WO2013153889A1 - 充放電制御スイッチ回路付き電池パック - Google Patents

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荻野直晃
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日立マクセル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a battery pack in which a secondary battery such as a lithium ion battery is accommodated, and particularly to a battery pack provided with a switch circuit for charge / discharge control of the secondary battery.
  • a secondary battery such as a lithium ion battery
  • the battery pack is provided in a state where it can be energized between the positive and negative external terminals, and can be used by normal charging and discharging.
  • a protection circuit is provided in the battery pack, and in order to protect the secondary battery from an abnormal state such as overcharge or overdischarge, control is performed to stop charging and discharging when an abnormal state occurs.
  • a switch circuit is interposed between the external terminal and the secondary battery, and when the overcharge or overdischarge is detected, the switch circuit is cut off by the protection circuit.
  • the abnormal condition to be dealt with is not only overcharge or overdischarge, but it is also necessary to cope with an abnormal temperature rise in the battery pack. For this reason, the protection circuit monitors the temperature in the battery pack, and also performs control for dealing with various abnormalities, such as control for shutting off the switch circuit even when a temperature abnormality is detected.
  • Patent Document 1 discloses an example of a battery pack having such a configuration that performs control to shut off a switch circuit by a protection circuit.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the battery pack 20 disclosed in Patent Document 1.
  • the battery pack 20 includes a switching element 23 inserted between the negative electrode of the battery 21 and the charge / discharge terminal 22.
  • the switching element 23 includes two FETs 23a and 23b connected in series with each other.
  • a control circuit 24 is connected to the control input terminal of the switching element 23.
  • the control circuit 24 includes two AND circuits 25a and 25b connected to the gates of the FETs 23a and 23b, respectively.
  • the + side of the battery 21 and one input terminal of the AND circuits 25 a and 25 b are connected via a detection switch 26.
  • An overcharge / overdischarge prevention circuit 27 (corresponding to a protection circuit) is connected to the other input terminals of the AND circuits 25a and 25b.
  • the detection switch 26 is provided in order to disable discharge when the battery pack 20 is detached from the electrical device, and prevents the following problems from occurring. That is, when a battery pack in a dischargeable state is connected to a load with low impedance, sparks due to air breakdown may occur in the gap immediately before connection. In particular, since the battery pack often has a plurality of batteries connected in series to increase the output voltage, sparks are likely to occur. This leads to fear that the person who operates the battery pack may receive an electric shock when operating the battery pack.
  • the detection switch 26 is turned on when the battery pack 20 is attached to the electric device 28 and turned off when the battery pack 20 is removed from the electric device 29.
  • the detection switch 26 is on, the + side of the battery 21 is connected to one input terminal of the AND circuits 25a and 25b, and a signal of "H" level is input.
  • the detection switch 26 is off, one input terminal of the AND circuits 25a and 25b is at the “L” level.
  • the overcharge and overdischarge prevention circuit 27 outputs an H level signal to the input terminals of the AND circuits 25a and 25b when the battery pack 20 is in a normal state. Therefore, if the battery pack 20 is attached to the electrical device 28 and no overcharge or overdischarge is detected, the AND circuits 25a and 25b are turned on. Accordingly, both FETs 23 a and 23 b of the switching element 23 are controlled to be turned on, and power is supplied from the battery 21 to the electrical device 28.
  • the overcharge / overdischarge prevention circuit 27 outputs an L level signal to the input terminals of the AND circuits 25a and 25b. Therefore, the AND circuit 25 is turned off, and the switching element 23 is controlled to be turned off. Thereby, the battery 21 is protected from overcharge or overdischarge.
  • the overcharge / overdischarge prevention circuit 27 prevents overcharge / overdischarge of the battery 21, and the switching element 23 is used to block the discharge from the battery 21 in a state where it is disconnected from the electrical equipment. It has been.
  • the battery pack As described above, it is desirable to provide the battery pack with a switching element that controls charging and discharging of the secondary battery. In that case, it is desirable to sufficiently suppress power consumption by the switching element.
  • a physical switch such as a relay is used, or a semiconductor switch such as a MOS-FET is used as in the conventional example. Since the physical switch is controlled in conduction by opening and closing the mechanical contact, the ON resistance is small, and the power consumption in the contact portion when a large current flows is small.
  • the physical switch requires control power for maintaining the ON state (connection), and usually the consumption of control power always requires several W (watts).
  • the consumption of control power for maintaining the ON state is several ⁇ W (microwatts).
  • the semiconductor switch can maintain the ON state with very little power compared to the physical switch, so that even when it is not used for a long time, the power consumption is small.
  • power is always consumed even when a large current does not flow through the contact portion. Therefore, when the switch is not used for a long period of time, it is wasted by continuing the ON state. Consume power.
  • the semiconductor switch since the semiconductor switch has a large ON resistance, when a large current flows through the switch, the amount of heat generation increases, and wasteful power is consumed for energization compared to a physical switch.
  • a configuration using a physical switch as a switching element for charge / discharge control is difficult to store for a long time in an ON state, and a configuration using a semiconductor switch has a large power loss when energized with a large current.
  • the present invention reduces the power consumption of the switch circuit for charge / discharge control for protecting the secondary battery during storage, at low load (low current), or at high load (large current). It aims at providing the battery pack comprised so that suppression was possible.
  • a battery pack with a charge / discharge control switch circuit includes a battery module to which one or a plurality of secondary batteries are connected, a switch circuit connected in series between the battery module and an external terminal, and the secondary battery.
  • a voltage detection unit that detects a voltage of the battery module and a current detection unit that detects a current flowing between the battery module and the external terminal, and controls the switch circuit based on detection signals of the voltage detection unit and the current detection unit.
  • a protection circuit wherein the protection circuit controls the switch circuit to a conductive state when the detection signal indicates a normal state, and disables the switch circuit when the detection signal indicates an abnormal state.
  • the switch circuit is configured to control a conduction state, and the switch circuit includes a physical switch and a semiconductor switch connected in series between the secondary battery and an external terminal. Characterized in that it is constituted by the column circuit.
  • charging / discharging is performed by selecting a continuity state of a physical switch and a semiconductor switch according to a storage state, a low load (low current), or a high load (large current). Can be controlled. Thereby, it is controlled so as to suppress the power consumption in any case according to the characteristics of both switches, and the battery power can be effectively used without being wasted in the battery pack.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a battery pack according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration example of a switch circuit for charge / discharge control of the battery pack.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional battery pack.
  • the battery pack with a charge / discharge control switch circuit of the present invention can take the following modes based on the above configuration.
  • the switch circuit includes a switch opening / closing circuit that controls the opening / closing of the semiconductor switch and the physical switch, and the protection circuit, when the current value detected by the detection unit is less than a reference value Ir, The switch open / close circuit is controlled so that the semiconductor switch is turned on and the physical switch is turned off. When the current value is equal to or greater than the reference value Ir, the physical switch is turned on. In this way, the switch open / close circuit can be controlled.
  • the protection circuit is configured to control the switch open / close circuit to turn on the physical switch and turn off the semiconductor switch when the current value is equal to or greater than the reference value Ir. can do.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of a battery pack 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the battery pack 1 has a built-in battery module 2 configured by connecting, for example, one or more secondary batteries such as lithium ion batteries in series. Connection paths from both electrode terminals of the battery module 2 to the charge / discharge terminals T1, T2 are provided, and discharge for supplying power to an external load via the charge / discharge terminals T1, T2 or a battery module from the outside 2 is charged.
  • the switch circuit 3 is inserted into the charge / discharge path on the positive electrode side, and the opening / closing of the switch circuit 3 is controlled by the protection circuit 4 so that the charge / discharge operation by the battery module 2 is controlled.
  • the protection circuit 4 includes a switch circuit control unit 5, a voltage detection unit 6, a current detection unit 7, and a temperature detection unit 8.
  • the configuration of the protection circuit 4 is an example, and the present invention can be similarly applied even when the protection circuit for controlling the switch circuit 3 has another configuration.
  • the voltage detection unit 6 monitors the charge / discharge voltage of the battery module 2 and generates a predetermined detection signal when an overdischarge or overcharge voltage is detected.
  • the current detection unit 7 monitors the current flowing through the battery module 2 via the resistor R inserted in the charge / discharge path on the negative electrode side, and generates a predetermined detection signal when an overcurrent is detected.
  • the temperature detection unit 8 monitors the temperature in the battery pack 1 and generates a predetermined detection signal when a temperature abnormality is detected.
  • the voltage detection unit 6, the current detection unit 7, and the temperature detection unit 8 are examples of an abnormality detection unit for detecting an abnormality in the state of the battery module 2 or its surroundings, and are not limited to these configurations.
  • Detection signals generated by the voltage detection unit 6, the current detection unit 7, and the temperature detection unit 8 are supplied to the switch circuit control unit 5, and the switch circuit control unit 5 conducts the switch circuit 3 based on the detection signals (ON state). ) Or non-conduction (OFF state).
  • the charging / discharging path is interrupted when an abnormality such as overcharge or overdischarge occurs, so that the battery module 2 is protected or an accident is prevented.
  • the temperature detector 8 is usually connected to a thermistor (not shown) arranged outside the protection circuit 4 as a temperature sensor.
  • the temperature inside the battery pack 1 is monitored by a thermistor, and a voltage value is supplied to the temperature detector 8 as temperature detection information.
  • the temperature detection unit 8 compares the voltage value obtained from the thermistor with the set reference voltage. As a result, when it is determined that the temperature is abnormal, a detection signal is supplied to the switch circuit control unit 5 and the switch circuit 3 is turned off. In this state, charging / discharging of the battery pack 1 is prohibited.
  • the switch circuit control unit 5 controls the switch circuit 3 to be in a non-conductive state to stop charging and discharging, thereby protecting the battery module 2. Is configured to do.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing in detail the configuration of the switch circuit 3 for charge / discharge control included in the battery pack 1 described above.
  • This switch circuit 3 corresponds to any of when the battery pack is not used and stored, when it is connected to the load and energized in a normal state, and when it is connected to the load and control corresponding to the abnormal state is performed. Control can be performed to suppress power consumption caused by the insertion of the switch circuit 3.
  • the switch circuit 3 is configured by using a relay 10 and a MOS-FET 11 as two kinds of switching elements, that is, a physical switch and a semiconductor switch.
  • the relay 10 and the MOS-FET 11 are connected in series between the secondary battery 2 and the external terminal T1 (see FIG. 1), and are connected in parallel to each other.
  • a relay switching circuit 12 is connected to the control terminal of the relay 10, and a MOS-FET switching circuit 13 is connected to the gate of the MOS-FET 11.
  • the relay switching circuit 12 and the MOS-FET switching circuit 13 operate so as to control the relay 10 and the MOS-FET 11 to the ON state or the OFF state, respectively, under the control of the protection circuit 4. Specifically, the control by the protection circuit 4 is performed as follows.
  • the relay switching circuit 12 and the MOS-FET switching circuit 13 are set so that the MOS-FET 11 is turned on and the relay 10 is turned off. Be controlled.
  • the reference value Ir is set to such a value that power consumption caused by the ON resistance of the MOS-FET 11 does not cause a problem in practice. Further, since the control power for maintaining the MOS-FET 11 in the ON state is very small, the power consumption due to the MOS-FET 11 in this control state is small. Therefore, when the battery pack is stored or when the load is low (low current), the power consumption in the switch circuit 3 can be suppressed sufficiently low.
  • the relay switching circuit 12 is controlled so that the relay 10 is turned on.
  • the MOS-FET 11 may be maintained in the ON state, or at the same time, the MOS-FET open / close circuit 13 may be controlled so that the MOS-FET 11 is in the OFF state.
  • the MOS-FET 11 is turned on and the relay 10 is turned off. Control is performed.
  • the MOS-FET 11 is in the ON state when the relay 10 is in the OFF state, chattering when the relay 10 is switched to the ON state can be prevented.
  • MOS-FET 11 functions for precharging the relay 10, it is not necessary to provide a separate element for precharging. Further, when the MOS-FET 11 is used for precharging, it is not necessary to provide a precharge resistor by driving the MOS-FET 11 during precharging by feedback control such as PWM.
  • the battery pack of the present invention can be used effectively without wasting power in the battery pack, and is useful as a battery pack for an electric motorcycle or the like.

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Abstract

　単数または複数の二次電池が接続された電池モジュール(2)と、電池モジュールと外部端子の間に直列に接続されたスイッチ回路(3)と、二次電池の電圧を検出する電圧検出部(6)及び電池モジュールと外部端子間を流れる電流を検出する電流検出部(7)を有し電圧検出部及び電流検出部の検出信号に基づいてスイッチ回路を制御する保護回路(4)とを備えた電池パック。保護回路は、検出信号が正常状態を示しているときはスイッチ回路を導通状態に制御し、検出信号が異常状態を示しているときはスイッチ回路を非導通状態に制御するように構成される。スイッチ回路は、二次電池と外部端子の間に直列に接続された、物理的スイッチ(10)及び半導体スイッチ(11)の並列回路により構成されている。充放電制御用のスイッチ回路の電力消費を、保存時を含む低電流時及び大電流時のいずれの場合でも抑制可能である。

Description

充放電制御スイッチ回路付き電池パック
　本発明は、リチウムイオン電池などの二次電池が収納された電池パックに関し、特に、二次電池の充放電制御のためのスイッチ回路が設けられた電池パックに関する。
　電池パックは、正負極の外部端子間で通電可能な状態で提供され、通常の充放電による使用が可能である。電池パックには保護回路が設けられ、過充電あるいは過放電等の異常状態から二次電池を保護するために、異常状態が発生したときには充放電を停止する制御が行われる。
　すなわち、外部端子と二次電池との間にスイッチ回路を介在させて、過充電あるいは過放電を検出したときに、保護回路によりスイッチ回路を遮断するように構成される。対処すべき異常状態は過充電あるいは過放電だけでなく、電池パック内の異常な温度上昇等にも対応が必要である。そのため保護回路は、電池パック内の温度を監視し、温度異常を検出した場合にもスイッチ回路を遮断する制御を行う等、種々の異常に対処するための制御も行われる。
　特許文献１には、そのような、保護回路によりスイッチ回路を遮断する制御を行う構成を有する電池パックの例が開示されている。図３に、特許文献１に開示された電池パック２０の回路図を示す。この電池パック２０は、電池２１の負極と充放電端子２２との間に挿入されたスイッチング素子２３を有する。スイッチング素子２３は、互いに直列に接続された二つのＦＥＴ２３ａ、２３ｂからなる。
　スイッチング素子２３の制御入力端子には、制御回路２４が接続されている。制御回路２４は、ＦＥＴ２３ａ、２３ｂのゲートに各々接続された二つのアンド回路２５ａ、２５ｂを有する。電池２１の＋側とアンド回路２５ａ、２５ｂの一方の入力端子とは、検出スイッチ２６を介して接続されている。アンド回路２５ａ、２５ｂの他方の入力端子には、過充電過放電防止回路２７（保護回路に相当）が接続されている。
　検出スイッチ２６は、電池パック２０を電気機器から取り外した状態では放電不能とするために設けられ、次のような問題の発生を防止する。すなわち、放電が可能な状態の電池パックが、インピーダンスが低い負荷に接続される場合、接続直前のギャップにおいて、空気の絶縁破壊によるスパークが発生することがある。特に、電池パックは複数の電池を直列に接続して出力電圧を高くしている場合が多いので、スパークが発生し易い。これは、人が電池パックを操作する場合には、操作する人が感電する惧れに繋がる。
　そのため、この電池パック２０では、電気機器２８に装着されたとき、その電源端子２９に対して充放電端子２２が接続されるとともに、検出スイッチ２６のプッシュ片２６ａが、電気機器２８に設けられた押圧部３０により押し込まれるように構成される。それにより、検出スイッチ２６は、電池パック２０を電気機器２８に装着したときにオン、電池パック２０を電気機器２９から取り外したときにオフとなる。検出スイッチ２６がオンのときは、電池２１の＋側がアンド回路２５ａ、２５ｂの一方の入力端子に接続されて、“Ｈ”レベルの信号が入力された状態になる。これに対して、検出スイッチ２６がオフのときは、アンド回路２５ａ、２５ｂの一方の入力端子は、“Ｌ”レベルとなる。これにより、電池パック２０を電気機器２８から外した状態での、スパークの発生が防止される。
　過充電過放電防止回路２７は、電池パック２０の正常な状態においては、アンド回路２５ａ、２５ｂの入力端子にＨレベルの信号を出力する。従って、電池パック２０が電気機器２８に装着され、過充電または過放電が検出されていなければ、アンド回路２５ａ、２５ｂはオンとなる。従って、スイッチング素子２３の両ＦＥＴ２３ａ、２３ｂがオンに制御されて、電池２１から電気機器２８に電力が供給される。
　一方、電池２１に対する過充電または過放電を検出したときには、過充電過放電防止回路２７はアンド回路２５ａ、２５ｂの入力端子にＬレベルの信号を出力する。そのため、アンド回路２５がオフとなり、スイッチング素子２３はオフに制御される。これにより、電池２１は過充電あるいは過放電から保護される。
　以上のように、過充電過放電防止回路２７により電池２１の過充電・過放電を防止するとともに、電気機器から外した状態での電池２１からの放電を遮断するために、スイッチング素子２３が用いられている。
特開平７－２９５５４号公報
　上述のとおり、電池パックには、二次電池の充放電を制御するスイッチング素子を設けることが望ましいが、その場合、スイッチング素子による電力の消費を十分に抑制することが望ましい。
　スイッチング素子としては、リレーなどの物理的スイッチを用いるか、あるいは上記従来例のように、ＭＯＳ－ＦＥＴなどの半導体スイッチが用いられる。物理的スイッチは、機械的な接点の開閉によって導通が制御されるので、ＯＮ抵抗が小さく、大電流が流れた場合の接点部における消費電力は小さい。
　しかし、物理的スイッチは、ＯＮ状態（接続）に維持するための制御用電力を必要とし、通常、制御用電力の消費は、常に数Ｗ（ワット）を必要とする。これに対して、スイッチング素子２３としてＭＯＳ－ＦＥＴなどの半導体スイッチを用いた場合、ＯＮ状態を維持するための制御用電力の消費は、数μＷ（マイクロワット）である。
　すなわち、半導体スイッチは物理的スイッチに比べて、非常に少ない電力でＯＮ状態を維持することができるので、長期間に亘って使用が無い場合でも電力の消費は少ない。これに対して、物理的スイッチの場合は、接点部に大きな電流が流れていない状態でも常に電力を消費するので、長期間に亘って使用が無い場合では、ＯＮ状態を継続することで無駄に電力を消費する。
　一方、半導体スイッチはＯＮ抵抗が大きいため、スイッチに大電流が流れた場合、発熱量も大きくなり、物理的スイッチと比べて、通電のために無駄な電力を消費する。
　以上のとおり、充放電制御用のスイッチング素子として、物理的スイッチを用いた構成ではＯＮ状態での長期保存が難しく、半導体スイッチを用いた構成では大電流での通電に際しての電力損失が大きい。
　従って、本発明は、保存時または低負荷（低電流）時でも、高負荷（大電流）時のいずれの場合でも、二次電池を保護するための充放電制御用のスイッチ回路の消費電力を抑制可能に構成された電池パックを提供することを目的とする。
　本発明の充放電制御スイッチ回路付き電池パックは、単数または複数の二次電池が接続された電池モジュールと、前記電池モジュールと外部端子の間に直列に接続されたスイッチ回路と、前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部及び前記電池モジュールと前記外部端子間を流れる電流を検出する電流検出部を有し前記電圧検出部及び前記電流検出部の検出信号に基づいて前記スイッチ回路を制御する保護回路とを備え、前記保護回路は、前記検出信号が正常状態を示しているときは前記スイッチ回路を導通状態に制御し、前記検出信号が異常状態を示しているときは前記スイッチ回路を非導通状態に制御するように構成され、前記スイッチ回路は、前記二次電池と外部端子の間に直列に接続された、物理的スイッチ及び半導体スイッチの並列回路により構成されていることを特徴とする。
　本発明によれば、保存時または低負荷（低電流）時、及び高負荷（大電流）時のいずれかの状態に応じて、物理的スイッチ及び半導体スイッチの導通状態を選択することにより充放電を制御することが可能である。それにより、両スイッチの特性に適合させていずれの場合でも消費電力を抑制するように制御し、電池の電力を電池パック内で無駄に消費することなく、有効的に使用することができる。
図１は、本発明の一実施の形態における電池パックの基本構成を示すブロック図 図２は、同電池パックの充放電制御用のスイッチ回路の具体構成例を示す回路図 図３は、従来例の電池パックの回路図
　本発明の充放電制御スイッチ回路付き電池パックは、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。
　すなわち、前記スイッチ回路は、前記半導体スイッチ及び前記物理的スイッチの開閉を制御するスイッチ開閉回路を備え、前記保護回路は、前記検出部が検出する電流値が基準値Ｉｒ未満の場合には、前記半導体スイッチをＯＮ状態とするとともに前記物理的スイッチをＯＦＦ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御し、前記電流値が前記基準値Ｉｒ以上の場合には、前記物理的スイッチをＯＮ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御するように構成することができる。
　また、前記保護回路は、前記電流値が前記基準値Ｉｒ以上の場合に、前記物理的スイッチをＯＮ状態とするとともに前記半導体スイッチをＯＦＦ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御するように構成することができる。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
　＜実施の形態＞
　図１は、本発明の一実施の形態における電池パック１の基本構成を示すブロック図である。電池パック１は、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池を単数もしくは複数個直列に接続して構成された電池モジュール２を内蔵している。電池モジュール２の両電極端子から充放電端子Ｔ１、Ｔ２への接続経路が設けられ、充放電端子Ｔ１、Ｔ２を介して、外部の負荷への電力供給のための放電、あるいは外部からの電池モジュール２に対する充電が行われる。
　また、正極側の充放電経路にスイッチ回路３が挿入され、保護回路４によりスイッチ回路３の開閉が制御されて、電池モジュール２による充放電動作が制御される。保護回路４は、スイッチ回路制御部５、電圧検出部６、電流検出部７、及び温度検出部８を有する。保護回路４としては通常、保護ＩＣとして標準化されたものが用いられる。但し、この保護回路４の構成は一例であり、スイッチ回路３を制御する保護回路が他の構成であっても、本発明を同様に適用可能である。
　電圧検出部６は、電池モジュール２の充放電電圧を監視し、過放電あるいは過充電電圧を検出した場合に、所定の検出信号を生成する。電流検出部７は、負極側の充放電経路に挿入された抵抗Ｒを介して、電池モジュール２に流れる電流を監視し、過電流を検出した場合に、所定の検出信号を生成する。温度検出部８は、電池パック１内の温度を監視し、温度異常を検出した場合に、所定の検出信号を生成する。電圧検出部６、電流検出部７、及び温度検出部８は、電池モジュール２あるいはその周辺の状態の異常を検出するための異常検出部の例であり、これらの構成に限られるものではない。
　電圧検出部６、電流検出部７、及び温度検出部８が生成する検出信号はスイッチ回路制御部５に供給され、スイッチ回路制御部５はその検出信号に基づいてスイッチ回路３を導通（ＯＮ状態）または非導通（ＯＦＦ状態）に制御する。これにより、過充電あるいは過放電等の異常発生時に充放電経路を遮断して、電池モジュール２の保護、あるいは事故発生が防止される。
　温度検出部８には、温度センサとして通常、保護回路４の外に配置されたサーミスタ（図示せず）が接続される。サーミスタにより電池パック１内部の温度を監視し、温度検出情報として電圧値が温度検出部８に供給される。温度検出部８は、サーミスタから得られる電圧値を設定された基準電圧と比較し、その結果、温度異常と判断したとき、スイッチ回路制御部５に検出信号が供給され、スイッチ回路３を非導通状態にして電池パック１の充放電が禁止される。
　以上のように、保護回路４は、各種の異常状態の発生を検出したときに、スイッチ回路制御部５によりスイッチ回路３を非導通状態に制御して充放電を停止し、電池モジュール２を保護するように構成されている。
　図２は、上述の電池パック１に含まれる充放電制御用のスイッチ回路３の構成を詳細に示す回路図である。但し、図２では説明を簡略化するために、ＥＳＤ保護回路、対ノイズ回路、チャタリング防止回路などを構成するコンデンサ、ダイオード、抵抗等の図示が省略されている。このスイッチ回路３は、電池パックの非使用保存時、負荷に接続され正常状態で通電が行われる時、及び負荷に接続され異常状態に対処した制御が行われる時のいずれにも対応して、スイッチ回路３が挿入されたことに起因する消費電力を抑制するように制御可能である。
　スイッチ回路３は、２種類のスイッチング素子、すなわち物理的スイッチ及び半導体スイッチとして、リレー１０及びＭＯＳ－ＦＥＴ１１を用いて構成されている。リレー１０及びＭＯＳ－ＦＥＴ１１は、二次電池２と外部端子Ｔ１の間に直列に接続されるとともに（図１参照）、互いに並列に接続されている。リレー１０の制御端子にはリレー開閉回路１２が接続され、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１のゲートにはＭＯＳ－ＦＥＴ開閉回路１３が接続されている。
　リレー開閉回路１２及びＭＯＳ－ＦＥＴ開閉回路１３は、保護回路４からの制御により、それぞれ、リレー１０及びＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＮ状態またはＯＦＦ状態に制御するように動作する。保護回路４による制御は、具体的には以下のように行われる。
　電流検出部７が検出する電流値が基準値Ｉｒ未満の場合には、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＮ状態とするとともにリレー１０をＯＦＦ状態とするように、リレー開閉回路１２及びＭＯＳ－ＦＥＴ開閉回路１３が制御される。基準値Ｉｒは、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１のＯＮ抵抗に起因する消費電力が実用上問題にならない程度の値に設定される。また、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＮ状態に維持するための制御電力は非常に少ないので、この制御状態におけるＭＯＳ－ＦＥＴ１１に起因する電力消費は少ない。従って、電池パックの保存時、または低負荷（低電流）時には、スイッチ回路３での消費電力を十分に低く抑制することができる。
　一方、電流値が基準値Ｉｒ以上の場合には、リレー１０をＯＮ状態とするようにリレー開閉回路１２を制御する。この場合、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＮ状態に維持しても、あるいは、同時に、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＦＦ状態とするようにＭＯＳ－ＦＥＴ開閉回路１３を制御する構成としてもよい。リレー１０をＯＮ状態とすることにより、ＯＮ抵抗が大きいＭＯＳ－ＦＥＴ１１における電力消費を回避し、大電流が流れた場合であっても、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１を単独で用いた場合に比べて、スイッチ回路３での消費電力を十分に低く抑制することができる。
　また、リレー１０がＯＮ状態に制御されているときに、電流値が変化して基準値Ｉｒ未満になった場合には、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１をＯＮ状態とするとともにリレー１０をＯＦＦ状態とするように制御が行われる。
　以上のとおり、本実施の形態によれば、半導体スイッチを介した通電によりＯＮ状態での長期保存を可能とし、また低電流での電力損失を抑制する。一方、物理的スイッチを介した通電により、大電流での使用に際しての電力損失を抑制することができる。
　また、リレー１０がＯＦＦ状態のときにＭＯＳ－ＦＥＴ１１がＯＮ状態になっていることにより、リレー１０をＯＮ状態に切り替える際のチャタリングを防止することができる。
　さらに、ＭＯＳ－ＦＥＴ１１が、リレー１０のプリチャージのために機能するので、プリチャージのための要素を別途設けることが不要になる。また、プリチャージのためにＭＯＳ－ＦＥＴ１１を使用すると、プリチャージの際のＭＯＳ－ＦＥＴ１１の駆動をＰＷＭのようなフィードバック制御により行うことで、プリチャージ抵抗を設けることが不要となる。
　本発明の電池パックによれば、電池の電力を電池パック内で無駄に消費することなく、有効的に使用することができ、電動バイク等の電池パックとして有用である。
１、２０　電池パック
２　電池モジュール
３　スイッチ回路
４　保護回路
５　スイッチ回路制御部
６　電圧検出部
７　電流検出部
８　温度検出部
１０　リレー
１１　ＭＯＳ－ＦＥＴ
１２　リレー開閉回路
１３　ＭＯＳ－ＦＥＴ開閉回路

Claims (3)

  1. 　単数または複数の二次電池が接続された電池モジュールと、
    　前記電池モジュールと外部端子の間に直列に接続されたスイッチ回路と、
    　前記二次電池の電圧を検出する電圧検出部、及び前記電池モジュールと前記外部端子間を流れる電流を検出する電流検出部を有し、前記電圧検出部及び前記電流検出部の検出信号に基づいて前記スイッチ回路を制御する保護回路とを備え、
    　前記保護回路は、前記検出信号が正常状態を示しているときは前記スイッチ回路を導通状態に制御し、前記検出信号が異常状態を示しているときは前記スイッチ回路を非導通状態に制御するように構成された電池パックにおいて、
    　前記スイッチ回路は、前記二次電池と外部端子の間に直列に接続された、物理的スイッチ及び半導体スイッチの並列回路により構成されていることを特徴とする充放電制御スイッチ回路付き電池パック。
  2. 　前記スイッチ回路は、前記半導体スイッチ及び前記物理的スイッチの開閉を制御するスイッチ開閉回路を備え、
    　前記保護回路は、
    　前記検出部が検出する電流値が基準値Ｉｒ未満の場合には、前記半導体スイッチをＯＮ状態とするとともに前記物理的スイッチをＯＦＦ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御し、
    　前記電流値が前記基準値Ｉｒ以上の場合には、前記物理的スイッチをＯＮ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御するように構成された請求項１に記載の充放電制御スイッチ回路付き電池パック。
  3. 　前記保護回路は、前記電流値が前記基準値Ｉｒ以上の場合に、前記物理的スイッチをＯＮ状態とするとともに前記半導体スイッチをＯＦＦ状態とするように前記スイッチ開閉回路を制御するように構成された請求項２に記載の充放電制御スイッチ回路付き電池パック。
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