JP4778218B2

JP4778218B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP4778218B2
Application number: JP2004304456A
Authority: JP
Inventors: 充史梅山
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2004-10-19
Filing date: 2004-10-19
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2024-10-19
Also published as: JP2006120353A

Description

本発明は、電池からの電解液の漏液、電池パックの水没、結露等によって漏洩電流が発生する場合に充放電を停止し、漏電による危険性を排除した安全性が高い電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の充放電容量密度が大きな電池は、電池の端子が短絡された場合等のように過大な電流が流れた場合や電池が過充電あるいは過放電された際に通電を遮断して電池を保護する充放電保護回路等を備えた電池保護回路基板等の内蔵部品とともに合成樹脂製の筺体等に収納した電池パックとして電池使用機器に装着して用いられている。

電池パックに使用の電池は、電池の電解液が電池外装缶、あるいは可撓性外装材の封口部等から外部に漏液しないように充分な対策が施されているが、過充電の繰り返し、電池温度の上昇、電池の封口部の不具合等の原因により、まれに電解液が電池外装缶から漏れて漏液が起こることがあった。

一方、リチウムイオン電池等は、携帯電話等の携帯型の機器用の電源として用いられているために、日常生活のなかでは携帯電話を水中に水没させたり、あるいは電池パック内部に結露することがあった。このような場合に電池パック内の電気回路に付着した水は、電流を通電するには充分な電気導電度を有しているので、電池パック内の電圧印加部の間に通電回路を形成して漏洩電流が生じたり、あるいは機器内部での異常な通電回路の形成によって電気回路の故障等を生じることがあった。

そこで、このような問題点を解決するために、特開平１０−１２２８４号公報には、有機電解液漏液検出電極を回路基板上に設け、漏洩電流検出手段の出力によって通電を遮断する有機電解液漏液検出装置が提案されているが、電流遮断手段を設けるものであり、漏洩電流検出手段とともに付加的な部材が必要であった。

また、特開２００３−１３２８６２号公報には、充電用半導体スイッチ制御回路、および放電用半導体スイッチ制御回路の入力側に、漏洩電流検出半導体スイッチの出力を接続した漏洩電流検出手段を備えた電池パックが提案されているが、漏洩検出用の漏洩電流検出半導体スイッチとともに、充電用半導体スイッチ制御回路、および放電用半導体スイッチ制御回路等を設ける必要があった。
特開平１０−１２２８４号公報特開２００３−１３２８６２号公報

本発明は、リチウムイオン電池等の二次電池を備えた電池パック内の電気回路への電解液、水分等の付着、結露等によって漏洩電流が生じた場合には電池パックの出力、あるいは充電を停止して、感電、発火、機器の破損等が生じることを未然に防止し、漏電状態の解消の後には、再度、充放電が可能な電池パックを提供することを課題とするものである。

本発明の課題は、電池保護回路、および放電制御半導体スイッチを有する電池パックにおいて、漏洩電流検出電極と出力端子間が導通した際に漏洩検出信号を出力する漏洩検出回路を有し、前記漏洩検出回路の出力が電池保護回路の電池電圧監視回路の入力に接続され、電池電圧監視回路の出力が放電制御半導体素子の制御信号入力端子に接続され、
前記漏洩検出回路の出力信号が所定の値となった場合に、前記電池電圧監視回路への電力供給を遮断することで、前記放電制御用半導体スイッチを遮断する電池パックによって解決することができる。
また、前記電池電圧監視回路は、電池電圧が所定の値となった場合に前記放電制御用半導体スイッチを遮断する電池パックである。
電流漏洩検出電極が電池保護回路基板上に設けられている前記の電池パックである。
電流漏洩検出電極の複数個配置された前記の電池パックである。

本発明の電池パックは、漏洩電流検出回路として、漏洩電流に動作するスイッチング素子によって構成して、スイッチング素子を電池電圧検出回路あるいは放電制御用半導体スイッチの制御信号入力端子に接続したので、回路構成が簡単で、部品点数が少なく、信頼性が大きな電池パックを提供することができる。

本発明は、電池パック内において電解液の漏洩、結露、水没等によって、電流の漏洩が生じた場合に、速やかに電池の放電を停止して、漏洩電流による事故等を未前に防止した漏洩電流検出回路を有した電池パックにおいて、漏洩電流検出回路、およびその接続個所を特定することによって、漏洩電流検出回路のための付加的な回路構成部品が少なく、安定した動作が可能な電池パックを提供することが可能であることを見いだしたものである。

すなわち、従来の漏洩電流検出回路は、漏洩電流の検出時には、電池パックに設けた充放電制御手段等の入力側に供給して、放電制御用半導体スイッチを動作させるものであり、電池パック内の回路の部品点数が多いものであった。
本発明の電池パックにおいては、こうした充放電制御手段等の回路を設けておらず、回路構成が簡単で部品点数が少なくても同等の機能を実現したものである。
また、本発明の電池パックにあっては、浸入した水分や結露した水分が蒸発して、電流漏洩検出電極における導電度が低下した場合には、再度、電池パックを使用可能とするものである。

以下に図面を参照して本発明を説明する。
図１は、本発明の電池パックの一実施例を説明する図である。
本発明の電池パック１は、二次電池２に直列に電池温度が高くなった場合に電流を遮断するＰＴＣ素子３が結合されており、これらの出力は保護回路４の電池接続端子５ａ、５ｂに接続されており、また保護回路４には外部機器への電流の供給および充電装置との接続用の外部接続端子６ａ、６ｂを有している。
保護回路４には、二次電池２の充電完了時に充電電流を遮断して過充電状態となることを防止する充電制御用半導体スイッチ７、および過放電時に電池が過放電状態となることを防止するために放電を遮断する放電制御用半導体スイッチ７が設けられており、充電制御用半導体スイッチ７および放電制御用半導体スイッチ８のそれぞれの制御信号入力端子は電池電圧監視回路９の出力に接続されている。

電池電圧監視回路９の入力は、電池接続端子５ａ、５ｂに接続されており、電池電圧が所定の大きさ以上となった場合には、過充電状態と判断して充電制御用半導体スイッチ７に対して充電遮断信号を出力して充電を停止して過充電状態となることを防止している。
また、電池電圧が所定の大きさ以下となった場合には、過放電状態となることを防止するために放電制御用半導体スイッチ８に対して放電遮断信号を出力して放電を停止して過放電状態となることを防止している。

電池電圧監視回路９の監視電圧入力回路１０の両端子には、漏洩電流検出回路１１の漏洩電流検出電極１２が漏洩を検出した際に導通するトランジスタ１３の両端子が接続されている。
その結果、漏液等によって漏洩電流検出電極１２に電池の出力側の電圧が加わるとトランジスタ１３のベースに電圧が印加されてトランジスタ１３が導通して監視電圧入力回路１０の電圧が所定の値以下に低下する。
その結果、電池電圧監視回路９の出力側に結合された放電制御用半導体スイッチ８が遮断動作をして電池の放電を停止する。

図２は、本発明の電池パックの他の例を説明する図である。
電池パック１は、二次電池２に直列に電池温度が高くなった場合に電流を遮断するＰＴＣ素子３が結合されており、これらの出力は保護回路４の電池接続端子５ａ、５ｂに接続されている。また、保護回路４には外部機器への電流の供給および充電装置との接続用の外部接続端子６ａ、６ｂを有している。
保護回路４には、二次電池２の充電完了時に充電電流を遮断して過充電状態となることを防止する充電制御用半導体スイッチ７、および過放電時に電池が過放電状態となることを防止するために放電を遮断する放電制御用半導体スイッチ７が設けられており、充電制御用半導体スイッチ７および放電制御用半導体スイッチ８のそれぞれの制御信号入力端子は電池電圧監視回路９の出力側に接続されている。

電池電圧監視回路９の入力側は、電池接続端子５ａ、５ｂに接続されており、電池電圧が所定の大きさ以上となった場合に、過充電状態と判断して充電制御用半導体スイッチ７に対して充電遮断信号を出力して充電を停止して過充電状態となることを防止している。
また、電池電圧が所定の大きさ以下となった場合には、電池が過放電状態となることを防止するために放電制御用半導体スイッチ８に対して放電遮断信号を出力して放電を停止して過放電状態となることを防止している。

電池電圧監視回路９の出力は、放電制御用半導体スイッチ８の入力回路に接続されており、放電制御用半導体スイッチ８の入力回路の電圧が所定の値以下となった場合に動作するように設定されている。
また、放電制御用半導体スイッチ８の入力回路には、漏洩電流検出回路１１の漏洩電流検出電極１２が漏洩を検出した際に導通して電圧が低下するトランジスタ１３の端子が接続されている。
その結果、漏液等によって漏洩電流検出電極１２に電池の出力側の電圧が加わるとトランジスタ１３のベースに電圧が印加されてトランジスタ１３が導通して漏洩により漏洩電流検出電極１２に電池の出力側の電流が印加されるとトランジスタ１３が導通する結果、トランジスタに接続された放電制御用半導体スイッチ８の入力回路の電圧が所定の値以下に低下して電池の放電を停止する。

また、漏洩電流検出電極は、電池保護回路基板上に設けることができるが、その他の個所に設けて設けても良く、漏洩電流検出電極は複数個を設けても良い。
また、本発明の電池パックにおいては、漏洩状態が解消された場合には、再度放電が可能となる。
以上の漏洩電流検出回路１０は、トランジスタ１３を用いたものであるが、トランジスタに限らず、ＳＣＲ、ＦＥＴ等のスイッチング素子を用いたものであっても良い。
また、本発明の電池パックにおいては、漏洩状態が解消された場合には、再度放電が可能となる。

本発明の電池パックは、電池パック内への水分の浸入等によって漏洩電流検出電極に電流が流れた場合に漏洩電流検出回路の動作によって電池電圧監視回路の監視電圧入力端子の電圧の低下、あるいは電圧の低下によって遮断する放電制御用半導体スイッチの入力端子の電圧の低下によって電池の放電を停止させたので、部品点数が少ない簡単な回路構成で安全性が大きな電池パックを提供することができる。

図１は、本発明の電池パックの一実施例を説明する図である。図２は、本発明の電池パックの他の実施例を説明する図である。

符号の説明

１…電池パック、２…二次電池、３…ＰＴＣ素子、４…保護回路、５ａ，５ｂ…電池接続端子、６ａ，６ｂ…外部接続端子、７…充電制御用半導体スイッチ、８…放電制御用半導体スイッチ、９…電池電圧監視回路、１０…監視電圧入力回路、１１…漏洩電流検出回路、１２…漏洩電流検出電極、１３…トランジスタ

Claims

電池保護回路、および放電制御半導体スイッチを有する電池パックにおいて、
漏洩電流検出電極と出力端子間が導通した際に漏洩検出信号を出力する漏洩検出回路を
有し、前記漏洩検出回路の出力が電池保護回路の電池電圧監視回路の入力に接続され、電
池電圧監視回路の出力が放電制御半導体素子の制御信号入力端子に接続され、
前記漏洩検出回路の出力信号が所定の値となった場合に、前記電池電圧監視回路への電力供給を遮断することで、前記放電制御用半導体スイッチを遮断することを特徴とする電池パック。
前記電池電圧監視回路は、電池電圧が所定の値となった場合に前記放電制御用半導体スイッチを遮断することを特徴とする請求項１記載の電池パック。