JP2008177117A - Protecting device of secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池に関し、特に過充電、過放電を監視して保護する二次電池の保護装置に関する。 The present invention relates to a secondary battery, and more particularly to a protection device for a secondary battery that monitors and protects overcharge and overdischarge.
リチウムイオン電池等の高エネルギー密度の二次電池は、電池の劣化の防止、あるいは安全性の確保のために、過充電および過放電から電池を保護する保護装置を一体として設けた電池パックとして実装され、電池使用機器に装着して用いられている。 Secondary batteries with high energy density, such as lithium ion batteries, are mounted as a battery pack that is integrated with a protective device that protects the battery from overcharge and overdischarge in order to prevent battery deterioration or to ensure safety. It is used by being mounted on battery-powered equipment.
上記の保護装置を設置した二次電池パックの従来例は特許文献1などに開示されており、図3にその代表的な回路ブロック図の一例を示す。二次電池の保護装置12は1つまたは複数の二次電池からなる二次電池11の電圧を監視する電圧監視制御回路15と、それにより制御される充放電経路に挿入されたスイッチ素子などからなる過充電保護回路13および過放電保護回路14から構成されている。電圧監視制御回路15により二次電池11の電池電圧を監視して、電池電圧が動作可能電圧上限近傍の第一の設定電圧となった場合に過充電を検出して過充電保護回路13のスイッチをOFFし、二次電池の電圧が動作可能電圧下限近傍の第二の設定電圧以下となった場合に過放電を検出して過放電保護回路14のスイッチをOFFする制御を行う。
A conventional example of a secondary battery pack provided with the above-described protection device is disclosed in
上述の従来の二次電池の保護装置は、過充電を検出した場合に充電経路をスイッチにて遮断し、また過放電を検出した場合に放電経路をスイッチにて遮断するという動作を行うのみで、それらの保護回路がスイッチOFFした後、すなわち過充電検出後の充電停止状態および過放電検出後の放電停止状態において、単に回路を遮断したままとしていた。すなわち、回路遮断後、電圧が動作可能範囲に復帰して自動的にスイッチがONとなるまでの間、二次電池の状態がわからないという問題を有していた。このように、遮断以降の二次電池の状態を監視していない場合、例えば過充電を検出後に、スイッチなどの動作不良により充電が停止せずに二次電池が異常な電圧上昇したときの検出や、過放電検出後の二次電池の長期保管による電圧の低下などの監視をすることができないという欠点を有することになる。 The above-described conventional secondary battery protection device only performs an operation of cutting off the charging path with a switch when overcharge is detected, and blocking the discharge path with a switch when overdischarge is detected. After the protection circuits are switched off, that is, in the charge stop state after overcharge detection and the discharge stop state after overdischarge detection, the circuits are simply left off. That is, there is a problem that the state of the secondary battery is not known after the circuit is shut off until the voltage returns to the operable range and the switch is automatically turned on. In this way, when the state of the secondary battery after shutoff is not monitored, for example, after overcharge is detected, detection when the secondary battery rises abnormally without stopping charging due to malfunction of the switch etc. In addition, there is a drawback that it is impossible to monitor voltage drop due to long-term storage of the secondary battery after overdischarge detection.
また、従来の保護装置では二次電池の劣化により過充電や過放電を生じやすくなってもその情報が得られないことも問題である。すなわち、二次電池を外部機器に接続して使用する場合、外部機器に二次電池の電圧状態のデータや過充電や過放電検出の動作履歴などのデータを伝達し、外部機器においてもその状態に応じた回路の切断または給電回路の接続、さらには二次電池の交換などの安全対策を取れることが望ましいからである。 Another problem is that conventional protection devices cannot obtain information even if overcharge or overdischarge tends to occur due to deterioration of the secondary battery. In other words, when a secondary battery is used connected to an external device, the secondary device's voltage status data and data such as overcharge / overdischarge detection operation history are transmitted to the external device, and the external device is also in that state. This is because it is desirable to be able to take safety measures such as circuit disconnection or power supply circuit connection according to the above, and replacement of the secondary battery.
そこで、本発明の課題は、過充電検出後の充電停止状態または過放電検出後の放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに二次電池に接続される外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができる二次電池の保護装置を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to take a safety measure by monitoring the voltage of the secondary battery even in the charge stop state after overcharge detection or the discharge stop state after overdischarge detection, and connecting to the secondary battery. Another object of the present invention is to provide a secondary battery protection device which can take safety measures by grasping the operation history of the secondary battery even in an external device.
上記課題を解決するため、本発明は、二次電池の過充電、過放電を制御する二次電池の保護装置において、前記二次電池の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路と、充電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに前記過充電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過充電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a secondary battery protection device for controlling overcharge and overdischarge of a secondary battery, wherein the overcharge is inserted into the charging path of the secondary battery and stops charging by its operation. A protection circuit; and a voltage monitoring control circuit that monitors a charging voltage and operates the overcharge protection circuit when an overcharge of a predetermined voltage or more occurs. During operation of the overcharge protection circuit, a predetermined time interval And a means for detecting the voltage of the secondary battery and recording data of the detected voltage in a nonvolatile memory.
また、前記二次電池の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路と、放電電圧を監視し、所定電圧以下の過放電となったときに前記過放電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過放電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えてもよい。 Also, an overdischarge protection circuit that is inserted into the discharge path of the secondary battery and stops discharge by its operation, and the discharge voltage is monitored, and the overdischarge protection circuit is operated when an overdischarge below a predetermined voltage occurs. A voltage monitoring control circuit, and a means for detecting the voltage of the secondary battery at predetermined time intervals during operation of the overdischarge protection circuit and recording data of the detected voltage in a nonvolatile memory. .
また、前記二次電池の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路と、前記二次電池の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路と、充電電圧および放電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに前記過充電保護回路を動作させ、所定電圧以下の過放電となったときに前記過放電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過充電保護回路または過放電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えてもよい。 An overcharge protection circuit which is inserted into the charging path of the secondary battery and stops charging by the operation; an overdischarge protection circuit which is inserted into the discharge path of the secondary battery and stops discharging by the operation; and a charging voltage A voltage monitoring control circuit that monitors the discharge voltage and operates the overcharge protection circuit when overcharge exceeds a predetermined voltage, and operates the overdischarge protection circuit when overdischarge occurs below a predetermined voltage. And a means for detecting the voltage of the secondary battery at predetermined time intervals during operation of the overcharge protection circuit or overdischarge protection circuit and recording data of the detected voltage in a nonvolatile memory. Good.
また、前記不揮発性メモリには前記過充電保護回路または前記過放電保護回路の動作時間または動作回数に関するデータのうち少なくとも1つが記録されてもよい。 The nonvolatile memory may record at least one of data relating to the operation time or the number of operations of the overcharge protection circuit or the overdischarge protection circuit.
また、前記不揮発性メモリに記録された前記データを前記二次電池に接続された外部の機器に伝達する手段を備えることが望ましい。 In addition, it is preferable to include means for transmitting the data recorded in the nonvolatile memory to an external device connected to the secondary battery.
以上のように、本発明では過充電検出後や過放電検出後においても二次電池の電圧を所定時間間隔で検出し、そのデータを不揮発性メモリに記録し、さらにそのデータを外部の機器に伝達する手段を備えることにより、過充電検出後の充電停止状態または過放電検出後の放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに二次電池に接続される外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができる二次電池の保護装置が得られる。 As described above, in the present invention, even after overcharge detection or overdischarge detection, the voltage of the secondary battery is detected at predetermined time intervals, the data is recorded in the nonvolatile memory, and the data is further stored in an external device. By providing a means to communicate, safety measures can be taken by monitoring the voltage of the secondary battery even in the charge stop state after overcharge detection or the discharge stop state after overdischarge detection, and connected to the secondary battery Even in an external device, a secondary battery protection device capable of grasping the operation history of the secondary battery and taking safety measures can be obtained.
これにより、二次電池の過放電検出後の二次電池の放電状態が判別でき、長期保管等により二次電池の電圧が極端に低下した場合、例えば0Vとなったときに再充電の可否を判定し、安全に二次電池が使用できる。また、二次電池の過充電検出後の二次電池の充電電圧状態が判別でき、もし過充電状態が継続していれば、外部機器への接続を中止する等の措置をとることができる。 As a result, the discharge state of the secondary battery after detecting the overdischarge of the secondary battery can be determined. When the voltage of the secondary battery is extremely reduced due to long-term storage or the like, for example, whether or not recharge is possible when it becomes 0V. The secondary battery can be used safely. Further, the charging voltage state of the secondary battery after detecting the overcharge of the secondary battery can be determined. If the overcharge state continues, measures such as stopping the connection to the external device can be taken.
また、不揮発性メモリに格納された電圧状態、保護回路の動作履歴などを外部機器に伝達することにより、外部機器は異常状態発生および異常状態発生後の二次電池の電圧状態を判定することができ、過充電状態後の再充電の可否や過放電状態後の充電方法を外部機器が判定し、安全に二次電池を使用することができる。 In addition, by transmitting the voltage state stored in the nonvolatile memory, the operation history of the protection circuit, etc. to the external device, the external device can determine the abnormal state occurrence and the voltage state of the secondary battery after the abnormal state occurs. The external device can determine whether or not recharge is possible after the overcharge state and the charge method after the overdischarge state, and the secondary battery can be used safely.
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施の形態である二次電池の保護装置を使用した二次電池パックを示す回路ブロック図である。図1に示すように、二次電池パック内部には二次電池本体である二次電池1とそれを保護する保護装置2が搭載され、保護装置2には二次電池1の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路3と、二次電池1の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路4と、充電電圧および放電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに過充電保護回路3を動作させ、所定電圧以下の過放電となったときに過放電保護回路4を動作させる電圧監視制御回路5とを有している。さらに、本実施の形態の保護装置においては、不揮発性メモリ6と通信回路7を備え、電圧監視制御回路5は過充電保護回路3または過放電保護回路4の動作中、所定時間間隔で二次電池1の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリ6に記録する手段を備えている。
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a secondary battery pack using a secondary battery protection device according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a
電圧監視制御回路5は、過充電保護回路3および過放電保護回路4の動作を監視し以下の動作を行う。
(1)電圧監視制御回路5が過充電を検出し、過充電保護回路3が動作し充電経路Aを遮断した場合、電圧監視制御回路5は二次電池1の電圧の監視を開始し、所定時間経過後に不揮発性メモリ6に二次電池1の電圧を記録する。電圧の記録は過充電保護回路3が動作中、所定時間間隔で行う。したがって不揮発性メモリ6には過充電保護状態中の二次電池1の電圧が定期的に記録される。
(2)電圧監視制御回路5が過放電を検出し、過放電保護回路4が動作し放電経路Bを遮断した場合、電圧監視制御回路5は二次電池1の電圧の監視を開始し、所定時間経過後に不揮発性メモリ6に二次電池1の電圧を記録する。電圧の記録は過放電保護回路3が動作中、所定時間間隔で行う。したがって不揮発性メモリ6には過放電保護状態中の二次電池1の電圧が定期的に記録される。
(3)また、不揮発性メモリには過充電保護回路3または過放電保護回路4の動作時間と動作回数に関するデータが記録される。
The voltage
(1) When the voltage
(2) When the voltage
(3) In addition, data relating to the operation time and the number of operations of the
通信回路7は不揮発性メモリ6の読み出し回路および二次電池1に接続される外部の機器にその読み出したデータを伝達するための通信信号端子を有しており、不揮発性メモリ6に格納された二次電池1の電圧記録は、通信回路7から通信信号端子を経由して、外部機器、例えば、充電器や通信機器本体から読み出すことができる。読み出した内容は、二次電池の過放電/過充電状態の履歴であり、過去に例えば0V近い放電状態が発生しているような場合、充電器は表示器を用いてオペレータに過去の異常および安全のため充電を控えるようなメッセージを掲示することができる。
The
図2は、電圧監視制御回路5が過充電もしくは過放電を検出して、不揮発性メモリ6に二次電池の電圧を定期的に記録するプロセスを示すフローチャートである。過充電保護回路3または過放電保護回路4の動作後、監視タイマーにより所定時間間隔を定めて定期的に検出電圧が記録される。過充電、過放電が解除され過充電保護回路3、過放電保護回路4の動作が停止すると記録も停止する。上記タイマーの所定時間間隔としては例えば数秒〜数分の値を設定することができ、予想される充電時間、放電時間や不揮発性メモリ6のメモリ量に応じて設定される。不揮発性メモリ6としては、EEPROM、EPROM、フラッシュメモリなどを用いることができる。
FIG. 2 is a flowchart showing a process in which the voltage
以上のように、本発明により、充電停止状態または放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができるので、本発明の二次電池の保護装置は、特に、様々な安全管理が必要とされる携帯電話機などの携帯機器に搭載使用されるリチウムイオン二次電池に好適に利用できる。 As described above, according to the present invention, safety measures can be taken by monitoring the voltage of the secondary battery even in the charge stop state or the discharge stop state, and further, the operation history of the secondary battery can be grasped also in an external device. Therefore, the secondary battery protection device according to the present invention is particularly suitable for lithium ion secondary batteries used in mobile devices such as mobile phones that require various types of safety management. It can be suitably used.
なお、本発明の二次電池の保護装置は上記の実施の形態に限られるものではないことは言うまでもなく、例えば、使用目的に応じて、過充電保護回路、過放電保護回路の一方のみ備えている場合にも適用可能である。また、記録されたデータに基づいて二次電池パック内に安全対策を行う手段を設けることも可能である。 It goes without saying that the secondary battery protection device of the present invention is not limited to the above-described embodiment. For example, according to the purpose of use, only one of the overcharge protection circuit and the overdischarge protection circuit is provided. It is also applicable when It is also possible to provide means for taking safety measures in the secondary battery pack based on the recorded data.
1、11 二次電池
2、12 保護装置
3、13 過充電保護回路
4、14 過放電保護回路
5、15 電圧監視制御回路
6 不揮発性メモリ
7 通信回路
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