JP7570295B2 - Protection Circuit - Google Patents
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Description
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを有する保護素子を備えたバッテリパックの保護装置、保護回路およびバッテリパックに関する。 The present invention relates to a battery pack protection device, a protection circuit, and a battery pack that are equipped with a protection element having a heating resistor and a fuse element.
リチウムイオン電池は携帯電話のように単電池使用でも必ず安全確保のための保護回路（Ｓａｆｅｔｙ Ｕｎｉｔ）とセットでケース内に組み込んだバッテリパックの形態で製品化されている。リチウムイオン電池は単電池だけでは実用上の安全性確保が難しいからである。リチウムイオン電池の安全性の特徴は過充電と過熱に弱いことがあげられる。このため、バッテリパックは、電池と安全性確保のための保護回路、保護素子、ヒューズ等をセットにしてプラスチックケース等の外装缶に収納したものとなっており、電圧、電流、温度等を検知しながら充放電制御システム（バッテリマネージメントシステム，ＢＭＳ）によって電池の充放電は制御されている。 Even when lithium-ion batteries use single cells, such as in mobile phones, they are always commercialized in the form of a battery pack that includes a safety circuit (Safety Unit) built into the case. This is because it is difficult to ensure the practical safety of lithium-ion batteries using only single cells. One safety feature of lithium-ion batteries is that they are vulnerable to overcharging and overheating. For this reason, battery packs are made by housing the battery, safety circuits, protection elements, fuses, etc., in an outer can such as a plastic case, and the charging and discharging of the battery is controlled by a charge/discharge control system (battery management system, BMS) that detects the voltage, current, temperature, etc.
ノートパソコンなどに搭載されるリチウムイオン電池は、複数の単電池セルを接続して構成されたバッテリパックからなっている。近年、ノートバソコン搭載のリチウムイオン電池の発火事故もあり、過充電に対する二重の保護の必要性からリチウムイオン電池のバッテリパックにはセカンドプロテクションの搭載が一般的（必須）となっている。このセカンドプロテクションの保護方法は、SCP（セルフコントロールプロテクタ）と呼ばれる保護素子（ヒューズ）によって充放電経路を不可逆的に遮断する方法が用いられる。つまり、電池と直列に接続された保護素子をセカンドプロテクションICの制御によって動作させることで、電池が異常な状態で充放電されるときに電流を遮断するようになっている。保護素子には発熱抵抗体が内蔵されており、電池が基準値を超えて過充電されたときは、セカンドプロテクションICにより発熱抵抗体に通電して低融点金属のヒューズエレメントを短時間で加熱溶断させる。また、保護素子は電池の異常電流によっても動作でき、そのときは過電流のジュール熱によってヒューズエレメントが溶断する。（特許文献１参照）上記保護素子はバッテリパックの保護回路に接続されており、各セルの電圧をモニタするセカンドプロテクションＩＣとＦＥＴなどの制御素子によってヒューズエレメントの動作は制御されている。例えば、特許文献２に記載のバッテリパックの充放電制御回路に利用された保護素子は、バッテリパックの過電流および周囲温度の上昇に感応するか、または所定条件で発熱抵抗体に通電することによって強制的にヒューズを作動させ電気回路を遮断する。すなわち、該保護素子は、機器の安全を図るために、保護回路が機器に生ずる異常を検知すると信号電流により抵抗素子を発熱させ、その発熱で可溶合金からなるヒューズエレメント（ヒューズ素子とも言う）を溶断させて回路を遮断するか、あるいは過電流によってヒューズエレメントを溶断させて回路を遮断できる。 Lithium-ion batteries installed in laptops and other devices consist of a battery pack made up of multiple single battery cells. In recent years, there have been incidents of lithium-ion batteries installed in laptops catching fire, and due to the need for double protection against overcharging, it has become common (and essential) for lithium-ion battery packs to be equipped with a second protection. This second protection method uses a protective element (fuse) called an SCP (self-control protector) to irreversibly cut off the charge/discharge path. In other words, the protective element connected in series with the battery is operated under the control of the second protection IC to cut off the current when the battery is charged or discharged in an abnormal state. The protective element has a built-in heating resistor, and when the battery is overcharged beyond the reference value, the second protection IC passes current through the heating resistor to heat and melt the low-melting point metal fuse element in a short time. The protective element can also be operated by abnormal current in the battery, in which case the fuse element will melt due to Joule heat from the overcurrent. (See Patent Document 1) The above-mentioned protection element is connected to the protection circuit of the battery pack, and the operation of the fuse element is controlled by a second protection IC that monitors the voltage of each cell and a control element such as an FET. For example, the protection element used in the charge/discharge control circuit of the battery pack described in Patent Document 2 responds to an overcurrent in the battery pack and an increase in the ambient temperature, or by passing current through a heating resistor under predetermined conditions to forcibly operate the fuse and cut off the electric circuit. That is, in order to ensure the safety of the equipment, when the protection circuit detects an abnormality occurring in the equipment, the protection element heats up the resistance element with a signal current, and the heat melts a fuse element (also called a fuse element) made of a fusible alloy to cut off the circuit, or the fuse element melts down with an overcurrent to cut off the circuit.
従来のバッテリパックの保護機構は、例えば充電電圧が８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが過充電と判断し、ＦＥＴを経由して保護素子の発熱抵抗体を加熱しヒューズ素子を動作させていた。したがって、従来の方式では比較的狭い電圧レンジからなる単一電圧範囲によって過充電または過放電の保護を行っていた。（特許文献３参照） Conventional battery pack protection mechanisms, for example, control the charging voltage so that it is in the range of 8.4 to 19.1 V, and when the charging voltage exceeds 19.1 V, the second protection IC determines that the battery is overcharged, and heats the heating resistor of the protection element via the FET to activate the fuse element. Therefore, conventional methods protect against overcharging or overdischarging using a single voltage range consisting of a relatively narrow voltage range. (See Patent Document 3)
本発明によると、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ（組電池）と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提案される。 According to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating is proposed, which includes a battery (battery pack) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, a protection element having a fuse element connected to a current circuit between the cell or battery and its external terminal and a heating resistor connected to the fuse element, a first switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, and a second switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, and the second switching element further has a resistance element connected to the heating resistor.
本発明に係る保護回路はバッテリパックの充放電装置に適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置が提供される。 The protection circuit according to the present invention is applied to a charging/discharging device for a battery pack. That is, a charging/discharging device for a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element that incorporate a fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to a charging/discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックが提供される。 The protection circuit or charge/discharge device according to the present invention is applied to a battery pack. That is, a battery pack for a secondary battery such as a lithium ion battery is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器が提供される。 The battery pack according to the present invention is used in cordless electrical devices such as mobile devices. That is, an electrical device that uses a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries, includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device that controls the charging and discharging of the battery, and an electrical device body that is detachably connected to the battery pack and charges the battery pack or receives power from the battery pack to operate it, the battery pack includes a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, the fuse element and the heating resistor being connected to the charging and discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element includes a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
本発明の目的は、比較的簡素な構成で、所定の電圧範囲を有する複数の電圧チャンネルを有し、リチウムイオン電池の過充電ないし過放電からバッテリパックを保護するセカンドプロテクション回路を提供する。 The object of the present invention is to provide a second protection circuit that has a relatively simple configuration, has multiple voltage channels with a predetermined voltage range, and protects a battery pack from overcharging or over-discharging a lithium-ion battery.
本発明によると、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と放電から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ（組電池）と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提案される。 According to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and discharging is proposed, which includes a battery (battery pack) to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, a protection element having a fuse element connected to a current circuit between the cell or battery and its external terminal and a heating resistor connected to the fuse element, a first switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, and a second switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, and the second switching element further has a resistance element connected to the heating resistor.
前記保護回路の信号制御部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。 The signal control unit of the protection circuit switches between the first switching element and the second switching element to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the battery is outside the second voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element. For example, the first voltage range can be controlled to be in the range of 8.4 to 19.1 V, and when the discharge voltage falls below 8.4 V, the second protection IC can turn on the first switching element, heat the heating resistor, and operate the protection element, and the second voltage range can be controlled to be in the range of 19.2 to 43.3 V, and when the charge voltage exceeds 19.1 V, the second protection IC can turn on the second switching element, heat the heating resistor, and operate the protection element.
本発明において保護素子の発熱抵抗体の内部抵抗値をR1、保護素子の定格電圧値をV1、セルまたはバッテリ（組電池）の電圧をV2とするとき、第２のスイッチング素子に付加する抵抗素子の電気抵抗値R２は、R２＝｛R1×（V２ーV1）｝／V1とするのが好ましい。例えば、保護素子の内部抵抗値R1を３１Ω、保護素子の電圧範囲V1を３３．０～４６．９V、バッテリ（組電池）の電圧範囲V2を３３．６～５１．０Vとするとき、第２のスイッチング素子に付加する抵抗素子の電気抵抗値R２を１０Ωとすることで、セカンドプロテクションＩＣは、保護素子の動作を電池電圧が第一の電圧範囲３３．６～４６．９Vのときは、第１のスイッチング素子を用いて制御し、電池電圧が第二の電圧範囲４７～５１．０Vのときは、第２のスイッチング素子に切り替えて制御することが可能となる。 In the present invention, when the internal resistance of the heating resistor of the protection element is R1, the rated voltage of the protection element is V1, and the voltage of the cell or battery (battery pack) is V2, it is preferable that the electrical resistance R2 of the resistive element added to the second switching element is R2 = {R1 x (V2 - V1)} / V1. For example, when the internal resistance R1 of the protection element is 31 Ω, the voltage range V1 of the protection element is 33.0 to 46.9 V, and the voltage range V2 of the battery (battery pack) is 33.6 to 51.0 V, by setting the electrical resistance R2 of the resistive element added to the second switching element to 10 Ω, the second protection IC can control the operation of the protection element using the first switching element when the battery voltage is in the first voltage range of 33.6 to 46.9 V, and switching to the second switching element when the battery voltage is in the second voltage range of 47 to 51.0 V.
本発明に係るスイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチングトランジスタまたは該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成される。 The switching element according to the present invention is composed of a switching transistor such as a field effect transistor (FET) or a MOSFET, or a protection circuit module including the switching element.
本発明に係る保護回路はバッテリパックの充放電装置に適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置が提供される。 The protection circuit according to the present invention is applied to a charging/discharging device for a battery pack. That is, a charging/discharging device for a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element that incorporate a fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to a charging/discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
前記充放電装置の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。 The signal control unit of the charging/discharging device switches between the first switching element and the second switching element according to the predetermined voltage range of the cell or the battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or the battery is outside the first voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the battery is outside the second voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element. For example, the first voltage range can be voltage controlled to be in the range of 8.4 to 19.1 V, and when the discharge voltage falls below 8.4 V, the second protection IC can turn on the first switching element, heat the heating resistor to operate the protection element, and control the second voltage range to be in the range of 19.2 to 43.3 V, and when the charging voltage exceeds 19.1 V, the second protection IC can turn on the second switching element, heat the heating resistor to operate the protection element.
本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックが提供される。 The protection circuit or charge/discharge device according to the present invention is applied to a battery pack. That is, a battery pack for a secondary battery such as a lithium ion battery is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
前記バッテリパックの信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断し、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断する。 The signal control unit of the battery pack switches between a first switching element and a second switching element depending on a predetermined voltage range of the cell or battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the battery is outside the second voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element.
本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器が提供される。 The battery pack according to the present invention is used in cordless electrical devices such as mobile devices. That is, an electrical device that uses a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries, includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device that controls the charging and discharging of the battery, and an electrical device body that is detachably connected to the battery pack and charges the battery pack or receives power from the battery pack to operate it. The battery pack includes a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, the first switching element having a built-in fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to the charging and discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a resistance element connected to a current path with the heating resistor.
前記電気機器の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、バッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。 The signal control unit of the electrical device switches between a first switching element and a second switching element depending on the predetermined voltage range of the cell or battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the battery is outside the second voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element.
上述した各発明によると、セルまたはバッテリの電圧値が第一の所定電圧を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の所定電圧を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させることができる。所定のスイッチング素子に所望の抵抗素子を配置することで、所望の電圧値に応じた複数の電圧チャンネルを切り替えて保護素子の溶断制御ができる。これにより保護素子に搭載する抵抗体の耐性を超えることなく、より高い電圧値での使用が可能となる。 According to each of the above-mentioned inventions, when the voltage value of the cell or battery deviates from a first predetermined voltage, the heating resistor is energized via a first switching element to generate heat, causing the fuse element of the protection element to melt, and when the voltage value of the cell or battery deviates from a second predetermined voltage, the heating resistor is energized via a second switching element to generate heat, causing the fuse element of the protection element to melt. By arranging a desired resistive element in a specified switching element, it is possible to switch between multiple voltage channels according to the desired voltage value and control the melting of the protection element. This makes it possible to use a higher voltage value without exceeding the tolerance of the resistor mounted in the protection element.
本発明は、バッテリパックの保護装置における保護素子の溶断制御の多重制御手段を提供する。 The present invention provides a multiple control means for controlling the melting of protection elements in a battery pack protection device.
本発明によると、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリ（組電池）と、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと同ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、セルまたはバッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体と信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路が提供される。 According to the present invention, a protection circuit for protecting a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries from overcharging and overheating is provided, the protection circuit comprising: a battery (battery pack) to which one or more secondary battery cells are connected; a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery; a protection element having a fuse element connected to a current circuit between the cell or battery and its external terminal and a heating resistor connected to the fuse element; a first switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit; and a second switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, the second switching element further having a resistance element connected to the heating resistor.
前記保護回路の信号制御部は、第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。 The signal control unit of the protection circuit switches between the first switching element and the second switching element to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the cell or battery is outside the second voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element. For example, the first voltage range can be controlled to be in the range of 8.4 to 19.1 V, and when the discharge voltage falls below 8.4 V, the second protection IC can turn on the first switching element, heat the heating resistor, and operate the protection element, and the second voltage range can be controlled to be in the range of 19.2 to 43.3 V, and when the charge voltage exceeds 19.1 V, the second protection IC can turn on the second switching element, heat the heating resistor, and operate the protection element.
本発明に係るスイッチング素子は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチングトランジスタまたは該スイッチング素子を含む保護回路モジュールから構成される。 The switching element according to the present invention is composed of a switching transistor such as a field effect transistor (FET) or a MOSFET, or a protection circuit module including the switching element.
本発明に係る保護回路はバッテリパックの充放電装置に適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置が提供される。 The protection circuit according to the present invention is applied to a charging/discharging device for a battery pack. That is, a charging/discharging device for a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element that incorporate a fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to a charging/discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
前記充放電装置の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。 The signal control unit of the charging/discharging device switches between the first switching element and the second switching element according to the predetermined voltage range of the cell or the battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or the battery is outside the first voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the cell or the battery is outside the second voltage range, the signal control unit energizes the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element. For example, the first voltage range can be voltage controlled to be in the range of 8.4 to 19.1 V, and when the discharge voltage falls below 8.4 V, the second protection IC can turn on the first switching element, heat the heating resistor to operate the protection element, and control the second voltage range to be in the range of 19.2 to 43.3 V, and when the charging voltage exceeds 19.1 V, the second protection IC can turn on the second switching element, heat the heating resistor to operate the protection element.
本発明に係る保護回路または充放電装置はバッテリパックに適用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックが提供される。 The protection circuit or charge/discharge device according to the present invention is applied to a battery pack. That is, a battery pack for a secondary battery such as a lithium ion battery is provided, which includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
前記バッテリパックの信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断し、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントが溶断する。 The signal control unit of the battery pack switches between a first switching element and a second switching element depending on a predetermined voltage range of the cell or battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the cell or battery is outside the second voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element.
本発明に係るバッテリパックはモバイル機器などコードレス電気機器に使用される。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、このバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器が提供される。 The battery pack according to the present invention is used in cordless electrical devices such as mobile devices. That is, an electrical device that uses a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries, includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device that controls the charging and discharging of the battery, and an electrical device body that is detachably connected to the battery pack and charges the battery pack or receives power from the battery pack to operate it. The battery pack includes a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, the first switching element having a built-in fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to the charging and discharging circuit of the cell or battery and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a resistance element connected to a current path with the heating resistor.
前記電気機器の信号制御部は、セルまたはバッテリの所定電圧範囲に応じて第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子とを切り替えて保護素子の動作を制御する。前記信号制御部は、セルまたはバッテリの電圧値が第一の電圧範囲を外れたときには、第１のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、セルまたはバッテリの電圧値が第二の電圧範囲を外れたときには、第２のスイッチング素子を経由して発熱抵抗体を通電発熱させて保護素子のヒューズエレメントを溶断させる。 The signal control unit of the electrical device switches between a first switching element and a second switching element depending on the predetermined voltage range of the cell or battery to control the operation of the protection element. When the voltage value of the cell or battery is outside the first voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the first switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element, and when the voltage value of the cell or battery is outside the second voltage range, the signal control unit passes current through the heating resistor via the second switching element to generate heat and melt the fuse element of the protection element.
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続されたヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを有する保護素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、さらに前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有する保護回路であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる保護回路が提供される。 A protection circuit is provided that includes a battery to which multiple secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, a protection element having a fuse element connected to a current circuit between the cell or battery and its external terminal and a heating resistor connected to the fuse element, a first switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, and a second switching element connected to the current circuit between the cell or battery and its external terminal and connected to the heating resistor and the signal control unit, the second switching element further having a resistance element connected to the heating resistor, the protection circuit has a control voltage range of V1 for any one or more cells of the battery, and when the voltage deviates from V1, the protection circuit blows the fuse element of the protection element via the first switching element, and the control voltage range of the entire battery is V2, and when the voltage deviates from V2, the protection circuit blows the fuse element of the protection element via the second switching element.
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、前記ヒューズエレメントが前記セルまたは前記バッテリの充放電回路と接続され、かつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する充放電装置であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる充放電装置が提供される。 A charging/discharging device is provided that includes a battery to which multiple secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cells or the battery, a first switching element that incorporates a fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to a charging/discharging circuit of the cells or the battery, and the heating resistor being connected to the signal control unit, and a protection element whose operation is controlled by a second switching element, the second switching element having a resistive element connected to a current path with the heating resistor, the control voltage range of any one or more cells of the battery is V1, and when it deviates from V1, the fuse element of the protection element is blown via the first switching element, and the control voltage range of the entire battery is V2, and when it deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し前記ヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有するバッテリパックであって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させるバッテリパックが提供される。 A battery pack is provided that includes a battery to which multiple secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cells or the battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor, the battery pack having a control voltage range of any one or more cells of the battery set to V1, and when the voltage deviates from V1, the fuse element of the protection element is blown via the first switching element, and the control voltage range of the entire battery is set to V2, and when the voltage deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
複数の二次電池のセルが接続されたバッテリと、前記バッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、前記バッテリパックは、前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し前記ヒューズエレメントが前記セルまたは前記バッテリの充放電回路と接続されかつ前記発熱抵抗体が前記信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する電気機器であって、前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる電気機器が提供される。 The present invention provides an electrical device that includes a battery having multiple secondary battery cells connected thereto, a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device that controls the charging/discharging of the battery, and an equipment main body that is detachably connected to the battery pack and charges the battery pack or receives power supply from the battery pack to operate the battery pack. The battery pack includes a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to the charging/discharging circuit of the cell or the battery and the heating resistor is connected to the signal control unit. The second switching element is an electrical device having a resistive element connected to a current path with the heating resistor. The control voltage range of any one or more cells of the battery is V1, and when the voltage deviates from V1, the fuse element of the protection element is blown via the first switching element, and the control voltage range of the entire battery is V2, and when the voltage deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
実施例１の保護回路１０は、図１に示すように、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセル１１が直列接続されたバッテリ１２と、バッテリ１２の外部端子１３および１４に接続して電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部１５と、バッテリ１２と外部端子１３との間の電流回路に直列に接続されたヒューズエレメント１６とヒューズエレメント１６に接続した発熱抵抗体１７とを有する保護素子１８と、バッテリ１２と外部端子１４との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体１７と信号制御部１５とに接続した第１のスイッチング素子１９と、第１のスイッチング素子１９と並列に接続された第２のスイッチング素子２００とを備え、第２のスイッチング素子２００は、発熱抵抗体１７に直列接続した抵抗素子２０１を有し、信号制御部１５によって、第１のスイッチング素子１９と第２のスイッチング素子２００とを切り替えて保護素子１８の動作を制御する。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。
The
実施例２の保護回路２０は、図２に示すように、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを過充電と過熱から保護する保護回路であって、１以上の二次電池のセル２１が直列接続されたバッテリ２２と、セル２１またはバッテリ２２の外部端子２３および外部端子２４に接続して電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部２５と、セル２１またはバッテリ２２と外部端子２３との間の電流回路に直列に接続されたヒューズエレメント２６とヒューズエレメント２６に接続した発熱抵抗体２７とを有する保護素子２８と、セル２１またはバッテリ２２と外部端子２４との間の電流回路に接続され、かつ発熱抵抗体２７と信号制御部２５とに接続した第１のスイッチング素子２９と、第１のスイッチング素子２９と並列に接続された第２のスイッチング素子３００とを備え、第２のスイッチング素子３００は、発熱抵抗体２７に直列接続した抵抗素子３０１を有し、信号制御部２５によって、第１のスイッチング素子２９と第２のスイッチング素子３００とを切り替て保護素子２８の動作を制御する。例えば、第一の電圧範囲を８．４～１９．１Vの範囲となるように電圧制御し、放電電圧が８．４Vを下回ったときに、セカンドプロテクションＩＣが第１のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させ、第二の電圧範囲を１９．２～４３．３Vの範囲となるように電圧制御し、充電電圧が１９．１Vを超えたときに、セカンドプロテクションＩＣが第２のスイッチング素子をONとし、発熱抵抗体を発熱させて保護素子を動作させることができる。
The
実施例３の充放電装置３０は、実施例１の保護回路１０を用いたバッテリパックの充放電装置である。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントがバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。
The charging/discharging device 30 of the third embodiment is a charging/discharging device for a battery pack using the
実施例４の充放電装置４０は、実施例２の保護回路２０を用いたバッテリパックの充放電装置である。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックの充放電装置であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵し、ヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続され、かつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。
The charging/discharging device 40 of the fourth embodiment is a charging/discharging device for a battery pack using the
実施例５のバッテリパック５０は、実施例３の充放電装置３０を用いたバッテリパックである。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有する。 The battery pack 50 of the fifth embodiment is a battery pack using the charge/discharge device 30 of the third embodiment. That is, the battery pack is a secondary battery pack such as a lithium ion battery, and includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, the first switching element having a built-in fuse element and a heating resistor, the fuse element being connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor being connected to the signal control unit, and the second switching element having a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
実施例６のバッテリパック６０は、実施例４の充放電装置４０を用いたバッテリパックである。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックであって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントが充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を設けた充放電回路を有する。 The battery pack 60 of Example 6 is a battery pack using the charge/discharge device 40 of Example 4. That is, it is a battery pack of a secondary battery such as a lithium ion battery, and includes a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to a charge/discharge circuit and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a charge/discharge circuit provided with a resistive element connected to a current path with the heating resistor.
実施例７の電気機器７０は、実施例５のバッテリパック５０または実施例６のバッテリパック６０を用いた電気機器である。すなわち、リチウムイオン電池など二次電池のバッテリパックを利用する電気機器であって、１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、セルまたはバッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、このバッテリパックと着脱自在に接続されて、バッテリパックを充電またはバッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、バッテリパックは、セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、ヒューズエレメントと発熱抵抗体を内蔵しヒューズエレメントがセルまたはバッテリの充放電回路と接続されかつ発熱抵抗体が信号制御部に接続された第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子によって動作制御された保護素子とを備え、第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有する。 The electrical device 70 of Example 7 is an electrical device using the battery pack 50 of Example 5 or the battery pack 60 of Example 6. That is, it is an electrical device that uses a battery pack of secondary batteries such as lithium ion batteries, and has a battery to which one or more secondary battery cells are connected, a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device that controls the charging and discharging of the cells or the battery, and an equipment body that is detachably connected to the battery pack and charges the battery pack or receives power supply from the battery pack to operate it. The battery pack has a signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or battery, and a protection element whose operation is controlled by a first switching element and a second switching element, in which a fuse element and a heating resistor are built in and the fuse element is connected to the charging and discharging circuit of the cell or the battery and the heating resistor is connected to the signal control unit, and the second switching element has a resistance element connected to a current path with the heating resistor.
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を使用した電気・電子機器の保護回路に利用でき、特にバッテリパックなど２次電池の保護装置に利用できる。 The present invention can be used in protection circuits for electrical and electronic devices that use a protection element having a heating resistor and a fuse element, and can be used in particular in protection devices for secondary batteries such as battery packs.
保護回路１０、セル１１、バッテリ１２、外部端子１３および１４、信号制御部１５、ヒューズエレメント１６、発熱抵抗体１７、保護素子１８、第１のスイッチング素子１９、第２のスイッチング素子２００、抵抗素子２０１、保護回路２０、セル２１、バッテリ２２、外部端子２３および２４、信号制御部２５、ヒューズエレメント２６、発熱抵抗体２７、保護素子２８、第１のスイッチング素子２９、第２のスイッチング素子３００、抵抗素子３０１、充放電装置３０、充放電装置４０、バッテリパック５０、バッテリパック６０、電気機器７０。
Claims (20)
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、
セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に実装されるものであり、前記電流回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記電流回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではない保護回路。 A protection circuit for protecting a battery pack of a secondary battery from overcharging and overheating, comprising:
a battery having one or more secondary battery cells connected thereto;
A signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a current circuit between the cell or the battery and an external terminal thereof, the protection element including a fuse element electrically connected to the current circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the current circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the current circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
The second switching element has a resistance element connected to the heating resistor, and the resistance element is not built into the protection element .
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではない充放電装置。 A charging/discharging device for a battery pack of a secondary battery, comprising:
a battery having one or more secondary battery cells connected thereto;
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
The second switching element has a resistance element connected to a current path with the heating resistor, and the resistance element is not built into the protection element .
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではないバッテリパック。 A battery pack for a secondary battery,
a battery having one or more secondary battery cells connected thereto;
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
The second switching element has a resistance element connected to a current path with a heating resistor, and the resistance element is not built into the protection element .
１以上の二次電池のセルが接続されたバッテリと、
前記バッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、
前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではない電気機器。 An electrical device that utilizes a battery pack of secondary batteries,
a battery having one or more secondary battery cells connected thereto;
a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device for controlling charging/discharging of the battery;
an equipment main body that is detachably connected to the battery pack and that charges the battery pack or receives power supply from the battery pack to operate the battery pack;
The battery pack includes:
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
The second switching element has a resistive element connected to a current path with the heating resistor, and the resistive element is not built into the protective element .
セルまたはバッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリとその外部端子との間の電流回路に実装されるものであり、前記電流回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記電流回路に前記保護素子を介して接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記電流回路に前記保護素子を介して接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではなく、
前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる保護回路。 A battery in which a plurality of secondary battery cells are connected;
A signal control unit that outputs a control signal according to the voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a current circuit between the cell or the battery and an external terminal thereof, the protection element including a fuse element electrically connected to the current circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the current circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the current circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
the second switching element has a resistance element connected to the heating resistor, and the resistance element is not built into the protection element ;
A protection circuit in which a control voltage range for any one or more cells of the battery is V1, and when the control voltage range deviates from V1, a fuse element of a protection element is blown via the first switching element, and a control voltage range for the entire battery is V2, and when the control voltage range deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではなく、
前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる充放電装置。 A battery in which a plurality of secondary battery cells are connected;
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
the second switching element has a resistive element connected to a current path with the heating resistor, the resistive element is not built into the protective element ,
A charging/discharging device in which a control voltage range for any one or more cells of the battery is set to V1, and when the control voltage range deviates from V1, a fuse element of a protection element is blown via the first switching element, and a control voltage range for the entire battery is set to V2, and when the control voltage range deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではなく、
前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させるバッテリパック。 A battery in which a plurality of secondary battery cells are connected;
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
the second switching element has a resistive element connected to a current path with a heating resistor, the resistive element is not built into the protective element ,
A battery pack in which a control voltage range for any one or more cells of the battery is set to V1, and when the control voltage range deviates from V1, a fuse element of a protection element is blown via the first switching element, and a control voltage range for the entire battery is set to V2, and when the control voltage range deviates from V2, the fuse element of the protection element is blown via the second switching element.
前記バッテリの充放電を制御する保護回路または充放電装置を有するバッテリパックと、
前記バッテリパックと着脱自在に接続されて、前記バッテリパックを充電または前記バッテリパックから電源供給を受けて駆動する機器本体とを有し、
前記バッテリパックは、
前記セルまたは前記バッテリの電圧に応じて制御信号を出力する信号制御部と、
前記セルまたは前記バッテリの充放電回路に実装されるものであり、前記充放電回路に電気的に接続されるヒューズエレメントと前記ヒューズエレメントに接続した発熱抵抗体とを内蔵する保護素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第１のスイッチング素子と、
前記保護素子を介して前記充放電回路に接続され、かつ前記発熱抵抗体と前記信号制御部とに接続した第２のスイッチング素子とを備え、
前記第２のスイッチング素子は、前記発熱抵抗体との通電経路に接続した抵抗素子を有し、前記抵抗素子が前記保護素子に内蔵されたものではなく、
前記バッテリの任意の１つ以上のセルの制御電圧範囲をV１とし、前記V１を外れたときには、前記第１のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させ、前記バッテリ全体の制御電圧範囲をV２とし、前記V２を外れたときには、前記第２のスイッチング素子を経由して保護素子のヒューズエレメントを溶断させる電気機器。 A battery in which a plurality of secondary battery cells are connected;
a battery pack having a protection circuit or a charge/discharge device for controlling charging/discharging of the battery;
an equipment main body that is detachably connected to the battery pack and that charges the battery pack or receives power supply from the battery pack to operate the battery pack;
The battery pack includes:
A signal control unit that outputs a control signal in response to a voltage of the cell or the battery;
A protection element that is mounted in a charge/discharge circuit of the cell or the battery and includes a fuse element electrically connected to the charge/discharge circuit and a heating resistor connected to the fuse element;
a first switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
a second switching element connected to the charge/discharge circuit via the protection element and connected to the heating resistor and the signal control unit;
the second switching element has a resistive element connected to a current path with the heating resistor, the resistive element is not built into the protective element ,
An electrical device which sets a control voltage range for any one or more cells of the battery as V1, and melts a fuse element of a protection element via the first switching element when the control voltage range deviates from V1, sets a control voltage range for the entire battery as V2, and melts the fuse element of the protection element via the second switching element when the control voltage range deviates from V2.
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