JP2001286068A - Battery pack - Google Patents
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- Secondary Cells (AREA)
- Battery Mounting, Suspending (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は過電流保護回路を内
蔵する電池パックに関する。The present invention relates to a battery pack having a built-in overcurrent protection circuit.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電池パックに内蔵される過電流保護回路
は、設定電流よりも大きな電流が流れるときに電流を遮
断する。したがって、過電流保護回路を内蔵する電池パ
ックは、電池を過電流から保護して安全に使用できる。
従来の電池パックは、過電流保護回路の設定電流を一定
の決まった電流値に設定している。この過電流保護回路
は、設定電流を最適値に設定するのが極めて難しい。そ
れは、電池を保護するために設定電流を小さくすると出
力できる最大電流が小さくなるからである。反対に、設
定電流を大きくすると、電池の保護が難しくなる。さら
に、電池パックは、電池の外的環境が種々の異なる状態
となるので、過電流保護を一定の電流に設定すると、あ
る状態ではさらに電流を流すことができ、あるいは、非
常に厳しい電流となることもある。2. Description of the Related Art An overcurrent protection circuit built in a battery pack interrupts a current when a current larger than a set current flows. Therefore, the battery pack having the built-in overcurrent protection circuit can protect the battery from overcurrent and can be used safely.
In the conventional battery pack, the set current of the overcurrent protection circuit is set to a fixed current value. In this overcurrent protection circuit, it is extremely difficult to set the set current to an optimum value. This is because if the set current is reduced to protect the battery, the maximum current that can be output decreases. Conversely, if the set current is increased, it becomes difficult to protect the battery. Further, since the external environment of the battery is in a variety of different states in the battery pack, if the overcurrent protection is set to a constant current, more current can flow in a certain state, or the current becomes extremely severe. Sometimes.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】たとえば、リチウムイ
オン二次電池を充電すると、満充電に近付くにしたがっ
て、イオンの移動度が低下して充電できる最大電流が小
さくなる。このため、過電流保護回路を一定の電流値に
設定する電池パックでは、イオンの移動度が低下する状
態においても過電流が流れないように、この状態で設定
電流を特定する必要がある。しかしながら、満状態され
ない状態ではさらに大きな電流を流すことができる。し
たがって、設定電流が小さく設定されることになって、
流すことができる電流範囲が必要以上に制限されること
になる。For example, when a lithium ion secondary battery is charged, the mobility of ions decreases and the maximum current that can be charged decreases as the battery approaches full charge. For this reason, in a battery pack in which the overcurrent protection circuit is set to a constant current value, it is necessary to specify the set current in this state so that overcurrent does not flow even in a state in which the mobility of ions decreases. However, a larger current can flow in the non-full state. Therefore, the set current is set small,
The range of current that can be passed is unnecessarily limited.
【０００４】さらに、電池パックの過電流保護回路は、
ＦＥＴやトランジスター等の半導体スイッチング素子を
備える。半導体スイッチング素子は、過電流が流れたと
きに電流を遮断する素子である。この半導体スイッチン
グ素子も、最大電流が制限される。半導体スイッチング
素子が電力を消費して発熱するからである。半導体スイ
ッチング素子の発熱量は消費電力に比例する。消費電力
は電流と電圧の積となる。半導体スイッチング素子は、
消費電力が許容値を越えると故障することがある。半導
体スイッチング素子を内蔵する電池パックは、これが破
損しない電流値に設定することも大切である。半導体ス
イッチング素子に大容量のものを使用して、この弊害は
解消できる。ただ、このことは半導体スイッチング素子
を大きく高価にするので、常に充分な容量のものが使用
できるとは限らない。Further, an overcurrent protection circuit for a battery pack
A semiconductor switching element such as an FET or a transistor is provided. A semiconductor switching element is an element that cuts off current when an overcurrent flows. This semiconductor switching element also has a limited maximum current. This is because the semiconductor switching elements consume power and generate heat. The heat value of the semiconductor switching element is proportional to the power consumption. Power consumption is the product of current and voltage. Semiconductor switching elements
If the power consumption exceeds the allowable value, a failure may occur. It is also important to set a battery pack containing a semiconductor switching element to a current value at which the battery pack is not damaged. This problem can be solved by using a semiconductor switching element having a large capacity. However, this makes the semiconductor switching device large and expensive, so that a device having a sufficient capacity cannot always be used.
【０００５】さらにまた、電池は、高温に加熱された状
態で大電流を流すと、電気特性が低下することがある。
設定温度を一定値に特定している従来の過電流保護回路
は、電池が高温になっても劣化しない電流値に設定して
いる。このことは、電池温度が低いときには、電池性能
を低下させずに流すことができる電流を制限する弊害が
ある。[0005] Furthermore, when a large current is applied to a battery in a state where the battery is heated to a high temperature, electric characteristics may be deteriorated.
The conventional overcurrent protection circuit that specifies the set temperature to a constant value is set to a current value that does not deteriorate even when the battery becomes hot. This has the disadvantage that when the battery temperature is low, the current that can be passed without lowering the battery performance is limited.
【０００６】さらに、複数の電池を並列接続している電
池パックは、全ての電池を全く同じ状態では接続できな
い。たとえば、図１に示す配列の電池パックは、図２の
等価回路に示すように、長いリード線３で接続される電
池セルｂが、直列に抵抗Ｒを接続された状態となる。こ
の電池パックを放電して、電池セルａ、ｂの電流を測定
すると、図３に示すように、同じ電流にはならない。こ
の図に示すように、最初は、電池セルａの電流値が大き
く、最後には電池セルｂの電流が急減に増加して、約２
倍にもなる。放電を開始した最初に、電池セルａの電流
が大きいのは、電池セルｂの放電電流が抵抗で制限され
るからである。放電末期に電池セルｂの放電電流が急激
に増加するのは、電池セルａの残容量が電池セルｂより
も少なくなって、電池セルｂのみから放電電流が出力さ
れるようになるからである。放電の末期で放電電流が２
倍にもなる電池パックは、たとえば、ひとつの電池に流
れる最大電流を２Ａとする場合、ふたつの電池の最大電
流を３Ａに制限する必要がある。この電池パックは、放
電末期以外ではほぼ均等に電流が流れるので、各々の電
池の最大電流を２Ａとする場合、最大電流を４Ａに設定
できる。にもかかわらず、最大電流が３Ａに制限されて
各々の電池を有効に利用できなくなる。Further, in a battery pack in which a plurality of batteries are connected in parallel, all the batteries cannot be connected in exactly the same state. For example, in the battery pack having the arrangement shown in FIG. 1, as shown in the equivalent circuit of FIG. 2, the battery cells b connected by the long lead wires 3 are in a state in which the resistor R is connected in series. When this battery pack is discharged and the current of the battery cells a and b is measured, the current does not become the same as shown in FIG. As shown in this figure, at first, the current value of the battery cell a is large, and finally, the current of the battery cell b sharply increases to about 2
It will be doubled. The reason why the current of the battery cell a is large at the beginning of the discharge is that the discharge current of the battery cell b is limited by the resistance. The reason why the discharge current of the battery cell b sharply increases at the end of discharge is that the remaining capacity of the battery cell a becomes smaller than that of the battery cell b, and the discharge current is output only from the battery cell b. . Discharge current is 2 at the end of discharge
In the case of a doubled battery pack, for example, when the maximum current flowing through one battery is 2 A, it is necessary to limit the maximum current of two batteries to 3 A. In this battery pack, current flows almost uniformly except at the end of discharging, so that when the maximum current of each battery is 2A, the maximum current can be set to 4A. Nevertheless, the maximum current is limited to 3 A, and each battery cannot be used effectively.
【０００７】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、過電流保護回路の設定電流を常に最適な設定電流と
して、電池パックを有効に利用できる状態としながら、
電池等の内蔵部品を保護できる電池パックを提供するこ
とにある。[0007] The present invention has been developed for the purpose of solving such disadvantages. An important object of the present invention is to always set the set current of the overcurrent protection circuit as the optimum set current, while keeping the battery pack in a usable state effectively.
An object of the present invention is to provide a battery pack that can protect a built-in component such as a battery.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明の電池パックは、
電池１に流れる電流を検出して、電流が設定電流よりも
大きくなると電流を遮断する過電流保護回路２を内蔵し
ている。過電流保護回路２は、電流を遮断する設定電流
を一定値に固定することなく、温度、電圧、容量の少な
くともいずれかを検出して最適値に変化させる。The battery pack of the present invention comprises:
A built-in overcurrent protection circuit 2 detects a current flowing through the battery 1 and shuts off the current when the current becomes larger than a set current. The overcurrent protection circuit 2 detects at least one of the temperature, the voltage, and the capacity and changes the current to an optimum value without fixing the set current for interrupting the current to a constant value.
【０００９】過電流保護回路２は、たとえば、電池１の
温度を検出して、電池温度が高くなると設定電流を減少
させる。また、過電流保護回路２は、電池１の残容量を
検出し、残容量が少なくなると設定電流を減少させる。
また、過電流保護回路２は、電池１と直列に接続してい
る半導体スイッチング素子４の電圧を検出し、半導体ス
イッチング素子４の電圧が高くなると設定電流を減少さ
せる。さらに、過電流保護回路２は、電流と時間の積分
値で設定電流を変化させる。The overcurrent protection circuit 2 detects, for example, the temperature of the battery 1 and decreases the set current when the battery temperature increases. The overcurrent protection circuit 2 detects the remaining capacity of the battery 1 and reduces the set current when the remaining capacity decreases.
The overcurrent protection circuit 2 detects the voltage of the semiconductor switching element 4 connected in series with the battery 1 and decreases the set current when the voltage of the semiconductor switching element 4 increases. Further, the overcurrent protection circuit 2 changes the set current with the integrated value of the current and time.
【００１０】さらにまた、本発明の電池パックは、互い
に並列に接続している電池１と、並列に接続された電池
１に流れるトータルの電流を検出して、電流が設定電流
よりも大きくなると電流を遮断する過電流保護回路２を
内蔵している。この電池パックは、過電流保護回路２
が、電池１の残容量が少なくなると設定電流を小さくす
る。Further, the battery pack of the present invention detects the total current flowing through the battery 1 connected in parallel with the battery 1 connected in parallel, and detects the current when the current becomes larger than the set current. And an overcurrent protection circuit 2 for shutting off the current. This battery pack has an overcurrent protection circuit 2
However, when the remaining capacity of the battery 1 decreases, the set current decreases.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】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電池パックを例示するも
のであって、本発明は電池パック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 following examples illustrate a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify a battery pack as follows.
【００１２】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、「特許請求の範囲の欄」、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, in order to make it easier to understand the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments will be referred to as "claims" and "claims". In the column of “means”.
However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.
【００１３】図４に示す電池パックは、直列に接続して
いる複数の電池１と過電流保護回路２とを備える。電池
１は、図４と図５に示すように、２個を並列に接続した
３組を直列に接続している。図５に示す電池パックは、
図において右上に配設している電池１ｂの＋側に接続し
ているリード線３が長く、したがって、このリード線３
は、抵抗が他のものに比較して大きい。したがって、こ
の電池パックを等価回路で示すと、図４に示すように、
電池１ｂと直列にリード線３による抵抗Ｒが接続され
る。他のリード線の抵抗は０でない。ただ、長いリード
線３に比較すると抵抗が小さいので、図４の等価回路に
は抵抗を図示しない。The battery pack shown in FIG. 4 includes a plurality of batteries 1 connected in series and an overcurrent protection circuit 2. As shown in FIG. 4 and FIG. 5, the battery 1 has two sets connected in parallel and three sets connected in series. The battery pack shown in FIG.
In the figure, the lead wire 3 connected to the + side of the battery 1b disposed at the upper right is long, and
Has a higher resistance than others. Therefore, when this battery pack is represented by an equivalent circuit, as shown in FIG.
A resistor R by a lead wire 3 is connected in series with the battery 1b. The resistance of the other leads is not zero. However, the resistance is not shown in the equivalent circuit of FIG. 4 because the resistance is smaller than that of the long lead wire 3.
【００１４】電池１は、リチウムイオン二次電池、ニッ
ケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池、その他の
全ての充電できる二次電池である。図の電池パックは、
リチウムイオン二次電池を内蔵している。リチウムイオ
ン二次電池は、各々の電池セルの電圧を監視しながら、
充放電を制御する必要があるので、直列に接続している
接続点の電圧を監視している。ただ、リチウムイオン二
次電池に限らず、他のタイプの二次電池も、各々の電池
セルの電圧を監視しながら充放電して、理想的な状態で
使用できる。The battery 1 is a lithium ion secondary battery, a nickel-hydrogen battery, a nickel-cadmium battery, or any other rechargeable secondary battery. The battery pack shown
Built-in lithium ion secondary battery. The lithium-ion secondary battery monitors the voltage of each battery cell,
Since charge / discharge needs to be controlled, the voltage at the connection points connected in series is monitored. However, not only lithium ion secondary batteries, but also other types of secondary batteries can be charged and discharged while monitoring the voltage of each battery cell, and used in an ideal state.
【００１５】過電流保護回路２は、電池１に過電流が流
れるときに電流を遮断する半導体スイッチング素子４
と、電池１に流れる電流を設定電流に比較して、電池１
の電流が設定電流よりも大きいときに半導体スイッチン
グ素子４をオンからオフに切り換えてオフ状態に保持す
る比較保持部５と、この比較保持部５に電流を遮断する
設定電流信号を出力する保護電流設定部６と、電池１と
直列に接続している電流検出抵抗７と、この電流検出抵
抗７の両端に発生する電圧を増幅する差動アンプ８と、
差動アンプ８の出力であるアナログ信号をデジタル信号
に変換するＡ／Ｄコンバータ９とを備える。The overcurrent protection circuit 2 includes a semiconductor switching element 4 for interrupting a current when an overcurrent flows through the battery 1.
And the current flowing through the battery 1 is compared with the set current.
A comparison and holding unit 5 that switches the semiconductor switching element 4 from on to off and holds the semiconductor switching element 4 in an off state when the current is larger than the set current, and a protection current that outputs a set current signal to cut off the current to the comparison and holding unit 5 A setting unit 6, a current detection resistor 7 connected in series to the battery 1, a differential amplifier 8 for amplifying a voltage generated across the current detection resistor 7,
An A / D converter 9 for converting an analog signal output from the differential amplifier 8 into a digital signal is provided.
【００１６】半導体スイッチング素子４は、電池１と出
力端子１０との間に接続されて、充電電流と放電電流を
遮断する。図の半導体スイッチング素子４は、二つのＦ
ＥＴを逆向きに並列に接続して、一方で充電電流を遮断
して、他方で放電電流を遮断する。このように、二つの
半導体スイッチング素子４を逆向きに並列に接続する電
池パックは、充電電流と放電電流の両方の過電流を遮断
できる。ただし、本発明の電池パックは、必ずしも充電
電流と放電電流の両方の過電流を遮断する必要はなく、
たとえば、放電電流のみ、あるいは充電電流のみを過電
流から保護することもできる。図の電池パックは、半導
体スイッチング素子４にＦＥＴを使用してるが、ＦＥＴ
に代わってトランジスターも使用できる。The semiconductor switching element 4 is connected between the battery 1 and the output terminal 10, and cuts off a charging current and a discharging current. The semiconductor switching element 4 shown in FIG.
The ETs are connected in parallel in opposite directions, on the one hand to cut off the charging current and on the other hand to cut off the discharging current. As described above, the battery pack in which the two semiconductor switching elements 4 are connected in parallel in opposite directions can cut off the overcurrent of both the charging current and the discharging current. However, the battery pack of the present invention does not necessarily need to interrupt both the charging current and the discharging current,
For example, only the discharge current or only the charge current can be protected from overcurrent. The battery pack shown in the figure uses an FET for the semiconductor switching element 4.
Alternatively, a transistor can be used.
【００１７】比較保持部５は、Ａ／Ｄコンバータ９から
入力される電池１に流れる電池電流と、保護電流設定部
６から入力される設定電流とを比較し、電池電流が設定
電流よりも大きくなると、半導体スイッチング素子４を
オフに切り換え、その後、リセットされるまでは半導体
スイッチング素子４をオフに保持する。したがって、比
較保持部５は、電池電流が設定電流よりも小さいときに
半導体スイッチング素子４をオンにする信号を出力し、
電池電流が設定電流よりも大きくなると、半導体スイッ
チング素子４をオフにする信号を出力する。さらに、こ
の比較保持部５は、半導体スイッチング素子４をオフに
保持し、かつ、オフに保持する状態をリセットするリセ
ットスイッチ１１を接続している。The comparison holding unit 5 compares the battery current flowing from the A / D converter 9 to the battery 1 and the set current input from the protection current setting unit 6, and the battery current is larger than the set current. Then, the semiconductor switching element 4 is turned off, and thereafter, the semiconductor switching element 4 is kept off until reset. Therefore, the comparison holding unit 5 outputs a signal for turning on the semiconductor switching element 4 when the battery current is smaller than the set current,
When the battery current becomes larger than the set current, a signal for turning off the semiconductor switching element 4 is output. Further, the comparison holding unit 5 is connected to a reset switch 11 that holds the semiconductor switching element 4 off and resets a state where the semiconductor switching element 4 is held off.
【００１８】電流検出抵抗７は、電池１に流れる電流に
比例する電圧降下を生じる。電流検出抵抗７に発生する
電圧降下は差動アンプ８で増幅される。したがって、差
動アンプ８の出力電圧は、電池電流に比例する電圧とな
る。差動アンプ８の出力電圧は、Ａ／Ｄコンバータ９で
デジタル信号に変換される。したがって、Ａ／Ｄコンバ
ータ９の出力は、電池電流を示すデジタル信号となる。The current detection resistor 7 generates a voltage drop proportional to the current flowing through the battery 1. The voltage drop generated in the current detection resistor 7 is amplified by the differential amplifier 8. Therefore, the output voltage of the differential amplifier 8 is a voltage proportional to the battery current. The output voltage of the differential amplifier 8 is converted into a digital signal by the A / D converter 9. Therefore, the output of the A / D converter 9 is a digital signal indicating the battery current.
【００１９】本発明の電池パックは、電流を遮断する設
定電流を一定に特定しない。したがって、保護電流設定
部６から比較保持部５に出力される設定電流値は、温度
（Ｔ）、電圧（Ｖ）、容量（Ｃ）、時間（ｔ）、電池の
構造（Ｍ）をパラメーターとして最適値に変化させる。
保護電流設定部６から比較保持部５に出力される設定電
流値（ＩS）は、以下の関数で最適値に変更される。 ＩS＝ｆ（T、V、C、t、M）In the battery pack of the present invention, the set current for interrupting the current is not specified. Therefore, the set current value output from the protection current setting unit 6 to the comparison holding unit 5 is determined by using the temperature (T), voltage (V), capacity (C), time (t), and battery structure (M) as parameters. Change to the optimal value.
The set current value (IS) output from the protection current setting unit 6 to the comparison holding unit 5 is changed to an optimum value by the following function. IS = f (T, V, C, t, M)
【００２０】保護電流設定部６は、好ましくは、温度
（Ｔ）と電圧（Ｖ）と容量（Ｃ）と時間（ｔ）と電池の
構造（Ｍ）の全てをパラメーターとして、設定電流値を
最適値に変更する。複数のパラメーターで設定電流を変
更する保護電流設定部６は、各々のパラメーターで独立
して設定電流値を特定し、あるいは、複数のパラメータ
ーの組み合せとして設定電流値を特定する。パラメータ
ーで複数の設定電流値が特定される場合は、最低の電流
値を設定電流値とする。ただ、保護電流設定部は、かな
らずしも、以上の全てをパラメーターとして設定電流値
を最適値に変更する必要はなく、いずれかひとつ、ある
いは複数のパラメーターで設定電流値を最適値に変更す
ることもできる。The protection current setting unit 6 preferably optimizes the set current value by using all of the temperature (T), voltage (V), capacity (C), time (t), and battery structure (M) as parameters. Change to a value. The protection current setting unit 6 that changes the set current with a plurality of parameters specifies the set current value independently for each parameter, or specifies the set current value as a combination of a plurality of parameters. When a plurality of set current values are specified by parameters, the lowest current value is set as the set current value. However, the protection current setting unit does not necessarily need to change the set current value to the optimum value using all of the above as parameters, and it is also possible to change the set current value to the optimum value with one or a plurality of parameters. .
【００２１】図４の保護電流設定部６は、温度をパラメ
ーターとして設定電流値を変更するために、電池温度を
検出する温度センサー１２と、半導体スイッチング素子
４の温度を検出する温度センサー１３とを備えている。
図６は、電池温度に対する設定電流値を示すグラフであ
る。電池温度に対して設定電流値を変化させる割合は、
電池パックに内蔵される電池１のタイプや大きさ等で最
適値とする。たとえば、ニッケル−カドミウム電池は高
温特性に優れるので、電池温度に対する設定電流値の低
下を少なくし、ニッケル−水素電池やリチウムイオン二
次電池は、電池温度に対する設定電流値の低下を大きく
して、温度による電池性能の低下を有効に防止する。The protection current setting section 6 shown in FIG. 4 includes a temperature sensor 12 for detecting the battery temperature and a temperature sensor 13 for detecting the temperature of the semiconductor switching element 4 in order to change the set current value using the temperature as a parameter. Have.
FIG. 6 is a graph showing a set current value with respect to a battery temperature. The ratio of changing the set current value to the battery temperature is
The optimum value is set according to the type and size of the battery 1 incorporated in the battery pack. For example, a nickel-cadmium battery is excellent in high-temperature characteristics, so that a decrease in the set current value with respect to the battery temperature is reduced, and a nickel-hydrogen battery and a lithium ion secondary battery increase the decrease in the set current value with respect to the battery temperature, Effectively prevent battery performance from deteriorating due to temperature.
【００２２】半導体スイッチング素子４は、温度が高く
なるにしたがって許容できる最大損失が小さくなる。し
たがって、図７に示すように、半導体スイッチング素子
４の温度が高くなるにしたがって、設定電流値を小さく
する。The maximum allowable loss of the semiconductor switching element 4 decreases as the temperature increases. Therefore, as shown in FIG. 7, as the temperature of the semiconductor switching element 4 increases, the set current value decreases.
【００２３】さらに、図４の保護電流設定部６は、電池
電圧と半導体スイッチング素子４の電圧をパラメーター
として設定電流値を変更するために、電池電圧と、半導
体スイッチング素子４の電圧を検出している。図示しな
いが、保護電流設定部６は、これ等の電圧をデジタル値
に変換するＡ／Ｄコンバータを内蔵している。Further, the protection current setting section 6 shown in FIG. 4 detects the battery voltage and the voltage of the semiconductor switching element 4 in order to change the set current value using the battery voltage and the voltage of the semiconductor switching element 4 as parameters. I have. Although not shown, the protection current setting section 6 has an A / D converter for converting these voltages into digital values.
【００２４】電池１は、放電させると図８に示すように
電池電圧が低下し、充電すると図９に示すように電池電
圧が上昇する。これ等の図は、電池電圧をパラメーター
として変化する設定電流値も示してる。図８は、電池を
放電して、電池の残容量が少なくなって電池電圧が低下
すると設定電流値を小さくしている。このように、残容
量が少なくなって電池電圧が低下するときに設定電流を
小さくする電池パックは、完全放電に近い状態で電池性
能の低下を有効に防止できる。さらに、図９は、電池を
充電して満充電に近づいて電池電圧が上昇すると設定電
流値を小さくしている。このように、満充電に近くなっ
て設定電流値を小さくする電池パックは、リチウムイオ
ン二次電池を内蔵して、満充電するときの電池性能の低
下を有効に防止できる。リチウムイオン二次電池は満充
電に近くなると、イオンの移動度が低下するので、大電
流で充電すると電池性能が低下するが、設定電流値を小
さくするとこの弊害が発生しない。When the battery 1 is discharged, the battery voltage drops as shown in FIG. 8, and when the battery 1 is charged, the battery voltage rises as shown in FIG. These figures also show a set current value that changes with the battery voltage as a parameter. FIG. 8 shows that the set current value is reduced when the battery is discharged and the remaining capacity of the battery decreases and the battery voltage decreases. As described above, in the battery pack in which the set current is reduced when the remaining capacity decreases and the battery voltage decreases, it is possible to effectively prevent a decrease in battery performance in a state close to complete discharge. Further, FIG. 9 shows that the set current value is reduced when the battery is charged and the battery voltage increases as the battery approaches full charge. As described above, the battery pack which is close to full charge and reduces the set current value has a built-in lithium ion secondary battery, and can effectively prevent a decrease in battery performance when fully charged. When the lithium ion secondary battery is almost fully charged, the mobility of ions is reduced. Therefore, when the battery is charged with a large current, the battery performance is reduced. However, when the set current value is reduced, this problem does not occur.
【００２５】電池１を放電するときに、電池電圧をパラ
メーターとして設定電流値を変更する保護電流設定部６
は、図１０と図１１に示すように、設定電流値を変更す
ることもできる。図１０は、放電の末期のみでなく、放
電を開始した最初の電池電圧が高いときにも設定電流値
を小さくしている。このように設定電流値を変更する電
池パックは、放電を開始して電池の内部温度が低いとき
に化学反応が充分でない電池の大電流による電池性能の
低下を有効に防止できる。さらに、図１１は、放電を開
始して電池電圧が高いときの設定電流値を大きくしてい
る。この電池パックは、充分に充電した状態で大出力を
取り出すことがてきる。When the battery 1 is discharged, a protection current setting unit 6 for changing a set current value using the battery voltage as a parameter.
As shown in FIGS. 10 and 11, the set current value can be changed. FIG. 10 shows that the set current value is reduced not only at the end of the discharge but also when the initial battery voltage at the start of the discharge is high. The battery pack in which the set current value is changed in this way can effectively prevent a decrease in battery performance due to a large current of a battery that does not perform a sufficient chemical reaction when the internal temperature of the battery is low by starting discharge. Further, in FIG. 11, the set current value when the battery voltage is high after the discharge is started is increased. This battery pack can take out a large output while being fully charged.
【００２６】さらに、電池１を充電するときに、電池電
圧をパラメーターとして設定電流値を変更する保護電流
設定部６は、図１２に示すように、充電を開始したとき
に設定電流値小さくして、充電末期の電池電圧が高くな
るときに、設定電流を上昇させることもできる。この電
池パックは、電池の内部温度が低くて速やかな化学反応
ができない状態では設定電流を小さくして、過大な大電
流による電池性能の低下を防止しながら、充電の末期に
なって電池電圧が上昇して電池の内部温度が高くなって
化学反応が速やかにできる状態では、設定電流を大きく
して速やかに満充電できる。Further, when charging the battery 1, the protection current setting unit 6, which changes the set current value using the battery voltage as a parameter, reduces the set current value when charging is started, as shown in FIG. When the battery voltage at the end of charging increases, the set current can be increased. In the battery pack, when the internal temperature of the battery is low and a rapid chemical reaction cannot be performed, the set current is reduced to prevent a decrease in battery performance due to an excessively large current. In a state in which the temperature rises and the internal temperature of the battery rises and a chemical reaction can be performed quickly, the set current can be increased and the battery can be fully charged quickly.
【００２７】さらに、保護電流設定部６は、図８ないし
図１２の矢印で示すように、電池温度と電池電圧の両方
をパラメーターとして、設定電流値を変更することもで
きる。Further, the protection current setting unit 6 can change the set current value using both the battery temperature and the battery voltage as parameters, as shown by arrows in FIGS.
【００２８】保護電流設定部６が、電池１の残容量を算
出し、算出した残容量をパラメーターとして設定電流値
を変更するグラフを図１３に示す。保護電流設定部６
は、充電容量から放電容量を減算して残容量を算出す
る。充電容量は、Ａ／Ｄコンバータ９から入力される充
電電流の積算値で算出される。正確には、充電電流の積
算値に充電効率をかけて充電容量を算出する。放電容量
は、放電電流の積算値を減算して算出する。図１３は、
残容量が０に近付く、いいかえると完全に放電されるに
したがって設定電流値を小さくし、また、残容量が１０
０％に近付く、いいかえると満充電に近づくにしたがっ
て設定電流値を小さく、中間で大きくしている。ところ
で、電池は、残容量を５０％とする近傍で充放電される
と、最も長寿命に使用できる特性がある。この程度の残
容量での使用が最も劣化させないからである。したがっ
て、図１３に示すように、残容量を５０％付近で設定電
流値を大きくする電池パックは、長寿命に使用しなが
ら、残容量を５０％近傍とする領域での出力を大きくで
きる。FIG. 13 shows a graph in which the protection current setting section 6 calculates the remaining capacity of the battery 1 and changes the set current value using the calculated remaining capacity as a parameter. Protection current setting section 6
Calculates the remaining capacity by subtracting the discharge capacity from the charge capacity. The charging capacity is calculated by an integrated value of the charging current input from the A / D converter 9. To be precise, the charging capacity is calculated by multiplying the integrated value of the charging current by the charging efficiency. The discharge capacity is calculated by subtracting the integrated value of the discharge current. FIG.
When the remaining capacity approaches 0, in other words, as the battery is completely discharged, the set current value is reduced.
The set current value decreases as the value approaches 0%, or in other words, approaches full charge, and increases in the middle. By the way, a battery has the characteristic that it can be used for the longest life if it is charged and discharged in the vicinity where the remaining capacity is 50%. This is because use with such a remaining capacity does not deteriorate the most. Therefore, as shown in FIG. 13, the battery pack in which the set current value is increased when the remaining capacity is around 50% can increase the output in the region where the remaining capacity is around 50% while using for a long life.
【００２９】保護電流設定部６が、時間をパラメーター
として設定電流値を変更するグラフを図１４に示す。こ
の図は、横軸に過大電流が流れる時間を示し、縦軸に設
定電流値を示している。この図に示すように、過大電流
が流れる時間が短いときには設定電流値を大きくし、過
大電流が流れる時間が長くなるほど設定電流値を小さく
する。過大電流が長時間に流れると、電池性能を劣化さ
せるからである。さらに、この図は、時間と温度の両方
をパラメーターとして設定電流値を特定している。温度
が高くなると、同じ時間でも設定電流値を小さくしてい
る。FIG. 14 shows a graph in which the protection current setting unit 6 changes the set current value using time as a parameter. In this figure, the horizontal axis indicates the time during which the excessive current flows, and the vertical axis indicates the set current value. As shown in this figure, the set current value is increased when the time during which the excessive current flows is short, and the set current value is decreased as the time during which the excessive current flows increases. This is because, when an excessive current flows for a long time, the battery performance is deteriorated. Further, in this figure, the set current value is specified using both time and temperature as parameters. When the temperature increases, the set current value is reduced even in the same time.
【００３０】さらに、保護電流設定部６は、電池１の構
造によっても設定電流値を変更している。電池１を放電
させるときに、図３に示すように各々の電池の電流がア
ンバランスになるとき、最も大きな電流が流れる電池の
電流が最大電流を越えないように、設定電流値を特定す
る。たとえば、図２に示すように、二つの電池１を並列
に接続する電池パックを放電すると、各々の電池１に流
れる電流は図３に示すように変化する。この電池パック
は、残容量がほぼ０％となる付近で、大きな電流が流れ
る電池に比較して、小さな電流が流れる電池の電流は５
０％となる。この電池パックの保護電流設定部は、図１
５に示すように、残容量が０％となる領域では設定電流
値を７５％まで低下させる。Further, the protection current setting section 6 changes the set current value depending on the structure of the battery 1. When the batteries 1 are discharged, when the currents of the batteries become unbalanced as shown in FIG. 3, the set current value is specified so that the current of the battery in which the largest current flows does not exceed the maximum current. For example, as shown in FIG. 2, when a battery pack connecting two batteries 1 in parallel is discharged, the current flowing through each battery 1 changes as shown in FIG. In this battery pack, the current of the battery in which a small current flows is about 5% as compared with the battery in which a large current flows when the remaining capacity is almost 0%.
0%. The protection current setting section of this battery pack is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, in a region where the remaining capacity is 0%, the set current value is reduced to 75%.
【００３１】保護電流設定部６は、二つの電池を並列に
接続して、一方の電池電流が他方のＡ％になる場合、Ａ
％となる領域での設定電流値を、各々の電池に等しく電
流が流れる領域の設定電流値の（１＋Ａ／１００）／２
倍とする。The protection current setting section 6 connects two batteries in parallel, and when one battery current becomes A% of the other,
% Of the set current value in the region where current flows equally through each battery is (1 + A / 100) / 2
Double it.
【００３２】図３の電流特性の電池パックは、残容量が
０％に近付くにしたがって、各々の電池のアンバランス
が大きくなる。したがって、保護電流設定部６は、図１
５に示すように、電池電流のアンバランスが大きくなる
領域での設定電流値を小さくしている。したがって、こ
の保護電流設定部６は、電池１の構造と残容量の両方を
パラメーターとして設定電流値を変更している。ただ
し、電池パックは、必ずしも図３に示すように、残容量
が変化するにしたがって各々の電池電流が変動するとは
限らない。たとえば、２本の電池を並列に接続して、一
方の電池に接続しているリード線の抵抗が極めて大きい
とき、あるいは、リード線の抵抗に比較して、放電電流
が極めて大きいとき、あるいは、電気自動車用の電池パ
ックのように、残容量が０％となる領域までは放電させ
ない用途においては、各々の電池に流れる電流のアンバ
ランスはほぼ一定となる。したがって、この状態で放電
される電池パックの保護電流設定部６は、残容量をパラ
メーターとすることなく、たとえば、電池温度と構造を
パラメーターとして、設定電流値を最適値に変更するこ
ともできる。In the battery pack having the current characteristics shown in FIG. 3, the unbalance of each battery increases as the remaining capacity approaches 0%. Therefore, the protection current setting unit 6 is configured as shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the set current value is reduced in a region where the imbalance of the battery current is large. Therefore, the protection current setting unit 6 changes the set current value using both the structure of the battery 1 and the remaining capacity as parameters. However, in the battery pack, as shown in FIG. 3, the respective battery currents do not always change as the remaining capacity changes. For example, when two batteries are connected in parallel and the resistance of the lead wire connected to one battery is extremely large, or when the discharge current is extremely large compared to the resistance of the lead wire, or In an application such as a battery pack for an electric vehicle that does not discharge to a region where the remaining capacity is 0%, the imbalance of current flowing through each battery is substantially constant. Therefore, the protection current setting unit 6 of the battery pack discharged in this state can change the set current value to an optimum value, for example, using the battery temperature and the structure as parameters without using the remaining capacity as a parameter.
【００３３】[0033]
【発明の効果】本発明の電池パックは、過電流保護回路
の設定電流を常に最適な設定電流として、電池パックを
有効に利用できる状態としながら、電池等の内蔵部品を
保護できる特長がある。それは、本発明の電池パック
が、電池に流れる電流を検出して、電流が設定電流より
も大きくなると電流を遮断する過電流保護回路を内蔵し
ており、過電流保護回路が、電流を遮断する設定電流を
一定値に固定することなく、温度、電圧、容量の少なく
ともいずれかを検出して最適値に変化させているからで
ある。The battery pack of the present invention has a feature that the set current of the overcurrent protection circuit is always set as the optimum set current so that the battery pack can be effectively used and the built-in components such as the battery can be protected. That is, the battery pack of the present invention has a built-in overcurrent protection circuit that detects a current flowing in the battery and cuts off the current when the current becomes larger than a set current, and the overcurrent protection circuit cuts off the current. This is because, without fixing the set current to a constant value, at least one of the temperature, the voltage, and the capacitance is detected and changed to an optimum value.
【００３４】さらに、本発明の請求項６の電池パック
は、互いに並列に接続している電池と、電池に流れるト
ータルの電流を検出して電流が設定電流よりも大きくな
ると電流を遮断する過電流保護回路を内蔵しており、こ
の過電流保護回路が、電池の残容量が少なくなると設定
電流を小さくしているので、常に最適な設定電流にでき
る。The battery pack according to claim 6 of the present invention further comprises a battery connected in parallel with the battery and an overcurrent for detecting the total current flowing through the battery and interrupting the current when the current exceeds a set current. A protection circuit is built-in, and the overcurrent protection circuit reduces the set current when the remaining capacity of the battery decreases, so that the optimum set current can always be obtained.
【図１】複数の電池を並列接続している電池パックの一
例を示す配線図FIG. 1 is a wiring diagram illustrating an example of a battery pack in which a plurality of batteries are connected in parallel.
【図２】図１に示す電池パックの等価回路図FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of the battery pack shown in FIG.
【図３】図２に示す電池パックの電池セルａ、ｂの電流
特性を示すグラフFIG. 3 is a graph showing current characteristics of battery cells a and b of the battery pack shown in FIG.
【図４】本発明の実施例の電池パックの回路構成を示す
ブロック図FIG. 4 is a block diagram showing a circuit configuration of the battery pack according to the embodiment of the present invention.
【図５】図４に示す電池パックの電池の接続状態を示す
図FIG. 5 is a diagram showing a connection state of batteries of the battery pack shown in FIG. 4;
【図６】電池温度に対する設定電流値を示すグラフFIG. 6 is a graph showing a set current value with respect to a battery temperature.
【図７】半導体スイッチング素子の温度に対する設定電
流値を示すグラフFIG. 7 is a graph showing a set current value with respect to a temperature of a semiconductor switching element.
【図８】電池を放電させるときの電池特性と設定電流値
を示すグラフFIG. 8 is a graph showing battery characteristics and a set current value when the battery is discharged.
【図９】電池を充電させるときの電池特性と設定電流値
を示すグラフFIG. 9 is a graph showing battery characteristics and a set current value when the battery is charged.
【図１０】電池を放電させるときの設定電流値の他の一
例を示すグラフFIG. 10 is a graph showing another example of the set current value when discharging the battery.
【図１１】電池を放電させるときの設定電流値の他の一
例を示すグラフFIG. 11 is a graph showing another example of the set current value when discharging the battery.
【図１２】電池を充電させるときの設定電流値の他の一
例を示すグラフFIG. 12 is a graph showing another example of the set current value when charging the battery.
【図１３】電池の残容量をパラメーターとして設定電流
値を変更する状態を示すグラフFIG. 13 is a graph showing a state in which the set current value is changed using the remaining capacity of the battery as a parameter.
【図１４】時間をパラメーターとして設定電流値を変更
する状態を示すグラフFIG. 14 is a graph showing a state in which a set current value is changed using time as a parameter.
【図１５】電池の構造によって設定電流値を変更する状
態を示すグラフFIG. 15 is a graph showing a state in which a set current value is changed depending on the structure of a battery.
１…電池 ２…過電流保護回路 ３…リード線 ４…半導体スイッチング素子 ５…比較保持部 ６…保護電流設定部 ７…電流検出抵抗 ８…差動アンプ ９…Ａ／Ｄコンバータ １０…出力端子 １１…リセットスイッチ １２…温度センター １３…温度センター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Battery 2 ... Overcurrent protection circuit 3 ... Lead wire 4 ... Semiconductor switching element 5 ... Comparison holding part 6 ... Protection current setting part 7 ... Current detection resistor 8 ... Differential amplifier 9 ... A / D converter 10 ... Output terminal 11 ... Reset switch 12 ... Temperature center 13 ... Temperature center
Claims (6)
が設定電流よりも大きくなると電流を遮断する過電流保
護回路(2)を内蔵する電池パックにおいて、 過電流保護回路(2)が電流を遮断する設定電流を、温
度、電圧、容量の少なくともいずれかを検出して変化さ
せることを特徴とする電池パック。An overcurrent protection circuit (2) for detecting a current flowing through a battery (1) and incorporating an overcurrent protection circuit (2) for interrupting the current when the current exceeds a set current. The battery pack according to any one of claims 1 to 3, wherein the set current for interrupting the current is changed by detecting at least one of temperature, voltage, and capacity.
出し、電池温度が高くなると設定電流を減少させること
を特徴とする請求項１に記載の電池パック。2. The battery pack according to claim 1, wherein the overcurrent protection circuit detects the temperature of the battery, and decreases the set current when the battery temperature increases.
検出し、残容量が少なくなると設定電流を減少させる請
求項１の電池パック。3. The battery pack according to claim 1, wherein the overcurrent protection circuit detects the remaining capacity of the battery, and reduces the set current when the remaining capacity decreases.
接続している半導体スイッチング素子(4)の電圧を検出
し、半導体スイッチング素子(4)の電圧が高くなると設
定電流を減少させる請求項１の電池パック。4. An overcurrent protection circuit (2) detects a voltage of a semiconductor switching element (4) connected in series with a battery (1), and sets a set current when a voltage of the semiconductor switching element (4) increases. The battery pack according to claim 1, wherein the battery pack is reduced.
分値で設定電流を変化させる請求項１の電池パック。5. The battery pack according to claim 1, wherein the overcurrent protection circuit changes the set current by an integrated value of the current and time.
並列に接続された電池(1)に流れるトータルの電流を検
出して、電流が設定電流よりも大きくなると電流を遮断
する過電流保護回路(2)を内蔵する電池パックにおい
て、 過電流保護回路(2)が、電池(1)の残容量が少なくなると
設定電流を小さくすることを特徴とする電池パック。6. A battery (1) connected in parallel with each other,
In a battery pack with a built-in overcurrent protection circuit (2) that detects the total current flowing through the battery (1) connected in parallel and shuts off the current when the current exceeds the set current, the overcurrent protection circuit ( 2) A battery pack characterized in that the set current is reduced as the remaining capacity of the battery (1) decreases.
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