JP4407641B2 - ２次電池装置 - Google Patents

Description

本発明は、２次電池の過充電と過放電との異常を検出するようにした、例えばリチウムイオン２次電池と共に電池パックに搭載して好適な異常検出機能を有する２次電池装置に関する。

一般に、電動工具やシステムバックアップ等の電源として、リチウムイオン２次電池を５個以上例えば７個直列接続し、大電流を得るようにしたものが使用されている。

ところで、リチウムイオン２次電池は過充電や過放電に弱く、定められた電圧範囲内で使用しないと、材料が分解して著しく容量が減少したり、異常に発熱する等して使用できなくなる恐れがある。

その為、リチウムイオン２次電池を使用する場合は、上限電圧及び下限電圧を明確に規定して、端子電圧が、その範囲内になるように充放電制御したり、或いは電圧範囲を制限する保護回路とセットで使用するのが一般的である。

この２次電池装置の異常を検出する異常検出装置として、例えば特許文献１に開示されているものがある。特許文献１に開示のものは、２次電池からなる単位のセルを複数個直列に接続して、セルグループを構成し、そのセルグループを複数直列に接続してなる組み電池について、充放電時における異常の発生を検出する異常検出装置に関するものである。
特開２００１−１７４５３１号公報

然しながら、特許文献１に開示の異常検出装置は、構成が比較的複雑で高価となる不都合があった。

本発明は、斯かる点に鑑み、比較的簡単な構成で、複数個の２次電池が直列接続された２次電池装置の異常を検出できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の２次電池装置は、第一の２次電池と、第一の２次電池のプラス側端子に直列接続される第二の２次電池と、第一の２次電池の両端に接続されて、正常電圧である下限電圧以上且つ上限電圧以下でハイレベル信号を出力する第一の電圧検出回路と、第二の２次電池の両端に接続されて、下限電圧以上且つ上限電圧以下でハイレベル信号を出力する第二の電圧検出回路と、第一の電圧検出回路の出力がゲートに供給される第一のＮチャンネル電界効果トランジスタと、第二の電圧検出回路の出力がゲートに供給される第二のＮチャンネル電界効果トランジスタと、第一の２次電池及び第二の２次電池の両方が正常な状態であるか否かを検出するための検出信号出力端子と、第一のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電圧がゲートに供給されると共に、ドレインが開放端として検出信号出力端子に接続される第一のＰチャンネル電界効果トランジスタと、第二のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電圧がゲートに供給されると共に、第一のＰチャンネル電界効果トランジスタのソースがドレインに接続され、所定の電圧がソースに印加される第二のＰチャンネル電界効果トランジスタと、第一の２次電池、第二の２次電池、第一の電圧検出回路、第二の電圧検出回路、第一のＮチャンネル電界効果トランジスタ、第二のＮチャンネル電界効果トランジスタ、検出信号出力端子、第一のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び第二のＰチャンネル電界効果トランジスタを収納する電池パックとを有する。

本発明によれば、複数個の直列接続された２次電池のいずれかの電圧が、下限電圧以下の過放電か上限電圧以上の過充電となり異常となったときは、第ｎ番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインがローレベル信号となり、異常を検出できると共に１つの２次電池に対し、１つの電圧検出回路と、１つのＮチャンネル電界効果トランジスタと、１つのＰチャンネル電界効果トランジスタとを設ける構成であるので、構成が比較的簡単である利益があり、また、２次電池をｎ個例えば５個以上を直列接続したときも、同様の簡単な構成で異常を検出することができる。

以下、図１を参照して、本発明２次電池装置の異常検出装置を実施するための最良の形態の例につき説明する。

図１例においては、複数個例えば３個のリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃを直列接続し、２次電池装置を構成し、この２次電池装置の３個のリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ、１ｃの直列回路の正極及び負極充放電端子２ａ及び２ｂ間に３個のリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ、１ｃに応じた電池電圧例えば１２Ｖを得る如くする。本例は、２次電池装置として３個のリチウムイオン２次電池を直列接続したが、この２次電池装置として、ｎ個（ｎは複数）例えば５個以上のリチウムイオン２次電池を直列接続するようにしても良い。

本例においては、このリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃに抵抗器３ａ，３ｂ及び３ｃを夫々並列に接続すると共にこのリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃに夫々並列に抵抗器４ａ、４ｂ及び４ｃと電圧検出回路５ａ、５ｂ及び５ｃとの直列回路を接続する。

この電圧検出回路５ａ、５ｂ、５ｃは、半導体集積回路（ＩＣ）で構成され、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃの正常電圧の下限電圧例えば２．５Ｖ以上、正常電圧の上限電圧例えば４．２Ｖ以下で、出力端子にハイレベル信号が得られ、その他では、出力端子にローレベル信号が得られるように構成されたものである。

この場合、この電圧検出回路５ａ、５ｂ及び５ｃのリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃの下限電圧及び上限電圧は一様ではなくリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃに応じて決定するようにしても良い。このときは、電池電圧の制御値を微調整することができる。

この電圧検出回路５ａ、５ｂ及び５ｃの出力端子を夫々抵抗器６ａ、６ｂ及び６ｃを介して、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ７ａ、７ｂ及び７ｃの夫々のゲートに接続する。

このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ａのドレインを抵抗器８ａ及び９ａの直列回路を介して正極充放電端子２ａに接続し、このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ａのソースをリチウムイオン２次電池１ａ及び１ｂの接続点に接続する。

この抵抗器８ａ及び９ａの接続点をＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａのゲートに接続し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａのソースを正極充放電端子２ａに接続する。

このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ｂのドレインを抵抗器８ｂ及び９ｂの直列回路を介してこのＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａドレインに接続し、このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ｂのソースをリチウムイオン２次電池１ｂ及び１ｃの接続点に接続する。

この抵抗器８ｂ及び９ｂの接続点をＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｂのゲートに接続し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａのドレインをこのＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｂのソースに接続する。

このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ｃのドレインを抵抗器８ｃ及び９ｃの直列回路を介してこのＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｂドレインに接続し、このＮチャンネル電界効果トランジスタ７ｃのソースを負極充放電端子２ｂに接続する。

この抵抗器８ｃ及び９ｃの接続点をＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｃのゲートに接続し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｂドレインをこのＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｃのソースに接続し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｃのドレインより検出信号出力端子１１を導出する。本例においては、この図１例の異常検出装置をリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃと共に電池パックに搭載する如くする。

本例においては、この検出信号出力端子１１に得られる検出信号を例えば保護用のスイッチを駆動する駆動回路の入力端子２０に供給する如くする。この駆動回路は、入力端子２０を抵抗器２１を介して、逆流防止用のダイオード２２のカソードに接続し、このダイオード２２のアノードをＰチャンネル電界効果トランジスタ２３のゲートに接続する。

この抵抗器２１及びダイオード２２の接続点を抵抗器２４を介して接地し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ２３のゲートを抵抗器２５及び２６の直列回路を介して例えば５Ｖの直流電圧が供給される電源端子２７に接続する。この抵抗器２５及び２６の接続点をＰチャンネル電界効果トランジスタ２３のソースに接続し、このＰチャンネル電界効果トランジスタ２３のドレインを抵抗器２８を介して接地すると共にこのドレインより出力端子２９を導出し、この出力端子２９に得られる信号により例えば保護用のスイッチを駆動するようにする。

本例は上述如く構成されているので、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃが全て正常で、夫々の電圧が下限電圧以上、上限電圧以下であるときには、電圧検出回路５ａ、５ｂ及び５ｃの出力端子は夫々ハイレベル信号となる。このときは、Ｎチャンネル電界効果トランジスタ７ａ、７ｂ及び７ｃは全てオンとなり、Ｐチャンネル電界効果トランジスタ１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは全てオンとなり、検出信号出力端子１１はハイレベル信号となり、駆動回路を構成するＰチャンネル電界効果トランジスタ２３はオフとなり、駆動回路の出力端子２９はローレベル信号となり、例えば保護用のスイッチを不動作とする。

また、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃのいずれかの電圧が下限電圧以下の過放電又は上限電圧以上の過充電となり、異常となったときは、異常のリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ、１ｃに対応する電圧検出回路５ａ、５ｂ、５ｃの出力端子がローレベル信号となる。この電圧検出回路５ａ、５ｂ、５ｃの出力端子がローレベル信号となったものに対応するＮチャンネル電界効果トランジスタ７ａ、７ｂ、７ｃがオフとなる。このオフとなったＮチャンネル電界効果トランジスタ７ａ、７ｂ、７ｃに対応するＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃがオフとなる。このときは、検出信号出力端子１１は、異常を検出したときのローレベル信号となり、このとき、Ｐチャンネル電界効果トランジスタ２３はオンとなり、この駆動回路の出力端子２９に例えば５Ｖの直流電圧が得られ、これにより、例えば保護用のスイッチが動作し、リチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ及び１ｃの直列回路より成る２次電池装置は、保護される。

本例によれば、３個の直列接続されたリチウムイオン２次電池１ａ、１ｂ、１ｃのいずれかの電圧が、下限電圧以下の過放電か上限電圧以上の過充電となり異常となったときは、第３番目のＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ｃのドレインがローレベル信号となり、異常を検出できる。この場合、１つの２次電池１ａ、１ｂ、１ｃに対し、1つの電圧検出回路５ａ、５ｂ、５ｃと、１つのＮチャンネル電界効果トランジスタ７ａ、７ｂ、７ｃと、１つのＰチャンネル電界効果トランジスタ１０ａ、１０ｂ、１０ｃとを設ける構成であるので、構成が比較的簡単である利益がある。また、２次電池をｎ個例えば５個以上を直列接続したときも、同様の簡単な構成で異常を検出することができる。

尚、上述例では、２次電池として、リチウムイオン２次電池の例につき述べたが、この２次電池は、その他の２次電池であっても良いことは勿論である。

上述例では、３個のリチウムイオン２次電池を直列接続した例につき述べたが、この２次電池をｎ個（ｎは複数個）例えば５個以上直列接続してｎ個の２次電池に対応した高い電池電圧を得ると共にこのｎ個の２次電池の夫々の両端子間に夫々正常電圧である下限電圧以上、上限電圧以下でハイレベル信号を出力するｎ個の電圧検出回路と、このｎ個の電圧検出回路の出力が夫々ゲートに供給されるｎ個のＮチャンネル電界効果トランジスタと、このｎ個のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電圧が夫々ゲートに供給されるｎ個のＰチャンネル電界効果トランジスタとを設け、このｎ個のＰチャンネル電界効果トランジスタの第１番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインを第２番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのソースに接続し、この第２番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインを…第ｎ番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのソースに順次接続し、この第ｎ番目のＰチャンネル電界効果トランジスタのドレインに得られる電圧により、異常を判断するようにしてもよいことは勿論である。

また、本発明は上述例に限ることなく、本発明の要旨を逸脱することなく、その他種々の構成が採り得ることは勿論である。

本発明２次電池装置の異常検出装置を実施するための最良の形態の例を示す構成図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、１ｃ…リチウムイオン２次電池、２ａ…正極充放電端子、２ｂ…負極充放電端子、５ａ、５ｂ、５ｃ…電圧検出回路、７ａ、７ｂ、７ｃ…Ｎチャンネル電界効果トランジスタ、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…Ｐチャンネル電界効果トランジスタ

Claims (1)

1. 第一の２次電池と、
   前記第一の２次電池のプラス側端子に直列接続される第二の２次電池と、
   前記第一の２次電池の両端に接続されて、正常電圧である下限電圧以上且つ上限電圧以下でハイレベル信号を出力する第一の電圧検出回路と、
   前記第二の２次電池の両端に接続されて、前記下限電圧以上且つ前記上限電圧以下でハイレベル信号を出力する第二の電圧検出回路と、
   前記第一の電圧検出回路の出力がゲートに供給される第一のＮチャンネル電界効果トランジスタと、
   前記第二の電圧検出回路の出力がゲートに供給される第二のＮチャンネル電界効果トランジスタと、
   前記第一の２次電池及び前記第二の２次電池の両方が正常な状態であるか否かを検出するための検出信号出力端子と、
   前記第一のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電圧がゲートに供給されると共に、ドレインが開放端として前記検出信号出力端子に接続される第一のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
   前記第二のＮチャンネル電界効果トランジスタのドレイン電圧がゲートに供給されると共に、前記第一のＰチャンネル電界効果トランジスタのソースがドレインに接続され、所定の電圧がソースに印加される第二のＰチャンネル電界効果トランジスタと、
   前記第一の２次電池、前記第二の２次電池、前記第一の電圧検出回路、前記第二の電圧検出回路、前記第一のＮチャンネル電界効果トランジスタ、前記第二のＮチャンネル電界効果トランジスタ、前記検出信号出力端子、前記第一のＰチャンネル電界効果トランジスタ及び前記第二のＰチャンネル電界効果トランジスタを収納する電池パックと
   を有する２次電池装置。

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