CN100461582C

CN100461582C - 电池组

Info

Publication number: CN100461582C
Application number: CNB2004100954711A
Authority: CN
Inventors: 折笠裕信
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2024-10-27
Also published as: JP2005130662A; JP3826929B2; US7298113B2; CN1638230A; US20050127871A1

Abstract

提供一种根据主电池是否连接到主电池保持器而导通/截止的检测开关。在没有附着主电池的正常状态下，利用检测开关的检测信号连接充电转换开关的端(a，c)，从而使从外部充电器提供的电压被输入到一直流/直流转换器。利用直流/直流转换器的预定值输出对辅助电池充电。当连接主电池时，检测开关导通，并连接充电转换开关的端(b，c)，因此，主电池的输出电压输入到直流/直流转换器。辅助电池由直流/直流转换器的预定值输出充电。即使在没有充电器时，辅助电池也能由主电池充电，并自动转换充电电源。

Description

电池组

技术领域

本发明涉及一种具有主电池和诸如锂电池等的辅助电池并且所述主电池能够对辅助电池充电的电池组。

背景技术

辅助电池被广泛地应用在便携式电子设备中。一般而言，由于锂电池不能防止过充电或过放电，因此，其具有电池组的结构，在该电池组中，电池单元和保护电路被集成在一起。保护电路有防止过充电、过放电和过电流的三种保护功能。下面将简要的解释这些保护功能。

现在将描述过充电保护功能。当对锂电池充电时，电池电压即使是在超过满充电状态后仍继续升高。当电池进入上述过充电状态时，就会出现电池进入危险状态的可能性。因此，必须以恒流和恒压并利用等于或小于电池额定值(例如，4.2V)的充电控制电压对电池进行充电。然而，由于充电器的故障或不同种类电池充电器的使用，会发生过充电的危险。当电池过充电以及电池电压等于一特定值或更高时，保护电路将使充电控制FET截止，借此以切断充电电流。这种功能就是过充电保护功能。

现在将描述过放电保护功能。当电池放电到额定放电终止电压或更低并进入电池电压等于例如2到1.5V或更低的过放电状态时，就存在电池失效的情况。当电池放电以及电池电压等于某个电压值或更低时，保护电路将使放电控制FET截止，借此以切断放电电流。这种功能就是过放电保护功能。

现在将描述过电流保护功能。当电池的(+)和(-)端被短路时，一大电流流过，因此有产生不正常热量的危险。当某个值或更多的放电电流流过时，保护电路会使放电控制FET截止，借此以切断放电电流。这种功能就是过电流保护功能。

传统的辅助电池组仅由一个辅助电池构成，并且必须使用专用充电器从电源对它充电以供在住宅等的家庭中使用。因此，当电池的剩余容量在用户到达的地方消失时，会有不能使用诸如便携式电话、PDA(个人数字助理)、数字相机、摄影记录器(“摄影机和记录器”的概括缩写名字，视频摄影机+记录器)等便携式电子装置的不方便。

作为解决这种问题的方法之一，在便携式电话中，与主体连接的、仅包括主电池的充电设备已经投入实际使用。然而，有这样一个问题，用户必须分别地携带充电组。为解决该问题，JP-A-2000-324703中公开了一种电池组，在该电池组中使用集成的主电池和辅助电池，并且当辅助电池的电压下降时，主电池能够对辅助电池充电。

根据JP-A-2000-324703所披露的电池组，提供了一个用于比较主电池电压和辅助电池电压的比较器，并且当主电池的电压大于辅助电压的电压时，主电池电压通过一调节器对辅助电池充电。

根据JP-A-2000-324703披露的电池组，虽然披露了该电池由一外部充电器充电，但是电池组并不具有转换作为充电电源和外部充电器的主电池的功能，并且也不能控制来自外部充电器的电压。而且，当利用所述主电池对所述电池充电时，主电池的电压由调节器控制。如果由所述调节器控制所述电压，那么效率很低并且大量的电能被浪费掉。而且，因为调节器并不小，所以电路不能通过由调节器控制的方法而小型化。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种电池组，在该电池组中自动转换来自外部充电器的电荷和来自主电池的电荷。

本发明的另一目的是提供一种电池组，其中如果当控制主电池的电压时是使用直流/直流转换器而不是调节器，就可以提高效率，并进一步实现尺寸的小型化以及成本的下降。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种具有辅助电池的电池组，包括：用于可拆卸地保持主电池的一保持单元；由于转换主电池电压和外部终端电压的一开关；被输入有由所述开关选择的所述主电池电压或所述外部终端电压并且向辅助电池的正极提供稳定输出电压的一电压转换器；保护电路，执行过放电保护和过电流保护；用于控制所述开关的一控制装置，其在正常状态时选择外部终端电压，而当附着上所述主电池时，选择所述主电池电压；以及发光器件，仅仅在所述辅助电池由所述主电池电压或所述外部终端电压充电的状态下，所述发光器件导通；其中，所述控制装置被提供用于所述保持设备，并检测所述主电池已经被连接；其中，当与门的输出等于“1”时，发光器件的亮灯开关导通，所述控制装置的检测信号输入至所述与门的一个输入端，且来自所述保护电路的充电控制信号提供至所述与门的另一输入端。

根据本发明的另一方面，提供了一种具有辅助电池的电池组，包括：用于可拆卸地保持一主电池的保持设备；用于转换主电池电压和外部终端电压的一开关；被输入有由所述开关选择的主电池电压或外部终端电压并且向辅助电池的正极提供稳定输出电压的一电压转换器；和用于控制所述开关的一控制装置，其在正常状态时选择主电池电压，而当提供外部终端电压时，则选择该外部终端电压。

根据本发明，即使是在用户到的没有家用电源的地方，如果他有所述主电池，那么，他可以仅通过附着上所述主电池对所述辅助电池充电。

根据本发明，通过利用所述控制装置控制开关，可以自动地对由来自所述外部充电器的外部终端电压的充电和由所述主电池电压的充电进行转换。

根据本发明，与使用调节器的状态相比，通过使用直流/直流转换器作为控制主电池电压的充电电压转换器，可以提高效率，并且实现小型化和降低成本。

根据本发明，通过提供一用于转换充电电源的开关，在连接主电池时可以防止电流从充电器端到主电池的反向流动状态，并且可以避免来自充电器的电流和来自主电池端的电流同时流动的状态。

通过参考附图的详细描述以及所附权利要求，本发明的上述和其它目的和特点将会变的明显。

附图说明

图1是本发明第一实施例的连接图；

图2A和2B是表示应用本发明电池组的第一实施例的结构原理图；

图3A和3B是表示应用本发明电池组的第二实施例的结构原理图；

图4是本发明第二实施例的连接图；

图5是本发明第三实施例的连接图；

图6是本发明第四实施例的连接图；

图7是本发明第五实施例的连接图；

图8是本发明第六实施例的连接图；

图9是本发明第七实施例的连接图；

图10是本发明第八实施例的连接图。

具体实施方式

下面将参考图1描述本发明的第一实施例。在图1中，参考数字1表示一具有辅助电池的电池组和参考数字2表示一主电池保持器。提供了一检测开关4，其根据主电池、例如三个主电池3a，3b和3c是否已附着到主电池保持器2而导通/截止。每节主电池3a至3c都是AA型(R6)电池。

使用三个主电池的结构作为示例示出，可以使用一个或更多的主电池。可以使用锰电池、碱电池、锂电池、空气电池等作为主电池3a至3c的每个。在图1和其他每个连接图中，为解释方便，仅示出了主电池3a至3c被附着上的状态下的连接结构。

图2A，2B，3A和3B分别示出了辅助电池组1和主电池保持器2的一个和另一个示例的结构。在图2A和2B的示例中，电池组1被封装在比主电池保持器2的底面低的密封部分中，且主电池3a至3c被附着在所述主电池保持器2的底面上。

检测开关4安排在主电池保持器2的底面上。在所述主电池3b已经被附着的状态下，检测开关4导通，而在所述主电池3b没有被附着的状态下所述检测开关截止。

在图3A和3B所示的另一个示例中，主电池保持器2具有一用于密封主电池3a至3c的凹陷部分，且保持器2的上部用盖2b覆盖。盖2b通过用于啮合的钉子(未示出)固定在主电池保持器2上。辅助电池组1被密封在比主电池保持器2底面低的密封部分中。

在与盖2b接触的主电池保持器2的开口部分外围边缘表面上提供检测开关4。当盖2b盖上保持器2时，所述检测开关4被导通。而当移开盖2b时，所述检测开关4则被截止。

现在将参考图1再次描述本发明的第一实施例。辅助电池组1具有：辅助电池11；保护电路(IC)12；FET13和14；寄生二极管15和16；直流/直流转换器17以及充电转换开关18。

可以使用任何一种锂电池、锂聚合物电池、镍氢电池、镍镉(Ni-Cd)电池、镍金属电池等作为辅助电池11。例如，在锂电池的状态下，将其构造为矩形电池，并且用电池铁盒覆盖整个辅助电池11。在锂聚合物电池的状态下，辅助电池11通过铝的迭层胶片密封。辅助电池也可以由将来开发的一种辅助电池代替。

直流/直流转换器17是把来自充电转换开关18的输入电压转换为稳定直流电压的电路。可以使用各种转换器中的一个作为直流/直流转换器17。也就是说，可以使用以下结构中的一种：使用电容器和转换元件的电荷泵系统；使用二极管、电感器、电容器和转换元件的上升转换器(下降转换器)；使用变压器和转换元件的转换调节器以及使用压电式变压器的压电式反向器。这些直流/直流转换器的效率要优于使用双极晶体管器件的串联调节器。由于大约4mm平方的极小装置已经发展为电荷泵系统或转换调节器的电压转换器，因此直流/直流转换器17可以相对容易的与保护电路12一起内置于辅助电池组1中。

辅助电池11的正极连接到外部终端21，且负极经过作为放电开关的FET13和作为充电开关的FET 14连接到外部终端22。在外部终端21和22输出的辅助电池11的电压设置为、例如大约2.5到4.3V。

例如，FET 13和14是N沟道型的FET。寄生二极管15和16并行连接到FET 13和14。FET 13和14分别由来自保护电路12的放电控制信号和充电控制信号控制。

保护电路12具有一般的电路结构。FET 13和14由保护电路12控制，并且执行过充电保护、过放电保护和过电流保护。如果电池在电池电压位于设置电压范围内的正常状态下，那么放电控制信号和充电控制信号都设置为“1”(这意味着一逻辑电平)，并且FET 13和14被导通。因此，可以自由执行从辅助电池11到负载的放电和从充电器到辅助电池11的充电。

当电池电压低于所设置的电压范围时，放电控制信号被设置为“0”(这意味着一逻辑电平)和所述FET 13截止，从而禁止放电电流流动。在此之后，当连接充电器时，所述电池经过二极管15被充电。

当所述电池电压高于所设置电压范围时，充电控制信号被设置为“0”，和FET 14截止，借此禁止所述充电。经过二极管16执行到负载的放电。

此外，外部终端21和22被短路，过放电电流流动，可能使所述FET被击穿。因此，当放电电流达到一预定的电流值时，所述放电控制信号被设置为“0”和所述FET 13截止，借此禁止所述放电电流的流动。

参考数字23表示一充电终端，从一外部充电器、即一AC适配器(未标出)向所述充电终端提供一外部终端电压。AC适配器将家庭AC电源(100V)转换为例如5V。如果没有连接充电器，则打开充电终端23。然而，一下拉电阻(未标出)连接到充电终端23，以便当没有连接充电器时，将充电终端23被设置为0V。充电终端23连接到充电转换开关18的一个输入端(a)。充电转换开关18的输出端(c)连接到直流/直流转换器17的输入端。

此外，充电转换开关18的另一输入端(b)被连接到二极管19的阴极。二极管19的阳极被连接到主电池3a至3c的正极。主电池3a至3c的负极连接到外部终端22。二极管19防止电流从辅助电池端向主电池端反向流动。由于提供了充电转换开关18，因此，可以避免主电池3a至3c被所述外部终端电压充电。

通过来自作为控制装置的检测开关4的检测信号控制充电转换开关18。检测开关4如上所述根据主电池3a至3c是否被附着到所述电池保持器上被导通或截止。虽然放大器、脉冲发生器等实际上被连接到检测开关4，但是在图中忽略它们。

在主电池3a至3c没有被附着到电池保持器的正常状态下，检测开关4被截止，检测信号设置为、例如，“0”(这意味着“0”是一个逻辑值)，并连接充电转换开关18的输入端(a)和输出端(c)。将从外部充电器提供给充电终端23的电压输入给直流/直流转换器17。利用直流-直流转换器17的预定值的输出电压对辅助电池11充电。

当主电池3a至3c被附着到所述电池保持器时，检测开关4导通，检测信号被设置为、例如“1”(这意味着“1”是一个逻辑值)，且通过二极管19连接充电转换开关18的输入端(b)和输出端(c)。主电池3a至3c提供的电压输入到直流/直流转换器17。利用直流/直流转换器17的预定值的输出电压、例如4.2V的充电电压对辅助电池11充电。

如上所述，利用直流/直流转换器17控制来自主电池方的电压和来自充电器方的电压。直流/直流转换器17具有递升/递降类型结构，其中，当充电电压低于一设置的电压值时，电压递升，当充电电压高于所设置的电压值时，电压递降。利用被控制成额定充电电压值的电压对辅助电池充电。当电池充电时，利用直流/直流转换器17可以避免使用高于例如锂离子辅助电池的辅助电池11的额定充电电压值的电压充电。

虽然上述的实施例假设充电转换开关18是由一检测信号控制的电子开关，但是充电转换开关18可以由机械开关实现。也就是说，充电转换开关18也可以下种方式构件：输入端(a)(在外部充电器一侧)和输出端(c)在正常状态下被连接，并且当附着了所述主电池3a至3c时，开关18被机械地转换到输入端(b)(在主电池端)和输出端(c)相连的状态。

图4示出了本发明第二实施例的电路结构。相应于图1中结构的部分用相同的参考数字表示。提供的电压监控器24作为控制装置，主电池3a至3c的电压值由电压监控器24检测，并且根据检测结果控制充电转换开关18。

在正常状态下，电压监控器24的输出检测信号等于“0”，并且充电转换开关18选择外部充电器输出到的输入端(a)。当连接主电池3a至3c，且电压监控器24检测的主电池3a至3c的电压值等于设置电压值或更高时，电压监控器24的输出检测信号设置为“1”。根据检测信号，充电转换开关18从充电器端(输入端(a))向主电池端(输入端(b))自动转换，并且开始来自主电池3a至3c的充电。

图5示出了本发明第三实施例的电路结构。相应于图1中结构的部分用相同的参考数字表示。提供了一电压监控器25作为控制装置，电压监控器25检测充电终端23的电压值，并且根据检测结果控制充电转换开关18。

在正常状态下，电压监控器25的检测信号等于“1”，并且充电转换开关18选择被施加有主电池3a-3c的输出的输入端(b)。当连接外部充电器且有电压监控器25检测的充电终端23的电压值等于所设置的电压值或更高时，电压监控器25的检测信号被设置为“0”。利用该检测信号，充电转换开关18从主电池一侧(输入端(b))自动转换到充电器一侧(输入端(a))，并且开始由所述外部充电器的充电。

图6示出了本发明第四实施例的电路结构。相应于图1所示结构的部分用相同的参考数字表示。提供了一电压监控器26作为控制装置。由电压监控器26检测主电池3a至3c的电压值和充电终端23的电压值。控制充电转换开关18，以便选择所检测到电压中的一较高电压。

在没有连接主电池3a至3c且没有连接外部充电器的正常状态下，电压监控器26的输出检测信号等于“0”，并且充电转换开关18选择被施加有所述外部充电器的输出的输入端(a)。在连接了主电池3a至3c而外部充电器没有连接的状态下，电压监控器26的输出检测信号被设置为“1”。利用这个检测信号，充电转换开关18从充电器一侧(输入端(a))自动转换到主电池一侧(输入端(b))，并且开始从主电池3a至3c充电。

图7示出了本发明第五实施例的电路结构，其中增加了当利用图1所示第一实施例的主电池执行充电时导通的LED 31。LED 31的阳极连接到二极管19的阴极。LED 31的阴极连续通过电阻32和LED light-on开关33连接到辅助电池11的负极。

当与门34的输出等于“1”时，LED light-on开关33导通。检测开关4的检测信号被输入到与门34的一个输入端，且来自保护电路12的充电控制信号被施加到与门34的另一个输入端。

如上所述，在连接主电池3a至3c的状态下，检测开关4的检测信号被设置为“1”，而当电池没有处于过充电状态时，所述充电控制信号被设置为“1”。当连接主电池3a至3c时，通过充电转换开关18执行由主电池3a至3c执行的充电。因此，当执行由主电池3a至3c执行的充电且电池没有处于过充电状态时，LED 31导通。当主电池3a至3c放电时，所述LED 31截止，并且这一状态在下面的连接示例中也是一样的。

图8示出了本发明第六实施例的电路结构，其中增加了当利用图4所示第二实施例中的主电池执行充电时导通的LED 31。在二极管19的阴极和辅助电池11的负极之间连接了一个包括LED 31、电阻32和LED light-on开关35的串联电路。

当与门36的输出等于“1”时，LED light-on开关35导通。电压监控器24的检测信号被输入到与门36的一个输入端，和来自保护电路12的充电控制信号被提供给与门36的另一个输入端。

在连接主电池3a至3c和由电压监控器24检测的主电池3a至3c的电压值等于所设置的电压值或更高时，用于控制充电转换开关18的电压监控器24的输出检测信号被设置为“1”。充电转换开关18由该输出检测信号控制，并执行由主电池3a至3c执行的充电。当该电池没有处于过充电状态时，所述充电控制信号被设置为“1”。提供给与门36的检测信号也类似于控制充电转换开关18的检测信号。因此，当执行由主电池3a至3c执行的充电且电池没有处在过充电状态时，LED 31导通。

图9示出了本发明第七实施例的电路结构，其中增加了当执行由图5所示第三实施例中的主电池执行充电时导通的LED 31。在二极管19的阴极和辅助电池11的负极之间连接有包括LED 31、电阻32和LED light-on开关37的一串联电路。

当与门38的输出等于“1”时，LED light-on开关37导通。电压监控器25的检测信号输入到与门38的一个输入端，并且来自保护电路12的充电控制信号被提供给与门38的另一个输入端。

在连接外部充电器和充电监控器25检测的充电终端23的电压值等于所设置的电压值或更高的状态下，控制充电转换开关18的电压监控器25的输出检测信号被设置为“1”。充电转换开关18利用该检测信号从主电池一侧(输入端(b))自动转换到充电器一侧(输入端(a))，并开始由外部充电器的充电。当电池没有处在过充电状态时，充电控制信号被设置为“1”。提供给与门38的检测信号也类似于控制充电转换开关18的检测信号。因此，当连接主电池3a至3c而没有连接外部充电器、同时电池没有处在过充电的状态时，LED 31导通。

图10示出了第八实施例的电路结构，其中增加了当执行由图6所示第四实施例的主电池执行充电时导通的LED 31。在二极管19的阴极和辅助电池11的负极之间连接有包括LED 31、电阻32和LED light-on开关39的一串联电路。

当与门40的输出等于“1”时，LED light-on开关39导通。电压监控器26的检测信号输入到与门40的一个输入端，且来自保护电路12的充电控制信号被提供给与门40的另一个输入端。

当连接主电池3a至3c并且没有连接外部充电器时，电压监控器26的输出检测信号被设置为“1”。充电转换开关18利用该检测信号从充电器一侧(输入端(a))自动转换到主电池一侧(输入端(b))，并开始由主电池3a至3c执行的充电。向与门40提供的检测信号也类似于控制充电转换开关18的检测信号。因此，当执行主电池3a至3c的充电同时电池没有处在过充电状态时，LED 31导通。

本发明并不限制于本发明的前述实施例等，而许多修改和变化都可能落于本发明的精神和范围内。例如，控制放电的FET和控制充电的FET也可以插入辅助电池的正极。也可以使用除直流/直流转换器以外的任意转换器。用于放电的电压转换器也可以内置于电池组中。而且，也可能提供这种结构，通过主电池控制的充电序列与电压转换器相连。而且，当由充电器对辅助电池充电时，也可以使LED导通。

Claims

1.一种具有辅助电池的电池组，包括：

一可拆卸的用于保持主电池的保持设备；

一用于转换所述主电池电压和外部终端电压的开关；

一被输入有由所述开关选择的所述主电池电压或所述外部终端电压且将一稳定的输出电压提供给所述辅助电池的正极一侧的电压转换器；

保护电路，对辅助电池执行过放电保护和过电流保护，并提供充电控制信号；

一控制装置，用于控制所述开关，以便于在正常状态下选择所述外部终端电压，和当连接了所述主电池时，选择所述主电池电压；以及

发光器件，仅仅在所述辅助电池由所述主电池电压或所述外部终端电压充电的状态下，所述发光器件导通；

其中，所述控制装置被提供用于所述保持设备，并检测所述主电池已经被连接；

其中，当与门的输出等于“1”时，发光器件的亮灯开关导通，所述控制装置的检测信号输入至所述与门的一个输入端，且来自所述保护电路的充电控制信号提供至所述与门的另一输入端。

2.根据权利要求1的电池组，其中，当输入至所述电压转换器的电压低于一所设置的电压值时，所述电压转换器使输入至该电压转换器的电压增加，和当所述输入至所述电压转换器的电压高于所设置的电压值时，所述电压转换器使输入至该电压转换器的电压降低。

3.根据权利要求1的电池组，其中，所述电压转换器是直流/直流转换器。

4.根据权利要求1的电池组，其中，所述控制装置是一用于检测所述主电池的电压值高于一设置值的监控器。

5.根据权利要求1的电池组，其中，所述控制装置是一用于检测所述外部终端电压值高于一设置值的监控器。

6.根据权利要求1的电池组，其中，所述控制装置是一用于比较所述主电池电压电平与所述外部终端电压电平并检测主电池电压电平和外部终端电压电平中具有较高电平的电压的监控器。