JP2023013699A

JP2023013699A - 保護回路

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Publication number: JP2023013699A
Application number: JP2021118067A
Authority: JP
Inventors: 友成植田; Tomonari Ueda; 明佐々木; Akira Sasaki
Original assignee: Schott Japan Corp
Current assignee: Schott Japan Corp
Priority date: 2021-07-16
Filing date: 2021-07-16
Publication date: 2023-01-26
Also published as: DE102022117805A1; CN115622168A; TW202307890A; TWI813352B

Abstract

【課題】比較的簡素な構成で、所定の電圧範囲を有する複数の電圧チャンネルを有し、リチウムイオン電池の過充電乃至過放電からバッテリパックを保護する保護回路、充放電装置、バッテリパック及び電気機器を提供する。【解決手段】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１０は、二次電池のセル１１が接続されたバッテリ１２と、セル又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１５と、セル又はバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメント１６及びヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体１７を有する保護素子１８と、セル又はバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、発熱抵抗体と信号制御部に接続した第１のスイッチング素子１９と、セル又はバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ、発熱抵抗体と信号制御部に接続した第２のスイッチング素子２００とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを有する保護素子を備えたバッテリパックの保護装置、保護回路およびバッテリパックに関する。

リチウムイオン電池は携帯電話のように単電池使用でも必ず安全確保のための保護回路（ＳａｆｅｔｙＵｎｉｔ）とセットでケース内に組み込んだバッテリパックの形態で製品化されている。リチウムイオン電池は単電池だけでは実用上の安全性確保が難しいからである。リチウムイオン電池の安全性の特徴は過充電と過熱に弱いことがあげられる。このため、バッテリパックは、電池と安全性確保のための保護回路、保護素子、ヒューズ等をセットにしてプラスチックケース等の外装缶に収納したものとなっており、電圧、電流、温度等を検知しながら充放電制御システム（バッテリマネージメントシステム，ＢＭＳ）によって電池の充放電は制御されている。

ノートパソコンなどに搭載されるリチウムイオン電池は、複数の単電池セルを接続して構成されたバッテリパックからなっている。近年、ノートバソコン搭載のリチウムイオン電池の発火事故もあり、過充電に対する二重の保護の必要性からリチウムイオン電池のバッテリパックにはセカンドプロテクションの搭載が一般的（必須）となっている。このセカンドプロテクションの保護方法は、SCP（セルフコントロールプロテクタ）と呼ばれる保護素子（ヒューズ）によって充放電経路を不可逆的に遮断する方法が用いられる。つまり、電池と直列に接続された保護素子をセカンドプロテクションICの制御によって動作させることで、電池が異常な状態で充放電されるときに電流を遮断するようになっている。保護素子には発熱抵抗体が内蔵されており、電池が基準値を超えて過充電されたときは、セカンドプロテクションICにより発熱抵抗体に通電して低融点金属のヒューズエレメントを短時間で加熱溶断させる。また、保護素子は電池の異常電流によっても動作でき、そのときは過電流のジュール熱によってヒューズエレメントが溶断する。（特許文献１参照）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セカンドプロテクション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。

従来のバッテリパックの保護機構は、例えば充電電圧が８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが過充電と判断し、ＦＥＴを経由して保護素子の発熱抵抗体を加熱しヒューズ素子を動作させていた。したがって、従来の方式では比較的狭い電圧レンジからなる単一電圧範囲によって過充電または過放電の保護を行っていた。（特許文献３参照）

特開２０１７－２２８３７９号公報特開２０１２－２３１６４９号公報特開２０１８－０６０６５９号公報

本発明によると、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（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、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提案される。

本発明に係る保護回路はバッテリパックの充放電装置に適用される。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、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、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セルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置が提供される。

本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。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接続されたバッテリと、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、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充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックが提供される。

本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。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、バッテリパックを充電または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、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、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セルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器が提供される。

本発明の目的は、比較的簡素な構成で、所定の電圧範囲を有する複数の電圧チャンネルを有し、リチウムイオン電池の過充電ないし過放電からバッテリパックを保護するセカンドプロテクション回路を提供する。

本発明によると、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放電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（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、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提案される。

前記保護回路の信号制御部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

本発明において保護素子の発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、保護素子の定格電圧値をV1、セルまたはバッテリ（組電池）の電圧をV2とするとき、第２のスイッチング素子に付加する抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1とするのが好ましい。例えば、保護素子の内部抵抗値R1を３１Ω、保護素子の電圧範囲V1を３３．０～４６．９V、バッテリ（組電池）の電圧範囲V2を３３．６～５１．０Vとするとき、第２のスイッチング素子に付加する抵抗素子の電気抵抗値R２を１０Ωとすることで、セカンドプロテクションＩＣは、保護素子の動作を電池電圧が第一の電圧範囲３３．６～４６．９Vのときは、第１のスイッチング素子を用いて制御し、電池電圧が第二の電圧範囲４７～５１．０Vのときは、第２のスイッチング素子に切り替えて制御することが可能となる。

本発明に係るスイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチングトランジスタ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る。

前記充放電装置の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

前記バッテリパックの信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断し、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断する。

前記電気機器の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。

上述した各発明によると、セルまたはバッテリの電圧値が第一の所定電圧を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の所定電圧を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させることができる。所定のスイッチング素子に所望の抵抗素子を配置することで、所望の電圧値に応じた複数の電圧チャンネルを切り替えて保護素子の溶断制御ができる。これにより保護素子に搭載する抵抗体の耐性を超えることなく、より高い電圧値での使用が可能となる。

本発明は、バッテリパックの保護装置における保護素子の溶断制御の多重制御手段を提供する。

本発明に係る保護回路１０を示した図である。本発明に係る保護回路２０を示した図である。従来の保護回路３００を示した図である。

本発明によると、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（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、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提供される。

前記保護回路の信号制御部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

前記充放電装置の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

前記バッテリパックの信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断し、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断する。

前記電気機器の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。

複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、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、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる保護回路が提供される。

複数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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる充放電装置が提供される。

複数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、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充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックであって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させるバッテリパックが提供される。

複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記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、前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる電気機器が提供される。

実施例１の保護回路１０は、図１に示すように、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１１が直列接続されたバッテリ１２と、バッテリ１２の外部端子１３および１４に接続して電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１５と、バッテリ１２と外部端子１３との間の電流回路に直列に接続されたヒューズエレメント１６とヒューズエレメント１６に接続した発熱抵抗体１７とを有する保護素子１８と、バッテリ１２と外部端子１４との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体１７と信号制御部１５とに接続した第１のスイッチング素子１９と、第１のスイッチング素子１９と並列に接続された第２のスイッチング素子２００とを備え、第２のスイッチング素子２００は、発熱抵抗体１７に直列接続した抵抗素子２０１を有し、信号制御部１５によって、第１のスイッチング素子１９と第２のスイッチング素子２００とを切り替えて保護素子１８の動作を制御する。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

実施例２の保護回路２０は、図２に示すように、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２１が直列接続されたバッテリ２２と、セル２１またはバッテリ２２の外部端子２３および外部端子２４に接続して電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部２５と、セル２１またはバッテリ２２と外部端子２３との間の電流回路に直列に接続されたヒューズエレメント２６とヒューズエレメント２６に接続した発熱抵抗体２７とを有する保護素子２８と、セル２１またはバッテリ２２と外部端子２４との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体２７と信号制御部２５とに接続した第１のスイッチング素子２９と、第１のスイッチング素子２９と並列に接続された第２のスイッチング素子３００とを備え、第２のスイッチング素子３００は、発熱抵抗体２７に直列接続した抵抗素子３０１を有し、信号制御部２５によって、第１のスイッチング素子２９と第２のスイッチング素子３００とを切り替て保護素子２８の動作を制御する。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。

実施例３の充放電装置３０は、実施例１の保護回路１０を用いたバッテリパックの充放電装置である。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、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を内蔵し、ヒューズエレメントがバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。

実施例４の充放電装置４０は、実施例２の保護回路２０を用いたバッテリパックの充放電装置である。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、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、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セルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。

実施例５のバッテリパック５０は、実施例３の充放電装置３０を用いたバッテリパックである。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接続されたバッテリと、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を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有する。

実施例６のバッテリパック６０は、実施例４の充放電装置４０を用いたバッテリパックである。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接続されたバッテリと、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、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充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有する。

実施例７の電気機器７０は、実施例５のバッテリパック５０または実施例６のバッテリパック６０を用いた電気機器である。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、セルまたは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、バッテリパックを充電または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、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、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セルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。

本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を使用した電気・電子機器の保護回路に利用でき、特にバッテリパックなど２次電池の保護装置に利用できる。

保護回路１０、セル１１、バッテリ１２、外部端子１３および１４、信号制御部１５、ヒューズエレメント１６、発熱抵抗体１７、保護素子１８、第１のスイッチング素子１９、第２のスイッチング素子２００、抵抗素子２０１、保護回路２０、セル２１、バッテリ２２、外部端子２３および２４、信号制御部２５、ヒューズエレメント２６、発熱抵抗体２７、保護素子２８、第１のスイッチング素子２９、第２のスイッチング素子３００、抵抗素子３０１、充放電装置３０、充放電装置４０、バッテリパック５０、バッテリパック６０、電気機器７０。

Claims

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、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、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路。
前記信号制御部は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを切り替えて前記保護素子の動作を制御する請求項１に記載の保護回路。
前記信号制御部は、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させ、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させる請求項１または請求項２に記載の保護回路。
前記発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、前記保護素子の定格電圧値をV1、前記セルまたは前記バッテリの電圧をV2とするとき、前記第２のスイッチング素子に付加する前記抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1となる請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の保護回路。
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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置。
前記信号制御部は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを切り替えて前記保護素子の動作を制御する請求項５に記載の充放電装置。
前記信号制御部は、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させ、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させる請求項５または請求項６に記載の充放電装置。
前記発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、前記保護素子の定格電圧値をV1、前記セルまたは前記バッテリの電圧をV2とするとき、前記第２のスイッチング素子に付加する前記抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1となる請求項５ないし請求項７の何れか１つに記載の充放電装置。
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、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充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパック。
前記信号制御部は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを切り替えて前記保護素子の動作を制御する請求項９に記載のバッテリパック。
前記信号制御部は、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させ、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させる請求項９または請求項１０に記載のバッテリパック。
前記発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、前記保護素子の定格電圧値をV1、前記セルまたは前記バッテリの電圧をV2とするとき、前記第２のスイッチング素子に付加する前記抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1となる請求項９ないし請求項１１の何れか１つに記載のバッテリパック。
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、前記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、前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器。
前記信号制御部は、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子とを切り替えて前記保護素子の動作を制御する請求項１３に記載の電気機器。
前記信号制御部は、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させ、前記セルまたは前記バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して前記発熱抵抗体を通電発熱させて前記保護素子の前記ヒューズエレメントを溶断させる請求項１３または請求項１４に記載の電気機器。
前記発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、前記保護素子の定格電圧値をV1、前記セルまたは前記バッテリの電圧をV2とするとき、前記第２のスイッチング素子に付加する前記抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1となる請求項１３ないし請求項１５の何れか１つに記載の電気機器。
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、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、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる保護回路。
複数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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる充放電装置。
複数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、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充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックであって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させるバッテリパック。
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記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、前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記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、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セルまたは前記バッテリの充放電回路と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１のスイッチング素子と第２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、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる電気機器。