WO2022181600A1 - 電池ユニットを備える電源 - Google Patents

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WO2022181600A1
WO2022181600A1 PCT/JP2022/007201 JP2022007201W WO2022181600A1 WO 2022181600 A1 WO2022181600 A1 WO 2022181600A1 JP 2022007201 W JP2022007201 W JP 2022007201W WO 2022181600 A1 WO2022181600 A1 WO 2022181600A1
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voltage
power supply
battery
switching element
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桂太郎 谷口
淳平 伊藤
敦史 須山
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply that connects an SCP (self-control protector) in series with a battery unit.
  • a power supply equipped with a battery unit has an SCP connected to the output side, and the SCP cuts off the current in the event of an abnormality.
  • the SCP includes a fuse element connected in series with the battery unit, and a heater that heats and fuses the fuse element with Joule heat.
  • the heater is arranged in close thermal contact with the fuse element, is connected to the battery unit via a switch, and generates Joule heat.
  • the switch is turned on when there is an abnormality on the battery or load side.
  • a switch in the ON state supplies power from the battery unit to the heater to cause the heater to generate heat.
  • the heater generates heat when power is supplied from the battery unit, but if the power supplied from the battery unit to the heater is too small, the amount of heat generated by the heater due to Joule heat is small, and the fuse element cannot be heated to the fusing temperature and blown. Conversely, if the power supplied from the battery unit is too large, the fuse element will burn out and the fuse element will not be heated and fused.
  • This protective element is required to set the power supplied from the battery unit to the heater within the set range in order to reliably blow the fuse element and cut off the current output within the set range of power supplied to the heater in the event of an abnormality. be.
  • a battery unit in which multiple battery cells are connected in series is charged, the voltage rises, and when discharged, the voltage drops and the voltage fluctuates.
  • lithium-ion secondary batteries which are used in a variety of applications due to their large charge-discharge capacity, have large voltage fluctuations relative to their remaining capacity. Since the voltage of the battery unit that has been discharged to nearly 0% changes significantly, the battery unit is connected to the heater and the supplied power changes significantly.
  • the SCP (SFK-5045x), which sets the operating voltage of the heater that melts the fuse element to 43.7 to 62V, is commercially available.
  • this SCP is connected to a battery unit in which 14 battery cells are connected in series and a voltage is supplied to the heater from the battery unit, the voltage of the battery cells, which is the operating voltage range of the heater, is 3.15 to 4 .35V. Therefore, when the cell voltage of the battery unit becomes 3.15 V or less, the SCP cannot be fused, and when the cell voltage drops to 3 V or less, the SCP cannot be fused to prohibit charging/discharging of the battery pack.
  • Patent document 1 In order to prevent the above harmful effects, a power supply has been developed that supplies power from the battery unit to the heater through a constant current circuit.
  • the power supply that supplies power from the battery unit to the heater of the SCP through a constant current circuit can heat the heater at a constant current regardless of voltage fluctuations in the battery unit, so even if the voltage of the battery unit changes, the heater calorific value can be kept constant. This is because the Joule heat that causes the heater to generate heat is specified by the product of the square of the current and the electrical resistance of the heater. Therefore, a power supply that supplies current from the battery unit to the heater through a constant current circuit heats the heater in a desirable state and blows the fuse element.
  • the internal resistance of the circuit that lowers the voltage for example, the semiconductor element such as a transistor or FET generates heat due to Joule heat.
  • the heat generated by semiconductor elements increases in proportion to the product of the square of the current and the internal resistance. Since the voltage is lowered by the internal resistance, even in short-time driving until the fuse element is fused, the circuit scale of the constant current circuit becomes large when considering heat generation, and the circuit configuration becomes complicated.
  • the present invention was developed for the purpose of overcoming the above drawbacks, and an important object of the present invention is to provide a battery unit that can cut off the current by reliably blowing the fuse element of the SCP with a simple circuit configuration. To provide a power supply with
  • a power supply comprising a battery unit includes a battery unit, an SCP (self-control protector) connected in series with the battery unit and interrupting charge/discharge current in an abnormal state, and an SCP connected to the battery unit. and a control circuit for controlling on/off of the switch.
  • a battery unit includes a plurality of battery cells connected in series.
  • the SCP includes a fuse element connected in series to the output side of the battery unit, and a heater connected to the battery unit to generate heat by Joule heat and melt the fuse element.
  • the switch includes a plurality of switching elements each having one terminal connected to the heater and the other terminal connected to a plurality of different voltage terminals having different voltages of the battery unit.
  • the control circuit includes a voltage detection circuit that detects the voltage of the battery unit or the battery cell, and a selection circuit that selects a switching element to be switched to an ON state based on the voltage detected by the voltage detection circuit. Selecting the switching element to switch to the ON state, the switching element in the ON state connects the battery unit to the heater and blows the fuse element.
  • a power supply equipped with the above battery unit can reliably blow the fuse element of the SCP and cut off the current with a simple circuit configuration.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power supply including a battery unit according to one embodiment of the present invention
  • a power source equipped with a battery unit includes a battery unit, an SCP (self-control protector) connected in series with the battery unit and interrupting charge/discharge current in an abnormal state, and an SCP connected to the battery unit. and a control circuit for on/off controlling the switch, the battery unit comprises a plurality of battery cells connected in series, and the SCP is a fuse element connected in series to the output side of the battery unit. and a heater that is connected to the battery unit and generates heat by Joule heat to melt the fuse element.
  • a plurality of switching elements connected to terminals are provided, and the control circuit includes a voltage detection circuit that detects the voltage of the battery unit or the battery cell, and a selection that selects the switching element that is switched to the ON state based on the voltage detected by the voltage detection circuit.
  • a selection circuit selects a switching element to be turned on in an abnormal state, and the switching element in the on state connects the battery unit to the heater and fuses the fuse element.
  • the above power supply selects the different voltage terminal that connects the heater to the battery unit according to the voltage change of the battery unit or battery cell, so even if the voltage of the battery unit or battery cell fluctuates, By setting the voltage supplied to the heater within a set range, the heater can be heated by the battery unit and the fuse element can be reliably fused. Since a battery unit has a plurality of battery cells connected in series, the voltage at the connection point where the battery cells are connected in series is an integer multiple of the cell voltage from the negative side to the positive side of the battery unit. becomes. Since the cell voltage varies with the remaining capacity, it is not constant, but the voltage at the different voltage terminal gradually increases from the minus side toward the plus side connection point.
  • the total voltage is 10 times the cell voltage, and the voltage at the different voltage terminal at the intermediate connection point is 5 times, so the cell voltage is the maximum voltage.
  • the cell voltage drops to 1/2, the total voltage of the battery unit is supplied to the heater via the switching element, and when the cell voltage rises to the maximum voltage, the switching connected to the different voltage terminal at the intermediate connection point The same voltage can be supplied to the heater by energizing the heater from the element.
  • the above power supply uses, for example, an SCP (SFK3045x) that sets the operating voltage of the heater that melts the fuse element to 22.3 to 31.5 V, and switches the first to third switching elements with the voltage of the battery cell. 7th, 9th, and 12th battery cells are selected to supply voltage to the heater and turned on, the operating voltage of the heater is set within the above range, and the fuse element is fused. can.
  • SCP SCP
  • SFK3045x sets the operating voltage of the heater that melts the fuse element to 22.3 to 31.5 V, and switches the first to third switching elements with the voltage of the battery cell.
  • 7th, 9th, and 12th battery cells are selected to supply voltage to the heater and turned on, the operating voltage of the heater is set within the above range, and the fuse element is fused. can.
  • the first switching element supplies a voltage to the heater from 7 series battery cells within a range of 3.2 to 4.35V cell voltage. With the above cell voltage, the heater supply voltage is 22.4 to 30.45V.
  • the second switching element supplies voltage to the heater from 9 battery cells in the range of 2.5 to 3.5V cell voltage. With the above cell voltage, the heater supply voltage is 22.5 to 31.5V.
  • the third switching element supplies a voltage from the 12-line battery cells to the heater within a range of 1.9 to 2.6V cell voltage. With the above cell voltage, the supply voltage of the heater is 22.8 to 31.2V.
  • the control circuit comprises a detection section for detecting an abnormal state, and in a state where the detection section detects the abnormal state, the switching element is turned on to melt the fuse element. .
  • a power supply comprising a battery unit includes an AFE (analog front end) that detects the voltage of each battery cell and an MPU (microprocessor unit) that detects the total voltage of the battery unit.
  • AFE analog front end
  • MPU microprocessor unit
  • a power supply including a battery unit, wherein the detection unit has an overcharge detection unit that detects overcharge of the battery unit, and the overcharge detection unit detects overcharge of the battery unit and detects SCP. fuse element.
  • the overcharge detector directly controls the switching element to melt the fuse element of the SCP. It has the advantage of being able to reliably prohibit overcharging and prevent overcharging.
  • the detection unit detects the temperature of the battery unit or battery cells, compares the detected temperature with a threshold value, and determines an abnormal state.
  • a power supply comprising a battery unit according to another embodiment of the present invention has a diode connected in series with each switching element in the conducting direction of the switching element.
  • the above battery has the advantage that multiple switching elements can be controlled together to turn on the SCP fuse element reliably. This is because the switching elements that are switched to the ON state at the same time are supplied with the voltage only from the switching element to which the maximum voltage is supplied. This power supply also realizes the feature that the fuse element of the SCP can be reliably fused by turning on a plurality of switching elements in the boundary region of the cell voltage that selects each switching element.
  • a power supply equipped with a battery unit according to another embodiment of the present invention uses FETs as switching elements.
  • the power source 100 in FIG. 1 is connected in series to the battery unit 1 and the output side of the battery unit 1, and SCP3 (self-control protector) that cuts off charging and discharging current in an abnormal state of the battery unit 1 and the load, and SCP3.
  • a switch 6 connected to the battery unit 1 to supply power to the heater 5 of the SCP 3 by the power of the battery unit 1 to melt the fuse element 4, and a control circuit 7 to turn on/off the switch 6 in an abnormal state.
  • the battery unit 1 includes a plurality of battery cells 2 connected in series.
  • a non-aqueous electrolyte secondary battery such as a lithium ion secondary battery having a large charge/discharge capacity is suitable for the battery cell 2 .
  • the present invention does not specify the battery cell to be a lithium ion secondary battery, and battery cells include all secondary batteries currently used or developed in the future, such as nickel metal hydride batteries and all-solid batteries. Available.
  • the battery unit 1 connects a plurality of battery cells 2 in series to increase the output voltage.
  • the voltage at the intermediate connection point connecting the plurality of battery cells 2 in series increases stepwise.
  • the voltage at the connection point of the battery cells 2 increases from the negative side to the positive side. Since it becomes an integral multiple and gradually increases, the voltage at the intermediate connection point connecting the battery cells 2 in series gradually increases.
  • the battery unit 1 of FIG. 1 is connected to the heater 5 of the SCP 3 via the switching element 10 using the intermediate connection point with different voltage as the different voltage terminal 11 .
  • Different voltage terminal 11 is provided to adjust the voltage supplied to heater 5 of SCP 3 .
  • the voltage of the battery unit 1 changes from a fully charged state to a completely discharged state.
  • a lithium ion secondary battery has a voltage of 4.2 V when fully charged and 2.8 V when completely discharged.
  • the total voltage varies from 28V to 42V, and the battery unit 1 with 14 battery cells 2 connected in series varies from 39.2V to 58.8V.
  • the battery unit 1 includes a plurality of different battery cells 2 connected in series in order to supply a voltage within a set range to the heater 5 of the SCP 3 via a switching element 10 from a plurality of battery cells 2 with varying voltages.
  • a voltage terminal 11 is provided.
  • the switching element 10 is connected to the different voltage terminal 11 that increases the number of serially connected battery cells 2 that supply power to the heater 5 of the SCP 3, and conversely, the voltage of the battery cell 2 increases.
  • the switching element 10 is connected to the different voltage terminal 11 where the number of battery cells 2 connected in series is small, and the supply voltage to the heater 5 of the SCP 3 is adjusted within the set range.
  • the battery unit 1 of FIG. 1 is provided with first to third different voltage terminals 11a, 11b, and 11c.
  • the battery unit 1 switches the different voltage terminal 11 connected to the SCP3 and outputs a voltage within a set range to the SCP3 in a state where the voltage of the battery cell 2 changes.
  • the SCP3 of the surface-mounted fuse "SFK3045x" manufactured by Dexerial Corporation has a supply voltage range of 22.3 to 31.5V, but this SCP3 has the following first to third different voltage terminals 11a, 11b , 11c through the switching element 10 to the SCP 3 so that the fuse element 4 can be fused.
  • the first different voltage terminal 11a is connected to the SCP 3 in a state where the cell voltage changes from 3.2 to 4.35 V, and the output voltage from the 7-line battery cell 2 is 22.4 to 30.45 V. Become.
  • the second different voltage terminal 11b is connected to the SCP 3 in a state where the cell voltage changes from 2.5 to 3.5 V, and the output voltage from the 9-line battery cell 2 is 22.5 to 31.5 V.
  • the third different voltage terminal 11c is connected to the SCP 3 in a state where the cell voltage changes from 1.9 to 2.6V, and the output voltage from the 12-series battery cell 2 becomes 22.8 to 31.2V. .
  • the switch 6 has a plurality of switching elements 10 connected to a plurality of different voltage terminals 11 .
  • the power supply 100 of FIG. 1 includes first to third switching elements 10a, 10b, 10c connected to first to third different voltage terminals 11a, 11b, 11c. Since the switch 6 connects each different voltage terminal 11 to the SCP 3 , it consists of the same number of switching elements 10 as the different voltage terminals 11 .
  • the battery unit 1 is provided with three sets of different voltage terminals 11, so three sets of switching elements 10 are used.
  • a power supply having four or more sets of different voltage terminals as a set of switching elements connects each different voltage terminal to an SCP via four or more sets of switching elements.
  • the first to third switching elements 10a, 10b, 10c preferably use FETs.
  • the power supply 100 of FIG. 1 uses an n-channel FET for each switching element 10, the drain is connected to the SCP 3 via the diode 12, the source is connected to the battery unit 1, and the gate is connected to the control circuit 7.
  • the switching element 10 is an n-channel FET, but the switching element can be a p-channel FET, a bipolar transistor, or any other semiconductor switching element that can be switched on and off.
  • the switch 6 in FIG. 1 connects the diode 12 in series with the switching element 10 .
  • the diode 12 is connected in the conducting direction of the switching element 10 in the ON state.
  • a diode 12 connected to the switching element 10 allows a current to flow from the drain to the source in the n-channel FET shown in FIG. FET is switched to the ON state, power is supplied to the heater 5 of SCP 3 only from the FET connected to the different voltage terminal 11 of the maximum voltage.
  • the power supply 100 in FIG. 1 turns on the first switching element 10a when the cell voltage of the battery unit 1 is in the range of 3.2 to 4.35V, and turns on the second switching element 10a when the cell voltage is in the range of 2.5 to 3.5V.
  • the switching element 10b is turned on, and the third switching element 10c is turned on when the cell voltage is in the range of 1.9 to 2.6V.
  • the first switching element 10a and the second switching element 10b are turned on.
  • the current in the first switching element 10a is blocked by the diode 12, although it passes through.
  • the second switching element 10b and the third switching element 10c are switched to the ON state.
  • the current of the switching element 10c of No. 3 becomes the forward current of the diode 12, but the current of the second switching element 10b becomes the reverse current of the diode 12.
  • the power supply 100 in which the diode 12 is connected in series with each switching element 10 switches the plurality of switching elements 10 to the ON state at the boundary voltage at which the cell voltage selects the switching element 10 to switch the battery unit 1 on. It has the feature that the current can be reliably supplied to the SCP 3 from the fuse element 4 of the SCP 3 to blow the fuse element 4. In particular, in the entire range of fluctuating cell voltages, the SCP 3 can be reliably energized from the battery unit 1 to heat the fuse element 4 by the heater 5 and melt it.
  • Control circuit 7 In an abnormal state, the control circuit 7 switches the switching element 10 from off to on to energize the heater 5 of the SCP 3 from the battery unit 1 to melt the fuse element 4 .
  • the control circuit 7 includes a voltage detection circuit 8 that detects the voltage of the battery unit 1 or the battery cell 2, and a selection circuit 9 that selects the switching element 10 to be turned on based on the voltage detected by the voltage detection circuit 8. .
  • the selection circuit 9 selects the switching element 10 to be turned on in an abnormal state, connects the battery unit 1 to the heater 5 through the switching element 10 in the on state, and fuses the fuse element 4 .
  • the control circuit 7 selects the switching element 10 according to the voltage of the battery cell 2 and supplies a voltage within a predetermined set range from the battery unit 1 to the SCP 3 .
  • an abnormal state is, for example, a state in which the current of the battery unit 1 is interrupted to achieve safety, a state in which the battery unit 1 is protected, or the like.
  • the fuse element 4 of the SCP3 connected to the output side of the unit 1 is fused to cut off the current.
  • the control circuit 7 controls the state in which the total voltage of the battery unit 1 or the voltage of the battery cell 2 exceeds the maximum threshold voltage or is equal to or lower than the minimum threshold voltage, the battery unit 1 or the battery cell 2 is overcharged, or Abnormal states include over-discharge, battery unit 1 or battery cell 2 current exceeding the maximum threshold current, battery unit 1 or battery cell 2 temperature exceeding the maximum threshold temperature, or being below the minimum threshold temperature. I judge.
  • various other conditions that reduce the safety of the power supply for example, can also be determined as an abnormal condition.
  • the control circuit 7 includes a detection section 16 that detects an abnormal state.
  • the detection unit 16 detects an abnormal state, switches the switching element 10 from off to on, and fuses the fuse element 4 of the SCP 3 .
  • the control circuit 7 detects the voltage of the battery cell 2 with the voltage detection circuit 8 and selects the switching element 10 to be switched from off to on by the selection circuit 9 .
  • the control circuit 7 of FIG. 1 includes an AFE (analog front end) 13 that detects the voltage, current, temperature, etc. of the battery unit 1 and each battery cell 2 as a detection unit 16, converts them into digital signals, and outputs the digital signals. It has an MPU (microprocessor unit) 14 that calculates a digital signal output from the AFE 13 and an overcharge detector 15 that detects overcharge by detecting the voltage of the battery unit 1 .
  • AFE analog front end
  • MPU microprocessor unit
  • An AFE (analog front end) 13 has a voltage detection circuit 8 that detects the voltage of each battery cell 2
  • an MPU (microprocessor unit) 14 has a voltage detection circuit 8 that detects the total voltage of the battery unit 1. ing.
  • the detection unit 16 can determine abnormality by comparing the cell voltage of the battery cell 2 detected by the AFE 13 and the total voltage of the battery unit 1 detected by the MPU 14 with threshold values. Furthermore, the detection unit 16 can also detect the temperature of the battery unit 1 or the battery cell 2 and compare the detected temperature with a threshold value to determine an abnormal state.
  • the detection unit 16 shown in FIG. 1 includes a temperature sensor 17 and detects the temperature of the battery unit 1 or the battery cell 2 via the temperature sensor 17 .
  • the MPU 14 calculates the digital signal input from the AFE 13 to calculate the remaining capacity of the battery unit 1 and the battery cell 2, compares the remaining capacity and the detected voltage with a threshold value, determines an abnormal state, and determines an abnormal state. In this state, an ON voltage is output to the gate of the switching element 10 .
  • the power supply 100 of FIG. 1 uses an n-channel FET for the switching element 10, the drain is connected to the heater 5 of the SCP 3 via the diode 12, the source is connected to the battery unit 1, and the gate is connected to the MPU 14. inputs to the gate a voltage at which the gate voltage with respect to the source becomes the ON voltage, and switches the switching element 10 from off to on.
  • the MPU 14 has a selection circuit 9 that selects the first, second, and third switching elements 10a, 10b, and 10c according to the cell voltage of the battery unit 1 and switches them from off to on.
  • the selection circuit 9 turns the first switching element 10a from off to on when the cell voltage is in the range of 3.2 to 4.35V, and turns on the second switching element when the cell voltage is in the range of 2.5 to 3.5V.
  • 10b is turned on from off, and when the cell voltage is in the range of 1.9 to 2.6V, the third switching element 10c is turned on from off.
  • the selection circuit 9 selects the switching element 10 to be switched on from the first switching element 10a to the second switching element 10 so that at least one switching element 10 can be switched from off to on when the cell voltage gradually decreases.
  • both the first switching element 10a and the second switching element 10b are turned on, and in an abnormal state, one of the switching elements 10 is reliably turned on.
  • the above-described power supply 100 has the feature that, in an abnormal state, any one of the switching elements 10 can be reliably turned on so that the SCP 3 can cut off the current.
  • each switching element 10 has a diode 12 connected in series, a plurality of switching elements 10 are turned on, and a plurality of different voltage terminals 11 are connected via the plurality of switching elements 10 that have been turned on. is connected to the heater 5 of SCP3, but in this state only one different voltage terminal 11 supplies power to SCP3.
  • the plurality of switching elements 10 connect the positive side and the negative side of the battery cell 2, but the diode 12 cuts off the discharge current of the battery cell 2 and prevents short current from flowing. do.
  • the overcharge detector 15 detects the total voltage of the battery unit 1 and switches the first switching element 10a from off to on. Since the overcharge detector 15 detects overcharge of the battery unit 1, the cell voltage is high in this state, and the overcharge detector 15 switches the first switching element 10a from off to on. Therefore, the first switching element 10a is switched from OFF to ON when ON voltage is input to the gate thereof from both the MPU 14 and the overcharge detection unit 15 . In the power supply 100 described above, both the MPU 14 and the overcharge detector 15 switch the first switching element 10a from off to on. 1 switching element 10a can be switched from off to on to cut off the charging current at SCP3.
  • the power supply 100 in FIG. 1 connects a discharge switching element 19 that cuts off the discharge current and a charge switching element 18 that cuts off the charge current in series with the output side of the battery unit 1, and connects the discharge switching element 19 and the charge switching element 18 that cuts off the charging current.
  • the AFE 13 controls the charging switching element 18 to be turned on and off. When the detected voltage of the battery unit 1 or the battery cell 2 becomes lower than the minimum voltage, the AFE 13 switches the discharge switching element 19 from ON to OFF to cut off the discharge current, and when the detected voltage becomes higher than the maximum voltage, the AFE 13 switches the charge switching element 18 from ON to OFF. Switch off to cut off the charging current.
  • the present invention is a power supply having a battery unit, and is particularly suitable for a power supply that has an SCP (self-control protector) on the output side of the battery unit and cuts off current with the SCP in the event of an abnormality.
  • SCP self-control protector
  • SYMBOLS 100... Power supply 1... Battery unit 2... Battery cell 3... SCP 4 Fuse element 5 Heater 6 Switch 7 Control circuit 8 Voltage detection circuit 9 Selection circuit 10 Switching element 10a First switching element 10b Second switching element 10c Third switching element 11 Different voltage terminal 11a First different voltage terminal 11b Second different voltage terminal 11c Third different voltage terminal 12 Diode 13 AFE 14 MPU DESCRIPTION OF SYMBOLS 15... Overcharge detection part 16... Detection part 17... Temperature sensor 18... Charge switching element 19... Discharge switching element

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Abstract

簡単な回路構成でＳＣＰのヒューズエレメントを確実に溶断して電流を遮断する。　電池ユニットを備える電源は、電池ユニット１に直列に接続されて異常状態で充放電電流を遮断するＳＣＰ３を電池ユニット１に接続するスイッチ６を制御回路７でオンオフ制御している。電池ユニット１は直列接続された複数の電池セル２を備え、ＳＣＰ３は電池ユニット１の出力側に直列に接続されたヒューズエレメント４と、ヒューズエレメント４を溶断するヒーター５とを備え、スイッチ６は一方の端子をヒーター５に接続して、他方の端子を電池ユニット１の異電圧端子１１に接続してなる複数のスイッチング素子１０を備え、制御回路７は、電圧検出回路８の検出電圧で、オン状態に切り換えるスイッチング素子１０を選択回路９で選択して、オン状態のスイッチング素子１０が電池ユニット１をヒーター５に接続してヒューズエレメント４を溶断する。

Description

電池ユニットを備える電源
　本発明は電池ユニットと直列にＳＣＰ（セルフコントロールプロテクタ）を接続している電源に関する。
　電池ユニットを備える電源は、出力側にＳＣＰを接続して、異常時にＳＣＰで電流を遮断している。ＳＣＰは、電池ユニットと直列に接続しているヒューズエレメントと、このヒューズエレメントをジュール熱で加熱して溶断するヒーターとを備える。ヒーターはヒューズエレメントと熱結合状態に接近して配置され、スイッチを介して電池ユニットに接続されてジュール熱で発熱する。スイッチは電池や負荷側の異常時にオン状態に切り換えられる。オン状態のスイッチは、電池ユニットからヒーターに電力を供給してヒーターを発熱させる。ヒーターは電池ユニットから電力が供給されて発熱するが、電池ユニットからヒーターへの供給電力が小さすぎると、ヒーターのジュール熱による発熱量が小さく、ヒューズエレメントを溶断温度まで加熱して溶断できず、反対に電池ユニットからの供給電力が大き過ぎると、焼損してヒューズエレメントを加熱して溶断できない。この保護素子は、異常時にヒーターに供給する電力を設定範囲として確実にヒューズエレメントを溶断して電流出力を遮断するためには、電池ユニットからヒーターに供給する電力を設定範囲とすることが要求される。
　複数の電池セルを直列に接続している電池ユニットは、充電されて電圧が上昇し、放電されて電圧が低下して電圧が変動する。とくに充放電容量の大きいことから種々の用途に多様されているリチウムイオン二次電池は、残容量に対する電圧変動が大きく、満充電されて残容量が１００％近くなった電池ユニットと、残容量が０％近くまで放電された電池ユニットとでは電圧が大幅に変化するので、電池ユニットがヒーターに接続されて供給電力が大幅に変化する弊害が発生する。
　例えば、ヒューズエレメントを溶断するヒーターの動作電圧を４３．７～６２ＶとするＳＣＰ（ＳＦＫ－５０４５ｘ）は市販されている。このＳＣＰが、１４個の電池セルを直列接続している電池ユニットに接続されて、ヒーターに電池ユニットから電圧を供給すると、ヒーターの動作電圧範囲となる電池セルの電圧は、３．１５～４．３５Ｖとなる。したがって、電池ユニットのセル電圧が３．１５Ｖ以下になるとＳＣＰを溶断することができず、セル電圧が３Ｖ以下に低下する状態ではＳＣＰを溶断して電池パックの充放電を禁止させることができない。
　以上の弊害を防止するために、電池ユニットから定電流回路を介してヒーターに電力を供給する電源が開発されている。（特許文献１）
特開２０１９－２０８３１９号公報
　電池ユニットから定電流回路を介してＳＣＰのヒーターに電力を供給する電源は、電池ユニットの電圧変動に関係なく、ヒーターを一定の電流で発熱できるので、電池ユニットの電圧が変化しても、ヒーターの発熱量を一定にできる。ヒーターを発熱させるジュール熱が、電流の二乗とヒーターの電気抵抗の積で特定されるからである。したがって、定電流回路を介して電池ユニットからヒーターに通電する電源は、ヒーターを好ましい状態で加熱してヒューズエレメントを溶断できるが、定電流回路は、電池ユニットの電圧を半導体素子の内部抵抗の電圧降下で低下させて出力電圧を一定値に保持するので、電圧を低下させる回路、たとえばトランジスタやＦＥＴなどの半導体素子の内部抵抗がジュール熱で発熱する。半導体素子の発熱は、電流の二乗と内部抵抗の積に比例して増大するが、一般的なＳＣＰにおいて、ヒューズエレメントを溶断するのに必要なヒーター電流は数Ａ程度と大きく、さらに電池ユニットの電圧を内部抵抗で低下するので、ヒューズエレメントを溶断するまでの短時間のドライブにおいても、発熱を考慮すると定電流回路の回路規模が大きくなり、さらに回路構成も複雑になる欠点がある。
　本発明は、さらに以上の欠点を解消することを目的に開発されたもので、本発明の大切な目的は、簡単な回路構成でＳＣＰのヒューズエレメントを確実に溶断して電流を遮断できる電池ユニットを備える電源を提供することにある。
　本発明のある態様に係る電池ユニットを備える電源は、電池ユニットと、電池ユニットと直列に接続されて異常状態で充放電電流を遮断するＳＣＰ（セルフコントロールプロテクタ）と、ＳＣＰを電池ユニットに接続してなるスイッチと、スイッチをオンオフ制御する制御回路とを備えている。電池ユニットは、互いに直列接続されてなる複数の電池セルを備えている。ＳＣＰは、電池ユニットの出力側に直列に接続されてなるヒューズエレメントと、電池ユニットに接続されてジュール熱で発熱して前記ヒューズエレメントを溶断するヒーターとを備えている。スイッチは、一方の端子をヒーターに接続して、他方の端子を電池ユニットの電圧が異なる複数の異電圧端子に接続してなる複数のスイッチング素子を備えている。制御回路は、電池ユニット又は電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路の検出電圧で、オン状態に切り換えるスイッチング素子を選択する選択回路とを備え、異常状態において選択回路が、オン状態に切り換えるスイッチング素子を選択して、オン状態のスイッチング素子が電池ユニットをヒーターに接続してヒューズエレメントを溶断する。
　以上の電池ユニットを備える電源は、簡単な回路構成でＳＣＰのヒューズエレメントを確実に溶断して電流を遮断できる。
本発明の一実施形態に係る電池ユニットを備える電源の概略構成図である。
　本発明の実施態様の電池ユニットを備える電源は、電池ユニットと、電池ユニットと直列に接続されて異常状態で充放電電流を遮断するＳＣＰ（セルフコントロールプロテクタ）と、ＳＣＰを電池ユニットに接続してなるスイッチと、スイッチをオンオフ制御する制御回路とを備え、電池ユニットは、互いに直列接続されてなる複数の電池セルを備え、ＳＣＰは、電池ユニットの出力側に直列に接続されてなるヒューズエレメントと、電池ユニットに接続されてジュール熱で発熱してヒューズエレメントを溶断するヒーターとを備え、スイッチは、一方の端子をヒーターに接続して、他方の端子を電池ユニットの電圧が異なる複数の異電圧端子に接続してなる複数のスイッチング素子を備え、制御回路は、電池ユニット又は電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、電圧検出回路の検出電圧で、オン状態に切り換えるスイッチング素子を選択する選択回路とを備え、異常状態において選択回路が、オン状態に切り換えるスイッチング素子を選択して、オン状態のスイッチング素子が電池ユニットをヒーターに接続してヒューズエレメントを溶断する。
　以上の電源は、電池ユニットや電池セルの電圧変化に対応して、ヒーターを電池ユニットに接続する異電圧端子を選択するので、電池ユニットや電池セルの電圧が変動する状態においても、電池ユニットからヒーターに供給する電圧を設定範囲として、電池ユニットでヒーターを加熱してヒューズエレメントを確実に溶断できる。電池ユニットは、複数の電池セルを直列に接続しているので、電池セルを直列接続している接続点の電圧は、電池ユニットのマイナス側からプラス側に向かって、セル電圧の整数倍の電圧となる。セル電圧は残容量で変化するので一定ではないが、マイナス側からプラス側の接続点に向かって異電圧端子の電圧は次第に高くなる。たとえば、１０個の電池セルを直列接続している電池ユニットは、総電圧がセル電圧の１０倍、中間の接続点にある異電圧端子の電圧は５倍となるので、セル電圧が最大電圧の１／２に低下する状態では、電池ユニットの総電圧をスイッチング素子を介してヒーターに供給し、セル電圧が最大電圧まで上昇する状態では、中間の接続点の異電圧端子に接続しているスイッチング素子からヒーターに通電してヒーターには同じ電圧を供給できる。
　以上の電源は、例えばヒューズエレメントを溶断するヒーターの動作電圧を２２．３～３１．５ＶとするＳＣＰ（ＳＦＫ３０４５ｘ）を使用して、第１～第３のスイッチング素子を、電池セルの電圧で、７直の電池セル、９直の電池セル、１２直の電池セルからヒーターに電圧を供給するように選択してオン状態として、ヒーターの動作電圧を以上の範囲内に設定してヒューズエレメントを溶断できる。
　第１のスイッチング素子は、セル電圧を３．２～４．３５Ｖとする範囲で７直の電池セルからヒーターに電圧を供給する。以上のセル電圧でヒーターの供給電圧は２２．４～３０．４５Ｖとなる。
　第２のスイッチング素子は、セル電圧を２．５～３．５Ｖとする範囲で９直の電池セルからヒーターに電圧を供給する。以上のセル電圧でヒーターの供給電圧は２２．５～３１．５Ｖとなる。
　第３のスイッチング素子は、セル電圧を１．９～２．６Ｖとする範囲で１２直の電池セルからヒーターに電圧を供給する。以上のセル電圧でヒーターの供給電圧は２２．８～３１．２Ｖとなる。
　以上の電源は、第１～第３のスイッチング素子を介して電池ユニットからＳＣＰのヒーターに電圧を供給するが、スイッチング素子を４組とする電源装置は、第４のスイッチング素子を、セル電圧が１．６～２．２Ｖに低下する状態で、１４直の電池セルからヒーターに電圧を供給して、ヒーターの供給電圧を２２．４～３０．８Ｖとして、規定の動作電圧に設定できる。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、制御回路が異常状態を検出する検出部を備え、検出部が異常状態を検出する状態で、スイッチング素子をオン状態としてヒューズエレメントを溶断する。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、検出部が、各々の電池セルの電圧を検出するＡＦＥ（アナログフロントエンド）と、電池ユニットの総電圧を検出するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）とを備え、ＡＦＥが検出する電池セルのセル電圧と、ＭＰＵが検出する電池ユニットの総電圧を閾値に比較して異常判定する。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、検出部が電池ユニットの過充電を検出する過充電検出部を有し、過充電検出部が、電池ユニットの過充電を検出してＳＣＰのヒューズエレメントを溶断する。
　以上の電源は、過充電検出部でもって、直接にスイッチング素子を制御してＳＣＰのヒューズエレメントを溶断するので、制御回路の電圧検出回路などに異常が生じた場合においても、電池ユニットの充放電を確実に禁止して過充電を防止できる特長がある。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、検出部が電池ユニット又は電池セルの温度を検出し、検出温度を閾値に比較して異常状態を判定する。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、各々のスイッチング素子と直列に、スイッチング素子の通電方向にダイオードを接続している。
　以上の電池は、複数のスイッチング素子を一緒にオン状態に制御して、ＳＣＰのヒューズエレメントを確実に溶断できる特長がある。同時にオン状態に切り換えされるスイッチング素子は、最大電圧が供給されるスイッチング素子のみから電圧が供給されるからである。この電源は、各々のスイッチング素子を選択するセル電圧の境界領域で複数のスイッチング素子をオン状態として、ＳＣＰのヒューズエレメントを確実に溶断できる特長も実現する。
　本発明の他の実施態様の電池ユニットを備える電源は、スイッチング素子をＦＥＴとしている。
　以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
　さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下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、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、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。
（実施の形態１）
　図１の電源１００は、電池ユニット１と、電池ユニット１の出力側に直列に接続されて、電池ユニット１や負荷の異常状態では充放電電流を遮断するＳＣＰ３（セルフコントロールプロテクタ）と、ＳＣＰ３を電池ユニット１に接続して電池ユニット１の電力でＳＣＰ３のヒーター５に電力を供給してヒューズエレメント４を溶断するスイッチ６と、異常状態においてスイッチ６をオンオフ制御する制御回路７とを備える。
（電池ユニット１）
　電池ユニット１は、互いに直列接続してなる複数の電池セル２を備える。電池セル２は充放電容量の大きいリチウムイオン二次電池などの非水電解液二次電池が適している。ただし、本発明は、電池セルをリチウムイオン二次電池に特定するものでなく、電池セルには現在使用され、あるいはこれから開発される全ての二次電池、たとえばニッケル水素電池や全個体電池なども使用できる。
　電池ユニット１は、複数の電池セル２を直列に接続して出力電圧を高くしている。この電池ユニット１は、複数の電池セル２を直列に接続している中間接続点の電圧が段階的に高くなる。たとえば、定格電圧が３．７Ｖのリチウムイオン二次電池からなる電池セル２を直列に接続する電池ユニット１は、マイナス側からプラス側に向かって、電池セル２の接続点の電圧がセル電圧の整数倍となって次第に高くなるので、電池セル２を直列に接続している中間接続点の電圧が次第に高くなる。図１の電池ユニット１は、電圧が異なる中間接続点を異電圧端子１１として、スイッチング素子１０を介してＳＣＰ３のヒーター５に接続している。異電圧端子１１は、ＳＣＰ３のヒーター５に供給する電圧を調整するために設けている。電池ユニット１は、満充電された状態から完全に放電された状態まで電圧が変化する。たとえばリチウムイオン二次電池は、満充電された電圧が４．２Ｖ、完全に放電された電圧が２．８Ｖとなるので、たとえば１０個の電池セル２を直列に接続している電池ユニット１の総電圧は、２８Ｖから４２Ｖまで変化し、１４個の電池セル２を直列接続している電池ユニット１は、３９．２Ｖから５８．８Ｖに変化する。
　電池ユニット１は、電圧が変化する複数の電池セル２から、スイッチング素子１０を介してＳＣＰ３のヒーター５に設定範囲の電圧を供給するために、直列接続する電池セル２の個数が異なる複数の異電圧端子１１を設けている。電池セル２の電圧が低下する状態では、ＳＣＰ３のヒーター５に電力を供給する電池セル２の直列接続個数を多くする異電圧端子１１にスイッチング素子１０を接続し、反対に電池セル２の電圧が高くなる状態では、直列接続している電池セル２の個数の少ない異電圧端子１１にスイッチング素子１０を接続して、ＳＣＰ３のヒーター５への供給電圧を設定範囲に調整する。
　図１の電池ユニット１は、第１～第３の異電圧端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けている。の電池ユニット１は、電池セル２の電圧が変化する状態で、ＳＣＰ３に接続する異電圧端子１１を切り換えて設定範囲の電圧をＳＣＰ３に出力する。例えば、デクセリアル株式会社の表面実装型ヒューズ「ＳＦＫ３０４５ｘ」のＳＣＰ３は、供給電圧範囲を２２．３～３１．５Ｖとするが、このＳＣＰ３は、以下の第１～第３の異電圧端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃからスイッチング素子１０を介してＳＣＰ３に接続して、ヒューズエレメント４を溶断できる。
　第１の異電圧端子１１ａは、セル電圧が３．２～４．３５Ｖに変化する状態でＳＣＰ３に接続されて、７直の電池セル２からの出力電圧は、２２．４～３０．４５Ｖとなる。
　第２の異電圧端子１１ｂは、セル電圧が２．５～３．５Ｖに変化する状態でＳＣＰ３に接続されて、９直の電池セル２からの出力電圧は、２２．５～３１．５Ｖとなる。
　第３の異電圧端子１１ｃは、セル電圧が１．９～２．６Ｖに変化する状態でＳＣＰ３に接続されて、１２直の電池セル２からの出力電圧は２２．８～３１．２Ｖとなる。
（スイッチ６）
　スイッチ６は、複数の異電圧端子１１に接続している複数のスイッチング素子１０を備える。図１の電源１００は、第１～第３の異電圧端子１１ａ、１１ｂ、１１ｃに接続される第１～第３のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃを備える。スイッチ６は、各々の異電圧端子１１をＳＣＰ３に接続するので、異電圧端子１１と同数のスイッチング素子１０からなる。図１の電源１００は、電池ユニット１に３組の異電圧端子１１を設けているので、３組のスイッチング素子１０を使用するが、異電圧端子を２組とする電池ユニットの電源は、２組のスイッチング素子を、異電圧端子を４組以上とする電源は、４組以上のスイッチング素子を介して各々の異電圧端子をＳＣＰに接続する。
　第１～第３のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、好ましくはＦＥＴを使用する。図１の電源１００は、各々のスイッチング素子１０にｎチャンネルＦＥＴを使用して、ドレインをダイオード１２を介してＳＣＰ３に、ソースを電池ユニット１に、ゲートを制御回路７に接続している。以上の電源１００は、スイッチング素子１０をｎチャンネルＦＥＴとするが、スイッチング素子には、ｐチャンネルＦＥＴや、バイポーラトランジスタなど、オンオフに切り換えできる他の全ての半導体スイッチング素子も使用できる。
　図１のスイッチ６は、スイッチング素子１０に直列にダイオード１２を接続している。ダイオード１２はオン状態のスイッチング素子１０の通電方向に接続されている。スイッチング素子１０に接続されるダイオード１２は、スイッチング素子１０の通電方向、図１のｎチャンネルＦＥＴにあっては、ドレインからソースに向かって電流を流し、反対方向に流れる電流を遮断するので、複数のＦＥＴがオン状態に切り換えられる状態では、最大電圧の異電圧端子１１に接続しているＦＥＴのみからＳＣＰ３のヒーター５に通電して電力を供給する。
　図１の電源１００は、例えば電池ユニット１のセル電圧が３．２～４．３５Ｖの範囲では第１のスイッチング素子１０ａをオン、セル電圧が２．５～３．５Ｖの範囲では第２のスイッチング素子１０ｂをオン、セル電圧が１．９～２．６Ｖの範囲では第３のスイッチング素子１０ｃをオンとする。この電源１００は、電池ユニット１のセル電圧が３．３Ｖの状態では、第１のスイッチング素子１０ａと第２のスイッチング素子１０ｂがオンとなるが、第２のスイッチング素子１０ｂの電流はダイオード１２を通過するが、第１のスイッチング素子１０ａの電流はダイオード１２で遮断される。電池ユニット１のセル電圧が２．５Ｖの範囲では、第２のスイッチング素子１０ｂと第３のスイッチング素子１０ｃがオン状態に切り換えられるが、この状態においても電池ユニット１からＳＣＰ３に流れる電流は、第３のスイッチング素子１０ｃの電流はダイオード１２の順方向の電流となるが、第２のスイッチング素子１０ｂの電流はダイオード１２の逆方向の電流となるので、第３のスイッチング素子１０ｃが電池ユニット１からＳＣＰ３に電流を供給する。以上のように、各々のスイッチング素子１０にダイオード１２を直列接続している電源１００は、セル電圧がスイッチング素子１０を選択する境界電圧において、複数のスイッチング素子１０をオン状態に切り換えて電池ユニット１から確実にＳＣＰ３に電流を供給して、ＳＣＰ３のヒューズエレメント４を溶断できる特長がある。とくに、変動するセル電圧の全ての範囲において、電池ユニット１から確実にＳＣＰ３に通電してヒーター５でヒューズエレメント４を加熱して溶断できる。
（制御回路７）
　制御回路７は異常状態において、スイッチング素子１０をオフからオンに切り換えて、電池ユニット１からＳＣＰ３のヒーター５に通電してヒューズエレメント４を溶断する。制御回路７は、電池ユニット１又は電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路８と、電圧検出回路８の検出電圧で、オン状態に切り換えるスイッチング素子１０を選択する選択回路９とを備えている。選択回路９は、異常状態において、オン状態に切り換えるスイッチング素子１０を選択して、オン状態のスイッチング素子１０を介して電池ユニット１をヒーター５に接続してヒューズエレメント４を溶断する。制御回路７は、電池セル２の電圧でスイッチング素子１０を選択して、電池ユニット１からＳＣＰ３に、所定の設定範囲の電圧を供給する。
　本発明は、異常状態を特定するものではないが、異常状態は、例えば電池ユニット１の電流を遮断して安全性を実現する状態、あるいは電池ユニット１を保護する状態などで、この状態では電池ユニット１の出力側に接続しているＳＣＰ３のヒューズエレメント４を溶断して電流を遮断する。制御回路７は、具体的には、電池ユニット１の総電圧又は電池セル２の電圧が最大閾値電圧を超え、あるいは最低閾値電圧以下の状態、電池ユニット１又は電池セル２が過充電され、あるいは過放電された状態、電池ユニット１又は電池セル２の電流が最大閾値電流を超える状態、電池ユニット１又は電池セル２の温度が最高閾値温度を超え、あるいは最低閾値温度以下の状態などを異常状態と判定する。ただ、本発明は、異常状態を特定するものではないので、たとえば、電源の安全性を低下させる他の種々の状態を異常状態として判定することもできる。
　制御回路７は異常状態を検出する検出部１６を備える。検出部１６は異常状態を検出して、スイッチング素子１０をオフからオンに切り換えてＳＣＰ３のヒューズエレメント４を溶断する。制御回路７は、異常状態において、電圧検出回路８で電池セル２の電圧を検出して、選択回路９がオフからオンに切り換えるスイッチング素子１０を選択する。図１の制御回路７は、検出部１６として、電池ユニット１と各々の電池セル２の電圧、電流、温度などを検出し、デジタル信号に変換して出力するＡＦＥ（アナログフロントエンド）１３と、ＡＦＥ１３から出力されるデジタル信号を演算するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１４と、電池ユニット１の電圧を検出して過充電を検出する過充電検出部１５とを備える。
　ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１３は、各々の電池セル２の電圧を検出する電圧検出回路８を備え、ＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）１４は、電池ユニット１の総電圧を検出する電圧検出回路８を備えている。この検出部１６は、ＡＦＥ１３が検出する電池セル２のセル電圧と、ＭＰＵ１４が検出する電池ユニット１の総電圧を閾値に比較して異常判定できる。さらに、検出部１６は、電池ユニット１又は電池セル２の温度を検出し、検出温度を閾値に比較して異常状態を判定することもできる。図１に示す検出部１６は、温度センサ１７を備えており、この温度センサ１７を介して、電池ユニット１又は電池セル２の温度を検出している。
　ＭＰＵ１４は、ＡＦＥ１３から入力されるデジタル信号を演算して電池ユニット１や電池セル２の残容量を演算し、残容量や検出電圧を閾値に比較して異常状態を判定して、異常状態と判定する状態では、スイッチング素子１０のゲートにオン電圧を出力する。図１の電源１００は、スイッチング素子１０にｎチャンネルＦＥＴを使用して、ドレインはダイオード１２を介してＳＣＰ３のヒーター５に、ソースは電池ユニット１に、ゲートはＭＰＵ１４に接続しているので、ＭＰＵ１４はソースに対するゲート電圧がオン電圧となる電圧をゲートに入力してスイッチング素子１０をオフからオンに切り換える。
　ＭＰＵ１４は、電池ユニット１のセル電圧で第１、第２、第３のスイッチング素子１０ａ、１０ｂ、１０ｃを選択してオフからオンに切り換える選択回路９を備えている。選択回路９は、例えば、セル電圧が３．２～４．３５Ｖの範囲では第１のスイッチング素子１０ａをオフからオンに、セル電圧が２．５～３．５Ｖの範囲では第２のスイッチング素子１０ｂをオフからオンに、セル電圧が１．９～２．６Ｖの範囲では第３のスイッチング素子１０ｃをオフからオンに切り換える。選択回路９は異常状態において、少なくともひとつのスイッチング素子１０をオフからオンに切り換えできるように、セル電圧が次第に低下して、オン状態に切り換えるスイッチング素子１０を第１のスイッチング素子１０ａから第２のスイッチング素子１０ｂに切り換えタイミングでは、第１のスイッチング素子１０ａと第２のスイッチング素子１０ｂの両方をオン状態として、異常状態においては、確実にいずれかのスイッチング素子１０をオン状態とする。以上の電源１００は、異常状態において、確実にいずれかのスイッチング素子１０をオン状態として、ＳＣＰ３で電流を遮断できる特長がある。各々のスイッチング素子１０は、ダイオード１２を直列接続しているので、複数のスイッチング素子１０がオン状態となって、オン状態に切り換えられた複数のスイッチング素子１０を介して、複数の異電圧端子１１がＳＣＰ３のヒーター５に接続されるが、この状態においては、ひとつの異電圧端子１１のみがＳＣＰ３に電力を供給する。複数のスイッチング素子１０のオン状態では、複数のスイッチング素子１０が電池セル２のプラス側とマイナス側を接続するが、ダイオード１２が電池セル２の放電電流を遮断してショート電流が流れるのを阻止する。
　図１の電源１００は、ＭＰＵ１４に加えて、過充電検出部１５も電池ユニット１の過充電を検出してＳＣＰ３で電流を遮断する。過充電検出部１５は、電池ユニット１の総電圧を検出して第１のスイッチング素子１０ａをオフからオンに切り換える。過充電検出部１５は電池ユニット１の過充電を検出するので、この状態でセル電圧は高く、過充電検出部１５は第１のスイッチング素子１０ａをオフからオンに切り換える。したがって、第１のスイッチング素子１０ａは、ＭＰＵ１４と過充電検出部１５の両方からゲートにオン電圧が入力されてオフからオンに切り換えられる。以上の電源１００は、ＭＰＵ１４と過充電検出部１５の両方で第１のスイッチング素子１０ａをオフからオンに切り換えるので、仮にＡＦＥ１３やＭＰＵ１４が正常に動作しない状態においても、過充電検出部１５が第１のスイッチング素子１０ａをオフからオンに切り換えて、ＳＣＰ３で充電電流を遮断できる特長がある。
　さらに、図１の電源１００は、電池ユニット１の出力側と直列に、放電電流を遮断する放電スイッチング素子１９と、充電電流を遮断する充電スイッチング素子１８とを接続して、放電スイッチング素子１９と充電スイッチング素子１８をＡＦＥ１３でオンオフに制御している。ＡＦＥ１３は、電池ユニット１又は電池セル２の検出電圧が最低電圧よりも低くなると放電スイッチング素子１９をオンからオフに切り換えて放電電流を遮断し、最大電圧よりも高くなると充電スイッチング素子１８をオンからオフに切り換えて充電電流を遮断する。
　本発明は電池ユニットを備える電源であって、とくに、電池ユニットの出力側にＳＣＰ（セルフコントロールプロテクタ）を備えて、異常時にＳＣＰで電流を遮断する電源に好適に使用できる。
１００…電源
１…電池ユニット
２…電池セル
３…ＳＣＰ
４…ヒューズエレメント
５…ヒーター
６…スイッチ
７…制御回路
８…電圧検出回路
９…選択回路
１０…スイッチング素子
１０ａ…第１のスイッチング素子
１０ｂ…第２のスイッチング素子
１０ｃ…第３のスイッチング素子
１１…異電圧端子
１１ａ…第１の異電圧端子
１１ｂ…第２の異電圧端子
１１ｃ…第３の異電圧端子
１２…ダイオード
１３…ＡＦＥ
１４…ＭＰＵ
１５…過充電検出部
１６…検出部
１７…温度センサ
１８…充電スイッチング素子
１９…放電スイッチング素子

Claims (7)

  1. 　電池ユニットと、
    　前記電池ユニットと直列に接続されて異常状態で充放電電流を遮断するＳＣＰ（セルフコントロールプロテクタ）と、
    　前記ＳＣＰを前記電池ユニットに接続してなるスイッチと、
    　前記スイッチをオンオフ制御する制御回路とを備える電源であって、
    　前記電池ユニットは、互いに直列接続されてなる複数の電池セルを備え、
    　前記ＳＣＰは、
    　　前記電池ユニットの出力側に直列に接続されてなるヒューズエレメントと、
    　　前記電池ユニットに接続されてジュール熱で発熱して前記ヒューズエレメントを溶断するヒーターとを備え、
    　前記スイッチは、
    　　一方の端子を前記ヒーターに接続して、
    　　他方の端子を前記電池ユニットの電圧が異なる複数の異電圧端子に接続してなる複数のスイッチング素子を備え、
    　前記制御回路は、
    　　前記電池ユニット又は前記電池セルの電圧を検出する電圧検出回路と、
    　　前記電圧検出回路の検出電圧で、オン状態に切り換える前記スイッチング素子を選択する選択回路とを備え、
    　異常状態において前記選択回路が、
    　　オン状態に切り換える前記スイッチング素子を選択して、
    　　オン状態の前記スイッチング素子が前記電池ユニットを前記ヒーターに接続して前記ヒューズエレメントを溶断することを特徴とする電池ユニットを備える電源。
  2. 　請求項１に記載の電池ユニットを備える電源であって、
    　前記制御回路が異常状態を検出する検出部を備え、前記検出部が異常状態を検出する状態で、前記スイッチング素子をオン状態として前記ヒューズエレメントを溶断する電池ユニットを備える電源。
  3. 　請求項２に記載の電池ユニットを備える電源であって、
    　前記検出部が、
    　　各々の前記電池セルの電圧を検出するＡＦＥ（アナログフロントエンド）と、
    　　前記電池ユニットの総電圧を検出するＭＰＵ（マイクロプロセッサユニット）とを備え、
    　前記ＡＦＥが検出する電池セルのセル電圧と、前記ＭＰＵが検出する電池ユニットの総電圧を閾値に比較して異常判定する電池ユニットを備える電源。
  4. 　請求項２又は３に記載の電池ユニットを備える電源であって、
    　前記検出部が、前記電池ユニットの過充電を検出する過充電検出部を有し、
    　前記過充電検出部が、前記電池ユニットの過充電を検出して前記ＳＣＰのヒューズエレメントを溶断する電池ユニットを備える電源。
  5. 　請求項２ないし４のいずれか一に記載の電池ユニットを備える電源であって、
    　前記検出部が、前記電池ユニット又は前記電池セルの温度を検出し、検出温度を閾値に比較して異常状態を判定する電池ユニットを備える電源。
  6. 　請求項１ないし５のいずれか一に記載の電池ユニットを備える電源であって、
    　各々の前記スイッチング素子と直列に、前記スイッチング素子の通電方向にダイオードを接続してなる電池ユニットを備える電源。
  7. 　請求項１ないし６のいずれかに記載する電池ユニットを備える電源であって、
    　前記スイッチング素子がＦＥＴである電池ユニットを備える電源。
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