DE10066259B4

DE10066259B4 - Schutzverfahren, Steuerschaltung und System

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Publication number: DE10066259B4
Application number: DE10066259.5A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Saeki; Masafumi Okumura; Shigeo Tanaka; Hidekiyo Ozawa
Original assignee: Socionext Inc
Current assignee: Socionext Inc
Priority date: 1999-03-18
Filing date: 2000-03-01
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2020-03-02
Also published as: CN101267126B; CN1267927A; JP2000270485A; US20060049804A1; US7276881B2; US6492791B1; KR100688135B1; CN1267927B; DE10009618A1; TW451508B; US6989652B2; US6885168B2; US20030030413A1; JP3380766B2; US20020190694A1; DE10009618B4; KR20000076890A; CN101267126A

Abstract

Schutzverfahren zum Schützen von Batteriezellen einer Batterieeinheit, die lösbar mit einer Last verbunden ist, gegen ein Überentladen, das die folgenden Schritte umfasst:
Überwachen der Spannung von jeder der Batteriezellen;
AUSschalten eines Entladungssteuerschalters, der in der Batterieeinheit vorgesehen ist und zwischen der Last und den Batteriezellen angeordnet ist, wenn irgendeine der Batteriezellen in einem überentladenen Zustand ist; und
Halten des Entladungssteuerschalters in einem erzwungenen-AUS-Zustand als Reaktion auf ein externes Signal, das von außerhalb der Batterieeinheit empfangen wird, ungeachtet eines Überwachungsergebnisses einer Überwachungsschaltung für die Spannung; sowie
Freigeben des Entladungssteuerschalters aus dem erzwungenen-AUS-Zustand,
wenn die Batteriezellen geladen werden oder
wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Schutzverfahren, eine Steuerschaltung und ein System. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Schutzverfahren zum Verhindern, daß Batterien sich überentladen und überladen werden, sowie eine Steuerschaltung und ein System, die beide in diesem Schutzverfahren verwendet werden.
In den letzten Jahren haben Lithiumionen(Li+)-Batterien Nickel-Cadmium(NiCd)-Batterien und Nickel-Metall-Wasserstoff(NiMH)-Batterien in tragbaren elektronischen Anordnungen, wie Personalcomputern vom Notebook-Typ, ersetzt. Verglichen mit den NiCd-Batterien und NiMH-Batterien sind die Li+ Batterien leichter, haben jedoch eine größere Kapazität pro Volumeneinheit. Aus diesem Grund sind die Li+ Batterien für eine Anordnung geeignet, die vorzugsweise leicht ist und einer kontinuierlichen Verwendung während einer langen Zeit standhalten soll.
In einem überentladenen Zustand verschlechtern sich die Li+ Batterien jedoch rapide. Daher muß verhindert werden, daß sich die Li+ Batterien überentladen.
Eine in einer tragbaren elektronischen Anordnung verwendete Batterieeinheit hat eine Vielzahl von Batteriezellen, die in Serie geschaltet sind. Die maximale Anzahl von in Serie geschalteten Batteriezellen in einer Batterieeinheit wird von der Beziehung zwischen der Ausgangsspannung der Batterieeinheit und einer zur Zeit des Ladens von der Außenseite zugeführten Energiequellenspannung bestimmt. Die Ausgangsspannung einer NiCd-Batteriezelle oder einer NiMH-Batteriezelle ist beispielsweise 1,2 V, und die zur Zeit des Ladens zugeführte Energiequellenspannung ist ungefähr 1,7 V. Da eine 16 V-Ausgangsspannung einer Batterieeinheit für eine elektronische Allzweckanordnung am geeignetsten ist, beträgt die maximale Anzahl von in der Batterieeinheit in Serie geschalteten NiCd- oder NiMH-Batteriezellen 9. Andererseits beträgt die höchstmögliche Ausgangsspannung einer Li+ Batteriezelle ungefähr 4,2 V. Demgemäß beträgt die maximale Anzahl von in einer Batterieeinheit in Serie geschalteten Li+ Batteriezellen 3.
Im Gegensatz zu einer NiCd-Batterieeinheit und einer NiMH-Batterieeinheit hat die Li+ Batterieeinheit eine Schutzfunktion gegen einen Kurzschluß innerhalb und außerhalb der Li+ Batterieeinheit. Dadurch wird verhindert, daß sich die Li+ Batterieeinheit verschlechtert und ihre Lebensdauer verkürzt wird. Wenn beispielsweise innerhalb oder außerhalb der Li+ Batterieeinheit ein Kurzschluß auftritt, sperrt eine Sicherung einen Überentladungsstrom oder Überladungsstrom, wenn der Entladungsstrom oder Ladungsstrom größer wird als ein vorherbestimmter Stromwert. So wird verhindert, daß sich die Li+ Batterieeinheit verschlechtert und ihre Lebensdauer verkürzt wird.
1 ist ein Blockbild eines Beispiels einer Batterieeinheit des Standes der Technik, und 2 ist ein Schaltbild einer Spannungsüberwachungsschaltung des Beispiels der Batterieeinheit des Standes der Technik.
In 1 und 2 umfaßt eine Batterieeinheit 100 Batteriezellen E1, E2 und E3, die wie in den Figuren gezeigt verbunden sind, eine Spannungsüberwachungsschaltung 101, eine Sicherung 102, p-Kanal-FETs 103 und 104, und Energiezufuhranschlüsse 105 und 106.
Die Batteriezellen E1, E2 und E3 sind in Serie geschaltet. Der FET 103 ist ein Ladungssteuer-FET, der als Ladungssteuerschalter funktioniert. Der FET 104 ist ein Entladungssteuer-FET, der als Entladungssteuerschalter funktioniert. Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 überwacht die Spannungen der Batteriezellen E1, E2 und E3. In Übereinstimmung mit den entsprechenden Spannungen der Batteriezellen E1, E2 und E3 schaltet die Spannungsüberwachungsschaltung 101 die FETs 103 und 104 ein und aus.
Wie in 2 gezeigt, umfaßt die Spannungsüberwachungsschaltung 101 eine Überladungsüberwachungsschaltung 101a und eine Überentladungsüberwachungsschaltung 101b. Die Überladungsüberwachungsschaltung 101a überwacht, ob die Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überladenen Zustand sind, und schaltet den FET 103 aus, wenn die Batteriezellen in einem überladenen Zustand sind. Die Überentladungsüberwachungsschaltung 101b überwacht, ob die Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überentladenen Zustand sind, und schaltet den FET 104 aus, wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überentladenen Zustand sind.
Die Überladungsüberwachungsschaltung 101a umfaßt Komparatoren 121, 122 und 123, Referenzenergiequellen e1a, e1b und e1c, und ein ODER-Gatter 124.
Der Komparator 121 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E1 mit einer Referenzspannung Vref1, die von der Referenzenergiequelle e1a erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 höher ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 121 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 niedriger ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 121 ”0” aus. Hier gibt ”1” an, daß der Ausgang eines Komparators auf dem hohen Logikpegel ist, und ”0” gibt an, daß der Ausgang eines Komparators auf dem niedrigen Logikpegel ist. Der Komparator 122 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E2 mit einer Referenzspannung Vref1, die von der Referenzenergiequelle e1b erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 höher ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 122 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 niedriger ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 122 ”0” aus. Der Komparator 123 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E3 mit einer Referenzspannung Vref1, die von der Referenzenergiequelle e1c erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 höher ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 123 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 niedriger ist als die Referenzspannung Vref1, gibt der Komparator 123 ”0” aus.
Die Ausgänge der Komparatoren 121, 122 und 123 werden dem ODER-Gatter 124 zugeführt. Das ODER-Gatter 124 nimmt eine ODER-Operation an den Ausgängen der Komparatoren 121, 122 und 123 vor, und führt dem Gatter des FET 103 ein Ergebnis der ODER-Operation zu. Wenn irgendeiner der Ausgänge der Komparatoren 121, 122 und 123 ”1” ist, d. h. wenn irgendeine der Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überladenen Zustand ist, und das vom ODER-Gatter 124 dem Gatter des FET 103 zugeführte Signal ”1” ist, wird der FET 103 ausgeschaltet, um eine Überladung zu verhindern.
Die Überentladungsüberwachungsschaltung 101b umfaßt Komparatoren 111, 112 und 113, Referenzenergiequellen e2a, e2b und e2c, und ein ODER-Gatter 114.
Der Komparator 111 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E1 mit einer Referenzspannung Vref2, die von der Referenzenergiequelle e2a erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 höher ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 111 ”0” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 niedriger ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 111 ”1” aus. Der Komparator 112 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E2 mit einer Referenzspannung Vref2, die von der Referenzenergiequelle e2b erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 höher ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 112 ”0” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 niedriger ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 112 ”1” aus. Der Komparator 113 vergleicht die Spannung der Batteriezelle E3 mit einer Referenzspannung Vref2, die von der Referenzenergiequelle e2c erzeugt wird. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 höher ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 113 ”0” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 niedriger ist als die Referenzspannung Vref2, gibt der Komparator 113 ”1” aus.
Die Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 werden dem ODER-Gatter 114 zugeführt. Das ODER-Gatter 114 nimmt eine ODER-Operation an den Ausgängen der Komparatoren 111, 112 und 113 vor, und führt dem Gatter des FET 104 ein Ergebnis der ODER-Operation zu. Wenn irgendeiner der Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 ”1” ist, d. h. wenn irgendeine der Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überentladenen Zustand ist, und das vom ODER-Gatter 114 dem Gatter des FET 104 zugeführte Signal ”1” ist, wird der FET 104 ausgeschaltet, um eine Überentladung zu verhindern.
Wenn ein größerer Strom als ein bestimmter Stromwert fließt, schmilzt die Sicherung 102 und sperrt den Strom. Dadurch dient die Sicherung 102 als Teil einer doppelten Schutzschaltung in einem Fall, wo die Spannungsüberwachungsschaltung 100 den großen Strom nicht richtig sperrt, oder die FETs 103 und 104 aufgrund irgendeiner Störung, wie eines Kurzschlusses, nicht richtig funktionieren, um den großen Strom zu sperren.
Die Energiezufuhranschlüsse 105 und 106 sind mit einer elektronischen Anordnung 130 verbunden, wie in 1 gezeigt. Die elektronische Anordnung 130 umfaßt eine Energiequellenschaltung 131 und einen Anordnungshauptkörper 132.
Die Energiequellenschaltung 131 wandelt eine von der Batterieeinheit 100 zugeführte Gleichspannung (GS) in eine im Anordnungshauptkörper 132 zu verwendende GS um.
Zur Zeit des Versands ist die Batterieeinheit 100 mit der elektronischen Anordnung 130 verbunden. Die Batterieeinheit 100 kann mit Schrauben an der elektronischen Anordnung 130 befestigt sein. Wenn die Batterieeinheit 100 und die elektronische Anordnung 130 getrennt verpackt werden, wird in einen derartigen Fall die Verpackung groß, und es ist eine große Menge an Einbettungsmaterial erforderlich. Außerdem muß sich der Benutzer nach dem Auspacken die Mühe machen, die Batterieeinheit 100 an die elektronische Anordnung 130 zu schrauben.
In einem Fall einer elektronischen Anordnung mit eingebauten Trockenbatterien wird eine Isolierfolie zwischen den Trockenbatterien und den Elektroden der elektronischen Anordnung eingeführt. Der Benutzer entfernt normalerweise die Isolierfolie, wenn er/sie die elektronische Anordnung zu verwenden beginnt. Durch die Entfernung der Isolierfolie werden die Trockenbatterien und die elektronische Anordnung verbunden, und elektrische Energie wird der elektronischen Anordnung von den Trockenbatterien zugeführt. Verglichen mit den Trockenbatterien hat die Batterieeinheit 100 jedoch mehr Verbindungsstifte für eine Verbindung mit der elektronischen Anordnung 130. Der Anschlußverbinder der Batterieeinheit 100 hat auch eine kompliziertere Struktur. Aus diesen Gründen kann keine Isolierfolie zwischen der Batterieeinheit 100 und der elektronischen Anordnung 130 eingeführt werden, und zur Zeit des Versands ist die Batterieeinheit 100 bereits an der elektronischen Anordnung 130 montiert, wie in 1 gezeigt.
Die in 1 gezeigte Batterieeinheit 100 bleibt mit der Energiequellenschaltung 131 verbunden, auch wenn der Stromversorgungsschalter der elektronischen Anordnung 130 ausgeschaltet ist. Die Energiequellenschaltung 131 ist aus einem GS-GS-Wandler gebildet, und verbraucht elektrischen Strom, auch wenn der Ausgang gesperrt ist. Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 der Batterieeinheit 100 verbraucht auch ständig einen geringen Betrag an elektrischem Strom. Daher werden nach dem Versand der elektronischen Anordnung 130 die Batteriezellen E1, E2 und E3 der Batterieeinheit 100 verbraucht. Wenn die Batterieeinheit 100 aufgrund des Verbrauchs der Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem überentladenen Zustand ist, wird der FET 104 ausgeschaltet, und die Batteriezellen E1, E2 und E3 werden von der elektronischen Anordnung 130 getrennt. Wenn die elektronische Anordnung 130 während eines noch längeren Zeitraums ausgepackt gelassen wird, können sich die Batteriezellen E1, E2 und E3 aufgrund des von der Spannungsüberwachungsschaltung 101 verbrauchten Stroms überentladen.
Aus der DE 36 11 484 A1 ist ein Verfahren zur Erzielung eines Tiefentladungschutzes für eine wiederaufladbare Batterie und aus DE 93 19 881 U1 ist eine mobile Energieversorgungseinheit bekannt; keine dieser Druckschriften lehrt ein Verfahren oder eine Steuerschaltung zum Schützen von Batteriezellen einer Batterieeinheit, die lösbar mit einer Last verbunden ist.
Es ist eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schutzverfahren, eine Steuerschaltung und ein System vorzusehen, bei denen die obigen Nachteile eliminiert werden.
Es ist eine spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schutzverfahren vorzusehen, bei welchem sich eingebaute Batteriezellen niemals überentladen, auch wenn sie mit einer elektronischen Anordnung während eines langen Zeitraums verbunden sind, wodurch verhindert wird, daß sich die Batterieeinheit verschlechtert und die Lebensdauer davon verkürzt wird.
Diese Aufgaben sind durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die obigen Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden durch ein Schutzverfahren zum Schützen von Batteriezellen gegen ein Überentladen erzielt.
Dieses Verfahren umfasst die Schritte: Überwachen der Spannung jeder der Batteriezellen; Steuern eines Entladungssteuerschalters, der zwischen einer Last und den Batteriezellen angeschlossen ist, in Übereinstimmung mit der Spannung jeder der Batteriezellen; und Halten des Entladungssteuerschalters in einem erzwungenen AUS-Zustand in Übereinstimmung mit einem erzwungenen Aus-Signal, das von der Außenseite zugeführt wird. In diesem Verfahren wird der Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen AUS-Zustand in Übereinstimmung mit einem Freigabesignal, das von der Außenseite zugeführt wird, freigegeben. Der Entladungssteuerschalter wird auch aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben, wenn die Batteriezellen geladen werden. Der Entladungssteuerschalter wird auch aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben, wenn irgendeine der Batteriezellen in einem überladenen Zustand ist. Der Entladungssteuerschalter wird auch aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben, wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht.
Indem mit der obigen Zusammensetzung der Schalter im erzwungenen AUS-Zustand in Übereinstimmung mit dem erzwungenen AUS-Signal, das von der Außenseite zugeführt wird, gehalten wird, kann verhindert werden, daß sich die Batteriezellen überentladen, auch wenn die Batteriezellen während eines langen Zeitraums nicht geladen werden. So kann verhindert werden, daß sich die Batteriezellen verschlechtern.
In dem Fall, wo der Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen AUS-Zustand in Übereinstimmung mit einem Freigabesignal, das von der Außenseite zugeführt wird, freigegeben wird, kann eine normaler Ladungs- und Entladungssteuerbetrieb vorgenommen werden.
In dem Fall, wo der Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben wird, wenn die Batteriezellen geladen werden, kann der erzwungene AUS-Zustand automatisch aufgehoben werden, wenn der Benutzer beginnt, die elektronische Anordnung zu verwenden.
In dem Fall, wo der Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben wird, wenn die Batteriezellen in einem überladenen Zustand sind, schränkt der Entladungssteuerschalter eine Entladung in einem überladenen Zustand nicht ein, wodurch die Batteriezellen geschützt werden.
In dem Fall, wo der Entladungssteuerschalter auch aus dem erzwungenen AUS-Zustand freigegeben wird, wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht, kann der erzwungene AUS-Zustand automatisch aufgehoben werden, bevor die Batteriezellen überladen werden.
Die obigen und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen besser verständlich.
1 ist ein Blockbild eines Beispiels einer Batterieeinheit des Standes der Technik;
2 ist ein Blockbild einer Spannungsüberwachungsschaltung eines Beispiels einer Batterieeinheit des Standes der Technik;
3 ist ein Blockbild einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Blockbild einer Spannungsüberwachungsschaltung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5A bis 5E veranschaulichen eine Operation einer Entladungssteuerschaltung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Blockbild einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Blockbild einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Blockbild einer Batterieeinheit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Blockbild einer Batterieeinheit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Blockbild einer Batterieeinheit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine externe perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit von 11 ohne Abdeckung; und
13 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit von 11 ohne Substrat.
Das Folgende ist eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigeschlossenen Zeichnungen.
3 ist ein Blockbild einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 1 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Eine Batterieeinheit 1 dieser Ausführungsform hat eine Entladungssteuerschaltung 2 zwischen einer Spannungsüberwachungsschaltung 101 und einem Entladungssteuer-FET 104.
Die Entladungssteuerschaltung 2 ist mit einem Setzanschluß 3, einem Rücksetzanschluß 4 und einer Überentladungssteuerschaltung 101b (in 2 gezeigt) der Spannungsüberwachungsschaltung 101 verbunden. Die Entladungssteuerschaltung 2 hält ein Entladungssteuersignal auf ”1”, wenn der Setzanschluß 3 auf ”1” gesetzt wird, um den Entladungssteuer-FET 104 ungeachtet eines Entladungssteuersignals auszuschalten, das von der Überentladungssteuerschaltung 101b ausgegeben wird. Wenn der Rücksetzanschluß 4 auf ”1” gesetzt wird, wird das Entladungssteuersignal, das von der Überentladungssteuerchaltung 101b ausgegeben wird, dem Entladungssteuer-FET 104 zugeführt.
Ein in 3 bis 10 gezeigter FET 103 ist ein Ladungssteuer-FET, der als Ladungssteuerschalter funktioniert. Der in 3 bis 10 gezeigte Entladungssteuer-FET 104 funktioniert als Entladungssteuerschalter. Diese FETs sind p-Kanal-FETs, die EIN sind, wenn das Potential auf der Gatterseite auf dem Niederpegel ist.
4 ist ein Schaltbild der Entladungssteuerschaltung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Entladungssteuerschaltung 2 umfaßt ein Flip-Flop (FF) 5, ODER-Gatter 6 und 7, und einen Komparator 8.
Das Flip-Flop 5 hat einen Setzanschluß und einen Rücksetzanschluß. Der Ausgang des Flip-Flops 5 wird auf ”1” gesetzt, wenn sein Setzanschluß auf ”1” gesetzt wird. Der Ausgang des Flip-Flops 5 wird auf ”0” zurückgesetzt, wenn sein Rücksetzanschluß auf ”1” gesetzt wird. Der Setzanschluß 3 ist mit dem Setzanschluß des Flip-Flops 5 verbunden, und der Ausgang des ODER-Gatters 6 wird dem Rücksetzanschluß des Flip-Flops 5 zugeführt.
Dem ODER-Gatter 6 werden ein Rücksetzsignal, das an den Rücksetzanschluß 4 angelegt wird, und der Ausgang des Komparators 8 zugeführt, um eine ODER-Operation an dem Rücksetzsignal und dem Ausgang des Komparators 8 vorzunehmen. Der Komparator 8 detektiert eine Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103. Wenn die Spannung zwischen der Source und dem Drain höher ist als ein Schwellenwert, gibt der Komparator 8 ein Hochpegelsignal aus. Wenn die Spannung zwischen der Source und dem Drain niedriger ist als der Schwellenwert, gibt der Komparator 8 ein Niederpegelsignal aus. Auf diese Weise beurteilt der Komparator 8 aus der Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103, ob die Ladespannung höher ist als ein vorherbestimmter Pegel oder nicht, wodurch das Flip-Flop 5 zurückgesetzt wird. Wenn das Flip-Flop 5 gesetzt wird und der Entladungssteuer-FET 104 AUS ist vor dem Laden, detektiert der Komparator 8 auch die Elektrifizierung aus der Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103. Wenn die Elektrifizierung detektiert wird, wird das Flip-Flop 5 zurückgesetzt, der Ausgang des Flip-Flops 5 wird ”nieder”, und der Entladungssteuer-FET 104 wird eingeschaltet.
Wenn das Setzsignal 3 ”1” wird, gibt das Flip-Flop 5 ”1” aus. Wenn der Ausgang des Rücksetzanschlusses 4 oder der Ausgang des Komparators 8 ”1” wird, gibt das Flip-Flop 5 ”0” aus. Der Ausgang des Flip-Flops 5 wird dem ODER-Gatter 7 zugeführt.
Dem ODER-Gatter 7 werden der Ausgang der Überentladungssteuerschaltung 101b sowie der Ausgang des Flip-Flops 5 zugeführt. Das ODER-Gatter 7 nimmt eine ODER-Operation an dem Ausgang des Flip-Flops 5 und dem Ausgang der Überentladungssteuerschaltung 101b vor.
Der Ausgang des ODER-Gatters 7 wird dem Entladungssteuer-FET 104 zugeführt. Der Entladungssteuer-FET 104 ist AUS, wenn der Ausgang des ODER-Gatters 7 ”1” ist, und ist EIN, wenn der Ausgang des ODER-Gatters 7 ”0” ist. Mit anderen Worten wird, wenn das Flip-Flop 5 gesetzt wird, der Entladungssteuer-FET 104 ”1” und wird ausgeschaltet. Wenn das Flip-Flop 5 zurückgesetzt wird und ”0” ausgibt, wird der Entladungssteuer-FET 104 in Abhängigkeit vom Ausgang der Überentladungssteuerschaltung 101b der Spannungsüberwachungsschaltung 101 ein- oder ausgeschaltet.
5A bis 5E veranschaulichen einen Betrieb einer Ladungssteuerschaltung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 5A zeigt die Spannung zwischen einem Anschluß 105 und einem Anschluß 106. 5B zeigt ein Setzsignal, das in den Setzanschluß 3 eingegeben wird. 5C zeigt den Ausgang des Flip-Flops 5. 5D zeigt die Gatterspannung des Entladungssteuer-FET 104. 5E zeigt ein Wellenformdiagramm eines Rücksetzsignals, das in den Rücksetzanschluß 4 eingegeben wird.
Zur Zeit t1 wird ein Setzsignal ”1” dem Setzanschluß 3 zugeführt, wie in 5B gezeigt. Dann wird der Ausgang des Flip-Flops 5 auf ”1” gesetzt, wie in 5C gezeigt, und das Gatter des Entladungssteuer-FET 104 wird ”1”, wie in 5D gezeigt. Während das Gatter ”1” ist, wird der Entladungssteuer-FET 104 ausgeschaltet, und die Ausgangsspannung des Anschlusses 105 wird 0 V, wie in 5A gezeigt. Da das Gatter des Entladungssteuer-FET 104 ungeachtet des von der Spannungsüberwachungsschaltung 101 zugeführten Ladungssteuersignals auf ”1” festgelegt ist, wird der Entladungssteuer-FET 104 ungeachtet des Zustands jeder der Batteriezellen E1, E2 und E3 ausgeschaltet.
Zu einer Zeit t2 wird ein Rücksetzsignal ”1” dem Rücksetzanschluß 4 zugeführt, wie in 5E gezeigt. Dann wird der Ausgang des Flip-Flops 5 auf ”0” zurückgesetzt, wie in 5C gezeigt. Wenn der Ausgang des Flip-Flops 5 ”0” ist, gibt das ODER-Gatter 7 direkt den Ausgang der Ladungssteuerschaltung 101b der Spannungsüberwachungsschaltung 101 aus.
Demgemäß wird der Entladungssteuer-FET 104 in Abhängigkeit vom Ausgang der Ladungssteuerschaltung 101b der Spannungsüberwachungsschaltung 101 umgeschaltet. Wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 in einem Überentladungszustand sind, wird der Entladungssteuer-FET 104 ausgeschaltet.
Die Batterieeinheit 1 ist an einer elektronischen Anordnung 11 montiert und führt der elektronischen Anordnung 11 Energie zu. Die elektronische Anordnung umfaßt einen GS-GS-Wandler 12, einen Anordnungshauptkörper 13, eine Spannungsüberwachungsschaltung 14, einen Regler 15, einen Hauptschalter 16 und einen Rücksetzschalter 17.
Der GS-GS-Wandler 12 ist mit dem Energiequellenanschluß 105 der Batterieeinheit 1 verbunden, und wandelt die von der Batterieeinheit 1 zugeführte Spannung in eine gewünschte Spannung um. Der GS-GS-Wandler 12 ist auch mit dem Regler 15 verbunden, und wandelt die vom Regler 15 zugeführte Spannung in eine gewünschte Spannung um.
Dann wird die vom GS-GS-Wandler 12 umgewandelte Spannung dem Anordnungshauptkörper 13 über den Hauptschalter 16 zugeführt. Der Hauptschalter 16 wird eingeschaltet, um die vom GS-GS-Wandler 12 umgewandelte Spannung dem Anordnungshauptkörper 13 zuzuführen. Der Hauptschalter 16 ist mit dem Rücksetzschalter 17 gegenseitig verriegelt. Wenn der Hauptschalter 16 eingeschaltet wird, wird auch der Rücksetzschalter 17 eingeschaltet.
Wenn der Rücksetzschalter 17 eingeschaltet wird, wird eine Überwachungsspannung an den Rücksetzanschluß 4 der Batterieeinheit 1 angelegt. So wird der Rücksetzanschluß 4 ”1”. Wenn der Rücksetzanschluß 4 ”1” wird, wird der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben, und der Entladungssteuer-FET 104 wird in Abhängigkeit vom Überwachungsergebnis der Spannungsüberwachungsschaltung 101 ein- und ausgeschaltet. Bevor die elektronische Anordnung 11 versendet wird, hat die Batterieeinheit 1 die Batteriezellen E1, E2 und E3 alle in einem bestimmten Ausmaß geladen. Dann wird an den Setzanschluß 3 eine Spannung angelegt, so daß der Setzanschluß 3 ”1” wird. So wird der Ausgang des Flip-Flops 5 auf ”1” festgelegt, und der Entladungssteuer-FET 104 wird auf den AUS-Zustand festgelegt. Anschließend wird die Batterieeinheit 1 an der elektronischen Anordnung 11 montiert.
Mit der elektronischen Anordnung 11 wird eine Anweisung geliefert, einen WS-Wandler 18 anzuschließen und den Hauptschalter 16 einzuschalten, nachdem die Verpackung der elektronischen Anordnung 11 geöffnet wurde. Nachdem der Hauptschalter 16 eingeschaltet wird, wird der Rücksetzschalter 17 eingeschaltet, und der Rücksetzanschluß 4 wird aufgrund der von einem Anschluß 9 ausgegebenen Überwachungsspannung ”1”. So wird der Entladungssteuer-FET 104 eingeschaltet.
Nachdem der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben wird, wird er in Abhängigkeit vom Überwachungsergebnis der Spannungsüberwachungsschaltung 101, d. h. von den Ladespannungen der entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3, ein- und ausgeschaltet.
In dieser Ausführungsform wird der Entladungssteuer-FET 104 zur Zeit des Versands auf den AUS-Zustand festgelegt, so daß die Verbindung der Batteriezellen E1, E2 und E3 mit dem GS-GS-Wandler 12, der eine große Energiemenge während eines Nicht-Betriebszeitraums verbraucht, sicher getrennt werden kann. So kann die Menge der Entladung der Batterieeinheit 1 während des Zeitraums zwischen dem Versand und dem Beginn der Verwendung auf eine Minimalmenge reduziert werden. Auch wenn die elektronische Anordnung 11 während eines langen Zeitraums nach dem Versand nicht verwendet wird, überentladen sich auf diese Weise die Batteriezellen E1, E2 und E3 der Batterieeinheit 1 nicht, und es kann verhindert werden, daß sie sich verschlechtern.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 3 und 4 gezeigt sind, können jeweils von einer integrierten Schaltung (IC) gebildet werden. In einem Fall, wo die Spannungsüberwachungsschaltung 101 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Spannungsüberwachungsschaltung 101 und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie ein Anschluß für eine Signalleitung mit der Entladungssteuerschaltung 2 verwendet. Wenn die Entladungssteuerschaltung 2 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse zum Verbinden der Entladungssteuerschaltung 2 und der FETs 103 und 104 verwendet. Jede IC ist auch mit Anschlüssen für die Batteriezellen, die FETs, ein Rücksetzsignal und ein Setzsignal, die in 3 und 4 gezeigt sind, versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sind sie für Fachleute klar und werden als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2 können auch durch eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist diese eine IC mit Anschlüssen für Verbindungen mit den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3, für Verbindungen mit den FETs 103 und 104, und für Signale, wie ein Rücksetzsignal und ein Setzsignal, versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2 mit den FETs 103 und 104 können auch durch eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist diese eine IC auch mit Anschlüssen für Verbindungen mit den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 und für Signale, wie ein Rücksetzsignal und ein Setzsignal, versehen. Obwohl diese Anschlüsse in der Zeichnung nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Obwohl in der obigen Ausführungsform der Entladungssteuer-FET 104 der Batterieeinheit 1 aus dem AUS-Zustand freigegeben wird, indem der Hauptschalter 16 der elektronischen Anordnung 11 eingeschaltet wird, ist es möglich, den Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freizugeben, indem der WS-Wandler 18 mit der elektronischen Anordnung 11 verbunden wird.
6 ist ein Blockbild einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 3 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Diese Modifikation unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform von 3 durch die elektronische Anordnung. Eine elektronische Anordnung 21 dieser Modifikation ist nicht mit dem Rücksetzschalter 17 von 3 versehen, und der Ausgang des Reglers 15 ist nicht nur mit dem GS-GS-Wandler 12, sondern auch mit dem Rücksetzanschluß 4 der Batterieeinheit 1 verbunden.
Wenn in dieser Modifikation der WS-Wandler 18 mit der elektronischen Anordnung 21 verbunden wird, wird der Ausgang des Reglers 15 nicht nur mit dem GS-GS-Wandler 12, sondern auch mit dem Rücksetzanschluß 4 der Batterieeinheit 1 verbunden. Mit anderen Worten wird, wenn der WS-Wandler 18 mit der elektronischen Anordnung 21 verbunden wird, der Rücksetzanschluß 4 der Batterieeinheit 1 ”1”.
Wenn der Rücksetzanschluß 4 ”1” wird, wird der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben, und wird in Abhängigkeit von Überwachungsergebnissen von der Spannungsüberwachungsschaltung 101 ein- und ausgeschaltet.
Obwohl in dieser Modifikation der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben wird, indem der Rücksetzanschluß 4 auf ”1” gesetzt wird, kann der Entladungssteuer-FET 104 durch die Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103 aus dem AUS-Zustand freigegeben werden.
7 ist ein Blockbild einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 3 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Diese Modifikation unterscheidet sich von der in 3 gezeigten ersten Ausführungsform durch die elektronische Anordnung. Eine elektronische Anordnung 31 dieser Modifikation ist strukturell gleich wie eine allgemeine elektronische Anordnung, die vom WS-Wandler 18 oder von einer Batterie betrieben wird. Mit anderen Worten ist die elektronische Anordnung 31 nicht mit dem Anschluß versehen, der mit dem Rücksetzanschluß 4 der Batterieeinheit 1 verbunden ist.
In dieser Modifikation ist der WS-Wandler 18 mit der elektronischen Anordnung 31 so verbunden, daß die GS-Ausgangsspannung des WS-Wandlers 18 dem Regler 15 zugeführt wird. Der Regler 15 wandelt die GS-Ausgangsspannung des WS-Wandlers 18 in eine gewünschte Spannung um, und führt die umgewandelte Spannung dem GS-GS-Wandler 12 zu. Hier wird die Ausgangsspannung des Reglers 15 als Ladespannung dem Anschluß 105 der Batterieeinheit 1 zugeführt.
Der Entladungssteuer-FET 104 ist zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103 so angeschlossen, daß die Anode einer Diode D104 dem Anschluß 105 zugewandt ist, während die Kathode der Diode D104 dem Ladungssteuer-FET 103 zugewandt ist. Wenn eine Ladespannung vom Regler 15 dem Anschluß 105 zugeführt wird, wird demgemäß die Spannung zwischen dem Ladungssteuer-FET 103 und dem Entladungssteuer-FET 104 höher, und eine Spannung wird in der Richtung entgegengesetzt zur Entladungsrichtung angelegt.
Die Entladungssteuerschaltung 2 überwacht die Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103 unter Verwendung des in 4 gezeigten Komparators 8. Der Komparator 8 gibt ”1” aus, wenn die Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103 zur Entladungsrichtung entgegengesetzt ist, d. h. wenn die Spannung auf der Seite des Anschlusses 105 hoch und auf der Seite der Batteriezellen E1, E2 und E3 niedrig ist. Da der Ausgang des Komparators 8 mit dem Rücksetzanschluß des Flip-Flops 5 verbunden ist, wird das Flip-Flop 5 zurückgesetzt, wenn der Ausgang des Komparators 8 ”1” wird. So wird der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben.
Wie oben beschrieben, kann die Batterieeinheit 1 dieser Modifikation bei der herkömmlichen elektronischen Anordnung 31 verwendet werden, die keine Schaltung zum Setzen des Rücksetzanschlusses 4 auf ”1” aufweist. Auch wenn die elektronische Anordnung 31 nach dem Versand während eines langen Zeitraums nicht verwendet wird, überladen sich die Batteriezellen E1, E2 und E3 der Batterieeinheit 1 nicht. So kann verhindert werden, daß sich die Batteriezellen E1, E2 und E3 verschlechtern.
In der ersten und zweiten Modifikation können die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 6 und 7 gezeigt sind, jeweils durch eine IC gebildet werden, wie im Fall der ersten Ausführungsform, die in 3 und 4 gezeigt ist. In einem Fall, wo die Spannungsüberwachungsschaltung 101 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Spannungsüberwachungsschaltung 101 und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie ein Anschluß für eine Signalleitung mit der Entladungssteuerschaltung 2 verwendet. In einem Fall, wo die Entladungssteuerschaltung 2 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Entladungssteuerschaltung 2 und den FETs 103 und 104 verwendet. Jede IC kann auch mit Anschlüssen für Verbindungen mit den Batteriezellen und den FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen sein. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 6 und 7 gezeigt sind, können auch durch eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist diese eine IC mit Anschlüssen für Verbindungen mit den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüssen für Verbindungen mit den FETs 103 und 104 versehen. Die IC kann auch mit Anschlüssen für Verbindungen mit den Batteriezellen und den FETS sowie für Rücksetz- und Setzsignale versehen sein. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2 mit den FETs 103 und 104 können auch durch eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist diese eine IC mit Anschlüssen für Verbindungen mit den entsprechenden Batteriezellen versehen. Diese eine IC kann auch mit Anschlüssen für die Batteriezellen und Rücksetz- und Setzsignale versehen sein. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Obwohl die Entladungssteuerschaltung 2 dieser Ausführungsform das Flip-Flop 5 in Abhängigkeit von der Spannung des Rücksetzanschlusses 4 oder der Spannung zwischen der Source und dem Drain des Ladungssteuer-FET 103 zurücksetzt, ist es auch möglich, das Flip-Flop 5 in Abhängigkeit von einem Signal zur Steuerung des Ladungssteuer-FET 103 zu setzen oder zurückzusetzen.
8 ist ein Blockbild einer Batterieeinheit einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 4 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Eine Batterieeinheit 41 dieser Ausführungsform wird gebildet, indem ein ODER-Gatter 42 und ein WEDER-NOCH-Gatter 43 zur in 4 gezeigten Batterieeinheit 1 hinzugefügt werden. Das ODER-Gatter 42 nimmt eine ODER-Operation an dem Ausgang des Rücksetzanschlusses 4, dem Ausgang des Komparators 8 und einem Ladungssteuersignal zur Steuerung des Ladungssteuer-FET 103 vor. Das WEDER-NOCH-Gatter 43 nimmt eine WEDER-NOCH-Operation an dem Eingang des Setzanschlusses 3 und dem Ladungssteuersignal für den Ladungssteuer-FET 103 vor.
In dieser Ausführungsform detektiert die Spannungsüberwachungsschaltung 101 eine Überladung in den Batteriezellen E1, E2 und E3. Wenn das dem Gatter des Ladungssteuer-FET 103 zugeführte Ladungssteuersignal ”1” ist, gibt das ODER-Gatter 42 ”1” aus. Dann wird das Flip-Flop 5 zurückgesetzt, so daß der Entladungssteuer-FET 104 aus dem AUS-Zustand freigegeben wird. Wenn eine Überladung in den Batteriezellen E1, E2 und E3 vorliegt, wird demgemäß der Entladungssteuer-FET 104 vom Flip-Flop 5 eingeschaltet, um nicht zu verhindern, daß sich die Batteriezellen E1, E2 und E3 entladen.
Wenn das Ladungssteuersignal zur Steuerung des Ladungssteuer-FET 103 und das Setzsignal vom Setzanschluß 3 beide ”0” sind, gibt das WEDER-NOCH-Gatter 43 ”1” aus. In einem Überladungszustand wird der Ausgang des Flip-Flops 5 vom WEDER-NOCH-Gatter 43 nicht auf ”1” gesetzt. Demgemäß ist der Ladungssteuer-FET 104 ein, und hindert die Batteriezellen E1, E2 und E3 nicht daran, sich zu entladen.
In dieser Ausführungsform wird der Ladungssteuer-FET niemals auf den AUS-Zustand festgelegt, wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 überladen sind.
Wie in der ersten Ausführungsform können die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 8 gezeigt sind, jeweils von einer IC gebildet werden. In einem Fall, wo die Spannungsüberwachungsschaltung 101 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Spannungsüberwachungsschaltung und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüsse für eine Signalleitung der Entladungssteuerschaltung 2 verwendet. In einem Fall, wo die Entladungssteuerschaltung 2 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Entladungssteuerschaltung 2 und den FETs 103 und 104 verwendet. Jede IC ist auch mit Anschlüssen zum Verbinden der IC mit den Batteriezellen und FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 8 gezeigt sind, können durch nur eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den FETs 103 und 104 versehen. Die IC ist auch mit Anschlüssen zum Verbinden der IC mit den Batteriezellen und FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2 mit den FETs 103 und 104 können auch durch nur eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 versehen. Die IC ist auch mit Anschlüssen für Batteriezellen und Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Obwohl in dieser Ausführungsform ein Überladungszustand der Batteriezellen E1, E2 und E3 aus dem Überwachungsergebnis der Spannungsüberwachungsschaltung 101 detektiert wird, kann die Spannung jeder der Batteriezellen E1, E2 und E3 so detektiert werden, daß der Ladungssteuer-FET 103 durch eine kleinere Spannung als die Überwachungsspannung auf einen AUS-Zustand festgelegt wird.
9 ist ein Blockbild einer Batteriezelleneinheit einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 8 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Eine Batterieeinheit 51 dieser Ausführungsform wird gebildet, indem eine Spannungsdetektorschaltung 52 zur in 8 gezeigten Batterieeinheit 4 hinzugefügt wird.
Die Spannungsdetektorschaltung 52 umfaßt Referenzspannungsquellen ea, eb und ec, Komparatoren 53, 54 und 55, ein NICHT-UND-Gatter 56, einen Inverter 57 und ein ODER-Gatter 58.
Der Komparator 53 vergleicht die Batteriezelle E1 mit der Referenzspannungsquelle ea. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 höher ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle ea, gibt der Komparator 53 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E1 niedriger ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle eb, gibt der Komparator 53 ”0” aus. Der Komparator 54 vergleicht die Batteriezelle E2 mit der Referenzspannung eb. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 höher ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle eb, gibt der Komparator 54 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E2 niedriger ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle eb, gibt der Komparator 54 ”0” aus. Der Komparator 54 vergleicht die Batteriezelle E3 mit der Referenzspannungsquelle ec. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 höher ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle ec, gibt der Komparator 55 ”1” aus. Wenn die Spannung der Batteriezelle E3 niedriger ist als die Spannung der Referenzspannungsquelle ec, gibt der Komparator 55 ”0” aus. Hier sind die von den Referenzspannungsquellen ea, eb und ec erzeugten Spannungen gleichmäßig auf 0 V gesetzt.
Die Ausgänge der Komparatoren 53 bis 55 werden dem NICHT-UND-Gatter 56 zugeführt. Das NICHT-UND-Gatter 56 nimmt eine NICHT-UND-Operation an den Ausgängen der Komparatoren 53 bis 55 vor. Der Ausgang des NICHT-UND-Gatters 56 wird dem ODER-Gatter 58 über den Inverter 57 zugeführt.
Das NICHT-UND-Gatter 56 und der Inverter 57 bilden ein UND-Gatter. Wenn alle der Ausgänge der Komparatoren 53 bis 55 ”1” sind, gibt das UND-Gatter ein Hochpegelsignal aus.
Der Ausgang des Inverters 57 wird dem ODER-Gatter 58 zugeführt. Ein Entladungssteuersignal zur Steuerung des Ladungssteuer-FET 103 wird dem ODER-Gatter 58 zugeführt. Das ODER-Gatter nimmt eine ODER-Operation an dem Ausgang des Inverters 57 und den Entladungssteuersignalen zur Steuerung des Ladungssteuer-FET 103 vor. Der Ausgang des ODER-Gatters 58 wird dann dem ODER-Gatter 42 der Entladungssteuerschaltung 2 zugeführt.
Wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 überladen sind, wird auf obige Weise das Flip-Flop 5 automatisch zurückgesetzt, wodurch der AUS-Zustand des Entladungssteuer-FET 104 aufgehoben wird.
Wie in der ersten und zweiten Ausführungsform können die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 9 gezeigt sind, jeweils von einer IC gebildet werden. In einem Fall, wo die Spannungsüberwachungsschaltung 101 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Spannungsüberwachungsschaltung 101 und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie ein Anschluß für eine Signalleitung mit der Entladungssteuerschaltung 2 verwendet. In einem Fall, wo die Entladungssteuerschaltung 2 durch eine IC gebildet wird, werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen der Entladungssteuerschaltung 2 und den FETs 103 und 104 verwendet. Jede IC ist auch mit Anschlüssen zum Verbinden der IC mit den Batteriezellen und den FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2, die in 9 gezeigt sind, können durch nur eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüssen für Verbindungen mit den FETs 103 und 104 versehen. Die IC ist auch mit Anschlüssen zum Verbinden der IC mit den Batteriezellen und den FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 und die Entladungssteuerschaltung 2 mit der Spannungsdetektorschaltung 52 können durch nur eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüssen für Verbindungen mit den FETs 103 und 104 versehen. Die IC ist auch mit Anschlüssen zum Verbinden der IC mit den Batteriezellen und den FETs sowie Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101, die Entladungssteuerschaltung 2 und die Spannungsdetektorschaltung 52 mit den FETs 103 und 104 können durch nur eine IC gebildet werden. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen zwischen der IC und den entsprechenden Batteriezellen E1, E2 und E3 versehen. Die IC ist auch mit Anschlüssen für die Batteriezellen, und Rücksetz- und Setzsignalen versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
In der ersten bis dritten Ausführungsform wird das Flip-Flop 5 auf ”1” gesetzt, so daß die Gatterspannung des Entladungssteuer-FET 104 auf ”1” gesetzt wird. So wird der Entladungssteuer-FET 104 auf den AUS-Zustand festgelegt. Das Entladungssteuersignal kann jedoch auf ”1” festgelegt werden, indem die Referenzspannung zum Detektieren einer Überentladung in den Batteriezellen E1, E2 und E3 umgeschaltet wird, wodurch der Entladungssteuer-FET 104 auf den AUS-Zustand festgelegt wird.
10 ist ein Blockbild einer Batterieeinheit einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Figur sind die gleichen Komponenten wie in 2 mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
Eine Batterieeinheit 61 dieser Ausführungsform ist mit einer Entladungssteuerschaltung 62 versehen. Die Entladungssteuerschaltung 62 umfaßt Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13, Schalter 63, 64 und 65, und ein Flip-Flop 66.
Das Flip-Flop 66 ist mit einem Setzanschluß 67 und einem Rücksetzanschluß 68 verbunden. Wenn der Setzanschluß 67 ”1” wird, gibt das Flip-Flop 66 ”1” aus. Wenn der Rücksetzanschluß 68 ”1” wird, gibt das Flip-Flop 66 ”0” aus. Der Ausgang des Flip-Flops 66 wird als Schaltersteuersignale für die Schalter 63, 64 und 65 zugeführt.
Der Schalter 63 schaltet eine dem Komparator 11 zugeführte Referenzspannung zur Referenzspannungsquelle e2a oder e11 zum Detektieren eines Überentladungszustands in Abhängigkeit vom Ausgang des Flip-Flops 66 um. Der Schalter 64 schaltet die dem Komparator 111 zugeführte Referenzspannung zur Referenzspannungsquelle e2b oder e12 zum Detektieren eines Überentladungszustands in Abhängigkeit vom Ausgang des Flip-Flops 66 um. Der Schalter 65 schaltet die dem Komparator 111 zugeführte Referenzspannung zur Referenzspannungsquelle e2c oder e13 zum Detektieren eines Überentladungszustands in Abhängigkeit vom Ausgang des Flip-Flops 66 um. Hier sind die Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13 ausreichend kleiner als die Referenzspannungsquellen e2a, e2b und e2c, so daß der Ausgang des Komparators 111 ”1” wird, wenn die Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13 ausgewählt werden.
Die Schalter 63, 64 und 65 wählen die Referenzspannung e2a, e2b und e2c aus, wenn der Ausgang des Flip-Flops 66 ”0” ist. Die Schalter 63, 64 und 65 wählen die Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13 aus, wenn der Ausgang des Flip-Flops 66 ”1” ist.
Wenn der Setzanschluß 67 und der Ausgang des Flip-Flops 66 beide ”1” sind, wählen die Schalter 63, 64 und 65 die Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13 aus. Da die ausgewählten Referenzspannungsquellen e11, e12 und e13 ausreichend kleiner sind als die Referenzspannungsquellen e2a, e2b und e2c, werden die Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 ”1”.
Wenn die Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 ”1” werden, gibt das ODER-Gatter 114 ”1” aus. Dann wird der Ausgang des ODER-Gatters 114 dem Gatter des Entladungssteuer-FET 104 zugeführt. Da der Ausgang des ODER-Gatters 114 ”1” ist, wird der Entladungssteuer-FET 104 ausgeschaltet.
Wenn der Rücksetzanschluß 68 ”1” wird, und der Ausgang des Flip-Flops 66 ”0” wird, wählen die Schalter 63, 64 und 65 die Referenzspannungsquellen e2a, e2b und e2c aus. Wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 hier in einem Überentladungszustand sind, werden die Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 ”1”, um den Entladungssteuer-FET 104 auszuschalten. Wenn die Batteriezellen E1, E2 und E3 hier nicht in einem Überentladungszustand sind, werden die Ausgänge der Komparatoren 111, 112 und 113 ”0”, um den Entladungssteuer-FET 104 einzuschalten. So wird ein normaler Überentladungssteuerbetrieb gestartet.
In dieser Ausführungsform kann die Entladungssteuerschaltung 62 von einer IC gebildet werden. In einem derartigen Fall werden Anschlüsse für Verbindungen zwischen den Batteriezellen E1, E2 und E3 sowie Anschlüsse für Verbindungen mit den Referenzspannungsquellen e2a, e2b und e2c verwendet. Die IC ist auch mit Anschlüssen für Verbindungen mit den Komparatoren 111, 112 und 113 versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
Eine IC kann die Komparatoren 111, 112, 113, 121, 122 und 123, die Referenzspannungsquellen e1a, e1b, e1c, e2a, e2b und e2c, und die ODER-Schaltung 114 enthalten, die alle in 10 gezeigt sind. In einem derartigen Fall ist die IC mit Anschlüssen für Verbindungen mit anderen Komponenten versehen.
Eine derartige IC kann ferner die FETs 103 und 104 enthalten. Die IC ist auch mit Anschlüssen für die Batteriezellen und Anschlüssen für Rücksetz- und Setzsignale versehen. Obwohl diese Anschlüsse in den beigeschlossenen Zeichnungen nicht gezeigt sind, sollten sie für Fachleute klar sein und sollten als in der Offenbarung der vorliegenden Erfindung enthalten angesehen werden.
In den obigen Ausführungsformen sind die Batteriezellen in der Batterieeinheit Li+ Batteriezellen. Der Typ von Batteriezellen in der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf Li+ Ionen-Batteriezellen beschränkt.
11 ist eine externe perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Der einfachen Erläuterung halber ist die in 11 gezeigte Batterieeinheit gleich wie die Batterieeinheit 1 der ersten bis vierten Ausführungsform. In dieser Figur ist die Batterieeinheit 1 aus einem Gehäuse 300 gebildet, das eine Anschlußeinheit 301 enthält, die mit Energiezufuhranschlüssen 9, und einer Abdeckung 302 mit einem Fenster 302A zur Überprüfung des Zustands einer Sicherung 306 versehen ist.
12 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit von 11 ohne die Abdeckung 302. In dieser Figur ist ein Substrat 303 mit einem IC-Chip 304 und der Sicherung 306 versehen, und ist mit einem Verdrahtungsmuster (nicht gezeigt) verbunden. Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 ist beispielsweise innerhalb des IC-Chips 304 angeordnet.
13 ist eine perspektivische Ansicht der Batterieeinheit von 11 ohne das Substrat. In dieser Figur sind die Batteriezellen 307 äquivalent zu den Batteriezellen E1 bis E3. Es ist klar, daß hier die Form der Batterieeinheit nicht auf die in 11 bis 13 gezeigte Form beschränkt ist, sondern daß die Batterieeinheit eine beliebige andere geeignete Form aufweisen kann.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die spezifisch geoffenbarten Ausführungsformen beschränkt, sondern es können Variationen und Modifikationen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Schutzverfahren zum Schützen von Batteriezellen einer Batterieeinheit, die lösbar mit einer Last verbunden ist, gegen ein Überentladen, das die folgenden Schritte umfasst: Überwachen der Spannung von jeder der Batteriezellen; AUSschalten eines Entladungssteuerschalters, der in der Batterieeinheit vorgesehen ist und zwischen der Last und den Batteriezellen angeordnet ist, wenn irgendeine der Batteriezellen in einem überentladenen Zustand ist; und Halten des Entladungssteuerschalters in einem erzwungenen-AUS-Zustand als Reaktion auf ein externes Signal, das von außerhalb der Batterieeinheit empfangen wird, ungeachtet eines Überwachungsergebnisses einer Überwachungsschaltung für die Spannung; sowie Freigeben des Entladungssteuerschalters aus dem erzwungenen-AUS-Zustand, wenn die Batteriezellen geladen werden oder wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht.
Schutzverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Freigeben des Entladungssteuerschalters aus dem erzwungenen-AUS-Zustand als Reaktion auf einen überladenen Zustand wenigstens einer der Batteriezellen.
Steuerschaltung in einer Schutzschaltung, angepasst an eine Batterieeinheit, die lösbar mit einer Last verbunden ist und Batteriezellen hat und die einen Entladungssteuerschalter hat, bei dessen EIN-Zustand die Batteriezellen entladen werden und der zwischen der Last und den Batteriezellen, die der Last Energie zuführen, angeordnet ist, gekennzeichnet durch: eine Überwachungsschaltung, die beurteilt, ob wenigstens eine der Batteriezellen in einem überentladenen Zustand ist oder nicht, auf der Basis von Spannungen, die von den Batteriezellen eingegeben werden, und den Entladungssteuerschalter AUSschaltet, wenn wenigstens eine der Batteriezellen in einem überentladenen Zustand ist; und eine Entladungssteuerschaltung, die den Entladungssteuerschalter als Reaktion auf ein externes Signal, das von außerhalb der Batterieeinheit empfangen wird, in einem erzwungenen AUS-Zustand hält, ungeachtet eines Überwachungsergebnisses der Überwachungsschaltung, sowie eine Freigabeeinheit, die den Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen-AUS-Zustand freigibt, wenn die Batteriezellen geladen werden oder wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht.
Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen in Serie geschaltet sind.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung mit der weiteren Schaltung verbunden ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Setzanschluss das externe Signal empfängt und die weitere Schaltung mit dem Setzanschluss verbunden ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekennzeichnet durch einen Rücksetzanschluss, der ein Rücksetzsignal von außerhalb der Batterieeinheit empfängt, wobei die Freigabeeinheit mit dem Rücksetzanschluss verbunden ist und den Entladungssteuerschalter als Reaktion auf das Rücksetzsignal aus dem erzwungenen-AUS-Zustand freigibt.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung umfasst: einen Komparator, der detektiert, ob die Batteriezellen geladen werden oder nicht, wobei die Entladungssteuerschaltung mit dem Komparator verbunden ist und wobei der Entladungssteuerschalter zwischen den Batteriezellen und einer anschließbaren Energiequellenschaltung zum Laden der Batteriezellen angeordnet ist.
System mit einer elektronischen Anordnung und einer Batterieeinheit, die lösbar mit der elektronischen Anordnung verbunden ist, wobei: die elektronische Anordnung eine Last umfasst; und die Batterieeinheit Energie an die Last liefert, wenn sie mit der Last verbunden ist, und wobei die Batterieeinheit umfasst: eine Vielzahl von Batteriezellen, eine Überwachungsschaltung, um im Betrieb einen Überentladungszustand der Batteriezellen zu überwachen und ein erstes Steuersignal auszugeben, einen Entladungssteuerschalter, der zwischen der Last und den Batteriezellen angeschlossen ist, um zwischen EIN- und AUS-Zuständen zu schalten, ansprechend auf das erste Steuersignal, und bei dem die Batteriezellen in dem EIN-Zustand entladen werden, und eine Entladungssteuerschaltung, angepasst zur Ausgabe eines Signals, welches zwingend den Entladungssteuerschalter in den AUS-Zustand schaltet, unabhängig von dem ersten Steuersignal, sowie eine Freigabeeinheit, die den Entladungssteuerschalter aus dem erzwungenen-AUS-Zustand freigibt, wenn die Batteriezellen geladen werden oder wenn die Spannung irgendeiner der Batteriezellen einen vorherbestimmten Spannungswert erreicht.