JP2010124640A - 集積回路およびそれを用いた電池パック - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電池パック内の二次電池の充放電を制御する保護ICについて、保護ICのコントロール部の所定の端子に所定電圧が入力された場合、保護ICを電圧検出用ICとして用いる。一方、保護ICのコントロール部の所定の端子に所定電圧が入力されない場合、コントロール部が電池パック内に設けられた充電制御FETおよび放電制御FETを制御する制御用ICとして用いる。過放電電圧および放電過電流を検出した場合、所定時間経過後に保護ICの消費電流を少なくするように制御する。その後、所定時間内に電圧が所定範囲内となった場合には充放電可能状態とし、所定範囲外となった場合には、電子機器等の接続/開放により電圧が所定範囲内となったことを検出するまで省消費電流状態を継続する。
【選択図】図1
Description
所定の電圧を発生する電源供給手段と、
電流値に応じた抵抗値が入力される入力手段と、
電源供給手段から所定電圧が入力されている場合には、電圧検出手段から入力された電圧に応じて過充電検出信号もしくは過放電検出信号を出力し、電源供給手段から所定電圧が入力されていない場合には、電圧検出手段から入力された電圧もしくは入力手段から入力される抵抗値に応じて充電制御信号もしくは放電制御信号を出力する制御手段と
を有する集積回路である。
二次電池の充放電を制御する集積回路と第1および第2の外部接続端子とを有する保護回路と
を有し、
集積回路が、
1または複数の二次電池の正極および負極間に印加する電圧を検出する電圧検出手段と、
所定の電圧を発生する電源供給手段と、
電流値に応じた抵抗値が入力される入力手段と、
電源供給手段から所定電圧が入力されている場合には、電圧検出手段から入力された電圧に応じて過充電検出信号もしくは過放電検出信号を出力し、電源供給手段から所定電圧が入力されていない場合には、電圧検出手段から入力された電圧もしくは入力手段から入力される抵抗値に応じて充電制御信号もしくは放電制御信号を出力する制御手段と
を有する電池パックである。
(1)第1の実施の形態(充放電制御を電池パック内で行うモードと、電圧に応じて信号
を出力して外部の電子機器側で行うモードとに切り替える例)
(2)第2の実施の形態(放電制御を電池パック内で、充電制御を電子機器(充電器)で
行う例)
(3)第3の実施の形態(充放電制御を電池パック内で行い、電子機器側で電池の残量表
示を行う例)
図1および図2に、この発明に係る電池パックの構成例を示す。図1は、電池パック1内で二次電池2aないし2nの各電圧および過電流を検出し、電圧制御および電流制御を行う構成を示している。以下、電池パック内で制御を行う図1の構成を、保護ICモードと適宜称する。図2は、電池パック内で二次電池の電圧を検出し、電圧の検出結果を電子機器もしくは充電器等(以下、電子機器等と適宜称する)に出力する構成を示している。電池パック内で二次電池の電圧検出を行い、検出された電圧に基づいて電子機器側で制御を行う図2の構成を、ボルテージディテクタモードと適宜称する。
電池パック1には、n個の二次電池2aないし2nが直列に接続された組電池2を有している。二次電池2aないし2nは、回路基板3と接続される。回路基板3には、保護IC10が設けられており、二次電池2aないし2nの電圧を検出して、電池パック1内で制御もしくは電池パック1外部に電圧値を送信する。
回路基板3には、ヒューズ4、保護IC10の他、電子機器等と接続するための接点部であるプラス端子5aおよびマイナス端子5bが形成されている。充電時には、プラス端子5aおよびマイナス端子5bに対してACアダプタ等の充電装置が接続されて充電が行われる。また、電子機器使用時には、プラス端子5aとマイナス端子5bが電子機器のプラス端子、マイナス端子に接続され、放電が行われる。
保護IC10は、コントロール部11、電圧検出部12、電圧レギュレータ13、電源部14と各端子とからなる。端子は、レギュレータ出力端子15a、モード切替端子15b、過電流検出端子15c、過充電検出端子15dおよび過放電検出端子15eとからなる。以下、各部について説明する。
保護IC10をボルテージディテクタモードとして使用する場合には、コントロール部11は「検出した電池状態を電子機器に出力する」ように動作する。この場合、図2のように、電池パック1内に充電制御FET8および放電制御FET7は不要であり、電圧検出部12を必須の構成とする。また、ボルテージディテクタモードの場合は電池パック1内において充放電制御を行わない。このため、過電流状態検出用抵抗6を設けないようにしてもよい。ボルテージディテクタモードの場合、電流値についてはコントロール部では検出しない。このため、ボルテージディテクタモードの方が少ない消費電力とすることができる。
所定電圧を入力せずに保護IC10を保護ICモードとして使用する場合には、コントロール部11は「検出した電流、電圧に応じて充放電FETを制御する」ように動作する。この場合、上述のように電池パック1内に過電流状態検出用抵抗6、充電制御FET8および放電制御FET7を設ける。
以下、図4のフローチャートならびに図5および図6のグラフを用いて、ボルテージディテクタモードにおける過放電電圧検出後の保護ICの動作を説明する。図5は、放電時に過放電電圧を検出した後、所定時間内に二次電池の電圧が復帰電圧以上に復帰するときの電池電圧、過充電検出端子15dの出力レベル、過放電検出端子15eの出力レベルおよび保護IC10の消費電流を示したものである。図6は、放電時に過放電電圧を検出した後、二次電池の電圧が所定時間内に復帰電圧以上に復帰しない場合の電池電圧、過充電検出端子15dの出力レベル、過放電検出端子15eの出力レベルおよび保護IC10の消費電流を示したものである。なお、説明を容易にするために、以下の説明では二次電池が1つ(二次電池2a)の場合について説明する。
以下、電池パック1に内蔵される二次電池2aないし2nの構成を説明する。
図7は、この電池パック1に用いる二次電池2の構成の一例を示す。図8は、二次電池2に収容される電池素子20の構成の一例を示す断面図である。図9は、電池素子20を外装する外装材であるラミネートフィルム30の構成の一例を示す断面図である。
正極は、正極活物質を含有する正極活物質層21aが、正極集電体21bの両面上に形成されてなる。正極集電体21bとしては、例えばアルミニウム(Al)箔,ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス(SUS)箔などの金属箔が用いられる。
負極22は、負極活物質を含有する負極活物質層22aが、負極集電体22bの両面上に形成されてなる。負極集電体22bとしては、例えば銅(Cu)箔、ニッケル(Ni)箔あるいはステンレス(SUS)箔などの金属箔が用いられる。
電解質は、リチウムイオン二次電池に一般的に使用される電解質塩と非水溶媒が使用可能である。非水溶媒としては、具体的には、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)、エチルプロピルカーボネート(EPC)、またはこれらの炭酸エステル類の水素をハロゲンに置換した溶媒等が挙げられる。これらの溶媒は1種類を単独で用いてもよいし、複数種を所定の組成で混合してもよい。
セパレータ23は、例えばポリプロピレン(PP)あるいはポリエチレン(PE)などのポリオレフィン系の材料よりなる多孔質膜、またはセラミック製の不織布などの無機材料よりなる多孔質膜により構成されている。また、これら2種以上の多孔質膜を積層した構造とされていてもよい。中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンの多孔質フィルムが最も有効である。
外装材として用いるラミネートフィルム30は、図8に示されるように、金属箔30aの両面にそれぞれ外側樹脂層30bと内側樹脂層30cとが形成された、防湿性、絶縁性を有する多層フィルムからなる。外側樹脂層30bには、外観の美しさや強靱さ、柔軟性などからナイロン(Ny)、またはポリエチレンテレフタレート(PET)が用いられる。金属箔30aは、水分、酸素、光の浸入を防ぎ、内容物である電池素子を守る最も重要な役割を担っており、軽さ、伸び性、価格、加工のしやすさからアルミニウム(Al)が最もよく使われる。内側樹脂層30cは、熱や超音波で溶け、互いに融着する部分であり、ポリオレフィン系樹脂材料、例えば無延伸ポリプロピレン(CPP)が多用される。
上述のような構成の二次電池2aは、以下のようにして作製する。
まず、正極活物質と、導電剤と、結着剤とを均一に混合して正極合剤とし、この正極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次に、このスラリーをドクターブレード法等により正極集電体21b上に均一に塗布し、乾燥させて溶剤を除去した後、ロールプレス機等で圧縮成型することにより、正極活物質層21aを形成する。ここで、正極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
続いて、負極活物質と、結着剤と、必要であれば導電剤とを均一に混合して負極合剤とし、この負極合剤を溶剤中に分散させてスラリー状にする。次にこのスラリーをドクターブレード法等により負極集電体22b上に均一に塗布し、乾燥させて溶剤を除去した後、ロールプレス機等で圧縮成型することにより、負極活物質層22aを形成する。ここで、負極活物質、導電剤、結着剤および溶剤は、均一に分散していればよく、その混合比は問わない。
電解質層の材料としては上述のように多くの材料を用いることができるが、以下に作製方法の一例を示す。上述の非水溶媒に、六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)または四フッ化ホウ酸リチウム(LiBF4)等の電解質塩を溶解して電解液を作製する。ポリマー電解質を用いる場合は、例えばフッ化ビニリデン(VdF)−ヘキサフルオロプロピレン(HFP)共重合体等のマトリクスポリマと電解液とを混合させてゾル状の電解質を作製する。
このような二次電池2aと同様に形成した二次電池を複数直列に接続し、組電池2とする。そして、組電池2のプラス側と回路基板3のプラス端子5a側、組電池2のマイナス側と回路基板3のマイナス端子5b側とを接続する。最後に、組電池2と回路基板3とを外装ケース40等に収容する。このとき、回路基板3のプラス端子5aおよびマイナス端子5bや、その他電子機器と通信を行うための各端子(接点部)のそれぞれが電池パック1の外部に露出するようにする。これにより、図10に示すような外観の電池パック1が作製される。電池パック1の一部に露出したプラス端子5aおよびマイナス端子5bは、電子機器等のプラス側端子およびマイナス側端子とそれぞれ接続されて充放電がなされる。
第2の実施の形態として、放電制御を電池パック内で行い、充電制御を電子機器(充電器)で行う例を説明する。
第3の実施の形態として、過充電、過放電、過電流に加えて、電池温度による充放電制御を電池パック内で行い、かつ電子機器側で電池の残量表示を行う例を説明する。
2・・・組電池
2a,2b,2c・・・2n・・・二次電池
3・・・回路基板
4・・・ヒューズ
5a・・・プラス端子
5b・・・マイナス端子
6・・・過電流状態検出用抵抗
7・・・放電制御FET
8・・・充電制御FET
9a・・・過充電検出信号出力端子
9b・・・過放電検出信号出力端子
9c・・・レギュレータ外部出力端子
9d・・・モード切替外部端子
10・・・保護IC
11・・・コントロール部
12・・・電圧検出部
13・・・電圧レギュレータ
14・・・電源部
15a・・・レギュレータ出力端子15a
15b・・・モード切替端子15b
15c・・・過電流検出端子
15d・・・過充電検出端子
15e・・・過放電検出端子
Claims (10)
- 1または複数の二次電池の正極および負極間に印加する電圧を検出する電圧検出手段と、
所定の電圧を発生する電源供給手段と、
電流値に応じた抵抗値が入力される入力手段と、
上記電源供給手段から所定電圧が入力されている場合には、上記電圧検出手段から入力された電圧に応じて過充電検出信号もしくは過放電検出信号を出力し、上記電源供給手段から所定電圧が入力されていない場合には、上記電圧検出手段から入力された電圧もしくは上記入力手段から入力される上記抵抗値に応じて充電制御信号もしくは放電制御信号を出力する制御手段と
を有する集積回路。 - 過充電状態もしくは充電過電流状態を検出した後に上記過充電検出信号もしくは上記充電制御信号の出力レベルを変化させて出力し、
過放電状態もしくは放電過電流状態を検出した後に上記過放電検出信号もしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させて出力する
請求項1に記載の集積回路。 - 上記過放電状態もしくは上記放電過電流状態を検出してから第1の所定時間経過後に上記過放電検出信号もしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させて、上記制御手段が上記電源供給手段の電圧を制御して消費電力をほぼ0とするように制御する
請求項2に記載の集積回路。 - 上記制御手段が上記電源供給手段の電圧を制御して消費電力をほぼ0とした後、第2の所定時間経過時に上記電圧検出手段により検出された電圧が所定範囲内であった場合には、上記過放電検出信号もしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させるとともに、上記制御手段が上記電源供給手段の電圧を復帰させるように制御する
請求項3に記載の集積回路。 - 1または複数の二次電池からなる組電池と、
上記二次電池の充放電を制御する集積回路と第1および第2の外部接続端子とを有する保護回路と
を有し、
上記集積回路が、
1または複数の二次電池の正極および負極間に印加する電圧を検出する電圧検出手段と、
所定の電圧を発生する電源供給手段と、
電流値に応じた抵抗値が入力される入力手段と、
上記電源供給手段から所定電圧が入力されている場合には、上記電圧検出手段から入力された電圧に応じて過充電検出信号もしくは過放電検出信号を出力し、上記電源供給手段から所定電圧が入力されていない場合には、上記電圧検出手段から入力された電圧もしくは上記入力手段から入力される上記抵抗値に応じて充電制御信号もしくは放電制御信号を出力する制御手段と
を有する電池パック。 - 上記電源供給手段から所定電圧を入力するようにした場合には、さらに上記充電制御信号を外部に出力する第1の出力端子と、上記放電制御信号を外部に出力する第2の出力端子とを備え、
上記電源供給手段から所定電圧を入力しないようにした場合には、さらに上記充電制御信号によって充電電流を制御する充電制御部と、上記放電制御信号によって放電電流を制御する放電制御部と、電流値を検出するための抵抗手段とを有する
請求項5に記載の電池パック。 - 上記制御手段が、
過充電状態もしくは充電過電流状態を検出した後に上記過充電検出信号もしくは上記充電制御信号の出力レベルを変化させて出力し、
過放電状態もしくは放電過電流状態を検出した後に上記過放電検出信号もしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させて出力する
ことにより、充電電流および放電電流が遮断される
請求項6に記載の電池パック。 - 上記過放電状態もしくは上記放電過電流状態を検出してから第1の所定時間経過後に上記過放電検出信号もしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させて、上記制御手段が上記電源供給手段の電圧を制御して上記集積回路の消費電力をほぼ0とするように制御する
請求項7に記載の電池パック。 - 上記電源供給手段の電圧を制御して上記集積回路の消費電力をほぼ0とした後、第2の所定時間経過時に上記電圧検出手段により検出された電圧が所定範囲内であった場合に、上記集積回路が上記充電制御信号の出力レベルもしくは上記放電制御信号の出力レベルを変化させて上記電源供給手段の電圧を復帰させ、充放電可能状態とする
請求項8に記載の電池パック。 - 上記電源供給手段の電圧を制御して上記集積回路の消費電力をほぼ0とした後、第2の所定時間経過時に上記電圧検出手段により検出された電圧が所定範囲内でなかった場合に、上記制御手段が第1および第2の外部接続端子が外部機器と接続もしくは開放されて上記電圧検出手段により検出された電圧が所定範囲内となるまで上記電源供給手段の電圧を制御して上記集積回路の消費電力をほぼ0のままとするように制御する
請求項8に記載の電池パック。
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