JP2006352998A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 安全性に優れ、長期間使用できる二次電池を提供する。
【解決手段】 圧力検出手段１と、温度検出手段２を有し、異常温度および異常圧力の検出状態が一定時間継続したとき、充電回路を遮断し、二次電池１１を放電させる手段を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ケース内の異常状態を検出して二次電池の充電を停止し、併せて放電を行う電池パックに関する。

近年、携帯電話やノートパソコンなどの携帯機器用の電源として電池パックが用いられている。二次電池は性能劣化の防止並びに安全性の面から、充電および放電の際に電圧、電流の制御が必要であり、一般に電池パックは二次電池と充放電の制御等を行うための保護回路から構成されている。特に充電時に端子電圧を監視し過充電を検知し、充電を停止させる充電制御は電池パックの安全性の面から重要である。

保護回路の充電制御部が故障して、過充電検知、充電制御が行われない場合、二次電池は適正充電終止電圧を越えて充電が続けられる結果、過充電状態となり、更に過充電状態で充電が続けられた場合に、二次電池は発熱、膨れを生じ、最終的には破損に至ることとなる。

保護回路の充電制御部が故障した場合の対策として、特許文献１には電池の温度を検知して電流を遮断する機構を有する電池パックが記載され、特許文献２では電池の膨れを感知して電流を遮断する安全機構付二次電池が提案されている。また、特許文献３ではケース内の異常状態を検出して充電を停止させる異常保護回路付電池パックが提案されている。

図３は、特許文献３の従来の電池パックの実施の形態を示す図である。図３において電池パックは、ケース内の異常圧力を検出する圧力検出手段１または異常温度を検出する温度検出手段２の少なくとも一方が規定値を超えた状態が一定時間続いた場合には回路遮断手段を動作させて充電回路を遮断する保護回路を備えている。

特許第２６５４１０６号公報 特開平１０−２１４６１２号公報 特開２００３−１９７２６８号公報

従来技術による電池パックでは、圧力検出手段１または温度検出手段２の一方が異常を検出した場合でも回路遮断手段が動作し、回路遮断後、電池パックは使用できない状態となる。リチウムイオン二次電池においては、高エネルギー密度が要求されており、電池内には電池の容量の基となる電極活物質などを圧縮し充填している。充放電サイクルを繰り返すと電池内の電極活物質の膨張などにより、電池自体も膨れ、初期状態においては電池パックのケース内のスペースに収まっていた電池が繰返しの使用とともにケースとの間で異常圧力を生じる場合がある。また、携帯機器に使用される電池パックでは、使用環境、保管状態により思わぬ高温下に置かれることがある。

即ち、二次電池パックにおいては、過充電状態でない場合でも異常圧力あるいは異常温度を検出することがあるが、過充電状態でない場合にも回路を遮断してしまい、電池パックが使用できなくなるのは繰返して長期間使用することを前提とする二次電池を取り扱う上で好ましくなかった。この状況において、本発明の課題は安全性に優れ、しかも長期間使用できる電池パックを提供することにある。

前記課題を解決するため本発明の電池パックは、二次電池と二次電池を覆うケース間に配置された異常圧力を検出する圧力検出手段と、二次電池の異常温度を検出する温度検出手段を有し、異常温度および異常圧力の検出状態が一定時間継続したとき、アンド論理回路と遅延回路により充電回路を遮断し、二次電池を放電させる手段を備えたことを特徴とする。

本発明の電池パックは、ケース内に配置された異常圧力を検出する圧力検出手段と異常温度を検出する温度検出手段が両方一定時間異常状態の継続を検知したとき充電回路を遮断することにより、電池パックの破損を排除し、電池を放電させ二次電池に蓄積された電気量を強制的に放電することにより、二次電池の劣化を防ぐことができる。

次に、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明の電池パックの実施の形態を示す図である。二次電池１１とそれを覆う電池パックのケースとの間には、一定値以上になると異常圧力を検出する圧力検出手段１が設置されている。二次電池１１上には、一定値以上になると異常温度を検出する温度検出手段２が設置されている。前記圧力検出手段１と前記温度検出手段２は、異常圧力の検出信号と異常温度の検出信号とのアンド処理を行うアンド論理回路３と接続されている。

アンド論理回路３に接続された遅延回路４は、異常圧力の検出信号と異常温度の検出信号との両方の検出信号により動作する。遅延回路４に接続された例えば電界効果トランジスタなどの半導体スイッチ５は、遅延回路４で設定された一定時間異常が継続した場合にオンに制御される。

半導体スイッチ５の一端は保護ＩＣ１２と、二次電池１１の正極（外部正極端子）間に配置された抵抗６の保護ＩＣ１２側と接続し他端は保護ＩＣ１２からの信号とのオア処理を行うオア論理回路１０、および外部負極端子と二次電池１１の負極間に配置された、オア論理回路１０の信号を受ける充電制御ＦＥＴ７と、保護ＩＣ１２により制御される放電制御ＦＥＴ９に接続している。この保護ＩＣ１２と接続している抵抗６と充電制御ＦＥＴ７および放電制御ＦＥＴ９から構成している回路を充放電制御回路８と称する。

次に、動作を説明する。図２は、本発明の電池パックの実施の形態を示し、特に異常時の放電電流の経路を矢印で示した図である。二次電池１１の充電時において、充電器側保護回路の充電制御部が故障して、過充電状態となり、二次電池１１が電池パックのケース内で発熱し膨れた場合、あるいは外部要因により二次電池が発熱もしくは高温に曝され、二次電池が発熱とともに膨れた場合、圧力検出手段１により異常圧力が検出され、温度検出手段２により異常温度が検出される。

圧力検出手段１と温度検出手段２の両方の出力によりアンド論理回路３を通じて遅延回路４が動作し、その状態が一定時間継続すると、半導体スイッチ５をオンに制御し、保護ＩＣ１２と二次電池１１の正極（外部正極端子）間に配置されている抵抗６を介して二次電池１１の外部正極端子と外部負極端子間を短絡させ、充電制御ＦＥＴ７をオフとし充電電流を遮断し、抵抗６により二次電池１１を強制的に放電させる。

上記異常状態に加え、通常の充電状態においても充電制御ＦＥＴ７は、保護ＩＣ１２によりオンとオフを制御しているため、オア回路を通し制御を行う必要がある。二次電池１１の強制的な放電により二次電池の電圧が、放電終止電圧以下になった場合、過放電状態となることがある。

リチウムイオン二次電池の場合には過放電状態が続くことにより電池特性が劣化してしまうこととなる。それを防ぐ為、半導体スイッチ５の放電回路を充放電制御回路８の出力側に接続する事により、充放電制御回路８の過放電検出電圧値以下まで強制的に放電されることは無くなり、過放電による二次電池の劣化を防止する。

前記放電電流経路は、図２に矢印で示す通り、二次電池１１の正極より、抵抗６を通じ、オン状態となった半導体スイッチ５を介し、充電制御ＦＥＴ７の寄生ダイオードを介し、放電制御ＦＥＴ９を介し、二次電池１１負極へと流れる。充電制御ＦＥＴ７をオフに制御し充電電流を遮断するだけでも二次電池の発熱や爆発等安全性は守れるが、更に二次電池を強制的に放電させる事により、二次電池の劣化も防ぐ事が可能となる。なお、半導体スイッチはＦＥＴの他、トランジスタ、サイリスタ等のスイッチング素子を用いてもよい。

本発明の電池パックの実施の形態を示す図。 本発明の電池パックの実施の形態を示す図、特に異常時の放電電流の経路を矢印で示した図。 従来の電池パックの実施の形態を示す図。

符号の説明

１ 圧力検出手段
２ 温度検出手段
３ アンド論理回路
４ 遅延回路
５ 半導体スイッチ
６ 抵抗
７ 充電制御ＦＥＴ
８ 充放電制御回路
９ 放電制御ＦＥＴ
１０ オア論理回路
１１ 二次電池
１２ 保護ＩＣ

Claims (3)

1. 二次電池と二次電池を覆うケース間に配置された異常圧力を検出する圧力検出手段と、二次電池の異常温度を検出する温度検出手段を有し、異常温度および異常圧力の検出状態が一定時間継続したとき、前記圧力検出手段と前記温度検出手段とに接続したアンド論理回路および遅延回路により充電回路を遮断する手段を備えたことを特徴とする電池パック。
2. 二次電池と二次電池を覆うケース間に配置された異常圧力を検出する圧力検出手段と、二次電池の異常温度を検出する温度検出手段を有し、異常温度および異常圧力の検出状態が一定時間継続したとき、アンド論理回路と遅延回路により充電回路を遮断すると共に二次電池を放電させる手段を備えたことを特徴とする電池パック。
3. 前記二次電池を放電させる手段として抵抗と直列に接続した半導体スイッチを用いることを特徴とする請求項２記載の電池パック。

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