JP2012073043A

JP2012073043A - 電池パック用制御回路

Info

Publication number: JP2012073043A
Application number: JP2010216176A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kawai; 啓河合; Masaaki Sakagami; 正昭阪上
Original assignee: Panasonic Eco Solutions Power Tools Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-12

Abstract

【課題】各組電池の監視回路から出力される信号の電圧帯が同じで変換回路を必要としないものとする。
【解決手段】複数の二次電池を直列接続した組電池を複数段直列に接続した組電池群１を電源端子Ｔ１，Ｔ２間に備えた電池パック用制御回路である。上記の各組電池に各々接続されて各組電池内の二次電池の電圧を監視する監視回路２１，２２を複数備えているとともに、監視対象となっている二次電池の数に対応する電圧よりも高い耐電圧特性を備えた上記の各監視回路は、上記の電源端子間に並列に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パック、殊に複数の二次電池を直列接続した組電池を複数備えて、これら組電池が直列接続されている組電池群を備えている電池パック用の制御回路に関するものである。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池が多用されているが、リチウムイオン電池は過充電や過放電を繰り返すと正極（カソード）のコバルトが溶出したり、負極（アノード）の集電体の銅が溶出してしまって二次電池として機能しなくなり、この状態で充電・放電がなされると、内部抵抗が高い状態のために電池温度が上昇するとともに内圧が上昇し、電池の安全弁が動作して内部の電解液が漏出してしまう虞がある。漏れ出た電解液は可燃物である上に導電性も有するために、電池パック内に内蔵した電子回路や充電器側の回路とトラッキングを起こし、最悪の場合、発火にいたる虞がある。

このためにリチウムイオン電池では安全性を確保するために各電池セルが過充電や過放電とならないように各電位を監視する必要があり、この監視用のＩＣ（集積回路）が提供されているとともに、この監視用のＩＣを用いた充放電制御回路を電池パック内に設けることがなされている（特許文献１参照）。

この時、二次電池の数が５セル以上であるとともに、これらセルを全て直列接続する場合、通常、４セル監視用のＩＣを２つ用いるのが一般的である。上記ＩＣは監視するセル数に応じた耐電圧特性を持っているため、２段に積み重ねる方式で制御回路を構成している。

図５に８個の二次電池（セル）Ｂ１〜Ｂ８を備えた電池パックの一例を示す。電源端子Ｔ１，Ｔ２間に全てが直列に接続されているこれらセルＢ１〜Ｂ８のうち、４個のセルＢ１〜Ｂ４の各両端電圧を検出して充放電制御電圧を監視する監視用ＩＣ２１と、４個のセルＢ５〜Ｂ８の各両端電圧を検出して充放電制御電圧を監視する監視用ＩＣ２２とを備えている。

これら監視用ＩＣ２１，２２は、夫々４セル分の耐電圧特性を持つ監視回路であり、このために監視用ＩＣ２１はセルＢ４，Ｂ５間の中点の電圧Ｖｈを電源電圧として用い、監視用ＩＣ２２はＧＮＤの電圧としてＶｈを用いている。この結果、電池電圧の低下を検出して放電停止信号を信号端子Ｓに出力する際、または電池電圧が増加して充電制御信号を信号端子Ｓに出力する際、両監視用ＩＣ２１，２２が出力する充放電制御のための信号も、図６に示すように、電圧ＶｈとＧＮＤ電圧との差分だけ異なる電圧の信号となる。

一方、信号端子Ｓ部分にはコネクタが通常用いられ、電圧帯が２系統のまま出力するために信号端子Ｓを２つ保有するべくコネクタの数を増やすのは非効率であることから、制御信号の電圧帯を１系統にするための変換回路３を一方の監視用ＩＣ（図示例の場合は監視用ＩＣ２２）と信号端子Ｓとの間に挿入している。

図７は過充電防止のために、充電端子Ｔ３とセルＢ１〜Ｂ８間に監視用ＩＣ２１，２２からの過充電制御信号を受けて充電電流を遮断する保護素子７を設けた電池パックを示しており、このものにおいても上記従来例と同様に監視用ＩＣ２１が出力する過充電制御信号と監視用ＩＣ２２が出力する過充電制御信号とが異なる電圧帯の信号となることから、電圧帯を１系統にするための変換回路３を必要とする。

図８に示すように、監視用ＩＣ２１，２２間で情報通信を行うように構成したものにおいては、電圧帯が異なる信号に相互に変換する変換回路３が必要となる。

特開２００３−１１１２９４号公報

本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、各監視回路から出力される信号の電圧帯が同じで変換回路を必要としない電池パック用制御回路を提供することを課題とするものである。

本発明は、複数の二次電池を直列接続した組電池を複数段直列に接続した組電池群を電源端子間に備えた電池パック用制御回路であって、上記の各組電池に各々接続されて各組電池内の二次電池の電圧を監視する監視回路を複数備えているとともに、監視対象となっている二次電池の数に対応する電圧よりも高い耐電圧特性を備えた上記の各監視回路は、上記の電源端子間に並列に接続されていることに特徴を有している。

上記監視回路は電池パックが備える外部出力用の信号端子に充放電制御信号を出力するものであっても、電池パックが備える充電電流遮断用の保護素子に過充電制御信号を出力して過充電時に充電電流を遮断するものであってもよく、更には他の監視回路との間で情報通信を行うものであってもよい。

本発明においては、直列接続されているセルのうちの異なるセルを夫々監視する複数の監視用ＩＣが同一の電圧帯の信号を出力するために、別途変換回路を必要とすることなく充電制御、あるいは放電制御を行うことができる。

本発明の実施の形態の一例のブロック回路図である。同上の他例のブロック回路図である。同上の更に他例のブロック回路図である。同上の別の例のブロック回路図である。従来例のブロック回路図である。同上の監視ＩＣの出力信号の説明図である。他の従来例のブロック回路図である。更に他の従来例のブロック回路図である。

本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、図１に示すものは、８個のセルＢ１〜Ｂ８が電源端子Ｔ１，Ｔ２間に全て直列に接続されている電池パックであり、これらセルＢ１〜Ｂ８のうち、直列接続された４個ずつのセルＢ１〜Ｂ４，Ｂ５〜Ｂ８が夫々組電池を構成し、両組電池が直列接続されることで組電池群１を構成している。そして、各組電池毎に監視回路としての監視用ＩＣ２１，２２を接続している。

上記監視用ＩＣ２２，２２のうち、監視用ＩＣ２１は個のセルＢ１〜Ｂ４の各両端電圧を検出して充放電制御電圧を監視し、監視用ＩＣ２２は４個のセルＢ５〜Ｂ８の各両端電圧を検出して充放電制御電圧を監視する。また、組電池毎に設けられた上記監視用ＩＣ２１，２２から出力される信号を外部に出力するための信号端子Ｓを備えている。

ここで用いている監視用ＩＣ２１及び監視用ＩＣ２２は、監視対象としてのセルの数（図示例の場合４）に対応した耐電圧特性よりも更に高い耐電圧特性を持つもの、正確には直列接続された総セル数（図示例の場合は８）に対応した耐電圧特性を持つものであり、電源端子Ｔ１，Ｔ２間に並列に接続されて前述のように監視用ＩＣ２１は４個のセルＢ１〜Ｂ４の各電池電圧を検出し、監視用ＩＣ２２は他の４個のセルＢ５〜Ｂ８の各電池電圧を検出する。

この場合、監視用ＩＣ２１が出力する充放電制御のための信号と、監視用ＩＣ２２が出力する充放電制御のための信号とは同一電圧帯の信号であり、このために電圧帯の変換のための変換回路を必要としない。

図２は充電端子Ｔ３及び保護素子７を備えて、監視用ＩＣ２１，２２が過充電制御信号を保護素子７に出力すれば保護素子７が充電電流を遮断する場合のものを示しており、上記実施例と同様の耐電圧特性を備えて電源端子Ｔ１，Ｔ２間に並列接続されている監視用ＩＣ２１，２２は、同じ電圧帯の過充電制御信号を保護素子７に出力するために、やはり変換回路を必要としない。

図３に示すように、監視用ＩＣ２１，２２間で情報通信を行うものにおいても、両監視用ＩＣ２１，２２は同じ電圧帯の信号を授受することになるために変換回路は不要である。

上記の各例では、総セル数が８であり、各監視用ＩＣが夫々４つのセルの各電圧を監視することができるものを示したが、監視用ＩＣが監視するセル数が４セルに限るものではなく、また監視用ＩＣの数も２つに限るものではない。図４はｍ個のセルを直列接続した組電池をｎ個直列接続した組電池群１を有する電池パックにおいて、総セル数（ｎ×ｍ）分の耐電圧特性を有するｎ個の監視用ＩＣ２１〜２ｎを電源端子Ｔ１，Ｔ２間に並列接続して、各監視用ＩＣ２１〜２ｎが夫々ｍ個のセルを監視するようにしたものを示しており、各監視ＩＣ２１〜２ｎの信号を１系統で扱うことができる。

Ｂ１〜Ｂ８セル
Ｔ１，Ｔ２電源端子
２１監視用ＩＣ
２２監視用ＩＣ

Claims

複数の二次電池を直列接続した組電池を複数段直列に接続した組電池群を電源端子間に備えた電池パック用制御回路であって、上記の各組電池に各々接続されて各組電池内の二次電池の電圧を監視する監視回路を複数備えているとともに、監視対象となっている二次電池の数に対応する電圧よりも高い耐電圧特性を備えた上記の各監視回路は、上記の電源端子間に並列に接続されていることを特徴とする電池パック用制御回路。
上記監視回路は電池パックが備える外部出力用の信号端子に充放電制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１記載の電池パック用制御回路。
上記監視回路は電池パックが備える充電電流遮断用の保護素子に過充電制御信号を出力して過充電時に充電電流を遮断するものであることを特徴とする請求項１記載の電池パック用制御回路。
上記監視回路は他の監視回路との間で情報通信を行うものであることを特徴とする請求項１記載の電池パック用制御回路。