JP2002017040A - 二次電池の保護回路 - Google Patents

二次電池の保護回路

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JP2002017040A JP2000197418A JP2000197418A JP2002017040A JP 2002017040 A JP2002017040 A JP 2002017040A JP 2000197418 A JP2000197418 A JP 2000197418A JP 2000197418 A JP2000197418 A JP 2000197418A JP 2002017040 A JP2002017040 A JP 2002017040A
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圭和 清原
Kozo Fukami
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池ブロックと保護回路基板とが接続され、
機械的ストレスが加わる状況でも、保護回路の動作を正
確に測定する。 【解決手段】 スイッチ素子9の電力端子9Cと抵抗付
き温度ヒューズ10との間とアース間とに、抵抗器25
が接続され、抵抗器25とのスイッチ素子9の電力端子
9Cとの間に、マイコン21の入力端子21Dが接続さ
れている。マイコン21の出力端子21Cは、スイッチ
素子22の電力制御端子22Aが接続され、スイッチ素
子22の電力端子22Cと過電圧保護IC8の入力端子
8Aとの間に抵抗器24が接続されている。さらに抵抗
器24が接続された過電圧保護IC8の入力端子8Aと
電池ブロック4の電池セル4Aおよび4Bの接続点との
間に、抵抗器23が接続されている。マイコン21は、
外部信号によってスイッチ素子22を導通状態にして、
過電圧保護IC8を動作させ、スイッチ素子9を導通さ
せてスイッチ素子22を非導通にする。

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
二次電池等の二次電池に用いられる保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】二次電池の一つであるリチウムイオン二
次電池の充電方法としては、図2に示す様に、初めにリ
チウムイオン二次電池の正負の端子間に一定電流を流し
て充電(定電流充電)を行い、リチウムイオン二次電池
の正負の端子間電圧が所定の電圧値に達した後には、リ
チウムイオン二次電池の正負の端子間に一定電圧を印加
して充電(定電圧充電)を行うのが一般的である。
【0003】この定電流・定電圧充電方法では、二次電
池の正負の端子間電圧が所定の電圧値(例えば、4.2
0[V])になるまで、二次電池の正負の端子間に一定
電流を供給して、二次電池の正負の端子間電圧が所定の
電圧値に達した後には、二次電池の正負の端子間電圧が
所定の電圧値を超えないように電池特性に合わせて充電
電流を絞りながら定電圧充電に切り替えるようになって
いる。
【0004】ところで、充電器の故障等により、二次電
池の正負の端子間電圧が所定の電圧値に達した後も充電
電圧が上昇を続けると、充放電容量低下等の電池特性が
劣化する可能性がある。このため通常、リチウムイオン
二次電池の電池パック内には、保護回路として、SU
(Safty Unit)が内蔵されている。SUは、
充電電圧が所定の電圧値を超えて上昇を続けてリチウム
イオン二次電池の充電禁止電圧に達すると、充電用FE
Tを非導通あるいは抵抗付き温度ヒューズを溶断するこ
とにより、充電禁止状態として二次電池の保護動作を行
う。
【0005】図3は、リチウムイオン二次電池の保護回
路の従来例を示す回路図である。リチウムイオン二次電
池である電池ブロック4には、保護回路18が設けられ
ており、電池ブロック4の充電時には保護回路18のプ
ラス端子2およびマイナス端子3にCVCC充電器1の
プラス端子およびマイナス端子がそれぞれ接続される。
保護回路18のマイナス端子3と電池ブロック4のマイ
ナス電極との間には、抵抗器6が直列に接続されてお
り、抵抗器6の電圧が充電制御IC5によって検出され
るようになっている。充電制御IC5の出力は、CVC
C充電器1のプラス端子に接続される保護回路18のプ
ラス端子2と抵抗付き温度ヒューズ10との間に設けら
れた第1のスイッチ素子7の電力制御端子に与えられて
いる。抵抗付き温度ヒューズ10は、第1のスイッチ素
子7と電池ブロック4のプラス電極との間に直列接続さ
れた一対の温度ヒューズ素子10Bおよび10Cと、温
度ヒューズ素子10Bおよび10Cの接続点に一端が接
続された抵抗器10Aとによって構成されている。抵抗
器10Aの他方の端子は、第2のスイッチ素子9の一方
の電力端子に接続されており、第2のスイッチ素子9の
他方の電力端子は、電池ブロック4のマイナス電極に接
続されている。
【0006】電池ブロック4は、例えば一対の電池セル
4Aおよび電池セル4Bを直列接続して構成されてお
り、電池セル4Aの電圧が、過電圧保護IC8の所定に
よって検出されている。過電圧保護IC8は、電池ブロ
ック4の各電池セル4Aおよび4Bの電圧値を監視して
おり、過電圧保護IC8の出力が、第2のスイッチ素子
9の電圧制御端子に与えられている。
【0007】CVCC充電器1は、ACアダプタ(図示
せず)より供給される電力により、保護回路18のプラ
ス端子2とマイナス端子3を介して、図2に示す様に電
池ブロック4の電圧が所定の電圧値になるまで、一定の
充電電流を電池ブロック4に供給する。CVCC充電器
1は、図2に示すように時間t1において電池ブロック
4の端子間電圧が所定の電圧値に達すると以後は、電池
ブロック4への印加電圧を一定に保ちながら、電池ブロ
ック4の電池特性に合わせて充電電流を順次絞る。CV
CC充電器1が、正常に動作する場合には、図2に示す
CVCC(Constant Voltage,Con
stant Current)特性である充電電流特性
および充電電圧特性により電池ブロック4は充電され
る。充電制御IC5は、抵抗器6により電圧変換された
充電電流を監視し、充電電流が所定電流値以下となった
場合に満充電と見なし、スイッチ素子7を非導通にする
ことにより、CVCC充電器1より供給される充電電流
の供給を停止する。
【0008】しかしながら、CVCC充電器1の故障あ
るいはCVCC充電器1が所定のCVCC特性を有して
いないこと等により、CVCC充電器1の特性が図2に
示すような充電電流特性および充電電圧特性を満足しな
い場合には、電池ブロック4の充電電圧は、所定の電圧
値以上に上昇し、電池ブロック4の電池特性を劣化させ
る可能牲が生じる。この様な電池特性を劣化させる充電
電圧が、電池ブロック4に印加されないように、過電圧
保護IC8により電池ブロック4の各セル電圧が監視さ
れている。過電圧保護IC8は、電池ブロック4におけ
る電池セル4Aの電圧が所定の電圧値以上になった場合
には、その出力をLOWレベルからHIGHレベルとす
る。これにより、スイッチ素子9は、導通状態となり、
抵抗付き温度ヒューズ10に内蔵されている抵抗器10
Aと温度ヒューズ素子10Bおよび10Cが通電状態と
なり、CVCC充電器1あるいは電池ブロック4により
供給される電力により抵抗器10Aが発熱することによ
って、抵抗器10Aと電気的に接続されている温度ヒュ
ーズ素子10Bおよび温度ヒューズ素子10Cが加熱さ
れて溶断される。
【0009】直列接続されている温度ヒューズ素子10
Bおよび10Cは、CVCC充電器1と電池ブロック4
との間に直列に接続されており、抵抗器10Aが温度ヒ
ューズ素子10Bおよび10Cの接続点に接続されてい
る。したがって、例えば、温度ヒューズ素子10Cが溶
断されると、抵抗器10Aには、CVCC充電器1から
電力が供給され、抵抗器10Aが加熱されることにより
温度ヒューズ素子10Bも溶断されることになる。この
結果、電池ブロック4への充電経路が切断されるととも
に、CVCC充電器1から抵抗器10Aへの電力供給経
路も切断されるために、抵抗器10Aが発熱し続けるお
それはない。
【0010】図4は、リチウムイオン二次電池の保護回
路18の動作を検査し得る構成を示す。電池ブロック4
を構成する電池セル4Aのプラス端子と過電圧保護IC
8の所定の入力端子には、抵抗器11が接続されてお
り、また、電池セル4Aのマイナス端子と過電圧保護I
C8の所定の入力端子に抵抗器12が接続されている。
さらに、抵抗器11と過電圧保護IC8との接続点に
は、第1の検査端子13が接続されており、抵抗器12
と過電圧保護IC8との接続点には、第2の検査端子1
4が接続されている。また、抵抗付き温度ヒューズ10
における抵抗器10Aと第2のスイッチ素子9との接続
点に第3の検査端子15が接続されており、さらに、電
池ブロック4のマイナス電極に第4の検査端子16が接
続されている。
【0011】このような構成において、第1の検査端子
13と第2の検査端子14との間に過電圧保護IC8が
動作する所定の電圧値以上の電圧を電圧印加ピン(図示
せず)より印加すると、抵抗器11と抵抗器12により
電池セル4Aおよび4Bに対する電圧は維持され、過電
圧保護IC8の二つの入力端子の両端には、過電圧保護
IC8が動作する所定の電圧値以上の電圧が印加され
る。この結果、過電圧保護IC8の出力は、LOWレベ
ルからHIGHレベルになり、第2のスイッチ素子9が
導通状態となる。スイッチ素子9が導通状態となると、
第3の検査端子15と第4の検査端子16との間の電圧
レベルはHIGHレベルからLOWレベルとなり、この
状態が第3の検査端子15および第4の検査端子16に
接続された検査プローブ(図示せず)によって監視され
る。これにより、過電圧保護IC8とスイッチ素子9と
が正常に動作していることが確認される。
【0012】図5は、電池ブロック4の概略構成図であ
る。電池ブロック4には、保護回路18が設けられた保
護回路基板18Aが取付けられており、保護回路基板1
8A上に、保護回路機能検査機19に接続されるコネク
タ17が設けられている。
【0013】電池ブロック4には、金属薄板(図示せ
ず)の一方の端部がスポット溶接等により電気的および
機械的に接続され、他方の端部が半田付け等により保護
回路基板18Aに電気的および機械的に接続されてい
る。これにより、電池ブロック4と保護回路基板18A
とが電気的および機械的に接続されている。
【0014】電池ブロック4と保護回路基板18Aとの
接続時には、保護回路18が故障しておらず正常である
ことを確認するために、前述した第1の検査端子13と
第2の検査端子14とに、所定の電圧値以上の電圧を検
査機の電圧印加ピン(図示せず)にて印加し、同時に第
3の検査端子15と第4の検査端子16との間の電圧レ
ベルを検査機の検査プローブ(図示せず)にて監視し、
HIGHレべルからLOWレベルとなれば過電圧保護回
路は正常動作していると判断して、電圧印加ピンの間の
電圧の印加を解除する。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】前述した図4に示すよ
うに二次電池の保護回路18の動作を検査することがで
きる構成では、電池ブロック4と保護回路18が設けら
れた保護回路基板18Aとを金属薄板によって機械的お
よび電気的に接続しているため、金属薄板による保護回
路基板18Aへの機械的ストレス等により、保護回路基
板18Aが変形して、第1〜第4の各検査端子13〜1
6の位置がズレ、電圧印加ピンおよび信号検出用プロー
ブを第1〜第4の各検査端子13〜16に対して正確に
導通状態で接触させることが容易でないという問題があ
る。
【0016】さらに、量産工程において、前述の検査を
行うと、電圧印加ピンおよび検査プローブ接触面の汚
れ、あるいは電圧印加ピンおよび検査プローブ接触面へ
のフラックス等による絶縁被膜の付着により、電圧印加
ピンおよび検査プローブと各検査端子13〜16との導
通が取りにくくなり測定が不安定になるという問題も有
る。
【0017】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、その目的は、充電時の二次電池を過電圧から保
護する回路において、保護回路基板に機械的ストレスが
加わる状況でも、過電圧保護ICとスイッチ素子との動
作状態を正確に測定できる保護回路を提供することにあ
る。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の保護
回路は、電池ブロックを構成する直列接続された複数の
電池セルにおける1つまたは複数の電池セルの電圧が所
定の電圧値以上になると、遮断信号を出力する過電圧保
護手段と、該過電圧保護手段から出力される遮断信号に
よって、電池ブロックに供給される電圧を遮断する手段
と、外部信号により所定の動作信号を出力すると共に該
過電圧保護手段から出力される遮断信号により、所定の
動作信号の出力を停止する制御手段と、該制御手段から
の動作信号により、該過電圧保護手段が遮断信号を出力
する電圧を該電池ブロックから生成する電圧生成手段
と、を具備する。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図1は、本発明の実施の形態
である二次電池の保護回路の概略ブロック図である。こ
の二次電池の保護回路は、電池ブロック4に一体的に設
けられており前述のCVCC充電器に接続されることに
よって、電池ブロック4を充電し、保護回路機能検査機
19に接続されることによって、保護回路機能が検査さ
れる。図1は、保護回路機能検査機19に保護回路18
を接続した状態を示している。
【0020】保護回路18には、CVCC充電器1およ
び保護回路機能検査機19に接続されるコネクタ20が
設けられており、コネクタ20のプラス端子20Aは、
抵抗付き温度ヒューズ10の温度ヒューズ素子10Bの
一端に接続されている。コネクタ20のマイナス端子2
0Bは、電池ブロック4を構成する電池セル4Bのマイ
ナス電極に接続されている。コネクタ20のプラス端子
20Aおよび20Bは、保護回路機能検査機19の電力
供給端子19Aおよび電力帰還端子19Bにそれぞれ接
続されるようになっており、また、CVCC充電器のプ
ラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続されるよう
になっている。
【0021】電力供給端子19Aは、抵抗付き温度ヒュ
ーズ10の温度ヒューズ素子10Bと温度ヒューズ素子
10Cとの直列回路を介して、電池ブロック4のプラス
電極に接続されている。温度ヒューズ素子10Bと温度
ヒューズ素子10Cとの接続点には、抵抗器10Aの一
端が接続されており、抵抗器10Aの他端は、第1のス
イッチ素子9の電力端子9Cに接続されている。電力端
子9Cは、抵抗器25を介して電池ブロック4のマイナ
ス電極に接続されている。スイッチ素子9の電力制御端
子9Aは、過電圧保護IC8の出力端子8Cに接続され
ており、スイッチ素子9の電力端子9Bは、電池ブロッ
ク4の電池セル4Bのマイナス電極に接続されている。
【0022】過電圧保護IC8の出力端子8Bは、電池
ブロック4のプラス電極に接続されており、電池セル4
Aと電池セル4Bとの接続点と過電圧保護IC8の入力
端子8Aとの間に抵抗器23が設けられている。入力端
子8Aには、抵抗器24を介して第2のスイッチ素子2
2の電力端子22Cが接続されている。スイッチ素子2
2の電力端子22Bは、電池ブロック4のマイナス電極
に接続されている。
【0023】コネクタ20には、保護回路機能検査機1
9の通信端子19Cおよび19Dにそれぞれ接続される
Data端子20CおよびClock端子20Dが設け
られており、Data端子20CおよびClock端子
20Dがマイクロコンピュータ21の通信端子21Aお
よび21Bにそれぞれ接続されている。また、マイクロ
コンピュータ21の出力端子21Cは、スイッチ素子2
2の電力制御端子22Aに接続されている。
【0024】以上のように構成された二次電池の保護回
路の動作について以下に説明する。保護回路18が保護
回路機能検査機19に接続されると、保護回路機能検査
機19は、マイクロコンピュータ21に対して通信端子
19Cおよび19Dよりコネクタ20のData端子2
0CおよびClock端子20Dを介して、保護回路1
8の検査開始コマンドを送信する。保護回路18の検査
開始コマンドを受信したマイクロコンピュータ21は、
出力端子21Cの出力をLOWレベルからHIGHレベ
ルヘと変化させる。マイクロコンピュータ21の出力端
子21CのHIGHレベルの出力がスイッチ素子22の
電力制御端子22Aに与えられると、スイッチ素子22
は導通状態となる。スイッチ素子22が導通状態となる
と、スイッチ素子22の電力端子22Bおよび22C間
は、導通状態となると共に同電位(アース)となる。こ
れにより、過電圧保護IC8の入力端子8Aには、抵抗
器24と抵抗器23の抵抗値が等しいとすると、アース
に対して電池セル4Aの1/2の電圧が印加される。た
だし、抵抗値の比率は、セルの電圧値によって変化させ
ることができる。ここで、電池セル4Aの電圧値をV
A、抵抗器24と抵抗器23の抵抗値をそれぞれR2
4、R23、入力端子8Aへの印加電圧値をV8、入力
端子8Aおよび8B間の電圧値をVTとすると V8=(R23/R23+R24)×VA =1/2×VA VT=VA+V8 となる。
【0025】この結果、過電圧保護IC8の入力端子8
Aおよび8B間には1電池セル4A分の電圧に、1電池
セル4Aの1/2の電圧を加えた電圧が印加される。こ
の電圧値は、過電圧保護IC8の動作電圧値以上である
ため過電圧保護IC8の出力端子8Cは、LOWレベル
からHIGHレベルになる。スイッチ素子9の電圧制御
端子9Cに過電圧保護IC8の出力端子8CよりHIG
Hレベルの出力が与えられると、スイッチ素子9の電力
端子9Bおよび9C間は、導通状態となり、電力端子9
Cはアースレベルとなる。この結果、抵抗付き温度ヒュ
ーズ10の抵抗器10Aとスイッチ素子9の電力端子9
Cとの接続部は、アースレベルとなり、温度ヒューズ素
子10Bは、保護回路機能検査機19の電力供給端子1
9Aよりコネクタ20のプラス端子20Aを介して供給
される電力により通電状態となる。
【0026】また、温度ヒューズ素子10Cは、電池ブ
ロック4より供給される電力により通電状態となり、温
度ヒューズ素子10Bおよび10Cを介して抵抗器10
Aへ電力が供給される。また、スイッチ素子9が導通状
態になるにともない、抵抗器25のマイクロコンピュー
タ21の入力端子21Dと抵抗器10Aとに接続されて
いる一方の端子側の電圧は、HIGHレベルからLOW
レベルへ変化する。
【0027】マイクロコンピュータ21は、入力端子2
1DへLOWレベルの電圧を与えられることにより、保
護回路18が正常動作していることを認識する。保護回
路18の正常動作認識後、マイクロコンピュータ21
は、出力端子21CをHIGHレベル状態からLOWレ
ベル状態にする。さらに、マイクロコンピュータ21の
出力端子21CよりLOWレベルの出力がスイッチ素子
22の電力制御端子22Aに与えられる。これにより、
スイッチ素子22は、非導通状態となり、過電圧保護I
C8の入力端子8Bおよび8Aに印加されていた過電圧
状態が解除され、過電圧保護IC8の出力端子が、HI
GHレベル状態からLOWレベル状態になリ、スイッチ
素子9は、非導通状態となる。そして、抵抗器25のマ
イクロコンピュータ21の入力端子21Dと抵抗器10
Aとに接続されている一方の端子側は、HIGHレベル
となり、マイクロコンピュータ21は、過電圧保護状態
が解除されたことを認識する。過電圧保護状態の解除
後、マイクロコンピュータ21は、再度通信により保護
回路機能検査機19へ送信して、保護回路18の機能検
査を終了する。
【0028】この様に、保護回路機能検査機19の検査
用コマンドによりマイクロコンピュータ21がスイッチ
素子22を介して過電圧保護1C8への印加電圧を操作
することにより、従来の検査と異なり、電池ブロック4
と保護回路基板18Aが接続された状態で、回路基板上
に検査ピン、プローブを機械的に接触させる必要がな
く、電池ブロック4固定用の治具および基板上の検査端
子の位置精度に関わらず、測定精度の安定した検査を行
うことができる。
【0029】尚、本発明の実施形態では、二つの直列接
続された電池セルからなる電池ブロックについて説明し
たが、電池セルが三つの直列接続された電池セルあるい
はそれ以上の直列接続された電池セルからなる電池ブロ
ックに関しても本発明は有効である。
【0030】
【発明の効果】本発明の二次電池の保護回路は、このよ
うに、マイクロコンピュータが外部信号により所定の動
作信号を出力することで、過電圧保護ICへ過電圧を電
池ブロックから生成させるスイッチ素子を導通状態にし
て、過電圧保護ICを動作させ、電池ブロックに供給さ
れる電圧を制御するスイッチ素子を導通させる。電池ブ
ロックに供給される電圧を制御するスイッチ素子の導通
により、マイクロコンピュータは、過電圧保護ICへ過
電圧を電池ブロックから生成させるスイッチ素子を非導
通状態にする。これにより、二次電池の保護回路の正確
な測定が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態である二次電池の保護回路の
ブロック図である。
【図2】リチウムイオン二次電池の充電チャート図であ
る。
【図3】従来の二次電池の保護回路の一例を示す概略ブ
ロック図である。
【図4】従来の二次電池の保護回路の他の例を示す概略
ブロック図である。
【図5】電池ブロックの概略構成図である。
【符号の説明】
1 CVCC充電器 2 コネクタ端子 3 コネクタ端子 4 電池ブロック 4A 直列電池セル 4B 直列電池セル 5 充電制御IC 6 抵抗器 7 スイッチ素子 8 過電圧保護IC 8A 入力端子 8B 入力端子 8C 出力端子 9 スイッチ素子 9A 電力制御端子 9B 電力端子 9C 電力端子 10 抵抗付き温度ヒューズ 10A 抵抗器 10B 温度ヒューズ 10C 温度ヒューズ 11 抵抗器 12 抵抗器 13 検査端子 14 検査端子 15 検査端子 16 検査端子 17 コネクタ 18 保護回路 18A 保護回路基板 19 保護回路機能検査機 19A 電力供給端子 19B 電力帰還端子 19C 通信端子 19D 通信端子 20 コネクタ 20A プラス端子 20B マイナス端子 20C Data端子 20D Clock端子 21 マイコン 21A マイコン通信端子 21B マイコン通信端子 21C マイコン出力端子 21D マイコン入力端子 22 スイッチ素子 22A 電力制御端子 22B 電力端子 22C 電力端子 23 抵抗器 24 抵抗器 25 抵抗器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 深見 浩三 大阪府高槻市辻子1丁目1番30号 ムネカ タ株式会社内 Fターム(参考) 5G003 AA01 BA03 CA03 CA14 CB02 CC02 FA04 GA01 GC05 5G053 AA09 BA04 BA08 CA03 EA01 EC03 EC05 FA07 5H030 AA03 AA06 AS18 AS20 BB01 BB27 FF43

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池ブロックを構成する直列接続された
    複数の電池セルにおける1つまたは複数の電池セルの電
    圧が所定の電圧値以上になると、遮断信号を出力する過
    電圧保護手段と、該過電圧保護手段から出力される遮断
    信号によって、電池ブロックに供給される電圧を遮断す
    る手段と、 外部信号により所定の動作信号を出力すると共に該過電
    圧保護手段から出力される遮断信号により、所定の動作
    信号の出力を停止する制御手段と、 該制御手段からの動作信号により、該過電圧保護手段が
    遮断信号を出力する電圧を該電池ブロックから生成する
    電圧生成手段と、を具備する二次電池の保護回路。
JP2000197418A 2000-06-29 2000-06-29 二次電池の保護回路 Expired - Fee Related JP3717149B2 (ja)

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