JP2007116853A - リチウム電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】 各電池セルの端子電圧を監視して過充電・過放電に起因する損傷を未然に防止する保護ＩＣによって監視されていない電池セルが存在する電池パックにおいて、簡単・安価な構成で過充電による損傷を防止することが可能な電池パックを提供する。
【解決手段】 電圧検出部１１５が監視できる電池セル１１１数より多いリチウム電池パックの場合、電圧検出部１１５により監視されない電池セル１１２の温度を検出する温度検出素子１１３を設け、温度検出素子１１３で検出した電池セル１１２の温度が所定値以上に上昇した時に充電を停止させる信号を発生させるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明はリチウムイオン２次電池等のリチウム電池パックに関するものである。
コードレス電動工具において、電源となる電池の更なる高容量化、軽量化が要望され、この要望に対して、出力密度が高いリチウム電池が期待されて最近徐々に採用されてきている。
リチウム電池においては、過充電・過放電を行うと、電池の劣化・発火の恐れがあり、このため電池パック内の各セルの過充電・過放電を監視する保護ＩＣを設け、各電池セルの電池電圧が所定電圧値以上又は以下の場合、前記保護ＩＣは検出信号を出力し、検出信号に基づき充放電経路を遮断することにより安全性に対する対策すなわち過充電・過放電を防止することが行われている（特許文献１参照）。
特開平６−１４１４７９
前記保護ＩＣは市販されている汎用製品で、検出する電池セルの個数も特定されているのが一般的である。このため保護ＩＣ内の電圧検出部が検出できる電池セル数より電池パック内の電池セル数が多い場合、電圧を検出できない電池セルが存在することになって保護機能が万全と言えない。
電圧が検出されない電池セルの電圧を検出するために１個又は２個の電池セル用の新たな保護ＩＣを取り付け、その電池セルの電圧を検出することも可能ではあるが、保護ＩＣ自体が高価であるのであまり得策でない。
又、新たな保護ＩＣの取り付けは、保護ＩＣ自体の仕様の違い（電池セルの検出電圧の違いや保護ＩＣの消費電流の違い等）や、保護ＩＣの基準電位（グランド電位）の違いによる保護回路の複雑化等、新たな問題が発生する。
本発明の目的は、上記した欠点をなくし、少なくとも過充電による電池セルの損傷を未然に防止できるようにした安価なリチウム電池パックを提供できるようにすることである。
上記目的は、電圧検出部が監視できる電池セル数より多いリチウム電池パックの場合、電圧検出部により監視されない電池セルの温度を検出する温度検出素子を設けることにより達成される。すなわちかかる電池パックにおいて、過充電によって発火等が発生する恐れがあるが、過放電によっては電池パックの寿命が短くなる恐れがあるものの発火等の恐れは少ないことに着目し、最小限充電時の電池パックの損傷を防止できるようにしたことを特徴とするものである。
本発明によれば保護手段によって監視されない電池セルを電池温度検出素子によって監視するようにしたので、過充電に起因する損傷を未然に防止できるリチウム電池パックを安価に提供可能となる。
図１は本発明リチウム電池パック１１０の一実施形態を示すブロック図である。電池パック１１０は、例えば５個のリチウム電池セル（以下単に電池セルという）１１１、１１２、保護ＩＣ１１４、及び例えばサーミスタからなる電池温度検出素子１１３等から構成される。
保護ＩＣ１１４は、４個の電池セル１１１の端子電圧を検出する４個の電池電圧検出部１１５、電池電圧検出部１１５の検出電圧を受け検出電圧が所定範囲内にない時出力信号を発生する出力部１１６、出力部１１６の出力により電池セル１１１、１１２の回路を開放するスイッチング素子１１７から構成される。
電池温度検出素子１１３は電池電圧検出部１１５によって端子電圧が監視されていない電池セル１１２に取り付けられてその電池温度を検出する。
上記した本発明電池パック１１０によれば、電池セル１１１の各端子電圧は電池電圧検出部１１５により検出され、各端子電圧が所定範囲内になければ出力部１１６を介してスイッチング素子１１７を開放するので過充電・過放電は防止される。又出力部１１６の信号により後述する充電器の制御手段２を介して充電回路開閉手段８を開き充電回路が遮断されるので過充電が防止される。更に電池セル１１２の電池温度が所定値以上になると充電回路が後述するように開放されるようになるので過充電が防止されるようになる。
図２は本発明電池パック１１０を接続した充電器の一例を示すブロック図である。充電器は、周知の如く、第１整流部１０、スイッチング回路２０、第２整流部３０、第２整流部３０と電池パック１１０間に接続された充電回路開閉手段８、電池パック１１０に流れる充電電流を検出する充電電流検出用抵抗３、電池電圧検出手段４０、マイコン５０、充電電流制御手段６０、第２整流部３０の出力電圧を制御する出力電圧制御手段７０、電池温度検出手段９０、これら電池電圧検出手段４０〜電池温度検出手段９０等の駆動電源生成用の基準電圧発生手段８０等から構成される。
スイッチング回路２０は、高周波トランス２１、ＦＥＴ２２、ＦＥＴ２２のゲート信号を発生するＰＷＭ制御ＩＣ２３等から構成され、ＰＷＭ制御ＩＣ２３は後述する充電制御信号伝達手段４、充電電流・出力電圧制御信号伝達手段５により駆動される。
マイコン５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート５１、出力ポート５２、５４、リセット入力ポート５３等から構成され、出力ポート５２からは、充電制御信号伝達手段４を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の駆動を開始又は停止させる信号が発生される。出力ポート５４からは例えばトランジスタからなる制御手段２を介して充電回路開閉手段８を開閉する信号が発生される。
電池電圧検出手段４０は電池パック１１０の電池電圧を分圧する２個の抵抗から構成され、その出力電圧は入力ポート５１に入力される。マイコン５０はこの入力により電池パック１１０が接続されたことを認識し、出力ポート５２から充電制御信号伝達手段４、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を介してスイッチング回路２０を駆動させると共に出力ポート５４から制御手段２を介して充電回路開閉手段８を閉じて充電を開始させる。
充電電流制御手段６０は、２個のオペアンプ６１、６２等から構成され、充電電流検出用抵抗３によって検出された充電電流をマイコン５０及び充電電流設定手段７によって設定された設定充電電流となるように制御するもので、切換手段６、充電電流・出力電圧制御信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の駆動を制御するフィードバック信号を発生する。
出力電圧制御手段７０は、２個のオペアンプ７１、７２等から構成され、第２整流部３０の出力電圧をマイコン５０及び出力電圧設定手段８によって設定された設定出力電圧となるように制御するもので、切換手段６、充電電流・出力電圧制御信号伝達手段５を介してＰＷＭ制御ＩＣ２３の駆動を制御するフィードバック信号を発生する。
リチウム電池は、周知の如く、定電流で充電された後に定電圧で充電されるので、充電開始時は充電電流制御手段６０により定電流制御され、電池パック１１０の端子電圧が所定値に到達した後は出力電圧制御手段７０により定電圧制御される。そして充電電流制御手段６０、出力電圧制御手段７０の何れかの信号を充電電流・出力電圧制御信号伝達手段５に入力するかは切換手段６により選択される。
電池温度検出手段９０は、分圧抵抗９１及び分圧抵抗９１と直列に接続され、電池温度検出素子１１３と並列に接続された分圧抵抗９２から構成され、分圧抵抗９２の端子電圧を電池セル１１２の温度情報としてマイコン５０の入力ポート５１に入力する。マイコン５０は入力された温度データが所定範囲外の場合には、出力ポート５２から充電制御信号伝達手段４、ＰＷＭ制御ＩＣ２３を介してスイッチング回路２０を停止させると共に出力ポート５４から制御手段２を介して充電回路開閉手段８を開いて充電を停止させる。すなわち充電が進み、電池セル１１２の温度が上昇して所定範囲外になった場合に充電を停止させるように構成されている。
基準電圧発生手段８０は、周知の如く、トランス８１、整流ブリッジ８２、３端子レギュレータ８３、リセットＩＣ８４及び平滑コンデンサ等から構成され、上記した如く、マイコン５０等の駆動電源（５Ｖ）を生成供給する。
上記した実施形態の電池パック１１０においては、電池セル１１１の各端子電圧が所定範囲外になった時に保護ＩＣ１１４によって出力部１１６を介してスイッチング素子１１７を開放し電池パック１１０の充放電回路が遮断されるので、過充電又は過放電によって電池パック１１０が損傷することは未然に防止される。又保護ＩＣ１１４によって監視されていない電池セル１１２が充電時に温度上昇して温度が所定範囲外になった時には電池温度検出素子１１３の検出出力によって充電が停止されるので、過充電に起因する電池パック１１０の損傷も防止される。電池温度検出素子１１３は通常安価な部材であるので、過充電による損傷を防止できる電池パックを安価に提供可能となる。
本発明電池パックの一実施形態を示すブロック回路図。 本発明電池パックを接続した充電器の一例を示すブロック回路図。
符号の説明
２は制御手段、８は充電回路開閉手段、５０はマイコン、１１０は電池パック、１１１、１１２は電池セル、１１３は電池温度検出素子、１１４は保護ＩＣ、１１５は電池電圧検出部、１１６は出力部、１１７はスイッチング素子。

Claims (1)

  1. 複数のリチウム電池セルを有し、各電池セルの電圧を検出する電圧検出部及び電池セルと直列に接続され、電圧検出部の検出電圧が所定範囲外になった時に電池セルとの接続を遮断するスイッチング素子からなる保護手段を備えたリチウム電池パックであって、
    前記保護手段が監視可能な電池セル数より多い数の電池セルを有し、電圧検出部によって検出されない電池セルの温度を検出する温度検出素子を設けたことを特徴とするリチウム電池パック。
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