JPH10322915A - 保護回路及び電池ユニット - Google Patents

保護回路及び電池ユニット

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JPH10322915A
JPH10322915A JP9128915A JP12891597A JPH10322915A JP H10322915 A JPH10322915 A JP H10322915A JP 9128915 A JP9128915 A JP 9128915A JP 12891597 A JP12891597 A JP 12891597A JP H10322915 A JPH10322915 A JP H10322915A
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秀清 小澤
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    • H02J7/0029Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306Overdischarge protection

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は保護回路及び電池ユニットに関し、
電池ユニットの外部又は内部で短絡事故が発生しても、
電池ユニットの劣化及び寿命の短縮を確実に防止して、
電池ユニットの信頼性を向上することを目的とする。 【解決手段】 複数の直列接続された電池セルからなる
セル部が複数並列接続され、各セル部の第1及び第2の
端子は夫々第1及び第2の電源電圧供給端子に接続され
た電池ユニットに対し、各々が、対応するセル部の第1
の端子と前記第1の電源電圧供給端子とを電気的に接続
しており、アクティブな信号に応答して前記電気的接続
を切り離す複数のスイッチング素子と、各セル部に対し
て独立に、当該セル部の少なくとも1つの電池セルの電
圧が所定範囲外になるとアクティブとなる信号を対応す
るスイッチング素子へ出力する電圧監視回路とを備える
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は保護回路及び電池ユ
ニットに係り、特に電池の過放電及び過充電を防止する
ための保護回路及び電池ユニットに関する。最近、ノー
ト型のパーソナルコンピュータ(又は、ラップトップコ
ンピュータ)等に代表される携帯用電子機器等の装置に
おいて、ニッケルカドニウム(NiCd)電池やニッケ
ル金属水素(NiMH)電池等に代わって、リチウムイ
オン(Li+)電池等が使用されるようになってきた。
Li+電池は、NiCd電池やNiMH電池等と比較す
ると、重量が軽く、単位体積当りの容量が大きいので、
軽量化及び長時間の連続使用が要求される装置での使用
に適している。
【0002】
【従来の技術】携帯用電子機器等で使用される電池ユニ
ットは、1つの電池セルの出力電圧の関係で、複数個の
電池セルを直列に接続して構成されている。電池ユニッ
ト内で直列に接続できる電池セルの最大数は、電池ユニ
ットの出力電圧と、充電時に外部から供給される電源電
圧との関係で決まる。例えば、NiCd電池セルやNi
MH電池セル1つの出力電圧は1.2Vであり、充電時
に供給される電源電圧は約1.7Vである。一般的な携
帯用電子装置等における電源系部品の耐圧やACアダプ
タの入力電圧等を考慮すると、電池ユニットの出力電圧
は16.0V程度が最も使用し易いため、NiCd電池
セルやNiMH電池セルを使用した場合、電池ユニット
内で直列に接続できる電池セルの最大数は9本となる。
又、Li+電池セル1つの出力電圧は、最大約4.2V
である。従って、電池ユニット内で直列に接続できるL
i+電池セルの最大数は3本程度となる。
【0003】ところで、Li+電池ユニットは、NiC
d電池ユニットやNiMH電池ユニットとは異なり、L
i+電池ユニット外部での短絡や内部での短絡に対する
保護機能を備えている。これは、Li+電池ユニットの
単位体積当りの容量が大きいため、Li+電池ユニット
の出力が何等かの理由で短絡されたり、或いは、何等か
の理由でLi+電池ユニット内部で短絡が発生すると、
短期間に全てのエネルギーが放出されてLi+電池ユニ
ットの劣化や寿命の短縮の可能性があるからである。従
って、たとえLi+電池ユニット外部又は内部で短絡事
故が発生しても、放電電流又は充電電流が一定値以上に
なると、ヒューズ等で過放電電流又は過充電電流を遮断
して、Li+電池ユニットの劣化防止及び寿命の確保を
している。
【0004】他方、電池ユニット内の各電池セルの容量
は、電池ユニットのサイズに基づいた基本容量で決定さ
れる。このため、電池ユニットの容量を増加させるため
には、複数の電池セルを並列に接続したものを直列に接
続する必要が生じてくる。図12は、従来の電池ユニッ
トの一例を示す回路図であり、図13は、図12に示す
電池ユニット内の電圧監視回路の構成を示す回路図であ
る。
【0005】図12において、電池ユニット100は、
大略図示の如く接続された電池セルE11,E12,E
21,E22,E31,E32と、電圧監視回路101
と、ヒューズ102と、PチャンネルFET103,1
04と、電源供給端子105,106とからなる。電池
セルE11,E12は並列に接続され、電池セルE2
1,E22は並列に接続され、電池セルE31,E32
は並列に接続されている。又、電池セルE11,E12
の並列接続と、電池セルE21,E22の並列接続と、
電池セルE31,E32の並列接続とは、直列接続され
ている。
【0006】電圧監視回路101は、電池セルE11,
E12の並列接続と、電池セルE21,E22の並列接
続と、電池セルE31,E32の並列接続との電圧を監
視し、電池ユニット100が放電状態の場合にいずれか
の電池セルの並列接続の電圧が一定値以下となると、過
放電状態を検出してFET103をオフとすることによ
り電池ユニット100からの放電電流を遮断して過放電
を防止する。又、電圧監視回路101は、電池セルE1
1,E12の並列接続と、電池セルE21,E22の並
列接続と、電池セルE31,E32の並列接続との電圧
を監視し、電池ユニット100が充電状態の場合にいず
れかの電池セルの並列接続の電圧が一定値以上となる
と、過充電状態を検出してFET104をオフとするこ
とにより電池ユニット100への充電電流を遮断して過
充電を防止する。
【0007】尚、ヒューズ102は、一定値以上の電流
が流れると溶断して電流を遮断する。これにより、電圧
監視回路100による過大電流の遮断機能が正常に動作
しなかった場合や、FET103,104自体が短絡等
の故障のために過大電流の遮断機能が正常に動作しなか
った場合等に、ヒューズ102が溶断して二重の保護回
路を構成となっている。
【0008】電圧監視回路101は、図13に示す如く
接続された比較回路111〜113,121〜123
と、論理和(オア)回路114,124とからなる。
尚、図9中、e1,e2は、夫々電池セルE11〜E3
2の過放電限界電圧及び過充電限界電圧を示す基準電圧
である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来の電池ユニット
は、単一の電池ユニット又は複数の直列接続された電池
セルから構成されているのが一般的であったため、電池
セルが並列接続された場合については特別の考慮がされ
ていなかった。しかし、電池ユニット内の電池セルの数
が増加するにつれて、1つの電池セルに何等かの異常が
発生して短絡事故が起こる可能性は非常に小さいもの
の、可能性がゼロとは言えない。このため、容量を増加
するために、電池ユニット内で直列接続された複数の電
池セルが並列に接続された場合に、万一1つの電池セル
に異常が発生して短絡事故が発生すると、この異常が発
生した電池セルに、通常時の並列接続数倍の電流が流れ
ることになり、特にLi+電池ユニットの場合は劣化及
び寿命の短縮が著しいという問題があった。
【0010】例えば、図12及び図13に示す電池ユニ
ット100の場合、電池セルE11,E12の並列接続
のうち、一方の電池セルE11が内部短絡を起こすと、
電池セルE11内部に蓄えられているエネルギーが一瞬
で消費されると共に、電池セルE11と並列接続されて
いる他方の電池セルE12からの電流も電池セルE11
へ流れ込み、通常時の並列接続数倍(この場合、2倍)
の電流が電池セルE11で瞬間的に消費されることとな
り、電池ユニット100全体のの劣化及び寿命の短縮の
可能性がある。
【0011】そこで、本発明は、電池ユニット内で短絡
事故が発生しても、電池ユニットの劣化及び寿命の短縮
を確実に防止して、電池ユニットの信頼性を向上し得る
保護回路及び電池ユニットを提供することを目的とす
る。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題は、請求項1
記載の、複数の直列接続された電池セルからなるセル部
が複数並列接続され、各セル部の第1及び第2の端子は
夫々第1及び第2の電源電圧供給端子に接続された電池
ユニットに対し、各々が、対応するセル部の第1の端子
と前記第1の電源電圧供給端子とを電気的に接続してお
り、アクティブな信号に応答して前記電気的接続を切り
離す複数のスイッチング素子と、各セル部に対して独立
に、当該セル部の少なくとも1つの電池セルの電圧が所
定範囲外になるとアクティブとなる信号を対応するスイ
ッチング素子へ出力する電圧監視回路とを備えた保護回
路によって達成できる。
【0013】請求項2記載の発明では、請求項1におい
て、前記電圧監視回路は、各セル部に対して独立に設け
られ、当該セル部の電池セルの電圧が所定範囲外になる
とアクティブとなる信号を各電池セルについて出力する
複数の回路と、該複数の回路の対応する電池セルに対す
る出力信号の論理和を対応するスイッチング素子へ出力
する論理和回路とを有する。
【0014】請求項3記載の発明では、請求項1におい
て、前記電圧監視回路は、異なるセル部間で対応する電
池セルの端子を接続する直列接続された第1及び第2の
抵抗と、該第1及び第2の抵抗の間のノードの電圧が前
記所定範囲外となるとアクティブとなる信号を前記対応
するスイッチング素子へ出力する回路とを有する。請求
項4記載の発明では、請求項1において、前記電圧監視
回路は、異なるセル部間で対応する電池セルの端子を接
続する直列接続された第1及び第2のヒューズと、該第
1及び第2のヒューズの間のノードの電圧が前記所定範
囲外となるとアクティブとなる信号を前記対応するスイ
ッチング素子へ出力する回路とを有する。
【0015】請求項5記載の発明では、請求項1〜4の
いずれかにおいて、前記所定範囲は、前記電池の放電及
び充電の少なくとも一方の許容範囲に基づいて設定され
ている。上記の課題は、請求項6記載の、各々が第1及
び第2の端子を有し、複数の直列接続された電池セルか
らなり、並列接続された複数のセル部と、各セル部の第
1の端子と接続された第1の電源供給端子と、各セル部
の第2の端子と接続された第2の電源供給端子と、各々
が、対応するセル部の第1の端子と前記第1の電源電圧
供給端子とを電気的に接続しており、アクティブな信号
に応答して前記電気的接続を切り離す複数のスイッチン
グ素子と、各セル部に対して独立に、当該セル部の少な
くとも1つの電池セルの電圧が所定範囲外になるとアク
ティブとなる信号を対応するスイッチング素子へ出力す
る電圧監視回路とを備えた電池ユニットによっても達成
できる。
【0016】請求項7記載の発明では、請求項6におい
て、前記電圧監視回路は、各セル部に対して独立に設け
られ、当該セル部の電池セルの電圧が所定範囲外になる
とアクティブとなる信号を各電池セルについて出力する
複数の回路と、該複数の回路の対応する電池セルに対す
る出力信号の論理和を対応するスイッチング素子へ出力
する論理和回路とを有する。
【0017】請求項8記載の発明では、請求項6におい
て、前記電圧監視回路は、異なるセル部間で対応する電
池セルの端子を接続する直列接続された第1及び第2の
抵抗と、該第1及び第2の抵抗の間のノードの電圧が前
記所定範囲外となるとアクティブとなる信号を前記対応
するスイッチング素子へ出力する回路とを有する。請求
項9記載の発明では、請求項6において、前記電圧監視
回路は、異なるセル部間で対応する電池セルの端子を接
続する直列接続された第1及び第2のヒューズと、該第
1及び第2のヒューズの間のノードの電圧が前記所定範
囲外となるとアクティブとなる信号を前記対応するスイ
ッチング素子へ出力する回路とを有する。
【0018】請求項10記載の発明では、請求項6〜9
のいずれかにおいて、前記所定範囲は、前記電池の放電
及び充電の少なくとも一方の許容範囲に基づいて設定さ
れている。請求項1記載の発明によれば、電池ユニット
の外部又は内部で短絡事故が発生しても、電池ユニット
の劣化及び寿命の短縮を防止することができる。
【0019】請求項2〜4記載の発明によれば、既存の
電圧監視回路を使用して、安価に保護回路を構成するこ
とができる。請求項5記載の発明によれば、電池ユニッ
トからの過放電及び電池ユニットに対する過充電を確実
に防止することができる。請求項6記載の発明によれ
ば、電池ユニットの外部又は内部で短絡事故が発生して
も、電池ユニットの劣化及び寿命の短縮を防止すること
ができる。
【0020】請求項7〜9記載の発明によれば、既存の
電圧監視回路を使用して、安価に保護回路を構成するこ
とができる。請求項10記載の発明によれば、電池ユニ
ットからの過放電及び電池ユニットに対する過充電を確
実に防止することができる。従って、本発明によれば、
電池ユニットの外部又は内部で短絡事故が発生しても、
電池ユニットの劣化及び寿命の短縮を確実に防止して、
電池ユニットの信頼性を向上することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】図1は、本発明になる保護回路及
び電池ユニットを説明するための回路図である。本発明
になる保護回路では、図1に示すように、複数の直列接
続された電池セルE11,E21,E31、E12,E
22,E32からなるセル部E1,E2が複数並列接続
され、各セル部E1,E2の第1及び第2の端子は夫々
第1及び第2の電源電圧供給端子9,10に接続された
電池ユニット1に対し、複数のスイッチング素子5〜8
及び電圧監視回路2を設ける。複数のスイッチング素子
5〜8の各々は、対応するセル部E1,E2の第1の端
子と前記第1の電源電圧供給端子9とを電気的に接続し
ており、アクティブな信号に応答して前記電気的接続を
切り離す。又、電圧監視回路2は、各セル部E1,E2
に対して独立に、当該セル部の少なくとも1つの電池セ
ルの電圧が所定範囲外になるとアクティブとなる信号を
対応するスイッチング素子へ出力する。
【0022】本発明になる電池ユニットでは、図1に示
すように、並列接続された複数のセル部E1,E2と、
第1及び第2の電源供給端子と9,10、複数のスイッ
チング素子5〜8と、電圧監視回路2とを設ける。複数
のセル部E1,E2の各々は第1及び第2の端子を有
し、複数の直列接続された電池セルE11,E21,E
31、E12,E22,E32からなる。第1の電源供
給端子9は、各セル部E1,E2の第1の端子と接続さ
れ、第2の電源供給端子10は、各セル部E1,E2の
第2の端子と接続されている。スイッチング素子5〜8
の各々は、対応するセル部の第1の端子と第1の電源電
圧供給端子9とを電気的に接続しており、アクティブな
信号に応答して前記電気的接続を切り離す。電圧監視回
路2は、各セル部E1,E2に対して独立に、当該セル
部の少なくとも1つの電池セルの電圧が所定範囲外にな
るとアクティブとなる信号を対応するスイッチング素子
へ出力する。
【0023】これにより、電池ユニット1の外部又は内
部で短絡事故が発生しても、電池ユニット1内の電池セ
ルE11〜E32の劣化及び寿命の短縮を確実に防止し
て、電池ユニット1の信頼性を向上することができる。
【0024】
【実施例】図2及び図3は、本発明になる電池ユニット
の第1実施例を示す回路図である。電池ユニットの第1
実施例では、本発明になる保護回路の第1実施例を採用
する。図2は、電池ユニットを、電圧監視回路の過放電
防止系と共に示し、図3は、電池ユニットを、電圧監視
回路の過充電防止系のと共に示す。図2及び図3中、図
1と同一部分には同一符号を付す。
【0025】図2及び図3において、電池ユニット1
は、大略図示の如く接続されたLi+電池セルE11,
E12,E21,E22,E31,E32と、電圧監視
回路2と、ヒューズ3,4と、PチャンネルFET5〜
8と、電源供給端子9,10とからなる。電池セルE1
1,E21,E31は直列接続され、この直列接続の一
端はヒューズ3及びFET5,6を介して電源供給端子
9に接続されており、他端は電源供給端子10に接続さ
れている。電池セルE12,E22,E32は直列接続
され、この直列接続の一端はヒューズ4及びFET7,
8を介して電源供給端子9に接続されており、他端は電
源供給端子10に接続されている。
【0026】電圧監視回路2は、電池セルE11,E1
2,E21,E22,E31,E32の電圧を監視し、
電池ユニット1が放電状態の場合にいずれかの電池セル
の電圧が一定値以下となると、過放電状態を検出してF
ET5,7をオフとすることにより電池ユニット1から
の放電電流を遮断して過放電を防止する。又、電圧監視
回路2は、電池セルE11,E12,電池セルE21,
E22,E31,E32の電圧を監視し、電池ユニット
1が充電状態の場合にいずれかの電池セルの電圧が一定
値以上となると、過充電状態を検出してFET6,8を
オフとすることにより電池ユニット1への充電電流を遮
断して過充電を防止する。
【0027】尚、ヒューズ3,4は、一定値以上の電流
が流れると溶断して電流を遮断する。これにより、電圧
監視回路2による過大電流の遮断機能が正常に動作しな
かった場合や、FET5〜8自体が短絡等の故障のため
に過大電流の遮断機能が正常に動作しなかった場合等
に、ヒューズ3,4が溶断して二重の保護回路を構成と
なっている。
【0028】図2において、電圧監視回路2の過放電防
止系は、大略図示の如く接続された比較回路21〜26
と、オア回路27〜29とからなる。e1は、電池セル
E11〜E32の過放電限界電圧を示す基準電圧であ
る。従って、電池セルE11,E21,E31のいずれ
かの電圧が基準電圧e1以下となると、オア回路27,
29を介してハイレベルの信号がFET5,7に印加さ
れてFET5,7をオフとすることにより、電池ユニッ
ト1からの放電電流を遮断して過放電を防止する。同様
にして、電池セルE12,E22,E32のいずれかの
電圧が基準電圧e1以下となると、オア回路28,29
を介してハイレベルの信号がFET5,7に印加されて
FET5,7をオフとすることにより、電池ユニット1
からの放電電流を遮断して過放電を防止する。
【0029】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32のいずれの電圧も基準電圧e1
より大きいと、オア回路27,28,29を介してロー
レベルの信号がFET5,7に印加されてFET5,7
をオンとする。これにより、電池ユニット1からの放電
電流は電源供給端子9,10へ流れ、電池ユニット1は
放電可能となる。
【0030】図3において、電圧監視回路2の過充電防
止系は、大略図示の如く接続された比較回路31〜36
と、オア回路37〜39とからなる。e2は、電池セル
E11〜E32の過充電限界電圧を示す基準電圧であ
る。従って、電池セルE11,E21,E31のいずれ
かの電圧が基準電圧e2以上となると、オア回路37,
39を介してハイレベルの信号がFET6,8に印加さ
れてFET6,8をオフとすることにより、電池ユニッ
ト1への充電電流を遮断して過放電を防止する。同様に
して、電池セルE12,E22,E32のいずれかの電
圧が基準電圧e2以上となると、オア回路38,39を
介してハイレベルの信号がFET6,8に印加されてF
ET6,8をオフとすることにより、電池ユニット1へ
の充電電流を遮断して過充電を防止する。
【0031】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32のいずれの電圧も基準電圧e2
より小さいと、オア回路37,38,39を介してロー
レベルの信号がFET6,8に印加されてFET6,8
をオンとする。これにより、電池ユニット1への充電電
流は電源供給端子9,10を介して電池セルE11,E
21,E31,E12,E22,E32へ流れ、電池ユ
ニット1は充電可能となる。
【0032】従って、本実施例によれば、たとえ電池ユ
ニット1内の任意の電池セルが何等かの理由で短絡され
ても、この任意の電池セルの電圧は低下して過放電電圧
以下となる。即ち、図2の場合、比較回路21〜26に
入力される電池セルの電圧のうち、任意の電池セルの電
圧が基準電圧e1以下となり、FET5,7はオア回路
29からのハイレベル信号によりオフとなって、電池ユ
ニット1からの過放電を防止する。この結果、短絡され
た任意の電池セル内では電力消費が発生するが、他の電
池セルからこの任意の電池セルへ電流が流れることはな
い。
【0033】次に、本発明になる電池ユニットの第2実
施例を図4と共に説明する。電池ユニットの第2実施例
では、本発明になる保護回路の第2実施例を採用する。
図4中、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。図4において、電圧監視回路2−1,2−
2は、夫々図13に示す電圧監視回路101と同じ構成
を有する。電圧監視回路2−1,2−2は、例えばミツ
ミ電気株式会社製の集積回路(IC)チップMM130
9からなる。電圧監視回路2−1内のオア回路124の
出力と、電圧監視回路2−2内のオア回路124の出力
とは、オア回路41に供給され、FET5,7はこのオ
ア回路41の出力により制御される。又、電圧監視回路
2−1内のオア回路114の出力と、電圧監視回路2−
2内のオア回路114の出力とは、オア回路42に供給
され、FET6,8はこのオア回路42の出力により制
御される。
【0034】電池セルE11,E21,E31のいずれ
かの電圧が基準電圧e1以下となると、電圧監視回路2
−1内のオア回路124及びオア回路41を介してハイ
レベルの信号がFET5,7に印加されてFET5,7
をオフとすることにより、電池ユニット1Aからの放電
電流を遮断して過放電を防止する。同様にして、電池セ
ルE12,E22,E32のいずれかの電圧が基準電圧
e1以下となると、電圧監視回路2−2内のオア回路1
24及びオア回路41を介してハイレベルの信号がFE
T5,7に印加されてFET5,7をオフとすることに
より、電池ユニット1Aからの放電電流を遮断して過放
電を防止する。
【0035】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32のいずれの電圧も基準電圧e1
より大きいと、オア回路41を介してローレベルの信号
がFET5,7に印加されてFET5,7をオンとす
る。これにより、電池ユニット1Aからの放電電流は電
源供給端子9,10へ流れ、電池ユニット1Aは放電可
能となる。
【0036】又、電池セルE11,E21,E31のい
ずれかの電圧が基準電圧e2以上となると、電圧監視回
路2−1内のオア回路114及びオア回路42を介して
ハイレベルの信号がFET6,8に印加されてFET
6,8をオフとすることにより、電池ユニット1Aへの
充電電流を遮断して過放電を防止する。同様にして、電
池セルE12,E22,E32のいずれかの電圧が基準
電圧e2以上となると、電圧監視回路2−2内のオア回
路114及びオア回路42を介してハイレベルの信号が
FET6,8に印加されてFET6,8をオフとするこ
とにより、電池ユニット1Aへの充電電流を遮断して過
充電を防止する。
【0037】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32のいずれの電圧も基準電圧e2
より小さいと、オア回路42を介してローレベルの信号
がFET6,8に印加されてFET6,8をオンとす
る。これにより、電池ユニット1Aへの充電電流は電源
供給端子9,10を介して電池セルE11,E21,E
31,E12,E22,E32へ流れ、電池ユニット1
Aは充電可能となる。
【0038】次に、本発明になる電池ユニットの第3実
施例を図5と共に説明する。電池ユニットの第3実施例
では、本発明になる保護回路の第3実施例を採用する。
図5中、図4と同一部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。図5において、電池セルE11,E21,
E31は直列接続され、電池セルE12,E22,E3
2は直列接続され、電池セルE13,E23,E33は
直列接続されている。又、これらの電池セルの直列接続
は、電源供給端子9,10の間に互いに並列に接続され
ている。
【0039】電圧監視回路2−1,2−2,2−3は、
夫々図12に示す電圧監視回路101と同じ構成を有す
る。電圧監視回路2−1,2−2,2−3は、例えばミ
ツミ電気株式会社製の集積回路(IC)チップMM13
09からなる。電圧監視回路2−1内のオア回路124
の出力と、電圧監視回路2−2内のオア回路124の出
力と、電圧監視回路2−3内のオア回路124の出力と
は、オア回路41−1に供給され、FET5,7,7−
1はこのオア回路41−1の出力により制御される。
又、電圧監視回路2−1内のオア回路114の出力と、
電圧監視回路2−2内のオア回路114の出力と、電圧
監視回路2−3内のオア回路114の出力とは、オア回
路42−1に供給され、FET6,8,8−1はこのオ
ア回路42−1の出力により制御される。
【0040】電池セルE11,E21,E31のいずれ
かの電圧が基準電圧e1以下となると、電圧監視回路2
−1内のオア回路124及びオア回路41−1を介して
ハイレベルの信号がFET5,7,7−1に印加されて
FET5,7,7−1をオフとすることにより、電池ユ
ニット1Bからの放電電流を遮断して過放電を防止す
る。同様にして、電池セルE12,E22,E32のい
ずれかの電圧が基準電圧e1以下となると、電圧監視回
路2−2内のオア回路124及びオア回路41−1を介
してハイレベルの信号がFET5,7,7−1に印加さ
れてFET5,7,7−1をオフとすることにより、電
池ユニット1Bからの放電電流を遮断して過放電を防止
する。更に、電池セルE13,E23,E33のいずれ
かの電圧が基準電圧e1以下となると、電圧監視回路2
−3内のオア回路124及びオア回路41−1を介して
ハイレベルの信号がFET5,7,7−1に印加されて
FET5,7,7−1をオフとすることにより、電池ユ
ニット1Bからの放電電流を遮断して過放電を防止す
る。
【0041】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32,E13,E23,E33のい
ずれの電圧も基準電圧e1より大きいと、オア回路41
−1を介してローレベルの信号がFET5,7,7−1
に印加されてFET5,7,7−1をオンとする。これ
により、電池ユニット1Bからの放電電流は電源供給端
子9,10へ流れ、電池ユニット1Bは放電可能とな
る。
【0042】又、電池セルE11,E21,E31のい
ずれかの電圧が基準電圧e2以上となると、電圧監視回
路2−1内のオア回路114及びオア回路42−1を介
してハイレベルの信号がFET6,8,8−1に印加さ
れてFET6,8,8−1をオフとすることにより、電
池ユニット1Bへの充電電流を遮断して過放電を防止す
る。同様にして、電池セルE12,E22,E32のい
ずれかの電圧が基準電圧e2以上となると、電圧監視回
路2−2内のオア回路114及びオア回路42−1を介
してハイレベルの信号がFET6,8,8−1に印加さ
れてFET6,8,8−1をオフとすることにより、電
池ユニット1Bへの充電電流を遮断して過充電を防止す
る。更に、電池セルE13,E23,E33のいずれか
の電圧が基準電圧e2以上となると、電圧監視回路2−
3内のオア回路114及びオア回路42−1を介してハ
イレベルの信号がFET6,8,8−1に印加されてF
ET6,8,8−1をオフとすることにより、電池ユニ
ット1Bへの充電電流を遮断して過充電を防止する。
【0043】他方、電池セルE11,E21,E31,
E12,E22,E32,E13,E23,E33のい
ずれの電圧も基準電圧e2より小さいと、オア回路42
−1を介してローレベルの信号がFET6,8,8−1
に印加されてFET6,8,8−1をオンとする。これ
により、電池ユニット1Bへの充電電流は電源供給端子
9,10を介して電池セルE11,E21,E31,E
12,E22,E32,E13,E23,E33へ流
れ、電池ユニット1Bは充電可能となる。
【0044】次に、本発明になる電池ユニットの第4実
施例を図6と共に説明する。電池ユニットの第4実施例
では、本発明になる保護回路の第4実施例を採用する。
図6中、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。上記第1実施例では、電池ユニット1内に
設けられた全ての電池セルの電圧を監視するために、電
池セルの数と同じ数の電圧監視が可能な電圧監視回路2
を用いている。又、上記第2及び第3実施例では、電池
ユニット1A,1B内で並列に接続される電池セルの数
と同じ数の電圧監視回路2−1,2−2,2−3を用い
ている。
【0045】これに対し、本実施例では、電池ユニット
1C内で並列に接続される電池セル間を高抵抗素子で分
離して電圧を監視することで、並列に接続される電池セ
ル間での電流ループの発生を回避する。図6において、
電圧監視回路2−10は、図12に示す電圧監視回路1
01と同様の構成を有する。ただし、過放電防止系及び
過充電防止系の夫々において、4段の比較回路が設けら
れている。電圧監視回路2−10は、例えばミツミ電気
株式会社製の集積回路(IC)チップMM1309から
なる。
【0046】図7は、電圧監視回路2−10の構成を示
す回路図である。電圧監視回路2−10は、同図に示す
如く接続された比較回路111〜113,134,12
1〜123,144と、オア回路114a,124aと
からなる。比較回路111,121の一方の入力はノー
ドN1,N2と接続され、比較回路112,122の一
方の入力はノードN3と接続され、比較回路113,1
23の一方の入力はノードN4と接続され、比較回路1
34,144の一方の入力はノードN5と接続され、比
較回路134,144の他方の入力は基準電圧e2,e
1を介してノードN6と接続されている。又、オア回路
124aの出力はFET5,7を制御し、オア回路11
4aの出力はFET6,8を制御する。
【0047】ノードN3は、抵抗素子R11,R12を
接続し、抵抗素子R11は電池セルE12に接続され、
抵抗素子R12は電池セルE11に接続されている。ノ
ードN4は、抵抗素子R21,R22を接続し、抵抗素
子R21は電池セルE12と電池セルE22とを接続す
るノードに接続され、抵抗素子R22は電池セルE11
と電池セルE21とを接続するノードに接続されてい
る。ノードN5は、抵抗素子R31,R32を接続し、
抵抗素子R31は電池セルE22と電池セルE32とを
接続するノードに接続され、抵抗素子R32は電池セル
E21と電池セルE31とを接続するノードに接続され
ている。
【0048】抵抗素子R11は、電池セルE12の電圧
を監視する際の電流制限用に設けられ、抵抗素子R12
は、電池セルE11の電圧を監視する際の電流制限用に
設けられている。同様に、抵抗素子R21は、電池セル
E22の電圧を監視する際の電流制限用に設けられ、抵
抗素子R22は、電池セルE21の電圧を監視する際の
電流制限用に設けられている。又、抵抗素子R31は、
電池セルE32の電圧を監視する際の電流制限用に設け
られ、抵抗素子R32は、電池セルE31の電圧を監視
する際の電流制限用に設けられている。
【0049】次に、本発明になる電池ユニットの第5実
施例を図8と共に説明する。電池ユニットの第5実施例
では、本発明になる保護回路の第5実施例を採用する。
図8中、図6と同一部分には同一符号を付し、その説明
は省略する。本実施例では、電池ユニット1D内で並列
に接続される電池セル間をヒューズで分離して電圧を監
視することで、並列に接続される電池セル間での電流ル
ープの発生を回避する。具体的には、図6に示す抵抗素
子R11〜R32の代わりに、ヒューズF11〜F32
を設ける。
【0050】尚、上記各実施例では、電池ユニット内の
電池セルがLi+電池セルの場合について説明したが、
電池セルは勿論Li+電池セルに限定されるものではな
い。図9は、本発明になる電池ユニットの外観を示す斜
視図である。説明の便宜上、図9は第1実施例の電池ユ
ニット1を示すものとする。同図中、電池ユニット1は
ハウジング300からなり、電源供給端子9,10等が
設けられた端子部301と、ヒューズ3,4等の状態を
確認可能とする窓302Aを有するカバー302を有す
る。
【0051】図10は、図9のカバー302を取り外し
た状態の電池ユニット1を示す斜視図である。同図中、
基板303にはICチップ304やヒューズ部306等
が設けられ、配線パターン(図示せず)に接続されてい
る。電圧監視回路2は、例えばICチップ304内に設
けられている。又、ヒューズ部206には、例えばヒュ
ーズ3,4が設けられている。
【0052】図11は、図10の基板303を取り外し
た状態の電池ユニット1を示す斜視図である。同図中、
6本の電池セル307は、図1及び図2に示す電池セル
E11〜E32に対応する。尚、電池ユニットの形状
は、上記図9〜図11に示す形状に限定されない。以
上、本発明を実施例により説明したが、本発明は上記実
施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々
の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【0053】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、電池ユニ
ットの外部又は内部で短絡事故が発生しても、電池ユニ
ットの劣化及び寿命の短縮を防止することができる。請
求項2〜4記載の発明によれば、既存の電圧監視回路を
使用して、安価に保護回路を構成することができる。
【0054】請求項5記載の発明によれば、電池ユニッ
トからの過放電及び電池ユニットに対する過充電を確実
に防止することができる。請求項6記載の発明によれ
ば、電池ユニットの外部又は内部で短絡事故が発生して
も、電池ユニットの劣化及び寿命の短縮を防止すること
ができる。請求項7〜9記載の発明によれば、既存の電
圧監視回路を使用して、安価に保護回路を構成すること
ができる。
【0055】請求項10記載の発明によれば、電池ユニ
ットからの過放電及び電池ユニットに対する過充電を確
実に防止することができる。従って、本発明によれば、
電池ユニットの外部又は内部で短絡事故が発生しても、
電池ユニットの劣化及び寿命の短縮を確実に防止して、
電池ユニットの信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明になる電池ユニットの構成を示す回路図
である。
【図2】本発明になる電池ユニットの第1実施例の一部
を示す回路図である。
【図3】本発明になる電池ユニットの第1実施例の一部
を示す回路図である。
【図4】本発明になる電池ユニットの第2実施例を示す
回路図である。
【図5】本発明になる電池ユニットの第3実施例を示す
回路図である。
【図6】本発明になる電池ユニットの第4実施例を示す
回路図である。
【図7】第4実施例の電圧監視回路を示す回路図であ
る。
【図8】本発明になる電池ユニットの第5実施例を示す
回路図である。
【図9】本発明になる電池ユニットの外観を示す斜視図
である。
【図10】カバーを取り外した状態の電池ユニットを示
す斜視図である。
【図11】基板を取り外した状態の電池ユニットを示す
斜視図である。
【図12】従来の電池ユニットの一例を示す回路図であ
る。
【図13】図12に示す電池ユニット内の電圧監視回路
の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1,1A,1B,1C,1D 電池ユニット 2,2−1〜2−3,2−10 電圧監視回路 3,4 ヒューズ 5〜8,7−1,8−1 FET 9,10 電源供給端子 E11〜E32 電池セル R11〜R32 抵抗素子 F11〜F32 ヒューズ 300 ハウジング 301 端子部 302 カバー 302A 窓 303 基板 304 ICチップ 306 ヒューズ部 307 電池セル
フロントページの続き (72)発明者 津国 敏明 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内 (72)発明者 武田 義郎 神奈川県川崎市中原区上小田中4丁目1番 1号 富士通株式会社内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の直列接続された電池セルからなる
    セル部が複数並列接続され、各セル部の第1及び第2の
    端子は夫々第1及び第2の電源電圧供給端子に接続され
    た電池ユニットに対し、 各々が、対応するセル部の第1の端子と前記第1の電源
    電圧供給端子とを電気的に接続しており、アクティブな
    信号に応答して前記電気的接続を切り離す複数のスイッ
    チング素子と、 各セル部に対して独立に、当該セル部の少なくとも1つ
    の電池セルの電圧が所定範囲外になるとアクティブとな
    る信号を対応するスイッチング素子へ出力する電圧監視
    回路とを備えた、保護回路。
  2. 【請求項2】 前記電圧監視回路は、各セル部に対して
    独立に設けられ、当該セル部の電池セルの電圧が所定範
    囲外になるとアクティブとなる信号を各電池セルについ
    て出力する複数の回路と、該複数の回路の対応する電池
    セルに対する出力信号の論理和を対応するスイッチング
    素子へ出力する論理和回路とを有する、請求項1記載の
    保護回路。
  3. 【請求項3】 前記電圧監視回路は、異なるセル部間で
    対応する電池セルの端子を接続する直列接続された第1
    及び第2の抵抗と、該第1及び第2の抵抗の間のノード
    の電圧が前記所定範囲外となるとアクティブとなる信号
    を前記対応するスイッチング素子へ出力する回路とを有
    する、請求項1記載の保護回路。
  4. 【請求項4】 前記電圧監視回路は、異なるセル部間で
    対応する電池セルの端子を接続する直列接続された第1
    及び第2のヒューズと、該第1及び第2のヒューズの間
    のノードの電圧が前記所定範囲外となるとアクティブと
    なる信号を前記対応するスイッチング素子へ出力する回
    路とを有する、請求項1記載の保護回路。
  5. 【請求項5】 前記所定範囲は、前記電池の放電及び充
    電の少なくとも一方の許容範囲に基づいて設定されてい
    る、請求項1〜4のいずれか1項記載の保護回路。
  6. 【請求項6】 各々が第1及び第2の端子を有し、複数
    の直列接続された電池セルからなり、並列接続された複
    数のセル部と、 各セル部の第1の端子と接続された第1の電源供給端子
    と、 各セル部の第2の端子と接続された第2の電源供給端子
    と、 各々が、対応するセル部の第1の端子と前記第1の電源
    電圧供給端子とを電気的に接続しており、アクティブな
    信号に応答して前記電気的接続を切り離す複数のスイッ
    チング素子と、 各セル部に対して独立に、当該セル部の少なくとも1つ
    の電池セルの電圧が所定範囲外になるとアクティブとな
    る信号を対応するスイッチング素子へ出力する電圧監視
    回路とを備えた、電池ユニット。
  7. 【請求項7】 前記電圧監視回路は、各セル部に対して
    独立に設けられ、当該セル部の電池セルの電圧が所定範
    囲外になるとアクティブとなる信号を各電池セルについ
    て出力する複数の回路と、該複数の回路の対応する電池
    セルに対する出力信号の論理和を対応するスイッチング
    素子へ出力する論理和回路とを有する、請求項6記載の
    電池ユニット。
  8. 【請求項8】 前記電圧監視回路は、異なるセル部間で
    対応する電池セルの端子を接続する直列接続された第1
    及び第2の抵抗と、該第1及び第2の抵抗の間のノード
    の電圧が前記所定範囲外となるとアクティブとなる信号
    を前記対応するスイッチング素子へ出力する回路とを有
    する、請求項6記載の電池ユニット。
  9. 【請求項9】 前記電圧監視回路は、異なるセル部間で
    対応する電池セルの端子を接続する直列接続された第1
    及び第2のヒューズと、該第1及び第2のヒューズの間
    のノードの電圧が前記所定範囲外となるとアクティブと
    なる信号を前記対応するスイッチング素子へ出力する回
    路とを有する、請求項6記載の電池ユニット。
  10. 【請求項10】 前記所定範囲は、前記電池の放電及び
    充電の少なくとも一方の許容範囲に基づいて設定されて
    いる、請求項6〜9のいずれか1項記載の電池ユニッ
    ト。
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