(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の電池セルによって構成される電池ブロックを定電流・定電圧充電方式によって充電する充電器が接続可能であるとともに、前記電池ブロックに対する保護回路機能を検査する保護回路機能検査機が接続可能であるコネクタと、
前記コネクタに前記充電器が接続された状態で、遮断電圧が供給されることによって、前記コネクタを介して前記充電器から前記電池ブロックに供給される供給電圧を遮断するように非通電状態とされる遮断手段と、
前記供給電圧によって前記電池ブロックが所定電圧値以上になった場合に、該所定電圧が入力されることにより前記遮断電圧を生成して前記遮断手段に出力する過電圧保護手段と、
前記コネクタに前記保護回路機能検査機が接続された状態で、前記電池ブロックにおける前記電池セル同士の接続点の電圧によって動作電圧を生成して前記過電圧保護手段に供給する電圧生成手段と、
前記コネクタに前記保護回路機能検査機が接続された状態で、前記コネクタを介して前記保護回路機能検査機から入力される信号により、所定の動作試験信号を前記電圧生成手段に出力する制御手段とを備え、
前記過電圧保護手段は、前記動作電圧によって、前記遮断電圧よりも低い電圧を前記遮断手段に出力して該遮断手段を通電状態とする構成であり、
前記制御手段は、通電状態になった前記遮断手段からの電力により、前記動作試験信号の出力を停止することを特徴とする二次電池の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン二次電池等の二次電池に用いられる保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池の一つであるリチウムイオン二次電池の充電方法としては、図２に示す様に、初めにリチウムイオン二次電池の正負の端子間に一定電流を流して充電（定電流充電）を行い、リチウムイオン二次電池の正負の端子間電圧が所定の電圧値に達した後には、リチウムイオン二次電池の正負の端子間に一定電圧を印加して充電（定電圧充電）を行うのが一般的である。
【０００３】
この定電流・定電圧充電方法では、二次電池の正負の端子間電圧が所定の電圧値（例えば、４．２０［Ｖ］）になるまで、二次電池の正負の端子間に一定電流を供給して、二次電池の正負の端子間電圧が所定の電圧値に達した後には、二次電池の正負の端子間電圧が所定の電圧値を超えないように電池特性に合わせて充電電流を絞りながら定電圧充電に切り替えるようになっている。
【０００４】
ところで、充電器の故障等により、二次電池の正負の端子間電圧が所定の電圧値に達した後も充電電圧が上昇を続けると、充放電容量低下等の電池特性が劣化する可能性がある。このため通常、リチウムイオン二次電池の電池パック内には、保護回路として、ＳＵ（Ｓａｆｔｙ  Ｕｎｉｔ）が内蔵されている。ＳＵは、充電電圧が所定の電圧値を超えて上昇を続けてリチウムイオン二次電池の充電禁止電圧に達すると、充電用ＦＥＴを非導通あるいは抵抗付き温度ヒューズを溶断することにより、充電禁止状態として二次電池の保護動作を行う。
【０００５】
図３は、リチウムイオン二次電池の保護回路の従来例を示す回路図である。リチウムイオン二次電池である電池ブロック４には、保護回路１８が設けられており、電池ブロック４の充電時には保護回路１８のプラス端子２およびマイナス端子３にＣＶＣＣ充電器１のプラス端子およびマイナス端子がそれぞれ接続される。保護回路１８のマイナス端子３と電池ブロック４のマイナス電極との間には、抵抗器６が直列に接続されており、抵抗器６の電圧が充電制御ＩＣ５によって検出されるようになっている。充電制御ＩＣ５の出力は、ＣＶＣＣ充電器１のプラス端子に接続される保護回路１８のプラス端子２と抵抗付き温度ヒューズ１０との間に設けられた第１のスイッチ素子７の電力制御端子に与えられている。抵抗付き温度ヒューズ１０は、第１のスイッチ素子７と電池ブロック４のプラス電極との間に直列接続された一対の温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃと、温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃの接続点に一端が接続された抵抗器１０Ａとによって構成されている。抵抗器１０Ａの他方の端子は、第２のスイッチ素子９の一方の電力端子に接続されており、第２のスイッチ素子９の他方の電力端子は、電池ブロック４のマイナス電極に接続されている。
【０００６】
電池ブロック４は、例えば一対の電池セル４Ａおよび電池セル４Ｂを直列接続して構成されており、電池セル４Ａの電圧が、過電圧保護ＩＣ８の所定によって検出されている。過電圧保護ＩＣ８は、電池ブロック４の各電池セル４Ａおよび４Ｂの電圧値を監視しており、過電圧保護ＩＣ８の出力が、第２のスイッチ素子９の電圧制御端子に与えられている。
【０００７】
ＣＶＣＣ充電器１は、ＡＣアダプタ（図示せず）より供給される電力により、保護回路１８のプラス端子２とマイナス端子３を介して、図２に示す様に電池ブロック４の電圧が所定の電圧値になるまで、一定の充電電流を電池ブロック４に供給する。ＣＶＣＣ充電器１は、図２に示すように時間ｔ１において電池ブロック４の端子間電圧が所定の電圧値に達すると以後は、電池ブロック４への印加電圧を一定に保ちながら、電池ブロック４の電池特性に合わせて充電電流を順次絞る。ＣＶＣＣ充電器１が、正常に動作する場合には、図２に示すＣＶＣＣ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｖｏｌｔａｇｅ，Ｃｏｎｓｔａｎｔ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）特性である充電電流特性および充電電圧特性により電池ブロック４は充電される。充電制御ＩＣ５は、抵抗器６により電圧変換された充電電流を監視し、充電電流が所定電流値以下となった場合に満充電と見なし、スイッチ素子７を非導通にすることにより、ＣＶＣＣ充電器１より供給される充電電流の供給を停止する。
【０００８】
しかしながら、ＣＶＣＣ充電器１の故障あるいはＣＶＣＣ充電器１が所定のＣＶＣＣ特性を有していないこと等により、ＣＶＣＣ充電器１の特性が図２に示すような充電電流特性および充電電圧特性を満足しない場合には、電池ブロック４の充電電圧は、所定の電圧値以上に上昇し、電池ブロック４の電池特性を劣化させる可能牲が生じる。この様な電池特性を劣化させる充電電圧が、電池ブロック４に印加されないように、過電圧保護ＩＣ８により電池ブロック４の各セル電圧が監視されている。過電圧保護ＩＣ８は、電池ブロック４における電池セル４Ａの電圧が所定の電圧値以上になった場合には、その出力をＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルとする。これにより、スイッチ素子９は、導通状態となり、抵抗付き温度ヒューズ１０に内蔵されている抵抗器１０Ａと温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃが通電状態となり、ＣＶＣＣ充電器１あるいは電池ブロック４により供給される電力により抵抗器１０Ａが発熱することによって、抵抗器１０Ａと電気的に接続されている温度ヒューズ素子１０Ｂおよび温度ヒューズ素子１０Ｃが加熱されて溶断される。
【０００９】
直列接続されている温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃは、ＣＶＣＣ充電器１と電池ブロック４との間に直列に接続されており、抵抗器１０Ａが温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃの接続点に接続されている。したがって、例えば、温度ヒューズ素子１０Ｃが溶断されると、抵抗器１０Ａには、ＣＶＣＣ充電器１から電力が供給され、抵抗器１０Ａが加熱されることにより温度ヒューズ素子１０Ｂも溶断されることになる。この結果、電池ブロック４への充電経路が切断されるとともに、ＣＶＣＣ充電器１から抵抗器１０Ａへの電力供給経路も切断されるために、抵抗器１０Ａが発熱し続けるおそれはない。
【００１０】
図４は、リチウムイオン二次電池の保護回路１８の動作を検査し得る構成を示す。電池ブロック４を構成する電池セル４Ａのプラス端子と過電圧保護ＩＣ８の所定の入力端子には、抵抗器１１が接続されており、また、電池セル４Ａのマイナス端子と過電圧保護ＩＣ８の所定の入力端子に抵抗器１２が接続されている。さらに、抵抗器１１と過電圧保護ＩＣ８との接続点には、第１の検査端子１３が接続されており、抵抗器１２と過電圧保護ＩＣ８との接続点には、第２の検査端子１４が接続されている。また、抵抗付き温度ヒューズ１０における抵抗器１０Ａと第２のスイッチ素子９との接続点に第３の検査端子１５が接続されており、さらに、電池ブロック４のマイナス電極に第４の検査端子１６が接続されている。
【００１１】
このような構成において、第１の検査端子１３と第２の検査端子１４との間に過電圧保護ＩＣ８が動作する所定の電圧値以上の電圧を電圧印加ピン（図示せず）より印加すると、抵抗器１１と抵抗器１２により電池セル４Ａおよび４Ｂに対する電圧は維持され、過電圧保護ＩＣ８の二つの入力端子の両端には、過電圧保護ＩＣ８が動作する所定の電圧値以上の電圧が印加される。この結果、過電圧保護ＩＣ８の出力は、ＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルになり、第２のスイッチ素子９が導通状態となる。スイッチ素子９が導通状態となると、第３の検査端子１５と第４の検査端子１６との間の電圧レベルはＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルとなり、この状態が第３の検査端子１５および第４の検査端子１６に接続された検査プローブ（図示せず）によって監視される。これにより、過電圧保護ＩＣ８とスイッチ素子９とが正常に動作していることが確認される。
【００１２】
図５は、電池ブロック４の概略構成図である。電池ブロック４には、保護回路１８が設けられた保護回路基板１８Ａが取付けられており、保護回路基板１８Ａ上に、保護回路機能検査機１９に接続されるコネクタ１７が設けられている。
【００１３】
電池ブロック４には、金属薄板（図示せず）の一方の端部がスポット溶接等により電気的および機械的に接続され、他方の端部が半田付け等により保護回路基板１８Ａに電気的および機械的に接続されている。これにより、電池ブロック４と保護回路基板１８Ａとが電気的および機械的に接続されている。
【００１４】
電池ブロック４と保護回路基板１８Ａとの接続時には、保護回路１８が故障しておらず正常であることを確認するために、前述した第１の検査端子１３と第２の検査端子１４とに、所定の電圧値以上の電圧を検査機の電圧印加ピン（図示せず）にて印加し、同時に第３の検査端子１５と第４の検査端子１６との間の電圧レベルを検査機の検査プローブ（図示せず）にて監視し、ＨＩＧＨレべルからＬＯＷレベルとなれば過電圧保護回路は正常動作していると判断して、電圧印加ピンの間の電圧の印加を解除する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した図４に示すように二次電池の保護回路１８の動作を検査することができる構成では、電池ブロック４と保護回路１８が設けられた保護回路基板１８Ａとを金属薄板によって機械的および電気的に接続しているため、金属薄板による保護回路基板１８Ａへの機械的ストレス等により、保護回路基板１８Ａが変形して、第１〜第４の各検査端子１３〜１６の位置がズレ、電圧印加ピンおよび信号検出用プローブを第１〜第４の各検査端子１３〜１６に対して正確に導通状態で接触させることが容易でないという問題がある。
【００１６】
さらに、量産工程において、前述の検査を行うと、電圧印加ピンおよび検査プローブ接触面の汚れ、あるいは電圧印加ピンおよび検査プローブ接触面へのフラックス等による絶縁被膜の付着により、電圧印加ピンおよび検査プローブと各検査端子１３〜１６との導通が取りにくくなり測定が不安定になるという問題も有る。
【００１７】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、充電時の二次電池を過電圧から保護する回路において、保護回路基板に機械的ストレスが加わる状況でも、過電圧保護ＩＣとスイッチ素子との動作状態を正確に測定できる保護回路を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池の保護回路は、直列接続された複数の電池セルによって構成される電池ブロックを定電流・定電圧充電方式によって充電する充電器が接続可能であるとともに、前記電池ブロックに対する保護回路機能を検査する保護回路機能検査機が接続可能であるコネクタと、前記コネクタに前記充電器が接続された状態で、遮断電圧が供給されることによって、前記コネクタを介して前記充電器から前記電池ブロックに供給される供給電圧を遮断するように非通電状態とされる遮断手段と、前記供給電圧によって前記電池ブロックが所定電圧値以上になった場合に、該所定電圧が入力されることにより前記遮断電圧を生成して前記遮断手段に出力する過電圧保護手段と、前記コネクタに前記保護回路機能検査機が接続された状態で、前記電池ブロックにおける前記電池セル同士の接続点の電圧によって動作電圧を生成して前記過電圧保護手段に供給する電圧生成手段と、前記コネクタに前記保護回路機能検査機が接続された状態で、前記コネクタを介して前記保護回路機能検査機から入力される信号により、所定の動作試験信号を前記電圧生成手段に出力する制御手段とを備え、前記過電圧保護手段は、前記動作電圧によって、前記遮断電圧よりも低い電圧を前記遮断手段に出力して該遮断手段を通電状態とする構成であり、前記制御手段は、通電状態になった前記遮断手段からの電力により、前記動作試験信号の出力を停止することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態である二次電池の保護回路の概略ブロック図である。
この二次電池の保護回路は、電池ブロック４に一体的に設けられており前述のＣＶＣＣ充電器に接続されることによって、電池ブロック４を充電し、保護回路機能検査機１９に接続されることによって、保護回路機能が検査される。図１は、保護回路機能検査機１９に保護回路１８を接続した状態を示している。
【００２０】
保護回路１８には、ＣＶＣＣ充電器１および保護回路機能検査機１９に接続されるコネクタ２０が設けられており、コネクタ２０のプラス端子２０Ａは、抵抗付き温度ヒューズ１０の温度ヒューズ素子１０Ｂの一端に接続されている。コネクタ２０のマイナス端子２０Ｂは、電池ブロック４を構成する電池セル４Ｂのマイナス電極に接続されている。コネクタ２０のプラス端子２０Ａおよび２０Ｂは、保護回路機能検査機１９の電力供給端子１９Ａおよび電力帰還端子１９Ｂにそれぞれ接続されるようになっており、また、ＣＶＣＣ充電器のプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続されるようになっている。
【００２１】
電力供給端子１９Ａは、抵抗付き温度ヒューズ１０の温度ヒューズ素子１０Ｂと温度ヒューズ素子１０Ｃとの直列回路を介して、電池ブロック４のプラス電極に接続されている。温度ヒューズ素子１０Ｂと温度ヒューズ素子１０Ｃとの接続点には、抵抗器１０Ａの一端が接続されており、抵抗器１０Ａの他端は、第１のスイッチ素子９の電力端子９Ｃに接続されている。電力端子９Ｃは、抵抗器２５を介して電池ブロック４のマイナス電極に接続されている。スイッチ素子９の電力制御端子９Ａは、過電圧保護ＩＣ８の出力端子８Ｃに接続されており、スイッチ素子９の電力端子９Ｂは、電池ブロック４の電池セル４Ｂのマイナス電極に接続されている。
【００２２】
過電圧保護ＩＣ８の出力端子８Ｂは、電池ブロック４のプラス電極に接続されており、電池セル４Ａと電池セル４Ｂとの接続点と過電圧保護ＩＣ８の入力端子８Ａとの間に抵抗器２３が設けられている。入力端子８Ａには、抵抗器２４を介して第２のスイッチ素子２２の電力端子２２Ｃが接続されている。スイッチ素子２２の電力端子２２Ｂは、電池ブロック４のマイナス電極に接続されている。
【００２３】
コネクタ２０には、保護回路機能検査機１９の通信端子１９Ｃおよび１９Ｄにそれぞれ接続されるＤａｔａ端子２０ＣおよびＣｌｏｃｋ端子２０Ｄが設けられており、Ｄａｔａ端子２０ＣおよびＣｌｏｃｋ端子２０Ｄがマイクロコンピュータ２１の通信端子２１Ａおよび２１Ｂにそれぞれ接続されている。また、マイクロコンピュータ２１の出力端子２１Ｃは、スイッチ素子２２の電力制御端子２２Ａに接続されている。
【００２４】
以上のように構成された二次電池の保護回路の動作について以下に説明する。保護回路１８が保護回路機能検査機１９に接続されると、保護回路機能検査機１９は、マイクロコンピュータ２１に対して通信端子１９Ｃおよび１９Ｄよりコネクタ２０のＤａｔａ端子２０ＣおよびＣｌｏｃｋ端子２０Ｄを介して、保護回路１８の検査開始コマンドを送信する。保護回路１８の検査開始コマンドを受信したマイクロコンピュータ２１は、出力端子２１Ｃの出力をＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルヘと変化させる。マイクロコンピュータ２１の出力端子２１ＣのＨＩＧＨレベルの出力がスイッチ素子２２の電力制御端子２２Ａに与えられると、スイッチ素子２２は導通状態となる。スイッチ素子２２が導通状態となると、スイッチ素子２２の電力端子２２Ｂおよび２２Ｃ間は、導通状態となると共に同電位（アース）となる。これにより、過電圧保護ＩＣ８の入力端子８Ａには、抵抗器２４と抵抗器２３の抵抗値が等しいとすると、アースに対して電池セル４Ａの１／２の電圧が印加される。ただし、抵抗値の比率は、セルの電圧値によって変化させることができる。ここで、電池セル４Ａの電圧値をＶＡ、抵抗器２４と抵抗器２３の抵抗値をそれぞれＲ２４、Ｒ２３、入力端子８Ａへの印加電圧値をＶ８、
入力端子８Ａおよび８Ｂ間の電圧値をＶＴとすると
0003717149.tif 000002
となる。
【００２５】
この結果、過電圧保護ＩＣ８の入力端子８Ａおよび８Ｂ間には１電池セル４Ａ分の電圧に、１電池セル４Ａの１／２の電圧を加えた電圧が印加される。この電圧値は、過電圧保護ＩＣ８の動作電圧値以上であるため過電圧保護ＩＣ８の出力端子８Ｃは、ＬＯＷレベルからＨＩＧＨレベルになる。スイッチ素子９の電圧制御端子９Ｃに過電圧保護ＩＣ８の出力端子８ＣよりＨＩＧＨレベルの出力が与えられると、スイッチ素子９の電力端子９Ｂおよび９Ｃ間は、導通状態となり、電力端子９Ｃはアースレベルとなる。この結果、抵抗付き温度ヒューズ１０の抵抗器１０Ａとスイッチ素子９の電力端子９Ｃとの接続部は、アースレベルとなり、温度ヒューズ素子１０Ｂは、保護回路機能検査機１９の電力供給端子１９Ａよりコネクタ２０のプラス端子２０Ａを介して供給される電力により通電状態となる。
【００２６】
また、温度ヒューズ素子１０Ｃは、電池ブロック４より供給される電力により通電状態となり、温度ヒューズ素子１０Ｂおよび１０Ｃを介して抵抗器１０Ａへ電力が供給される。また、スイッチ素子９が導通状態になるにともない、抵抗器２５のマイクロコンピュータ２１の入力端子２１Ｄと抵抗器１０Ａとに接続されている一方の端子側の電圧は、ＨＩＧＨレベルからＬＯＷレベルへ変化する。
【００２７】
マイクロコンピュータ２１は、入力端子２１ＤへＬＯＷレベルの電圧を与えられることにより、保護回路１８が正常動作していることを認識する。保護回路１８の正常動作認識後、マイクロコンピュータ２１は、出力端子２１ＣをＨＩＧＨレベル状態からＬＯＷレベル状態にする。さらに、マイクロコンピュータ２１の出力端子２１ＣよりＬＯＷレベルの出力がスイッチ素子２２の電力制御端子２２Ａに与えられる。これにより、スイッチ素子２２は、非導通状態となり、過電圧保護ＩＣ８の入力端子８Ｂおよび８Ａに印加されていた過電圧状態が解除され、過電圧保護ＩＣ８の出力端子が、ＨＩＧＨレベル状態からＬＯＷレベル状態になリ、スイッチ素子９は、非導通状態となる。そして、抵抗器２５のマイクロコンピュータ２１の入力端子２１Ｄと抵抗器１０Ａとに接続されている一方の端子側は、ＨＩＧＨレベルとなり、マイクロコンピュータ２１は、過電圧保護状態が解除されたことを認識する。過電圧保護状態の解除後、マイクロコンピュータ２１は、再度通信により保護回路機能検査機１９へ送信して、保護回路１８の機能検査を終了する。
【００２８】
この様に、保護回路機能検査機１９の検査用コマンドによりマイクロコンピュータ２１がスイッチ素子２２を介して過電圧保護１Ｃ８への印加電圧を操作することにより、従来の検査と異なり、電池ブロック４と保護回路基板１８Ａが接続された状態で、回路基板上に検査ピン、プローブを機械的に接触させる必要がなく、電池ブロック４固定用の治具および基板上の検査端子の位置精度に関わらず、測定精度の安定した検査を行うことができる。
【００２９】
尚、本発明の実施形態では、二つの直列接続された電池セルからなる電池ブロックについて説明したが、電池セルが三つの直列接続された電池セルあるいはそれ以上の直列接続された電池セルからなる電池ブロックに関しても本発明は有効である。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の二次電池の保護回路は、このように、マイクロコンピュータが外部信号により所定の動作信号を出力することで、過電圧保護ＩＣへ過電圧を電池ブロックから生成させるスイッチ素子を導通状態にして、過電圧保護ＩＣを動作させ、電池ブロックに供給される電圧を制御するスイッチ素子を導通させる。電池ブロックに供給される電圧を制御するスイッチ素子の導通により、マイクロコンピュータは、過電圧保護ＩＣへ過電圧を電池ブロックから生成させるスイッチ素子を非導通状態にする。これにより、二次電池の保護回路の正確な測定が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である二次電池の保護回路のブロック図である。
【図２】リチウムイオン二次電池の充電チャート図である。
【図３】従来の二次電池の保護回路の一例を示す概略ブロック図である。
【図４】従来の二次電池の保護回路の他の例を示す概略ブロック図である。
【図５】電池ブロックの概略構成図である。
【符号の説明】
１      ＣＶＣＣ充電器
２      コネクタ端子
３      コネクタ端子
４      電池ブロック
４Ａ    直列電池セル
４Ｂ    直列電池セル
５      充電制御ＩＣ
６      抵抗器
７      スイッチ素子
８      過電圧保護ＩＣ
８Ａ    入力端子
８Ｂ    入力端子
８Ｃ    出力端子
９      スイッチ素子
９Ａ    電力制御端子
９Ｂ    電力端子
９Ｃ    電力端子
１０    抵抗付き温度ヒューズ
１０Ａ  抵抗器
１０Ｂ  温度ヒューズ
１０Ｃ  温度ヒューズ
１１    抵抗器
１２    抵抗器
１３    検査端子
１４    検査端子
１５    検査端子
１６    検査端子
１７    コネクタ
１８    保護回路
１８Ａ  保護回路基板
１９    保護回路機能検査機
１９Ａ  電力供給端子
１９Ｂ  電力帰還端子
１９Ｃ  通信端子
１９Ｄ  通信端子
２０    コネクタ
２０Ａ  プラス端子
２０Ｂ  マイナス端子
２０Ｃ  Ｄａｔａ端子
２０Ｄ  Ｃｌｏｃｋ端子
２１    マイコン
２１Ａ  マイコン通信端子
２１Ｂ  マイコン通信端子
２１Ｃ  マイコン出力端子
２１Ｄ  マイコン入力端子
２２    スイッチ素子
２２Ａ  電力制御端子
２２Ｂ  電力端子
２２Ｃ  電力端子
２３    抵抗器
２４    抵抗器
２５    抵抗器
【図１】
0003717149.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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