JP2006174664A - Battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、二次電池パックの出力回路を遮断する電流遮断回路を用いた電池パックに関する。 The present invention relates to a battery pack using a current interrupt circuit that interrupts an output circuit of a secondary battery pack.
二次電池、特に密閉型の二次電池は、適正量を超えて過充電されたり、過放電や逆充電された場合には、電解液の漏液や可燃性ガスの放出などが起こり、危険な状態となることが知られている。このため、二次電池を充放電する回路には回路を開くことで充放電を停止させる為の電流回路開閉素子として電磁式コンタクタや半導体スイッチング素子などが配されるのが一般的である。特に、過充電や過放電の際に危険性が高いリチウム二次電池では、多くの場合、電池パックにこれらの電流回路開閉素子が内蔵されている。また、二重保護の観点での過充電防止を主目的とする電池の保護手段としては、電池の電圧が既定値を超えた場合にサイリスタなどによりプラス端子とマイナス端子間に設置した半導体スイッチング素子を駆動させて回路を短絡させ、電流ヒューズを溶断する手法などが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、前記従来の構成では、高出力モータを負荷とする電池式電動工具や電池式掃除機などの機器の場合は、電池への通電電流が数十アンペアから100アンペア以上に及ぶ為、出力回路に設置すべき電磁式コンタクタや半導体スイッチング素子などの電流遮断素子は内部抵抗の低く信頼性の高いものが必要であり、これらは非常に大きくかつ高価なものとなる。また、モータ停止時の逆起電力による瞬間的なサージ電流も流れる為、特許文献1に示されるようなサイリスタなどによる保護回路では、誤動作の可能性が極めて高くなる。本発明は、このような高出力が要求される電池パックにおける安価で信頼性の高い電流遮断回路を提案するものである。 However, in the conventional configuration, in the case of a battery type power tool or a battery type vacuum cleaner having a high output motor as a load, an energization current to the battery ranges from several tens of amperes to 100 amperes or more. Current interrupting elements such as electromagnetic contactors and semiconductor switching elements to be installed in the circuit board are required to have low internal resistance and high reliability, which are very large and expensive. In addition, since an instantaneous surge current due to the back electromotive force when the motor is stopped flows, the protection circuit using a thyristor or the like as disclosed in Patent Document 1 has a very high possibility of malfunction. The present invention proposes an inexpensive and highly reliable current interruption circuit in such a battery pack that requires high output.
上記目的を達成するために本発明の電池パックは、単数または複数の二次電池と、プラス側充放電端子と、マイナス側充電端子と、マイナス側放電端子と、前記二次電池の状態を監視及び制御する制御手段とを備えると共に、放電回路に電流ヒューズを配置し、前記二次電池及び前記電流ヒューズよりも端子側の位置に前記制御手段によって制御される半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタを備え、前記半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタにより前記プラス側充放電端子とマイナス側放電端子とを短絡させ得る構成としたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the battery pack of the present invention monitors one or a plurality of secondary batteries, a positive charge / discharge terminal, a negative charge terminal, a negative discharge terminal, and the state of the secondary battery. And a control means for controlling, a current fuse is disposed in the discharge circuit, and a semiconductor switching element or an electromagnetic contactor controlled by the control means is provided at a position closer to the terminal than the secondary battery and the current fuse. The positive charge / discharge terminal and the negative discharge terminal can be short-circuited by the semiconductor switching element or the electromagnetic contactor.
本発明では、大電流が通電される放電端子と放電時のような大電流が通電されない充電端子とが分離されているので、充電回路側には従来通りに通電遮断するための電磁式コンタクタや半導体スイッチング素子などの電流遮断素子を設置することが出来る。一方、これらの素子の設置が難しい放電回路では、電池の状態を監視及び制御する制御手段がこの放電端子からの過充電を検出したり、過放電に至ることを予想したような場合に、プラス、マイナス両放電端子の内側かつ二次電池及びヒューズの外側の位置に配された半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタを作動させることにより電池を短絡させ、過大な短絡電流を流して電流ヒューズを溶断するので、回路が安全に遮断される。さらにこの回路構成によれば、放電回路を遮断する時のみ該半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタに通電され、通常の動作時には全く通電されないことから、制御回路の消費電力も
大幅に削減することが可能となる。さらに、これらの素子は通常は作動しないので、繰り返し寿命の要求値も少ないことから、この用途として十分な信頼性を有する素子は放電回路を直接開閉する素子より安価に入手することが可能となる。
In the present invention, the discharge terminal to which a large current is applied and the charging terminal to which a large current is not applied, such as during discharging, are separated. A current interrupting element such as a semiconductor switching element can be installed. On the other hand, in a discharge circuit in which these elements are difficult to install, a control means for monitoring and controlling the state of the battery detects an overcharge from this discharge terminal or is expected to cause an overdischarge. The battery is short-circuited by operating a semiconductor switching element or electromagnetic contactor located inside the negative discharge terminals and outside the secondary battery and fuse, and the current fuse is blown by passing an excessive short-circuit current. So the circuit is safely shut off. Furthermore, according to this circuit configuration, the semiconductor switching element or the electromagnetic contactor is energized only when the discharge circuit is interrupted, and is not energized at all during normal operation, so the power consumption of the control circuit can be greatly reduced. It becomes. Furthermore, since these elements do not normally operate, the required value of the repeated life is small, and therefore, an element having sufficient reliability for this application can be obtained at a lower cost than an element that directly opens and closes the discharge circuit. .
以上の通り、本発明によれば大電流の通電が必要な放電回路に半導体スイッチング素子や電磁式コンタクタなどの電流遮断手段を設けることなく、二次電池の過充電などの異常使用時に放電回路を遮断することが可能となる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a discharge circuit for abnormal use such as overcharge of a secondary battery without providing a current interruption means such as a semiconductor switching element or an electromagnetic contactor in a discharge circuit that requires energization of a large current. It becomes possible to block.
また、異常の判断は、単純な電池電圧や温度のみに依存するのではなく、制御手段における演算によって行われるため、誤作動の無い信頼性の高い判断が可能である。さらに、プラス側放電端子とマイナス側放電端子間を短絡させる半導体スイッチング素子や電磁式コンタクタは、通常使用時には動作しない為、電力を消費することもない。 In addition, the determination of abnormality does not depend only on a simple battery voltage or temperature, but is performed by calculation in the control means, so that a reliable determination without malfunction can be made. Furthermore, semiconductor switching elements and electromagnetic contactors that short-circuit between the positive side discharge terminal and the negative side discharge terminal do not operate during normal use, and thus do not consume power.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明し、発明の理解に供する。尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the invention. The following embodiment is an example embodying the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention.
図1は本発明の形態に係る回路の構成を示すものである。1はリチウムイオン二次電池等の二次電池、2は二次電池1への充放電を遮断する電流ヒューズ、3は二次電池1の電圧・温度情報や電流センサ10等からの情報を受け、充放電制御等を行う制御手段、4はプラス側充放電端子、5はマイナス側充電端子、6はマイナス側放電端子である。7は制御手段3からの信号を受け二次電池1を短絡させる半導体スイッチング素子、8は二次電池1の周囲温度を測定して制御手段3へ情報を送るための温度センサ、9は制御手段3からの信号を受け二次電池1への充電を停止する充電回路開閉半導体スイッチング素子、10は二次電池1へ流れる電流値を測定する電流センサである。 FIG. 1 shows the configuration of a circuit according to an embodiment of the present invention. 1 is a secondary battery such as a lithium ion secondary battery, 2 is a current fuse that interrupts charging / discharging of the secondary battery 1, and 3 is voltage / temperature information of the secondary battery 1 and information from a current sensor 10 and the like. Control means for performing charge / discharge control, 4 is a positive charge / discharge terminal, 5 is a negative charge terminal, and 6 is a negative discharge terminal. 7 is a semiconductor switching element that receives a signal from the control means 3 and short-circuits the secondary battery 1, 8 is a temperature sensor for measuring the ambient temperature of the secondary battery 1 and sending information to the control means 3, and 9 is a control means A charging circuit switching semiconductor switching element 10 that receives a signal from 3 and stops charging the secondary battery 1 is a current sensor that measures the value of the current flowing to the secondary battery 1.
プラス側のプラス側充放電端子4とマイナス側放電端子6との間に接続された二次電池1に電流ヒューズ2が接続されている。制御手段3は、二次電池1の温度を温度センサ8により監視し、電圧も監視している。さらに電流センサ10により充放電の電流を監視している。放電回路と並列にマイナス側充電端子5及び制御手段3により制御される充電回路開閉半導体スイッチング素子9からなる充電回路が設けられている。放電回路は、制御手段3によって制御される半導体スイッチング素子7を介して、回路の最も端子よりの位置で接続されている。なお、電流ヒューズ2は二次電池1のプラス側に接続されているが、放電回路のマイナス側に接続されていても同様に機能する。 A current fuse 2 is connected to the secondary battery 1 connected between the positive side charge / discharge terminal 4 and the negative side discharge terminal 6. The control means 3 monitors the temperature of the secondary battery 1 with the temperature sensor 8 and also monitors the voltage. Further, the current sensor 10 monitors the charge / discharge current. A charging circuit comprising a negative charging terminal 5 and a charging circuit switching semiconductor switching element 9 controlled by the control means 3 is provided in parallel with the discharging circuit. The discharge circuit is connected at a position closest to the terminal of the circuit via the semiconductor switching element 7 controlled by the control means 3. Although the current fuse 2 is connected to the positive side of the secondary battery 1, it functions in the same manner even if it is connected to the negative side of the discharge circuit.
以下、本構成による一連の動作を説明する。充電時にはプラス側充放電端子4とマイナス側充電端子5から充電電流が供給される。通常、充電器ではプラス側充放電端子4とマイナス側充電端子5間の電圧を計測し、二次電池1が過充電されることを防いでいる。しかしながら、充電器の故障などにより通電が続けられた場合には、制御手段3が二次電池1の電圧や温度センサ8により検出される温度に基づいて二次電池1への過充電を検出し、充電回路開閉半導体スイッチング素子9を開くことで充電を停止させることが出来る。 Hereinafter, a series of operations according to this configuration will be described. At the time of charging, charging current is supplied from the positive side charging / discharging terminal 4 and the negative side charging terminal 5. Normally, the charger measures the voltage between the positive charge / discharge terminal 4 and the negative charge terminal 5 to prevent the secondary battery 1 from being overcharged. However, when energization is continued due to a failure of the charger, the control means 3 detects overcharge to the secondary battery 1 based on the voltage of the secondary battery 1 and the temperature detected by the temperature sensor 8. The charging can be stopped by opening the charging circuit switching semiconductor switching element 9.
一方、プラス側充放電端子4とマイナス側放電端子6からは通常は放電のみがなされるので、このような過充電に対する保護は不要となる。しかしながら、誤った使用方法により放電回路から充電されたような場合にも、安全を確保することは重要である。このようにプラス側充放電端子4とマイナス側放電端子6から充電されたような場合、制御手段3が二次電池1の電圧や温度センサ8により検出される温度に基づいて二次電池1への過充電を検出すると、半導体スイッチング素子7を作動させる。これにより、半導体スイッチ
ング素子7を介して二次電池1が短絡し、電流ヒューズ2に過大電流が流れ、電流ヒューズ2が溶断することで回路が開くので、放電回路からの充電が停止され、電池の安全が守られる。
On the other hand, since only the discharge is normally performed from the plus-side charge / discharge terminal 4 and the minus-side discharge terminal 6, such protection against overcharge becomes unnecessary. However, it is important to ensure safety even when the battery is charged from the discharge circuit by an incorrect usage method. In this way, when charging is performed from the plus side charge / discharge terminal 4 and the minus side discharge terminal 6, the control means 3 moves to the secondary battery 1 based on the voltage of the secondary battery 1 or the temperature detected by the temperature sensor 8. Is detected, the semiconductor switching element 7 is activated. As a result, the secondary battery 1 is short-circuited via the semiconductor switching element 7, an excessive current flows through the current fuse 2, and the circuit is opened when the current fuse 2 is blown, so that charging from the discharge circuit is stopped and the battery Is safe.
本実施の形態においては、充電回路と放電回路とを分けており、マイナス側充電端子5とマイナス側放電端子6とを別個に設けているが、充電回路と放電回路を分けない構成とすることもできる。この場合には、端子はマイナス側充放電端子として一つだけを設ければ良い。 In the present embodiment, the charging circuit and the discharging circuit are separated, and the minus side charging terminal 5 and the minus side discharging terminal 6 are provided separately, but the charging circuit and the discharging circuit are not separated. You can also. In this case, only one terminal may be provided as the negative charge / discharge terminal.
この場合においても通常の過放電に対する保護は充電回路開閉半導体スイッチング素子9の開閉により行うことができる。そして逆接続等の誤った使用方法により充電された場合や制御手段3により充電回路開閉半導体スイッチング素子9を開く信号が出されているにも関わらず通電が続いている場合には、二次電池1の電圧や温度センサ8により検出される温度に基づいて制御手段3から半導体スイッチング素子7を作動させる。これにより、半導体スイッチング素子7を介して二次電池1が短絡し、電流ヒューズ2に過大電流が流れ、電流ヒューズ2が溶断することで回路が開くので、電池の安全を守ることができる。 Even in this case, protection against normal overdischarge can be performed by opening and closing the charging circuit switching semiconductor switching element 9. When the battery is charged by an incorrect usage method such as reverse connection or when the control means 3 outputs a signal to open the charging circuit switching semiconductor switching element 9, the secondary battery The semiconductor switching element 7 is operated from the control means 3 based on the voltage 1 and the temperature detected by the temperature sensor 8. As a result, the secondary battery 1 is short-circuited via the semiconductor switching element 7, an excessive current flows through the current fuse 2, and the circuit is opened when the current fuse 2 is blown, so that the safety of the battery can be protected.
本発明の二次電池パックは、簡便かつ高い信頼性を有し、消費電力も極めて小さいので、二次電池パックの出力回路を遮断する電流遮断回路を用いた電池パックとして有用である。 The secondary battery pack of the present invention is useful as a battery pack using a current interrupt circuit that interrupts the output circuit of the secondary battery pack because it has simple and high reliability and consumes very little power.
1 二次電池
2 電流ヒューズ
3 制御手段
4 プラス側充放電端子
5 マイナス側充電端子
6 マイナス側放電端子
7 半導体スイッチング素子
8 温度センサ
9 充電回路開閉半導体スイッチング素子
10 電流センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Secondary battery 2 Current fuse 3 Control means 4 Positive side charge / discharge terminal 5 Negative side charge terminal 6 Negative side discharge terminal 7 Semiconductor switching element 8 Temperature sensor 9 Charging circuit switching semiconductor switching element 10 Current sensor
Claims (2)
放電回路に電流ヒューズを配置すると共に、前記二次電池及び前記電流ヒューズよりも端子側の位置に前記制御手段によって制御される半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタを備え、前記半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタにより前記プラス側充放電端子とマイナス側放電端子とを短絡させ得る構成としたことを特徴とする電池パック。 A battery pack comprising one or more secondary batteries, a positive charge / discharge terminal, a negative charge terminal, a negative discharge terminal, and a control means for monitoring and controlling the state of the secondary battery. ,
The semiconductor switching element or the electromagnetic contactor includes a semiconductor switching element or an electromagnetic contactor controlled by the control means at a position closer to the terminal side than the secondary battery and the current fuse. The battery pack is characterized in that the plus-side charge / discharge terminal and the minus-side discharge terminal can be short-circuited.
充放電回路に電流ヒューズを配置すると共に、前記二次電池及び前記電流ヒューズよりも端子側の位置に前記制御手段によって制御される半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタを備え、前記半導体スイッチング素子または電磁式コンタクタにより前記プラス側充放電端子とマイナス側充放電端子とを短絡させ得る構成としたことを特徴とする電池パック。
A battery pack comprising one or a plurality of secondary batteries, a positive charge / discharge terminal, a negative charge / discharge terminal, and a control means for monitoring and controlling the state of the secondary battery,
A current fuse is disposed in the charge / discharge circuit, and a semiconductor switching element or an electromagnetic contactor controlled by the control means is provided at a position closer to the terminal than the secondary battery and the current fuse, and the semiconductor switching element or the electromagnetic contactor A battery pack characterized in that the positive charge / discharge terminal and the negative charge / discharge terminal can be short-circuited by a contactor.
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