JP2004357440A - Battery pack - Google Patents

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JP2004357440A
JP2004357440A JP2003153544A JP2003153544A JP2004357440A JP 2004357440 A JP2004357440 A JP 2004357440A JP 2003153544 A JP2003153544 A JP 2003153544A JP 2003153544 A JP2003153544 A JP 2003153544A JP 2004357440 A JP2004357440 A JP 2004357440A
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temperature
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battery
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Japanese (ja)
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Kousaku Yanagihara
考作 柳原
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To surely cut off a current, when an overcurrent flows to an FET and a temperature rises, and to surely protect the FET from the temperature rise, without installing a temperature sensor. <P>SOLUTION: This battery pack comprises the FET 2 for protection connected between a battery 1 and an output terminal 5, and a control circuit 3 that switches the FET 2 to on/off states. The control circuit 3 comprises a voltage detection circuit 6, that detects the voltage between a drain and a source of the FET 2 and a current detection circuit 7, that detects the current flowing between the drain and the source of the FET 2. The control circuit cuts off an FET voltage detected by the voltage detection circuit 6, and also cuts off a current flowing to the FET 2 from an FET current detected by the current detection circuit 7. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池と直列に保護用のFETを接続しているパック電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
パック電池は、過電流が流れると電池の特性が低下する。また、パック電池に過大な電流が流れるとジュール熱で発熱して安全に使用できなくなる。この弊害を防止するために、過電流を検出して電流を遮断する回路を内蔵するパック電池が開発されている(特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−340267号
【0004】
この公報に記載されるパック電池は、図1に示すように、電池21と直列に、加熱抵抗22を備えるヒューズ23を接続している。このパック電池は、電池21に過電流が流れると、加熱抵抗22に通電してヒューズ23を溶断して、電流を遮断する。このパック電池は、過電流から電池21や回路を保護できるが、ヒューズ23の溶断に時間遅れがあるので、速やかに電流を遮断するのが難しい。また、加熱抵抗22とヒューズ23との相対位置関係、ヒューズ23の温度特性等を均一にすることが難しく、正確な条件で速やかに電流を遮断するのが難しい。
【0005】
過電流を速やかに遮断するには、電池と直列に電流を遮断するFETを接続し、過電流を検出してFETをオンからオフに切り換えて実現できる。このパック電池は、電池と出力端子との間にFETを接続する。FETは、過電流を検出する制御回路でオンオフに切り換えられる。制御回路は、電池に過大な電流が流れるときにFETをオンからオフに切り換える。このパック電池は、FETをオン状態として正常に使用される。オン状態のFETが電池と出力端子とを電気接続するからである。FETがオフになると、電池と出力端子が実質的に電気接続されなくなり、電池の充放電は停止される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
FETを制御回路でオンオフに切り換えるパック電池は、FETに過大な電流が流れて熱で破壊されることがある。FETの破壊は、FETと直列に接続している温度ヒューズを接近して配置して保護できる。このパック電池は、高温になったFETが温度ヒューズを溶断して電流を遮断する。しかしながら、このパック電池は、温度ヒューズとFET間の温度差が大きくなるので、正確な過電流での電流遮断が難しい。また、このパック電池は、加熱されたFETが温度ヒューズを加熱して温度ヒューズを劣化させる欠点もある。
【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、FETに過電流が流れて温度が高くなると確実に電流を遮断できるパック電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、FETの温度を検出するための温度センサーを設けることなく、FETを温度上昇から確実に保護できるパック電池を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、電池1と出力端子5との間に接続している保護用のFET2と、このFET2をオンオフに切り換える制御回路3とを備える。制御回路3は、FET2のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路6と、FET2のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路7とを備え、電圧検出回路6で検出するFET電圧と、電流検出回路7で検出するFET電流からFET2に流れる電流を遮断する。FET電圧とFET電流からFET2の電流を遮断するのは、FET電圧とFET電流からオン抵抗を検出し、オン抵抗からジャンクション温度を検出して、FET温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断するからである。
【0009】
本発明の請求項2のパック電池は、制御回路3にタイマーを装備する。このパック電池は、FET電圧とFET電流からFET2のオン抵抗を演算して、オン抵抗からFET温度を検出し、FET温度がタイマーの設定時間より長く設定温度よりも高くなると電流を遮断する。
【0010】
本発明の請求項3のパック電池は、通信回路10を備える。このパック電池は、制御回路3がFET電圧とFET電流からFET2のオン抵抗を演算して、演算されたオン抵抗からFET温度を検出すると共に、検出されたFET温度を通信回路10で電池使用機器に出力する。
【0011】
本発明の請求項4のパック電池は、FET2と直列に電流遮断素子4を接続している。FET2のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、FET温度が設定温度よりも高くなると、制御回路3は電流遮断素子4で電流を遮断する。
【0012】
本発明の請求項5のパック電池は、FET2のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、FET温度が設定温度よりも高くなると、FET2をオンからオフに切り換えてFET2の電流を遮断する。
【0013】
【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パック電池を例示するものであって、本発明はパック電池を以下のものに特定しない。
【0014】
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。
【0015】
図2の回路図に示すパック電池は、電池1と出力端子5との間に接続している保護用のFET2と、このFET2をオンオフに切り換える制御回路3と、電池1と直列に接続している電流遮断素子4とを備える。電池1は、リチウムイオン電池である。ただ、電池は、リチウムイオン電池以外の二次電池、たとえばニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池とすることもできる。図のパック電池は、複数の電池1を直列に接続しているが、パック電池は、ひとつの電池を内蔵するものとすることもできる。
【0016】
図のパック電池は、充電電流を遮断して充電時の過電流から電池1や回路を保護するために充電用のFET2Aと、放電電流を遮断して放電時の過電流から電池1や回路を保護するために放電用のFET2Bとを備える。このパック電池は、充電時と放電時の両方において過電流から電池1や回路を保護できる。ただし、本発明のパック電池は、必ずしも充電用と放電用のFETを備える必要はなく、たとえば放電用のFETのみ、あるいは充電用のFETのみを設けることもできる。
【0017】
FET2は、パワーMOSFETである。ただし、FETは、必ずしもパワーMOSFETとする必要はなく、電池の電流をオンオフに切り換えできる全てのFETを使用できる。パワーMOSFETは、並列に接続された寄生ダイオードを有する。寄生ダイオードは、FETがオフの状態で逆方向に電流を流すことができる方向に接続されている。したがって、放電用のダイオードがオフになっても充電することができ、また充電用のダイオードがオフになっても放電することができる。
【0018】
FETは、温度によってドレイン・ソース間のオン抵抗が変化する。FETの温度に対するドレイン・ソース間のオン抵抗は、FETの種類により変化するが、図3はその一例を示す。この図は、パワーMOSFETの温度に対するドレイン・ソース間のオン抵抗を示している。FETのオン抵抗は、温度のみでなく、ゲート・ソース間の電圧によっても変化する。FETをオン状態に保持するゲート・ソース間の電圧は一定にできる。ゲート・ソース間の電圧を一定にすると、オン抵抗は温度で特定される。この図は、250μsecのパルス測定であるから、ジャンクション温度は周囲温度と熱平衡状態となり、周囲温度はジャンクション温度と扱うことができる。したがって、図3は、FETのジャンクション温度に対するオン抵抗、言いかえると、オン抵抗に対するFETのジャンクション温度の特性である。この特性から、FETはオン抵抗を検出してジャンクション温度を特定できる。FETはジャンクション温度が異常に高くなると熱で破壊される。したがって、FETのジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、FETの電流を遮断してFETを保護できる。FETのジャンクション温度はオン抵抗で特定されるので、FETのオン抵抗が設定値になると電流を遮断してFETを熱破壊から防止できる。
【0019】
FET2のオン抵抗を検出するために、制御回路3は、FET2のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路6と、FET2のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路7を備える。電流検出回路7は、電池1と直列に接続している電流検出抵抗7Aと、この電流検出抵抗7Aの両端に誘導される電圧から電流を検出する電流測定回路7Bとを備えている。この制御回路3は、電圧検出回路6が検出するFET電圧と、電流検出回路7で検出するFET電流からFET2のオン抵抗を検出し、オン抵抗からFET2のジャンクション温度を検出し、FET2の温度であるジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、FET2に流れる電流を遮断する。図2の制御回路3は、オン抵抗を演算して電流の遮断を制御する演算回路8を備える。
【0020】
演算回路8は、電流遮断素子4を制御して、FET2の電流を遮断する。電流遮断素子4は、ヒータ付きヒューズ4Aと、このヒータ付きヒューズ4Aのヒータ11に通電してヒューズ12を溶断するヒューズ溶断スイッチ4Bを備える。演算回路8は、FET温度であるジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、ヒューズ溶断スイッチ4Bをオンにしてヒータ11に通電する。通電されるヒータ11は加熱されてヒューズ12を熱溶断する。図2のパック電池は、FET温度が設定温度よりも高くなると、制御回路3に内蔵される演算回路8が、電流遮断素子4であるヒータ付きヒューズ4Aのヒューズ12を溶断して電流を遮断する。
【0021】
本発明のパック電池は、電流遮断素子をヒータでヒューズを溶断する回路に特定しない。電流遮断素子には、演算回路で制御されるブレーカ等も使用できる。また、図の鎖線で示すように、FET温度が設定温度よりも高くなるときには、保護回路9がFET2をオンからオフに切り換えて電流を遮断することもできる。図2に示すように、充電用と放電用のFETを直列に接続しているパック電池は、FET温度が設定温度よりも高くなると、演算回路8が保護回路9を介して両方のFET2をオンからオフに切り換えて電流を遮断する。
【0022】
演算回路8は、FET電圧とFET電流からオン抵抗を演算し、演算したオン抵抗からジャンクション温度を検出し、ジャンクション温度で電流を遮断する演算回路8を備える。演算回路8はオームの法則、すなわちFET電圧/FET電流を計算してFET2のオン抵抗を演算する。さらに演算回路8は、FET2のオン抵抗に対するジャンクション温度の特性を記憶回路(図示せず)に記憶している。演算回路8は、記憶回路に記憶する特性と、演算したオン抵抗からジャンクション温度を演算し、ジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、電流遮断素子4を制御し、あるいは保護回路9を介してFET2を制御して電流を遮断する。
【0023】
さらに、制御回路3は、タイマー(図示せず)も備える。この制御回路3は、FET電圧とFET電流からFET2のオン抵抗を演算して、オン抵抗からFET温度であるジャンクション温度を検出し、FET温度が設定温度よりも高くなる時間がタイマーの設定時間より長くなるときに電流を遮断する。この制御回路3は、設定時間よりも長い時間、FET温度が設定温度よりも高くなるときにかぎって電流を遮断する。
【0024】
さらに、図2のパック電池は、FET温度を電池使用機器(図示せず)に伝送するための通信回路10も備えている。通信回路10は、検出されたFET温度を電池使用機器に出力する。通信回路10は、常時一定の周期でFET温度を電池使用機器に伝送し、あるいはFET温度が設定温度よりも高くなったときに、FET2が設定温度よりも高温になったために、一定時間後に電流を遮断する電流遮断信号を電池使用機器に出力する。電流遮断信号が伝送される電池使用機器は、電流を遮断するまでに電流を処理をする。たとえば、パック電池を電源に使用するラップトップマイコンにあっては、パック電池から電流遮断信号が入力されると、電極をシャットオフする処理をすることができる。制御回路3は、電流遮断信号を出力した後、一定時間後に電流を遮断する。
【0025】
図の制御回路3は、電池1の保護回路9を内蔵している。この制御回路3は、充電用のFET2Aと放電用のFET2Bを、過電流が流れるときにのみオンオフに制御するのではなく、充電している電池1が満充電となり、あるいは放電している電池1が完全に放電され、あるいはまた電池温度が異常に高くなることを保護回路9で検出して、FET2をオンオフに制御する。充電用のFET2Aは、充電している電池1が満充電されて過充電されるようになると、このことが保護回路9に検出されて、保護回路9でオンからオフに切り換えられて充電電流を遮断する。放電用のFET2Bは、放電しているときに過放電される状態になると、オンからオフに切り換えられて放電電流を遮断する。
【0026】
このパック電池は、図4に示すように、以下の動作をして電流を遮断する。
[n=1のステップ]
電圧検出回路6がFET2のドレイン・ソース間電圧であるFET電圧を検出する。
[n=2のステップ]
電流検出回路7がFET2の通過電流、すなわちドレイン・ソース間に流れる電流であるFET電流を検出する。
[n=3のステップ]
演算回路8が、FET電圧/FET電流を演算してFET2のオン抵抗を検出する。
[n=4のステップ]
演算回路8は、記憶しているオン抵抗とジャンクション温度に基づいて、検出したFET2のオン抵抗をジャンクション温度に変換する。
[n=5のステップ]
演算回路8が、ジャンクション温度であるFET温度を設定温度に比較し、異常温度であるかどうかを判定する。FET温度が設定温度よりも高いと異常温度と判定する。FET温度が設定温度よりも高くなく、異常温度でない場合は、n=1のステップのループする。
[n=6のステップ]
FET温度が異常温度になる時間が、設定時間よりも長いかどうかを判定し、設定時間よりも短いときは、n=1のステップにループする。
[n=7のステップ]
FET温度が異常温度となる時間が、設定時間よりも長くなると、ヒューズ溶断スイッチ4Bをオンに切り換え、ヒータ11に通電し、ヒータ11を加熱してヒータ付きヒューズ4Aのヒューズ12を熱溶断する。
【0027】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、FETに過電流が流れて温度が高くなるときに、確実に電流を遮断してFETを熱破壊から有効に防止できる特長がある。また、本発明のパック電池は、FETの温度を検出するための温度センサーを設けることなく、FETを温度上昇から確実に保護できる特長がある。それは本発明のパック電池が、FETの電圧と電流からオン抵抗を検出し、オン抵抗からFET温度を検出して、FET温度が異常に高くなるときに電流を遮断するからである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のパック電池の回路図
【図2】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図
【図3】FETのドレイン・ソース間のオン抵抗と周囲温度の関係を示すグラフ
【図4】図2に示すパック電池が電流を遮断するフローチャート
【符号の説明】
1…電池
2…FET 2A…充電用のFET
2B…放電用のFET
3…制御回路
4…電流遮断素子 4A…ヒータ付きヒューズ
4B…ヒューズ溶断スイッチ
5…出力端子
6…電圧検出回路
7…電流検出回路 7A…電流検出抵抗
7B…電流測定回路
8…演算回路
9…保護回路
10…通信回路
11…ヒータ
12…ヒューズ
21…電池
22…加熱抵抗
23…ヒューズ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a battery pack having a protective FET connected in series with the battery.
[0002]
[Prior art]
The characteristics of a battery pack deteriorate when an overcurrent flows. Also, if an excessive current flows through the battery pack, heat is generated by Joule heat and the battery cannot be used safely. In order to prevent this problem, a battery pack having a built-in circuit for detecting an overcurrent and interrupting the current has been developed (see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2000-340267
In the battery pack described in this publication, a fuse 23 having a heating resistor 22 is connected in series with a battery 21 as shown in FIG. In this battery pack, when an overcurrent flows through the battery 21, the heating resistor 22 is energized to blow the fuse 23 and cut off the current. The battery pack can protect the battery 21 and the circuit from overcurrent, but it is difficult to cut off the current promptly because the fuse 23 has a time delay in blowing. Further, it is difficult to make the relative positional relationship between the heating resistor 22 and the fuse 23, the temperature characteristic of the fuse 23, and the like uniform, and it is difficult to quickly cut off the current under accurate conditions.
[0005]
In order to cut off the overcurrent promptly, it is possible to connect an FET that cuts off the current in series with the battery, detect the overcurrent, and switch the FET from on to off. In this battery pack, an FET is connected between the battery and an output terminal. The FET is turned on and off by a control circuit that detects an overcurrent. The control circuit switches the FET from on to off when an excessive current flows through the battery. This battery pack is normally used with the FET turned on. This is because the FET in the ON state electrically connects the battery and the output terminal. When the FET is turned off, the battery and the output terminal are not substantially electrically connected, and charging and discharging of the battery are stopped.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a battery pack in which an FET is switched on and off by a control circuit, an excessive current may flow through the FET and be destroyed by heat. The destruction of the FET can be protected by placing a thermal fuse connected in series with the FET close to the FET. In this battery pack, the high-temperature FET blows the thermal fuse to cut off the current. However, in this battery pack, since the temperature difference between the thermal fuse and the FET becomes large, it is difficult to accurately cut off the current with an overcurrent. This battery pack also has a disadvantage that the heated FET heats the thermal fuse and deteriorates the thermal fuse.
[0007]
The present invention has been developed to solve such disadvantages. An important object of the present invention is to provide a battery pack that can reliably shut off current when the temperature rises due to an overcurrent flowing through the FET.
Another important object of the present invention is to provide a battery pack that can reliably protect a FET from a rise in temperature without providing a temperature sensor for detecting the temperature of the FET.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The battery pack of the present invention includes a protection FET 2 connected between the battery 1 and the output terminal 5, and a control circuit 3 for switching the FET 2 on and off. The control circuit 3 includes a voltage detection circuit 6 for detecting a voltage between the drain and the source of the FET 2 and a current detection circuit 7 for detecting a current flowing between the drain and the source of the FET 2. Then, the current flowing through the FET 2 from the FET current detected by the current detection circuit 7 is cut off. In order to cut off the current of FET2 from the FET voltage and the FET current, the on-resistance is detected from the FET voltage and the FET current, the junction temperature is detected from the on-resistance, and the current is cut off when the FET temperature becomes higher than the set temperature. Because.
[0009]
In the battery pack according to the second aspect of the present invention, the control circuit 3 is provided with a timer. The battery pack calculates the on-resistance of the FET 2 from the FET voltage and the FET current, detects the FET temperature from the on-resistance, and cuts off the current when the FET temperature becomes longer than the set temperature of the timer and becomes higher than the set temperature.
[0010]
The battery pack according to claim 3 of the present invention includes the communication circuit 10. In this battery pack, the control circuit 3 calculates the on-resistance of the FET 2 from the FET voltage and the FET current, detects the FET temperature from the calculated on-resistance, and uses the detected FET temperature by the communication Output to
[0011]
In the battery pack according to the fourth aspect of the present invention, the current cutoff element 4 is connected in series with the FET 2. When the ON resistance of the FET 2 becomes larger than the set value and the FET temperature becomes higher than the set temperature, the control circuit 3 cuts off the current by the current cutoff element 4.
[0012]
In the battery pack according to claim 5 of the present invention, when the on-resistance of the FET 2 becomes higher than the set value and the FET temperature becomes higher than the set temperature, the FET 2 is switched from on to off to cut off the current of the FET 2.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described 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.
[0014]
Further, in this specification, in order to make it easy to understand the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as “claims” and “means for solving the problems”. Are added to the members indicated by "." However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.
[0015]
The battery pack shown in the circuit diagram of FIG. 2 has a protection FET 2 connected between the battery 1 and the output terminal 5, a control circuit 3 for switching the FET 2 on and off, and a series connection with the battery 1. And a current interrupting element 4. Battery 1 is a lithium ion battery. However, the battery may be a secondary battery other than the lithium ion battery, for example, a nickel-hydrogen battery or a nickel-cadmium battery. In the illustrated battery pack, a plurality of batteries 1 are connected in series, but the battery pack may include a single battery.
[0016]
The battery pack shown in the figure has a charging FET 2A for interrupting the charging current to protect the battery 1 and the circuit from overcurrent during charging, and the battery 1 and the circuit from interrupting the discharging current and overcurrent during discharging. A discharge FET 2B is provided for protection. This battery pack can protect the battery 1 and the circuit from overcurrent both during charging and during discharging. However, the battery pack of the present invention does not necessarily need to include the charging and discharging FETs. For example, only the discharging FET or only the charging FET may be provided.
[0017]
FET2 is a power MOSFET. However, the FET need not necessarily be a power MOSFET, and any FET that can switch the battery current on and off can be used. The power MOSFET has a parasitic diode connected in parallel. The parasitic diode is connected in a direction that allows current to flow in the reverse direction when the FET is off. Therefore, the battery can be charged even when the discharging diode is turned off, and can be discharged even when the charging diode is turned off.
[0018]
In the FET, the on-resistance between the drain and the source changes depending on the temperature. The on-resistance between the drain and the source with respect to the temperature of the FET changes depending on the type of the FET, and FIG. 3 shows an example thereof. This figure shows the on-resistance between the drain and the source with respect to the temperature of the power MOSFET. The on-resistance of the FET changes not only with the temperature but also with the voltage between the gate and the source. The voltage between the gate and the source that keeps the FET on can be constant. When the voltage between the gate and the source is fixed, the on-resistance is specified by the temperature. In this figure, since the pulse measurement is 250 μsec, the junction temperature is in thermal equilibrium with the ambient temperature, and the ambient temperature can be treated as the junction temperature. Therefore, FIG. 3 shows the characteristics of the on-resistance with respect to the junction temperature of the FET, in other words, the characteristics of the junction temperature of the FET with respect to the on-resistance. From this characteristic, the FET can determine the junction temperature by detecting the on-resistance. An FET is destroyed by heat when the junction temperature becomes abnormally high. Therefore, when the junction temperature of the FET becomes higher than the set temperature, the current of the FET can be cut off to protect the FET. Since the junction temperature of the FET is specified by the on-resistance, when the on-resistance of the FET reaches a set value, the current is cut off, and the FET can be prevented from being thermally damaged.
[0019]
In order to detect the on-resistance of the FET 2, the control circuit 3 includes a voltage detection circuit 6 for detecting a drain-source voltage of the FET 2, and a current detection circuit 7 for detecting a current flowing between the drain and the source of the FET 2. The current detection circuit 7 includes a current detection resistor 7A connected in series with the battery 1, and a current measurement circuit 7B for detecting a current from a voltage induced across the current detection resistor 7A. The control circuit 3 detects the on-resistance of the FET 2 from the FET voltage detected by the voltage detection circuit 6 and the FET current detected by the current detection circuit 7, detects the junction temperature of the FET 2 from the on-resistance, When a certain junction temperature becomes higher than the set temperature, the current flowing through the FET 2 is cut off. The control circuit 3 of FIG. 2 includes an arithmetic circuit 8 that calculates the on-resistance and controls the interruption of the current.
[0020]
The arithmetic circuit 8 controls the current cutoff element 4 to cut off the current of the FET 2. The current interrupting element 4 includes a fuse 4A with a heater and a fuse blowing switch 4B for blowing the fuse 12 by energizing the heater 11 of the fuse 4A with the heater. When the junction temperature, which is the FET temperature, becomes higher than the set temperature, the arithmetic circuit 8 turns on the fuse blowing switch 4B to energize the heater 11. The heater 11 that is energized is heated to thermally blow the fuse 12. In the battery pack of FIG. 2, when the FET temperature becomes higher than the set temperature, the arithmetic circuit 8 incorporated in the control circuit 3 blows the fuse 12 of the heater-equipped fuse 4A as the current interrupting element 4 to interrupt the current. .
[0021]
In the battery pack of the present invention, the current interrupting element is not limited to a circuit that blows a fuse with a heater. A breaker or the like controlled by an arithmetic circuit can be used as the current interrupting element. Further, as shown by a chain line in the figure, when the FET temperature becomes higher than the set temperature, the protection circuit 9 can switch the FET 2 from on to off to cut off the current. As shown in FIG. 2, in the battery pack in which the charging and discharging FETs are connected in series, when the FET temperature becomes higher than the set temperature, the arithmetic circuit 8 turns on both the FETs 2 via the protection circuit 9. To switch off to cut off the current.
[0022]
The arithmetic circuit 8 includes an arithmetic circuit 8 that calculates an on-resistance from the FET voltage and the FET current, detects a junction temperature from the calculated on-resistance, and cuts off the current at the junction temperature. The operation circuit 8 calculates the ON resistance of the FET 2 by calculating Ohm's law, that is, FET voltage / FET current. Further, the arithmetic circuit 8 stores the characteristics of the junction temperature with respect to the on-resistance of the FET 2 in a storage circuit (not shown). The arithmetic circuit 8 calculates the junction temperature from the characteristics stored in the storage circuit and the calculated on-resistance. When the junction temperature becomes higher than the set temperature, the arithmetic circuit 8 controls the current cutoff element 4 or the FET 2 through the protection circuit 9. To cut off the current.
[0023]
Further, the control circuit 3 includes a timer (not shown). The control circuit 3 calculates the on-resistance of the FET 2 from the FET voltage and the FET current, detects the junction temperature, which is the FET temperature, from the on-resistance, and determines that the time when the FET temperature becomes higher than the set temperature is longer than the set time of the timer. Cut off current when longer. The control circuit 3 cuts off the current only when the FET temperature becomes higher than the set temperature for a longer time than the set time.
[0024]
Further, the battery pack of FIG. 2 also includes a communication circuit 10 for transmitting the FET temperature to a battery-using device (not shown). The communication circuit 10 outputs the detected FET temperature to the device using the battery. The communication circuit 10 always transmits the FET temperature to the battery-powered device at a constant cycle, or when the FET temperature becomes higher than the set temperature, the FET 2 becomes higher than the set temperature. Output to the battery-powered device. The battery-powered device to which the current cutoff signal is transmitted processes the current until the current is cut off. For example, in a laptop microcomputer using a battery pack as a power supply, when a current cutoff signal is input from the battery pack, a process for shutting off the electrodes can be performed. After outputting the current cutoff signal, the control circuit 3 cuts off the current after a predetermined time.
[0025]
The illustrated control circuit 3 has a built-in protection circuit 9 for the battery 1. The control circuit 3 does not control the charging FET 2A and the discharging FET 2B to be turned on / off only when an overcurrent flows. Instead, the charged battery 1 becomes fully charged or the discharged battery 1 Is completely discharged, or the protection circuit 9 detects that the battery temperature becomes abnormally high, and controls the FET 2 to be turned on and off. When the charged battery 1 is fully charged and becomes overcharged, this is detected by the protection circuit 9 and the charging FET 2A is switched from on to off by the protection circuit 9 to reduce the charging current. Cut off. When the discharging FET 2B is in an overdischarged state during discharging, it is switched from on to off and cuts off the discharging current.
[0026]
As shown in FIG. 4, the battery pack performs the following operations to cut off the current.
[Steps for n = 1]
The voltage detection circuit 6 detects an FET voltage which is a drain-source voltage of the FET 2.
[Steps for n = 2]
The current detection circuit 7 detects a passing current of the FET 2, that is, an FET current that is a current flowing between the drain and the source.
[Steps for n = 3]
The arithmetic circuit 8 calculates the FET voltage / FET current to detect the ON resistance of the FET 2.
[Steps for n = 4]
The arithmetic circuit 8 converts the detected on-resistance of the FET 2 into a junction temperature based on the stored on-resistance and junction temperature.
[Steps for n = 5]
The arithmetic circuit 8 compares the FET temperature, which is the junction temperature, with the set temperature, and determines whether the temperature is abnormal. If the FET temperature is higher than the set temperature, it is determined that the temperature is abnormal. If the FET temperature is not higher than the set temperature and is not an abnormal temperature, a loop of n = 1 steps is performed.
[Steps for n = 6]
It is determined whether the time during which the FET temperature becomes abnormal is longer than the set time, and if shorter than the set time, the process loops to the step of n = 1.
[Steps for n = 7]
When the time during which the FET temperature becomes abnormal becomes longer than the set time, the fuse blowing switch 4B is turned on, the heater 11 is energized, and the heater 11 is heated to thermally blow the fuse 12 of the fuse 4A with heater.
[0027]
【The invention's effect】
The battery pack of the present invention has a feature that when an overcurrent flows through the FET and the temperature rises, the current is reliably cut off to effectively prevent the FET from being thermally destroyed. Further, the battery pack of the present invention has a feature that the FET can be reliably protected from temperature rise without providing a temperature sensor for detecting the temperature of the FET. This is because the battery pack of the present invention detects the on-resistance from the voltage and current of the FET, detects the FET temperature from the on-resistance, and cuts off the current when the FET temperature becomes abnormally high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a conventional battery pack. FIG. 2 is a circuit diagram of a battery pack according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is a graph showing the relationship between the on-resistance between the drain and source of an FET and the ambient temperature. FIG. 4 is a flowchart for interrupting a current by the battery pack shown in FIG. 2;
1: Battery 2: FET 2A: Charge FET
2B: FET for discharge
3 ... Control circuit 4 ... Current interrupting element 4A ... Fuse with heater 4B ... Fuse blowing switch 5 ... Output terminal 6 ... Voltage detecting circuit 7 ... Current detecting circuit 7A ... Current detecting resistor 7B ... Current measuring circuit 8 ... Operation circuit 9 ... Protection Circuit 10 Communication circuit 11 Heater 12 Fuse 21 Battery 22 Heating resistor 23 Fuse

Claims (5)

電池(1)と出力端子(5)との間に接続してなる保護用のFET(2)と、このFET(2)をオンオフに切り換える制御回路(3)とを備えるパック電池であって、
制御回路(3)がFET(2)のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路(6)と、FET(2)のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路(7)とを備え、電圧検出回路(6)で検出するFET電圧と、電流検出回路(7)で検出するFET電流からFET(2)に流れる電流を遮断するようにしてなるパック電池。
A battery pack comprising: a protection FET (2) connected between a battery (1) and an output terminal (5); and a control circuit (3) for turning the FET (2) on and off.
The control circuit (3) includes a voltage detection circuit (6) for detecting a drain-source voltage of the FET (2) and a current detection circuit (7) for detecting a current flowing between the drain and source of the FET (2). A battery pack comprising a FET voltage detected by a voltage detection circuit (6) and a current flowing through the FET (2) from an FET current detected by a current detection circuit (7).
制御回路(3)がタイマーを備えると共に、FET電圧とFET電流からFET(2)のオン抵抗を演算して、オン抵抗からFET温度を検出し、FET温度がタイマーの設定時間より長く設定温度よりも高くなると電流を遮断する請求項1に記載されるパック電池。The control circuit (3) includes a timer, calculates the on-resistance of the FET (2) from the FET voltage and the FET current, detects the FET temperature from the on-resistance, and the FET temperature is longer than the set time of the timer. 2. The battery pack according to claim 1, wherein the current is cut off when the temperature of the battery pack becomes high. 制御回路(3)がFET電圧とFET電流からFET(2)のオン抵抗を演算して、演算されたオン抵抗からFET温度を検出すると共に、検出されたFET温度を出力する通信回路(10)を備えており、通信回路(10)が電池使用機器にFET温度を出力するようにしてなる請求項1に記載されるパック電池。A communication circuit for calculating an on-resistance of the FET from the FET voltage and the FET current, detecting a FET temperature from the calculated on-resistance, and outputting the detected FET temperature; The battery pack according to claim 1, wherein the communication circuit (10) outputs the FET temperature to the battery-powered device. FET(2)と直列に電流遮断素子(4)を接続しており、FET(2)のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、FET温度が設定温度よりも高くなると、制御回路(3)が電流遮断素子(4)で電流を遮断する請求項1に記載されるパック電池。The current interrupting element (4) is connected in series with the FET (2). When the on-resistance of the FET (2) becomes larger than the set value and the FET temperature becomes higher than the set temperature, the control circuit (3). 2. The battery pack according to claim 1, wherein the current is interrupted by the current interrupting element (4). FET(2)のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、FET温度が設定温度よりも高くなると、制御回路(3)がFET(2)をオンからオフに切り換えて電流を遮断する請求項1に記載されるパック電池。The control circuit (3) switches the FET (2) from on to off and cuts off current when the on-resistance of the FET (2) becomes higher than a set value and the FET temperature becomes higher than the set temperature. The battery pack described in 1.
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