JP2014117115A

JP2014117115A - パック電池

Info

Publication number: JP2014117115A
Application number: JP2012271137A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sasayama; 勝弘笹山
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】信号ラインの不具合が発生したときでも、信号ラインから信号の伝達ができるパック電池を提供する。
【解決手段】電池１と、その状態を検出する検出回路５と、電池の充放電経路とは別に、パック電池Ａの異常状態を伝達する信号ライン１２とを備えるパック電池であって、前記信号ラインは、前記検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することで制御されるスイッチング素子７により、電池からの出力状態を変更することで、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力し、前記信号ラインは、前記検出回路、または、これとは別の異常状態検出回路１３が他の異常状態を検出し異常信号を出力することで制御される遮断素子により、電池からの出力状態を変更する。
【選択図】図１

Description

本発明は、パック電池に関する。

従来の信号ラインについては、以下の特許文献に開示される。この公報においては、各電池セルの電圧を、最低電圧と比較し、全ての電池セルの電圧が、最低電圧以上となると、信号ラインは、オン信号状態となり、このオン信号により、充電器より、主充電が開始されている。

特開２００５−１９２３７１号公報

このような信号ラインにおいては、異常な動作となった場合（例えば、常にオン信号状態になる場合）等の不具合が発生したとき、主充電が開始されることになり、電池に悪影響を及ぼすことになる。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、信号ラインの不具合が発生したときでも、信号ラインから信号の伝達ができるパック電池を提供することを目的とする。

本発明のパック電池は、電池と、その状態を検出する検出回路と、電池の充放電経路とは別に、パック電池の異常状態を伝達する信号ラインとを備えるパック電池であって、前記信号ラインは、前記検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することで制御されるスイッチング素子により、電池からの出力状態を変更することで、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力し、前記信号ラインは、前記検出回路、または、これとは別の異常状態検出回路が他の異常状態を検出し異常信号を出力することで制御される遮断素子により、電池からの出力状態を変更することを特徴とする。

また、信号ラインの出力電圧が変更されることより、電池からの出力状態を変更する。そして、遮断素子は、抵抗加熱型ヒューズである。

前記検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することでオンオフ制御されるスイッチング素子により、電池からの出力状態を変更すること（例えば、高電圧の信号状態から低電圧の信号状態への変更）で、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力する。ここで、スイッチング素子がショート状態等の不具合が発生し、オン状態が継続され、電池からの出力状態を変更することができない（例えば、高電圧の信号状態の継続）ときでも、前記信号ラインは、前記検出回路、または、これとは別の異常状態検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することで制御される遮断素子により、電池からの出力状態を変更し、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力することができる。

本発明の一実施例のパック電池、電子機器の回路ブロック図である。

本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例においては、パック電池Ａと、これを充電する電源を備えるノート型のような携帯型パーソナルコンピュータ等の携帯機器や、モーター等を駆動する機器等の電気機器である電子機器Ｂとを備えている。パック電池Ａは、通常、電子機器Ｂに着脱自在に装着される構造である。電子機器Ｂには、コンセントからの交流商用電力を直流電力に変換するアダプター（図示せず）から出力される直流電力が供給され、この電力を制御し、供給するマイコンを内蔵する制御・電源部Ｓを備えている。制御・電源手段Ｓからの電力出力は、パック電池Ａを充電するのに利用されたり、電子機器Ｂの負荷Ｌに電力供給される。また、商用電力より電力供給がない場合は、商用電力からのコードがなく、電子機器Ｂは移動でき、パック電池Ａより電力が供給され、制御・電源部Ｓ及び負荷Ｌを駆動させる。なお、本実施例においては、パック電池Ａにおいては、充放電路に、スイッチング素子が介在しないので、大きな電流を流すことができる。

パック電池Ａにおいては、リチウムイオン電池等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗等からなる電流検出部２と、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと記す）とを備えている。また、パック電池Ａ内には、電池１に密接して配置されたサーミスタを含む温度検出部３が設けられている。電池１が、リチウムイオン２次電池の場合は、電子機器Ｂに電力供給するとき、約2000mAh/セル程度の電池セルを、３〜４セル直列にして利用される。また、セルを並列にも接続して、電池容量を増加させても良い。

本実施例においては、電池１は図示されるように、電池セル１-１、１-２、１-３、・・・１-nを直列接続して、複数の電池セルを直列接続している。このような電気接続においては、電池セルの正極、負極に平板状金属片であるタブをスポット溶接等により接続して、電気接続している。電池セルには、リチウムイオン２次電池の場合は、約2000mAh/セル程度の容量のものを使用する。

ＭＰＵにおいては、電流検出部２からの出力、温度検出部３からの出力のアナログ電圧が入力され、デジタル変換し、実電圧［mV］や実電流値［mA］等に換算するＡ／Ｄ変換部４が設けられている。そして、Ａ／Ｄ変換部４からの出力が、マイコンを備える制御部であると共に電池状態を検出する検出回路としての制御・演算部５に入力されて、演算、比較、判定等が行われる。制御・演算部５では、異常電流、異常温度、異常電圧（過充電状態、例えば、約４．２０V/セル以上のとき）状態の異常状態を検出し、異常信号を出力することでオンオフ制御されるスイッチング素子により、信号ライン１２の電池からの出力状態を変更することで、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力している。

また、電池の充放電経路とは別に、パック電池の異常状態を伝達する信号ライン１２を備えている。この信号ライン１２においては、分圧抵抗Ｒ１と、検出回路としての制御・演算部５がパック電池の異常状態を検出し、異常信号を出力することでオンオフ制御される制御素子７（＝スイッチング素子）を備えている。パック電池の正常状態においてはスイッチング素子７がオン状態で、信号ライン１２の出力端子１２OUTは、電子機器Ｂに装着された状態で、電子機器Ｂ内の他端が接地された分圧抵抗Ｒ２に接続される。このとき、電子機器Ｂの信号ラインの入力端子１２INは、電池１からの電圧を、分圧抵抗Ｒ１、Ｒ２にて、分圧される電圧が、通常時に出力され、制御・電源部Ｓを、この分圧電圧を検出し、正常であること判定し、負荷Ｌでの消費を継続したり、充電を継続したりする。制御・演算部５がパック電池の異常状態を検出し、異常信号を出力することにより、スイッチング素子７がオフ状態となると、入力端子１２INには電池１からの電圧が印加されず、接
地状態となり、即ち、電池からの出力状態を変更され、入力端子１２INの電圧が、閾値以下となる。これを、制御・電源部Ｓが検出し、異常状態であると検出し、負荷の使用を停止したら、充電を停止したりする。

スイッチング素子７はｐチャネル型FETの２つを寄生ダイオードの電流通過方向が相対するように接続され、各ゲートは接続され、制御・演算部５により、制御している。

電池電圧監視部（Voltage Monitor）１０は、各電池セルの電圧を測定し、Ａ／Ｄ変換した値を、ＭＰＵに伝達している。

異常状態検出回路１３（OverVoltageDetector=SecondVoltageMonitor）は、各電池セルの電圧を検出している。電池セルのいずれかが過充電異常状態（電池セル電圧が、例えば、約４．３０V/セル以上の状態）である場合に、異常状態を検出し異常信号を出力して、遮断素子を遮断状態に制御する。つまり、出力される異常信号により、スイッチング素子ＳＷＨをオン状態として、遮断素子として、ヒューズを溶断するセルフコントロールプロテクタSCP(Self Control Protector)、換言するなら抵抗加熱型ヒューズ１４を動作させ、信号ライン１２を遮断、切断する。これにより、入力端子１２INには電池１からの電圧が印加されず、接地状態となり、即ち、電池からの出力状態を変更され、入力端子１２INの電圧が、閾値以下となる。これを、制御・電源部Ｓが検出し、異常状態を検出し、負荷の使用を停止したら、充電を停止したりする。これにより、電池セルのいずれかが過充電異常状態（電池セル電圧が、例えば、約４．２５V/セル以上の状態）であるにもかかわらず、制御・演算部５によりスイッチング素子７がオフとならない故障時において、異常状態を検出することができる。なお、異常状態検出回路１３の異常信号は、ＭＰＵにも出力される。

また、異常状態検出回路１３からの過充電異常状態の検出とは、別に、制御・演算部５において、以下のようなとき（これら異常に限定されるものでない）、異常状態を検出し、異常信号を出力することで制御される遮断素子により、電池からの出力状態を変更する。つまり、制御・演算部５からゲートにオン信号を出力し、スイッチング素子ＳＷＨをオン状態として、遮断素子として、抵抗加熱型ヒューズ１４を動作させ、信号ライン１２を遮断、切断する。
＊電池電圧が、所定値（望ましくは、４．２１〜４．４０V/セルの範囲で、例えば、４．２５V/セル）を超えたとき、異常と判定する。

＊セル内でショート或いはショートに至る現象（＝マイクロショート）が発生している場合、異常と判定する。放電、充電の電流がないときで、各ブロックセルにおいて、所定時間（１５分〜６０分程度で、例えば、３０分）における電圧の変化が所定値（１０〜５０ｍＶ程度で、例えば、２０ｍＶ）以上のとき、異常と判断する。また、放電、充電中においては、各ブロックセルにおいて、所定時間（例えば、３分間）の電圧変化が５０ｍV以上であり、かつ、他ブロックセルの電圧変化より、約２倍以上変化していると、異常と判断する。

Ａパック電池
Ｂ携帯機器（＝電子機器）
Ｓ制御・電源部
Ｌ負荷
ＭＰＵマイクロプロセッサユニット
ＳＷＨスイッチング素子
１電池
２電流検出部
３温度検出部
４Ａ／Ｄ変換部
５制御・演算部（＝検出回路）
７制御素子（＝スイッチング素子）
１０電池電圧監視部（Voltage Monitor）
１１充放電ライン
１２信号ライン
１３異常状態検出回路
１４抵抗加熱型ヒューズ

Claims

電池と、その状態を検出する検出回路と、電池の充放電経路とは別に、パック電池の異常状態を伝達する信号ラインとを備えるパック電池であって、
前記信号ラインは、前記検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することでオンオフ制御されるスイッチング素子により、電池からの出力状態を変更することで、パック電池の異常状態を示す信号を外部に出力し、
前記信号ラインは、前記検出回路、または、これとは別の異常状態検出回路が異常状態を検出し異常信号を出力することで制御される遮断素子により、電池からの出力状態を変更することを特徴とするパック電池。
前記信号ラインの出力電圧が変更されることより、電池からの出力状態を変更する請求項１のパック電池、
前記遮断素子は、抵抗加熱型ヒューズであることを特徴とする請求項１のパック電池。