[发明专利]过电压保护系统、电池组以及电子设备

说明书

技术领域

本发明涉及在串联连接的多个电池电芯的充电系统中采用的过电压保护 系统。

背景技术

在作为便携式电子设备的一例的笔记本型个人计算机(以后称为笔记本 PC)中，随着CPU的工作频率的高速化等，消耗功率不断增加，另一方面， 要求在移动的环境下长时间工作以及小型轻量化等。由此，笔记本PC配备的 蓄电池很多时候采取准备多个由高能量密度的锂离子蓄电池构成的电池电芯， 通过串联连接以及并联连接对它们进行组合，然后将其收容在壳体中的电池组 (Battery Pack)的形式。

在对锂离子蓄电池进行充放电时，需要精密地控制充放电电流以及充放电 电压，特别是需要严密地进行恒定电压控制期间的充电电压的控制。因此，在 使用锂离子蓄电池的电池组中，一般采用在电池组的内部设置MPU(微处理 器)，MPU在充电以及放电的过程中监视电池组内部的状态，向笔记本PC主 体发送信息，或者使保护电路动作的被称为聪明电池的构造。聪明电池是基于 美国英特尔(Intel)公司和美国金霸王(Duracell)公司所倡导的、被称为聪 明电池系统(Smart Battery System，SBS)的标准的电池装置。基于该标准的 电池组也被称为智能电池。

在智能电池中，将MPU、电流测定电路、电压测定电路、剩余容量计算 电路和温度传感器等安装在电路基板上所得到的电路部分和多个电池电芯被 收容在一个壳体中，MPU可以经由数据线与笔记本PC主体的嵌入式控制器 进行通信。在智能电池中还设有过电压保护电路，在使用过程中电池电芯的电 压成为过电压时，使充电电路中设置的切断元件进行动作来停止充电。

专利文献1在锂电池的电池组中配备第1保护功能部和第2保护功能部， 在第1保护功能部检测到4.3V的电芯电压时，使FET动作来停止充电，在第 2保护功能部检测到4.5V的电芯电压时，使带有电阻的温度熔丝熔断来停止 充电。通过这样的电路结构，即使第1保护功能部存在异常，也会由第2保护 功能部进行后备来保证电池电芯不超过允许的最大电压。专利文献2公开了通 过阈值不同的多个判定电路使多个电池电芯的过电压检测多重化的过充电过 放电检测电路。

过电压保护电路为了保证在电池电芯充电的过程中电芯电压不会超过允 许最大电压，在电芯电压超过阈值时需要可靠地停止充电。另一方面，还需要 在充电器根据设定电压正常动作时不会发生误动作。在充电器的输出电压中存 在相对于设定电压的误差，而且还会由于环境温度的变化或漂移引起电芯电压 的变化，所以需要在充电器的设定电压和过电压保护电路的阈值之间设置一定 的余量。

近年来，要求对于锂离子蓄电池的使用确保更高的安全性。因此，在相关 的业界团体等之间，进一步强化锂离子蓄电池的安全基准。具体地说，虽然目 前以把电芯电压的允许最大电压设为4.40V以下作为标准，但是希望将该允许 最大电压降低到4.25V，希望充电系统在进行充电的过程中电芯电压不超过该 允许最大电压。

在串联连接3～4个锂离子蓄电池来构成电池组合(Battery Set)的情况下， 充电器在恒压控制期间进行动作，以使在电池组合两端施加的输出电压变为恒 定。并且，一般在电池组合充电时为了保证电芯电压不超过允许最大电压，设 置如果电芯电压达到阈值则停止充电的过电压保护电路，并且还进行后备，以 便即使在该过电压保护电路无法正常动作时，电芯电压也不会超过允许最大电 压。

专利文献1记载的现有的过电压保护电路，为了保证电芯电压不超过允许 最大电压，通过一同监视电芯电压的第1保护功能部和第2保护功能部将过电 压保护电路双重化，第1保护功能部使作为可逆元件的FET动作来停止充电， 第2保护功能部使作为非可逆元件的温度熔丝进行动作来停止充电。并且，为 了使可逆元件先进行动作，将两者的阈值设定为不同的值。即，第2保护电路 与第1保护电路的结构相同，实现完善的后备功能。

设定为可逆元件比非可逆元件先进行动作的原因是为了可以应对以下的 现象：在电芯电压接近使可逆元件进行动作的阈值的状态时，在由于环境温度 的急剧变化或过电压保护电路的漂移等原因导致暂时超过了阈值的情况下，通 过可逆元件使充电暂时停止，在确认安全后可以继续再次充电。设定为非可逆 元件后进行动作的原因在于，为了可靠地防止可能引起火灾的重大事故，在充 电电压超过了其阈值时完全停止使用该电池组。