JP5187725B2

JP5187725B2 - 電池パック

Info

Publication number: JP5187725B2
Application number: JP2007266379A
Authority: JP
Inventors: 千恵子藤原
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2007-10-12
Filing date: 2007-10-12
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2027-10-12
Also published as: JP2009094037A

Description

本発明は、電池からの電解液の漏液、電池パックの水没、結露等によって漏洩電流が発生する場合に、充電器の出力を停止する電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の充放電容量密度が大きな二次電池を備えた二次電池パックは、二次電池を保護する充放電保護回路等を備えた電池保護回路基板等の内蔵部品によって、電池パックの端子が短絡された時のように過大な電流が流れた場合や、二次電池が過充電あるいは過放電された場合に、二次電池と外部接続機器との通電が遮断される構造をしている。このように、二次電池は合成樹脂製の筺体等に収納され、電池パックとして様々な電気機器に装着して用いられている。

電池パックに使用する二次電池は、二次電池の電解液が電池外装缶、あるいは可撓性外装材の封口部等から電池外部に漏液しないように充分な対策が施されているが、過大な力が加わって電池の封口部が破損して電解液が電池外装缶から漏れた場合等に備えて漏洩電流の検出手段が設けられているものもある。

一方、リチウムイオン電池等の二次電池は、携帯電話等の携帯機器の電源として用いられているために、日常生活のなかでは、例えば、不意に携帯電話を水中に水没させたり、気候の変化によって電池パック内部が結露することも起こり得る。電池パック内の電気回路に付着した水は電池内の電流を通電するには充分な電気導電度を有している。従って、電池パック内の電気回路に水が付着すると、電圧印加部間に通電回路を形成して漏洩電流が生じたり、あるいは電気機器内部での異なる経路による通電回路の形成によって電気回路の故障等を生じる可能性がある。

そこで、例えば特許文献１では、電池パック内に水分が浸入したり、結露による電流漏洩回路の形成による異常から電池パックを保護するために、充電用半導体スイッチ制御回路および放電用半導体スイッチ制御回路の入力側に、漏洩電流検出半導体スイッチの出力を接続した漏洩電流検出手段を備えた電池パックが提案されている。

図３は、従来の電池パックの回路図である。従来の電池パック２０１は、二次電池２と、漏洩電流検出回路２２２、半導体スイッチ２０７，２０８、スイッチ制御回路２２０ａ，２２０ｂ、および電池電圧監視回路２０４から構成される。漏洩電流検出回路２２２には、半導体スイッチ２２４および漏洩電流検出電極２２３が備わっている。図３に示すように、従来の電池パック２０１では、漏洩電流検出回路２２２の他に、半導体スイッチ２０７，２０８を制御するスイッチ制御回路２２０ａ，２２０ｂ等を設けることで二次電池２に過大な電流が流れないように二次電池２を保護している。

図２は、従来の電池パックおよび充電器における回路図である。従来の電池パック１０１は、二次電池２と、ＰＴＣ素子３、保護回路１０４から構成される。ＰＴＣ素子３は、二次電池２と直列に接続され、二次電池２の本体自体の発熱や、過大電流が流れたことによってＰＴＣ素子が高温となった場合に、二次電池２への電流を遮断するために設置されている。二次電池２の一端は保護回路１０４の端子５ａと接続され、ＰＴＣ素子３の一端は保護回路１０４の端子５ｂと接続される。

保護回路１０４は、電池電圧監視回路９と半導体スイッチ７，８、およびサーミスタ１０を備え、半導体スイッチ７，８の各々の端子は電池電圧監視回路９の出力側の端子に接続される。充電制御用の半導体スイッチ７は、二次電池２の充電完了時に、電池電圧監視回路９からの制御信号によって充電電流を遮断して過充電状態となることを防止し、放電制御用の半導体スイッチ８は、二次電池２の放電時に二次電池２が過放電する時に、電池電圧監視回路９からの制御信号によって放電を遮断して過放電状態となることを防止する。

電池電圧監視回路９の入力側の端子は、端子５ａ，５ｂに接続されており、二次電池２の電池電圧が所定の大きさ以上となった場合には、過充電状態と判断して充電制御用の半導体スイッチ７に対して電池電圧監視回路９から充電遮断信号が出力され、充電を停止して過充電状態となることを防止している。また、電池電圧が所定の大きさ以下となった場合には、過放電状態と判断して放電制御用の半導体スイッチ８に対して電池電圧監視回路９から放電遮断信号が出力され、放電を停止して過放電状態となることを防止している。

また、保護回路１０４は、充電器充電回路１２へ外部接続するために端子６ａ，６ｂ，１１を有し、保護回路１０４の温度情報を充電器充電回路１２に伝えるために保護回路１０４に温度監視用のサーミスタ１０を備える（例えば、特許文献２参照）。サーミスタ１０の一方の端子は端子１１に接続され、他方の端子は端子６ｂに接続される。また、この端子６ａ，６ｂは電池パック１０１を電池として使用する場合の外部接続端子となる。

ここで、電池パック１０１の二次電池２を充電するのに必要な充電器の充電器充電回路１２について少し述べる。充電器充電回路１２は、充電器電源１３と、充電制御回路１８、充電器出力信号スイッチ２１、基準電源１５、抵抗１４から構成される。電池パック１０１が充電器の充電器充電回路１２と接続される際には、電池パック１０１側の端子６ａと充電器充電回路１２の端子６ａとが、電池パック１０１側の端子１１と充電器充電回路１２の端子１１とが、電池パック１０１側の端子６ｂと充電器充電回路１２の端子６ｂとが接続される。充電制御回路１８は比較器１９とスイッチ制御回路２０を有し、電池パック１０１と充電器の充電器充電回路１２との接続時は、充電器充電回路１２の抵抗１４の抵抗値と保護回路１０４のサーミスタ１０の抵抗値の抵抗比に応じた電圧値が、充電制御回路１８の端子１６に出力される。

これらの抵抗値の抵抗比に応じた電圧値を比較器１９で基準電源１５の電圧値と比較し、比較結果をスイッチ制御回路２０に入力する。比較結果が所定の値以下となった場合には、スイッチ制御回路２０は、電池パック温度の異常上昇と判断し、充電器出力信号スイッチ２１に対して充電遮断信号を出力して充電器出力信号スイッチ２１をオフにして温度異常上昇時の充電器電源１３からの充電を防止している。また、比較結果が所定の値以上となった場合には、スイッチ制御回路２０は、電池パック１０１の温度の異常低下と判断し、充電器出力信号スイッチ２１に対して充電器出力信号スイッチ２１をオフにして充電遮断信号を出力して温度異常低下時の充電器電源１３からの充電を防止している。

特開２００３−１３２８６２号公報特開２００７−１４１２５号公報

上述のように、過大な過重等により電池の封口部が破損して電解液の漏液が起こる場合や、環境により電源回路内に水分の付着が起こると、電池パック内で電気回路の故障等を生じる可能性がある。

そこで、このような問題を解決するために、例えば特許文献１には、上述のように、充電用半導体スイッチ制御回路および放電用半導体スイッチ制御回路の入力側に、漏洩電流検出半導体スイッチの出力を接続した漏洩電流検出手段とスイッチ制御手段を備えた電池パックが提案されている。二次電池内の電流を遮断する手段を設けるにあたって、漏洩検出用の漏洩電流検出半導体スイッチとともに、充電用半導体スイッチ制御回路および放電用半導体スイッチ制御回路等の付加的な回路の設置が必要であり、この付加的な回路は、半導体スイッチ制御回路等の部品点数が多く、複雑な回路構成となっていた。

そこで、本発明は、上記スイッチ制御手段を簡素化し、部品点数が少なく、漏洩電流検出回路とスイッチ制御回路が簡単な構成で、漏液や付着水分等による漏洩電流を防止することができる電池パックを提供することを目的とする。

本発明は、保護回路に温度監視用のサーミスタを備えた電池パックにおいて、漏洩電流検出電極と半導体スイッチからなる漏洩電流検出回路を、前記保護回路内に前記サーミスタと並列に接続し、前記半導体スイッチの各出力端子を前記サーミスタの各端子と兼用し、前記サーミスタの端子を充電器の充電制御回路に接続することを特徴とする電池パックである。

本発明によれば、漏洩電流検出後のスイッチ制御手段として、専用のスイッチ制御回路を用いずに、保護回路内で漏洩電流検出回路とサーミスタを並列に接続し、漏洩電流検出回路の端子をサーミスタの端子と兼用して、従来のサーミスタ用の制御回路を利用することができる。保護回路の漏洩電流検出回路は、漏洩電流によって動作するスイッチで構成し、電池パック側に設けていたスイッチ制御回路を不要とし、この代わりに充電器側の充電制御回路が利用できるため、スイッチ制御手段が簡素化され、部品点数が少なく、漏洩電流検出回路とスイッチ制御回路が簡単な構成で、漏液や付着水分等による漏洩電流を防止する電池パックの提供が可能となる。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の電池パックおよび充電器における回路図である。本発明の電池パック１は、二次電池２と、ＰＴＣ素子３、保護回路４から構成される。二次電池２の一端は保護回路４の端子５ａと接続され、ＰＴＣ素子３の一端は保護回路４の端子５ｂと接続される。

保護回路４は、電池電圧監視回路９と半導体スイッチ７，８、温度監視用のサーミスタ１０、漏洩電流検出回路２２を備え、半導体スイッチ７，８の各々の端子は電池電圧監視回路９の出力側の端子に接続される。漏洩電流検出回路２２は、漏洩電流検出電極２３とトランジスタ２４で構成される。充電制御用の半導体スイッチ７は、二次電池２の充電完了時に、電池電圧監視回路９からの制御信号によって充電電流を遮断して過充電状態となることを防止し、放電制御用の半導体スイッチ８は、二次電池２の放電時に二次電池２が過放電する時に、電池電圧監視回路９からの制御信号によって放電を遮断して過放電状態となることを防止する。

また、保護回路４は、充電器充電回路１２へ外部接続するために端子６ａ，６ｂ，１１およびサーミスタ１０を有する。サーミスタ１０の一方の端子は端子１１に接続され、他方の端子は端子６ｂに接続される。また、この端子６ａ，６ｂは電池パック１を電池として使用する場合の外部接続端子となる。

なお、電池パック１の二次電池２を充電するのに必要な充電器の充電器充電回路１２は、従来と同じである。

漏洩電流検出回路２２はサーミスタ１０に並列に接続され、漏洩電流検出回路２２の漏洩検出の入出力端子は、電池パック１側の端子６ａ，６ｂと接続される。ここで、漏洩電流検出回路２２のトランジスタ２４の各出力端子はサーミスタ１０の各端子と接続され、電池パック１側の端子１１，６ｂを兼用している。このように、漏洩電流検出回路２２のトランジスタ２４の各出力端子とサーミスタ１０の各端子が兼用されていることで、漏洩電流検出回路とスイッチ制御回路が簡単な構成となる。

電池パック１と充電器充電回路１２とが接続される際には、電池パック１側の端子６ａと充電器充電回路１２側の端子６ａとが、電池パック１側の端子１１と充電器充電回路１２側の端子１１とが、電池パック１側の端子６ｂと充電器充電回路１２側の端子６ｂとが接続される。電池パック１と充電器充電回路１２が接続され、充電制御回路１８への入力が規定範囲内の場合は、充電器出力信号スイッチ２１がオンし、電池パック１と充電器電源１３が接続され、充電器充電回路１２は通電可能となり、二次電池２は充電される。

上記の接続構成で、漏液等によって漏洩電流が発生しそうな場合には、漏洩電流検出回路２２の漏洩電流検出電極２３の電極間の導電度が高くなるため、漏洩電流検出電極２３が導通し、トランジスタ２４に電圧が印加されてトランジスタ２４がオンになり、トランジスタ２４の各出力端子とサーミスタ１０の各端子が兼用されていることから、サーミスタ１０の出力の端子１１と端子６ｂの間での抵抗値が所定の値以下に低下する。この抵抗値が充電器側の充電制御回路１８で認識され、この抵抗値が充電制御回路１８で所定の値以下となった場合には、スイッチ制御回路２０は、電池パック温度の異常上昇と判断し、充電器出力信号スイッチ２１に対して充電遮断信号を出力して充電器出力信号スイッチ２１をオフにして温度異常上昇時の充電器電源１３からの電池パック１への充電を停止する。また、電池パック１の温度上昇によりサーミスタ１０の抵抗値が低下した場合にも同様に、この抵抗値が充電器側の充電制御回路１８で認識され、充電器電源１３からの電池パック１への充電を停止する。

なお、漏洩電流検出回路は電極と半導体スイッチを用いたものであるが、半導体スイッチは上記のトランジスタに限らず、サイリスタ、ＦＥＴ（Field effect transistor：電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子を用いてもよい。さらに、漏洩電流検出回路は温度監視するためのサーミスタに並列に設けたが、漏洩電流の検出のための目的を主とする場合には、温度監視は犠牲になるが、サーミスタの代わりに抵抗を用いてもよい。

本発明の電池パックおよび充電器における回路図。従来の電池パックおよび充電器における回路図。従来の電池パックの回路図。

符号の説明

１，１０１，２０１電池パック
２二次電池
３ＰＴＣ素子
４，１０４保護回路
５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ，１１，１６，１７端子
７，８，２０７，２０８，２２４半導体スイッチ
９電池電圧監視回路
１０サーミスタ
１２充電器充電回路
１３充電器電源
１４抵抗
１５基準電源
１８充電制御回路
１９比較器
２０，２２０ａ，２２０ｂスイッチ制御回路
２１充電器出力信号スイッチ
２２，２２２漏洩電流検出回路
２３，２２３漏洩電流検出電極
２４トランジスタ
２０４電池電圧監視回路

Claims

保護回路に温度監視用のサーミスタを備えた電池パックにおいて、
漏洩電流検出電極と半導体スイッチからなる漏洩電流検出回路であって、前記漏洩電流検出電極が導通すると前記半導体スイッチをオンするように接続された前記漏洩電流検出回路を、前記保護回路内で前記漏洩電流検出電極を前記電池パックの外部接続端子の１つに接続し、かつ、前記半導体スイッチの各出力端子を前記サーミスタの各端子と兼用することで前記サーミスタと並列に接続し、前記サーミスタの各端子を、前記サーミスタの出力端子及び前記電池パックの外部接続端子のうち前記漏洩電流検出電極と接続されていない端子に接続し、前記サーミスタの出力端子を充電器の充電制御回路に接続することを特徴とする電池パック。