JP2004146307A

JP2004146307A - Battery unit

Info

Publication number: JP2004146307A
Application number: JP2002312740A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Konno; 今野　昌利
Original assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Current assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery unit capable of simply monitoring operating conditions of all batteries. <P>SOLUTION: This battery unit is provided with a battery unit 4 formed by parallel connecting a plurality of battery subunits 3a-3c formed by connecting a plurality of secondary batteries and a battery subunit circuit breaking means in series, and a voltage monitoring means (control base board 5) to monitor a voltage applied to one or more secondary batteries equipped by the battery subunit in each of the subunits 3a-3c. When the voltage monitoring means detects an abnormal voltage on at least one battery subunit, charge and discharge of the battery subunit having that abnormality is stopped by a subunit circuit breaking means. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーユニットに関する。より具体的には、本発明は、保護装置付きのバッテリーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気機器、特に、携帯用オーディオ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオレコーダー、デジタルカメラ等の携帯機器は、バッテリーユニットをその動力源として用いている。通常の場合、バッテリーユニットは、充放電可能な二次電池を複数個内蔵し、各電池は所定の電圧範囲内で、充電、放電を繰り返しながら使用される。しかしながら、該電池の劣化や故障等により、電池の過充電状態や過放電状態等が引き起こされることがある。電池が劣化、故障した状態で充放電を繰り返すと、電池の異常は助長され、発熱等を起こす危険がある。このため、電池の異常を検出するために、従来から、様々な措置が講じられてきた。
【０００３】
図２に、並列に接続された電池１ａ〜１ｃのうち電池１ａに故障が起きた際の電気の流れを模式的に示す。電池１ａの内部において異常電圧降下が発生すると電池１ｂ、１ｃから電池１ａに向かって電気が流れ込む。その電流の大きさは電池１ａ〜１ｃのインピーダンスや電池１ａ〜１ｃの電圧等の関係により決まり、通常その大きさは十数アンペア程度である。特に、並列に接続した電池の数が多いほど、故障した電池に流れ込む電流は大きくなり、故障した電池に対する悪影響の度合いは増大する。このように、電池の故障個所で発生する異常エネルギーは、故障した電池のエネルギーだけではなく、故障した電池と並列に接続された正常な電池のエネルギーをも合わさった形で発生する。
【０００４】
このような電池の故障に起因する事故を防ぐために、バッテリーユニットにおける電圧、電流、温度等を監視し、故障を検知する技術が知られている。例えば、全ての電池を直列に接続したバッテリーユニットにおいて、全ての電池が正常に作動していることを確認するために、全ての電池について各電池にかかる電圧を監視するものがある（特許文献１参照）。しかし、このように全ての電池を直列に接続したバッテリーユニットでは、監視する電池の数が多くなり、これらを制御するための回路が複雑となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９８７０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、全ての電池の稼動状況をより正確に、かつより簡易に監視できるバッテリーユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記事情を鑑みて、本発明は、複数の二次電池と電池サブユニット回路遮断手段とを直列に接続してなる電池サブユニットを複数個並列に接続してなる電池ユニットと、前記電池サブユニットの各々で、該電池サブユニットが備える一個以上の前記二次電池にかかる電圧を監視する電圧監視手段とを備えてなるバッテリーユニットであって、前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、該電池サブユニット回路遮断手段により、その異常のある電池サブユニットの充放電を停止させるバッテリーユニットを提供する。前記バッテリーユニットは、前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、前記電池ユニットの充放電を停止させることができる電池ユニット回路遮断手段をさらに備える事で２重のプロテクトをかける事ができる。
【０００８】
ここで、二次電池は、特に限定されるものではないが、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池であると好適である。
【０００９】
また、特に限定されるものではないが、電池サブユニット回路遮断手段または電池ユニット回路遮断手段としては、例えば、異常検出時に制御回路から送られた制御信号によって抵抗発熱体に通電してこれを発熱させ、この発熱によってヒューズを溶融切断させることができる素子または、ＦＥＴなどが利用できる。
【００１０】
また、特に限定されるものではないが、電圧を監視する電池は、各電池サブユニットにおける１個の電池（正極側の１個の電池、負極側の１個の電池等）とすると、より簡易に電圧を監視できるため好ましい。
【００１１】
制御基板により、各電池の端子電圧を比較したり、各電池の電圧を所定の判定電圧と比較したり、電圧値の経時的変化を捉えたりすることで、各電池サブユニットの状態を監視することができる。以下に詳細に説明するように、制御基板は各サブユニットが備える電池の電圧をそれぞれ監視することで、バッテリーユニット全体の状況を監視できる。制御基板は、電流保護素子にかかる電圧が異常な大きさになったことを検出した際には、電池サブユニット回路遮断手段、さらには電池ユニット回路遮断手段を開くことでバッテリーユニットの充放電を停止させることができる。
【００１２】
本発明によると、以下のように、全ての電池の稼動状況をより正確に、かつより簡易に監視できる。すなわち、バッテリーユニットを構成する全ての電池が正常に稼動しているときは、各電池サブユニットが含む、電圧間手段により電圧を監視されている電池は、全て等しい電圧を示している。しかし、いずれかの電池に異常が生じた際には、この異常な電池を含む電池サブユニットにおける電圧を監視されている電池と、正常な電池サブユニットとにおいて電圧を監視されている電池との間に電圧差が生じる。このように各電池サブユニット間で、電圧を監視している電池間の電圧差の有無を監視することで、電池が正常に稼動しているか、監視することができる。
【００１３】
さらに、異常な電池を検出したときには、異常な電池を含む電池サブユニットの回路遮断手段により所定の回路を遮断することができる。このように、本発明によると、故障した電池への外部からのエネルギーの供給を迅速に遮断できる。故障した電池への外部からのエネルギーの供給は、電池の発熱する前段階の現象である。換言すれば、このようなエネルギー供給の結果として電池の発熱が起こる。このため、本発明によると、故障した電池における異常発熱が起きる前に電流を遮断することができ、異常発熱に起因する問題発生を未然に防ぐことができる。
【００１４】
このように、回路遮断手段を導入することで、外部から特性異常の電池へのエネルギーの供給を素早く遮断できる。しかも、電池ユニットと電池サブユニットとの各々に回路遮断手段を設けることで、異常な電池を含む電池サブユニットのみを先に遮断することができる。このように、電池ユニットの充放電を停止させることができる回路遮断手段をさらに備える構成によると、異常電池が生じた際にもバッテリーユニットの機能を即停止させる必要は無くバッテリーユニット自体は動作を続けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の１例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下の本発明に係る実施の形態は本発明を限定するものではない。
図１に、本発明にかかるバッテリーユニットの電気回路を模式的に表す。本実施例にかかるバッテリーユニットの電気回路は、主な要素として電池ユニット４および制御基板５を備える。電池ユニット４は電池サブユニット３ａ〜３ｃが並列に接続されてなる。電池サブユニット３ａは、電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ａ、電池１ａ、電池１ｂ、電池１ｃが直列に接続されてなる。同様に、電池サブユニット３ｂは、電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂ、電池１ｄ、電池１ｅ、電池１ｆが直列に接続されてなる。同様に、電池サブユニット３ｃは、電流ヒューズ２ｃ、電池１ｇ、電池１ｈ、電池１ｉが直列に接続されてなる。制御基板５は、各サブユニット内の一本の電池（１ｃ、１ｆ、１ｉ）にかかる電圧を検出できるように接続されており、さらにスイッチ素子６へ信号を送ることができる。なお、スイッチ素子６は、正極、負極のどちらへ付加してもかまわない。
【００１６】
ここで、各電池サブユニット３ａ〜３ｃは並列に接続されているため、各電池サブユニット３ａ〜３ｃは常に同じ電圧になろうとする。例えば、電池サブユニット２ｂで電池１ｅに電圧降下が起こり、各電池サブユニット２ａ〜２ｃ間に電圧の不均衡が発生すると、電圧の不均衡を補うべく電池１ｄと電池１ｆの電圧は直ちに変化する。この際制御基板５は、電池１ｆと電池１ｃ電池１ｉ間の電位差を検知し電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂをオープンし、電池サブユニット２ｂへの電流を遮断する。結果、電池１ｅへの電力供給は絶たれることになる。
【００１７】
そして、制御基板５は、同様に電圧を監視することで、異常電圧を検出した際は、回路遮断手段であるスイッチ素子６を開き、バッテリーユニットを永久的にあるいは暫定的に使用不能状態にすることもできる。また電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂとスイッチ素子６の遮断に時間差を持たせることでこのバッテリーユニットを使用する機器の信頼性を確保できる。
【００１８】
上記、本発明の実施の形態には、３個の二次電池が直列に接続されてなる電池サブユニットが、３個並列に接続されることで電池ユニットを構成している例を挙げたが、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、複数の二次電池が直列に接続されることで電池サブユニットが構成し、複数の電池サブユニットが並列に接続されることで電池ユニットが構成されていればよい。また、各々の電池サブユニットに含まれる二次電池の数は異なってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によると、全ての電池の稼動状況を簡易に監視できるバッテリーユニットが提供される。すなわち、電池が故障した際には、速やかに、回路を開き、故障した電池への外部からのエネルギーの供給を迅速に遮断できる。このため、故障した電池における異常発熱を未然に防ぐことができる。同時に、本発明によると、電池が故障した際に、バッテリーユニット自体を使用不能にすることが可能で、故障したバッテリーユニットを使用し続けることによる危険を未然に防ぐことができる。また、複数の回路遮断手段を設けることで、電池ユニット内の電池一個が不良となった際にも、その電池ユニット全体としては機能を保つことができ、バッテリーユニットの信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバッテリーユニットの電気回路を表す模式図である。
【図２】並列に接続された電池の１つに故障が起きた際の電気の流れを表す模式図である。
【符号の説明】
１ａ〜ｉ　　電池
２ａ〜ｃ　　電池サブユニット遮断用スイッチ素子
３ａ〜ｃ　　電池サブユニット
４　　　　　電池ユニット
５　　　　　制御基板
６　　　　　スイッチ素子[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery unit. More specifically, the present invention relates to a battery unit with a protection device.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, electric devices such as portable audio devices, mobile phones, notebook personal computers, video recorders, and digital cameras use a battery unit as a power source. Normally, the battery unit includes a plurality of chargeable / dischargeable secondary batteries, and each battery is used while repeatedly charging and discharging within a predetermined voltage range. However, the battery may be overcharged or overdischarged due to deterioration or failure of the battery. If charging and discharging are repeated in a state where the battery has deteriorated or has failed, the abnormality of the battery is promoted, and there is a risk of generating heat or the like. For this reason, various measures have conventionally been taken in order to detect the abnormality of the battery.
[0003]
FIG. 2 schematically illustrates the flow of electricity when a failure occurs in the battery 1a among the batteries 1a to 1c connected in parallel. When an abnormal voltage drop occurs inside the battery 1a, electricity flows from the batteries 1b and 1c toward the battery 1a. The magnitude of the current is determined by the relationship between the impedance of the batteries 1a to 1c, the voltage of the batteries 1a to 1c, and the like. In particular, as the number of batteries connected in parallel increases, the current flowing into the failed battery increases, and the degree of adverse effects on the failed battery increases. As described above, the abnormal energy generated at the failed portion of the battery is generated in a form that combines not only the energy of the failed battery but also the energy of the normal battery connected in parallel with the failed battery.
[0004]
In order to prevent such an accident caused by a battery failure, there is known a technology of monitoring a voltage, a current, a temperature, and the like in a battery unit and detecting the failure. For example, in a battery unit in which all batteries are connected in series, there is a battery unit that monitors the voltage applied to each battery for all the batteries in order to confirm that all the batteries are operating normally (Patent Document 1). reference). However, in such a battery unit in which all batteries are connected in series, the number of batteries to be monitored increases, and a circuit for controlling these batteries becomes complicated.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-11-98702
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a battery unit that can more accurately and easily monitor the operation status of all batteries.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above circumstances, the present invention provides a battery unit formed by connecting a plurality of battery subunits in which a plurality of secondary batteries and a battery subunit circuit interrupting unit are connected in series, and the battery subunit. A voltage monitoring means for monitoring a voltage applied to one or more of the secondary batteries provided in the battery subunit, wherein the voltage monitoring means comprises at least one of the battery subunits. Provided is a battery unit in which when an abnormal voltage is detected, the battery subunit circuit cutoff means stops charging and discharging of the abnormal battery subunit. The battery unit may further include a battery unit circuit cutoff unit that can stop charging and discharging the battery unit when the voltage monitoring unit detects an abnormal voltage for at least one of the battery subunits. Can be protected.
[0008]
Here, the secondary battery is not particularly limited, but is preferably a secondary battery such as a nickel-cadmium battery, a nickel-metal hydride battery, a lithium ion battery, and a lithium polymer battery.
[0009]
Also, although not particularly limited, the battery sub-unit circuit shut-off means or the battery unit circuit shut-off means may be, for example, energized by heating a resistance heating element by a control signal sent from a control circuit when an abnormality is detected. Then, an element or an FET that can melt and cut the fuse by this heat generation can be used.
[0010]
Further, although not particularly limited, the battery for monitoring the voltage may be more simplified if one battery (one battery on the positive electrode side, one battery on the negative electrode side, etc.) in each battery subunit is used. It is preferable because the voltage can be monitored during the operation.
[0011]
The control board monitors the state of each battery sub-unit by comparing the terminal voltage of each battery, comparing the voltage of each battery with a predetermined determination voltage, and capturing a temporal change in the voltage value. be able to. As described in detail below, the control board can monitor the state of the entire battery unit by monitoring the voltage of the battery included in each subunit. When the control board detects that the voltage applied to the current protection element has become abnormally large, it opens and closes the battery subunit circuit shutoff means and further the battery unit circuit shutoff means to charge and discharge the battery unit. Can be stopped.
[0012]
According to the present invention, the operating states of all batteries can be monitored more accurately and more easily as described below. That is, when all the batteries constituting the battery unit are operating normally, all the batteries that are included in each battery subunit and whose voltage is monitored by the inter-voltage means have the same voltage. However, when an abnormality occurs in any one of the batteries, the battery whose voltage is being monitored in the battery subunit including the abnormal battery and the battery whose voltage is being monitored in the normal battery subunit are different. A voltage difference occurs between them. As described above, by monitoring the presence or absence of a voltage difference between the batteries whose voltages are being monitored between the battery subunits, it is possible to monitor whether the batteries are operating normally.
[0013]
Further, when an abnormal battery is detected, a predetermined circuit can be interrupted by the circuit interrupting means of the battery subunit including the abnormal battery. As described above, according to the present invention, the supply of external energy to the failed battery can be quickly cut off. The supply of external energy to a failed battery is a phenomenon before the battery generates heat. In other words, the battery generates heat as a result of such energy supply. Therefore, according to the present invention, the current can be cut off before abnormal heat generation in the failed battery occurs, and the problem caused by abnormal heat generation can be prevented.
[0014]
In this way, by introducing the circuit interrupting means, it is possible to quickly shut off the supply of energy from the outside to the battery having the abnormal characteristic. In addition, by providing the circuit breaking means in each of the battery unit and the battery subunit, only the battery subunit including the abnormal battery can be broken first. As described above, according to the configuration further including the circuit interrupting means capable of stopping charging and discharging of the battery unit, it is not necessary to immediately stop the function of the battery unit even when an abnormal battery occurs, and the battery unit itself operates. You can continue.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the following embodiments according to the present invention do not limit the present invention.
FIG. 1 schematically shows an electric circuit of the battery unit according to the present invention. The electric circuit of the battery unit according to the present embodiment includes a battery unit 4 and a control board 5 as main elements. The battery unit 4 includes battery subunits 3a to 3c connected in parallel. The battery subunit 3a includes a battery subunit cutoff switch element 2a, a battery 1a, a battery 1b, and a battery 1c connected in series. Similarly, the battery subunit 3b includes a battery subunit cutoff switch element 2b, a battery 1d, a battery 1e, and a battery 1f connected in series. Similarly, the battery subunit 3c includes a current fuse 2c, a battery 1g, a battery 1h, and a battery 1i connected in series. The control board 5 is connected so that a voltage applied to one battery (1c, 1f, 1i) in each subunit can be detected, and can further send a signal to the switch element 6. Note that the switch element 6 may be added to either the positive electrode or the negative electrode.
[0016]
Here, since the battery subunits 3a to 3c are connected in parallel, the battery subunits 3a to 3c always try to reach the same voltage. For example, when a voltage drop occurs in the battery 1e in the battery subunit 2b and a voltage imbalance occurs between the battery subunits 2a to 2c, the voltages of the batteries 1d and 1f immediately change to compensate for the voltage imbalance. . At this time, the control board 5 detects a potential difference between the battery 1f and the battery 1c, opens the battery subunit cutoff switch element 2b, and cuts off current to the battery subunit 2b. As a result, power supply to the battery 1e is cut off.
[0017]
When the control board 5 detects an abnormal voltage by monitoring the voltage in the same manner, the control board 5 opens the switch element 6 which is a circuit interrupting means, and permanently or temporarily disables the battery unit. You can also. In addition, by providing a time difference between the disconnection of the switch element 2b for disconnecting the battery subunit and the switch element 6, the reliability of equipment using this battery unit can be secured.
[0018]
In the embodiment of the present invention described above, an example has been given in which a battery unit is configured by connecting three battery subunits in which three secondary batteries are connected in series and in parallel with each other. However, the present invention is not limited to this configuration. That is, a battery subunit may be configured by connecting a plurality of secondary batteries in series, and a battery unit may be configured by connecting a plurality of battery subunits in parallel. Further, the number of secondary batteries included in each battery subunit may be different.
[0019]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the present invention, a battery unit that can easily monitor the operation status of all batteries is provided. That is, when a battery fails, the circuit can be quickly opened, and the supply of external energy to the failed battery can be quickly shut off. Therefore, abnormal heat generation in the failed battery can be prevented. At the same time, according to the present invention, when a battery fails, the battery unit itself can be made unusable, and danger caused by continuing to use the failed battery unit can be prevented. Further, by providing a plurality of circuit interrupting means, even when one battery in the battery unit becomes defective, the function of the entire battery unit can be maintained, and the reliability of the battery unit is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing an electric circuit of a battery unit according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram showing the flow of electricity when one of the batteries connected in parallel fails.
[Explanation of symbols]
1a-i Batteries 2a-c Battery subunit switch element 3a-c Battery subunit 4 Battery unit 5 Control board 6 Switch element

Claims

A battery unit formed by connecting a plurality of battery subunits in which a plurality of secondary batteries and a battery subunit circuit interrupting means are connected in series, and
A battery unit comprising: a voltage monitoring unit that monitors a voltage applied to one or more secondary batteries included in the battery subunit, for each of the battery subunits,
A battery unit in which when the voltage monitoring means detects an abnormal voltage for at least one of the battery subunits, the battery subunit circuit interrupting means stops charging and discharging of the abnormal battery subunit.

2. The battery according to claim 1, further comprising a battery unit circuit cutoff unit that can stop charging and discharging the battery unit when the voltage monitoring unit detects an abnormal voltage for at least one of the battery subunits. 3. unit.