JP2002218662A - リチウムイオン2次電池の電圧制御システム - Google Patents

リチウムイオン2次電池の電圧制御システム

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JP2002218662A
JP2002218662A JP2001009362A JP2001009362A JP2002218662A JP 2002218662 A JP2002218662 A JP 2002218662A JP 2001009362 A JP2001009362 A JP 2001009362A JP 2001009362 A JP2001009362 A JP 2001009362A JP 2002218662 A JP2002218662 A JP 2002218662A
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JP
Japan
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voltage
secondary battery
lithium ion
ion secondary
data
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JP2001009362A
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English (en)
Inventor
Tsunehiko Tanitsu
常彦 谷津
Norimasa Kanabori
典正 金堀
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウムイオン2次電池の過充電及び過放電
を防止すると共に、電池の性能を十分に発揮させる。 【解決手段】 過充電電圧データ及び過放電電圧を例え
ば8ビットのデジタルデータとしてEEPROM10に
書き込み、そのデジタルデータDATA1,DATA2
をDAコンバータ11により、256通りのアナログデ
ータAN1,AN2に変換する。これらのアナログデー
タAN1,AN2を過充電基準電圧及び過放電基準電圧
として利用しているので、より細かな基準電圧設定をす
ることができ、電池の性能を十分に発揮させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン2
次電池の過充電及び過放電を防止するための制御システ
ムに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、リチウムイオン2次電池は、パソ
コンや携帯電話等の携帯用電子機器の電源電池として広
く普及している。このリチウムイオン2次電池は、ニッ
カド電池、ニッケル水素電池等のそれ以前に開発された
2次電池が1個で1.2Vの電圧を供給するのに対し
て、1個で3.6Vという3倍の電圧を供給することが
できる点で、電源電池の軽量化及び小型化に適してい
る。
【0003】しかし、リチウムイオン電池は、その特有
な化学的な充電メカニズムに起因して、過充電によって
液漏れが生じ、爆発を引き起こす危険があることが判明
した。またリチウムイオン電池は、過放電によっても致
命的な損傷を生じ、利用不可能となるという問題もあっ
た。そこで、現在リチウムイオン電池は過充電及び過放
電を防止するための監視機能を有する制御用ICと共に
販売され、使用されている。
【0004】図2に、従来のリチウムイオン2次電池の
電圧制御システムの回路図を示す。1は、リチウムイオ
ン2次電池、100は制御用ICである。リチウムイオ
ン2次電池1のセル電圧(+端子)は制御用IC100
の端子2を介して、第1のコンパレータ3の+入力端子
及び第2のコンパレータ4の−入力端子に供給されてい
る。また、リチウムイオン2次電池1の−端子は制御用
IC100の端子5を介して接地されている。
【0005】第1のコンパレータ3の−入力端子には基
準電圧Vref1、Vref2がスイッチSW1,SW2によって
選択的に供給される。また、第2のコンパレータ4の+
入力端子には基準電圧Vref3、Vref4がスイッチSW3,
SW4によって選択的に供給される。
【0006】第1のコンパレータ3及び第2のコンパレ
ータ4の出力はトランジスタ制御回路6に供給されてい
る。トランジスタ制御回路6の充電制御ラインJCはリ
チウムイオン2次電池1の充電経路に設けられたPチャ
ネル型のMOSトランジスタM1のゲートに接続されて
いる。また、トランジスタ制御回路6の放電制御ライン
HCはリチウムイオン2次電池1の放電経路に設けられ
たMOSトランジスタM2のゲートに接続されている。
こうして、トランジスタ制御回路6は、第1のコンパレ
ータ3及び第2のコンパレータ4の比較結果に応じて、
リチウムイオン2次電池1の充放電経路に設けられたM
OSトランジスタM1,M2のオンオフを制御する。
【0007】いま、出力端子B+,B−を充電器に接続
することにより、リチウムイオン2次電池1の充電が行
なわれているとする。ここで、出力端子B+→ダイオー
ドD2→MOSトランジスタM1という充電経路で電流
が流れリチウムイオン2次電池1の充電が行なわれる。
そして、セル電圧が予め選択された基準電圧(V ref1、
Vref2のいずれか一方)以上になると、トランジスタ制
御回路6は充電制御ラインJCにハイレベルを出力す
る。これにより、MOSトランジスタM1はオフし、リ
チウムイオン2次電池1の充電経路は遮断される。一
方、出力端子B+,B−を機器に接続した使用状態で
は、ダイオードD1→MOSトランジスタM2→出力端
子B+という放電経路で電流が流れることにより、リチ
ウムイオン2次電池1の放電が起こる。そして、セル電
圧が予め選択された基準電圧(Vref3、Vref4のいずれか
一方)以下になると、トランジスタ制御回路6は放電制
御ラインHCにハイレベルを出力する。これにより、M
OSトランジスタM2はオフし、リチウムイオン2次電
池1の放電経路は遮断される。このようにして、従来の
リチウムイオン2次電池の電圧制御システムは過充電及
び過放電を防止していた。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】リチウムイオン2次電
池は製造メーカ、型番や個々の電池特性のばらつき、さ
らには使用による経時変化などにより、過充電電圧(そ
れ以上充電すると過充電となるしきい値)及び過放電電
圧(それ以下に放電すると過放電となるしきい値)が異
なる。
【0009】しかしながら、上述した従来のリチウムイ
オン2次電池の電圧制御システムでは、セル電圧と比較
される基準電圧源の数が2〜3個であったために細かな
基準電圧設定ができなかった。一方、基準電圧源の数を
増加させるとチップサイズが大幅に増加してしまうとい
う問題があった。また、基準電圧源の数を増加させたと
しても、使用による経時変化に応じて基準電圧を最適に
制御することはできなかった。
【0010】そこで、本発明はリチウムイオン2次電池
の個々の電池特性データに応じて、セル電圧と比較され
る基準電圧を設定することにより、当該電池の特性を十
分に発揮させることを可能にすることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明のリチウムイオン
2次電池の電圧制御システムは、リチウムイオン2次電
池のセル電圧と過充電基準電圧とを比較する第1のコン
パレータと、前記セル電圧と過放電基準電圧とを比較す
る第2のコンパレータと、前記リチウムイオン2次電池
の充電経路に設けられた第1のトランジスタと、前記リ
チウムイオン2次電池の放電経路に設けられた第2のト
ランジスタと、前記第1及び第2のコンパレータの比較
結果に応じて第1及び第2のトランジスタのオンオフを
制御するトランジスタ制御手段と、を備えたリチウムイ
オン2次電池の電圧制御システムにおいて、過充電電圧
データ及び過放電電圧データを電気的に書き込み及び読
み出し可能な不揮発性メモリと、前記不揮発性メモリか
ら読み出された前記過充電電圧データ及び過放電電圧デ
ータをアナログ変換するDAコンバータと、を設け、前
記DAコンバータによって変換されたアナログデータを
過充電基準電圧及び過放電基準電圧として、前記第1の
コンパレータ及び第2のコンパレータの入力端子に供給
したことを特徴とする。
【0012】リチウムイオン2次電池の特性は、製造メ
ーカ、型番等により、およそわかっている。本発明によ
れば、過充電電圧データ及び過放電電圧をデジタルデー
タとして電気的に書き込み及び読み出し可能な不揮発性
メモリ(EEPROM)に書き込む。そして、そのデー
タに応じたDA変換出力を過充電基準電圧及び過放電基
準電圧として利用しているので、より細かな基準電圧設
定をすることができる。また、個々の電池の電池特性及
び経時変化等を補正パラメータとして、上記EEPRO
Mのデータを書き換えることにより、基準電圧値を可変
制御することも可能となる。
【0013】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。図1に、本発明のリチウ
ムイオン2次電池の電圧制御システムの回路図を示す。
なお、図1中、図2と同一の構成部分については同一の
符号を付してその説明を省略する。
【0014】制御用IC中には、過充電電圧データ及び
過放電電圧データを電気的に書き込み及び読み出し可能
な不揮発性メモリ10(以下、EEPROMという)、
及びDAコンバータ11が含まれている。EEPROM
10内には、過充電電圧データが例えば8ビットデータ
として書き込まれる。また、過放電電圧データが例えば
8ビットデータとして書き込まれる。
【0015】EEPROM10はリチウムイオン2次電
池1が電源電池として使用される電子機器を制御するた
めのマイクロコンピュータ12と通信可能に接続されて
いる。このマイクロコンピュータ12は、過充電電圧及
び過放電電圧の経時変化に応じて、EEPROM10に
格納された過充電電圧データ及び過放電電圧データの書
き換えを実行する。なお、マイクロコンピュータ12と
制御用IC100とを同一チップ上に集積化すること、
つまり1チップ化することも可能である。
【0016】DAコンバータ11には、EEPROM1
0からの過充電電圧データDATA1及び過放電電圧デ
ータDATA2が供給され、これらのデータに応じた2
56通りのアナログデータAN1、AN2を出力する。
【0017】一方、リチウムイオン2次電池1のセル電
圧(+端子)は制御用IC100の端子2を介して、第
1のコンパレータ3の+入力端子及び第2のコンパレー
タ4の−入力端子に供給されている。また、リチウムイ
オン2次電池1の−端子は制御用IC100の端子5を
介して接地されている。過充電電圧アナログデータAN
1は基準電圧として第1のコンパレータ3の−入力端子
に供給される。また、過放電電圧アナログデータAN2
は基準電圧として第2のコンパレータ4の+入力端子に
供給される。
【0018】次に、上述した構成のリチウムイオン2次
電池1の電圧制御システムの動作について説明する。
【0019】まず、マイクロコンピュータ12から過充
電電圧(それ以上充電すると過充電となるしきい値)及
び過放電電圧(それ以下に放電すると過放電となるしき
い値)に応じた、過充電電圧データ及び過放電電圧デー
タをEEPROM10に書き込む。
【0020】いま、出力端子B+,B−を充電器に接続
することにより、リチウムイオン2次電池1の充電が行
なわれているとする。ここで、出力端子B+→ダイオー
ドD2→MOSトランジスタM1という充電経路で電流
が流れリチウムイオン2次電池1の充電が行なわれる。
そして、セル電圧がDAコンバータからの過充電電圧ア
ナログデータAN1以上の値になると、トランジスタ制
御回路6は充電制御ラインJCにハイレベルを出力す
る。これにより、MOSトランジスタM1はオフし、リ
チウムイオン2次電池1の充電経路は遮断される。一
方、出力端子B+,B−を機器に接続した使用状態で
は、ダイオードD1→MOSトランジスタM2→出力端
子B+という放電経路で電流が流れることにより、リチ
ウムイオン2次電池1の放電が起こる。そして、セル電
圧が過放電電圧アナログデータAN2以下の値になる
と、トランジスタ制御回路6は放電制御ラインHCにハ
イレベルを出力する。これにより、MOSトランジスタ
M2はオフし、リチウムイオン2次電池1の放電経路は
遮断される。
【0021】通常のリチウムイオン2次電池において、
使用開始時に過充電電圧アナログデータAN1は4.2
5V、過放電電圧アナログデータAN2は2.7Vに設
定される。
【0022】ここで使用による電池の経時変化により、
過充電電圧及び過放電電圧が変動すると、それに応じて
マイクロコンピュータ12により、EEPROM10の
過充電電圧データDATA1及び過放電電圧データDA
TA2を書き換えることにより、電池特性の経時変化に
応じて電池の性能を発揮させることができる。
【0023】
【発明の効果】本発明のリチウムイオン2次電池の電圧
制御システムによれば、過充電電圧データ及び過放電電
圧をデジタルデータとしてEEPROMに書き込み、そ
のデジタルデータに応じたDA変換出力を過充電基準電
圧及び過放電基準電圧として利用しているのでより細か
な基準電圧設定をすることができ、過充電及び過放電を
防止すると共に、電池の性能を十分に発揮させることが
できる。
【0024】また、経時変化等を補正パラメータとし
て、上記EEPROMのデータを書き換えることによ
り、基準電圧値を可変制御することも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るリチウムイオン2次電
池の電圧制御システムの回路図である。
【図2】従来例に係るリチウムイオン2次電池の電圧制
御システムの回路図である。
【符号の説明】
1 リチウムイオン2次電池 2,5 端子 3 第1のコンパレータ 4 第2のコンパレータ 6 トランジスタ制御回路 10 不揮発性メモリ(EEPROM) 11 DAコンバータ 12 マイクロコンピュータ 100 制御用IC JC 充電制御ライン HC 放電制御ライン M1,M2 MOSトランジスタ B+,B− 出力端子 D1,D2 ダイオード
フロントページの続き Fターム(参考) 5G003 AA01 BA01 CA12 CC02 GA01 GC05 5H030 AA03 AA04 AS18 BB01 BB21 FF43 FF44

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウムイオン2次電池のセル電圧と過
    充電基準電圧とを比較する第1のコンパレータと、前記
    セル電圧と過放電基準電圧とを比較する第2のコンパレ
    ータと、前記リチウムイオン2次電池の充電経路に設け
    られた第1のトランジスタと、前記リチウムイオン2次
    電池の放電経路に設けられた第2のトランジスタと、前
    記第1及び第2のコンパレータの比較結果に応じて第1
    及び第2のトランジスタのオンオフを制御するトランジ
    スタ制御手段と、を備えたリチウムイオン2次電池の電
    圧制御システムにおいて、 過充電電圧データ及び過放電電圧データを電気的に書き
    込み及び読み出し可能な不揮発性メモリと、前記不揮発
    性メモリから読み出された前記過充電基準電圧データ及
    び過放電基準電圧データをアナログ変換するDAコンバ
    ータと、を設け、前記DAコンバータによって変換され
    たアナログデータを過充電基準電圧及び過放電基準電圧
    として前記第1のコンパレータ及び第2のコンパレータ
    の入力端子に供給したことを特徴とするリチウムイオン
    2次電池の電圧制御システム。
  2. 【請求項2】 前記不揮発性メモリに過充電基準電圧デ
    ータ及び過放電基準電圧データを書き込み可能なマイク
    ロコンピュータを備えることを特徴とする請求項1に記
    載のリチウムイオン2次電池の電圧制御システム。
  3. 【請求項3】 前記第1及び第2のコンパレータ、前記
    トランジスタ制御手段、前記不揮発性メモリ、前記DA
    コンバータ及び前記マイクロコンピュータを単一チップ
    上に集積化したことを特徴とする請求項2に記載のリチ
    ウムイオン2次電池の電圧制御システム。
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