JP2000357540A

JP2000357540A - 二次電池の保護回路

Info

Publication number: JP2000357540A
Application number: JP11166384A
Authority: JP
Inventors: Takashi Nojima; 貴志野島; Yoshiro Nakano; 芳郎中野; Takatoshi Matsui; 孝利松井; Susumu Segawa; 進瀬川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 1999-06-14
Publication date: 2000-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】温度ヒューズを溶断する構成を有する保護回
路において、保護回路及び二次電池を収容する筐体の小
型化を損ねることなく、温度ヒューズの溶断に伴う筐体
への熱影響を防止できる保護回路を提供することを目的
とする。【解決手段】電池ブロックに所定値を超える過電圧が
付加された際に、発熱抵抗により温度ヒューズを溶断
し、過電圧による電池に対する不具合の発生を確実に防
止する共に、温度ヒューズ溶断後は、発熱抵抗の発熱を
停止させることで、発熱に伴う電池パックの筐体に生ず
る熱変形等の不具合を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の定電流による充電後、定電圧による充電を行
う条件が設定された充電装置に適用され、充電時に電池
保護の動作を行う保護回路に関するものであり、詳しく
は電池の過電圧状態を検出し、充電経路に介装された温
度ヒューズを溶断することで充電禁止状態にする過電圧
保護機能を備えた保護回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種携帯機器の急速な普及によ
り、機器の駆動用電源あるいはメモリの保護用電源とし
て、各種二次電池が用いられている。これらの二次電池
は、その適性に応じた充電方法を選択する必要がある。
以下、リチウムイオン二次電池に適用される周知の充電
方法について説明する。

【０００３】リチウムイオン二次電池の充電方法として
は、図３に示す定電流定電圧方式が一般的である。この
充電方法は、電池電圧が設定電圧（例えば、１セル当た
り４．２０［Ｖ］）になるまで一定電流を電池に供給
し、電池電圧が所定値に達した後は、所定の電圧を保持
する定電圧充電に切り替えるものである。しかし、充電
器の故障等により、二次電池に付加される充電電圧が、
定電圧充電制御に移行せずに所定の電圧を超えて上昇を
続ける場合には、電池特性が劣化する可能性がある。こ
のような不具合の発生を防止するために、リチウムイオ
ン二次電池を収容した電池パックは、その筐体内部に保
護回路を備えている。この保護回路は、図３における一
点鎖線にて図示するように電圧が所定値を超えて上昇を
続けた場合、充電を休止させるものである。具体的に
は、電池電圧が保護回路に設定された充電禁止電圧に達
すると、保護回路が充電経路中に配された充電制御用Ｆ
ＥＴを開状態とし、二次電池への充電を禁止状態とする
構成、或いは抵抗付温度ヒューズを溶断し、充電経路を
切断する非復帰の保護動作を行う構成が知られている。

【０００４】以下、前記の保護回路、リチウムイオン二
次電池を備えた電池パックを例に用いて、保護回路の構
成及びその動作について図面を参照して説明する。

【０００５】図４は、非復帰の保護動作を行う二次電池
の保護回路の構成を示している。図中、定電圧・定電流
充電器１は、電源２より供給される電力を制御し、複数
の二次電池が直列接続された電池ブロック３の充電制御
を行う。この充電器１は、図４に示す様に電池ブロック
３の電圧が所定値になるまで、一定の電流値にて充電電
流を電池ブロック３に供給する。電圧が所定値に達した
後は、電池ブロックへ付加される電圧を維持しつつ、電
池ブロックを構成する二次電池の特性に合わせて充電電
流を減少させる。更に前記の電流値が所定の値まで低下
すると満充電と見なし、充電電流の供給を停止し、充電
を終了させる。このように定電圧・定電流充電器１が正
常な動作を行う場合には、図４に示す充電電流、充電電
圧特性に従って電池ブロック３は充電される。

【０００６】しかしながら、故障等に起因して定電圧・
定電流充電器１が、図４に示す充電特性に従って充電動
作がなされない場合、電池ブロック３の充電電圧は所定
値以上に上昇し、電池ブロック３の電池特性を劣化させ
る可能性が生じる。

【０００７】過電圧保護手段４は、充電電圧の異常な上
昇に伴う電池特性の劣化を防止するために、電池ブロッ
ク３の各セル電圧を計測しており、少なくとも一つのセ
ル電圧が所定値以上になった場合、保護回路を動作させ
る。保護回路は、充電経路に介装された温度ヒューズ７
Ｂ、これを溶断する発熱抵抗７Ａからなる抵抗付温度ヒ
ューズ７と、スイッチ素子６から構成されている。

【０００８】過電圧保護手段４が、電池ブロック３へ付
加される充電電圧が所定値を越えたことを検出すると、
スイッチ素子６をオン状態とし、発熱抵抗７Ａを含む回
路を動作させる。発熱抵抗７Ａと温度ヒューズ７Ｂは、
熱的に結合されており、前記回路の動作により発熱抵抗
７Ａが発熱し、温度ヒューズが溶断される。これによ
り、充電経路が切断され、充電器１から電池ブロック３
への電力の供給が停止されるために、電池ブロック３に
おける充電電圧の上昇は止まる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
構成を有する保護回路では、過電圧検出による充電経路
の切断を行った後も、温度ヒューズを溶断した発熱抵抗
７Ａには電池ブロック３から電流が流入し続けており、
電池電圧ブロック３の電圧が低下するまで発熱抵抗７Ａ
の発熱は継続する。このため、発熱抵抗７Ａに熱的に結
合された温度ヒューズも高温を保持しており、電池ブロ
ック３及び保護回路を収容する筐体に熱による影響を与
える。特に、低温に軟化点を有する樹脂を筐体に使用し
た場合には、筐体が熱変形するという問題を有してい
た。

【００１０】このような問題点に対して、温度ヒューズ
を溶断する抵抗器と電池ブロックからなる閉回路中に、
前記温度ヒューズよりも高温度にて溶断する第２の温度
ヒューズを配置し、抵抗器の発熱によって充電経路中の
温度ヒューズを溶断した後、発熱を継続する抵抗器の発
熱によって、第２の温度ヒューズを含む閉回路を遮断す
ることで、電池ブロックから抵抗器への電流供給を停止
できる。この構成では、抵抗器は充電経路及び保護回路
における閉回路中の温度ヒューズの二つを溶断する必要
がある。このため、大きな熱容量を有する抵抗器を用い
る必要があり、温度ヒューズの増設の必要性と併せて、
筐体の小型化を損ねてしまう。

【００１１】本発明は前記の問題点を解決するものであ
り、保護回路及び二次電池を収容する筐体の小型化を損
ねることなく、温度ヒューズの溶断により充電経路の遮
断を行い、溶断後は抵抗器の発熱を停止する構成を備え
た保護回路を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明の二次電池の保護回路は、一つ或いは複数の充
放電可能な電池セルが接続された電池ブロック、充電経
路を介して電池ブロックへ充電電流を供給する充電器、
前記電池ブロックを構成する各電池セルの電圧を測定
し、少なくとも１つの電池セルの電圧が所定値を超える
際に信号出力を行う過電圧保護手段、前記充電経路に介
装された温度ヒューズ及びこの温度ヒューズに熱的に結
合されており、一端が充電経路に電気的に接続された発
熱抵抗から構成される抵抗付温度ヒューズ、前記発熱抵
抗への電流供給経路を開閉する第１のスイッチ素子を備
えた二次電池の保護回路であって、前記温度ヒューズに
対して充電器側における充電経路における電流の印加状
況を検出することで、温度ヒューズの溶断状況を判断
し、温度ヒューズが溶断された後は、電池ブロック及び
発熱抵抗を含む閉回路に印加される電流を前記第１のス
イッチ素子を開状態とすることで、発熱を停止すること
を特徴とする。

【００１３】この構成によれば、電池ブロックに所定値
を超える過電圧が付加された際に、発熱抵抗により温度
ヒューズを溶断し、過電圧による電池に対する不具合の
発生を確実に防止すると共に、温度ヒューズ溶断後は、
発熱抵抗の発熱を停止させることで、発熱に伴う電池パ
ックの筐体に生ずる熱変形等の不具合を防止することが
可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１５】本願の請求項１に記載された発明に係る二
次電池の保護回路は、一つ或いは複数の充放電可能な電
池セルが接続された電池ブロックと、充電経路を介して
電池ブロックへ充電電流を供給する定電圧・定電流充電
器と、前記電池ブロックを構成する各電池セルの電圧を
測定し、少なくとも１つの電池セルの電圧が所定値を超
える際に信号出力を行う過電圧保護手段と、前記充電経
路に介装された温度ヒューズ、及びこの温度ヒューズに
熱的に結合されており、一端が充電経路に電気的に接続
された発熱抵抗から構成される抵抗付温度ヒューズと、
前記発熱抵抗への電流供給経路を開閉する第１のスイッ
チ素子と、発熱抵抗、第１のスイッチ素子及び電池ブロ
ックを含む閉回路に対して前記定電圧・定電流充電器側
の充電経路に介装された電流検出抵抗を有し、前記充電
経路に印加される充電電流を検出する電流検出手段、こ
の電流検出手段及び前記過電圧保護手段に接続され、第
１のスイッチ素子を制御する制御手段を具備している。

【００１６】さらに前記の構成を有する保護回路におい
て、電流検出手段は、充電電流を検出した状態では制御
手段への信号出力を停止し、充電電流が検出しない状態
では信号出力を行う。制御手段は、前記電池ブロックへ
の過電圧付加を検出した前記過電圧保護手段からの信号
出力を受け、且つ充電経路への充電電流の印加を検出し
た前記電流検出手段からの信号出力がない場合に、前記
第１のスイッチ素子を閉状態として前記発熱抵抗に電流
供給を行い、前記第１のスイッチ素子が閉状態とされた
後、前記電流検出手段からの信号出力がなされた場合
に、前記第１のスイッチ素子を開状態として前記発熱抵
抗への電流供給を停止することを特徴とする。

【００１７】前記の保護回路における好ましい実施形態
として、電流検出手段は、充電経路に印加される充電電
流を電圧変換する電流検出抵抗と、この抵抗の両端に生
ずる電位差を比較し、所定値以上の電位差がある場合に
Ｈｉレベルを出力し、所定値以下の場合にＬｏレベルを
出力する電圧比較器から構成される。また、制御手段
は、前記の電圧比較器からの信号出力と、過電圧保護手
段からの信号出力を比較する論理積素子と、この論理積
素子に制御される第２のスイッチ素子、及び過電圧保護
手段の出力端子と第２のスイッチ素子の制御端子に対し
て直列に接続された抵抗器より構成されており、論理積
素子は、電圧比較器と前記過電圧保護手段の出力が共に
ＨｉレベルのときのみＨｉレベルの出力を行う。また、
第２のスイッチ素子は、論理積素子の出力がＨｉレベル
の場合に閉状態とされ、Ｌｏレベルの場合に開状態とさ
れる。

【００１８】次に、前記の発明に係る二次電池の保護回
路における動作を説明する。

【００１９】充電が正常になされている時には、定電圧
・定電流充電器は、充電経路を介して電池ブロックへ充
電電流を供給しており、電池ブロックからの帰還電流は
電流検出抵抗を通じ、充電器へ戻る。電流検出手段は、
充電経路に印加される充電電流を検出しており、充電電
流を検出した場合には、制御回路への信号出力は行わな
い。この時、第１のスイッチ素子は開状態にあり、発熱
抵抗に電流は印加されない。

【００２０】過電圧保護手段は電池ブロックの電圧を検
出しており、充電器の故障等に起因して少なくとも一つ
の電池セル電圧が所定値を超えると、前記過電圧保護手
段の出力はＬｏレベルからＨｉレベルへと遷移させるこ
とで、制御手段へ信号出力を行う。制御手段には、電流
検出手段において検出された充電経路における電流の印
加状態が入力されている。制御手段には、前記の過電圧
保護手段からの信号入力がなされ、電流検出手段からの
信号入力はなされていない状態にある。

【００２１】前記の信号の入力状態を対応して、制御手
段は第１のスイッチ素子を閉状態とする。これにより、
発熱抵抗、第１のスイッチ素子及び電池ブロックからな
る閉回路に含まれる発熱抵抗への電流供給経路へ、充電
器及び／もしくは電池ブロックから電流供給がなされ、
発熱抵抗が発熱する。この発熱抵抗に熱的に結合された
温度ヒューズは、発熱により加熱される。温度ヒューズ
は、発熱素子からの加熱によって溶断され、充電経路を
遮断することによって、充電器から電池ブロックへ電力
供給を停止する。

【００２２】温度ヒューズが溶断に至るまでの期間にお
いて、発熱抵抗へ電流が印加されており、発熱抵抗にお
ける発熱は継続している。温度ヒューズが溶断される
と、充電器から電池ブロックへの充電経路は遮断される
ことから、前記の閉回路に対して充電器側の充電経路に
配置された電流検出手段の検出抵抗には、充電電流が印
加されない。このため、電流検出手段における電流検出
はなされなくなり、電流検出手段は、制御手段に対し
て、充電器からの充電電流の供給が停止したことを伝達
するために、信号出力を行う。制御手段は、電流検出手
段からの信号出力を受けて、第１のスイッチ素子を開状
態とし、発熱抵抗への電流供給経路を遮断する。これに
よって、発熱抵抗における発熱が停止される。

【００２３】このように前記二次電池の保護回路は、発
熱抵抗による温度ヒューズの溶断がなされ、充電器から
電池ブロックへの充電電流の供給が停止されると、発熱
抵抗への電流供給も停止する。これによって、温度ヒュ
ーズ溶断後も電池ブロックからの電流供給が継続するこ
とがなく、保護回路及び電池ブロックを収容する筐体の
熱変形等、発熱抵抗の熱に起因する不具合の発生を抑制
することができる。

【００２４】尚、請求項１に係る実施形態では、充電器
からの充電電流の供給が停止し、電流検出手段が信号出
力を行った場合に、発熱抵抗への電流の供給を停止する
構成としているが、充電器からの供給が行われている状
態で電流検出手段から信号出力も行い、この信号出力が
停止すると、発熱抵抗への電流供給も停止する構成とし
ても良い。また、電流検出手段は、充電経路における充
電器からの電流の有無に応じて、制御手段への出力状態
を変更する構成としているが、充電経路における充電電
流値を制御手段に伝達し、電流値の変動を参照して制御
手段がスイッチ素子を開閉する構成としてもよい。

【００２５】本願の請求項２に記載された発明に係る二
次電池の保護回路は、パルス状の充電電流にて電池ブロ
ックの充電を行うパルス充電装置に適用されるものであ
り、このパルス充電装置は、一つ或いは複数の充放電可
能な電池セルが接続された電池ブロックと、充電経路を
介して電池ブロックへ充電電流を供給する定電流充電器
と、前記電池ブロックの電圧を測定し、前記電池ブロッ
クへ供給する充電電流を制御するパルス充電制御手段、
前記充電経路に介装され、前記パルス充電制御手段にて
制御されるスイッチ手段とから構成されており、このパ
ルス充電装置に、前記電池ブロックを構成する各電池セ
ルの電圧を測定し、少なくとも１つの電池セルの電圧が
所定値を超える際に信号出力を行う過電圧保護手段と、
前記充電経路に介装された温度ヒューズ、及びこの温度
ヒューズに熱的に結合されており、一端が充電経路に電
気的に接続された発熱抵抗から構成される抵抗付温度ヒ
ューズと、前記発熱抵抗への電流供給経路を開閉する第
１のスイッチ素子と、一方の入力端子が前記充電経路に
おいて温度ヒューズに対して定電流充電器側に接続さ
れ、且つ他方の入力端子が発熱抵抗、第１のスイッチ素
子及び電池ブロックを含む閉回路におい前記電池ブロッ
クの正電位を有する側に接続され、両入力端子に入力さ
れる電圧を比較し、前記定電流充電器側からの入力電圧
が高い場合に、信号出力を行う電圧比較手段と、この電
圧比較手段及び前記過電圧保護手段に接続され、第１の
スイッチ素子を制御する制御手段とを付加した構成とさ
れる。

【００２６】さらに前記の構成を有する保護回路におい
て、制御手段は、前記電池ブロックへの過電圧付加を検
出した前記過電圧保護手段からの信号出力が有り、且つ
電圧比較手段からの信号出力がない場合に、前記第１の
スイッチ素子を閉状態として前記発熱抵抗に電流供給を
行い、前記第１のスイッチ素子が閉状態とされた後、前
記過電圧保護手段からの信号出力が継続し、且つ前記電
圧比較手段からの信号出力が出力された場合に、前記第
１のスイッチ素子を開状態として前記発熱抵抗への電流
供給を停止することを特徴とする。

【００２７】好ましい実施形態として、電流検出手段
は、電圧比較手段と過電圧保護手段の各出力端子に接続
され、電圧比較手段と過電圧保護手段の出力が共にＨｉ
レベル状態の場合にＨｉレベルを出力する論理積素子
と、この論理積素子の出力に応じて開状態と閉状態が切
り換えられ、前記第１のスイッチ素子を制御する第２の
スイッチ素子と、過電圧保護手段の出力端子と第２のス
イッチ素子に対して直列に接続された抵抗器を備えてな
る。

【００２８】次に、前記の発明に係る二次電池の保護回
路における動作を説明する。

【００２９】充電が正常になされている時には、電源よ
り供給される電力を用いて定電流充電器は一定電流を供
給する。この一定電流は、パルス充電制御手段からの制
御信号によりスイッチ手段にてパルス状の電流とされ
る。このパルス化によって、定電流の出力特性を有する
定電流充電器において、リチウムイオン二次電池に適用
される定電圧充電領域を擬似的に実現できる。ここで、
パルスがオフ状態にある期間、すなわち定電流充電器が
開放状態にある期間の出力電圧は、パルスがオン状態に
ある期間の電池ブロックにおける充電電圧値に比べて数
Ｖ高い電圧を出力する。

【００３０】電圧保護手段は電池ブロックの電圧を検出
しており、パルス充電装置において故障が生じ、これに
起因して少なくとも一つの電池セル電圧が所定値を超え
ると、請求項１に記載の保護回路と同様に、過電圧保護
手段は過電圧を検出したことを示す信号出力を行う。こ
の時、電圧比較器に入力される電圧は、パルス充電が継
続されており、また充電経路が遮断されていないため
に、両端子から入力される電圧はほぼ同一である。この
ような状況下では、電圧比較手段は信号出力を行ってい
ない。また制御手段は、過電圧保護手段からの信号出力
がなされ、電圧比較手段からの信号出力がなされていな
いことから、第１のスイッチ素子を閉状態とする。これ
により、発熱抵抗、第１のスイッチ素子及び電池ブロッ
クよりなる閉回路において電流が印加され、発熱抵抗は
発熱を開始し、制御手段に入力される信号出力の状態に
変化が生じるまでの期間、この状態を継続する。これに
より、発熱抵抗に熱的に結合された温度ヒューズは溶断
される。

【００３１】電圧比較手段は、温度ヒューズが溶断され
た状態では、両入力端子の間に数Ｖの電位差が生じるた
めに信号出力を行う。電圧比較手段の出力はＨｉレベル
となり、論理積素子の二つの入力はＨｉレベルとなり、
出力もＨｉレベルとなる。結果、第２のスイッチ素子が
閉状態となり、発熱抵抗への電力供給が停止し、発熱は
停止する。

【００３２】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の一実施例
について説明し、本発明の理解に供する。尚、以下に示
す実施例は本発明を具体化した一例であって、本発明の
技術的範囲を限定するものではない。また、従来構成と
共通する要素には同一の符号を付して、本発明による特
徴的な構成要素を明らかにする。

【００３３】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
係る二次電池の保護回路のブロック図である。

【００３４】電源２からの直流出力端子は、定電圧・定
電流充電器１の電力入力端子に接続されており、この充
電器１の電力出力端子は、電池ブロック３へ充電電流を
供給する充電経路が接続されている。また、抵抗付温度
ヒューズ７に内蔵された温度ヒューズ７Ｂは、充電経路
中に介装されており、このヒューズ７Ｂが溶断した際に
は、定電圧・定電流充電器１から充電電流の供給が停止
される。また、抵抗付温度ヒューズ７は、温度ヒューズ
７Ｂを臨んで発熱抵抗７Ａを配設することで、両者を熱
的に結合しており、発熱抵抗７Ａの発熱にてヒューズが
溶断される。発熱抵抗７Ａの一方の端子は、充電経路に
接続されており、他方の端子は、スイッチ素子５Ａに接
続される。

【００３５】また、充電経路には、充電経路に印加され
る電流値を計測する電流検出手段６が介装されており、
この電流検出手段６は、電流検出抵抗８と電圧比較１１
から構成される。電流検出抵抗８の両端には、電池ブロ
ック３への充電電流を電圧変換し、これが電圧比較器１
１へ入力されるように端子が接続されている。電圧比較
器１１は、電流検出抵抗８の両端に生ずる電位差発生の
有無を検出し、論理積素子１０へ信号出力を行う。この
信号出力は、電圧比較器から出力される電圧を、Ｌｏレ
ベルとＨｉレベルとに切り換えることによって行う。こ
の切り換えは、その入力端子に電位差がある場合にはＬ
ｏレベルを、電位差が零の場合にはＨｉレベルを出力す
るようにされており、温度ヒューズ７Ｂが溶断されてい
ない場合、電流検出抵抗８には充電器１からの電流が流
れ続けているために、電圧比較器１１の出力はＬｏレベ
ルとなっている。尚、このような信号出力の方法は、本
実施例における他の構成要素においても同等である。

【００３６】電池ブロック３の充電電圧を測定し、電池
が過充電状態に陥るのを防止する過電圧保護手段４は、
電池ブロックに付加される充電電圧値を検出するよう
に、充電経路における電池ブロック３の両端に接続され
ている。この保護手段４の出力は、前記の電流検出手段
６から出力された信号と共に論理積素子１０に接続され
ており、さらに抵抗器９に接続される。ここにおいて、
電池ブロック３を構成する直列接続された各電池セルの
両端には、過電圧保護手段４の入力端子が接続されてお
り、各電池セルに付加される充電電圧を個々に測定して
おり、電池ブロック３全体として充電電圧値の検出を行
っている。

【００３７】論理積素子１０は、過電圧保護手段４から
の出力信号が入力される入力端子１０Ａ、電圧比較器１
１からの入力端子１０Ｂを有している。論理積回路は、
両入力端子へ信号が入力された際に、すなわち充電経路
に過電流が印加され、且つ電池ブロックに過電圧が付加
された際に、電圧出力を行う。

【００３８】第２のスイッチ素子１２は、その制御端子
（ゲート）には論理積素子１０の出力端子を接続してお
り、ソースには充電経路を接続している。また、素子１
２のドレインは、抵抗器９と第１のスイッチ素子５との
間に接続されている。これにより、論理積素子１０から
の電圧出力の有無に応じて第２のスイッチ素子１２は、
その状態が切り換えらる。

【００３９】一方、第１のスイッチ素子５は、その制御
端子（ゲート）には抵抗素子９からの出力端子を接続し
ており、ソースには、前記の第１のスイッチ素子５と同
様に充電経路を接続している。また、素子５のドレイン
は、抵抗付温度ヒューズ７の発熱抵抗７Ａへ接続されて
おり、過放電保護手段４から抵抗素子９を介しての出
力、及び第２のスイッチ素子１２の出力有無に応じて、
その状態が切り換えられる。

【００４０】次に、前記した図１に示す構成を有する二
次電池の保護回路について、その動作を説明する。

【００４１】定電圧・定電流充電器１による電池ブロッ
ク３の充電が正常になされている場合には、電源２より
供給される電力により充電器１は、図３に示す充電特性
に従って電池ブロック３へ充電電流の供給を行う。しか
しながら、異常な事態が生じた場合、例えば、定電圧・
定電流充電器１に故障が発生し、充電電圧が所定値以上
に上昇した場合、過電圧保護手段４が、電池ブロック３
に過電圧が付加されていることを検出する。

【００４２】過電圧保護手段４は、過電圧を検出してい
ない状態では、出力をＬｏレベルとしているが、過電圧
を検出した状態では、出力をＨｉレベルとする。過電圧
を検出した過電圧保護手段４からのＨｉレベルの出力
は、二分割され、一方は抵抗器９を介して第１のスイッ
チ素子５の制御端子に、他方は論理素子１０の入力端子
１０Ａに伝達される。

【００４３】第１のスイッチ素子５は、その制御端子
（ゲート）にＨｉレベルの電圧が印加されると導通状態
となる。これにより、抵抗付温度ヒューズ７に内蔵され
る発熱抵抗７Ａは、通電状態となり、定電圧・定電流充
電器１或いは電池ブロック３より供給される電力により
発熱を開始する。発熱抵抗７Ａと熱的に結合された温度
ヒューズ７Ｂが溶断に至るまでの期間において、電流検
出抵抗８の両端には、定電圧・定電流充電器１から電流
が供給されている間には電位差が生じており、発熱抵抗
７Ａへ電流が印加され続け、発熱が継続する。

【００４４】発熱抵抗７Ａの発熱によって温度ヒューズ
７Ｂは溶断されると、定電圧・定電流充電器１から電池
ブロック３への充電経路は切断され、電池ブロック３へ
の充電電流の供給は停止される。

【００４５】さらに、本実施例における保護回路は、以
下に示す順序に従って抵抗器７への電流供給を停止す
る。

【００４６】発熱抵抗７Ａの発熱によって、温度ヒュー
ズ７Ｂが溶断されると、温度ヒューズ７Ｂ、発熱抵抗７
Ａ及び電流検出抵抗８で構成される回路は、充電器１か
ら切り離され、電流検出抵抗８へ電流が流れることはな
い。この結果、電流検出抵抗８の両端における電位差は
零となり、電圧比較器１１の出力はＨｉレベルとなる。

【００４７】この時、論理積素子１０における過電圧保
護手段４からの入力端子には、Ｈｉレベルの出力が印加
されており、さらに前記した過程によって電圧比較器１
１からＨｉレベルの出力が印加されると、論理積素子１
０の出力はＨｉレベルとなり、スイッチ素子１２は導通
状態となる。この結果、スイッチ素子１２のドレイン
（スイッチ素子５の制御端子と接続されている側）は、
その電位がソース側の電位と同等になり、Ｌｏレベルと
される。この時、過電圧保護手段４の出力はＨｉレベル
を維持しているが、抵抗器９における電圧降下によっ
て、スイッチ素子５の制御端子にはＬｏレベルの電圧が
印加されることになる。このために、スイッチ素子５は
開状態となり、電池ブロック３から発熱抵抗７Ａへの電
流供給が遮断され、発熱抵抗７Ａにおける発熱は停止す
る。

【００４８】尚、本実施例では、温度ヒューズ７Ｂ、発
熱抵抗７Ａを含む閉回路を流れる電流の遮断は、電流検
出抵抗８の両端に生じる電位差を電圧比較器１１にて検
出し、論理積素子１０を制御する構成となっているが、
前記の閉回路に印加される電流の変化をマイコンのＡ／
Ｄ変換によって検出し、このマイコンの出力端子が論理
積素子を制御する場合にも有効である。

【００４９】（実施例２）図２は、本発明の実施例２に
係る二次電池の保護回路のブロック図である。本実施例
は、パルス状の充電電流を電池ブロックに供給する方
式、所謂パルス充電を用いた充電器に本発明の保護回路
を適用したものである。

【００５０】パルス充電は、定電流充電器から供給され
る一定電流をパルス充電制御手段により充電経路中に配
されたスイッチ手段を開閉することで、充電経路に印加
される電流をパルス化する。この時、充電経路に印加さ
れる電流量は、パルスのデューティー比を調整すること
によってなされ、擬似的な定電圧充電領域の形成が可能
である。

【００５１】以下、前記のパルス充電を行う充電器に本
発明の保護回路を適用した回路構成を、図２を参照して
説明する。

【００５２】電源２の出力は、定電流充電器１３の入力
に接続されており、この充電器１３に電力を供給する。
定電流充電器１３には、その出力端子及び帰還端子にて
電池ブロック３へ充電電流を供給する充電経路が接続さ
れており、経路中には印加される電流をパルス化するス
イッチ手段１４が配されている。さらに、充電経路には
抵抗付温度ヒューズ７が配されており、実施例１と同様
に温度ヒューズ７Ｂと、発熱抵抗７Ａを熱的に結合して
おり、発熱抵抗７Ａの発熱にてヒューズが溶断される。

【００５３】充電器１３の出力は、スイッチ手段１４の
ドレイン側は、充電器１３の出力側に接続されており、
ソース側は温度ヒューズに接続されており、パルス充電
制御手段１５によって制御される。パルス充電制御手段
１５は、電池ブロック３に付加される充電電圧をもとに
して充電電流値を決定し、これを電池ブロック３に供給
するようにデューティー比を求め、スイッチ手段１５を
制御する。電池ブロック３の電圧値は、電池ブロック３
の正極端子側に接続されたＡＤ端子から取り込まれ、ア
ナログ値として取り込んだ電池ブロック３の電圧をデジ
タル変換し、内部にて処理を行う。

【００５４】過電圧保護手段４は、電池ブロックを構成
する各電池セルの充電電圧を測定しており、各入力端子
は電池セルに接続されており、電池セルの電圧が入力さ
れる。出力は二分割されており、一方は抵抗器９に接続
され、他方は論理積素子１０の入力端子１０Ａに接続さ
れる。

【００５５】第１のスイッチ素子５は、過電圧保護手段
４及び第２のスイッチ素子１２により開閉され、発熱抵
抗７Ａへの電流供給を制御する。スイッチ素子５のソー
ス側は、電池ブロック３の負極側に接続されており、電
池ブロック３及び抵抗器７からなる閉回路を構成してい
る。したがって、温度ヒューズ７Ｂを溶断した後も、こ
の閉回路への電流の印加状態は、スイッチ素子５を開閉
することで、電池ブロック３から供給される電流による
発熱抵抗７Ａの発熱は制御される。また、第２のスイッ
チ素子１２は、論理積素子１０の出力に応じてその状態
が切り換えられる。

【００５６】電圧比較器１６は、定電流充電器１３から
充電経路に付加される充電電圧および電池ブロック３に
おける電圧を比較するものであり、一方の入力端子はス
イッチ手段１４のドレイン側に接続され、他方の入力端
子は電池ブロック３の正極側に接続される。そして、比
較結果は、論理積素子１０に出力される。

【００５７】次に、図２に示す構成を有する保護回路の
動作について説明する。

【００５８】定電流充電器１３は、電源２より供給され
る電力により一定電流を出力する。パルス充電制御手段
１５は、電池ブロック３での電圧を測定しており、この
測定値とパルス充電の制御条件として設定された所定値
を比較することによって、電池の充電状態を判断する。
具体的にはパルス充電制御手段１５は、電池ブロック３
に付加される電圧が所定値を超えると、スイッチ素子１
５を開状態とする。この状態では、定電流充電器１３か
ら電池ブロック３への充電経路を遮断されており、開状
態とされた時から一定時間内の電池ブロックの電圧変化
に基づいて充電制御を行う。電池ブロック３の電圧が所
定値以下にまで低下する場合には、スイッチ手段１４を
再度閉状態とし、充電器１３より電池ブロック３に充電
電流を供給する。一方、一定時間内に所定値以下にまで
低下しない場合には、パルス充電制御手段１５は電池ブ
ロック３は満充電状態であると判断し、充電を終了す
る。このように、パルス充電制御手段１５は、定電流回
路より供給される電流をスイッチ手段１４においてパル
ス化し、パルスがＯＦＦ状態にある期間における電池ブ
ロック３の電圧変動から充電状態を判断することで、パ
ルス充電制御を行っている。

【００５９】パルス充電制御手段１５、或いはスイッチ
手段１４の故障等が発生すると、これに起因してパルス
充電の制御が不能な状態に陥いることになる。スイッチ
手段１４が開状態にある場合には、定電流充電器１３か
らの電流供給が停止し、パルス充電は終了される。しか
し、スイッチ手段がオン状態にある場合には、充電器１
３からの電流供給が継続し、電池ブロック３の電圧は上
昇する。

【００６０】電池ブロック３を構成する少なくとも一つ
の電池セルに、充電器１３からの電流供給によって所定
値以上の充電電圧が付加されると、過電圧保護手段４
は、その出力をＬｏレベルからＨｉレベルへとする。こ
の時、電池ブロック３に付加される電圧と、充電器１３
から出力される電圧はほぼ同じ値であり、両者の電圧を
比較する電圧比較器１６の各入力端子の電位レベルもほ
ぼ同電位であることから、電圧比較器１６の出力はＬｏ
レベルとなっている。

【００６１】電圧比較器１６における比較結果による出
力がＬｏレベルにあることを受けて、論理積素子１０の
出力はＬｏレベルとなっており、スイッチ素子１２は開
状態となる。その結果、スイッチ素子５の制御端子に
は、過電圧保護手段４からのＨｉレベルの信号が印加さ
れスイッチ素子５は閉状態となる。これにより、発熱抵
抗７Ａは通電状態となり、発熱状態となる。発熱抵抗７
Ａは熱的に温度ヒューズ７Ｂと結合しており、発熱に伴
って温度ヒューズ７Ｂは溶断される。

【００６２】電池ブロック３へ付加される電圧上昇に起
因して、前記の動作順序により温度ヒューズが溶断され
ると、充電経路は遮断され、充電器１３から電池ブロッ
ク３への電流供給は停止する。この温度ヒューズの溶断
がなされた後、本実施例における保護回路は、以下に示
す順序に従って抵抗器７への電流供給を停止する。

【００６３】充電器１３の開放電圧は、パルス充電に対
応して電池ブロック１３の過電圧保護電圧よりも数Ｖ高
い電圧に設定されている。電圧比較器１６の一方の入力
端子は温度ヒューズ７Ｂに対して充電器１３側に接続さ
れており、温度ヒューズ７Ｂの溶断によって、比較器１
６には充電器１３の開放電圧が入力される。比較器１６
の他方の入力端子には電池ブロック１３の電池セルによ
る電圧が入力されており、比較器１６には数Ｖの電位差
が生じる。この電位差の発生を受けて、電圧比較器１６
の出力はＨｉレベルとなる。

【００６４】電圧比較器１６からのＨｉレベルの出力
は、論理積素子１０の端子１０Ｂに付加される。この結
果、既に端子１０Ａには過電圧保護手段からＨｉレベル
の出力が入力されていることから、両方の端子にＨｉレ
ベルが入力されることとなり、論理積素子の出力はＨｉ
レベルとなる。これにより、論理積素子１０により制御
されるスイッチ素子１２は導通状態となり、過電圧保護
手段９のＨｉ出力は抵抗器９により降下される。この抵
抗器９による電圧降下によって、スイッチ素子５の制御
端子にはＬｏレベルの電位が印加される。スイッチ素子
５は開状態となり、発熱抵抗７Ａへの通電が停止され、
発熱抵抗７Ａの発熱が停止される。

【００６５】尚、本発明は電圧比較器１６の入力信号を
スイッチ手段１４のドレイン側に接続しているが、ソー
ス側に接続した場合にも有効である。

【００６６】

【発明の効果】リチウムイオン二次電池等に対する過電
圧による不具合の発生を防止するために、充電経路に温
度ヒューズを介装した保護回路において、温度ヒューズ
溶断後に発熱抵抗に流れ込む電流を遮断することによっ
て、発熱の継続を防止でき、電池パックの熱変形等を防
止することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における二次電池の保護回路の構成を
示すブロック図

【図２】実施例２における二次電池の保護回路の構成を
示すブロック図

【図３】定電流・定電圧充電方法における充電電圧と充
電電流の関係を示す図

【図４】従来の温度ヒューズを備えた二次電池の保護回
路を示す図

【符号の説明】

１定電圧・定電流充電器２電源３電池ブロック４過電圧保護手段５、１２スイッチ素子７抵抗付温度ヒューズ７Ａ抵抗器７Ｂ温度ヒューズ１０論理積素子１１電圧比較手段１３定電流充電器１４スイッチ手段１５パルス充電制御手段

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｌ (72)発明者松井孝利大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者瀬川進大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA02 CA12 CA14 CB02 CC02 GA09 5H030 AA03 AA06 AA10 AS18 BB06 DD08 FF22 FF42 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一つ或いは複数の充放電可能な電池セル
が接続された電池ブロックと、充電経路を介して電池ブ
ロックへ充電電流を供給する定電圧・定電流充電器と、
前記電池ブロックを構成する各電池セルの電圧を測定
し、少なくとも１つの電池セルの電圧が所定値を超える
際に信号出力を行う過電圧保護手段と、前記充電経路に
介装された温度ヒューズ及びこの温度ヒューズに熱的に
結合されており、一端が充電経路に電気的に接続された
発熱抵抗から構成される抵抗付温度ヒューズと、前記発
熱抵抗への電流供給経路を開閉する第１のスイッチ素子
とを備えた二次電池の保護回路であって、発熱抵抗、第１のスイッチ素子及び電池ブロックを含む
閉回路に対して前記定電圧・定電流充電器側の充電経路
に介装された電流検出抵抗を有し、前記充電経路に印加
される充電電流の検出を行い、充電電流を検出した状態
では信号出力を停止し、充電電流が検出しない状態では
信号出力を行う電流検出手段、この電流検出手段、及び
前記過電圧保護手段に接続され、第１のスイッチ素子を
制御する制御手段を具備し、前記制御手段は、前記電池ブロックへの過電圧付加を検
出した前記過電圧保護手段からの信号出力を受け、且つ
充電経路への充電電流の印加を検出した前記電流検出手
段からの信号出力が停止した場合に、前記第１のスイッ
チ素子を閉状態として前記発熱抵抗に電流供給を行い、前記第１のスイッチ素子が閉状態とされた後、前記電流
検出手段からの信号出力を受けた場合に、前記第１のス
イッチ素子を開状態として前記発熱抵抗への電流供給を
停止することを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項２】一つ或いは複数の充放電可能な電池セル
が接続された電池ブロックと、充電経路を介して電池ブ
ロックへ充電電流を供給する定電流充電器と、前記電池
ブロックの電圧を測定し、前記電池ブロックへ供給する
充電電流を制御するパルス充電制御手段、前記充電経路
に介装され、前記パルス充電制御手段にて制御されるス
イッチ手段と、前記電池ブロックを構成する各電池セル
の電圧を測定し、少なくとも１つの電池セルの電圧が所
定値を超える際に信号出力を行う過電圧保護手段と、前
記充電経路に介装された温度ヒューズ及びこの温度ヒュ
ーズに熱的に結合されており、一端が充電経路に電気的
に接続された発熱抵抗から構成される抵抗付温度ヒュー
ズと、前記発熱抵抗への電流供給経路を開閉する第１の
スイッチ素子と、一方の入力端子が前記充電経路におい
て温度ヒューズに対して定電流充電器側に接続され、且
つ他方の入力端子が発熱抵抗及び電池ブロックを含む閉
回路において前記電池ブロックの正電位を有する側に接
続され、両入力端子に入力される電圧を比較し、前記定
電流充電器側からの入力電圧が高い場合に信号出力を行
う電圧比較手段と、この電圧比較手段及び前記過電圧保
護手段に接続され、第１のスイッチ素子を制御する制御
手段とから構成される二次電池の保護回路であって、前記制御手段は、前記電池ブロックへの過電圧付加を検
出した前記過電圧保護手段からの信号出力が有り、且つ
電圧比較手段からの信号出力がない場合に、前記第１の
スイッチ素子を閉状態として前記発熱抵抗に電流供給を
行い、前記第１のスイッチ素子が閉状態とされた後、前記過電
圧保護手段からの信号出力が継続し、且つ前記電圧比較
手段からの信号出力が出力された場合に、前記第１のス
イッチ素子を開状態として前記発熱抵抗への電流供給を
停止することを特徴とする二次電池の保護回路。