JP3043704B2 - バッテリパックの過充放電防止制御方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保護回路を内蔵す
るバッテリパックの過充放電防止制御方法および装置に
関し、さらに詳しくは、保護回路自体の異常を検出して
自己診断を行うことができる過充放電防止制御方法およ
び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、携帯端末機器等の電源電池に使
用される二次電池（蓄電池）のバッテリパックは、これ
に内蔵の保護回路によって過充電や過放電を検出する
と、二次電池への入出力をオフにして過充電や過放電を
防止するようになっている。

【０００３】たとえば、この種技術の一例として、特開
平８−１１６６２７号公報には、電池電圧を検出して、
素電池の入出力を遮断することにより過充電や過放電を
防止する技術が記載されている。

【０００４】図５は、係る公報に記載されたバッテリパ
ック保護回路を概略的に示している。スイッチング回路
６は、たとえばＮチャネルＭＯＳ電界効果型トランジス
タ（ＦＥＴ）をスイッチング素子に用いて構成されてい
る。スイッチング素子として、寄生ダイオードが充電電
流を遮断する方向に形成された過充電防止用のＦＥＴ、
そして寄生ダイオードが放電電流を遮断する方向に形成
された過放電防止用のＦＥＴなどを用いている。

【０００５】また、この保護回路では、特に過充電に対
し厳重に防止保護することが望ましいという安全性への
配慮から、第１の制御回路８が故障などした場合に備え
て、第２の制御回路９と遮断回路７を設けている。この
遮断回路７は、たとえばヒューズなどよりなる非復帰の
遮断回路となっており、一度電流をオフにすると、新規
交換して取り替えない限り、二次電池１に電流を流すこ
とができないようになっている。また、第２の制御回路
９は、二次電池１の電圧が過電圧レベル以上である場
合、スイッチング回路６をオフするよう第１の制御回路
８を制御する。それから所定の期間を経過して、二次電
池１の電圧が過電圧レベル以下に降下しない場合、それ
を第１の制御回路８が正常動作していない異常時と判断
する。それにより遮断回路７への充電電流をオフにす
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この図５で
概略的に示された上記公報技術の場合、解決すべき次の
問題点が残されている。

【０００７】１つは、制御回路によって二次電池の電圧
を検出しており、過充電または過放電の判断を制御回路
の委ねていることである。そのため、仮に制御回路自身
が異常で電池電圧の検出値が不正確であれば、二次電池
の過放電または過放電を防止する策を見いだせない不都
合がある。

【０００８】また、第二の問題点として、制御回路によ
ってスイッチング回路６をオフにしたとき、充電電流ま
たは放電電流が実際にオフになったか否かを検出して認
識する手段が講じられていないことである。したがっ
て、スイッチング回路６に故障等の発生が生じている場
合、制御回路によってスイッチング回路６をオフに設定
したとしても、充電電流または放電電流はオフになって
はおらず、結果、二次電池の過充電または過放電を招い
てしまうことである。

【０００９】したがって、本発明の目的は、係る不具合
の解消に向けて、保護回路自体が正常動作して電池電圧
を正確に検出可能な状態になっているか否か自己診断す
ることにより、バッテリパックの過充電／過放電を未然
に防止する過充放電防止制御方法および装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のバッテリパック
の過充放電防止制御方法は、その１つは、組電圧検出回
路によって複数の二次電池よりなる組電池の組電圧ＶＡ
を検出して制御回路に送出するとともに、セル電圧検出
回路によって前記二次電池の個々のセル電圧を検出して
制御回路に送出し、制御回路では、前記個々のセル電圧
を加算して求めたセル加算電圧ＶＴと前記組電圧ＶＡを
比較して、両電圧値が不一致のときは異常発生と判断
し、前記二次電池よりなる組電池への入出力回路を遮断
回路を動作させて遮断する。

【００１１】この場合、前記セル加算電圧ＶＴと前記組
電圧ＶＡが不一致のとき、前記制御回路自体も含み前記
組電圧検出回路および前記セル電圧検出回路のいずれか
１つ、またはそれらの複数のものに異常が発生したこと
を判断する。また、前記遮断回路は、異常発生時に前記
制御回路から送られた制御信号によって抵抗発熱体を通
電オンにして発熱させ、この発熱によってヒューズを溶
融切断させて前記組電池への入出力回路を遮断する。

【００１２】

【００１３】

【００１４】また、本発明方法のさらに別の１つは、組
電圧検出回路によって複数の二次電池よりなる組電池の
組電圧ＶＡを検出して前記組電池から電力供給を受ける
制御回路に送出し、前記制御回路では、自らの動作可能
な電圧を前記組電圧ＶＡと比較してこれ以下である場合
は、前記制御回路が動作していること自体が矛盾であり
異常が発生したと判断して、前記二次電池よりなる組電
池への入出力回路を遮断回路を動作させて遮断する。

【００１５】一方、本発明による過充放電防止制御装置
は、組電池を構成する複数の二次電池と、二次電池の各
々の電圧Ｖ１，Ｖ２…を検出するセル電圧検出回路と、
二次電池の複数よりなる組電圧ＶＡを検出する組電圧検
出回路と、充電時または放電時の電流を検出する電流検
出回路と、充電時または放電時に流れる電流をオフ可能
に形成されたスイッチング回路と、充電時または放電時
に過電流によって発熱する抵抗発熱体と、この抵抗発熱
体の発熱によって溶融して切断するヒューズとからなる
遮断回路と、前記セル電圧検出回路から送出された各セ
ル電圧Ｖ１，Ｖ２…を加算してセル加算電圧ＶＴを算出
し，このセル加算電圧ＶＴと前記組電圧ＶＡとを比較し
て、両電圧値が不一致のときは異常発生と判断し、前記
二次電池よりなる組電池への入出力回路を遮断回路を動
作させて遮断するよう制御する制御回路とを備えてなっ
ている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるバッテリパッ
クの過充放電防止制御方法および装置の実施の形態につ
いて、図面を参照して詳細に説明する。

【００１７】図１は、本実施の形態によるバッテリパッ
クの過充放電防止制御装置の構成を示すブロック図であ
る。直列に接続された複数の二次電池１を有し、これら
二次電池１の個々の電圧を検出するセル電圧検出回路
２、複数の二次電池１を組電池としてこの総和組電圧を
検出する組電圧検出回路３を有している。また、各回路
を制御する制御回路４を備え、充電電流／放電電流を検
出する電流検出回路５、スイッチング回路６、そして遮
断回路７などを備えて構成されている。

【００１８】この構成のバッテリパックを充電する充電
器、あるいはこのバッテリパックを電源として駆動する
機器との接続端子は、充電／放電の電流入出力用の陽極
（＋）端子と陰極（−）端子よりなっている。図示例で
は、説明を理解し易くするために二次電池１が３直列と
なっているが、直列または並列による接続個数に制限は
ない。

【００１９】また、セル電圧検出回路２は、たとえばマ
ルチプレクサ、オペアンプで構成されている。

【００２０】電流検出回路５は、たとえばシャント抵
抗、オペアンプで構成されている。スイッチング回路６
は、たとえば図５で従来例として示されたと同様、Ｎチ
ャンネルＭＯＳ電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）をス
イッチング素子として用いることができる。

【００２１】図２は、遮断回路７の詳細な構成例を示し
ている。端子Ｈ１には、抵抗発熱体７ｃ，７ｄのそれぞ
れ一端が接続されている。抵抗発熱体７ｃ，７ｄは、そ
れらの他端同士が接続されている。また、端子Ｈ２に
は、ヒューズ（たとえば、低融点金属でなる）７ａの一
端が接続されており、その他端はヒューズ７ｂの一端に
接続されている。そして、抵抗発熱体７ｃ，７ｄの他端
同士の接続点と、ヒューズ７ａ，７ｂの接続点とが接続
されている。また、端子Ｈ１は図１で示された制御回路
４に接続されている。端子Ｈ２と端子Ｈ３は、二次電池
１に直列に接続されるようになっている。さらに、それ
ら端子Ｈ２と端子Ｈ３は、スイッチング回路６および二
次電池１の（−）端子にそれぞれ接続されている。

【００２２】次に、以上の構成による装置を用いた過充
放電防止制御方法について、図３および図４を併用して
説明する。

【００２３】正常に使用される通常時（制御回路４が、
充電電流／放電電流を遮断すべく遮断回路７に対して作
動オフ信号を出力していない状態）、電流は端子Ｈ２か
らヒューズ７ａ、７ｂを通して端子Ｈ３に流れる。

【００２４】異常発生時（制御回路４が、充電電流／放
電電流を遮断すべく遮断回路７に対して作動オフ信号を
出力する状態）、たとえば端子Ｈ１を２次電池１の
（＋）端子に接続する。これにより、充電電流／放電電
流は端子Ｈ１から抵抗発熱体７ｃ，７ｄおよびヒューズ
７ａを通して端子Ｈ２への経路で流れるようになる。こ
の通電により抵抗発熱体７ｃ，７ｄが発熱する。この発
熱でヒューズ７ａ，７ｂが溶融して切れ、充電電流／放
電電流の流れが遮断される。

【００２５】また、セル電圧検出回路２は、３直列接続
の二次電池１の各電圧を常時検出している。この検出さ
れた二次電池１個々のセル電圧Ｖ1，Ｖ２，Ｖ３の信号
が制御回路４に入力される。その一方で、組電圧検出回
路３は組電池としての組電圧ＶＡを常に検出しており、
その組電圧ＶＡもまた制御回路４に入力される。

【００２６】制御回路４では、セル電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ
３を加算してＶ１＋Ｖ２＋Ｖ３の総和であるセル加算電
圧ＶＴを算出する。制御回路４は、この算出したセル加
算電圧ＶＴの値と、組電圧検出回路３から送られてきた
組電圧ＶＡの値とを比較する。それら両電圧値が一致し
ない場合（ＶＡ≠ＶＴ）、制御回路４自身か、またはセ
ル電圧検出回路２と組電圧検出回路３のいずれか１つ、
あるいはそれら３つの回路のうち複数のものが正常に動
作していない異常発生時と判断する。

【００２７】一方で、制御回路４はスイッチング回路６
を制御しており、二次電池１への入出力を制御する。電
流検出回路５は充電電流／放電電流を検出して常時その
検出信号を制御回路４に送っている。

【００２８】したがって、制御回路４がスイッチング回
路６をオフさせて充電電流および放電電流を遮断した場
合、電流検出回路５から制御回路４に送出した電流の検
出信号値Ｉｏが０（ゼロ）になっているか否かを判断す
る。ゼロになっていない場合、制御回路４自体か、また
は電流検出回路５とスイッチング回路６のいずれか１
つ、あるいはそれら３つの回路の複数のものが正常に動
作していない異常発生時と判断する。

【００２９】制御回路４は二次電池１から電力供給を受
けているので、組電圧検出回路３によって検出されて送
られてきた組電圧ＶＡが、制御回路４の動作に要する電
圧以下であれば、その制御回路４が動作していること自
体に矛盾があって異常である。その場合は、組電圧検出
回路３と制御回路４のいずれか一方が、あるいはそれら
両回路のいずれも正常に作動していない異常時と判断す
る。

【００３０】また、係る保護回路が正常に動作していな
い異常時と判断されると、仮に二次電池１が異常事態に
陥った状況下でも、保護回路はその二次電池１の異常を
検出できない可能性がある。このため、制御回路４は遮
断回路７にオン動作信号を送って作動させ、ヒューズ７
ａ，７ｂを切らすことで入出力が完全にできない状態に
する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によるバッ
テリパックの過充放電防止制御方法は、保護回路が電池
電圧を正確に検出しているか否かが自己診断して判断で
きる。すなわち、バッテリパックの組電池を構成する複
数の二次池の個々のセル電圧を検出し、同時に組電池と
しての組電圧を検出して、それら両電圧を比較すること
により、保護回路自身が正常に動作しているかを判断で
きるためである。また、保護回路が、保護回路の電源電
圧を検出し、電源電圧を保護回路の動作可能電圧と比較
することにより、保護回路事態が正常に動作しているか
を判断できる。

【００３２】さらに、本発明は、保護回路が充電電流／
放電電流を正確に検出しているか否かを判断できる。す
なわち、制御回路がスイッチング回路をオフになるよう
に制御した際、制御回路が検出している充電電流／放電
電流の値が０（ゼロ）であることを確認することによ
り、保護回路が正常に動作しているかを判断できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバッテリパックの過充放電防止制
御装置における保護回路の実施の形態を示す回路図であ
る。

【図２】保護回路の遮断回路を構成する各部を示す回路
図である。

【図３】電池電圧の検出を説明するための図である。

【図４】充電電流／放電電流の検出を説明するための図
である。

【図５】従来のバッテリの保護回路の一例を示す構成図
である。

【符号の説明】

１ 二次電池 ２ セル電圧検出回路 ３ 組電圧検出回路 ４ 制御回路 ５ 電流検出回路 ６ スイッチング回路 ７ 遮断回路 ７ａ，７ｂ ヒューズ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/34 - 7/36 H01M 10/44 - 10/46 H02H 7/18

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】組電圧検出回路によって複数の二次電池よ
   りなる組電池の組電圧ＶＡを検出して制御回路に送出す
   るとともに、セル電圧検出回路によって前記二次電池の
   個々のセル電圧を検出して制御回路に送出し、制御回路
   では、前記個々のセル電圧を加算して求めたセル加算電
   圧ＶＴと前記組電圧ＶＡを比較して、両電圧値が不一致
   のときは異常発生と判断し、前記二次電池よりなる組電
   池への入出力回路を遮断回路を動作させて遮断すること
   を特徴とするバッテリパックの過充放電防止制御方法。
2. 【請求項２】前記セル加算電圧ＶＴと前記組電圧ＶＡが
   不一致のとき、前記制御回路自体も含み前記組電圧検出
   回路および前記セル電圧検出回路のいずれか１つ、また
   はそれらの複数のものに異常が発生したことを判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパックの過
   充放電防止制御方法。
3. 【請求項３】前記遮断回路は、異常発生時に前記制御回
   路から送られた制御信号によって抵抗発熱体を通電オン
   にして発熱させ、この発熱によってヒューズを溶融切断
   させて前記組電池への入出力回路を遮断することを特徴
   とする請求項１または２に記載のバッテリパック過充放
   電防止制御方法。
4. 【請求項４】組電圧検出回路によって複数の二次電池よ
   りなる組電池の組電圧ＶＡを検出して前記組電池から電
   力供給を受ける制御回路に送出し、前記制御回路では、
   自らの動作可能な電圧を前記組電圧ＶＡと比較してこれ
   以下である場合は、前記制御回路が動作していること自
   体が矛盾であり異常が発生したと判断して、前記二次電
   池よりなる組電池への入出力回路を遮断回路を動作させ
   て遮断することを特徴とするバッテリパックの過充放電
   防止制御方法。
5. 【請求項５】前記自らの動作可能電圧が前記組電圧ＶＡ
   以下の場合、前記組電圧検出回路および制御回路自身の
   いずれか一方、または両回路に異常が発生したことを判
   断することを特徴とする請求項４に記載の過充放電防止
   制御方法。
6. 【請求項６】組電池を構成する複数の二次電池と、 二次電池の各々の電圧Ｖ１，Ｖ２…を検出するセル電圧
   検出回路と、 二次電池の複数よりなる組電圧ＶＡを検出する組電圧検
   出回路と、 充電時または放電時の電流を検出する電流検出回路と、 充電時または放電時に流れる電流をオフ可能に形成され
   たスイッチング回路と、 充電時または放電時に過電流によって発熱する抵抗発熱
   体と、この抵抗発熱体の発熱によって溶融して切断する
   ヒューズとからなる遮断回路と、 前記セル電圧検出回路から送出された各セル電圧Ｖ１，
   Ｖ２…を加算してセル加算電圧ＶＴを算出し，このセル
   加算電圧ＶＴと前記組電圧ＶＡとを比較して、両電圧値
   が不一致のときは異常発生と判断し、前記二次電池より
   なる組電池への入出力回路を遮断回路を動作させて遮断
   するよう制御する制御回路と、を備えてなっていること
   を特徴とするバッテリパックの過充放電防止制御装置。
7. 【請求項７】前記複数の二次電池が直列または並列のい
   ずれにも接続可能であることを特徴とする請求項６に記
   載のバッテリパックの過充放電防止制御装置。