JP2005143160A

JP2005143160A - 二次電池パック及び二次電池システム

Info

Publication number: JP2005143160A
Application number: JP2003374603A
Authority: JP
Inventors: Hirotaka Sakai; 広隆酒井
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02

Abstract

【課題】二次電池の測定系統において短絡等の異常が発生した場合でも、二次電池並びに測定系統の回路を保護できるようにする。
【解決手段】二次電池パック１Ａの各二次電池１１〜１４間に設けられた中間端子２１〜２３と、保護回路２Ａの印刷配線基板５１に設けられた中間電位入力端子Ｍ１〜Ｍ３との間を接続する中間端子電圧供給線３１〜３３中にそれぞれ、電流制限用の抵抗回路４１ａ、ヒューズ４１ｂ又は半導体スイッチからなるスイッチ４１ｃを介挿するか、或いは中間端子電圧供給線３１〜３３自体をヒューズ素材６１〜６３により構成するようにしたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、複数個の二次電池を直列接続した二次電池パックと、この二次電池パック及びその保護回路を備える二次電池システムに関する。

一般に、携帯電話機やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、携帯型パーソナル・コンピュータ等の携帯型電子機器の電源としては二次電池が使用される。二次電池には電極素材や電解液の種類により種々の電池があるが、最近ではエネルギ密度の高いリチウムイオン電池等が多く使用されている。また、二次電池は１個の容量が限られるため、大きな電源電圧を必要とする携帯型電子機器の電源には、複数個の二次電池を直列接続した二次電池パックが使用される。

ところで、このようなエネルギ密度の高い二次電池又は二次電池パックを電源として使用する場合には、充電回路や放電回路の異常により過大電流が発生しないようにするための安全対策が必要不可欠である。そこで従来では、例えば充電中に複数の二次電池の各々から端子電圧を測定し、測定された端子電圧が予め規定された最大端子電圧未満に抑制されるように充電電流を制御している（例えば、特許文献１を参照。）。一方放電中には、複数の二次電池の各々から端子電圧を測定し、測定された端子電圧をもとに過放電を防止する処理等を行っている。その際、二次電池パックの直列電力を出力する電力線系統には、ヒューズ等の安全素子を挿入することにより過大電流が流れるのを防止するのが一般的である。一方、各二次電池の端子電圧を測定する系統においては、上記端子電圧を測定する保護回路内に電流制限抵抗を設け、これにより個々の二次電池に過大電流が流れないようにしている。

特開平５−３３６６７４号公報

しかしながら、このような従来の構成では、各二次電池の端子電圧を測定する系統において短絡等が起きた場合に、二次電池の＋端子と−端子との間が短絡されて大電流が流れる危険があった。
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、二次電池の測定系統において短絡等の異常が発生した場合でも、二次電池並びに測定系統の回路を保護することが可能な二次電池パック及び二次電池システムを提供することにある。

上記目的を達成するためにこの発明は、直列接続された複数個の二次電池の各端子と保護回路の電位入力端子との間を端子電圧供給線を介して接続して、上記各二次電池の端子電圧を保護動作のために上記保護回路に供給するように構成された二次電池パック又は二次電池システムにあって、上記端子電圧供給線中に過電流制限回路を設け、この過電流制限回路により上記端子電圧供給線を流れる過電流を制限するようにしたものである。

上記過電流制限回路としては、次のような各種構成が考えられる。
第１の構成は、端子電圧供給線中に抵抗回路を介挿し、この抵抗回路により端子電圧供給線を流れる測定電流の最大値を予め定められた値以下に制限するものである。
第２の構成は、端子電圧供給線に、当該端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するヒューズを介挿するものである。
第３の構成は、端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に端子電圧供給線を切断し、それ以外の場合に端子電圧供給線を接続するスイッチを設けるものである。

したがってこの発明によれば、例えば保護回路の電位入力端子間にゴミや鉛筆の芯等が挟まったり、また水滴等が付着する等して端子電圧供給線間が短絡し、これにより端子電圧供給線を介して過電流が流れたとしても、この過電流は過電流制限回路により制限される。このため、二次電池及び保護回路を過電流から確実に保護することが可能となる。

また、上記過電流制限回路を設ける代わりに、端子電圧供給線それ自体をヒューズ線材により構成し、端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に端子電圧供給線が溶断するようにしてもよい。このようにすると、別途過電流制限回路を設ける必要がなくなり、これにより部品点数を減らして二次電池パック又は二次電池システムの簡単化及びコストダウンを図ることが可能となる。

要するにこの発明によれば、二次電池の各端子と保護回路の電位入力端子との間を接続する端子電圧供給線中に過電流制限回路を設け、この過電流制限回路により上記端子電圧供給線を流れる過電流を制限するようにしたことによって、二次電池の測定系統において短絡等の異常が発生した場合でも、二次電池並びに測定系統の回路を保護することが可能な二次電池パック及び二次電池システムを提供することができる。

図１は、この発明に係わる二次電池パックとその周辺回路の一実施形態を示す回路図であり、１Ａは二次電池パック、２Ａは保護回路を示している。
二次電池パック１Ａは、４個の二次電池１１〜１４を図示しない電池ホルダに収容したもので、４個の二次電池１１〜１４は電池ホルダ内において接続線により直列接続される。また上記二次電池１１〜１４のうち、両端に配置された二次電池１１，１４の正極及び負極からはそれぞれ電力線３０＋，３０−が引き出されている。さらに、二次電池１１〜１４相互間を接続する接続線にはそれぞれ中間端子２１〜２３が設けてあり、これらの中間端子２１〜２３からはそれぞれ中間端子電圧供給線３１〜３３が引き出されている。なお、二次電池１１〜１４としては例えばリチウムイオン電池が使用される。

一方保護回路２Ａは、印刷配線基板５１上に、保護用の集積回路（以後保護ＩＣと呼称する）５２及びスイッチ回路５３を装着すると共に、電力入力端子Ｂ＋，Ｂ−及び電力出力端子Ｐ＋，Ｐ−を設け、さらに中間電位入力端子Ｍ１〜Ｍ３を設けたものである。電力入力端子Ｂ＋，Ｂ−にはそれぞれ上記電力線３０＋，３０−が接続される。また中間電位入力端子Ｍ１〜Ｍ３にはそれぞれ上記中間端子電圧供給線３１〜３３が接続される。

保護ＩＣ５２は、上記中間端子電圧供給線３１〜３３を介して検出された中間電位をもとに各二次電池１１〜１４の端子電圧を求める。そして、この求められた各端子電圧の値を予め設定した保護用のしきい値と比較することにより異常値であるか否かを判定し、異常値が検出された場合にスイッチ回路５３をオフして放電動作を停止させる。なお、スイッチ回路５３は例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）により構成される。

ところで、上記二次電池パック１Ａ内の上記中間端子電圧供給線３１〜３３中にはそれぞれ過電流制限回路４１〜４３が介挿してある。これらの過電流制限回路４１〜４３は、例えば図２に示すように抵抗回路４１ａが用いられる。この抵抗回路４１ａの抵抗値は、隣接する中間端子電圧供給線３１〜３３間で短絡が起きた場合に、当該中間端子電圧供給線３１〜３３に流れる短絡電流の値を規定値以下に制限する値、例えば１０Ω以上の任意の値に設定される。

このような構成であるから、例えば二次電池パック１Ａの放電動作中に、保護回路２Ａの中間電位入力端子Ｍ１，Ｍ２間にゴミや鉛筆の芯等が挟まるか、或いは誤って飲料水等の水滴が付着することにより、中間端子電圧供給線３１，３２間が短絡を起こしたとする。この場合、二次電池１２の両極間が中間端子電圧供給線３１，３２を介して短絡するため、中間端子電圧供給線３１，３２に短絡電流が流れる。しかし、この短絡電流の値は、過電流制限回路４１の電流制限用の抵抗回路４１ａにより規定値以下に制限される。このため、二次電池１２、中間端子電圧供給線３１〜３３及び保護回路２Ａを過電流から保護することが可能となる。

なお、この実施形態の回路構成によれば、上記中間端子電圧供給線３１〜３３には電流制限用の抵抗回路４１ａが常時介挿されることになる。しかし、中間電位を測定する上で中間端子電圧供給線３１〜３３には元々０．０１μＡ程度の電流しか流す必要がない。このため、上記電流制限用の抵抗回路４１ａは中間電位の測定には何ら影響を及ぼさない。

以上述べたようにこの実施形態では、二次電池パック１Ａの各二次電池１１〜１４間に設けられた中間端子２１〜２３と、保護回路２Ａの印刷配線基板５１に設けられた中間電位入力端子Ｍ１〜Ｍ３との間を接続する中間端子電圧供給線３１〜３３中に、電流制限用の抵抗回路４１ａを介挿している。

したがって、例えば中間電位入力端子Ｍ１〜Ｍ３等に異物が挟まったり液体が付着することにより、隣接する中間端子電圧供給線３１〜３３間で短絡が起きたとしても、二次電池１２から中間端子電圧供給線３１〜３３に流れる短絡電流の値を電流制限用の抵抗回路４１ａにより規定値以下に制限することができる。このため、二次電池１２、中間端子電圧供給線３１〜３３及び保護回路２Ａを過電流から保護することが可能となる。また、二次電池パック１Ａ内において、その中間端子電圧供給線３１〜３３中に電流制限用の抵抗回路４１ａを設けている。このため、保護回路２Ａが別売りの場合や、保護回路２Ａが負荷側の電子機器内に設けられている場合でも、この発明の効果が奏せられる。

なお、この発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では中間端子電圧供給線３１〜３３中に電流制限用の抵抗回路４１ａを介挿した場合を例にとって説明した。しかし、それに限るものではなく、図３に示すように中間端子電圧供給線３１〜３３中にそれぞれヒューズ４１ｂを介挿するようにしてもよい。このヒューズ４１ｂは、中間端子電圧供給線３１〜３３を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するように特性が設定される。

また、図４に示すように中間端子電圧供給線３１〜３３中にそれぞれ半導体スイッチからなるスイッチ４１ｃを介挿し、このスイッチ４１ｃを保護ＩＣ５２により開閉制御するようにしてもよい。保護ＩＣ５２は、中間端子電圧供給線３１〜３３に流れる測定電流値を監視し、この測定電流値がしきい値を超えたときに上記スイッチ４１ｃを開成させ、それ以外のときに上記スイッチ４１ｃを閉成させるように動作する。上記しきい値は過電流未満の任意の値に設定される。

さらに前記実施形態及びその変形例では、中間端子電圧供給線３１〜３３中にそれぞれ、電流制限用の抵抗回路４１ａ、ヒューズ４１ｂ又は半導体スイッチからなるスイッチ４１ｃにより構成される過電流制限回路４１〜４３を介挿する場合を例にとって説明した。しかし、それに限るものではなく、例えば図５に示すように中間端子電圧供給線３１〜３３自体をヒューズ素材６１〜６３により構成するようにしてもよい。このときヒューズ素材６１〜６３としては、測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するものが用いられる。このように中間端子電圧供給線３１〜３３自体をヒューズ素材６１〜６３により構成すると、中間端子電圧供給線３１〜３３とは別に過電流制限回路４１〜４３を設ける必要がなくなり、これにより部品点数を減らして二次電池パックの簡単化及びコストダウンを図ることが可能となる。

一方、前記実施形態及びその変形例では、二次電池パック１Ａ，１Ｂ内において、その中間端子電圧供給線３１〜３３中にそれぞれ電流制限用の抵抗回路４１ａ、ヒューズ４１ｂ又は半導体スイッチからなるスイッチ４１ｃにより構成される過電流制限回路４１〜４３を介挿するか、或いは中間端子電圧供給線３１〜３３自体をヒューズ素材６１〜６３により構成する場合について述べた。しかし、それに限定されるものではなく、過電流制限回路４１〜４３は二次電池パック外に設けることも可能である。

例えば、図６に示すように二次電池パック１Ｃと保護回路２Ｃとが一体化されて二次電池システム１０Ａを構成している場合には、二次電池パック１Ｃと保護回路２Ｃとの間を接続する中間端子電圧供給線３１〜３３中に過電流制限回路４１〜４３を設けるように構成してもよい。このように構成した場合においても、二次電池パック１Ｃ内の各二次電池１１〜１４、中間端子電圧供給線３１〜３３及び保護回路２Ｃを過電流から保護することができる。なお、この実施形態においても、前記実施形態と同様に各過電流制限回路４１〜４３として、電流制限用の抵抗回路４１ａ、ヒューズ４１ｂ又は半導体スイッチからなるスイッチ４１ｃ等を使用可能である。

また、二次電池パック１Ｃと保護回路２Ｃとが一体化されて二次電池システム１０Ａを構成している場合に、図７に示すように二次電池パック１Ｃと保護回路２Ｃとの間を接続する中間端子電圧供給線３１〜３３自体をヒューズ素材６１〜６３により構成してもよい。この構成においても、中間端子電圧供給線３１〜３３とは別に過電流制限回路４１〜４３を設ける必要がなくなり、これにより部品点数を減らして二次電池パックの簡単化及びコストダウンを図ることが可能となる。

さらに、二次電池パックの構成については、例えば直列接続される二次電池の個数を４個以外に２個又は３個或いは５個以上にしたものでもよく、また複数個の二次電池からなる二次電池直列回路を複数個並列に接続したものであってもよい。また二次電池の種類についても、リチウムイオン電池に限るものではなく、ニッケル水素電池などのその他の二次電池を使用する場合にもこの発明を適用可能である。

その他、中間端子電圧供給線３１〜３３中における過電流制限回路４１〜４３の挿入位置や過電流制限回路の素材及び構成、保護回路の構成及び機能などについても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
要するにこの発明は、上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数個の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、各実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

この発明に係わる二次電池パックとその周辺回路の一実施形態を示す回路図。図１に示した二次電池パックに設けられる過電流制限回路の構成の一例を示す回路図。図１に示した二次電池パックに設けられる過電流制限回路の構成の他の例を示す回路図。図１に示した二次電池パックに設けられる過電流制限回路の構成の別の例を示す回路図。図１に示した二次電池パックに設けられる中間端子電圧供給線の他の構成例を示す図。この発明に係わる二次電池システムの一実施形態を示す回路図。この発明に係わる二次電池システムの他の実施形態を示す回路図。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…二次電池パック、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…保護回路、１１〜１４…二次電池、２１〜２３…中間端子、３０＋，３０−…電力線、３１〜３３…中間端子電圧供給線、４１〜４３…過電流制限回路、４１ａ…電流制限用の抵抗回路、４１ｂ…ヒューズ、４１ｃ…スイッチ、５１…印刷配線基板、５２…保護ＩＣ、５３…スイッチ回路、６１〜６４…ヒューズ線材からなる中間端子電圧供給線、Ｂ＋，Ｂ−…電力入力端子、Ｐ＋，Ｐ−…電力出力端子、Ｍ１〜Ｍ３…中間電位入力端子。

Claims

直列接続された複数個の二次電池と、
前記複数個の二次電池の各端子と、前記複数個の二次電池の充電動作及び放電動作の少なくとも一方を制御する保護回路の電位入力端子との間を接続し、前記各二次電池の端子電圧を前記保護回路に供給するための端子電圧供給線と、
前記端子電圧供給線中に設けられ、当該端子電圧供給線を流れる過電流を制限する過電流制限回路と
を具備することを特徴とする二次電池パック。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線中に介挿され、当該端子電圧供給線を流れる測定電流の最大値を予め定められた値以下に制限する抵抗回路からなることを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線に介挿され、当該端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するヒューズからなることを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に前記端子電圧供給線を切断し、それ以外の場合に前記端子電圧供給線を接続するスイッチからなることを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
直列接続された複数個の二次電池と、
前記複数個の二次電池の各端子と、前記複数個の二次電池の充電及び放電の少なくとも一方を制御する保護回路の電位入力端子との間を接続し、前記各二次電池の端子電圧を前記保護回路に供給するための端子電圧供給線と
を具備し、
前記端子電圧供給線は、当該端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するヒューズ線材からなることを特徴とする二次電池パック。
複数個の二次電池が直列接続された二次電池パックと、
前記複数個の二次電池の各端子電圧をもとに前記二次電池パックの充電動作及び放電動作の少なくとも一方を制御する保護回路と、
前記複数個の二次電池の各端子と前記保護回路の電位入力端子との間を接続し、前記各二次電池の端子電圧を前記保護回路に供給する端子電圧供給線と、
前記端子電圧供給線中に設けられ、当該端子電圧供給線を流れる過電流を制限する過電流制限回路と
を具備することを特徴とする二次電池システム。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線中に介挿され、当該端子電圧供給線を流れる測定電流の最大値を予め定められた値以下に制限する抵抗回路からなることを特徴とする請求項６記載の二次電池システム。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線中に介挿され、当該端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えたときに溶断するヒューズからなることを特徴とする請求項６記載の二次電池システム。
前記過電流制限回路は、前記端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に前記端子電圧供給線を切断し、それ以外の場合に前記端子電圧供給線の接続を維持するスイッチからなることを特徴とする請求項６記載の二次電池システム。
複数個の二次電池が直列接続された二次電池パックと、
前記複数個の二次電池の各端子電圧をもとに前記二次電池パックの充電動作及び放電動作の少なくとも一方を制御する保護回路と、
前記複数個の二次電池の各端子と前記保護回路の電位入力端子との間を接続し、前記各二次電池の端子電圧を前記保護回路に供給する端子電圧供給線と
を具備し、
前記端子電圧供給線は、当該端子電圧供給線を流れる測定電流が予め定められた値を超えた場合に溶断するヒューズ線材からなることを特徴とする二次電池システム。