JP2008204878A - 電池パックおよび検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電池パックを開封したことを検出し、不正改造された電池パックの使用を防止する。
【解決手段】ケース４が開封され、ケース４内に収納された回路基板３に設けられた改造検出部２１における光センサ２３の受光部に対して光が照射された際に、改造検出部２１は、光センサ２３のエミッタ端子におよびコレクタ端子の間を流れる電流により、ケース４が開封されたことを検出する。そして、改造検出部２１は、検出結果に基づき、電池の電流経路に設けられた遮断回路２２を制御して、電流経路を遮断する。
【選択図】図３

Description

この発明は、ケースに電池が収容された電池パックおよびその検出方法に関する。

近年、ノート型ＰＣ（Personal Computer）や携帯電話、ＰＤＡ(Personal Digital Assistants)等の携帯型電子機器が普及し、その電源として高電圧、高エネルギー密度、軽量といった利点を有するリチウムイオン二次電池が広く使用されている。

このような二次電池が収容された電池パックには、二次電池の異常が検出された際に充放電を禁止するための保護回路が設けられている。具体的には、例えば、二次電池の電圧や充放電電流、温度等を所定時間毎に測定し、測定結果に基づき二次電池に対する過充電や過放電、過電流といった異常を検出する。そして、これらの異常を検出した場合には、充放電を制御する充放電スイッチをＯＦＦにしたり、温度ヒューズを溶断することにより二次電池に対する充放電を禁止するようにしている。

また、二次電池は、充放電を繰り返すにつれて劣化し、電池容量が減少してしまう。さらに、長期間、例えば数年程度使用した場合、この二次電池は使用不可能となってしまう場合がある。このような場合において、二次電池の電池容量を新品と同様またはそれ以上にするためには、二次電池に用いられている電池セルを交換する事で可能となる。

電池セルを交換した場合、交換された電池セルと本来収容されている電池セルとでは、その特性が異なると考えられる。また、上述した保護回路は、本来の電池セルの特性に合わせて制御の仕様が決定されている。そのため、電池パックに対して不正に改造を施し、二次電池に用いられている電池セルを交換した場合には、保護回路が正常に動作せず、電池パックの異常を検出することができずに電池パックの発火や破裂といった危険な状態となるおそれがある。したがって、電池セルの交換は、通常、製造メーカによって行われ、ユーザによって電池パックを開封し、電池セルを交換することについては禁止している。

しかしながら、従来の電池パックにおいては、電池セルを交換するために電池パックを開封したことを示す履歴が残らないため、ユーザが電池セルを容易に交換することができてしまうという問題点があった。

そこで、このような問題を解決するために、電池パックを開封して電池セルを交換した場合の改造履歴を認識できる電池パックが下記の特許文献１に記載されている。

特開２００５−３５３５１８号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載された方法では、電池パックの改造履歴を残すことができるが、電池セルの交換などの不正改造を防止することができず、実際に電池セルや保護回路を交換して電池パックを使用できてしまうという問題点があった。

したがって、この発明の目的は、ユーザによって不正改造された電池パックの使用を防止することができる電池パックおよび検出方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、１または複数の電池がケースに収容された電池パックにおいて、光を検出し、検出された結果に応じてケースが開封されたか否かを検出する検出部と、ケースが開封されたか否かの検出結果に基づき電池の電流経路を遮断する遮断部とを有することを特徴とする電池パックである。

また、第２の発明は、光を検出し、検出された結果に応じて１または複数の電池が収容されたケースが開封されたか否かを検出する検出ステップと、ケースが開封されたか否かの検出結果に基づき電池の電流経路を遮断する遮断ステップとを有することを特徴とする検出方法である。

上述したように、第１および第２の発明では、光を検出し、検出された結果に応じて１または複数の電池が収容されたケースが開封されたか否かを検出し、ケースが開封されたか否かの検出結果に基づき電池の電流経路を遮断するようにしているため、不正に改造された際には、電池パックの使用が不可能になる。

この発明は、電池パックを開封した際に、光センサに照射される光に基づき、電池に対する電流経路を遮断するようにしているため、不正に改造した電池パックの使用を防止することができるという効果がある。

以下、この発明の実施の一形態について説明する。この発明の実施の一形態では、電池パックのケースに収容される回路基板に光センサを設け、この光センサからの出力によって電池パックが開封されたかどうかを検出し、検出結果に応じて二次電池の電流経路を遮断するようにしている。

電池パック１は、図１に示すように、１または複数の電池セルが接続された組電池２および回路基板３がケース４に収容されるようにして構成されている。なお、図１においては、説明を容易とするために、二次電池２を構成する各電池セル間の配線や二次電池２と回路基板３とを接続する配線については省略する。ケース４は、例えば、上側ケース４ａおよび下側ケース４ｂで構成されている。上側ケース４ａおよび下側ケース４ｂは、プラスチック樹脂などの材料を用いて形成され、例えば、接合部に１または複数の嵌合爪が設けられている。上側ケース４ａおよび下側ケース４ｂが接合された場合には、電池パック１の内部に対して外部の光を遮断することができるようになっている。

二次電池２は、リチウムイオン二次電池等の二次電池であり、１または複数の電池セルを直列および／または並列に接続したものである。この例では、電池セルが２並列３直列に接続された場合を示す。回路基板３には、二次電池２の過充電や過放電を防ぐための保護回路や、ケース４を開封して不正に改造するのを防ぐための改造検出回路などの各種回路が設けられている。

なお、回路基板３をケース４に収容する場合、回路基板３は、電池パック１のケース４を開封した際に、光が照射されやすい位置、例えば二次電池２に対して外側に配置すると好ましい。これは、この発明の実施の一形態において、回路基板３に搭載されている改造検出回路に照射される光によってケース４の開封を検出するようにしているためであり、ケース４が開封されたかどうかをより確実に判断できるようにするためである。

また、図示しないが、電池パック１には、電極端子が設けられ、この電極端子を介して電池パック１を電子機器や充電器に接続できるようになっている。電極端子は、例えば、ケース４に直接設けられているようにしてもよいし、コネクタ等を用いてケース４の外部に設けるようにしてもよい。

次に、電池パック１の一例の回路構成について、図２を参照して説明する。電池パック１は、正極端子１０ａおよび負極端子１０ｂがそれぞれ外部の負荷／充電器の正極端子および負極端子に接続され、充放電が行われる。電池パック１は、主に、二次電池２、充放電制御部１１、スイッチ回路１２、改造検出部２１および遮断回路２２を備える。

充放電制御部１１は、二次電池２および二次電池２内の電池セルそれぞれの電圧を測定するとともに、電流検出抵抗１４を流れる電流の大きさおよび向きを測定し、測定結果に基づき二次電池２の過充電や過放電を制御する。充放電制御部１１は、二次電池２のいずれかの電池セルの電圧が過充電検出電圧になった場合や、二次電池２の電圧が過放電検出電圧以下になった場合に、スイッチ回路１２を制御して過充電、過放電を防止する。また、充放電制御部１１は、ヒューズ１３を溶断するように制御する。ここで、リチウムイオン電池の場合、過充電検出電圧が例えば４．２８Ｖ±０．０５Ｖと定められ、過放電検出電圧が２．５Ｖ±０．１Ｖと定められる。

スイッチ回路１２は、充電制御ＦＥＴ（Field Effect Transistor）１５と、放電制御ＦＥＴ１６とから構成されている。電池電圧が過充電検出電圧となったときは、充電制御ＦＥＴ１５をＯＦＦとし、充電電流が流れないように制御される。なお、充電制御ＦＥＴ１５のＯＦＦ後は、寄生ダイオードを介することによって放電のみが可能となる。また、電池電圧が過放電検出電圧となったときは、放電制御ＦＥＴ１６をＯＦＦとし、放電電流が流れないように制御される。なお、放電制御ＦＥＴ１６のＯＦＦ後は、寄生ダイオードを介することによって充電のみが可能となる。

改造検出部２１は、太陽光や蛍光灯の光などの外部の光源から照射された光を検出し、その検出結果に基づき遮断回路２２を制御する。なお、改造検出部２１の詳細については後述する。遮断回路２２は、改造検出部２１からの制御に基づき、二次電池２に対する電流経路を遮断する。遮断回路２２は、例えば、ヒータ抵抗を内蔵したヒューズ素子であり、ヒータ抵抗に電流が流れる際に発生する熱によってヒューズを溶断し、二次電池２の電流経路を遮断する。遮断回路２２としては、具体的には、例えばＳＣＰ（Self Control Protector）やヒュージングレジスタを用いることができる。

次に、改造検出部２１の具体的な回路構成について、図３を参照して説明する。改造検出部２１は、主に、光センサ２３、ＯＰアンプ（OPerational amplifier）２４、ＦＥＴ２５を備える。光センサ２３は、例えばフォトトランジスタが用いられ、その受光部に照射される光を検出し、検出結果に応じてエミッタ端子におよびコレクタ端子の間に流れる電流のＯＮ／ＯＦＦを制御する。光センサ２３は、光が照射されるとＯＮ状態となり、エミッタ端子およびコレクタ端子の間に電流が流れるようになっている。

ＯＰアンプ２４は、所謂コンパレータとして動作し、非反転入力端子および反転入力端子に印加された電圧を比較する。そして、２つの入力端子に印加される電圧のうち、どちらが大きいかによって出力レベルを切り替える。反転入力端子に印加される電圧よりも非反転入力端子に印加される電圧の方が大きい場合に、ＯＰアンプ２４の出力端子に電圧が印加される。

ＦＥＴ２５は、ゲート端子に印加される電圧に応じてソース端子およびドレイン端子の間を流れる電流を制御し、ゲート端子に所定の電圧が印加されると、ソース端子およびドレイン端子の間に電流が流れる。

改造検出部２１における改造検出の動作について説明する。先ず、電池パック１が通常に使用されている場合には、二次電池２および回路基板３がケース４に収容されているため、外部からの光が遮断されている。そのため、光センサ２３には光が照射されず、光センサ２３はＯＦＦ状態であり、エミッタ端子におよびコレクタ端子の間に電流は流れない。したがって、ＯＰアンプ２４の非反転入力端には、電圧が印加されていない。

また、抵抗Ｒ２および可変抵抗Ｒ３には、二次電池２から供給される電流が常に流れており、ＯＰアンプ２４の反転入力端子には、電圧が印加されている。このときの可変抵抗Ｒ３は、ＯＰアンプ２４の反転入力端子に印加される電圧がＧＮＤレベルとほぼ等しくなるように調整されている。したがって、ＯＰアンプ２４からの出力がないため、ＦＥＴ２５のゲート端子には、電圧が印加されず、ＦＥＴ２５はＯＦＦ状態となる。

このような場合において、例えば、電池パック１のケース４が開封されたときには、回路基板３に設けられている光センサ２３に対して蛍光灯の光や太陽光などが照射される。光センサ２３は、外部から光が照射されることによってＯＮ状態となり、光センサ２３のエミッタ端子におよびコレクタ端子の間に電流が流れるとともに、抵抗Ｒ１に対しても電流が流れる。そして、抵抗Ｒ１に電流が流れることにより、ＯＰアンプ２４の非反転入力端子に電圧が印加される。

ＯＰアンプ２４は、非反転入力端子および反転入力端に印加された電圧を比較し、非反転入力端に印加された電圧が反転入力端子に印加された電圧よりも大きくなった場合には、出力端子に所定の電圧が印加される。ＦＥＴ２５は、ＯＰアンプ２４の出力端子に印加された電圧によってゲート端子に電圧が印加されてＯＮ状態となり、ソース端子およびドレイン端子の間に電流が流れる。そのため、二次電池２からの電流が、遮断回路２２内に設けられたヒータ抵抗に流れ込む。

遮断回路２２のヒータ抵抗に電流が流れると、ヒータ抵抗が発熱し、このヒータ抵抗から発せられる熱によって遮断回路２２内のヒューズが溶断し、二次電池２の電流経路が遮断される。

このように、この発明の実施の一形態では、光センサ２３に外部からの光が照射されることにより、電池パック１のケース４が開封されたことを検出し、電池パック１が不正に改造されたと判断して、二次電池２に対する電流経路を遮断し、電池パック１の使用を防ぐことができる。

次に、この発明の実施の一形態の変形例について説明する。この発明の実施の一形態の変形例では、図４に示すように、上述したこの発明の実施の一形態における改造検出部２１に対して、マイクロコンピュータ３１をさらに設け、電池パックの改造を検出した際の履歴を記録するようにした。なお、上述の実施の一形態における改造検出部２１と同様の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。

マイクロコンピュータ３１は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に予め格納されたプログラムに従い、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）をワークメモリとして各部を制御する。マイクロコンピュータ３１は、ＦＥＴ２５のソース端子およびドレイン端子の間を流れる電流の変化を検出することにより、改造が施されたと判断する。

マイクロコンピュータ３１には、例えば、不揮発性のメモリであるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）が内蔵され、上述のようにしてマイクロコンピュータ３１が改造を検出したと判断した場合には、例えば、検出した時点の日付や時刻などをメモリに記憶する。

例えば、電池パック１のケース４が開封された場合には、光センサ２３に対して蛍光灯の光や太陽光などが照射されることにより光センサ２３がＯＮ状態となり、ＯＰアンプ２４の非反転入力端子に電圧が印加される。ＯＰアンプ２４は、非反転入力端子および反転入力端に印加された電圧に基づき出力端子に所定の電圧を印加する。ＦＥＴ２５は、ＯＰアンプ２４の出力端子に印加された電圧によってＯＮ状態となり、ソース端子およびドレイン端子の間に電流が流れる。

このとき、マイクロコンピュータ３１は、ＦＥＴ２５がＯＮになった事をダイオード３２を介して検出する。電池パック１が通常に使用されている場合には、ＦＥＴ２５のソース端子およびドレイン端子の間に電流が流れないため、マイクロコンピュータ３１が電流を検出することにより、ケース４が開封されたと判断する。そして、マイクロコンピュータ３１は、ケース４が開封された情報をＥＥＰＲＯＭに記録する。

このように、改造を検出した際の履歴を記録することにより、例えば、事故や不具合などで電池パック１がメーカに返却された際に、電池パック１を不正に開封し、改造したかどうかを判断することができる。

以上、この発明の実施の一形態およびその変形例について説明したが、この発明は、上述したこの発明の実施の一形態およびその変形例に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。例えば、マイクロコンピュータ３１に内蔵されたＥＥＰＲＯＭは、外部に設けるようにしてもよい。

また、この発明の実施の一形態では、過充電や過放電の際に用いられるヒューズ１３と、改造を検出した際に用いられる遮断回路２２のヒューズ素子とをそれぞれ別に設けるように説明したが、これはこの例に限られず、例えばこれらのヒューズ素子を共用するようにしてもよい。

この発明の実施の一形態による電池パックの一例の外観について説明するための斜視図である。 電池パックの一例の回路構成を示すブロック図である。 改造検出部の一例の回路構成を示す略線図である。 この発明の実施の一形態の変形例による改造検出部の一例の回路構成を示す略線図である。

符号の説明

１ 電池パック
２ 電池セル
３ 回路基板
４ ケース
４ａ 上側ケース
４ｂ 下側ケース
１０ａ 正極端子
１０ｂ 負極端子
１１ 充放電制御部
１２ スイッチ回路
１３ ヒューズ
１４ 電流検出抵抗
１５ 充電制御ＦＥＴ
１６ 放電制御ＦＥＴ
２１、２１’ 改造検出部
２３ 光センサ
２２ 遮断回路
２４ ＯＰアンプ
２５ ＦＥＴ
３１ マイクロコンピュータ

Claims (4)

1. １または複数の電池がケースに収容された電池パックにおいて、
   光を検出し、検出された結果に応じて上記ケースが開封されたか否かを検出する検出部と、
   上記ケースが開封されたか否かの検出結果に基づき上記電池の電流経路を遮断する遮断部と
   を有することを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記検出部は、光センサを有し、
   上記光センサの受光部が、上記ケースの面のうち最も近い面に対向するように設けられている
   ことを特徴とする電池パック。
3. 請求項１に記載の電池パックにおいて、
   上記改造検出部は、
   上記改造を検出した際に、該改造の検出結果を記録する記憶部を備える
   ことを特徴とする電池パック。
4. 光を検出し、検出された結果に応じて１または複数の電池が収容されたケースが開封されたか否かを検出する検出ステップと、
   上記ケースが開封されたか否かの検出結果に基づき上記電池の電流経路を遮断する遮断ステップと
   を有することを特徴とする検出方法。

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