JP2008171662A

JP2008171662A - 電池パック

Info

Publication number: JP2008171662A
Application number: JP2007003214A
Authority: JP
Inventors: Mitsufumi Umeyama; 充史梅山
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2007-01-11
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2027-01-11
Also published as: JP5094129B2

Abstract

【課題】電流の漏洩があった場合に電池の充放電を停止する安全性が大きな電池パックを提供する。
【解決手段】電池保護回路を有する電池パック１において、漏洩電流検出電極１２と電池パックの出力用の外部接続端子６ａ，６ｂとの間の漏洩電流を検出してオン動作を行う漏洩電流検出回路１１を有し、漏洩電流検出回路１１は漏洩電流を検出したとき、外部接続端子６ａ、６ｂ間を短絡することで、電池保護回路の過電流検出、もしくは短絡検出の機能を働かせ、放電制御用半導体スイッチ８を遮断し、かつ外部接続端子６ａ、６ｂの一端と接続されたＰＴＣ素子１０が外部接続端子６ａ，６ｂ間の短絡による過大電流で動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池からの電解液の漏液、電池パックの水没、結露等によって漏洩電流が発生する場合に充放電を停止し、漏電による危険性を排除した安全性が高い電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の充放電容量密度が大きな電池は、電池の端子が短絡された場合等のように過大な電流が流れた場合や電池が過充電あるいは過放電された際に通電を遮断して電池を保護する充放電保護回路等を備えた電池保護回路基板等の内蔵部品とともに合成樹脂製の筺体等に収納した電池パックとして電池使用機器に装着して用いられている。

電池パックに使用の電池は、電池の電解液が電池外装缶、あるいは可撓性外装材の封口部等から外部に漏液しないように充分な対策が施されているが、過充電の繰り返し、電池温度の上昇、電池封口部の不具合等の原因により、まれに電解液が電池外装缶から漏れて漏液が起こることがあった。

一方、リチウムイオン電池等の二次電池は、携帯電話等の携帯型機器用の電源として用いられているために、日常生活のなかでは携帯電話を水中に落下させたり、あるいは電池パック内部に結露することがあった。このような場合に電池パック内の電気回路に付着した水は、電流を通電するには充分な電気伝導度を有しているので、電池パック内の電圧印加部の間に通電回路を形成して漏洩電流が生じたり、あるいは機器内部での異常な通電回路の形成によって電気回路の故障等を生じることがあった。

そこで、このような問題点を解決するために、特許文献１には、有機電解液漏液検出電極を回路基板上に設け、漏洩電流検出手段の出力によって通電を遮断する有機電解液漏液検出装置が提案されているが、電流遮断手段を設けるものであり、漏洩電流検出手段とともに付加的な部材が必要であった。

また、特許文献２には、充電用半導体スイッチ制御回路、および放電用半導体スイッチ制御回路の入力側に、漏洩電流検出半導体スイッチの出力を接続した漏洩電流検出手段を備えた電池パックが提案されているが、漏洩電流検出用の漏洩電流検出半導体スイッチとともに、充電用半導体スイッチ制御回路、および放電用半導体スイッチ制御回路等を設ける必要があった。

また、特許文献３には、漏洩電流検出回路の出力が電池保護回路の電池電圧監視回路の入力に接続され、電池電圧監視回路の出力が放電制御用半導体素子の制御信号入力端子に接続され、漏洩電流検出回路の出力信号もしくは電池電圧が所定の値となった場合に放電制御用半導体スイッチを遮断する電池パックが提案されているが、放電を遮断するものであり、充電時に対する検出回路を別に設ける必要があった。

特許第３４０２９３３号公報特開２００３−１３２８６２号公報特開２００６−１２０３５３号公報

そこで本発明の課題は、リチウムイオン電池等の二次電池を備えた電池パック内の電気回路への電解液、水分等の付着、結露等によって漏洩電流が生じた場合には電池パックの入出力を遮断して、感電、発火、機器の破損等が生じることを未然に防止し、漏電状態の解消の後には、再度、充放電が可能な電池パックを提供することにある。

本発明の電池パックは上記課題を解決するため、電池保護回路を有する電池パックにおいて、漏洩電流検出電極と電池パックの出力用の外部接続端子との間の漏洩電流を検出してオン動作を行う漏洩電流検出回路を有し、前記漏洩電流検出回路は前記漏洩電流を検出したとき、前記外部接続端子間を短絡することで、電池保護回路の過電流検出、もしくは短絡検出が働き、放電制御用半導体スイッチを遮断することを特徴とする。また、本発明の電池パックは充電時においては前記漏洩電流検出回路の出力が電池パック外部接続端子間を短絡して、外部接続端子と接続されたＰＴＣ素子は自身に過大電流が流れることで動作し、電池セルへのエネルギー供給を遮断してもよいし、漏洩電流検出電極が電池保護回路基板上に設けられていてもよいし、漏洩電流検出電極が複数個配置されていてもよい。

本発明によれば、漏洩電流検出回路として、漏洩電流に動作するスイッチング素子によって構成して、スイッチング素子を電池パック外部接続端子間に接続したので、放電時及び充電時においても動作し、回路構成が簡単で、部品点数が少なく、信頼性の大きな電池パックが得られる。

本発明は、電池パック内において電解液の漏洩、結露、水没等によって電流の漏洩が生じた場合に、速やかに回路を遮断して電池の放電を停止し、また漏液等の異常状態における充電においては、電池パック外部接続端子間を短絡することで、電池セルへのエネルギーの供給を絶つことで事故等を未然に防止する漏洩電流検出回路を有した電池パックにおいて、漏洩電流検出回路、およびその接続個所を特定することによって、漏洩電流検出回路のための付加的な回路構成部品が少なく、安定した動作が可能な電池パックを提供することが可能であることを見いだしたものである。

すなわち、従来の漏洩電流検出回路は、漏洩電流の検出時には、電池パックに設けた充放電制御手段等の入力側に供給して、放電制御用半導体スイッチを動作させるものであり、電池パック内の回路の部品点数が多いものであった。また、放電制御用半導体スイッチを動作させるものであり、充電に対しても放電と同等の検出回路を新たに設ける必要があった。

本発明の電池パックにおいては、こうした充放電制御手段等の回路を設けておらず、ＰＴＣ素子を使用して回路構成が簡単で部品点数が少なくても同等の機能を実現したものである。また、本発明の電池パックにあっては、浸入した水分や結露した水分が蒸発して、漏洩電流検出電極における導電度が低下した場合には、再度、電池パックを使用可能とするものである。

以下に本発明の実施例について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例を説明する回路図である。

本発明の電池パック１は、二次電池２に直列に電池温度が高くなった場合に電流を遮断するＰＴＣ素子３が結合されており、これらの出力は保護回路４の電池接続端子５ａ、５ｂに接続されており、また保護回路４には外部機器への電流の供給および充電装置との接続用の外部接続端子６ａ、６ｂを有している。

保護回路４には、二次電池２の過充電状態となることを防止するために充電電流を遮断する充電制御用半導体スイッチ７、および電池が過放電状態となることを防止するために放電を遮断する放電制御用半導体スイッチ８が設けられており、充電制御用半導体スイッチ７および放電制御用半導体スイッチ８のそれぞれの制御信号入力端子は電圧監視回路９の出力に接続されている。

電圧監視回路９の入力は、電池接続端子５ａ、５ｂならびに外部接続端子６ｂに接続されており、電池電圧が所定の大きさ以上となった場合には、過充電状態と判断して充電制御用半導体スイッチ７に対して充電遮断信号を出力して充電を停止して過充電状態となることを防止している。また、電池電圧が所定の大きさ以下となった場合には、過放電状態と判断して放電制御用半導体スイッチ８に対して放電遮断信号を出力して放電を停止して過放電状態となることを防止している。また、放電電流が所定の大きさ以上となった場合には、過電流もしくは短絡状態と判断して放電制御用半導体スイッチ８に対して放電遮断信号を出力して過電流状態となることを防止している。

電池パック１の外部接続端子６ａには、ＰＴＣ素子１０が接続されており、ＰＴＣ素子１０の他端は漏洩電流検出回路１１の漏洩電流検出電極１２が漏洩を検出した際に導通するトランジスタ１３の一端と電池接続端子５ａが接続されており、トランジスタ１３の他端は電池パック１の外部接続端子６ｂに接続されている。その結果、漏液等によって漏洩電流検出電極１２に電池の出力側の電圧が加わるとトランジスタ１３のベースに電圧が印加されてトランジスタ１３が導通して電池パック１の外部接続端子間が短絡し、電圧監視回路が過電流もしくは短絡検出する。その結果、電圧監視回路９の出力側に結合された放電制御用半導体スイッチ８が遮断動作をして電池の放電を停止する。

また、充電時においても漏液等によって漏洩電流検出電極１２に電池の出力側の電圧が加わるとトランジスタ１３のベースに電圧が印加されてトランジスタ１３が導通して電池パック１の外部接続端子間が短絡し、過大電流が流れることでＰＴＣ素子１０が動作して電池パックへの充電が遮断される。さらに、漏洩電流検出電極１２は、電池保護回路基板上に設けることができるが、その他の個所に設けて設けても良く、漏洩電流検出電極１２は複数個を設けても良い。

以上の漏洩電流検出回路１１は、トランジスタ１３を用いたものであるが、トランジスタに限らず、ＳＣＲ、ＦＥＴ等のスイッチング素子を用いたものであっても良い。また、ＰＴＣ素子は周囲温度や過大電流が流れた際の自身の発熱により動作するものであるが、ＰＴＣ素子に限らず、バイメタルを用いたものであっても良い。また本発明の電池パックにおいて漏洩状態が解消された場合には、再度充放電が可能となる。

本発明の電池パックは、電池パック内への水分の浸入等によって、漏洩電流検出電極に電流が流れた場合に漏洩電流検出回路の動作によって電池電圧監視回路の過電流監視入力端子の電圧が上昇し、電池電圧監視回路の出力、即ち放電制御用半導体スイッチの入力端子電圧を所定の値以下に低下させることによって電池の出力を停止させたもの、かつ、漏洩電流検出電極に電流が流れた場合の漏洩電流検出回路の動作によってパック外部接続端子間を短絡させることでＰＴＣ素子に過大電流を流し、動作させることによって充電を停止させたもので、部品点数が少ない簡単な回路構成で安全性が大きな電池パックを提供することができる。

本発明の電池パックの実施例を説明する回路図。

符号の説明

１電池パック
２二次電池
３，１０ＰＴＣ素子
４保護回路
５ａ，５ｂ電池接続端子
６ａ，６ｂ外部接続端子
７充電制御用半導体スイッチ
８放電制御用半導体スイッチ
９電圧監視回路
１１漏洩電流検出回路
１２漏洩電流検出電極
１３トランジスタ

Claims

電池保護回路を有する電池パックにおいて、漏洩電流検出電極と電池パックの出力用の外部接続端子との間の漏洩電流を検出してオン動作を行う漏洩電流検出回路を有し、前記漏洩電流検出回路は前記漏洩電流を検出したとき、前記外部接続端子間を短絡することで、電池保護回路の過電流検出、もしくは短絡検出の機能を働かせ、放電制御用半導体スイッチを遮断することを特徴とする電池パック。
前記外部接続端子と接続されたＰＴＣ素子が外部接続端子間の短絡による短絡電流で動作して充電を停止することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
前記漏洩電流検出電極が電池保護回路基板上に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電池パック。
前記漏洩電流検出電極が複数個配置されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電池パック。