JP3690728B2

JP3690728B2 - 簡易保護式電池パック

Info

Publication number: JP3690728B2
Application number: JP2000215748A
Authority: JP
Inventors: 智園部
Original assignee: Ｎｅｃトーキン栃木株式会社
Priority date: 2000-07-17
Filing date: 2000-07-17
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2020-07-17
Also published as: JP2002033134A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１個以上のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
図４は従来の保護機能付き電池パックの構成例を示す図であり、１１はセル、１２はＰＴＣ、１３は保護ｌＣ、Ｑｌは放電制御スイッチ素子、Ｑ２は充電制御スイッチ素子を示す。
【０００３】
電池パックの従来の保護回路は、図４に示すようにセル１１と、保護機能を有する素子であるＰＴＣ１２と、放電制御スイッチ素子Ｑｌと、充電制御スイッチ素子Ｑ２と、外部のスイッチ素子である放電制御スイッチ素子Ｑｌ、充電制御スイッチ素子Ｑ２をオン／オフ制御し過充電や過放電、過電流の保護を行うための保護ｌＣ１３からなる。セル１１は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの化学セルである。
【０００４】
上記のように従来の電池パックでは、保護回路に温度検出部はなく、温度に対する保護を行うためには、ＰＴＣのような保護機能を有する素子や温度ヒューズを使用するため高価、複雑になる。このようにリチウムイオン電池の保護回路が複雑になる理由は、過充電や過放電、過電流に対して十分な保護を行わないと事故が拡大する可能性があるからであり、そのために正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂を使用した電池では、上記のように二重、三重の保護を行うことにより安全性の高めるようにしている。
【０００５】
ＰＴＣは、二次電池側に実装されて、二次電池の温度が高温になった場合に充電・放電電流を流さないように高インピーダンスになる正温度特性サーミスタであるが、近年、二次電池の小型化に伴って、ＰＴＣの実装エリアがなくなってきている。
【０００６】
また、温度ヒューズは、高価で取付け取替え等の手間がかかると同時に、小型化への要求には満足のいくものではなく、サーミスタ等の温度検出用素子を使い保護回路に追加することも考えられるが、従来の使い方では、部品点数が多くなり、やはり実装スペースや価格も満足できるようにすることは難しいのが実情であった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するものであって、簡単な素子、構成により過充電や過電流を保護することができるようにするものである。
【０００８】
そのために本発明は、直列に接続された複数のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、前記直列に接続された複数のセルと直列に接続される１つのバイメタル素子と、前記複数のセルのそれぞれと並列に接続される複数のツェナーダイオードとを備え、前記複数のツェナーダイオードと１つのバイメタル素子とを熱結合したことを特徴とするものである。
【０００９】
また、１個以上のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、前記セルと並列にツェナーダイオードを接続するとともに、直列にバイメタル素子を接続して、前記ツェナーダイオードとバイメタル素子とを熱結合し、前記バイメタル素子の接触部に磁性体を使用し、該接触部の上方に磁石を配置して、前記接触部の開回路を保持するラッチ機能を付加したことを特徴とするものである。
【００１０】
さらに、前記発明において、電池パックの外部から押して前記ラッチ機能を解除するリセットボタンを設けたことを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る簡易保護式電池パックの実施の形態を示す図、図２は本発明に係る簡易保護式電池パックの他の実施の形態を示す図であり、１、１ー１〜１ーｎはセル、２、２ー１〜２ーｎはツェナーダイオード、３はバイメタルプロテクタを示す。
【００１２】
図１において、セル１は、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池などの化学セルである。ツェナーダイオード２は、セル１に並列に接続され、セル１が所定の電圧以上になると電流が流れ発熱するものであり、バイメタルプロテクタ３は、セル１に直列に接続され、ツェナーダイオード２と熱結合してその発熱によって電流経路を遮断するものである。
【００１３】
次に、動作を説明する。例えばツェナーダイオード２のツェナー電圧を４．２５Ｖで、バイメタルプロテクタ３が８０℃以上になると動作して回路を遮断するように設定されているとすると、セル１の充電電圧が４，２５Ｖを越えて印加された場合、ツェナーダイオード２に電流が流れ発熱する。そして、ツェナーダイオード２と熱結合されたバイメタルプロテクタ３が８０℃以上になると回路を開き、充電の電流経路が遮断される。
【００１４】
このとき、充電の電流経路が遮断されても、セル１の電圧が４．２５Ｖ以上であれば、セル１からツェナーダイオード２に放電電流が流れるが、セル１の電圧が低下して放電電流が流れなくなってツェナーダイオード２の発熱がなくなり、バイメタルプロテクタ３が動作温度以下まで低下すると、再度バイメタルプロテクタ３が回路を閉じて充電される。
【００１５】
このようにツェナーダイオード２の発熱によってバイメタルプロテクタ３が回路を開き、閉じるという、バイメタルプロテクタ３のオン／オフの繰り返しにより熱的平衝状態を保つことになる。また、後述するようなラッチ機構及びリセット機構を設けることにより、オン／オフの繰り返しによる接触部の劣化を防ぐようにしてもよい。
【００１６】
上記の例はセルが１直の場合であるが、２直、それ以上の場合にも、図２に示すようにツェナーダイオード２ー１〜２ーｎをそれぞれのセルに並列に接続し、それらをバイメタルプロテクタ３と熱結合することによって同様に実現することができる。この場合には、複数のセルの内、１つでも対応したツェナーダイオード２ー１〜２ーｎのツナー電圧を越えると、対応するツェナーダイオード２ー１〜２ーｎに電流が流れ、バイメタルプロテクタ３が動作温度を越えると充電の電流経路を遮断する。
【００１７】
次に、ツェナーダイオード及びバイメタル素子の具体的な構成例を説明する。図３はバイメタル素子とツェナーダイオードを１つの素子とした構成例を示す図であり、Ａはコンタクト、５はバイメタル素子、６はツェナーダイオードチップ、７は磁石、８はリセットボタンを示す。
【００１８】
図３（Ａ）において、コンタクト４は、バイメタル素子５が加熱され所定の温度以上になり、図示左端が上方に反ると開き、温度が下がると閉じる。ツェナーダイオードチップ６は、このバイメタル素子５のコンタクト４と反対側に組み込み一体化したものである。
【００１９】
この素子のそれぞれの接続部は、例えばコンタクト４の左端▲１▼が図１及び図２に示すバイメタルプロテクタ３の右側接続部、ＯＵＴ側になり、ツェナーダイオードチップ６とバイメタル素子５に共通接続された図示右端上部▲２▼が図１及び図２に示すセル１への接続部、ツェナーダイオードチップ６とバイメタル素子５が一体となった図示右端下部▲３▼がツェナーダイオードチップ６のセルヘの並列接続部となる。
【００２０】
上記実施の形態では、過電圧が印加された状態で継続すると、バイメタル素子５のコンタクト４がオン／オフを繰り返すことになり、その結果、徐々に接触子にダメージが加わり劣化するという問題が生じる。図３（Ｂ）に示すものは、さらに磁石７とリセットボタン８を付加することにより、その課題を解決できるようにしたものである。
【００２１】
すなわち、磁石７は、バイメタル素子５の先端上方に設けて、バイメタル素子５の先端に磁性体を使用することにより、バイメタル素子５が動作しコンタクト４のある図示左端が上方に反ったときにその磁性体を吸引するものであり、リセットボタン８は、温度が低下したときに、例えば電池パックの外部から押してこの吸引状態を解除するものである。
【００２２】
このような構成とすることにより、一旦バイメタル素子５が動作し開回路を形成した場合には、磁石７でこれをラッチして開回路を保持することができ、バイメタル素子５のコンタクト４をオフ状態からオン状態に解除する場合には、電池パックの外部からリセットボタンを押すことで、簡単に充電可能状態に戻すことができる。
【００２３】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、セルに並列にツェナーダイオードのみを接続したが、ツェナーダイオードには、過電圧が印加されたときに急激に電流が流れることにより、バイメタルプロテクタが開く前に破損する恐れがあるので、それを回避するために保護用としてツェナーダイオードに直列に抵抗を挿入してもよい。この場合には抵抗もバイメタルプロテクタに熱結合し、応答を早めるようにしてもよい。
【００２４】
また、バイメタルプロテクタがオン／オフするときに音がなるような報知機構を設けておくことにより、過充電状態を音で報知させるようにしてもよい。さらに、バイメタル素子は、形状記憶合金による感温素子でもよいし、ツェナーダイオードは、バリスタその他の素子を使用してもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、直列に接続された複数のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、前記直列に接続された複数のセルと直列に接続される１つのバイメタル素子と、前記複数のセルのそれぞれと並列に接続される複数のツェナーダイオードとを備え、前記複数のツェナーダイオードと１つのバイメタル素子とを熱結合したので、保護回路として、複数のツェナーダイオードと１つのバイメタル素子を追加することにより、安価で簡単に過充電と過電流の保護を行うことができる。
【００２６】
また、１個以上のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、セルと並列にツェナーダイオードを接続するとともに、直列にバイメタル素子を接続して、ツェナーダイオードとバイメタル素子とを熱結合し、バイメタル素子の接触部に磁性体を使用し、該接触部の上方に磁石を配置して、接触部の開回路を保持するラッチ機能を付加することにより、保護回路として、ツェナーダイオードとバイメタル素子のみを追加することにより、安価で簡単に過充電と過電流の保護を行うことができ、簡単な構成の付加でバイメタル素子の動作をラッチし、さらに、電池パックの外部から押してラッチ機能を解除するリセットボタンを設けることにより、そのラッチを解除できるようになる。
【００２７】
また、バイメタル素子中にツェナーダイオードを組み込み１つの素子とし、ツェナーダイオードの保護用として直列に抵抗を挿入することにより、実装スペースを低減し、小型化に対応でき、ツェナーダイオードの破損を防ぐこともできる。
【００２８】
例えば正極活物質としてＬｉＣｏＯ₂を使用した電池では、過充電になっても事故が拡大する可能性はほとんどないが、過充電状態に曝されるとセル自体の膨れが生じるため避けるべきであり、このような電池に対して、本発明は、保護回路を簡略化でき、簡易的に使用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る簡易保護式電池パックの実施の形態を示す図である。
【図２】本発明に係る簡易保護式電池パックの他の実施の形態を示す図である。
【図３】バイメタル素子とツェナーダイオードを１つの素子とした構成例を示す図である。
【図４】従来の保護機能付き電池パックの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１…セル、２…ツェナーダイオード、３…バイメタルプロテクタ

Claims

直列に接続された複数のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、前記直列に接続された複数のセルと直列に接続される１つのバイメタル素子と、前記複数のセルのそれぞれと並列に接続される複数のツェナーダイオードとを備え、前記複数のツェナーダイオードと１つのバイメタル素子とを熱結合したことを特徴とする簡易保護式電池パック。
１個以上のセルから構成され過充電に対し簡易的な保護機能を有する簡易保護式電池パックであって、前記セルと並列にツェナーダイオードを接続するとともに、直列にバイメタル素子を接続して、前記ツェナーダイオードとバイメタル素子とを熱結合し、前記バイメタル素子の接触部に磁性体を使用し、該接触部の上方に磁石を配置して、前記接触部の開回路を保持するラッチ機能を付加したことを特徴とする簡易保護式電池パック。
電池パックの外部から押して前記ラッチ機能を解除するリセットボタンを設けたことを特徴とする請求項２記載の簡易保護式電池パック。