WO2017090368A1 - リチウムイオン二次電池の保護回路及び電池パック - Google Patents

リチウムイオン二次電池の保護回路及び電池パック Download PDF

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lithium ion
control
secondary battery
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光央 近藤
亮 齋藤
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ヤマハ発動機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a protection circuit for a lithium ion secondary battery and a battery pack.
  • Lithium ion secondary batteries are usually used with protection circuits.
  • the main functions of the protection circuit of the lithium ion secondary battery include, for example, controlling the lithium ion secondary battery so that the lithium ion secondary battery can be used in a safe state, and making the lithium ion secondary battery safe. It is mentioned that a lithium ion secondary battery is not used when it is not in a state. In order to realize such a function, the protection circuit of the lithium ion secondary battery is used when the lithium ion secondary battery is out of the normal use range (for example, overcharged state, overdischarged state). It needs to be configured to safely stop the function of the lithium ion secondary battery.
  • Patent Document 1 discloses a protection circuit for a lithium ion secondary battery.
  • FIG. 9 shows an example of a protection circuit disclosed in Patent Document 1.
  • the protection circuit 100 shown in FIG. 9 includes a protection element 50, a detection IC 63, and an FET 61.
  • the protection circuit 100 is connected to a battery pack 70 of a lithium ion secondary battery.
  • the battery pack 70 includes a plurality of cells 71 connected in series.
  • the protection element 50 is a fuse with a heating element, and includes a heating resistor 53 and a fuse element 56.
  • the protection element 50 is configured such that the fuse element 56 is blown by heat generated by the heating resistor 53 when the heating resistor 53 is energized.
  • the detection IC 63 is configured to be able to detect the voltage at both ends of each cell 71.
  • the detection IC 63 is configured to detect the voltage across the battery pack 70 and output a signal corresponding to the detection result to the gate of the FET 61.
  • the fuse element 56 is blown by the overcurrent.
  • the voltage level of the detection signal output from the detection IC 63 increases.
  • the gate potential of the FET 61 rises and the FET 61 is switched on.
  • a current flows between the drain and source of the FET 61.
  • a current flows through the heating resistor 53 and the heating resistor 53 generates heat.
  • the fuse element 56 is melted.
  • the lithium ion secondary battery is protected from overcharge.
  • Patent Document 2 discloses a protection circuit for a lithium ion secondary battery.
  • the battery voltage is compared with a threshold value that is a recharge inhibition voltage. Thereby, it is determined whether or not the battery voltage has reached the deep discharge region.
  • Patent Document 2 discloses that when it is determined that the battery voltage has reached the deep discharge region, the battery pack cannot be recharged.
  • Patent Document 1 is effective in protecting a lithium ion secondary battery from overcharging.
  • the protection circuit of Patent Document 1 is insufficient for protecting the lithium ion secondary battery from overdischarge. This is because, in the protection circuit of Patent Document 1, even if the fuse element 56 is blown, there is a problem that current consumption of the detection IC 63 continues and overdischarge proceeds.
  • Patent Document 2 discloses that recharging of the battery pack is impossible, but does not disclose any specific means.
  • the present invention provides a protection circuit for a lithium ion secondary battery that is capable of suppressing the further progress of overdischarge in the case of overdischarge in a general-purpose and low-cost manner.
  • the protection circuit for a lithium ion secondary battery is: A control IC that is driven by the power of the lithium ion secondary battery and is configured to detect at least the voltage of the lithium ion secondary battery; At least a fuse provided between the lithium ion secondary battery and the control IC, and a current capable of cutting the fuse when turned on is provided from the lithium ion secondary battery to the fuse. And a cutoff circuit including a switch.
  • the switch when an abnormality such as overdischarge occurs in the lithium ion secondary battery, the switch is turned on, so that a current that can cut the fuse flows from the lithium ion secondary battery to the fuse. . Thereby, since the fuse is cut, the current consumption of the control IC is stopped. Therefore, when overdischarge is reached, it is possible to prevent overdischarge from proceeding further.
  • the fuse with a heating element disclosed in Patent Document 1 is a component for cutting a main circuit. If such a fuse with a heating element is applied to cutting a circuit with a low current consumption, there is a risk of excessive performance and high cost.
  • general-purpose parts with low current consumption can be adopted as the fuses and switches, so that the progress of overdischarge can be suppressed at low cost.
  • the present invention it is possible to suppress the overdischarge from progressing further when the overdischarge occurs at a general purpose and at a low cost.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to a first embodiment of the present invention. It is a circuit diagram which shows typically the protection circuit which concerns on 2nd embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows typically the protection circuit which concerns on 3rd embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows typically the protection circuit which concerns on 4th embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows typically the protection circuit which concerns on 5th embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows typically the protection circuit which concerns on 6th embodiment of this invention. It is a circuit diagram which shows typically an example of the protection circuit of the lithium ion secondary battery of this invention connected with the charger. It is a circuit diagram which shows typically an example of the conventional protection circuit.
  • FIG. 1 is a circuit diagram schematically showing an example of the protection circuit of the present invention.
  • the protection circuit 10 shown in FIG. 1 constitutes a battery pack 11 (lithium ion secondary battery pack) together with the module 2 (lithium ion secondary battery module). That is, the battery pack 11 includes the protection circuit 10 and the module 2.
  • the battery pack 11 includes a positive electrode terminal 10a and a negative electrode terminal 10b.
  • the positive electrode terminal 10a and the negative electrode terminal 10b are connected to, for example, an external load or a charger.
  • Module 2 includes a plurality of cells 1 (lithium ion secondary battery cells).
  • the number of cells 1 is not particularly limited.
  • the plurality of cells 1 are connected to each other in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • the number of modules 2 is not particularly limited.
  • the number of the plurality of modules 2 is not particularly limited.
  • the plurality of modules 2 are connected to each other in series, parallel, or a combination of series and parallel.
  • the cell 1 is an example of the “lithium ion secondary battery” in the present invention.
  • the module 2 is an example of the “lithium ion secondary battery” in the present invention. That is, the “lithium ion secondary battery” in the present invention may be a cell or a module.
  • the cell 1 does not include a current interrupting device (CID (Current Interrupting Device)). Since the protection circuit 10 can suppress the progress of overdischarge, it is preferably used for a lithium ion secondary battery (cell 1 or module 2) that does not include a current interrupt device. However, the lithium ion secondary battery may include a current interrupt device.
  • the cell 1 is a laminate type.
  • the laminate type cell 1 usually does not include a current interrupt device.
  • the protection circuit 10 is suitably used for a laminated cell 1 or a module 2 including the laminated cell 1.
  • the cell in the present invention may be a can type.
  • the can-type cell may be cylindrical or square.
  • the protection circuit 10 includes a control IC 3 and a cutoff circuit 12.
  • the control IC 3 includes a power input terminal Vcc connected to the battery line BL and a ground terminal GND connected to the ground line GL.
  • the control IC 3 is driven by the power of the module 2.
  • the power of the module 2 is supplied from the positive side (+) of the module 2 to the power input terminal Vcc.
  • the control IC 3 receives the voltage detection signal output from the voltage detection circuit 7.
  • the voltage detection circuit 7 of the present embodiment is a line that supplies the voltage of the battery line BL to the control IC 3.
  • the voltage detection signal is input to the voltage detection terminal V of the control IC 3.
  • the control IC 3 measures the voltage of the module 2 based on the voltage detection signal.
  • the control IC 3 receives the current detection signal output from the current detection circuit 8.
  • the current detection signal is input to the current detection terminal I of the control IC 3.
  • the control IC 3 measures the current of the module 2 based on the current detection signal.
  • the control IC 3 receives the temperature detection signal output from the temperature detection circuit 9.
  • the temperature detection signal is input to the temperature detection terminal T of the control IC 3.
  • the control IC 3 measures the temperature of the module 2 based on the temperature detection signal.
  • the control IC 3 outputs a drive signal for driving the switch 5 to the switch 5.
  • the switch 5 is provided on the battery line BL between the positive side (+) of the module 2 and the positive terminal 10a.
  • the drive signal is output from the charge / discharge control terminal CHG / DCG of the control IC 3.
  • the switch 5 is an element that is normally OFF, and is an element that is turned OFF when a drive signal is not input.
  • the switch 5 can electrically connect / disconnect the battery pack 11 and the outside.
  • the switch 5 is an element having a current capacity sufficiently larger than the maximum value of current when the battery pack 11 is charged or discharged.
  • the control IC 3 is configured to detect an abnormality of the module 2 based on the detected voltage, current and temperature.
  • the switch 6 is driven by the power fail signal output from the control IC 3.
  • the power fail signal is output from the power fail terminal PF of the control IC 3.
  • the control IC 3 detects at least an overdischarge state as an abnormality of the battery pack 11.
  • the control IC 3 may detect an overcharge state, for example.
  • the cutoff circuit 12 includes a fuse 4 and a switch 6.
  • the fuse 4 is provided between the battery line BL and the control IC 3.
  • the fuse 4 is a non-returnable element. When the fuse 4 is not cut, the power of the module 2 is supplied to the control IC 3 through the fuse 4. When the fuse 4 is cut, power supply from the module 2 to the control IC 3 is cut off.
  • the switch 6 electrically connects the node N1 between the fuse 4 and the control IC 3 and the ground line GL.
  • the switch 6 is OFF when no abnormality of the module 2 is detected (that is, when it is normal).
  • a current flows from the module 2 through the fuse 4 to the control IC 3.
  • the switch 6 is turned on based on a power fail signal output from the control IC 3 when an abnormality of the module 2 is detected.
  • switch 6 is ON, current flows from module 2 through fuse 4 and switch 6 to ground line GL, causing a short circuit. Therefore, the current flowing through the fuse 4 is large and the fuse 4 can be cut. That is, the switch 6 is provided so that a current that can cut the fuse 4 flows from the module 2 to the fuse 4 when turned on.
  • the protection circuit 10 includes a voltage detection circuit 7, a current detection circuit 8, and a temperature detection circuit 9. Note that the present invention is not limited to this example.
  • the current detection circuit 8 and the temperature detection circuit 9 are not necessarily provided. The same applies to other embodiments.
  • the control IC 3 outputs a power fail signal to the switch 6 when the control IC 3 detects an abnormality. Thereby, the switch 6 is turned ON. As a result, the fuse 4 is cut off. The power supply from the module 2 to the control IC 3 is cut off. The progress of overdischarge due to the dark current of the control IC can be suppressed.
  • the control IC 3 is stopped, the output of the drive signal from the control IC to the switch 5 is stopped. As a result, the switch 5 is turned off.
  • the battery pack 11 and the outside are electrically disconnected. The battery pack 11 becomes unusable.
  • a battery pack configured as follows.
  • the control IC detects an abnormality
  • the control IC stops the drive signal output to the switch (a switch corresponding to the switch 5) provided in the battery line, and the switch is turned on. Cut off.
  • the control IC outputs a drive signal to the switch, and the switch is turned on.
  • the battery pack can be used in a situation where the battery pack should not be used.
  • the protection circuit 10 when the control IC 3 detects an abnormality, the switch 6 is turned OFF and the fuse 4 that is a non-recoverable element is cut. Thereby, since the control IC 3 is turned off, there is a merit that the use of the battery pack 11 can be surely stopped.
  • FIG. 2 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the first embodiment of the present invention. 2, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. Since the same configuration as that shown in FIG. 1 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the protection circuit 10 of the first embodiment includes relays 15 and 16 as an example of the switches 5 and 6 shown in FIG.
  • the relays 15 and 16 are DC relays.
  • the relays 15 and 16 are elements that can be turned ON / OFF by an external voltage.
  • the relays 15 and 16 are configured such that the contacts 15a and 16a are opened and closed by electromagnets 15b and 16b.
  • the electromagnet 15b is ON / OFF controlled by a drive signal output from the charge / discharge control terminal CHG / DCG of the control IC 3.
  • the electromagnet 16b is ON / OFF controlled by a power fail signal output from the power fail terminal PF of the control IC 3.
  • the relays 15 and 16 are normally OFF.
  • the control IC 3 when the control IC 3 detects an abnormality, the relay 16 is turned on and the fuse 4 that is a non-returnable element is cut. Thereby, since the control IC 3 is turned off, the use of the battery pack 11 can be stopped reliably.
  • FIG. 3 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the second embodiment of the present invention. 3, the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. Since the same configuration as that shown in FIG. 1 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the protection circuit 10 of the second embodiment includes FETs 25A and 25B as an example of the switch 5 shown in FIG. 1, and includes an FET 26 as an example of the switch 6 shown in FIG.
  • the FETs 25A, 25B, and 26 are MOSFETs.
  • the control IC 3 includes a charge control terminal CHG and a discharge control terminal DCG.
  • the FET 25A is ON / OFF controlled by a drive signal output from the discharge control terminal DCG of the control IC 3.
  • the FET 25B is ON / OFF controlled by a drive signal output from the charge control terminal CHG of the control IC 3.
  • the FET 26 is ON / OFF controlled by a power fail signal output from the power fail terminal PF of the control IC 3.
  • the FETs 25A, 25B, and 26 are normally OFF.
  • the FET 26 when the control IC 3 detects an abnormality, the FET 26 is turned on and the fuse 4 that is a non-recoverable element is cut. Thereby, since the control IC 3 is turned off, the use of the battery pack 11 can be stopped reliably.
  • a transistor other than the FET for example, a bipolar transistor
  • the battery pack 11 By adopting a semiconductor element such as an FET as the switch, the battery pack 11 having a longer life can be realized.
  • FIG. 4 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the third embodiment of the present invention. 4, the same reference numerals as those shown in FIG. 3 are given to the same components as those shown in FIG. Since the same configuration as that shown in FIG. 3 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the cutoff circuit 12 includes capacitors 18 and 19.
  • the capacitor 18 is provided as a bypass capacitor for stable operation of the protection circuit 10.
  • the capacitor 18 is provided between the power input terminal Vcc of the control IC 3 and the ground line GL.
  • the capacitor 19 is, for example, a polar capacitor.
  • the capacitor 19 is configured to temporarily supply electric power to the control IC 3 after the fuse 4 is cut. As a result, the control IC 3 is operated when an abnormality is detected (fuse cut). Later processing time can be secured.
  • the control IC 3 can send, for example, a signal indicating the occurrence of an abnormality to the outside during this processing time.
  • the capacitor 19 is an example of the “capacitor” in the present invention.
  • the “capacitor” in the present invention may serve as the function of the capacitor 18 as well as the function of the capacitor 19. That is, the capacitors 18 and 19 may be separate elements as in the present embodiment, or may be configured by one element.
  • the interruption circuit 12 includes a resistor 17 provided in series with the fuse 4.
  • the resistor 17 is a current limiting resistor so that, for example, when the module 2 and the protection circuit 10 are connected in the manufacturing process of the battery pack 11, the inrush current to the capacitor 18 or 19 becomes equal to or less than the disconnection current of the fuse 4.
  • the resistor 17 prevents the fuse 4 from being cut by the capacitor 18 or the capacitor 19.
  • the resistor 17 is provided between a node N1 between the fuse 4, the control IC 3 and the FET 26, and the control IC 3. That is, the FET 26 is connected between the fuse 4 and the resistor 17.
  • the resistor 17 is provided so that the resistor 17 is positioned closer to the control IC 3 than the fuse 4.
  • the fuse 4 Between the module 2 and the control IC 3, the fuse 4, the node N1, and the resistor 17 are arranged in this order. Thereby, when the FET 26 is turned ON and a short circuit occurs, the current flowing through the fuse 4 becomes large, so that the reliability of the disconnection of the fuse 4 can be improved.
  • the resistor 17 becomes a resistance against the discharge of the capacitor 19 and restricts the discharge of the capacitor 19. To do.
  • the time required for discharging the capacitor 19 becomes longer.
  • the control IC 3 can more reliably secure the processing time after the operation (fuse cutting) at the time of abnormality detection is performed.
  • FIG. 5 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the fourth embodiment of the present invention. 5, the same components as those shown in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. Since the same configuration as the configuration shown in FIG. 4 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the interruption circuit 12 includes a diode 21 provided between the fuse 4 and the resistor 17 arranged in series.
  • the diode 21 is provided so that a current can flow from the module 2 side to the control IC 3 side, but a current cannot flow from the control IC 3 side to the module 2 side.
  • the diode 21 is provided so that no current can flow from the capacitor 19 to the FET 26.
  • the diode 21 is provided between the node 17 and the resistor 17 between the fuse 4, the resistor 17, and the FET 26.
  • the diode 21 is provided so that current can flow from the node N1 side to the resistor 17 side, but current cannot flow from the resistor 17 side to the node N1 side.
  • the control IC 3 can more reliably secure the processing time after the operation at the time of abnormality detection (fuse cutting) is performed.
  • FIG. 6 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the fifth embodiment of the present invention.
  • the same components as those shown in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals as those shown in FIG. Since the same configuration as the configuration shown in FIG. 5 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the control IC 3 and the gate of the FET 26 are connected, and the external device 24 and the gate of the FET 26 are connected.
  • the power fail terminal PF of the control IC 3 is connected to the gate of the FET 26.
  • a diode 22 is provided between the control IC 3 and the FET 26. The diode 22 is provided so that current can flow from the control IC 3 side to the FET 26 side, but current cannot flow from the external device 24 side to the control IC 3 side.
  • a diode 23 is provided between the control IC 3 and the external device 24. The diode 23 is provided so that current can flow from the external device 24 side to the FET 26, but current cannot flow from the control IC 3 side to the external device 24 side.
  • the FET 26 is turned on by a power fail signal output from the control IC 3 or is turned on by an external current supplied from the external device 24.
  • the external device 24 is, for example, a device that is physically separate from the battery pack 11.
  • the external device 24 is not particularly limited, and examples thereof include a charger that can charge the battery pack 11 (module 2) and a device that operates by receiving power supply from the battery pack 11.
  • the external device 24 is configured to be able to detect that the control IC 3 has become inoperable due to hang-up or the like.
  • the external device 24 is configured to supply an external current to the gate of the FET 26 when it detects that the control IC 3 cannot be operated. In the figure, a line for connecting the external device 24 and the control IC 3 is not shown.
  • the external device 24 when the external device 24 cannot communicate with the control IC 3, it supplies the current to the FET 26 to turn on the FET 26.
  • the external device 24 may turn on the FET 26 by supplying current to the FET 26 based on a signal output from the control IC 3.
  • the control IC 3 indirectly turns on the FET 26 via the external device 24.
  • the FET 26 may be directly or indirectly turned on by the control IC 3.
  • the FET 26 is turned on by an external current, and the fuse 4 that is a non-returnable element is cut. As a result, the voltage applied to the power input terminal Vcc of the control IC 3 is cut off. As a result, the driving voltage of the FET 26 is lost, and the FET 26 is turned off. Accordingly, the battery pack 11 is disconnected from the outside.
  • FIG. 7 is a circuit diagram schematically showing a protection circuit according to the sixth embodiment of the present invention. 7, the same reference numerals as those shown in FIG. 6 are given to the same components as those shown in FIG. Since the same configuration as the configuration shown in FIG. 6 has already been described, the description thereof will be omitted.
  • the protection circuit 10 of the sixth embodiment includes a microprocessor (MPU) or the like instead of the control IC 3 shown in FIGS.
  • the voltage for operating the microprocessor 33 is, for example, 1.8 to 5.5V.
  • the voltage for operating the microprocessor 33 is lower than the voltage of the module 2. Therefore, a sub power source 32 is provided between the battery line BL and the power source input terminal Vcc of the microprocessor 33.
  • the sub power supply 32 is configured to convert the voltage of the module 2 into the voltage of the microprocessor 33.
  • the fuse 4 is provided between the battery line BL and the sub power supply 32.
  • the fuse 4, the diode 21, and the resistor 17 are provided in series between the battery line BL and the sub power supply 32.
  • the fuse 4 is arranged in this order. Thereby, when the FET 26 is turned ON and a short circuit occurs, the current flowing through the fuse 4 becomes large, so that the reliability of the disconnection of the fuse 4 can be improved.
  • the microprocessor 33 includes a voltage detection terminal V, a current detection terminal I, and a temperature detection terminal T.
  • a voltage detection signal input from the voltage detection circuit 7 to the voltage detection terminal V a current detection signal input from the current detection circuit 8 to the current detection terminal I, and a temperature detection terminal T from the temperature detection circuit 9.
  • a part of a broken line indicating each of the temperature detection signals input to is omitted.
  • the capacitor 18 is provided between the input side of the sub power supply 32 and the ground line GL.
  • the capacitor 19 is provided between the output side of the sub power supply 32 and the ground line GL.
  • the diode 21 is provided between the node N1 between the fuse 4 and the FET 26 and the resistor 17.
  • the diode 21 is an element for preventing the electric charge charged in the capacitor 18 from being discharged by the FET 26 that is turned on in an abnormal state.
  • the diode 21 may be short-circuited. As a result, the time from when the operation at the time of abnormality detection is performed until the operation of the protection circuit 10 stops can be shortened.
  • the protection circuit 10 of the sixth embodiment includes an FET drive circuit 34 in addition to the microprocessor 33.
  • the FET drive circuit 34 is a circuit for driving the FETs 25A and 25B that shut off the battery pack 11 from the outside.
  • the FET drive circuit 34 includes a charge control terminal CHG and a discharge control terminal DCG.
  • the drive power for the FET drive circuit 34 is supplied from the sub power supply 32. For this reason, when the supply of power to the sub power supply 32 is stopped by cutting the fuse 4, the supply of power to the FET drive circuit 34 is stopped. As a result, the battery pack 11 is not activated.
  • the protection circuit 10 may include a sub power source 32, a microprocessor 33, and an FET drive circuit 34 instead of the control IC 3. That is, the control IC does not necessarily need to be physically composed of one element, and may be composed of a plurality of elements.
  • FIG. 8 is a circuit diagram schematically showing an example of the protection circuit 10 of the battery pack 11 connected to the charger 90. Since the protection circuit 10 has already been described with reference to FIGS. 1 to 7, the configuration of the protection circuit 10 is omitted in FIG. As the protection circuit 10 in the example shown in FIG. 8, for example, the configuration of the protection circuit 10 shown in FIGS. 1 to 7 can be adopted. When the configuration of the protection circuit 10 shown in FIG. 7 is adopted, the sub power source 32, the microprocessor 33, and the FET drive circuit 34 shown in FIG. 7 are provided instead of the control IC 3 shown in FIG. The microprocessor 33 is configured to communicate with a communication unit 92 described later.
  • the charger 90 has a control unit 91.
  • the controller 91 is connected to a detector (not shown) that detects the connection of the battery pack 11.
  • the control unit 91 includes a communication unit 92.
  • the communication unit 92 can communicate with the control IC 3 via the communication terminals 10 c and 10 d in a state where the battery pack 11 is connected to the charger 90. Note that the communication may be either wired or wireless.
  • the positive electrode terminal 10 a and the negative electrode terminal 10 b of the battery pack 11 are connected to an AC / DC converter 94 provided in the charger 90.
  • the AC / DC converter 94 is connected to the external power supply terminal 98.
  • the external power supply terminal 98 is connected to, for example, a single-phase AC external power supply (not shown).
  • the control unit 91 is connected to the voltage detection unit 96 and the current detection unit 97, and is configured to control the AC / DC converter 94 based on the detection result.
  • the control unit 91 is connected to the output unit 93.
  • the output unit 93 includes a light source such as an LED and a light source driver, for example.
  • the output unit 93 is controlled by the control unit 91.
  • the output unit 93 is configured to perform an output for notifying that the battery pack 11 has reached an overcharge state or an overdischarge state based on a communication result between the control IC 3 and the communication unit 92.
  • the output is, for example, lighting of a light source.
  • the output by the output unit 93 is not particularly limited, and may be performed in a manner recognized by the user. As an output for making it recognize by hearing, the output of a notification sound and the output of an audio
  • the control unit 91 controls the output unit 93 based on the communication result.
  • the output unit 93 turns on the light source based on the communication result.
  • the lighting of the light source is an example of an output for notifying that the battery pack 11 has reached an overcharge state or an overdischarge state.
  • the 1 to 8 includes the control IC 3 (or the microprocessor 33, the sub power source 32, and the FET drive circuit 34) and the cutoff circuit 12.
  • the control IC 3 is driven by the power of the module 2.
  • the control IC 3 is configured to detect at least the voltage of the module 2.
  • the interruption circuit 12 includes at least a fuse 4 and a switch 6 (for example, a relay 16 and an FET 26).
  • the fuse 4 is provided between the module 2 and the control IC 3.
  • the switch 6 is provided so that a current that can cut the fuse 4 flows from the module 2 to the fuse 4 when turned on. Therefore, in the protection circuit 10, when an abnormality such as overdischarge occurs in the module 2, a current having a magnitude that can cut the fuse 4 flows from the module 2 to the fuse 4 by turning on the switch 6.
  • the switch 6 may be a relay 16 or an FET 26.
  • the cut-off circuit 12 preferably includes a resistor 17 provided in series with the fuse 4 as in the protection circuit 10 according to each form of FIGS.
  • the magnitude of the current flowing through the fuse 4 can be adjusted by the resistor 17. Therefore, cutting of the fuse 4 due to the inrush current is suppressed. Further, the fuse 4 is easily cut by the current flowing through the fuse 4 when the switch 6 is turned on.
  • the resistor 17 is preferably provided so that the resistor 17 is positioned closer to the control IC 3 than the fuse 4, as in the protection circuit 10 according to each form of FIGS. 4 to 8.
  • the switch 6 When the switch 6 is turned on, the current flowing through the fuse 4 can be increased. The reliability of disconnection of the fuse 4 is improved.
  • the cut-off circuit 12 preferably includes a capacitor 19 as in the protection circuit 10 according to each embodiment of FIGS. After the fuse 4 is cut, a current is temporarily supplied from the capacitor 19 to the control IC 3. Therefore, the control IC 3 can secure a processing time after the operation at the time of abnormality detection (cutting of the fuse 4) is performed. The control IC 3 can send, for example, a signal indicating the occurrence of an abnormality to the outside during this processing time.
  • the protection circuit 10 is configured to control charging of the module 2 by the charger 90 as shown in FIG. 8, and the charger 90 notifies that the module 2 has reached an overcharge state or an overdischarge state. It is preferable that it is comprised so that the output for this may be performed. Thereby, the user can recognize the overcharged state or the overdischarged state of the battery pack 11 by using the battery pack 11 together with the charger 90.
  • the control IC 3 is configured to be communicable with the charger 90.
  • the charger 90 is configured to be communicable with the control IC 3, and the control IC 3 and the communication unit 92. It is preferable to include an output unit 93 configured to perform an output for notifying that the battery pack 11 has reached an overcharge state or an overdischarge state based on the communication result. Thereby, the user can recognize the overcharged state or the overdischarged state of the battery pack 11 by using the battery pack 11 together with the charger 90.
  • the breaker circuit 12 cuts the fuse 4 provided between the module 2 that does not include the current breaker and the control IC 3, like the protection circuit 10 according to each form of FIGS. 1 to 8. It is preferable to be configured.
  • the current interrupting device is a device configured to interrupt the current path, for example, mechanically when the internal pressure of the cell 1 included in the module 2 increases. In the cell 1 that is not provided with the current interruption device, even if the internal pressure increases due to overdischarge, the current path is not interrupted, so that overdischarge may proceed. However, according to the protection circuit 10, the progress of overdischarge is suppressed by cutting the fuse 4. In other words, the protection circuit 10 can be suitably employed in a lithium ion secondary battery that does not include a current interrupt device.
  • the battery pack 11 includes a module 2 and a protection circuit 10.
  • the battery pack 11 can suppress the overdischarge from progressing further when overdischarge occurs while using a general-purpose and low-cost element.
  • the battery pack 11 (lithium ion secondary battery pack) may constitute a lithium ion secondary battery set together with the charger 90.

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Abstract

汎用的且つ低コストで、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できるリチウムイオン二次電池の保護回路を提供する。リチウムイオン二次電池の保護回路であって、前記リチウムイオン二次電池の保護回路は、前記リチウムイオン二次電池の電力によって駆動され、少なくとも前記リチウムイオン二次電池の電圧を検出するように構成された制御用ＩＣと、少なくとも、前記リチウムイオン二次電池と前記制御用ＩＣとの間に設けられたヒューズと、ＯＮされた時に前記ヒューズを切断可能な電流が前記リチウムイオン二次電池から前記ヒューズに流れるように設けられたスイッチとを含む遮断回路とを備える。

Description

リチウムイオン二次電池の保護回路及び電池パック
　本発明は、リチウムイオン二次電池の保護回路及び電池パックに関する。
　リチウムイオン二次電池は、通常、保護回路とともに用いられる。リチウムイオン二次電池の保護回路の主な機能としては、例えば、リチウムイオン二次電池が安全な状態で使用されるようにリチウムイオン二次電池を制御すること、リチウムイオン二次電池が安全な状態ではなくなる場合にリチウムイオン二次電池が使用されないようにすることが挙げられる。このような機能を実現するために、リチウムイオン二次電池の保護回路は、リチウムイオン二次電池が通常使用の範囲から外れた状態（例えば、過充電状態、過放電状態）になった場合にリチウムイオン二次電池の機能を安全に停止するように構成される必要がある。
　特許文献１は、リチウムイオン二次電池の保護回路を開示している。図９は、特許文献１に開示される保護回路の一例を示す。図９に示す保護回路１００は、保護素子５０と、検知用ＩＣ６３及びＦＥＴ６１とを備える。保護回路１００は、リチウムイオン二次電池の電池パック７０と接続されている。電池パック７０は、直列に接続された複数のセル７１を備える。保護素子５０は、発熱体付きヒューズであり、発熱抵抗体５３とヒューズエレメント５６とを備える。保護素子５０は、発熱抵抗体５３の通電時における発熱抵抗体５３の発熱によってヒューズエレメント５６が溶断するように構成されている。検知用ＩＣ６３は、各セル７１の両端の電圧を検出可能に構成されている。検知用ＩＣ６３は、電池パック７０の両端の電圧を検出し、検出結果に応じた信号をＦＥＴ６１のゲートに出力するように構成されている。電池パック７０に過電流が生じると、過電流によりヒューズエレメント５６が溶断する。電池パック７０に過電圧が生じると、検知用ＩＣ６３から出力される検出信号の電圧レベルが上昇する。その結果、ＦＥＴ６１のゲート電位が上昇し、ＦＥＴ６１がスイッチオンの状態となる。ＦＥＴ６１のドレイン－ソース間に電流が流れる。発熱抵抗体５３に電流が流れ、発熱抵抗体５３が発熱する。その結果、ヒューズエレメント５６が溶断する。以上のように、図９に示す保護回路１００によれば、リチウムイオン二次電池が過充電から保護される。
　特許文献２は、リチウムイオン二次電池の保護回路を開示している。特許文献２に示す保護回路では、電池電圧と再充電禁止電圧である閾値とが比較される。これにより、電池電圧が深放電領域に達したか否かが判断される。特許文献２は、電池電圧が深放電領域に達したと判断された場合には電池パックに対する再充電が不可とされる旨を開示している。
特開２００６－１０９５９６号公報 特開２０１１－１１５０１２号公報
　特許文献１の保護回路は、リチウムイオン二次電池の過充電からの保護に効果がある。しかし、特許文献１の保護回路は、リチウムイオン二次電池の過放電からの保護に対して不充分であった。なぜなら、特許文献１の保護回路では、ヒューズエレメント５６が溶断されても、検知用ＩＣ６３の電流消費が継続し、過放電が進行するという問題が生じるからである。なお、特許文献２は、電池パックへの再充電が不可とされる旨を開示しているが、具体的な手段についての開示を全く有していない。
　本願発明は、汎用的且つ低コストで、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できるリチウムイオン二次電池の保護回路を提供する。
　本発明に係るリチウムイオン二次電池の保護回路は、
前記リチウムイオン二次電池の電力によって駆動され、少なくとも前記リチウムイオン二次電池の電圧を検出するように構成された制御用ＩＣと、
少なくとも、前記リチウムイオン二次電池と前記制御用ＩＣとの間に設けられたヒューズと、ＯＮされた時に前記ヒューズを切断可能な電流が前記リチウムイオン二次電池から前記ヒューズに流れるように設けられたスイッチとを含む遮断回路と
を備える。
　本発明の保護回路では、リチウムイオン二次電池に過放電等の異常が生じた時に、スイッチがＯＮされることにより、ヒューズを切断可能な大きさの電流がリチウムイオン二次電池からヒューズに流れる。これにより、ヒューズが切断されるので、制御用ＩＣの電流消費が停止する。従って、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できる。また、特許文献１に開示された発熱体付きヒューズは、主回路切断用の部品である。仮に、このような発熱体付きヒューズが低消費電流の回路の切断に適用されると、過剰性能となり、高コストとなるおそれがある。これに対して、本発明の保護回路では、ヒューズ及びスイッチとして、低消費電流の汎用的な部品が採用され得るので、低コストで、過放電の進行を抑制できる。
　本願発明によれば、汎用的且つ低コストで、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できる。
本願発明の保護回路の一例を模式的に示す回路図である。 本願発明の第一実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 本願発明の第二実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 本願発明の第三実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 本願発明の第四実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 本願発明の第五実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 本願発明の第六実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。 充電器と接続された本願発明のリチウムイオン二次電池の保護回路の一例を模式的に示す回路図である。 従来の保護回路の一例を模式的に示す回路図である。
　図１は、本願発明の保護回路の一例を模式的に示す回路図である。
　図１に示される保護回路１０は、モジュール２（リチウムイオン二次電池モジュール）とともに、電池パック１１（リチウムイオン二次電池パック）を構成する。即ち、電池パック１１は、保護回路１０と、モジュール２を備える。電池パック１１は、正極端子１０ａと負極端子１０ｂとを備える。正極端子１０ａ及び負極端子１０ｂは、例えば外部負荷又は充電器と接続される。
　モジュール２は、複数のセル１（リチウムイオン二次電池セル）を備える。セル１の個数は特に限定されない。複数のセル１は、直列、並列、又は直列及び並列の組合せで互いに接続される。モジュール２の個数は特に限定されない。モジュール２が複数である場合、複数のモジュール２の個数は特に限定されない。複数のモジュール２は、直列、並列又は、直列及び並列の組合せで互いに接続される。セル１は、本発明における「リチウムイオン二次電池」の一例である。モジュール２は、本発明における「リチウムイオン二次電池」の一例である。即ち、本発明における「リチウムイオン二次電池」は、セルであってもよく、モジュールであってもよい。セル１は、電流遮断装置（ＣＩＤ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ））を備えていない。保護回路１０は、過放電の進行を抑制できるので、電流遮断装置を備えていないリチウムイオン二次電池（セル１又はモジュール２）に好適に用いられる。但し、リチウムイオン二次電池は、電流遮断装置を備えていてもよい。セル１は、ラミネート型である。ラミネート型のセル１は、通常、電流遮断装置を備えていない。保護回路１０は、ラミネート型のセル１、又はラミネート型のセル１を含むモジュール２に好適に用いられる。但し、本発明におけるセルは、缶型であってもよい。缶型のセルは、円筒型であってもよく、角型であってもよい。
　保護回路１０は、制御用ＩＣ３と、遮断回路１２とを備える。
　制御用ＩＣ３は、バッテリラインＢＬに接続される電源入力端子Ｖｃｃと、グランドラインＧＬに接続されるグランド端子ＧＮＤとを備える。制御用ＩＣ３は、モジュール２の電力によって駆動される。モジュール２の電力は、モジュール２の正極側（＋）から電源入力端子Ｖｃｃに供給される。制御用ＩＣ３は、電圧検出回路７により出力される電圧検出信号を受信する。本実施形態の電圧検出回路７は、バッテリラインＢＬの電圧を制御用ＩＣ３に供給するラインである。電圧検出信号は、制御用ＩＣ３の電圧検出端子Ｖに入力される。制御用ＩＣ３は、電圧検出信号により、モジュール２の電圧を計測する。制御用ＩＣ３は、電流検出回路８により出力される電流検出信号を受信する。電流検出信号は、制御用ＩＣ３の電流検出端子Ｉに入力される。制御用ＩＣ３は、電流検出信号により、モジュール２の電流を計測する。制御用ＩＣ３は、温度検出回路９により出力される温度検出信号を受信する。温度検出信号は、制御用ＩＣ３の温度検出端子Ｔに入力される。制御用ＩＣ３は、温度検出信号により、モジュール２の温度を計測する。
　制御用ＩＣ３は、スイッチ５を駆動させるための駆動信号をスイッチ５に出力する。スイッチ５は、モジュール２の正極側（＋）と正極端子１０ａとの間のバッテリラインＢＬに設けられている。駆動信号は、制御用ＩＣ３の充電／放電制御端子ＣＨＧ／ＤＣＧから出力される。スイッチ５は、Ｎｏｒｍａｌｙ　ＯＦＦの素子であり、駆動信号が入力されていない時にＯＦＦになる素子である。スイッチ５は、電池パック１１と外部とを電気的に導通／遮断することが可能である。スイッチ５は、電池パック１１の充電時又は放電時の電流の最大値よりも充分に大きい電流容量を有する素子である。
　制御用ＩＣ３は、検出された電圧、電流及び温度に基づいて、モジュール２の異常を検出するように構成されている。制御用ＩＣ３により異常が検出されると、制御用ＩＣ３から出力されるパワーフェール信号により、スイッチ６が駆動される。パワーフェール信号は、制御用ＩＣ３のパワーフェール端子ＰＦから出力される。制御用ＩＣ３は、電池パック１１の異常として、少なくとも、過放電状態を検出する。制御用ＩＣ３は、他にも、例えば、過充電状態を検出してもよい。
　遮断回路１２は、ヒューズ４と、スイッチ６とを備える。
　ヒューズ４は、バッテリラインＢＬと制御用ＩＣ３との間に設けられる。ヒューズ４は、非復帰型素子である。ヒューズ４が切断されていない時、モジュール２の電力がヒューズ４を通って制御用ＩＣ３に供給される。ヒューズ４が切断されると、モジュール２から制御用ＩＣ３への電力供給が遮断される。
　スイッチ６は、ヒューズ４と制御用ＩＣ３との間のノードＮ１と、グランドラインＧＬとを電気的に接続する。スイッチ６は、モジュール２の異常が検出されていない時（即ち正常時）にＯＦＦである。スイッチ６がＯＦＦである時、モジュール２からヒューズ４を通って制御用ＩＣ３に電流が流れる。この時にヒューズ４に流れる電流は小さく、ヒューズ４を切断できない。一方、スイッチ６は、モジュール２の異常が検出された時に制御用ＩＣ３から出力されるパワーフェール信号に基づいてＯＮされる。スイッチ６がＯＮである時、電流がモジュール２からヒューズ４及びスイッチ６を通ってグランドラインＧＬに流れ、短絡が生じる。そのため、ヒューズ４に流れる電流は大きく、ヒューズ４を切断できる。つまり、スイッチ６は、ＯＮされた時にヒューズ４を切断可能な電流がモジュール２からヒューズ４に流れるように設けられている。
　また、保護回路１０は、電圧検出回路７、電流検出回路８と、温度検出回路９とを備えている。なお、本発明は、この例に限定されない。電流検出回路８及び温度検出回路９は、必ずしも設けられる必要はない。他の実施形態においても同様である。
　保護回路１０では、制御用ＩＣ３が異常を検出した場合に、制御用ＩＣ３はパワーフェール信号をスイッチ６に出力する。これにより、スイッチ６はＯＮされる。その結果、ヒューズ４が遮断される。モジュール２から制御用ＩＣ３への電力供給が遮断される。制御用ＩＣの暗電流による過放電の進行が抑制され得る。制御用ＩＣ３の停止により、制御用ＩＣからスイッチ５への駆動信号の出力が停止する。その結果、スイッチ５はＯＦＦされる。電池パック１１と外部とが電気的に遮断される。電池パック１１は利用不可となる。
　従来の電池パックの中には、次のように構成された電池パックがある。この従来の電池パックでは、制御用ＩＣが異常を検出すると、制御用ＩＣが、バッテリラインに設けられたスイッチ（スイッチ５に相当するスイッチ）に対して出力する駆動信号を停止し、前記スイッチを遮断する。この構成によれば、例えば、前記スイッチがＯＦＦとなることによりモジュールの異常状態が解除された場合や、人為的であるか非人為的であるかに関わらず制御用ＩＣがリセットされた場合には、制御用ＩＣが前記スイッチに駆動信号を出力し、前記スイッチがＯＮになる可能性がある。その結果、電池パックが本来使用されるべきではない状況下において、電池パックが使用可能な状態になる可能性が生じる。
　これに対して、保護回路１０では、制御用ＩＣ３が異常を検出した場合に、スイッチ６がＯＦＦされ、非復帰型素子であるヒューズ４が切断される。これにより、制御用ＩＣ３がＯＦＦされるため、確実に電池パック１１の使用を停止できるメリットがある。
　＜第一実施形態＞
　図２は、本願発明の第一実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図２において、図１に示す構成と同じ構成には、図１に示す符号と同じ符号が付されている。図１に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第一実施形態の保護回路１０は、図１に示すスイッチ５、６の一例として、リレー１５、１６を備える。リレー１５、１６は、ＤＣリレーである。リレー１５、１６は、外部電圧によりＯＮ／ＯＦＦ可能な素子である。リレー１５、１６は、電磁石１５ｂ、１６ｂにより接点１５ａ、１６ａが開閉するように構成されている。電磁石１５ｂは、制御用ＩＣ３の充電／放電制御端子ＣＨＧ／ＤＣＧから出力される駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。電磁石１６ｂは、制御用ＩＣ３のパワーフェール端子ＰＦから出力されるパワーフェール信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。リレー１５、１６は、Ｎｏｒｍａｌｙ　ＯＦＦである。
　第一実施形態の保護回路１０では、制御用ＩＣ３が異常を検出した場合に、リレー１６がＯＮされ、非復帰型素子であるヒューズ４が切断される。これにより、制御用ＩＣ３がＯＦＦされるため、確実に電池パック１１の使用を停止できる。
　＜第二実施形態＞
　図３は、本願発明の第二実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図３において、図１に示す構成と同じ構成には、図１に示す符号と同じ符号が付されている。図１に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第二実施形態の保護回路１０は、図１に示すスイッチ５の一例として、ＦＥＴ２５Ａ，２５Ｂを備え、図１に示すスイッチ６の一例として、ＦＥＴ２６を備える。ＦＥＴ２５Ａ，２５Ｂ，２６は、ＭＯＳＦＥＴである。制御用ＩＣ３は、充電制御端子ＣＨＧと放電制御端子ＤＣＧとを備える。ＦＥＴ２５Ａは、制御用ＩＣ３の放電制御端子ＤＣＧから出力される駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。ＦＥＴ２５Ｂは、制御用ＩＣ３の充電制御端子ＣＨＧから出力される駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。ＦＥＴ２６は、制御用ＩＣ３のパワーフェール端子ＰＦから出力されるパワーフェール信号によりＯＮ／ＯＦＦが制御される。ＦＥＴ２５Ａ，２５Ｂ，２６は、Ｎｏｒｍａｌｙ　ＯＦＦである。
　第二実施形態の保護回路１０では、制御用ＩＣ３が異常を検出した場合に、ＦＥＴ２６がＯＮされ、非復帰型素子であるヒューズ４が切断される。これにより、制御用ＩＣ３がＯＦＦされるため、確実に電池パック１１の使用を停止できる。なお、ＦＥＴに代えて、ＦＥＴ以外のトランジスタ（例えば、バイポーラトランジスタ）が設けられてもよい。スイッチとして、ＦＥＴ等の半導体素子が採用されることにより、より長寿命な電池パック１１が実現可能である。
　＜第三実施形態＞
　図４は、本願発明の第三実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図４において、図３に示す構成と同じ構成には、図３に示す符号と同じ符号が付されている。図３に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第三実施形態の保護回路１０では、遮断回路１２が、コンデンサ１８、１９を備えている。コンデンサ１８は、バイパスコンデンサとして、保護回路１０の安定動作のために設けられている。コンデンサ１８は、制御用ＩＣ３の電源入力端子ＶｃｃとグランドラインＧＬとの間に設けられている。コンデンサ１９は、例えば、有極性コンデンサである。コンデンサ１９は、ヒューズ４が切断された後に一時的に制御用ＩＣ３へ電力を供給するように構成されており、これにより、制御用ＩＣ３は、異常検出時の動作（ヒューズ切断）が行われた後の処理時間を確保できる。制御用ＩＣ３は、この処理時間において、例えば、異常の発生を示す信号を外部へ送出できる。コンデンサ１９は、本発明における「コンデンサ」の一例である。なお、本発明における「コンデンサ」は、コンデンサ１９の機能とともに、コンデンサ１８の機能を兼ねてもよい。即ち、コンデンサ１８、１９は、本実施形態のように別個の素子であってもよく、１つの素子により構成されていてもよい。
　第三実施形態の保護回路１０において、遮断回路１２は、ヒューズ４と直列に設けられた抵抗１７を備えている。抵抗１７は、電流制限用抵抗として、例えば電池パック１１の製造過程でモジュール２と保護回路１０とが接続される時にコンデンサ１８又はコンデンサ１９への突入電流がヒューズ４の断線電流以下になるように設けられる。抵抗１７により、コンデンサ１８又はコンデンサ１９によるヒューズ４の切断が防止される。抵抗１７は、ヒューズ４と制御用ＩＣ３とＦＥＴ２６との間のノードＮ１と、制御用ＩＣ３との間に設けられている。即ち、ＦＥＴ２６は、ヒューズ４と抵抗１７との間に接続される。抵抗１７は、ヒューズ４よりも抵抗１７が制御用ＩＣ３の近くに位置するように設けられている。モジュール２から制御用ＩＣ３までの間に、ヒューズ４、ノードＮ１及び抵抗１７が、この順に並んでいる。これにより、ＦＥＴ２６がＯＮされて短絡が生じた時にヒューズ４に流れる電流が大きくなるので、ヒューズ４の断線の確実性を高めることができる。
　また、第三実施形態の保護回路１０では、ヒューズ４が切断された後にＦＥＴ２６が依然として一時的に導通していたとしても、抵抗１７が、コンデンサ１９の放電に対する抵抗となり、コンデンサ１９の放電を制限する。コンデンサ１９の放電に要する時間が長くなる。制御用ＩＣ３が、異常検出時の動作（ヒューズ切断）が行われた後の処理時間を、より確実に確保できる。
　＜第四実施形態＞
　図５は、本願発明の第四実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図５において、図４に示す構成と同じ構成には、図４に示す符号と同じ符号が付されている。図４に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第四実施形態の保護回路１０では、遮断回路１２は、直列に配置されたヒューズ４と抵抗１７との間に設けられたダイオード２１を備えている。ダイオード２１は、モジュール２側から制御用ＩＣ３側へ電流を流すことができる一方、制御用ＩＣ３側からモジュール２側へ電流を流すことができないように設けられている。ダイオード２１は、コンデンサ１９からＦＥＴ２６へ電流を流すことができないように設けられている。
より具体的に言えば、ダイオード２１は、ヒューズ４と抵抗１７とＦＥＴ２６との間のノードＮ１と、抵抗１７との間に設けられている。ダイオード２１は、ノードＮ１側から抵抗１７側へ電流を流すことができる一方、抵抗１７側からノードＮ１側へ電流を流すことができないように設けられている。
　第四実施形態の保護回路１０では、ヒューズ４と抵抗１７との間にダイオード２１が設けられているので、コンデンサ１９の電荷がＦＥＴ２６を介して放電されることが防止される。その結果、制御用ＩＣ３が、異常検出時の動作（ヒューズ切断）が行われた後の処理時間を、更に確実に確保できる。
　＜第五実施形態＞
　図６は、本願発明の第五実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図６において、図５に示す構成と同じ構成には、図５に示す符号と同じ符号が付されている。図５に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第五実施形態の保護回路１０では、制御用ＩＣ３とＦＥＴ２６のゲートとが接続され、且つ外部装置２４とＦＥＴ２６のゲートとが接続されている。制御用ＩＣ３のパワーフェール端子ＰＦが、ＦＥＴ２６のゲートと接続されている。制御用ＩＣ３とＦＥＴ２６との間に、ダイオード２２が設けられている。ダイオード２２は、制御用ＩＣ３側からＦＥＴ２６側へ電流を流すことができる一方、外部装置２４側から制御用ＩＣ３側へ電流を流すことができないように設けられている。制御用ＩＣ３と外部装置２４との間に、ダイオード２３が設けられている。ダイオード２３は、外部装置２４側から、ＦＥＴ２６へ電流を流すことができる一方、制御用ＩＣ３側から外部装置２４側へ電流を流すことができないように設けられている。
　ＦＥＴ２６は、制御用ＩＣ３から出力されるパワーフェール信号によりＯＮされるか、又は外部装置２４から供給される外部電流によりＯＮされる。外部装置２４は、例えば、電池パック１１と物理的に別個の装置である。外部装置２４としては、特に限定されず、例えば、電池パック１１（モジュール２）に対する充電が可能な充電器、電池パック１１から電力の供給を受けて動作する装置が挙げられる。本実施形態では、外部装置２４は、制御用ＩＣ３がハングアップ等のため操作不能になったことを検知可能に構成されている。また、外部装置２４は、制御用ＩＣ３の操作不能を検知した時にＦＥＴ２６のゲートに外部電流を供給するように構成されている。なお、図中、外部装置２４と制御用ＩＣ３とを接続するラインを示していない。外部装置２４は、例えば、制御用ＩＣ３と通信できない時に、ＦＥＴ２６に電流を供給することにより、ＦＥＴ２６をＯＮする。また、外部装置２４は、制御用ＩＣ３から出力される信号に基づいてＦＥＴ２６に電流を供給することにより、ＦＥＴ２６をＯＮしてもよい。言い換えれば、制御用ＩＣ３は、外部装置２４を介して、間接的に、ＦＥＴ２６をＯＮする。このように、ＦＥＴ２６は、制御用ＩＣ３により直接的又は間接的にＯＮされてもよい。
　本実施形態によれば、制御用ＩＣ３が操作不能になった場合においても、外部電流によりＦＥＴ２６がＯＮされ、非復帰型素子であるヒューズ４が切断される。これにより、制御用ＩＣ３の電源入力端子Ｖｃｃへ印加される電圧が遮断される。その結果、ＦＥＴ２６の駆動電圧は無くなり、ＦＥＴ２６はＯＦＦとなる。従って、電池パック１１が外部と遮断される。
　＜第六実施形態＞
　図７は、本願発明の第六実施形態に係る保護回路を模式的に示す回路図である。図７において、図６に示す構成と同じ構成には、図６に示す符号と同じ符号が付されている。図６に示す構成と同じ構成については、既に説明済であるから、説明を省略する。
　第六実施形態の保護回路１０は、図１～図６に示す制御用ＩＣ３に代えて、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）等を備えている。マイクロプロセッサ３３が動作するための電圧は、例えば、１．８～５．５Ｖである。マイクロプロセッサ３３が動作するための電圧は、モジュール２の電圧よりも低い。そのため、バッテリラインＢＬと、マイクロプロセッサ３３の電源入力端子Ｖｃｃとの間には、サブ電源３２が設けられる。サブ電源３２は、モジュール２の電圧をマイクロプロセッサ３３の電圧に変換するように構成されている。ヒューズ４は、バッテリラインＢＬとサブ電源３２との間に設けられる。ヒューズ４、ダイオード２１及び抵抗１７は、バッテリラインＢＬとサブ電源３２との間で直列に設けられている。また、モジュール２からサブ電源３２までの間に、ヒューズ４、ダイオード２１及び抵抗１７が、この順に並んでいる。これにより、ＦＥＴ２６がＯＮされて短絡が生じた時にヒューズ４に流れる電流が大きくなるので、ヒューズ４の断線の確実性を高めることができる。
　また、マイクロプロセッサ３３は、電圧検出端子Ｖ、電流検出端子Ｉ及び温度検出端子Ｔを備えている。なお、図中では、電圧検出回路７から電圧検出端子Ｖに入力される電圧検出信号、電流検出回路８から電流検出端子Ｉに入力される電流検出信号、及び温度検出回路９から温度検出端子Ｔに入力される温度検出信号の各々を示す破線の一部が省略されている。
　コンデンサ１８は、サブ電源３２の入力側とグランドラインＧＬとの間に設けられている。コンデンサ１９は、サブ電源３２の出力側とグランドラインＧＬとの間に設けられている。
　ダイオード２１は、ヒューズ４とＦＥＴ２６との間のノードＮ１と、抵抗１７との間に設けられている。ダイオード２１は、コンデンサ１８に充電された電荷を、異常時にＯＮされるＦＥＴ２６により放電させないための素子である。異常検出時の動作（ヒューズ切断）が行われた後の処理時間が不要である場合、ダイオード２１は短絡されてもよい。これにより、異常検出時の動作が行われてから保護回路１０の動作が停止するまでの時間を短くできる。
　第六実施形態の保護回路１０は、マイクロプロセッサ３３に加え、ＦＥＴ駆動回路３４を備えている。ＦＥＴ駆動回路３４は、電池パック１１を外部と遮断するＦＥＴ２５Ａ、２５Ｂを駆動するための回路である。ＦＥＴ駆動回路３４は、充電制御端子ＣＨＧと放電制御端子ＤＣＧとを備える。ＦＥＴ駆動回路３４の駆動電力は、サブ電源３２から供給される。そのため、ヒューズ４が切断されることにより、サブ電源３２への電力の供給が停止すると、ＦＥＴ駆動回路３４への電力の供給が停止する。その結果、電池パック１１が起動することはなくなる。
　保護回路１０は、第六実施形態に示すように、制御用ＩＣ３に代えて、サブ電源３２とマイクロプロセッサ３３とＦＥＴ駆動回路３４とを備えてもよい。即ち、制御用ＩＣは、必ずしも、物理的に、１つの素子からなる必要はなく、複数の素子から構成されていてもよい。
　次に、充電器９０と接続された電池パック１１（リチウムイオン電池パック）の保護回路１０の一例について、図８を参照して説明する。
　図８は、充電器９０と接続された電池パック１１の保護回路１０の一例を模式的に示す回路図である。なお、保護回路１０については、図１～図７を用いて説明済であるから、図８では保護回路１０の構成を省略している。図８に示す例における保護回路１０としては、例えば、図１～図７に示された保護回路１０の構成が採用され得る。図７に示された保護回路１０の構成が採用される場合、図８に示される制御用ＩＣ３に代えて、図７に示されるサブ電源３２、マイクロプロセッサ３３及びＦＥＴ駆動回路３４が設けられ、マイクロプロセッサ３３が、後述する通信部９２との通信を行うように構成される。
　電池パック１１が充電器９０と接続される場合、電池パック１１の正極端子１０ａ及び負極端子１０ｂが充電器９０と接続される。さらに、制御用ＩＣ３が有する通信用端子１０ｃ、１０ｄが充電器９０と接続される。充電器９０は、制御部９１を有する。制御部９１は、電池パック１１の接続を検知する検知部（図示せず）と接続されている。制御部９１は、通信部９２を備える。通信部９２は、電池パック１１が充電器９０と接続された状態で通信用端子１０ｃ、１０ｄを介して制御用ＩＣ３と通信可能である。なお、通信は有線又は無線のいずれでもよい。電池パック１１の正極端子１０ａ及び負極端子１０ｂは、充電器９０が備えるＡＣ／ＤＣコンバータ９４と接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ９４は、外部電源端子９８と接続されている。外部電源端子９８は、例えば、単相交流の外部電源（図示せず）と接続される。また、制御部９１は、電圧検出部９６及び電流検出部９７と接続され、検出結果に基づいてＡＣ／ＤＣコンバータ９４を制御するように構成されている。制御部９１は、出力部９３と接続されている。出力部９３は、例えば、ＬＥＤ等の光源と、光源用ドライバとにより構成される。出力部９３は、制御部９１によって制御される。出力部９３は、制御用ＩＣ３と通信部９２との通信結果に基づいて電池パック１１が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力を行うように構成されている。出力は、例えば、光源の点灯である。出力部９３による出力は、特に限定されず、ユーザに認識される態様で行われればよい。聴覚により認識させるための出力としては、例えば、報知音の出力、音声の出力が挙げられる。視覚により認識させるための出力としては、上述した光源の点灯以外に、例えば、光源の点滅、異常の発生を示す情報の表示が挙げられる。振動による出力が行われてもよい。
　保護回路１０において、ヒューズ４が切断され、制御用ＩＣ３への電力供給が停止している場合、電池パック１１が充電器９０と接続されても、通信部９２は、制御用ＩＣ３と通信できない。即ち、通信結果は失敗である。制御部９１は、この通信結果に基づいて、出力部９３を制御する。出力部９３は、この通信結果に基づいて、光源の点灯を行う。光源の点灯は、電池パック１１が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力の一例である。
　以上、図１～図８の各々の形態に係る保護回路１０は、制御用ＩＣ３（又は、マイクロプロセッサ３３、サブ電源３２及びＦＥＴ駆動回路３４）と、遮断回路１２とを備える。制御用ＩＣ３は、モジュール２の電力によって駆動される。制御用ＩＣ３は、少なくともモジュール２の電圧を検出するように構成されている。遮断回路１２は、少なくともヒューズ４とスイッチ６（例えばリレー１６、ＦＥＴ２６）とを備える。ヒューズ４は、モジュール２と制御用ＩＣ３との間に設けられている。スイッチ６は、ＯＮされた時にヒューズ４を切断可能な電流が、モジュール２からヒューズ４に流れるように設けられている。そのため、保護回路１０では、モジュール２に過放電等の異常が生じた時に、スイッチ６がＯＮされることにより、ヒューズ４を切断可能な大きさの電流がモジュール２からヒューズ４に流れる。これにより、ヒューズ４が切断されるので、制御用ＩＣ３の電流消費が停止する。従って、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できる。また、保護回路１０では、ヒューズ４及びスイッチ６として、低消費電流の汎用的な部品が採用され得るので、低コストで、過放電の進行を抑制できる。なお、スイッチ６は、リレー１６であってもよく、ＦＥＴ２６であってもよい。
　遮断回路１２は、図４～図８の各々の形態に係る保護回路１０のように、ヒューズ４と直列に設けられた抵抗１７を備えることが好ましい。抵抗１７により、ヒューズ４に流れる電流の大きさが調節され得る。従って、突入電流によるヒューズ４の切断が抑制される。また、スイッチ６がＯＮになった時にヒューズ４に流れる電流によってヒューズ４が切断され易くなる。
　抵抗１７は、図４～図８の各々の形態に係る保護回路１０のように、ヒューズ４よりも抵抗１７が制御用ＩＣ３の近くに位置するように設けられていることが好ましい。スイッチ６がＯＮになった時にヒューズ４に流れる電流を大きくできる。ヒューズ４の断線の確実性が高められる。
　遮断回路１２は、図４～図８の各々の形態に係る保護回路１０のように、コンデンサ１９を備えることが好ましい。ヒューズ４が切断された後にコンデンサ１９から制御用ＩＣ３へ一時的に電流が供給される。従って、制御用ＩＣ３は、異常検出時の動作（ヒューズ４の切断）が行われた後の処理時間を確保できる。制御用ＩＣ３は、この処理時間において、例えば、異常の発生を示す信号を外部へ送出できる。
　保護回路１０は、図８の形態のように、充電器９０によるモジュール２に対する充電を制御するように構成され、充電器９０は、モジュール２が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力を行うように構成されていることが好ましい。これにより、ユーザは電池パック１１を充電器９０とともに用いることにより電池パック１１の過充電状態又は過放電状態を認識できる。
　制御用ＩＣ３は、図８の形態のように、充電器９０と通信可能に構成され、充電器９０は、制御用ＩＣ３と通信可能に構成された通信部９２と、制御用ＩＣ３と通信部９２との通信結果に基づいて電池パック１１が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力を行うように構成された出力部９３とを備えることが好ましい。これにより、ユーザは電池パック１１を充電器９０とともに用いることにより電池パック１１の過充電状態又は過放電状態を認識できる。
　遮断回路１２は、図１～図８の各々の形態に係る保護回路１０のように、電流遮断装置を備えていないモジュール２と制御用ＩＣ３との間に設けられたヒューズ４を切断するように構成されていることが好ましい。電流遮断装置は、モジュール２に含まれるセル１の内部圧力が上昇した時に、例えば機械的に、電流経路を遮断するように構成される装置である。電流遮断装置を備えていないセル１では、過放電により内部圧力が上昇しても電流経路が遮断されないので、過放電が進行するおそれがある。しかし、保護回路１０によれば、ヒューズ４の切断により過放電の進行が抑制される。言い換えれば、保護回路１０は、電流遮断装置を備えていないリチウムイオン二次電池に好適に採用され得る。
　図１～図８の各々の形態に係る電池パック１１は、モジュール２と保護回路１０とを備える。電池パック１１は、汎用的且つ低コストの素子を採用しつつ、過放電に至った場合に、それ以上に過放電が進行することを抑制できる。電池パック１１（リチウムイオン二次電池パック）は、充電器９０とともに、リチウムイオン二次電池セットを構成してもよい。
　前記実施形態および変形例は、適宜に組み合わせることが可能である。ここに用いられた用語及び表現は、説明のために用いられたものであって限定的に解釈するために用いられたものではない。ここに示されかつ述べられた特徴事項の如何なる均等物をも排除するものではなく、本発明のクレームされた範囲内における各種変形をも許容するものであると認識されなければならない。本発明は、多くの異なった形態で具現化され得るものである。この開示は本発明の原理の実施形態を提供するものと見なされるべきである。それらの実施形態は、本発明をここに記載しかつ／又は図示した好ましい実施形態に限定することを意図するものではないという了解のもとで、実施形態がここに記載されている。ここに記載した実施形態に限定されるものではない。本発明は、この開示に基づいて当業者によって認識され得る、均等な要素、修正、削除、組み合わせ、改良及び／又は変更を含むあらゆる実施形態をも包含する。クレームの限定事項はそのクレームで用いられた用語に基づいて広く解釈されるべきであり、本明細書あるいは本願のプロセキューション中に記載された実施形態に限定されるべきではない。
１　セル（リチウムイオン二次電池セル）
２　モジュール（リチウムイオン二次電池モジュール）
３　制御用ＩＣ
４　ヒューズ
５，６　スイッチ
７　電圧検出回路
８　電流検出回路
９　温度検出回路
１０　保護回路
１０ａ　正極端子
１０ｂ　負極端子
１１　電池パック（リチウムイオン二次電池パック）
１２　遮断回路
１５，１６　リレー
１７　抵抗
１８，１９　コンデンサ
２１，２２，２３　ダイオード
２４　外部装置
２５Ａ，２５Ｂ，２６　ＦＥＴ
３２　サブ電源
３３　マイクロプロセッサ
３４　ＦＥＴ駆動回路

Claims (8)

  1. 　リチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記リチウムイオン二次電池の保護回路は、
    前記リチウムイオン二次電池の電力によって駆動され、少なくとも前記リチウムイオン二次電池の電圧を検出するように構成された制御用ＩＣと、
    少なくとも、前記リチウムイオン二次電池と前記制御用ＩＣとの間に設けられたヒューズと、ＯＮされた時に前記ヒューズを切断可能な電流が前記リチウムイオン二次電池から前記ヒューズに流れるように設けられたスイッチとを含む遮断回路と
    を備える。
  2. 　請求項１に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記遮断回路は、前記ヒューズと直列に設けられた抵抗を備える。
  3. 　請求項２に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記抵抗は、前記ヒューズよりも前記抵抗が前記制御用ＩＣの近くに位置するように設けられている。
  4. 　請求項１～３のいずれか１に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記遮断回路は、コンデンサを備える。
  5. 　請求項１～４のいずれか１に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記リチウムイオン二次電池の保護回路は、前記リチウムイオン二次電池に対する充電が可能な充電器による充電を制御するように構成され、前記充電器は、前記リチウムイオン二次電池が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力を行うように構成されている。
  6. 　請求項５に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記制御用ＩＣは、前記充電器と通信可能に構成され、
    　前記充電器は、前記制御用ＩＣと通信可能に構成された通信部と、前記制御用ＩＣと前記通信部との通信結果に基づいて前記リチウムイオン二次電池が過充電状態又は過放電状態に至ったことを知らせるための出力を行うように構成された出力部とを備える。
  7. 　請求項１～６のいずれか１に記載のリチウムイオン二次電池の保護回路であって、
    　前記リチウムイオン二次電池は、電流遮断装置を備えておらず、
    　前記遮断回路は、前記電流遮断装置を備えていない前記リチウムイオン二次電池と前記制御用ＩＣとの間に設けられた前記ヒューズを遮断するように構成されている。
  8. 　リチウムイオン二次電池の電池パックであって、
    　前記リチウムイオン二次電池の電池パックは、
    前記リチウムイオン二次電池と、
    請求項１～７のいずれか１に記載の保護回路と
    を備える。
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