JP2009177964A

JP2009177964A - 二次電池パック

Info

Publication number: JP2009177964A
Application number: JP2008014390A
Authority: JP
Inventors: Kozo Tateno; 浩三館野
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2008-01-25
Filing date: 2008-01-25
Publication date: 2009-08-06

Abstract

【課題】自己消費電流を監視してその異常をチェックし、異常状態での使用を回避することができるように上記のチェック結果を外部機器及び充電器に出力することができる二次電池パックを提供すること。
【解決手段】二次電池ブロック１、二次電池ブロック１の充電および放電回路の遮断や接続を行う放電制御ＦＥＴ４および充電制御ＦＥＴ５、二次電池パックの過充電、過放電、過電流などの異常を検出し、その検出結果に基づいて放電制御ＦＥＴ４および充電制御ＦＥＴ５を制御する保護ＩＣ３などから構成される保護回路２を有している。保護回路２は電源ノイズ制限用抵抗６の両端の電圧Ｖ₀を検出することにより自己消費電流を検出し、その消費電流が正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する消費電流検出判定回路１０が保護ＩＣ３の内部に設けられ、その判定結果は判定出力端子１１に出力される。
【選択図】図１

Description

本発明は、異常を検出する保護回路を備えた二次電池パックに関し、特に保護回路自体の消費電流を検出することにより異常状態を検出し、その結果を出力する機能を有する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では、その電池性能の劣化防止や安全性確保のための保護回路を一体化した二次電池パックが使用されている。図３は従来の二次電池パックの基本的な回路構成の一例を示す図であり、１は二次電池を多段に接続した二次電池ブロック、２２は保護回路を示す。保護回路２２は二次電池パックの過充電、過放電、過電流などの異常を検出し、その検出結果に基づいて保護ＩＣ２３が放電制御ＦＥＴ４や充電制御ＦＥＴ５を制御し、二次電池ブロック１の充電および放電回路の遮断や接続などの制御を行う保護機能を有するものである。通常この保護回路２２は二次電池ブロック１から内部的に電源供給を受けて動作するように構成されており、電源ノイズ制限用抵抗６を通して電圧Ｖ_DDが保護ＩＣ２３に供給される。二次電池パックの出力は出力端子７および８により外部機器や充電器と接続される。

二次電池パックにおいて、不適切な使用状態により電気的又は機械的ストレスが加えられること等によりその構成部品が故障に至る場合、その不良現象として二次電池パックの保護回路の自己消費電流が通常と比較して異常に増加することがある。従来は二次電池パックの生産や検査工程において、上記自己消費電流を直接的に又は間接的に測定し検査することは可能であった。

また、特許文献１には、保護回路において充放電の電池電流を電流積算手段を使って監視し、二次電池パックが外部に対して電力の供給をせず又外部からの充電もされない待機状態のときはその電流積算手段の動作を停止して保護回路の消費電流を最小限にする構成が示されている。

特開２００１−１１８６０７号公報

電池パックの異常状態には大きく分けて以下の２つの場合がある。一つは充電が不可能となる場合及び放電が不可能となる場合の様に、外部機器の使用や充電が出来なくなるために使用者が即座に異常に気付く場合である。もう一つは、充電、放電等の基本動作は正常に可能であるが、保護回路の自己消費電流が増加し異常状態が徐々に進行して行く場合である。従来、前者の異常モードは使用者が即座に異常を認識出来るため、異常認識直後に電池パックの使用を中止することが可能であるが、後者の異常状態の場合には使用者が異常を認識出来ないため、継続使用をして本質的な故障などの発生にまで至る可能性があった。

すなわち、二次電池パック製品を出荷後に、静電気や過電圧印加などによる電気的ストレスや機械的な衝撃などによるストレスにより、充電、放電が可能であるにもかかわらず保護回路の自己消費電流が過大となる異常が発生した場合、その異常状態の二次電池パックを使用者が異常と認識出来ないため、継続して使用し、異常状態が進行して発熱などによる故障や回路配線のショートなどによる故障などの特異な現象が発生して初めて電池の異常を使用者が認識し、使用を中止するといった場合があった。

上記の特許文献１の場合にも、消費電流を監視しながら保護回路自身で消費する電流を小さく留めることを目的とするのみであるので、異常状態での二次電池パック使用を未然に防止し、それにより故障を防止する機能は持っていない。

そこで、本発明の課題は、自己消費電流を監視してその異常をチェックし、異常状態での使用を回避することができるように上記のチェック結果を外部機器及び充電器に出力することができる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、本発明による二次電池パックは、保護回路を具備する二次電池パックにおいて、前記保護回路の消費電流を検出する手段を備え、予め設定した基準の消費電流と前記手段により検出した消費電流とを比較し、その比較結果により当該二次電池パックが正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段およびその判定結果を出力する手段を有することを特徴とする。

ここで、前記保護回路は電源入力側に接続された電源ノイズ制限用抵抗を備え、該電源ノイズ制限用抵抗の両端の電圧を検出することにより前記保護回路の消費電流を検出してもよい。

また、前記の保護回路の消費電流を検出する手段、前記の正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段、その判定結果を出力する手段は前記保護回路内に備えられていてもよい。

本発明の二次電池パックでは、自己消費電流を監視しながら、保護回路自身の状態を出力する機能を有することで、異常状態での二次電池パックの使用を未然に防止しそれにより故障を防止するするセルフチェック機能を有している。

以上のように、本発明により、自己消費電流を監視してその異常をチェックし、異常状態での使用を回避することができるように上記のチェック結果を外部機器及び充電器に出力することができる二次電池パックが得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。

図１は、本発明による二次電池パックの実施の形態の一例の基本回路構成を示す図であり、図１において、図３の従来の二次電池パックと同様に、二次電池を多段に接続した二次電池ブロック１、二次電池ブロック１の充電および放電回路の遮断や接続を行う放電制御ＦＥＴ４および充電制御ＦＥＴ５、二次電池パックの過充電、過放電、過電流などの異常を検出し、その検出結果に基づいて放電制御ＦＥＴ４および充電制御ＦＥＴ５を制御する保護ＩＣ３などから構成される保護回路２を有している。保護回路２において、二次電池ブロック１から電源ノイズ制限用抵抗６を通して電圧Ｖ_DDが保護ＩＣ２３に供給される。二次電池パックの出力は出力端子７および８により外部機器や充電器と接続される。

但し、本実施の形態の二次電池パックにおいては、保護回路２の消費電流を検出する手段を備え、予め設定した基準の消費電流と前記手段により検出した消費電流とを比較し、その比較結果により当該電池パックが正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段およびその判定結果を出力する手段を有している。

すなわち、保護回路２は電源ノイズ制限用抵抗６の両端の電圧Ｖ₀を検出することにより前記保護回路の消費電流を検出するよう構成され、そのため消費電流検出判定回路１０が保護ＩＣ３の内部に設けられている。

また、消費電流検出判定回路１０には、その消費電流が正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段が含まれ、その判定結果は保護ＩＣ３より判定出力端子１１に出力される。この判定出力端子１１により外部機器あるいは充電器に、保護回路２の消費電流の状態、すなわち二次電池パックの状態が正常か否かを伝達する。

本実施の形態では、従来の図３の保護回路に比べて、保護ＩＣ３に消費電流検出判定回路１０と自己消費電流を検出するための検出用端子１２（Ｖ_SENS端子）と通常時の消費電流との比較結果を出力する判定出力端子１１を新たに設けるが、その他の機能や端子については従来の仕様をそのまま利用することで、新たな追加部分を最小限として本発明を実施可能とするものである。

消費電流検出判定回路１０において、電源ノイズ制限用抵抗６の両端の電圧降下を電源入力端子１３（Ｖ_DD端子）と検出用端子１２の間の電位差Ｖ０より導き出し、電源ノイズ制限用抵抗６の抵抗値Ｒで除算することにより保護回路２の自己消費電流が算出される。一方、通常時の自己消費電流と抵抗値Ｒとの積として算出した電位差を予め基準電圧Ｖ_bとして設定しておき、この電圧と上記Ｖ₀の値とをコンパレータ等により比較することで、通常時自己消費電流と保護回路の消費電流との比較を行なう。図２は演算増幅器１４を用いたコンパレータの一例を示す図である。

次に、実際の基準電圧Ｖ_bと測定電圧Ｖ₀の値の具体例について説明する。まず、電源ノイズ制限用抵抗６の抵抗値Ｒを４７０Ωとし、通常の正常動作時の二次電池パックにおける自己消費電流が１０μＡ以下であるとすると、基準電圧Ｖ_bは、Ｖ_b＝４７０Ω×１０μＡ＝４．７ｍＶ、となる。この値を図２のコンパレータの基準電圧端子１６に入力し、比較電圧端子１７には検出された電圧Ｖ０の値が入力される。

例えば、正常状態で自己消費電流が４μＡ流れていると、Ｖ₀＝４７０Ω×４μＡ＝１．８８ｍＶ、となり、比較電圧端子１７に入力される電圧Ｖ₀の値がＶ_bの値を下回っているので比較出力端子１８には信号は出力されず、図１の判定出力端子１１には正常動作を示す信号が出力される。次に、自己消費電流が５０μＡ流れると、Ｖ０＝４７０Ω×５０μＡ＝２３．５ｍＶ、となり、Ｖ０の値がＶｂの値を超えるので比較出力端子１８に信号が出力され、図１の判定出力端子１１には異常動作を示す信号が出力される。

これらの判定出力端子１１からの出力により、二次電池パックに接続された外部機器や充電器は、より確実に二次電池パックの状態を判断でき、より的確な使用を行うことができる。

以上のように、充電及び放電が可能で、一見正常と判断される二次電池パックでも、自己消費電流をセルフチェックすることにより、正常、異常の判断確度を上げ、異常状態での二次電池使用を制限することが可能となり、より確実な保護動作が得られる。

なお、本発明は、上述の実施の形態に限定されるものではないことは言うまでもなく、目的や要求性能などに合わせて設計変更可能である。例えば自己消費電流を検出する手段は電源ノイズ制限用抵抗の両端の電圧から検出するのではなく、他の回路部分から、または他の検出素子を設けて検出してもよく、消費電流検出判定回路は保護ＩＣの内部ではなく独立して設けても良い。

また、本発明は、小型リチウムイオン二次電池を搭載する分野が主な応用分野と考えられるが、自己消費電流の検出方法等を目的にあわせて設計変更することで、自動車産業などで使用される大型電池への展開も可能である。

本発明による二次電池パックの実施の形態の一例の基本回路構成を示す図。演算増幅器を用いたコンパレータの一例を示す図。従来の二次電池パックの基本的な回路構成の一例を示す図。

符号の説明

１二次電池ブロック
２、２２保護回路
３、２３保護ＩＣ
４放電制御ＦＥＴ
５充電制御ＦＥＴ
６電源ノイズ制限用抵抗
７、８出力端子
１０消費電流検出判定回路
１１判定出力端子
１２検出用端子
１３電源入力端子
１４演算増幅器
１６基準電圧端子
１７比較電圧端子
１８比較出力端子

Claims

保護回路を具備する二次電池パックにおいて、前記保護回路の消費電流を検出する手段を備え、予め設定した基準の消費電流と前記手段により検出した消費電流とを比較し、その比較結果により当該二次電池パックが正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段およびその判定結果を出力する手段を有することを特徴とする二次電池パック。
前記保護回路は電源入力側に接続された電源ノイズ制限用抵抗を備え、該電源ノイズ制限用抵抗の両端の電圧を検出することにより前記保護回路の消費電流を検出することを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック。
前記の保護回路の消費電流を検出する手段、前記の正常状態にあるかまたは異常状態にあるかを判定する手段、その判定結果を出力する手段は前記保護回路内に備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の二次電池パック。