常时放电电流为异常的事态，还能够提高放电时的安全性。
31.又进而，在本发明的其他实施方式所涉及的充电方法中，所述监视部输出所述判定信号的工序包含将该判定信号输出到所述充电控制部的工序，二次电池的充电方法还包含所述充电控制部在所述判定信号异常的情况下对该充电控制部进行复位的工序。由此，若由监视部检测到充电控制部的异常，就能够使充电控制部复位而谋求异常状态的消除。
32.又进而，本发明的其他实施方式所涉及的充电方法还包含如下的工序：紧接着对所述充电控制部进行复位的工序，所述充电控制部在能够稳定地输出所述监视信号的状态下，进行故障诊断，在未检测到异常的情况下输出所述充电信号。由此，由于使得在确认到未产生电池组的各种异常的基础上输出充电信号，所以期待可靠性更高的故障诊断。
33.以下，基于附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下所示的实施方式例示了
用于将本发明的技术思想具体化的电池组，本发明并不将电池组特别指定为以下的电池组。此外，本说明书绝非将权利要求书所示的构件特别指定为实施方式的构件。特别是实施方式所记载的结构部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别地特定的记载，就不是将本发明的范围仅限定于此的主旨，只不过是单纯的说明例。另外，各附图所示的构件的大小、位置关系等有时为了使说明明确而进行了夸大。进而，在以下的说明中，对于相同的名称、附图标记，表示相同或同质的构件，适当省略详细说明。进而，构成本发明的各要素可以设为由同一构件构成多个要素而由一个构件兼用作多个要素的方式，相反也能够由多个构件分担实现一个构件的功能。
34.本发明的电池组主要用作动力用的电源。该电池组例如用作电动清洁器、电动工具、电动助力自行车、电动摩托车、电动轮椅、电动三轮车、电动推车等由电动机驱动的电动设备的电源。但是，本发明并不特别指定电池组的用途，也能够用作电动设备以外的电气设备例如无线机、照明装置等在室内外使用的各种电气设备用的电源、移动单元的动力以及辅助电源。
35.[实施方式1]
[0036]
将本发明的实施方式1涉及的电池组100示于图1。该图所示的电池组100具备：二次电池1；与该二次电池1串联地连接的充电开关部2、放电开关部3、电流检测部4、外部端子5；温度检测部6；电压检测部7；驱动电路10；充电控制部20；监视部30；判定部40；和切换部50。
[0037]
二次电池1能够适当地利用能够充电的电池、例如锂离子二次电池。但是，也能够利用锂离子二次电池以外的二次电池、例如镍氢电池、镍镉电池等。二次电池1通过与多个电池串联、并联地组合，能够谋求高容量化、高输出化。此外，除了使用将电池的外形设为圆筒状的圆筒形电池以外，还能够使用将外形设为矩形形状的方形电池、扁平形电池。另外，二次电池1未必一定要包含在电池组100中。例如也可以将二次电池1相对于电池组100设为装卸式，或者更换式。
[0038]
外部端子5是用于从外部接受对二次电池1进行充电的电力的连接端子。该外部端子5例如与充电器等连接。在该情况下，经由与外部端子5连接的充电器被输入从商用电源变换为适当的值的电压、电流，经由充电开关部2对二次电池1进行充电。此外，在使电池组100内置在由二次电池1驱动的被驱动设备的情况下，与被驱动设备内部的电力供给端子连接。在该情况下，也可以适当省略电压值、电流值的变换。另外，作为由二次电池1驱动的被驱动设备，可列举移动设备、助力自行车、电动工具、电动清洁器、电动踏板车等由电池驱动的设备。
[0039]
充电开关部2与二次电池1串联地连接，调整对该二次电池1进行充电的充电电流。充电开关部2例如能够利用充电用fet。
[0040]
同样地，放电开关部3也与二次电池1串联地连接，调整将该二次电池1放电的放电电流。放电开关部3例如能够利用放电用fet。
[0041]
电流检测部4与二次电池1串联地连接，检测对二次电池1的充放电电流。该电流检测部4能够适当地利用电流检测电阻。
[0042]
电压检测部7检测二次电池1的电压。在二次电池1为串联地连接了大量二次电池的方式的情况下，电压检测部7也可以构成为检测各二次电池的电压。
[0043]
温度检测部6检测二次电池1的温度。该温度检测部6能够利用热敏电阻等。此外，在连接了大量二次电池的方式的情况下，也可以构成为由温度检测部6检测各二次电池的温度。
[0044]
(驱动电路10)
[0045]
电流检测部4、温度检测部6、电压检测部7的输出与驱动电路10连接。驱动电路10获取由电流检测部4检测到的充放电电流、由温度检测部6检测到的温度、由电压检测部7检测到的串联连接的二次电池的各电池电压。该驱动电路10具备如下等：控制充电开关部2的动作的充电控制电路12；控制放电开关部3的动作的放电控制电路13；对电流检测部4的输出以及电压检测部7的电压、温度检测部6的温度进行a/d变换的ad变换部14；供给充电控制部20、监视部30的电源的低电压用的电源电路15。进而，在通过通信等将上述检测到的充放电电流、温度、各电池电压发送到充电控制部20后，按照充电控制部20的指示，进行充电开关部2和放电开关部3的接通/断开控制。
[0046]
(充电控制部20)
[0047]
充电控制部20进行驱动电路10的充电开关部2的动作控制。此外，充电控制部20输出对充电开关部2进行充电的充电信号。充电信号为高电平或低电平，如图2的表所示，通过与判定信号的组合来决定能否进行充电开关部2的充电。该充电控制部20能够适当地利用能够编程的微型计算机等。
[0048]
进而，充电控制部20对监视部30输出监视信号。监视信号例如是看门狗脉冲。在充电控制部20的微型计算机正常时，看门狗脉冲以图3所示的给定的周期t进行输出。另一方面，在微型计算机异常时，例如如图4a所示，周期变长(t α)、或者如图4b所示，周期变短(t
‑
β)。
[0049]
(监视部30)
[0050]
监视部30对监视信号进行监视，判定该监视信号的正常、异常，将判定结果作为判定信号输出。监视部30例如是监视看门狗脉冲的看门狗定时器ic，判定是图3所示的正常的看门狗脉冲，还是图4a、图4b所示的异常的看门狗脉冲。这样，可利用看门狗定时器ic来进行充电控制部20的异常判定。
[0051]
(判定部40)
[0052]
判定部40基于充电控制部20以及监视部30的输出，指示能否进行充电开关部2的动作。该判定部40能够适当地利用nand电路。由图1的nand电路构成的判定电路被输入充电控制部20的充电信号和监视部30的判定信号。该判定电路在任意的输入为低电平时，输出高电平，使充电开关部2强制地变为断开。
[0053]
(复位信号)
[0054]
监视部30也可以将判定信号还输出到充电控制部20。在该情况下，能够将判定信号设为对充电控制部20进行复位的复位信号。充电控制部20在判定信号异常的情况下，对该充电控制部20进行复位。由此，若由监视部30检测到充电控制部20的异常，则能够使充电控制部20复位而谋求异常状态的消除。此外，能够将监视部30的判定信号共用为充电控制部20的复位信号，变得能够有助于充电控制部20的异常时的恢复。
[0055]
在将判定信号设为复位信号的情况下，可以设定为，在正常的情况下成为高电平，在异常的情况下成为低电平。在该情况下，充电控制部20在复位信号为低电平的情况下，对
该充电控制部20进行复位。
[0056]
进而，如图2所示，判定部40能够构成为，仅在充电控制部20的充电信号为高电平且监视部30的复位信号为高电平的情况下，许可充电开关部2的充电。由此，通过不仅用充电控制部20的充电信号，而且还用来自其他构件的监视部30的判定信号来进行判定，由此在充电控制部的异常时也能够应对，可谋求安全性、可靠性的进一步提高。
[0057]
此外，充电控制部20在通过判定信号而被复位后，在能够稳定地输出监视信号的状态下，进行故障诊断，在未检测到异常的情况下，输出充电信号。这样，由于使得在确认到未产生电池组的各种异常的基础上输出充电信号，所以被期待可靠性更高的故障诊断。另外，在此，充电控制部20所进行的故障诊断可列举有无充电开关部2的短路故障的确认、微型计算机内部的保存程序的rom的异常检查等。
[0058]
(切换部50)
[0059]
切换部50连接在判定部40的输出侧与充电开关部2之间。该切换部50在判定部40禁止充电开关部2的充电的情况下，强制地切断充电开关部2的充电动作。
[0060]
图1的切换部50被输入作为二次电池1的电压的vbat和驱动电路10的输出，基于来自判定部40的判定输出，对它们进行切换。在图1的例子中，切换部50在判定部40的判定输出为低电平时，原样不变地输出驱动电路10的输出。另一方面，在判定部40的判定输出为高电平时，输出vbat电压。该vbat电压成为充电用fet的强制断开信号，由此，充电开关部2被强制断开。这样，能够在硬件上使充电用fet的充电动作断开，并且如后述的那样安全地切断充电路径直到电池组100重开通常动作为止。
[0061]
(失控监视功能)
[0062]
在图1的电池组100中，能够检测充电控制部20的异常来谋求充电的安全性。在以往的电池组中，若构成充电控制部20的微型计算机的程序万一失控，则存在即使充电电压变高也不能停止充电的担忧。为了防止这种情况，想到了设置其他的微型计算机来谋求二重化，但是在该方法中，结构复杂化而成本变高。因此，在本实施方式中，通过附加更廉价且简单的监视部30，由此使得能够在充电控制部20的异常发生时可靠地停止充电。进而，在以往的其他的电池组中，在发生微型计算机的复位后，在微型计算机正常地启动而开始适当的控制、保护动作之前，该看门狗定时器ic的复位信号从低电平切换为高电平信号，由此充电许可/停止电路的强制停止被解除，存在不管是否为异常状态都重开充电的担忧，但是通过使用判定信号和充电信号的nand电路输出(判定部)，从而使得能够在确认到充电控制部的动作稳定并且未发生各种异常之后，开始电池组的动作。
[0063]
基于图5a～图5e的时序图，对具体的步骤的一个例子进行说明。如图5c所示，充电控制部20的微型计算机按照在内部生成的给定的时钟进行动作。在此，充电控制部20对监视部30输出监视信号。如上所述，监视信号能够为看门狗脉冲。在充电控制部20的微型计算机正常时，看门狗脉冲以图3所示的给定的周期t输出。另一方面，在微型计算机异常时，例如如图4a所示，周期变长(t α)，或者如图4b所示，变短(t
‑
β)。监视部30是对作为该监视信号的看门狗脉冲进行监视的看门狗定时器ic(wdtic)。wdtic判定该监视信号的正常、异常，将判定结果作为判定信号输出。即判定是图3所示的正常的看门狗脉冲，还是图4a、图4b所示的异常的看门狗脉冲。然后，判定部40基于来自充电控制部20的充电信号以及来自监视部30的判定信号，指示能否进行充电开关部2的充电。
[0064]
现在，如图5a所示，设为监视部30(wdtic)检测微型计算机即充电控制部20的程序的失控，并输出复位信号。即，设为作为判定信号的复位信号从正常时的高电平变化为低电平。接受到该变化，充电控制部20按照复位信号进行微型计算机的复位即重新启动。在此，如图5b所示，经过稍微的延迟，复位信号从正常时的高电平变化为低电平。据此，如图5c所示，在正常时周期性地产生的微型计算机的时钟信号消失。同样地，微型计算机发出的充电信号从正常时的高电平即充电许可切换为低电平即充电禁止。另一方面，作为充电开关部2的充电用fet接受到图5a的复位信号的从高电平向低电平的变化，如图2中第二行所示被充电禁止、即断开。这样，如果是以往，则是接受到微型计算机的充电信号的失效(图5d)而禁止充电，但不等待充电信号的失效而接受到监视部30的判定结果就立刻停止充电，能进一步加快反应速度，提高安全性。
[0065]
接着，在经过给定期间后，复位被解除，如图5a所示，复位信号从异常时的低电平恢复为正常时的高电平。另一方面，被复位的微型计算机在经过给定时间后重新启动，如图5b所示，微型计算机内部的复位信号再次从异常时的低电平变化为正常时的高电平，同样地，如图5c所示，微型计算机内部的时钟动作也重开。另一方面，在重开来自微型计算机的充电信号之前，经过振荡精度的稳定期间，进行故障诊断。如上所述，进行充电用fet的短路故障判定、微型计算机内部的rom检查等，如果没有故障，则如图5d所示，使充电信号从异常时的低电平变化为正常时的高电平。接受到该变化，由于图2的第一行所示的充电许可信号(图5d)和判定信号(图5a)都成为了高电平，作为nand电路的判定部40将判定输出从异常时的高电平切换为正常时的低电平，如图5e所示，充电用fet被接通，开始充电。这样，接受到判定为微型计算机的复位后的动作稳定且没有故障的情况，二次电池1的充电重开。此外，在以往的不具有监视部30、判定部40的结构中，在微型计算机的重新启动时立即重开充电，因此无法保证产生故障的情况下的安全性，但在本实施方式所涉及的二次电池1的电池组100中，如上所述，在微型计算机的动作稳定且得到了故障诊断后，使充电用fet为接通，由此可进一步保证安全性。
[0066]
这样，通过设为不仅基于充电控制部20的充电信号，而且还基于来自对充电控制部20进行监视的监视部30的判定信号来判定能否进行充电，由此，在万一在充电控制部20中产生异常的情况下，也能够即使成为充电控制部20持续输出充电信号的状态也通过来自监视部30的判定信号可靠地切断充电开关部2，提高了二次电池1的充电的可靠性、安全性。此外，在产生了微型计算机内的程序失控时，能够可靠地切断充电路径直到电源装置的动作重开为止。
[0067]
特别是，在看门狗定时器ic的复位的解除后到微型计算机稳定动作为止的期间也保证安全性。此外，通过在重开运转之前诊断电池组100内有无故障产生，从而进一步提高安全性。相反地，在以往的电池组中，在解除复位的同时，解除充电路径的切断，因此想到了若万一存在故障，则因充电而产生问题的事态。相对于此，通过还考虑微型计算机被复位后的安全性，能够更安全地使用电池组、电池组。
[0068]
另外，在以上的例子中，对在二次电池1的充放电时控制充电开关部2的动作的方法进行了说明。但是，本发明并不限于在充电时进行监视的结构，也可以设为对二次电池的充电时以及放电时进行监视。特别是在充电时，与放电时相比，在二次电池1产生了异常的情况下更要求安全对策，因此可适当得发挥本发明的二次电池的异常监视功能。另外，在监
视二次电池的充电时以及放电时的电池组中，也可以代替充电控制部而使用充放电控制部。当然，充电控制部也可以与其名称无关地，具备进行放电电流的控制的功能。
[0069]
产业上的可利用性
[0070]
本发明涉及的电池组以及其异常监视方法能够适当地应用于驱动电动工具、电动助力自行车、电动摩托车、电动三轮车、电动轮椅、电动推车、电动清洁器、电动鼓风机等的电池组、例如组装于这些设备的电池管理系统、作为其他构件而准备的充电器等。此外，也能够作为由电动机驱动的电动设备以外的电设备、例如无线机、照明装置等在室内外使用的各种电气设备用的电源、移动单元的动力以及辅助电源来应用。
[0071]
附图标记说明
[0072]
100：电池组
[0073]
1：二次电池
[0074]
2：充电开关部
[0075]
3：放电开关部
[0076]
4：电流检测部
[0077]
5：外部端子
[0078]
6：温度检测部
[0079]
7：电压检测部
[0080]
10：驱动电路
[0081]
12：充电控制电路
[0082]
13：放电控制电路
[0083]
14：ad变换部
[0084]
15：电源电路
[0085]
20：充电控制部
[0086]
30：监视部
[0087]
40：判定部
[0088]
50：切换部