JP2008148369A

JP2008148369A - 簡易過充電保護機能付二次電池パック

Info

Publication number: JP2008148369A
Application number: JP2006329153A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Nozawa; 滋野澤; Shin Suzuki; 伸鈴木
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2006-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】保護回路の消費電流を大幅に低減し許容保存期間の長い簡易過充電保護機能付二次電池パックを提供することにある。
【解決手段】複数の二次電池１からなる二次電池ブロック１１と二次電池１の各々に並列に接続され二次電池１の過充電保護を行う定電圧制御部２と、二次電池ブロック１１の充電経路に挿入され二次電池ブロック１１への充電電流を検出する電流検出部４と、二次電池ブロック１１への充電器の接続の有無を検出する充電器ＩＤ検出部５と、二次電池ブロック１１に並列に挿入され二次電池ブロック１１の電圧を検出する電圧検出部６の３つの検出部を有し、これらの検出部の出力により定電圧制御部２を起動させるための起動判定制御部３を設けている。
【選択図】図１

Description

本発明は、１乃至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと保護回路からなる二次電池パックに関し、特に二次電池を過充電状態から保護する簡易な機能を設けた簡易過充電保護機能付二次電池パックに関する。

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、下記特許文献に示されるようにその防止のため、二次電池や電池ブロックの端子電圧を監視する電圧監視機能を備えた保護機能制御部とその制御により動作する充放電スイッチなどからなる保護回路を設け、前記電圧監視機能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、上記充放電スイッチにより充電動作を停止させることで、その端子電圧を所定の電圧以下に保持するようにしている。

しかし、上記のパワーラインに挿入している充放電スイッチは発熱やパワー損失を抑制するために電流容量が大きく且つ高耐圧の素子を選定する必要があるため、このような保護回路では回路規模が大きくなり、実装部品が増え、さらに特殊な素子を使用するため製造コストが増加するなどの問題がある。そこで二次電池の各々に二次電池の過充電保護を行う定電圧制御部を並列に接続した簡易型の過充電保護機能を利用した二次電池パックが使用されている。

図２は、このような従来の簡易過充電保護機能付二次電池パックの回路の構成例を示す図であり、複数の二次電池１からなる二次電池ブロック１０と二次電池１の各々に並列に接続され二次電池１の過充電保護を行う定電圧制御部２とからなっている。定電圧制御部２は、充電により二次電池１が規定の電圧を超えると充電電流をバイパスして放電し、二次電池１を規定の電圧に抑制する機能を有するものである。

特開２００２−１５２９８２号公報

しかし、上記従来の簡易過充電保護機能付二次電池パックにおいては、定電圧制御部２が個々の二次電池１に並列に接続され、定電圧制御部２の回路が常に起動状態となっていた為、定電圧制御部２の消費電流により二次電池１に蓄えられたエネルギーが常に消費される状態となり、これがその二次電池パックの許容保存期間を制限する要因となっている。例えば、定電圧制御部２がツェナーダイオードにより構成されている場合には、数μＡ〜数十μＡのリーク電流が流れ、また、ＩＣにより構成されていたとしても、やはり数μＡ以上の消費電流が常に発生する。

そこで本発明の課題は、保護回路の消費電流を大幅に低減し許容保存期間の長い簡易過充電保護機能付二次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、本発明の簡易過充電保護機能付二次電池パックは、１乃至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと前記二次電池の各々に並列に接続され前記二次電池の過充電保護を行う定電圧制御部とからなる簡易過充電保護機能付二次電池パックにおいて、前記二次電池ブロックの充電経路に挿入され前記二次電池ブロックへの充電電流を検出する電流検出部、前記二次電池ブロックの出力端子に接続され前記二次電池ブロックへの充電器の接続の有無を検出する充電器ＩＤ検出部、前記二次電池ブロックに並列に挿入され前記二次電池ブロックの電圧を検出する電圧検出部の３つの検出部のうち少なくとも１つの検出部と、前記電流検出部からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電流判定手段、前記充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであることを判定する充電器接続判定手段、前記電圧検出部からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電圧判定手段の３つの判定手段のうち少なくとも前記検出部に対応した１つの判定手段と、前記検出部からの出力に依存して前記定電圧制御部を起動させるための起動判定制御部とを設けたことを特徴とする。

ここで、前記電流判定手段、前記充電器接続判定手段、前記電圧判定手段は前記起動判定制御部またはそれぞれに対応した検出部に一体に設けられていてもよい。

また、前記３つの検出部のうち少なくとも電流検出部を有し、該電流検出部からの出力が前記規定値以上であるときのみ前記定電圧制御部を起動させてもよい。

また、前記３つの検出部のうち少なくとも充電器ＩＤ検出部を有し、該充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであるときのみ前記定電圧制御部を起動させてもよい。

また、前記３つの検出部のうち少なくとも電圧検出部を有し、該電圧検出部からの出力が前記規定値以上であるときのみ前記定電圧制御部を起動させてもよい。

また、前記３つの検出部のうち少なくとも２つの検出部を有し、該２つの検出部からの両方の出力に依存して前記定電圧制御部を起動させてもよい。

また、前記３つの検出部のすべての検出部を有し、該３つの検出部からの３つの出力に依存して前記定電圧制御部を起動させてもよい。

また、前記電流検出部からの出力が予め定められた規定値以上であるとき、又は前記充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであるとき、又は前記電圧検出部からの出力が予め定められた規定値以上であるときのいずれか１つ以上の条件が満たされたときにのみ前記起動判定制御部を起動させてもよい。

以上述べたように本発明では、定電圧制御部を従来のように常に起動させておくのではなく、過充電が生ずる可能性がある期間だけ起動することにより定電圧制御部での消費電力を大幅に削減することができる。過充電が生ずる可能性がある期間であるか否かは上述のように、電流検出部、充電器ＩＤ検出部、電圧検出部の３つの検出部のうち少なくとも１つの検出部により検出して起動判定制御部で判断して定電圧制御部を起動する。また、起動判定制御部自体も上記の期間に限定して起動させることによりさらに消費電力を削減することができる。

以上のように、本発明により保護回路の消費電流を大幅に低減し許容保存期間の長い簡易過充電保護機能付二次電池パックが得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明による簡易過充電保護機能付二次電池パックの１つの実施の形態を示す回路構成図である。複数の二次電池１からなる二次電池ブロック１１と二次電池１の各々に並列に接続され二次電池１の過充電保護を行う定電圧制御部２とからなる簡易過充電保護機能付二次電池パックにおいて、二次電池ブロック１１の充電経路に挿入され二次電池ブロック１１への充電電流を検出する電流検出部４と、二次電池ブロック１１の出力端子に接続され二次電池ブロック１１への充電器の接続の有無を検出する充電器ＩＤ検出部５と、二次電池ブロック１１に並列に挿入され二次電池ブロック１１の電圧を検出する電圧検出部６の３つの検出部を有し、これらの検出部の出力に依存して定電圧制御部２を起動させるための起動判定制御部３を設けている。

また、本実施の形態においては電流検出部４からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電流判定手段、充電器ＩＤ検出部５からの出力が前記充電器の接続を示すものであることを判定する充電器接続判定手段および電圧検出部６からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電圧判定手段の３つの判定手段はすべて起動判定制御部３に組み込まれている。

図１において、定電圧制御部２は、従来と同様に、二次電池１の端子電圧を監視し、充電により二次電池１が規定電圧を超えると充電電流をバイパスする機能を有し、二次電池１が過充電となることを回避すると共に個々の二次電池１間の電圧バランスを調整するものである。起動判定制御部３は、各検出部からの検出信号を元に自身の回路の起動及び定電圧制御部２の起動の可否を判定しその起動を制御する機能を有するものである。

次に、上記本実施の形態の簡易過充電保護機能付二次電池パックの過充電保護動作を説明する。図１において、まず、電流検出部４からの出力が予め定められた規定値以上であることを示す出力か、充電器が接続され充電器ＩＤ検出部５により充電器の接続を示すものに対応した出力か、又は電圧検出部６により二次電池ブロック１１の電圧が予め定められた規定の電圧以上であることを示す出力か、いずれか１つの出力が起動判定制御部３に入力されると起動判定制御部３が起動される。この場合、上記いずれか２つ、または３つすべての出力の入力により起動判定制御部３が起動されるようにしてもよい。

次に、本実施の形態においては、起動判定制御部３は、電流検出部４よりの検出出力又は電圧検出部６よりの検出出力のいずれか１つが上述の規定値以上であるか、または、充電器ＩＤ検出部５の検出出力が充電器の接続を示すものである場合、すなわち充電状態にある場合、定電圧制御部２を起動する。充電が開始された後、二次電池１の各端子電圧が徐々に上昇していくが、この間、各二次電池１間の電圧バランス崩れにより二次電池１の端子電圧が規定電圧を超えると、定電圧制御部２が充電電流をバイパスし二次電池１が過充電となることを回避するとともに、二次電池１間の電圧バランスを調整する。前記、定電圧制御部２による二次電池１の過充電回避及び二次電池１間の電圧バランス調整機能は、充電が終了するまで継続し動作する。

充電作業が終了すると、起動判定制御部３は、充電電流の停止による電流検出部４の検出出力の規定値以下への低下、充電器接続の開放による充電器ＩＤ検出部５の検出出力の消滅、又は電圧検出部６の検出出力の規定値以下への低下のいずれか又は全ての条件が満たされると定電圧制御部２の回路の動作を停止し、起動判定制御部３自身の回路動作も停止し、回路消費電流を低消費状態にする。この回路の動作停止の具体的手段は、それぞれの回路の電源部または電源ラインにスイッチを設け、それをＯＮ／ＯＦＦすることにより実現できる。

本実施の形態において、電圧検出部の電圧の規定値は例えば電池ブロック１１が十分に充電された状態での電圧の７０〜８０％程度の値とすることができ、電流検出部の電流の規定値は例えば数ｍＡ〜数百ｍＡ程度以上とすることができる。

上記のように本発明に係る簡易過充電保護回路付二次電池パックでは、定電圧制御部２、電流検出部４、充電器ＩＤ検出部５、電圧検出部６、起動判定制御部３を設け、充電時の過充電保護が必要な最低限の条件下のみ定電圧制御部２と起動判定制御部３を起動し、過充電保護機能を有効にすることにより回路消費電流を削減し、二次電池パックの許容保存期間を延ばすことができる。

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電流検出部、充電器ＩＤ検出部、電圧検出部の３つの検出部のすべてを備えているが、いずれか１つ、または２つの検出部だけを備えていてもよい。定電圧制御部を起動すべきかの判定は上記１つの検出部の出力による判定、任意の２つの検出部の出力による判定、３つの検出部すべてによる総合判定などにより決定してもよい。例えば、過充電保護が必要な充電時が検出できれば１つの検出部だけ備え、その判定により定電圧制御部を起動してもよい。

また、電流検出部、電圧検出部の出力の規定値との比較判定手段、充電器ＩＤ検出部の出力による充電器接続の判定手段はそれぞれの検出部に設け、その判定結果出力を起動判定制御部に出力するようにしてもよい。

また、起動判定制御部は回路の消費電力が十分に小さければ常に起動するようにしてもかまわない。

本発明による簡易過充電保護機能付二次電池パックの１つの実施の形態を示す回路構成図。従来の簡易過充電保護機能付二次電池パックの回路の構成例を示す図。

符号の説明

１二次電池
２定電圧制御部
３起動判定制御部
４電流検出部
５充電器ＩＤ検出部
６電圧検出部
１０，１１二次電池ブロック

Claims

１乃至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと前記二次電池の各々に並列に接続され前記二次電池の過充電保護を行う定電圧制御部とからなる簡易過充電保護機能付二次電池パックにおいて、前記二次電池ブロックの充電経路に挿入され前記二次電池ブロックへの充電電流を検出する電流検出部、前記二次電池ブロックの出力端子に接続され前記二次電池ブロックへの充電器の接続の有無を検出する充電器ＩＤ検出部、前記二次電池ブロックに並列に挿入され前記二次電池ブロックの電圧を検出する電圧検出部の３つの検出部のうち少なくとも１つの検出部と、前記電流検出部からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電流判定手段、前記充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであることを判定する充電器接続判定手段、前記電圧検出部からの出力が予め定められた規定値以上であることを判定する電圧判定手段の３つの判定手段のうち少なくとも前記検出部に対応した１つの判定手段と、前記検出部からの出力に依存して前記定電圧制御部を起動させるための起動判定制御部とを設けたことを特徴とする簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記電流判定手段、前記充電器接続判定手段、前記電圧判定手段は前記起動判定制御部またはそれぞれに対応した検出部に一体に設けられていることを特徴とする請求項１記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記３つの検出部のうち少なくとも電流検出部を有し、該電流検出部からの出力が前記規定値以上であるときのみ前記定電圧制御部を起動させることを特徴とする請求項１または２記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記３つの検出部のうち少なくとも充電器ＩＤ検出部を有し、該充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであるときのみ前記定電圧制御部を起動させることを特徴とする請求項１または２記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記３つの検出部のうち少なくとも電圧検出部を有し、該電圧検出部からの出力が前記規定値以上であるときのみ前記定電圧制御部を起動させることを特徴とする請求項１または２記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記３つの検出部のうち少なくとも２つの検出部を有し、該２つの検出部からの両方の出力に依存して前記定電圧制御部を起動させることを特徴とする請求項１または２記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記３つの検出部のすべての検出部を有し、該３つの検出部からの３つの出力に依存して前記定電圧制御部を起動させることを特徴とする請求項１または２記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。
前記電流検出部からの出力が予め定められた規定値以上であるとき、又は前記充電器ＩＤ検出部からの出力が前記充電器の接続を示すものであるとき、又は前記電圧検出部からの出力が予め定められた規定値以上であるときのいずれか１つ以上の条件が満たされたときにのみ前記起動判定制御部を起動させることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の簡易過充電保護機能付二次電池パック。