(57)【要約】      （修正有）【課題】バッテリを過充電と過熱から保護するより簡素な保護回路、充放電装置、バッテリパック及び電気機器を提供する。【解決手段】リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路１０は、１以上の二次電池のセル１１が接続されたバッテリ１２と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３と、バッテリの外部端子１４との間の電流回路に並列接続され、かつ、信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子１５−１および第２のスイッチング素子１５−２と、ヒューズエレメント１６−１と発熱抵抗体１６−２を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ、発熱抵抗体が信号制御部に接続された第３のスイッチング素子１５−３によって動作制御された保護素子１６を備える。【選択図】図１
2022001012.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備えた保護回路。
【請求項２】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項１に記載の保護回路。
【請求項３】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項１または請求項２に記載の保護回路。
【請求項４】
前記第１のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第２のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の保護回路。
【請求項５】
前記信号制御部は、その信号回路を分岐させた何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第１のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第２のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の保護回路。
【請求項６】
前記保護回路は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の保護回路。
【請求項７】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第１のスイッチング素子をオフにするとともに前記第２のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第１のスイッチング素子をオンにするとともに前記第２のスイッチング素子をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御することができ、
前記保護素子は、前記第２のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、
または、
前記セルまたは前記バッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、前記発熱抵抗体の通電発熱によって溶断する前記ヒューズエレメントを有する充放電装置。
【請求項８】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項７に記載の充放電装置。
【請求項９】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項７または請求項８に記載の充放電装置。
【請求項１０】
前記第１のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第２のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項７ないし請求項９の何れか１つに記載の充放電装置。
【請求項１１】
前記信号制御部は、その信号回路を分岐させた何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第１のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第２のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項７ないし請求項１０の何れか１つに記載の充放電装置。
【請求項１２】
前記充放電装置は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項７ないし請求項１１の何れか１つに記載の充放電装置。
【請求項１３】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第１のスイッチング素子をオフにするとともに前記第２のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第１のスイッチング素子をオンにするとともに前記第２のスイッチング素子をオフにして、充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御し、
前記保護素子は、
前記第２のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断するバッテリパック。
【請求項１４】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項１３に記載のバッテリパック。
【請求項１５】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項１３または請求項１４に記載のバッテリパック。
【請求項１６】
前記第１のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第２のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項１３ないし請求項１５の何れか１つに記載のバッテリパック。
【請求項１７】
前記信号制御部は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第１のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第２のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項１３ないし請求項１６の何れか１つに記載のバッテリパック。
【請求項１８】
前記バッテリパックは、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項１３ないし請求項１７の何れか１つに記載のバッテリパック。
【請求項１９】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記第１のスイッチング素子をオフにするとともに前記第２のスイッチング素子をオンにし、
放電時に前記第１のスイッチング素子をオンにするとともに前記第２のスイッチング素子をオフにして、充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御し、
前記保護素子は、
前記第２のスイッチング素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断する電気機器。
【請求項２０】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項１９に記載の電気機器。
【請求項２１】
前記第１および前記第２のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項１９または請求項２０に記載の電気機器。
【請求項２２】
前記第１のスイッチング素子は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成され、
前記第２のスイッチング素子は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成された請求項１９ないし請求項２１の何れか１つに記載の電気機器。
【請求項２３】
前記信号制御部は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子を設けて、前記分岐した信号回路の片側に前記第１のスイッチング素子のゲートを、もう一方の側に前記第２のスイッチング素子のゲートをそれぞれ接続させた請求項１９ないし請求項２２の何れか１つに記載の電気機器。
【請求項２４】
前記電気機器は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項１９ないし請求項２３の何れか１つに記載の電気機器。
【請求項２５】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
１以上のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧をモニタしその測定量に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子を備えた保護回路。
【請求項２６】
前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、ＣＭＯＳトランジスタ、ＦＥＴの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項２５に記載の保護回路。
【請求項２７】
前記保護回路は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項２５または請求項２６に記載の保護回路。
【請求項２８】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、
１以上のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記切替制御素子は、充電時に前記信号制御部により前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記信号制御部により前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御することができ、
前記保護素子は、前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、
または、前記セルまたは前記バッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、前記発熱抵抗体の通電発熱によって溶断する前記ヒューズエレメントを有する充放電装置。
【請求項２９】
前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、ＣＭＯＳトランジスタ、ＦＥＴの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項２８に記載の充放電装置。
【請求項３０】
前記充放電装置は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項２８または請求項２９に記載の充放電装置。
【請求項３１】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御し、
前記保護素子は、
前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断するバッテリパック。
【請求項３２】
前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、ＣＭＯＳトランジスタ、ＦＥＴの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項３１に記載のバッテリパック。
【請求項３３】
前記切替制御素子は、インバータ付きスイッチング素子または該インバータ付きスイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項３１または請求項３２に記載のバッテリパック。
【請求項３４】
前記バッテリパックは、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項３１ないし請求項３３の何れか１つに記載のバッテリパック。
【請求項３５】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記バッテリと前記バッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ前記信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記放電回路と並列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、
前記信号制御部は、
充電時に前記放電回路をオフにするとともに前記充電回路をオンにし、
放電時に前記放電回路をオンにするとともに前記充電回路をオフにして、前記充電回路と前記放電回路とをオン／オフ制御し、
前記保護素子は、
前記切替制御素子を経由して流れる前記充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充電回路を遮断する電気機器。
【請求項３６】
前記切替制御素子は、セレクター、スイッチコントローラー、ＣＭＯＳトランジスタ、ＦＥＴの群から選択されたスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項３５に記載の電気機器。
【請求項３７】
前記切替制御素子は、インバータ付きスイッチング素子または該インバータ付きスイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成された請求項３５または請求項３６に記載の電気機器。
【請求項３８】
前記電気機器は、さらに抵抗素子およびキャパシタ素子からなる遅延回路を設けた請求項３５ないし請求項３７の何れか１つに記載の電気機器。
【請求項３９】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
１以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備えた保護回路。
【請求項４０】
前記スイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項３９に記載の保護回路。
【請求項４１】
前記スイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項３９または請求項４０に記載の保護回路。
【請求項４２】
リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
１以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備え、
保護回路は、前記遅延回路によって、印加電圧を遅延させてスイッチング時の突入電流を緩衝すると共に、前記充放電回路を経由して流れる電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断するバッテリパック。
【請求項４３】
前記スイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成された請求項４２に記載のバッテリパック。
【請求項４４】
前記スイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成された請求項４２または請求項４３に記載のバッテリパック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを有する保護素子を備えたバッテリパックの保護装置、保護回路およびバッテリパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池は携帯電話のように単電池使用でも必ず安全確保のための保護回路（Ｓａｆｅｔｙ  Ｕｎｉｔ）とセットでケース内に組み込んだバッテリパックの形態で製品化されている。リチウムイオン電池は単電池だけでは実用上の安全性確保が難しいからである。リチウムイオン電池の安全性の特徴は過充電と過熱に弱いことがあげられる。このため、バッテリパックは、電池と安全性確保のための保護回路、保護素子、ヒューズ等をセットにしてプラスチックケース等の外装缶に収納したものとなっており、電圧、電流、温度等を検知しながら充放電制御システム（バッテリマネージメントシステム，ＢＭＳ）によって電池の充放電は制御されている。
【０００３】
リチウムイオン電池の二次電池セルを複数搭載したバッテリパックは、電池が異常な状態で充放電されるのを防止するために、電池と直列に保護素子を接続している。この保護素子は、電池が異常な状態で充放電されるときに電流を遮断する。異常時に電池の電流を遮断するために、保護素子は過電流のジュール熱によって溶断する低融点金属のヒューズエレメントを内蔵する。さらに保護素子は発熱抵抗体が内蔵されており、電池が過充電された異常時には、発熱抵抗体に通電して低融点金属のヒューズエレメントを短時間で加熱溶断させることができる。（特許文献１参照）
上記保護素子はバッテリパックの保護回路に接続されており、各セルの電圧をモニタするプロテクションＩＣとＦＥＴなどの制御素子によってヒューズエレメントの動作は制御されている。例えば、特許文献２に記載のバッテリパックの充放電制御回路に利用された保護素子は、バッテリパックの過電流および周囲温度の上昇に感応するか、または所定条件で発熱抵抗体に通電することによって強制的にヒューズを作動させ電気回路を遮断する。すなわち、該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可溶合金からなるヒューズエレメント（ヒューズ素子とも言う）を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズエレメントを溶断させて回路を遮断できる。
【０００４】
従来のバッテリパックでは構成が複雑であった。すなわち、保護回路に保護素子を少なくとも放電系と充電系でそれぞれ別の保護素子が使用され、複数の保護素子が必要とされていた。また、保護回路は、開閉器を構成するＦＥＴ（スイッチング素子）、ダイオード（整流素子）などを含む半導体素子を、少なくとも放電回路系に２個、充電回路系に２個、保護素子の動作制御に1個用いており、多数の半導体素子が必要であった。切換制御部から第１および第２の開閉器に出力される２つの信号は、互いに常に逆相でなければならない。万一、信号が同相だと２つの開閉器と２つの保護素子間にループが形成されてしまうため、システムダウンにつながるリスクがあるからである。従来の保護回路は信号制御に上述のリスクがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−２２８３７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−２３１６４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、バッテリを過充電と過熱から保護する保護回路およびバッテリパックを、より簡素な構成で実現し、もって上述のシステムリスクを軽減するために提案されたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によると、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ（組電池）と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備えた保護回路が提案される。
【０００８】
本発明に係るスイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴなどのスイッチングトランジスタまたは該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成される。
【０００９】
本発明に係る保護回路はバッテリパックの充放電装置に適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、信号制御部は、充電時に第１のスイッチング素子をオフにするとともに第２のスイッチング素子をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子をオンにするとともに第２のスイッチング素子をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御することができ、保護素子は、第２のスイッチング素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、または、セルまたはバッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、発熱抵抗体の通電発熱によって溶断するヒューズエレメントを有する充放電装置が提供される。
【００１０】
本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、信号制御部は、充電時に第１のスイッチング素子をオフにするとともに第２のスイッチング素子をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子をオンにするとともに第２のスイッチング素子をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子は、第２のスイッチング素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部によりセルまたはバッテリが所定の電圧値を越えると発熱抵抗体が発熱してヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断するバッテリパックが提供される。
【００１１】
本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリの外部端子との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第３のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、信号制御部は、充電時に第１のスイッチング素子をオフにするとともに第２のスイッチング素子をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子をオンにするとともに第２のスイッチング素子をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子は、第２のスイッチング素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部によりセルまたはバッテリが所定の電圧値を越えると発熱抵抗体が発熱してヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断する電気機器が提供される。
【００１２】
本発明の別の観点によると、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧をモニタしその測定量に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子を備えた保護回路が提案される。
【００１３】
さらに上記の切替制御素子を備えた保護回路は充放電装置に適用される。すなわち、前記切替制御素子を備えたリチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子を備え、切替制御素子は、充電時に信号制御部により放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に信号制御部により放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御することができ、保護素子は、切替制御素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、または、セルまたはバッテリの電圧が所定の電圧値を越えたときに、発熱抵抗体の通電発熱によって溶断するヒューズエレメントを有する充放電装置が提供される。
【００１４】
上述の切替制御素子を含む保護回路および充放電装置はバッテリパックに利用できる。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、信号制御部は、充電時に放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子は、切替制御素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部によりセルまたはバッテリが所定の電圧値を越えると発熱抵抗体が発熱してヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断するバッテリパックが提供される。
【００１５】
本発明に係る切替制御素子を含むバッテリパックは、モバイル機器などコードレス電気機器に利用できる。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、バッテリとバッテリパックの外部端子との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントが放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続されたスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、信号制御部は、充電時に放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子は、切替制御素子を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部によりセルまたはバッテリが所定の電圧値を越えると発熱抵抗体が発熱してヒューズエレメントが溶断して充電回路を遮断する電気機器が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、より簡便な構成のバッテリパックの保護装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る保護回路１０を示した図である。
【図２】本発明に係る保護回路２０を示した図である。
【図３】本発明に係る保護回路３０を示した図である。
【図４】本発明に係る保護回路４０を示した図である。
【図５】本発明に係る実施例１の保護回路５０を示した図である。
【図６】本発明に係る実施例２の保護回路６０を示した図である。
【図７】本発明に係る実施例３の保護回路７０を示した図である。
【図８】本発明に係る実施例４の保護回路８０を示した図である。
【図９】本発明に係る遅延回路による緩衝効果を示した図である。
【図１０】本発明に係る実施例４を変形した保護回路１００を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る保護回路１０は、図１に示すように、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセル１１が直列接続されたバッテリ１２と、セル１１またはバッテリ１２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３と、バッテリ１２の外部端子１４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部１３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子１５−１および1個の第２のスイッチング素子１５−２と、ヒューズエレメント１６−１と発熱抵抗体１６−２を内蔵し、ヒューズエレメント１６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体１６−２が信号制御部１３に接続された第３のスイッチング素子１５−３によって動作制御された1個の保護素子１６を備える。保護回路１０は、図１に示したように充放電回路の切り替えを、信号制御部１３のみによりコントロールすることができ、回路構成を簡略化するとともに制御部の不具合（エラー）のリスクを低減することができる。保護回路１０は、必要に応じて図８に示すような抵抗素子８９−１とキャパシタ素子８９−２とからなる遅延回路８９を設けることで、印加電圧を遅延させることができ、スイッチング時の突入電流等のオーバーシュート電流を緩衝させることができる。
【００１９】
上述の保護回路１０はバッテリパックの充放電装置に適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセル１１が直列接続されたバッテリ１２と、セル１１またはバッテリ１２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３と、バッテリ１２の外部端子１４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部１３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子１５−１および1個の第２のスイッチング素子１５−２と、ヒューズエレメント１６−１と発熱抵抗体１６−２を内蔵し、ヒューズエレメント１６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体１６−２が信号制御部１３に接続された第３のスイッチング素子１５−３によって動作制御された保護素子１６とを備え、信号制御部１３は、充電時に第１のスイッチング素子１５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子１５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御することができ、保護素子１６は、第２のスイッチング素子１５−２を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、または、セル１１またはバッテリ１２の電圧が所定の電圧値を越えたときに、発熱抵抗体１６−２の通電発熱によって溶断するヒューズエレメント１６−１を有する充放電装置が提供される。
【００２０】
前記保護回路または充放電装置において、第２のスイッチング素子１５−２は、セル１１またはバッテリ１２と保護素子１６との間に配置される。または、本発明に係る保護回路または充放電装置の別の例では、保護素子１６は、セル１１またはバッテリ１２と第２のスイッチング素子１５−２との間に配置される。
【００２１】
また、本発明に係る保護回路または充放電装置において、第１のスイッチング素子１５−１は、バッテリ１２とバッテリパックの外部端子１４との間に接続され、セル１１の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３からの信号を受けてオン／オフ制御された１個のスイッチングトランジスタから構成され、第２のスイッチング素子１５−２は、第１のスイッチング素子１５−１と並列に接続され、信号制御部１３からの信号を受けてオン／オフ制御された１個のスイッチングトランジスタから構成され、かつ第１のスイッチング素子１５−１と第２のスイッチング素子１５−２とはスイッチングトランジスタにおける内部ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように構成され、信号制御部１３は、充電時に第１のスイッチング素子１５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子１５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオフにするオン／オフ制御を実施する。例えば、第１のスイッチング素子１５−１および第２のスイッチング素子１５−２は、それぞれ１個の電界効果トランジスタから構成でき、第１のスイッチング素子１５−１と第２のスイッチング素子１５−２は電界効果トランジスタにおける内部ダイオードのバイアスの方向が互いに逆となるように構成すれば、信号制御部１３によって、充電時に第１のスイッチング素子１５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子１５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオフにするオン／オフ制御を行うことができる。
【００２２】
保護回路１０は、図２に示す保護回路２０のように変形してもよい。すなわち、１以上の二次電池のセル２１が直列接続されたバッテリ２２と、セル２１またはバッテリ２２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部２３と、バッテリ２２の外部端子２４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部２３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子２５−１および1個の第２のスイッチング素子２５−２と、ヒューズエレメント２６−１と発熱抵抗体２６−２を内蔵し、ヒューズエレメント２６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体２６−２が信号制御部２３に接続された第３のスイッチング素子２５−３によって動作制御された保護素子２６とを備え、信号制御部２３は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子（反転増幅素子）２７を設けて、この分岐した信号回路の片側に第１のスイッチング素子２５−１のゲートを、もう一方の側に第２のスイッチング素子２５−２のゲートをそれぞれ接続させてもよい。この場合、第１のスイッチング素子２５−１および第２のスイッチング素子２５−２は、一方にインバータ素子２７を有するので１個の信号経路を共用することができる。この変形例は、図２に示したように充放電回路の切り替えを、信号制御部２３からの単一の信号によりコントロールすることができ、回路構成を簡略化するとともに制御部のエラーのリスクを低減することができる。
【００２３】
また、本発明に係る保護回路１０は図３に示す保護回路３０ように変形することもできる、すなわち、１以上の二次電池のセル３１が直列接続されたバッテリ３２と、セル３１またはバッテリ３２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部３３と、バッテリ３２の外部端子３４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部３３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子３５−１および1個の第２のスイッチング素子３５−２と、ヒューズエレメント３６−１と発熱抵抗体３６−２を内蔵し、ヒューズエレメント３６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体３６−２が信号制御部３３に接続された第３のスイッチング素子３５−３によって動作制御された保護素子３６とを備え、信号制御部３３は、その信号回路を分岐させ何れか一方の信号回路にインバータ素子（反転増幅素子）３７を設けて、この分岐した信号回路の片側に第１のスイッチング素子３５−１のゲートを、もう一方の側に第２のスイッチング素子３５−２のゲートをそれぞれ接続させる。この場合、第１のスイッチング素子３５−１および第２のスイッチング素子３５−２は、一方にインバータ素子３７を有するので１個の信号回路を共用することができる。保護素子３６は、バッテリ３２と第１のスイッチング素子３５−１との間に配置され、セル３１またはバッテリ３２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部３３によりセル３１またはバッテリ３２が所定の電圧値を越えたときに通電され発熱する発熱抵抗体３６−２と、第１のスイッチング素子３５―１に対して並列接続されたヒューズエレメント３６−１が所定の溶断温度を越えたとき、または第２のスイッチング素子３５−２を経由してヒューズエレメント３６−１を流れる電流値が所定の溶断電流値を越えたときに、充電回路を遮断する。保護回路３０は、図３に示したように充放電回路の切り替えを、信号制御部３３からの単一の信号によりコントロールすることができ、回路構成を簡略化するとともに制御部の不具合のリスクを少なくすることができる。
【００２４】
本発明の保護回路または充放電装置の信号制御部１３は、セル１１またはバッテリ１２が所定の電圧値を越えたときに、セル１１またはバッテリ１２の電圧に応じて出力する制御信号により、第１のスイッチング素子１５−１を構成するスイッチングトランジスタをオフからオンにするとともに、第２のスイッチング素子１５−２を構成するスイッチングトランジスタをオンからオフにし、セル１１またはバッテリ１２が所定の電圧値未満となっときに、信号制御部１３の制御信号により、第１のスイッチング素子１５−１を構成するスイッチングトランジスタをオンからオフにするとともに、第２のスイッチング素子１５−２を構成するスイッチングトランジスタをオフからオンにする。
【００２５】
本発明の保護回路または充放電装置の第１のスイッチング素子１５−１は、放電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして放電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成され、第２のスイッチング素子１５−２は、充電の方向に対して内部ダイオードのバイアス方向が順方向となるようにして充電回路上に接続された１個のスイッチングトランジスタとから構成される。
【００２６】
本発明の保護回路または充放電装置は、必要に応じて図８に示すような抵抗素子８９−１およびキャパシタ素子８９−２からなる遅延回路８９を設けることで、印加電圧を遅延させることができ、スイッチング時の突入電流等のオーバーシュート電流を緩衝させることができる。
【００２７】
本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセル１１が直列接続されたバッテリ１２と、セル１１またはバッテリ１２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３と、バッテリ１２の外部端子１４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子１５−１および1個の第２のスイッチング素子１５−２と、ヒューズエレメント１６−１と発熱抵抗体１６−２を内蔵し、ヒューズエレメント１６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体１６−２が信号制御部１３に接続された第３のスイッチング素子１５−３によって動作制御された保護素子１６とを備え、信号制御部１３は、充電時に第１のスイッチング素子１５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子１５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子１６は、第２のスイッチング素子１５−２を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント１６−１が溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部１３によりセル１１またはバッテリ１２が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体１６−２が発熱してヒューズエレメント１６−１が溶断して充電回路を遮断するバッテリパックが提供される。
【００２８】
本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセル１１が直列接続されたバッテリ１２と、バッテリ１２の充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、前記バッテリパックは、セル１１またはバッテリ１２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１３と、バッテリ１２の外部端子１４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部１３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個の第１のスイッチング素子１５−１および1個の第２のスイッチング素子１５−２と、ヒューズエレメント１６−１と発熱抵抗体１６−２を内蔵し、ヒューズエレメント１６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体１６−２が信号制御部１３に接続された第３のスイッチング素子１５−３によって動作制御された保護素子１６とを備え、信号制御部１３は、充電時に第１のスイッチング素子１５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子１５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子１５−２をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子１６は、第２のスイッチング素子１５−２を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント１６−１が溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部１３によりセル１１またはバッテリ１２が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体１６−２が発熱してヒューズエレメント１６−１が溶断して充電回路を遮断する電気機器が提供される。
【００２９】
本発明に係る保護回路４０は、図４に示すようにリチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上のセル４１が直列に接続されたバッテリ４２と、セル４１またはバッテリ４２の電圧をモニタしその測定量に応じて制御信号を出力する信号制御部４３と、バッテリ４２とバッテリパックの外部端子４４との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部４３からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子４５と、ヒューズエレメント４６−１と発熱抵抗体４６−２を内蔵し、ヒューズエレメント４６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体４６−２が信号制御部４３に接続されたスイッチング素子４８によって動作制御された1個の保護素子４６を備える。保護回路４０は、図４に示したように充放電回路の切り替えを、信号制御部４３からの単一信号によりコントロールすることができ、回路構成を簡略化するとともに切換制御部に起因するエラー発生のリスクをなくすことができる。保護回路４０は、必要に応じて図８に示すような抵抗素子８９−１およびキャパシタ素子８９−２からなる遅延回路８９を設けることで、印加電圧を遅延させることができ、スイッチング時の突入電流等のオーバーシュート電流を緩衝させることができる。
【００３０】
さらに上記の切替制御素子を備えた保護回路は充放電装置に適用される。すなわち、本発明の切替制御素子を備えた充放電装置は、１以上のセル４１が直列に接続されたバッテリ４２と、セル４１またはバッテリ４２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部４３と、バッテリ４２とバッテリパックの外部端子４４との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部４３からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子４５と、ヒューズエレメント４６−１と発熱抵抗体４６−２を内蔵し、ヒューズエレメント４６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体４６−２が信号制御部４３に接続されたスイッチング素子４８によって動作制御された保護素子４６を備え、切替制御素子４５は、充電時に信号制御部４３により放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、
放電時に信号制御部４３により放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御することができ、保護素子４６は、切替制御素子４５を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えたときに溶断するか、または、セル４１またはバッテリ４２の電圧が所定の電圧値を越えたときに、発熱抵抗体４６−２の通電発熱によって溶断するヒューズエレメント４６−１を有する。
【００３１】
本発明に係る切替制御素子４５は、セレクター、スイッチコントローラー、ＣＭＯＳトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのスイッチングトランジスタまたは該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成される。スイッチング素子４８は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＦＥＴなどのスイッチング素子または該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成される。
【００３２】
本発明の切替制御素子４５を含む保護回路または充放電装置において、保護素子４６は、セル４１またはバッテリ４２と切替制御素子４５との間の充電回路上に配置される。また、図示しないがこの切替制御素子を含む保護回路または充放電装置の別の例では、保護素子４６は、切替制御素子４５とバッテリパックの外部端子４４との間に配置してもよい。
【００３３】
上述の切替制御素子を含む保護回路および充放電装置はバッテリパックに利用できる。すなわち、本発明の切替制御素子を備えたバッテリパックは、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセル４１が直列接続されたバッテリ４２と、セル４１またはバッテリ４２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部４３と、バッテリ４２とバッテリパックの外部端子４４との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部４３からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子４５と、ヒューズエレメント４６−１と発熱抵抗体４６−２を内蔵し、ヒューズエレメント４６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体４６−２が信号制御部４３に接続されたスイッチング素子４８によって動作制御された保護素子４６とを備え、信号制御部４３は、
充電時に放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子４６は、切替制御素子４５を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント４６−１が溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部４３によりセル４１またはバッテリ４２が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体４６−２が発熱してヒューズエレメント４６−１が溶断して充電回路を遮断する。
【００３４】
切替制御素子４５を含むバッテリパックは、モバイル機器などコードレス電気機器に利用できる。すなわち、本発明の切替制御素子を備えた電気機器は、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセル４１が直列接続されたバッテリ４２と、バッテリ４２の充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、該バッテリパックを充電または該バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、前記バッテリパックは、セル４１またはバッテリ４２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部４３と、バッテリ４２と該バッテリパックの外部端子４４との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部４３からの信号を受けてオン／オフ制御する切替制御素子４５と、ヒューズエレメント４６−１と発熱抵抗体４６−２を内蔵し、ヒューズエレメント４６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体４６−２が信号制御部４３に接続されたスイッチング素子４８によって動作制御された保護素子４６とを備え、信号制御部４３は、充電時に放電回路をオフにするとともに充電回路をオンにし、放電時に放電回路をオンにするとともに充電回路をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御し、保護素子４６は、切替制御素子４５を経由して流れる充電回路の電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント４６−１が溶断して充電回路を遮断し、かつ信号制御部４３によりセル４１またはバッテリ４２が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体４６−２が発熱してヒューズエレメント４６−１が溶断して充電回路を遮断する。
【実施例】
【００３５】
実施例１の保護回路５０は図５に示すように、リチウムイオン電池の4個のセル５１が直列接続されたバッテリ５２と、セル５１またはバッテリ５２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部５３と、バッテリ５２の外部端子５４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部５３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第１のスイッチング素子５５−１および1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第２のスイッチング素子５５−２と、可融性金属材からなるヒューズエレメント５６−１と膜抵抗体からなる発熱抵抗体５６−２を内蔵し、ヒューズエレメント５６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体５６−２が信号制御部５３に接続された1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第３のスイッチング素子５５−３によって動作制御された1個の保護素子５６を備える。保護回路５０はバッテリパックの充放電装置に適用され、信号制御部５３は、充電時に第１のスイッチング素子５５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子５５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子５５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子５５−２をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御する。
【００３６】
実施例２の保護回路６０は図６に示すように、リチウムイオン電池の4個のセル６１が直列接続されたバッテリ６２と、セル６１またはバッテリ６２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部６３と、バッテリ６２の外部端子６４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部６３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第１のスイッチング素子６５−１および1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第２のスイッチング素子６５−２と、可融性金属材からなるヒューズエレメント６６−１と膜抵抗体からなる発熱抵抗体６６−２を内蔵し、ヒューズエレメント６６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体６６−２が信号制御部６３に接続された1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第３のスイッチング素子６５−３によって動作制御された1個の保護素子６６とを備える。保護回路６０はバッテリパックの充放電装置に適用され、信号制御部６３は、その信号回路を分岐させて、片側に第１のスイッチング素子６５−１のゲートを、もう一方の側に第２のスイッチング素子６５−２のゲートをそれぞれ接続させて、第２のスイッチング素子６５−２のゲートは、信号制御部６３の信号回路にインバータ素子６７を介して接続されている。第１のスイッチング素子６５−１のゲートは、信号制御部６３との間にインバータ素子６７を介することなく接続されている。第２のスイッチング素子６５−２にインバータ素子６７を有するので、第１のスイッチング素子６５−１と信号回路を共用することができる。なお、実施例２では、インバータ素子６７は第２のスイッチング素子６５−２の側に接続されているが、インバータ素子６７は、第１または第２のスイッチング素子の何れかに設けてあればよく、適宜第２のスイッチング素子６５−２に替えて第１のスイッチング素子６５−１の側に配置してもよい。
【００３７】
実施例３の保護回路７０は、図７に示すように、リチウムイオン電池の4個のセル７１が直列に接続されたバッテリ７２と、セル７１またはバッテリ７２の電圧をモニタしその測定量に応じて制御信号を出力する信号制御部７３と、バッテリ７２とバッテリパックの外部端子７４との間の放電回路と充電回路とに接続され、かつ信号制御部７３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個のインバータ（反転増幅器）付きＣＭＯＳトランジスタからなる切替制御素子７５と、可融性金属材からなるヒューズエレメント７６−１と膜抵抗体からなる発熱抵抗体７６−２を内蔵し、ヒューズエレメント７６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体７６−２が信号制御部７３に接続された1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなるスイッチング素子７８によって動作制御された1個の保護素子７６を備える。保護回路７０はバッテリパックの充放電装置に適用され、信号制御部７３は、切替制御素子７５のＩＮに接続され、放電回路は、切替制御素子７５のドレインに接続され、充電回路は、保護素子のヒューズエレメント７６−１を介して切替制御素子７５のソースに接続されている。
【００３８】
実施例４の保護回路８０は図８に示すように、リチウムイオン電池の4個のセル８１が直列接続されたバッテリ８２と、セル８１またはバッテリ８２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部８３と、バッテリ８２の外部端子８４との間の電流回路に並列接続され、かつ信号制御部８３からの信号を受けてオン／オフ制御する1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第１のスイッチング素子８５−１および1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第２のスイッチング素子８５−２と、可融性金属材からなるヒューズエレメント８６−１と膜抵抗体からなる発熱抵抗体８６−２を内蔵し、ヒューズエレメント８６−１が放電回路と並列接続され、かつ発熱抵抗体８６−２が信号制御部８３に接続された1個のＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴからなる第３のスイッチング素子８５−３によって動作制御された1個の保護素子８６と、バッテリ８２に直列接続された抵抗素子８９−１および抵抗素子８９−１と接続され、かつバッテリ８２に並列接続されたコンデンサ８９−２からなる遅延回路８９とを備える。保護回路８０は、遅延回路８９によって、印加電圧を遅延させることができ、数μ秒単位で発生するスイッチング時の突入電流等を緩衝すると共に、バッテリパックの充放電装置に適用され、信号制御部８３は、充電時に第１のスイッチング素子８５−１をオフにするとともに第２のスイッチング素子８５−２をオンにし、放電時に第１のスイッチング素子８５−１をオンにするとともに第２のスイッチング素子８５−２をオフにして、充電回路と放電回路とをオン／オフ制御することができる。（図９参照）
【００３９】
さらに実施例４の保護回路８０は、図１０に示す保護回路１００のように変形してもよい。すなわち、１以上の二次電池のセル１０１が直列接続されたバッテリ１０２と、セル１０１またはバッテリ１０２の電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１０３と、ヒューズエレメント１０６−１と発熱抵抗体１０６−２を内蔵し、ヒューズエレメント１０６−１が１経路からなる充放電回路と直列接続され、かつ発熱抵抗体１０６−２が信号制御部１０３に接続された1個のスイッチング素子１０５によって動作制御された保護素子１０６と、バッテリ１０２に直列接続された抵抗素子１０９−１および抵抗素子１０９−１と接続され、かつバッテリ１０２に並列接続されたキャパシタ素子１０９−２からなる遅延回路１０９とを備え、保護回路１００は、遅延回路８９によって、印加電圧を遅延させてスイッチング時の突入電流を緩衝すると共に、前記充放電回路を経由して流れる電流値が所定の溶断電流値を越えるとヒューズエレメント１０６−１が溶断して前記充放電回路を遮断し、かつ信号制御部１０３によりセル１０１またはバッテリ１０２が所定の電圧値を越えると発熱抵抗体１０６−２が発熱してヒューズエレメント１０６−１が溶断して前記充放電回路を遮断する。
【００４０】
前記保護回路１００のスイッチング素子は、スイッチングトランジスタまたは該スイッチングトランジスタを含む保護回路モジュールから構成してもよい。
【００４１】
前記保護回路１００のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成から構成してもよい。
【００４２】
保護回路１００はバッテリパックに適用できる。
すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、
１以上の二次電池のセルが直列接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体とを内蔵し、前記ヒューズエレメントが充放電回路と直列接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された1個のスイッチング素子によって動作制御された保護素子と、前記バッテリに接続された抵抗素子および前記抵抗素子と接続され、かつ前記バッテリに接続されたキャパシタ素子からなる遅延回路とを備え、
保護回路は、前記遅延回路によって、印加電圧を遅延させてスイッチング時の突入電流を緩衝すると共に、前記充放電回路を経由して流れる電流値が所定の溶断電流値を越えると前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断し、かつ前記信号制御部により前記セルまたは前記バッテリが所定の電圧値を越えると前記発熱抵抗体が発熱して前記ヒューズエレメントが溶断して前記充放電回路を遮断するバッテリパックとしてもよい。
【００４３】
本発明の構成は、特に過充電保護に着目して保護装置の簡素化を図ることができ、もってバッテリパックおよび保護回路のコスト削減に寄与することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を使用した電気・電子機器の保護回路に利用でき、特にバッテリパックなど２次電池の保護装置に利用できる。
【符号の説明】
【００４５】
保護回路１０、セル１１、バッテリ１２、信号制御部１３、外部端子１４、第１のスイッチング素子１５−１、第２のスイッチング素子１５−２、第３のスイッチング素子１５−３、保護素子１６、ヒューズエレメント１６−１、発熱抵抗体１６−２、保護回路２０、セル２１、バッテリ２２、信号制御部２３、外部端子２４、第１のスイッチング素子２５−１、第２のスイッチング素子２５−２、第３のスイッチング素子２５−３、保護素子２６、ヒューズエレメント２６−１、発熱抵抗体２６−２、インバータ素子２７、保護回路３０、セル３１、バッテリ３２、信号制御部３３、外部端子３４、第１のスイッチング素子３５−１、第２のスイッチング素子３５−２、第３のスイッチング素子３５−３、保護素子３６、ヒューズエレメント３６−１、発熱抵抗体３６−２、インバータ素子３７、保護回路４０、セル４１、バッテリ４２、信号制御部４３、外部端子４４、切替制御素子４５、保護素子４６、ヒューズエレメント４６−１、発熱抵抗体４６−２、スイッチング素子４８、保護回路５０、セル５１、バッテリ５２、信号制御部５３、外部端子５４、第１のスイッチング素子５５−１、第２のスイッチング素子５５−２、第３のスイッチング素子５５−３、保護素子５６、ヒューズエレメント５６−１、発熱抵抗体５６−２、保護回路６０、セル６１、バッテリ６２、信号制御部６３、外部端子６４、第１のスイッチング素子６５−１、第２のスイッチング素子６５−２、第３のスイッチング素子６５−３、保護素子６６、ヒューズエレメント６６−１、発熱抵抗体６６−２、インバータ素子６７、
保護回路７０、セル７１、バッテリ７２、信号制御部７３、外部端子７４、切替制御素子７５、保護素子７６、ヒューズエレメント７６−１、発熱抵抗体７６−２、スイッチング素子７８、保護回路８０、セル８１、バッテリ８２、信号制御部８３、外部端子８４、第１のスイッチング素子８５−１、第２のスイッチング素子８５−２、第３のスイッチング素子８５−３、保護素子８６、ヒューズエレメント８６−１、発熱抵抗体８６−２、遅延回路８９、抵抗素子８９−１、キャパシタ素子８９−２、保護回路１００、セル１０１、バッテリ１０２、信号制御部１０３、外部端子１０４、スイッチング素子１０５、保護素子１０６、ヒューズエレメント１０６−１、発熱抵抗体１０６−２、遅延回路１０９、抵抗素子１０９−１、キャパシタ素子１０９−２。
【図１】
2022001012.tif 000003
【図２】
2022001012.tif 000004
【図３】
2022001012.tif 000005
【図４】
2022001012.tif 000006
【図５】
2022001012.tif 000007
【図６】
2022001012.tif 000008
【図７】
2022001012.tif 000009
【図８】
2022001012.tif 000010
【図９】
2022001012.tif 000011
【図１０】
2022001012.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月11日(2021.6.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
前記保護回路１００のスイッチング素子は、ＦＥＴまたは該ＦＥＴを含む保護回路モジュールから構成してもよい。