JP5036341B2 - Pack battery - Google Patents
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Description
本発明は、主保護回路に加えてサブ保護回路を備えるパック電池に関し、とくに電池の劣化を検出してサブ保護回路を動作状態として劣化した電池の安全性を向上するパック電池に関する。 The present invention relates to a battery pack provided with a sub-protection circuit in addition to a main protection circuit, and more particularly to a battery pack that detects the deterioration of the battery and improves the safety of the deteriorated battery with the sub-protection circuit operating.
パック電池は、電池の電圧が異常に高くなるのを防止するために保護回路を備えている。電池が異常な高電圧まで充電されると、安全性を低下させる原因となるからである。パック電池の保護回路は、電池の電圧を検出する電圧検出回路と、検出される電池電圧を充電禁止電圧に比較して、電池電圧が充電禁止電圧よりも高くなると電池の電流を遮断するスイッチング素子を備えている。保護回路を備えるパック電池は、充電されて電池電圧が充電禁止電圧まで上昇すると、スイッチング素子がオフに切り換えられて充電電流を遮断して、電池の電圧上昇を阻止する。このパック電池は、保護回路が正常に動作するかぎり、電池電圧が充電禁止電圧を超えることはない。ただ、保護回路が故障して正常に動作しなくなると、電池の充電電流を遮断できなくなって、電池電圧が異常に上昇する。この弊害を防止するために、主保護回路とサブ保護回路からなる二重の保護回路を設けるパック電池が開発されている。(特許文献1参照)
二重の保護回路を備えるパック電池は、主保護回路とサブ保護回路の両方を動作状態とするので、主保護回路が正常に動作しないときに、サブ保護回路が動作する。このため、主保護回路が故障してもサブ保護回路が動作して、電池の電圧上昇が制限される。ただ、このパック電池は、主保護回路が電池の電流を遮断する第1の充電禁止電圧よりも、サブ保護回路が動作する第2の充電禁止電圧を高く設定しているので、主保護回路が故障するときには、電池の電圧上昇がより高くなる。このことは、電池の異常な電圧上昇を阻止できても、サブ保護回路が動作する状態では、主保護回路が動作するよりも安全性が低くなる。 Since the battery pack having the double protection circuit operates both the main protection circuit and the sub protection circuit, the sub protection circuit operates when the main protection circuit does not operate normally. For this reason, even if the main protection circuit fails, the sub protection circuit operates to limit the battery voltage rise. However, in this battery pack, the main protection circuit sets the second charge prohibition voltage at which the sub protection circuit operates higher than the first charge prohibition voltage at which the main protection circuit cuts off the battery current. When a failure occurs, the battery voltage rises higher. Even if the abnormal voltage rise of the battery can be prevented, this is less safe than the main protection circuit operating when the sub protection circuit is operating.
また、電池は使用するにしたがって経時的に劣化する。さらに、保護回路も、使用するにしたがって故障する確率が高くなる。特許文献1のパック電池は、主保護回路が故障する状態で電池が劣化していると、劣化した電池がより高い充電禁止電圧まで充電されることになって、安全に使用できなくなる。
Further, the battery deteriorates with time as it is used. Furthermore, the probability of failure of the protection circuit increases as it is used. If the battery is deteriorated in a state where the main protection circuit fails, the battery of
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ある。本発明の重要な目的は、電池が劣化しても安全に使用できるパック電池を提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving this drawback. An important object of the present invention is to provide a battery pack that can be used safely even if the battery deteriorates.
本発明のパック電池は、前述の目的を達成するために以下の構成を備える。
パック電池は、電池1の電圧を検出して電池電圧が第1の充電禁止電圧まで上昇すると電池1の電流を遮断する主保護回路2、32、42と、電池電圧が第2の充電禁止電圧まで上昇すると電池1の電流を遮断するサブ保護回路3、33、43と、電池1の劣化を検出すると共に主保護回路2、32、42とサブ保護回路3、33、43を制御する制御回路4とを備えており、第2の充電禁止電圧を第1の充電禁止電圧よりも低く設定している。さらに、制御回路4は、電池1の劣化を検出する劣化度検出部11と、サブ保護回路3を動作状態に切り換える設定劣化度を記憶するメモリ12と、劣化度検出部11で検出される検出劣化度をメモリ12に記憶する設定劣化度に比較してサブ保護回路3、33、43を動作状態に切り換える切換部13を備えている。パック電池は、電池1の劣化度が設定劣化度を超えない状態にあっては、主保護回路2、32、42が動作状態にあって、電池1の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧としており、電池1の劣化度が設定劣化度を超えると、切換部13がサブ保護回路3、33、43を動作状態として、電池1の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧から第2の充電禁止電圧に低下させる。
The battery pack of the present invention has the following configuration in order to achieve the aforementioned object.
The battery pack includes a
本発明の請求項2のパック電池は、請求項1の構成に加えて、電池1が設定劣化度よりも劣化する状態において、制御回路4が、主保護回路2、32とサブ保護回路3、33の両方を動作状態とする。
In the battery pack of claim 2 of the present invention, in addition to the configuration of
本発明の請求項3のパック電池は、請求項2の構成に加えて、主保護回路2、32、42とサブ保護回路3、32、42が、電池1の電圧を検出する電圧検出回路5と、電圧検出回路5で検出される電池電圧が充電禁止電圧まで上昇する状態でオンからオフに切り換えられるスイッチング素子6とを備えている。
The battery pack according to claim 3 of the present invention has a
本発明のパック電池は、電池が劣化しても安全に使用できる特徴がある。それは、本発明のパック電池が、電池の劣化度が設定劣化度を超えない状態では、主保護回路を動作状態として、電池の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧とし、電池の劣化度が設定劣化度を超えると、サブ保護回路を動作状態として、電池の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧から第2の充電禁止電圧に低下させるからである。この構造のパック電池は、電池が劣化すると、動作状態となるサブ保護回路によって、電池の電流を遮断する充電禁止電圧を低くするので、劣化した電池の電圧上昇を低く制限してより安全に使用できる。 The battery pack of the present invention has a feature that it can be used safely even if the battery deteriorates. In the battery pack according to the present invention, when the deterioration level of the battery does not exceed the set deterioration level, the main protection circuit is set to the operating state, the voltage for cutting off the battery current is set as the first charge prohibition voltage, and the battery deterioration This is because when the degree exceeds the set deterioration degree, the sub protection circuit is set in the operating state, and the voltage for cutting off the battery current is lowered from the first charge inhibition voltage to the second charge inhibition voltage. The battery pack with this structure uses a sub-protection circuit that activates when the battery deteriorates, so the charge prohibition voltage that cuts off the battery current is lowered. it can.
本発明の請求項2のパック電池は、電池が設定劣化度よりも劣化する状態において、主保護回路とサブ保護回路の両方を動作状態とするので、サブ保護回路が故障しても、電池の電圧上昇を阻止して安全に使用できる特長がある。それは、サブ保護回路が故障して正常に動作しない状態となって、電池電圧が第2の充電禁止電圧より上昇しても、動作状態にある主保護回路が第1の充電禁止電圧で電池の電圧上昇を阻止するので、電池電圧が第1の充電禁止電圧よりも高く上昇しないからである。したがって、このパック電池は、より高い安全性を実現できる。 The battery pack according to claim 2 of the present invention operates both the main protection circuit and the sub protection circuit in a state where the battery is deteriorated from the set deterioration level. There is a feature that prevents voltage rise and can be used safely. Even if the battery voltage rises above the second charge prohibition voltage because the sub-protection circuit fails and does not operate normally, the main protection circuit in the operating state does not operate at the first charge prohibition voltage. This is because the battery voltage does not rise higher than the first charge prohibition voltage because the voltage rise is prevented. Therefore, this battery pack can realize higher safety.
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を以下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 example shown below illustrates the battery pack for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the battery pack as follows.
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、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」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 facilitate understanding of the scope of claims, numbers corresponding to the members shown in the examples are indicated in the “claims” and “means for solving problems” sections. It is added to the members. However, the members shown in the claims are not limited to the members in the embodiments.
図1に示すパック電池は、直列に接続している複数の充電できる電池1と、各々の電池1の電圧を検出して電池電圧が第1の充電禁止電圧まで上昇すると電池1の電流を遮断する主保護回路2と、電池電圧が第2の充電禁止電圧まで上昇すると電池1の電流を遮断するサブ保護回路3と、電池1の劣化を検出すると共に主保護回路2とサブ保護回路3を制御する制御回路4とを備える。
The battery pack shown in FIG. 1 has a plurality of
主保護回路2とサブ保護回路3は、電池1の電圧を検出する電圧検出回路5、5と、電圧検出回路5、5で検出される電池電圧が充電禁止電圧まで上昇する状態でオンからオフに切り換えられるスイッチング素子6、6とを備える。主保護回路2とサブ保護回路3は、電圧検出回路5、5で検出するいずれかの電池電圧が充電禁止電圧を超えるとスイッチング素子6、6をオンからオフに切り換える。スイッチング素子6がオフに切り換えられると、電池1の充電電流は遮断される。スイッチング素子6は、放電電流を流す方向に寄生ダイオード7を有するので、オフ状態で電池1の放電を許容する。電池電圧が充電禁止電圧よりも低い状態でスイッチング素子6はオン状態にある。この状態で、パック電池は、電池1を充電できる状態にある。
The main protection circuit 2 and the sub protection circuit 3 are turned on from off in a state where the
図2は、主保護回路2とサブ保護回路3の電圧検出回路5を示す。この図の電圧検出回路5は、各々の電池1の電圧を検出する差動アンプ8と、この差動アンプ8から充電される各々の電池電圧を充電禁止電圧に比較するコンパレータ9と、いずれかのコンパレータ9からスイッチング素子6をオフに切り換えるオフ信号が出力されると、この信号をスイッチング素子6であるFETの入力側に入力する入力回路10とを備える。
FIG. 2 shows the
差動アンプ8は、正負の入力端子を各々の電池1の正負の電極に接続している。この差動アンプ8は各々の電池電圧に比例した電圧を出力する。差動アンプは、増幅率を1とするバッファーアンプとすることもできる。バッファーアンプの差動アンプは電池電圧に等しい電圧を出力する。さらに、バッファーアンプである差動アンプは、+側の入力端子を電池の正極に、−側の入力端子を電池の負極に接続して、電池の電圧をそのまま出力する。
The
コンパレータ9は、一方の入力端子である+側の入力端子に差動アンプ8の出力を入力して、他方の入力端子である−側の入力端子には基準電圧として充電禁止電圧を入力している。コンパレータ9の一方の入力端子に入力する基準電圧で、保護回路がスイッチング素子6をオンからオフに切り換える電池電圧が特定される。電池1をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、主保護回路2が電池1の電流を遮断する第1の充電禁止電圧を、例えば4.35Vとする。この主保護回路2の電圧検出回路5は、コンパレータ9の一方の入力端子に、4.35Vの基準電圧を充電禁止電圧として入力する。また、サブ保護回路3の第2の充電禁止電圧を4.25Vとする電圧検出回路5は、コンパレータ9の一方の入力端子に、4.25Vの基準電圧を充電禁止電圧として入力する。ただし、主保護回路2が電池1の電流を遮断する第1の充電禁止電圧は、必ずしも4.35Vには特定しない。第1の充電禁止電圧は、たとえば4.25Vよりも高く4.4Vよりも低く設定する。第2の充電禁止電圧は、第1の充電禁止電圧よりも低く、例えば4.2Vよりも高くて4.25Vよりも低くする。
The
図2の電圧検出回路5は、いずれかの電池電圧が充電禁止電圧以上になると、コンパレータ9からスイッチング素子6をオフにするオフ信号として”High”を出力する。入力回路10はいずれかのコンパレータ9からオフ信号として”High”の信号が入力されると、スイッチング素子6の入力側であるベースにFETのオフ信号を出力する。また、入力回路10は、全てのコンパレータ9からオフ信号でない”Low”の信号が入力されると、スイッチング素子6をオンに保持するために、スイッチング素子6のベースにオン信号を入力する。
The
主保護回路2とサブ保護回路3は、電池1から電源電力を供給すると動作状態となる。主保護回路2は常に動作状態(電池1からの電源電力供給経路の図示は省略する)にあるが、サブ保護回路3は電池1が劣化した後に、電源電力を供給して動作状態に切り換える。サブ保護回路3の動作状態は、制御回路4にコントロールされる。
The main protection circuit 2 and the sub protection circuit 3 are in an operating state when power is supplied from the
制御回路4は、電池1の劣化度が設定劣化度を超えない状態にあっては、主保護回路2を動作状態として、電池1の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧とする。電池1が設定劣化度まで劣化すると、制御回路4はサブ保護回路3を動作状態として、電池1の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧から第2の充電禁止電圧に低下させる。以上の動作をする制御回路4は、電池1の劣化を検出する劣化度検出部11と、サブ保護回路3を動作状態に切り換える設定劣化度を記憶するメモリ12と、劣化度検出部11で検出される検出劣化度を、メモリ12に記憶する設定劣化度に比較して、検出劣化度が設定劣化度を超えて、劣化が進んでいると判定されるとき、電池が劣化した状態と判定し、サブ保護回路3を動作状態に切り換える切換部13を備える。
なお、本実施例では、劣化度を表す数値が小さいほど、劣化が進んだ状態(後述する最大容量)と判断する方法や、劣化度を表す数値が大きいほど、劣化が進んだ状態(後述する内部抵抗値、サイクル数)と判断する方法とがある。したがって、本明細書においては、検出劣化度が設定劣化度を超えると、劣化が進んだ状態とし、電池が劣化している状態を示している。
When the deterioration level of the
In this embodiment, the smaller the numerical value indicating the degree of deterioration, the more the deterioration is advanced (maximum capacity described later), and the higher the numerical value indicating the degree of deterioration is, the more advanced the deterioration is (described later). (Internal resistance value, number of cycles). Therefore, in this specification, when the detection deterioration degree exceeds the set deterioration degree, the deterioration is advanced and the battery is deteriorated.
劣化度検出部11は、以下の方法で、劣化度を判定できるが、これ以外の方法でも劣化度の判定が可能である。本実施例では、劣化度を判定する方法として、
(1)内部抵抗にて検出する方法
(2)充電できる最大容量から検出する方法
(3)充放電のサイクル数にて検出する方法
の少なくともひとつの方法を利用できる。
The degradation
(1) Method of detecting by internal resistance (2) Method of detecting from maximum chargeable capacity (3) At least one method of detecting by the number of charge / discharge cycles can be used.
電池の劣化度を、内部抵抗にて検出する方法(1)においては、電池1の内部抵抗を検出して電池1の劣化度を判定する。電池は劣化すると内部抵抗が増加する性質があるので、内部抵抗から劣化度を検出できる。ただし、電池は劣化するにしたがって、充電できる容量も少なくなるので、充電できる最大容量を検出して劣化度を判別することもできる。電池1の内部抵抗(R)は、電池1に電流を流す状態で、電池1に流れる電流と電圧を検出して以下の式で演算できる。
R=(Eocv−Eccv)/I
ただし、この式において、Eocvは電池の無負荷電圧、Eccvは電流Iを流す状態での電池電圧、Iは電流である。
ここで、EocvとEccvは、電圧検出回路5で検出されて劣化度検出部11に入力される。また、電池1に流れる電流Iは、電池1と直列に接続された電流検出抵抗16を備える電流検出回路15で検出されて劣化度検出部11に入力される。
劣化度検出部11は、上記の式から演算される電池の内部抵抗(R)から劣化度を特定する関数やテーブルを記憶しており、記憶される関数やテーブルから電池の劣化度を判定する。さらには、上記検出劣化度として、電池の検出された内部抵抗を用い、メモリ12に記憶される設定劣化度として設定抵抗値を用いるとき、検出された内部抵抗が設定抵抗値を超えたとき、電池が劣化した状態と判定することもできる。
In the method (1) of detecting the deterioration degree of the battery by the internal resistance, the deterioration degree of the
R = (Eocv−Eccv) / I
In this equation, Eocv is the no-load voltage of the battery, Eccv is the battery voltage in a state where the current I flows, and I is the current.
Here, Eocv and Eccv are detected by the
The deterioration
電池の劣化度を、充電できる最大容量から検出する方法(2)においては、電池の充電できる最大容量(=実質容量又は学習容量)から電池の劣化度を検出する劣化度検出部は、電池を使用するとき、完全に放電した状態から満充電されるまでの容量を検出し、この容量から劣化度を検出する。この劣化度検出部も、充電できる最大容量から劣化度を検出する関数やテーブルを記憶しており、記憶される関数やテーブルから容量を劣化度に変換する。さらには、上記検出劣化度としてこのような検出された最大容量を用い、メモリ12に記憶される設定劣化度として設定最大容量を用いるとき、検出された最大容量が設定最大容量より小さくなったとき、電池が劣化した状態と判定する。
In the method (2) of detecting the battery deterioration level from the maximum chargeable capacity, the deterioration level detection unit for detecting the battery deterioration level from the maximum battery chargeable capacity (= substantial capacity or learning capacity) When used, the capacity from a fully discharged state to full charge is detected, and the degree of deterioration is detected from this capacity. The deterioration level detection unit also stores a function or table for detecting the deterioration level from the maximum capacity that can be charged, and converts the capacity into a deterioration level from the stored function or table. Furthermore, when such a detected maximum capacity is used as the above-mentioned detected deterioration level and the set maximum capacity is used as the set deterioration level stored in the
また、電池の劣化度を、充放電のサイクル数にて検出する方法(3)においては、劣化度検出部11において、完全に放電された電池、言い換えると残容量を0%とする電池を満充電した後、完全に放電した状態を1サイクルとカウントし、このようなサイクルを累積したサイクル数を検出し、このサイクル数から劣化度を検出する。この劣化度検出部も、累積したサイクル数から劣化度を検出する関数やテーブルを記憶しており、記憶される関数やテーブルから累積したサイクル数を劣化度に変換する。さらには、上記検出劣化度としてこのような累積したサイクル数を用い、メモリ12に記憶される設定劣化度として設定サイクル数を用いるとき、検出された累積したサイクル数が設定サイクル数より大きくなったとき、電池が劣化した状態と判定する。さらには、記憶される所定のサイクル数を、累積されるサイクル数が超えたとき、劣化した状態と判定する。
Further, in the method (3) of detecting the degree of deterioration of the battery by the number of charge / discharge cycles, the deterioration
なお、サイクルについては、充放電の繰り返しを示す充放電サイクルの1サイクルを、上述のように、完全に放電された電池を満充電した後、完全に放電した状態のみでなく、充電容量又は放電容量を積算してカウントすることもできる。充電容量からカウントする方法は、充放電される電池の充電容量の積算値を累積する。充電容量の累積量が、その時点での電池の実質容量に達する毎に1サイクルとカウントし、カウントに基づいて、累積サイクル数を増加させている。たとえば、現在の電池の実質容量が1000mAhである場合、1回目の充電で500mAh、2回目に200mAh、3回目に300mAhの充電を行ったとき、充電容量の累積量が1000mAhに達するので、1サイクルの充電を行ったと判定する。この間、電池は、放電を行うこともでき、また、満充電にすることもできる。これらの充電を繰り返し、積算量がその時点での電池の実質容量に達する毎に、サイクル数を増加させる。 As for the cycle, one cycle of the charge / discharge cycle indicating repetition of charge / discharge, as described above, is not limited to the fully discharged state, but also the charge capacity or discharge. Capacitance can also be accumulated and counted. The method of counting from the charge capacity accumulates the integrated value of the charge capacity of the battery to be charged / discharged. Every time the cumulative amount of charge capacity reaches the actual capacity of the battery, one cycle is counted, and the cumulative number of cycles is increased based on the count. For example, when the actual capacity of the current battery is 1000 mAh, the charge amount reaches 500 mAh when the first charge is 500 mAh, the second charge is 200 mAh, and the third charge is 300 mAh. It is determined that the battery has been charged. During this time, the battery can be discharged or fully charged. These charges are repeated, and the number of cycles is increased each time the integrated amount reaches the actual capacity of the battery at that time.
また、充電容量に代わって、放電容量の累積量から1サイクルをカウントすることもできる。この方法は、実際の放電容量を累積し、この累積量がその時点での電池の実質容量に達する毎に1サイクルとカウントし、カウントに基づいて、劣化カウンタを増加させている。たとえば、現在の電池の実質容量が1000mAhである場合、1回目の放電で500mAh、2回目に200mAh、3回目に300mAhの放電充電を行ったとき、放電容量の累積量が1000mAhに達するので、1サイクルの放電充電を行ったと判定する。この間、電池は、充電放電を行うこともでき、また、満充電にすることもできる。これらの放電を繰り返し、積算量がその時点での電池の実質容量に達する毎に、サイクル数を増加させている。 Further, instead of the charge capacity, one cycle can be counted from the accumulated amount of discharge capacity. This method accumulates the actual discharge capacity, counts as one cycle each time the accumulated amount reaches the actual capacity of the battery, and increments the deterioration counter based on the count. For example, when the actual capacity of the current battery is 1000 mAh, when the discharge of 500 mAh is performed for the first discharge, 200 mAh for the second discharge, and 300 mAh for the third discharge, the accumulated amount of discharge capacity reaches 1000 mAh. It is determined that the cycle has been discharged. During this time, the battery can be charged and discharged, or can be fully charged. These discharges are repeated, and the number of cycles is increased each time the integrated amount reaches the actual capacity of the battery at that time.
また、充電容量又は放電容量に代わって、充電容量と放電容量の累積量から1サイクルをカウントすることもできる。この方法は、実際の充電容量と放電容量を累積し、この累積量がその時点での電池の実質容量の2倍に達する毎に1サイクルとカウントし、カウントに基づいて、劣化カウンタを増加させる。たとえば、現在の電池の実質容量が1000mAhである場合、1回目の充電で800mAh、この充電に続く1回目の放電で500mAh、2回目の放電で200mAh、2回目の充電で200mAh、その後に3回目に300mAhの充電を行ったとき、充電容量の累積値が1000mAh、放電容量の累積量が1000mAhに達するので、充放電の累積値が2000mAhとなって、1サイクルの充電を行ったと判定する。 Further, instead of the charge capacity or the discharge capacity, one cycle can be counted from the accumulated amount of the charge capacity and the discharge capacity. This method accumulates the actual charge capacity and discharge capacity, counts as one cycle each time the accumulated quantity reaches twice the actual capacity of the battery, and increments the deterioration counter based on the count. . For example, if the actual capacity of the current battery is 1000 mAh, the first charge is 800 mAh, the first discharge is followed by 500 mAh, the second discharge is 200 mAh, the second charge is 200 mAh, and then the third time. When the charging of 300 mAh is performed, the cumulative value of charging capacity reaches 1000 mAh and the cumulative amount of discharging capacity reaches 1000 mAh. Therefore, the cumulative value of charging and discharging becomes 2000 mAh, and it is determined that one cycle of charging is performed.
制御回路4の切換部13は、サブ保護回路3を動作状態とする電源スイッチ14を制御する。電源スイッチ14は、電池1の+側と電圧検出回路5の電源回路(図示せず)との間に接続され、オン状態では電圧検出回路5に電源電力を供給してこれを動作状態とする。電源スイッチ14がオフ状態にあると、電圧検出回路5には電源電力が供給されず動作状態とならない。切換部13は、検出される電池1の劣化度が設定劣化度を超えると、電源スイッチ14をオンに切り換えて、サブ保護回路3を動作状態とする。
The switching
図1のパック電池は、制御回路4で主保護回路2の動作状態を制御しない。主保護回路2は常に動作状態に保持される。このパック電池は、電池1が劣化してサブ保護回路3が動作状態になると、電池電圧が上昇するときにサブ保護回路3が電流を遮断する。サブ保護回路3が電流を遮断する第2の充電禁止電圧が、主保護回路2が電流を遮断する第1の充電禁止電圧よりも低いからである。この状態で、サブ保護回路3が故障して正常に動作しない場合、電池1の電圧が第2の充電禁止電圧よりも上昇する。この状態で主保護回路2が動作状態にあるので、主保護回路2が第1の充電禁止電圧で電池1の電圧上昇を阻止する。したがって、主保護回路2を常に動作状態とするパック電池は、サブ保護回路3が故障しても電池電圧が第1の充電禁止電圧よりも高く上昇しない。
In the battery pack of FIG. 1, the
ただ、本発明のパック電池は、サブ保護回路が動作状態となるときには、主保護回路を非動作状態に切り換えることもできる。このことを実現するには、図示しないが、主保護回路にも主電源スイッチを介して電池から電力を供給する構造とし、この主電源スイッチを制御回路でオンオフに切り換える構造として実現できる。この制御回路は、サブ保護回路の電源スイッチをオンに切り換える状態では、主電源スイッチをオフに切り換えて、電池が劣化する状態で主保護回路の動作を停止して、サブ保護回路を動作状態とすることができる。 However, the battery pack of the present invention can switch the main protection circuit to the non-operation state when the sub protection circuit is in the operation state. To realize this, although not shown, the main protection circuit can be configured to supply power from the battery via the main power switch, and the main power switch can be switched on and off by the control circuit. In the state where the power switch of the sub protection circuit is turned on, the control circuit switches the main power switch off, stops the operation of the main protection circuit when the battery deteriorates, and sets the sub protection circuit to the operating state. can do.
以上のパック電池は、以下の動作で電池の電圧が異常に上昇するのを防止する。
[電池の劣化度が設定劣化度を超えない状態(電池が設定劣化度まで劣化していない状態)]
この状態で主保護回路2のみが動作状態となり、サブ保護回路3は動作状態とならない。制御回路4の劣化度検出部11が電池1の劣化度を検出し、検出された劣化度が設定劣化度を超えないことから、切換部13がサブ保護回路3の電源スイッチ14をオフに保持するからである。劣化が進んでいない電池1は、第1の充電禁止電圧まで充電して安全に、しかも充電容量を大きくして使用される。
The above battery pack prevents the battery voltage from rising abnormally in the following operation.
[Battery degradation level does not exceed the set degradation level (battery has not degraded to the set degradation level)]
In this state, only the main protection circuit 2 is in an operating state, and the sub protection circuit 3 is not in an operating state. Since the deterioration
[電池の劣化度が設定劣化度を超える状態(電池が設定劣化度まで劣化した状態)]
電池1の劣化度が設定劣化度を超えると、この状態が制御回路4の劣化度検出部11で検出される。この状態を検出した劣化度検出部11は、切換部13でもってサブ保護回路3の電源スイッチ14をオフからオンに切り換える。電源スイッチ14がオンになると、サブ保護回路3は電源スイッチ14を介して電力が供給されて動作状態となる。サブ保護回路3が動作状態になると、第2の充電禁止電圧で電池1の電流が遮断される。第2の充電禁止電圧は第1の充電禁止電圧よりも低い電圧に設定されているので、劣化した電池は、充電されて最高に上昇する電圧を第2の充電禁止電圧に低く制限される。したがって、電池が劣化したパック電池は、最高電圧を低く制限してより安全に使用できる状態となる。
[Battery degradation level exceeding the set degradation level (battery degraded to the set degradation level)]
When the degradation level of the
図1のパック電池は、主保護回路2とサブ保護回路3とが専用のスイッチング素子6を備え、各々のスイッチング素子6を直列に接続している。このパック電池は、いずれかのスイッチング素子6をオフに切り換えて充電電流を遮断できる。ただし、本発明のパック電池は、図3に示すように、主保護回路32とサブ保護回路33とがひとつのスイッチング素子6を制御して、電池1の充電電流を遮断することもできる。このパック電池のスイッチング素子6は、主保護回路32とサブ保護回路33のいずかからオフ信号を入力してオフに切り換えられる。図3は、他の実施例であって、上記の図1、図2の実施例と、同じ構成については、同じ符号を用いて、説明を省略する。
In the battery pack of FIG. 1, the main protection circuit 2 and the sub protection circuit 3 include
さらに、図1のパック電池は、主保護回路2とサブ保護回路3を別々の専用回路として実装する。図4のパック電池は、第1の充電禁止電圧と第2の充電禁止電圧に切り換えできる保護回路として、単一の保護回路で主保護回路42とサブ保護回路43を実現する。このパック電池は、制御回路4の切換部13が、保護回路の第1の充電禁止電圧と第2の充電禁止電圧を切り換える。すなわち、電池1が設定劣化度よりも劣化したことを劣化度検出部11が検出すると、保護回路がスイッチング素子6をオフに切り換える充電禁止電圧を、第1の充電禁止電圧から第2の充電禁止電圧に切り換えて低くする。このため、電池1が劣化すると、実質的には主保護回路42が非動作状態となり、サブ保護回路43が動作する状態となって、電池1の電圧上昇が第2の充電禁止電圧よりも低く制限される。図4は、他の実施例であって、上記の図1、図2の実施例と、同じ構成については、同じ符号を用いて、説明を省略する。
Further, the battery pack of FIG. 1 has the main protection circuit 2 and the sub protection circuit 3 mounted as separate dedicated circuits. The battery pack of FIG. 4 implements the
1…電池
2、32、42…主保護回路
3、33、43…サブ保護回路
4…制御回路
5…電圧検出回路
6…スイッチング素子
7…寄生ダイオード
8…差動アンプ
9…コンパレータ
10…入力回路
11…劣化度検出部
12…メモリ
13…切換部
14…電源スイッチ
15…電流検出回路
16…電流検出抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第2の充電禁止電圧は前記第1の充電禁止電圧よりも低く設定され、さらに前記制御回路(4)は電池(1)の劣化を検出する劣化度検出部(11)と、サブ保護回路(3)、(33)、(43)を動作状態に切り換える設定劣化度を記憶するメモリ(12)と、劣化度検出部(11)で検出される検出劣化度をメモリ(12)に記憶する設定劣化度に比較してサブ保護回路(3)、(33)、(43)を動作状態に切り換える切換部(13)を備えており、
電池(1)の劣化度が設定劣化度を超えない状態にあっては、主保護回路(2)、(32)、(42)が動作状態にあって電池(1)の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧としており、電池(1)の劣化度が設定劣化度を超えると、切換部(13)がサブ保護回路(3)、(33)、(43)を動作状態として、電池(1)の電流を遮断する電圧を第1の充電禁止電圧から第2の充電禁止電圧に低下させるようにしてなるパック電池。 When the voltage of the battery (1) is detected and the battery voltage rises to the first charge prohibition voltage, the main protection circuit (2), (32), (42) that cuts off the current of the battery (1) Sub-protection circuit (3), (33), (43) that cuts off the current of battery (1) when it rises to the second charge prohibition voltage, and main protection circuit (2) while detecting deterioration of battery (1) , (32), (42) circuit and a control circuit (4) for controlling the sub protection circuit (3), (33), (43),
The second charge prohibition voltage is set lower than the first charge prohibition voltage, and the control circuit (4) further includes a deterioration degree detection unit (11) for detecting deterioration of the battery (1), and a sub protection circuit. (3), (33), (43) memory to store the setting deterioration degree to switch to the operating state (12), and the detection deterioration degree detected by the deterioration degree detection unit (11) is stored in the memory (12) A switching unit (13) that switches the sub protection circuit (3), (33), (43) to the operating state compared to the set deterioration level is provided.
When the deterioration level of the battery (1) does not exceed the set deterioration level, the voltage that blocks the current of the battery (1) when the main protection circuit (2), (32), (42) is in the operating state. Is the first charge prohibition voltage, and when the deterioration level of the battery (1) exceeds the set deterioration level, the switching unit (13) sets the sub protection circuits (3), (33), (43) to the operating state, A battery pack configured to lower a voltage for interrupting a current of the battery (1) from a first charge prohibition voltage to a second charge prohibition voltage.
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