JP2013027209A - Protection system of secondary battery - Google Patents

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昭 河本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a protection system capable of constantly monitoring the transition of overcurrent flowing on a charge and discharge paths of a secondary battery.SOLUTION: The protection system of a secondary battery includes: switches (2 and 3) provided to a charge path and a discharge path respectively of a secondary battery, in which plural battery cells are connected in series to each other, to connect and disconnect the charge and discharge paths; a current detection unit (8) that detects a current flowing on the charge and discharge paths; integration units (4, 6 and 7) for obtaining a time integration value of the current detected by the current detection unit; and a control unit (8) that controls the switches to shut off the charge and discharge paths when the current flowing on the charge and discharge path detected by the current detection unit exceeds a threshold value current and when the time integration value obtained by the integration unit exceeds a threshold value time integration value.

Description

本発明は二次電池の保護システムに関する。   The present invention relates to a secondary battery protection system.

二次電池を利用したシステムでは、異常な充放電状態が継続すると二次電池の内部で短絡や発熱を引き起こす問題が懸念されている。このため、一般的には、充電時又は放電時の過電流を防止する手段が設けられている。例えば、特許文献1に開示された図6に示す二次電池の保護システムが提案されている。   In a system using a secondary battery, there is a concern that a short circuit or heat generation may occur inside the secondary battery when an abnormal charge / discharge state continues. For this reason, generally, means for preventing an overcurrent during charging or discharging is provided. For example, a secondary battery protection system shown in FIG. 6 disclosed in Patent Document 1 has been proposed.

図6に示す二次電池の保護システムでは、+端子12と−端子13の間に複数の電池セルが直列に接続された二次電池1の充放電経路において、充電時の過電流保護用のFET(以下、充電FETと呼ぶ)2と、放電時の過電流保護用のFET(以下、放電FETと呼ぶ)3と、充電電流又は放電電流を電圧降下として検出する電流検出用抵抗8と、が設置されている。充電FET2は、その寄生ダイオードの順方向が充電電流と逆方向となるように設置され、放電FET3は、その寄生ダイオードの順方向が放電電流と逆方向となるように設置されている。これにより、充電電流と放電電流との双方を遮断することができる。   In the secondary battery protection system shown in FIG. 6, an overcurrent protection for charging is performed in the charge / discharge path of the secondary battery 1 in which a plurality of battery cells are connected in series between the + terminal 12 and the − terminal 13. An FET (hereinafter referred to as a charge FET) 2, an overcurrent protection FET (hereinafter referred to as a discharge FET) 3 during discharge, a current detection resistor 8 for detecting a charge current or a discharge current as a voltage drop, Is installed. The charge FET 2 is installed so that the forward direction of the parasitic diode is opposite to the charge current, and the discharge FET 3 is installed so that the forward direction of the parasitic diode is opposite to the discharge current. Thereby, both charging current and discharging current can be cut off.

さらに、二次電池1の過充放電を防止するための制御を行う制御回路15が設けられている。制御回路15では、充電電流又は放電電流が流れることによって電流検出用抵抗8の両端に発生する微小な電圧を増幅してそれを充電電流又は放電電流として検出する充放電電流検出手段14が設けられている。さらに、制御回路15では、充放電電流検出手段14によって検出された充電電流又は放電電流に基づいて、二次電池1の各電池セルの相対電圧又はその時間微分値が一定値を超えるときに、二次電池1の充放電を禁止するように充電FET2及び放電FET3のオンオフを制御する手段が設けられている。   Furthermore, a control circuit 15 that performs control for preventing overcharge / discharge of the secondary battery 1 is provided. The control circuit 15 is provided with charging / discharging current detecting means 14 for amplifying a minute voltage generated at both ends of the current detecting resistor 8 when a charging current or discharging current flows and detecting it as a charging current or discharging current. ing. Furthermore, in the control circuit 15, when the relative voltage of each battery cell of the secondary battery 1 or its time differential value exceeds a certain value based on the charging current or discharging current detected by the charging / discharging current detecting means 14, Means for controlling on / off of the charge FET 2 and the discharge FET 3 is provided so as to prohibit charging / discharging of the secondary battery 1.

例えば、制御回路15は二次電池1の各電池セルの両端電圧をそれぞれ検出し、それらの両端電圧の相対電圧が許容電圧(例えば、0.3V)よりも小さくなる場合において、電池セルの両端電圧が第1の電圧値(例えば、4.3V)以上となったときには、充電FET2をオフして充電電流を遮断するような過充電保護を実行している。また、電池セルの両端電圧が第2の電圧値(例えば、4.0V)以下となったときには、充電FET2をオンして過充電保護機能を解除している。   For example, the control circuit 15 detects the voltages at both ends of each battery cell of the secondary battery 1, and when the relative voltage of the voltages at both ends is smaller than an allowable voltage (for example, 0.3 V), the both ends of the battery cells are detected. When the voltage becomes equal to or higher than a first voltage value (for example, 4.3 V), overcharge protection is performed such that the charging FET 2 is turned off and the charging current is cut off. Further, when the voltage across the battery cell becomes equal to or lower than a second voltage value (for example, 4.0 V), the charging FET 2 is turned on to release the overcharge protection function.

なお、過充電保護機能の解除に関して、充電FET2がオフして二次電池1への充電電流の供給が遮断されている状態で規定電流(例えば、0.2A)以上の放電電流が許容時間(例えば、10ms)以上連続して流れた場合には、電池セルの両端電圧が第2の電圧値以下とならなくても充電FET2をオフからオンに切り替えて過充電保護機能を解除している。このように、過充電保護の動作中に許容値以上の放電電流が連続して流れた場合には、充電FET2をオフからオンに切り替えることで、放電電流に応じた寄生ダイオードの電力損失によって充電FET2が破壊することを防止している。   Regarding the release of the overcharge protection function, a discharge current of a specified current (for example, 0.2 A) or more is allowed for a permissible time in a state where the charging FET 2 is turned off and the supply of the charging current to the secondary battery 1 is cut off (for example, 0.2 A). For example, when the battery flows continuously for 10 ms or more, the overcharge protection function is canceled by switching the charge FET 2 from off to on even if the voltage across the battery cell does not become the second voltage value or less. As described above, when a discharge current exceeding the allowable value continuously flows during the overcharge protection operation, the charge FET 2 is switched from OFF to ON, and charged by the power loss of the parasitic diode corresponding to the discharge current. The FET 2 is prevented from being destroyed.

さらに、電池セルの両端電圧の相対電圧が許容電圧以上となった場合には、電池セルの両端電圧が第1の電圧値に到達してなくても、充電FET2及び放電FET3を共にオフすることで、二次電池1への充電及び放電を永久に禁止している。このように、相対電圧が許容電圧以上になったことを検出することで、電池セルの劣化等によってその容量が不均一となり、セルバランスの崩れが発生したことを検出できる。また、このとき、二次電池1の使用を禁止することによって、二次電池1の過充電を未然に防止することができる。   Furthermore, if the relative voltage of the voltage across the battery cell exceeds the allowable voltage, both the charge FET 2 and the discharge FET 3 are turned off even if the voltage across the battery cell does not reach the first voltage value. Thus, charging and discharging of the secondary battery 1 are permanently prohibited. As described above, by detecting that the relative voltage is equal to or higher than the allowable voltage, it is possible to detect that the capacity becomes non-uniform due to deterioration of the battery cell or the like and the cell balance is lost. At this time, by prohibiting the use of the secondary battery 1, overcharge of the secondary battery 1 can be prevented in advance.

なお、過放電保護並びにその解除の動作についても上記の過充電保護並びにその解除の動作と同様である。さらに、特許文献1には、充電電流又は放電電流の検出電流に反比例するように設定された所定の遅延時間後に充電又は放電を禁止している。例えば、検出電流が5Aのときには遅延時間を1.0msに設定し、10Aのときには500μsに設定している。   The overdischarge protection and its release operation are the same as the overcharge protection and its release operation. Further, Patent Document 1 prohibits charging or discharging after a predetermined delay time set to be inversely proportional to the detected current of the charging current or discharging current. For example, when the detected current is 5 A, the delay time is set to 1.0 ms, and when 10 A, the delay time is set to 500 μs.

特許第3273714号公報Japanese Patent No. 3273714

ところで、特許文献1の過電流保護の場合、充電電流又は放電電流の規定電流並びにその許容時間が離散的に設定されており、例えば、充電電流又は放電電流の異常な状態を検出してもそれまでの状態推移が監視できていないので、充電電流又は放電電流の連続的で且つ適切なタイミングでの過電流保護とはならない。このため、特許文献1の過電流保護の場合、実質的な安全性を確保できないという課題があった。   By the way, in the case of the overcurrent protection of Patent Document 1, the specified current of the charging current or the discharging current and the allowable time thereof are set discretely, for example, even if an abnormal state of the charging current or the discharging current is detected. Since the state transition up to is not monitored, the overcurrent protection at a continuous and appropriate timing of the charging current or discharging current is not achieved. For this reason, in the case of overcurrent protection of patent document 1, there existed a subject that substantial safety was not securable.

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、二次電池の充放電経路を流れる電流の状態推移を連続的に監視することで安全性を向上させた二次電池の保護システムを提供することである。   The present invention has been made in order to solve such problems, and its purpose is to improve safety by continuously monitoring the state transition of the current flowing through the charge / discharge path of the secondary battery. It is to provide a secondary battery protection system.

前述した従来の課題を解決するために、本発明のある形態に係る二次電池の保護システムは、複数の電池セルが直列に接続された二次電池の充放電経路に設けられ、当該充放電経路を導通及び遮断するスイッチと、前記充放電経路を流れる電流を検出する電流検出ユニットと、前記電流検出ユニットで検出された電流の時間積分値を得る積分ユニットと、前記電流検出ユニットにより検出された前記充放電経路を流れる電流が閾値電流を上回り、且つ前記積分ユニットにより得られた時間積分値が閾値時間積分値を上回ったときに、前記充放電経路を遮断するよう前記スイッチを制御する制御ユニットと、を備える、ものである。   In order to solve the above-described conventional problems, a secondary battery protection system according to an embodiment of the present invention is provided in a charge / discharge path of a secondary battery in which a plurality of battery cells are connected in series. A switch that conducts and cuts off the path, a current detection unit that detects a current flowing through the charge / discharge path, an integration unit that obtains a time integral value of the current detected by the current detection unit, and a current detection unit that detects the current Control for controlling the switch to cut off the charging / discharging path when the current flowing through the charging / discharging path exceeds a threshold current and the time integration value obtained by the integration unit exceeds the threshold time integration value A unit.

ここで、「積分ユニットにより得られた時間積分値」は、二次電池の充放電経路を流れ且つ時々刻々変化する電流の微小時間における電流値と当微小時間との積の総和を表す。なお、「微小時間」とは無限大の時間であってもよいし有限の時間であってもよい。したがって、「前記電流検出ユニットにより検出された前記充放電経路を流れる電流が閾値電流を上回り、且つ前記積分ユニットにより得られた時間積分値が閾値時間積分値を上回ったとき」とは、過電流として規定する電流(下限値)を閾値電流値として規定し、且つ、当該閾値電流値の電流が流れることが許容される時間と当該閾値電流値との積を閾値時間積分値として規定した場合、二次電池の充放電経路を流れる電流が規定電流を上回っている時間(すなわち過電流状態となる時間)が許容される時間を上回っているときを指す。したがって、この構成によれば、二次電池の充放電経路を流れる電流の時間積分値に基づいて当該充放電経路を流れる過電流の状態推移が離散的ではなく連続的に監視されるので、二次電池保護システムの安全性を向上させることができる。   Here, the “time integral value obtained by the integration unit” represents the sum of the products of the current value in the minute time of the current flowing through the charging / discharging path of the secondary battery and changing every moment and the minute time. The “minute time” may be an infinite time or a finite time. Therefore, “when the current flowing through the charging / discharging path detected by the current detection unit exceeds the threshold current and the time integration value obtained by the integration unit exceeds the threshold time integration value” means an overcurrent When the current (lower limit value) defined as is defined as the threshold current value, and the product of the threshold current value and the time allowed for the current of the threshold current to flow is defined as the threshold time integral value, The time when the current flowing through the charge / discharge path of the secondary battery exceeds the specified current (that is, the time when the overcurrent state is reached) exceeds the allowable time. Therefore, according to this configuration, the state transition of the overcurrent flowing through the charge / discharge path is continuously monitored instead of discretely based on the time integral value of the current flowing through the charge / discharge path of the secondary battery. The safety of the secondary battery protection system can be improved.

前記二次電池の保護システムにおいて、前記電流検出ユニットは、前記充放電経路に備えられた電流検出用抵抗であり、前記積分ユニットは、前記電流検出用ユニットの電圧降下に応じて変化する周波数成分を持つパルス信号を生成する電圧−周波数変換器と、前記閾値電流を上回る前記パルス信号の周波数成分を通過させる高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタを通過した前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタと、を備え、前記制御ユニットは、前記カウンタのカウント値が前記閾値時間積分値を上回ったときに前記充放電経路を遮断するよう前記スイッチを制御するように構成されている、
としてもよい。
In the secondary battery protection system, the current detection unit is a current detection resistor provided in the charge / discharge path, and the integration unit has a frequency component that changes according to a voltage drop of the current detection unit. A voltage-frequency converter that generates a pulse signal having a frequency, a high-pass filter that passes a frequency component of the pulse signal that exceeds the threshold current, and a pulse count of the pulse signal that has passed through the high-pass filter And the control unit is configured to control the switch to cut off the charge / discharge path when the count value of the counter exceeds the threshold time integral value.
It is good.

この構成によれば、積分ユニット及び制御ユニットをハードウェアで実現することができる。これらのユニットをソフトウェアで実現するとコンピュータが暴走する可能性が潜在するが、これらのユニットをハードウェアで実現することによりそのような可能性を排除して、これらのユニットをソフトウェアで実現する場合に比べて二次電池保護システムの安全性をより高めることができる。   According to this configuration, the integration unit and the control unit can be realized by hardware. If these units are implemented in software, there is a possibility that the computer may run out of control, but if these units are implemented in hardware, these possibilities are eliminated, and these units are implemented in software. In comparison, the safety of the secondary battery protection system can be further increased.

前記二次電池の保護システムにおいて、前記電圧−周波数変換器から出力される前記パルス信号は、前記二次電池に充放電される単位時間あたりの電荷量を検出する電荷カウンタに用いられる、としてもよい。   In the secondary battery protection system, the pulse signal output from the voltage-frequency converter may be used in a charge counter that detects a charge amount per unit time charged and discharged by the secondary battery. Good.

この構成によれば、二次電池に充放電される単位時間あたりの電荷量を監視する目的で電荷カウンタを設ける際に必要な電圧−周波数変換器を流用して上記の制御回路を実現することができる。   According to this configuration, the above-described control circuit is realized by diverting the voltage-frequency converter necessary for providing a charge counter for the purpose of monitoring the amount of charge per unit time charged / discharged to the secondary battery. Can do.

本発明によれば、二次電池の充放電経路を流れる過電流の状態推移を連続的に監視することにより安全性の高い二次電池の保護システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the protection system of a secondary battery with high safety | security can be provided by continuously monitoring the state transition of the overcurrent which flows through the charging / discharging path | route of a secondary battery.

図1は本発明の実施の形態に係る二次電池の保護システムの構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a secondary battery protection system according to an embodiment of the present invention. 図2は図1に示す本発明の実施の形態に対する比較形態の構成を示した図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a comparative example with respect to the embodiment of the present invention shown in FIG. 図3は比較形態の過電流保護の概念を模式的に表した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing the concept of overcurrent protection in a comparative form. 図4は比較形態の充放電経路に流れる電流の時間推移を示した図である。FIG. 4 is a diagram showing the time transition of the current flowing through the charging / discharging path of the comparative example. 図5は比較形態におけるカウンタの動作と本発明の実施の形態におけるカウンタの動作を比較するための図である。FIG. 5 is a diagram for comparing the operation of the counter in the comparison mode and the operation of the counter in the embodiment of the present invention. 図6は従来の二次電池の保護システムの構成を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a conventional secondary battery protection system.

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference symbols throughout the drawings, and redundant description thereof is omitted.

(実施の形態)
[構成例]
図1は本発明の実施の形態に係る二次電池の保護システムの構成例を示す図である。
(Embodiment)
[Configuration example]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a secondary battery protection system according to an embodiment of the present invention.

図1に示す二次電池の保護システムでは、+端子12と−端子13の間に複数の電池セルが直列に接続された二次電池1の充放電経路において、充電時の過電流保護用のFET(以下、充電FETと呼ぶ)2と、放電電流が流れる方向が順方向となるように充電FET2と並列に接続されたダイオード20と、放電時の過電流保護用のFET(以下、放電FETと呼ぶ)3と、充電電流が流れる方向が順方向となるように放電FET3と並列に接続されたダイオード30と、充電電流又は放電電流を検出する電流検出用抵抗8と、が設置されている。   In the secondary battery protection system shown in FIG. 1, in the charge / discharge path of the secondary battery 1 in which a plurality of battery cells are connected in series between a positive terminal 12 and a negative terminal 13, an overcurrent protection for charging is provided. An FET (hereinafter referred to as a charge FET) 2, a diode 20 connected in parallel with the charge FET 2 so that a discharge current flows in a forward direction, and an FET for overcurrent protection during discharge (hereinafter referred to as a discharge FET) 3), a diode 30 connected in parallel with the discharge FET 3 so that the charging current flows in the forward direction, and a current detection resistor 8 for detecting the charging current or the discharging current. .

さらに、図1に示す二次電池の保護システムでは、二次電池1の過充放電を防止するための過電流保護回路50が設けられている。過電流保護回路50は、VF(Voltage Frequency)コンバータ4と、電荷カウンタ(クーロンカウンタとも呼ばれる)5と、高域通過フィルタ6と、カウンタ7と、駆動制御回路11とを集積化した1チップの集積回路として実現されている。   Furthermore, in the secondary battery protection system shown in FIG. 1, an overcurrent protection circuit 50 for preventing overcharge / discharge of the secondary battery 1 is provided. The overcurrent protection circuit 50 is a one-chip integrated circuit including a VF (Voltage Frequency) converter 4, a charge counter (also called a coulomb counter) 5, a high-pass filter 6, a counter 7, and a drive control circuit 11. It is realized as an integrated circuit.

図1に示す二次電池の保護システムでは、二次電池1に充放電される電荷量を検出することで二次電池1の充電又は放電状態が管理されている。二次電池1に対する充電又は放電により電流検出用抵抗8に電流が流れると、電流検出用抵抗8の両端に生じる電圧降下分がVFコンバータ4により周波数変換され、その周波数成分を持つ信号が電荷カウンタ5に入力される。ここで、充電電流又は放電電流が増加すれば、電流検出用抵抗8の両端電圧の上昇に伴い、VFコンバータ4の出力周波数ひいては電荷カウンタ5のカウント値は増加する。逆に、充電電流又は放電電流が減少すれば、電流検出用抵抗8の両端電圧の下降に伴い、VFコンバータ4の出力周波数ひいては電荷カウンタ5のカウント値が減少する。したがって、電荷カウンタ5のカウント値(充電電流又は放電電流と時間との積分値)の変化量から二次電池1に充放電される単位時間あたりの電荷量を間接的に検出することができる。   In the secondary battery protection system shown in FIG. 1, the charge or discharge state of the secondary battery 1 is managed by detecting the amount of charge charged to or discharged from the secondary battery 1. When a current flows through the current detection resistor 8 by charging or discharging the secondary battery 1, the voltage drop generated at both ends of the current detection resistor 8 is frequency-converted by the VF converter 4, and a signal having the frequency component is a charge counter. 5 is input. Here, if the charging current or discharging current increases, the output frequency of the VF converter 4 and thus the count value of the charge counter 5 increase as the voltage across the current detection resistor 8 increases. Conversely, if the charging current or discharging current decreases, the output frequency of the VF converter 4 and thus the count value of the charge counter 5 decrease as the voltage across the current detection resistor 8 decreases. Therefore, the amount of charge per unit time charged / discharged to / from the secondary battery 1 can be indirectly detected from the amount of change in the count value of the charge counter 5 (the integrated value of the charging current or discharging current and time).

VFコンバータ4の出力は電荷カウンタ5の他に高域通過フィルタ6にも入力される。高域通過フィルタ6ではVFコンバータ4の出力から充電電流又は放電電流の閾値電流に相当する所定のカットオフ周波数以上の周波数成分が取り出され、その周波数成分を持つ信号がカウンタ7へと入力される。カウンタ7は、高域通過フィルタ6から出力された所定のカットオフ周波数以上の周波数成分を持つ信号のパルス数をカウントする。そして、カウンタ7は、パルス数のカウント値が電流検出用抵抗8に流れる電流量に応じた遅延時間が経過した旨を表したときに、駆動制御回路11に対して過電流状態を検出した旨を表した過電流検出信号を出力するように構成されている。つまり、瞬間的な過電流に対しては反応しないように遅延時間が設定されており、この遅延時間は電流検出用抵抗8に流れる電流量に応じて可変される。   The output of the VF converter 4 is input to the high-pass filter 6 in addition to the charge counter 5. The high-pass filter 6 extracts a frequency component equal to or higher than a predetermined cutoff frequency corresponding to the threshold current of the charging current or discharging current from the output of the VF converter 4 and inputs a signal having the frequency component to the counter 7. . The counter 7 counts the number of pulses of a signal having a frequency component equal to or higher than a predetermined cutoff frequency output from the high-pass filter 6. When the counter 7 indicates that the delay time corresponding to the amount of current flowing through the current detection resistor 8 has elapsed, the counter 7 has detected that the drive control circuit 11 has detected an overcurrent state. Is output so as to output an overcurrent detection signal. That is, the delay time is set so as not to react to an instantaneous overcurrent, and this delay time is varied according to the amount of current flowing through the current detection resistor 8.

駆動制御回路11はカウンタ7から過電流検出信号を受信したタイミングで、充電FET2及び放電FET3のスイッチング制御を行うように構成されている。具体的には、充電FET2及び放電FET3は二次電池1の充放電時においてダイオード20,30の保護のために共にオンの状態となっており、過充電保護の場合には充電FET2のみをオフさせ、過放電保護の場合には放電FET3のみをオフさせるよう構成されている。さらに、駆動制御回路11は高域通過フィルタ6の所定の閾値の設定並びにカウンタ7の過電流検出信号の出力時間の調整も併せて実行するように構成されている。つまり、充放電状態を管理するためのVFコンバータ4の出力を用いて充電FET2及び放電FET3のスイッチング制御を実行している。   The drive control circuit 11 is configured to perform switching control of the charge FET 2 and the discharge FET 3 at the timing when the overcurrent detection signal is received from the counter 7. Specifically, the charge FET 2 and the discharge FET 3 are both turned on to protect the diodes 20 and 30 when the secondary battery 1 is charged and discharged. In the case of overcharge protection, only the charge FET 2 is turned off. In the case of overdischarge protection, only the discharge FET 3 is turned off. Further, the drive control circuit 11 is configured to execute the setting of a predetermined threshold value of the high-pass filter 6 and the adjustment of the output time of the overcurrent detection signal of the counter 7 together. That is, switching control of the charge FET 2 and the discharge FET 3 is executed using the output of the VF converter 4 for managing the charge / discharge state.

なお、以上の構成の他に、例えば、アナログ/デジタル変換器を用いて電流検出用抵抗8に流れる電流量をデジタル処理で検出してもよい。ただし、過電流の保護系では、安全性の観点から、上記のとおりハードウェアで構成することが好ましい。   In addition to the above configuration, for example, the amount of current flowing through the current detection resistor 8 may be detected by digital processing using an analog / digital converter. However, the overcurrent protection system is preferably configured with hardware as described above from the viewpoint of safety.

また、ダイオード20,30は、充電FET2,放電FET3の寄生ダイオードで実現されてもよいし、ディスクリート素子のダイオードやダイオード接続のトランジスタであってもよい。   The diodes 20 and 30 may be realized by parasitic diodes of the charge FET2 and the discharge FET3, or may be diodes of discrete elements or diode-connected transistors.

[比較形態の構成]
本実施の形態の作用効果を理解し易くするため、以下、本実施の形態を比較形態と対比して説明する。
[Composition of comparison form]
In order to facilitate understanding of the operational effects of the present embodiment, the present embodiment will be described below in comparison with the comparative embodiment.

図2は図1に示す本発明の実施の形態に対する比較形態の構成を示した図である。図2に示す比較形態では、電流検出用抵抗8の一端に過電流検出コンパレータ9A,9B,9Cが接続されている。過電流検出コンパレータ9A,9B,9Cは、例えば、その非反転入力端子に電流検出用抵抗8の一端が接続され、その反転入力端子に各々の参照電源が接続された差動増幅器で構成されている。つまり、過電流検出コンパレータ9は、電流検出用抵抗8の一端の電圧が各々の参照電源の電圧を上回ると、充電電流又は放電電流がある一定の閾値を上回る過充放電が生じたことを検出する。なお、過電流検出コンパレータ9A,9B,9Cそれぞれに用いられる参照電源では、互いに異なった状態の過電流を検出できるように、互いに異なった電圧が設定されている。例えば、過電流検出コンパレータ9Aは放電電流の異常電流として1mA、過電流検出コンパレータ9Bは放電電流の他の異常電流として10mA、過電流検出コンパレータ9Cは放電電流のさらに他の異常電流として100mAを検出できるように、各々の参照電源の電圧が設定されている。   FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a comparative example with respect to the embodiment of the present invention shown in FIG. In the comparative form shown in FIG. 2, overcurrent detection comparators 9A, 9B, and 9C are connected to one end of the current detection resistor 8. The overcurrent detection comparators 9A, 9B, 9C are constituted by, for example, a differential amplifier in which one end of the current detection resistor 8 is connected to the non-inverting input terminal and each reference power supply is connected to the inverting input terminal. Yes. In other words, the overcurrent detection comparator 9 detects that an overcharge / discharge exceeding a certain threshold occurs when the voltage at one end of the current detection resistor 8 exceeds the voltage of each reference power supply. To do. In the reference power supplies used for the overcurrent detection comparators 9A, 9B, and 9C, different voltages are set so that overcurrents in different states can be detected. For example, the overcurrent detection comparator 9A detects 1 mA as an abnormal current of the discharge current, the overcurrent detection comparator 9B detects 10 mA as another abnormal current of the discharge current, and the overcurrent detection comparator 9C detects 100 mA as another abnormal current of the discharge current. The voltage of each reference power supply is set so that it can be done.

また、図2に示す比較形態では、過電流検出コンパレータ9A,9B,9Cの出力端子にカウンタ10A,10B,10Cが接続されている。カウンタ10A,10B,10Cは、過電流検出コンパレータ9A,9B,9Cの出力に基づいて、ある一定の閾値を超えた過電流が流れた時間をカウントするように構成されている。駆動制御回路11は、カウンタ10A,10B,10Cの出力に基づいて、過電流が流れた時間がある一定時間を経過したときに、充電FET2及び/又は放電FET3をオフさせるように構成されている。なお、以上の構成の他に、充電電流の異常電流を検出できるように、別途過電流検出コンパレータ及びカウンタを設けてもよい。   In the comparative form shown in FIG. 2, counters 10A, 10B, and 10C are connected to the output terminals of the overcurrent detection comparators 9A, 9B, and 9C. The counters 10A, 10B, and 10C are configured to count the time during which an overcurrent exceeding a certain threshold value flows based on the outputs of the overcurrent detection comparators 9A, 9B, and 9C. The drive control circuit 11 is configured to turn off the charge FET 2 and / or the discharge FET 3 when a certain period of time has passed based on the outputs of the counters 10A, 10B, and 10C. . In addition to the above configuration, an overcurrent detection comparator and a counter may be separately provided so that an abnormal current of the charging current can be detected.

[本実施の形態と比較形態との対比]
図2に示す比較形態の場合、3つの過電流検出コンパレータ9A,9B,9C及び3つのカウンタ10A,10B,10Cを用いて、離散的な過電流状態を検出している。つまり、充放電経路に流れる電流量に基づいて3つの充放電経路の状態を定義しておき、それらの状態がある時間経過したときにシステム上危険であると判断することで、充電FET2及び/又は放電FET3をオンからオフに切り替えている。それによって、システムの安全性を確保している。
[Contrast between this embodiment and comparative embodiment]
In the case of the comparison form shown in FIG. 2, a discrete overcurrent state is detected using three overcurrent detection comparators 9A, 9B, 9C and three counters 10A, 10B, 10C. That is, by defining the states of the three charge / discharge paths based on the amount of current flowing through the charge / discharge paths, and determining that these states are dangerous on the system when a certain time has elapsed, Alternatively, the discharge FET 3 is switched from on to off. This ensures the safety of the system.

図3は比較形態の過電流保護の概念を模式的に表した図である。図3に示されるように、充放電経路に流れる電流に関して、検出ポイントA(規定電流A,許容時間A)、検出ポイントB(規定電流B,許容時間B)、検出ポイントC(規定電流C,許容時間C)が定義されている。検出ポイントAでは、他の規定電流B,Cと比べて最も多い規定電流Aと、他の許容時間B,Cと比べて最も短い許容時間Aが定義されている。つまり、検出ポイントAでは、最も多い規定電流A以上の電流が流れることが許容される許容時間Aは最も短いものとなっており、システム上最も危険な状態になっているか否かを判断することができる。同様に、検出ポイントBでは規定電流Bに対する許容時間Bが定義され、検出ポイントCでは規定電流Cに対する許容時間Cが定義されている。したがって、比較形態の場合、過電流の状態推移を離散的に3つの検出ポイントA,B,Cで監視しており、安全性が実質的に確保できていない。   FIG. 3 is a diagram schematically showing the concept of overcurrent protection in a comparative form. As shown in FIG. 3, with respect to the current flowing through the charge / discharge path, detection point A (specified current A, allowable time A), detection point B (specified current B, allowable time B), detection point C (specified current C, An allowable time C) is defined. At the detection point A, the largest specified current A compared to the other specified currents B and C and the shortest allowable time A compared to the other allowable times B and C are defined. That is, at the detection point A, the allowable time A in which the current more than the specified current A is allowed to flow is the shortest, and it is determined whether the system is in the most dangerous state. Can do. Similarly, an allowable time B for the specified current B is defined at the detection point B, and an allowable time C for the specified current C is defined at the detection point C. Therefore, in the case of the comparative example, the state transition of the overcurrent is discretely monitored at the three detection points A, B, and C, and safety is not substantially ensured.

図4は、比較形態の充放電経路に流れる電流の時間推移を示した図である。図4に示す規定電流A,B,Cは図3で定義した監視対象の規定電流である。また、図4では、規定電流Aを超える電流が流れる時間(過電流時間)をT1と表し、規定電流Bを超える電流が流れる時間(過電流時間)をT2と表し、規定電流Cを超える電流が流れている時間(過電流時間)をT3と表している。ここで、「過電流時間T1<許容時間A、且つ過電流時間T2<許容時間B、且つ過電流時間T3<許容時間C」であるような電流の推移が発生した場合、検出ポイントA,B,Cのすべての条件を満たさず、過電流保護のための充電FET2及び/又は放電FET3のスイッチング制御を行えない。したがって、例えば、規定電流A〜Cの間で振幅するような電流が流れ、規定電流A以上の電流が流れている過電流時間T1が存在するような異常な状態に陥ったときに、過電流保護のための充電FET2及び/又は放電FET3のスイッチング制御を行えず、安全性を著しく低下させることとなる。   FIG. 4 is a diagram showing a time transition of the current flowing through the charging / discharging path of the comparative form. The specified currents A, B, and C shown in FIG. 4 are the specified currents to be monitored defined in FIG. In FIG. 4, the time during which the current exceeding the specified current A flows (overcurrent time) is expressed as T1, the time when the current exceeding the specified current B flows (overcurrent time) is expressed as T2, and the current exceeding the specified current C The time (overcurrent time) during which is flowing is represented as T3. Here, when a current transition occurs such that “overcurrent time T1 <allowable time A, overcurrent time T2 <allowable time B, and overcurrent time T3 <allowable time C”, detection points A and B , C are not satisfied, and switching control of the charge FET 2 and / or the discharge FET 3 for overcurrent protection cannot be performed. Therefore, for example, when an abnormal state exists in which an overcurrent time T1 in which a current that oscillates between the specified currents A to C flows and a current greater than the specified current A flows exists, the overcurrent Switching control of the charge FET 2 and / or the discharge FET 3 for protection cannot be performed, and safety is significantly reduced.

これに対し、本実施の形態では、充放電状態を管理するためのVFコンバータ4の出力を利用して、二次電池1の充放電経路を流れる過電流の状態推移を連続的に監視している。具体的には、例えば、過電流として規定する電流(下限値:閾値電流値)として上述の規定電流Cが規定され、当該閾値電流値の電流が流れることが許容される時間として上述の許容時間Cが規定され、且つ閾値時間積分値として規定電流Cと許容時間Cとの積が規定されている。なお、この場合、規定電流C及び許容時間Cは充電FET2並びに放電FET3の保護の観点から設定されるが、これに限られない。   In contrast, in the present embodiment, the state transition of the overcurrent flowing through the charging / discharging path of the secondary battery 1 is continuously monitored using the output of the VF converter 4 for managing the charging / discharging state. Yes. Specifically, for example, the above-mentioned specified current C is defined as a current (lower limit value: threshold current value) defined as an overcurrent, and the above-described allowable time is defined as a time during which the current of the threshold current value is allowed to flow. C is defined, and the product of the defined current C and the allowable time C is defined as the threshold time integral value. In this case, the specified current C and the allowable time C are set from the viewpoint of protection of the charge FET 2 and the discharge FET 3, but are not limited thereto.

図5は、比較形態におけるカウンタ10A,10B,10Cの動作と本発明の実施の形態におけるカウンタ7の動作を比較するための図である。比較形態におけるカウンタ10A,10B,10Cの場合、検出ポイントA,B,Cのタイミングでそれぞれカウント動作を開始しており、カウントの周波数並びにカウントされる過電流時間T1,T2,T3は一定である。   FIG. 5 is a diagram for comparing the operations of the counters 10A, 10B, and 10C in the comparison mode with the operations of the counter 7 in the embodiment of the present invention. In the case of the counters 10A, 10B, and 10C in the comparative form, the count operation is started at the timing of the detection points A, B, and C, and the count frequency and the counted overcurrent times T1, T2, and T3 are constant. .

一方、本実施の形態におけるカウンタ7の場合、電流検出用抵抗8に流れる電流が許容電流Cを上回るとカウンタ7によるカウントが開始され、その後は、電流検出用抵抗8に流れる電流量に応じて、1回のカウントに要する時間は変動する。例えば、電流量が上昇すれば、その分、1回のカウントに要する時間が短くなり、電流量が減少すれば、1回のカウントに要する時間が長くなる。そして、総カウント数が上述の閾値時間積分値に対応して設定されたカウント数に到達すると、充電FET2及び/又は放電FET3をオンからオフに切り替えるようにしている。   On the other hand, in the case of the counter 7 in this embodiment, when the current flowing through the current detection resistor 8 exceeds the allowable current C, the counter 7 starts counting, and thereafter, according to the amount of current flowing through the current detection resistor 8. The time required for one count varies. For example, if the amount of current increases, the time required for one count is shortened accordingly, and if the amount of current decreases, the time required for one count increases. When the total count reaches the count set in correspondence with the above-described threshold time integral value, the charge FET 2 and / or the discharge FET 3 are switched from on to off.

このように、本発明の実施の形態によれば、例えば充電FET2及び放電FET3として許容される電流量に適合するように、過電流検出にとって必要な遅延時間Tが自動的に変動することになるので、充放電経路上に流れる電流を連続的に監視することができ、過電流の経過時間を考慮に入れた保護が可能となる。また、本発明の実施の形態によれば、比較形態のように過電流状態を検出するためのコンパレータを複数必要としないので、搭載されるハードウェアを削減することができ、この結果、低消費電力化を図ることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, for example, the delay time T required for overcurrent detection automatically varies so as to match the amount of current allowed for the charge FET 2 and the discharge FET 3. Therefore, the current flowing on the charging / discharging path can be continuously monitored, and protection taking into account the elapsed time of the overcurrent can be achieved. Further, according to the embodiment of the present invention, it is not necessary to provide a plurality of comparators for detecting an overcurrent state as in the comparative embodiment, so that the hardware to be mounted can be reduced, resulting in low consumption. Electricity can be achieved.

上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び/又は機能の詳細を実質的に変更できる。   From the foregoing description, many modifications and other embodiments of the present invention are obvious to one skilled in the art. Accordingly, the foregoing description should be construed as illustrative only and is provided for the purpose of teaching those skilled in the art the best mode of carrying out the invention. The details of the structure and / or function may be substantially changed without departing from the spirit of the invention.

本発明は、二次電池の充放電経路を流れる過電流の状態推移を連続的に監視することにより安全性を向上させた二次電池の保護システム等として有用である。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful as a secondary battery protection system that improves safety by continuously monitoring the state transition of overcurrent flowing through the charge / discharge path of the secondary battery.

1 二次電池
2 充電FET
3 放電FET
4 VFコンパレータ
5 電荷カウンタ
6 高域通過フィルタ
7 カウンタ
8 電流検出用抵抗
9A、9B、9C 過電流検出コンパレータ
10A、10B、10C カウンタ
11 駆動制御回路
12 +端子
13 −端子
50 過電流保護回路
1 Secondary battery 2 Charging FET
3 Discharge FET
4 VF Comparator 5 Charge Counter 6 High-Pass Filter 7 Counter 8 Current Detection Resistors 9A, 9B, 9C Overcurrent Detection Comparator 10A, 10B, 10C Counter 11 Drive Control Circuit 12 + Terminal 13 −Terminal 50 Overcurrent Protection Circuit

Claims (3)

複数の電池セルが直列に接続された二次電池の充放電経路に設けられ、当該充放電経路を導通及び遮断するスイッチと、
前記充放電経路を流れる電流を検出する電流検出ユニットと、
前記電流検出ユニットで検出された電流の時間積分値を得る積分ユニットと、
前記電流検出ユニットにより検出された前記充放電経路を流れる電流が閾値電流を上回り、且つ前記積分ユニットにより得られた時間積分値が閾値時間積分値を上回ったときに、前記充放電経路を遮断するよう前記スイッチを制御する制御ユニットと、
を備える、二次電池の保護システム。
A switch that is provided in a charge / discharge path of a secondary battery in which a plurality of battery cells are connected in series, and that conducts and blocks the charge / discharge path;
A current detection unit for detecting a current flowing through the charge / discharge path;
An integration unit for obtaining a time integral value of the current detected by the current detection unit;
When the current flowing through the charging / discharging path detected by the current detection unit exceeds a threshold current and the time integration value obtained by the integration unit exceeds the threshold time integration value, the charging / discharging path is interrupted. A control unit for controlling the switch,
A secondary battery protection system comprising:
前記電流検出ユニットは、前記充放電経路に備えられた電流検出用抵抗であり、
前記積分ユニットは、前記電流検出用ユニットの電圧降下に応じて変化する周波数成分を持つパルス信号を生成する電圧−周波数変換器と、前記閾値電流を上回る前記パルス信号の周波数成分を通過させる高域通過フィルタと、前記高域通過フィルタを通過した前記パルス信号のパルス数をカウントするカウンタと、を備え、
前記制御ユニットは、前記カウンタのカウント値が前記閾値時間積分値を上回ったときに前記充放電経路を遮断するよう前記スイッチを制御するように構成されている、請求項1に記載の二次電池の保護システム。
The current detection unit is a current detection resistor provided in the charge / discharge path,
The integration unit includes a voltage-frequency converter that generates a pulse signal having a frequency component that changes in accordance with a voltage drop of the current detection unit, and a high frequency band that passes the frequency component of the pulse signal that exceeds the threshold current. A pass filter, and a counter that counts the number of pulses of the pulse signal that has passed through the high-pass filter,
2. The secondary battery according to claim 1, wherein the control unit is configured to control the switch to cut off the charge / discharge path when a count value of the counter exceeds the threshold time integral value. 3. Protection system.
前記電圧−周波数変換器から出力される前記パルス信号は、前記二次電池に充放電される単位時間あたりの電荷量を検出する電荷カウンタに用いられる、請求項2に記載の二次電池の保護システム。   The secondary battery protection according to claim 2, wherein the pulse signal output from the voltage-frequency converter is used in a charge counter that detects a charge amount per unit time charged and discharged to the secondary battery. system.
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