JP2007033108A - 二次電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 保護回路基板上に、保護機能診断用の試験回路を搭載し、保護回路の保護機能が正常に働くことを試験することを可能にする。
【解決手段】 二次電池１と出力端子との間に直列にスイッチング回路３を接続し、二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出してスイッチング回路３をオフに制御する保護回路２による保護機能が正常に動作するか否かを試験するための複数の試験電圧を発生する電圧発生回路７と、異常事象の検出する信号と電圧発生回路７により発生した試験電圧とのいずれかに保護回路２の入力を切り替える切替回路６と、試験指示により電圧発生回路７を制御して複数の試験電圧を順次発生させ、切替回路６を制御して保護回路２の入力を電圧発生回路７により発生した試験電圧に切り替えて保護回路２の保護機能を試験する試験制御回路５とを備え、保護機能が正常に働くことを試験する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池と出力端子との間に直列にスイッチング回路を接続し、前記二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出して前記スイッチング回路をオフに制御する保護回路を備えた二次電池パックに関する。

二次電池パックでは、出力端子との間に直列にスイッチング回路を接続し、二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出してスイッチング回路をオフに制御する保護回路を備えている。このような二次電池パックに対して、電圧、充電、放電等の測定を含む試験を行う試験装置が各種提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００２−４２９０５号公報 特開２００３−１１５３３０号公報

しかし、上記のような従来の二次電池パックでは、その試験装置として専用の試験機や試験用治具が必要であり、そのため二次電池パックに搭載される保護回路の保護機能の確認においても、製品として本体に搭載後は保護機能が動作する異常状態にならなければ保護機能が働かず、通常使用状態では保護機能の確認を行うことができなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、リチウムイオン二次電池パックに搭載される保護回路基板上に、保護機能診断用の試験回路を搭載し、保護回路の保護機能が正常に働くことを試験することを可能にするものである。

そのために本発明は、二次電池と出力端子との間に直列にスイッチング回路を接続し、前記二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出して前記スイッチング回路をオフに制御する保護回路を備えた二次電池パックにおいて、前記異常事象を検出し前記スイッチング回路をオフに制御する前記保護回路による保護機能が正常に動作するか否かを試験するための複数の試験電圧を発生する電圧発生回路と、前記異常事象の検出する信号と前記電圧発生回路により発生した試験電圧とのいずれかに前記保護回路の入力を切り替える切替回路と、試験指示により前記電圧発生回路を制御して前記複数の試験電圧を順次発生させ、前記切替回路を制御して前記保護回路の入力を前記電圧発生回路により発生した試験電圧に切り替えて前記保護回路の保護機能を試験する試験制御回路とを備えたことを特徴とする。

さらに、前記試験制御回路に対する外部機器からの回路試験指示及び前記試験制御回路から前記外部機器への回路試験結果の通知の入出力を行う入出力Ｉ／Ｆ回路を有し、前記試験制御回路による正常／異常の回路試験結果を出力する表示手段を有し、前記複数の試験電圧は、過充電の試験電圧と、過放電の試験電圧と、過電流の試験電圧であることを特徴とする。

本発明によれば、二次電池と出力端子との間に直列にスイッチング回路を接続し、前記二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出して前記スイッチング回路をオフに制御する保護回路を備えた二次電池パックにおいて、前記異常事象を検出し前記スイッチング回路をオフに制御する前記保護回路による保護機能が正常に動作するか否かを試験するための複数の試験電圧を発生する電圧発生回路と、前記異常事象の検出する信号と前記電圧発生回路により発生した試験電圧とのいずれかに前記保護回路の入力を切り替える切替回路と、試験指示により前記電圧発生回路を制御して前記複数の試験電圧を順次発生させ、前記切替回路を制御して前記保護回路の入力を前記電圧発生回路により発生した試験電圧に切り替えて前記保護回路の保護機能を試験する試験制御回路とを備えたので、本体や二次電池パックが長期保存後で未使用期間の長かった場合、二次電池の保護機能を使用開始時や確認したいときに何時でもその確認ができ、電池パックを安全に安定して使用できる。また、不良が即座に判定できるため、調査や引き取り調査の手間が省けるなどの効果を有する。

さらに、前記試験制御回路に対する外部機器からの回路試験指示及び前記試験制御回路から前記外部機器への回路試験結果の通知の入出力を行う入出力Ｉ／Ｆ回路を有し、前記試験制御回路による正常／異常の回路試験結果を出力する表示手段を有し、前記複数の試験電圧は、過充電の試験電圧と、過放電の試験電圧と、過電流の試験電圧であるので、従来、専用試験機にて行っていた保護機能の確認が、入出力インターフェースを経由した指示信号により二次電池パック内にてできる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る二次電池パックの実施の形態を示す図であり、１は二次電池、２は保護回路、３はスイッチング回路、４は入出力Ｉ／Ｆ回路、５は試験制御回路、６は切替回路、７は定電圧発生回路、８は回路試験指示、９は回路試験結果を示す。

図１において、本実施形態の電池パックは、リチウムイオン二次電池などの二次電池１と出力端子との間に直列に充放電をオン／オフするスイッチング回路３を挿入接続し、保護回路２は、異常事象を検出するとこのスイッチング回路３を回路遮断指示信号によりオフにするように構成したものであり、この保護回路２の保護機能が正常に働くか否かを試験するために試験制御回路５、切替回路６、定電圧発生回路７を備えている。

保護回路２は、電圧検出端子Ｖにより二次電池１の充電電圧、電流検出端子Ｉにより充放電電流を監視して異常事象として過充電状態、過放電状態、過電流状態を検出し、二次電池１と出力端子間（ＯＵＴ＋〜ＯＵＴ−）に直列に挿入接続されたスイッチング回路３のオン／オフを制御することにより二次電池１を過充放電、過電流から保護するものである。この保護回路２は、例えば二次電池１の電圧が所定の電圧値（第１の基準電圧値）よりも高くなると、保護機能が動作し過充電状態を検出してスイッチング回路３へ回路遮断指示信号を出力し、同様に所定の電圧値（第２の基準電圧値）より低い電圧となると、過放電状態を検出して、また、充放電電流が大きくなり、例えばスイッチング回路３の両端の電圧降下が所定の電圧値（第３の基準電圧値）よりも高くなると、過電流状態を検出して、それぞれ過充電状態の場合と同じようにスイッチング回路３へ回路遮断指示信号を出力する。

入出力Ｉ／Ｆ回路４は、本実施形態の二次電池パックを搭載する本体などの外部機器との間で通信を行い、外部機器から回路試験指示８を受信して試験制御回路５に試験の実行を指示し、試験制御回路５で得られた回路試験結果９を外部機器に通知するものである。

定電圧発生回路７は、二次電池１の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出しスイッチング回路３をオフに制御する保護回路２による保護機能が正常に動作するか否かを試験するための複数の試験電圧を発生するものであり、過充電、過放電の各試験電圧（定電圧）を端子Ａから発生し、過電流の試験電圧（定電圧）を端子Ｂから発生する。切替回路６は、保護回路２の電圧検出端子Ｖに異常事象を検出するための信号として二次電池１の出力を接続するか、定電圧発生回路７の出力（端子Ａ）を接続するかを切り替える手段である。

試験制御回路５は、過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出しスイッチング回路３をオフに制御する保護機能の試験モードに応じて、定電圧発生回路７、切替回路６をそれぞれ制御して、それぞれの保護機能の動作を確認するものである。定電圧発生回路７に対しては、端子Ａに過充電、過放電のいずれの試験電圧を発生するか、端子Ｂに過電流の試験電圧にするかを制御し、切替回路６に対しては、保護回路２の電圧検出端子Ｖにより監視する電圧を二次電池１の出力電圧にするか定電圧発生回路７により発生した試験電圧にするかを切り替え制御し、保護回路２の保護機能が働いたことは、保護回路２の回路遮断指示信号の変化をスイッチング回路３から入力して確認する。

このように本実施形態の二次電池パックでは、リチウムイオン二次電池パックに搭載される保護回路基板上に、保護回路２の保護機能が正常に働くかどうかを試験する試験制御回路５、それに付随する切替回路６、定電圧発生回路７を保護機能診断用の試験回路として搭載し、保護回路の保護機能が正常に働くことを試験することが可能で、その保護機能試験指示および試験結果を入出力Ｉ／Ｆ回路４による入出力インターフェースにより外部機器（例えば二次電池パック搭載本体）に通知する。

次に、保護回路の一連の試験動作を説明する。入出力Ｉ／Ｆ回路４が外部機器から回路試験指示８を受信すると、その指示を試験制御回路５に送る。試験制御回路５は、入出力Ｉ／Ｆ回路４から回路試験の指示を入力すると、所定の動作シーケンスに従って切替回路６、７を制御して保護回路２の保護機能が働いたか否かを確認する。

過充電、過放電の試験として、試験制御回路５は、まず、切替回路６を制御して保護回路２の電圧入力部の接続を二次電池１の出力から定電圧発生回路７の出力に切り替える。次に、試験制御回路５は、定電圧発生回路７を制御して、出力端子Ａに保護回路２の過充電、過放電の試験電圧を順次発生させ、保護回路２の回路遮断指示信号の変化をスイッチング回路３から入力して、保護回路２の保護機能が働いたことを確認する。

過充電の試験電圧は、過充電状態を検出するための所定の電圧値（第１の基準電圧値）より高い電圧であり、過放電の試験電圧は、過放電状態を検出するための所定の電圧値（第１の基準電圧値）より低い電圧である。

さらに、過電流の試験として、試験制御回路５は、切替回路６を制御して保護回路２の電圧入力部の接続を定電圧発生回路７の出力から元の二次電池１の出力に切り替え、定電圧発生回路７を制御して、出力端子Ｂに過電流の試験電圧を発生させ、保護回路２の回路遮断指示信号の変化をスイッチング回路３から入力して、保護回路２の保護機能が働いたことを確認する。

試験制御回路５は、一連の試験動作シーケンスを実行して試験動作が終了すると、入出力Ｉ／Ｆ回路４を経由して、試験の正常終了を、異常があった場合には異常を回路試験結果として外部機器に通知する。これら一切の試験動作が終了すると、しかる後、試験制御回路５は、切替回路６、定電圧発生回路７を制御して、通常の保護回路２が動作する状態に戻す。例えば通常使用しない定電圧発生回路７は、二次電池１から遮断して二次電池１の消費電流をできるだけ少なくするよう考慮されている。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、入出力Ｉ／Ｆ回路を経由して回路試験結果を外部機器に通知したが、二次電池パックに表示手段を備える場合には、この表示手段を利用して正常／異常の結果を表示してもよい。また、保護回路は、異常事象として過充電、過放電、過電流を検出するものとして説明したが、温度上昇による異常加熱その他の異常事象を検出するものについても同様に適用可能であることをいうまでもない。

本発明に係る二次電池パックの実施の形態を示す図である。

符号の説明

１…二次電池、２…保護回路、３…スイッチング回路、４…入出力Ｉ／Ｆ回路、５…試験制御回路、６…切替回路、７…定電圧発生回路、８…回路試験指示、９…回路試験結果

Claims (4)

1. 二次電池と出力端子との間に直列にスイッチング回路を接続し、前記二次電池の過充電、過放電、過電流を含む異常事象を検出して前記スイッチング回路をオフに制御する保護回路を備えた二次電池パックにおいて、
   前記異常事象を検出し前記スイッチング回路をオフに制御する前記保護回路による保護機能が正常に動作するか否かを試験するための複数の試験電圧を発生する電圧発生回路と、
   前記異常事象の検出する信号と前記電圧発生回路により発生した試験電圧とのいずれかに前記保護回路の入力を切り替える切替回路と、
   試験指示により前記電圧発生回路を制御して前記複数の試験電圧を順次発生させ、前記切替回路を制御して前記保護回路の入力を前記電圧発生回路により発生した試験電圧に切り替えて前記保護回路の保護機能を試験する試験制御回路と
   を備えたことを特徴とする二次電池パック。
2. 前記試験制御回路に対する外部機器からの回路試験指示及び前記試験制御回路から前記外部機器への回路試験結果の通知の入出力を行う入出力Ｉ／Ｆ回路を有することを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
3. 前記試験制御回路による正常／異常の回路試験結果を出力する表示手段を有することを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
4. 前記複数の試験電圧は、過充電の試験電圧と、過放電の試験電圧と、過電流の試験電圧であることを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。

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