JP5064452B2

JP5064452B2 - 保護回路、及び電池パック

Info

Publication number: JP5064452B2
Application number: JP2009178898A
Authority: JP
Inventors: 俊明石川; 俊之仲辻
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: JP2011036014A

Description

本発明は、二次電池の保護回路、及びこの保護回路を備える電池パックに関する。

従来、二次電池を備えた電池パックにおいて、二次電池と直列に温度ヒューズが接続されたものが知られている。このような電池パックは、二次電池の異常を検出した場合に、二次電池の出力電圧によってヒータを発熱させて、この温度ヒューズを溶断させることで、電池パックを永続的に使用できなくするようになっている。

しかしながら、二次電池の電池電圧が低いと、電池電圧をヒータに印加しても、ヒータの発熱量が不足して温度ヒューズが溶断しない場合がある。このような場合、温度ヒューズを溶断できないのみならず、電池パック内でヒータが発熱し続けるため電池パックの温度が上昇してしまうという不都合があった。

そこで、二次電池の電池電圧が、温度ヒューズを溶断できる所定電圧に満たないときは、二次電池が充電されて電池電圧が所定電圧に到達するのを待って、ヒータを発熱させ、温度ヒューズを溶断させるようにした技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２１５３１０号公報

ところで、温度ヒューズは、温度が高いと溶断し易く、温度が低いと溶断しにくくなる。そのため、温度が高いときはヒータの発熱量が少なくても、すなわち電池電圧が低くても温度ヒューズを溶断させることができる一方、温度が低いときはヒータの発熱量が少ないと、すなわち電池電圧が低いと、温度ヒューズを溶断させることができない。

従って、特許文献１に記載の技術では、温度に関わりなく温度ヒューズを溶断させる必要から、上記所定電圧を、温度ヒューズが溶断しにくい低温時においても温度ヒューズを溶断させることができる高い電圧に設定しておく必要があった。

しかしながら、上記所定電圧を、低温時に温度ヒューズを溶断できるように高い電圧に設定すると、高温時には、温度ヒューズを溶断可能な電池電圧があるにもかかわらず、上記所定電圧に満たないために、二次電池が充電されて電池電圧が所定電圧に到達するまで温度ヒューズの溶断が遅れてしまうという、不都合があった。

また、温度ヒューズを溶断させようとするときは、二次電池に何らかの異常が生じているのであるから、ユーザが電池パックの充電を行わない場合もあり、このような場合、電池電圧が所定電圧に到達するのを待っていると、温度ヒューズを溶断できる機会が失われてしまう、という不都合があった。

このように、特許文献１に記載の技術では、温度ヒューズの温度によっては、電池電圧が所定電圧に満たなくても温度ヒューズを溶断できる機会があるにもかかわらず、このような機会を逃してしまい、温度ヒューズの溶断が遅れたり、温度ヒューズが溶断できなくなってしまったりするおそれが増大する、という不都合があった。

本発明の目的は、特許文献１に記載の技術よりも、温度ヒューズの溶断が遅れたり、温度ヒューズが溶断できなくなってしまったりするおそれを低減することができる二次電池の保護回路、及びこれを備える電池パックを提供することである。

本発明に係る保護回路は、二次電池の一方の極に導電経路を介して接続される第１接続端子と、前記二次電池の他方の極に接続される第２接続端子と、前記導電経路を遮断するための温度ヒューズと、前記温度ヒューズを溶断するためのヒータと、前記二次電池の電池電圧を検出する電池電圧検出部と、前記温度ヒューズに関する温度を検出する温度検出部と、前記二次電池の異常を検出する異常検出部と、前記異常検出部によって前記異常が検出され、かつ前記電池電圧検出部によって検出された電圧が所定の閾値電圧を超えるとき、前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させ、前記電池電圧検出部によって検出された電圧が前記閾値電圧に満たないとき、前記導電経路からの前記ヒータへの電圧供給を遮断するヒータ制御部と、前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記閾値電圧が低下するように、当該閾値電圧を設定する閾値電圧設定部とを備える。

この構成によれば、異常検出部によって二次電池の異常が検出された場合において、電池電圧検出部によって検出された二次電池の電池電圧が閾値電圧設定部により設定された閾値電圧を超え、電池電圧に基づくヒータの発熱量で温度ヒューズを溶断できると考えられるときは、二次電池の電池電圧が導電経路を介してヒータへ供給され、ヒータの発熱によって温度ヒューズが溶断される。これにより、二次電池と第１接続端子との間の導電経路が遮断されるので、二次電池に異常が生じた場合に二次電池の使用を禁止することができる。

このとき、閾値電圧設定部によって、温度検出部によって検出された温度ヒューズに関する温度、例えば温度ヒューズの温度や環境温度が高いほど閾値電圧が低下するように閾値電圧が設定されているので、温度ヒューズに関する温度が高く溶断しやすい状態のときは、ヒータ制御部によって、電池電圧が低くても温度ヒューズの溶断が実行される。従って、背景技術のようにヒューズの溶断を実行するか否かの基準となる所定電圧が固定値である場合と比べて、温度ヒューズの溶断が遅れたり、温度ヒューズが溶断できなくなってしまったりするおそれを低減することができる。

一方、異常検出部によって二次電池の異常が検出された場合であっても、電池電圧検出部によって検出された電圧が閾値電圧に満たず、すなわち電池電圧に基づくヒータの発熱量では温度ヒューズを溶断できないと考えられるときは、ヒータへの電圧供給が遮断されてヒータが発熱しないので、温度ヒューズを溶断できない発熱量でヒータの発熱が継続するおそれが低減される。

ここで、温度ヒューズに関する温度が低いときは温度ヒューズが溶断しにくいから、もし仮に閾値電圧が高温時と同じ電圧値であるとすると、低温時においては温度ヒューズを溶断できない電池電圧であるにも関わらず、ヒータを発熱させてしまうおそれがある。しかしながら、この構成によれば、閾値電圧設定部によって、温度検出部によって検出された温度ヒューズに関する温度が低いほど閾値電圧が上昇するように閾値電圧が設定されるので、低温で溶断しにくい状態のときは、高温時よりも電池電圧が高くないと、ヒータ制御部によるヒータへの電圧供給が行われない。これにより、温度ヒューズに関する温度に関わらず、温度ヒューズを溶断できない発熱量でヒータの発熱が継続するおそれを低減することができる。

また、前記第１接続端子と前記第２接続端子との間の電圧を検出する端子電圧検出部をさらに備え、前記ヒータ制御部は、前記導電経路に印加されている電圧の前記ヒータへの電圧供給が開始されてからの経過時間が前記温度ヒューズを溶断できる時間として設定された閾値時間を超え、かつ、前記端子電圧検出部により検出された電圧が、当該電圧がゼロではないことを判定するために予め設定された判定電圧を超える場合、前記温度ヒューズが溶断しないと判定し、前記導電経路からの前記ヒータへの電圧供給を遮断することが好ましい。

この構成によれば、第１接続端子が導電経路を介して二次電池の一方の極に接続されているので、導電経路を遮断するための温度ヒューズが溶断していなければ、第１及び第２接続端子間に、電池電圧が供給されることとなる。そして、ヒータへの電圧供給が開始されてからの経過時間が温度ヒューズを溶断できる時間として設定された閾値時間を超えたときに、端子電圧検出部により検出された第１及び第２接続端子間の電圧が、判定電圧を超えてゼロではない場合、本来であれば温度ヒューズが溶断するはずの時間、ヒータの発熱を継続しても温度ヒューズが溶断しなかったことになる。このような場合、これ以上ヒータの発熱を継続しても温度ヒューズは溶断しない可能性が高いので、ヒータ制御部は、導電経路からのヒータへの電圧供給を遮断する。これにより、温度ヒューズを溶断できないままヒータの発熱が継続するおそれを低減することができる。

また、前記電池電圧検出部によって検出される電圧が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えることが好ましい。

ヒータは、供給される電圧が高いほど発熱量が増大し、温度ヒューズを溶断できる時間が短くなる。そこで、閾値時間設定部は、電池電圧検出部によって検出される電圧が高いほど閾値時間を短い時間に設定することで、閾値時間の精度を向上することができる結果、温度ヒューズを溶断できないままヒータの発熱が継続したり、ヒータの発熱を停止させるのが早すぎて、温度ヒューズを溶断できる機会を逃してしまったりするおそれを低減することができる。

また、前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えることが好ましい。

温度ヒューズは、温度検出部によって検出される温度が高いほど溶断にかかる時間が短くなる。そこで、閾値時間設定部が、温度検出部によって検出される温度が高いほど閾値時間を短い時間に設定することで、閾値時間の精度を向上することができる結果、温度ヒューズを溶断できないままヒータの発熱が継続したり、ヒータの発熱を停止させるのが早すぎて、温度ヒューズを溶断できる機会を逃してしまったりするおそれを低減することができる。

また、前記電池電圧検出部によって検出される電圧が高いほど前記閾値時間を短く、かつ前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えることが好ましい。

この構成によれば、閾値時間設定部が、電池電圧検出部によって検出される電圧と、温度検出部によって検出される温度との両方に基づいて閾値電圧を設定するので、いずれか一方を用いる場合よりもさらに閾値時間の精度を向上することができる。

また、前記ヒータ制御部は、前記温度ヒューズが溶断しないと判定して前記電圧供給を遮断した後、予め設定された待ち時間が経過し、かつ前記電池電圧検出部によって検出された電圧が前記閾値電圧設定部によって設定された閾値電圧を超える場合、前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させることが好ましい。

ヒータ制御部が、閾値時間を超えてヒータを発熱させてもヒューズを溶断できず、温度ヒューズが溶断しないと判定して電圧供給を遮断した場合であっても、その後の環境温度や二次電池の電池電圧の変化など、条件が変化すれば、温度ヒューズが溶断可能になることがある。そこで、ヒータ制御部は、このような条件の変化が期待できる待ち時間が経過した後、電池電圧検出部によって検出された電圧が閾値電圧を超えていれば、再びヒータへの電圧供給を行うことで、温度ヒューズを溶断する機会を増大させることができる。

また、前記ヒータの発熱を制御するためのヒータ用スイッチング素子をさらに備え、前記温度ヒューズは、前記ヒータによって溶断される二つの温度ヒューズが直列接続されたものであり、前記二つの温度ヒューズの接続点は、前記ヒータとヒータ用スイッチング素子とを介して前記第２接続端子と接続され、前記ヒータ制御部は、前記ヒータ用スイッチング素子をオンさせることにより前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させ、前記ヒータ用スイッチング素子をオフさせることにより前記ヒータへの電圧供給を遮断させることが好ましい。

この構成によれば、ヒータ用スイッチング素子のオン、オフによって、ヒータへの電圧供給を制御できる。そして、二つの温度ヒューズが直列接続され、その接続点がヒータとヒータ用スイッチング素子とを介して第２接続端子の接続端子に接続されているので、ヒータの発熱により二つの温度ヒューズが溶断すると、二次電池からヒータへの電圧供給経路と第１接続端子からのヒータへの電圧供給経路との両方が遮断され、ヒータの発熱が停止するので、温度ヒューズの溶断後にヒータが発熱し続けることがない。

また、本発明に係る電池パックは、上述の保護回路と、前記二次電池とを備える。

この構成によれば、二次電池を備えた電池パックにおいて、背景技術のようにヒューズの溶断を実行するか否かの基準となる所定電圧が固定値である場合と比べて、温度ヒューズの溶断が遅れたり、温度ヒューズが溶断できなくなってしまったりするおそれを低減することができる。

このような構成の保護回路は、異常検出部によって二次電池の異常が検出された場合において、電池電圧検出部によって検出された二次電池の電池電圧が閾値電圧設定部により設定された閾値電圧を超え、電池電圧に基づくヒータの発熱量で温度ヒューズを溶断できると考えられるときは、二次電池の電池電圧が導電経路を介してヒータへ供給され、ヒータの発熱によって温度ヒューズが溶断される。これにより、二次電池と第１接続端子との間の導電経路が遮断されるので、二次電池に異常が生じた場合に二次電池の使用を禁止することができる。

また、このような構成の電池パックは、二次電池を備えた電池パックにおいて、背景技術のようにヒューズの溶断を実行するか否かの基準となる所定電圧が固定値である場合と比べて、温度ヒューズの溶断が遅れたり、温度ヒューズが溶断できなくなってしまったりするおそれを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る保護回路を備えた電池パックの構成の一例を示すブロック図である。図１に示す保護回路の動作の一例を示すフローチャートである。図１に示す保護回路の動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る保護回路２を備えた電池パック１の構成の一例を示すブロック図である。

電池パック１は、保護回路２と、二次電池１４とを備えている。また、保護回路２は、接続端子１１（第１接続端子）、接続端子１２（第２接続端子），接続端子１３、温度センサ１５，１６、電流検出抵抗１７、電池電圧検出部１８、電池温度検出部１９、通信部２０、温度検出部２１、端子電圧検出部２２、制御部２０１、放電用スイッチング素子ＳＷ１、充電用スイッチング素子ＳＷ２、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３、温度ヒューズＦ１，Ｆ２、ヒータＲｈ、及び抵抗Ｒを備えている。

なお、保護回路２は、必ずしも電池パックに内蔵されている必要はなく、例えば保護回路２が、車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されていてもよく、電池搭載機器に内蔵されていていてもよい。

接続端子１１，１２，１３は、電池搭載機器や充電装置等の図略の外部機器と接続される接続端子である。接続端子１１，１２，１３が外部機器と接続されると、二次電池１４の放電電流が、接続端子１１，１２を介して外部機器へ供給されたり、外部機器から出力された充電電圧が、接続端子１１，１２を介して二次電池１４へ印加されたりする。

通信部２０は、接続端子１３を介して外部機器との間でデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。

接続端子１１は、温度ヒューズＦ１，Ｆ２、充電用スイッチング素子ＳＷ２、及び放電用スイッチング素子ＳＷ１を介する導電経路Ｌ１によって、二次電池１４の正極に接続されている。

放電用スイッチング素子ＳＷ１及び充電用スイッチング素子ＳＷ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。

放電用スイッチング素子ＳＷ１は、寄生ダイオードのカソードが二次電池１４の方向にされており、オフすると二次電池１４の放電方向の電流のみを遮断するようになっている。また、充電用スイッチング素子ＳＷ２は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１１の方向にされており、オフすると二次電池１４の充電方向の電流のみを遮断するようになっている。

また、接続端子１２は、電流検出抵抗１７を介して二次電池１４の負極に接続されており、接続端子１１から温度ヒューズＦ１，Ｆ２、充電用スイッチング素子ＳＷ２、放電用スイッチング素子ＳＷ１、二次電池１４、及び電流検出抵抗１７を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。

なお、接続端子１１，１２，１３は、電池パック１と、外部機器や外部回路とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。

そして、ヒータＲｈの一端が、導電経路Ｌ１の一点、例えば温度ヒューズＦ１と温度ヒューズＦ２との接続点に接続され、他端が、抵抗Ｒ、及びヒータ用スイッチング素子ＳＷ３を介して接続端子１２に接続されている。

なお、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が直列接続され、かつ温度ヒューズＦ１，Ｆ２の接続点にヒータＲｈが接続された状態で、１パッケージに封止されたヒータ付き温度ヒューズＦを用いるようにしてもよい。また、温度ヒューズは一つであってもよい。

電流検出抵抗１７は、二次電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。

二次電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が直列接続された組電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。二次電池１４としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池が用いられる。

電池電圧検出部１８、電池温度検出部１９、温度検出部２１、及び端子電圧検出部２２は、例えばアナログデジタル変換回路を用いて構成されている。

電池電圧検出部１８は、二次電池１４の電池電圧Ｖｂを検出し、その電圧値を示す信号を制御部２０１へ出力する。

端子電圧検出部２２は、接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔを検出し、その電圧値を示す信号を制御部２０１へ出力する。端子電圧検出部２２は、抵抗Ｒとヒータ用スイッチング素子ＳＷ３との直列回路の両端電圧を検出するようになっているが、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオフしていれば、抵抗Ｒｈ，Ｒにおける電圧降下は生じないので、接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔをできる。

また、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオンすると、端子電圧検出部２２は、電池電圧Ｖｂ、又は端子電圧Ｖｔが、抵抗Ｒｈと抵抗Ｒとで分圧された電圧を検出することとなる。この場合、抵抗Ｒｈ，Ｒの抵抗値をそれぞれＲｈ、Ｒとすると、後述する判定電圧Ｖｊ、閾値電圧Ｖｔｈに対して、Ｖｊ＜Ｖｔｈ×Ｒ／（Ｒｈ＋Ｒ）の関係が成り立つように、抵抗Ｒｈ，Ｒの抵抗値が設定されている。

抵抗Ｒは、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオンして温度ヒューズＦ１，Ｆ２が開放状態になったときに、開放状態となった接続端子１１，１２間の電圧は不安定になるため、端子電圧検出部２２が安定して０Ｖを検出できるようにするため設けられている。

なお、端子電圧検出部２２は、例えば内部インピーダンスを小さな値、例えば１ＭΩ以下の値としておけば、接続端子１１，１２が開放状態となったとき、０Ｖを検出することができるので、抵抗Ｒを備えず、直接接続端子１１，１２間の電圧Ｖｔを検出する構成としてもよい。

温度センサ１５，１６は、例えばサーミスタや熱電対等を用いて構成された温度センサである。

温度センサ１５は、例えば二次電池１４に密着して、あるいは二次電池１４の近傍に配設されて、二次電池１４の温度を検出し、その温度値を示す電圧信号を電池温度検出部１９へ出力する。電池温度検出部１９は、温度センサ１５から出力された電圧信号に基づき、二次電池１４の温度を示す信号を制御部２０１へ出力する。

温度センサ１６は、例えば温度ヒューズＦ１，Ｆ２（又はヒータ付き温度ヒューズＦ）に密着して、あるいは温度ヒューズＦ１，Ｆ２（又はヒータ付き温度ヒューズＦ）の近傍に配設されて、温度ヒューズＦ１，Ｆ２に関する温度ｔを検出し、その温度値を示す電圧信号を温度検出部２１へ出力する。温度検出部２１は、温度センサ１６から出力された電圧信号に基づき、温度ｔを示す信号を制御部２０１へ出力する。

温度ｔは、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の温度そのものに限られず、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の近傍の環境温度等、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の温度と関連する温度であればよい。以下の説明においては、温度ｔは、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の温度として説明する。

制御部２０１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタル変換回路と、タイマ回路と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。

そして、制御部２０１は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、異常検出部２１１、閾値電圧設定部２１２、閾値時間設定部２１３、ヒータ制御部２１４、保護制御部２１５、及び電流検出部２１６として機能する。

電流検出部２１６は、電流検出抵抗１７の両端間の電圧Ｖｒを検出し、この電圧Ｖｒを電流検出抵抗１７の抵抗値Ｒで除算することにより、二次電池１４に流れる充放電電流値Ｉｃを取得する。

保護制御部２１５は、回復可能な範囲内の異常が生じた場合に、放電用スイッチング素子ＳＷ１、又は充電用スイッチング素子ＳＷ２をオフさせて、二次電池１４の放電又は充電を禁止することで、二次電池１４を劣化から保護する。

例えば、保護制御部２１５は、電池電圧検出部１８によって検出された電池電圧Ｖｂが、二次電池１４の満充電電圧を超えたとき、充電用スイッチング素子ＳＷ２をオフさせて充電を禁止することで、二次電池１４の過充電を防止する。

また、保護制御部２１５は、例えば、電池電圧検出部１８によって検出された電池電圧Ｖｂが、二次電池１４の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧Ｖｏｆｆ以下になった場合、放電用スイッチング素子ＳＷ１をオフさせて放電を禁止することで、二次電池１４の過放電による劣化を防止するようになっている。

異常検出部２１１は、回復困難な異常が生じた場合や、二次電池１４が寿命に達した場合等に、異常の発生を検出する。

例えば、異常検出部２１１は、電池温度検出部１９によって検出された二次電池１４の温度が、二次電池１４内部のセパレータが溶融するおそれがある温度として予め設定された温度判定値ｔｓ以上になると、異常を検出し、ヒータ制御部２１４に通知する。

また、異常検出部２１１は、例えば、電池電圧検出部１８によって検出された電池電圧Ｖｂが、二次電池１４の満充電電圧を超えて、さらに二次電池１４に回復困難な損傷を生じるおそれのある電圧として予め設定された電圧判定値Ｖｓ以上になると、異常を検出し、ヒータ制御部２１４に通知する。

閾値電圧設定部２１２は、二次電池１４の電池電圧Ｖｂが、ヒータＲｈを発熱させることによって温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断させることが可能であるか否かを判定するための閾値電圧Ｖｔｈを、温度検出部２１によって検出された温度ｔが高いほど、低下するように設定する。

温度ヒューズは、温度が高いと溶断し易く、温度が低いと溶断しにくくなる。そこで、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の温度ｔに応じて、ヒータＲｈによって温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる発熱量が得られる最低限の電池電圧Ｖｂを、例えば予め実験的に求めてデータテーブルとしてＲＯＭに記憶しておく。

閾値電圧設定部２１２は、例えばこのデータテーブルを参照し、温度検出部２１によって検出された温度ｔに基づき、この温度ｔにおいて温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる最低限の電池電圧Ｖｂを取得して閾値電圧Ｖｔｈとし設定するようにしてもよい。これにより、温度ヒューズは、温度が高いと溶断し易く、温度が低いと溶断しにくいから、閾値電圧Ｖｔｈは、温度ｔが高いほど、低い電圧値に設定されることになる。

閾値時間設定部２１３は、ヒータＲｈの発熱を実際に開始した後の経過時間によって、これ以上発熱を継続しても温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しないと判定するための閾値時間Ｔｔｈを設定する。

温度ヒューズＦ１，Ｆ２は、温度（環境温度）が高いと溶断し易く、温度が低いと溶断しにくいから、温度ヒューズＦ１，Ｆ２は、温度が高いほど短時間で溶断し、温度が低いほど溶断にかかる時間が長くなる。同様に、温度ヒューズＦ１，Ｆ２は、電池電圧Ｖｂが高くヒータＲｈの発熱量が多いほど短時間で溶断し、電池電圧Ｖｂが低くヒータＲｈの発熱量が少ないほど溶断にかかる時間が長くなる。

そこで、閾値時間設定部２１３は、電池電圧検出部１８によって検出される電池電圧Ｖｂが高いほど閾値時間Ｔｔｈを短い時間に設定し、温度検出部２１によって検出される温度ｔが高いほど閾値時間Ｔｔｈを短い時間に設定することによって、今現在の電池電圧Ｖｂと温度ｔとに応じて、これ以上発熱を継続しても温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しないと判定するための閾値時間Ｔｔｈを設定することができる。

具体的には、電池電圧Ｖｂと温度ｔとの組み合わせに応じて、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる時間を予め実験的に求めておき、このようにして得られた電池電圧Ｖｂと温度ｔとの組み合わせに対応する溶断時間をデータテーブルとしてＲＯＭに記憶しておいてもよい。閾値時間設定部２１３は、このようなデータテーブルを参照して得られた溶断時間を閾値時間Ｔｔｈとして設定するようにしてもよい。

なお、閾値時間設定部２１３は、電池電圧Ｖｂと温度ｔとのうち、いずれか一方のみを用いて閾値時間Ｔｔｈを設定してもよい。

ヒータ制御部２１４は、異常検出部２１１によって異常が検出され、かつ電池電圧検出部１８によって検出された電圧が閾値電圧設定部２１２によって設定された閾値電圧Ｖｔｈを超えるとき、放電用スイッチング素子ＳＷ１を強制的にオンさせると共に、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンさせることで、二次電池１４の電池電圧Ｖｂを、導電経路Ｌ１を介してヒータＲｈへ供給させ、ヒータＲｈを発熱させる。

一方、ヒータ制御部２１４は、異常検出部２１１によって異常が検出された場合であっても、電池電圧検出部１８によって検出された電圧が閾値電圧設定部２１２によって設定された閾値電圧Ｖｔｈに満たないとき、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３を遮断したままオンさせない。

ここで、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が導通している間は、放電用スイッチング素子ＳＷ１がオンしているので、二次電池１４の電池電圧Ｖｂが放電用スイッチング素子ＳＷ１、充電用スイッチング素子ＳＷ２、及び温度ヒューズＦ１，Ｆ２を介して接続端子１１へ供給されている。

そして、ヒータＲｈの発熱により、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断すると、二次電池１４の電池電圧Ｖｂは接続端子１１へ供給されない（端子電圧検出部２２へ供給されない）ので、接続端子１１，１２間の電圧（端子電圧検出部２２の検出電圧）は略ゼロとなる。

そこで、ヒータ制御部２１４は、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンさせた後の経過時間Ｔ１を図略のタイマ回路を用いて計時させると共に、端子電圧検出部２２によって検出される接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔ（電池電圧Ｖｂ又は端子電圧Ｖｔが、抵抗Ｒｈと抵抗Ｒとで分圧された電圧）を監視する。

なお、端子電圧検出部２２は、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオンしているときは、端子電圧Ｖｔを直接検出しているわけではないが、抵抗Ｒｈと抵抗Ｒとで分圧された電圧を検出することで、間接的に端子電圧Ｖｔを検出しているので、以下の記載においては、説明を簡単にするため、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオンしている場合においても、端子電圧検出部２２は端子電圧Ｖｔを検出するものとして説明する。

そして、ヒータ制御部２１４は、タイマ回路により計時された経過時間Ｔ１が閾値時間設定部２１３により設定された閾値時間Ｔｔｈを超えても、端子電圧検出部２２により検出された端子電圧Ｖｔが予め設定された判定電圧Ｖｊを超えている場合、これ以上ヒータＲｈの発熱を継続しても温度ヒューズＦ１，Ｆ２は溶断しないと判定し、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオフさせる。

判定電圧Ｖｊとしては、例えば端子電圧検出部２２の計測誤差やノイズの影響等により生じるおそれのある電圧より僅かに大きい電圧値が予め設定されている。従って、端子電圧Ｖｔが判定電圧Ｖｊを超えていれば、二次電池１４の電池電圧Ｖｂが、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を介して接続端子１１へ供給されており、すなわち温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断していないと考えられる。

さらにヒータ制御部２１４は、ヒータＲｈの発熱を継続しても温度ヒューズＦ１，Ｆ２は溶断しないと判定してヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオフさせた後の、経過時間Ｔ２を図略のタイマ回路を用いて計時させる。

そして、タイマ回路により計時された経過時間Ｔ２が、電池パック１の環境温度が変化したり、二次電池１４が充電されて電池電圧Ｖｂが増大したりする可能性があると考えられる時間、例えば１時間程度に予め設定された待ち時間Ｔｗ以上となり、かつ電池電圧検出部１８によって検出された電池電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈを超える場合、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３を再びオンさせて温度ヒューズＦ１，Ｆ２の溶断を試みる。

次に、上述のように構成された保護回路２の動作について説明する。図２、図３は、図１に示す保護回路２の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、異常検出部２１１によって、二次電池１４を永続的に使用禁止にすべき異常の発生の有無が、確認される（ステップＳ１）。そして、異常検出部２１１によって、このような異常の発生が検出されると（ステップＳ１でＹＥＳ）、閾値電圧設定部２１２によって、閾値電圧Ｖｔｈが、温度検出部２１により検出された温度ｔが高いほど、低い電圧値に設定される（ステップＳ２）。

次に、閾値時間設定部２１３によって、閾値時間Ｔｔｈが、電池電圧検出部１８により検出される電池電圧Ｖｂが高いほど短く、かつ、温度検出部２１によって検出される温度ｔが高いほど短い時間に設定される（ステップＳ３）。

次に、ヒータ制御部２１４によって、電池電圧検出部１８により検出される電池電圧Ｖｂと閾値電圧設定部２１２により設定された閾値電圧Ｖｔｈとが比較され（ステップＳ４）、電池電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈ以上であれば（ステップＳ４でＹＥＳ）、電池電圧Ｖｂによって温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断させることが可能であるから、ヒータ制御部２１４によって、放電用スイッチング素子ＳＷ１がオンされ（ステップＳ５）、さらにヒータ用スイッチング素子ＳＷ３がオンされる（ステップＳ６）。

一方、電池電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈに満たなければ（ステップＳ４でＮＯ）、再びステップＳ２〜Ｓ４を繰り返し、電池電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈ以上になって、電池電圧ＶｂによるヒータＲｈの発熱量で温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断させることが可能になるまで、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンしない。

これにより、電池電圧Ｖｂが低いためにヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンしても、ヒータＲｈの発熱量が不足して温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断させることが出来ないと考えられるときは、ヒータＲｈを発熱させないので、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しないまま電池パック１の温度を上昇させてしまうおそれが低減できる。

また、ステップＳ２において、閾値電圧設定部２１２によって、閾値電圧Ｖｔｈが、今現在の温度ヒューズＦ１，Ｆ２の温度ｔが高いほど、低い電圧値に設定され、例えば温度ｔの条件下でヒータＲｈによって温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる発熱量が得られる最低限の電池電圧Ｖｂが、閾値電圧Ｖｔｈとして設定されているので、背景技術のように閾値電圧Ｖｔｈが固定値である場合と異なり、温度ｔが高く、電池電圧Ｖｂが低くても温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断可能な状態であるにもかかわらず、電池電圧Ｖｂが、温度ｔが低いときに合わせて設定された閾値電圧Ｖｔｈに満たないために温度ヒューズＦ１，Ｆ２の溶断を行わず、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断出来る機会を失ってしまう、というおそれを低減できる。

このように、ステップＳ１〜Ｓ６の処理によれば、閾値電圧Ｖｔｈが固定値である背景技術よりも、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断可能な機会を増大させることが可能となる。

次に、ヒータ制御部２１４は、ステップＳ６においてヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンさせてからの経過時間Ｔ１を、図略のタイマ回路を用いて計時させる（ステップＳ７）。

また、ヒータ制御部２１４は、端子電圧検出部２２によって検出される端子電圧Ｖｔを、判定電圧Ｖｊと比較する（ステップＳ８）。そして、端子電圧Ｖｔが判定電圧Ｖｊ以下であれば（ステップＳ８でＹＥＳ）、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断したと考えられるから、処理を終了する。

ここで、温度ヒューズＦ１，Ｆ２は直列接続され、かつ温度ヒューズＦ１，Ｆ２の接続点にヒータＲｈが接続されているので、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断すると、二次電池１４からヒータＲｈに電圧が供給される経路（温度ヒューズＦ２）、及び接続端子１１からヒータＲｈに電圧が供給される経路（温度ヒューズＦ１）の両方が遮断され、ヒータＲｈの発熱が停止するので、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の溶断後にヒータＲｈが発熱し続けることがない。

一方、端子電圧Ｖｔが判定電圧Ｖｊを超えていれば（ステップＳ８でＮＯ）、温度ヒューズＦ１，Ｆ２はまだ溶断していないと考えられるから、ヒータ制御部２１４は、ステップＳ９へ移行し、タイマ回路により計時された経過時間Ｔ１と閾値時間設定部２１３により設定された閾値時間Ｔｔｈとを比較する（ステップＳ９）。

そして、経過時間Ｔ１が閾値時間Ｔｔｈに満たなければ（ステップＳ９でＮＯ）、まだヒータＲｈの発熱を継続することで温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる可能性があるから、ヒータ制御部２１４は、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオンしたままステップＳ８〜Ｓ９を繰り返す。

一方、経過時間Ｔ１が閾値時間Ｔｔｈ以上であれば（ステップＳ９でＹＥＳ）、ヒータＲｈの発熱を継続しても温度ヒューズＦ１，Ｆ２は溶断しないと考えられるから、ヒータ制御部２１４は、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオフしてヒータＲｈの発熱を停止させ（ステップＳ１０）、放電用スイッチング素子ＳＷ１をステップＳ５でオンさせる前の状態に戻す（ステップＳ１１）。

ステップＳ４において電池電圧Ｖｂが閾値電圧Ｖｔｈ以上であっても、例えば温度ヒューズＦ１，Ｆ２やヒータＲｈの特性バラツキや、環境温度の変化、あるいは電池電圧Ｖｂの変化によって、電池電圧Ｖｂを印加してヒータＲｈを発熱させても温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しない場合がある。

このような場合、もし仮に、ヒータＲｈの発熱を継続すると、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できないまま電池パック１の温度が上昇し続けるおそれがある。しかしながら、ヒータ制御部２１４は、経過時間Ｔ１が閾値時間Ｔｔｈ以上であれば、ヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオフしてヒータＲｈの発熱を停止させるので、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できないまま電池パック１の温度が上昇し続けるおそれを低減することができる。

また、閾値時間Ｔｔｈは、閾値時間設定部２１３によって、電池電圧Ｖｂが高いほど閾値時間Ｔｔｈが短い時間に設定され、温度ｔが高いほど閾値時間Ｔｔｈが短い時間に設定されるので、例えば電池電圧Ｖｂが高かったり温度ｔが高かったりして、本来短時間で温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断するはずである場合には、閾値時間Ｔｔｈが短い時間に設定されている。これにより、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しないという判定を、閾値時間Ｔｔｈが固定値である場合と比べて短時間で行うことができる結果、不必要にヒータＲｈの発熱を継続するおそれが低減できる。

次に、ヒータ制御部２１４は、ステップＳ１０においてヒータ用スイッチング素子ＳＷ３をオフさせてからの経過時間Ｔ２を、図略のタイマ回路を用いて計時させる（ステップＳ１２）。そして、経過時間Ｔ２が待ち時間Ｔｗ以上になると（ステップＳ１３でＹＥＳ）、ヒータ制御部２１４は、再びステップＳ２以降の処理を繰り返すことで、温度ヒューズＦ１，Ｆ２の溶断を試みる。

すなわち、ステップＳ９において、ヒータＲｈを発熱させても温度ヒューズＦ１，Ｆ２が溶断しないと判定された場合であっても、その後待ち時間Ｔｗ以上の時間が経過し、その間に環境温度が上昇して温度ｔが上昇したり、二次電池１４が充電されて電池電圧Ｖｂが上昇したりした場合には、再びステップＳ２以降の処理を繰り返すことで、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる場合がある。これにより、温度ヒューズＦ１，Ｆ２を溶断できる機会を増大させることができる。

なお、温度ヒューズＦ１，Ｆ２が、充電用スイッチング素子ＳＷ２と接続端子１１との間に介設されている例を示したが、温度ヒューズＦ１，Ｆ２は、二次電池１４と放電用スイッチング素子ＳＷ１との間に設けられていてもよい。この場合、ステップＳ５、Ｓ１１は不要である。また、温度ヒューズＦ１，Ｆ２、放電用スイッチング素子ＳＷ１、及び充電用スイッチング素子ＳＷ２は、接続端子１２と二次電池１４との間に設けられていてもよい。

本発明に係る二次電池の保護回路、及びこの保護回路を備える電池パックは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等、種々の電池搭載装置に用いられる二次電池の保護回路、及び電池パックとして好適に利用することができる。

１電池パック
２保護回路
１１〜１３接続端子
１４二次電池
１５，１６温度センサ
１７電流検出抵抗
１８電池電圧検出部
１９電池温度検出部
２０通信部
２１温度検出部
２２端子電圧検出部
２０１制御部
２１１異常検出部
２１２閾値電圧設定部
２１３閾値時間設定部
２１４ヒータ制御部
２１５保護制御部
２１６電流検出部
Ｆヒータ付き温度ヒューズ
Ｆ１，Ｆ２温度ヒューズ
Ｌ１導電経路
Ｒｈヒータ
ＳＷ１放電用スイッチング素子
ＳＷ２充電用スイッチング素子
ＳＷ３ヒータ用スイッチング素子
Ｔ閾値時間
Ｔ１，Ｔ２経過時間
Ｔｔｈ閾値時間
Ｔｗ時間
Ｖｂ電池電圧
Ｖｊ判定電圧
Ｖｓ電圧判定値
Ｖｔ端子電圧
Ｖｔｈ閾値電圧
ｔｓ温度判定値

Claims

二次電池の一方の極に導電経路を介して接続される第１接続端子と、
前記二次電池の他方の極に接続される第２接続端子と、
前記導電経路を遮断するための温度ヒューズと、
前記温度ヒューズを溶断するためのヒータと、
前記二次電池の電池電圧を検出する電池電圧検出部と、
前記温度ヒューズに関する温度を検出する温度検出部と、
前記二次電池の異常を検出する異常検出部と、
前記異常検出部によって前記異常が検出され、かつ前記電池電圧検出部によって検出された電圧が所定の閾値電圧を超えるとき、前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させ、前記電池電圧検出部によって検出された電圧が前記閾値電圧に満たないとき、前記導電経路からの前記ヒータへの電圧供給を遮断するヒータ制御部と、
前記温度検出部によって検出された温度が高いほど前記閾値電圧が低下するように、当該閾値電圧を設定する閾値電圧設定部と
を備えることを特徴とする保護回路。
前記第１接続端子と前記第２接続端子との間の電圧を検出する端子電圧検出部をさらに備え、
前記ヒータ制御部は、
前記導電経路に印加されている電圧の前記ヒータへの電圧供給が開始されてからの経過時間が前記温度ヒューズを溶断できる時間として設定された閾値時間を超え、かつ、前記端子電圧検出部により検出された電圧が、当該電圧がゼロではないことを判定するために予め設定された判定電圧を超える場合、前記温度ヒューズが溶断しないと判定し、前記導電経路からの前記ヒータへの電圧供給を遮断すること
を特徴とする請求項１記載の保護回路。
前記電池電圧検出部によって検出される電圧が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の保護回路。
前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の保護回路。
前記電池電圧検出部によって検出される電圧が高いほど前記閾値時間を短く、かつ前記温度検出部によって検出される温度が高いほど前記閾値時間を短い時間に設定する閾値時間設定部をさらに備えること
を特徴とする請求項２記載の保護回路。
前記ヒータ制御部は、
前記温度ヒューズが溶断しないと判定して前記電圧供給を遮断した後、予め設定された待ち時間が経過し、かつ前記電池電圧検出部によって検出された電圧が前記閾値電圧設定部によって設定された閾値電圧を超える場合、前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させること
を特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の保護回路。
前記ヒータの発熱を制御するためのヒータ用スイッチング素子をさらに備え、
前記温度ヒューズは、
前記ヒータによって溶断される二つの温度ヒューズが直列接続されたものであり、
前記二つの温度ヒューズの接続点は、
前記ヒータとヒータ用スイッチング素子とを介して前記第２接続端子と接続され、
前記ヒータ制御部は、
前記ヒータ用スイッチング素子をオンさせることにより前記導電経路に印加されている電圧を前記ヒータへ供給させ、前記ヒータ用スイッチング素子をオフさせることにより前記ヒータへの電圧供給を遮断させること
を特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の保護回路。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電池パック。