JP5683372B2 - 充放電制御装置、バッテリパック、電気機器、及び、充放電制御方法 - Google Patents

充放電制御装置、バッテリパック、電気機器、及び、充放電制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、バッテリの充放電を制御する充放電制御装置、この充放電制御装置が組み込まれたバッテリパック、このバッテリパックと着脱自在に接続される電気機器、及び、充放電制御方法に関する。
リチウムイオン二次電池などの二次電池の充放電を制御する充放電回路は、複数の保護素子を作動させることで、電池に流れる電流経路を遮断する機能を有している。具体的に、このような充放電制御回路は、通常の充放電動作をしているときにはスイッチングトランジスタなどを用いて、電池に流れる電流経路のＯＮ／ＯＦＦを制御しているが、雷サージに代表される瞬間的な大電流が生じたときにはスイッチングトランジスタの動作時間を上回って電流値が上昇するため、過電流保護の観点から電流経路を遮断するヒューズなどの保護回路を有している。また、充放電回路は、電池の状態、すなわち電池の電圧値や温度などを検出し、この検出結果から異常状態を判断して、スイッチングトランジスタなどを用いて、電池に流れる電流経路のＯＮ／ＯＦＦを制御している。
また、特許文献１には、二次電池への充電を行っているときに、電池への過充電を検出したとき、電池が異常に温度上昇したとき、スイッチング素子が発熱によって誤動作したときなどに、不可逆な状態で強制的に電池に流れる電流経路を溶断する保護素子を有する保護回路が記載されている。
特開２００７−１３５３５９号公報
上述した特許文献１に記載された保護回路では、過電流状態から保護するため、１系統の保護素子を用いて電流経路を溶断している。充電時と放電時の電流値が大きく変化しない場合には、このような保護回路を用いて過電流状態から保護することが可能であった。
これに対して、充電時と放電時の電流値が大きく変化するような用途、例えば電動工具などの充電電流に対して放電電流が非常に大きいという使用形態に対応するためには、放電電流に合わせて過電流保護用の保護素子を設計する必要がある。このようにして放電電流に合わせて過電流保護用に設計された保護素子は、充電動作で保護しなければならない電流値によって溶断できず、充電時の過電流状態から十分に保護することができないという問題があった。
このような問題に対して、例えばバッテリパックの正極端子を２系統設けて、それぞれの正極端子の系統に放電時の過電流保護用の保護素子と充電時の過電流保護用の保護素子を接続することで、過電流状態から保護することができる。
しかしながら、上記のように端子が増えると、バッテリパックの端子構造や内部構造が複雑になり、機械的な部品点数が増え、バッテリパック筐体が大型化してしまった。また、ユーザーによる端子の誤った使用を防ぐ工夫も必要となり、さらに誤使用を防止するため機構が複雑化してしまった。
本発明は、このような実情に鑑みて提案されたものであり、充電時と放電時に流れる電流値が大きく異なるような使用形態においても、装置規模の増大化と複雑化を防止しつつ、充放電可能なバッテリセルを、充電時と放電時との両方の過電流状態から保護することが可能な充放電制御装置、この充放電制御装置が組み込まれたバッテリパック、及び、充放電制御回路を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するための手段として、本発明に係る充放電制御装置は、バッテリパック内に設けられ１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリの充放電を制御する充放電制御装置において、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、充電動作時に第１の開閉器をオンにするとともに第２の開閉器をオフにし、放電動作時に第１の開閉器をオフにするとともに第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを備える。
また、本発明に係るバッテリパックは、１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリと、バッテリの充放電を制御する充放電制御回路とを備えるバッテリパックにおいて、充放電制御回路は、バッテリと当該バッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、充電動作時に第１の開閉器をオンにするとともに第２の開閉器をオフにし、放電動作時に第１の開閉器をオフにするとともに第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、バッテリセルの電圧値を検出する電圧検出部と、第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを備える。
また、本発明に係る電気機器は、１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリと、バッテリの充放電を制御する充放電制御回路とを有するバッテリパックと、バッテリパックと着脱自在に接続され、バッテリパックの充電を行う、又は、バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを備え、充放電制御回路は、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、充電動作時に第１の開閉器をオンにするとともに第２の開閉器をオフにし、放電動作時に第１の開閉器をオフにするとともに第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、バッテリセルの電圧値を検出する電圧検出部と、第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを有する。
また、本発明に係る充放電制御方法は、バッテリパック内に設けられ１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリの充放電を制御する充放電制御方法であって、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器を用いて、充電動作時に第１の開閉器をオンにするとともに第２の開閉器をオフにし、放電動作時に第１の開閉器をオフにするとともに第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換え、第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、充電電流経路に接続された第１の保護素子を溶断し、第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、放電電流経路に接続された第２の保護素子を溶断する。
本発明は、充電時と放電時に流れる電流値が大きく異なるような使用形態においても、第１及び第２の開閉器により充電電流経路と放電電流経路との接続を切り換えることで、装置規模の増大化と複雑化を防止しつつ、充電電流経路に接続された第１の保護素子と、放電電流経路に接続された第２の保護素子とを用いて、充放電可能なバッテリセルを、充電時と放電時との両方の過電流状態から保護することができる。
第１の実施形態に係る充放電制御回路の構成について説明するための図である。 第１の実施形態に係る開閉器の具体的な構成について説明するための図である。 図３（Ａ）は充電動作時における開閉器の具体的な動作について説明するための図である。図３（Ｂ）は放電動作時における開閉器の具体的な動作について説明するための図である。 第１の実施形態に係る電圧検出部の変形例について説明するための図である。 充電動作時に保護機能を実現する保護素子の構成について説明するための図である。 第１の実施形態に係る充放電制御回路の変形例について説明するための図である。 図７（Ａ）は、過充電状態と判断されたときの開閉器のスイッチング制御について説明するための図である。図７（Ｂ）は、過放電状態と判断されたときの開閉器のスイッチング制御について説明するための図である。 変形例に係る開閉器の具体的な構成について説明するための図である。 第２の実施形態に係る充放電制御回路の構成について説明するための図である。 放電動作時に保護機能を実現する保護素子の構成について説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能であることは勿論である。
本発明が適用された充放電制御装置は、バッテリの充放電を制御する回路である。第１の実施形態に係る充放電制御回路２０は、例えば、図１に示すような合計４個の充放電可能なバッテリセル１１〜１４が直列接続されたバッテリ１０を有するバッテリパック１に組み込まれるものである。
バッテリパック１は、電気機器１００に組み込まれる電池である。このバッテリパック１は、バッテリパック１の充電を行う、又は、バッテリパック１から電源供給を受けて駆動する電気機器１００の機器本体２と着脱自在に接続されるものである。このような機器本体２と着脱自在に接続されるバッテリパック１は、その正極端子１ａと負極端子１ｂとが、充放電制御回路２０を介してバッテリ１０の正極端１０ａと負極端１０ｂとにそれぞれ接続されている。
このような接続関係の下、充放電制御回路２０は、２つの開閉器２１１、２１２と、切換制御部２２と、電圧検出部２３と、２つの保護素子２４、２５と、電流検出用抵抗素子２６とを備える。
開閉器２１１、２１２は、バッテリ１０の正極端１０ａとバッテリパック１の正極端子１ａとの間に並列に接続され、切換制御部２２によってオンオフが制御される。また、開閉器２１１、２１２は、後述するように、それぞれ充電電流経路Ｃの開閉と放電電流経路Ｄの開閉を行う素子であればよいが、例えば、図２のようなバッテリ１０と開閉器２１１、２１２との接続関係を表した等価回路図に示すように、それぞれ２つの電界効果トランジスタから構成される。
すなわち、開閉器２１１は、寄生ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように直列接続されたスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂから構成される。同様にして、開閉器２１２は、寄生ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように直列接続されたスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂから構成される。
切換制御部２２は、マイクロプロセッサなどによって構成され、下記に示すようにして、充電動作と放電動作とに応じて開閉器２１１、２１２のオンオフを制御する。
まず、充電動作時に、切換制御部２２は、図３（Ａ）に示すようにして、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂをオンにするとともに、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂをオフにする。このようにして、切換制御部２２は、充電電流が、図１中の破線及び図３（Ａ）中の実線で表された充電電流経路Ｃ上に流れるように制御する。また、切換制御部２２は、充電電流の方向に対してバイアス方向が逆である開閉器２１２のスイッチングトランジスタ２１２ｂをオフとすることで、開閉器２１２を介して充電電流が流れないように遮断することができる。
この充電動作時に、切換制御部２２は、後述する電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値に基づいて過充電状態であると判断すると、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂをオンからオフにする。また、切換制御部２２は、後述する電流検出用抵抗素子２６により検出されるバッテリ１０に流れる電流値に基づいて過電流状態であると判断すると、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂをオンからオフにする。
次に、放電動作時に、切換制御部２２は、図３（Ｂ）に示すようにして、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂをオフにするとともに、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂをオンにする。このようにして、充放電制御回路２０では、放電電流が、図１中の一点鎖線及び図３（Ｂ）中の実線で表された放電電流経路Ｄ上に流れるように制御する。
この放電動作時に、切換制御部２２は、後述する電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値に基づいて過放電状態であると判断すると、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂをオンからオフにする。また、切換制御部２２は、後述する電流検出用抵抗素子２６により検出されるバッテリ１０に流れる電流値に基づいて過電流状態であると判断すると、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂをオンからオフにする。
電圧検出部２３は、バッテリセル１１〜１４の電圧値を検出し、検出した電圧値を切換制御部２２に通知する。また、電圧検出部２３には、検出結果に応じて保護素子２４の動作を制御するためのスイッチングトランジスタ２３ａが設けられている。ここで、電圧検出部２３は、バッテリセル１１〜１４が過充電状態となり、開閉器２１１により充電電流経路が遮断されず、その後、所定の電圧値を越えたことを検出すると、この検出結果に応じてスイッチングトランジスタ２３ａをオンにして、後述する保護素子２４の発熱体２４３を動作させることで充電電流経路Ｃを溶断させる。
なお、電圧検出部２３は、例えば図４に示すように、複数の温度検出素子２３１、２３２、２３３を設け、この温度検出素子２３１、２３２、２３３の検出結果に応じて、スイッチングトランジスタ２３ａの動作を制御するようにしてもよい。例えば、温度検出素子２３１はバッテリ１０近傍の温度を検出し、温度検出素子２３２は開閉器２１１近傍の温度を検出し、温度検出素子２３３は開閉器２１２近傍の温度を検出する。電圧検出部２３では、例えば温度検出素子２３１によりバッテリ１０近傍の温度が８５℃以上になったとき、又は、温度検出素子２３２、２３３により開閉器２１１、２１２近傍の温度が１３５℃以上になったときに、スイッチングトランジスタ２３ａをオンにするようにしてもよい。このようにすることで、バッテリパック１内部の各部の温度状況に基づいて、充電動作時にバッテリ１０を保護する機能を実現することができる。
保護素子２４は、充電動作時の過充電状態及び過電流状態において開閉器２１１をオフ状態にできないとき、開閉器２１１を介して流れる充電電流経路Ｃを溶断する保護機能を実現するため、具体的には図５の等価回路モデルに示すように、直列接続されたヒューズ２４１、２４２と、ヒューズ２４１、２４２の接続点Ｐを介して図中の経路Ｒ１、Ｒ２により通電するとヒューズ２４１、２４２を溶融する発熱体２４３とから構成される。
このような構成からなる保護素子２４は、ヒューズ２４１、２４２を１つの溶断金属体２４ａとしたとき、この溶断金属体２４ａは、放電電流経路Ｄの開閉を行う開閉器２１２に対して並列に接続され、発熱体２４３が発熱する、又は、開閉器２１１を介して流れる充電電流経路Ｃの電流値が、充電動作時の過電流に対応する第１の溶断電流値を越えると、この充電電流経路Ｃを溶断する。
ここで、第１の溶断電流値は、上述したように、充電動作時の過電流に対応して設定される。より具体的には、充電動作時の過電流状態において開閉器２１１をオフ状態にできないとき充電電流経路Ｃを溶断させるため、第１の溶断電流値は、切換制御部２２が充電動作時の過電流と判断して開閉器２１１をオフにする電流検出用抵抗素子２６の検出電流値と同等か、それよりも大きな値が設定される。
すなわち、過充電状態となると、保護素子２４は、電圧検出部２３によってスイッチングトランジスタ２３ａがオンとなり、発熱体２４３が通電して発熱して溶断金属体２４ａが溶断することで過充電状態から保護することができる。
また、充電動作時に過電流状態となると、保護素子２４は、溶断金属体２４ａが自己発熱によって充電電流経路Ｃを溶断することで、このような過電流状態から保護することができる。
保護素子２５は、開閉器２１２を介して流れる放電電流経路Ｄ上に接続され、放電電流経路Ｄの電流値が、保護素子２４が溶断する電流値に比べて高く、放電動作時の過電流に対応する第２の溶断電流値を越えると、自己発熱により放電電流経路Ｄを溶断する。
ここで、第２の溶断電流値は、第１の溶断電流値よりも高い電流値であって、放電動作時の過電流に対応して設定される。換言すれば、保護素子２５は、その定格電流値が、保護素子２４の溶断金属体２４ａと比較してより高いヒューズから構成される。より具体的には、放電動作時の過電流状態において開閉器２１２をオフ状態にできないとき放電電流経路Ｄを溶断させるため、第２の溶断電流値は、切換制御部２２が放電動作時の過電流と判断して開閉器２１２をオフにする電流検出用抵抗素子２６の検出電流値と同等か、それよりも大きな値が設定される。
このようにして、保護素子２５は、過電流状態において開閉器２１１をオフ状態にできないときでも、保護素子２４が溶断する電流値に比べて高い電流値を越えると放電電流経路Ｄを溶断することで、放電時に流れる電流値が充電時に流れる電流値より大きいような使用用途に対応して、放電動作時の過電流状態から保護することができる。
なお、保護素子２５は、放電電流経路Ｄ上に接続されていればよく、例えば、図６に示すように、開閉器２１１に対して直列接続された状態として、充電電流が流れるようにしてもよい。特に、充放電制御回路２０は、充電電流経路Ｃの抵抗値を抑制する観点から、図１に示すように、保護素子２５が、充電電流経路Ｃの開閉を行う開閉器２１１に対して並列に接続されていることが特に好ましい。
電流検出用抵抗素子２６は、例えばバッテリ１０の負極端１０ｂとバッテリパック１の負極端子１ｂとの間に接続される抵抗体であって、バッテリ１０に流れる電流を電圧、又は温度に変換して検出し、検出結果を切換制御部２２に通知する。
以上のような構成からなる充放電制御回路２０では、充電動作時と放電動作時に流れる電流値が大きく異なるような使用形態においても、切換制御部２２が２つの開閉器２１１、２１２により充電電流経路Ｃと放電電流経路Ｄとの接続を切り換えることで、例えば、充電電流経路Ｃ用と放電電流経路Ｄ用の２つの正極端子をバッテリパックに設けるような構造に比べて、端子数が増えることによる装置規模の増大化を防止することができる。また、上記のように放電用と充電用と異なる２つの正極端子が設けられたバッテリパックでは、ユーザーによって端子の誤った使用が発生しうるが、本実施形態に係る充放電制御回路２０が組み込まれたバッテリパック１では、このような誤使用を防止することができる。
このようにして、充放電制御回路２０では、充電動作時と放電動作時に流れる電流値が大きく異なるような使用形態においても、装置規模の増大化と複雑化を防止しつつ、溶断する電圧値が異なる２つの保護素子２４、２５によって、充放電可能なバッテリセルを、充電時と放電時との両方の過電流状態から保護することができる。
また、比較例として、仮に、開閉器２１２と保護素子２５とを用いることなく、開閉器２１１を介して充電電流と放電電流とを流し、保護素子２４により過電流保護を実現する場合は、充電電流より比較的大きい放電電流に対する保護を実現するため、充電時の過電流のみから保護を実現する場合に比べて、溶断金属体２４ａの耐熱性を高めることを要する。このため、充電電流より比較的大きい放電電流に対する保護を実現するように設計された溶断金属体２４ａは、過充電時に発熱体２４３を動作させても、溶断するまでに多くのエネルギを必要とし、結果として溶断時間も長くなってしまうという問題があった。
これに対して、本実施形態に係る充放電制御回路２０では、保護素子２４の溶断金属体２４ａを、充電時の過電流のみから保護すればよいので、上記の比較例と比べて、過充電状態になったときに、できるだけ早く保護することができ、さらに発熱体２４３自体の動作電流も低く抑え、結果として保護素子２４自体の小型化も図ることができる。
次に、過充電、過放電、及び、過電流を保護するために行われる開閉器２１１、２１２の具体的な動作について説明する。
充放電制御回路２０では、充電動作時において、切換制御部２２が、後述する電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値から過充電状態であると判断すると、図７（Ａ）に示すように、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂをオンからオフにするとともに、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂのうち、寄生ダイオードのバイアスの方向が放電電流経路Ｄと逆方向であるスイッチングトランジスタ２１２ａをオフからオンにすることが特に好ましい。すなわち、切換制御部２２は、このようなスイッチング制御を行うことで、過充電状態のバッテリ１０を放電可能として、できるだけ早く通常状態に復帰させることができる。
また、充放電制御回路２０では、放電動作時において、電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値から過放電状態であると判断すると、図７（Ｂ）に示すように、開閉器２１２を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１２ａ、２１２ｂをオンからオフにするとともに、開閉器２１１を構成する２つのスイッチングトランジスタ２１１ａ、２１１ｂのうち、寄生ダイオードのバイアスの方向が充電電流経路Ｃと逆方向であるスイッチングトランジスタ２１１ｂをオフからオンにすることが特に好ましい。すなわち、切換制御部２２は、このようなスイッチング制御を行うことで、過放電状態のバッテリ１０を充電可能として、できるだけ早く通常状態に復帰させることができる。
なお、本実施形態においては、上述した開閉器２１１、２１２の代わりに、例えば図８に示すような構成からなる開閉器３１１、３１２からなる充放電制御回路３０を用いてもよい。
すなわち、図８に示すように、開閉器３１１は、充電電流の方向に対して寄生ダイオードのバイアス方向が逆方向となるようにして充電電流経路Ｃ上に接続されたスイッチングトランジスタ３１１ｂと、バイアス方向が、充電電流と順方向であって放電電流と逆方向となるようにして充電電流経路Ｃ上に接続されたダイオード３１１ｃとから構成される。また、図８に示すように、開閉器３１２は、放電電流の方向に対して寄生ダイオードのバイアス方向が逆方向となるようにして放電電流経路Ｄ上に接続されたスイッチングトランジスタ３１２ａと、バイアス方向が、充電電流と逆方向であって放電電流と順方向となるようにして放電電流経路Ｄ上に接続されたダイオード３１２ｃとから構成される。
このような開閉器３１１、３１２を有する充放電制御回路３０では、充電動作時において、切換制御部２２が、電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値から過充電状態であると判断すると、開閉器３１１のスイッチングトランジスタ３１１ｂをオンからオフにして充電電流経路Ｃに充電電流が流れないようにするとともに、充電電流の方向に対してバイアス方向が逆であるダイオード３１２ｃにより、放電電流経路Ｄを介して充電電流が流れないようにすることができる。
また、充放電制御回路２０では、放電動作時において、電圧検出部２３により検出されるバッテリセル１１〜１４の電圧値から過放電状態であると判断すると、開閉器３１２のスイッチングトランジスタ３１２ａをオンからオフにして放電電流経路Ｄに放電電流が流れないようにするとともに、放電電流の方向に対してバイアス方向が逆であるダイオード３１１ｃにより、放電電流経路Ｄを介して放電電流が流れないようにすることができる。
以上のように充放電制御回路３０は、充放電制御回路２０と同様にして、過充電状態での充電電流の流れを遮断し、過放電状態での放電電流の流れを遮断することができるが、次のような点から、充放電制御回路２０の方が好ましい。
すなわち、充放電制御回路３０では、ダイオード３１１ｃ、３１２ｃが電流経路上に接続されているので、充放電制御回路２０と比べると、開閉器の入出力間の抵抗値が高い。これに対して、充放電制御回路２０は、充放電制御回路３０と比べて電気抵抗によるエネルギロスをできるだけ抑えることができる。
また、上述したように、充放電制御回路２０は、充放電制御回路３０と異なり、過充電状態でも放電可能とし、過放電状態でも充電可能として、通常状態にできるだけ早く復帰可能となるように電流経路を確保できる点で特に好ましい。
次に、第２の実施形態に係る充放電制御回路４０について、図９を参照して説明する。
すなわち、充放電制御回路４０は、上述した第１の実施形態に係る充放電制御回路２０に対して、電圧検出部４３と、保護素子４５との構成が異なる以外は、充放電制御回路２０と同様の構成を有している。図９では、便宜上、充放電制御回路２０と同様の構成については、同符号を付して、その説明を省略する。ここで、充放電制御回路４０は、バッテリパック３に組み込まれるものとする。さらにバッテリ３は電気機器１００ａに組み込まれる電池であって、電気機器１００ａの機器本体２と着脱可能に接続されるものとする。
すなわち、電圧検出部４３は、上述した電圧検出部２３と同様に、バッテリセル１１〜１４の電圧値を検出し、検出した電圧値を切換制御部２２に通知する。また、電圧検出部４３には、上述した電圧検出部２３のスイッチングトランジスタ２３ａと同様の機能を実現するスイッチングトランジスタ４３ａに加えて、保護素子４５の動作を制御するためのスイッチングトランジスタ４３ｂが設けられている。ここで、電圧検出部４３は、バッテリセル１１〜１４が過放電状態となり、開閉器２１２により放電電流経路が遮断されず、所定の電圧値未満になったことを検出すると、この検出結果に応じてスイッチングトランジスタ４３ｂをオンにして、後述する保護素子４５の発熱体４５３を動作させることで放電電流経路Ｄを溶断させる。
保護素子４５は、放電動作時の過放電状態及び過放電状態において開閉器２１２をオフ状態にできないとき、開閉器２１２を介して流れる放電電流経路Ｄを溶断する保護素子として機能させるため、具体的には図１０の等価回路モデルに示すように、直列接続されたヒューズ４５１、４５２と、ヒューズ４５１、４５２の接続点を介して通電するとヒューズ４５１、４５２を溶融する発熱体４５３とから構成される。
このような構成からなる保護素子４５は、ヒューズ４５１、４５２を１つの溶断金属体４５ａとしたとき、この溶断金属体４５ａは、充電電流経路Ｃの開閉を行う開閉器２１１に対して並列に接続され、発熱体４５３が発熱する、又は、開閉器２１２を介して流れる放電電流経路Ｄの電流値が第２の溶断電流値を越えると、この充電電流経路Ｃを溶断する。
すなわち、過放電状態となると、保護素子４５は、電圧検出部４３によってスイッチングトランジスタ４３ｂがオンとなり、発熱体４５３が通電して発熱して溶断金属体４５ａが溶断することで過放電状態から保護することができる。
また、放電動作時に過電流状態となると、保護素子４５は、溶断金属体４５ａが自己発熱によって放電電流経路Ｄを溶断することで、このような放電時の過電流状態から保護することができる。
このようにして、充放電制御回路４０は、充放電制御回路３０と比べて、放電電流経路Ｄを溶断する保護素子４５の構成が複雑なため、回路規模が増大するが、過放電状態となって開閉器３１２により放電電流経路Ｄを遮断できないときも、放電電流経路Ｄを溶断するという保護機能を実現することができる。
１、３ バッテリパック、２ 機器本体、１１−１４ バッテリセル、１ａ 正極端子、１ｂ 負極端子、１０ バッテリ、１０ａ 正極端、１０ｂ 負極端、２０、３０、４０ 充放電制御回路、１００、１００ａ 電気機器、２１１、２１２、３１１、３１２ 開閉器、２１１ａ、２１１ｂ、２１２ａ、２１２ｂ、２３ａ、３１１ｂ、３１２ａ、４３ａ、４３ｂ スイッチングトランジスタ、２２ 切換制御部、２３、４３ 電圧検出部、２３１、２３２、２３３ 温度検出素子、２４、２５、４５ 保護素子、２４１、２４２、４５１、４５２ ヒューズ、２４３、４５３ 発熱体、２４ａ、４５ａ 溶断金属体、２６ 電流検出用抵抗素子、３１１ｃ、３１２ｃ ダイオード

Claims (8)

  1. バッテリパック内に設けられ１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリの充放電を制御する充放電制御装置において、
    上記バッテリと上記バッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、
    充電動作時に上記第１の開閉器をオンにするとともに上記第２の開閉器をオフにし、放電動作時に上記第１の開閉器をオフにするとともに上記第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、
    上記第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、該充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、
    上記第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が上記第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、該放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを備える充放電制御装置。
  2. 上記バッテリセルの電圧値を検出する電圧検出部を更に備え、
    上記第１の保護素子は、上記電圧検出部により上記バッテリセルが所定の電圧値を越えた検出結果に応じて通電して発熱する発熱体と、上記第２の開閉器に対して並列接続された金属体であって、該発熱体が発熱する又は上記第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、該充電電流経路を溶断する溶断金属体とを有する請求項１記載の充放電制御装置。
  3. 上記第１の開閉器は、電界効果トランジスタにおける寄生ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように直列接続された２つのスイッチングトランジスタから構成され、
    上記第２の開閉器は、電界効果トランジスタにおける寄生ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように直列接続された２つのスイッチングトランジスタから構成され、
    上記切換制御部は、上記充電動作時に上記第１の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをオンにするとともに上記第２の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをオフにし、上記放電動作時に上記第１の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをオフにするとともに上記第２の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをオンにする請求項１又は２記載の充放電制御装置。
  4. 上記切換制御部は、
    上記電圧検出部により上記バッテリセルが所定の電圧値を越えたことを検出したとき、上記第１の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをそれぞれオンからオフにするとともに、上記第２の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタのうち、寄生ダイオードのバイアスの方向が上記放電電流経路と逆方向であるスイッチングトランジスタをオフからオンにし、
    上記電圧検出部により上記バッテリセルが所定の電圧値未満となったことを検出したとき、上記第２の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタをそれぞれオンからオフにするとともに、上記第１の開閉器を構成する２つのスイッチングトランジスタのうち、寄生ダイオードのバイアスの方向が上記充電電流経路と逆方向であるスイッチングトランジスタをオフからオンにする請求項３記載の充放電制御装置。
  5. 上記第１の開閉器は、充電電流の方向に対して寄生ダイオードのバイアス方向が逆方向となるようにして上記充電電流経路上に接続されたスイッチングトランジスタと、バイアス方向が、充電電流と順方向となるようにして該充電電流経路上に接続されたダイオードとから構成され
    上記第２の開閉器は、放電電流の方向に対して寄生ダイオードのバイアス方向が逆方向となるようにして上記放電電流経路上に接続されたスイッチングトランジスタと、バイアス方向が、放電電流と順方向となるようにして上記放電電流経路上に接続されたダイオードとから構成されることを特徴とする請求項１又は２記載の充放電制御装置。
  6. １以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリと、該バッテリの充放電を制御する充放電制御回路とを備えるバッテリパックにおいて、
    上記充放電制御回路は、
    上記バッテリと当該バッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、
    上記充電動作時に上記第１の開閉器をオンにするとともに上記第２の開閉器をオフにし、上記放電動作時に上記第１の開閉器をオフにするとともに上記第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、
    上記バッテリセルの電圧値を検出する電圧検出部と、
    上記第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、該充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、
    上記第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が上記第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、該放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを有するバッテリパック。
  7. １以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリと、該バッテリの充放電を制御する充放電制御回路とを有するバッテリパックと、
    上記バッテリパックと着脱自在に接続され、該バッテリパックの充電を行う、又は、該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを備え、
    上記充放電制御回路は、
    上記バッテリと当該バッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器と、
    上記充電動作時に上記第１の開閉器をオンにするとともに上記第２の開閉器をオフにし、上記放電動作時に上記第１の開閉器をオフにするとともに上記第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換える切換制御部と、
    上記バッテリセルの電圧値を検出する電圧検出部と、
    上記第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、該充電電流経路を溶断する第１の保護素子と、
    上記第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が上記第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、該放電電流経路を溶断する第２の保護素子とを有する電気機器。
  8. バッテリパック内に設けられ１以上の充放電可能なバッテリセルが直列接続されたバッテリの充放電を制御する充放電制御方法において、
    上記バッテリと上記バッテリパックの外部端子との間の電流経路上に並列接続された第１及び第２の開閉器を用いて、充電動作時に該第１の開閉器をオンにするとともに該第２の開閉器をオフにし、放電動作時に該第１の開閉器をオフにするとともに該第２の開閉器をオンにして、充電電流経路と放電電流経路とを切り換え、
    上記第１の開閉器を介して流れる充電電流経路の電流値が第１の溶断電流値を越えると、該充電電流経路に接続された第１の保護素子を溶断し、
    上記第２の開閉器を介して流れる放電電流経路の電流値が上記第１の溶断電流値より高い第２の溶断電流値を越えると、該放電電流経路に接続された第２の保護素子を溶断する充放電制御方法。
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