JP2022001012A - 保護回路 - Google Patents
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Abstract
Description
上記保護素子はバッテリパックの保護回路に接続されており、各セルの電圧をモニタするプロテクションICとFETなどの制御素子によってヒューズエレメントの動作は制御されている。例えば、特許文献2に記載のバッテリパックの充放電制御回路に利用された保護素子は、バッテリパックの過電流および周囲温度の上昇に感応するか、または所定条件で発熱抵抗体に通電することによって強制的にヒューズを作動させ電気回路を遮断する。すなわち、該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可溶合金からなるヒューズエレメント(ヒューズ素子とも言う)を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズエレメントを溶断させて回路を遮断できる。
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ(組電池)と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第3のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備えた保護回路が提案される。
放電時に信号制御部43により放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン/オフ制御することができ、保護素子46は、切替制御素子45を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、または、セル41またはバッテリ42の電圧が所定の電圧値を越えたときに、発熱抵抗体46−2の通電発熱によって溶断するヒューズエレメント46−1を有する。
充電時に放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン/オフ制御し、保護素子46は、切替制御素子45を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント46−1が溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部43によりセル41またはバッテリ42が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体46−2が発熱してヒューズエレメント46−1が溶断して充電回路を遮断する。
すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
1以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備え、
保護回路は、前記遅延回路によって、印加電圧を遅延させてスイッチング時の突入電流を緩衝すると共に、前記充放電回路を経由して流れる電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断するバッテリパックとしてもよい。
保護回路70、セル71、バッテリ72、信号制御部73、外部端子74、切替制御素子75、保護素子76、ヒューズエレメント76−1、発熱抵抗体76−2、スイッチング素子78、保護回路80、セル81、バッテリ82、信号制御部83、外部端子84、第1のスイッチング素子85−1、第2のスイッチング素子85−2、第3のスイッチング素子85−3、保護素子86、ヒューズエレメント86−1、発熱抵抗体86−2、遅延回路89、抵抗素子89−1、キャパシタ素子89−2、保護回路100、セル101、バッテリ102、信号制御部103、外部端子104、スイッチング素子105、保護素子106、ヒューズエレメント106−1、発熱抵抗体106−2、遅延回路109、抵抗素子109−1、キャパシタ素子109−2。
Claims (44)
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第3のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備えた保護回路。 - 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項1に記載の保護回路。
- 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項1または請求項2に記載の保護回路。
- 前記第1のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第2のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項1ないし請求項3の何れか1つに記載の保護回路。 - 前記信号制御部は、その信号回路を分岐させた何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第1のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第2のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項1ないし請求項4の何れか1つに記載の保護回路。
- 前記保護回路は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項1ないし請求項5の何れか1つに記載の保護回路。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第3のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第1のスイッチング素子をオフにするとともに前記第2のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第1のスイッチング素子をオンにするとともに前記第2のスイッチング素子をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御することができ、
前記保護素子は、前記第2のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、
または、
前記セルまたは前記バッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、前記発熱抵抗体の通電発熱によって溶断する前記ヒューズエレメントを有する充放電装置。 - 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項7に記載の充放電装置。
- 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項7または請求項8に記載の充放電装置。
- 前記第1のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第2のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項7ないし請求項9の何れか1つに記載の充放電装置。 - 前記信号制御部は、その信号回路を分岐させた何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第1のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第2のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項7ないし請求項10の何れか1つに記載の充放電装置。
- 前記充放電装置は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項7ないし請求項11の何れか1つに記載の充放電装置。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第3のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第1のスイッチング素子をオフにするとともに前記第2のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第1のスイッチング素子をオンにするとともに前記第2のスイッチング素子をオフにして、充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御し、
前記保護素子は、
前記第2のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断するバッテリパック。 - 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項13に記載のバッテリパック。
- 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項13または請求項14に記載のバッテリパック。
- 前記第1のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第2のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項13ないし請求項15の何れか1つに記載のバッテリパック。 - 前記信号制御部は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第1のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第2のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項13ないし請求項16の何れか1つに記載のバッテリパック。
- 前記バッテリパックは、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項13ないし請求項17の何れか1つに記載のバッテリパック。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第3のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第1のスイッチング素子をオフにするとともに前記第2のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第1のスイッチング素子をオンにするとともに前記第2のスイッチング素子をオフにして、充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御し、
前記保護素子は、
前記第2のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断する電気機器。 - 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項19に記載の電気機器。
- 前記第1および前記第2のスイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項19または請求項20に記載の電気機器。
- 前記第1のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第2のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された1個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項19ないし請求項21の何れか1つに記載の電気機器。 - 前記信号制御部は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第1のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第2のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項19ないし請求項22の何れか1つに記載の電気機器。
- 前記電気機器は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項19ないし請求項23の何れか1つに記載の電気機器。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧をモニタしその測定量に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子を備えた保護回路。 - 前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、CMOSトランジスタ、FETの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項25に記載の保護回路。
- 前記保護回路は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項25または請求項26に記載の保護回路。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、
1以上のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記切替制御素子は、充電時に前記信号制御部により前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記信号制御部により前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御することができ、
前記保護素子は、前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、
または、前記セルまたは前記バッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、前記発熱抵抗体の通電発熱によって溶断する前記ヒューズエレメントを有する充放電装置。 - 前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、CMOSトランジスタ、FETの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項28に記載の充放電装置。
- 前記充放電装置は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項28または請求項29に記載の充放電装置。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御し、
前記保護素子は、
前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断するバッテリパック。 - 前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、CMOSトランジスタ、FETの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項31に記載のバッテリパック。
- 前記切替制御素子は、インバータ付きスイッチング素子または該インバータ付きスイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項31または請求項32に記載のバッテリパック。
- 前記バッテリパックは、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項31ないし請求項33の何れか1つに記載のバッテリパック。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、
1以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリと前記バッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン/オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン/オフ制御し、
前記保護素子は、
前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断する電気機器。 - 前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、CMOSトランジスタ、FETの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項35に記載の電気機器。
- 前記切替制御素子は、インバータ付きスイッチング素子または該インバータ付きスイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項35または請求項36に記載の電気機器。
- 前記電気機器は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項35ないし請求項37の何れか1つに記載の電気機器。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
1以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備えた保護回路。 - 前記スイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項39に記載の保護回路。
- 前記スイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項39または請求項40に記載の保護回路。
- リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
1以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備え、
保護回路は、前記遅延回路によって、印加電圧を遅延させてスイッチング時の突入電流を緩衝すると共に、前記充放電回路を経由して流れる電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断するバッテリパック。 - 前記スイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項42に記載のバッテリパック。
- 前記スイッチング素子は、FETまたは該FETを含む保護回路モジュールから構成された請求項42または請求項43に記載のバッテリパック。
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