JP5480323B2

JP5480323B2 - 二次電池の保護装置

Info

Publication number: JP5480323B2
Application number: JP2012071469A
Authority: JP
Inventors: 福一高松
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-04-23
Anticipated expiration: 2027-01-22
Also published as: JP5094136B2; JP2008177117A; JP2012156139A

Description

本発明は二次電池に関し、特に過充電、過放電を監視して保護する二次電池の保護装置に関する。

リチウムイオン電池等の高エネルギー密度の二次電池は、電池の劣化の防止、あるいは安全性の確保のために、過充電および過放電から電池を保護する保護装置を一体として設けた電池パックとして実装され、電池使用機器に装着して用いられている。

上記の保護装置を設置した二次電池パックの従来例は特許文献１などに開示されており、図３にその代表的な回路ブロック図の一例を示す。二次電池の保護装置１２は１つまたは複数の二次電池からなる二次電池１１の電圧を監視する電圧監視制御回路１５と、それにより制御される充放電経路に挿入されたスイッチ素子などからなる過充電保護回路１３および過放電保護回路１４から構成されている。電圧監視制御回路１５により二次電池１１の電池電圧を監視して、電池電圧が動作可能電圧上限近傍の第一の設定電圧となった場合に過充電を検出して過充電保護回路１３のスイッチをＯＦＦし、二次電池の電圧が動作可能電圧下限近傍の第二の設定電圧以下となった場合に過放電を検出して過放電保護回路１４のスイッチをＯＦＦする制御を行う。

特許第３６２２２４３号公報

上述の従来の二次電池の保護装置は、過充電を検出した場合に充電経路をスイッチにて遮断し、また過放電を検出した場合に放電経路をスイッチにて遮断するという動作を行うのみで、それらの保護回路がスイッチＯＦＦした後、すなわち過充電検出後の充電停止状態および過放電検出後の放電停止状態において、単に回路を遮断したままとしていた。すなわち、回路遮断後、電圧が動作可能範囲に復帰して自動的にスイッチがＯＮとなるまでの間、二次電池の状態がわからないという問題を有していた。このように、遮断以降の二次電池の状態を監視していない場合、例えば過充電を検出後に、スイッチなどの動作不良により充電が停止せずに二次電池が異常な電圧上昇したときの検出や、過放電検出後の二次電池の長期保管による電圧の低下などの監視をすることができないという欠点を有することになる。

また、従来の保護装置では二次電池の劣化により過充電や過放電を生じやすくなってもその情報が得られないことも問題である。すなわち、二次電池を外部機器に接続して使用する場合、外部機器に二次電池の電圧状態のデータや過充電や過放電検出の動作履歴などのデータを伝達し、外部機器においてもその状態に応じた回路の切断または給電回路の接続、さらには二次電池の交換などの安全対策を取れることが望ましいからである。

そこで、本発明の課題は、過充電検出後の充電停止状態または過放電検出後の放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに二次電池に接続される外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができる二次電池の保護装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、二次電池の過充電、過放電を制御する二次電池の保護装置において、前記二次電池の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路と、充電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに前記過充電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過充電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えることを特徴とする。

また、前記二次電池の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路と、放電電圧を監視し、所定電圧以下の過放電となったときに前記過放電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過放電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えてもよい。

また、前記二次電池の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路と、前記二次電池の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路と、充電電圧および放電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに前記過充電保護回路を動作させ、所定電圧以下の過放電となったときに前記過放電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、前記過充電保護回路または過放電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えてもよい。

また、前記不揮発性メモリには前記過充電保護回路または前記過放電保護回路の動作時間または動作回数に関するデータのうち少なくとも１つが記録されてもよい。

また、前記不揮発性メモリに記録された前記データを前記二次電池に接続された外部の機器に伝達する手段を備えることが望ましい。

以上のように、本発明では過充電検出後や過放電検出後においても二次電池の電圧を所定時間間隔で検出し、そのデータを不揮発性メモリに記録し、さらにそのデータを外部の機器に伝達する手段を備えることにより、過充電検出後の充電停止状態または過放電検出後の放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに二次電池に接続される外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができる二次電池の保護装置が得られる。

これにより、二次電池の過放電検出後の二次電池の放電状態が判別でき、長期保管等により二次電池の電圧が極端に低下した場合、例えば０Ｖとなったときに再充電の可否を判定し、安全に二次電池が使用できる。また、二次電池の過充電検出後の二次電池の充電電圧状態が判別でき、もし過充電状態が継続していれば、外部機器への接続を中止する等の措置をとることができる。

また、不揮発性メモリに格納された電圧状態、保護回路の動作履歴などを外部機器に伝達することにより、外部機器は異常状態発生および異常状態発生後の二次電池の電圧状態を判定することができ、過充電状態後の再充電の可否や過放電状態後の充電方法を外部機器が判定し、安全に二次電池を使用することができる。

本発明の一実施の形態である二次電池の保護装置を使用した二次電池パックを示す回路ブロック図。電圧監視制御回路が過充電もしくは過放電を検出して、不揮発性メモリに二次電池の電圧を定期的に記録するプロセスを示すフローチャート。保護装置を設置した二次電池パックの従来の代表的な回路ブロック図の一例を示す図。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施の形態である二次電池の保護装置を使用した二次電池パックを示す回路ブロック図である。図１に示すように、二次電池パック内部には二次電池本体である二次電池１とそれを保護する保護装置２が搭載され、保護装置２には二次電池１の充電経路に挿入されその動作により充電を停止させる過充電保護回路３と、二次電池１の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路４と、充電電圧および放電電圧を監視し、所定電圧以上の過充電となったときに過充電保護回路３を動作させ、所定電圧以下の過放電となったときに過放電保護回路４を動作させる電圧監視制御回路５とを有している。さらに、本実施の形態の保護装置においては、不揮発性メモリ６と通信回路７を備え、電圧監視制御回路５は過充電保護回路３または過放電保護回路４の動作中、所定時間間隔で二次電池１の電圧を検出し、該検出電圧のデータを不揮発性メモリ６に記録する手段を備えている。

電圧監視制御回路５は、過充電保護回路３および過放電保護回路４の動作を監視し以下の動作を行う。
（１）電圧監視制御回路５が過充電を検出し、過充電保護回路３が動作し充電経路Ａを遮断した場合、電圧監視制御回路５は二次電池１の電圧の監視を開始し、所定時間経過後に不揮発性メモリ６に二次電池１の電圧を記録する。電圧の記録は過充電保護回路３が動作中、所定時間間隔で行う。したがって不揮発性メモリ６には過充電保護状態中の二次電池１の電圧が定期的に記録される。
（２）電圧監視制御回路５が過放電を検出し、過放電保護回路４が動作し放電経路Ｂを遮断した場合、電圧監視制御回路５は二次電池１の電圧の監視を開始し、所定時間経過後に不揮発性メモリ６に二次電池１の電圧を記録する。電圧の記録は過放電保護回路３が動作中、所定時間間隔で行う。したがって不揮発性メモリ６には過放電保護状態中の二次電池１の電圧が定期的に記録される。
（３）また、不揮発性メモリには過充電保護回路３または過放電保護回路４の動作時間と動作回数に関するデータが記録される。

通信回路７は不揮発性メモリ６の読み出し回路および二次電池１に接続される外部の機器にその読み出したデータを伝達するための通信信号端子を有しており、不揮発性メモリ６に格納された二次電池１の電圧記録は、通信回路７から通信信号端子を経由して、外部機器、例えば、充電器や通信機器本体から読み出すことができる。読み出した内容は、二次電池の過放電／過充電状態の履歴であり、過去に例えば０Ｖ近い放電状態が発生しているような場合、充電器は表示器を用いてオペレータに過去の異常および安全のため充電を控えるようなメッセージを掲示することができる。

図２は、電圧監視制御回路５が過充電もしくは過放電を検出して、不揮発性メモリ６に二次電池の電圧を定期的に記録するプロセスを示すフローチャートである。過充電保護回路３または過放電保護回路４の動作後、監視タイマーにより所定時間間隔を定めて定期的に検出電圧が記録される。過充電、過放電が解除され過充電保護回路３、過放電保護回路４の動作が停止すると記録も停止する。上記タイマーの所定時間間隔としては例えば数秒〜数分の値を設定することができ、予想される充電時間、放電時間や不揮発性メモリ６のメモリ量に応じて設定される。不揮発性メモリ６としては、ＥＥＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなどを用いることができる。

以上のように、本発明により、充電停止状態または放電停止状態においても二次電池の電圧を監視して安全対策をとることができ、さらに外部の機器においても二次電池の動作履歴などを把握して安全対策をとることができるので、本発明の二次電池の保護装置は、特に、様々な安全管理が必要とされる携帯電話機などの携帯機器に搭載使用されるリチウムイオン二次電池に好適に利用できる。

なお、本発明の二次電池の保護装置は上記の実施の形態に限られるものではないことは言うまでもなく、例えば、使用目的に応じて、過充電保護回路、過放電保護回路の一方のみ備えている場合にも適用可能である。また、記録されたデータに基づいて二次電池パック内に安全対策を行う手段を設けることも可能である。

１、１１二次電池
２、１２保護装置
３、１３過充電保護回路
４、１４過放電保護回路
５、１５電圧監視制御回路
６不揮発性メモリ
７通信回路

Claims

二次電池の過充電、過放電を制御する二次電池の保護装置において、
前記二次電池の放電経路に挿入されその動作により放電を停止させる過放電保護回路と、
放電電圧を監視し、所定電圧以下の過放電となったときに前記過放電保護回路を動作させる電圧監視制御回路とを有し、
前記過放電保護回路の動作中、所定時間間隔で前記二次電池の電圧を検出し、前記過放電保護回路の動作中に該検出電圧のデータを不揮発性メモリに記録する手段を備えることを特徴とする二次電池の保護装置。
前記不揮発性メモリには前記過放電保護回路の動作時間または動作回数に関するデータのうち少なくとも１つが記録されることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の保護装置。
前記不揮発性メモリに記録された前記データを前記二次電池に接続された外部の機器に伝達する手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池の保護装置。
前記電圧監視制御回路は、前記過放電保護回路の動作に基き、前記検出電圧のデータの前記不揮発性メモリへの記録を開始、或いは停止する請求項１から３のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路。