WO2022202501A1 - 電池パック、蓄電装置、電動工具および電動車両 - Google Patents

電池パック、蓄電装置、電動工具および電動車両 Download PDF

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battery
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圭之 齋藤
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株式会社村田製作所
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    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/18—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for batteries; for accumulators
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • B60L3/00—Electric devices on electrically-propelled vehicles for safety purposes; Monitoring operating variables, e.g. speed, deceleration or energy consumption
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    • B60L3/0046—Detecting, eliminating, remedying or compensating for drive train abnormalities, e.g. failures within the drive train relating to electric energy storage systems, e.g. batteries or capacitors
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to battery packs, power storage devices, power tools, and electric vehicles.
  • Battery packs containing lithium-ion batteries and the like generally have a built-in charge/discharge control switch that controls charge/discharge.
  • a battery pack is connected to a load or a charging device (hereinafter sometimes collectively referred to as a load or the like).
  • a load or the like a charging device
  • the discharge control switch when connecting the battery pack to a system with a long cable between the battery pack and the load and a large inductor component, or when the battery pack is connected to an inductive load with a large inductance of the load itself, when the discharge control switch is switched from on to off
  • the charge/discharge control switch may be destroyed by a surge current generated by the back electromotive force of the battery.
  • Patent Document 1 discloses a circuit configuration in which a freewheeling diode is provided as a countermeasure against such surge current.
  • Patent Document 1 The technology described in Patent Document 1 can only be applied to configurations in which a switch to be protected is provided on the positive electrode side. Further, the technique described in Patent Document 1 is a technique for protecting the discharge control switch outside the battery pack, and is not a technique for protecting the discharge control switch inside the battery pack. Moreover, Patent Document 1 does not describe the timing for enabling the freewheeling diode. Thus, the technique described in Patent Document 1 is insufficient as a technique for protecting the discharge control switch of the battery pack.
  • one object of the present invention is to provide a battery pack, a power storage device, an electric power tool, and an electric vehicle in which the discharge control switch of the battery pack is appropriately protected from surge voltage.
  • the present invention a battery having a positive terminal and a negative terminal; a discharge control switch; a control unit; a positive output terminal and a negative output terminal; a freewheeling section in which the switch section and the first diode are connected in series; having an insulating part and A discharge control switch is connected to the positive power line between the positive terminal and the positive output terminal of the battery or to the negative power line between the negative terminal and the negative output terminal of the battery, a return unit is connected between the positive power line and the negative power line on the side closer to the positive output terminal and the negative output terminal than the discharge control switch, A freewheeling control signal is output from the control unit to the insulating unit,
  • the switch unit is a battery pack that switches from off to on based on the return control signal.
  • the discharge control switch of the battery pack can be appropriately protected from surge voltage. It should be noted that the contents of the present invention should not be construed as being limited by the effects exemplified in this specification.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a battery pack according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram that is referred to when describing an operation example of the battery pack according to one embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram referred to when explaining an example of the effects of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram referred to when explaining an example of the effects of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a modification of the battery pack according to one embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a modification of the battery pack according to one embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining an application example of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an application example of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a battery pack (battery pack 1) according to one embodiment.
  • the battery pack 1 roughly includes a battery 11 , a discharge control switch 12 , a charge control switch 13 , a control section 14 , a positive output terminal 15 , a negative output terminal 16 and an insulating section 17 .
  • Battery pack 1 can be connected to external device 100 via positive output terminal 15 and negative output terminal 16 .
  • the external device 100 is a load, a charging device, or the like.
  • the battery 11 is, for example, a lithium ion battery.
  • a battery other than a lithium ion battery may be applied as the battery 11 .
  • the battery 11 has one or more lithium ion battery cells (single cells).
  • FIG. 1 shows a battery 11 having a configuration in which eight lithium-ion battery cells are connected in series. Of course, the number of lithium ion battery cells included in the battery 11 and the connection mode of the lithium ion battery cells can be changed as appropriate.
  • the positive terminal of battery 11 is connected to positive output terminal 15 via positive power line PLA.
  • the negative terminal of battery 11 is connected to negative output terminal 16 via negative power line PLB.
  • the discharge control switch 12 is a switch that controls discharging of the battery pack 1 .
  • the discharge control switch 12 is composed of, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • a discharge control signal DS is supplied from the controller 14 to the discharge control switch 12 .
  • the discharge control switch 12 is turned on/off according to the supply of the discharge control signal DS.
  • the charging control switch 13 is a switch that controls charging of the battery pack 1 .
  • the charge control switch 13 is composed of, for example, a MOSFET.
  • a charge control signal CS is supplied from the controller 14 to the charge control switch 13 .
  • the charge control switch 13 is turned on/off in response to the supply of the charge control signal CS.
  • the control unit 14 is an IC (Integrated Circuit) that comprehensively controls the operation of the battery pack 1 .
  • the control unit 14 controls discharging and charging in the battery pack 1 by outputting the above-described discharging control signal DS and charging control signal CS. Also, the control unit 14 outputs a return control signal SA to the insulating unit 17 .
  • the return control signal SA is, for example, a one-shot pulse signal.
  • the insulating section 17 is composed of, for example, a photocoupler. Specifically, the insulating section 17 has a light emitting diode 17A and a phototransistor 17B. The light emitting diode 17A is connected with the control section 14 . The light emitting diode 17A emits light according to the return control signal SA supplied from the control section 14. FIG. The light emitting diode 17A emits light to turn on the phototransistor 17B.
  • a line LA and a line LB are connected in parallel between the positive power line PLA and the negative power line PLB on the output side of the discharge control switch 12 .
  • the output side of the discharge control switch 12 is closer to the positive output terminal 15 and the negative output terminal 16, and means the right side of the drawing than the discharge control switch 12 in the example of FIG.
  • a line LA and a line LB from the side closer to the positive output terminal 15 and the negative output terminal 16 are provided between the positive power line PLA and the negative power line PLB, respectively.
  • a circulation unit 21 is connected to the line LA.
  • the freewheeling section 21 includes a switch section 21A and a freewheeling diode 21B corresponding to the first diode in this embodiment.
  • the switch section 21A is composed of, for example, an N-channel MOSFET, and has a drain connected to the negative power line PLB and a source connected to the anode of the free wheel diode 21B. Also, the cathode of the free wheel diode 21B is connected to the positive power line PLA.
  • the switch unit 21A is a switch whose ON/OFF is controlled based on the freewheeling control signal SA, and is a switch that enables the operation of the freewheeling diode 21B. Specifically, the operation of the freewheeling diode 21B is enabled by switching the switch unit 21A from off to on based on the freewheeling control signal SA.
  • the phototransistor 17B, resistor 31, resistor 32, and diode 33 described above are connected to the line LB.
  • Diode 33 corresponds to the second diode in this embodiment.
  • a collector of the phototransistor 17B is connected to the negative power line PLB.
  • the emitter of the phototransistor 17B is connected to one end of the resistor 31, and the other end of the resistor 31 is connected to one end of the resistor 32.
  • the other end of resistor 32 is connected to the anode of diode 33, and the cathode of diode 33 is connected to positive power line PLA.
  • a connection point PA provided between the resistors 31 and 32 is connected to the gate of the switch section 21A.
  • the control unit 14 performs general protection operations. For example, when the control unit 14 determines that the battery 11 is normal and can be charged and discharged without problems, the control unit 14 turns on the discharge control switch 12 and the charge control switch 13 . In addition, when the voltage of the battery 11 reaches the overcharge prohibition voltage or when it is necessary to prohibit charging, the control unit 14 controls at least the charge control switch 13 to be OFF. Moreover, the control unit 14 controls at least the discharge control switch 12 to be OFF when it is necessary to prohibit discharge such as when the voltage of the battery 11 reaches the overdischarge prohibition voltage. Further, when the battery 11 is deeply discharged and reaches the recharge prohibited area, the control unit 14 turns off the discharge control switch 12 and the charge control switch 13 to stop charging and discharging. Note that the control unit 14 may perform other known protection operations such as overcurrent detection.
  • the control unit 14 outputs a discharge control signal DS to the discharge control switch 12 in order to stop power supply to the external device 100 .
  • the discharge control switch 12 is switched from ON to OFF, and power supply to the external device 100 is stopped.
  • a surge voltage is generated when the discharge control switch 12 is switched from on to off.
  • the control unit 14 outputs the return control signal SA to the insulating unit 17 at substantially the same timing as (in synchronization with) the timing at which the discharge control signal DS is output to the discharge control switch 12 .
  • the freewheeling control signal SA causes the light emitting diode 17A to emit light and turns on the phototransistor 17B.
  • the surge voltage is divided by the resistors 31 and 32, and the divided voltage (the predetermined voltage generated at the connection point PA, specifically the voltage based on the surge voltage). is input to the gate of the switch section 21A.
  • the switch section 21A is switched from off to on, and the operation of the freewheeling diode 21B is enabled.
  • the discharge control switch 12 in the battery pack 1 can be appropriately protected from surge voltage.
  • the voltage applied to the discharge control switch 12 was simulated when an inductive load as the external device 100 was connected to the 26V battery pack 1 and the discharge control switch 12 was switched from ON to OFF during discharge at 120A.
  • a surge voltage (about 110 V at maximum) exceeding the breakdown voltage (for example, 60 to 80 V) of the discharge control switch 12 was generated.
  • the configuration according to the present embodiment can suppress the surge voltage to be lower than the withstand voltage of the discharge control switch 12, as shown in FIG.
  • the switch section 21A can be kept ON only during the period during which the surge voltage occurs. In other words, the operation of the freewheeling diode 21B can be enabled only during the period in which the surge voltage is generated. Since most surge voltages generally converge within 0.3 msec, the period during which the freewheeling control signal SA is output is set to, for example, 0.3 msec or more and 10 msec or less.
  • the output period of the freewheeling control signal SA is longer than 10 msec, there is a risk that a short-circuit current may flow through the freewheeling diode 21B due to an artificial operation such as reverse connection or connection to a charging device, which is not preferable.
  • the operation of the freewheeling diode 21B can be disabled.
  • the terminals of the charging device are reversely connected between the positive output terminal 15 and the negative output terminal 16 of the battery pack 1, or when a plurality of battery packs 1 are connected in parallel to increase the capacity, the polarities are reversely connected. is assumed. Even in this case, since the switch section 21A is turned off, the short-circuit current does not flow through the freewheeling diode 21B, and the freewheeling diode 21B can be protected.
  • the return control signal SA is transmitted through the insulating unit 17, even if the discharge control switch 12 is turned off and the control unit 14 is disconnected from the ground, the return control signal SA output by the control unit 14 can be reliably generated. can be transmitted.
  • the operating voltage of ICs such as the control unit 14 is normally a low voltage such as 5V or 3.3V.
  • a level shift, device protection elements, etc. are required, which complicates the circuit configuration.
  • the potential difference between the control section 14 and the switch section 21A can be easily eliminated by the insulation by the insulating section 17 .
  • a diode 33 is connected in series to the output side of the insulating section 17 .
  • the circuit for protecting the discharge control switch 12 from surge voltage is completed within the battery pack 1, so there is no need to add external parts.
  • the battery pack 1 containing the discharge control switch 12 and the charge control switch 13 can be connected in series or in parallel depending on the capacity, and can be used universally in various cases where the load itself and the wiring length to the load are different. It can be a battery pack.
  • discharge control switch 12 and the charge control switch 13 can be changed as appropriate.
  • discharge control switch 12 and charge control switch 13 may be connected to positive power line PLA.
  • discharge control switch 12 may be connected to positive power line PLA, and charge control switch 13 may be connected to negative power line PLB.
  • discharge control switch 12 may be connected to negative power line PLB, and charge control switch 13 may be connected to positive power line PLA.
  • the connection position of the discharge control switch 12 is not limited to a specific polarity side.
  • connection positions of the switch section 21A and the freewheeling diode 21B may be exchanged.
  • the source of the switch section 21A is connected to the positive power line PLA.
  • the cathode of the freewheeling diode 21B is connected to the drain of the switch section 21A, and the anode of the freewheeling diode 21B is connected to the negative power line PLB.
  • an N-channel MOSFET is used as the switch section 21A, but it is also possible to use a P-channel MOSFET. However, from the viewpoint of cost, withstand voltage, variety of types, etc., N-channel MOSFETs are preferably used.
  • the insulating section is not limited to a photocoupler, and may be a photorelay or the like.
  • the other end of the resistor 32 is connected to the anode of the diode 33, and the cathode of the diode 33 is connected to the positive power line PLA.
  • 32 may be connected to the anode of the freewheeling diode 21B.
  • the function of the diode 33 can be shared by the freewheeling diode 21B, thereby simplifying the circuit configuration.
  • the battery pack according to the present invention can be applied to power storage devices.
  • a power storage device has a plurality of battery packs according to the present invention, and the plurality of battery packs are connected to each other.
  • a plurality of battery packs may be connected in series, may be connected in parallel, or may be connected in series-parallel.
  • Power storage devices are used, for example, as power storage modules for commercial or domestic use, power storage power sources for buildings such as houses, buildings, and offices, or for power generation equipment.
  • the battery pack according to the present invention described above can be mounted on devices such as electronic devices and electric transportation devices and used to supply electric power.
  • Examples of electronic devices include notebook computers, smartphones, tablet terminals, PDAs (personal digital assistants), mobile phones, wearable terminals, digital still cameras, e-books, music players, game machines, hearing aids, electric tools, televisions, and lighting equipment. , toys, medical devices, and robots.
  • Electric transportation equipment includes electric vehicles (including hybrid vehicles), electric motorcycles, electrically assisted bicycles, electric buses, electric carts, automated guided vehicles (AGV), and railway vehicles. It also includes electric passenger aircraft and electric unmanned aerial vehicles for transportation.
  • the battery pack according to the present invention can be used not only as a driving power source, but also as an auxiliary power source, an energy regeneration power source, and the like.
  • the electric driver 431 is provided with a motor 433 that transmits rotational power to a shaft 434 and a trigger switch 432 that is operated by a user.
  • a battery pack 430 and a motor control unit 435 are accommodated in a lower housing of the handle of the electric screwdriver 431 .
  • the battery pack 430 is built into the electric driver 431 or is detachable therefrom.
  • a battery pack according to the present invention can be applied as the battery pack 430 .
  • Each of the battery pack 430 and the motor control unit 435 may be provided with a microcomputer (not shown) so that charge/discharge information of the battery pack 430 can be communicated with each other.
  • the motor control unit 435 can control the operation of the motor 433 and cut off the power supply to the motor 433 in the event of an abnormality such as overdischarge.
  • FIG. 8 schematically shows a configuration example of a hybrid vehicle (HV) employing a series hybrid system.
  • a series hybrid system is a vehicle that runs with an electric drive force conversion device using electric power generated by a generator powered by an engine or electric power temporarily stored in a battery.
  • This hybrid vehicle 600 includes an engine 601 , a generator 602 , a DC motor or AC motor (hereinafter simply referred to as “motor 603 ”), drive wheels 604 a and 604 b , wheels 605 a and 605 b , battery 608 . , a vehicle control device 609, various sensors 610, and a charging port 611 are mounted.
  • a battery pack according to the present invention or a power storage module equipped with a plurality of battery packs according to the present invention can be applied.
  • the electric power of the battery 608 operates the motor 603, and the rotational force of the motor 603 is transmitted to the driving wheels 604a, 604b.
  • the rotational power produced by engine 601 allows power generated by generator 602 to be stored in battery 608 .
  • Various sensors 610 control the engine speed via the vehicle control device 609 and control the opening of a throttle valve (not shown).
  • HV plug-in hybrid vehicles
  • the battery pack according to the present invention can also be used as a power source for the air pressure sensor system (TPMS: Tire Pressure Monitoring System) built into the wheels 604 and 605.
  • TPMS Tire Pressure Monitoring System
  • the present invention can also be applied to a parallel system that uses both an engine and a motor, or a hybrid vehicle that combines a series system and a parallel system. Furthermore, the present invention can also be applied to electric vehicles (EV or BEV) that run only with a drive motor that does not use an engine, and fuel cell vehicles (FCV).
  • EV or BEV electric vehicles
  • FCV fuel cell vehicles

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Abstract

サージ電圧から放電制御スイッチを保護する。　電池の正極端子と正極出力端子との間の正極側電力ライン、または、電池の負極端子と負極出力端子との間の負極側電力ラインに放電制御スイッチが接続されており、放電制御スイッチより正極出力端子および負極出力端子に近い側における正極側電力ラインと負極側電力ラインとの間に還流部が接続されており、制御部から絶縁部に対して還流制御信号が出力され、スイッチ部は、還流制御信号に基づいてオフからオンに切り替わる電池パックである。

Description

電池パック、蓄電装置、電動工具および電動車両
　本発明は、電池パック、蓄電装置、電動工具および電動車両に関する。
　リチウムイオン電池等を有する電池パックは、充放電を制御する充放電制御スイッチを内蔵する構成が一般的である。係る電池パックが、負荷や充電装置（以下、負荷等と総称する場合がある。）と接続される。ここで、電池パックと負荷等との間のケーブルが長くインダクタ成分の大きなシステムや、負荷そのもののインダクタンスが大きい誘導性負荷に電池パックを接続する場合、放電制御スイッチがオンからオフに切り替わった際の逆起電力によって発生するサージ電流により充放電制御スイッチが破壊する虞がある。特許文献１は、このようなサージ電流への対策として還流ダイオードを設けた回路構成を開示する。
特開２０１４－２３６５５５号公報
　特許文献１に記載の技術は、正極側に保護対象のスイッチが設けられる構成にしか適用することができない。また、特許文献１に記載の技術は、電池パックの外部の放電制御スイッチを保護する技術であり、電池パックの内部の放電制御スイッチを保護する技術ではない。また、特許文献１には、還流ダイオードを有効にするタイミングについて記載されていない。このように、特許文献１に記載の技術は、電池パックの放電制御スイッチを保護する技術としては不十分であった。
　従って、本発明は、電池パックの放電制御スイッチをサージ電圧から適切に保護するようにした電池パック、蓄電装置、電動工具および電動車両を提供することを目的の一つとする。
　本発明は、
　正極端子と負極端子とを有する電池と、
　放電制御スイッチと、
　制御部と、
　正極出力端子および負極出力端子と、
　スイッチ部と第１のダイオードとが直列接続された還流部と、
　絶縁部と
　を有し、
　電池の正極端子と正極出力端子との間の正極側電力ライン、または、電池の負極端子と負極出力端子との間の負極側電力ラインに放電制御スイッチが接続されており、
　放電制御スイッチより正極出力端子および負極出力端子に近い側における正極側電力ラインと負極側電力ラインとの間に還流部が接続されており、
　制御部から絶縁部に対して還流制御信号が出力され、
　スイッチ部は、還流制御信号に基づいてオフからオンに切り替わる
　電池パックである。
　本発明の少なくとも実施形態によれば、電池パックの放電制御スイッチをサージ電圧から適切に保護することができる。なお、本明細書で例示された効果により本発明の内容が限定して解釈されるものではない。
図１は、一実施形態に係る電池パックの構成例を説明するための図である。 図２は、一実施形態に係る電池パックの動作例を説明する際に参照される図である。 図３は、本発明の効果の一例を説明する際に参照される図である。 図４は、本発明の効果の一例を説明する際に参照される図である。 図５は、一実施形態に係る電池パックの変形例を説明するための図である。 図６は、一実施形態に係る電池パックの変形例を説明するための図である。 図７は、本発明の応用例を説明するための図である。 図８は、本発明の応用例を説明するための図である。
　以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行われる。
＜一実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
　以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。
＜一実施形態＞
［電池パックの構成例］
　図１は、一実施形態に係る電池パック（電池パック１）の構成例を説明するための図である。電池パック１は、概略的には、電池１１、放電制御スイッチ１２、充電制御スイッチ１３、制御部１４、正極出力端子１５、負極出力端子１６、および、絶縁部１７を有している。電池パック１は、正極出力端子１５および負極出力端子１６を介して外部装置１００と接続され得る。外部装置１００は、負荷や充電装置等である。
　電池１１は、例えば、リチウムイオン電池である。電池１１としてリチウムイオン電池以外の電池が適用されてもよい。電池１１は、１または複数のリチウムイオン電池セル（単セル）を有している。図１では、８個のリチウムイオン電池セルが直列接続された構成を有する電池１１が示されている。勿論、電池１１が有するリチウムイオン電池セルの個数や、リチウムイオン電池セルの接続態様は適宜、変更可能である。電池１１の正極端子が正極側電力ラインＰＬＡを介して正極出力端子１５に接続されている。また、電池１１の負極端子が負極側電力ラインＰＬＢを介して負極出力端子１６に接続されている。
　放電制御スイッチ１２は、電池パック１の放電を制御するスイッチである。放電制御スイッチ１２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）により構成される。放電制御スイッチ１２に対しては、制御部１４から放電制御信号ＤＳが供給される。放電制御信号ＤＳの供給に応じて、放電制御スイッチ１２がオン／オフに制御される。
　充電制御スイッチ１３は、電池パック１の充電を制御するスイッチである。充電制御スイッチ１３は、例えば、ＭＯＳＦＥＴにより構成される。充電制御スイッチ１３に対しては、制御部１４から充電制御信号ＣＳが供給される。充電制御信号ＣＳの供給に応じて、充電制御スイッチ１３がオン／オフに制御される。
　制御部１４は、電池パック１の動作を統括的に制御するＩＣ(Integrated Circuit)である。制御部１４は、上述した放電制御信号ＤＳや充電制御信号ＣＳを出力することにより電池パック１における放電や充電を制御する。また、制御部１４は、絶縁部１７に対して還流制御信号ＳＡを出力する。還流制御信号ＳＡは、例えば、１ショットのパルス信号である。
　絶縁部１７は、例えば、フォトカプラにより構成される。具体的には、絶縁部１７は、発光ダイオード１７Ａと、フォトトランジスタ１７Ｂとを有している。発光ダイオード１７Ａは、制御部１４と接続されている。発光ダイオード１７Ａは、制御部１４から供給される還流制御信号ＳＡに応じて発光する。発光ダイオード１７Ａが発光することによりフォトトランジスタ１７Ｂがオンになる。
　放電制御スイッチ１２よりも出力側における正極側電力ラインＰＬＡおよび負極側電力ラインＰＬＢとの間には、ラインＬＡおよびラインＬＢが並列接続されている。ここで、放電制御スイッチ１２よりも出力側とは、正極出力端子１５および負極出力端子１６により近い側であり、図１の例では放電制御スイッチ１２よりも図面に向かって右側を意味する。正極出力端子１５および負極出力端子１６に近い側からラインＬＡ、ラインＬＢが、正極側電力ラインＰＬＡおよび負極側電力ラインＰＬＢの間にそれぞれ設けられている。
　ラインＬＡには、還流部２１が接続されている。還流部２１は、スイッチ部２１Ａと、本実施形態において第１のダイオードに対応する還流ダイオード２１Ｂとを含む。スイッチ部２１Ａは、例えば、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴにより構成されており、ドレインが負極側電力ラインＰＬＢに接続され、ソースが還流ダイオード２１Ｂのアノードに接続されている。また、還流ダイオード２１Ｂのカソードが正極側電力ラインＰＬＡに接続されている。スイッチ部２１Ａは、還流制御信号ＳＡに基づいてオン／オフが制御されるスイッチであり、且つ、還流ダイオード２１Ｂの動作を有効にするスイッチである。具体的には、還流制御信号ＳＡに基づいてスイッチ部２１Ａがオフからオンに切り替わることにより、還流ダイオード２１Ｂの動作が有効となる。
　ラインＬＢには、上述したフォトトランジスタ１７Ｂ、抵抗３１、抵抗３２、および、ダイオード３３が接続されている。ダイオード３３が、本実施形態における第２のダイオードに対応する。フォトトランジスタ１７Ｂのコレクタが負極側電力ラインＰＬＢに接続されている。フォトトランジスタ１７Ｂのエミッタが、抵抗３１の一端に接続されており、抵抗３１の他端が抵抗３２の一端に接続されている。抵抗３２の他端がダイオード３３のアノードに接続されており、ダイオード３３のカソードが正極側電力ラインＰＬＡに接続されている。また、抵抗３１と抵抗３２との間に設けられている接続点ＰＡが、スイッチ部２１Ａのゲートに接続されている。
［電池パックの動作］
（一般的な保護動作）
　次に、電池パック１の動作例について説明する。制御部１４は、一般的な保護動作を行う。例えば、制御部１４は電池１１に異常等がなく、問題なく充放電できると判断した場合には放電制御スイッチ１２および充電制御スイッチ１３をオンに制御する。また、制御部１４は、電池１１の電圧が過充電禁止電圧に達した場合等の充電を禁止する必要がある場合には、少なくとも充電制御スイッチ１３をオフに制御する。また、制御部１４は、電池１１の電圧が過放電禁止電圧に達した場合等の放電を禁止する必要がある場合には、少なくとも放電制御スイッチ１２をオフに制御する。また、制御部１４は、電池１１が深放電して再充電禁止領域に達した場合には、放電制御スイッチ１２および充電制御スイッチ１３をオフに制御して充放電を停止する。なお、制御部１４が、過電流検出等の他の公知の保護動作を行うようにしてもよい。
（サージ電圧に対する保護動作）
　上述したように、電池パック１と外部装置１００と間の配線が長くインダクタンス成分の大きなシステムや、外部装置１００そのもののインダクタンスが大きい誘導性負荷に電池パック１を接続する場合、放電制御スイッチ１２をオンからオフに切り替えた際の逆起電力によって発生するサージ電圧により放電制御スイッチ１２が破壊する虞がある。したがって、サージ電圧に対して適切な保護動作が行われることが望まれる。
　係る観点に基づいて、還流ダイオードを含む回路構成が考えられる。しかしながら、外部装置１００が充電装置であり、且つ、充電装置が電池パック１に逆接続されたり、電池パック１を並列接続する際に逆接続されると還流ダイオードを介して短絡電流が流れ、還流ダイオード自身や充電器、並列接続される電池パック１が故障する虞がある。一般にサージ電圧が発生する期間は、放電制御スイッチ１２がオンからオフに切り替えられてから僅かな時間（１０ｍｓｅｃ以内）である。したがって、係る期間の間だけ還流ダイオード２１Ｂの動作が有効になればよい。本実施形態では、スイッチ部２１Ａを設けることにより、サージ電圧が発生すると考えられる期間のみ還流ダイオード２１Ｂの動作が有効になることを可能としている。以下、電池パック１のサージ電圧に対する保護動作の詳細について説明する。
　制御部１４は、外部装置１００に対する電力供給を停止するために、放電制御スイッチ１２に対して放電制御信号ＤＳを出力する。放電制御信号ＤＳが供給されることで、放電制御スイッチ１２がオンからオフに切り替わり、外部装置１００に対する電力供給が停止する。放電制御スイッチ１２がオンからオフに切り替わることに応じてサージ電圧が発生する。
　制御部１４は、放電制御スイッチ１２に対して放電制御信号ＤＳを出力するタイミングと略同タイミングで（同期して）還流制御信号ＳＡを絶縁部１７に出力する。還流制御信号ＳＡによって発光ダイオード１７Ａが発光し、フォトトランジスタ１７Ｂがオンになる。フォトトランジスタ１７Ｂがオンとなることにより、サージ電圧が抵抗３１および抵抗３２によって分圧され、分圧された電圧（接続点ＰＡに発生する所定電圧であり、具体的にはサージ電圧に基づく電圧）がスイッチ部２１Ａのゲートに入力される。これにより、スイッチ部２１Ａがオフからオンに切り替わり、還流ダイオード２１Ｂの動作が有効になる。還流ダイオード２１Ｂの動作が有効になることで、図２の点線の矢印で示す還流経路が形成され、サージ電圧によるサージ電流が外部装置１００側に還流される。これにより、放電制御スイッチ１２が保護される。
［本実施形態により得られる効果］
　本実施形態によれば、サージ電圧から電池パック１内の放電制御スイッチ１２を適切に保護することができる。例えば、２６Ｖの電池パック１に外部装置１００として誘導性負荷を接続し、１２０Ａで放電中に放電制御スイッチ１２をオンからオフに切り替えた場合に放電制御スイッチ１２に印加される電圧をシミュレーションした。その結果、図３に示すように、放電制御スイッチ１２の耐圧（例えば、６０～８０Ｖ）を超えるサージ電圧（最大で１１０Ｖ程度）が発生した。しかしながら、本実施形態に係る構成によれば、図４に示すように、サージ電圧を放電制御スイッチ１２の耐圧より小さくなるように抑制できることが確認された。
　還流制御信号ＳＡを１ショットのパルス信号とし、出力する期間をサージ電圧が発生し続ける期間に対応させることで、サージ電圧が発生する期間だけスイッチ部２１Ａをオンし続けることができる。換言すれば、サージ電圧が発生する期間だけ還流ダイオード２１Ｂの動作を有効とすることができる。一般に、サージ電圧の多くは０．３ｍｓｅｃ以内に収束することから、還流制御信号ＳＡが出力される期間は、例えば、０．３ｍｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下に設定される。還流制御信号ＳＡの出力期間が１０ｍｓｅｃより長い場合は、逆接続や充電装置への接続など人為的な操作によって還流ダイオード２１Ｂに短絡電流が流れてしまう虞があるため好ましくない。
　サージ電圧が発生しない場合には、還流ダイオード２１Ｂの動作が有効にならないようにすることができる。例えば、電池パック１の正極出力端子１５および負極出力端子１６間に充電装置の端子が逆接続されたり、容量を増やすために複数の電池パック１を並列接続する際に極性が逆接続される場合が想定される。この場合でも、スイッチ部２１Ａがオフしているため、短絡電流が還流ダイオード２１Ｂに流れることがなく、還流ダイオード２１Ｂを保護することができる。
　還流制御信号ＳＡが絶縁部１７を介して伝送される構成により、放電制御スイッチ１２がオフに制御され制御部１４がグランドから切り離されても、制御部１４が出力する還流制御信号ＳＡを確実に伝送できる。また、制御部１４等のＩＣの動作電圧は、通常、５Ｖや３．３Ｖのような低電圧である。この低電圧で正極出力端子１５および負極出力端子１６間の高電圧を制御するにはレベルシフトやデバイスの保護素子などが必要となり回路構成が複雑になる。しかしながら、本実施形態では、絶縁部１７により絶縁することで制御部１４とスイッチ部２１Ａとの電位差を容易に解消できる。
　本実施形態では、絶縁部１７の出力側にダイオード３３を直列接続している。係る構成により電池１１の電圧によって絶縁部１７の出力に逆電圧が印加されることを防止できる。また、放電制御スイッチ１２をサージ電圧から保護する回路が電池パック１内で完結しており、外部に部品を追加する必要がない。これにより、放電制御スイッチ１２および充電制御スイッチ１３を内蔵した電池パック１を直列にしたり、容量によって並列にする場合や、負荷自体や負荷までの配線長が異なる様々なケースにおいて汎用的に使用できる電池パックとすることができる。
＜変形例＞
　以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明の内容は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
　放電制御スイッチ１２や充電制御スイッチ１３の接続位置は、適宜、変更することができる。例えば、図５に示すように、放電制御スイッチ１２および充電制御スイッチ１３が、正極側電力ラインＰＬＡに接続されていてもよい。また、放電制御スイッチ１２が正極側電力ラインＰＬＡに接続され、充電制御スイッチ１３が負極側電力ラインＰＬＢに接続されていてもよい。また、放電制御スイッチ１２が負極側電力ラインＰＬＢに接続され、充電制御スイッチ１３が正極側電力ラインＰＬＡに接続されていてもよい。このように、本発明では、放電制御スイッチ１２の接続位置が特定の極性側に限定されない。
　図６に示すように、スイッチ部２１Ａおよび還流ダイオード２１Ｂの接続位置が入れ替わってもよい。具体的には、スイッチ部２１Ａのソースが正極側電力ラインＰＬＡに接続される。また、還流ダイオード２１Ｂのカソードがスイッチ部２１Ａのドレインに接続され、還流ダイオード２１Ｂのアノードが負極側電力ラインＰＬＢに接続される。
　なお、充電においては、短絡や容量性負荷による突入電流等、大電流を遮断する放電制御スイッチと異なり、放電ほどの大電流を遮断することがない。従って、放電制御スイッチや充電制御スイッチを破壊するほどの逆起電力が発生することは少ない。このため、上述した実施形態では、充電の遮断時では充電制御スイッチ等に対する保護動作を行っていない。しかしながら、このことは、充電の遮断時（充電制御スイッチのオフ時）に実施形態と同様の動作が行われることを排除するものではない。
　上述した実施形態では、スイッチ部２１ＡとしてＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴを用いたが、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴを用いることも可能である。但し、コストや耐圧、種類の多さ等の観点から、好ましくは、ＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴが用いられる。
　上述した実施形態において、絶縁部は、フォトカプラに限定されることはなくフォトリレー等であってもよい。
　上述した実施形態では、抵抗３２の他端がダイオード３３のアノードに接続されており、ダイオード３３のカソードが正極側電力ラインＰＬＡに接続されている例を示したが、ダイオード３３を削除し、抵抗３２の他端が還流ダイオード２１Ｂのアノードに接続されてもよい。この場合、ダイオード３３の機能を還流ダイオード２１Ｂに兼用させることで、回路構成を簡素化することができる。
　上述した実施形態、変形例で説明した事項は、適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態で説明された材料、工程等はあくまで一例であり、例示された材料等に本発明の内容が限定されるものではない。
＜応用例＞
　次に、本発明の応用例について説明する。なお、本発明は、以下に説明する応用例に限定されるものではない。
（蓄電装置）
　例えば、本発明に係る電池パックは、蓄電装置に適用することができる。蓄電装置は、本発明に係る電池パックを複数有し、複数の電池パックが互いに接続されている。複数の電池パックは、直列接続されてもよいし、並列接続されてもよいし、直並列接続されてもよい。蓄電装置は、例えば、商業用または家庭用の蓄電モジュールや、住宅、ビル、オフィスなどの建築物用または発電設備用の電力貯蔵用電源として用いられる。
（電子機器）
　上述した本発明に係る電池パックは、電子機器や電動輸送機器などの機器に搭載され、電力を供給するために使用することができる。
　電子機器としては、例えばノート型パソコン、スマートフォン、タブレット端末、ＰＤＡ（携帯情報端末）、携帯電話、ウェアラブル端末、デジタルスチルカメラ、電子書籍、音楽プレイヤー、ゲーム機、補聴器、電動工具、テレビ、照明機器、玩具、医療機器、ロボットが挙げられる。
　電動輸送機器としては電気自動車（ハイブリッド自動車を含む。）、電動バイク、電動アシスト自転車、電動バス、電動カート、無人搬送車（ＡＧＶ）、鉄道車両などが挙げられる。また、電動旅客航空機や輸送用の電動式無人航空機も含まれる。本発明に係る電池パックは、これらの駆動用電源のみならず、補助用電源、エネルギー回生用電源などとしても用いられる。
（電動工具）
　図７を参照して、本発明が適用可能な電動工具として電動ドライバの例について概略的に説明する。電動ドライバ４３１には、シャフト４３４に回転動力を伝達するモーター４３３と、ユーザが操作するトリガースイッチ４３２が設けられている。電動ドライバ４３１の把手の下部筐体内に、電池パック４３０及びモーター制御部４３５が収納されている。電池パック４３０は、電動ドライバ４３１に対して内蔵されているか、又は着脱自在とされている。電池パック４３０として、本発明に係る電池パックを適用することができる。
　電池パック４３０およびモーター制御部４３５のそれぞれには、マイクロコンピュータ（図示せず）が備えられており、電池パック４３０の充放電情報が相互に通信できるようにしてもよい。モーター制御部４３５は、モーター４３３の動作を制御すると共に、過放電などの異常時にモーター４３３への電源供給を遮断することができる。
（電動車両用蓄電システム）
　本発明を電動車両用の蓄電システムに適用した例として、図８に、シリーズハイブリッドシステムを採用したハイブリッド車両（ＨＶ）の構成例を概略的に示す。シリーズハイブリッドシステムはエンジンを動力とする発電機で発電された電力、あるいはそれをバッテリーに一旦貯めておいた電力を用いて、電力駆動力変換装置で走行する車である。
　このハイブリッド車両６００には、エンジン６０１、発電機６０２、直流モーターまたは交流モーターであるモーター（以下、単に「モーター６０３」という。）、駆動輪６０４ａ、駆動輪６０４ｂ、車輪６０５ａ、車輪６０５ｂ、バッテリー６０８、車両制御装置６０９、各種センサ６１０、充電口６１１が搭載されている。バッテリー６０８としては、本発明に係る電池パック、または、本発明に係る電池パックを複数搭載した蓄電モジュールが適用され得る。
　バッテリー６０８の電力によってモーター６０３が作動し、モーター６０３の回転力が駆動輪６０４ａ、６０４ｂに伝達される。エンジン６０１によって産み出された回転力によって、発電機６０２で生成された電力をバッテリー６０８に蓄積することが可能である。各種センサ６１０は、車両制御装置６０９を介してエンジン回転数を制御したり、図示しないスロットルバルブの開度を制御したりする。
　図示しない制動機構によりハイブリッド車両６００が減速すると、その減速時の抵抗力がモーター６０３に回転力として加わり、この回転力によって生成された回生電力がバッテリー６０８に蓄積される。また、バッテリー６０８は、ハイブリッド車両６００の充電口６１１を介して外部の電源に接続されることで充電することが可能である。このようなＨＶ車両を、プラグインハイブリッド車（ＰＨＶ又はＰＨＥＶ）という。
　なお、本発明に係る電池パックを、車輪６０４、６０５に内蔵された空気圧センサシステム（TPMS: Tire Pressure Monitoring system）の電源として用いることも可能である。
　以上では、シリーズハイブリッド車を例として説明したが、エンジンとモーターを併用するパラレル方式、又は、シリーズ方式とパラレル方式を組み合わせたハイブリッド車に対しても本発明は適用可能である。さらに、エンジンを用いない駆動モーターのみで走行する電気自動車（ＥＶ又はＢＥＶ）や、燃料電池車（ＦＣＶ）に対しても本発明は適用可能である。
１・・・電池パック
１１・・・電池
１２・・・放電制御スイッチ
１４・・・制御部
１５・・・正極出力端子
１６・・・負極出力端子
１７・・・絶縁部
１７Ａ・・・フォトダイオード
１７Ｂ・・・フォトトランジスタ
２１・・・還流部
２１Ａ・・・スイッチ部
２１Ｂ・・・還流ダイオード
３３・・・ダイオード
ＰＬＡ・・・正極側電力ライン
ＰＬＢ・・・負極側電力ライン
ＰＡ・・・接続点
ＤＳ・・・放電制御信号
ＳＡ・・・還流制御信号

Claims (12)

  1. 　正極端子と負極端子とを有する電池と、
    　放電制御スイッチと、
    　制御部と、
    　正極出力端子および負極出力端子と、
    　スイッチ部と第１のダイオードとが直列接続された還流部と、
    　絶縁部と
    　を有し、
    　前記電池の正極端子と前記正極出力端子との間の正極側電力ライン、または、前記電池の負極端子と前記負極出力端子との間の負極側電力ラインに前記放電制御スイッチが接続されており、
    　前記放電制御スイッチより前記正極出力端子および前記負極出力端子に近い側における前記正極側電力ラインと前記負極側電力ラインとの間に前記還流部が接続されており、
    　前記制御部から前記絶縁部に対して還流制御信号が出力され、
    　前記スイッチ部は、前記還流制御信号に基づいてオフからオンに切り替わる
    　電池パック。
  2. 　前記還流制御信号は、前記放電制御スイッチをオンからオフに制御する放電制御信号と略同タイミングで前記制御部から前記絶縁部に対して出力される
    　請求項１に記載の電池パック。
  3. 　前記制御部から前記絶縁部に対して前記還流制御信号が出力されることに応じて所定の電圧が前記スイッチ部に印加されることで、当該スイッチ部がオフからオンに切り替わる
    　請求項２に記載の電池パック。
  4. 　前記所定の電圧は、前記放電制御スイッチがオンからオフに切り替わることにより生じるサージ電圧に基づく電圧である
    　請求項３に記載の電池パック。
  5. 　前記還流制御信号は、１ショットのパルス信号である
    　請求項１から４までの何れかに記載の電池パック。
  6. 　前記制御部は、前記還流制御信号を設定された時間、出力する
    　請求項１から５までの何れかに記載の電池パック。
  7. 　前記設定された時間は、０．３ｍｓｅｃ以上１０ｍｓｅｃ以下である
    　請求項６に記載の電池パック。
  8. 　前記絶縁部は、フォトカプラである
    　請求項１から７までの何れかに記載の電池パック。
  9. 　前記絶縁部はフォトトランジスタを有し、前記フォトトランジスタと前記正極側電力ラインとの間に第２のダイオードが直列接続されている
    　請求項８に記載の電池パック。
  10. 　請求項１から８までの何れかに記載の電池パックを複数有し、
    　前記複数の電池パックが接続されている
    　蓄電装置。
  11. 　請求項１から８までの何れかに記載の電池パックを有する電動工具。
  12. 　請求項１から８までの何れかに記載の電池パックを有する電動車両。
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