JPH1198702A - バッテリの異常検出装置及び電池パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池ユニットを直列接続してなるバッテリの
充電異常を検出する際に、電池ユニットの過充電異常及
び充電器の異常の双方を検出可能とする。 【解決手段】 リチウム二次電池８ａを並列接続してな
る電池ユニット８を、直列接続してバッテリ２を構成す
る。異常検出装置３を、アナログスイッチ１８〜２１及
びコンデンサ２２から構成され各電池ユニット８の電圧
を検出するユニット電圧検出回路１１、バッテリ２の電
圧を検出するバッテリ電圧検出回路１２、異常判定回路
１３から構成する。異常判定回路１３は、放電時の電池
ユニット８の電圧が過放電判定電圧まで下ったときに、
過放電異常と判定して過放電保護ＦＥＴ１６をオフす
る。充電時の各電池ユニット８の電圧が過充電判定電圧
に達したときに、電池ユニット８の過充電異常と判定し
て異常信号を出力し、バッテリ２の電圧が異常判定電圧
に達したときに、充電器の異常と判定して異常信号を出
力し、それら異常時に過充電保護ＦＥＴ１４をオフす
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、１個の二次電池又
は２個以上が並列接続された二次電池からなる電池ユニ
ットを、直列に複数個接続して構成されるバッテリにお
ける充電異常を検出するバッテリの異常検出装置及び電
池パックに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】携帯電話機やノートパ
ソコン等の電気機器の電源として用いられる電池パック
は、例えばリチウム二次電池からなる電池ユニットを、
直列に複数個（例えば３個）接続したバッテリを備えて
構成される。この場合、バッテリは、充電，放電が繰返
えされながら使用されるのであるが、この際、各電池ユ
ニットの電圧が、常に所定範囲内（例えば３．０〜４．
２Ｖの範囲内）に収まるようにして使用されるようにな
っている。

【０００３】かかるバッテリにおいては、電池ユニット
の劣化や故障等により、電池ユニットが過充電状態とな
ったり過放電状態となったりする虞がある。そこで、従
来より、各電池ユニットの正，負の端子間電圧を検出す
る電圧検出回路を設けると共に、検出電圧を過充電判定
電圧，過放電判定電圧と比較する異常判定回路を設ける
ことが考えられていた。これにより、各電池ユニットの
検出電圧が、過充電判定電圧に至ったあるいは過放電判
定電圧まで下ったときに、異常と判定されるのである。
尚、電池ユニットが異常と判定された場合には、バッテ
リ（電池パック）自体を交換することが一般的に行われ
る。

【０００４】ところで、上記バッテリを充電器に接続し
て充電する際には、充電器側にて、各電池ユニットの電
圧が所定範囲の上限値（例えば４．２Ｖ）を越えないよ
うに充電制御がなされるようになっている。このため、
もし充電器に故障（異常）が生じて正規の制御が行われ
なくなった場合には、各電池ユニットの電圧が過充電判
定電圧（例えば４．４Ｖ）以上となっても充電を継続し
てしまい、各電池ユニットが過充電状態となる虞があ
る。

【０００５】ところが、上記した従来の異常判定では、
充電器の異常までをも考慮されてはおらず、そのように
充電器の異常に起因して電池ユニットが過充電状態とな
ったときでも、単に電池ユニットの異常と判定されるだ
けであった。つまり使用者にとっては、異常が検出され
た際に、電池ユニット（バッテリ）の異常なのか充電器
の異常なのかが判別できず、充電器の異常の場合でも、
バッテリ側を交換してその異常のある充電器を使用し続
けてしまう虞があった。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、複数個の電池ユニットを直列に接続し
てなるバッテリの充電異常を検出するものにあって、電
池ユニットの異常のみならず、充電器の異常をも検出す
ることが可能なバッテリの異常検出装置及び電池パック
を提供するにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のバッテリの異常
検出装置は、１個の二次電池又は２個以上が並列接続さ
れた二次電池からなる電池ユニットを、直列に複数個接
続して構成されるバッテリにおける、充電異常を検出す
るためのものにあって、前記各電池ユニットの端子間電
圧を検出するユニット電圧検出手段と、前記バッテリの
負荷又は充電器と接続される正，負極の端子間電圧を検
出するバッテリ電圧検出手段と、前記各ユニット電圧検
出手段及びバッテリ電圧検出手段の検出に基づいて、電
池ユニット及び充電器の各々の異常の有無を判定する異
常判定手段とを具備するところに特徴を有する（請求項
１の発明）。

【０００８】上記手段によれば、ユニット電圧検出手段
により、各電池ユニットの端子間電圧が検出され、バッ
テリ電圧検出手段により、バッテリの正，負極の端子間
電圧が検出される。ここで、複数個の電池ユニットを直
列接続してなるバッテリにあって、各電池ユニットの過
充電，過放電は、各電池ユニットの端子間電圧を検出し
て過充電判定電圧，過放電判定電圧と比較することによ
り判定することができる。そして、バッテリに接続され
る充電器が異常であれば、充電時における、バッテリの
正，負極の端子間電圧が異常となる。

【０００９】従って、各ユニット電圧検出手段及びバッ
テリ電圧検出手段の検出に基づいて、異常判定手段によ
り、電池ユニット及び充電器の各々の異常の有無を容易
に判定することができるようになるのである。この結
果、本発明の請求項１のバッテリの異常検出装置によれ
ば、電池ユニットの異常のみならず、充電器の異常をも
検出することが可能となるという優れた効果を得ること
ができ、ひいては、異常が検出された際の適切な対処を
行うことができるようになる。

【００１０】この場合、前記異常判定手段により、前記
電池ユニットあるいは充電器のいずれかの異常が判定さ
れたときに、前記バッテリと負荷又は充電器とを接続す
る電路を遮断する電路遮断手段を設けることができる
（請求項２の発明）。これによれば、電池ユニットある
いは充電器の異常発生時には、速やかに電路を遮断する
ことができるようになる。

【００１１】また、前記異常判定手段により前記電池ユ
ニットあるいは充電器のいずれかの異常が判定されたと
きに、いずれの異常かを判別可能な異常報知信号を出力
する異常報知信号出力手段を設けるようにしても良い
（請求項３の発明）。これによれば、電池ユニットある
いは充電器の異常発生時に、いずれの異常かを機器ある
いは作業者に速やかに知らせることができるようにな
る。

【００１２】さらには、前記ユニット電圧検出手段を、
前記電池ユニットの端子間電圧に応じた電荷をコンデン
サに蓄えた後、前記コンデンサを前記電池ユニットと切
離した状態でその電圧を検出するように構成すれば、よ
り効果的である（請求項４の発明）。これによれば、電
池ユニットの端子間電圧を検出する際の消費電力を少な
く済ませ、いわば無駄な電力消費を抑えることができる
ようになる。

【００１３】そして、本発明の電池パックは、１個の二
次電池又は２個以上が並列接続された二次電池からなる
電池ユニットを直列に複数個接続して構成されるバッテ
リと、上記したいずれかのバッテリの異常検出装置と
を、ケース内に一体的に組込んで構成されるところに特
徴を有する（請求項５の発明）。これによれば、異常検
出装置が一体的に組込まれているので、バッテリに異常
検出装置を別途に接続する場合と比べて使用性を向上さ
せることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明をノートパソコン用
の電池パックに適用した一実施例について、図１及び図
２を参照しながら説明する。図１は、本実施例に係る電
池パック１の電気的構成を概略的に示している。ここ
で、電池パック１は、ケース（図示せず）内に、バッテ
リ２と、そのバッテリ２における充電異常を検出するた
めの本実施例に係る異常検出装置３とを組込んで構成さ
れ、図示しないノートパソコン本体に着脱可能に装着さ
れるようになっている。

【００１５】このとき、前記ケースの外面部には、正極
側電源端子４及び負極側（グランド側）電源端子５が設
けられており、負荷（ノートパソコン本体）あるいは図
示しない充電器に接続されるようになっている。また、
これと共に、ケースの外面部には、電池ユニット異常信
号出力端子６及び充電器異常信号出力端子７が設けられ
ていて、図示しない異常報知回路に接続されるようにな
っている。前記異常報知回路は、後述するようにバッテ
リ２あるいは充電器に異常があった際に、いずれの異常
が発生したかを、ランプ点灯や文字表示等によって使用
者に報知するようになっている。

【００１６】前記バッテリ２は、例えばリチウム二次電
池８ａをこの場合複数個並列接続してなる電池ユニット
８を、直列に複数個（例えば３個）接続して構成されて
いる。そして、バッテリ２の正極端子は、母線（電路）
９を介して前記正極側電源端子４に接続され、負側（グ
ランド）端子は、母線（電路）１０を介して前記負極側
電源端子５に接続されている。この場合、バッテリ２
は、充電，放電が繰返えされながら使用されるのである
が、この際、各電池ユニット８の電圧が、常に所定範囲
内、具体的には例えば３．０〜４．２Ｖの範囲内に収ま
るようにして使用されるようになっている。

【００１７】さて、前記異常検出装置３について述べ
る。この異常検出装置３は、マイコンを含んで構成さ
れ、前記各電池ユニット８の端子間電圧を検出するユニ
ット電圧検出手段たるユニット電圧検出回路１１、前記
バッテリ２の正，負極の端子間電圧を検出するバッテリ
電圧検出手段たるバッテリ電圧検出回路１２、それらの
検出に基づいて電池ユニット８及び充電器の各々の異常
の有無を判定する異常判定手段たる異常判定回路１３を
備えている。

【００１８】さらに、前記母線１０には、過充電保護Ｆ
ＥＴ１４がダイオード１５を並列接続した状態で挿設さ
れていると共に、前記過充電保護ＦＥＴ１４とは直列
に、過放電保護ＦＥＴ１６がダイオード１７を並列接続
した状態で挿設されている。後述するように、そのうち
過充電保護ＦＥＴ１４は、充電時において、前記異常判
定回路１３により電池ユニット８あるいは充電器のいず
れかに異常があると判定されたときに、電路を遮断する
電路遮断手段としての機能を果たすようになっている。
また、過放電保護ＦＥＴ１６は、放電時において過放電
の虞があると判定されたときに電路を遮断する機能を果
たすようになっている。

【００１９】本実施例では、前記ユニット電圧検出回路
１１は、各電池ユニット８の正側端子とユニット電圧検
出回路１１の出力端子との間に２個のアナログスイッチ
１８，１９を直列に設けると共に、各電池ユニット８の
負側端子とグランドとの間に２個のアナログスイッチ２
０，２１を直列に設け、更にアナログスイッチ１８，１
９の接続点と、アナログスイッチ２０，２１の接続点と
の間にコンデンサ２２を設けて構成されている。

【００２０】この場合、アナログスイッチ１８，１９，
２０，２１はマイコン制御されるようになっており、ア
ナログスイッチ１８，２０をオン（アナログスイッチ１
９，２１はオフ）させて、電池ユニット８の端子間電圧
に応じた電荷をコンデンサ２２に蓄え、その後、アナロ
グスイッチ１９，２１をオン（アナログスイッチ１８，
２０はオフ）させて、コンデンサ２２の電圧信号（グラ
ンドからの電位）を出力端子から出力するようになって
いる。このユニット電圧検出回路１１からの各電池ユニ
ット８のユニット電圧検出信号は、異常判定回路１３に
入力されるようになっている。

【００２１】また、前記バッテリ電圧検出回路１２は、
オペアンプから構成され、バッテリ２の正，負極の端子
間（母線９，１０間）の電圧を検出して、バッテリ電圧
検出信号を異常判定回路１３に出力するようになってい
る。

【００２２】そして、前記異常判定回路１３は、マイコ
ンから構成され、後のフローチャート説明でも述べるよ
うに、そのソフトウエア的構成によって、充電時におい
て、前記ユニット電圧検出回路１１により検出された各
電池ユニット８の電圧を、過充電判定電圧（例えば４．
４Ｖ）と比較してその過充電判定電圧に達したときに電
池ユニット８の異常と判定する機能（オペアンプ１３ａ
の機能）を実現する。また、充電時において、前記バッ
テリ電圧検出回路１２により検出されたバッテリ２全体
の電圧を異常判定電圧（例えば１３．２Ｖ）と比較して
その異常判定電圧以上であったときに充電器の異常と判
定する機能（オペアンプ１３ｂの機能）を実現するよう
になっている。

【００２３】このとき、異常判定回路１３は、バッテリ
２の電圧が異常判定電圧に達したとき（充電器異常を判
定したとき）に、前記充電器異常信号出力端子７に異常
信号を出力するようになっている。これと共に、異常判
定回路１３は、いずれかの電池ユニット８の異常を検出
したとき、あるいは、充電器異常を検出したときには、
前記電池ユニット異常信号出力端子６に異常信号を出力
する機能（ＮＯＲゲート１３ｃの機能）を備えている。
従って、異常判定回路１３は、異常報知信号出力手段と
しても機能するようになっている。

【００２４】さらに、本実施例では、異常判定回路１３
は、放電時において、前記ユニット電圧検出回路１１に
より検出された各電池ユニット８の電圧を、過放電判定
電圧（例えば２．６Ｖ）と比較してその過放電判定電圧
まで下ったときに、電池ユニット８の異常（過放電状態
となる虞がある）と判定する機能（オペアンプ１３ｄの
機能）を実現するようになっている。

【００２５】また、この異常判定回路１３は、いずれか
の電池ユニット８の過充電側の異常を検出したとき、及
び、充電器異常を検出したときには、前記過充電保護Ｆ
ＴＥ１４にゲート信号を出力して電路を遮断させるよう
になっている、これと共に、いずれかの電池ユニット８
の過放電側の異常を検出したときには、前記過放電保護
ＦＥＴ１６にゲート信号を出力して電路を遮断させるよ
うになっている。

【００２６】次に、上記構成の作用について、図２も参
照して述べる。バッテリ２は、充電，放電が繰返えされ
ながら使用されるのであるが、この際、上述のように、
各電池ユニット８は、その電圧が常に所定範囲内（例え
ば３．０〜４．２Ｖの範囲内）に収まるようにして使用
される。ここで、まず、バッテリ２が負荷（携帯電話機
本体）に接続されて電力を供給している放電時において
は、異常検出装置３は、ユニット電圧検出回路１１によ
って各電池ユニット８の電圧を検出し、異常判定回路１
３によってその検出電圧が過放電判定電圧（２．６Ｖ）
まで低下することがないかどうかを常に監視する。

【００２７】そして、もし、いずれかの電池ユニット８
が過放電判定電圧まで下ったときには、異常判定回路１
３は、過放電保護ＦＥＴ１６をオフさせて速やかに電路
を遮断するようになる。これにて、電池ユニット８が過
放電状態となることを防止しながら、バッテリ２の放電
が行われるようになるのである。

【００２８】一方、前記バッテリ２を充電器に接続して
充電する充電時には、充電器側にて、各電池ユニット８
の電圧が所定範囲の上限値（例えば４．２Ｖ）を越えな
いように充電制御がなされるようになっている。ところ
が、電池ユニット８の劣化や故障等により充電の際にそ
の電池ユニット８が過充電状態となる虞があり、また、
充電器に故障（異常）が生じて正規の充電制御が行われ
なくなる虞もある。

【００２９】そこで、本実施例では、異常検出装置３
は、図２のフローチャートに示す手順にて、充電時にお
ける異常の有無の判定を行う。即ち、ステップＳ１で
は、ユニット電圧検出回路１１により各電池ユニット８
の電圧が検出され、ステップＳ２では、バッテリ電圧検
出回路１２によりバッテリ２全体の電圧が検出される。
そして、次のステップＳ３にて、上記ステップＳ２にて
検出されたバッテリ２の電圧が、異常判定電圧（例えば
１３．２Ｖ）以上であるかどうかが判断される。

【００３０】このとき、もし充電器に故障（異常）が生
じて正規の充電制御が行われなくなっていた場合には、
各電池ユニット８の電圧が過充電判定電圧（例えば４．
４Ｖ）以上となっても充電を継続してしまい、全ての電
池ユニット８が過充電状態となってバッテリ２の電圧が
異常判定電圧以上となってしまうことになる。従って、
バッテリ２の電圧が異常判定電圧以上であるときには
（ステップＳ３にてＹｅｓ）、充電器異常信号出力端子
７から充電器異常信号が出力され（ステップＳ４）、こ
れと共に、過充電保護ＦＥＴ１４がオフされて速やかに
電路が遮断されるようになるのである（ステップＳ
５）。

【００３１】これに対し、バッテリ２の電圧が異常判定
電圧よりも低い場合には（ステップＳ３にてＮｏ）、次
のステップＳ６にて、上記ステップＳ１にて検出された
各電池ユニット８の電圧が、過充電判定電圧（例えば
４．４Ｖ）以上かどうかが判断される。全ての電池ユニ
ット８の電圧が過充電判定電圧を下回っていれば（ステ
ップＳ６にてＮｏ）、何ら異常はないと判断できるの
で、ステップＳ１からの処理が継続される。

【００３２】そして、いずれかの電池ユニット８の電圧
が、過充電判定電圧に達した場合には（ステップＳ６に
てＹｅｓ）、その電池ユニット８の電圧が使用範囲を越
えた過充電異常と判断できるので、電池ユニット異常信
号出力端子６から電池ユニット異常信号が出力され（ス
テップＳ７）、これと共に、過充電保護ＦＥＴ１４がオ
フされて速やかに電路が遮断されるようになるのである
（ステップＳ５）。

【００３３】これにて、バッテリ２の放電時の電池ユニ
ット８の過放電異常、並びに、バッテリの充電時におけ
る充電器異常及び電池ユニット８の過充電異常のいずれ
についても、それらの異常の有無を容易に判定すること
ができるようになるのである。尚、バッテリの充電時に
おける充電器異常及び電池ユニット８の過充電異常があ
った際には、携帯電話機本体の異常報知回路により、い
ずれの異常が発生したかが使用者に報知されるようにな
る。

【００３４】このように本実施例によれば、複数個の電
池ユニット８を直列に接続してなるバッテリ２の充電異
常を検出するものにあって、従来のような充電器の異常
に起因して電池ユニットが過充電状態となったときでも
単に電池ユニットの異常と判定されていたものと異な
り、各電池ユニット８の異常のみならず、充電器の異常
をも容易に検出することが可能となるという優れた効果
を得ることができ、ひいては、異常が検出された際の適
切な対処を行うことができるようになる。

【００３５】この場合、本実施例では、母線１０に過充
電保護ＦＥＴ１４を設け、異常判定回路１３により異常
が判定されたときには、その過充電保護ＦＥＴ１４をオ
フする構成としたので、電池ユニット８あるいは充電器
の異常発生時には、速やかに電路を遮断することができ
る。また、本実施例では、異常判定手段１３により電池
ユニット８あるいは充電器のいずれかの異常が判定され
たときに、それらを区別した異常信号を出力する構成と
したので、いずれの異常かを機器あるいは作業者に速や
かに知らせることができるようになる。

【００３６】そして、特に本実施例では、ユニット電圧
検出回路１１を、コンデンサ２２を用いて各電池ユニッ
ト８の端子間電圧を検出するように構成したので、電池
ユニット８の端子間電圧を検出する際の消費電力を少な
く済ませることができ、いわば無駄な電力消費を抑える
ことができるといった利点を得ることができる。さら
に、本実施例では、バッテリ２とその異常検出装置３と
を、ケース内に一体的に組込んでなる電池パック１とし
たので、バッテリ２に異常検出装置３を別途に接続する
場合と比べて使用性を向上させることができるものであ
る。

【００３７】尚、上記実施例では、ユニット電圧検出回
路１１をコンデンサ２２を用いて構成するようにした
が、図３に示す本発明の他の実施例のように、ユニット
電圧検出回路３１を、各電池ユニット８の端子間に夫々
オペアンプ３２を接続して構成することもできる。その
他、電池ユニットは１個の二次電池からなるものあって
も良く、また、異常信号の出力構成や電路遮断手段の構
成等としても種々の変形が考えられ、さらには、ノート
パソコンの電池パック以外にも、充放電を繰返しながら
使用されるバッテリを有する機器全般に本発明を適用す
ることができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で
適宜変更して実施し得るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すもので、バッテリ及び
異常検出装置の電気的構成を示す機能ブロック図

【図２】異常判定回路における充電時の異常判定の処理
手順を示すフローチャート

【図３】本発明の他の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

図面中、１は電池パック、２はバッテリ、３は異常検出
装置、４は正極側電源端子、５は負極側電源端子、６は
電池ユニット異常信号出力端子、７は充電器異常信号出
力端子、８は電池ユニット、８ａは二次電池、９，１０
は母線、１１，３１はユニット電圧検出回路（ユニット
電圧検出手段）、１２はバッテリ電圧検出回路（バッテ
リ電圧検出手段）、１３は異常判定回路（異常判定手
段，異常報知信号出力手段）、１４は過充電保護ＦＥＴ
（電路遮断手段）、１６は過放電保護ＦＥＴ、１８〜２
１はアナログスイッチ、２２はコンデンサを示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １個の二次電池又は２個以上が並列接続
   された二次電池からなる電池ユニットを、直列に複数個
   接続して構成されるバッテリにおける、充電異常を検出
   するためのものであって、 前記各電池ユニットの端子間電圧を検出するユニット電
   圧検出手段と、 前記バッテリの負荷又は充電器と接続される正，負極の
   端子間電圧を検出するバッテリ電圧検出手段と、 前記各ユニット電圧検出手段及びバッテリ電圧検出手段
   の検出に基づいて、電池ユニット及び充電器の各々の異
   常の有無を判定する異常判定手段とを具備することを特
   徴とするバッテリの異常検出装置。
2. 【請求項２】 前記異常判定手段により、前記電池ユニ
   ットあるいは充電器のいずれかの異常が判定されたとき
   に、前記バッテリと負荷又は充電器とを接続する電路を
   遮断する電路遮断手段を備えることを特徴とする請求項
   １記載のバッテリの異常検出装置。
3. 【請求項３】 前記異常判定手段により前記電池ユニッ
   トあるいは充電器のいずれかの異常が判定されたとき
   に、いずれの異常かを判別可能な異常報知信号を出力す
   る異常報知信号出力手段を備えることを特徴とする請求
   項１又は２記載のバッテリの異常検出装置。
4. 【請求項４】 前記ユニット電圧検出手段は、前記電池
   ユニットの端子間電圧に応じた電荷をコンデンサに蓄え
   た後、前記コンデンサを前記電池ユニットと切離した状
   態でその電圧を検出するように構成されていることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のバッテリ
   の異常検出装置。
5. 【請求項５】 １個の二次電池又は２個以上が並列接続
   された二次電池からなる電池ユニットを直列に複数個接
   続して構成されるバッテリと、請求項１ないし４のいず
   れかに記載のバッテリの異常検出装置とを、ケース内に
   一体的に組込んで構成されることを特徴とする電池パッ
   ク。