JP2009087723A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、衝撃を受けて使用できない状態に制御する組電池に関する。 The present invention relates to an assembled battery that is controlled so that it cannot be used under impact.
衝撃は電池を内部ショートさせる原因となる。とくに、電池の高エネルギー密度化は、衝撃に対して脆弱化する傾向となる。衝撃で内部ショートした電池は、自己放電が大きくなって電圧が低下し、また残容量も減少する。複数の電池を内蔵する組電池が落下して衝撃を受けると、特定の素電池が内部ショートしてアンバランスな状態となる。このため閾値よりも大きな衝撃を受けると電流遮断素子で電流を遮断して使用できない状態とする技術が開発されている。(特許文献1参照)
特許文献1の公報は、衝撃を検出して電池の電流を遮断する。衝撃は電池を内部ショートさせる等して電気特性を悪化させるが、複数の素電池を内蔵する組電池にあっては、全ての素電池の電気特性が同じように悪化するとは限らない。このため、衝撃で電池の電流を遮断する技術は、電流を遮断する衝撃の閾値の設定が難しい。それは、閾値を小さくすると、電池の電気特性が悪化しない状態で電流を遮断することになり、反対に閾値を大きくすると、電池の電気特性が悪化しているにも関わらず、電流を遮断できないことがあるからである。さらに、同じ衝撃を受けても、ある電池は内部ショートする等で電気特性が悪化するが、別の電池は電気特性が悪化しないことがある。このため、閾値の設定は極めて難しく、また最適な閾値に設定しても、常に電池の状態を理想的な状態で判定して電流を遮断できない。
The gazette of
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、衝撃による電気特性の悪化を正確に検出して電池を使用できない状態にできる組電池を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving such drawbacks. An important object of the present invention is to provide an assembled battery that can accurately detect deterioration of electrical characteristics due to impact and render the battery unusable.
本発明の組電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
組電池は、複数の素電池1と、素電池1の電圧を検出する電圧検出回路2と、組電池の衝撃を検出する衝撃検出部3と、素電池1の電流を遮断する電流遮断素子4と、電圧検出回路2が検出する素電池1の電圧差と衝撃検出部3が検出する衝撃信号で電流遮断素子4を制御する制御回路5とを備える。この組電池は、電圧検出回路2が検出する素電池1の電圧差が設定値よりも大きく、かつ衝撃検出部3が衝撃を検出した状態で、制御回路5が電流遮断素子4をオフに制御して電流を遮断する。
The assembled battery of the present invention has the following configuration in order to achieve the above-described object.
The assembled battery includes a plurality of
本発明の請求項2の組電池は、衝撃検出部3が衝撃センサ8を備えている。また、本発明の請求項3の組電池は、衝撃検出部3が、組電池を装着している電子機器20から入力される衝撃信号で衝撃を検出する。
In the assembled battery according to
本発明の請求項4の組電池は、衝撃検出部3が、加速度から衝撃を検出する。さらに、本発明の請求項5の組電池は、衝撃検出部3が、加速度から落下高さを演算して衝撃を検出する。
In the assembled battery according to
本発明の請求項6の組電池は、衝撃検出部3が衝撃を検出してからの経過時間をカウントするタイマ17を備え、素電池1の電圧差が設定値を超え、かつタイマ17のカウント値が設定範囲にあることを検出して、制御回路5が電流遮断素子4をオフに切り換える。
The assembled battery according to
本発明の組電池は、衝撃による電気特性の悪化を検出して、電池を使用できない状態にできる特徴がある。それは、本発明の組電池が、衝撃のみでなく、各々の素電池の電圧差と衝撃の両方で電流を遮断するかどうかを判断して、電流遮断素子を制御することによって実現するからである。複数の素電池を備える組電池は、電池の劣化が全く同一ではないことから、経時的に電圧差が発生する。したがって、電圧差のみで電池を使用できない状態に切り換えると、衝撃で電気特性が悪化していない組電池も使用できない状態となってしまう。本発明は、素電池の電圧差のみでなく、電圧差が発生する状態にあっては、その電圧差が衝撃によるものであるかどうかを判定して、電流遮断素子を、電流を遮断する状態に切り換える。したがって、衝撃を受けて素電池に電圧差が発生した組電池のみ、すなわち衝撃で電気特性が悪化した組電池が確実に使用できない状態に制御される。 The assembled battery of the present invention has a feature that it can detect the deterioration of electrical characteristics due to impact and make the battery unusable. This is because the assembled battery of the present invention is realized not only by impact but also by controlling whether or not the current is interrupted by both voltage difference and impact of each unit cell and controlling the current interrupting element. . A battery pack including a plurality of unit cells has a voltage difference with time because the deterioration of the batteries is not exactly the same. Therefore, when the battery is switched to a state where the battery cannot be used only by the voltage difference, the assembled battery whose electric characteristics are not deteriorated due to the impact is not usable. In the state where the voltage difference occurs in addition to the voltage difference of the unit cell, the present invention determines whether the voltage difference is due to an impact, and the current interrupting element interrupts the current. Switch to. Therefore, only the assembled battery in which the voltage difference is generated in the unit cell due to the impact, that is, the assembled battery whose electrical characteristics have deteriorated due to the impact is controlled so as not to be used reliably.
さらに、本発明の請求項2の組電池は、衝撃検出部に衝撃センサを設けているので、組電池自体で衝撃を検出し、衝撃で電気特性が悪化したことを検出して電流を遮断して使用できなくできる。また、本発明の請求項3の組電池は、衝撃検出部が、組電池を装着している電子機器から入力される衝撃信号で衝撃を検出する。この組電池は、内部に衝撃センサを内蔵する必要がなく、組電池を装着している電子機器に設けている衝撃センサを利用して衝撃を検出する。電子機器は、自身の制御する装置を保護するために、衝撃センサを装備するものがある。この電子機器に装着される組電池にあっては、電子機器の衝撃センサの信号を利用して衝撃を検出することから、組電池に衝撃センサを内蔵する必要がなく、低コストで衝撃を検出して、衝撃による電気特性が悪化から使用できない状態に制御できる。
Furthermore, since the assembled battery according to
また、本発明の請求項4の組電池は、衝撃検出部でもって、加速度から衝撃を検出し、請求項5の組電池は、加速度から落下高さを演算して衝撃を検出する。直接に衝撃を検出する組電池は、回路構成を簡単にできる。また、加速度の変化から落下高さを演算する組電池にあっては、たとえば、1.6m落下したかどうか等を判定して、落下高さを閾値とした使用可否判定も行え、この衝撃で電気特性が悪化したかどうかを判定できる。
Further, the assembled battery of
さらに、本発明の請求項6の組電池は、衝撃検出部が衝撃を検出してからの経過時間をカウントするタイマを備えており、素電池の電圧差が設定値を超え、かつタイマのカウント値が設定範囲にあることを検出して、制御回路が電流遮断素子をオフに切り換える。この組電池にあっては、たとえば、素電池に電圧差が発生することを検出すると、電圧差が発生する以前の、たとえば、数日から一週間前に衝撃を受けたかどうかを判定して、電流を遮断できる。この組電池は、異常であるか許容される自然劣化であるかを区別して、電池の異常を判断して使用できない状態に制御できる。たとえば、衝撃を受けて一週間経過した後に内部ショートなどで電気特性が悪化したことを正確に検出して、使用できない状態に制御できる。
Furthermore, the assembled battery according to
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための組電池を例示するものであって、本発明は組電池を以下のものに特定しない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the example shown below illustrates the assembled battery for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the assembled battery as follows.
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。 Further, in this specification, for easy understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the embodiments are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図1に示す実施例において、組電池10を電子機器20に装着している。電子機器20は、組電池10を充電する電源を備える携帯機器PCである。電子機器20である携帯機器PCは、例えばノート型のような携帯型パーソナルコンピュータである。組電池10は、通常、携帯機器PCに着脱自在に装着される構造である。電子機器20は、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター(図示せず)から出力される直流電力を供給し、この電力を制御して、供給するマイコンを内蔵する制御・電源回路21を備えている。制御・電源回路21からの出力電力は、組電池10を充電するのに利用され、さらに電子機器20の負荷22に供給される。また、電子機器20は、商用電力より電力供給がない場合は、組電池10より電力が供給され、制御・電源回路21及び負荷22を駆動させる。
In the embodiment shown in FIG. 1, the assembled
組電池10は、複数の素電池1と、素電池1の電圧を検出する電圧検出回路2と、組電池10に対する外部からの衝撃を検出する衝撃検出部3と、素電池1の電流を遮断する電流遮断素子4と、電圧検出回路2が検出する素電池1の電圧差と衝撃検出部3が検出する衝撃信号で電流遮断素子4を制御する制御回路5とを備える。制御回路5は、電圧検出回路2が検出する素電池1の電圧差が設定値よりも大きく、かつ衝撃検出部3が衝撃を検出した状態で電流遮断素子4をオフに制御して電流を遮断する。
The
図の組電池10は、3組の電池ブロック11を直列に接続している。各々の電池ブロック11は、3つの素電池1を並列に接続している。この組電池10は、3組の電池ブロック11を直列に接続しているが、本発明の組電池は、2組の電池ブロックを直列に接続し、あるいは4組以上の電池ブロックを直列に接続することもできる。さらに、図の組電池は、複数の素電池1を並列に接続して電池ブロック11としているが、素電池を並列に接続することなく、全ての素電池を直列に接続することもできる。素電池1は、リチウムイオン二次電池であるが、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とすることもできる。
The
電圧検出回路2は、各々の素電池1の電圧、図の組電池10は電池ブロック11の電圧を検出し、検出した電圧をデジタル信号に変換して制御回路5に入力する。したがって、電圧検出回路2は、電圧を検出する素電池1を切り換えるマルチプレクサ(図示せず)を入力側に設けており、このマルチプレクサの出力をA/Dコンバータ(図示せず)でデジタル信号に変換して出力する。電圧検出回路2は、所定のサンプリング周期、たとえば10msecないし500msecのサンプリング周期で各々の素電池1の電圧を検出して制御回路5に出力する
The
さらに、図の組電池10は、素電池1の充放電の電流を検出する電流検出回路6と電池の温度を検出する温度検出回路7も備える。電流検出回路6も、一定のサンプリング周期で充放電の電流を検出して、検出した電流値をデジタル信号に変換して制御回路5に出力する。また、温度検出回路7も検出した電池温度をデジタル信号に変換して制御回路5に出力する。
Furthermore, the assembled
衝撃検出部3は、組電池10に内蔵する衝撃センサ8で加速度を検出して衝撃を検出し、あるいは、組電池10を装着する電子機器20に内蔵される衝撃センサ28から入力される衝撃信号で衝撃を検出する。電子機器20から入力される衝撃信号で衝撃を検出する衝撃検出部3は、通信回路9を介して電子機器20の制御・電源回路21に接続される。この電子機器20は、鎖線で示すように衝撃センサ28を制御・電源回路21に接続している。また、制御・電源回路21は、SMBus等の通信回線12を介して組電池10の通信回路9に接続されて、衝撃センサ28から入力される衝撃信号を、通信回線12を介して組電池10の衝撃検出部3に入力する。
The
衝撃検出部3は、衝撃センサ8、28が検出する加速度から直接に衝撃を検出し、あるいは加速度の変化から落下高さを演算して衝撃を検出する。衝撃センサ8、28が検出する加速度から衝撃を直接に検出する衝撃検出部3は、衝撃センサ8、28から出力される信号が設定値以上となると、組電池10が衝撃を受けたことを検出する。この衝撃検出部3は、回路構成を簡単にしながら衝撃を検出できる。また、加速度の変化から落下高さを演算して衝撃を検出する衝撃検出部3は、落下前の加速度ゼロの状態から加速度を検出し、落下等により床等に衝突して、加速度がゼロとなる時間から落下高さを演算する。落下する物体の加速度がゼロとなるからである。落下高さ(h)は、以下の式から演算できる。この式において、時間(t)は加速度がゼロになる時間、gは重力加速度であって約9.8m/sec2である。
h=gt2/2
この式から、たとえば加速度がゼロになる時間が、0.57secとなると、落下高さは約1.6mとなる。
The
h = gt 2/2
From this equation, for example, if the time for which the acceleration is zero is 0.57 sec, the drop height is about 1.6 m.
現在、落下試験では1.6mの高さを基準としていることから、衝撃検出部3は、落下高さが1.6m以上で衝撃を受けたと判定することができる。この場合、加速度がゼロとなる時間が0.57secを閾値として、これより長いと衝撃を受けたと判定する。ただ、衝撃検出部3の閾値は、必ずしもこの落下高さには特定せず、これよりも低い閾値とし、あるいは高い閾値とすることもできる。とくに、本発明は、衝撃と素電池1の電圧差の両方で電流遮断素子4を遮断するので、閾値を小さくして、より確実に衝撃による電気特性の悪化から電流を遮断することができる。
Currently, since the drop test is based on a height of 1.6 m, the
制御回路5は、電圧検出回路2から入力される各電池1の電圧を比較して電池1の電圧差を検出する。制御回路5は、たとえば、最高電圧の電池の電圧から最低電圧の電池の電圧を減算して電池の電圧差を検出し、あるいは、全体の平均電圧と各電池の電圧との差の絶対値を電圧差として検出する。通常、正常な電池の電圧のばらつきは、10mV以内となる。ただ、電池が内部ショート等の異常によって電圧のバランスが崩れると、3〜4日で100mV程度のばらつきが生じる。したがって、電池の電圧差が、設定値以上となると、電池が内部ショートした可能性が高いと判定できる。ただ、衝撃後、数日間は電池の自己放電によるばらつきか、落下の衝撃による内部ショートでのばらつきかが判別できない。このため、電圧のばらつきが設定値以上発生したとき、いいかえると電池の電圧差が設定値以上になると、過去の所定の期間内、たとえば、1週間以内に落下の衝撃を受けた履歴が残っているかどうかで判定する。すなわち、制御回路5は、電池1の電圧差が設定値よりも大きく、かつ衝撃検出部3が所定の期間内に衝撃を検出した状態において、電流遮断素子4をオフに制御して電流を遮断する。
The
このことを実現するために、図の組電池は、衝撃検出部3が衝撃を検出してからの経過時間をカウントするタイマ17を備えている。この組電池1は、電池1が落下等の衝撃を受けたことを衝撃検出部3が検出すると、タイマ17が経過時間のカウントを開始する。さらに、その後、制御回路5が、素電池1に電圧差が発生することを検出すると、タイマ17のカウント値が設定範囲にあることを検出して電流を遮断する。いいかえると、電圧差が発生する以前の所定の期間内、たとえば、数日から1週間以内に衝撃を受けたかどうかを判定して、この期間内に落下の衝撃を受けた履歴があると電池の内部ショートが原因で電池のばらつきが発生したと判定して電流を遮断する。すなわち、この組電池は、素電池1の電圧差が設定値を超え、かつタイマ17のカウント値が設定範囲にあることを検出して、制御回路5が電流遮断素子4をオフに切り換えて電流を遮断する。
In order to realize this, the assembled battery shown in the figure includes a
図の組電池10は、電流遮断素子4を電流で溶断するヒューズ13としている。ヒューズ13は溶断されると復帰しない。このため、ヒューズ13からなる電流遮断素子4は、制御回路5でオフ状態に制御されると復帰することがない。このため、衝撃を受けて内部ショートなどで電流を遮断すると、その後に組電池10を使用できない状態に保持して安全性を高くできる。ただ、本発明の組電池は、電流遮断素子をヒューズには特定しない。電流遮断素子は、接点をオフ状態に保持するブレーカや、FET、トランジスターなどからなるスイッチング素子をオフ状態に保持する回路で実現することもできる。
In the illustrated assembled
図1のヒューズ13からなる電流遮断素子4は、ヒューズ13に接近して熱結合される状態に配置される加熱抵抗14と、この加熱抵抗14に強制的に電流を流して、加熱抵抗14の熱でヒューズ13を溶断するスイッチング素子15とを備える。制御回路5は、スイッチング素子15をオフからオンに切り換えて、電流遮断素子4のヒューズ13を溶断する。オン状態に切り換えられたスイッチング素子15は、電池1又は電子機器20の制御・電源回路21からの供給される電流で加熱抵抗14を発熱させる。発熱する加熱抵抗14がヒューズ13を溶断する。したがって、制御回路5は、電流遮断素子4をオフに制御するときに、スイッチング素子15をオンに切り換える。 4
The current interrupting
さらに、図の組電池10は、電池1の過充電と過放電を防止するために、一対の制御素子16を電池1の出力側に直列に接続している。この制御素子16は、寄生ダイオードを有するFETである。この制御素子16は、充電電流を遮断するFET16Aと、放電電流を遮断するFET16Bを直列に接続している。制御回路5は、素電池1の残容量や電圧を検出し、素電池1が過充電される状態になると充電電流を遮断するFET16Aをオフに切り換える。この状態で組電池10が放電されると、放電電流はオフ状態にある充電電流を遮断するFET16Aの寄生ダイオードを介して流れて放電される。放電されて電池1が過充電されない状態になると、充電電流を遮断するFET16Aはオフからオンに切り換えられて、小さい内部抵抗で放電電流を流す。素電池1が過放電される状態になると放電電流を遮断するFET16Bをオフに切り換える。この状態で組電池10が充電されると、充電電流はオフ状態にある放電電流を遮断するFET16Bの寄生ダイオードを介して流れて充電される。充電されて電池1が過放電されない状態になると、放電電流を遮断するFET16Bはオフからオンに切り換えられて、小さい内部抵抗で充電電流を流す。制御回路5は、電流検出回路6が検出する電池1の充放電の電流を積算して電池1の残容量を演算する。
Furthermore, the assembled
以上の組電池10は、衝撃を受けて内部ショート等で電気特性が悪化すると、以下のフローチャートで電流遮断素子4をオフ状態に制御する。
[n=1、2のステップ]
衝撃検出部3が衝撃を検出したかどうかを判定する。衝撃検出部3は、組電池10に内蔵する衝撃センサ8で加速度を検出して衝撃を検出し、あるいは、組電池10を装置する電子機器20に内蔵される衝撃センサ28から入力される衝撃信号で衝撃を検出する。
衝撃検出部3は、衝撃センサ8、28から検出される加速度が設定値以上の時に、組電池10が落下等の衝撃を受けたと判定し、あるいは、加速度の変化(落下前の加速度ゼロの状態から加速度を検出し、落下等により床等に衝突して、加速度が再びゼロになった時間)から、落下高さを演算して、この落下高さが設定値(例えば、1.6m)以上の時に組電池10が落下の衝撃を受けたと判定する。
衝撃検出部3は、組電池10の衝撃を検出すると、n=2のステップに進んで、タイマ17をリセットした後、タイマ17のカウントを開始する。衝撃検出部3が衝撃を検出しないとき、n=3のステップにジャンプする。
[n=3、4のステップ]
電圧検出回路2が、各電池1の電圧を検出する。制御回路5は、電圧検出回路2から入力される電池1の電圧差を設定値(例えば100mV)と比較する。電池1の電圧差が設定値よりも大きいと次のステップに進み、設定値よりも小さいとn=1のステップに戻る。
[n=5、6のステップ]
電池1の電圧差が設定値よりも大きいと、このステップで、タイマ17のカウント値が設定範囲内(例えば、1週間以内)かどうかを判定する。タイマ17のカウント値が設定範囲内にないとき、タイマ17がカウントを開始していないか、あるいは、タイマ17がカウントアップしたと判定し、すなわち、所定の時間以内に落下の衝撃を受けていないと判定して、n=1のステップに戻る。
タイマ17のカウント値が設定範囲内であるとき、所定の時間以内に落下等の衝撃を受けたと判定し、n=6のステップに進んで、電流遮断素子4をオフ状態に制御する。
When the assembled
[Steps of n = 1, 2]
It is determined whether or not the
The
When the
[Steps n = 3, 4]
The
[Steps n = 5, 6]
If the voltage difference of the
When the count value of the
以上の実施例の組電池は、衝撃検出部3が、衝撃センサ8、28で検出される加速度やその変化から組電池10が落下等の衝撃を受けたことを検出しており、衝撃検出部3が衝撃を検出した状態で、電圧検出回路2が検出する素電池1の電圧差が設定値よりも大きいと、制御回路5が電流遮断素子4をオフに制御して電流を遮断している。この組電池は、衝撃のみでなく、各々の素電池の電圧差と衝撃の両方で電流を遮断するかどうかを判断して、電流遮断素子を制御するので、衝撃で電気特性が悪化した組電池を確実に使用できない状態に制御できる。さらに、本発明の参考例の組電池として、衝撃検出部が、組電池内に設けた歪みセンサで変形検知対象物の変形量を検出し、この歪みセンサで検出される変形量から組電池が衝撃を受けたかどうかを検出して、電流遮断素子を制御する構造を以下に示す。
In the assembled battery of the above embodiment, the
この組電池は、変形検知対象物に固定した歪みセンサを備えると共に、この歪みセンサが検出する変形検知対象物の変形量から組電池が外部から受けた衝撃を検出する衝撃検出部と、この衝撃検出部が検出する衝撃信号で、素電池の電流を遮断する電流遮断素子を制御する制御回路とを備える。衝撃検出部は、内蔵される電池またはその周辺部品を変形検知対象物として、これらの表面に歪みセンサを固定している。この歪みセンサとして、一般に市販されている歪みゲージが使用できる。この歪みゲージは、たとえば、局部的な長さ変化(変形量)を検出するものである。衝撃検出部は、変形検知対象物の変形量を歪みセンサで検出し、検出される変形量から組電池が受けた衝撃を検出する。この衝撃検出部は、衝撃を受けた後、弾性変形によって元の形状に復元しにくい部材、いいかえると変形した状態に保持されやすい部材に歪みセンサを取り付けることにより、落下等の短時間における衝撃を受けた場合であっても、衝撃後の変形量を検出して、衝撃の程度や危険レベルを正確に判定できる。したがって、変形検知対象物には、衝撃を受けた後、弾性変形して元の形状に復元されにくい部材、たとえば、弾性変形領域が小さい金属板等が最適である。このように、金属板の変形量を歪みセンサで検出して衝撃を検出する衝撃検出部は、短時間における瞬間的な変位量ではなく、衝撃後における金属板の変形量から衝撃を検出するので、誤検出を低減しながら確実に衝撃の程度を検出できる。さらに、この衝撃検出部は、大きな加重が負荷されてケースや電池が変形し、あるいは破壊される等の衝撃を受けた場合においても、このことを確実に検出できる。したがって、歪みセンサは、金属以外の部材に取り付けることもできる。 The assembled battery includes a strain sensor fixed to the deformation detection target, an impact detection unit that detects an impact received by the assembled battery from the outside based on the deformation amount of the deformation detection target detected by the strain sensor, and the shock And a control circuit that controls a current interrupting element that interrupts the current of the unit cell with an impact signal detected by the detection unit. The impact detection unit uses a built-in battery or its peripheral parts as a deformation detection target, and fixes a strain sensor on these surfaces. As the strain sensor, a commercially available strain gauge can be used. This strain gauge detects, for example, a local length change (deformation amount). The impact detection unit detects a deformation amount of the deformation detection target object with a strain sensor, and detects an impact received by the assembled battery from the detected deformation amount. This shock detection unit attaches a strain sensor to a member that is difficult to restore to its original shape by elastic deformation after receiving an impact, in other words, a member that is likely to be held in a deformed state. Even if it is received, the amount of deformation after impact can be detected, and the degree of impact and the danger level can be accurately determined. Therefore, a member that is difficult to be restored to its original shape by being elastically deformed after receiving an impact, such as a metal plate having a small elastic deformation region, is optimal for the deformation detection target. In this way, the impact detection unit that detects the impact by detecting the deformation amount of the metal plate with the strain sensor detects the impact not from the instantaneous displacement amount in a short time but from the deformation amount of the metal plate after the impact. The degree of impact can be reliably detected while reducing false detection. Furthermore, the impact detection unit can reliably detect this even when a large load is applied and the case or battery is subjected to an impact such as deformation or destruction. Therefore, the strain sensor can be attached to a member other than metal.
この組電池は、落下等により衝撃を受けやすい場所、たとえば、電池ケースの隅部やその周辺部に歪みセンサを配置することにより、組電池が外部から衝撃を受けたことを確実に検出できる。具体的には、電池ケースのコーナー部に配置される電池の表面や、電池ケースのコーナー部の近傍に配線されるリード板、電池ケースのコーナー部の内面、電池ケースのコーナー部の近傍に別途配置される金属板等に歪みセンサを固定することができる。図3に示す組電池は、歪みセンサ30の取り付け例を示している。この図に示すように、歪みセンサ30は、内蔵される電池31の外装缶の表面(鎖線A)に取り付け、あるいは、複数の電池31を接続する金属板であるリード板32(鎖線B)に取り付け、あるいは、電池31を収納する電池ケース33の内面(鎖線C)に取り付け、あるいはまた、電池ケース33内に配設した金属板34の表面(鎖線D)に取り付けることができる。衝撃検出部は、例えば、組電池の落下等により、内蔵される電池やその周辺部品が変形するような衝撃があれば、これらの表面に取り付けた歪みセンサ30が検出する変形量から衝撃を検出できる。
This assembled battery can reliably detect that the assembled battery has received an impact from the outside by disposing a strain sensor in a place where it is susceptible to an impact by dropping or the like, for example, a corner of the battery case or its peripheral part. Specifically, the surface of the battery placed at the corner of the battery case, the lead plate wired near the corner of the battery case, the inner surface of the corner of the battery case, and separately near the corner of the battery case The strain sensor can be fixed to a metal plate or the like to be arranged. The assembled battery shown in FIG. 3 shows an example of attachment of the
さらに、この組電池は、歪みセンサが検出する変形量を閾値と比較することによって衝撃の程度を正確に判別して、衝撃検出後における組電池を安全に制御することができる。変形検知対象物の変形量は、受ける衝撃の程度によって変化する。このため、変形検知対象物の変形量が小さいと、組電池が受けた衝撃は小さく、反対に、変形検知対象物の変形量が大きいと、組電池が受けた衝撃は大きいと推測できる。衝撃検出部は、たとえば、歪みセンサが検出する変形量を、複数の閾値に比較して衝撃の程度を段階別に判別できる。衝撃検出部は、判別した衝撃の程度を制御回路に出力する。制御回路は、衝撃検出部から入力される衝撃の程度に応じて組電池を安全に制御する。 Further, the assembled battery can accurately determine the degree of impact by comparing the deformation amount detected by the strain sensor with a threshold value, and can safely control the assembled battery after the impact is detected. The amount of deformation of the deformation detection object varies depending on the degree of impact received. For this reason, when the deformation amount of the deformation detection object is small, the impact received by the assembled battery is small. On the contrary, when the deformation amount of the deformation detection object is large, it can be estimated that the impact received by the assembled battery is large. For example, the impact detection unit can determine the degree of impact for each stage by comparing the deformation amount detected by the strain sensor with a plurality of threshold values. The impact detection unit outputs the determined degree of impact to the control circuit. The control circuit safely controls the assembled battery in accordance with the degree of impact input from the impact detection unit.
以下、衝撃検出部が、歪みセンサで検出される変形量を第1の閾値と第2の閾値(第1の閾値<第2の閾値)に比較して衝撃の程度を3段階に判別し、制御回路が衝撃の程度に応じて制御する一例を示す。
(1)検出される変形量が第1の閾値以下であるとき
組電池が衝撃を受けていないか、あるいは衝撃を受けていても、使用上、問題となる衝撃(危険であると予測される衝撃)を受けていないと判定して、通常に使用できる状態とする。
(2)検出される変形量が第1の閾値よりも大きく第2の閾値よりも小さいとき
制御回路は、軽度の衝撃を受けたと判定して、以下のような制御を行う。
(a)通信回路から電子機器側にアラーム信号(軽度の衝撃)を出力する。
(b)LED等の外部表示部を点灯あるいは点滅させて、視覚的なアラームを出力する。
(c)制御素子のFETを一定時間オフに保持する。
(d)交換資格情報としてデータを記録する。
(e)充電電圧を下げる。(電子機器側への通信・保護閾値変更)
(f)充電電流を下げる。(電子機器側への通信・保護閾値変更)
(3)検出される変形量が第2の閾値以上であるとき
制御回路は、重度の衝撃を受けたと判定して、以下のような制御を行う。
(a)通信回路から電子機器側にアラーム信号(重度の衝撃)を出力する。
(b)交換資格情報としてデータを記録する。
(c)電流遮断素子をオフ状態に制御して、充放電の電流をストップさせる。
(d)専用の放電抵抗、LED、電子機器側の負荷等を使用して、組電池を安全領域まで強制的に放電させる。
Hereinafter, the impact detection unit compares the amount of deformation detected by the strain sensor with the first threshold value and the second threshold value (first threshold value <second threshold value) to determine the degree of impact in three stages, An example in which the control circuit performs control according to the degree of impact will be described.
(1) When the amount of deformation detected is equal to or less than the first threshold value Even if the assembled battery is not subjected to an impact or is subjected to an impact, it is predicted that it will cause a problem in use (dangerous) It is determined that it is not subjected to (impact) and is in a state where it can be used normally.
(2) When the detected deformation amount is larger than the first threshold value and smaller than the second threshold value The control circuit determines that it has received a slight impact and performs the following control.
(A) An alarm signal (light impact) is output from the communication circuit to the electronic device side.
(B) An external display unit such as an LED is turned on or blinked to output a visual alarm.
(C) Hold the control element FET off for a certain period of time.
(D) Record data as exchange qualification information.
(E) Lower the charging voltage. (Communication / protection threshold change to electronic equipment side)
(F) Lower the charging current. (Communication / protection threshold change to electronic equipment side)
(3) When the detected deformation amount is greater than or equal to the second threshold value The control circuit determines that a severe impact has been received and performs the following control.
(A) An alarm signal (severe impact) is output from the communication circuit to the electronic device side.
(B) Record data as exchange qualification information.
(C) The current interrupting element is controlled to be in an OFF state, and the charging / discharging current is stopped.
(D) The assembled battery is forcibly discharged to a safe area using a dedicated discharge resistor, LED, load on the electronic device side, and the like.
以上のように、この組電池は、歪みセンサで検出される変形検知対象物の変形量の大きさによって、組電池が受けた衝撃の程度を判別し、衝撃の程度に応じた最適な制御を行うことによって、組電池の安全性を保証できる。 As described above, this assembled battery determines the degree of impact received by the assembled battery based on the amount of deformation of the deformation detection object detected by the strain sensor, and performs optimal control according to the degree of impact. By doing so, the safety of the assembled battery can be guaranteed.
1…電池
2…電圧検出回路
3…衝撃検出部
4…電流遮断素子
5…制御回路
6…電流検出回路
7…温度検出回路
8…衝撃センサ
9…通信回路
10…組電池
11…電池ブロック
12…通信回線
13…ヒューズ
14…加熱抵抗
15…スイッチング素子
16…制御素子 16A…FET
16B…FET
17…タイマ
20…電子機器
21…制御・電源回路
22…負荷
28…衝撃センサ
30…歪みセンサ
31…電池
32…リード板
33…電池ケース
34…金属板
DESCRIPTION OF
16B ... FET
DESCRIPTION OF
Claims (6)
電圧検出回路(2)が検出する素電池(1)の電圧差が設定値よりも大きく、かつ衝撃検出部(3)が衝撃を検出した状態で制御回路(5)が電流遮断素子(4)をオフに制御して電流を遮断するようにしてなる組電池。 A plurality of unit cells (1), a voltage detection circuit (2) for detecting the voltage of the unit cell (1), an impact detection unit (3) for detecting the impact of the assembled cell, and the current of the unit cell (1) The current interrupt device (4) is controlled by the voltage difference between the current interrupt device (4) to be interrupted and the unit cell (1) detected by the voltage detection circuit (2) and the impact signal detected by the impact detector (3). A control circuit (5),
The control circuit (5) has a current interrupting element (4) when the voltage difference of the unit cell (1) detected by the voltage detection circuit (2) is larger than the set value and the impact detector (3) has detected an impact. A battery pack that is controlled to turn off the current.
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