DE69738310T2

DE69738310T2 - Schutzschaltung und Batterieeinheit

Info

Publication number: DE69738310T2
Application number: DE69738310T
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Nakahara-ku Kawasaki-shi Saeki; Hidekiyo Nakahara-ku Kawasaki-shi Ozawa; Toshiaki Nakahara-ku Kawasaki-shi Tsukuni; Yoshiro Nakahara-ku Kawasaki-shi Takeda
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1997-05-19
Filing date: 1997-11-25
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2017-11-26
Also published as: CN1199935A; US6051955A; JP3330517B2; JPH10322915A; EP0880214A2; TW354861B; CN1140034C; EP0880214B1; DE69738310D1; EP0880214A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Schutzschaltungen und Batterieeinheiten und insbesondere eine Schutzschaltung und eine Batterieeinheit, die eine übermäßige Entladung und übermäßige Ladung einer Batterie verhindern.
In letzter Zeit ersetzen in tragbaren elektronischen Geräten wie Personal Computern des Notebook-Typs (oder Laptop-Computern) und dergleichen Lithiumionen(Li⁺)-Batterien oder dergleichen Nickel-Cadmium(NiCd)-Batterien, Nickelmetallwasserstoff(NiMH)-Batterien und dergleichen. Im Vergleich zur NiCd-Batterie, zur NiMH-Batterie und dergleichen ist die Li⁺-Batterie leichter und hat eine größere Kapazität je Volumeneinheit. Demgemäß ist die Li⁺-Batterie zur Verwendung in Geräten geeignet, die Anforderungen wie beispielsweise leichtes Gewicht und Dauernutzung für eine lange Zeitdauer erfüllen müssen.
In der Batterieeinheit, die im tragbaren elektronischen Gerät oder dergleichen verwendet wird, sind mehrere Batteriezellen wegen einer Ausgangsspannung, die von einer einzelnen Batteriezelle ausgeben werden kann, in Reihe geschaltet. Eine maximale Anzahl von Batteriezellen, die in der Batterieeinheit in Reihe geschaltet werden kann, wird durch die Beziehung einer Ausgangsspannung der Batterieeinheit und einer Stromversorgungsspannung, die beim Laden der Batterieeinheit von außen zugeführt wird, bestimmt. Zum Beispiel beträgt die Ausgangsspannung einer NiCd-Batteriezelle oder einer NiMH-Batteriezelle 1,2 V und die Stromversorgungsspannung, die beim Laden der Batterieeinheit zugeführt wird, beträgt etwa 1,7 V. Wenn eine Spannungsfestigkeit von Teilen eines Stromversorgungssystems des gewöhnlichen tragbaren elektronischen Geräts oder dergleichen, eine Eingangsspannung eines Wechselstromadapters und dergleichen berücksichtigt werden, wird die Batterieeinheit am günstigsten benutzt, wenn die Ausgangsspannung der Batterieeinheit etwa 16,0 V beträgt, und falls die NiCd-Batteriezellen oder die NiMH-Batteriezellen verwendet werden, ist die maximale Anzahl von Batteriezellen, die in der Batterieeinheit in Reihe geschaltet werden können, neun. Andererseits beträgt die Ausgangsspannung einer einzelnen Li⁺-Batteriezelle maximal etwa 4,2 V. Demgemäß ist die maximale Anzahl an Li⁺-Batteriezellen, die in der Batterieeinheit in Reihe geschaltet werden können, etwa drei.
Anders als die NiCd-Batterieeinheit oder die NiMH-Batterieeinheit ist die Li⁺-Batterieeinheit mit einer Schutzfunktion gegen Kurzschlüsse außerhalb der Li⁺-Batterieeinheit und Kurzschlüsse innerhalb der Li⁺-Batterieeinheit versehen. Weil die Kapazität der Li⁺-Batterieeinheit je Volumeneinheit groß ist, wird Energie in einer kurzen Zeit entladen, falls der Ausgang der Li⁺-Batterieeinheit aus irgendeinem Grund kurzgeschlossen wird oder aus irgendeinem Grund ein Kurzschluss innerhalb der Li⁺-Batterieeinheit auftritt, und in solchen Fällen besteht die Möglichkeit, dass die Li⁺-Batterieeinheit schlechter wird oder die Lebensdauer der Li⁺-Batterieeinheit verkürzt wird. Daher ist aus diesem Grund die Schutzfunktion vorgesehen. Demgemäß wird, selbst wenn ein Kurzschluss außerhalb oder innerhalb der Li⁺-Batterieeinheit auftritt, ein übermäßiger Entladestrom oder ein übermäßiger Ladestrom durch eine Sicherung oder dergleichen gesperrt, wenn der Ladestrom oder der Entladestrom größer als ein vorbestimmter Wert wird, wodurch eine Verschlechterung der Li⁺-Batterieeinheit verhindert und die Lebensdauer der Li⁺-Batterieeinheit gesichert werden.
Andererseits wird die Kapazität jeder Batteriezelle innerhalb der Batterieeinheit durch eine Grundkapazität bestimmt, die auf der Größe der Batterieeinheit basiert. Daher ist es zum Vergrößern der Kapazität der Batterieeinheit notwendig, mehrere Batteriezellen parallel zu schalten und solche Parallelschaltungen in Reihe zu schalten.
1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer herkömmlichen Batterieeinheit und 2 ist ein Schaltungsdiagramm des Aufbaus einer Spannungsüberwachungsschaltung in der in 1 dargestellten Batterieeinheit.
In 1 enthält eine Batterieeinheit 100 allgemein Batteriezellen E11, E12, E21, E22, E31 und E32, eine Spannungsüberwachungsschaltung 101, eine Sicherung 102, P-Kanal-Feldeffekttransistoren (FETs) 103 und 104 sowie Stromversorgungsanschlüsse 105 und 106, die wie dargestellt verbunden sind. Die Batteriezellen E11 und E12 sind parallel geschaltet, die Batteriezellen E21 und E22 sind parallel geschaltet und die Batteriezellen E31 und E32 sind parallel geschaltet. Außerdem sind die Parallelschaltung der Batteriezellen E11 und E12, die Parallelschaltung der Batteriezellen E21 und E22 und die Parallelschaltung der Batteriezellen E31 und E32 in Reihe geschaltet.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 überwacht die Spannungen der Parallelschaltung der Batteriezellen E11 und E12, der Parallelschaltung der Batteriezellen E21 und E22 und der Parallelschaltung der Batteriezellen E31 und E32 und erfasst einen übermäßigen Entladungszustand im Entladezustand der Batterieeinheit 100, falls die Spannung einer der Parallelschaltungen der Batteriezellen geringer als ein vorbestimmter Wert wird. Wenn der übermäßige Entladungszustand erfasst wird, schaltet die Spannungsüberwachungsschaltung 101 den FET 103 aus, um so den Entladestrom von der Batterieeinheit 100 zu sperren und die übermäßige Entladung zu verhindern. Andererseits überwacht die Spannungsüberwachungsschaltung 101 die Spannungen der Parallelschaltung der Batteriezellen E11 und E12, der Parallelschaltung der Batteriezellen E21 und E22 und der Parallelschaltung der Batteriezellen E31 und E32 und erfasst einen übermäßigen Ladungszustand im Ladezustand der Batterieeinheit 100, falls die Spannung einer der Parallelschaltungen der Batteriezellen größer als ein vorbestimmter Wert wird. Wenn der übermäßige Ladungszustand erfasst wird, schaltet die Spannungsüberwachungsschaltung 101 den FET 104 aus, um so den Ladestrom zur Batterieeinheit 100 zu sperren, und das übermäßige Laden zu verhindern.
Die Sicherung 102 schmilzt und unterbricht die Verbindung, wenn ein Strom größer als ein vorbestimmter Wert durch die Sicherung strömt, um so den Stromfluss zu sperren. Als Ergebnis schmilzt die Sicherung 102 und unterbricht die Verbindung, selbst wenn die Funktion des Sperrens des übermäßigen Stroms durch die Spannungsüberwachungsschaltung 101 nicht korrekt funktioniert oder die Funktion des Sperrens des übermäßigen Stroms durch einen Fehler wie beispielsweise einen Kurzschluss der FETs 103 und 104 selbst nicht korrekt funktioniert, um eine Doppelschutzfunktion vorzusehen.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 101 enthält Vergleicherschaltungen 111 bis 113 und 121 bis 123 und logische Summen (ODER)-Schaltungen 114 und 124, die verbunden sind, wie in 2 dargestellt. In 2 bezeichnen e1 und e2 jeweils Referenzspannungen, die eine Grenzspannung übermäßiger Entladung und eine Grenzspannung übermäßiger Ladung der Batteriezellen E11 bis E32 angeben.
Im Allgemeinen besteht die herkömmliche Batterieeinheit aus einer einzigen Batterieeinheit oder mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen, und aus diesem Grund wird ein Fall, bei dem die Batteriezellen parallel geschaltet sind, nicht speziell berücksichtigt. Da jedoch die Anzahl an Batteriezellen, die in der Batterieeinheit vorgesehen werden, ansteigt, ist, obwohl die Möglichkeit des Auftretens eines Kurzschlusses innerhalb der Batterieeinheit aufgrund einer in einer Batteriezelle erzeugten Anomalie extrem klein ist, die Möglichkeit nicht Null. Aus diesem Grund wird, wenn mehrere Batteriezellen parallel geschaltet sind und solche Parallelschaltungen in der Batterieeinheit in Reihe geschaltet sind, um die Kapazität der Batterieeinheit zu vergrößern, ein Strom, der durch die Batteriezelle fließt, in der die Anomalie erzeugt wird, ein ganzzahliges Vielfaches jenes Stroms während eines normalen Zustands, wobei das ganzzahlige Vielfache der Anzahl an Batteriezellen entspricht, die in der Parallelschaltung parallel geschaltet sind. Als Ergebnis gab es ein Problem dahingehend, dass eine beträchtliche Verschlechterung und eine beträchtliche Verkürzung der Lebensdauer auftreten, wenn die oben beschriebene Anomalie in der Li⁺-Batterieeinheit mit solchen Parallelschaltungen auftritt.
Im Fall zum Beispiel der in 1 und 2 dargestellten Batterieeinheit 100 wird, falls ein interner Kurzschluss in der Batteriezelle E11 auftritt, die parallel zur Batteriezelle E12 geschaltet ist, die in der Batteriezellen E11 gespeicherte Energie augenblicklich verbraucht und der Strom von der anderen Batteriezelle E12, die parallel zur Batteriezelle E11 geschaltet ist, fließt ebenfalls zur Batteriezelle E11. Mit anderen Worten wird ein Strom, der ein ganzzahliges Vielfaches (in diesem Fall das Zweifache) jenes Stroms während des normalen Zustands ist, augenblicklich durch die Batteriezelle E11 verbraucht und es existiert eine Möglichkeit, dass die Batterieeinheit 100 insgesamt verschlechtert wird und die Lebensdauer der Batterieeinheit 100 verkürzt wird.
Die US-A-5,547,775 offenbart eine Schaltung zum Verhindern einer Überladung und Überentladung von Sekundärbatterien. Die Batterien sind in Reihe geschaltet. Die Überladung oder Überentladung wird für jede in Reihe geschaltete Batterie einzeln erfasst. Um eine Überladung oder Überentladung des Ladens und Entladens zu verhindern, kann eine Spannung zwischen den in Reihe geschalteten Batterien verschoben werden. Außerdem kann das Laden oder Entladen insgesamt reduziert werden.
„Gestion de batteries lithium-ion", Elektronique Nr. 56, Seite 80, XP000554844, offenbart eine Ladungs- und Entladungssteuerung für Lithiumionen-Batterien. Die Batterien sind wie folgt verbunden: Eine Anzahl von Batterien ist parallel geschaltet. Diese Sätze sind in Reihe geschaltet. Das Überladen oder Überentladen wird für jeden Satz parallel geschalteter Batterien erfasst. Um ein Überladen oder Überent laden zu verhindern, wird die einzelne Spannung der Sätze der parallel geschalteten Batterien so gesteuert, dass sie innerhalb einer bestimmten Grenze bleibt.
Die EP-A-0 432 639 offenbart eine Steuerschaltung für eine Anzahl in Reihe geschalteter Sekundärbatterien. Die Spannung jeder einzelnen Batterie wird durch die Steuerschaltung gemessen. Wenn die aktive Energie zwischen den Batterien mittels eines Transformators verschoben wird, der mit allen Batterien mit seiner Sekundärspule verbunden ist, wird eine einzelne schwache Batterie durch die stärkeren Batterien unterstützt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Demgemäß ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und nützliche Schutzschaltung und Batterieeinheit vorzusehen, in der die oben beschriebenen Probleme beseitigt sind.
Eine weitere und speziellere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schutzeinheit und eine Batterieeinheit vorzusehen, die eine Verschlechterung und Verkürzung der Lebensdauer der Batterieeinheit positiv verhindern können, selbst wenn ein Kurzschluss in der Batterieeinheit auftritt, sodass die Zuverlässigkeit der Batterieeinheit verbessert ist.
Es ist eine noch weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzschaltung zur Verwendung mit einer Batterieeinheit vorzusehen, die mehrere parallel geschaltete Zellenteile und einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsanschluss aufweist, wobei jedes der Zellenteile mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen und einen ersten und einen zweiten Anschluss, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Stromversorgungsanschluss gekoppelt sind, enthält, welche Schutzschaltung mehrere Schaltelemente aufweist, die eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusses eines entsprechenden der Zellenteile mit dem ersten Stromversorgungsanschluss herstellen und die elektrische Verbindung als Reaktion auf ein aktives Signal trennen, sowie eine Spannungsüberwachungsschaltung, die das aktive Signal an die Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung wenigstens einer Batteriezelle in einem Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich jedes der Zellenteile. Gemäß der Schutzschaltung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verschlechterung der Batterieeinheit zu verhindern und die Verkürzung der Lebensdauer der Batterieeinheit zu verhindern, selbst wenn ein Kurzschluss außerhalb oder innerhalb der Batterieeinheit auftritt.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterieeinheit vorzusehen, mit mehreren parallel geschalteten Zellenteilen, die jeweils einen ersten und einen zweiten Anschluss und mehrere Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind, aufweist, einem ersten Stromversorgungsanschluss, der mit dem ersten Anschluss jedes der Zellenteile gekoppelt ist, einem zweiten Stromversorgungsanschluss, der mit dem zweiten Anschluss jedes der Zellenteile gekoppelt ist, mehreren Schaltelementen, die eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusses eines entsprechenden der Zellenteile mit dem ersten Stromversorgungsanschluss herstellen und die elektrische Verbindung als Reaktion auf ein aktives Signal trennen, und einer Spannungsüberwachungsschaltung, die das aktive Signal an die Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung wenigstens einer Batteriezelle in einem Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich jedes der Zellenteile. Gemäß der Batterieeinheit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Verschlechterung der Batterieeinheit zu verhindern und eine Verkürzung der Lebensdauer der Batterieeinheit zu verhindern, selbst wenn ein Kurzschluss außerhalb oder innerhalb der Batterieeinheit auftritt. Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
KURZBESCHEIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Schaltungsdiagramm eines Beispiels einer herkömmlichen Batterieeinheit;
2 ist ein Schaltungsdiagramm des Aufbaus einer Spannungsüberwachungsschaltung in der in 1 dargestellten Batterieeinheit;
3 ist ein Schaltungsdiagramm des Aufbaus einer Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Schaltungsdiagramm eines Teils eines ersten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Teils des ersten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Schaltungsdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
7 ist ein Schaltungsdiagramm eines dritten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
8 ist ein Schaltungsdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 ist ein Schaltungsdiagramm einer Spannungsüberwachungsschaltung des vierten Ausführungsbeispiels;
10 ist ein Schaltungsdiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine Perspektivansicht des Äußeren der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine Perspektivansicht der Batterieeinheit in einer Stufe, wenn eine Abdeckung entfernt ist; und
13 ist eine Perspektivansicht der Batterieeinheit in einem Zustand, wenn ein Substrat entfernt ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
3 ist ein Schaltungsdiagramm zum Erläutern einer Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung und einer Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
In der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung sind mehrere Zellenteile E1 und E2 parallel geschaltet, wobei jedes Zellenteil aus mehreren in Reihe geschalteten Batteriezellen besteht. Das Zellenteil E1 besteht aus Batteriezellen E11, E21 und E31, die in Reihe geschaltet sind, und das Zellenteil E2 besteht aus Batteriezellen E12, E22 und E32, die in Reihe geschaltet sind. Bezüglich einer Batterieeinheit 1 mit einem ersten und einem zweiten Stromversorgungsanschluss 9 und 10, die mit ersten und zweiten Anschlüssen jedes der Zellenteile E1 und E2 verbunden sind, ist die Schutzschaltung mit mehreren Schaltelementen 5 bis 8 und einer Spannungsüberwachungsschaltung 2 versehen. Die Schaltelemente 5 und 6 koppeln den ersten Anschluss des Zellenteils E1 elektrisch an den ersten Stromversorgungsanschluss 9, und die Schaltelemente 7 und 8 koppeln den ersten Anschluss des Zellenteils E2 elektrisch an den ersten Stromversorgungsanschluss 9. Die Schaltelemente 5 bis 8 trennen die elektrische Kopplung als Reaktion auf ein aktives Signal. Die Spannungsüberwachungsschaltung 2 gibt ein aktives Signal an die entsprechenden Schaltelemente aus, wenn die Spannung wenigstens einer Batteriezelle in dem Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich der Zellenteile E1 und E2.
Andererseits enthält die Batterieeinheit 1 gemäß der vorliegenden Erfindung die mehreren Zellenteile E1 und E2, die parallel geschaltet sind, den ersten und den zweiten Stromversorgungsanschluss 9 und 10, die Schaltelemente 5 bis 8 und die Spannungsüberwachungsschaltung 2, die wie in 3 dargestellt vorgesehen sind. Jedes der Zellenteile E1 und E2 hat den ersten und den zweiten Anschluss. Das Zellenteil E1 enthält die mehreren Batteriezellen E11, E21 und E31, die in Reihe geschaltet sind, und das Zellenteil E2 enthält die mehreren Batteriezellen E12, E22 und E32, die in Reihe geschaltet sind. Der erste Stromversorgungsanschluss 9 ist mit den ersten Anschlüssen jedes der Zellenteile E1 und E2 verbunden und der zweite Stromversorgungsanschluss 10 ist mit den zweiten Anschlüssen jedes der Zellenteile E1 und E2 verbunden. Die Schaltelemente 5 und 6 koppeln den ersten Anschluss des Zellenteils E1 elektrisch an den ersten Stromversorgungsanschluss 9, und die Schaltelemente 7 und 8 koppeln den ersten Anschluss des Zellenteils E2 elektrisch an den ersten Stromversorgungsanschluss 9. Die Schaltelemente 5 bis 8 trennen die elektrische Kopplung als Reaktion auf ein aktives Signal. Die Spannungsüberwachungsschaltung 2 gibt ein aktives Signal an die entsprechenden Schaltelemente aus, wenn die Spannung wenigstens einer Batteriezelle in dem Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich der Zellenteile E1 und E2.
Deshalb ist es möglich, selbst wenn ein Kurzschluss außerhalb oder innerhalb der Batterieeinheit auftritt, eine Verschlechterung und Verkürzung der Lebensdauer der Batteriezellen E11 bis E32 in der Batterieeinheit 1 positiv zu verhindern, wodurch die Zuverlässigkeit der Batterieeinheit 1 verbessert wird.
4 und 5 sind Schaltungsdiagramme zum Erläutern eines ersten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Dieses erste Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit verwendet ein erstes Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. 4 zeigt die Batterieeinheit zusammen mit einem System zum Verhindern einer übermäßigen Entladung einer Spannungsüberwachungsschaltung und 5 zeigt die Batterieeinheit zusammen mit einem System zum Verhindern einer übermäßigen Ladung der Spannungsüberwachungsschaltung. In 4 und 5 sind jene Teile, die gleich entsprechenden Teilen in 3 sind, mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
In 4 und 5 enthält eine Batterieeinheit 1 allgemein Li⁺-Batteriezellen E11, E12, E21, E22, E31 und E32, eine Spannungsüberwachungsschaltung 2, Sicherungen 3 und 4, P-Kanal-FETs 5 bis 8 und Stromversorgungsanschlüsse 9 und 10, die wie dargestellt verbunden sind. Die Batteriezellen E11, E21 und E31 sind in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden, und ein Ende dieser Reihenschaltung ist über die Sicherung 3 und die FETs 5 und 6 mit dem Stromversorgungsanschluss 9 verbunden und das andere Ende ist mit dem Stromversorgungsanschluss 10 verbunden. Die Batteriezellen E12, E22 und E32 sind in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden, und ein Ende dieser Reihenschaltung ist über die Sicherung 4 und die FETs 7 und 8 mit dem Stromversorgungsanschluss 9 verbunden und ein anderes Ende ist mit dem Stromversorgungsanschluss 10 verbunden.
Die Spannungsüberwachungsschaltung 2 überwacht die Spannungen der Batteriezellen E11, E12, E21, E22, E31 und E32, und wenn im Entladezustand der Batterieeinheit 1 die Spannung einer der Batteriezellen geringer als ein vorbestimmter Wert wird, erfasst die Spannungsüberwachungsschaltung 2 den übermäßigen Entladungszustand und schaltet die FETs 5 und 7 aus, um so den Entladestrom aus der Batterieeinheit 1 zu sperren und die übermäßige Entladung zu verhindern. Andererseits überwacht die Spannungsüberwachungsschaltung 2 die Spannungen der Batteriezellen E11, E12, E21, E22, E31 und E32, und wenn im Ladezustand der Batterie 1 die Spannung einer der Batteriezellen größer als ein vorbestimmter Wert wird, erfasst die Spannungsüberwachungsschaltung 2 den übermäßigen Ladungszustand und schaltet die FETs 6 und 8 aus, um so den Ladestrom zur Batterieeinheit zu sperren und das übermäßige Laden zu verhindern.
Die Sicherungen 3 und 4 schmelzen und unterbrechen die Verbindung, wenn ein Strom größer als ein vorbestimmter Wert durch diese Sicherungen 3 und 4 fließt, um so den Stromfluss zu sperren. Daher schmelzen die Sicherungen 3 und 4 und unterbrechen die Verbindung, selbst wenn die Funktion des Sperrens des übermäßigen Stroms durch die Spannungsüberwachungsschaltung 2 nicht korrekt funktioniert oder die Funktion des Sperrens des übermäßigen Stroms aufgrund eines Fehlers wie beispielsweise eines Kurzschlusses der FETs 5 und 8 selbst nicht korrekt funktioniert, um eine Doppelschutzschaltung vorzusehen.
In 4 enthält das System zum Verhindern einer übermäßigen Entladung der Spannungsüberwachungsschaltung 2 allgemein Vergleicherschaltungen 21 bis 26 und ODER-Schaltungen 27 bis 29, die wie gezeigt verbunden sind. Eine Referenzspannung e1 gibt die Grenzspannung übermäßiger Entladung der Batteriezellen E11 bis E32 an. Demgemäß wird, falls die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 niedriger oder gleich der Referenzspannung e1 wird, über die ODER-Schaltungen 27 und 29 ein Hochpegelsignal an die FETs 5 und 7 angelegt, um die FETs 5 und 7 auszuschalten, um so den Entladestrom aus der Batterieeinheit 1 zu sperren und die übermäßige Entladung zu verhindern. In ähnlicher Weise wird, falls die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 niedriger oder gleich der Referenzspannung e1 wird, ein Hochpegelsignal an die FETs 5 und 7 angelegt, um die FETs 5 und 7 auszuschalten, um so den Entladestrom aus der Batterieeinheit 1 zu sperren und die übermäßige Entladung zu verhindern.
Andererseits wird, falls die Spannungen aller Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22, E32 größer als die Referenzspannung e1 sind, über die ODER-Schaltungen 27, 28 und 29 ein Niedrigpegelsignal an die FETs 5 und 7 angelegt, um die FETs 5 und 7 einzuschalten. Daher fließt der Entladestrom aus der Batterieeinheit 1 zu den Stromversorgungsanschlüssen 9 und 10 und die Entladung der Batterieeinheit 1 wird ermöglicht.
In 5 enthält das System zum Verhindern einer übermäßigen Ladung der Spannungsüberwachungsschaltung 2 allgemein Vergleicherschaltungen 31 bis 36 und ODER-Schaltungen 37 bis 39, die wie gezeigt verbunden sind. Eine Referenzspannung e2 gibt eine Grenzspannung übermäßiger Ladung der Batteriezellen E11 bis E32 an. Demgemäß wird, falls die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltungen 37 und 39 ein Hochpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, um die FETs 6 und 8 auszuschalten, um so den Ladestrom zur Batterieeinheit 1 zu sperren und die übermäßige Ladung zu verhindern. Analog wird, falls die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltungen 38 und 39 ein Hochpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, um die FETs 6 und 8 auszuschalten, um so den Ladestrom zur Batterieeinheit 1 zu sperren und die übermäßige Ladung zu verhindern.
Andererseits wird, falls die Spannungen der Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22 und E32 kleiner als die Referenzspannung e2 sind, über die ODER-Schaltungen 37, 38 und 39 ein Niedrigpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, um die FETs 6 und 8 einzuschalten. Daher fließt der Ladestrom zur Batterieeinheit 1 zu den Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22 und E32 über die Stromversorgungsanschlüsse 9 und 10 und das Laden der Batterieeinheit 1 wird ermöglicht.
Deshalb wird gemäß diesem Ausführungsbeispiel, selbst wenn eine beliebige Batteriezelle in der Batterieeinheit 1 aus irgendeinem Grund einen Kurzschluss hat, die Spannung dieser beliebigen Batteriezelle auf eine Spannung kleiner oder gleich der übermäßigen Entladespannung sinken. Mit anderen Worten wird in dem in 4 gezeigten Fall von den Spannungen der Batteriezellen, die den Vergleicherschaltungen 21 bis 26 eingegeben werden, die Spannung der beliebigen Batteriezelle kleiner oder gleich als die Referenzspannung e1 und die FETs 5 und 7 werden als Reaktion auf das Hochpegelsignal von der ODER-Schaltung 29 ausgeschaltet, wodurch die übermäßige Entladung aus der Batterieeinheit 1 verhindert wird. Als Ergebnis fließt, obwohl in der beliebigen Batteriezelle, die kurzgeschlossen ist, ein Stromverbrauch stattfindet, kein Strom zu dieser beliebigen Batteriezelle von den anderen Batteriezellen.
Es folgt eine Beschreibung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 6. Dieses zweite Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit verwendet ein zweites Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In 6 sind jene Teile, die gleich entsprechenden Teilen in 3 sind, durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet, und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
In 6 hat jede der Spannungsüberwachungsschaltungen 2-1 und 2-2 den gleichen Aufbau wie die in 2 dargestellte Spannungsüberwachungsschaltung 101. Daher ist es möglich, die Schutzschaltung mit niedrigen Kosten durch Nutzen einer existierenden Spannungsüberwachungsschaltung zu bilden. Zum Beispiel bestehen die Spannungsüberwachungsschaltungen 2-1 und 2-2 aus einem integrierten Schaltungschip MM1309 von Mitsumi Electric Co. Ltd. aus Japan. Ein Ausgang einer ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und ein Ausgang einer ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 werden einer ODER-Schaltung 41 zugeführt und die FETs 5 und 7 werden durch einen Ausgang der ODER-Schaltung 41 gesteuert. Außerdem werden ein Ausgang einer ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und ein Ausgang einer ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 einer ODER-Schaltung 42 zugeführt und die FETs 6 und 8 werden durch einen Ausgang der ODER-Schaltung 42 gesteuert.
Wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 kleiner oder gleich der Referenzspannung e1 wird, wird über die ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und die ODER-Schaltung 41 den FETs 5 und 7 ein Hochpegelsignal zugeführt, wodurch die FETs 5 und 7 ausgeschaltet werden und die übermäßige Entladung durch Sperren eines Entladestroms aus einer Batterieeinheit 1A verhindert wird. Analog wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 kleiner oder gleich der Referenzspannung e1 wird, über die ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und die ODER-Schaltung 41 ein Hochpegelsignal an die FETs 5 und 7 angelegt, wodurch die FETs 5 und 7 ausgeschaltet werden und die übermäßige Entladung durch Sperren des Entladestroms aus der Batterieeinheit 1A verhindert wird.
Andererseits wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22 und E32 größer als die Referenzspannung e1 wird, ein Niedrigpegelsignal an die FETs 5 und 7 über die ODER-Schaltung 41 angelegt, wodurch die FETs 5 und 7 eingeschaltet werden. Als Ergebnis fließt der Entladestrom aus der Batterieeinheit 1A zu den Stromversorgungsanschlüssen 9 und 10 und die Entladung der Batterieeinheit 1A wird ermöglicht.
Außerdem wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und die ODER-Schaltung 42 ein Hochpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, wodurch die FETs 6 und 8 ausgeschaltet werden und das übermäßige Laden durch Sperren eines Ladestroms zur Batterieeinheit 1A verhindert wird. Analog wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und die ODER-Schaltung 42 ein Hochpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, wodurch die FETs 6 und 8 ausgeschaltet werden und das übermäßige Laden durch Sperren des Ladestroms zur Batterieeinheit 1A verhindert wird.
Andererseits wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22 und E32 kleiner als die Referenzspannung E2 wird, über die ODER-Schaltung 42 ein Niedrigpegelsignal an die FETs 6 und 8 angelegt, wodurch die FETs 6 und 8 eingeschaltet werden. Als Ergebnis fließt der Ladestrom zur Batterieeinheit 1A zu den Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22 und E32 über die Stromversorgungsanschlüsse 9 und 10 und das Laden der Batterieeinheit 1A wird ermöglicht.
Es folgt eine Beschreibung eines dritten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 7. Dieses dritte Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit verwendet ein drittes Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In 7 sind jene Teile gleich entsprechenden Teilen in 6 mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
In 7 sind Batteriezellen E11, E21 und E31 in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden, Batteriezellen E12, E22 und E32 sind in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden, und Batteriezellen E13, E23 und E33 sind in Reihe geschaltet, um eine Reihenschaltung zu bilden. Zusätzlich sind diese Reihenschaltungen der Batteriezellen zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 9 und 10 parallel geschaltet.
Jede der Spannungsüberwachungsschaltungen 2-1, 2-2 und 2-3 hat den gleichen Aufbau wie die in 1 dargestellte Spannungsüberwachungsschaltung 101. Daher ist es möglich, die Schutzschaltung bei niedrigen Kosten durch Nutzen einer existierenden Spannungsüberwachungsschaltung zu bilden. Zum Beispiel bestehen die Spannungsüberwachungsschaltungen 2-1, 2-2 und 2-3 aus einem integrierten Schaltungschip MM1309 von Mitsumi Electric Co. Ltd. aus Japan. Ein Ausgang einer ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1, ein Ausgang einer ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und ein Ausgang einer ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-3 werden einer ODER-Schaltung 41-1 zugeführt und FETs 5, 7 und 7-1 werden durch einen Ausgang dieser ODER-Schaltung 41-1 gesteuert. Außerdem werden ein Ausgang einer ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1, ein Ausgang einer ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und ein Ausgang einer ODER-Schaltung 114 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-3 einer ODER-Schaltung 42-1 zugeführt, und FETs 6, 8 und 8-1 werden durch einen Ausgang dieser ODER-Schaltung 42-1 gesteuert.
Wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 kleiner oder gleich der Referenzspannung e1 wird, wird über die ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und die ODER-Schaltung 41-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 5, 7 und 7-1 angelegt, wodurch die FETs 5, 7 und 7-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Entladen durch Sperren eines Entladestroms aus einer Batterieeinheit 1B verhindert wird. Analog wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 kleiner oder gleich der Referenzspannung e1 wird, über die ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und die ODER-Schaltung 41-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 5, 7 und 7-1 angelegt, wodurch die FETs 5, 7 und 7-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Entladen durch Sperren des Entladestroms aus der Batterieeinheit 1B verhindert wird. Weiter wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E13, E23 und E33 kleiner oder gleich der Referenzspannung e1 wird, über die ODER-Schaltung 124 in der Spannungsüberwachungsschaltung 2-3 und die ODER-Schaltung 41-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 5, 7 und 7-1 angelegt, wodurch die FETs 5, 7 und 7-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Entladen durch Sperren des Entladestroms aus der Batterieeinheit 1B verhindert wird.
Andererseits wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23 und E33 größer als die Referenzspannung e1 wird, über die ODER-Schaltung 41-1 ein Niedrigpegelsignal an die FETs 5, 7 und 7-1 angelegt, wodurch die FETs 5, 7 und 7-1 eingeschaltet werden. Als Ergebnis fließt der Entladestrom aus der Batterieeinheit 1B zu den Stromversorgungsanschlüssen 9 und 10 und das Entladen der Batterieeinheit 1B wird ermöglicht.
Wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21 und E31 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, wird über die ODER-Schaltung 114 der Spannungsüberwachungsschaltung 2-1 und die ODER-Schaltung 42-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 6, 8 und 8-1 angelegt, wodurch die FETs 6, 8 und 8-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Laden durch Sperren eines Ladestroms zur Batterieeinheit 1B verhindert wird. Analog wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E12, E22 und E32 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER- Schaltung 114 der Spannungsüberwachungsschaltung 2-2 und die ODER-Schaltung 42-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 6, 8 und 8-1 angelegt, wodurch die FETs 6, 8 und 8-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Laden durch Sperren des Ladestroms zur Batterieeinheit 1B verhindert wird. Weiter wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E13, E23 und E33 größer oder gleich der Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltung 114 der Spannungsüberwachungsschaltung 2-3 und die ODER-Schaltung 42-1 ein Hochpegelsignal an die FETs 6, 8 und 8-1 angelegt, wodurch die FETs 6, 8 und 8-1 ausgeschaltet werden und das übermäßige Laden durch Sperren des Ladestroms zur Batterieeinheit 1B verhindert wird.
Anderseits wird, wenn die Spannung einer der Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23 und E33 niedriger als die Referenzspannung e2 wird, über die ODER-Schaltung 42-1 ein Niedrigpegelsignal an die FETs 6, 8 und 8-1 angelegt, wodurch die FETs 6, 8 und 8-1 eingeschaltet werden. Als Ergebnis fließt ein Ladestrom zur Batterieeinheit 1B über die Stromversorgungsanschlüsse 9 und 10 zu den Batteriezellen E11, E21, E31, E12, E22, E32, E13, E23, E33 und das Laden der Batterieeinheit 1B wird ermöglicht.
Es folgt eine Beschreibung eines vierten Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 8. Dieses vierte Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit verwendet ein viertes Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In 8 sind jene Teile, die gleich entsprechenden Teilen in 3 sind, durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
Im oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel werden die Spannungen aller Batteriezellen, die in der Batterieeinheit 1 vorgesehen sind, überwacht und die verwendete Spannungsüberwachungsschaltung 2 ist in der Lage, eine Anzahl von Spannungen gleich der Anzahl von in der Batterieeinheit 1 vorgesehenen Batteriezellen zu überwachen. Außerdem ist in den zweiten und dritten Ausführungsbeispielen die Anzahl der benutzten Spannungsüberwachungsschaltungen 2-1, 2-2 und/oder 2-3 gleich der Anzahl von parallel geschalteten Batteriezellen innerhalb der entsprechenden Batterieeinheiten 1A und 1B.
Andererseits werden in diesem vierten Ausführungsbeispiel Spannungen durch Trennen von parallel geschalteten Batteriezellen in einer Batterieeinheit 1C durch Hochwiderstandselemente überwacht, um so die Erzeugung einer Stromschleife zwischen den Batteriezellen, die parallel geschaltet sind, zu vermeiden.
In 8 hat eine Spannungsüberwachungsschaltung 2-10 den gleichen Aufbau wie die in 1 dargestellte Spannungsüberwachungsschaltung 101. Daher ist es möglich, die Schutzschaltung mit niedrigen Kosten durch Nutzen einer existierenden Spannungsüberwachungsschaltung zu bilden. Jedoch sind in jedem des Systems zum Verhindern einer übermäßigen Entladung und des Systems zum Verhindern einer übermäßigen Ladung vier Stufen von Vergleicherschaltungen vorgesehen. Zum Beispiel besteht die Spannungsüberwachungsschaltung 2-10 aus einem integrierten Schaltungschip MM1309 von Mitsumi Electric Co. Ltd. aus Japan.
9 ist ein Schaltungsdiagramm des Aufbaus der Spannungsüberwachungsschaltung 2-10. Die Spannungsüberwachungsschaltung 2-10 enthält Vergleicherschaltungen 111 bis 113, 134, 121 bis 123 und 144 sowie ODER-Schaltungen 114a und 124a, die wie in 9 dargestellt verbunden sind. Ein Eingang jeder der Vergleicherschaltungen 111 und 121 ist mit Knoten N1 und N2 verbunden. Ein Eingang jeder der Vergleicherschaltungen 112 und 122 ist mit einem Knoten N3 verbunden. Ein Eingang jeder der Vergleicherschaltungen 113 und 123 ist mit einem Knoten N4 verbunden. Ein Eingang jeder der Vergleicherschaltungen 134 und 144 ist mit einem Knoten N5 verbunden. Der andere Eingang jeder der Vergleicherschaltungen 134 und 144 ist mit einem Knoten N6 über entsprechende Referenzspannungen e2 und e1 verbunden. Außerdem steuert ein Ausgang der ODER-Schaltung 124a die FETs 5 und 7 und steuert ein Ausgang der ODER-Schaltung 114a die FETs 6 und 8.
Der Knoten N3 verbindet Widerstandselemente R11 und R12. Das Widerstandselement R11 ist mit der Batteriezelle E12 verbunden und das Widerstandselement R12 ist mit der Batteriezellen E11 verbunden. Der Knoten N4 verbindet die Widerstandselemente R21 und R22. Das Widerstandselement R21 ist mit einem Knoten verbunden, der die Batteriezellen E12 und E22 verbindet, und das Widerstandselement R22 ist mit einem Knoten verbunden, der die Batteriezellen E11 und E21 verbindet. Der Knoten N5 verbindet Widerstandselemente R31 und R32. Das Widerstandselement R31 ist mit einem Knoten verbunden, der die Batteriezellen E22 und E32 verbindet, und das Widerstandselement R32 ist mit einem Knoten verbunden, der die Batteriezellen E21 und E31 verbindet.
Das Widerstandselement R11 ist vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E12 zu begrenzen, und das Widerstandselement R12 ist vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E11 zu begrenzen. Analog ist das Widerstandselement R21 vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E22 zu begrenzen, und das Widerstandselement R22 ist vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E21 zu begrenzen. Außerdem ist das Widerstandselement R31 vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E32 zu begrenzen, und das Widerstandselement R32 ist vorgesehen, um den Strom beim Überwachen der Spannung der Batteriezelle E31 zu begrenzen.
Es folgt eine Beschreibung eines fünften Ausführungsbeispiels der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf 10. Dieses fünfte Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit verwendet ein fünftes Ausführungsbeispiel der Schutzschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung. In 10 sind jene Teile, die gleich entsprechenden Teilen in 8 sind, durch die gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet und auf eine Beschreibung davon wird verzichtet.
In diesem Ausführungsbeispiel werden Spannungen durch Trennen von Batteriezellen, die in einer Batterieeinheit 1D parallel geschaltet sind, durch Sicherungen überwacht, um so die Erzeugung einer Stromschleife zwischen den Batteriezellen, die parallel geschaltet sind, zu vermeiden. Insbesondere sind anstelle der in 8 gezeigten Widerstandselemente R11 bis R32 Sicherungen F11 bis F32 vorgesehen.
In jedem der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind die Li⁺-Batteriezellen in der Batterieeinheit vorgesehen. Jedoch sind die Batteriezellen der Batterieeinheit natürlich nicht auf die Li⁺-Batteriezellen beschränkt.
11 ist eine Perspektivansicht des Äußeren der Batterieeinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Aus Gründen der Einfachheit zeigt 11 das erste Ausführungsbeispiel der Batterieeinheit, d. h. die Batterieeinheit 1. In 11 besteht die Batterieeinheit 1 aus einem Gehäuse 300 mit einem Anschlussteil 301 und einer Abdeckung 302. Die Stromversorgungsanschlüsse 9 und 10 und dergleichen sind im Anschlussteil 301 vorgesehen. Die Abdeckung 302 enthält ein Fenster 302A, durch welches die Zustände der Sicherungen 3 und 4 und dergleichen visuell bestätigt werden können.
12 ist eine Perspektivansicht der Batterieeinheit 1 in einem Zustand, wenn die in 11 dargestellte Abdeckung 302 entfernt ist. In 12 sind ein IC-Chip 304, ein Sicherungsteil 306 und dergleichen auf einem Substrat 303 vorgesehen. Der IC-Chip 304, das Sicherungsteil 306 und dergleichen sind durch Verdrahtungsmuster (nicht dargestellt) verbunden. Zum Beispiel ist die Spannungsüberwachungsschaltung 2 in dem IC-Chip 304 vorgesehen. Außerdem sind die Sicherungen 3 und 4 und dergleichen im Sicherungsteil 306 vorgesehen.
13 ist eine Perspektivansicht der Batterieeinheit 1 in einem Zustand, wenn das in 12 dargestellte Substrat 303 entfernt ist. In 13 entsprechen sechs Batteriezellen 307 den in 3 und 4 dargestellten Batteriezellen E11 bis E32.
Natürlich ist die Form der Batterieeinheit nicht auf die beschränkt, die in den oben beschriebenen 11 bis 13 dargestellt ist.
Ferner ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt sondern verschiedene Abwandlungen und Modifikationen können ohne Verlassen des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, vorgenommen werden.

Claims

Schutzschaltung zum Schützen einer Batterieeinheit, die mehrere parallel geschaltete Zellenteile und einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsanschluss aufweist, wobei jedes der Zellenteile mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen und einen ersten und einen zweiten Anschluss, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Stromversorgungsanschluss gekoppelt sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung aufweist: mehrere Schaltelemente (5–8, 7-1, 8-1), die jeweils ausgebildet sind, um eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusses eines entsprechenden der Zellenteile mit dem ersten Stromversorgungsanschluss herzustellen und die elektrische Verbindung als Reaktion auf ein aktives Signal zu trennen; und eine Spannungsüberwachungsschaltung (2, 2-1, 2-2, 2-3, 2-10), die ausgebildet ist, um das aktive Signal an die Schaltelemente auszugeben, wenn eine Spannung wenigstens einer Batteriezelle in einem beliebigen Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich jedes der Zellenteile.
Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2) aufweist: mehrere Schaltungen (21–26, 31–36), die bezüglich jedes der Zellenteile vorgesehen sind und jeweils ein Signal ausgeben, das bezüglich jeder der Batteriezellen aktiv wird, wenn eine Spannung der Batteriezelle innerhalb jedes der Zellenteile außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt; und eine logische Summenschaltung (27–29, 37–39), die eine logische Summe der von den mehreren Schaltungen bezüglich der entsprechenden Batteriezellen ausgegebenen Signale erhält und die logische Summe den entsprechenden der Schaltelemente zuführt.
Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2-10) aufweist: erste und zweite Widerstände (R11, R21, R31; R12, R22, R32), die in Reihe geschaltet sind und Anschlüsse entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen verbinden; und eine Schaltung, die ein aktives Signal an entsprechende der Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Schutzschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2-10) aufweist: erste und zweite Sicherungen (F11, F21, F31; F12, F22, F32), die in Reihe geschaltet sind und Anschlüsse entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen verbinden; und eine Schaltung, die ein aktives Signal an entsprechende der Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Sicherungen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Schutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich basierend auf einem Toleranzbereich wenigstens eines Vorgangs des Entladens und Ladens der Batteriezellen eingestellt ist.
Batterieeinheit mit mehreren parallel geschalteten Zellenteilen (E1, E2), wobei jedes der Zellenteile einen ersten und einen zweiten Anschluss und mehrere Batteriezellen (E11–E31, E12–E32), die in Reihe geschaltet sind, aufweist; einem ersten Stromversorgungsanschluss (9), der mit dem ersten Anschluss jedes der Zellenteile verbunden ist; und einem zweiten Stromversorgungsanschluss (10), der mit dem zweiten Anschluss jedes der Zellenteile verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheit aufweist: mehrere Schaltelemente (5–8, 7-1, 8-1), die jeweils ausgebildet sind, um eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusses eines entsprechenden der Zellenteile mit dem ersten Stromversorgungsanschluss herzustellen und die elektrische Verbindung als Reaktion auf ein aktives Signal zu trennen; und eine Spannungsüberwachungsschaltung (2, 2-1, 2-2, 2-3, 2-10), die ausgebildet ist, um das aktive Signal an die Schaltelemente auszugeben, wenn eine Spannung wenigstens einer Batteriezelle in einem beliebigen Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich jedes der Zellenteile.
Batterieeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2) aufweist: mehrere Schaltungen (21–26, 31–36), die bezüglich jedes der Zellenteile vorgesehen sind und jeweils ein Signal ausgeben, das bezüglich jeder der Batteriezellen aktiv wird, wenn eine Spannung der Batteriezelle innerhalb jedes der Zellenteile außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt; und eine logische Summenschaltung (27–29, 37–39), die eine logische Summe der von den mehreren Schaltungen bezüglich der entsprechenden Batteriezellen ausgegebenen Signale erhält und die logische Summe den entsprechenden der Schaltelemente zuführt.
Batterieeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2-10) aufweist: erste und zweite Widerstände (R11, R21, R31; R12, R22, R32), die in Reihe geschaltet sind und Anschlüsse entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen verbinden; und eine Schaltung, die ein aktives Signal an entsprechende der Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Batterieeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsüberwachungsschaltung (2-10) aufweist: erste und zweite Sicherungen (F11, F21, F31; F12, F22, F32), die in Reihe geschaltet sind und Anschlüsse entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen verbinden; und eine Schaltung, die ein aktives Signal an entsprechende der Schaltelemente ausgibt, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Sicherungen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Batterieeinheit nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich basierend auf einem Toleranzbereich wenigstens eines Vorgangs des Entladens und Ladens der Batteriezellen eingestellt ist.
Batterieschutzverfahren zum Schützen einer Batterieeinheit, die mehrere parallel geschaltete Zellenteile und einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsanschluss aufweist, wobei jedes der Zellenteile mehrere in Reihe geschaltete Batteriezellen und einen ersten und einen zweiten Anschluss, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Stromversorgungsanschluss verbunden sind, enthält, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieschutzverfahren aufweist: einen Überwachungsschritt zum Überwachen von Spannungen jeder der Batteriezellen (E11–E31, E12–E32) in jedem der Zellenteile (E1, E2) und Ausgeben eines aktiven Signals, wenn eine Spannung wenigstens einer Batteriezelle in einem beliebigen Zellenteil außerhalb eines vorbestimmten Bereichs fällt, dies unabhängig bezüglich jedes der Zellenteile; und einen Steuerschritt zum Steuern jedes von mehreren Schaltelementen (5–8, 7-1, 8-1), die eine elektrische Verbindung des ersten Anschlusses eines entsprechenden der Zellenteile mit zum ersten Stromversorgungsanschluss herstellen, durch Trennen der elektrischen Verbindung als Reaktion auf das aktive Signal.
Batterieschutzverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsschritt aufweist: einen Ausgabeschritt zum Ausgeben eines Signals, das bezüglich jeder der Batteriezellen aktiv wird, wenn eine Spannung der Batteriezelle in jedem der Zellenteile außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt, an jedes der Zellenteile; und einen Erfassungsschritt zum Erfassen einer logischen Summe der durch den Ausgabeschritt ausgegebenen Signale bezüglich der entsprechenden Batteriezellen und Zuführen der logischen Summe zu entsprechenden der Schaltelemente.
Batterieschutzverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsschritt aufweist: Verbinden von Anschlüssen entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen durch erste und zweite Widerstände (R11, R21, R31; R12, R22, R32), die in Reihe geschaltet sind; und Ausgeben eines aktiven Signals an entsprechende der Schaltelemente, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Widerständen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Batterieschutzverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsschritt aufweist: Verbinden von Anschlüssen entsprechender Batteriezellen zwischen den Zellenteilen durch erste und zweite Sicherungen (F11, F21, F31; F12, F22, F32), die in Reihe geschaltet sind; und Ausgeben eines aktiven Signals an entsprechende der Schaltelemente, wenn eine Spannung an einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Sicherungen außerhalb des vorbestimmten Bereichs fällt.
Batterieschutzverfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich basierend auf einem Toleranzbereich wenigstens eines Vorgangs des Entladens und Beladens der Batteriezellen eingestellt ist.