(57)【要約】【課題】極めて簡単な回路構成でヒュージングレジスタの溶断を検出する。【解決手段】電池パックは、電池１と直列に接続しているヒューズ３と加熱抵抗４とを備えるヒュージングレジスタ２と、ヒュージングレジスタ２の加熱抵抗４を電池１に接続してヒューズ３を溶断するスイッチング素子５と、スイッチング素子５をオンオフに制御する制御回路６と、電池１とスイッチング素子５との間に接続している電流センサ７とを備え、制御回路６は、スイッチング素子５を制御してヒュージングレジスタ２に非溶断電流を流す状態で、電流センサ７の電流を検出して、ヒューズ３の溶断状態を判定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池と、
前記電池と直列に接続してなる、ヒューズと加熱抵抗とを備えるヒュージングレジスタと、
前記電池に前記加熱抵抗を接続して溶断電流を流し、前記加熱抵抗の発熱で前記ヒューズを溶断するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオンオフに制御する制御回路と、
前記電池と前記スイッチング素子との間に接続してなる電流センサとを備え、
前記制御回路が、前記スイッチング素子を制御して前記ヒュージングレジスタに非溶断電流を流す状態で、前記電流センサの電流を検出して、前記ヒューズの溶断状態を判定することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１に記載される電池パックであって、
前記制御回路が前記スイッチング素子を所定の周期でオンオフにスイッチングして前記ヒュージングレジスタに非溶断電流を流すことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１又は２に記載される電池パックであって、
前記制御回路が保護回路を備え、この保護回路が当該電池パックの使用禁止状態を検出して、前記スイッチング素子をオン状態に切り換えて前記ヒューズを溶断することを特徴とする電池パック。
【請求項４】
請求項１又は２に記載される電池パックであって、
前記電池の出力側に接続してなる充放電スイッチを備え、前記充放電スイッチと前記電池との間に前記ヒュージングレジスタを接続しており、前記制御回路が前記充放電スイッチを制御してなることを特徴とする電池パック。
【請求項５】
請求項４に記載される電池パックであって、
前記制御回路が前記ヒュージングレジスタの出力側の電圧を検出する電圧検出回路を備え、前記制御回路が、前記充放電スイッチをオフ状態とする状態で、前記ヒュージングレジスタの出力側の電圧を検出してヒューズの溶断状態を判定することを特徴とする電池パック。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
前記電流センサが電流検出抵抗としてなる電池パック。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載される電池パックであって、
前記制御回路は、前記溶断電流のデューティー比率を下げることで前記非溶断電流を制御することを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は過電流を防止するヒューズを備える電池パックに関し、とくにヒューズの溶断状態を判定する電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
電池パックは、図３に示すように、電池１と直列にヒューズ３を接続して安全性を向上できる。過電流でヒューズ３を溶断して電池１を過電流から保護できるからである。図３の電池パックは、電池１と直列にヒュージングレジスタ２を接続している。ヒュージングレジスタ２は、ヒューズ３と加熱抵抗４とを備えている。ヒュージングレジスタ２を備える電池パックは、ヒュージングレジスタ２の加熱抵抗４に通電するためのスイッチング素子５と、このスイッチング素子５を制御する制御回路６と、この制御回路６で電池１の残容量を演算するために電池１の電流を検出する電流検出抵抗８の電流センサ７とを備えている。ヒュージングレジスタ２のヒューズ３は、過電流が流れるとジュール熱で発熱して溶断され、また、スイッチング素子５をオン状態に制御して加熱抵抗４に通電する状態で加熱抵抗４に加熱されて溶断される。この電池パックは、ヒューズ３を溶断して出力を遮断する。さらに、電池パックは、図３に示すように、電池１の保護回路９を設けてさらに安全性を向上できる。保護回路９は、電池１を正常に充放電できない状態で、電池１の出力側に設けている充放電スイッチ１０をオフに切り換えて出力を遮断する。このような電池パックは、ヒューズ３と保護回路９で安全性を向上できる。この電池パックは、ヒューズ３が溶断され、あるいは保護回路９が充放電スイッチ１０をオフ状態として出力を遮断できるが、出力が遮断される状態で、ヒューズ３の溶断と、充放電スイッチ１０のオフ状態とを判定できない。このことから、ヒューズの溶断を検出できる電池パックが開発されている。（特許文献１〜３参照）
【０００３】
特許文献１の電池パックは、ヒューズと直列に、発光ダイオードと電流制限抵抗との直列回路を接続している。発光ダイオードは、ヒューズが溶断されない状態では点灯されず、ヒューズが溶断されて点灯する。したがって、発光ダイオードの点滅でヒューズの溶断を判定する。この電池パックは、ヒューズの溶断を検出するために発光ダイオードを設ける必要があるので部品点数が多くなって回路構成が複雑になる欠点がある。また、発光ダイオードを点灯してヒューズの溶断を表示するので、ヒューズの溶断を本体機器側に電気信号として伝送できない欠点もある。
【０００４】
特許文献２の電池パックは、複数の電池ユニットを並列に接続して、各々の電池ユニットは、電池とヒューズとの直列回路としている。この電池パックは、各々の電池ユニットの電池電圧を検出して電圧差を比較してヒューズの溶断を検出する。この電池パックは、ヒューズが溶断されない状態では、各々の電池はヒューズを介して互いに並列に接続されて同じ電圧となるが、ヒューズが溶断されると、各々の電池がヒューズを介して並列に接続されなくなるので電圧差が発生する。したがって、各々の電池ユニットの電池電圧を検出してヒューズの溶断を検出できる。この電池パックは、複数の電池ユニットを並列に接続している回路構成においてのみ、各々の電池ユニットに接続しているヒューズの溶断を検出できるが、全ての電池を直列に接続して電池と直列にひとつのヒューズを接続している電池パックにおいては、ヒューズの溶断を検出できない。また、ヒューズの溶断を速やかに検出できない欠点もある。それは、ヒューズが溶断されて各々の電池ユニットの電池電圧に電圧差ができるのに時間がかかるからである。
【０００５】
特許文献３の電池パックは、電池と充放電スイッチとの間にヒュージングレジスタを接続している。この電池パックは、ヒュージングレジスタの入力側と出力側の電圧を検出して、ヒュージングレジスタの溶断を判定する。ヒュージングレジスタが溶断されない状態で、入力側と出力側の電圧は等しくなるが、ヒュージングレジスタが溶断されると入力側と出力側の電圧が同じ電圧とならず、電圧差からヒュージングレジスタの溶断を判定できる。この電池パックは、つねに正確にヒューズの溶断を検出できない欠点がある。それは、電池パックを本体機器に接続して、本体機器側から電池パックに電力が供給される状態、たとえば本体機器から電池パックを充電している状態、あるいは本体機器側に設けている大容量の電解コンデンサのチャージ電圧が供給される状態で、ヒューズの溶断を検出できないからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−２０７８７６号公報
【特許文献２】特開２０１０−６７５３６号公報
【特許文献３】特開２００９−２７３２０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な回路構成としながら、ヒュージングレジスタの溶断を速やかに検出できる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】
本発明の電池パックは、電池１と、電池１と直列に接続してなるヒューズ３と加熱抵抗４とを備えるヒュージングレジスタ２と、電池１に加熱抵抗４を接続して溶断電流を流し、加熱抵抗４の発熱でヒューズ３を溶断するスイッチング素子５と、スイッチング素子５をオンオフに制御する制御回路６と、電池１とスイッチング素子５との間に接続してなる電流センサ７とを備えており、制御回路６が、スイッチング素子５を制御してヒュージングレジスタ２に非溶断電流を流す状態で、電流センサ７の電流を検出して、ヒューズ３の溶断状態を判定する。
【０００９】
本発明の電池パックは、制御回路６がスイッチング素子５を所定の周期でオンオフにスイッチングしてヒュージングレジスタ２に非溶断電流を流すことができる。
【００１０】
本発明の電池パックは、制御回路６が保護回路９を備え、この保護回路９が当該電池パックの使用禁止状態を検出して、スイッチング素子５をオン状態に切り換えてヒューズ３を溶断することができる。
【００１１】
本発明の電池パックは、電池１の出力側に接続してなる充放電スイッチ１０を備え、充放電スイッチ１０と電池１との間にヒュージングレジスタ２を接続して、制御回路６で充放電スイッチ１０を制御することができる。
【００１２】
本発明の電池パックは、制御回路６がヒュージングレジスタ２の出力側の電圧を検出する電圧検出回路１３を備え、制御回路６が、充放電スイッチ１０をオフ状態とする状態で、ヒュージングレジスタ２の出力側の電圧を検出してヒューズ３の溶断状態を判定することができる。
【００１３】
本発明の電池パックは、電流センサ７を電流検出抵抗８とすることができる。
【００１４】
本発明の電池パックは、制御回路６が、溶断電流のデューティー比率を下げることで非溶断電流を制御することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の電池パックは、極めて簡単な回路構成としながら、ヒュージングレジスタの溶断を確実に、しかも速やかに検出できる特長がある。それは、本発明の電池パックが、スイッチング素子を制御してヒュージングレジスタに非溶断電流を流し、この電流を検出してヒューズの溶断状態を判定するからである。ヒュージングレジスタを備える電池パックは、ヒュージングレジスタに通電して溶断するためのスイッチング素子と、このスイッチング素子を制御する制御回路と、この制御回路で電池の残容量を演算するために、電池の電流を検出する電流検出抵抗の電流センサとを備えているが、従来の電池パックは、図３に示すように、電池１の充放電電流を検出して残容量を演算するために設けている電流センサ７の電流検出抵抗８を、スイッチング素子５をオン状態としてヒュージングレジスタ２に流れる電流を検出する位置には接続していない。電流センサ７は、図１に示すように、スイッチング素子５と電池１との間に接続して、スイッチング素子５のオン状態でヒュージングレジスタ２の電流を検出できる。電流センサをこの位置に接続している本発明の電池パックは、制御回路でもって、ヒュージングレジスタに非溶断電流を流すようにスイッチング素子を制御し、この状態で電流センサの電流を検出してヒュージングレジスタのヒューズの溶断状態を判定できる。ヒュージングレジスタが溶断されていない状態では、非溶断電流が検出され、溶断されている状態では非溶断電流が検出されないからである。このように、本発明の電池パックは、従来の電池パックに対して構成部品を追加することなく、簡単な回路変更をすることにより、ヒュージングレジスタの溶断を確実に、しかも速やかに検出できる特徴を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施例にかかる電池パックの回路図である。
【図２】本発明の一実施例にかかる電池パックの溶断電流および非溶断電流を示す図である。
【図３】従来の電池パックの回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものには特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１８】
図１に示す電池パックは、電池１と直列に接続しているヒュージングレジスタ２と、このヒュージングレジスタ２の加熱抵抗４に接続されてヒューズ３を溶断するスイッチング素子５と、このスイッチング素子５をオンオフに制御する制御回路６と、電池１とスイッチング素子５との間に接続している電流センサ７とを備える。図１の電池パックは、電流センサ７を電流検出抵抗８として、電流検出抵抗８の両端に発生する電圧から電流を検出する。ただし、本発明の電池パックは、電流センサ７を必ずしも電流検出抵抗８には特定せず、電流を検出できる全ての素子を使用できる。さらに、図１の電池パックは、制御回路６でオンオフに切り換えられる充放電スイッチ１０も備える。
【００１９】
ヒュージングレジスタ２は、ヒューズ３と加熱抵抗４とを備える。ヒューズ３は、過電流が流れるとジュール熱で発熱して溶断され、また、加熱抵抗４に加熱されて溶断される溶融金属である。加熱抵抗４は、ヒューズ３とスイッチング素子５とに接続され、スイッチング素子５のオン状態で流れる溶断電流で発熱してヒューズ３を溶断する。図１のヒュージングレジスタ２は、ヒューズ３Ａとヒューズ３Ｂの間に加熱抵抗４Ａ及び加熱抵抗４Ｂを接続している。このヒュージングレジスタ２は、スイッチング素子５のオン状態において、電池１から加熱抵抗４Ａ、４Ｂに通電して加熱抵抗４Ａ、４Ｂを発熱でき、また接続機器側からの充電電流を加熱抵抗４Ａ、４Ｂに通電して加熱抵抗４Ａ、４Ｂを発熱できる。図示しないが、ヒュージングレジスタは、ヒューズを１つとし、このヒューズの接続機器側に加熱抵抗を接続して、電池から加熱抵抗に通電することもできる。
【００２０】
図１の電池パックは、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２とを直列に接続して充放電スイッチ１０としている。放電スイッチ１１と充電スイッチ１２は、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。この電池パックは、電池１の放電を停止するときに放電スイッチ１１をオフ状態に切り換えて、充電を停止するときに充電スイッチ１２をオフ状態に切り換える。電池１を充放電する状態で、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２はオン状態に保持される。放電スイッチ１１と充電スイッチ１２は、制御回路６でオンオフに制御される。
【００２１】
制御回路６は、電池１の保護回路９を備える。保護回路９は、電池１を充放電できない充放電停止状態を検出してスイッチング素子５をオン状態に切り換えてヒューズ３を溶断する。保護回路９は、電池１の電圧や温度を検出して電池１の充放電停止状態を判定する。図１に示すように、複数の電池セルを備えて、各々の電池セルを直列に接続している電池パックは、保護回路９でもって各々の電池１の電圧を検出し、あるいは最も高温になる電池１の温度等を検出して、電池１の充放電停止状態を判定する。この電池パックは、各々の電池セルの電圧を検出する電圧検出回路１３と、電池１に熱結合状態に配置している温度センサ１４からの信号から電池１の温度を検出して、電池１の充放電停止状態を判定するマイクロコンピュータ１５を備える。この保護回路９は、何れかの電池セルの電圧や温度が、あらかじめ設定している閾値を越えると充放電停止状態と判定して充放電スイッチ１０をオフ状態に切り換える。保護回路９は、放電している電池１の電圧が最低閾値よりも低くなると、放電スイッチ１１をオフ状態に切り換えて放電を停止して電池１の過放電を防止する。また、充電している電池１の電圧が最高閾値よりも高くなると、充電スイッチ１２をオフ状態に切り換えて充電を停止して電池１の過充電を防止する。また、保護回路９は、電池１の温度が最高閾値よりも高くなり、あるいは最低閾値よりも低くなる状態で、充放電スイッチ１０をオフ状態に切り換えて電池１を保護する。
【００２２】
さらに、制御回路６は、電池パックを安全に使用できない使用禁止状態においては、スイッチング素子５をオン状態に切り換えて、ヒュージングレジスタ２のヒューズ３を溶断する。制御回路６は、たとえば、電池１の電圧が最高閾値よりも高電圧に設定している使用禁止閾値よりも高くなり、あるいは最低閾値よりも低電圧に設定している使用禁止閾値よりも低くなり、あるいは又、電池パックの出力端子が短絡された状態等を使用禁止状態と判定して、スイッチング素子５をオン状態に切り換えてヒュージングレジスタ２のヒューズ３を溶断する。スイッチング素子５がオン状態に切り換えられると、加熱抵抗４が電池１から供給される電流で発熱して、ヒューズ３を溶断する。ヒューズ３が溶断されると、加熱抵抗４への電流は流れなくなる。
【００２３】
電流センサ７の電流検出抵抗８は、電池１とスイッチング素子５との間に接続されて、電池１から接続機器に供給する電流のみでなく、さらに、充放電スイッチ１０のオフ状態においては、電池１と加熱抵抗４とスイッチング素子５と電流センサ７とにループするループ電流を検出する。電流センサ７の電流検出抵抗８は、流れる電流に比例する電圧が発生する。したがって、制御回路６は電流検出抵抗８の両端に発生する電圧から電池１の電流を検出する。制御回路６は、検出する電流から電池１の残容量を演算する。
【００２４】
さらに、制御回路６は、スイッチング素子５を制御してヒュージングレジスタ２に非溶断電流を流して、ヒューズ３が溶断されているか、溶断されていないかヒューズ３の溶断状態を判定する。ヒューズ３を溶断する溶断電流と非溶断電流について説明する。溶断電流は、加熱抵抗４を発熱させて、その発熱でヒューズ３を溶断させる大きな電流に設定される。非溶断電流は、ヒューズ３を溶断しない電流、すなわちヒューズ３の溶断電流よりも小さい電流に設定される。制御回路６は、スイッチング素子５をオンオフに切り換えるデューティーをコントロールして加熱抵抗４に流れる溶断電流および非溶断電流の平均電流をＰＷＭ制御する。
【００２５】
この制御回路６は、デューティーを小さく、すなわちオン時間を短くして平均電流を小さく、反対にオン時間を長くしてデューティーを大きくして平均電流を大きくできる。溶断電流の平均電流は、ヒューズ３を溶断するように、数１００ｍＡ以上に設定される。非溶断電流の平均電流は、ヒューズ３を溶断することなく、電流センサ７で電流を検出できる電流値、たとえば、数ｍＡ以上であって数１００ｍＡ以下に設定される。また、制御回路６がスイッチング素子５を制御して非溶断電流を流す時間は、電流センサ７の電流を検出して、制御回路６のマイクロコンピュータ１５がヒューズ３の溶断状態（溶断されているか、溶断されていないか）を判定できる最低の時間よりも長く、たとえば、数μｓ以上であって、数１００ｍｓよりも短く設定される。また、非溶断電流を流す周期は、１ｋＨｚ以上であって、数１００ｋＨｚよりも小さく設定される。制御回路６は、スイッチング素子５を制御して加熱抵抗４に非溶断電流を流す状態で、電流センサ７である電流検出抵抗８の両端に発生する電圧を検出して、ヒューズ３の溶断状態を判定する。
【００２６】
例えば、溶断電流は、図２の（ａ）に示すように、ピーク電流が６００ｍＡで、オン時間のみの１００％デューティーで、平均電流６００ｍＡの電流として流される。また、非溶断電流は、図２の（ｂ）に示すように、ピーク電流が６００ｍＡで、２０ｋＨｚの周期で、オン時間５μｓ、オフ時間４５μｓの１０％デューティーで、平均電流６０ｍＡの電流として流される。つまり、制御回路６は、溶断電流のデューティー比率を下げることで非溶断電流を制御することができる。
【００２７】
制御回路６のマイクロコンピュータ１５は、電流センサ７である電流検出抵抗８の両端に発生する電圧値を示すアナログ信号をデジタル信号に変換し、デジタル信号をあらかじめ記憶しているデジタル値に比較して、ヒューズ３の溶断状態を判定する。ヒューズ３が溶断されている状態で、電流センサ７である電流検出抵抗８の両端には電圧が発生しない。したがって制御回路６は、非溶断電流を流すようにスイッチング素子５を所定のデューティーでスイッチングする状態で電流検出抵抗８に電圧が発生しないとヒューズ３が溶断されていると判定し、この状態で電流検出抵抗８に所定の電圧が発生する状態ではヒューズ３が溶断されていないと判定する。制御回路６は、ヒューズ３が溶断されていると判定すると、このことを接続端子から接続機器側に電気信号で伝送する。
【００２８】
制御回路６が、スイッチング素子５をオンオフに切り換えてデューティーを調整して平均電流をコントロールする電池パックは、スイッチング素子５の発熱を小さくして、ヒューズ３の溶断状態を判定できる。ただ、制御回路６は、スイッチング素子５の内部抵抗を調整して加熱抵抗４に流す電流を非溶断電流に制御することもできる。
【００２９】
さらに、制御回路６は、充放電スイッチ１０をオフ状態とする状態で、ヒュージングレジスタ２の出力側の電圧を検出して、ヒューズ３の溶断状態を判定することもできる。ヒューズ３が溶断されると、ヒュージングレジスタ２の出力側に電圧が出力されなくなるからである。特に、ヒューズ３Ａが溶断されていない状態で、ヒューズ３Ｂが溶断されている状態の場合、電池１からスイッチング素子５及びヒューズ３Ａを介して非溶断電流が流れ、電流検出センサ７で非溶断電流を検出し、制御回路６はヒューズ３が溶断されていないと判断する。そのため、ヒュージングレジスタ２の出力側の電圧を検出し、電池１の電圧が検出できなければヒューズ３Ｂが溶断されていると判断することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、部品を増加することなくヒュージングレジスタの溶断を検出してより安全性を向上できる電池パックに有効に使用される。
【符号の説明】
【００３１】
１…電池
２…ヒュージングレジスタ
３、３Ａ、３Ｂ…ヒューズ
４、４Ａ、４Ｂ…加熱抵抗
５…スイッチング素子
６…制御回路
７…電流センサ
８…電流検出抵抗
９…保護回路
１０…充放電スイッチ
１１…放電スイッチ
１２…充電スイッチ
１３…電圧検出回路
１４…温度センサ
１５…マイクロコンピュータ
【図１】
2016127769.tif 000003
【図２】
2016127769.tif 000004
【図３】
2016127769.tif 000005