WO2018230115A1 - 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 - Google Patents

Abstract

電池の充電状態で、電池が繰り返し過充電状態となる不安定な状態を防止して安全性を向上する。　電池パックは、一以上の充放電できる電池（１）と、電池（１）の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ（２）と、電池（１）の電圧を検出して出力スイッチ（２）をオンオフに制御する制御回路（３）と、電池（１）と直列に接続されて、電池（１）の異常時に溶断されるヒューズ（５）と、電池（１）の異常な状態を検出してヒューズ（５）を溶断する異常検出回路（４）とを備えている。電池パックは、制御回路（３）が、電池（１）の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を検出すると、出力スイッチ（２）をオフに制御して充電を停止し、電池（１）の電圧が充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、出力スイッチ（２）をオンに制御して充電を再開する。さらに、異常検出回路（４）は、電池（１）の過充電状態を、複数回にわたって検出する状態で、ヒューズ（５）に溶断信号を出力してヒューズ（５）を溶断する。

Description

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

　本発明は、充放電できる電池を備える電池パックとその異常検出方法、及び充電制御方法に関し、とくに、電池の過充電を検出して電池を保護する電池パックとその異常検出方法、充電制御方法、及び充電制御プログラミングに関する。

　近年、各種電子機器に使用される電池パックとして、高出力で小型化されたものが求められている。このような電池パックは、複数の電池を備えて、これ等の電池を直列に接続することで出力電圧を高くしている。複数の電池を直列に接続している電池パックは、直列に接続している電池に同じ電流を流して充放電されるが、各々の電池の電気特性は必ずしも完全に同じではない。このため、各電池は、充放電を繰り返すに従って、残容量や電圧がアンバランスになる。電池のアンバランスは、特定の電池を過充電とし、あるいは過放電とする。電池の過放電と過充電は、電池の劣化を早めて寿命を短くする。各電池の劣化を少なくするために、充放電時には電池の電圧が検出されて、充放電の電流がコントロールされる。

　複数の電池を直列に接続してなる電池パックは、各電池の電圧バランスが崩れると、充電状態において、何れかの電池が過充電状態となることがある。例えば、３個のリチウムイオン二次電池を直列に接続してなる電池パックにおいては、各電池の充電電圧を４．２Ｖとする場合、全体では１２．６Ｖの充電電圧で充電されるが、このとき、電池の電圧バランスが崩れると、何れかの電池の電圧が４．２Ｖよりも高くなって過充電状態となることがある。

　このような電池の過充電における安全制御として、従来の電池パックでは、図７に示すように、二段階の過充電保護制御をおこなっている。この制御は、第一段階の過充電保護として、充電される各電池の電圧を、充電電圧よりも高く設定された第１過充電検出電圧と比較し、何れかの電池の電圧が第１過充電検出電圧まで上昇すると、過充電状態として充電を停止し、その後、電池電圧が充電再開電圧まで低下すると充電を再開して、電池パックを繰り返し充電するようにしている。また、第二段階の過充電保護として、何れかの電池の電圧が、第１過充電検出電圧よりさらに高く設定された第２過充電検出電圧まで上昇すると、電池異常と判定してヒューズを溶断して電流を遮断し、復帰できないようにしている。

特開２０００－６７９２８号公報

　以上のように、従来の過充電保護では、直列接続された複数の電池のセルバランスが崩れた場合、何度も過充電状態が検出される電池の不安全状態となるにもかかわらず、電池電圧が第２過充電検出電圧まで上昇して電池異常と判定されない限りは、充放電が可能となっている。このように、通常状態と過充電状態とを繰り返す状態で電池パックを使用することは、電池の膨れ等の不具合が生じ、あるいは長時間使用時における電池の劣化が促進される等の問題があり、安全性を確保することが切望されている。

　本発明は、以上の問題点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の目的の一は、電池の充電状態において、電池が繰り返し過充電状態となる不安定な状態を確実に防止して、安全性を向上できる電池パックとその異常検出方法、充電制御方法、及び充電制御プログラミングを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

　本発明のある態様にかかる電池パックは、一以上の充放電できる電池１と、電池１の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ２と、電池１の電圧を検出して出力スイッチ２をオンオフに制御する制御回路３と、電池１と直列に接続されて、電池１の異常時に溶断されるヒューズ５と、電池１の異常な状態を検出して、ヒューズ５を溶断する異常検出回路４とを備えている。電池パックは、電池１の充電状態において、制御回路３が、電池１の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を検出する状態で、出力スイッチ２をオフに制御して充電を停止し、電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下する過充電解消状態を検出する状態で、出力スイッチ２をオンに制御して充電を再開するようにしている。さらに、異常検出回路４は、電池１の過充電状態を、複数回にわたって検出する状態で、ヒューズ５に溶断信号を出力してヒューズ５を溶断する。

　上記構成によると、電池の充電状態において、異常検出回路が、電池が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態となることを複数回検出すると、電池の異常と判定してヒューズを溶断して電流を遮断するので、従来のように電池が繰り返し過充電状態となる不安定な状態を確実に防止して、安全性を向上できる。

　本発明の他の態様にかかる電池パックによると、電池１を複数備えると共に、複数の電池１を直列に接続することができる。この電池パックは、直列接続された複数の電池の充電時における電圧のアンバランスを検出しながら、電池の異常を確実に判定できる。

　本発明の他の態様にかかる電池パックによると、異常検出回路４は、電池１の過充電状態を、３回以上の特定回数を検出して、ヒューズ５の溶断信号を出力することができる。この電池パックは、過充電状態の検出回数を最適回数に決定することで、電池の異常を確実に判定できる。

　本発明の他の態様にかかる電池パックによると、異常検出回路４は、所定の時間内に電池１の過充電状態を２回以上の特定回数を検出して、ヒューズ５の溶断信号を出力することができる。この電池パックは、所定の時間内に過充電状態を複数回検出することで、電池の異常を正確に判定できる。

　本発明のある態様にかかる電池パックの異常検出方法によると、一以上の充放電できる電池１と、電池１の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ２と、電池１の電圧を検出して出力スイッチ２をオンオフに制御する制御回路３と、電池１の異常な状態を検出する異常検出回路４とを備える電池パックの異常検出方法であって、電池１の充電状態において、制御回路３は、電池１の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、出力スイッチ２をオフに制御して充電を停止し、電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、出力スイッチ２をオンに制御して充電を再開する。異常検出回路４は、電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を複数回にわたって検出すると、電池１が異常な状態であると判定する。

　以上の電池パックの異常検出方法は、電池の充電状態において、異常検出回路が、電池が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態となることを複数回検出すると、電池の異常な状態と判定するので、複雑な回路構成を必要とせず、従来の充放電制御による電圧変化の回数を検出する簡単な構成で電池の異常を簡単に判定できる。

　本発明のある態様にかかる電池パックの異常検出方法によると、異常検出回路４が、電池１の過充電状態を、３回以上の特定回数を検出すると、電池１が異常な状態であると判定することができる。

　本発明のある態様にかかる電池パックの異常検出方法によると、異常検出回路４が、所定の時間内に電池１の過充電状態を２回以上の特定回数を検出すると、電池１が異常な状態であると判定することができる。

　本発明のある態様にかかる電池パックの充電制御方法は、一以上の充放電できる電池１と、電池１の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ２と、電池１の電圧を検出して出力スイッチ２をオンオフに制御する制御回路３と、電池１と直列に接続されて、電池１の異常時に溶断されるヒューズ５と、電池１の異常な状態を検出して、ヒューズ５を溶断する異常検出回路４とを備える電池パックの充電制御方法であって、電池１の充電状態において、制御回路３は、電池１の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、出力スイッチ２をオフに制御して充電を停止し、電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、出力スイッチ２をオンに制御して充電を再開する。さらに、異常検出回路４は、電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を複数回にわたって検出すると、電池１が異常な状態であると判定して、ヒューズ５を溶断して電流を遮断する。

　本発明のある態様にかかる電池パックの充電制御プログラミングによると、一以上の充放電できる電池１と、電池１の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ２と、電池１と直列に接続されて、電池１の異常時に溶断されるヒューズ５とを備える電池パックの充電制御プログラミングであって、電池１を所定の充電電圧（Ｖｃ）で充電する充電工程と、充電工程において、電池１の電圧を検出し、電池１の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを検出する過充電検出工程と、過充電検出工程で、電池１の過充電状態が検出されると、出力スイッチ２をオフに制御して充電を停止する充電停止工程と、電池１の充電を停止する状態で、電池１の電圧を検出し、電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下したかどうかを検出する過充電解消判定工程と、過充電解消判定工程で、電池１が過充電解消状態と判定されると、出力スイッチ２をオンに制御して充電を再開する充電再開工程と、電池１の過充電状態が複数回にわたって検出されると、電池１が異常な状態であると判定する異常検出工程と、異常検出工程で、電池１の異常が検出されると、異常検出回路４から溶断信号を出力して、ヒューズ５を溶断する電流遮断工程とを含んでいる。

本発明の一実施形態にかかる電池パックの回路図である。 図１に示す電池パックの充電状態における電池電圧の変化を示すグラフである。 本発明の他の実施形態にかかる電池パックの回路図である。 図３に示す電池パックのコントローラの充放電制御プログラミングを示す機能フローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる電池パックの異常検出工程の一例を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかる電池パックの異常検出工程の他の一例を示すフローチャートである。 従来の電池パックの充電状態における電池電圧の変化を示すグラフである。

　以下、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明する。ただ、上記の実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

　以下、本発明の一実施形態として、複数の充放電できる電池を直列に接続してなる電池ブロックを備える電池パックについて詳述する。図１の回路図に示す電池パック１００は、複数の充放電できる電池１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、この電池ブロック１０の出力側に直列に接続してなる出力スイッチ２と、電池ブロック１０を構成してなる各電池１の電圧を検出して出力スイッチ２をオンオフに制御する制御回路３と、電池１の異常な状態を検出する異常検出回路４とを備えている。さらに、電池パック１００は、電池ブロック１０と直列に接続されて、電池１の異常時に溶断されて電池ブロック１０の電流を遮断するヒューズ５を備えている。この電池パック１００は、異常検出回路４が電池１の異常な状態を検出すると、ヒューズ５を溶断する溶断信号を出力してヒューズ４を溶断し、電流を遮断する。

（電池１）
　電池１は、充放電できる二次電池である。電池パック１００は、電池１としてリチウムイオン二次電池を使用している。リチウムイオン二次電池は、容量と重量に対する充放電容量が大きく、電池パックの外形を小さく、また軽量にして充放電容量を大きくできる。ただし、本発明の電池パックは、リチウムイオン二次電池に代わって、他の充放電できる全ての二次電池も使用できる。

（電池ブロック１０）
　電池パック１００は、複数の電池１を備えており、これ等の電池１を直列に接続して電池ブロック１０としている。図１に示す電池パック１００は、３個の電池１を直列に接続している。ただ、本発明は、互いに直列に接続する電池の個数を３個には限定せず、２個とすることも、４個以上とすることもできる。

（出力スイッチ２）
　出力スイッチ２は、充電している電池１の過充電と、放電している電池１の過放電とを防止するためにオンオフに切り換えられるスイッチで、ＦＥＴやトランジスタ等の半導体スイッチング素子が使用される。この出力スイッチ２は、電池１の充放電電流を制御する充放電スイッチで、充電電流を遮断して電池１の過充電を防止する充電スイッチ１１と、放電電流を遮断して電池１の過放電を防止する放電スイッチ１２とで構成されている。これらの充電スイッチ１１及び放電スイッチ１２には、トランジスタやＦＥＴ等の半導体スイッチング素子が使用される。

　図１ないし図４に示す出力スイッチ２は、２組のＦＥＴを直列に接続して、一方のＦＥＴを充電スイッチ１１として、他方のＦＥＴを放電スイッチ１２としている。充電スイッチ１１は電池１の充電を停止する状態でオフ、放電スイッチ１２は電池１の放電を停止する状態でオフに切り換えられる。電池１を充放電する状態では、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２はオン状態に保持される。各ＦＥＴは、オフ状態で逆方向に通電するダイオードを並列に接続している。したがって、残容量が最大容量となって充電スイッチ１１をオフ状態として充電できない状態で放電電流を流すことができ、放電スイッチ１２のオフ状態、すなわち残容量が最低容量となって充電を停止する状態においても充電電流を流すことができる。放電スイッチ１１と充電スイッチ１２は、制御回路３でオンオフに制御される。

（制御回路３）
　制御回路３は、電池パックを正常に使用できる状態で出力スイッチ２をオン状態に切り換える保護回路である。この制御回路３は、電池１の電圧、電流、温度等を検出する検出部１３と、この検出部１３で検出する電池情報で出力スイッチ２をオンオフに制御する制御部１４と、本体機器側に電池情報を伝送する通信部１５とを備える。検出部１３は、電池ブロック１０と直列に接続している電流検出抵抗１６の電圧を検出して充放電の電流を検出する。また、検出部１３は、電池１に熱結合状態に配置している温度センサ１７から入力される信号から電池１の温度を検出する。

　制御部１４は、検出部１３で検出される電池１の電圧や温度などから電池１の状態を判定して、電池１を正常に充放電できる状態で、出力スイッチ２をオン状態に切り換え、電池１を正常に使用できない状態で出力スイッチ２をオフ状態に切り換える。たとえば、制御部１４は、検出部１３で検出される電池１の電圧や温度等の検出値、さらに検出電流や電圧から演算する残容量を、あらかじめ設定している設定範囲に比較し、検出値が設定範囲を越えると出力スイッチ２をオフ状態に切り換える。また、制御部１４は、検出部１３で検出される電池情報を、通信部１５を介して本体機器側に通信する。

　互いに直列に接続している充電スイッチ１１と放電スイッチ１２とを制御回路３でオンオフに制御する電池パック１００は、電池１の充電状態において、充電している電池１の電圧があらかじめ設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも高くなると、あるいは残容量が最大容量よりも大きくなると、充電スイッチ１１をオフ状態に切り換えて充電電流を遮断する。また、電池１の放電状態において、電池１の電圧が最低電圧よりも低くなると、あるいは残容量が最低容量よりも小さくなると、放電スイッチ１２をオフ状態に切り換えて放電電流を遮断する。また、電池１の温度が最高温度よりも高く、あるいは最低温度よりも低くなると、充電スイッチ１１と放電スイッチ１２をオフ状態に切り換えて、充放電を停止する。

　とくに、制御回路３は、図２に示すように、電池１の充電状態において、充電している電池１の電圧が充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも高くなると、充電スイッチ１１をオフに切り換えて充電電流を遮断し、その後、電池電圧が低下して、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、充電スイッチ１１をオンに切り換えて充電を再開する。さらに、制御回路３は、充電している電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりさらに高く設定された第２過充電検出電圧（Ｖｐ２）まで急激に上昇すると、電池異常と判定して、ヒューズ５を溶断して電流を遮断することで、永久的に復帰できないようにする。

　ここで、充電される電池１の第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）及び第２過充電検出電圧（Ｖｐ２）は、充電される電池の種類や充電機器から供給される出力電圧に応じて設定される。例えば、電池１をリチウムイオン二次電池とし、充電機器から出力される充電電圧を４．２Ｖとする場合においては、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）を４．２３Ｖ～４．２５Ｖとし、第２過充電検出電圧（Ｖｐ２）を４．２７Ｖ～４．３０Ｖとすることができる。また、充電機器から出力される充電電圧（Ｖｃ）とは、直列接続された複数の電池１のうち、各電池１にかかる電圧を意味するものとする。すなわち、３個の電池１を直列接続してなる電池ブロック１０を充電する場合、充電機器の出力電圧（この場合１２．６Ｖ）を電池１の直列接続数である３で割った電圧（４．２Ｖ）とする。第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）及び第２過充電検出電圧（Ｖｐ２）は、たとえば、充電電圧（Ｖｃ）に対して、記憶回路に記憶されるテーブルによって特定することができ、あるいは、充電電圧（Ｖｃ）から所定の電圧だけ高く設定された電圧とすることもできる。

　さらに、充電される電池１の第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）は、電池温度や電池１の劣化度により最適な電圧に設定することもできる。すなわち、電池の第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）は、充電状態にある電池１の電池温度や、電池情報から演算された電池の劣化度に基づいて変更することもできる。この電池パックは、電池温度や電池の劣化度に対する第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）をあらかじめテーブルや関数として記憶しておき、検出された電池温度や電池の劣化度に応じて第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）を変更することができる。

　充電再開電圧（Ｖa）は、充電を停止した後、電池１の過充電状態が解消されたと判定される電圧であって、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも低い電圧に設定される。この充電再開電圧（Ｖa）は、好ましくは充電電圧（Ｖc）と等しい電圧とし、あるいは充電電圧（Ｖc）よりも低い電圧とすることができる。この充電再開電圧（Ｖa）は、たとえば、電池温度に対する電圧として、記憶回路に記憶されるテーブルによって特定することもできる。また、この充電再開電圧（Ｖa）は、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）から所定の電圧だけ低く設定された電圧とすることもできる。

　以上の電池パック１００は、図２に示すように、何れかの電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも高くなると充電を停止し、その後、電池電圧が低下して充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると充電を再開するが、従来のように、充電停止と充電再開とを何度も繰り返しながら充電を継続するのではない。この電池パック１００は、異常検出回路４が、何れかの電池１の過充電状態を複数回にわたって検出すると、電池１の異常状態と判定して、電池１の充電を終了させる。図に示す電池パック１００は、電池ブロック１０と直列にヒューズ５を接続しており、異常検出回路４が電池が異常な状態であることを検出すると、このヒューズ５を溶断して電池１に流れる電流を遮断する。

（ヒューズ５）
　ヒューズ５は、電池ブロック１０に直列に接続されて、電池１に過大な電流が流れるのを保護する。図１の電池パック１００は、ヒューズ５に接近して熱結合状態に抵抗加熱素子６を配置してなるヒュージングレジスタ７を備えている。ヒューズ５は、過電流が流れるとジュール熱で発熱して溶断され、また、抵抗加熱素子６に加熱されて溶断される溶融金属である。抵抗加熱素子６は、ヒューズ５と溶断スイッチ８の間に接続されており、溶断スイッチ８のオン状態で流れる溶断電流で発熱してヒューズ５を溶断する。図１のヒュージングレジスタ７は、直列に接続された２個のヒューズ５、５の間に、並列に接続された２個の抵抗加熱素子６、６を接続している。このヒュージングレジスタ７は、溶断スイッチ８のオン状態において、電池１から抵抗加熱素子６に通電して抵抗加熱素子６を発熱でき、また接続機器側からの充電電流を抵抗加熱素子６に通電して抵抗加熱素子６を発熱できる。図示しないが、ヒュージングレジスタは、ヒューズを１つとし、このヒューズの接続機器側に加熱抵抗を接続して、電池から加熱抵抗に通電することもできる。

（異常検出回路４）
　異常検出回路４は、電池ブロック１０を構成する各電池１の異常な状態を検出すると共に、電池の異常が検出されると、ヒューズ５を溶断する溶断信号を溶断スイッチ８に出力してヒューズ５を溶断する。異常検出回路４は、電池１の異常な状態を検出するために、充電状態にある電池ブロック１０の各電池１の電圧を検出し、何れかの電池１の電圧が充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を検出する。とくに、異常検出回路４は、何れかの電池１が過充電状態となることを複数回にわたって検出することで電池１が異常な状態であると判定する。

　この電池パックは、図２に示すように、何れかの電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して過充電状態と判定されると、充電を停止して、過充電が解消される状態まで、すなわち、全ての電池１の電圧が充電再開電圧（Ｖａ）に低下するまで電圧を低下させた後、充電が再開される。異常検出回路４は、このように充電停止と充電再開が繰り返される状態で、何れかの電池１が過充電状態となることを所定の回数（図２では３回）にわたって検出することで電池１が異常な状態であると判定する。

　ここで、異常検出回路４が、電池１の異常を判定する過充電状態の回数は、少なくとも２回以上であって、好ましくは３回以上とする。電池を異常と判定する過充電状態の回数は、多くすることで、電池の異常を確実に判定できる。ただ、この回数を多くすると、過充電状態が継続される回数が多くなる。したがって、電池を異常と判定する過充電状態の回数は、好ましくは１０回以下、更に好ましくは、５回以下とする。

　さらに、異常検出回路４は、所定の時間内において、電池の過充電状態を複数回検出することで電池１の異常と判定することもできる。例えば、充電される電池は、一時的に過充電状態となることがあっても、必ずしも電池１に不具合が生じているとは限らない。このような正常な電池１が何らかの原因で一時的に過充電状態となった場合は、充電を停止して過充電状態を解消するまで電圧が低下すると、短時間で再び過充電状態まで電圧上昇することがない。したがって、異常検出回路４は、何れかの電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して過充電状態と判定すると、充電を停止して電圧が低下した後、所定の時間内に再び電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して過充電状態と判定されると電池の異常と判定することができる。ここで、電池の異常を判定するための時間のインターバルは、１～２０秒、好ましくは２～１０秒とすることができる。

　以上のように異常検出回路は、電池ブロック１０の各電池１の電圧を検出して、何れかの電池１の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態となる回数を検出することで電池１の異常な状態を検出する。異常検出回路４は、電池１の異常を検出すると、前述の様にヒューズ５の溶断スイッチ８に溶断信号を出力し、溶断スイッチ８をオンに切り換えて抵抗加熱素子６に通電してヒューズ５を溶断する。

　なお、図１に示す電池パックは、異常検出回路４を、制御回路３とは別回路としている。この異常検出回路４は、電池１の異常を検出するために、電池ブロック１０を構成する各電池１の電圧を検出するための回路（図示せず）を備えている。このように、電池の電圧を検出する回路を備える異常検出回路４は、現在、製造されている電池パックに対して付加することで、電池の異常を判定して保護できる。ただ、異常検出回路は、制御回路に内蔵することもできる。制御回路は、電池の充放電を制御するために、電池ブロックを構成する各電池の電圧を検出する電圧検出回路を備えているので、この電圧検出回路を異常検出回路の過充電判定に兼用して電池の異常を検出することもできる。この構造は、回路構成を簡単にできる。

　さらに、図３に示す電池パック２００は、電池１の充放電を制御するコントローラ２０を備えて、このコントローラ２０が電池１の充放電を制御するプログラミングに加えて、電池１の異常を検出するプログラミングを備えることもできる。このコントローラ２０は、図４に示す機能フローチャートに示す工程で、前述の電池パックの異常検出回路４と同様にして電池１の異常を検出することができる。

［充電工程（Ｓ４０１）］
　電池ブロック１０を構成する各電池１を所定の充電電圧（Ｖｃ）で充電する。
［過充電検出工程（Ｓ４０２）］
　充電工程において、電池ブロック１０を構成する各電池１の電圧を検出し、何れかの電池１の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを検出する。
［充電停止工程（Ｓ４０３）］
　過充電検出工程で、何れかの電池１の過充電状態が検出されると、出力スイッチ２をオフに制御して充電を停止する。
［過充電解消判定工程（Ｓ４０４）］
　電池１の充電を停止する状態で、電池ブロック１０を構成する各電池１の電圧を検出し、全ての電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下したかどうかを検出する。
［充電再開工程（Ｓ４０５）］
　過充電解消判定工程で、全ての電池１が過充電解消状態と判定されると、出力スイッチ２をオンに制御して充電を再開する。
［異常検出工程（Ｓ４０６）］
　何れかの電池１の過充電状態が複数回にわたって検出されると、電池１が異常な状態であると判定する。
［電流遮断工程（Ｓ４０７）］
　異常検出工程で、何れかの電池１の異常が検出されると、異常検出回路４から溶断信号を出力して、ヒューズ５を溶断する。

　以上の電池パック１００、２００は、図５に示すフローチャートに基づいて、電池１を充電制御すると共に、異常検出回路４が電池１の異常を検出するとヒューズ５を溶断して電流を遮断する。

［ｎ＝１のステップ］
　電池パックの充電を開始する。
［ｎ＝２、３のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなったかどうかを判定する。最小電流（Ｉmin）は、電池１が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、電池１の充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｎ＝３のステップに進んで充電を終了する。

［ｎ＝４のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで減少していないと、このステップにおいて、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、何れかの電池１の電圧（Ｖ）が、所定の充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを判定する。
　ここで、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）は、各電池１の充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定され、例えば、充電電圧（Ｖｃ）を４．２Ｖとするリチウムイオン電池においては、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）を４．２５Ｖとすることができる。
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも小さく、過充電されていない状態では、正常な充電状態であると判定して、ｎ＝２のステップに戻って充電を継続する。その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで小さくなって充電が終了するか、あるいはいずれかの電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して充電が停止されるまで、ｎ＝２及び４のステップをループする。
［ｎ＝５、６のステップ］
　電池電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、この電池１を過充電状態と判定し、カウンターのカウントを開始すると共に、充電スイッチ１１をオフに制御して充電電流を遮断し、全ての電池１の充電を停止する。

［ｎ＝７のステップ］
　充電を停止する状態で、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、全ての電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下したかどうかを判定する。
　全ての電池１の電圧が充電再開電圧（Ｖａ）に低下するまで、充電スイッチ１１をオフに保持して、充電の停止状態を継続する。
［ｎ＝８のステップ］
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、充電スイッチ１１をオンに切り換えて、電池１の充電を再開する。

［ｎ＝９、１０のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなったかどうかを判定する。充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｎ＝１０のステップに進んで充電を終了する。
［ｎ＝１１のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで減少していないと、このステップにおいて、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、何れかの電池１の電圧（Ｖ）が、再び第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを判定する。
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも小さく、過充電されていない状態では、正常な充電状態であると判定して、ｎ＝９のステップに戻って充電を継続する。その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで小さくなって充電が終了するか、あるいはいずれかの電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して充電が停止されるまで、ｎ＝９及び１１のステップをループする。

［ｎ＝１２のステップ］
　電池電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、この電池１を過充電状態と判定し、カウンターの数値を１プラスする。
［ｎ＝１３、１４のステップ］
　カウンターの数値が設定値に達したかどうかを判定する。カウンターの数値が設定値に達していない場合は、ｎ＝６のステップに戻って再び充電を停止する。
　カウンターの数値が設定値に達すると、電池１の過充電状態が特定回数検出されたとして、電池異常と判定する。その後、ｎ＝１４のステップに進んで、異常検出回路４から溶断信号を出力し、ヒューズ５を溶断して電流を遮断する。

　以上のフローチャートでは、電池の過充電状態が特定回数検出されることで電池異常と判定してヒューズを溶断する。ここで、電池異常と判定する過充電状態の検出は、例えば３回以上とすることができる。

　さらに、電池パック１００、２００は、所定の時間内に電池１の過充電状態が複数回検出されることで電池異常と判定してヒューズ５を溶断することもできる。このフローチャートを図６に示す。

［ｓ＝１のステップ］
　電池パックの充電を開始する。
［ｓ＝２、３のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなったかどうかを判定する。最小電流（Ｉmin）は、電池１が満充電された状態における充電電流に設定している。したがって、電池１の充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｓ＝３のステップに進んで充電を終了する。

［ｓ＝４のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで減少していないと、このステップにおいて、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、何れかの電池１の電圧（Ｖ）が、所定の充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを判定する。
　ここで、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）は、各電池１の充電電圧（Ｖｃ）よりも高く設定され、例えば、充電電圧（Ｖｃ）を４．２Ｖとするリチウムイオン電池においては、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）を４．２５Ｖとすることができる。
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも小さく、過充電されていない状態では、正常な充電状態であると判定して、ｓ＝２のステップに戻って充電を継続する。その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで小さくなって充電が終了するか、あるいはいずれかの電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して充電が停止されるまで、ｓ＝２及び４のステップをループする。
［ｓ＝５、６のステップ］
　電池電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、この電池１を過充電状態と判定し、タイマーのカウントダウンを開始すると共に、充電スイッチ１１をオフに制御して充電電流を遮断し、全ての電池１の充電を停止する。ここで、タイマーの設定時間は、２～１０秒とする。

［ｓ＝７のステップ］
　充電を停止する状態で、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、全ての電池１の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下したかどうかを判定する。
　全ての電池１の電圧が充電再開電圧（Ｖａ）に低下するまで、充電スイッチ１１をオフに保持して、充電の停止状態を継続する。
［ｓ＝８のステップ］
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、充電スイッチ１１をオンに切り換えて、電池１の充電を再開する。

［ｓ＝９、１０のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなったかどうかを判定する。充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）よりも小さくなると満充電されたと判定して、ｓ＝１０のステップに進んで充電を終了する。
［ｓ＝１１のステップ］
　充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで減少していないと、このステップにおいて、各電池１の電圧（Ｖ）を検出し、何れかの電池１の電圧（Ｖ）が、再び第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを判定する。
　全ての電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）よりも小さく、過充電されていない状態では、正常な充電状態であると判定して、ｓ＝９のステップに戻って充電を継続する。その後、充電電流（Ｉ）が最小電流（Ｉmin）まで小さくなって充電が終了するか、あるいはいずれかの電池１の電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇して充電が停止されるまで、ｓ＝９及び１１のステップをループする。

［ｓ＝１２、１３のステップ］
　電池電圧（Ｖ）が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、タイマーがカウントアップしたかどうかを判定する。タイマーがカウントアップしている場合は、前回の過充電状態の検出から十分に時間が経過していると判定し、ヒューズを溶断すること
なく、ｓ＝５のステップに戻って、再びタイマーのカウントダウンを開始した後、充電を停止する。
　タイマーがカウントアップしていない場合は、所定の時間内に電池１の過充電状態が複数回検出されたとして、電池異常と判定する。その後、ｓ＝１３のステップに進んで、異常検出回路４から溶断信号を出力し、ヒューズ５を溶断して電流を遮断する。

　以上の実施形態では、複数の電池を直列に接続してなる電池ブロックを備える電池パックについて、その構成、異常検出方法、充電制御方法、並びに充電制御プログラミングを詳述した。ただ、本発明は、電池パックが備える電池を直列接続された複数の電池には限定しない。電池パックは、充放電できる一つの電池を備えることもできる。一つの電池を備える電池パックにおいても、前述と同様に、電池の充電状態において、電池電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると充電を停止し、電池電圧が充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると充電を再開し、さらに、電池電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を複数回にわたって検出すると、電池が異常な状態であると判定して、ヒューズの溶断信号を出力してヒューズを溶断することができる。

　本発明は、充放電できる電池の過充電を検出して電池異常が検出されると電流を遮断する電池パックであって、とくに複数の電池を直列に接続して出力を高くしてなる電池パック、例えばＡＶ機器用の電池パック等の小型化や低コスト化が要求される電池パックに好適に使用される。

１００、２００…電池パック
１…電池
２…出力スイッチ
３…制御回路
４…異常検出回路
５…ヒューズ
６…抵抗加熱素子
７…ヒュージングレジスタ
８…溶断スイッチ
１０…電池ブロック
１１…充電スイッチ
１２…放電スイッチ
１３…検出部
１４…制御部
１５…通信部
１６…電流検出抵抗
１７…温度センサ
２０…コントローラ
 

Claims (9)

1. 　一以上の充放電できる電池と、
   　前記電池の出力側に直列に接続してなる出力スイッチと、
   　前記電池の電圧を検出して前記出力スイッチをオンオフに制御する制御回路と、
   　前記電池と直列に接続されて、前記電池の異常時に溶断されるヒューズと、
   　前記電池の異常な状態を検出して、前記ヒューズを溶断する異常検出回路と、
   を備えており、
   　前記電池の充電状態において、
   　前記制御回路は、
   　　前記電池の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を検出する状態で、前記出力スイッチをオフに制御して充電を停止し、
   　　前記電池の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下する過充電解消状態を検出する状態で、前記出力スイッチをオンに制御して充電を再開するようにしてなり、
   　前記異常検出回路は、前記電池の過充電状態を、複数回にわたって検出する状態で、前記ヒューズを溶断する溶断信号を出力することを特徴とする電池パック。
2. 　請求項１に記載される電池パックであって、
   　前記電池を複数備えると共に、複数の前記電池を直列に接続してなる電池パック。
3. 　請求項１または２に記載される電池パックであって、
   　前記異常検出回路が、前記電池の過充電状態を、３回以上の特定回数を検出して、前記溶断信号を出力する電池パック。
4. 　請求項１または２に記載される電池パックであって、
   　前記異常検出回路が、所定の時間内に前記電池の過充電状態を２回以上の特定回数を検出して、前記溶断信号を出力する電池パック。
5. 　一以上の充放電できる電池と、
   　前記電池の出力側に直列に接続してなる出力スイッチと、
   　前記電池の電圧を検出して前記出力スイッチをオンオフに制御する制御回路と、
   　前記電池の異常な状態を検出する異常検出回路と、
   を備える電池パックの異常検出方法であって、
   　前記電池の充電状態において、
   　前記制御回路は、
   　　前記電池の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、前記出力スイッチをオフに制御して充電を停止し、
   　　前記電池の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、前記出力スイッチをオンに制御して充電を再開し、
   　前記異常検出回路は、前記電池の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を複数回にわたって検出すると、前記電池が異常な状態であると判定することを特徴とする電池パックの異常検出方法。
6. 　請求項５に記載される電池パックの異常検出方法であって、
   　前記異常検出回路が、前記電池の過充電状態を、３回以上の特定回数を検出すると、前記電池が異常な状態であると判定する電池パックの異常検出方法。
7. 　請求項５に記載される電池パックの異常検出方法であって、
   　前記異常検出回路が、所定の時間内に前記電池の過充電状態を２回以上の特定回数を検出すると、前記電池が異常な状態であると判定する電池パックの異常検出方法。
8. 　一以上の充放電できる電池と、
   　前記電池の出力側に直列に接続してなる出力スイッチと、
   　前記電池の電圧を検出して前記出力スイッチをオンオフに制御する制御回路と、
   　前記電池と直列に接続されて、前記電池の異常時に溶断されるヒューズと、
   　前記電池の異常な状態を検出して、前記ヒューズを溶断する異常検出回路と、
   を備える電池パックの充電制御方法であって、
   　前記電池の充電状態において、
   　前記制御回路は、
   　　前記電池の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇すると、前記出力スイッチをオフに制御して充電を停止し、
   　　前記電池の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下すると、前記出力スイッチをオンに制御して充電を再開し、
   　前記異常検出回路は、前記電池の電圧が第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇する過充電状態を複数回にわたって検出すると、前記電池が異常な状態であると判定して、前記ヒューズを溶断して電流を遮断することを特徴とする電池パックの充電制御方法。
9. 　一以上の充放電できる電池と、
   　前記電池の出力側に直列に接続してなる出力スイッチと、
   　前記電池と直列に接続されて、前記電池の異常時に溶断されるヒューズと、
   を備える電池パックの充電制御プログラミングであって、
   　前記電池を所定の充電電圧（Ｖｃ）で充電する充電工程と、
   　前記充電工程において、前記電池の電圧を検出し、前記電池の電圧が、充電電圧（Ｖｃ）より高く設定された第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）まで上昇したかどうかを検出する過充電検出工程と、
   　前記過充電検出工程で、前記電池の過充電状態が検出されると、前記出力スイッチをオフに制御して充電を停止する充電停止工程と、
   　前記電池の充電を停止する状態で、前記電池の電圧を検出し、前記電池の電圧が、第１過充電検出電圧（Ｖｐ１）より低く設定された充電再開電圧（Ｖａ）まで低下したかどうかを検出する過充電解消判定工程と、
   　前記過充電解消判定工程で、前記電池が過充電解消状態と判定されると、前記出力スイッチをオンに制御して充電を再開する充電再開工程と、
   　前記電池の過充電状態が複数回にわたって検出されると、前記電池が異常な状態であると判定する異常検出工程と、
   　前記異常検出工程で、前記電池の異常が検出されると、前記異常検出回路から溶断信号を出力して、前記ヒューズを溶断する電流遮断工程と
   を含むことを特徴とする電池パックの充電制御プログラミング。
    

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