KR20140004093A - 충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법 - Google Patents

충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20140004093A
KR20140004093A KR1020137014265A KR20137014265A KR20140004093A KR 20140004093 A KR20140004093 A KR 20140004093A KR 1020137014265 A KR1020137014265 A KR 1020137014265A KR 20137014265 A KR20137014265 A KR 20137014265A KR 20140004093 A KR20140004093 A KR 20140004093A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
switch
discharge
current path
charge
charging
Prior art date
Application number
KR1020137014265A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101780524B1 (ko
Inventor
고이치 무카이
유지 후루우치
도시아키 아라키
지사토 고모리
고지 에지마
다카시 후지하타
Original Assignee
데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤 filed Critical 데쿠세리아루즈 가부시키가이샤
Publication of KR20140004093A publication Critical patent/KR20140004093A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101780524B1 publication Critical patent/KR101780524B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048—Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/10—Temperature sensitive devices
    • H01M2200/103—Fuse
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Abstract

충전시와 방전시에 흐르는 전류치가 크게 상이한 사용 형태에 있어서도, 장치 규모의 증대화와 복잡화를 방지하면서, 충방전 가능한 배터리 셀을 과전류 상태로부터 보호하는 것이 가능한 충방전 제어 장치를 제공한다. 배터리 (10) 와 배터리 팩 (1) 의 정극 (1a) 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 개폐기 (211, 212) 와, 충전 동작시에 개폐기 (211) 를 온으로 함과 함께 개폐기 (212) 를 오프로 하고, 방전 동작시에 개폐기 (211) 를 오프로 함과 함께 개폐기 (212) 를 온으로 하여, 충전 전류 경로 (C) 와 방전 전류 경로 (D) 를 전환하는 전환 제어부 (22) 와, 개폐기 (211) 를 통하여 흐르는 충전 전류 경로 (C) 의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 충전 전류 경로 (C) 를 용단하는 보호 소자 (24) 와, 개폐기 (212) 를 통하여 흐르는 방전 전류 경로 (D) 의 전류치가 제 1 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 방전 전류 경로 (D) 를 용단하는 보호 소자 (25) 를 구비한다.

Description

충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법{CHARGING/DISCHARGING CONTROL DEVICE, BATTERY PACK, ELECTRICAL EQUIPMENT, AND CHARGING/DISCHARGING CONTROL METHOD}
본 발명은, 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 장치, 이 충방전 제어 장치가 장착된 배터리 팩, 이 배터리 팩과 자유롭게 착탈할 수 있게 접속되는 전기 기기 및 충방전 제어 방법에 관한 것이다.
본 출원은, 일본에 있어서 2011년 4월 27일에 출원된 일본 특허출원 2011-099834 를 기초로 하여 우선권을 주장하는 것으로서, 이 출원은 참조됨으로써, 본 출원에 원용된다.
리튬 이온 2 차 전지 등의 2 차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 회로는, 복수의 보호 소자를 작동시킴으로써, 전지에 흐르는 전류 경로를 차단하는 기능을 갖고 있다. 구체적으로, 이와 같은 충방전 제어 회로는, 통상적인 충방전 동작을 하고 있을 때에는 스위칭 트랜지스터 등을 사용하여, 전지에 흐르는 전류 경로의 ON/OFF 를 제어한다. 그러나, 뇌 서지로 대표되는 순간적인 대전류가 발생했을 때에는 스위칭 트랜지스터의 동작 시간을 웃돌아 전류치가 상승하기 때문에, 과전류 보호의 관점에서 전류 경로를 차단하는 퓨즈 등의 보호 회로를 갖고 있다. 또, 충방전 회로는, 전지의 상태, 즉 전지의 전압치나 온도 등을 검출하고, 이 검출 결과로부터 이상 상태를 판단하여 스위칭 트랜지스터 등을 사용하여, 전지에 흐르는 전류 경로의 ON/OFF 를 제어하고 있다.
또, 특허문헌 1 에는, 2 차 전지에 대한 충전을 실시하고 있는 경우에, 전지에 대한 과충전을 검출했을 때, 전지가 비정상적으로 온도 상승했을 때, 스위칭 소자가 발열에 의해 오동작했을 때 등에, 불가역인 상태에서 강제적으로 전지에 흐르는 전류 경로를 용단 (溶斷) 하는 보호 소자를 갖는 보호 회로가 기재되어 있다.
일본 공개특허공보 2007-135359호
상기 서술한 특허문헌 1 에 기재된 보호 회로에서는, 과전류 상태로부터 보호하기 위하여, 1 계통의 보호 소자를 사용하여 전류 경로를 용단하고 있다. 충전시와 방전시의 전류치가 크게 변화되지 않는 경우에는, 이와 같은 보호 회로를 사용하여 과전류 상태로부터 보호하는 것이 가능하였다.
이에 대하여, 충전시와 방전시의 전류치가 크게 변화되는 용도, 예를 들어 전동 공구 등과 같이 충전 전류에 대하여 방전 전류가 매우 크다는 사용 형태에 대응하기 위해서는, 방전 전류에 맞추어 과전류 보호용 보호 소자를 설계할 필요가 있다. 이와 같이 하여 방전 전류에 맞추어 과전류 보호용으로 설계된 보호 소자는, 충전 동작에서 보호해야 하는 전류치에 따라 용단할 수 없어, 충전시의 과전류 상태로부터 충분히 보호할 수 없다는 문제가 있었다.
이와 같은 문제에 대해, 예를 들어 배터리 팩의 정극 단자를 2 계통 형성하여, 각각의 정극 단자의 계통에 방전시의 과전류 보호용 보호 소자와 충전시의 과전류 보호용 보호 소자를 접속함으로써, 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
그러나, 상기와 같이 단자가 증가하면, 배터리 팩의 단자 구조나 내부 구조가 복잡해져, 기계적인 부품 점수가 증가되고, 배터리 팩 케이싱이 대형화한다는 문제가 있다. 또, 유저에 의한 단자의 잘못된 사용을 방지하는 연구도 필요해지고, 또한 오사용을 방지하기 위하여 기구가 복잡화된다는 문제도 있다.
본 발명은, 이와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로서, 충전시와 방전시에 흐르는 전류치가 크게 상이한 사용 형태에 있어서도, 장치 규모의 증대화와 복잡화를 방지하면서, 충방전 가능한 배터리 셀을, 충전시와 방전시의 양방의 과전류 상태로부터 보호하는 것이 가능한 충방전 제어 장치, 이 충방전 제어 장치가 장착된 배터리 팩, 및, 충방전 제어 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 서술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 관련된 충방전 제어 장치는, 배터리 팩 내에 형성되어 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 장치에 있어서, 배터리와 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와, 충전 동작시에 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와, 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와, 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 구비한다.
또, 본 발명에 관련된 배터리 팩은, 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리와, 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로를 구비하는 배터리 팩에 있어서, 충방전 제어 회로는, 배터리와 당해 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와, 충전 동작시에 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와, 배터리 셀의 전압치를 검출하는 전압 검출부와, 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와, 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 구비한다.
또, 본 발명에 관련된 전기 기기는, 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리와, 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로를 갖는 배터리 팩과, 배터리 팩과 자유롭게 착탈할 수 있게 접속되어, 배터리 팩의 충전을 실시하거나, 또는, 배터리 팩으로부터 전원 공급을 받아 구동하는 기기 본체를 구비하고, 충방전 제어 회로는, 배터리와 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와, 충전 동작시에 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와, 배터리 셀의 전압치를 검출하는 전압 검출부와, 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와, 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 갖는다.
또, 본 발명에 관련된 충방전 제어 방법은, 배터리 팩 내에 형성되어 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 방법으로서, 배터리와 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기를 사용하여, 충전 동작시에 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하고, 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 충전 전류 경로에 접속된 제 1 보호 소자를 용단하고, 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 방전 전류 경로에 접속된 제 2 보호 소자를 용단한다.
본 발명은, 충전시와 방전시에 흐르는 전류치가 크게 상이한 사용 형태에 있어서도, 제 1 및 제 2 개폐기에 의해 충전 전류 경로와 방전 전류 경로의 접속을 전환함으로써, 장치 규모의 증대화와 복잡화를 방지하면서, 충전 전류 경로에 접속된 제 1 보호 소자와 방전 전류 경로에 접속된 제 2 보호 소자를 사용하여, 충방전 가능한 배터리 셀을, 충전시와 방전시의 양방의 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는, 제 1 실시형태에 관련된 개폐기의 구체적인 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 3a 는, 충전 동작시에 있어서의 개폐기의 구체적인 동작에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 3b 는, 방전 동작시에 있어서의 개폐기의 구체적인 동작에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4 는, 제 1 실시형태에 관련된 전압 검출부의 변형예에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 5 는, 충전 동작시에 보호 기능을 실현하는 보호 소자의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 6 은, 제 1 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로의 변형예에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 는, 과충전 상태로 판단되었을 때의 개폐기의 스위칭 제어에 대해 설명하기 위한 도면이다. 도 7b 는, 과방전 상태로 판단되었을 때의 개폐기의 스위칭 제어에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 8 은, 변형예에 관련된 개폐기의 구체적인 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9 는, 제 2 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 10 은, 방전 동작시에 보호 기능을 실현하는 보호 소자의 구성에 대해 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은, 이하의 실시형태에만 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 여러 가지의 변경이 가능한 것은 물론이다.
본 발명이 적용된 충방전 제어 장치는, 배터리의 충방전을 제어하는 회로이다. 제 1 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로 (20) 는, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같은 합계 4 개의 충방전 가능한 배터리 셀 (11 ∼ 14) 이 직렬 접속된 배터리 (10) 를 갖는 배터리 팩 (1) 에 장착되는 것이다.
배터리 팩 (1) 은, 전기 기기 (100) 에 장착되는 전지이다. 이 배터리 팩 (1) 은, 배터리 팩 (1) 의 충전을 실시하거나, 또는, 배터리 팩 (1) 으로부터 전원 공급을 받아 구동하는 전기 기기 (100) 의 기기 본체 (2) 와 자유롭게 착탈할 수 있게 접속되는 것이다. 이와 같은 기기 본체 (2) 와 자유롭게 착탈할 수 있게 접속되는 배터리 팩 (1) 은, 그 정극 단자 (1a) 와 부극 단자 (1b) 가, 충방전 제어 회로 (20) 를 통하여 배터리 (10) 의 정극단 (10a) 과 부극단 (10b) 에 각각 접속되어 있다.
이와 같은 접속 관계 하에, 충방전 제어 회로 (20) 는, 2 개의 개폐기 (211, 212) 와, 전환 제어부 (22) 와, 전압 검출부 (23) 와, 2 개의 보호 소자 (24, 25) 와, 전류 검출용 저항 소자 (26) 를 구비한다.
개폐기 (211, 212) 는, 배터리 (10) 의 정극단 (10a) 과 배터리 팩 (1) 의 정극 단자 (1a) 사이에 병렬로 접속되어, 전환 제어부 (22) 에 의해 온 오프가 제어된다. 또, 개폐기 (211, 212) 는, 후술하는 바와 같이, 각각 충전 전류 경로 (C) 의 개폐와 방전 전류 경로 (D) 의 개폐를 실시하는 소자이면 되는데, 예를 들어, 도 2 와 같은 배터리 (10) 와 개폐기 (211, 212) 의 접속 관계를 나타낸 등가 회로도에 나타내는 바와 같이, 각각 2 개의 전계 효과 트랜지스터로 구성된다.
즉, 개폐기 (211) 는, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 서로 반대가 되도록 직렬 접속된 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 로 구성된다. 마찬가지로 하여, 개폐기 (212) 는, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 서로 반대가 되도록 직렬 접속된 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 로 구성된다.
전환 제어부 (22) 는, 마이크로 프로세서 등에 의해 구성되고, 하기에 나타내는 바와 같이 하여, 충전 동작과 방전 동작에 따라 개폐기 (211, 212) 의 온 오프를 제어한다.
먼저, 충전 동작시에, 전환 제어부 (22) 는, 도 3a 에 나타내는 바와 같이 해, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 를 온으로 함과 함께, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 를 오프로 한다. 이와 같이 하여, 전환 제어부 (22) 는, 충전 전류가, 도 1 중의 파선 및 도 3a 중의 실선으로 나타내어진 충전 전류 경로 (C) 상에 흐르도록 제어한다. 또, 전환 제어부 (22) 는, 충전 전류의 방향에 대해 바이어스 방향이 반대인 개폐기 (212) 의 스위칭 트랜지스터 (212b) 를 오프로 함으로써, 개폐기 (212) 를 통하여 충전 전류가 흐르지 않게 차단할 수 있다.
이 충전 동작시에, 전환 제어부 (22) 는, 후술하는 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치에 기초하여 과충전 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 를 온으로부터 오프로 한다. 또, 전환 제어부 (22) 는, 후술하는 전류 검출용 저항 소자 (26) 에 의해 검출되는 배터리 (10) 에 흐르는 전류치에 기초하여 과전류 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 를 온으로부터 오프로 한다.
다음으로, 방전 동작시에, 전환 제어부 (22) 는, 도 3b 에 나타내는 바와 같이 하여, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 를 오프로 함과 함께, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 를 온으로 한다. 이와 같이 하여, 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 방전 전류가, 도 1 중의 1 점 쇄선 및 도 3b 중의 실선으로 나타내어진 방전 전류 경로 (D) 상에 흐르도록 제어한다.
이 방전 동작시에, 전환 제어부 (22) 는, 후술하는 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치에 기초하여 과방전 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 를 온으로부터 오프로 한다. 또, 전환 제어부 (22) 는, 후술하는 전류 검출용 저항 소자 (26) 에 의해 검출되는 배터리 (10) 에 흐르는 전류치에 기초하여 과전류 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 를 온으로부터 오프로 한다.
전압 검출부 (23) 는, 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치를 검출하고, 검출한 전압치를 전환 제어부 (22) 에 통지한다. 또, 전압 검출부 (23) 에는, 검출 결과에 따라 보호 소자 (24) 의 동작을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터 (23a) 가 형성되어 있다. 여기서, 전압 검출부 (23) 는, 배터리 셀 (11 ∼ 14) 이 과충전 상태로 되어, 개폐기 (211) 에 의해 충전 전류 경로가 차단되지 않고, 그 후, 소정의 전압치를 초과한 것을 검출하면, 이 검출 결과에 따라 스위칭 트랜지스터 (23a) 를 온으로 하고, 후술하는 보호 소자 (24) 의 발열체 (243) 를 동작시킴으로써 충전 전류 경로 (C) 를 용단시킨다.
또한, 전압 검출부 (23) 는, 예를 들어 도 4 에 나타내는 바와 같이, 복수의 온도 검출 소자 (231, 232, 233) 를 형성하여, 이 온도 검출 소자 (231, 232, 233) 의 검출 결과에 따라, 스위칭 트랜지스터 (23a) 의 동작을 제어하도록 해도 된다. 예를 들어, 온도 검출 소자 (231) 는 배터리 (10) 근방의 온도를 검출하고, 온도 검출 소자 (232) 는 개폐기 (211) 근방의 온도를 검출하고, 온도 검출 소자 (233) 는 개폐기 (212) 근방의 온도를 검출한다. 전압 검출부 (23) 에서는, 예를 들어 온도 검출 소자 (231) 에 의해 배터리 (10) 근방의 온도가 85 ℃ 이상이 되었을 때, 또는 온도 검출 소자 (232, 233) 에 의해 개폐기 (211, 212) 근방의 온도가 135 ℃ 이상이 되었을 때에, 스위칭 트랜지스터 (23a) 를 온으로 하도록 해도 된다. 이와 같이 함으로써, 배터리 팩 (1) 내부의 각 부의 온도 상황에 기초하여, 충전 동작시에 배터리 (10) 를 보호하는 기능을 실현할 수 있다.
보호 소자 (24) 는, 충전 동작시의 과충전 상태 및 과전류 상태에 있어서 개폐기 (211) 를 오프 상태로 할 수 없을 때, 개폐기 (211) 를 통하여 흐르는 충전 전류 경로 (C) 를 용단하는 보호 기능을 실현하기 위하여, 구체적으로는 도 5 의 등가 회로 모델에 나타내는 바와 같이, 직렬 접속된 퓨즈 (241, 242) 와, 퓨즈 (241, 242) 의 접속점 (P) 을 통하여 도면 중의 경로 (R1, R2) 에 의해 통전하면 퓨즈 (241, 242) 를 용융시키는 발열체 (243) 로 구성된다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 보호 소자 (24) 는, 퓨즈 (241, 242) 를 1 개의 용단 금속체 (24a) 로 했을 때, 이 용단 금속체 (24a) 는, 방전 전류 경로 (D) 의 개폐를 실시하는 개폐기 (212) 에 대해 병렬로 접속되어, 발열체 (243) 가 발열하거나, 또는, 개폐기 (211) 를 통하여 흐르는 충전 전류 경로 (C) 의 전류치가, 충전 동작시의 과전류에 대응하는 제 1 용단 전류치를 초과하면, 이 충전 전류 경로 (C) 를 용단한다.
여기서, 제 1 용단 전류치는, 상기 서술한 바와 같이, 충전 동작시의 과전류에 대응하여 설정된다. 보다 구체적으로는, 충전 동작시의 과전류 상태에 있어서 개폐기 (211) 를 오프 상태로 할 수 없을 때 충전 전류 경로 (C) 를 용단시키기 위하여, 제 1 용단 전류치는, 전환 제어부 (22) 가 충전 동작시의 과전류인 것으로 판단하여 개폐기 (211) 를 오프로 하는 전류 검출용 저항 소자 (26) 의 검출 전류치와 동등하거나, 그것보다 큰 값이 설정된다.
즉, 과충전 상태가 되면, 보호 소자 (24) 는, 전압 검출부 (23) 에 의해 스위칭 트랜지스터 (23a) 가 온이 되고, 발열체 (243) 가 통전하여 발열하여 용단 금속체 (24a) 가 용단됨으로써 과충전 상태로부터 보호할 수 있다.
또, 충전 동작시에 과전류 상태가 되면, 보호 소자 (24) 는, 용단 금속체 (24a) 가 자기 발열에 의해 충전 전류 경로 (C) 를 용단함으로써, 이와 같은 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
보호 소자 (25) 는, 개폐기 (212) 를 통하여 흐르는 방전 전류 경로 (D) 상에 접속되어, 방전 전류 경로 (D) 의 전류치가, 보호 소자 (24) 가 용단되는 전류치에 비하여 높고, 방전 동작시의 과전류에 대응하는 제 2 용단 전류치를 초과하면, 자기 발열에 의해 방전 전류 경로 (D) 를 용단한다.
여기서, 제 2 용단 전류치는, 제 1 용단 전류치보다 높은 전류치로서, 방전 동작시의 과전류에 대응하여 설정된다. 바꾸어 말하면, 보호 소자 (25) 는, 그 정격 전류치가, 보호 소자 (24) 의 용단 금속체 (24a) 와 비교하여 보다 높은 퓨즈로 구성된다. 보다 구체적으로는, 방전 동작시의 과전류 상태에 있어서 개폐기 (212) 를 오프 상태로 할 수 없을 때 방전 전류 경로 (D) 를 용단시키기 위하여, 제 2 용단 전류치는, 전환 제어부 (22) 가 방전 동작시의 과전류인 것으로 판단하여 개폐기 (212) 를 오프로 하는 전류 검출용 저항 소자 (26) 의 검출 전류치와 동등하거나, 그것보다 큰 값이 설정된다.
이와 같이 하여, 보호 소자 (25) 는, 과전류 상태에 있어서 개폐기 (211) 를 오프 상태로 할 수 없을 때여도, 보호 소자 (24) 가 용단되는 전류치에 비하여 높은 전류치를 초과하면 방전 전류 경로 (D) 를 용단한다. 이로써, 방전시에 흐르는 전류치가 충전시에 흐르는 전류치보다 큰 사용 용도에 대응하여, 방전 동작시의 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
또한, 보호 소자 (25) 는, 방전 전류 경로 (D) 상에 접속되어 있으면 되고, 예를 들어, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 개폐기 (211) 에 대해 직렬 접속된 상태로 하여, 충전 전류가 흐르도록 해도 된다. 특히, 충방전 제어 회로 (20) 는, 충전 전류 경로 (C) 의 저항값을 억제하는 관점에서, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 보호 소자 (25) 가, 충전 전류 경로 (C) 의 개폐를 실시하는 개폐기 (211) 에 대해 병렬로 접속되어 있는 것이 특히 바람직하다.
전류 검출용 저항 소자 (26) 는, 예를 들어 배터리 (10) 의 부극단 (10b) 과 배터리 팩 (1) 의 부극 단자 (1b) 사이에 접속되는 저항체로서, 배터리 (10) 에 흐르는 전류를 전압, 또는 온도로 변환하여 검출하고, 검출 결과를 전환 제어부 (22) 에 통지한다.
이상과 같은 구성으로 이루어지는 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 충전 동작시와 방전 동작시에 흐르는 전류치가 크게 상이한 사용 형태에 있어서도, 전환 제어부 (22) 가 2 개의 개폐기 (211, 212) 에 의해 충전 전류 경로 (C) 와 방전 전류 경로 (D) 의 접속을 전환함으로써, 예를 들어, 충전 전류 경로 (C) 용과 방전 전류 경로 (D) 용의 2 개의 정극 단자를 배터리 팩에 형성하는 구조에 비하여, 단자 수가 증가하는 것에 의한 장치 규모의 증대화를 방지할 수 있다. 또, 상기와 같이 방전용과 충전용과 다른 2 개의 정극 단자가 형성된 배터리 팩에서는, 유저에 의해 단자의 잘못된 사용이 발생할 수 있지만, 본 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로 (20) 가 장착된 배터리 팩 (1) 에서는, 이와 같은 오사용을 방지할 수 있다.
이와 같이 하여, 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 충전 동작시와 방전 동작시에 흐르는 전류치가 크게 상이한 사용 형태에 있어서도, 장치 규모의 증대화와 복잡화를 방지하면서, 용단하는 전류치가 상이한 2 개의 보호 소자 (24, 25) 에 의해, 충방전 가능한 배터리 셀을, 충전시와 방전시의 양방의 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
또, 비교예로서 만일, 개폐기 (212) 와 보호 소자 (25) 를 사용하지 않고, 개폐기 (211) 를 통하여 충전 전류와 방전 전류를 흘려, 보호 소자 (24) 에 의해 과전류 보호를 실현하는 경우에는, 충전 전류보다 비교적 큰 방전 전류에 대한 보호를 실현하기 때문에, 충전시의 과전류만으로부터 보호를 실현하는 경우에 비하여, 용단 금속체 (24a) 의 내열성을 높이는 것을 필요로 한다. 이 때문에, 충전 전류보다 비교적 큰 방전 전류에 대한 보호를 실현하도록 설계된 용단 금속체 (24a) 는, 과충전시에 발열체 (243) 를 동작시켜도, 용단하기까지 많은 에너지를 필요로 하고, 결과적으로 용단 시간도 길어진다는 문제가 있었다.
이에 반하여, 본 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 보호 소자 (24) 의 용단 금속체 (24a) 를, 충전시의 과전류만으로부터 보호하면 되기 때문에, 상기의 비교예와 비교하여, 과충전 상태가 되었을 때에, 가능한 한 빨리 보호할 수 있고, 또한 발열체 (243) 자체의 동작 전류도 낮게 억제하여 결과적으로 보호 소자 (24) 자체의 소형화도 도모할 수 있다.
다음으로, 과충전, 과방전 및 과전류를 보호하기 위해서 실시되는 개폐기 (211, 212) 의 구체적인 동작에 대해 설명한다.
충방전 제어 회로 (20) 에서는, 충전 동작시에 있어서, 전환 제어부 (22) 가, 후술하는 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치로부터 과충전 상태인 것으로 판단하면, 도 7a 에 나타내는 바와 같이, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 를 온으로부터 오프로 함과 함께, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 중, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 방전 전류 경로 (D) 와 역방향인 스위칭 트랜지스터 (212a) 를 오프로부터 온으로 하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 전환 제어부 (22) 는, 이와 같은 스위칭 제어를 실시함으로써, 과충전 상태의 배터리 (10) 를 방전 가능하게 하여, 가능한 한 빨리 통상 상태로 복귀시킬 수 있다.
또, 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 방전 동작시에 있어서, 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치로부터 과방전 상태인 것으로 판단하면, 도 7b 에 나타내는 바와 같이, 개폐기 (212) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (212a, 212b) 를 온으로부터 오프로 함과 함께, 개폐기 (211) 를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 (211a, 211b) 중, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 충전 전류 경로 (C) 와 역방향인 스위칭 트랜지스터 (211b) 를 오프로부터 온으로 하는 것이 특히 바람직하다. 즉, 전환 제어부 (22) 는, 이와 같은 스위칭 제어를 실시함으로써, 과방전 상태의 배터리 (10) 를 충전 가능하게 하여, 가능한 한 빨리 통상 상태로 복귀시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 상기 서술한 개폐기 (211, 212) 대신에, 예를 들어 도 8 에 나타내는 바와 같은 구성으로 이루어지는 개폐기 (311, 312) 로 이루어지는 충방전 제어 회로 (30) 를 사용해도 된다.
즉, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 개폐기 (311) 는, 충전 전류의 방향에 대해 기생 다이오드의 바이어스 방향이 역방향이 되도록 하여 충전 전류 경로 (C) 상에 접속된 스위칭 트랜지스터 (311b) 와, 바이어스 방향이, 충전 전류와 순방향으로서 방전 전류와 역방향이 되도록 하여 충전 전류 경로 (C) 상에 접속된 다이오드 (311c) 로 구성된다. 또, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 개폐기 (312) 는, 방전 전류의 방향에 대해 기생 다이오드의 바이어스 방향이 역방향이 되도록 하여 방전 전류 경로 (D) 상에 접속된 스위칭 트랜지스터 (312a) 와, 바이어스 방향이, 충전 전류와 역방향으로서 방전 전류와 순방향이 되도록 하여 방전 전류 경로 (D) 상에 접속된 다이오드 (312c) 로 구성된다.
이와 같은 개폐기 (311, 312) 를 갖는 충방전 제어 회로 (30) 에서는, 충전 동작시에 있어서, 전환 제어부 (22) 가, 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치로부터 과충전 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (311) 의 스위칭 트랜지스터 (311b) 를 온으로부터 오프로 하여 충전 전류 경로 (C) 에 충전 전류가 흐르지 않게 함과 함께, 충전 전류의 방향에 대해 바이어스 방향이 반대인 다이오드 (312c) 에 의해, 방전 전류 경로 (D) 를 통하여 충전 전류가 흐르지 않게 할 수 있다.
또, 충방전 제어 회로 (20) 에서는, 방전 동작시에 있어서, 전압 검출부 (23) 에 의해 검출되는 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치로부터 과방전 상태인 것으로 판단하면, 개폐기 (312) 의 스위칭 트랜지스터 (312a) 를 온으로부터 오프로 하여 방전 전류 경로 (D) 에 방전 전류가 흐르지 않게 함과 함께, 방전 전류의 방향에 대해 바이어스 방향이 반대인 다이오드 (311c) 에 의해, 방전 전류 경로 (D) 를 통하여 방전 전류가 흐르지 않게 할 수 있다.
이상과 같이 충방전 제어 회로 (30) 는, 충방전 제어 회로 (20) 와 마찬가지로 하여, 과충전 상태에서의 충전 전류의 흐름을 차단하고, 과방전 상태에서의 방전 전류의 흐름을 차단할 수 있지만, 다음과 같은 점에서, 충방전 제어 회로 (20) 가 바람직하다.
즉, 충방전 제어 회로 (30) 에서는, 다이오드 (311c, 312c) 가 전류 경로 상에 접속되어 있기 때문에, 충방전 제어 회로 (20) 와 비교하면, 개폐기의 입출력 간의 저항값이 높다. 이에 반하여, 충방전 제어 회로 (20) 는, 충방전 제어 회로 (30) 와 비교하여 전기 저항에 의한 에너지 로스를 가능한 한 억제할 수 있다.
또, 상기 서술한 바와 같이, 충방전 제어 회로 (20) 는, 충방전 제어 회로 (30) 와 달리, 과충전 상태에서도 저손실로 방전 가능하게 하고, 과방전 상태에서도 저손실로 충전 가능하게 하여, 통상 상태로 가능한 한 빨리 복귀 가능해지도록 전류 경로를 확보할 수 있는 점에서 특히 바람직하다.
다음으로, 제 2 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로 (40) 에 대해, 도 9 를 참조하여 설명한다.
즉, 충방전 제어 회로 (40) 는, 상기 서술한 제 1 실시형태에 관련된 충방전 제어 회로 (20) 에 대해, 전압 검출부 (43) 와 보호 소자 (45) 의 구성이 상이한 것 이외에는, 충방전 제어 회로 (20) 와 동일한 구성을 갖고 있다. 도 9 에서는, 편의상, 충방전 제어 회로 (20) 와 동일한 구성에 대해서는, 동 부호를 붙여, 그 설명을 생략한다. 여기서, 충방전 제어 회로 (40) 는, 배터리 팩 (3) 에 장착되는 것으로 한다. 또한, 배터리 팩 (3) 은 전기 기기 (100a) 에 장착되는 전지로서, 전기 기기 (100a) 의 기기 본체 (2) 와 착탈 가능하게 접속되는 것으로 한다.
즉, 전압 검출부 (43) 는, 상기 서술한 전압 검출부 (23) 와 마찬가지로, 배터리 셀 (11 ∼ 14) 의 전압치를 검출하고, 검출한 전압치를 전환 제어부 (22) 에 통지한다. 또, 전압 검출부 (43) 에는, 상기 서술한 전압 검출부 (23) 의 스위칭 트랜지스터 (23a) 와 동일한 기능을 실현하는 스위칭 트랜지스터 (43a) 에 더하여, 보호 소자 (45) 의 동작을 제어하기 위한 스위칭 트랜지스터 (43b) 가 형성되어 있다. 여기서, 전압 검출부 (43) 는, 배터리 셀 (11 ∼ 14) 이 과방전 상태로 되고, 개폐기 (212) 에 의해 방전 전류 경로가 차단되지 않고, 소정의 전압치 미만이 된 것을 검출하면, 이 검출 결과에 따라 스위칭 트랜지스터 (43b) 를 온으로 하고, 후술하는 보호 소자 (45) 의 발열체 (453) 를 동작시킴으로써 방전 전류 경로 (D) 를 용단시킨다.
보호 소자 (45) 는, 방전 동작시의 과방전 상태 및 과방전 상태에 있어서 개폐기 (212) 를 오프 상태로 할 수 없을 때, 개폐기 (212) 를 통하여 흐르는 방전 전류 경로 (D) 를 용단하는 보호 소자로서 기능시키기 위하여, 구체적으로는 도 10 의 등가 회로 모델에 나타내는 바와 같이, 직렬 접속된 퓨즈 (451, 452) 와, 퓨즈 (451, 452) 의 접속점 (P) 을 통하여 통전하면 퓨즈 (451, 452) 를 용융시키는 발열체 (453) 로 구성된다.
이와 같은 구성으로 이루어지는 보호 소자 (45) 는, 퓨즈 (451, 452) 를 1 개의 용단 금속체 (45a) 로 했을 때, 이 용단 금속체 (45a) 는, 충전 전류 경로 (C) 의 개폐를 실시하는 개폐기 (211) 에 대해 병렬로 접속되고, 발열체 (453) 가 발열하거나, 또는, 개폐기 (212) 를 통하여 흐르는 방전 전류 경로 (D) 의 전류치가 제 2 용단 전류치를 초과하면, 이 충전 전류 경로 (C) 를 용단한다.
즉, 과방전 상태가 되면, 보호 소자 (45) 는, 전압 검출부 (43) 에 의해 스위칭 트랜지스터 (43b) 가 온이 되고, 발열체 (453) 가 통전하여 발열하여 용단 금속체 (45a) 가 용단됨으로써 과방전 상태로부터 보호할 수 있다.
또, 방전 동작시에 과전류 상태가 되면, 보호 소자 (45) 는, 용단 금속체 (45a) 가 자기 발열에 의해 방전 전류 경로 (D) 를 용단함으로써, 이와 같은 방전시의 과전류 상태로부터 보호할 수 있다.
이와 같이 하여, 충방전 제어 회로 (40) 는, 충방전 제어 회로 (30) 와 비교하여, 방전 전류 경로 (D) 를 용단하는 보호 소자 (45) 의 구성이 복잡하기 때문에, 회로 규모가 증대되지만, 과방전 상태가 되어 개폐기 (312) 에 의해 방전 전류 경로 (D) 를 차단할 수 없을 때에도, 방전 전류 경로 (D) 를 용단한다는 보호 기능을 실현할 수 있다.
1, 3 : 배터리 팩, 2 : 기기 본체, 11-14 : 배터리 셀,
1a : 정극 단자, 1b : 부극 단자, 10 : 배터리,
10a : 정극단, 10b : 부극단,
20, 30, 40 : 충방전 제어 회로,
100, 100a : 전기 기기, 211, 212, 311, 312 : 개폐기,
211a, 211b, 212a, 212b, 23a, 311b, 312a, 43a, 43b : 스위칭 트랜지스터,
22 : 전환 제어부, 23, 43 : 전압 검출부,
231, 232, 233 : 온도 검출 소자, 24, 25, 45 : 보호 소자,
241, 242, 451, 452 : 퓨즈, 243, 453 : 발열체,
24a, 45a : 용단 금속체, 26 : 전류 검출용 저항 소자,
311c, 312c : 다이오드

Claims (8)

  1. 배터리 팩 내에 형성되어 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 장치에 있어서,
    상기 배터리와 상기 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와,
    충전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와,
    상기 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 상기 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와,
    상기 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 상기 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 상기 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 구비하는, 충방전 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배터리 셀의 전압치를 검출하는 전압 검출부를 추가로 구비하고,
    상기 제 1 보호 소자는, 상기 전압 검출부에 의해 상기 배터리 셀이 소정의 전압치를 초과한 검출 결과에 따라 통전하여 발열하는 발열체와, 상기 제 2 개폐기에 대해 병렬 접속된 금속체로서, 상기 발열체가 발열하거나 또는 상기 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 상기 충전 전류 경로를 용단하는 용단 금속체를 갖는, 충방전 제어 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개폐기는, 전계 효과 트랜지스터에 있어서의 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 서로 반대가 되도록 직렬 접속된 2 개의 스위칭 트랜지스터로 구성되고,
    상기 제 2 개폐기는, 전계 효과 트랜지스터에 있어서의 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 서로 반대가 되도록 직렬 접속된 2 개의 스위칭 트랜지스터로 구성되고,
    상기 전환 제어부는, 상기 충전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 온으로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 오프로 하고, 상기 방전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 오프로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 온으로 하는, 충방전 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전환 제어부는,
    상기 전압 검출부에 의해 상기 배터리 셀이 소정의 전압치를 초과한 것을 검출했을 때, 상기 제 1 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 각각 온으로부터 오프로 함과 함께, 상기 제 2 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 중, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 상기 방전 전류 경로와 역방향인 스위칭 트랜지스터를 오프로부터 온으로 하고,
    상기 전압 검출부에 의해 상기 배터리 셀이 소정의 전압치 미만이 된 것을 검출했을 때, 상기 제 2 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터를 각각 온으로부터 오프로 함과 함께, 상기 제 1 개폐기를 구성하는 2 개의 스위칭 트랜지스터 중, 기생 다이오드의 바이어스의 방향이 상기 충전 전류 경로와 역방향인 스위칭 트랜지스터를 오프로부터 온으로 하는, 충방전 제어 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 개폐기는, 충전 전류의 방향에 대해 기생 다이오드의 바이어스 방향이 역방향이 되도록 하여 상기 충전 전류 경로 상에 접속된 스위칭 트랜지스터와, 바이어스 방향이, 충전 전류와 순방향이 되도록 하여 상기 충전 전류 경로 상에 접속된 다이오드로 구성되고,
    상기 제 2 개폐기는, 방전 전류의 방향에 대해 기생 다이오드의 바이어스 방향이 역방향이 되도록 하여 상기 방전 전류 경로 상에 접속된 스위칭 트랜지스터와, 바이어스 방향이, 방전 전류와 순방향이 되도록 하여 상기 방전 전류 경로 상에 접속된 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는, 충방전 제어 장치.
  6. 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리와, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로를 구비하는 배터리 팩에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는,
    상기 배터리와 당해 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와,
    상기 충전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와,
    상기 배터리 셀의 전압치를 검출하는 전압 검출부와,
    상기 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 상기 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와,
    상기 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 상기 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 상기 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 갖는, 배터리 팩.
  7. 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리와, 상기 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로를 갖는 배터리 팩과,
    상기 배터리 팩과 자유롭게 착탈할 수 있게 접속되어, 상기 배터리 팩의 충전을 실시하거나, 또는, 상기 배터리 팩으로부터 전원 공급을 받아 구동하는 기기 본체를 구비하고,
    상기 충방전 제어 회로는,
    상기 배터리와 당해 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기와,
    상기 충전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 오프로 하고, 상기 방전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하는 전환 제어부와,
    상기 배터리 셀의 전압치를 검출하는 전압 검출부와,
    상기 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 상기 충전 전류 경로를 용단하는 제 1 보호 소자와,
    상기 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 상기 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 상기 방전 전류 경로를 용단하는 제 2 보호 소자를 갖는, 전기 기기.
  8. 배터리 팩 내에 형성되어 1 이상의 충방전 가능한 배터리 셀이 직렬 접속된 배터리의 충방전을 제어하는 충방전 제어 방법에 있어서,
    상기 배터리와 상기 배터리 팩의 외부 단자 사이의 전류 경로 상에 병렬 접속된 제 1 및 제 2 개폐기를 사용하여, 충전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 온으로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 오프로 하고, 방전 동작시에 상기 제 1 개폐기를 오프로 함과 함께 상기 제 2 개폐기를 온으로 하여, 충전 전류 경로와 방전 전류 경로를 전환하고,
    상기 제 1 개폐기를 통하여 흐르는 충전 전류 경로의 전류치가 제 1 용단 전류치를 초과하면, 상기 충전 전류 경로에 접속된 제 1 보호 소자를 용단하고,
    상기 제 2 개폐기를 통하여 흐르는 방전 전류 경로의 전류치가 상기 제 1 용단 전류치보다 높은 제 2 용단 전류치를 초과하면, 상기 방전 전류 경로에 접속된 제 2 보호 소자를 용단하는, 충방전 제어 방법.
KR1020137014265A 2011-04-27 2012-04-19 충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법 KR101780524B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011099834A JP5683372B2 (ja) 2011-04-27 2011-04-27 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
JPJP-P-2011-099834 2011-04-27
PCT/JP2012/060536 WO2012147598A1 (ja) 2011-04-27 2012-04-19 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

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140004093A true KR20140004093A (ko) 2014-01-10
KR101780524B1 KR101780524B1 (ko) 2017-09-21

Family

ID=47072119

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137014265A KR101780524B1 (ko) 2011-04-27 2012-04-19 충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9130383B2 (ko)
EP (1) EP2704288A4 (ko)
JP (1) JP5683372B2 (ko)
KR (1) KR101780524B1 (ko)
CN (1) CN103493330B (ko)
HK (1) HK1189433A1 (ko)
TW (1) TWI538343B (ko)
WO (1) WO2012147598A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180070876A (ko) * 2016-12-19 2018-06-27 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 안전 장치

Families Citing this family (60)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012222721A1 (de) * 2012-12-11 2014-06-12 Robert Bosch Gmbh Batteriemanagementsystem und Batteriesystem
JP6223171B2 (ja) * 2012-12-28 2017-11-01 株式会社半導体エネルギー研究所 蓄電装置の制御システム、蓄電システム、及び電気機器
KR101819040B1 (ko) * 2013-01-08 2018-01-16 인텔 코포레이션 듀얼 배터리를 갖는 분리가능 컴퓨팅 시스템
JP6221237B2 (ja) * 2013-01-21 2017-11-01 株式会社豊田自動織機 充電率推定装置および充電率推定方法
KR20140115501A (ko) * 2013-03-20 2014-10-01 삼성에스디아이 주식회사 배터리 가온 기능을 갖는 전원 변환 장치
KR101658863B1 (ko) * 2013-10-07 2016-09-22 주식회사 엘지화학 오작동 방지 알고리즘을 포함하는 배터리 관리 장치 및 방법
JP6102714B2 (ja) * 2013-12-11 2017-03-29 トヨタ自動車株式会社 蓄電システム
WO2015107630A1 (ja) * 2014-01-15 2015-07-23 デクセリアルズ株式会社 保護回路、バッテリユニット
JP6173925B2 (ja) * 2014-01-15 2017-08-02 株式会社マキタ 電動作業機器
DE102014201348A1 (de) * 2014-01-27 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betrieb eines Bordnetzes
DE102014201346A1 (de) * 2014-01-27 2015-07-30 Robert Bosch Gmbh Bordnetz
DE102014014739B4 (de) * 2014-10-09 2023-03-30 Fsm Ag Sicherungsschaltung, Batterieanordnung und Verfahren zum sicheren Trennen einer Spannungsquelle
CN107112744B (zh) 2014-12-24 2019-04-26 株式会社杰士汤浅国际 电源保护装置、电源装置以及开关故障诊断方法
TWM512203U (zh) * 2015-02-16 2015-11-11 Sha-Li Chen 複合式保護元件、保護電路、可充放電電池包
CN104810786A (zh) * 2015-04-08 2015-07-29 青岛歌尔声学科技有限公司 一种过流保护电路及具有该电路的电子设备
KR102442187B1 (ko) * 2015-04-10 2022-09-07 삼성에스디아이 주식회사 배터리 보호 회로
US10084326B2 (en) * 2015-06-24 2018-09-25 Apple Inc. Highly accurate over current fault protection for battery packs
CN105006969A (zh) * 2015-07-28 2015-10-28 丁振荣 一种直流-直流变换器及包含其的移动电源
CN106560961A (zh) * 2015-10-01 2017-04-12 中山市蓝河光电照明科技有限公司 车用高能应急起动电源
US10680450B2 (en) * 2015-10-05 2020-06-09 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Devices and methods to discharge battery
JP6341224B2 (ja) * 2016-04-05 2018-06-13 株式会社オートネットワーク技術研究所 給電制御装置
JP2017221027A (ja) * 2016-06-07 2017-12-14 ヤマハ発動機株式会社 リチウムイオン電池、及び電動アシスト自転車
JP6828296B2 (ja) * 2016-08-09 2021-02-10 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置および蓄電装置の充電制御方法
CN107769280A (zh) * 2016-08-19 2018-03-06 成都库仑科技有限公司 一种充放电电路及基于该电路的充放电保护方法、管理系统和管理方法
CN107231015B (zh) * 2016-09-20 2019-07-09 华为技术有限公司 一种电池、终端以及充电系统
KR102246769B1 (ko) * 2016-11-07 2021-04-30 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이를 포함하는 전기 청소기
JP6708148B2 (ja) * 2017-03-07 2020-06-10 株式会社オートネットワーク技術研究所 車載用電池の保護回路
TWI639286B (zh) 2017-06-07 2018-10-21 紘康科技股份有限公司 電池充電與放電保護電路
JP7074448B2 (ja) * 2017-10-10 2022-05-24 株式会社東芝 電池制御装置
JP7205489B2 (ja) 2017-12-04 2023-01-17 株式会社Ｇｓユアサ 充電制御装置、蓄電装置、充電方法
US10819122B2 (en) 2018-04-05 2020-10-27 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Systems and methods to use cell balancing resistor(s) of battery pack to reduce charge level of battery cells
TWI672843B (zh) * 2018-05-23 2019-09-21 廣達電腦股份有限公司 電池裝置及其操作方法
CN113258652A (zh) * 2018-08-01 2021-08-13 Oppo广东移动通信有限公司 电池控制系统和方法、电子设备
PL3719874T3 (pl) * 2018-08-08 2023-08-07 Lg Energy Solution, Ltd. Urządzenie łączące
JP6985999B2 (ja) * 2018-09-18 2021-12-22 カシオ計算機株式会社 充電保護回路、充電装置、電子機器及び充電保護方法
JP7161357B2 (ja) * 2018-09-26 2022-10-26 Fdk株式会社 電池ユニット、蓄電システム、及び電池ユニットの充放電方法
JP2020072620A (ja) * 2018-11-02 2020-05-07 トヨタ自動車株式会社 電源回路保護装置
WO2020102092A1 (en) 2018-11-13 2020-05-22 Oneil Kyle Distribution system for unswitched high voltage power
WO2020102138A1 (en) 2018-11-13 2020-05-22 Todd Putnam Quick battery disconnect system for high current circuits
KR102316486B1 (ko) * 2018-11-27 2021-10-22 주식회사 엘지화학 시동용 배터리의 구동 시스템 및 이를 이용한 외부 시스템 오프 상태 인식 방법
KR102609865B1 (ko) * 2018-12-24 2023-12-05 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩 및 이를 포함하는 전자 장치
TWI811295B (zh) * 2019-01-30 2023-08-11 南韓商Ｌｇ新能源股份有限公司 電池裝置及其控制方法
JP7351626B2 (ja) * 2019-03-15 2023-09-27 パナソニックエナジー株式会社 電源装置
US20220250481A1 (en) * 2019-07-17 2022-08-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Power cutoff device
CN112349982A (zh) * 2019-08-07 2021-02-09 北京小米移动软件有限公司 电池、充电方法及充电装置
EP4078766A1 (en) * 2019-12-20 2022-10-26 Sion Power Corporation Systems and methods for protecting a circuit, rechargeable electrochemical cell, or battery
CN111082493B (zh) * 2019-12-31 2024-05-24 Oppo广东移动通信有限公司 终端设备
DE102020200317A1 (de) * 2020-01-13 2021-07-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine, Handwerkzeugmaschine und Ladegerät
WO2021150110A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-29 Etergo B.V. Battery system and battery management method
KR20210098738A (ko) * 2020-02-03 2021-08-11 주식회사 엘지화학 배터리 랙의 개별 방전 시스템 및 방법
JP7421516B2 (ja) * 2020-06-17 2024-01-24 ショット日本株式会社 保護回路
CN111697662B (zh) * 2020-06-24 2023-10-20 东莞新能德科技有限公司 电池保护电路及方法、电化学装置及电子装置
US11429167B2 (en) 2020-07-17 2022-08-30 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Techniques to decommission battery based on user command
CN112134340A (zh) * 2020-09-24 2020-12-25 格力博(江苏)股份有限公司 一种汇流模块、级联模组以及汇流模块控制方法
CN113036317A (zh) * 2021-03-02 2021-06-25 阳光电源股份有限公司 一种电池簇及储能系统
US11962145B2 (en) * 2021-06-06 2024-04-16 Maxim Integrated Products, Inc. High-voltage, bidirectional protection circuits and methods
US11901750B2 (en) * 2021-06-08 2024-02-13 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-functional current limiter for energy storage devices
JP7406870B2 (ja) 2021-06-23 2023-12-28 和征 榊原 充電制御回路
JP2023013699A (ja) 2021-07-16 2023-01-26 ショット日本株式会社 保護回路
CN116666792B (zh) * 2023-06-30 2024-05-10 苏州融硅新能源科技有限公司 电池系统的充放电控制方法和电池系统

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3567512B2 (ja) * 1994-10-11 2004-09-22 ソニー株式会社 バッテリー保護回路
US5789900A (en) 1994-12-05 1998-08-04 Fuji Photo Film Co., Ltd. Device for protecting a secondary battery from overcharge and overdischarge
KR100193736B1 (ko) * 1996-09-17 1999-06-15 윤종용 배터리 보호 기능을 갖는 배터리 팩
JPH10208779A (ja) * 1997-01-27 1998-08-07 Japan Storage Battery Co Ltd パック電池及び二次電池の保護回路
US6133711A (en) * 1997-03-26 2000-10-17 Canon Kabushiki Kaisha Combination battery charger and battery driven power supply
JP4491917B2 (ja) * 2000-06-02 2010-06-30 ソニー株式会社 バッテリパック
DE10137875C1 (de) * 2001-08-02 2003-04-30 Dialog Semiconductor Gmbh Lade/Entlade-Schutzschaltung
CN1489252A (zh) * 2002-10-09 2004-04-14 圣能捷科技股份有限公司 智慧型锂离子电池组保护电路
JP4095426B2 (ja) * 2002-12-12 2008-06-04 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 二次電池装置
JP2004266882A (ja) * 2003-02-06 2004-09-24 Sony Chem Corp バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
JP2004336887A (ja) * 2003-05-07 2004-11-25 Taiheiyo Seiko Kk 回路保護装置
JP2004342551A (ja) * 2003-05-19 2004-12-02 Mitsubishi Electric Corp 携帯用燃料電池
JP2005168215A (ja) * 2003-12-03 2005-06-23 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電池パック及び電気装置
KR100571231B1 (ko) * 2004-05-31 2006-04-13 삼성에스디아이 주식회사 리튬이온전지의 휴즈장치
JP2006060892A (ja) * 2004-08-18 2006-03-02 Sharp Corp ポータブル電源装置およびその充電制御方法
JP4207877B2 (ja) * 2004-10-04 2009-01-14 ソニーケミカル＆インフォメーションデバイス株式会社 保護回路
KR100624944B1 (ko) * 2004-11-29 2006-09-18 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 보호회로
JP4682643B2 (ja) * 2005-02-24 2011-05-11 ミツミ電機株式会社 保護回路及び保護方法
JP4511449B2 (ja) 2005-11-11 2010-07-28 三洋電機株式会社 保護素子とこの保護素子を備えるパック電池
US7595609B2 (en) * 2006-03-09 2009-09-29 Dell Products L.P. Battery system power path configuration and methods for implementing same
CN100461585C (zh) * 2006-09-15 2009-02-11 李鹏 以单元管理实现多节串联二次电池组保护的方法及电路
KR100899425B1 (ko) * 2007-08-30 2009-05-27 삼성에스디아이 주식회사 배터리 팩의 보호회로 및 이를 구비한 배터리 팩
FR2923103A1 (fr) * 2007-10-26 2009-05-01 Crouzet Automatismes Soc Par A Dispositif de commutation electrique statique auto-protege
JP5260999B2 (ja) * 2008-03-26 2013-08-14 パナソニック株式会社 電池パック
JP2010093876A (ja) * 2008-10-03 2010-04-22 Fujitsu Ltd 電池ユニット、電池システム、電子機器、電池の充電制御方法、および電池の放電制御方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180070876A (ko) * 2016-12-19 2018-06-27 에스케이이노베이션 주식회사 배터리 안전 장치

Also Published As

Publication number Publication date
TW201251263A (en) 2012-12-16
TWI538343B (zh) 2016-06-11
EP2704288A1 (en) 2014-03-05
CN103493330A (zh) 2014-01-01
HK1189433A1 (zh) 2014-06-06
US20130181681A1 (en) 2013-07-18
CN103493330B (zh) 2016-07-06
KR101780524B1 (ko) 2017-09-21
WO2012147598A1 (ja) 2012-11-01
US9130383B2 (en) 2015-09-08
EP2704288A4 (en) 2015-07-08
JP5683372B2 (ja) 2015-03-11
JP2012231649A (ja) 2012-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140004093A (ko) 충방전 제어 장치, 배터리 팩, 전기 기기 및 충방전 제어 방법
KR100485752B1 (ko) 2차전지의보호장치
KR101016825B1 (ko) 배터리 팩 및 과방전 보호 방법
JP4659886B2 (ja) 二次電池保護回路
KR20110039242A (ko) 독립형 직류 전력 공급망 내 고출력 배터리를 위한 고속 스위칭 장치
JP2009095162A (ja) 電池パックおよび電池パックを用いた電動工具
JP2009117262A (ja) パック電池
JP2010115070A (ja) 二次電池の過充電保護回路
JP2010003619A (ja) 電源装置
JP6196856B2 (ja) 切替回路
JP3620796B2 (ja) バッテリパック
WO2004070908A1 (ja) バイパス抵抗付き二次電池と二次電池の保護方法
KR101093839B1 (ko) 배터리 팩의 보호회로
JPWO2016136499A1 (ja) 電動工具
JP2003111268A (ja) 過充電保護回路付き二次電池
KR101093826B1 (ko) 배터리 팩의 보호회로
JP5277795B2 (ja) 電動工具システム
JP2017027798A (ja) パック電池
WO2022181600A1 (ja) 電池ユニットを備える電源
JP2007305451A (ja) 過充電保護機能付き二次電池パック
WO2018230115A1 (ja) 電池パック、電池パックの異常検出方法、電池パックの充電制御方法、及び電池パックの充電制御プログラミング
TWI813352B (zh) 保護電路、電池組以及電子設備
WO2016208132A1 (ja) 電池パック
KR20070105726A (ko) 하이브리드 배터리 팩 및 그것의 자체 충전 방법
JP2021077589A (ja) 保護回路

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E701 Decision to grant or registration of patent right