(57)【要約】 【課題】  放電時以外は二次電池セルの電圧が常に均一化されて二次電池セル間の安定したバランスが得られ、二次電池セルに加わる充電電圧が最大充電電圧を超える恐れがない二次電池パックを提供すること。【解決手段】  ｎ個の二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎと外部機器に接続するための外部端子１２および１３を有する二次電池パックにおいて、外部端子１２および１３が外部機器に接続された放電時には二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを直列に接続し、充電時および外部端子１２および１３が開放されているときには二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを並列に接続する。二次電池セルの直列と並列の接続を切り替えるｎ−１個の切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１と、切替信号の入力により切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１を制御する切替器駆動回路１５と、切替信号を出力する制御回路１６とを有し、制御回路は充電器または外部機器の接続により外部より入力される充放電切替信号により判別して、切替信号を出力する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の二次電池セルと外部機器に接続するための外部端子とを有する二次電池パックにおいて、前記外部端子が外部機器に接続された放電時には前記二次電池セルを直列に接続し、充電時および前記外部端子が開放されているときには前記二次電池セルを並列に接続する機能を有することを特徴とする二次電池パック。
【請求項２】
前記二次電池セルの直列の接続と並列の接続とを切り替える切替器と、切替信号の入力により前記切替器を制御する切替器駆動回路と、前記切替信号を出力する制御回路とを有し、該制御回路は充電器または前記外部機器の接続により外部より入力される充放電切替信号により放電状態、充電状態または開放状態のいずれであるかを判別して、前記切替信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の二次電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の二次電池セルからなる二次電池パックに関し、特に充放電状態に応じて二次電池セルの接続を切り替える機能を有する二次電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯用機器などに搭載されるリチウムイオン電池などの二次電池パックでは、一個の二次電池セルの出力電圧や容量が一定の値に限られるため、複数個の二次電池セルを直列もしくは並列に接続して出力電圧の上昇や容量の増大を図っている。しかし、出力電圧を上げる目的で複数の二次電池セルを直列接続した二次電池パックにおいては、個々の二次電池セルの特性や劣化状態などのばらつきにより二次電池セル間で電圧のバランスが崩れてしまう場合があり、これにより二次電池パックとして出力電圧の低下や容量の低下といった不都合が生じる場合がある。そこで、従来は上記バランスを整えるために、二次電池セルごとに電圧を監視して充電途中や充電完了後に各二次電池セルのバランス充電やバランス放電などを行う等の方策を施している。
【０００３】
また、特許文献１においては、複数の二次電池セルからなる組電池において、二次電池セルごとの電圧を監視し、直列に接続された各二次電池セルの電圧のばらつきが一定値以上となった場合に、充電時あるいは放電時以外の時間、例えば充電完了後に二次電池セルの接続を並列に組み替え、各二次電池セルの電圧ばらつきが一定値以下になった後に二次電池セルの接続を再び直列に戻す組電池の充電装置が示されている。
【０００４】
【特許文献１】特許第３７２１７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の二次電池セルを直列接続のままバランス充電やバランス放電を行う従来の方式では各二次電池セルの電圧が均一化するまでの時間がかかり、また、直列で充電するため、二次電池セルのバランスが崩れていた場合、特定の二次電池セルに過大な電圧が印加されるという恐れがある。また、特許文献１に記載の組電池の充電装置でも充電する場合には直列で充電を行い、各二次電池セルの電圧差が一定値以上になった場合に初めて並列接続して各二次電池セルの電圧を均一化させようとしているため、二次電池セルの電圧が均一化するまでに長い充電時間がかかるという上記と同様な欠点を有している。また、直列で充電するため、特定の二次電池セルに過大な電圧が印加される恐れも残っている。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、放電時以外は二次電池セルの電圧が常に均一化されて二次電池セル間の安定したバランスが得られ、二次電池セルに加わる充電電圧が最大充電電圧を超える恐れがない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】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明の二次電池パックは、複数の二次電池セルと外部機器に接続するための外部端子とを有する二次電池パックにおいて、前記外部端子が外部機器に接続された放電時には前記二次電池セルを直列に接続し、充電時および前記外部端子が開放されているときには前記二次電池セルを並列に接続する機能を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の二次電池パックは、前記二次電池セルの直列の接続と並列の接続とを切り替える切替器と、切替信号の入力により前記切替器を制御する切替器駆動回路と、前記切替信号を出力する制御回路とを有し、該制御回路は充電器または前記外部機器の接続により外部より入力される充放電切替信号により放電状態、充電状態または開放状態のいずれであるかを判別して、前記切替信号を出力してもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、二次電池パックの放電時以外の充電時および未使用時（外部端子の開放時）には自動的に並列接続とし、常に複数の二次電池セルのばらつきを補正することにより、充電時に二次電池セルの電圧が均一化するのを待つ時間が抑えられる。また、本発明は、充電時には並列接続にて充電するため、例え二次電池セル間のバランスが崩れていた場合でも過大な電圧は印加されない。
【００１０】
以上のように、本発明により、放電時以外は二次電池セルの電圧が常に均一化されて二次電池セル間の安定したバランスが得られ、二次電池セルに加わる充電電圧が最大充電電圧を超える恐れがない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】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明による二次電池パックの第一の実施の形態を示す回路ブロック図である。図１において、ｎ個の二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎと外部機器に接続するための外部端子１２および１３を有する二次電池パックにおいて、外部端子１２および１３が外部機器に接続された放電時には二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを直列に接続し、充電時および外部端子１２および１３が開放されているときには二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを並列に接続する機能を有している。
【００１３】
具体的には、二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎの直列の接続と並列の接続とを切り替えるｎ−１個の切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１と、切替信号の入力により切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１を制御する切替器駆動回路１５と、切替信号を出力する制御回路１６とを有し、制御回路１６は充電器または外部機器の接続により外部より入力される充放電切替信号により放電状態、充電状態または開放状態のいずれであるかを判別して、切替信号を出力する。
【００１４】
制御回路１６に外部端子１２および１３に充電器もしくは外部機器が接続されたこと、または何も接続されていないことを判定できる充放電切替信号が新たに入力された場合、二次電池パックが充電状態か放電状態かもしくは非接続状態かを判定し、
ａ）放電状態の場合、切替器駆動回路１５に切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１を駆動する切替信号を出力し、二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを直列接続する、
ｂ）充電状態の場合、切替器駆動回路１５に切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１を駆動する切替信号を出力し、二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを直列接続する、
ｃ）非接続状態の場合、切替器駆動回路１５に切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１を駆動する切替信号を出力し、二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎを並列接続する、
という切替制御を行う。
これにより、外部機器接続時の放電状態以外は二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎは並列接続となり、二次電池セル間においてその電位差に応じて電荷が互いに移動することにより二次電池セル間の電圧が均一となり、二次電池セル間がバランスの取れた状態となる。
【００１５】
図２は本実施の形態の二次電池パックの二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎと切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１の部分の接続および切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１の構成の一例を示す回路構成図である。切替器Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１は、それぞれ２つのスイッチ素子ＳｉａおよびＳｉｂ（ここでｉ＝１〜ｎ−１）から構成されており、切替器駆動回路１５の制御によりスイッチ素子ＳｉａおよびＳｉｂは同時に動作する。図２の状態は、二次電池セルＣ１、Ｃ２〜Ｃｎが並列接続された状態を示し、スイッチ素子ＳｉａおよびＳｉｂを切り替えることにより直列接続状態となる。ここで、スイッチ素子ＳｉａおよびＳｉｂはリレーまたはＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチ素子により構成することができる。
【００１６】
図３は本発明による二次電池パックの第二の実施の形態を示す回路ブロック図である。本実施の形態においては２つの二次電池セルＣ１、Ｃ２から構成され、第一の実施の形態と同様に、二次電池セルＣ１、Ｃ２の直列の接続と並列の接続とを切り替える切替器と、切替信号の入力により切替器を制御する切替器駆動回路２５と、切替信号を出力する制御回路２６とを有し、制御回路２６は充電器または外部機器の接続により外部より入力される充放電切替信号により放電状態、充電状態または開放状態のいずれであるかを判別して、切替信号を出力する。
【００１７】
ここで、切替器は図２と同様な２つのスイッチ素子Ｓ１ａおよびＳ１ｂより構成され、制御回路２６はマイクロコンピュータ等により構成される。本実施の形態では、二次電池セルＣ１およびＣ２の電圧をそれぞれ監視するセル電圧監視回路２１および２２を具備しており、二次電池セルＣ１、Ｃ２の電圧値を監視することにより、二次電池セルＣ１、Ｃ２のバランスを常に監視している。
【００１８】
本実施の形態の電池パックにおいても、二次電池セルＣ１、Ｃ２は、放電状態では直列接続、放電時以外の充電および外部端子非接続の場合並列接続となる。並列接続時は二次電池セル間の電位差がなくなる方向に電荷が移動するため、非接続時にはバランスの取れる方向に二次電池セルの電位が調整される。同様に充電時も並列接続での充電のためバランスの取れた充電が行われ、二次電池セル間の電位差は極小となり、安定したバランスが得られ、充電電圧が二次電池セルの最大充電電圧を超える恐れがない二次電池パックが得られる。
【００１９】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではないことは言うまでもなく、例えば、目的とする二次電池パックの電圧、容量、形状、用途などに応じて他の保護回路の付加、切替器を構成するスイッチ素子の方式、構成、その他の回路構成方式など、任意に設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による二次電池パックの第一の実施の形態を示す回路ブロック図。
【図２】第一の実施の形態の二次電池パックの二次電池セルと切替器の部分の接続および切替器の構成の一例を示す回路構成図。
【図３】本発明による二次電池パックの第二の実施の形態を示す回路ブロック図。
【符号の説明】
【００２１】
１２、１３  外部端子
１５、２５  切替器駆動回路
１６、２６  制御回路
２１、２２  セル電圧監視回路
Ｃ１、Ｃ２〜Ｃｎ  二次電池セル
Ｓ１、Ｓ２〜Ｓｎ−１  切替器
Ｓ１ａ〜Ｓｎ−１ａ、Ｓ１ｂ〜Ｓｎ−１ｂ  スイッチ素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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