CN102064354B - 电池组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池组，该电池组能够快速应对通信部的异常，且能够避免在通信部被锁定的状态下被装载到设备主体。该电池组可装卸自如地被装载于设备主体，并向所述设备主体提供蓄积在二次电池中的电力，且具备：通信部，其与装载了该电池组的设备主体之间对与所述二次电池的状态相关的信息或与充放电控制相关的信息进行通信；和复位单元，其在经由该通信部的与所述主体设备之间的信息通信断开时，或者对设备主体装卸电池组时，对所述通信部进行复位。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及一种装载在设备主体上使用的电池组(pack buterry)，特别涉及具备能够保证与所述设备主体之间进行信息通信的通信部的动作的功能的电池组。

背景技术

近几年，提倡在装载于移动电话等电子设备的设备主体并向上述设备主体提供蓄积在二次电池中的电力的电池组中，设置计算所述二次电池的剩余容量并向设备主体通知该剩余容量的功能。这样的功能是在电池组中搭载微型计算机，并通过例如构筑剩余容量运算部和通信电路等来实现的，上述剩余容量运算部是基于所述二次电池的充放电电流求出该二次电池的剩余容量的，上述通信电路向所述设备主体通知由该剩余容量运算部求出的二次电池的剩余容量。

另外，在电池组中，一般还组装根据所述二次电池的端子电压和/或充放电电流控制该二次电池的充放电的充放电控制部、和在该充放电控制部的控制下禁止所述二次电池的过充电或过放电的保护电路等。此外，还提倡在设备主体侧，监视上述电池组的通信功能，并且在检测到通信异常时发出指令，使电池组中的通信电路复位(初始化)，或者再次执行产生通信错误的通信任务(例如，参照专利文献1、2)。

【专利文献1】JP特开2003-173220号公报

【专利文献2】JP特开2008-305164号公报

但是，设备主体与电池组之间的信息通信主要是通过I²C(Inter-Integrated Circuit)或SMBus(System Management Bus)、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)等基于有线的串行通信进行的。因此，电池组中的通信端子被设置为露出到外部，存在通信电路(通信部)经由上述通信端子而容易受到静电放电(ESD：Electro StaticDischarge)等噪声的影响的问题。也就是说，若受到噪声的影响，通信电路被锁定(hung-up)，则不能与设备主体之间进行信息通信。在这一点上，专利文献1、2分别所公开的技术使通信电路复位来解除该锁定状态是很有用的。

但是，在专利文献1、2分别所公开的技术中，只有在设备主体侧检测通信异常并向电池组施加指令，才能使通信电路复位。此外，电池组在从设备主体被卸下的状态下，即有时会直接放置单个的电池组，而在该情况下，通信电路也很容易经由该通信端子受到外部噪声的影响。并且，在通信电路被锁定的状态下将该电池组直接装载到设备主体时，存在直到处理通信电路的异常为止需要时间的不良情况。

发明内容

本发明考虑到这样的情况而完成，其目的在于提供一种能够快速应对自身通信部(通信电路)的异常，且能够避免在通信部被锁定的状态下被装载到设备主体的情况的电池组。

为了达到上述的目的，本发明的电池组具备二次电池，且能装卸自如地被装载于设备主体，并向所述设备主体提供蓄积在所述二次电池中的电力，并且具备：充放电控制部，其根据所述二次电池的端子电压和/或充放电电流，控制该二次电池的充放电；通信部，其在与装载了该电池组的设备主体之间对与所述二次电池的状态相关的信息或与充放电控制相关的信息进行通信；和复位单元，其在经由该通信部的与所述主体设备之间的信息通信断开时，对所述通信部进行复位。

另外，所述复位单元例如在相对于所述通信部的中断的产生经过预先设定的期间断开时，或者保存在所述通信部的寄存器中的通信数据经过预先设定的期间没有变化时，检测为与所述设备主体之间的通信断开。优选所述复位单元包括在与所述设备主体之间的通信断开时按恒定时间对所述通信部进行复位的单元。

此外，本发明的电池组具备二次电池，且能装卸自如地被装载于设备主体，并向所述设备主体提供蓄积在所述二次电池中的电力，并且具备：充放电控制部，其根据所述二次电池的端子电压和/或充放电电流，控制该二次电池的充放电；通信部，其与装载了该电池组的设备主体之间对与所述二次电池的状态相关的信息或与充放电控制相关的信息进行通信；和复位单元，其检测该电池组对所述设备主体的装卸，并在该电池组装载于所述设备主体时和/或从所述设备主体卸下了该电池组时，对所述通信部进行复位。

优选所述复位单元例如包括检测该电池组对所述设备主体的装卸，且在该电池组处于从所述设备主体卸下的状态时按恒定时间对所述通信部进行复位的单元。

另外，所述电池组对所述设备主体的装卸的检测是由装卸检测部检测的，该装卸检测部判定在电池组未装载于所述设备主体时被开放且被提升为规定的电位、在电池组装载于所述设备主体时被短路并接地的连接端子的电位。或者，也可以判定将该电池组装载到所述设备主体时被机械式施压的开关元件的接通/关断来检测。

(发明效果)

根据上述构成的电池组，在通信部中产生异常或者从设备主体卸下而断开与所述设备主体之间的通信时，电池组自身对上述通信部进行复位(初始化)，因此能够快速消除来自通信端子的噪声引起的锁定状态。而且，由于无需在设备主体侧监视与电池组之间的通信异常，因此能够减轻设备主体侧的处理负担，另外，也消除了从设备主体侧向电池组施加指令来对通信部进行复位这样的复杂性。

另外，在本发明的电池组中，在装载到设备主体时或者从设备主体卸下时，检测该装卸，从而电池组自身对上述通信部进行复位(初始化)，因此能够快速消除来自通信端子的噪声引起的锁定状态。

因此，根据本发明，能够将以下情况防患于未然，即直接放置通信部被锁定的电池组，或者将通信部处于锁定状态的电池组直接装载于设备主体，另外，向设备主体装卸时，即使通信部被锁定，也能够快速消除这种情况。

附图说明

图1是表示本发明的一实施方式的电池组的主要部分的示意结构图。

图2是表示图1所示的电池组的装卸检测部的具体结构例的图。

图3是表示图1所示的电池组的处理动作的流程的图。

图中：1-二次电池；2-过充电保护用开关元件(FET)；3-过放电保护用开关元件(FET)；4-控制运算部(微型处理器)；5-电流检测部；6-电压检测部；8-通信部；10-电池组；11-充放电控制部；12-剩余容量运算部；13-通信监视部；14-装卸检测部；20-设备主体。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一实施方式的电池组。

图1表示电池组10的主要部分示意结构和可装卸自如地装载该电池组10的设备主体20的示意结构。设备主体20例如是移动电话或笔记本型个人计算机(PC)等电子设备，基本上从所述电池组10提供电力而工作。另外，在设备主体20中除了其主体部(未图示)之外，还组装有接收商用电源而能够对所述电池组10的二次电池(BAT)进行充电的电源部21、与电池组10之间进行信息通信而控制所述电源部21的动作的设备控制部22。该设备控制部22例如由微型处理器构成。

另外，电池组10具备二次电池(BAT)，并且构成为将通过充电而蓄积在二次电池1中的电力提供给(放电)作为其负载的设备主体20。即，二次电池1由如下的电池单元构成：根据其输出电压规格和电流容量规格，例如串并联连接了锂离子电池或镍氢电池等多个电池单元。具体而言，将根据所要求的电流容量并联连接了多个电池单元的电池单元组按照所要求的输出电压，串联连接为多级，从而构成二次电池1。

在这样的二次电池1的充放电路中，串联***过充电保护用开关元件(FET)2和过放电保护用开关元件(FET)3。这些保护用开关元件(FET)2、3受到后述的控制运算部4的控制，从而阻断所述二次电池1的充放电路，由此起到在过充电或过放电中保护二次电池1的作用。此外，在所述二次电池1的充放电电路中，设有用于检测该二次电池1的充放电电流的电流检测部5。具体而言，该电流检测部5由串联***到所述二次电池1的充放电电路的分流电阻、和作为所述二次电池1的充放电电流而检测该分流电阻的两端间所产生的压降的A/D转换器构成。

另外，在该例中，所述保护用开关单元(FET)2、3被安装在所述二次电池1的正极侧线路上，但是也可以设置在负极侧线路上。此外，所述分流电阻在该例中被安装在所述二次电池1的负极侧线路上，但是当然也可以设置在正极侧线路上。

另外，所述控制运算部4例如是使用微型处理器实现的，具备控制所述二次电池1的充放电的充放电控制部11。该充放电控制部11除了控制由所述电流检测部5检测的二次电池1的充放电电流之外，还起到如下作用：根据由电压检测部6检测的所述二次电池1的端子电压、由热敏电阻等温度检测元件7检测的所述二次电池1的温度，控制该二次电池1的充放电，并且分别控制所述保护用开关元件(FET)2、3的动作。

所述电压检测部6由A/D转换器构成，该A/D转换器例如以规定的周期循环检测所述二次电池1的端子电压Vbat，更详细而言是检测串联连接的多个电池单元的各单元电压Vcell。并且，所述充放电控制部11根据由所述电压检测部6检测的二次电池1的端子电压(单元电压)，具体而言是根据充放电时的所述二次电池1的端子电压(单元电压)的变化，改变相对于该二次电池1的充电条件等，从而直到满充电状态为止高效地对所述二次电池1进行充电。此外，充放电控制部11例如在二次电池1的端子电压(单元电压)到达了上限充电电压的情况下，阻断所述开关元件2，从而禁止对二次电池1进行充电。

此外，所述充放电控制部11在所述二次电池1进行放电时，监视该二次电池1的放电电流，并在检测出异常电流(过大电流)的情况下，通过阻断所述开关元件3，从而防止该二次电池1的异常放电或短路事故。而且，所述充放电控制部11在二次电池1的端子电压(单元电压)降低至下限放电电压的情况下，通过阻断所述开关元件3，从而防止该二次电池1进入深放电状态。

此外，在所述控制运算部(微型处理器)4中设有计算二次电池1的充电容量(放电剩余容量)的剩余容量运算部12。该剩余容量运算部12基本上是通过累积计算二次电池1的充放电电流与其充放电时间的乘积，从而求出该二次电池1被充电的容量和从二次电池1被放电的容量的累积值，并将该累积值作为二次电池1所具有的剩余容量来求出。具体而言，该剩余容量运算部12在所述充放电控制部11的控制下，求出将所述二次电池1充电至满充电为止时的充电容量，并且将通过之后的放电而提供给设备主体20的电力量作为放电容量来求出，从而将充电容量和放电容量的差分作为残留在二次电池1中的剩余容量来求出。有时，也将该剩余容量作为满充电时的容量设为100％的相对剩余容量来求出。

电池组10除了上述控制运算部4之外，还具备通信部(通信电路)8，该通信部8在与装载该电池组10的所述设备主体20之间，通信与所述二次电池1的状态相关的信息以及与充放电控制相关的信息。与上述二次电池1的状态相关的信息例如由如上所述那样求出的剩余容量、二次电池1的端子电压(单元电压)以及二次电池1的充放电电流等构成。此外，与所述二次电池的充放电控制相关的信息由可变地设定二次电池1所对应的充电电流的上限值或充电电压的上限值的信息、以及禁止二次电池1的充放电的信息等构成。

即，所述通信部(通信电路)8例如基于I²C(Inter-Integrated Circuit)的规格，与所述设备主体20之间对所述的信息进行串行通信。具体而言，所述通信部8例如使用两根信号线，输出串行数据(SCL)和串行时钟(SDA)，并由此向设备主体20通知上述的剩余容量的信息或与充电控制相关的信息。另外，当然也可以采用一线式的UART来进行串行通信。

另外，在图1中，[V+]表示电池组10和设备主体20的各正极连接端子，[V-]表示各负极连接端子。此外。[SCL]和[SDA]表示串行通信用的一对通信端子，[B/I]表示装卸检测端子。在电池组10与设备主体20之间相互对应地设置这些各端子，将电池组10装载到设备主体20时，这些各端子互相连接，而且从设备主体20卸下电池组10时，这些各端子分别被分离。

基本上，在如上所述那样构成的电池组中，本发明的特征在于具备复位单元，该复位单元在所述的经由通信部8的与所述设备主体20之间的通信经过一定期间被断开时，或者对所述设备主体20装卸该电池组10时，对所述通信部8中的通信电路进行复位。其中，通信部8中的通信电路是指向所述的一对通信端子[SCL、SDA]输出形成通信信息的二值电压信号的硬件(未图示)。

具体而言，所述控制运算部4具备：通信监视部13，其监视经由所述通信部8的与所述设备主体20之间的通信的断开；装卸检测部14，其检测电池组10对设备主体20的装卸。并且设置在控制运算部14中的复位单元(未图示)在通过所述通信监视部13检测出与所述设备主体20之间的通信经过预先设定的期间而通信被断开时，对所述通信部8进行复位。进而，所述复位单元在通过所述装卸检测部14检测出电池组10装载于设备主体20时、以及从所述设备主体20卸下了电池组10时，对所述通信部8进行复位。另外，复位单元在与所述设备主体20之间的通信长期被断开的情况下，按一定时间对所述通信部8进行复位。

具体而言，与所述设备主体20之间的通信断开时对所述通信部8进行复位的功能例如定期检查保存在所述通信电路的通信寄存器中的通信数据，经过预先设定的期间，通信数据没有变化时，判定为所述通信电路处于锁定状态，从而对所述通信电路进行复位(初始化)。或者，也可以当所述通信部8接收来自所述设备主体20的通信时，通过在控制运算部4中中断来促进通信数据的处理，例如监视该中断的产生状况，具体而言是监视通信进行的程度、被复位的计时器的计数值，从而检测经过一定期间以上的通信的断开。

即，所述通信监视部13监视经由通信部8的与所述设备主体20之间的通信是否经过一定期间以上而断开，检测出通信的断开时，对通信部8的通信电路进行复位(初始化)。该通信的监视例如是作为管理所述控制运算部4中的主要的处理的软件的一部分来实现的。

另一方面，所述装卸检测部14例如通过判定未装载于所述设备主体时被开放而提升(pull-up)为规定的电压并在被装载于所述设备主体时被接地的装卸检测用的连接端子B/I的电位，从而检测对所述设备主体的装卸状态。并且，装卸检测部14在电池组10被装载于设备主体20时、以及从设备主体20卸下了所述电池组10时，对所述通信部8进行强制性复位(初始化)。该装卸检测部14例如也是作为管理所述控制运算部4中的主要的处理的软件的一部分来实现的。

另外，如图2所示，电池组10中的所述连接端子B/I经由电阻R被提升为规定的电压Vcc，与设备主体20的连接端子B/I相连时，经由该连接端子B/I与接地线(负极侧线路)短路。因此，电池组10的连接端子B/I在与设备主体20相连时被保持为接地电位，从该设备主体20卸下时被提升为所述电压Vcc。所述的装卸检测部14通过经由晶体管(FET)检测这样的连接端子B/I的电位，从而检测对设备主体20的装卸状态，即装载于设备主体20或者被卸下。

另外，装卸检测部14例如在电池组10装载于所述设备主体20时，也可以判定被机械式施压的开关元件的接通/关断。这样的机械式的装卸检测部14在电池组10不具备上述连接端子B/I的情况下很有用。

基于上述的通信监视部13和装卸检测部14的监视(检测)例如如图3的处理顺序所示那样，作为所述控制运算部4中的通常处理<步骤S1>的子程序而被组装，并且是以规定的周期定期执行的。具体而言，首先，启动所述装卸检测部14，判定电池组10是否装载于设备主体20，换言之判定是否从设备主体20卸下了电池组10<步骤S2>。该判定是通过检测杉树连接端子B/I的电位来执行的。并且，在电池组10装载于设备主体20的情况下，将第一控制标记Fa设定为“1”，在从设备主体20卸下了电池组10的情况下，将所述第一控制标记Fa设定为“0”。

接着，判定所述第一控制标记Fa在该子程序的执行过程中是否从“1”变化到“0”或者从“0”变化到“1”<步骤S3>。该判定是通过比较上一次的子程序执行过程中的第一控制标记Fa的值和当前的第一控制标记Fa来进行的。并且，在第一控制标记Fa有变化的情况下，判定为电池组10装载于设备主体20、或者从设备主体20卸下了电池组10。

在该情况下，对设备主体20装卸电池组10时，有可能会因为经由通信端子的噪声的混入而导致通信部8被锁定，因此将第二控制标记Fb设定为“0”之后<步骤S4>，对通信部8进行复位(初始化)<步骤S5>。另外，上述第二控制标记Fb用于管理按一定时间执行的所述通信部8的复位(初始化)。

另一方面，在判定为所述第一控制标记Fa没有变化的情况下<步骤S3>，接着判定该第一控制标记Fa是否为“0”<步骤S6>。即，判定是否为从设备主体20卸下了电池组10的状态。并且，若确认为第一控制标记Fa是“1”，即是电池组10装载于设备主体20的状态，则判定进行最后的通信之后是否经过了预先确定的一定时间(例如，30秒)<步骤S7>。该一定时间一般只要被设定为5～40秒左右的时间即可。并且，所述一定时间的经过判定是通过检查因上述通信时的中断而被复位的计时器的计数值来实现的。

具体而言，上述一定时间的经过判定是通过检查因上述通信时的中断而被复位的计时器的计数值来实现的。所以，若计时器溢出而表示在上述一定时间内与设备主体20之间的通信被断开的情况，则与所述的电池组10的装卸时同样地，对所述通信部8进行复位(初始化)<步骤S5>。即，即使是电池组10装载于设备主体20的状态，在与设备主体20之间的通信被断开的状态持续的情况下，当作通信部8中产生了异常(锁定)，对该通信部8进行复位来使其恢复初始状态。

相对于此，若确认为是从设备主体20卸下了电池组10的状态<步骤S6>，则启动上述计时器。并且，通过计时器确认为经过了预先确定的一定时间(例如，10秒)时，将所述第二控制标记Fb设定为“1”。在该时间内，由于依赖于设备主体20访问电池组10的通信间隔，因此一般只要确定为10～30秒左右即可。在该计数器的动作中，判定所述第二控制标记Fb是否变成“1”<步骤S9>的同时，反复执行该子程序。

之后，在所述第二控制标记Fb变成为“1”时，使该第二控制标记Fb恢复为“0”之后<步骤S4>，对所述通信部8进行复位(初始化)<步骤S5>。即，电池组10处于从设备主体20卸下的状态时，对通信部8定期进行初始化(复位)<步骤S5>。

另外，基于通信监视部13的通信状态的确认也可以通过如下方式来进行：例如检查暂时保存通信信息的通信寄存器(未图示)的内容，并检查通信信息经过一定期间以上没有被更新的状态是否在持续。并且，上述通信寄存器的内容(通信息息)在一定期间内没有变化时，将该状态判定为通信部8被锁定而不能正常使用其功能即可。

即，从电池组10向设备主体20的信息通信是通过至少将由所述剩余容量运算部4a求出的二次电池1的剩余容量按规定的周期通知给设备主体20来进行的。此外，对二次电池1进行充电时，通过根据伴随着充电而变化的二次电池1的端子电压的变化逐次通知用于可变地控制其充电电压或充电电流的控制信息而进行。并非限于此，保存在所述通信寄存器中的通信信息经过一定期间没有变化的状态显然意味着通信部8被锁定而不能正常使用其功能。另外，在UART等中，发送了保存在通信寄存器中的数据时，设置由其他寄存器管理的发送完成标记，因此也可以检查该发送完成标记来判定数据通信是否正常完成。

如上所述，这样的通信部8的锁定大多情况下是因为经由所述一对通信端子[SCL、SDA]混入的噪声引起的。因此，在该电池组10中，如上所述那样在所述通信监视部13中检测出通信部8的锁定时、以及在所述装卸检测部14中检测出相对于设备主体20的装卸时，对通信部8进行复位(初始化)，由此恢复其功能。

该通信部8中的通信功能的复位(初始化)与专利文献1所示的复位处理具有相同的意思。即，相对于在专利文献1中从控制设备(设备主体)赋予复位指令，在该电池组10中，在通信部8中如上所述那样自我诊断其通信功能，并且根据相对于设备主体20的装卸状态来对通信部8进行复位(初始化)。

根据具备这样的通信电路的复位功能的电池组10，除了被装载于设备主体20而处于使用状态、且通信电路被锁定时的情形之外，在对设备主体20的装卸时以及处于从设备主体20卸下的状态时，也能够对通信部8进行复位，因此使陷入锁定状态的通信部8的通信功能快速恢复，并且能够保证通信部8的正常的通信状态。此外，电池组10处于从设备主体20卸下的状态时，能够定期判定其装卸的有无来对通信部8进行复位(初始化)，因此，能够有效避免将通信部8受到噪声影响而被锁定的状态下的电池组10直接装载到设备主体20的不良情况。

另外，本发明并非限于上述的实施方式。例如，判定对设备主体20的装卸状态时，以判定通信寄存器的内容为例进行了说明，但是能够以互相独立的周期分开执行这些处理。例如，在电池组10装载于设备主体20时，一般设备主体20定期访问二次电池1来促进剩余容量的通知，因此也可以检查该通信周期来判定通信部8是否在正常工作。此外，也可以按一定的周期检查通信寄存器的内容，并在经过预先设定的次数之后所述通信寄存器的内容没有变化时，检测该情况为锁定。

进而，当然也可以将在图1中作为功能模块而示意性表示的所述控制运算部4和通信部8作为一个芯片的集成电路(微型处理器单元)来构筑。具体而言，可以将除了分流电阻的电流检测部5和电压检测部6一体组装到微型处理器单元。此外，监视与设备主体20之间的通信状态的方法也可以进行各种变更。另外，本发明在不超出其主旨的范围内，能够实施各种变形。

Claims (6)

1.一种电池组，其具备二次电池，且能装卸自如地被装载于设备主体，并向所述设备主体提供蓄积在所述二次电池中的电力，该电池组的特征在于，具备：

充放电控制部，其根据所述二次电池的端子电压和/或充放电电流，控制该二次电池的充放电；

通信部，其与装载了该电池组的设备主体之间对与所述二次电池的状态相关的信息或与充放电控制相关的信息进行通信；

通信监视部，其监视经由该通信部的与所述设备主体之间的信息通信的断开；和

复位单元，其在由所述通信监视部检测到所述信息通信的断开时，对所述通信部进行复位，

所述复位单元在由与所述设备主体之间的通信所引起的对所述通信部的中断的产生经过预先设定的期间被断开时，或者保存在所述通信部的寄存器中的通信数据经过预先设定的期间没有变化时，检测为与所述设备主体之间的通信断开。

2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，

所述复位单元包括在与所述设备主体之间的通信断开时按恒定时间对所述通信部进行复位的单元。

3.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，具备：

装卸检测部，其检测该电池组对所述设备主体的装卸，

所述复位单元，在由所述装卸检测部检测到该电池组装载于所述设备主体时和/或从所述设备主体卸下了该电池组时，对所述通信部进行复位。

4.根据权利要求3所述的电池组，其特征在于，

所述复位单元包括在检测到该电池组对所述设备主体的装卸且在该电池组处于从所述设备主体卸下的状态时按恒定时间对所述通信部进行复位的单元。

5.根据权利要求3或4所述的电池组，其特征在于，

所述装卸检测部对连接端子的电位进行判定，所述连接端子在所述电池组未装载于所述设备主体时被开放并被提升为规定的电位、在所述电池组装载于所述设备主体时被短路而接地。

6.根据权利要求3或4所述的电池组，其特征在于，

所述电池组对所述设备主体的装卸的有无是通过判定将该电池组装载到所述设备主体时被机械式施压的开关元件的接通/关断来检测的。