JP2008306782A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】異常状態が検出されると、効率よく電池容量を適正な容量に低減させる。電池の残存容量に応じて消費電力量を変化させて、速やかに安全な容量まで放電させる。
【解決手段】電池パックは、電池セル１と、電池セル１の残存容量を取得する残存容量取得手段２と、残存容量取得手段２で演算された電池セル１の残存容量を表示するための残存容量表示素子３と、残存容量表示素子３のＯＮ／ＯＦＦを制御可能なＯＮ／ＯＦＦ制御部４と、電池パックの異常を検出する異常検出回路５とを備える。電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４を制御して、残存容量表示素子３で電池セル１を放電するように構成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池の異常を検出して自動的に放電を開始する放電機能を備えるパック電池に関する。

電池パックは、過電流が流れると、内蔵される電池セルの特性が低下する。また、電池パックに過大な電流が流れると、ジュール熱で発熱して安全に使用できなくなる。このような弊害を防止するために、電池パックの温度異常、ＦＥＴ異常といった何らかの異常状態を検知すると、充放電ＦＥＴをＯＦＦに切り替える、或いはヒューズを溶断する等の安全対策を実施していた。また、セルバランス回路等の内部回路を使用して、電池セルを意図的に放電して電池容量の低減を図っていた。このような内部回路による放電では、消費電流が１〜３ｍＡ程度であるため、安全な電池容量、例えば４０％まで放電するまでには、かなりの時間（例えば約１０日）を要するという問題があった。電池パックの異常状態を検知した後、満充電状態等の電池容量が多く残っている状態が続くと、その分だけ熱暴走が発生する虞も高くなって好ましくない。したがって、異常状態検出後に速やかに安全な電池容量まで放電できる機構が切望されていた。また、電池の残存容量に応じて、消費電力量を変更できるものは従来存在しなかった。
特開２００３−１４２１６２号公報

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、異常状態が検出されると、効率よく電池容量を適正な容量に低減できる電池パックを提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、電池の残存容量に応じて消費電力量を変化させて、速やかに安全な容量まで放電できる電池パックを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電池パックは、電池セル１と、電池セル１の残存容量を取得する残存容量取得手段２と、残存容量取得手段２で演算された電池セル１の残存容量を表示するための残存容量表示素子３と、残存容量表示素子３のＯＮ／ＯＦＦを制御可能なＯＮ／ＯＦＦ制御部４と、電池パックの異常を検出する異常検出回路５とを備える。電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４を制御して、残存容量表示素子３で電池セル１を放電するように構成している。

本発明の請求項２の電池パックは、請求項１に記載の電池パックであって、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４が残存容量表示素子３を点滅表示する。

本発明の請求項３の電池パックは、請求項２に記載の電池パックであって、異常検出回路５が電池パックの異常を検出する状態で、残存容量取得手段２が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子３で消費するように、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４が表示パターンを変更する。

本発明の請求項４の電池パックは、請求項２に記載の電池パックであって、異常検出回路５が電池パックの異常を検出する状態で、残存容量取得手段２が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子３で消費するように、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４が、残存容量表示素子３のオフ時間に対するオン時間の割合を大きくする。

本発明の請求項５の電池パックは、請求項１ないし４のいずれかに記載の電池パックであって、残存容量表示素子３が、複数のＬＥＤを並べて構成しており、残存容量取得手段２で演算された電池セル１の残存容量をＬＥＤの点灯数で表示する。

本発明の請求項６の電池パックは、請求項１に記載の電池パックであって、電池セル１と出力端子の間に、異常検出回路５に制御されて充放電の電流を遮断する電流遮断素子６を接続しており、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、電流遮断素子６をオフにして充放電の電流を遮断する。

本発明の請求項７の電池パックは、請求項１に記載の電池パックであって、異常検出回路５が電池セル１の温度を検出する温度検出部９を備えており、電池セル１の温度が設定値より高くなると電池パックの異常と判定する。

本発明の請求項８の電池パックは、請求項１に記載の電池パックであって、電池セル１の充放電を制御する充放電スイッチング素子を電池セル１と出力端子の間に接続しており、異常検出回路５が、充放電スイッチング素子の異常を検出すると、電池パックの異常と判定する。

本発明の電池パックは、異常状態が検出されると、効率よく電池容量を適正な容量に低減できる特長がある。それは、本発明の電池パックが、電池セルの残存容量を取得する残存容量取得手段と、残存容量取得手段で演算された残存容量を表示する残存容量表示素子と、残存容量表示素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するＯＮ／ＯＦＦ制御部と、電池パックの異常を検出する異常検出回路とを備えており、異常検出回路が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部を制御して、残存容量表示素子で電池セルを放電するからである。この電池パックは、異常が検出されると、電池セルに残存する容量を、電池セルの残容量を表示する残存容量表示素子を用いて放電する。したがって、従来のように、セルバランス回路等の内部回路を使用して電池セルを放電する構造に比べて、短時間で安全な電池容量まで放電でき、異常が検出された電池パックの熱暴走等の弊害を有効に防止して、電池パックの安全性と信頼性を高めることができる。さらに、この電池パックは、電池セルの残存容量を表示するための残存容量表示素子を、異常時の残存容量の放電に併用するので、電池セルの残存容量を放電するための専用の素子や部品を必要とせず、低コストに多量生産できる特長がある。

本発明の請求項２の電池パックは、異常検出回路が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部が残存容量表示素子を点滅表示するので、ユーザーに対して、電池パックの異常を明確に告知して喚起すると共に、電池パックの交換などの処置を促す効果も得られる。

本発明の請求項３の電池パックは、異常検出回路が電池パックの異常を検出する状態で、残存容量取得手段が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子で消費するように、ＯＮ／ＯＦＦ制御部が表示パターンを変更するので、残存容量が多いほど、多くの電力を消費して、電池パックの安全性を高めることができる。また、本発明の請求項４の電池パックは、請求項２に記載の電池パックであって、異常検出回路が電池パックの異常を検出する状態で、残存容量取得手段が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子で消費するように、ＯＮ／ＯＦＦ制御部が、残存容量表示素子のオフ時間に対するオン時間の割合を大きくするので、この電池パックも、残存容量が多いほど、多くの電力を消費して、電池パックの安全性を高めることができる。とくに、電池パックは、残存容量が多い状態は、異常が発生した電池パックにとって好ましくない状態なので、この状態において、より多くの容量を効果的に放電して消費することにより、異常が検出された電池パックの熱暴走等の弊害を有効に防止できる。また、残存容量表示素子の表示パターンを変更し、あるいは、オフ時間に対するオン時間の割合を変更することにより、ユーザーに対し異常発生を喚起すると共に、電池パックの交換などの処置を促す効果も得られる。

本発明の請求項５の電池パックは、請求項１ないし４のいずれかに記載の電池パックであって、残存容量表示素子が、複数のＬＥＤを並べて構成しているので、正常時においては、残存容量取得手段で演算された電池セルの残存容量をＬＥＤの点灯数で明確に区別しながら表示できると共に、異常時には、複数のＬＥＤを点灯させて、効率よく電池セルの残存容量を消費できる。

本発明の請求項６の電池パックは、電池セルと出力端子の間に、異常検出回路に制御されて充放電の電流を遮断する電流遮断素子を接続しており、異常検出回路が電池パックの異常を検出すると、電流遮断素子をオフにして充放電の電流を遮断するので、異常が検出された電池パックの安全性と信頼性をさらに高めることができる。

本発明の請求項７の電池パックは、異常検出回路が電池セルの温度を検出する温度検出部を備えており、電池セルの温度が設定値より高くなると電池パックの異常と判定するので、電池セルの温度異常を速やかに検出して、熱暴走等の危険な状態になるのを有効に阻止できる。

本発明の請求項８の電池パックは、電池セルの充放電を制御する充放電スイッチング素子を電池セルと出力端子の間に接続しており、異常検出回路が、充放電スイッチング素子の異常を検出すると、電池パックの異常と判定するので、充放電スイッチング素子の異常検出時においても電池パックを保護して、電池パックの安全性と信頼性をさらに高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

図１は、電池パックの回路図を示す。この電池パックは、充電できる電池セル１と、電池セル１の残存容量を取得する残存容量取得手段２と、この残存容量取得手段２で演算された電池セル１の残存容量を表示するための残存容量表示素子３と、この残存容量表示素子３のＯＮ／ＯＦＦを制御可能なＯＮ／ＯＦＦ制御部４と、電池セル１の異常を検出する異常検出回路５とを備える。

電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただ、電池はニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池などの充電できる全ての電池とすることもできる。図の電池パックは、複数の電池セル１を内蔵している。複数の電池セル１は直列に接続されて、電池パックの出力電圧を高くしている。ただ、複数の電池セルは、並列に接続し、あるいは並列と直列に接続することもできる。図の電池パックは、２つの電池セル１を内蔵しているが、ひとつの電池セルを内蔵し、あるいは、３つ以上の電池セルを内蔵することもできる。

残存容量取得手段２は、電池セル１の電圧と、電池セル１に流れる電流を検出して、電池セル１の残存容量を検出する。図に示す残存容量取得手段２は、電池セル１の電圧を検出する電圧検出部１０と、電池セル１に流れる電流を検出する電流検出部１１と、電圧検出部１０で検出された電圧値と電流検出部１１で検出された電流値とから電池セル１の残存容量を演算する残存容量演算部１２とを備える。

電圧検出部１０は、電池セル１の電圧を検出して、検出した電圧をデジタル値に変換して残存容量演算部１２に出力する。したがって、電圧検出部１０は、Ａ／Ｄコンバータ（図示せず）を内蔵している。図の電圧検出部１０は、直列に接続している複数の電池セル１のトータルの電圧と、各々の電圧を検出して残存容量演算部１２に出力する。

電流検出部１１は、図示しないが、電池セル１と出力端子との間に直列に接続している電流検出抵抗と、この電流検出抵抗の両端の電圧を増幅するアンプと、アンプの出力をデジタル値に変換するＡ／Ｄコンバータとを備えている。電流検出抵抗は、電池セル１に流れる電流に比例した電圧が発生するので、この電流検出抵抗の両端に発生する電圧を検出して電流を検出することができる。また、電池の充電電流と放電電流は流れる方向が逆になるので、充電電流と放電電流ではアンプの出力電圧の極性、すなわち正負が逆になる。アンプが、放電電流を正の出力電圧とすれば、充電電流は負の出力電圧となる。したがって、アンプから出力される信号の正負で充電電流と放電電流を識別できる。

残存容量演算部１２は、電圧検出部１０から入力される電圧値と電流検出部１１から入力される電流値とから電池セル１の残存容量を演算する。残存容量演算部１２は、電池セル１の充放電の電流値を積算して電池セル１の残存容量を演算する。残存容量演算部１２は、充電時において、充放開始時の残存容量、すなわち、前回検出した残存容量に、充電容量を加算して残存容量を演算する。電池セル１の充電容量は、充電電流の積算値に充電効率をかけて計算される。また、残存容量演算部１２は、放電時において、放電開始時の残存容量、すなわち、前回検出した残存容量から、放電容量を減算して残存容量を演算する。電池セル１の放電容量は、放電電流の積算値に放電効率をかけて計算される。さらに、残存容量演算部１２は、充電される電池セル１の満充電を検出する。電池セル１をリチウムイオン二次電池とする電池パックは、電流と電圧を規制した定電流・定電圧充電を利用し、電池セル１の電圧が所定値以上、充電電流が所定値以下の条件のとき、満充電と判定する。また、電池セルをニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池とする電池パックは、ピーク電圧を検出し、あるいは電圧のピーク電圧からの−ΔＶ（＝電圧低下）を検出して、満充電を検出する。残存容量演算部１２は、演算した電池セル１の残存容量を、充放電制御部１３とＯＮ／ＯＦＦ制御部４に出力する。

充放電制御部１３は、残存容量に応じて充放電スイッチング素子７を制御して電池セルの充放電を制御する。充放電スイッチング素子７は、電池セル１と出力端子２０の間に接続された充電スイッチ７Ａと放電スイッチ７Ｂからなる。充電スイッチ７Ａは、放電電流を許容し、充電電流を制御する。放電スイッチ７Ｂは、充電電流を許容し、放電電流を制御する。これらの充放電スイッチング素子７として、たとえば、ＦＥＴが使用できる。ＦＥＴである充放電スイッチング素子７は、図示しないが、寄生ダイオードを備えており、この寄生ダイオードにより、一方向の電流を許容している。充放電制御部１３は、充電状態において、充電スイッチ７Ａをオンに制御し、電池セル１が満充電されると、充電スイッチ７Ａをオフに切り換えて充電を停止する。さらに、充放電制御部１３は、放電状態において、放電スイッチ７Ｂをオンに制御し、電池セル１が最低残存容量まで放電される、放電スイッチ７Ｂをオフに切り換えて放電を停止する。これにより、電池セル１の過充電と過放電とを防止している。

残存容量表示素子３は、残存容量取得手段２で演算された電池セル１の残存容量を表示する。残存容量表示素子３は、１ないし複数の発光素子で構成することができる。この発光素子として、ＬＥＤ（発光ダイオード）が最適である。安価で高寿命だからである。ただ、残存容量表示素子には、ＬＥＤ以外の発光素子も使用できる。発光素子で構成される残存容量表示素子３は、図１に示すように、制御スイッチ１４を介して電池セル１に接続されて、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４でＯＮ／ＯＦＦに制御される。

図２と図３は、複数のＬＥＤ８を備える残存容量表示素子３の一例を示している。図の残存容量表示素子３は、５個のＬＥＤ８を一列に並べて構成している。この残存容量表示素子３は、電池セル１の残存容量をＬＥＤ８の点灯数で表示する。したがって、残存容量表示素子３は、各々のＬＥＤ８の点灯を個別に制御できるように、制御スイッチ１４を介してＯＮ／ＯＦＦ制御部４で制御される。

図２は、各々のＬＥＤ８をＯＮ／ＯＦＦ制御部４で制御する構造を示している。図の残存容量表示素子３は、５個のＬＥＤ８を並列に接続している。各々のＬＥＤ８は、電流調整抵抗２２を直列に接続すると共に、入力側を電源側である電池セルの正極側に接続し、出力側をアースに接続している。さらに、各々のＬＥＤ８は、制御スイッチ１４でＯＮ／ＯＦＦが制御される。制御スイッチ１４は、各々のＬＥＤ８のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御する複数のＯＮ／ＯＦＦスイッチ２１を備える。ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２１は、ＦＥＴ等のスイッチング素子で、各々のＬＥＤ８に直列に接続している。各々のＯＮ／ＯＦＦスイッチ２１は、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４でＯＮ／ＯＦＦに制御されて、各ＬＥＤ８への通電を制御する。すなわち、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ２１のＯＮ／ＯＦＦを制御して、各ＬＥＤ８の点灯を制御する。

さらに、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、残存容量表示素子３の表示の開始を制御する表示スイッチ１５を接続している。表示スイッチ１５は、たとえば、押しボタンスイッチである。ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、この表示スイッチ１５が操作されると、所定の時間だけ残存容量表示素子３のＬＥＤ８を点灯させで電池セルの容量が無駄に消費されるのを防止する。このＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、タイマー（図示せず）を内蔵しており、表示スイッチ１５が操作されると、一定時間、例えば、数秒ないし数十秒間、残存容量表示素子３のＬＥＤ８を点灯させて、電池セル１の残存容量を表示する。したがって、ユーザーは、電池セル１の残存容量を確認したいときに表示スイッチ１５を操作して、残存容量表示素子３に残存容量を表示させる。これにより、電池セル１の容量を無駄に消費することなく、電力消費を低減しながら電池セル１の残存容量を確実に表示できる。

図３は、残存容量表示素子３が、電池セル１の残存容量に応じてＬＥＤ８の点灯数を変化させる一例を示している。図の残存容量表示素子３は、電池セル１が満充電の状態（残存容量１００％）では、５個のＬＥＤ８を点灯し、残存容量が８０％以上１００％未満の時には、４個のＬＥＤ８を点灯し、残存容量が６０％以上８０％未満の時には、３個のＬＥＤ８を点灯し、残存容量が４０％以上６０％未満の時には、２個のＬＥＤ８を点灯し、残存容量が２０％以上４０％未満の時には、１個のＬＥＤ８を点灯し、残存容量が２０％未満の時には、ＬＥＤ８を点灯しない状態をとしている。この図に示すように、複数のＬＥＤ８を備える残存容量表示素子３は、ＬＥＤ８の点灯数で残存容量を段階別に表示できる。

さらに、単一のＬＥＤで構成される残存容量表示素子は、図示しないが、点灯パターンを変更して残存容量を表示することができる。この残存容量表示素子は、単位時間当たりの点滅回数や点滅周期を残存容量に応じて変更させて残存容量を表示することができる。この残存容量表示素子は、たとえば、電池セルが満充電（残存容量１００％）の時には連続して点灯し、残存容量が７０％以上１００％未満の時には、単位時間当たり３回点滅し、残存容量が４０％以上７０％未満の時には、単位時間当たり２回点滅し、残存容量が１５％以上４０％未満の時には、単位時間当たり１個点滅し、残存容量が１５％未満の時には消灯させて、点灯パターンで残存容量を段階別に表示できる。

以上のように、残存容量表示素子は、ＬＥＤの点灯個数や点灯パターンで残存容量を段階別に表示できる。ただし、残存容量に対するＬＥＤの点灯個数や点灯パターンは、以上の例に限定せず、種々に変更することもできる。すなわち、残存容量表示素子は、装備するＬＥＤの個数や、残存容量の段階に応じて、その表示パターンを種々に変更できる。

異常検出回路５は、電池パックの異常を検出する。異常検出回路５は、電池セル１や充放電スイッチング素子７の異常な状態を電池パックの異常として検出し、電池パックを保護する。異常検出回路５は、電池セル１の温度が異常に上昇し、あるいは、電池セル１の電圧が異常に高くなり、あるいはまた、電池セル１に流れる充放電の電流が異常に大きくなると、電池セル１が異常と判定する。また、異常検出回路５は、充放電スイッチング素子７の温度が異常に上昇し、あるいは、充放電スイッチング素子７が正常に動作しないときに充放電スイッチング素子７の異常と判定する。充放電スイッチング素子７の動作不良は、たとえば、電池セル１が満充電されて、充放電制御部１３が充電スイッチ７Ａをオフに制御する状態において、電流検出部１１で充電電流が検出されるとき、あるいは、充放電制御部１３が放電スイッチ７Ｂをオフに制御する状態において、電流検出部１１で放電電流が検出されるときである。さらに、異常検出回路５は、残存容量取得手段２で満充電を検出するにもかかわらず充電電流が遮断されないとき、あるいは、残存容量取得手段２で演算される残存容量が最低残存容量以下となるにもかかわらず放電電流が遮断されない場合にも、充放電スイッチング素子７または充放電制御部１３の故障と判定して、電池パックの異常と判定することもできる。

異常検出回路５は、電池セル１と充放電スイッチング素子７の温度を検出する温度検出部９と、電池セル１の電圧を検出する電圧検出部１０と、電池セル１に流れる電流を検出する電流検出部１１と、検出される温度、電圧、電流から電池セル１やスイッチング素子７の異常を判定する判定部１６とを備えている。図に示す異常検出回路５は、前述の残存容量取得手段２の電圧検出部１０と電流検出部１１を併用して、電圧と電流を検出している。

温度検出部９は、電池セル１に接近して配設される温度センサー１８から入力される電気信号から電池セル１の温度を検出し、充放電スイッチング素子７に接近して配設される温度センサー１９から入力される電気信号から充放電スイッチング素子７の温度を検出する。温度センサー１８、１９には、サーミスター等の検出温度によって電気抵抗が変化する素子が使用できる。温度検出部９は、温度センサー１８、１９から入力される電気抵抗の変化を電圧の変化に変換する温度−電圧変換回路を内蔵している。この温度−電圧変換回路から出力される信号から電池セル１の温度や充放電スイッチング素子７の温度を検出する。

判定部１６は、温度検出部９から入力される電池セル１や充放電スイッチング素子７の温度、電圧検出部１０から入力される電池セル１の電圧、電流検出部１１から入力される電池セル１に流れる電流、充放電制御部１３から入力される充放電スイッチング素子７の制御状態、あるいは、残存容量演算部１２から入力される電池セル１の残存容量から、電池セル１の異常と充放電スイッチング素子７の異常を判定する。判定部１６は、電池セル１や充放電スイッチング素子７の異常な状態を記憶回路１７に記憶しており、この記憶回路１７に記憶されるデータと検出データとを比較して、電池セル１や充放電スイッチング素子７の異常を判定する。判定部１６は、温度検出部９から入力される電池セル１の温度が第１異常判定温度よりも高いと電池セルの異常と判定し、温度検出部９から入力される充放電スイッチング素子７の温度が第２異常判定温度よりも高いと充放電スイッチング素子７の異常と判定する。さらに、判定部１６は、電圧検出部１０から入力される電池セル１の電圧が異常判定電圧よりも高いとき、あるいは、電流検出部１１から入力される電池セル１に流れる電流が異常判定電流よりも大きいと電池セル１の異常と判定する。さらに、判定部は、残存容量取得手段２から電池セル１の満充電信号が入力され、あるいは充放電制御部１３から充電スイッチ７Ａをオフに制御する状態を示す信号が入力される状態において、電流検出部１１で充電電流が検出されるとき、充放電スイッチング素子７の異常、または充放電制御部１３の異常と判定する。さらにまた、判定部１６は、残存容量取得手段２から電池セル１の残存容量が最低容量であることを示す信号が入力され、あるいは充放電制御部１３から放電スイッチ７Ｂをオフに制御する状態を示す信号が入力される状態において、電流検出部１１で放電電流が検出されるとき、充放電スイッチング素子７の異常、または充放電制御部１３の異常と判定する。

異常検出回路５は、電池パックの異常を検出すると、電池セル１に流れる電流を遮断して電池パックを保護する。図に示す電池パックは、電池セル１と出力端子２０の間に電流遮断素子６を接続している。この電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、電流遮断素子６をオフにして充放電の電流を遮断する。電流遮断素子６は、たとえば、ヒューズである。ヒューズである電流遮断素子６は、抵抗加熱型ヒューズとして通電状態を制御できる。電流加熱型ヒューズは、図示しないが、電池セルと直列に接続されるヒューズと、このヒューズに熱結合している加熱抵抗とを備える。この電流加熱型ヒューズは、加熱抵抗に流す電流を制御して、加熱抵抗をジュール熱で加熱し、加熱抵抗でヒューズを加熱して溶断させる。したがって、異常検出回路が電池パックの異常を検出すると、加熱抵抗に電流を流し、加熱抵抗でヒューズを溶断して充放電の電流を遮断する。この電流遮断素子は、ヒューズを溶断して電流遮断状態になると、電流を流す状態には復帰しない。したがって、電池パックが異常になると、電流を遮断して電池パックを使用できない状態として、安全性をより高くできる。さらに、ヒューズである電流遮断素子は、過電流で溶断される保護素子にも併用できる。

さらに、電池パックは、充放電スイッチング素子７を電流遮断素子に併用することもできる。充放電スイッチング素子７を電流遮断素子に併用する電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、充電スイッチ７Ａをオフに制御して充電電流を遮断し、放電スイッチ７Ｂをオフに制御して放電電流を遮断する。充電スイッチ７Ａをオフに切り換えると、電池パックは充電できなくなり、また放電スイッチング７Ｂをオフに切り換えると放電できなくなるので、これらの充放電スイッチング素子７をオフ状態に保持することで、電池パックを使用できなくできる。このように、充放電スイッチング素子７を電流遮断素子に併用する電池パックは、電流遮断素子を特別に設ける必要がない。また、電流遮断素子を備える電池パックにおいても、異常検出時には、充放電スイッチング素子をオフ状態に保持して電池パックを保護することができる。

さらに、電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出すると、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４を制御して、残存容量表示素子３で電池セル１を放電する。電池パックの異常が検出された状態で、電池セル１の容量が残存する状態は好ましくないからである。残存容量表示素子３は、セルバランス回路等の内部回路に比べて、消費電力が大きいので、電池セル１を短時間で安全な電池容量まで放電できる。とくに、複数のＬＥＤ８を備える残存容量表示素子３は、より効果的に電池セル１を放電して、残存する容量を消費できる。

ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、異常検出回路５から電池パック１の異常信号が入力されると、残存容量表示素子３の全てのＬＥＤ８を連続点灯し、あるいは点滅させて電池セル１に残存する容量を効率よく消費させる。この電池パックは、残存容量表示素子３のＬＥＤ８を点灯することにより、ユーザーに対して、電池パックの異常を明確に告知して喚起することができる。たとえば、異常時において、全てのＬＥＤ８を連続点灯させる場合、正常時には、表示スイッチ１５を操作したときにのみＬＥＤ８を所定の時間だけ点灯させるので、ユーザーは、表示スイッチ１５を操作しないにもかかわらず、全てのＬＥＤ８が連続点灯されると、電池パックの異常であると認識できる。この制御では、全てのＬＥＤ８を連続点灯させるので、最も効率よく電池セル１を放電できる。また、異常時において、全てのＬＥＤ８を点滅させる場合も、表示スイッチ１５を操作しないにもかかわらず、全てのＬＥＤ８が点滅されると、電池パックの異常であると認識できる。また、図３に示すように、正常時における電池セル１の残存容量の表示パターンとして、点滅パターンを設定しないことによって、ＬＥＤ８が点滅されると、電池パックの異常であると認識できる。とくに、この制御では、全てのＬＥＤ８を点滅させるので、最も効果的にユーザーに電池パックの異常を認識させることができる。

さらに、電池パックは、異常検出回路５が電池パックの異常を検出する状態で、残存容量取得手段２が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほど、より多くの電力を残存容量表示素子３で消費するように、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４が残存容量表示素子３の表示パターンを変更することができる。この規定値は、異常が検出された電池パックの安全が確保できる残存容量であって、電池セル１の満充電状態（１００％）に対して、２０〜５０％、たとえば、４０％とすることができる。

ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、異常検出時において、残存容量取得手段２から規定値以上の残存容量を示す信号が入力されると、全てのＬＥＤ８を連続点灯し、残存容量取得手段２から規定値未満の残存容量を示す信号が入力されると全てのＬＥＤ８を点滅させて、電池セル１の残存容量に応じて表示パターンを変更することができる。この制御方法では、最も効率よく電池セル１を放電できる。

さらに、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、異常検出時において、残存容量取得手段２から規定値以上の残存容量を示す信号が入力されると、残存容量表示素子３のオフ時間に対するオン時間の割合を大きくして、残存容量が多いほどより多くの電力を消費させることができる。この制御では、ＯＮ／ＯＦＦ制御部４は、たとえば、電池セル１の残存容量が規定値以上のときには、０．９秒点灯、０．１秒消灯の１秒周期でＬＥＤ８を点滅し、電池セル１の残存容量が規定値未満のときには、０．１秒点灯、０．９秒消灯の１秒周期でＬＥＤ８を点滅する。ただし、残存容量表示素子のオフ時間に対するオン時間の割合は、種々に変更することができる。この制御では、残存容量が規定値以上の場合において、連続点灯に対して約９０％の効率で電力を消費しながら、ＬＥＤ８の点滅により、効果的にユーザーに電池パックの異常を認識させることができる。また、残存容量が規定値未満になると点滅パターンを変化させるので、電池パックが安全な状態に移行したことを確認できる特長もある。ちなみに、５個のＬＥＤを備える残存容量表示素子を使用して、この点滅制御によって満充電状態にある電池セルを放電すると、従来の内部回路では約１０日を要していた放電を、約２日に短縮することができた。

本発明では、異常が検出された電池パックの電池セルに残存する電池容量を効率よく放電して、速やかに安全な容量まで放電できるので、異常が検出された電池パックの安全性と信頼性を高めることができる。

本発明の一実施例にかかる電池パックのブロック図である。 複数のＬＥＤを備える残存容量表示素子をＯＮ／ＯＦＦ制御部で制御する一例を示す回路図である。 残存容量表示素子の表示例を示す図である。

符号の説明

１…電池セル
２…残存容量取得手段
３…残存容量表示素子
４…ＯＮ／ＯＦＦ制御部
５…異常検出回路
６…電流遮断素子
７…充放電スイッチング素子 ７Ａ…充電スイッチ
７Ｂ…放電スイッチ
８…ＬＥＤ
９…温度検出部
１０…電圧検出部
１１…電流検出部
１２…残存容量演算部
１３…充放電制御部
１４…制御スイッチ
１５…表示スイッチ
１６…判定部
１７…記憶回路
１８…温度センサー
１９…温度センサー
２０…出力端子
２１…ＯＮ／ＯＦＦスイッチ
２２…電流調整抵抗

Claims (8)

1. 電池セル(1)と、
   前記電池セル(1)の残存容量を取得する残存容量取得手段(2)と、
   前記残存容量取得手段(2)で演算された電池セル(1)の残存容量を表示するための残存容量表示素子(3)と、
   前記残存容量表示素子(3)のＯＮ／ＯＦＦを制御可能なＯＮ／ＯＦＦ制御部(4)と、
   電池パックの異常を検出する異常検出回路(5)と、
   を備える電池パックであって、
   前記異常検出回路(5)が電池パックの異常を検出すると、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部(4)を制御して、前記残存容量表示素子(3)で電池セル(1)を放電するように構成してなることを特徴とする電池パック。
2. 前記異常検出回路(5)が電池パックの異常を検出すると、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部(4)が前記残存容量表示素子(3)を点滅表示する請求項１に記載される電池パック。
3. 前記異常検出回路(5)が電池パックの異常を検出する状態で、前記残存容量取得手段(2)が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子(3)で消費するように、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部(4)が表示パターンを変更することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 前記異常検出回路(5)が電池パックの異常を検出する状態で、前記残存容量取得手段(2)が規定値以上の残存容量を検出すると、残存容量が多いほどより多くの電力を残存容量表示素子(3)で消費するように、前記ＯＮ／ＯＦＦ制御部(4)が、残存容量表示素子(3)のオフ時間に対するオン時間の割合を大きくする請求項２に記載される電池パック。
5. 前記残存容量表示素子(3)が、複数のＬＥＤ(8)を並べて構成されており、前記残存容量取得手段(2)で演算された電池セル(1)の残存容量をＬＥＤ(8)の点灯数で表示することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載される電池パック。
6. 前記電池セル(1)と出力端子(20)の間に、前記異常検出回路(5)に制御されて充放電の電流を遮断する電流遮断素子(6)を接続しており、前記異常検出回路(5)が電池パックの異常を検出すると、前記電流遮断素子(6)をオフにして充放電の電流を遮断する請求項１に記載される電池パック。
7. 前記異常検出回路(5)が電池セル(1)の温度を検出する温度検出部(9)を備えており、電池セル(1)の温度が設定値より高くなると電池パックの異常と判定する請求項１に記載される電池パック。
8. 前記電池セル(1)の充放電を制御する充放電スイッチング素子(7)を電池セル(1)と出力端子(20)の間に接続しており、前記異常検出回路(5)が、充放電スイッチング素子(7)の異常を検出すると、電池パックの異常と判定する請求項１に記載される電池パック。

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