JP3249261B2 - Battery pack - Google Patents

Battery pack

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JP3249261B2
JP3249261B2 JP24407593A JP24407593A JP3249261B2 JP 3249261 B2 JP3249261 B2 JP 3249261B2 JP 24407593 A JP24407593 A JP 24407593A JP 24407593 A JP24407593 A JP 24407593A JP 3249261 B2 JP3249261 B2 JP 3249261B2
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battery
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幹隆 玉井
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三洋電機株式会社
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、内蔵する複数の電池セ
ルの過充電又は過放電を防止できるパック電池に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery pack capable of preventing overcharge or overdischarge of a plurality of built-in battery cells.
【0002】[0002]
【従来の技術】パック電池は複数の電池セルを直列に接
続して内蔵することによって、パック電池の全体の出力
を各電池セルの合計電圧とすることができるので、コン
パクトにまとめながら高電圧を取り出すことができる。
また、電池セルの接続本数を調整することによって、様
々な電圧を作り出すことができるので、各種電気機器の
電源として好適である。このパック電池に内蔵する電池
セルは繰り返し充電することによって何回でも使用でき
る二次電池が望ましい。
2. Description of the Related Art In a battery pack, a plurality of battery cells are connected in series and built-in, so that the total output of the battery pack can be the total voltage of each battery cell. Can be taken out.
In addition, since various voltages can be generated by adjusting the number of connected battery cells, it is suitable as a power source for various electric devices. The battery cell incorporated in the battery pack is preferably a secondary battery that can be used any number of times by repeatedly charging.
【0003】パック電池に内蔵された電池セルの充電に
当っては、パック電池から各電池セルを取り出すことが
難しいため、パック電池に設けられた出力端子や充電端
子を利用して、直列に接続された各電池セルを同時に充
電することが多い。このとき、各電池セルが直列に接続
されているために、各電池セルに流れる充電電流は同一
である。しかしながら、充電電流が同一でも、個々の電
池セルの容量や端子電圧にバラツキがあると、電池電圧
が上昇を始める時期や満充電に達する時期にもバラツキ
が生じる。
Since it is difficult to take out each battery cell from the battery pack when charging the battery cells built in the battery pack, the battery cells are connected in series using the output terminal and the charging terminal provided on the battery pack. In many cases, the charged battery cells are charged at the same time. At this time, since the battery cells are connected in series, the charging current flowing through each battery cell is the same. However, even if the charging current is the same, if there is a variation in the capacity or terminal voltage of each battery cell, there will also be a variation in the time when the battery voltage starts to rise or the time when it reaches full charge.
【0004】したがって、全ての電池セルを満充電まで
充電しようとすると、残存容量が大きい電池セルから満
充電となって、その後も充電が進行して残存容量が小さ
い電池セルが満充電となる頃には、残存容量が大きい電
池セルは過充電となってしまう。また、端子電圧が高い
電池セルについても、端子電圧が低い電池セルが満充電
に伴う所定の電圧上昇を迎えた頃には、端子電圧が高い
電池セルはそれ以上に電圧が上昇してしまう。このよう
な過充電や端子電圧の異常な上昇を招いた電池セルは、
劣化が著しく、また発熱して危険を招く心配がある。
Therefore, when all the battery cells are to be charged to the full charge, the battery cells having a large remaining capacity are fully charged, and thereafter, the charging is progressed and the battery cells having a small remaining capacity are fully charged. Therefore, a battery cell having a large remaining capacity is overcharged. Also, with respect to the battery cell having a high terminal voltage, when the battery cell having a low terminal voltage reaches a predetermined voltage increase due to full charge, the battery cell having a high terminal voltage further increases in voltage. Battery cells that have caused such overcharge or abnormal rise in terminal voltage are
Deterioration is remarkable, and there is a risk that heat will be generated to cause danger.
【0005】この弊害を防止するために、複数の電池セ
ルのそれぞれの電圧を検出して、充電を制御する充電回
路が開発されている(特開平5−64377号公報)。
この公報に記載される充電回路は、図1に示すように、
それぞれの電池セルの電圧を検出するために、電池セル
1と同じ数のセル電圧検出回路3を備えている。1組の
セル電圧検出回路3は、1個の電池セルの電圧を独立し
て検出する。
In order to prevent this problem, a charging circuit has been developed which controls the charging by detecting the voltage of each of a plurality of battery cells (JP-A-5-64377).
The charging circuit described in this publication, as shown in FIG.
In order to detect the voltage of each battery cell, the same number of cell voltage detection circuits 3 as the battery cells 1 are provided. One set of cell voltage detection circuits 3 independently detects the voltage of one battery cell.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この図に示す充電回路
は、いずれかの電池セルが満充電になると、このことが
セル電圧検出回路に検出されて充電を終了することがで
きる。各電池セルの容量にバラツキがあっても、何れか
の電池セルが満充電されると、充電を停止して電池性能
の低下を防止できる特長がある。
In the charging circuit shown in this figure, when any of the battery cells is fully charged, this is detected by the cell voltage detecting circuit, and the charging can be completed. Even if the capacity of each battery cell varies, when any one of the battery cells is fully charged, there is a feature that charging is stopped to prevent a decrease in battery performance.
【0007】しかしながら、この構造の充電回路は、パ
ック電池に内蔵される電池セルの電圧を検出して、それ
ぞれを独立して充電器に出力するために、電池セルと同
じ数の電圧検出端子2を必要とする。ところが、パック
電池は、電圧検出端子の数が多くなるほど接触不良等の
故障が発生しやすい欠点がある。電圧検出端子に接触不
良が発生すると、充電器は各電池セルの充電電圧を正確
に検出することが不可能となり、電池セルの過充電を確
実に阻止することができなくなる。
However, the charging circuit having this structure detects the voltage of the battery cells incorporated in the battery pack and outputs each voltage to the charger independently. Need. However, the battery pack has a disadvantage that a failure such as poor contact is more likely to occur as the number of voltage detection terminals increases. When a contact failure occurs in the voltage detection terminal, the charger cannot accurately detect the charging voltage of each battery cell, and cannot reliably prevent overcharging of the battery cell.
【0008】次に、パック電池を各種電気機器の電源と
して使用する場合、パック電池に内蔵されている電池セ
ルはそれぞれ残存容量を放電する。しかしながら、各電
池セルの残存容量や放電特性などにバラツキがあると、
各電池セルの残存容量を消費する時間にバラツキが生じ
る。すなわち、パック電池内で互いに直列に接続された
電池セルは、それぞれ一様に容量を消費しても、早く残
存容量を消費する電池セルや、まだ残存容量を残してい
る電池セルなどが存在する。したがって、パック電池内
の全ての電池セルについて、各電池セルの残存容量を全
て消費しようとすると、早く残存容量を消費する電池セ
ルは過放電となり、劣化を招いてしまう。過放電を防止
するためには、早く残存容量を消費する電池セルに合わ
せてパック電池の使用を中止する必要がある。しかしな
がら、この構造を実現するためには、各電池セルのセル
電圧や残存容量について監視しなければならず、複数の
検出端子を設けなければならない。このように検出端子
を複数設けると、前述したように、その分だけ接触不良
が発生しやすいという欠点がある。
Next, when the battery pack is used as a power source for various electric appliances, the battery cells contained in the battery pack discharge their remaining capacity. However, if there is variation in the remaining capacity and discharge characteristics of each battery cell,
The time required to consume the remaining capacity of each battery cell varies. That is, the battery cells connected in series in the pack battery include battery cells that consume the remaining capacity quickly even if the respective capacities are uniformly consumed, and battery cells that still have the remaining capacity. . Therefore, if it is attempted to consume all the remaining capacity of each battery cell in all the battery cells in the battery pack, the battery cell that consumes the remaining capacity early will be over-discharged, causing deterioration. In order to prevent overdischarge, it is necessary to stop using the battery pack in accordance with the battery cell that consumes the remaining capacity as soon as possible. However, in order to realize this structure, the cell voltage and the remaining capacity of each battery cell must be monitored, and a plurality of detection terminals must be provided. Providing a plurality of detection terminals in this way has the disadvantage that poor contact is likely to occur as much as described above.
【0009】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、単
一の電圧検出端子でもって、内蔵する複数の電池セルの
過充電、又は過放電を確実に防止できるパック電池を提
供するにある。
The present invention has been developed with a view to further solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a single voltage detection terminal for overcharging a plurality of built-in battery cells. Another object is to provide a battery pack that can reliably prevent overdischarge.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のパック電池は、
前述の目的を達成するために下記の構成を備える。パッ
ク電池は、充電できる複数の電池セル1を内蔵してい
る。さらに、パック電池は、最大又は最小の電圧となる
電池セル1のセル電圧に対応した電圧を電圧検出端子2
から出力する。電圧が最大又は最小となる電池セル1の
セル電圧に対応した電圧とは、最大電圧又は最小電圧に
一定の係数をかけた電圧である。係数を1とすると、電
池セルの電圧が同じ電圧値で電圧検出端子から出力され
る。
The battery pack of the present invention comprises:
The following structure is provided to achieve the above object. The battery pack includes a plurality of chargeable battery cells 1. Further, the battery pack supplies a voltage corresponding to the cell voltage of the battery cell 1 which becomes the maximum or minimum voltage to the voltage detection terminal 2.
Output from The voltage corresponding to the cell voltage of the battery cell 1 at which the voltage becomes maximum or minimum is a voltage obtained by multiplying the maximum voltage or minimum voltage by a certain coefficient. If the coefficient is 1, the voltage of the battery cell is output from the voltage detection terminal at the same voltage value.
【0011】最大電圧となる電池セルの電圧を出力する
パック電池は、下記の構造を備える。パック電池は、個
々の電池セル1の電圧を検出するセル電圧検出回路3を
内蔵する。セル電圧検出回路3は、最大電圧出力回路4
を介して電圧検出端子2に接続している。最大電圧出力
回路4は、個々の電池セル1のセル電圧から最大電圧を
選択して電圧検出端子2に出力する。
The battery pack that outputs the voltage of the battery cell that has the maximum voltage has the following structure. The battery pack includes a cell voltage detection circuit 3 for detecting the voltage of each battery cell 1. The cell voltage detection circuit 3 includes a maximum voltage output circuit 4
Is connected to the voltage detection terminal 2 via the. The maximum voltage output circuit 4 selects the maximum voltage from the cell voltages of the individual battery cells 1 and outputs the maximum voltage to the voltage detection terminal 2.
【0012】電池セル1の最小電圧を出力するパック電
池は、個々の電池セル1の電圧を検出するセル電圧検出
回路3を、最小電圧出力回路5を介して電圧検出端子2
に接続している。最小電圧出力回路5は、個々の電池セ
ル1のセル電圧から最小電圧を選択して電圧検出端子2
に出力する
The battery pack that outputs the minimum voltage of the battery cell 1 includes a cell voltage detection circuit 3 for detecting the voltage of each battery cell 1 and a voltage detection terminal 2 via a minimum voltage output circuit 5.
Connected to. The minimum voltage output circuit 5 selects the minimum voltage from the cell voltages of the individual battery cells 1 and
Output to
【0013】[0013]
【作用】本発明のパック電池によれば、各セル電圧検出
回路3が個々の電池セル1のセル電圧を検出する。そし
て、最大電圧出力回路4は、各セル電圧検出回路3に検
出された個々のセル電圧の中から最大電圧だけを選択し
て、最大のセル電圧に対応した電圧を電圧検出端子2に
出力する。電圧検出端子2は、個々の電池セルの電圧を
別々に出力しない。電圧が最大、又は最小となる電池セ
ルのセル電圧のみを選択して出力する。パック電池を充
電するとき、電圧検出端子2は、電圧が最大となる電池
セルのセル電圧に対応する電圧を出力する。このよう
に、個々の電池セルのセル電圧の中から最大電圧だけを
検出して出力する本発明のパック電池は、複数の電池セ
ルの中から最も早く満充電を迎えたり、セル電圧が上昇
した電池セルに対して、満充電の到来時期やセル電圧の
上昇時期を知ることができる。従って、どの電池セルに
対しても過充電やセル電圧の異常な上昇を招く前に、充
電を中止することができる。その結果、全ての電池セル
に対して過充電やセル電圧の異常な上昇を未然に防止す
ることができ、電池セルの劣化を抑制し、長期にわたっ
てパック電池を繰り返し使用できる。
According to the battery pack of the present invention, each cell voltage detection circuit detects the cell voltage of each battery cell. Then, the maximum voltage output circuit 4 selects only the maximum voltage from the individual cell voltages detected by each cell voltage detection circuit 3 and outputs a voltage corresponding to the maximum cell voltage to the voltage detection terminal 2. . The voltage detection terminal 2 does not separately output the voltage of each battery cell. Only the cell voltage of the battery cell having the maximum or minimum voltage is selected and output. When charging the battery pack, the voltage detection terminal 2 outputs a voltage corresponding to the cell voltage of the battery cell having the maximum voltage. As described above, the battery pack of the present invention that detects and outputs only the maximum voltage from the cell voltages of the individual battery cells reaches the fullest charge among the plurality of battery cells or the cell voltage increases. It is possible to know the arrival time of the full charge and the rise time of the cell voltage for the battery cell. Therefore, the charging can be stopped before any of the battery cells are overcharged or the cell voltage abnormally rises. As a result, overcharging and abnormal rise in cell voltage can be prevented for all the battery cells, deterioration of the battery cells can be suppressed, and the battery pack can be used repeatedly over a long period of time.
【0014】さらに、電圧検出端子2はパック電池を放
電するときに、電圧が最も低くなる電池セル1のセル電
圧に対応する電圧を出力する。パック電池を放電すると
きに各電池セル1の中で最もセル電圧の低い電池セル
は、最も早く残存容量を消費し、さらに放電を続けると
過放電されてしまう電池セル1である。本発明のパック
電池は、この電池セル1のセル電圧の中から最小電圧だ
けの選択して、これに対応する電圧を電圧出力端子2に
出力する。従って、どの電池セルに対しても過放電にな
る前に放電を中止することができる。
Further, when the battery pack is discharged, the voltage detection terminal 2 outputs a voltage corresponding to the cell voltage of the battery cell 1 having the lowest voltage. The battery cell having the lowest cell voltage among the battery cells 1 when the battery pack is discharged is the battery cell 1 that consumes the remaining capacity at the earliest and is over-discharged when the discharge is further continued. The battery pack of the present invention selects only the minimum voltage from the cell voltages of the battery cells 1 and outputs a voltage corresponding to the minimum voltage to the voltage output terminal 2. Therefore, the discharge can be stopped before any of the battery cells is overdischarged.
【0015】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想
を具体化するためのパック電池を例示するものであっ
て、本発明はパック電池の構成を下記のものに特定しな
い。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the following examples illustrate a battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the configuration of the battery pack as follows.
【0016】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施例に示される部材に対応する番
号を、「特許請求の範囲の欄」、「作用の欄」、および
「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付
記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、
実施例の部材に特定するものでは決してない。
Further, in this specification, in order to make it easy to understand the claims, the numbers corresponding to the members shown in the embodiments are referred to as "claims", "actions", and "actions". In the column of "Means for solving the problem". However, the members shown in the claims are
It is by no means specific to the members of the embodiment.
【0017】図2に示すパック電池は、ケース内に、3
個の電池セル1と、3組のセル電圧検出回路3と、最大
電圧出力回路4とを内蔵している。ケースには、+−の
出力端子6と、電池セル1の最大電圧を出力する単一の
電圧検出端子2とを設けている。
The battery pack shown in FIG.
The battery cell 1 includes three battery cells 1, three sets of cell voltage detection circuits 3, and a maximum voltage output circuit 4. The case is provided with a +-output terminal 6 and a single voltage detection terminal 2 that outputs the maximum voltage of the battery cell 1.
【0018】電池セル1は充電できる二次電池で、3個
の電池セル1を直列に接続している。電池セル1には、
リチウムイオン二次電池等の非水系二次電池、ニッケル
カドミウム電池やニッケル水素電池等の二次電池が使用
されるが、少ない個数で出力電圧を高くし、さらに、小
型で大容量とするためにはリチウムイオン二次電池が最
適である。直列に接続された電池セル1は、+極と−極
とを出力端子6に接続している。
The battery cell 1 is a rechargeable secondary battery in which three battery cells 1 are connected in series. In the battery cell 1,
Non-aqueous secondary batteries such as lithium-ion secondary batteries, and secondary batteries such as nickel cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries are used. The most suitable is a lithium ion secondary battery. In the battery cells 1 connected in series, the positive pole and the negative pole are connected to the output terminal 6.
【0019】セル電圧検出回路3は、3個の電池セル1
の電圧を独立して別々に検出する。このセル電圧検出回
路3は、出力側にダイオード7を接続した差動アンプ8
を備える。差動アンプ8は+側入力端子を電池セル1の
+極に、−側入力端子を電池セル1の−側に接続してい
る。差動アンプ8は、入力側と出力側とに接続する抵抗
の抵抗値で増幅率を調整して、電池セル1の電圧に対す
る出力電圧を調整できる。好ましくは、差動アンプ8は
増幅率を1として、電池セル1の電圧と同じ電圧を出力
する。
The cell voltage detection circuit 3 includes three battery cells 1
Are detected independently and separately. The cell voltage detection circuit 3 includes a differential amplifier 8 having a diode 7 connected to the output side.
Is provided. The differential amplifier 8 has a + input terminal connected to the + pole of the battery cell 1 and a − input terminal connected to the − side of the battery cell 1. The differential amplifier 8 can adjust the amplification factor by the resistance value of the resistor connected to the input side and the output side, and can adjust the output voltage with respect to the voltage of the battery cell 1. Preferably, the differential amplifier 8 outputs the same voltage as the voltage of the battery cell 1 with an amplification factor of 1.
【0020】最大電圧出力回路4は、差動アンプである
バッファーアンプ9で構成される。この最大電圧出力回
路4は、バッファーアンプ9の+側入力端子に、ダイオ
ード7を介して3組のセル電圧検出回路3の出力を接続
し、出力端子6を電圧検出端子2に接続している。バッ
ファーアンプ9の増幅率を1とするために、バッファー
アンプ9は、−側入力端子を出力側に接続している。最
大電圧出力回路4を構成するバッファーアンプ9は、+
側入力端子に、ダイオード7を介してセル電圧検出回路
3の最大電圧が入力される。したがって、最大電圧出力
回路4から出力される電圧は、3個の電池セル1の最大
電圧となる。さらに、この回路は、セル電圧検出回路3
と最大電圧出力回路4の増幅率を1としているので、3
個の電池セル1の最大電圧が同じ電圧として電圧検出端
子2から出力される。このように、電圧検出端子2が電
池セル1の最大電圧と同じ電圧で出力するパック電池
は、回路の調整を簡単にできる特長がある。
The maximum voltage output circuit 4 comprises a buffer amplifier 9 which is a differential amplifier. In the maximum voltage output circuit 4, the outputs of three sets of cell voltage detection circuits 3 are connected to the + input terminal of a buffer amplifier 9 via a diode 7, and the output terminal 6 is connected to the voltage detection terminal 2. . In order to set the amplification factor of the buffer amplifier 9 to 1, the buffer amplifier 9 has a negative input terminal connected to the output side. The buffer amplifier 9 constituting the maximum voltage output circuit 4 has +
The maximum voltage of the cell voltage detection circuit 3 is input to the side input terminal via the diode 7. Therefore, the voltage output from the maximum voltage output circuit 4 is the maximum voltage of the three battery cells 1. Further, this circuit includes a cell voltage detection circuit 3
And the amplification factor of the maximum voltage output circuit 4 is 1,
The maximum voltage of the battery cells 1 is output from the voltage detection terminal 2 as the same voltage. As described above, the battery pack in which the voltage detection terminal 2 outputs the same voltage as the maximum voltage of the battery cell 1 has a feature that circuit adjustment can be easily performed.
【0021】この構造のパック電池は、図2に示すよう
に、電圧検出端子2の電圧を検出して、充電電流を制御
する充電器10で充電される。充電器10は、直流電源
11と、充電電流を制御するスイッチング素子12と、
スイッチング素子12を制御するコンパレータ13とを
備える。コンパレータ13は、+側入力端子に基準電源
14を、−側入力端子を電圧検出端子2に接続し、出力
側にスイッチング素子12であるトランジスタのベース
に接続している。
As shown in FIG. 2, the battery pack having this structure is charged by a charger 10 which detects a voltage of a voltage detection terminal 2 and controls a charging current. The charger 10 includes a DC power supply 11, a switching element 12 for controlling a charging current,
A comparator for controlling the switching element; The comparator 13 has a reference input terminal 14 connected to the + input terminal, a negative input terminal connected to the voltage detection terminal 2, and an output terminal connected to the base of a transistor which is the switching element 12.
【0022】この充電器は、下記の動作をしてパック電
池を充電する。 パック電池を充電する初期に、スイッチング素子1
2はオン状態となる。コンパレータ13の−側入力端子
に入力される電圧が、基準電源14の電圧よりも低く、
コンパレータ13は、+の信号を出力してスイッチング
素子12であるトランジスタにベース電流を流してオン
とするからである。 電池セル1の充電が進行して、いずれかの電池セル
1が満充電になると、スイッチング素子12はオフ状態
となってパック電池の充電を停止する。それは、いずれ
かの電池セル1が満充電になると、電圧検出端子2から
出力される電圧が、コンパレータ13の基準電源14の
電圧よりも高くなり、コンパレータ13の出力が−にな
ってスイッチング素子12のベース電流が流れなくなる
からである。したがって、図2に示すパック電池と充電
器とは、電池セル1のいずれかが満充電になると充電が
停止される。
This charger performs the following operations to charge the battery pack. In the initial stage of charging the battery pack, the switching element 1
2 is turned on. The voltage input to the negative input terminal of the comparator 13 is lower than the voltage of the reference power supply 14,
This is because the comparator 13 outputs a + signal and supplies a base current to the transistor as the switching element 12 to turn on the transistor. When the charging of the battery cells 1 progresses and one of the battery cells 1 is fully charged, the switching element 12 is turned off to stop charging the battery pack. When any one of the battery cells 1 is fully charged, the voltage output from the voltage detection terminal 2 becomes higher than the voltage of the reference power supply 14 of the comparator 13, and the output of the comparator 13 becomes − so that the switching element 12 This is because the base current stops flowing. Therefore, the charging of the battery pack and the charger shown in FIG. 2 is stopped when any of the battery cells 1 is fully charged.
【0023】さらに図3は、パック電池にも充電を停止
するスイッチング回路15を内蔵した具体例を示してい
る。この図に示すパック電池は、2個の電池セル1と、
2組のセル電圧検出回路3と、最大電圧出力回路4と、
スイッチング回路15とを内蔵している。セル電圧検出
回路3と最大電圧出力回路4とは図2に示す回路と同じ
動作をして、2個の電池セル1の大きい電圧を電圧検出
端子2に出力する。
FIG. 3 shows a specific example in which the switching circuit 15 for stopping charging is also incorporated in the battery pack. The battery pack shown in this figure has two battery cells 1 and
Two sets of cell voltage detection circuits 3, a maximum voltage output circuit 4,
The switching circuit 15 is built in. The cell voltage detection circuit 3 and the maximum voltage output circuit 4 operate in the same manner as the circuit shown in FIG. 2 to output a large voltage of the two battery cells 1 to the voltage detection terminal 2.
【0024】スイッチング回路15は、電池セル1と接
続されたスイッチング素子16と、このスイッチング素
子16をオンオフ制御するコンパレータ17とを備え
る。スイッチング素子16はFETで、コンパレータ1
7の出力でオンオフ制御される。コンパレータ17が+
信号を出力するとき、スイッチング素子16はオン、−
信号を出力するときにオフとなる。スイッチング素子1
6がオフになると、電池セル1の−極は出力端子6から
電気的に切り離されて充電が停止される。コンパレータ
17は、−側入力端子をセル電圧検出回路3の出力側の
ダイオード7に、+側入力端子を基準電源18に接続し
て、セル電圧検出回路3の出力電圧を基準電源18に比
較する。セル電圧検出回路3の出力電圧が、基準電源1
8の電圧よりも高くなると、コンパレータ17の出力は
−信号となり、セル電圧検出回路3の電圧が基準電源1
8よりも高いときに+信号を出力する。コンパレータ1
7の+信号はスイッチング素子16をオンとし、−信号
はスイッチング素子16をオフとする。パック電池に内
蔵されるコンパレータ17に接続する基準電源18は、
好ましくは、充電器10の基準電源14よりも多少高い
電圧とする。パック電池のコンパレータ17に接続する
基準電源18を、充電器の基準電源14よりも多少高く
設定しておくと、通常は充電器のスイッチング素子12
で充電を停止するが、充電器10が充電を停止できない
ときに、パック電池自体に内蔵するスイッチング素子1
6で充電を強制的に停止することができる。このため、
二重の保護回路で、電池セルの過充電をより確実に防止
できる特長がある。
The switching circuit 15 includes a switching element 16 connected to the battery cell 1 and a comparator 17 for controlling the switching element 16 to turn on and off. The switching element 16 is an FET and the comparator 1
On / off control is carried out by the output of No. 7. Comparator 17 is +
When outputting a signal, the switching element 16 is turned on,
Turns off when outputting a signal. Switching element 1
When the battery 6 is turned off, the negative electrode of the battery cell 1 is electrically disconnected from the output terminal 6 and charging is stopped. The comparator 17 connects the negative input terminal to the diode 7 on the output side of the cell voltage detection circuit 3 and the positive input terminal to the reference power supply 18, and compares the output voltage of the cell voltage detection circuit 3 with the reference power supply 18. . The output voltage of the cell voltage detection circuit 3 is
8, the output of the comparator 17 becomes a negative signal, and the voltage of the cell voltage detection circuit 3 becomes
When it is higher than 8, a + signal is output. Comparator 1
The + signal of 7 turns the switching element 16 on, and the-signal turns the switching element 16 off. The reference power supply 18 connected to the comparator 17 built in the battery pack
Preferably, the voltage is slightly higher than the reference power supply 14 of the charger 10. If the reference power supply 18 connected to the comparator 17 of the battery pack is set slightly higher than the reference power supply 14 of the charger, the switching element 12 of the charger is normally used.
When the charger 10 cannot stop charging, the switching element 1 built in the battery pack itself is stopped.
In step 6, charging can be forcibly stopped. For this reason,
The dual protection circuit has the feature that battery cells can be more reliably prevented from overcharging.
【0025】ただ、パック電池のコンパレータ17に接
続する基準電源18は、充電器のコンパレータ13に接
続する基準電源14よりも多少低くすることもできる。
この構造のパック電池は、電池セル1が満充電になる
と、パック電池のスイッチング素子16がオフになって
充電が停止され、万一パック電池のスイッチング素子1
6がオフにならないときに、充電器のスイッチング素子
12がオフになり、パック電池と充電器の両方で電池セ
ルの過充電が保護される。
However, the reference power supply 18 connected to the comparator 17 of the battery pack can be slightly lower than the reference power supply 14 connected to the comparator 13 of the charger.
In the battery pack of this structure, when the battery cell 1 is fully charged, the switching element 16 of the battery pack is turned off to stop charging, and the switching element 1
When the battery 6 is not turned off, the switching element 12 of the charger is turned off, and the overcharge of the battery cell is protected by both the battery pack and the charger.
【0026】さらに、本発明のパック電池は、電池セル
の最小電圧を検出して過放電を防止することもできる。
この回路を図4に示している。この図のパック電池は、
図2に示すパック電池と同じタイプの電池セル1を2個
直列に接続しており、各電池セル1の電圧を検出するた
めに、2組のセル電圧検出回路3を内蔵し、さらに、セ
ル電圧検出回路3の最小電圧を検出するために最小電圧
出力回路5も内蔵している。
Further, the battery pack of the present invention can detect the minimum voltage of the battery cell to prevent overdischarge.
This circuit is shown in FIG. The battery pack in this figure is
Two battery cells 1 of the same type as the battery pack shown in FIG. 2 are connected in series, and two sets of cell voltage detection circuits 3 are built in to detect the voltage of each battery cell 1. A minimum voltage output circuit 5 for detecting the minimum voltage of the voltage detection circuit 3 is also provided.
【0027】セル電圧検出回路3は、図2に示すパック
電池と同様の回路で、同じようにして電池セル1の電圧
を検出して出力する。最小電圧出力回路5は、2組のセ
ル電圧検出回路3の出力電圧を比較して+−の信号を出
力するコンパレータ19と、コンパレータ19でスイッ
チングされる並列スイッチング回路20と、並列スイッ
チング回路20にスイッチングされて、何れかのセル電
圧検出回路3の出力側を電圧検出端子2に接続する直列
スイッチング回路21と、コンパレータ19の出力信号
を反転させる反転増幅回路22とを備える。
The cell voltage detecting circuit 3 is a circuit similar to the battery pack shown in FIG. 2, and detects and outputs the voltage of the battery cell 1 in the same manner. The minimum voltage output circuit 5 includes a comparator 19 that compares the output voltages of the two sets of cell voltage detection circuits 3 and outputs a +/− signal, a parallel switching circuit 20 switched by the comparator 19, and a parallel switching circuit 20. It includes a serial switching circuit 21 that is switched to connect the output side of any one of the cell voltage detection circuits 3 to the voltage detection terminal 2, and an inverting amplifier circuit 22 that inverts an output signal of the comparator 19.
【0028】並列スイッチング回路20と直列スイッチ
ング回路21とは、2組のFETを並列に、あるいは直
列に接続したものである。並列スイッチング回路20と
直列スイッチング回路21とはそれぞれ2組あり、一方
がオンときに、他方はオフに制御される。コンパレータ
19の出力側には、2組の並列スイッチング回路20を
接続するが、一方の並列スイッチング回路20は直接
に、他方の並列スイッチング回路20は反転増幅回路2
2を介して接続される。このように接続された2組の並
列スイッチング回路20は、コンパレータ19の出力信
号で、一方がオンときに、他方がオフとなる。反転増幅
回路22によって+−逆の信号が入力されるからであ
る。
The parallel switching circuit 20 and the series switching circuit 21 are obtained by connecting two sets of FETs in parallel or in series. There are two sets of the parallel switching circuit 20 and two sets of the series switching circuit 21. When one of them is turned on, the other is turned off. Two sets of parallel switching circuits 20 are connected to the output side of the comparator 19. One of the parallel switching circuits 20 is directly connected, and the other is connected to the inverting amplifier circuit 2.
2 are connected. The two sets of the parallel switching circuits 20 connected in this manner are output signals of the comparator 19, and when one of them is on, the other is off. This is because the +/− reverse signal is input by the inverting amplifier circuit 22.
【0029】直列スイッチング回路21は、FETのゲ
ートを、並列スイッチング回路20のソースに接続して
いる。したがって、直列スイッチング回路21のFET
は、並列スイッチング回路20がオンになると、ドレイ
ンに対するゲートにバイアス電圧が入力されてオン状態
となる。反対に、並列スイッチング回路20がオフにな
ると、ゲートにバイアス電圧が入力されず、直列スイッ
チング回路21はオフとなる。
The series switching circuit 21 connects the gate of the FET to the source of the parallel switching circuit 20. Therefore, the FET of the series switching circuit 21
When the parallel switching circuit 20 is turned on, a bias voltage is input to the gate with respect to the drain, and the transistor is turned on. Conversely, when the parallel switching circuit 20 is turned off, no bias voltage is input to the gate, and the series switching circuit 21 is turned off.
【0030】この最小電圧出力回路は下記の動作をし
て、セル電圧検出回路の最小電圧を電圧検出端子に出力
する。 [図4において上の電池セルの電圧が下の電池セルの電
圧よりも低いとき] この状態で、コンパレータ19の出力は+となる。
コンパレータ19の+側入力端子が−側入力端子よりも
大きくなるからである。 コンパレータ19の出力が+であると、上側の並列
スイッチング回路20のFETがオンとなり、下側の並
列スイッチング回路20はオフとなる。上側の並列スイ
ッチング回路20のFETのゲートにバイアス電圧が印
加されるからである。下側の並列スイッチング回路20
は、反転増幅回路22でもって+−が反転された信号が
入力されるのでオフ状態となる。 上側の並列スイッチング回路20のFETがオンに
なると、上側の直列スイッチング回路21のFETもオ
ンとなる。上側FETのゲートにバイアス電圧が印加さ
れるからである。下側の直列スイッチング回路21は、
オフ状態の並列スイッチング回路20によってオフ状態
となる。 したがって、オン状態となる上側直列スイッチング
回路21を介して、上の電池セル1に接続したセル電圧
検出回路3の出力が、電圧検出端子2に接続され、下の
セル電圧検出回路3の出力は、オフ状態の直列スイッチ
ング回路21によって電圧検出端子2から電気的に切り
離される。
The minimum voltage output circuit operates as follows to output the minimum voltage of the cell voltage detection circuit to the voltage detection terminal. [When the voltage of the upper battery cell is lower than the voltage of the lower battery cell in FIG. 4] In this state, the output of the comparator 19 becomes +.
This is because the plus side input terminal of the comparator 19 is larger than the minus side input terminal. When the output of the comparator 19 is +, the FET of the upper parallel switching circuit 20 is turned on, and the lower parallel switching circuit 20 is turned off. This is because a bias voltage is applied to the gate of the FET of the upper parallel switching circuit 20. Lower parallel switching circuit 20
Is turned off because a signal whose +-is inverted by the inverting amplifier circuit 22 is input. When the FET of the upper parallel switching circuit 20 is turned on, the FET of the upper series switching circuit 21 is also turned on. This is because a bias voltage is applied to the gate of the upper FET. The lower series switching circuit 21
It is turned off by the parallel switching circuit 20 in the off state. Therefore, the output of the cell voltage detection circuit 3 connected to the upper battery cell 1 is connected to the voltage detection terminal 2 via the upper series switching circuit 21 that is turned on, and the output of the lower cell voltage detection circuit 3 is , Is electrically disconnected from the voltage detection terminal 2 by the series switching circuit 21 in the off state.
【0031】[図4において下の電池セルの電圧が上の
電池セルの電圧よりも低いとき]この状態になると、コ
ンパレータ19は−信号を出力し、これが反転増幅回路
22に反転されて+となり、下の並列スイッチング回路
20をオンとする。下の並列スイッチング回路20は下
側の直列スイッチング回路21をオンとして、下のセル
電圧検出回路3を電圧検出端子2に接続する。
[When the voltage of the lower battery cell is lower than the voltage of the upper battery cell in FIG. 4] In this state, the comparator 19 outputs a-signal, which is inverted by the inverting amplifier circuit 22 to become +. , The lower parallel switching circuit 20 is turned on. The lower parallel switching circuit 20 turns on the lower series switching circuit 21 and connects the lower cell voltage detection circuit 3 to the voltage detection terminal 2.
【0032】上の並列スイッチング回路20はコンパレ
ータ19の−信号によってオフに制御され、したがっ
て、上の直列スイッチング回路21がオフ状態となり、
上のセル電圧検出回路3を電圧検出端子2から電気的に
切り離す。すなわち、電圧が低い下の電池セル1の電圧
を電圧検出端子2に出力する。
The upper parallel switching circuit 20 is controlled to be off by the negative signal of the comparator 19, so that the upper series switching circuit 21 is turned off,
The upper cell voltage detection circuit 3 is electrically disconnected from the voltage detection terminal 2. That is, the voltage of the battery cell 1 having a lower voltage is output to the voltage detection terminal 2.
【0033】図4に示すパック電池は、電圧検出端子2
の電圧を検出して、放電電流を制御する電気機器23に
使用される。電気機器23は、負荷24と、放電電流を
制御するスイッチング回路25と、スイッチング回路2
5を制御するコンパレータ26とを備える。コンパレー
タ26は、+側入力端子に基準電源を、−側入力端子を
電圧検出端子2に接続し、出力側にスイッチング回路を
接続している。スイッチング回路25は、負荷と端子と
に接続したスイッチングFET27と、このスイッチン
グFET27をオンオフ制御する制御FET28とで構
成される。制御FET28がオンになると、スイッチン
グFET27はゲートがアースに接続されてオフとな
る。反対に制御FET28がオフになると、スイッチン
グFET27はアースに接続されずにオンとなる。
The battery pack shown in FIG.
Is used for the electric equipment 23 which controls the discharge current by detecting the voltage. The electric device 23 includes a load 24, a switching circuit 25 for controlling a discharge current, and a switching circuit 2
And a comparator 26 for controlling the control circuit 5. The comparator 26 has a + input terminal connected to a reference power supply, a − input terminal connected to the voltage detection terminal 2, and an output side connected to a switching circuit. The switching circuit 25 includes a switching FET 27 connected to a load and a terminal, and a control FET 28 for controlling the switching FET 27 to turn on and off. When the control FET 28 is turned on, the switching FET 27 is turned off because the gate is connected to the ground. Conversely, when the control FET 28 is turned off, the switching FET 27 is turned on without being connected to the ground.
【0034】この電気機器は、下記の動作をしてパック
電池を放電する。 パック電池を放電する初期に、スイッチングFET
27は、オン状態となる。コンパレータ26の−側入力
端子に入力される電圧が、基準電源の電圧よりも高く、
コンパレータ26は、−の信号を出力して制御FET2
8をオフとし、これがスイッチングFET27をオンと
するからである。 電池セル1の放電が進行して、いずれかの電池セル
1が完全に放電されると、スイッチングFET27はオ
フ状態となってパック電池の放電を停止する。それは、
いずれかの電池セル1が完全に放電されると、電圧検出
端子2から出力される電圧が、コンパレータ26の基準
電源の電圧よりも低くなり、コンパレータ26の出力が
+となって制御FET28がオンとなり、これがスイッ
チングFET27をオフとするからである。
The electric device discharges the battery pack by performing the following operations. In the early stage of discharging the battery pack, the switching FET
27 is turned on. The voltage input to the negative input terminal of the comparator 26 is higher than the voltage of the reference power supply,
The comparator 26 outputs a negative signal to control FET2
8 is turned off, which turns on the switching FET 27. When the discharge of the battery cell 1 progresses and one of the battery cells 1 is completely discharged, the switching FET 27 is turned off to stop discharging the battery pack. that is,
When one of the battery cells 1 is completely discharged, the voltage output from the voltage detection terminal 2 becomes lower than the voltage of the reference power supply of the comparator 26, the output of the comparator 26 becomes +, and the control FET 28 is turned on. This is because the switching FET 27 is turned off.
【0035】[0035]
【発明の効果】本発明のパック電池は、充電するとき、
セル電圧が最大となる電池セルの電圧のみを選択して電
圧検出端子に出力する。このため、複数の電池セルの中
から最も早く満充電を迎えたり、セル電圧が上昇した電
池セルに対して、満充電の到来時期やセル電圧の上昇時
期を知ることができる。したがって、充電するときに、
電圧検出端子の出力を監視することにより、どの電池セ
ルに対しても過充電やセル電圧の異常な上昇を招く前
に、充電を中止することができ、全ての電池セルに対し
て過充電やセル電圧の異常な上昇を未然に防止すること
ができる。このため、本発明のパック電池は、電池セル
の劣化を抑制して、長期にわたってパック電池を繰り返
し使用できる特長がある。さらに、本発明のパック電池
は、放電するときに、電圧が最も低くなる電池セルのセ
ル電圧に対応する電圧を電圧検出端子から出力する。パ
ック電池を放電するときに各電池セルの中で最もセル電
圧が低くなる電池セルは、最も早く残存容量を消費し、
さらに放電を続けると過放電されてしまう電池セルであ
る。本発明のパック電池は、この電池セルのセル電圧の
中から最小電圧だけの選択して、これに対応する電圧を
電圧出力端子に出力するので、どの電池セルに対しても
過放電になる前に放電を中止することができる。
When the battery pack of the present invention is charged,
Only the voltage of the battery cell having the maximum cell voltage is selected and output to the voltage detection terminal. For this reason, it is possible to know the arrival time of the full charge and the rise time of the cell voltage for the battery cell which has reached the full charge earliest among the plurality of battery cells or the battery cell whose cell voltage has increased. Therefore, when charging
By monitoring the output of the voltage detection terminal, charging can be stopped before any battery cell is overcharged or an abnormal increase in cell voltage is caused, and all battery cells are overcharged or overcharged. An abnormal rise in cell voltage can be prevented. Therefore, the battery pack of the present invention has a feature that the battery pack can be repeatedly used for a long period of time while suppressing the deterioration of the battery cells. Further, when the battery pack of the present invention discharges, a voltage corresponding to the cell voltage of the battery cell having the lowest voltage is output from the voltage detection terminal. When discharging the battery pack, the battery cell with the lowest cell voltage among the battery cells consumes the remaining capacity first,
The battery cell is over-discharged when the discharge is further continued. The battery pack of the present invention selects only the minimum voltage from the cell voltages of the battery cells and outputs the corresponding voltage to the voltage output terminal. Discharge can be stopped.
【0036】さらに又、本発明のパック電池の特筆すべ
き特長は、単一の電圧検出端子の出力電圧でもって、複
数の電池セルの過充電、又は過放電を有効に防止できる
ことにある。それは、本発明のパック電池が、電圧が最
大又は最小となる電池セルのセル電圧だけを選択して電
圧検出端子に出力するからである。このパック電池は、
充電器、又は電気機器に接続する端子数を少なくして、
接触不良等の故障を極減して、電池セルの過充電、又は
過放電を効果的に防止できる特長がある。
Further, a notable feature of the battery pack of the present invention is that overcharging or overdischarging of a plurality of battery cells can be effectively prevented by the output voltage of a single voltage detection terminal. This is because the battery pack of the present invention selects only the cell voltage of the battery cell having the maximum or minimum voltage and outputs it to the voltage detection terminal. This battery pack is
Reduce the number of terminals connected to the charger or electrical equipment,
There is a feature that a failure such as poor contact can be minimized, and overcharging or overdischarging of the battery cell can be effectively prevented.
【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]
【図1】 複数の電池セルを充電する従来の直流装置の
一例を示す回路図
FIG. 1 is a circuit diagram showing an example of a conventional DC device for charging a plurality of battery cells.
【図2】 本発明の実施例のパック電池とその充電器と
を示す回路図
FIG. 2 is a circuit diagram showing a battery pack and its charger according to an embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の他の実施例のパック電池とその充電
器とを示す回路図
FIG. 3 is a circuit diagram showing a battery pack and a battery charger according to another embodiment of the present invention.
【図4】 さらに本発明の他の実施例のパック電池とそ
の充電器とを示す回路図
FIG. 4 is a circuit diagram showing a battery pack and a battery charger according to another embodiment of the present invention.
【符号の説明】 1…電池セル 2…電圧検出端子 3…セル電圧検出回路 4…最大電圧出力回路 5…最小電圧出力回路 6…出力端子 7…ダイオード 8…差動アンプ 9…バッファーアンプ 10…充電器 11…直流電源 12…スイッチング素子 13…コンパレータ 14…基準電源 15…スイッチング回路 16…スイッチング素子 17…コンパレータ 18…基準電源 19…コンパレータ 20…並列スイッチング回路 21…直列スイッチング回路 22…反転増幅回路 23…電気機器 24…負荷 25…スイッチング回路 26…コンパレータ 27…スイッチングFET 28…制御FET[Description of Signs] 1 ... Battery cell 2 ... Voltage detection terminal 3 ... Cell voltage detection circuit 4 ... Maximum voltage output circuit 5 ... Minimum voltage output circuit 6 ... Output terminal 7 ... Diode 8 ... Differential amplifier 9 ... Buffer amplifier 10 ... Charger 11 DC power supply 12 Switching element 13 Comparator 14 Reference power supply 15 Switching circuit 16 Switching element 17 Comparator 18 Reference power supply 19 Comparator 20 Parallel switching circuit 21 Series switching circuit 22 Inverting amplifier circuit 23 ... Electrical equipment 24 ... Load 25 ... Switching circuit 26 ... Comparator 27 ... Switching FET 28 ... Control FET

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】(57) [Claims]
  1. 【請求項1】 充電できる複数の電池セル(1)を内蔵す
    るパック電池において、個々の電池セル(1)の電圧を検
    出するセル電圧検出回路(3)を内蔵しており、セル電圧
    検出回路(3)は最大電圧出力回路(4)を介して電圧検出端
    子(2)に接続されており、最大電圧出力回路(4)は、個々
    の電池セル(1)のセル電圧から最大電圧だけを選択して
    これに対応する電圧を電圧検出端子(2)に出力するよう
    に構成されてなることを特徴とするパック電池。
    1. A battery pack comprising a plurality of chargeable battery cells (1), comprising a cell voltage detection circuit (3) for detecting the voltage of each battery cell (1), wherein the cell voltage detection circuit (3) is connected to the voltage detection terminal (2) via the maximum voltage output circuit (4), and the maximum voltage output circuit (4) detects only the maximum voltage from the cell voltage of each battery cell (1). A battery pack characterized in that it is configured to select and output a voltage corresponding thereto to a voltage detection terminal (2).
  2. 【請求項2】 充電できる複数の電池セル(1)を内蔵す
    るパック電池において、個々の電池セル(1)の電圧を検
    出するセル電圧検出回路(3)を内蔵しており、セル電圧
    検出回路(3)は最小電圧出力回路(5)を介して電圧検出端
    子(2)に接続されており、最小電圧出力回路(5)は、個々
    の電池セル(1)のセル電圧から最小電圧だけを選択して
    これに対応する電圧を電圧検出端子(2)に出力するよう
    に構成されてなることを特徴とするパック電池。
    2. A battery pack comprising a plurality of rechargeable battery cells (1), comprising a cell voltage detection circuit (3) for detecting the voltage of each of the battery cells (1). (3) is connected to the voltage detection terminal (2) via the minimum voltage output circuit (5), and the minimum voltage output circuit (5) detects only the minimum voltage from the cell voltage of each battery cell (1). A battery pack characterized in that it is configured to select and output a voltage corresponding thereto to a voltage detection terminal (2).
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