JP2006340577A

JP2006340577A - 充電装置

Info

Publication number: JP2006340577A
Application number: JP2005165650A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Mori; 和也森
Original assignee: NEC Tokin Tochigi Ltd; NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-06-06
Filing date: 2005-06-06
Publication date: 2006-12-14

Abstract

【課題】充電回路の内部抵抗を低減し、かつ二次電池の温度上昇に対する保護を、確実に行う、信頼性の高い充電装置を得る。
【解決手段】コイル３を用いた充電回路を備え、前記コイル３を構成する磁芯が、充電する二次電池と熱的に結合している充電装置であって、前記充電回路は、昇圧型コンバータであり、前記充電回路において、前記線輪部品を構成する磁芯が、指定された温度で、その透磁率が急激に減少する充電装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池が充電により異常に発熱した場合に自動的に充電を停止する手段（機能）を有する充電装置に関する。

リチウムイオン二次電池は、温度上昇により、劣化もしくは破壊が起こるために、保護回路を付加して温度上昇を未然に防ぐことが必要である。例えば、代表的なものとして、高温になると二次電池の出力ラインを遮断して充電電流による発熱を停止させる温度ヒューズやＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）が用いられる。

しかし、温度ヒューズは、一度遮断されると、温度が下がっても再び導通されることはなく、温度ヒューズの交換または電池パック自体の交換が必要になる。

ＰＴＣは、温度によるトリップが行われると、その特性が劣化して電池パックの内部抵抗が上昇して損失が大きくなる。ここで、トリップとは、温度が高くなることにより、ＰＴＣの抵抗値が急激に増加することを言う。

さらに、その他の方法として、サーミスタなどにより温度を測定し、この温度データをＩＣやマイコンへ投入し、前記ＩＣやマイコンにより二次電池の出力ラインに備えたスイッチ回路を制御して出力ラインを遮断する方法が用いられる。

このスイッチ回路は、内部抵抗の増加を抑えるために、過電流や過放電などにより電力ラインを遮断するスイッチ回路とされるのが一般的である。しかし、この方法では、外部ノイズなどによるマイコンの暴走で保護が行われない可能性もあり得る。

特許文献１には、充電器の制御回路に、温度センサを備えた充電器について記載されている。また、特許文献２には、電池セルに、第１の温度検出素子を配置し、また、電源回路に第２の温度検出素子を配置した充電器について記載されている。さらに、特許文献３には、電池パックの温度検出部を、充電器側に設けた充電器について記載されている。

特開平７ー２２２３７０号公報特開平１０ー９４１８９号公報特開平１０ー３２７５４０号公報

一般的に、安全を二重、三重にかけるためには、保護素子を複数個併用することが行われている。しかし、温度ヒューズ、ＰＴＣ、出力スイッチ回路を併用すると、電池の外部回路での内部抵抗が上がることにより、出力時の損失が大きくなり、二次電池のエネルギー密度が下がる。しかし、それぞれの素子の欠点をカバーするために、できれば多くの保護素子を利用したい。

そこで、充電器に二次電池が加熱すると充電器を停止させる機能を付加して、二次電池の内部抵抗を増加させることなく、保護機能を追加することが考えられる。例えば、従来の方法では、マイコンなどで電池の温度を測定して充電装置を制御する方法がある。

しかし、この方法では、例えばマイコンが暴走した場合には安全とは言えず、また温度監視のために回路駆動用の電力を消費する。そこで、温度監視のための電力を必要としないハードウェアで、確実に充電を停止することが必要になっている。

本発明の課題は、充電回路の内部抵抗を低減し、かつ二次電池の温度上昇に対する保護を、確実に行う、信頼性の高い充電装置を提供することである。

本発明は、二次電池の内部抵抗を増加させることなく、かつ消費電力も増加させることなく、熱に対する保護を強化するための高温保護機能を備えた充電回路を提供するものである。

本発明によると、線輪部品である、コイルもしくはトランスを用いた充電回路を備え、コイルもしくはトランスは二次電池と熱的に結合され、二次電池の温度が上昇するとコイルもしくはトランスの温度も上昇する。ここで、前記コイルもしくはトランスは、温度が高くなると、磁芯を構成する磁性体が磁性を失う材料で構成されていて、これにより充電回路が充電を停止する機能を持ち、また、温度が下がると再度、磁性体が磁性を復帰して通常の充電が可能になる充電装置となる。

即ち、本発明は、線輪部品を用いた充電回路を備え、前記線輪部品を構成する磁芯が、充電する二次電池と熱的に結合している充電装置である。

また、本発明は、前記線輪部品が、コイル、あるいはトランスであり、また、前記充電回路が、ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＡＣ／ＤＣコンバータ、または整流回路である充電装置である。

また、本発明は、前記充電回路において、前記線輪部品を構成する磁芯の透磁率が設定した温度以上で急激に減少する充電装置である。

また、本発明は、前記線輪部品を構成する磁芯を、二次電池と熱的に結合する手段は、金属板、あるいは樹脂を介して熱的に結合するか、あるいは直接密着する充電装置である。

また、本発明は、前記二次電池をリチウムイオン二次電池とする充電装置である。

本発明によって、充電回路の内部抵抗を低減し、かつ二次電池の温度上昇に対する保護を、確実に行う、信頼性の高い充電装置を提供できる。

本発明の実施の形態による充電装置は、線輪部品を用いた充電回路を備え、前記線輪部品を構成する磁芯が充電する二次電池と熱的に結合している充電装置である。

ここで、前記線輪部品を構成する磁芯が、設定された温度でその磁芯の透磁率が、急激に減少する材質で構成されている。例えば、感温フェライト系磁性材料、あるいは整磁鋼などの材質である。

ここで、前記感温フェライト系磁性材料、あるいは整磁鋼などのキュリー温度は、材質の組成によって、任意に設定される。

前記線輪部品は、コイルもしくはトランスであって、前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＡＣ／ＤＣコンバータ、または整流回路であり、前記回路に使用されている磁芯の透磁率が、指定された温度になると、その透磁率が急激に減少する。これによって、前記指定された温度になると、前記充電回路の出力電圧が、ほぼ零となる。

ここで、前記線輪部品を構成する磁芯は、アルミ板等の金属板、あるいはシリコーン樹脂などの樹脂を介して二次電池と熱的に結合されるか、あるいは直接、密着される。このため、キュリー温度４２℃の磁性材料を用いると、二次電池の温度が４２℃となると、磁芯のインダクタンスが微少となり、ＤＣ／ＤＣコンバータの出力が零で、充電回路がＯＦＦ状態となって、二次電池への充電を停止する。

なお、前記線輪部品は、コイルもしくはトランスであって、前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータである。

前記二次電池は、例えばリチウムイオン二次電池であるが、これに限らない。

図１は、本発明による実施例１の充電装置の回路図である。図１に示すように、充電装置２は、コイル３を用いた昇圧型コンバータ１００を含む構成である。ここで、コイル３は、アルミ板を介して二次電池１に密着している。二次電池１が発熱すると、二次電池１と熱的に結合されているコイル３の磁芯が、磁性を失って、単にケーブルと同等となるため、充電装置２の入力が接続されるだけになる。二次電池１の電圧より、充電装置２の電圧が低くなるように設計すれば、充電は確実に停止する。

本発明による第２の実施例を図２に示す。実施例１では、降圧型コンバータを用いることができない。そこで、図２に示すように、充電装置２は、入力電圧が電池の電圧に対して高くても低くても使用できるように、トランス８を用いたフライバック型コンバータ２００を含む構成である。ここで、トランス８は、直接、二次電池１に密着されている。実施例１と同様に、二次電池１が発熱すると二次電池１と熱的に結合されているトランス８のコアが磁性を失って単にケーブルと同等となるために、充電装置２の出力と入力が電気的には絶縁され、かつ二次電池１のカソードとアノードはダイオード４により短絡されない。

図３は、本発明による第３の実施例の充電装置の回路図である。図３に示す充電装置２は、トランス８とダイオード４と電流調整用抵抗１０を用いた整流回路３００を含む構成である。ここで、整流回路３００は、ＡＣ電源９を電源とし、実施例１、実施例２の直流電源とは異なる。トランス８は、直接、二次電池１に密着している。実施例１、実施例２と同様に、二次電池１が発熱すると、二次電池１と熱的に結合されているトランス８のコアが磁性を失って、単にケーブルと同等となるために、ＡＣ電源９からの電力が遮断される。

コイルやトランスの磁芯となる磁性体は高温により磁性を失うキュリー点をコントロールして製造することが可能であるために、必要な温度で充電停止となるように設計することが可能である。

本発明による実施例１の充電装置の回路図。本発明による実施例２の充電装置の回路図。本発明による実施例３の充電装置の回路図。

符号の説明

１二次電池
２充電装置
３コイル
４ダイオード
５ＦＥＴ
６ａ制御ＩＣ
６ｂ制御ＩＣ
７直流電源
８トランス
９ＡＣ電源
１０電流調整用抵抗
１１コンデンサ
１００昇圧型コンバータ
２００フライバック型コンバータ
３００整流回路

Claims

線輪部品を用いた充電回路を備え、前記線輪部品を構成する磁芯が、充電する二次電池と熱的に結合していることを特徴とする充電装置。
前記線輪部品は、コイル、あるいはトランスであり、また、前記充電回路は、ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＡＣ／ＤＣコンバータ、または整流回路であることを特徴とする請求項１に記載の充電装置。
前記充電回路において、前記線輪部品を構成する磁芯の透磁率が、設定した温度以上で急激に減少することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の充電装置。
前記線輪部品を構成する磁芯を、二次電池と熱的に結合する手段は、金属板あるいは樹脂を介して熱的に結合するか、あるいは直接密着することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の充電装置。
前記二次電池は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の充電装置。