專利名稱：：組電池的保護(hù)裝置和電池組裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及對串聯(lián)連接有多個二次電池的組電池進(jìn)行保護(hù)的保護(hù)裝置和內(nèi)置保護(hù)裝置的電池組裝置。
背景技術(shù)：
：作為便攜式電話和筆記本電腦等小型信息設(shè)備用電源，開發(fā)了高能量密度的二次電池，并廣泛地利用。二次電池作為根據(jù)對象設(shè)備需要的電壓和電流串聯(lián)或并聯(lián)連接多個二次電池的組電池被利用的情況較多。如上述那樣的小型信息設(shè)備，因為電源電壓為幾V到IOV左右，所以組電池的串聯(lián)連接數(shù)量為串聯(lián)1個到3個左右即可。另一方面，近年來，不僅是信息設(shè)備用的電源，而且家電設(shè)備、動力工具、助推自行車、混合動力汽車等的被要求高功率化和高電壓化的用途的二次電池的應(yīng)用迅速擴大。伴隨與此，組電池的串聯(lián)連接數(shù)量也增加，并且IO個以上串聯(lián)連接的情況也變得不足為奇。在串聯(lián)連接電池的情況下產(chǎn)生的問題是各個電池(稱為單體電池)之間的偏差。偏差具有容量偏差、阻抗偏差和充電狀態(tài)(stateofcharge:SOC)的偏差(以下稱為SOC偏差)等多種。在這些之中特別容易引起不良的是SOC偏差中的電壓偏差。如果串聯(lián)連接容量不同的電池，或在SOC不同的狀態(tài)下連接多個電池，在組電池滿充電的狀態(tài)下產(chǎn)生電壓與平均相比高的單體電池和低的單體電池。電壓高的單體電池為過充電狀態(tài)，劣化增大。如果反復(fù)這樣的充電，則由于過充電而引起劣化增大的單體電池的容量降低，因此進(jìn)一步進(jìn)行過充電，加速劣化的進(jìn)行。其結(jié)果，組電池的周期壽命與單體電池的壽命相比顯著縮短。作為產(chǎn)生SOC偏差的主要原因，不僅由于初期的單體電池的偏差，而且也有在組電池的使用中產(chǎn)生偏差這一主要原因。例如，存在單體電池間的溫度差，每個單體電池的放電電流不同的情況，這些也成為soc偏差的主要原因。特別是在串聯(lián)數(shù)目多的高電壓輸出的組電池中，由于保護(hù)裝置變得復(fù)雜，所以基于保護(hù)裝置的放電電流容易偏差。針對這樣的問題，在鎳氫電池的組電池中，一般采用通過適當(dāng)進(jìn)行被稱為均等化充電的充電，消除充電電壓的偏差的方法。鎳氫電池具有以下特征，如果在接近滿充電的狀態(tài)下想要再繼續(xù)充電，電極材料的充電反應(yīng)與電解液中的水的分解和再結(jié)合反應(yīng)是競爭反應(yīng)，無法繼續(xù)進(jìn)行充電反應(yīng)。因此，如果以不引起電池的劣化的方式在適當(dāng)?shù)某潆姉l件下進(jìn)行已超過滿充電區(qū)域的充電，利用在電池內(nèi)部的電化學(xué)的電流旁通功能，能夠使各單體電池的充電電壓一致。例如在專利文獻(xiàn)1中公開了關(guān)于這樣的均等化充電的方法。另一方面，在使用了非水電解質(zhì)的二次電池或電容器中，一般充放電的庫倫效率大致為100%，因此無法期望在像鎳氫電池這樣的電池內(nèi)部的電流旁通功能。在這種情況下，提案有在組電池的外部設(shè)置對各單體電池進(jìn)行旁通的平均化電路，通過對超過了一定電壓的單體電池進(jìn)行充電電流的旁通，抑制單體電池間的電壓偏差的方法。例如，在專利文獻(xiàn)2中公開了在組電池的各單體電池上并聯(lián)連接穩(wěn)壓二極管，并且對超過了齊納電壓的單體電池的充電電流進(jìn)行旁通的技術(shù)。(專利文獻(xiàn)1)日本專利特開2001-314046號公報(專利文獻(xiàn)2)日本專利特開2002-238179號公報即使采用專利文獻(xiàn)2中公開的方法，由于如下的問題而難以有效消除單體電池間的電壓偏差。首先，在想要通過如穩(wěn)壓二極管那樣的單一的元件的旁通抑制電壓偏差的情況下，充電電壓被齊納電壓的偏差所支配。抑制齊納電壓的偏差的情況與制造偏差小的電池的情況相同，在技術(shù)上是困難的。而且，己達(dá)到齊納電壓時的齊納電流的上升并不陡峭。根據(jù)這樣的齊納電流的上升特性，旁通電流從比需要的充電電壓低的電壓流過，因此存在難以應(yīng)用于需要以幾十mV的數(shù)量級進(jìn)行電壓控制的二次電池中的問題
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠抑制單體電池間的充電狀態(tài)的偏差并且實現(xiàn)組電池的長壽命化的組電池的保護(hù)裝置和電池組裝置。本發(fā)明的一個方式的組電池的保護(hù)裝置，包括取樣部，包括能夠個別對組電池的多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與上述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持上述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取上述多個保持電壓并從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)上述共同輸出結(jié)點的電壓測定包括上述二次電池的各個電壓的上述組電池的充電狀態(tài)；以及，控制部，在上述測定期間內(nèi)使上述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在上述測定期間以外的期間內(nèi)使根據(jù)上述充電狀態(tài)從上述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)反復(fù)開/關(guān)。本發(fā)明的其它方式的組電池的保護(hù)裝置，包括取樣部，包括能夠個別對組電池的多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與上述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持上述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取上述多個保持電壓并從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)上述共同輸出結(jié)點的電壓測定包括上述二次電池的各個電壓和上述二次電池間的充電狀態(tài)偏差的上述組電池的充電狀態(tài)；存儲器，在預(yù)先決定的充電狀態(tài)偏差檢測事件發(fā)生時存儲上述充電狀態(tài)偏差；以及，控制部，在上述測定期間內(nèi)使上述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在上述測定期間以外的期間內(nèi)使根據(jù)上述充電狀態(tài)從上述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)按對應(yīng)上述充電狀態(tài)偏差而增加的次數(shù)進(jìn)行開/關(guān)。本發(fā)明的另一個其他方式的組電池的保護(hù)裝置，包括取樣部，包括能夠個別對組電池的多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與上述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持上述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取上述多個保持電壓并從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)上述共同輸出結(jié)點的電壓測定包括上述二次電池的各個電壓和上述二次電池間的充電狀態(tài)偏差的上述組電池的充電狀態(tài)；以及，控制部，在上述測定期間內(nèi)使上述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在上述測定期間以外的期間內(nèi)使根據(jù)上述充電狀態(tài)從上述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)在每次發(fā)生預(yù)先決定的充電狀態(tài)偏差檢測事件時反復(fù)開/關(guān)。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制單體電池間的充電狀態(tài)的偏差并能夠?qū)崿F(xiàn)組電池的長壽命化。圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式涉及的組電池的保護(hù)裝置和內(nèi)置保護(hù)裝置的電池組裝置的電路圖。圖2是表示圖1中的微控制器的詳細(xì)情況的框圖。圖3是表示第一實施方式中的工作順序的一個例子的流程圖。圖4是用于說明圖3中的SOC測定程序和SOC平衡程序的時間關(guān)系的圖。圖5是表示第一實施方式中的工作順序的其它例子的流程圖。圖6是用于說明圖5中的SOC測定程序和SOC平衡程序的時間關(guān)系的圖。圖7是表示本發(fā)明的第二實施方式涉及的微控制器的詳細(xì)情況的框圖。圖8是表示用于說明第二實施方式中的充電狀態(tài)偏差檢測事件的發(fā)生條件的單體電池的充電曲線的圖。圖9是表示第二實施方式中的工作順序的流程圖。標(biāo)記說明1組電池2取樣部3保持部4多路轉(zhuǎn)換器5放大器6微控制器11模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器12存儲器13電池狀態(tài)測定部14控制部15ROM16取樣次數(shù)設(shè)定部17計數(shù)器具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行說明。(第一實施方式)如圖1所示，本發(fā)明第一實施方式涉及的保護(hù)裝置，能夠應(yīng)用于具有被串聯(lián)連接的多個(n)二次電池(以下稱為單體電池)BlBn的組電池1。也將單體電池的個數(shù)n稱為串聯(lián)數(shù)。保護(hù)裝置具有取樣部2、保持部3、多路轉(zhuǎn)換器4、放大器5和微控制器6。此外，存在連接有組電池的充放電電流測定用的分流電阻Rs的情況。雖然存在將保護(hù)裝置與組電池1收容在不同的框體內(nèi)的情況，但也存在與組電池1一起收容在一個框體內(nèi)，與組電池1一起作為電池組裝置使用的情況。保護(hù)裝置基本上具有如果在組電池的各單體電池的電壓(電池電壓)充電時達(dá)到充電禁止電壓則進(jìn)行充電禁止工作，如果在電池電壓放電時達(dá)到放電禁止電壓則進(jìn)行放電禁止工作的功能，但在此省略關(guān)于該基本功能的說明。取樣部2、保持部3和多路轉(zhuǎn)換器4構(gòu)成所謂的加速電容器式電壓檢測電路。取樣部2具有，一端與單體電池BlBn的正極端子連接的n個第一取樣開關(guān)SllHSlnH、一端與單體電池B2Bn的負(fù)極端子連接的n個第二取樣開關(guān)SllLSlnL和n個放電用開關(guān)SllDSlnD。單體電池Bl的負(fù)極端子接地。取樣開關(guān)SllHSlnH和SllLSlnL被后述那樣的微控制器6內(nèi)的控制部控制，同時成為打開狀態(tài)。因此，利用取樣開關(guān)SllHSlnH和S12LSlnL對單體電池BlBn的各自的電壓(充電電壓)進(jìn)行取樣。設(shè)置雙系統(tǒng)的取樣開關(guān)SllHSlnH和SllLSlnL的理由是因為不僅對單體電池BlBn的對地電壓進(jìn)行取樣，而且也對各自的兩端電壓進(jìn)行取樣。保持部3包括n個電容器(也稱為加速電容器)ClCn，對利用取樣開關(guān)SllHSlnH和S12LSlnL取樣的單體電池BlBn的電壓(取樣電壓)進(jìn)行保持。之后，取樣開關(guān)SllHSlnH和S12LSlnL成為關(guān)閉狀態(tài)。分別與電容器ClCn并聯(lián)連接的取樣部2的放電用開關(guān)Sl1DSlnD，是為了對電容器CCn的充電電荷進(jìn)行放電而被設(shè)置的。在保持部3中利用電容器ClCn保持的電壓(保持電壓)被輸入到多路轉(zhuǎn)換器4。多路轉(zhuǎn)換器4具有與電容器ClCn的高電位側(cè)的一端連接的n個讀取開關(guān)S31S3n;連接在電容器ClCn的低電位側(cè)的另一端與接地之間的開關(guān)S21S2n;以及，與各個開關(guān)S21S2n并聯(lián)連接的二極管。讀取開關(guān)S31S3n的另一端與多路轉(zhuǎn)換器4的共同輸出結(jié)點連接。在多路轉(zhuǎn)換器4中，通過利用來自微控制器6的控制使讀取開關(guān)S31S3n和開關(guān)S21S2n依次成為打開狀態(tài)，從而依次讀取電容器ClCn的保持電壓，從讀取開關(guān)S31S3n的另一端的共同輸出結(jié)點輸出。來自多路轉(zhuǎn)換器4的共同輸出端子的輸出電壓，在通過放大器5放大后，輸出到微控制器6。電流測定用分流電阻Rs的端子電壓，在通過放大器7放大后，輸出到微控制器6。微控制器6具有如圖2所示的模擬一數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)11、存儲器12、電池狀態(tài)測定部13和控制部14，輸出從控制部14向取樣部2和多路轉(zhuǎn)換器4供給的控制信號21和22。來自放大器5和7的輸出電壓，在利用ADC11轉(zhuǎn)換成適當(dāng)位數(shù)的數(shù)字信號之后，分配到存儲器12和控制部14。從控制部14供給分配ADC11的轉(zhuǎn)換時間的時間信號和轉(zhuǎn)換時鐘脈沖(clock)。通過來自控制部14的控制進(jìn)行存儲器12的寫入和讀取。即，從ADCll輸出的數(shù)字信號在控制部14的控制下被寫入存儲器12，被從存儲器12讀取。被從存儲器12讀取的數(shù)字信號被輸入到電池狀態(tài)測定部13。本實施方式的保護(hù)裝置作為工作模式具有SOC測定模式和SOC平衡模式。在SOC測定模式中，控制部14以按照一定的周期同步動作取樣部2、多路轉(zhuǎn)換器4、存儲器12和電池狀態(tài)測定部13的方式進(jìn)行控制。通過該控制，如上所述，組電池1的各單體電池BlBn的電壓由取樣部2依次取樣后由保持部3保持，由多路轉(zhuǎn)換器4多路復(fù)用后從共同輸出結(jié)點輸出。從多路轉(zhuǎn)換器4輸出的電壓通過放大器5被取入到微控制器6，通過ADC11和存儲器12分配到電池狀態(tài)測定部13。電池狀態(tài)測定部13通過計算組電池1的充電狀態(tài)(SOC)，具體而言計算組電池1的各單體電池BlBn的電壓平衡、最大電壓、最小電壓和合計電壓來進(jìn)行測定，并且作為結(jié)果進(jìn)行過充電或過放電的判定和單體電池B1Bn之間的不平衡的檢測。在SOC測定模式中，由取樣部2取樣的電壓暫時儲存在保持部3的電容器ClCn內(nèi)。之后，電容器ClCn的電壓由多路轉(zhuǎn)換器4取樣。電容器ClCn的充電電荷，既可以在下次取樣之前通過放電用開關(guān)S11DSlnD放電，也可以在殘存電荷的狀態(tài)下進(jìn)行下次的取樣，但在SOC測定模式中全部單體電池BlBn被同樣放電。在SOC測定模式中組電池1的放電量越小越好，因此一般地通過取樣部2的取樣工作和保持部3的電容器ClCn的放電工作而進(jìn)行的組電池1的放電能夠被抑制在需要的最小限度。另一方面，在本實施方式中，在SOC測定模式中判斷出單體電池B1Bn的SOC發(fā)生偏差的情況下，將SOC測定期間以外的期間設(shè)為SOC平衡模式，在SOC測定期間以外的期間內(nèi)僅使SOC相對大的單體電池(充電過剩電池)增加取樣部2對應(yīng)的取樣開關(guān)的取樣次數(shù)(開/關(guān)次數(shù))。其結(jié)果，通過使單體電池BlBn比SOC測定時多放電，能夠消除SOC偏差。接著，使用圖3所示的流程圖對本實施方式涉及的保護(hù)裝置的詳細(xì)工作順序進(jìn)行說明。圖3的處理大體具有進(jìn)行上述的SOC測定模式的處理的SOC測定程序和進(jìn)行SOC平衡模式的處理的SOC平衡程序。通過保護(hù)裝置的起動開始處理，并在控制部14的控制下進(jìn)行該處理。(SOC測定程序)首先，在SOC測定程序中，將取樣部2的全部取樣開關(guān)SllHSlnH和SllLSlnL變?yōu)榇蜷_狀態(tài)(步驟S101)，接著將取樣開關(guān)SllHSlnH和SllLSlnL變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)(步驟S102)。通過該取樣部2的工作對組電池1的各單體電池BlBn的電壓進(jìn)行同時取樣，將被取樣的電壓保持在保持部3的電容器ClCn內(nèi)。接著，使多路轉(zhuǎn)換器3的讀取開關(guān)S31S3n和S21S2n(步驟S103S108)—組一組地依次開/關(guān)。由此，讀取被保持在電容器ClCn內(nèi)的電壓，從共同輸出結(jié)點取出。在SOC測定程序中，測定作為SOC的組電池l的充電狀態(tài)，例如組電池1的各單體電池BlBn的電壓平衡、最大電壓、最小電壓和合計電壓，進(jìn)行過充電或過放電的判定和單體電池BlBn之間的不平衡的檢測。(SOC平衡程序)如果上述SOC測定程序結(jié)束，就將處理接著轉(zhuǎn)移到SOC平衡程序。在SOC平衡程序中，根據(jù)由SOC測定程序得到的單體電池BlBn的電壓平衡、最大電壓、最小電壓和合計電壓等的測定結(jié)果，判定單體電池B1Bn之間的電壓偏差是否在容許值以內(nèi)(S109)。其結(jié)果，如果電壓偏差在容許值以內(nèi)，則將處理返回到步驟S101并反復(fù)進(jìn)行SOC測定程序。如果電壓偏差不在容許值以內(nèi)，則判定例如包括電壓最大的單體電池在內(nèi)，電壓超過預(yù)定的閾值的單體電池為充電過剩電池(充電過剩電池)(步驟SllO)。在此，如果判定單體電池Bx為充電過剩電池，則接著依次開/關(guān)與單體電池Bx對應(yīng)的取樣開關(guān)SlxH以及SlxL和SlxD(步驟S111S114)。如果依次開/關(guān)取樣開關(guān)SlxH以及SlxL和SlxD，則在步驟S105判定圖4所示的停頓時間(deadtime)Td是否為O，循環(huán)S111S114并反復(fù)進(jìn)行SlxH、SlxL和SlxD的開/關(guān)，直至Td變?yōu)镺。如果Td變?yōu)镺，則將處理返回到步驟S101并再次開始SOC測定程序。在圖4中，tl和t2為S0C測定程序的開始時刻和結(jié)束時刻，即，t1t2為SOC測定期間。從時刻t2開始SOC平衡程序。T0為SOC測定周期，停頓時間(deadtime)Td為從取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD的反復(fù)開/關(guān)的現(xiàn)在的結(jié)束時刻到下次的SOC測定期間為止的時間。在圖3的處理例中，如圖4所示那樣，在Td>0的期間進(jìn)行取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD的反復(fù)開/關(guān)。根據(jù)這樣的本實施方式，在SOC平衡模式中，通過僅使取樣部2中的例如與充電過剩電池對應(yīng)的取樣開關(guān)進(jìn)行開/關(guān)，能夠精度良好地消除組電池l的各單體電池BlBn之間的充電電壓的偏差，即SOC偏差。在這種情況下，在SOC平衡模式中使用用于進(jìn)行將取樣部2作為主要要素的SOC測定的電路要素，因此不需要用于SOC平衡的額外的附加電路，也能夠減小保護(hù)裝置全體的消費電流。圖5所示的流程圖表示保護(hù)裝置的另外的工作順序，SOC平衡程序的最后步驟S115的處理與圖3不同。B口，在圖5所示的步驟S115中，在反復(fù)開/關(guān)取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD的期間，如圖6所示，判定在圖4中說明的停頓時間(deadtime)Td是否為TO>Td>0.5T0，反復(fù)進(jìn)行SlxH以及SlxL、SlxD的開/關(guān)直至Td變?yōu)?.5T0。如果Td變?yōu)?.5T0，則將處理返回到步驟S101并再次開始SOC測定程序。SOC測定周期TO也基于用途但一般大約0.1秒幾秒左右是適當(dāng)?shù)?。電容器ClCn由于是SOC測定用的，所以一般容量比較小。為了在這樣的小容量的電容器ClCn中調(diào)整SOC偏差，需要多次、連續(xù)地進(jìn)行利用上述取樣開關(guān)的開/關(guān)的充電過剩電池的放電工作。在這種情況下，如果滿足上述的T0>Td>0.5T0的條件，通過盡量增多與充電過剩電池對應(yīng)的取樣開關(guān)的反復(fù)開/關(guān)的次數(shù)，能夠有效地進(jìn)行SOC平衡工作，并且能夠最小限度地抑制過剩的放電對SOC測定的影響。(第二實施方式)接著，對本發(fā)明的第二實施方式進(jìn)行說明。第二實施方式中的保護(hù)裝置全體的結(jié)構(gòu)與圖1所示的相同，微控制器6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作與第一實施方式不同。圖7表示第二實施方式中的微控制器6的詳細(xì)情況，具有ADCll、存儲器12、充電狀態(tài)測定部13、控制部14、ROM15、取樣次數(shù)設(shè)定部16和計數(shù)器17。在本實施方式中，在SOC測定期間內(nèi)使取樣部2的取樣開關(guān)SllHSlnH和SllLSlnL同時開/關(guān)的情況與第一實施方式相同。ROM15存儲例如后述的對于電壓溫度電流的SOC表格。SOC偏差一般通過對單體電池BlBn的電壓進(jìn)行比較而求得。但是，根據(jù)電池的種類或狀態(tài)，電壓變化相對于SOC偏差非常小，受溫度差和測定誤差等其它因素的影響較大，因此存在無法準(zhǔn)確測定SOC偏差的情況。因此，在本實施方式中在SOC測定期間以外的期間，將電池狀態(tài)測定部13對組電池的單體電池BlBn的SOC偏差進(jìn)行測定而得到的狀態(tài)作為充電狀態(tài)偏差檢測事件(以下稱為SOC偏差檢測事件)，利用該SOC偏差檢測事件對SOC偏差進(jìn)行補正。艮P，如果發(fā)生SOC偏差檢測事件，則在soc測定期間以外的期間內(nèi)僅對SOC相對大的單體電池(充電過剩電池)反復(fù)開/關(guān)取樣部2對應(yīng)的取樣開關(guān)。由此，通過使充電過剩電池比soc測定時多放電，能夠消除soc偏差。在這種情況下，通過存儲器12存儲SOC偏差檢測事件發(fā)生時的單體電池BlBn的SOC偏差，在達(dá)到與SOC偏差對應(yīng)的次數(shù)為止，或者是在發(fā)生下次SOC偏差檢測事件為止，使與取樣部2的充電過剩電池對應(yīng)的取樣開關(guān)反復(fù)開/關(guān)。由此，即使小的放電電流也能夠有效且精度良好地對SOC偏差進(jìn)行補正。以下，對SOC偏差檢測事件進(jìn)行詳細(xì)說明。雖然使SOC—致的方法根據(jù)電池的種類而不同，但一般優(yōu)選在非水電解質(zhì)二次電池中在滿充電狀態(tài)下使其一致的情況較多。這取決于以下等因素，根據(jù)在充電狀態(tài)下的電壓偏差，需要防止充電過剩電池成為不安全狀態(tài)的情況，此外，電阻值的上升等的電壓的劣化一般是充電電位越高該劣化越大，在充電狀態(tài)下電壓偏差和劣化程度在該影響下存在偏差的可能性的情況。另一方面，在根據(jù)測定的單體電池間的電壓差計算SOC偏差的情況下，相對于電池容量的電壓變化率越大，就越能夠提高計算的soc的精度。根據(jù)構(gòu)成電池的電極材料，特別是能夠提高在滿充電附近區(qū)域的相對于電池容量的電壓變化率，因此根據(jù)電壓差計算soc偏差的方法特別適合在滿充電附近精度良好地使soc—致的情況。作為在電壓測定精度以外的對soc計算帶來影響的主要因素，有充放電電流的因素。即使為相同的soc，如果充電或放電電流流過電池，則電壓對應(yīng)于電池的內(nèi)部阻抗的偏差而發(fā)生變化的情況是不言而喻的。因此，根據(jù)在根本沒有電流流動的狀態(tài)下測定的開環(huán)電壓計算soc的方法是精度最高的。但是，也存在例如像混合動力汽車等那樣，電池在滿充電狀態(tài)下成為放置狀態(tài)的機會幾乎沒有那樣的用途。在這種情況下，即使在充電電流流動的情況下，根據(jù)電池電壓計算soc的方法也能夠增加計算soc的機會。鑒于以上方面，如果捉住滿足了所謂的充放電電流kio且單體電池的電壓最大值為Vcmax>V0的兩個條件的情況作為充電狀態(tài)偏差檢測事件，則能夠滿足SOC計算精度和SOC計算機會這雙方。其中，I為充放電電流，Vcmax為單體電池的電壓最大值，10為將25。C下的單體電池的DC阻抗設(shè)為Rdc(mQ)時滿足I0《20(mV)/Rdc(mQ)的條件的任意電流值，將單體電池在25'C的環(huán)境下進(jìn)行1C的恒流充電時的相對于電池容量的電壓變化率A(V/%SOC)從A<20(mV/%SOC)到A=20(mV/%SOC)時的電池電壓設(shè)為V1，將單體電池的滿充電電壓設(shè)為VH，則V0為V1《VO《VH的范圍內(nèi)的任意電壓。圖8表示此時的單體電池的充電曲線的例子。如果在圖示的范圍(V0能夠設(shè)定的范圍)內(nèi)設(shè)定VO，則在Vcmax>V0的情況下充電曲線升起，SOC偏差的檢測靈敏度提高。進(jìn)一步地，即使在電池的阻抗偏差大(例如±50%)的情況下，也能夠充分減小由電池的阻抗偏差X充電電流而引起的SOC計算誤差，能夠精度良好地檢測SOC偏差。作為像這樣的在滿充電附近電壓變化率增大的電極材料，列舉了以下材料。作為正極材料，列舉了鋰錳復(fù)合氧化物(LixMn204(0《x《l))、尖晶石型鋰錳鎳復(fù)合氧化物(LixMn2—yNiy04(0《x《l，0《y《l))等。作為負(fù)極材料，列舉了以例如具有尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰(例如Li4+xTi50i2(0《x《3))、斜方錳礦(mmsdellite)型的鈦酸鋰(例如Li2+xTi307(0《x《3))等為首的多個復(fù)合金屬氧化物。這些可以應(yīng)用于正極負(fù)極雙方，也可以僅應(yīng)用于一方。因為尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰在大電流性能和迅速充電性能上優(yōu)異，并且在滿充電狀態(tài)下的電壓變化率A與20(mV/%SOC)相比足夠大，容易得到100200(mV/%SOC)的值，所以優(yōu)選該尖晶石結(jié)構(gòu)的鈦酸鋰作為其中的負(fù)極活性物質(zhì)。接著，使用圖9所示的流程圖對本實施方式涉及的保護(hù)裝置的詳細(xì)工作順序進(jìn)行說明。圖9的處理大體具有進(jìn)行SOC測定模式處理的SOC測定程序和進(jìn)行SOC平衡模式處理的SOC平衡程序。通過保護(hù)裝置的起動開始處理，并在控制部14的控制下進(jìn)行該處理。(SOC測定程序)SOC測定程序與第一實施方式的圖5所示的SOC測定程序相同，步驟S201S208與圖5中的步驟S101S108的處理相同。在SOC測定程序中，測定作為SOC的組電池1的充電狀態(tài)，例如組電池1的各單體電池B1Bn的電壓平衡、最大電壓、最小電壓和合計電壓，進(jìn)行過充電或過放電的判定和單體電池B1Bn之間的不平衡的檢測。(SOC平衡程序)在上述SOC測定程序結(jié)束之后，將處理接著轉(zhuǎn)移到SOC平衡程序。在本實施方式的SOC平衡程序中，首先檢查有無發(fā)生SOC偏差檢測事件(步驟S209)。如果發(fā)生soc偏差檢測事件，則進(jìn)行充電過剩電池的判定和取樣次數(shù)的設(shè)定(步驟S210)。在步驟S210中，與圖5的步驟S109相同，根據(jù)由SOC測定程序檢測出的單體電池BlBn的電壓平衡、最大電壓、最小電壓和合計電壓等測定結(jié)果，判定單體電池BlBn之間的電壓偏差是否在容許值以內(nèi)，如果電壓偏差不在容許值以內(nèi)，則判定例如包括電壓最大的單體電池在內(nèi)，電壓超過預(yù)定閾值的單體電池為充電過剩電池(充電過剩電池)。此外，在步驟S210中，對取樣次數(shù)進(jìn)行設(shè)定，使得與SOC偏差對應(yīng)，SOC偏差越大該取樣次數(shù)越多。在此，如果判定單體電池Bx為充電過剩電池，則接著反復(fù)開/關(guān)與單體電池Bx對應(yīng)的取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD(步驟S211S214)。在反復(fù)開/關(guān)取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SbcD的期間，在步驟S215中，判定圖6所示的停頓時間(deadtime)Td是否為TO>Td>0.5T0，反復(fù)進(jìn)行步驟S211S214的取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD的開/關(guān)直至Td變?yōu)?.5T0。如果Td變?yōu)?.5T0，則將處理返回到最初的步驟S201并再次開始SOC測定程序。另一方面，如果在步驟S209中沒有發(fā)生SOC偏差檢測事件，則在步驟S216中進(jìn)行取樣次數(shù)是否為設(shè)定值(在步驟S210中設(shè)定的取樣次數(shù))以上的判定。如果取樣次數(shù)為設(shè)定值以上，則將處理返回到步驟S201并開始SOC測定程序，如果沒有達(dá)到設(shè)定值則將處理轉(zhuǎn)移到步驟S211，反復(fù)進(jìn)行與上述充電過剩電池對應(yīng)的取樣開關(guān)SlxH以及SlxL、SlxD的開/關(guān)。此外，在圖9的流程圖中，也可以省略在步驟S210的處理中的取樣次數(shù)的設(shè)定處理和步驟S216的取樣次數(shù)的判定處理。即，也可以從在步驟S209中發(fā)生SOC偏差檢測事件到接著再次發(fā)生SOC偏差檢測事件為止，對在步驟S210中判定的充電過剩電池進(jìn)行步驟S211S215的取樣開關(guān)的反復(fù)開/關(guān)。根據(jù)這樣的本實施方式，通過在SOC平衡模式中發(fā)生SOC偏差檢測事件時，僅開/關(guān)與SOC偏差檢測對應(yīng)的取樣次數(shù)，或者是在每次發(fā)生SOC偏差檢測事件時，使取樣部2的與充電過剩電池對應(yīng)的取樣開關(guān)進(jìn)行開/關(guān)，能夠精度良好地消除組電池1的各單體電池BlBn之間的充電電壓的偏差，即SOC偏差。接著，對上述本發(fā)明的實施方式進(jìn)行進(jìn)一步地具體說明。以下所示的具體例1和具體例2與第一實施方式對應(yīng)，具體例3與第二實施方式對應(yīng)。(具體例1)使用尖晶石型鈦酸鋰作為負(fù)極活物質(zhì)，使用鈷酸鋰作為正極活性物質(zhì)，制作成放電容量3Ah的非水電解質(zhì)二次電池。該非水電解質(zhì)二次電池作為如圖1所示的單體電池BlBn，IO個串聯(lián)(n=10)而成為組電池1，將各單體電池BlBn的端子通過電壓測定用的導(dǎo)線與圖1所示的取樣部2連接。將電壓測定(SOC測定)間隔設(shè)為1秒。當(dāng)被測定的各單體電池的電壓差為100mV以上時，以大約100kHz的頻率對表示為最高電壓的單體電池(充電過剩電池)反復(fù)進(jìn)行取樣開關(guān)的開/關(guān)，從而使與保持部3相當(dāng)?shù)碾娙萜鞣烹?。使電容器的放電持續(xù)到下次的電壓檢測時刻為止。此時的保護(hù)裝置的工作流程與圖3所示的相同。(具體例2)以與具體例1相同的方式制作成組電池。將電壓檢測間隔設(shè)為1秒間隔。當(dāng)被測定的各單體電池的電壓差為100mV以上時，以大約100kHz的頻率對表示為最高電壓的電池(充電過剩電池)反復(fù)進(jìn)行取樣開關(guān)的開/關(guān)，從而使與保持部3相當(dāng)?shù)碾娙萜鞣烹姟ｋ娙萜鞯姆烹娨詮碾妷簻y定開始在經(jīng)過電壓測定間隔T0的1/2的時刻結(jié)束的方式，到下次的電壓測定停止。此時的保護(hù)裝置的工作流程與圖5所示的相同。以大約100kHz的頻率反復(fù)進(jìn)行電容器的開關(guān)開閉，從而進(jìn)行放電。放電是在從電壓測定開始起經(jīng)過了電壓測定間隔t0的1/2的時刻結(jié)束，到下次的電壓測定之前休止。此時的保護(hù)裝置的工作流程與圖5所示的相同。(具體例3)以與具體例1相同的方式制作成組電池。使用的非水電解質(zhì)二次電池為，25°。下的DC阻抗為6mQ，相對于電池容量的電壓變化率A(V/%SOC)從A〈20(mV/%SOC)到A=20(mV/%SOC)時的單體電池電壓設(shè)為VI=2.62V，滿充電電壓VH為VH=2.8(V)。以成為I0《3.3(A)二20(mV)/Rdc(mQ)的方式設(shè)定10=3(A)，以V1《V0《VH的方式設(shè)定V0=2.65V,將滿足充放電電流I《I0且單體電池的電壓最大值為Vcmax>V0的兩個條件的情況定為充電狀態(tài)檢測事件。將電壓測定間隔設(shè)為1秒，將同時測定的各單體電池的電壓數(shù)據(jù)存儲在存儲器12內(nèi)，通過預(yù)先存儲在ROM15內(nèi)的對于電壓《溫度《電流的SOC表格計算SOC偏差，接著計算每個單體電池的用于與在單體電池中SOC最小的單體電池一致的放電電量，并計算需要的取樣次數(shù)。僅在從電壓測定結(jié)束時到電壓測定開始后經(jīng)過0.5秒的時刻為止的期間，以大約100kHz的頻率對充電過剩電池反復(fù)進(jìn)行取樣開關(guān)的開/關(guān)，從而使與保持部3相當(dāng)?shù)碾娙萜鞣烹?。以到接著發(fā)生充電狀態(tài)檢測事件為止，或者是全部的單體電池達(dá)到需要的取樣次數(shù)為止繼續(xù)的方式設(shè)定該工作。此時的保護(hù)裝置的工作流程與圖9所示的相同。(比較例)以與具體例1相同的方式制作成組電池，僅在1秒間隔的電壓檢測時開閉與保持部的電容器連接的開關(guān)。制作成的組電池，通過在45'C環(huán)境下，進(jìn)行1小時的28V10A的恒壓恒流充電，在單體電池的電壓最小值到達(dá)2.0V為止進(jìn)行10A恒流放電的充放電方法，進(jìn)行循環(huán)試驗。將保護(hù)裝置的充電禁止電壓設(shè)為2.9V，將放電禁止電壓設(shè)為1.5V，在單體電池電壓超過該范圍的情況下結(jié)束試驗。表中表示進(jìn)行3000循環(huán)后的容量維持率和充電結(jié)束時的單體電池間的電壓偏差(最大值一最小值)。在基于本發(fā)明的實施方式的具體例13中，表示了較小地抑制3000循環(huán)的試驗結(jié)束為止的單體電池電壓的偏差，以及高容量維持率。相對與此，在比較例中放大單體電池電壓的偏差，并且在2400循環(huán)時出現(xiàn)超過充電禁止電壓的單體電池，因此中途停止試驗。(表l)<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>另外，本發(fā)明并不限定于上述實施方式那樣，在實施階段在不脫離其要點的范圍內(nèi)能夠?qū)?gòu)成要素進(jìn)行變形并具體化。此外，通過在上述實施方式中公開的多個構(gòu)成要素的適當(dāng)?shù)慕M合，能夠形成各種的發(fā)明。例如，也可以從實施方式中示出的全部構(gòu)成要素中刪除幾個構(gòu)成要素。并且，也可以對不同的實施方式涉及的構(gòu)成要素進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合。權(quán)利要求1.一種組電池的保護(hù)裝置，該組電池具有串聯(lián)連接的多個二次電池，其特征在于，該保護(hù)裝置包括取樣部，包括能夠個別地對所述多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與所述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持所述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取所述多個保持電壓，并且從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)所述共同輸出結(jié)點的電壓測定包括所述二次電池的各個電壓的所述組電池的充電狀態(tài)；以及，控制部，在所述測定期間內(nèi)使所述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在所述測定期間以外的期間內(nèi)，使根據(jù)所述充電狀態(tài)從所述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)反復(fù)開/關(guān)。2.如權(quán)利要求1所述的組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，所述控制部具有根據(jù)所述二次電池的各個電壓對所述二次電池中的充電過剩電池進(jìn)行判定的功能，并且構(gòu)成為，在所述測定期間以外的期間內(nèi)，從所述多個取樣開關(guān)中選擇與該充電過剩電池對應(yīng)的至少一個取樣開關(guān)，使其反復(fù)開/關(guān)。3.如權(quán)利要求2所述的組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，在將所述測定周期設(shè)為T0，將從所述反復(fù)開/關(guān)的現(xiàn)在的結(jié)束時刻到下次測定期間為止的時間設(shè)為Td時，設(shè)定成T0>Td>0.5T0。4.一種組電池的保護(hù)裝置，該組電池具有串聯(lián)連接的多個二次電池，其特征在于，該保護(hù)裝置包括取樣部，包括能夠個別地對所述多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與所述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持所述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取所述多個保持電壓，并且從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)所述共同輸出結(jié)點的電壓，測定包括所述二次電池的各個電壓和所述電池間的充電狀態(tài)偏差的所述組電池的充電狀態(tài)；存儲器，在預(yù)先決定的充電狀態(tài)偏差檢測事件發(fā)生時，存儲所述充電狀態(tài)偏差；以及，控制部，在所述測定期間內(nèi)使所述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在所述測定期間以外的期間內(nèi)，使根據(jù)所述充電狀態(tài)從所述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)按對應(yīng)所述充電狀態(tài)偏差而增加的次數(shù)進(jìn)行開/關(guān)。5.如權(quán)利要求4所述的組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，所述控制部具有根據(jù)所述二次電池的各個電壓對所述二次電池中的充電過剩電池進(jìn)行判定的功能，并且構(gòu)成為，從所述多個取樣開關(guān)中選擇與該充電過剩電池對應(yīng)的至少一個取樣開關(guān)，并且按對應(yīng)所述充電狀態(tài)偏差而增加的次數(shù)進(jìn)行開/關(guān)。6.—種組電池的保護(hù)裝置，該組電池具有串聯(lián)連接的多個二次電池，其特征在于，該保護(hù)裝置包括-取樣部，包括能夠個別地對所述多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與所述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持所述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取所述多個保持電壓，并且從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)所述共同輸出結(jié)點的電壓，測定包括所述二次電池的各個電壓和所述電池間的充電狀態(tài)偏差的所述組電池的充電狀態(tài)；以及，控制部，在所述測定期間內(nèi)使所述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在所述測定期間以外的期間內(nèi)，使根據(jù)所述充電狀態(tài)從所述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)，在每次發(fā)生預(yù)先決定的充電狀態(tài)偏差檢測事件時反復(fù)開/關(guān)。7.如權(quán)利要求6所述的組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，所述控制部具有根據(jù)所述二次電池的各個電壓對所述二次電池中的充電過剩電池進(jìn)行判定的功能，并且構(gòu)成為，從所述多個取樣開關(guān)中選擇與該充電過剩電池對應(yīng)的至少一個取樣開關(guān)，在每次發(fā)生充電狀態(tài)偏差檢測事件時使其反復(fù)開/關(guān)。8.如權(quán)利要求7所述的組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，充電狀態(tài)偏差檢測事件為，充放電電流I《10、且所述二次電池的電壓最大值Vcmax>VO，其中，I為所述充放電電流，Vcmax為所述電壓最大值，10為將25t:時的所述二次電池的DC阻抗設(shè)為Rdc(mQ)時滿足I0《20(mV)/Rdc(mQ)的條件的任意的電流值，將所述二次電池在25'C的環(huán)境下進(jìn)行1C的恒流充電時的相對于電池容量的電壓變化率A(V/XSOC)從A<20(mV/%SOC)至ljA-20(mV/%SOC)時的電池電壓設(shè)為VI，將所述二次電池的滿充電電壓設(shè)為VH，則VO為V1《V0《VH的范圍內(nèi)的任意電壓。9.一種電池組裝置，包括具有串聯(lián)連接的多個二次電池的組電池和該組電池的保護(hù)裝置，其特征在于，所述保護(hù)裝置包括取樣部，包括能夠個別地對所述多個二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)，輸出與所述二次電池分別對應(yīng)的多個取樣電壓；保持部，保持所述多個取樣電壓并輸出多個保持電壓；多路轉(zhuǎn)換器，依次讀取所述多個保持電壓，并且從共同輸出結(jié)點輸出；測定部，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間，根據(jù)所述共同輸出結(jié)點的電壓，測定包括所述二次電池的各個電壓的所述組電池的充電狀態(tài)；以及，控制部，在所述測定期間內(nèi)使所述多個取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在所述測定期間以外的期間內(nèi)，使根據(jù)所述充電狀態(tài)從所述多個取樣開關(guān)中選擇的至少一個取樣開關(guān)反復(fù)開/關(guān)。全文摘要本發(fā)明提供一種組電池的保護(hù)裝置和電池組裝置，其能夠抑制單體電池間的充電狀態(tài)的偏差并且實現(xiàn)組電池的長壽命化。其具有取樣部(2)，包括能夠個別對組電池(1)的各二次電池的電壓進(jìn)行取樣的多個取樣開關(guān)；保持部(3)，保持取樣部(2)的取樣電壓；多路轉(zhuǎn)換器(4)，依次讀取保持部(3)的保持電壓并從共同輸出結(jié)點輸出；以及，微控制器(6)，在一定的測定周期內(nèi)的測定期間根據(jù)多路轉(zhuǎn)換器(4)的共同輸出結(jié)點的電壓測定組電池(1)的充電狀態(tài)，并且在測定期間內(nèi)使取樣部(2)的全部取樣開關(guān)同時開/關(guān)，在測定期間以外的期間內(nèi)使根據(jù)充電狀態(tài)選擇的取樣開關(guān)反復(fù)開/關(guān)。文檔編號H02J7/02GK101320916SQ20081008749公開日2008年12月10日申請日期2008年3月28日優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日發(fā)明者原田康宏,渋谷信男,館林義直,高見則雄申請人:株式會社東芝