JP2002204534A - Protective device for secondary cell - Google Patents

Protective device for secondary cell

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JP2002204534A
JP2002204534A JP2001354912A JP2001354912A JP2002204534A JP 2002204534 A JP2002204534 A JP 2002204534A JP 2001354912 A JP2001354912 A JP 2001354912A JP 2001354912 A JP2001354912 A JP 2001354912A JP 2002204534 A JP2002204534 A JP 2002204534A
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Japan
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charging
discharging
current
fet
delay time
Prior art date
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JP2001354912A
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Japanese (ja)
Inventor
Hirokazu Hasegawa
広和 長谷川
Toshiyuki Nakatsuji
俊之 仲辻
Tetsuyoshi Konno
哲秀 紺野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protective device for a secondary cell capable of preventing a switching device from having thermal destruction due to the passage of a heavy current by conducting an overcurrent protection at the time of not only discharging but also charging. SOLUTION: This secondary cell, constructed by serially connecting a plurality of battery cell blocks 1A, 1B, and serially providing a charging FET 4 and a charging FET 4 and a discharging FET 5 composed of FETs with parasitic diodes as a switching device capable of an on/off control with a control circuit 6 in a charging/discharging path, is formed with charging and discharging current detecting means 7, 8. The control circuit 6 is provided with a means of controlling the FETs 4, 5 to prevent the generation of charging and discharging of detecting an overcurrent, where a charging current or discharging current exceeds a prescribed level.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の保護装置に
関し、特にリチウムイオン二次電池において効果的な二
次電池の保護装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection device for a secondary battery, and more particularly to a protection device for a secondary battery which is effective in a lithium ion secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】二次電池においては、適正な充放電条件
を越えて過充電を行なったり、過放電を行なったり、過
電流が流れたりすると、電解液の分解に伴ってガスを発
生したり、電池内部で短絡を生じたり、過熱する等の問
題を発生することになる。
2. Description of the Related Art In a secondary battery, when overcharging, overdischarging, or overcurrent is performed beyond proper charge / discharge conditions, gas is generated due to decomposition of an electrolytic solution. This causes problems such as short-circuiting and overheating inside the battery.

【0003】そこで、従来から過充電、過放電、過電流
を防止するための手段を講じた二次電池の保護装置が種
々提案されている。例えば、特開平4−75430号公
報には、二次電池の充放電経路に電池と直列に寄生ダイ
オード付きMOS FET等から成る過充電保護用と過
放電保護用のスイッチング手段を配設し、制御回路にて
二次電池の電圧を検出し、その検出電圧によってスイッ
チング手段をオン・オフ制御するようにしたものが開示
されている。
[0003] In view of the above, various types of protection devices for secondary batteries have been proposed which take measures for preventing overcharge, overdischarge and overcurrent. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-75430, switching means for overcharge protection and overdischarge protection comprising a MOS FET with a parasitic diode and the like are arranged in series with a battery in a charge / discharge path of a secondary battery, and control is performed. There is disclosed a circuit in which a voltage of a secondary battery is detected by a circuit, and switching means is turned on / off by the detected voltage.

【0004】図5〜図9を参照して具体的に説明する。
図5において、複数の電池セルブロック1A、1Bが+
端子2と−端子3間に直列に接続され、かつこれら電池
セルブロック1A、1Bに対して直列に過充電保護用の
寄生ダイオード付きMOSFET(以下、充電FETと
略称する)4と過放電保護用の寄生ダイオード付きMO
S FET(以下、放電FETと略称する)5とが配設
されている。これら充電FET4と放電FET5をオン
・オフ制御する制御回路6が設けられ、この制御回路6
には各電池セルブロック1A、1Bの両端電圧が入力さ
れている。また、充放電経路の放電FET5と電池セル
ブロック1Bの間が接地され、充電FET4と−端子3
との間の電圧が制御回路6の比較器9に入力され、充電
FET4と放電FET5の両端電圧にて放電電流IDCHG
を検出するように構成されている。
A specific description will be given with reference to FIGS.
In FIG. 5, a plurality of battery cell blocks 1A and 1B
A MOSFET (hereinafter abbreviated as charge FET) 4 with a parasitic diode for overcharge protection and an overdischarge protection connected in series between terminals 2 and 3 and connected in series to these battery cell blocks 1A and 1B. MO with parasitic diode
An S FET (hereinafter, abbreviated as a discharge FET) 5 is provided. A control circuit 6 for controlling ON / OFF of the charge FET 4 and the discharge FET 5 is provided.
, The voltage between both ends of each battery cell block 1A, 1B is input. In addition, the space between the discharge FET 5 and the battery cell block 1B on the charge / discharge path is grounded,
Is input to the comparator 9 of the control circuit 6, and the discharge current I DCHG is determined by the voltage across the charge FET 4 and the discharge FET 5.
Is configured to be detected.

【0005】過充電保護時には制御回路6にて、図6
(a)に示すように、充電FET4がオフされて充電電
流が遮断される。ただし、その場合でも放電電流IDCHG
は矢印で示すように充電FET4の寄生ダイオード4a
を通って流れる。逆に、過放電保護時には、図6(b)
に示すように、放電FET5がオフされて放電電流が遮
断されかつその場合にも充電電流ICHG は矢印で示すよ
うに充電FET5の寄生ダイオード5aを通って流れ
る。
At the time of overcharge protection, the control circuit 6
As shown in (a), the charging FET 4 is turned off and the charging current is cut off. However, even in that case, the discharge current I DCHG
Is the parasitic diode 4a of the charging FET 4 as shown by the arrow.
Flow through. Conversely, at the time of overdischarge protection, FIG.
As shown in FIG. 7, the discharge FET 5 is turned off to interrupt the discharge current, and the charging current I CHG also flows through the parasitic diode 5a of the charging FET 5 as shown by the arrow.

【0006】制御回路6は各電池セルブロック1A、1
Bの電圧VBA、VBBを検出しており、充電時には、図7
に示すように、何れか一方、図示例では電池セルブロッ
ク1Aの電圧VBAが第1の電圧値(例えば、4.30
V)以上になると、充電FET4をオフして充電電流I
CHG を遮断する。また、この電池セルブロック1Aの電
圧VBAが第2の電圧値(例えば、4.00V)以下にな
ると、充電FET4をオンして過充電保護機能を解除す
る。
The control circuit 6 controls each of the battery cell blocks 1A, 1
B are detected as voltages V BA and V BB of FIG.
As shown in FIG. 2, in the illustrated example, the voltage V BA of the battery cell block 1A is the first voltage value (for example, 4.30).
V) or more, the charging FET 4 is turned off and the charging current I
Cut off CHG . When the voltage V BA of the battery cell block 1A becomes equal to or lower than the second voltage value (for example, 4.00 V), the charge FET 4 is turned on to release the overcharge protection function.

【0007】放電時には、図8に示すように、何れか一
方、図示例では電池セルブロック1Bの電圧VBBが第4
の電圧値(例えば、2.60V)以下になると、放電F
ET5をオフして放電電流IDCHGを遮断する。また、こ
の電池セルブロック1Bの電圧VBBが第3の電圧値(例
えば、3.20V)以上になると、放電FET5をオン
して過放電保護機能を解除する。
At the time of discharging, as shown in FIG. 8, the voltage V BB of one of the battery cell blocks 1B in the example shown in FIG.
(For example, 2.60 V) or less, the discharge F
ET5 is turned off to cut off the discharge current I DCHG . Further, the voltage V BB of the battery cell block 1B is a third voltage value (e.g., 3.20 V) becomes equal to or larger than the discharge FET5 is turned on to release the over-discharge protection function.

【0008】また、放電時に過電流が流れるのを防止す
るため、直列接続されたFET4、5の両端に発生する
電位差により放電電流を検出し、図9に示すように、所
定電流値(例えば、5.0A)以上の電流が規定時間
(例えば1.0ms)以上連続して流れると、放電FE
T5をオフしている。また、検出電位差が所定値以下に
なると、過電流保護機能を解除している。
In order to prevent an overcurrent from flowing at the time of discharging, a discharging current is detected based on a potential difference generated between both ends of the FETs 4 and 5 connected in series, and as shown in FIG. When a current of 5.0 A) or more flows continuously for a specified time (for example, 1.0 ms) or more, discharge FE occurs.
T5 is off. When the detected potential difference becomes equal to or less than a predetermined value, the overcurrent protection function is released.

【0009】従来は放電電流に対してのみ過電流保護を
行なっていたが、特にリチウムイオン二次電池において
は充電FET4及び放電FET5を大電流過熱による熱
破壊から守ることが重要であり、充電電流に対しても過
電流保護を行なうことが望まれる。また、従来は一定値
以上の電流であれば、その大きさに関係なく一定時間継
続すると、電流を遮断するようにしているが、FETを
熱破壊に対して保護するためには電流値の大きさに応じ
て過電流検出後確認までの遅延時間を可変することが望
ましい。
Conventionally, overcurrent protection has been performed only for discharge current. In particular, in a lithium ion secondary battery, it is important to protect the charge FET 4 and the discharge FET 5 from thermal destruction due to large current overheating. It is desired that overcurrent protection be performed on the power supply. Conventionally, if the current is a certain value or more, the current is cut off for a certain period of time irrespective of the magnitude of the current. It is desirable that the delay time from the detection of the overcurrent to the confirmation be varied accordingly.

【0010】本発明は、上記観点から充電時及び放電時
のいずれでも過電流保護を行なってスイッチング素子の
破壊を確実に防止し、また過電流保護における検出遅延
時間を電流値の大きさに応じて可変してスイッチング素
子の破壊を適切に防止する二次電池の保護装置を提供す
ることを目的としている。
In view of the above, the present invention provides overcurrent protection during both charging and discharging to reliably prevent the destruction of the switching element, and to reduce the detection delay time in overcurrent protection according to the magnitude of the current value. It is an object of the present invention to provide a protection device for a secondary battery, which is variable to appropriately prevent the destruction of a switching element.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池の保護
装置は、複数の電池セルブロックが直列に接続され、充
放電経路に制御回路にてオンオフ制御可能な充電用と放
電用のスイッチング素子が介装された二次電池におい
て、充放電電流の検出手段を設け、充電電流又は放電電
流が所定値を越える過電流を検出すると充放電を禁止す
るようにスイッチング素子を制御する手段を制御回路に
設けたことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a secondary battery protection device in which a plurality of battery cell blocks are connected in series, and a charging / discharging switch that can be turned on / off by a control circuit in a charging / discharging path. A charge / discharge current detecting means is provided in a secondary battery in which an element is interposed, and a means for controlling a switching element to prohibit charging / discharging when detecting an overcurrent in which a charging current or a discharging current exceeds a predetermined value is controlled. It is characterized by being provided in a circuit.

【0012】好適には、充放電電流が所定値を越えたと
きに検出動作を開始し、所定の遅延時間後に過電流を確
認して充放電を禁止するようにスイッチング素子が制御
されるとともに、その遅延時間が検出電流値に反比例し
て設定される。遅延時間は、検出電流値の二乗に反比例
して設定しても、検出電流値に対して指数関数的に短く
なるように設定してもよい。
Preferably, the detection element is started when the charging / discharging current exceeds a predetermined value, and the switching element is controlled so as to confirm the overcurrent after a predetermined delay time and prohibit the charging / discharging. The delay time is set in inverse proportion to the detected current value. The delay time may be set in inverse proportion to the square of the detected current value, or may be set to be exponentially shorter than the detected current value.

【0013】[0013]

【作用】本発明の二次電池の保護装置によれば、充電電
流又は放電電流が所定値を越える過電流を検出すると、
充電又は放電をそれぞれ禁止するようにスイッチング素
子を制御し、放電時だけでなく充電時も過電流保護を行
なうようにすることにより、大電流通過によるスイッチ
ング素子の熱破壊を防止することができ、特にリチウム
イオン電池においてはこれらスイッチング素子の破壊は
安全確保上重要であるために効果が大きい。
According to the protection device for a secondary battery of the present invention, when an overcurrent whose charging current or discharging current exceeds a predetermined value is detected,
By controlling the switching element to inhibit charging or discharging, respectively, and performing overcurrent protection not only at the time of discharging but also at the time of charging, it is possible to prevent thermal destruction of the switching element due to passage of a large current, In particular, in the lithium ion battery, the destruction of these switching elements is important for ensuring safety, so that the effect is large.

【0014】また、充放電電流が所定値を越えた後所定
の遅延時間後に充放電を禁止するようにするとともに、
その遅延時間を検出電流値に反比例して設定すると、電
流値の大きさによってスイッチング素子による電力損失
が異なるため、一定の検出電流値で一定の遅延時間を設
定する場合に比してスイッチング素子の熱破壊を確実に
防止することができる。
In addition, charging and discharging are prohibited after a predetermined delay time after the charging and discharging current exceeds a predetermined value.
If the delay time is set in inverse proportion to the detected current value, the power loss due to the switching element differs depending on the magnitude of the current value, so that the switching element is compared with a case where a fixed delay time is set with a fixed detected current value. Thermal destruction can be reliably prevented.

【0015】さらに、遅延時間を検出電流値の二乗に反
比例して設定すると、スイッチング素子の電流による発
熱量が一定になった時点で電流遮断することになり、合
理的な遅延時間の設定が成され、大電流の許容範囲を広
げながら確実にスイッチング素子の破壊を防止できる。
Further, if the delay time is set in inverse proportion to the square of the detected current value, the current is cut off when the amount of heat generated by the current of the switching element becomes constant, and a reasonable delay time can be set. Thus, the destruction of the switching element can be reliably prevented while widening the allowable range of the large current.

【0016】また、遅延時間を検出電流値に対して指数
関数的に短くなるように設定してもスイッチング素子に
対してより安全側で電流遮断するようにでき、より高い
信頼性をもってスイッチング素子の破壊を防止できる。
Further, even if the delay time is set to be exponentially shorter with respect to the detected current value, the current can be cut off on the safer side with respect to the switching element, and the switching element has higher reliability. Destruction can be prevented.

【0017】[0017]

【実施例】以下、本発明の二次電池の保護装置の一実施
例について、図1〜図4を参照して説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a protection device for a secondary battery according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0018】図1において、リチウムイオン電池から成
る複数の電池セルブロック1A、1Bが+端子2と−端
子3間に直列に接続され、かつこれら電池セルブロック
1A、1Bに対して直列に過充電保護用の寄生ダイオー
ド付きMOS FET(以下、充電FETと略称する)
4と過放電保護用の寄生ダイオード付きMOS FET
(以下、放電FETと略称する)5とが配設されてい
る。これらFET4、5はオン時には100mΩ程度の
抵抗を有している。また、寄生ダイオード4a、5aの
F は0.7V程度である。これら充電FET4と放電
FET5をオン・オフ制御する制御回路6が設けられ、
この制御回路6に各電池セルブロック1A、1Bの両端
電圧が入力されている。また、充放電電流を検出するた
め、約20〜50mΩ程度の電流検出用抵抗7が充放電
経路の放電FET5と電池セルブロック1Bの間に介装
されている。制御回路6には、充電電流又は放電電流に
よってこの電流検出用抵抗7に発生する微小電位差を増
幅して検出する手段8が設けられ、充電電流ICHG 及び
放電電流IDCHGを検出するように構成されている。この
ように電流検出用抵抗7を介装することにより、充電F
ET4と放電FET5の動作状態に無関係に精度の高い
電流検出を行なうことができる。
In FIG. 1, a plurality of battery cell blocks 1A and 1B composed of lithium ion batteries are connected in series between a positive terminal 2 and a negative terminal 3, and these battery cell blocks 1A and 1B are overcharged in series. MOS FET with parasitic diode for protection (hereinafter abbreviated as charging FET)
4 and MOS FET with parasitic diode for overdischarge protection
(Hereinafter, abbreviated as a discharge FET) 5 is provided. These FETs 4 and 5 have a resistance of about 100 mΩ when turned on. Further, the parasitic diode 4a, V F of 5a is about 0.7 V. A control circuit 6 for controlling ON / OFF of the charge FET 4 and the discharge FET 5 is provided.
The voltage between both ends of each battery cell block 1A, 1B is input to the control circuit 6. In order to detect the charge / discharge current, a current detection resistor 7 of about 20 to 50 mΩ is interposed between the discharge FET 5 and the battery cell block 1B in the charge / discharge path. The control circuit 6 is provided with a means 8 for amplifying and detecting a minute potential difference generated in the current detecting resistor 7 by the charging current or the discharging current, and configured to detect the charging current I CHG and the discharging current I DCHG. Have been. By interposing the current detection resistor 7 in this manner, the charge F
Highly accurate current detection can be performed irrespective of the operation states of the ET 4 and the discharge FET 5.

【0019】次に、以上の構成による過充電保護動作、
過放電保護動作、過電流保護動作について順次説明す
る。
Next, the overcharge protection operation by the above configuration,
The overdischarge protection operation and the overcurrent protection operation will be sequentially described.

【0020】まず、過充電保護動作を図2を参照して説
明する。制御回路6は各電池セルブロック1A、1Bの
両端電圧VBA、VBBを検出し、それらの相対電圧値|V
BA−VBB|が規定電圧値(例えば、0.3〜0.5V、
図示例では0.3V)より小さい場合には、図2(a)
に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図示例で
は電池セルブロック1Aの電圧VBAが第1の電圧値(例
えば、4.30V)以上になると、充電FET4をオフ
して充電電流ICHG を遮断し、またこの電池セルブロッ
ク1Aの電圧VBAが第2の電圧値(例えば、4.00
V)以下になると、充電FET4をオンして過充電保護
機能を解除する。
First, the overcharge protection operation will be described with reference to FIG. The control circuit 6 detects the voltages V BA and V BB across the battery cell blocks 1A and 1B, and determines their relative voltage values | V
BA −V BB | is a specified voltage value (for example, 0.3 to 0.5 V,
If the voltage is smaller than 0.3 V in the example shown in FIG.
As shown in FIG. 2, when the voltage V BA of the battery cell block 1A becomes equal to or higher than a first voltage value (for example, 4.30 V) in the illustrated example, the charging FET 4 is turned off and charging is performed. The current I CHG is cut off, and the voltage V BA of the battery cell block 1A is changed to a second voltage value (for example, 4.00
V) When it becomes below, the charging FET 4 is turned on to release the overcharge protection function.

【0021】また、過充電保護機能の解除動作に関して
は、さらに充電FET4がオフして充電電流ICHG を遮
断している状態で規定電流値(例えば、0.2A)以上
の放電電流IDCHGが規定時間(例えば10ms)以上連
続して流れた場合には、図2(a)に仮想線で示すよう
に、電池セルブロックの電圧が第2の電圧値(例えば、
4.00V)以下にならなくても充電FET4をオンし
て過充電保護機能を解除するようにしている。このよう
に過充電保護動作中に規定値以上の放電電流が連続して
流れた場合に充電FET4をオンすることにより、放電
電流による充電FET4の寄生ダイオード4aにおける
電力損失により発熱して充電FET4が破壊するのを防
止している。
As for the release operation of the overcharge protection function, when the charging FET 4 is turned off and the charging current I CHG is cut off, the discharging current I DCHG having a specified current value (for example, 0.2 A) or more is applied. When the current flows continuously for a specified time (for example, 10 ms) or more, the voltage of the battery cell block becomes the second voltage value (for example, as shown by a virtual line in FIG. 2A).
Even if the voltage does not fall below 4.00 V), the charging FET 4 is turned on to release the overcharge protection function. As described above, when the discharge current equal to or more than the specified value continuously flows during the overcharge protection operation, the charge FET 4 is turned on, and the power is lost due to the power loss in the parasitic diode 4a of the charge FET 4 due to the discharge current, and the charge FET 4 is heated. Prevents destruction.

【0022】一方、上記各電池セルブロック1A、1B
の両端電圧VBA、VBBの相対電圧値|VBA−VBB|が
0.3V以上になった場合には、図2(b)に示すよう
に、たとえ電池セルブロック1A、1Bの両端電圧
BA、VBBが第1の電圧値に到達していなくても充電F
ET4及び放電FET5を共にオフし、その後解除動作
を行なうことなく、永久に充電及び放電禁止、即ち使用
禁止とする。
On the other hand, each of the battery cell blocks 1A, 1B
When the relative voltage value | V BA −V BB | of the voltages V BA and V BB of both ends becomes 0.3 V or more, as shown in FIG. 2B, even if both ends of the battery cell blocks 1A and 1B Even if the voltages V BA and V BB have not reached the first voltage value, the charge F
The ET 4 and the discharge FET 5 are both turned off, and thereafter charge and discharge are permanently prohibited, that is, use is prohibited, without performing a release operation.

【0023】このように相対電圧値|VBA−VBB|が規
定値以上になったときにこれを検出することにより、各
電池セルブロック1A、1Bの劣化等によってその容量
が不均一になり、セルバランスのくずれが発生したこと
を検出でき、それに基づいて二次電池を使用禁止するこ
とにより過充電の未然防止を図ることができる。
By detecting when the relative voltage value | V BA -V BB | exceeds the specified value, the capacity of the battery cell blocks 1A and 1B becomes non-uniform due to deterioration or the like. In addition, it is possible to detect that the cell balance has been lost, and to prevent the overcharge by preventing the use of the secondary battery based on the detection.

【0024】次に、過放電保護動作を図3を参照して説
明する。この時も過充電保護動作時と同様に制御回路6
は各電池セルブロック1A、1Bの両端電圧VBA、VBB
を検出し、それらの相対電圧値|VBA−VBB|が規定電
圧値(例えば、0.3V)より小さい場合には、図3
(a)に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図
示例では電池セルブロック1Bの電圧VBBが第4の電圧
値(例えば、2.60V)以下になると、放電FET5
をオフして放電電流IDCHGを遮断し、またこの電池セル
ブロック1Bの電圧VBBが第3の電圧値(例えば、3.
20V)以上になると、放電FET5をオンして過放電
保護機能を解除する。
Next, the overdischarge protection operation will be described with reference to FIG. At this time, the control circuit 6 is operated similarly to the overcharge protection operation.
Are the voltages V BA , V BB across the battery cell blocks 1A, 1B.
Are detected, and when their relative voltage values | V BA −V BB | are smaller than a specified voltage value (for example, 0.3 V), FIG.
As shown in (a), when the voltage V BB of the battery cell block 1B falls below a fourth voltage value (for example, 2.60V) in the illustrated example, the discharge FET 5
Is turned off to shut off the discharge current I DCHG, and the voltage V BB of the battery cell block 1B is set to a third voltage value (for example, 3.
When the voltage exceeds 20 V), the discharge FET 5 is turned on to release the overdischarge protection function.

【0025】また、過放電保護機能の解除動作に関して
も、過充電保護動作時と同様に放電FET5がオフして
放電電流IDCHGを遮断している状態で規定電流値(例え
ば、0.2A)以上の充電電流ICHG が規定時間(例え
ば10ms)以上連続して流れた場合には、図3(a)
に仮想線で示すように、電池セルブロックの電圧が第3
の電圧値(例えば、3.20V)以上にならなくても放
電FET5をオンして過放電保護機能を解除するように
している。このように過放電保護動作中に規定値以上の
充電電流が連続して流れた場合に放電FET5をオンす
ることにより、充電電流による放電FET5の寄生ダイ
オード5aにおける電力損失により発熱して放電FET
5が破壊するのを防止している。
As for the operation of releasing the overdischarge protection function, the specified current value (for example, 0.2 A) in a state where the discharge FET 5 is turned off and the discharge current I DCHG is cut off as in the overcharge protection operation. When the above charging current I CHG continuously flows for a specified time (for example, 10 ms), FIG.
As shown by the imaginary line in FIG.
(For example, 3.20 V), the discharge FET 5 is turned on to release the overdischarge protection function. By turning on the discharge FET 5 when a charge current of a specified value or more continuously flows during the overdischarge protection operation, heat is generated due to the power loss in the parasitic diode 5a of the discharge FET 5 due to the charge current.
5 is prevented from being destroyed.

【0026】一方、上記各電池セルブロック1A、1B
の両端電圧VBA、VBBの相対電圧値|VBA−VBB|が
0.3V以上になった場合には、図3(b)に示すよう
に、過充電保護動作時と同様に、たとえ電池セルブロッ
ク1A、1Bの両端電圧VBA、VBBが第4の電圧値まで
下降していなくても充電FET4及び放電FET5を共
にオフし、その後解除動作を行なうことなく、永久に充
電及び放電禁止、即ち使用禁止とする。
On the other hand, each of the battery cell blocks 1A, 1B
When the relative voltage value | V BA -V BB | of the voltages V BA and V BB of both ends becomes 0.3 V or more, as shown in FIG. Even if the voltages V BA , V BB across the battery cell blocks 1A, 1B have not dropped to the fourth voltage value, both the charging FET 4 and the discharging FET 5 are turned off, and thereafter the charging and discharging are performed permanently without performing the releasing operation. Discharge is prohibited, that is, use is prohibited.

【0027】なお、以上の説明では各電池セルブロック
1A、1Bの劣化等の検出において、各電池セルブロッ
ク1A、1Bの両端電圧VBA、VBBの相対電圧値|VBA
−V BB|を用いたが、電池セルブロック1A、1Bの両
端電圧VBA、VBBの相対電圧|VBA−VBB|の時間微分
値、すなわちd|VBA−VBB|/dtを演算し、その微
分値、例えば10分あたりの相対電圧の変化が規定値を
越えると、充電FET4及び放電FET5を共にオフ
し、その後解除動作を行なうことなく使用禁止としても
よい。一般に、各電池セルブロック1A、1Bに劣化が
発生すると加速度的に劣化が進展するので、このように
相対電圧の微分値を用いると、相対電圧の大きさは劣化
等以外の要因でばらつきが生じやすいのに対して、より
的確に各電池セルブロック1A、1Bの劣化等によるセ
ルバランスのくずれを検出することができる。
In the above description, each battery cell block
1A, 1B, etc.
Voltage V across both ends 1A and 1BBA, VBBRelative voltage value | VBA
-V BBWas used, but both battery cell blocks 1A and 1B
Terminal voltage VBA, VBBRelative voltage | VBA-VBB| Time derivative
Value, ie, d | VBA-VBB│ / dt and its fine
Minute value, for example, change in relative voltage per 10 minutes
If it exceeds, both charging FET4 and discharging FET5 are turned off.
And then prohibit use without performing the release operation.
Good. Generally, deterioration occurs in each of the battery cell blocks 1A and 1B.
When it occurs, the deterioration progresses at an accelerated rate.
Using the differential value of the relative voltage degrades the magnitude of the relative voltage
While it is easy for variations to occur due to factors other than
Precisely due to deterioration of each battery cell block 1A, 1B, etc.
Level can be detected.

【0028】次に、過電流保護動作を図4を参照して説
明する。充電電流及び放電電流の両者に関して、電流検
出用抵抗7に発生する微小電位差を制御装置6の増幅検
出手段8にて検出し、充電電流又は放電電流が所定値を
越えると検出動作を開始し、図4(a)に実線で示すよ
うに、その検出電流値に反比例するように設定された所
定の遅延時間後に過電流を確認して充電又は放電を禁止
するように充電FET4と放電FET5とを遮断する。
図示例では、検出電流値が5Aのときに遅延時間を1.
0msに、10Aで500μsに設定している。なお、
検出値がいかに大きくても100μsは遅延時間を設定
し、充電又は機器使用時のピーク電流による誤動作を防
ぐようにしている。なお、この過電流保護動作は、規定
時間後に自動復帰される。
Next, the overcurrent protection operation will be described with reference to FIG. With respect to both the charging current and the discharging current, a minute potential difference generated in the current detecting resistor 7 is detected by the amplification detecting means 8 of the control device 6, and when the charging current or the discharging current exceeds a predetermined value, the detection operation is started. As shown by the solid line in FIG. 4 (a), after a predetermined delay time set to be inversely proportional to the detected current value, an overcurrent is confirmed and the charging FET 4 and the discharging FET 5 are inhibited so that charging or discharging is prohibited. Cut off.
In the illustrated example, when the detected current value is 5 A, the delay time is set to 1.
It is set to 0 ms and 500 μs at 10 A. In addition,
No matter how large the detected value is, a delay time of 100 μs is set to prevent malfunction due to peak current during charging or use of the device. This overcurrent protection operation is automatically restored after a specified time.

【0029】このように、放電時だけでなく充電時も過
電流保護を行なうことにより、大電流通過による充電F
ET4及び放電FET5の熱破壊を防止することがで
き、特にリチウムイオン電池においてはこれら充電FE
T4及び放電FET5の破壊は安全確保上重要であるた
めに効果が大きい。また、FET4、5の熱破壊を防止
するためには、電流値に応じて遅延時間を可変すること
は重要である。即ち、FETはオン時は抵抗体(R)と
見なすことができ、電流Iが流れたときの電力損失はI
2 Rであり、電力損失がある遅延時間(Δt)まで許容
されるとすると、I2 R・Δt=Const.が成立す
る。従って、Δt=Const./I2 Rとなり、遅延
時間はI2 に反比例させれば良いことになる。そこで、
上記のように検出電流値に反比例して遅延時間を設定す
ることにより、一定の検出電流値で一定の遅延時間を設
定する場合に比してFET4、5の熱破壊を確実に防止
することができる。
As described above, the overcurrent protection is performed not only at the time of discharging but also at the time of charging.
ET4 and the discharge FET 5 can be prevented from being thermally destroyed.
The destruction of the T4 and the discharge FET 5 is important for ensuring safety, and is therefore highly effective. In order to prevent thermal destruction of the FETs 4 and 5, it is important to vary the delay time according to the current value. That is, when the FET is on, it can be regarded as a resistor (R), and the power loss when the current I flows is I
2 R, and assuming that the power loss is allowed up to a certain delay time (Δt), I 2 R · Δt = Const. Holds. Therefore, Δt = Const. / I 2 R, and the delay time may be inversely proportional to I 2 . Therefore,
By setting the delay time in inverse proportion to the detected current value as described above, the thermal destruction of the FETs 4 and 5 can be prevented more reliably than when a fixed delay time is set with a fixed detected current value. it can.

【0030】上記説明では、遅延時間を検出電流値に対
して反比例して設定したが、図4(a)に仮想線で示す
ように、遅延時間を検出電流値の二乗に反比例して設定
すると、上記説明から明らかなように電流による発熱量
が一定になった時点で電流遮断することになり、合理的
な遅延時間の設定が成され、大電流の許容範囲を広げな
がら確実にFETの破壊を防止できる。更に、図4
(b)に示すように、遅延時間を検出電流値に対して指
数関数的に短くなるように設定してもよい。
In the above description, the delay time is set in inverse proportion to the detected current value. However, as shown by the imaginary line in FIG. 4A, the delay time is set in inverse proportion to the square of the detected current value. As is clear from the above description, the current is cut off when the amount of heat generated by the current becomes constant, a reasonable delay time is set, and the breakdown of the FET is surely performed while widening the allowable range of the large current. Can be prevented. Further, FIG.
As shown in (b), the delay time may be set to be exponentially shorter than the detected current value.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の二次電池の保護装置によれば、
以上の説明から明らかなように、充電電流又は放電電流
が所定値を越える過電流を検出すると、充電又は放電を
それぞれ禁止するようにスイッチング素子を制御し、放
電時だけでなく充電時も過電流保護を行なうようにする
ことにより、大電流通過によるスイッチング素子の熱破
壊を防止することができ、特にリチウムイオン電池にお
いてはこれらスイッチング素子の破壊は安全確保上重要
であるために効果が大きい。
According to the secondary battery protection device of the present invention,
As is apparent from the above description, when an overcurrent is detected in which the charging current or the discharging current exceeds a predetermined value, the switching element is controlled so as to prohibit the charging or the discharging, respectively. By performing the protection, the thermal destruction of the switching elements due to the passage of a large current can be prevented. In particular, in the case of a lithium ion battery, the destruction of these switching elements is important for safety assurance, so that the effect is large.

【0032】また、充放電電流が所定値を越えた後所定
の遅延時間後に充放電を禁止するようにするとともに、
その遅延時間を検出電流値に反比例して設定すると、電
流値によってスイッチング素子による電力損失が異なる
ため、一定の検出電流値で一定の遅延時間を設定する場
合に比してスイッチング素子の熱破壊を確実に防止する
ことができる。
Further, charging and discharging are prohibited after a predetermined delay time after the charging and discharging current exceeds a predetermined value.
If the delay time is set in inverse proportion to the detected current value, the power loss due to the switching element will differ depending on the current value.Therefore, the thermal destruction of the switching element will be less than when a fixed delay time is set with a fixed detected current value. It can be reliably prevented.

【0033】さらに、遅延時間を検出電流値の二乗に反
比例して設定すると、スイッチング素子の電流による発
熱量が一定になった時点で電流遮断することになり、合
理的な遅延時間の設定が成され、大電流の許容範囲を広
げながら確実にスイッチング素子の破壊を防止できる。
Further, if the delay time is set in inverse proportion to the square of the detected current value, the current is cut off when the amount of heat generated by the current of the switching element becomes constant, and a reasonable delay time can be set. Thus, the destruction of the switching element can be reliably prevented while widening the allowable range of the large current.

【0034】また、遅延時間を検出電流値に対して指数
関数的に短くなるように設定してもスイッチング素子に
対してより安全側で電流遮断するようにでき、より高い
信頼性をもってスイッチング素子の破壊を防止できる。
Even if the delay time is set to be exponentially shorter than the detected current value, the current can be cut off on the safer side with respect to the switching element, and the switching element with higher reliability can be obtained. Destruction can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の二次電池の保護装置の一実施例におけ
る回路図である。
FIG. 1 is a circuit diagram of a secondary battery protection device according to an embodiment of the present invention.

【図2】同実施例における過充電保護動作の説明図であ
る。
FIG. 2 is an explanatory diagram of an overcharge protection operation in the embodiment.

【図3】同実施例における過放電保護動作の説明図であ
る。
FIG. 3 is an explanatory diagram of an overdischarge protection operation in the embodiment.

【図4】同実施例における過電流保護動作の説明図であ
る。
FIG. 4 is an explanatory diagram of an overcurrent protection operation in the embodiment.

【図5】従来例の二次電池の保護装置の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a conventional secondary battery protection device.

【図6】寄生ダイオード付きFETの充電保護時と放電
保護時の作用説明図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of the FET with a parasitic diode during charge protection and discharge protection.

【図7】同従来例における過充電保護動作の説明図であ
る。
FIG. 7 is an explanatory diagram of an overcharge protection operation in the conventional example.

【図8】同従来例における過放電保護動作の説明図であ
る。
FIG. 8 is an explanatory diagram of an overdischarge protection operation in the conventional example.

【図9】同従来例における過電流保護動作の説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram of an overcurrent protection operation in the conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1A 電池セルブロック 1B 電池セルブロック 4 充電FET 5 放電FET 6 制御回路 7、8 充放電電流の検出手段 1A Battery cell block 1B Battery cell block 4 Charge FET 5 Discharge FET 6 Control circuit 7, 8 Charge / discharge current detecting means

フロントページの続き (72)発明者 紺野 哲秀 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 BA03 CA04 CA14 FA04 GA01 GC04 GC05 5G053 AA01 AA09 AA12 BA01 BA04 CA02 EA03 EC03 5H029 AJ12 BJ27 HJ17 5H030 AA03 AA04 AA06 AS18 AS20 BB26 DD05 FF42 Continued on the front page (72) Inventor Tetsuhide Konno 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture F-term (reference) in Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. HJ17 5H030 AA03 AA04 AA06 AS18 AS20 BB26 DD05 FF42

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の電池セルブロックが直列に接続さ
れ、充放電経路に制御回路にてオンオフ制御可能な充電
用と放電用のスイッチング素子が介装された二次電池に
おいて、充放電電流の検出手段を設け、充電電流又は放
電電流が所定値を越える過電流を検出すると充放電を禁
止するようにスイッチング素子を制御する手段を制御回
路に設けたことを特徴とする二次電池の保護装置。
In a secondary battery in which a plurality of battery cell blocks are connected in series and a charging and discharging switching element that can be turned on and off by a control circuit is interposed in a charging and discharging path, a charging and discharging current is controlled. A protection device for a secondary battery, comprising: a detection circuit; and a control circuit, comprising: a control circuit for controlling a switching element so as to prohibit charging / discharging when an overcurrent in which a charging current or a discharging current exceeds a predetermined value is detected. .
【請求項2】 充放電電流が所定値を越えたときに検出
動作を開始し、所定の遅延時間後に過電流を確認して充
放電を禁止するようにスイッチング素子を制御するとと
もに、その遅延時間を検出電流値に反比例して設定した
ことを特徴とする請求項1記載の二次電池の保護装置。
2. A switching device that starts a detection operation when a charging / discharging current exceeds a predetermined value, controls a switching element so as to confirm an overcurrent after a predetermined delay time and prohibit charging / discharging, and the delay time 2. The protection device for a secondary battery according to claim 1, wherein is set in inverse proportion to the detected current value.
【請求項3】 充放電電流が所定値を越えたときに検出
動作を開始し、所定の遅延時間後に過電流を確認して充
放電を禁止するようにスイッチング素子を制御するとと
もに、その遅延時間を検出電流値の二乗に反比例して設
定したことを特徴とする請求項1記載の二次電池の保護
装置。
3. A detection operation is started when the charging / discharging current exceeds a predetermined value, and after a predetermined delay time, an overcurrent is confirmed and the switching element is controlled so as to prohibit charging / discharging. 2. The protection device for a secondary battery according to claim 1, wherein is set in inverse proportion to the square of the detected current value.
【請求項4】 充放電電流が所定値を越えたときに検出
動作を開始し、所定の遅延時間後に過電流を確認して充
放電を禁止するようにスイッチング素子を制御するとと
もに、その遅延時間を検出電流値に対して指数関数的に
短くなるように設定したことを特徴とする請求項1記載
の二次電池の保護装置。
4. A switching operation is started when a charging / discharging current exceeds a predetermined value, and after a predetermined delay time, an overcurrent is confirmed and a switching element is controlled so as to prohibit charging / discharging. 2. The protection device for a secondary battery according to claim 1, wherein is set to be exponentially shorter than the detected current value.
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