JP2010200598A - バッテリパックおよび過放電保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過放電状態にあるバッテリパックの安全性を向上可能な、バッテリパックおよび過放電保護方法を提供する。
【解決手段】複数のバッテリセルが直列で連結された第１バッテリスタック１１と、複数のバッテリセルが直列で連結され、第１バッテリスタックに並列で連結された第２バッテリスタック１２と、第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧と、第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より低い場合に、ヒューズブローイング信号を出力する制御部１３と、制御部のヒューズブローイング信号によって、第１および第２バッテリスタックと出力端子１５の間の電流経路を恒久的に遮断するヒューズブローイング部１４と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、バッテリパックおよび過放電保護方法に関するものである。

一般に、バッテリパックは、多数のバッテリセルと、バッテリセルの過充電および過放電を防止するための充電スイッチおよび放電スイッチと、充電スイッチおよび放電スイッチを制御する制御部を含む。

制御部は、バッテリセルの電圧を感知することで、バッテリセルが過充電されると充電スイッチをターンオフして充電が停止されるようにし、バッテリセルが過放電されると放電スイッチをターンオフして放電が停止されるようにする。

一方、バッテリパックでは、放電スイッチが作動して放電が停止された状態でも、長期間放置されると自己放電現象（毎月３〜５％ずつ自ら放電する現象）によって電圧が持続的に低下する。一例として、リチウムイオンバッテリセルまたはリチウムポリマーバッテリセルの場合、おおよそ２．０〜３．０Ｖになると放電スイッチがターンオフされて放電が停止される。しかし、この状態で長期間放置されると、バッテリセルの電圧がおおよそ０〜１Ｖまで低下する。

そして、バッテリセルがおおよそ０〜１Ｖまで放電すると、負極集電体で利用されている銅が溶解することが知られている。すなわち、負極集電体から銅が湧出し、負極と正極が相互間でショートする。したがって、このような状態でバッテリパックの充電が開始されると、相互間でショートした負極と正極との間で多量の熱が発生して、バッテリパックが爆発または発火する場合がある。

本発明は、過放電状態にあるバッテリパックの安全性を向上可能な、バッテリパックおよび過放電保護方法を提供することにある。

本発明のある観点によれば、複数のバッテリセルが直列で連結された第１バッテリスタックと、複数のバッテリセルが直列で連結され、第１バッテリスタックに並列で連結された第２バッテリスタックと、第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧と、第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より低い場合に、ヒューズブローイング信号を出力する制御部と、制御部のヒューズブローイング信号によって、第１および第２バッテリスタックと出力端子の間の電流経路を恒久的に遮断するヒューズブローイング部と、を備えることを特徴とするバッテリパックが提供される。

また、上記制御部は、基準電圧より低く感知された電圧が所定の基準時間を超えて維持される場合に、ヒューズブローイング信号を出力することができる。

また、上記第１バッテリスタックと第２バッテリスタックは、互いに同一の形態を有してもよく、互いに異なる形態を有してもよい。また、第１バッテリスタックと第２バッテリスタックは、互いに同一の容量を伴ってもよく、互いに異なる容量を伴ってもよい。

また、上記ヒューズブローイング部は、第１および第２バッテリスタックを出力端子に電気的に連結するヒューズと、ヒューズに連結され，ヒューズに熱を提供する熱抵抗と、熱抵抗に連結され，熱抵抗に電流を導くスイッチと、を備えることができる。

また、上記ヒューズブローイング部は、第１および第２バッテリスタックと出力端子の間の電流経路を遮段する場合に、ヒューズブローイング進行信号を制御部に出力することができる。

また、上記ヒューズブローイング部は、電気的ノイズを吸収して除去するキャパシタをさらに備えてもよく、電気的ノイズを制御部に流さないようにするダイオードをさらに備えてもよい。

また、上記バッテリパックは、第１バッテリスタックと制御部の間に電気的に連結され、第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、制御部に伝達する１次保護回路と、第１バッテリスタックとヒューズブローイング部の間に電気的に連結され、第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より高い場合に、ヒューズブローイング部にヒューズブローイング信号を出力する２次保護回路と、をさらに備えることができる。

また、上記バッテリパックは、第２バッテリスタックと制御部の間に電気的に連結され、第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、制御部に伝達する１次保護回路と、第２バッテリスタックとヒューズブローイング部の間に電気的に連結され、第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より高い場合に、ヒューズブローイング部にヒューズブローイング信号を出力する２次保護回路と、をさらに備えることができる。

本発明の他の観点によれば、複数のバッテリセルからなる第１バッテリスタックと、複数のバッテリセルからなる第２バッテリスタックを有し、第１バッテリスタックと第２バッテリスタックが並列に連結されたバッテリパックの過放電保護方法が提供される。本過放電保護方法は、第１バッテリスタックの電圧を感知する第１バッテリスタック電圧感知段階と、第１バッテリスタックの電圧を所定の基準電圧と比較する第１バッテリスタック電圧比較段階と、第２バッテリスタックの電圧を感知する第２バッテリスタック電圧感知段階と、第２バッテリスタックの電圧を所定の基準電圧と比較する第２バッテリスタック電圧比較段階と、第１または第２バッテリスタックの電圧が所定の基準電圧より低い場合に、第１および第２バッテリスタックと出力端子の間に連結されたヒューズを恒久的に切断するヒューズブローイング段階と、を含むことを特徴とする。

ここで、上記第１バッテリスタック電圧比較段階では、第１バッテリスタックをなす複数のバッテリセルの各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧より低いかが判断されてもよい。

ここで、上記第２バッテリスタック電圧比較段階では、第２バッテリスタックをなす複数のバッテリセルの各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧より低いかが判断されてもよい。

また、上記第１バッテリスタック電圧比較段階後は、第１バッテリスタックの基準電圧より低い電圧が所定の基準時間を超えて維持されるかを判断する第１バッテリスタック電圧維持時間比較段階をさらに含むことができる。

また、上記第２バッテリスタック電圧比較段階後は、第２バッテリスタックの基準電圧より低い電圧が所定の基準時間を超えて維持されるか判断する第２バッテリスタック電圧維持時間比較段階をさらに含むことができる。

以上説明したように、本発明によれば、過放電状態にあるバッテリパックの安全性を向上可能な、バッテリパックおよび過放電保護方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るバッテリパックを概略的に示したブロック図である。 円筒状バッテリスタックを示した斜視図である。 角形バッテリスタックを示した斜視図である。 角形バッテリスタックを示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち、第１バッテリスタックおよびその周辺構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち、第２バッテリスタックおよびその周辺構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックの過放電保護方法を示したフロー図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックの制御部による過放電保護動作を示したタイミング図である。 本発明の一実施形態に係るバッテリパックの２次保護回路による過充電保護動作を示したタイミング図である。

以下に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックを概略的に示したブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１０は、第１バッテリスタック１１、第２バッテリスタック１２、制御部１３およびヒューズブローイング部１４を含む。

第１バッテリスタック１１は、多数のバッテリセルが直列または並列で連結されてなる。第２バッテリスタック１２は、多数のバッテリセルが直列または並列で連結されてなる。また、第２バッテリスタック１２は、第１バッテリスタック１１に並列で連結されうる。

ここで、第１バッテリスタック１１をなすバッテリセルは、すべてリチウムイオンバッテリであり、第２バッテリスタック１２をなすバッテリセルは、すべてリチウムポリマーバッテリでもよく、その反対の構成でもよい。また、第１バッテリスタック１１をなすバッテリセルは、すべて円筒状バッテリであり、第２バッテリスタック１２をなすバッテリセルは、すべて角形バッテリでもよいが、その反対の構成でもよい。

また、第１バッテリスタック１１と第２バッテリスタック１２は、互いに同一の容量を有してもよく、互いに異なる容量を有してもよい。一例として、第１バッテリスタック１１の容量は１３００ｍＡｈであり、第２バッテリスタック１２の容量は１５００ｍＡｈでもよい。

このようにして、本発明の一実施形態に係るバッテリパック１０は、多様な種類、形態または容量のバッテリスタックを一つのバッテリパック１０に混合して備えることで、バッテリパック１０内部の空間利用率を最大化することができる。

制御部１３は、第１バッテリスタック１１の各バッテリセルの電圧と、第２バッテリスタック１２の各バッテリセルの電圧を感知する。また、制御部１３は、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より低いかを判定する。併せて、制御部１３は、基準電圧より低く感知された各電圧が所定の基準時間を超えて維持されるかを判定する。これにより、制御部１３は、感知された電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より低く、かつ基準電圧より低く感知された電圧が基準時間を超えて維持される場合、ヒューズブローイング信号を出力する。ここで、制御部１３は、通常の電圧感知機能および容量計算機能などを有するマイクロコンピュータでありうるが、他の構成が用いられてもよい。

また、基準電圧は、一例として１〜２Ｖでありうる。基準電圧が２Ｖより高い場合には、まだ使用可能なバッテリパックを廃棄してしまうこととなり、基準電圧が１Ｖより低い場合には、制御部１３の動作電圧が不足してしまうという問題がある。また、基準時間は、一例として１秒〜６０秒でありうる。基準時間が６０秒より長い場合には、バッテリパック１０が長時間に亘って危険状態に晒されてしまい、基準時間が１秒より短い場合には、まだ危険性の低いバッテリパックを廃棄してしまうという問題がある。

ヒューズブローイング部１４は、第１バッテリスタック１１および第２バッテリスタック１２と、出力端子１５との間に連結されている。すなわち、ヒューズブローイング部１４は、ヒューズ１４ａと、熱抵抗１４ｂと、制御部１３によって制御されるスイッチ１４ｃを含む。ヒューズ１４ａは、第１バッテリスタック１１および第２バッテリスタック１２と、出力端子１５との間に連結されている。熱抵抗１４ｂは、ヒューズ１４ａの中央に連結されている。スイッチ１４ｃは、熱抵抗１４ｂに連結されている。スイッチ１４ｃは、通常の電界効果トランジスタまたはバイポーラートランジスタでもよく、そのゲート電極（またはベース電極）が制御部１３に連結されている。図１に示す符号１４ｄは、寄生ダイオードである。

このような構成によって、制御部１３は、第１バッテリスタック１１をなすバッテリセルのうち少なくとも一つまたは第２バッテリスタック１２をなすバッテリセルのうち少なくとも一つが所定の基準電圧より低くなるまで放電すると、ヒューズブローイング部１４にヒューズブローイング信号を出力する。スイッチ１４ｃがターンオンされると、熱抵抗１４ｂが加熱されて、ヒューズ１４ａが切断される。したがって、第１バッテリスタック１１および第２バッテリスタック１２と、出力端子１５との間の電流経路は恒久的に遮断される。すなわち、バッテリパック１０は、充電器に連結されても充電動作を行われない。

ここで、出力端子１５は、第１バッテリスタック１１および第２バッテリスタック１２の正極に連結された正極端子でありうる。併せて、第１バッテリスタック１１および第２バッテリスタック１２の負極にも出力端子１６が連結され、これは負極端子でありうる。

図２Ａは、円筒状バッテリスタックを示した斜視図であり、図２Ｂおよび図２Ｃは、角形バッテリスタックを示した斜視図である。

図２Ａに示すように、バッテリスタック１は、すべて円筒状バッテリセル１ａでもよい。また、図２Ｂおよび図２Ｃに示すように、バッテリスタック２、３は、すべて角形バッテリセル２ａ、３ａでもよい。

併せて、バッテリセルは、リチウムイオンバッテリまたはリチウムポリマーバッテリでもよい。一例として、図２Ａおよび図２Ｂに示すバッテリスタック１、２は、すべてリチウムイオンバッテリであり、図２Ｃに示すバッテリスタック３は、リチウムポリマーバッテリである。図２Ａ〜２Ｃに示す符号１ｂ、２ｂおよび３ｂは、制御部１３が電圧を感知するためのセンシングワイヤである。

図３は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち、第１バッテリスタックおよびその周辺構成を示したブロック図である。以下では、第１バッテリスタック１１０およびその周辺構成を第１バッテリパック１００とも称する。

図３に示すように、第１バッテリパック１００は、第１バッテリスタック１１０、１次保護回路１２０、充電スイッチ１３０、放電スイッチ１４０、電流センサ１５０、２次保護回路１６０、制御部１７０およびヒューズブローイング部１８０を含む。

第１バッテリスタック１１０は、多数のバッテリセル１１１が直列で連結されてもよい。ここで、第１バッテリスタック１１０の構成については、既に説明したので、説明を省略する。

１次保護回路１２０は、第１バッテリスタック１１０をなす各バッテリセル１１１に連結されて、それぞれのアナログ電圧をセンシングする。１次保護回路１２０は、センシングされたアナログ電圧をデジタル信号に変換して制御部１７０に出力する。１次保護回路１２０は、通常のアナログフロントエンドおよびその等価物のいずれかでありうるが、他の構成が用いられてもよい。

充電スイッチ１３０は、第１バッテリスタック１１０と正極の出力端子１１２との間に電気的に連結されている。このような充電スイッチ１３０は、寄生ダイオード１３１を有するＭＯＳ型電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でありうるが、他の構成が用いられてもよい。１次保護回路１２０は、第１バッテリスタック１１０をなす多数のバッテリセル１１１が有する各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）を超過すると、充電スイッチ１３０をターンオフさせる。これによって、第１バッテリスタック１１０の充電が停止される。しかし、第１バッテリスタック１１０の放電は、寄生ダイオード１３１を通じて可能である。

放電スイッチ１４０は、第１バッテリスタック１１０と正極の出力端子１１２との間に電気的に連結されている。このような放電スイッチ１４０は、寄生ダイオード１４１を有するＭＯＳ型電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴでありうるが、他の構成が用いられてもよい。１次保護回路１２０は、第１バッテリスタック１１０をなす多数のバッテリセル１１１が有する各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧（２．０〜３．０Ｖ）より低くなると、放電スイッチ１４０をターンオフさせる。これによって、第１バッテリスタック１１０の放電が停止される。しかし、第１バッテリスタック１１０の充電は、寄生ダイオード１４１を通じて可能である。

ここで、充電スイッチ１３０と放電スイッチ１４０は、互いに直列で連結され、充電スイッチ１３０のゲートと放電スイッチ１４０のゲートは、１次保護回路１２０に電気的に連結されている。

電流センサ１５０は、第１バッテリスタック１１０と負極の出力端子１１３との間に電気的に連結されている。また、電流センサ１５０は、１次保護回路１２０に両端が電気的に連結されている。併せて、電流センサ１５０は、制御部１７０に両端が電気的に連結されている。このような電流センサ１５０は、第１バッテリスタック１１０の充電電流または放電電流をセンシングして、１次保護回路１２０または制御部１７０に知らせる役割をする。実質的に、電流センサ１５０は、１次保護回路１２０および制御部１７０に電圧情報を提供する。しかし、１次保護回路１２０および制御部１７０は、電流センサ１５０の抵抗値に基づいて、電圧情報を利用して電流を計算することができる。併せて、電流センサ１５０の両端には、端子１５１、１５２が連結されている。端子１５１、１５２は、後述する第２バッテリパック２００に電気的に連結される。したがって、電流センサ１５０は、後述する第２バッテリパック２００の電流もセンシングする。

２次保護回路１６０は、第１バッテリスタック１１０をなす各バッテリセル１１１に連結されて、それぞれの電圧をセンシングする。２次保護回路１６０は、センシングされた各電圧が基準電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）を超過するとともに、基準電圧を超過してセンシングされた電圧（過充電電圧）の維持時間が基準時間（例えば、１〜６０秒）を超過すると、ヒューズブローイング信号を端子１６１を通じてヒューズブローイング部１８０に出力する。ここで、端子１６１は、ヒューズブローイング部１８０の端子１８９に電気的に連結されている。一方、２次保護回路１６０は、センシングされた電圧が基準電圧（例えば、２〜３Ｖ）未満である場合、ヒューズブローイング信号を出力することができない。これは、２次保護回路１６０は、このような回路構成を具備していないためである。

制御部１７０は、１次保護回路１２０に電気的に連結されている。また、制御部１７０は、１次保護回路１２０から第１バッテリスタック１１０の電圧情報を受ける。併せて、制御部１７０は、後述する第２バッテリパック２００をなす第２バッテリスタック２１０の電圧も受ける。また、制御部１７０は、１次保護回路１２０に充電停止信号または放電停止信号などの第１バッテリスタックデータを送る。併せて、制御部１７０は、後述する第２バッテリパック２００に充電停止信号または放電停止信号などの第２バッテリスタックデータを送る。また、制御部１７０は、外部装置（携帯電話、ノートブック、電動工具）との通信のためのクロック端子１７３およびデータ端子１７４を含む。

制御部１７０は、第１バッテリパック１００の１次保護回路１２０から送信された電圧が過充電電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）であると判断すると、充電スイッチ１３０をオフするための第１バッテリスタックデータを１次保護回路１２０に出力する。また、制御部１７０は、後述する第２バッテリパック２００の１次保護回路２２０から送信された電圧が過充電電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）であると判断すると、充電スイッチ２３０をオフするようにする第２バッテリスタックデータを１次保護回路２２０に出力する。

また、制御部１７０は、第１バッテリパック１００の１次保護回路１２０から送信された電圧が過放電電圧（２．０〜３．０Ｖ）であると判断すると、放電スイッチ１４０をオフするための第１バッテリスタックデータを１次保護回路１２０に出力する。併せて、制御部１７０は、後述する第２バッテリパック２００の１次保護回路２２０から送信された電圧が過放電電圧（２．０〜３．０Ｖ）であると判断すると、放電スイッチ２４０をオフするための第２バッテリスタックデータを１次保護回路２２０に出力する。

また、制御部１７０は、１次保護回路１２０から送信された電圧が基準電圧（おおよそ１〜２Ｖ）未満であり、基準電圧未満の電圧が基準時間（１〜６０秒）を超過して維持されると、端子１７１を通じてヒューズブローイング信号を出力する。端子１７１は、ヒューズブローイング部１８０の端子１９０と電気的に連結されている。また、制御部１７０は、端子１７２を通じてヒューズブローイング進行信号を受信する。端子１７２は、ヒューズブローイング部１８０の端子１９４と電気的に接続されている。制御部１７０は、ヒューズブローイング進行信号を受信すると、ヒューズ１８１のブローイングが進行していることを認識および記憶する。

制御部１７０は、通常のマイクロコンピュータおよびその等価物のいずれかでありうるが、他の構成が用いられてもよい。

ヒューズブローイング部１８０は、ヒューズ１８１、熱抵抗１８２、ダイオード１８３、１８８、スイッチ１８４、抵抗１８６、１９２、キャパシタ１８７および端子１８９、１９０、１９３、１９４を含む。

ここで、ヒューズ１８１は、第１バッテリスタック１１０と正極の出力端子１１２との間に連結されて、充電電流が正極の出力端子１１２から第１バッテリスタック１１０に流れるようにし、または放電電流が第１バッテリスタック１１０から正極の出力端子１１２に流れるようにする。熱抵抗１８２は、ヒューズ１８１に連結されており、おおよそ５０〜３００℃で加熱されてヒューズ１８１を切断する。ダイオード１８３は、熱抵抗１８２に連結されており、電流がグラウンド側だけに流れるようにする。スイッチ１８４は、ダイオード１８３に連結されており、寄生ダイオード１８５を有する電界効果トランジスタでありうる。スイッチ１８４は、２次保護回路１６０または制御部１７０の電気的信号によってターンオンされうる。抵抗１８６は、スイッチ１８４のゲートとソースとの間に連結されて、ゲートに閾値電圧以上の所定電圧が印加されるようにする。キャパシタ１８７は、スイッチ１８４のゲートとソースとの間に連結されて、一定電圧で充電されるようにする。ダイオード１８８は、端子１９０とキャパシタ１８７との間に連結されて、制御部１７０に電流が流れないようにする。端子１８９は、２次保護回路１６０に具備された端子１６１に電気的に連結されて、ヒューズブローイング信号を入力される。また、端子１９０は、制御部１７０に具備された端子１７１に電気的に連結されて、ヒューズブローイング信号を受信する。また、ダイオード１９１は、端子１９４とスイッチ１８４との間に連結されて、電流が一方向にだけ流れるようにして、抵抗１９２は、ダイオード１９１と端子１９３との間に連結されて、所定電圧を印加する。端子１９３は、抵抗１９２に所定電圧を印加する。端子１９４は、制御部１７０にヒューズブローイング進行信号を出力する。すなわち、端子１９４は、制御部１７０の端子１７２と電気的に連結されている。

一方、ヒューズ１８１と放電スイッチ１４０との間にも端子２０１がさらに具備されているが、端子２０１には後述する第２バッテリパック２００が電気的に連結される。すなわち、端子２０１には第２バッテリパック２００のうち正極の出力端子２１２が電気的に連結される。

図４は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち、第２バッテリスタックおよびその周辺構成を示したブロック図である。以下では、第２バッテリスタック２１０およびその周辺構成を第２バッテリパック２００とも称する。

図４に示すように、第２バッテリパック２００は、第２バッテリスタック２１０、１次保護回路２２０、充電スイッチ２３０、放電スイッチ２４０および２次保護回路２６０を含む。以下では、本発明の理解のために図２を共に参照する。

第２バッテリスタック２１０は、多数のバッテリセル２１１が直列で連結されてなりうる。

１次保護回路２２０は、第２バッテリスタック２１０をなす各バッテリセル２１１に連結されて、それぞれのアナログ電圧をセンシングする。１次保護回路２２０は、センシングされたアナログ電圧をデジタル信号に変換して制御部１７０に出力する。ここで、１次保護回路２２０は、端子２５１、２５１を通じて第１バッテリパック１００に具備された端子１５１、１５２にそれぞれ連結される。勿論、第２バッテリスタック２１０の負極は、端子２５２に連結されている。したがって、第２バッテリスタック２１０の電流は、１次保護回路２２０だけでなく、制御部１７０によっても感知される。

ここで、１次保護回路２２０は、通常のアナログフロントエンドおよびその等価物のいずれかでありうるが、他の構成が用いられてもよい。

充電スイッチ２３０は、第２バッテリスタック２１０と正極の出力端子２１２との間に電気的に連結されている。ここで、正極の出力端子２１２は、前述したように、第１バッテリパック１００に具備された端子２０１と電気的に接続される。充電スイッチ２３０は、寄生ダイオード２３１を有するＭＯＳ型電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴでありうるが、他の構成が用いられてもよい。１次保護回路２２０は、第２バッテリスタック２１０をなす多数のバッテリセル２１１が有する各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）を超過すると、充電スイッチ２３０をターンオフさせる。これによって、第２バッテリスタック２１０の充電は停止される。しかし、第２バッテリスタック２１０の放電は、寄生ダイオード２３１を通じて可能である。勿論、このような制御信号（第２バッテリスタックデータ）は、制御部１７０から受信される。

ここで、１次保護回路２２０は、通常のアナログフロントエンドおよびその等価物のうちいずれかでありうるが、他の構成が用いられてもよい。

放電スイッチ２４０は、第２バッテリスタック２１０と正極の出力端子２１２との間に電気的に連結されている。このような放電スイッチ２４０は、寄生ダイオード２４１を有するＭＯＳ型電界効果トランジスタまたはＩＧＢＴでありうるが、他の構成が用いられてもよい。１次保護回路２２０は、第２バッテリスタック２１０をなす多数のバッテリセル２１１が有する各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧（２．０〜３．０Ｖ）より低くなると、放電スイッチ２４０をターンオフさせる。これによって、第２バッテリスタック２１０の放電は停止される。しかし、第２バッテリスタック２１０の充電は、寄生ダイオード２４１を通じて可能である。勿論、このような制御信号（第２バッテリスタックデータ）は、制御部１７０から受信される。

ここで、充電スイッチ２３０と放電スイッチ２４０とは、互いに直列で連結されており、それぞれのゲートは、１次保護回路２２０に電気的に連結されている。

２次保護回路２６０は、第２バッテリスタック２１０をなす各バッテリセル２１１に連結されて、それぞれの充電電圧をセンシングする。２次保護回路２６０は、センシングされた充電電圧が基準電圧（例えば、３．９〜４．４Ｖ）を超過するとともに、基準電圧を超過してセンシングされた充電電圧（過充電電圧）の維持時間が基準時間（例えば、１〜６０秒）を超過すると、ヒューズブローイング信号を端子２６１を通じてヒューズブローイング部１８０に出力する。勿論、端子２６１は、ヒューズブローイング部１８０の端子１８９に電気的に連結されている。

しかし、２次保護回路２６０は、センシングされた電圧が基準電圧（例えば、２〜３Ｖ）未満である場合、ヒューズブローイング信号を出力することができない。これは、２次保護回路２６０は、このような回路構成を具備していないためである。

このように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックは、第１バッテリパック１００の第１バッテリスタック１１０と第２バッテリパック２００の第２バッテリスタック２１０が互いに並列で連結された形態をする。

一方、制御部１７０は、第１バッテリスタック１１０の少なくとも１つのバッテリセル１１１の電圧が基準電圧（１〜２Ｖ）未満であるか、または第２バッテリスタック２１０の少なくとも１つのバッテリセル２１１の電圧が基準電圧（１〜２Ｖ）未満であれば、ヒューズブローイング部１８０を作動させて、バッテリパックを恒久的に使用不可能にする。すなわち、本発明の一実施形態に係るバッテリパックでは、第１バッテリスタック１１０または第２バッテリスタック２１０のうち少なくとも一つで電圧がおおよそ１〜２Ｖ未満になると、ヒューズブローイング部１８０が作動することで、バッテリパックの動作（充電）が停止される。勿論、制御部１７０は、第１または第２バッテリスタック１１０、２１０の基準電圧より低い電圧が基準時間（１〜６０秒）を超過して維持される場合に、バッテリパックの動作（充電）を停止させる。

勿論、第１バッテリパック１００の過充電電圧状態が所定の基準時間を超過して持続すると、２次保護回路１６０によってヒューズブローイング部１８０が作動する。また、第２バッテリパック２００の過充電電圧状態が所定の基準時間を超過して持続すると、２次保護回路２６０によってヒューズブローイング部１８０が作動する。

すなわち、本発明の一実施形態に係るバッテリパックでは、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック２１０の過充電（３．８〜４．４Ｖ超過）状態が基準時間以上持続すると、それぞれの２次保護回路１６０、２６０がヒューズブローイング部１８０を作動させる。また、第１バッテリスタック１１０および第２バッテリスタック２１０の過放電（１〜２Ｖ未満）状態が基準時間以上持続すると、制御部１７０がヒューズブローイング部１８０を作動させる。

ヒューズブローイング部１８０は、各２次保護回路１６０、２６０によって端子１６１または２６１を通じてハイレベルの信号が入力されるか、または制御部１７０によって端子１７１を通じてハイレベルの信号が入力されると動作を開始する。

端子１８９または１９０のうちいずれか一方を通じてハイレベルの電気的信号が印加されると、スイッチ１８４のゲートにハイ電圧が印加されることで、スイッチ１８４がターンオンされる。すると、第１バッテリスタック１１０、第２バッテリスタック２１０、または正極の出力端子１１２に連結された充電器を通じた電流が熱抵抗１８２およびスイッチ１８４を通じて流れる。ここで、定常的な状態であれば、過放電スイッチ１４０または２４０が既にターンオフされた状態にあるので、実際には、充電器を通じた電流が熱抵抗１８２を通じて流れることになる。

このようにしてヒューズ１８１は、熱抵抗１８２で発生する熱によって切断される。したがって、第１バッテリスタック１１０または第２バッテリスタック２１０の動作（充電または放電）が停止される。勿論、ヒューズ１８１が切断されたバッテリパックは、再使用不可能となるので廃棄処分される。

また、スイッチ１８４がターンオンされると端子１９４を通じてヒューズブローイング進行信号が制御部１７０の端子１７２に入力される。したがって、制御部１７０は、ヒューズブローイング進行信号を感知し、スイッチ１８４が正常に作動中であることを認識および記憶する。

以下では、前述したような構成を有するバッテリパックにおいて、制御部１７０によって主に遂行されるバッテリパックの過放電保護方法が説明される。ここで、図３および図４も共に参照される。

図５は、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの過放電保護方法を示したフロー図である。

図５に示すように、本発明の一実施形態に係るバッテリパックの過放電保護方法は、第１バッテリスタック電圧感知段階（Ｓ１）、第１バッテリスタック電圧比較段階（Ｓ２）、第１バッテリスタック電圧維持時間比較段階（Ｓ３）、第２バッテリスタック電圧感知段階（Ｓ４）、第２バッテリスタック電圧比較段階（Ｓ５）、第２バッテリスタック電圧維持時間比較段階（Ｓ６）、およびヒューズブローイング段階（Ｓ７）を含む。

第１バッテリスタック電圧感知段階（Ｓ１）は、第１バッテリスタック１１０の電圧を感知する段階である。すなわち、制御部１７０は、第１バッテリパック１００のうち第１バッテリスタック１１０をなす各バッテリセル１１１の電圧を、１次保護回路１２０を利用して感知する。

第１バッテリスタック電圧比較段階（Ｓ２）は、感知された第１バッテリスタック１１０の電圧が所定の基準電圧（１〜２Ｖ）より低いか比較および判断をする段階である。すなわち、制御部１７０は、第１バッテリセル１１１の各電圧を所定の基準電圧（１〜２Ｖ）と比較する。

段階（Ｓ２）で、制御部１７０は、第１バッテリスタック１１０の電圧が所定の基準電圧（１〜２Ｖ）より低ければ、次の段階（Ｓ３）を遂行する。すなわち、制御部１７０は、第１バッテリセル１１１の各電圧のうち少なくとも一つが所定の基準電圧（１〜２Ｖ）より低ければ、次の段階（Ｓ３）を遂行する。

第１バッテリスタック電圧維持時間比較段階（Ｓ３）は、所定の基準電圧より低い電圧の維持時間が所定の基準時間（１〜６０秒）より長いかを比較および判断する段階である。

段階（Ｓ３）で、制御部１７０は、第１バッテリスタック１１０の電圧（すなわち、基準電圧より低い電圧）の維持時間が所定の基準時間より長ければ、次の段階（Ｓ７）を遂行する。

一方、段階（Ｓ２）で、制御部１７０は、第１バッテリスタック１１０の電圧が所定の基準電圧より低くなければ、次の段階（Ｓ４）を遂行する。

第２バッテリスタック電圧感知段階（Ｓ４）は、第２バッテリスタック２１０の電圧を感知する段階である。すなわち、制御部１７０は、第２バッテリパック２００のうち第２バッテリスタック２１０をなす各バッテリセル２１１の電圧を、１次保護回路２２０を利用して感知する。

第２バッテリスタック電圧比較段階（Ｓ５）は、感知された第２バッテリスタック２１０の電圧が所定の基準電圧（１〜２Ｖ）より低いかを比較および判断する段階である。すなわち、制御部１７０は、第２バッテリセル２１１の各電圧を所定の基準電圧（１〜２Ｖ）と比較する。

段階（Ｓ５）で、制御部１７０は、第２バッテリスタック２１０の電圧が所定の基準電圧より低ければ、次の段階（Ｓ６）を遂行する。すなわち、制御部１７０は、第２バッテリセル２１１の各電圧のうち少なくとも一つが所定の基準電圧（１〜２Ｖ）より低ければ、次の段階（Ｓ６）を遂行する。

第２バッテリスタック電圧維持時間比較段階（Ｓ６）は、所定の基準電圧より低い電圧の維持時間が所定の基準時間（１〜６０秒）より長いかを比較および判断をする段階である。

段階（Ｓ６）で、制御部１７０は、第２バッテリスタック２１０の電圧（すなわち、基準電圧より低い電圧）の維持時間が所定の基準時間より長ければ、制御部１７０は、次の段階（Ｓ７）を遂行する。

ヒューズブローイング段階（Ｓ７）は、第１バッテリパック１００および第２バッテリパック２００の主電流経路に形成されたヒューズブローイング部１８０にヒューズブローイング信号を出力することで、主電流経路を切断する段階である。

すなわち、制御部１７０は、ヒューズブローイング部１８０のスイッチ１８４にハイレベルの電気的信号を出力する。これにより、スイッチ１８４は、ターンオンされて、ヒューズ１８１、熱抵抗１８２およびスイッチ１８４を通じて電流が流れるようにする。このような電流は、第１バッテリスタック１１０、第２バッテリスタック２１０または充電器による電流でありうる。これによって、熱抵抗１８２が加熱されて、ヒューズ１８１が切断される。一方、前述したように、スイッチ１８４がターンオンされると、ヒューズブローイング部１８０は、スイッチ１８４のターンオン状態を知らせるヒューズブローイング進行信号を、端子１９４を通じて制御部１７０に送る。

図６Ａは、本発明の一実施形態に係るバッテリパックのうち、制御部による過放電保護動作を示したタイミング図であり、図６Ｂは、２次保護回路による過充電保護動作を示したタイミング図である。

図６Ａに示すように、制御部１７０は、過放電電圧（例えば、１〜２Ｖ）の維持時間が基準時間（ｔ：例えば１〜６０秒）より長いと、ハイレベルの電気的信号をヒューズブローイング部１８０に出力する。すなわち、制御部１７０は、過放電電圧の維持時間が基準時間より短いと、ヒューズブローイング部１８０を作動させない。

図６Ｂに示すように、第１バッテリパック１００または第２バッテリパック２００に具備された２次保護回路１６０、２６０は、過充電電圧（例えば、３．８〜４、４Ｖ）の維持時間が基準時間（ｔ：例えば１〜６０秒）より長いと、ハイレベルの電気的信号をヒューズブローイング部１８０に出力する。すなわち、２次保護回路１６０、２６０は、過充電電圧の維持時間が基準時間より短いと、ヒューズブローイング部１８０を作動させない。

以上説明したように、本発明に係るバッテリパックおよび過放電保護方法は、バッテリパックが過放電状態で長期間放置された場合に、ヒューズ１８１を切断することで、バッテリパックを使用不可能にするものである。よって、バッテリパックが充電器に連結されても、バッテリパックが充電されることがない。すなわち、本発明によれば、銅が湧出される程度までバッテリパックが過放電されると、ヒューズ１８１が切断されることで、バッテリパックが充電器に連結されても充電が遂行されなくなるので、バッテリパックが危険状態（爆発、発火）に陥ることがなくなる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００ 第１バッテリパック
１１０ 第１バッテリスタック
１２０ １次保護回路
１３０ 充電スイッチ
１４０ 放電スイッチ
１５０ 電流センサ
１６０ ２次保護回路
１７０ 制御部
１８０ ヒューズブローイング部

Claims (17)

1. 複数のバッテリセルが直列で連結された第１バッテリスタックと、
   複数のバッテリセルが直列で連結され、前記第１バッテリスタックに並列で連結された第２バッテリスタックと、
   前記第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧と、前記第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より低い場合に、ヒューズブローイング信号を出力する制御部と、
   前記制御部のヒューズブローイング信号によって、前記第１および第２バッテリスタックと出力端子の間の電流経路を恒久的に遮断するヒューズブローイング部と、
   を備えることを特徴とするバッテリパック。
2. 前記制御部は、基準電圧より低く感知された電圧が所定の基準時間を超えて維持される場合に、ヒューズブローイング信号を出力することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
3. 前記第１バッテリスタックと前記第２バッテリスタックは、互いに同一の形態を有することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
4. 前記第１バッテリスタックと前記第２バッテリスタックは、互いに異なる形態を有することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
5. 前記第１バッテリスタックと前記第２バッテリスタックは、互いに同一の容量を伴うことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
6. 前記第１バッテリスタックと前記第２バッテリスタックは、互いに異なる容量を伴うことを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
7. 前記ヒューズブローイング部は、
   前記第１および第２バッテリスタックを前記出力端子に電気的に連結するヒューズと、
   前記ヒューズに連結され，前記ヒューズに熱を提供する熱抵抗と、
   前記熱抵抗に連結され，前記熱抵抗に電流を導くスイッチと、
   を備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
8. 前記ヒューズブローイング部は、前記第１および第２バッテリスタックと前記出力端子の間の電流経路を遮段する場合に、ヒューズブローイング進行信号を前記制御部に出力することを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
9. 前記ヒューズブローイング部は、電気的ノイズを吸収して除去するキャパシタをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
10. 前記ヒューズブローイング部は、電気的ノイズを前記制御部に流さないようにするダイオードをさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
11. 前記第１バッテリスタックと前記制御部の間に電気的に連結され、前記第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、前記制御部に伝達する１次保護回路と、
    前記第１バッテリスタックと前記ヒューズブローイング部の間に電気的に連結され、前記第１バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より高い場合に、前記ヒューズブローイング部にヒューズブローイング信号を出力する２次保護回路と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
12. 前記第２バッテリスタックと前記制御部の間に電気的に連結され、前記第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、前記制御部に伝達する１次保護回路と、
    前記第２バッテリスタックと前記ヒューズブローイング部の間に電気的に連結され、前記第２バッテリスタックの各バッテリセルの電圧を感知し、感知された各電圧のうち少なくとも一つの電圧が所定の基準電圧より高い場合に、前記ヒューズブローイング部にヒューズブローイング信号を出力する２次保護回路と、
    をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリパック。
13. 複数のバッテリセルからなる第１バッテリスタックと、複数のバッテリセルからなる第２バッテリスタックを有し、前記第１バッテリスタックと前記第２バッテリスタックが並列に連結されたバッテリパックの過放電保護方法において、
    前記第１バッテリスタックの電圧を感知する第１バッテリスタック電圧感知段階と、
    前記第１バッテリスタックの電圧を所定の基準電圧と比較する第１バッテリスタック電圧比較段階と、
    前記第２バッテリスタックの電圧を感知する第２バッテリスタック電圧感知段階と、
    前記第２バッテリスタックの電圧を所定の基準電圧と比較する第２バッテリスタック電圧比較段階と、
    前記第１または第２バッテリスタックの電圧が所定の基準電圧より低い場合に、前記第１および第２バッテリスタックと出力端子の間に連結されたヒューズを恒久的に切断するヒューズブローイング段階と、
    を含むことを特徴とする、バッテリパックの過放電保護方法。
14. 前記第１バッテリスタック電圧比較段階では、前記第１バッテリスタックをなす複数のバッテリセルの各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧より低いかが判断されることを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリパックの過放電保護方法。
15. 前記第２バッテリスタック電圧比較段階では、前記第２バッテリスタックをなす複数のバッテリセルの各電圧のうち少なくとも一つの電圧が基準電圧より低いかが判断されることを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリパックの過放電保護方法。
16. 前記第１バッテリスタック電圧比較段階後は、第１バッテリスタックの基準電圧より低い電圧が所定の基準時間を超えて維持されるかを判断する第１バッテリスタック電圧維持時間比較段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリパックの過放電保護方法。
17. 前記第２バッテリスタック電圧比較段階後は、第２バッテリスタックの基準電圧より低い電圧が所定の基準時間を超えて維持されるか判断する第２バッテリスタック電圧維持時間比較段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載のバッテリパックの過放電保護方法。

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