(57)【要約】【課題】  保護機能制御部が従来より簡単になり、通常の使用時に電流が流れるパワーラインに発熱や損失を生ずる充放電スイッチ素子を挿入する必要がなく、かつ、過充電から保護できる過充電保護機能付き二次電池パックを提供することにある。【解決手段】  １乃至複数の二次電池１からなる二次電池ブロック２と外部出力端子１０および１１を備える二次電池パックにおいて、二次電池１の各々に並列に接続された定電圧制御素子６と、外部出力端子１０と１１の間に並列に接続されたスイッチ素子１３と抵抗１２とからなるバイパス回路と、二次電池ブロック２の電圧を監視しスイッチ素子１３を制御する制御手段５とから構成されている。定電圧制御素子６により二次電池１の個々の電圧が二次電池１に対する規定の電圧を超えないように制御され、制御手段５により二次電池ブロック２の電圧が規定の電圧を超えたときにスイッチ素子１３が導通状態となり、充電電流をバイパスするように制御される。【選択図】  図１
2007305451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと外部回路に接続される外部出力端子対を備える二次電池パックにおいて、前記二次電池の各々に並列に接続された定電圧制御素子と、前記外部出力端子間に並列に接続されたスイッチ素子と抵抗とからなるバイパス回路と、前記二次電池ブロックの電圧を監視し前記スイッチ素子を制御する制御手段とからなり、前記定電圧制御素子により前記二次電池の個々の電圧が前記二次電池に対する規定の電圧を超えないように制御され、前記制御手段により前記二次電池ブロックの電圧が前記二次電池ブロックに対する規定の電圧を超えたときに前記スイッチ素子が導通状態となり充電電流をバイパスするように制御され、前記二次電池ブロックの端子と前記外部出力端子の間には前記二次電池ブロックの充放電を制御するためのスイッチ素子が挿入されていないこと特徴とする過充電保護機能付き二次電池パック。
【請求項２】
前記二次電池ブロックの温度を検出する温度検出素子と、該温度検出素子からの出力により温度異常を判定する温度判定手段と、前記外部出力端子間に並列に接続されたスイッチ素子またはスイッチ素子と抵抗からなる非常バイパス回路とが設置され、前記二次電池ブロックの端子と前記外部出力端子の間に電流ヒューズが挿入され、前記温度判定手段により前記二次電池ブロックの温度が異常になったと判定されたときに、前記非常バイパス回路のスイッチ素子が導通状態となって前記電流ヒューズに過電流を流すことにより該電流ヒューズを溶断することを特徴とする請求項１記載の過充電保護機能付き二次電池パック。
【請求項３】
前記非常バイパス回路のスイッチ素子は前記バイパス回路のスイッチ素子が導通状態となっているときのみ導通状態となるように制御されていることを特徴とする請求項２記載の過充電保護機能付き二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと保護回路からなる二次電池パックに関し、特に二次電池を過充電状態から保護する機能を設けた過充電保護機能付き二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池等の二次電池にあっては、その充電中に電池電圧が高くなりすぎると、電池性能が劣化したり、その安全性が損なわれるおそれがある。従来、特許文献１に示されるように、その防止のため、二次電池や電池ブロックの端子電圧を監視する電圧監視機能を備えた保護機能制御部とその制御により動作する充放電スイッチなどからなる保護回路を設け、前記電圧監視機能により二次電池の端子電圧を監視し、二次電池１個当たりの端子電圧が所定の電圧値に達したとき、上記充放電スイッチにより充電動作を停止させることで、その電池電圧（端子電圧）を所定の電圧以下に保持するようにしている。
【０００３】
図３は、多数の二次電池を直列に接続した二次電池ブロックからなる従来の保護回路付きの二次電池パックの回路の構成例を示す図であり、１は二次電池、２は二次電池ブロック、３４は保護機能制御部、３３は電流ヒューズ、符号３１のＳＷ１は放電制御スイッチ、符号３２のＳＷ２は充電制御スイッチを示す。
【０００４】
図３において、保護機能制御部３４は二次電池１の各端子電圧を監視し、過充電を検知したとき充電制御スイッチ３２をＯＦＦにして充電回路を遮断する。電流ヒューズ３３は、規定値以上の充電電流あるいは放電電流がある時間以上流れ続けると溶断して電流を遮断する機能を有する。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５２９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来の電池パックにおいては、二次電池ブロック２の推奨範囲外の電圧が印加されるおそれのある充電器が接続された場合、保護機能制御部３４が二次電池１の各端子電圧を監視し、規定値以上の電圧に達すると充電制御スイッチ３２をＯＦＦすることにより、電池を過充電から保護していた。しかし、近年、高負荷に対応する電池パックへの要求が増えたため二次電池の直列数を多くしなければならない場合が増加し、その直列数が増すほど二次電池１の各端子電圧を監視する保護機能制御部３４が複雑となる。また、負荷の増加により電流が増加するため二次電池ブロック２と外部回路に接続される外部出力端子１０との間のパワーラインに挿入している放電制御スイッチ３１および充電制御スイッチ３２での発熱やパワーの損失が問題となり、それを抑制するためにこれらのスイッチ素子には電流容量が大きく且つ高耐圧の素子を選定する必要がある。そこで従来の保護回路を有する電池パックでは上記のような場合に回路規模が大きくなり、実装部品が増え、さらに特殊な素子を使用するため製造コストが増加するなどの問題があった。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、保護機能制御部が従来より簡単になり、通常の使用時に電流が流れるパワーラインに発熱や損失を生ずる充放電スイッチ素子を挿入する必要がなく、かつ、過充電から保護できる過充電保護機能付き二次電池パックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の過充電保護機能付き二次電池パックは、１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと外部回路に接続される外部出力端子対を備える二次電池パックにおいて、前記二次電池の各々に並列に接続された定電圧制御素子と、前記外部出力端子間に並列に接続されたスイッチ素子と抵抗とからなるバイパス回路と、前記二次電池ブロックの電圧を監視し前記スイッチ素子を制御する制御手段とからなり、前記定電圧制御素子により前記二次電池の個々の電圧が前記二次電池に対する規定の電圧を超えないように制御され、前記制御手段により前記二次電池ブロックの電圧が前記二次電池ブロックに対する規定の電圧を超えたときに前記スイッチ素子が導通状態となり充電電流をバイパスするように制御され、前記二次電池ブロックの端子と前記外部出力端子の間には前記二次電池ブロックの充放電を制御するためのスイッチ素子が挿入されていない。
【０００９】
また本発明では、前記二次電池ブロックの温度を検出する温度検出素子と、該温度検出素子からの出力により温度異常を判定する温度判定手段と、前記外部出力端子間に並列に接続されたスイッチ素子またはスイッチ素子と抵抗からなる非常バイパス回路とが設置され、前記二次電池ブロックの端子と前記外部出力端子の間に電流ヒューズが挿入され、前記温度判定手段により前記二次電池ブロックの温度が異常になったと判定されたときに、前記非常バイパス回路のスイッチ素子が導通状態となって前記電流ヒューズに過電流を流すことにより該電流ヒューズを溶断してもよい。
【００１０】
すなわち、本発明では、従来、二次電池のパワーラインに直列に挿入されていた充放電スイッチを除くことにより、通常時の動作においてそれらのスイッチ素子による発熱や損失を回避できるようにするものである。
【００１１】
また、過充電保護のため、従来の充放電スイッチの代わりに、前記二次電池ブロックの外部出力端子間に並列にスイッチ素子と抵抗とからなるバイパス回路を設置し、そのスイッチ素子の制御により過充電より保護する。また、二次電池ブロックの温度を検出する温度検出素子と電流ヒューズの設置により、過充電による二次電池ブロックの異常加熱にも対応可能としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、異常時の保護を行うための制御部が従来より簡単で、通常の使用時に電流が流れるパワーラインに発熱や損失を生ずる充放電スイッチ素子を挿入する必要がなく、かつ、過充電から保護できる過充電保護機能付き二次電池パックが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して実施例に基づき説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明による過充電保護機能付き二次電池パックの第一の実施例を示す回路図である。図１において、本実施例の過充電保護機能付き二次電池パックは複数の二次電池１からなる二次電池ブロック２と外部回路に接続される外部出力端子１０および１１を備える二次電池パックにおいて、二次電池１の各々に並列に接続された定電圧制御素子６と、外部出力端子１０と１１の間に並列に接続されたスイッチ素子１３と抵抗１２とからなるバイパス回路と、二次電池ブロック２の電圧を監視しスイッチ素子１３を制御する制御手段５とから構成されている。定電圧制御素子６により二次電池１の個々の電圧が二次電池１に対する規定の電圧を超えないように制御され、制御手段５により二次電池ブロック２の電圧が二次電池ブロック２に対する規定の電圧を超えたときにスイッチ素子１３が導通状態となり充電電流をバイパスするように制御される。また、二次電池ブロック２の端子３および４と外部出力端子１０および１１の間には二次電池ブロックの充放電を制御するためのスイッチ素子は挿入されていない。
【００１５】
次に、本実施例の過充電保護機能付き二次電池パックの過充電保護動作を説明する。図１において、まず、外部出力端子１０および１１に充電器が接続され充電を開始した場合、二次電池１の各端子電圧が徐々に上昇していくが、この間、各二次電池１間の電圧バランス崩れにより二次電池１の端子電圧が規定電圧を超えると、定電圧制御素子６が充電電流をバイパスし二次電池１が過充電となることを回避するとともに、二次電池１間の電圧バランスを調整する。前記、定電圧制御素子６による二次電池１の過充電回避及び二次電池１間の電圧バランス調整機能は、充電が終了するまで継続し動作する。なお、定電圧制御素子６はツェナーダイオードなどのリミッタ機能がある素子によって構成することができる。
【００１６】
更に充電器による充電作業が進み、二次電池パックの推奨範囲以上の充電電圧が二次電池ブロック２に印加された場合、制御手段５が二次電池ブロック２の過充電状態を検知しスイッチ素子１３をＯＮにすることにより、充電器が出力する充電電流の全てと二次電池ブロック２からの放電電流をバイパス回路によりバイパスし、二次電池ブロック２の過充電状態を回避する。
【００１７】
図２は、本発明による過充電保護機能付き二次電池パックの第二の実施例を示す回路図である。図２において、本実施例の過充電保護機能付き電池パックは複数の二次電池１からなる二次電池ブロック２と外部回路に接続される外部出力端子１０および１１を備える二次電池パックにおいて、二次電池１の各々に並列に接続された定電圧制御素子６と、外部出力端子１０と１１の間に並列に接続されたスイッチ素子１３と抵抗１２とからなるバイパス回路と、二次電池ブロック２の電圧を監視しスイッチ素子１３を制御する制御手段５とから構成される部分は図１の実施例と同じであり、それらの動作も同じである。
【００１８】
しかし、本実施例においては、さらに、二次電池ブロック２の温度を検出する温度検出素子８と、温度検出素子８からの出力により温度異常を判定する温度判定手段７と、外部出力端子１０、１１間に並列に接続されたスイッチ素子１４からなる非常バイパス回路とが設置され、二次電池ブロック２の端子３と外部出力端子１０の間に電流ヒューズ３３が挿入されている。
【００１９】
本実施例の動作は、通常の温度範囲内の動作に関しては実施例１の電池パックと同じであるが、異常な充電または放電などにより二次電池ブロック２の温度が上昇し異常発熱を起こした場合、温度検出素子８から得られる温度情報により、温度判定手段７が温度異常を判定し、スイッチ素子１４をＯＮし、二次電池ブロック２からの過大な放電電流を非常バイパス回路に流す。これにより電流ヒューズ３３にも過大な電流が流れることにより、電流ヒューズ３３が溶断され、充放電経路を遮断する。
【００２０】
本実施例において、過充電時には制御手段５によりバイパス回路のスイッチ素子１３が導通状態となるが、さらに温度異常が生じたときはスイッチ素子１４も導通状態となる。
【００２１】
上記のように本発明に係る過充電保護機能を有する二次電池パックでは、二次電池１及び二次電池ブロック２の推奨範囲以上の電圧制御を行う充電器が接続された場合でも、定電圧制御素子６、制御手段５及び温度判定手段７により、二次電池電圧のバランス調整、過剰な充電電流のバイパス、温度異常時の電流経路の遮断を行うため、二次電池からのパワーラインに直列に挿入されていた充放電素子をなくし、通常時の動作においてそれらの素子による発熱や損失を回避することができる。
【００２２】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では制御手段５と温度判定手段７の機能が単独で動作する説明をしたが、それらの機能に関連をもたせ、充電状態と温度状態の両方に基づいてスイッチ素子１３やスイッチ素子１４を動作させることでより適切な制御や誤動作の防止を行うことが可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による過充電保護機能付き二次電池パックの第一の実施例を示す回路図。
【図２】本発明による過充電保護機能付き二次電池パックの第二の実施例を示す回路図。
【図３】多数の二次電池を直列に接続した二次電池ブロックからなる従来の保護回路付きの電池パックの回路の構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２４】
１    二次電池
２    二次電池ブロック
３，４    端子
５    制御手段
６    定電圧制御素子
７    温度判定手段
８    温度検出素子
１０，１１    外部出力端子
１２    抵抗
１３，１４    スイッチ素子
３１    放電制御スイッチ
３２    充電制御スイッチ
３３    電流ヒューズ
３４    保護機能制御部
【図１】
2007305451.tif 000003
【図２】
2007305451.tif 000004
【図３】
2007305451.tif 000005