JP2007242448A

JP2007242448A - 電池パック

Info

Publication number: JP2007242448A
Application number: JP2006064047A
Authority: JP
Inventors: Kozo Tateno; 浩三館野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2007-09-20

Abstract

【課題】二次電池の過充電状態をその状態が生じた後直ちに過充電を解消して正常状態に復帰させ、二次電池の劣化の防止および安全性の確保に優れた電池パックを提供すること。
【解決手段】少なくとも１個の二次電池３０と、充放電制御回路３２と、二次電池３０の充放電経路に挿入され充放電制御回路３２に接続されて充放電制御回路３２の制御により二次電池３０の充電および放電をそれぞれ制御する充電制御スイッチ素子Ｑ１および放電制御スイッチ素子Ｑ２からなる電池パックにおいて、二次電池３０に並列に放電抵抗１０と放電用スイッチ１１からなる放電回路が接続されている。放電用スイッチ１１は充放電制御回路３２の充電制御スイッチ素子Ｑ１が接続された制御端子１に接続されており、充電制御スイッチ素子Ｑ１と同期して制御される。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の過充電状態を防止するための保護回路を内蔵した電池パックに関するものである。

リチウムイオン電池等の二次電池にあっては、その充電中に電池電圧が高くなりすぎると、電池性能が劣化したり、その安全性が損なわれるおそれがある。従来、その防止のため、二次電池の端子電圧を監視する電圧監視機能を備えた充放電制御回路とその制御により動作する充放電スイッチなどの保護回路により二次電池の端子電圧を監視し、二次電池１個当たりの端子電圧が所定の電圧値に達したとき、充電動作を停止させることで、その電池電圧（端子電圧）を所定の電圧以下に保持するようにしている。

図２は、従来の電池パックの構成の一例を示す回路構成図である。二次電池３０の充放電経路にＭＯＳＦＥＴからなる放電制御スイッチ素子Ｑ２、充電制御スイッチ素子Ｑ１が挿入され、電圧検出部と制御部を有するＩＣ化された充放電制御回路３２により制御される。すなわち、充放電制御回路３２により過充電や過放電防止の保護を行うための電圧を検出すると、充放電制御回路３２の制御端子１および３から発生する電圧の制御により、放電制御スイッチ素子Ｑ２は、そのオンにより放電を行い、オフにより放電を停止させ、充電制御スイッチ素子Ｑ１は、そのオンにより充電を行い、オフにより充電を停止させる。

二次電池３０に直列に挿入されたＰＴＣ３４は、二次電池３０の温度及び大電流を検出し、高温の過熱状態になると高抵抗になり電流値を減少させるようにしている。また、温度検出用にサーミスタ３３が設置されている。

上述のように、通常の電池パックは保護回路により過充電を検出した場合、充電を停止させる制御は行なうが、その後は通常、電池パックに接続された負荷により放電するか、電池が自然に自己放電され電池電圧が低下するまで、過充電状態の電池は放置されている。

上記のような過充電状態の長期化による特性劣化を防ぐために、例えば特許文献１に記載の従来の電池パックでは、所定値以上の容量を有する二次電池が、その後、所定時間以内に前記所定値を下回るまで放電されたか否かを判断し、放電されないと判断された場合、前記所定値を下回るまで前記二次電池を強制的に放電する。

また、特許文献２では、二次電池の過充電を防ぐと共に、異常充電により特性劣化した二次電池の使用を禁止し、その廃棄時における安全性を保証するため、その充放電経路を遮断した場合であってもその二次電池を効果的に放電させることができる手段を提供している。すなわち二次電池の充放電経路に直列にその作動によって上記充放電経路を遮断する温度ヒューズなどの非復帰スイッチを備え、非復帰スイッチの作動により前記二次電池の充放電経路が遮断された際、前記二次電池に並列接続されて該二次電池の放電路を形成する放電用抵抗を備える電池パックである。

特開平７−１３０３９７号公報特開２００１−１２６７７２号公報

従来の上記特許文献１の電池パックは、過充電になった後、特定の時間経過するまで放電状態を観測した後放電するもの、すなわち例えば２日後になって放電されていなければ初めて放電を行うものであり、過充電状態がそれまでは継続することになる。また、特許文献２は、電池が過充電状態になって劣化した後の処理を安全に行うための放電処置に関するものであるので、過充電を十分に防止して劣化を防ぐ目的のものではない。劣化を生じさせないように過充電状態が生じたらすぐに放電して正常な状態に復帰できれば二次電池の寿命を延ばすことができ、安全上も非常に望ましい。

そこで、本発明の課題は、二次電池の過充電状態をその状態が生じた後直ちに過充電を解消して正常状態に復帰させることが可能な、二次電池の劣化の防止および安全性の確保に優れた電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の電池パックは、少なくとも１個の二次電池と、充放電制御回路と、前記二次電池の充放電経路に挿入され前記充放電制御回路に接続されて前記充放電制御回路の制御により前記二次電池の充電および放電をそれぞれ制御する２つのスイッチ素子からなる電池パックにおいて、前記二次電池に並列に放電抵抗と放電用スイッチからなる放電回路が接続されている。

また、前記放電用スイッチは前記充電を制御するスイッチ素子と同期して制御され、前記充電を制御するスイッチ素子の開閉動作と逆の開閉動作を行うことが望ましい。また、前記放電用スイッチの制御端子は、前記充放電制御回路の前記充電を制御するスイッチ素子が接続される端子に接続されてもよい。

すなわち、従来の充放電制御回路が充電を制御するスイッチであるＭＯＳＦＥＴを制御するために発生させていた信号を利用して、本発明の放電用スイッチを制御することが可能である。

以上のように、本発明では、二次電池の過充電状態をその状態が生じた後、直ちに過充電を解消して正常状態に復帰させることが可能な、二次電池の劣化の防止および安全性の確保に優れた電池パックが得られる。

また、充電用スイッチの制御に従来使用している制御信号を利用する場合は、本発明を実施する上で従来の電池パックと比べて追加となる部品は放電抵抗と放電用スイッチ（ＭＯＳＦＥＴ等で構成可）のみとなるので、従来の電池パックを構成する回路基板を変更して使用することが容易となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明による電池パックの一実施例を示す回路構成図である。図２に示す従来の電池パックと同様に、二次電池３０の充放電経路にＭＯＳＦＥＴからなる放電制御スイッチ素子Ｑ２、充電制御スイッチ素子Ｑ１が挿入され、電圧検出部と制御部を有するＩＣ化された充放電制御回路３２により制御される。二次電池３０に直列に挿入されたＰＴＣ３４は、二次電池３０の温度及び大電流を検出し、高温の過熱状態になると高抵抗になり電流値を減少させるようにしている。また、温度検出用にサーミスタ３３が設置されている。

但し、本実施例では、二次電池３０に並列に放電抵抗１０と放電用スイッチ１１からなる放電回路が接続されている。放電用スイッチ１１の制御端子は充放電制御回路３２の充電制御スイッチ素子Ｑ１が接続された制御端子１に接続されており、充電制御スイッチ素子Ｑ１と同時に同期して制御される。

充放電制御回路３２は、過充電検出時に充電制御スイッチ素子Ｑ１のゲートに対して、制御端子１から充電停止（パワーラインオフ）の制御信号を出力する。このとき充電制御スイッチ素子Ｑ１はオフとなり、放電用スイッチ１１はオンとなって放電抵抗１０を通じて二次電池３０は放電される。

一方、通常状態（過充電でない状態）では、充電制御スイッチ素子Ｑ１のゲートに対して、充電許可（パワーラインオン）の制御信号を出力する。このとき充電制御スイッチ素子Ｑ１がオンとなり、放電用スイッチ１１はオフとなって放電抵抗１０は開放される。

また、本実施例では、充電用スイッチの制御に従来使用している制御信号を利用するので、従来の電池パックと比べて追加となる部品は放電抵抗１０と放電用スイッチ１１のみとなり、従来の充放電制御回路３２などの電池パックを構成する回路基板の若干の変更により本実施例を実現できる。

尚、本発明の放電用スイッチ１１は充電制御スイッチ素子Ｑ１および放電制御スイッチ素子Ｑ２と同様なＭＯＳＦＥＴを用いた回路により構成することができ、放電抵抗１０の抵抗値ＲＤについては、１０Ωから１０ｋΩ程度の間で過充電検出後に放電抵抗１０を通じて放電させる電流値や、過充電検出時の二次電池３０の電圧値を元に適正値が設定される。

本発明の電池パックは、小型リチウムイオン二次電池を搭載する分野が主な適用分野と考えられるが、充放電制御回路、充電及び放電制御スイッチ素子、放電抵抗および放電用スイッチの選択、付加回路の検討などにより、大型電池（自動車産業等）への展開も可能と思われる。

本発明による電池パックの一実施例を示す回路構成図。従来の電池パックの構成の一例を示す回路構成図。

符号の説明

１，３制御端子
１０放電抵抗
１１放電用スイッチ
３０二次電池
３２充放電制御回路
３３サーミスタ
３４ＰＴＣ
Ｑ１充電制御スイッチ素子
Ｑ２放電制御スイッチ素子

Claims

少なくとも１個の二次電池と、充放電制御回路と、前記二次電池の充放電経路に挿入され前記充放電制御回路に接続されて前記充放電制御回路の制御により前記二次電池の充電および放電をそれぞれ制御する２つのスイッチ素子からなる電池パックにおいて、前記二次電池に並列に放電抵抗と放電用スイッチからなる放電回路が接続されていることを特徴とする電池パック。
前記放電用スイッチは前記充電を制御するスイッチ素子と同期して制御され、前記充電を制御するスイッチ素子の開閉動作と逆の開閉動作を行うことを特徴とする請求項１記載の電池パック。
前記放電用スイッチの制御端子は前記充放電制御回路の前記充電を制御するスイッチ素子が接続される端子に接続されることを特徴とする請求項２記載の電池パック。