JP2014191860A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】アラーム回路（アラームＩＣ）と保護ＩＣとを利用して、充電スイッチをオフにするセル電圧を変更できる電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】電池パック１は、所定の基準電圧と複数の電池セルの電圧とを比較する複数の作動アンプと、該作動アンプの出力が入力されるOR回路を備え、いずれかの電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、該作動アンプからの出力を入力される前記OR回路から出力信号を出力するアラーム回路３０と、いずれかの電池セルからの入力電圧が、所定の過充電電圧より大きくなると充電スイッチをオフにする保護ＩＣ２０と、前記基準電圧が前記過充電電圧より低く、前記電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、アラーム回路３０からの出力信号に基づき、保護ＩＣからの出力を、前記充電スイッチをオフにする出力とする駆動回路を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パックに関する。

下記の特許文献には、この特許文献の図１１に開示されるように、基準電圧と電池セル電圧とを比較する作動アンプを備え、プラス側の電池セル電圧が入力される作動アンプの出力と、マイナス側の電池セル電圧が入力される作動アンプの出力とが入力されるOR回路からの出力（電圧）される回路が開示されている。この回路により、いずれかの電池セルの電圧が、基準電圧より、大きくなると、OR回路より信号が出力され、これを入力する充電器により、充電電圧や充電電流を減少させる充電方法が開示されている。

また、このような回路（アラーム回路）は、サーミスタを備え、サーミスタからの温度情報により、基準電圧を変更できる構成のものもある。

特開２００９−４４９４６号公報

このようなアラーム回路はＩＣ化（アラームＩＣ）され、リチウムイオン電池の種別（例えば、高電圧タイプ、通常電圧タイプ等）により、基準電圧が、ＩＣの製造工程で決まる。

また、パック電池には、電池が過充電、過放電より保護する保護ＩＣを内蔵している。このような保護ＩＣは、各電池電圧が、過充電電圧より大きくなると充電スイッチ（ＦＥＴ）をオフにして過充電を防止し、過放電電圧より小さくなると放電スイッチ（ＦＥＴ）をオフにして、過放電を防止している。このような保護ＩＣにおいては、過充電電圧、過放電電圧が予め設定されており、これらを変更するには、新規に保護ＩＣを設計する必要がある。

アラーム回路の基準電圧と、保護ＩＣの過充電電圧とが異なる場合があり、アラーム回路の基準電圧、または、保護ＩＣの過充電電圧を変更するには、新たに、アラーム回路（アラームＩＣ）、保護ＩＣを設計する必要がある。

本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、アラーム回路（アラームＩＣ）と保護ＩＣとを利用して、充電スイッチをオフにするセル電圧を変更できる電池パックを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、所定の基準電圧と複数の電池セルの電圧とを比較する複数の作動アンプと、該作動アンプの出力が入力されるOR回路を備え、いずれかの電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、該作動アンプからの出力を入力される前記OR回路から出力信号を出力するアラーム回路と、いずれかの電池セルからの入力電圧が、所定の過充電電圧より大きくなると充電スイッチをオフにする保護ＩＣと、前記基準電圧が前記過充電電圧より低く、前記電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、アラーム回路からの出力信号に基づき、保護ＩＣからの出力を、前記充電スイッチをオフにする出力とする駆動回
路を備えることを特徴とする。

また、本発明の電池パックは、前記アラーム回路からの出力信号に基づいて、前記駆動回路が、前記保護ＩＣの入力端子と前記電池セルの端子との間に、電圧差を生じさせて、前記保護ＩＣの入力端子間の電圧を、前記過充電電圧を超えるようにする。 更に、前記アラーム回路からの出力信号に基づいて、前記駆動回路が、前記保護ＩＣからの出力を、オフ信号とすることにより、前記充電スイッチをオフにする。

本発明の電池パックは、アラーム回路からの出力信号に基づき、保護ＩＣからの出力を、前記充電スイッチをオフにする出力とする駆動回路を備えることより、アラーム回路の基準電圧を電池セルの電圧が越えたとき、充電スイッチをオフにすることができる。

実施の形態１に係る電池パックの回路図である。 実施の形態２に係る電池パックの回路図である。

図１は、本発明の一実施例を示すパック電池１の回路図である。図において、リチウムイオン電池等の電池セル１１、１２が直列接続され、パック電池１のプラス出力＋、マイナス出力−より、電力を取り出すことができる。電池セルは、低電位側より、第１電池セル１１、第２電池セル１２が直列接続されているが、電池セルは、２個より多く直列接続することも可能である。

パック電池１は、いずれかの電池セル電圧が、所定の過充電電圧（例えば、４．３Ｖ）より大きくなるとｎ型ＦＥＴ７１であるゲートに過充電信号を出力して充電スイッチ７１をオフにする保護回路２０を備えている。また、この保護回路２０は、何れかの電池セル電圧が過放電電圧（例えば、３．２Ｖ）より小さくなると、ｎ型ＦＥＴ７２であるゲートに過放電信号を出力して放電スイッチ７２をオフとする。

そして、電池セルの電圧は、直列接続した電池セルの中間に中間端子ｎｎ、マイナス端子ｎ−、プラス端子ｎ＋と、保護回路２０の入力中間端子ｎ２ｎ、入力マイナス端子ｎ２−、入力プラス端子ｎ２＋とが、各々、接続線により電気接続されて、検出されている。

また、基準電圧（例えば、４．２５Ｖ）と複数の電池セル電圧とを比較する複数の作動アンプからの出力がOR回路に入力され、OR回路からの出力を基により、出力端子ｎ３ｏからの出力信号を出力するアラーム回路３０（アラームＩＣ）を、備えている。つまり、いずれかの電池セル電圧が、基準電圧を超えると、OR回路から信号が出力され、出力端子ｎ３ｏから出力信号を出力することになる。

そして、電池セルの電圧は、直列接続した電池セルの中間に中間端子ｎｎ、マイナス端子ｎ−、プラス端子ｎ＋と、アラーム回路３０の入力中間端子ｎ３ｎ、入力マイナス端子ｎ３−、入力プラス端子ｎ３＋とが、各々、接続線により電気接続されて、検出されている。
アラーム回路３０は、OR回路からの出力を基により、内部抵抗がハイインピーダンス状態から、ローインピーダンス状態となり、入力プラス端子ｎ３＋が接地されていることより、出力端子ｎ３ｏからの出力信号は、低電位となる。アラーム回路３０からの出力信号は、出力端子ｎ３ｏから、信号端子Ｄに伝達される。これを入力する充電器（図示せず）により、充電電圧や充電電流を減少させることができる。また、このようなアラーム回路としては、アラームＩＣであるミツミ製MM3480、MM3481等が利用できる。

次に、アラーム回路３０からの出力により、駆動回路を駆動させ、保護ＩＣからの出力により、充電スイッチをオフにする。駆動回路は、第１駆動回路と第２駆動回路を備える。第２駆動回路（アンバランス回路）５０を起動させる第１駆動回路４０について説明する。直列接続された電池セルのプラス側より、レギュレータＲｅｇに電力が供給され、これより、３Ｖの電圧が出力される。レギュレータＲｅｇからの出力線は、抵抗Ｒ１（９．１ＫΩ）と抵抗Ｒ２（１ＫΩ）とに直列接続されて、スイッチング素子としてｐ型ＦＥＴ７３のゲートに接続されている。また、ｐ型ＦＥＴ７３のゲート、ソース間には抵抗Ｒ３（１ＭΩ）が接続され、ｐ型ＦＥＴ７３のソース側における抵抗Ｒ３との接続点と、抵抗Ｒ１のレギュレータＲｅｇ側には、抵抗Ｒ４（１００Ω）が接続され、アラーム回路３０からの出力線は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２との接続点に接続されている。

以上の回路構成により、電池セルの電圧が、基準電圧以下の通常時においては、アラーム回路３０からの出力線（出力端子ｎ３ｏ）はハイインピーダンス状態であるので、ｐ型ＦＥＴ７３のゲート、ソースには、約３Ｖの電圧が印加されることより、ｐ型ＦＥＴ７３はオフ状態となる。

そして、いずれかの電池セルの電圧が、基準電圧を超えると、アラーム回路３０の出力線（出力端子ｎ３ｏ）は低電位となることより、出力端子ｎ３ｏと接続された抵抗Ｒ２が、接続されたｐ型ＦＥＴ７３のゲートは低電位となり、一方、レギュレーターＲｅｇから３Ｖが供給されるｐ型ＦＥＴ７３のソースが、ゲートに対して高電位となるため、ｐ型ＦＥＴ７３がオン状態となる。 第２駆動回路（アンバランス回路）５０は、電位が最も低い電池セル（第1電池セル１１）のプラスとマイナスとの間にスイッチング素子としてｎ型ＦＥＴ７４を備え、中間端子ｎｎと、保護回路２０の入力中間端子ｎ２ｎとを接続する接続線の中間点ｎ５ｎと、ｎ型ＦＥＴ７４のドレイン側が接続される。接続線の中間点ｎ５ｎと、中間端子ｎｎとの間に、抵抗５が接続されている。ｎ型ＦＥＴ７４のゲートは、第1駆動回路４０のｐ型ＦＥＴ７３の出力側に接続されている。

以上の回路により、上記の第１駆動回路４０のｐ型ＦＥＴ７３がオン状態となることで、ｎ型ＦＥＴ７４のゲートに、レギュレータＲｅｇからの高電圧が印加されることで、ｎ型ＦＥＴ７４がオン状態となる。そして、第1電池セル１１から、抵抗Ｒ５、ｎ型ＦＥＴ７４に放電電流が流れ、抵抗Ｒ５により、電圧降下がすることより、保護ＩＣ２０の保護回路２０の入力マイナス端子ｎ２−と入力中間端子ｎ２ｎとの間の電圧が、所定の過充電電圧を超えて、ｎ型ＦＥＴ７１がオフとなり、充電電流が停止される。

このような動作により、保護ＩＣ２０が所定の過充電電圧（４．３Ｖ）であっても、アラーム回路３０の過充電電圧より低い基準電圧（４．２５Ｖ）であるなら、電池セルの電圧が、低い基準電圧を超えるとき、保護ＩＣ２０を動作させ、ｎ型ＦＥＴ７１がオフとなり、充電電流が停止されることができる。

このように、電池パック１を、例えば、充電器（図示せず）にて、充電するとき、いずれかの電池セルの電圧が、低い基準電圧を超えるとき、保護ＩＣ２０の動作により、充電を停止することができる。

また、別の充電器においては、パック電池１の信号端子Ｄの信号電圧を検出することができるものにおいては、アラーム回路３０が出力信号を出し、ｎ型ＦＥＴ７１がオフとなるまでの間に所定の遅延時間（例えば、１秒）を設けるなら、アラーム回路３０が電池セルの電圧が基準電圧を越えて信号端子Ｄに出力信号を出力し、充電器がこれを検出して、所定の遅延時間より短い間に、充電電圧や充電電流を減少させることにより、充電を停止するより前に、電池セルの電圧が基準電圧以下になることより、充電を継続することがで
きる。

図２は、本発明の他の実施例を示す回路図である。図１の回路構成と同一のものについては、同じ符号をつけて、説明を省略する。次に、アラーム回路３０からの出力により、過充電防止回路５１を起動させる起動回路４１について説明する。直列接続された電池セルのプラス側より、レギュレータＲｅｇに電力が供給され、これより、３Ｖの電圧が出力される。レギュレータＲｅｇからの出力線は、抵抗Ｒ１１（１００ＫΩ）と抵抗Ｒ１２（１ＫΩ）とに直列接続されて、抵抗Ｒ１１と抵抗Ｒ１２の分圧が、スイッチング素子としてｐ型ＦＥＴ７６のゲートに接続されている。このとき、Ｒ１２の抵抗値が大きいことより、レギュレータＲｅｇからの出力（３Ｖ）に近い電圧値が、ゲートに印加されることになる。また、電池セルの高電位からの出力端子ｎｕｐと、ｐ型ＦＥＴ７６と、
アース側出力端子ｎｅａとが接続されている。出力端子ｎｕｐからの接続線は抵抗Ｒ１３（１００ｋΩ）、抵抗Ｒ１４（３３ｋΩ）が接続され、分圧電圧が、ｐ型ＦＥＴ７６のソースに印加される。電池セルの高電位は、セル数×（３．２〜４．２Ｖ）であり、分圧により、１／４となり、１．６〜２．１Ｖが、ｐ型ＦＥＴ７６のソースに印加されることになる。

以上の回路構成により、電池セルの電圧が、基準電圧以下の通常時においては、アラーム回路３０からの出力線（出力端子ｎ３ｏ）はハイインピーダンス状態であるので、ｐ型ＦＥＴ７３のゲート約３Ｖ、ソース１．６〜２．１の電圧が印加されることより、ｐ型ＦＥＴ７６はオフ状態となる。

そして、いずれかの電池セルの電圧が、基準電圧を超えると、アラーム回路３０の出力線（出力端子ｎ３ｏ）は低電位となることより、出力端子ｎ３ｏと接続されたｐ型ＦＥＴ７６のゲートは低電位となり、一方、ｐ型ＦＥＴ７３のソースには上記の電圧１．６〜２．１Ｖが印加され、ゲートに対して高電位となるため、ｐ型ＦＥＴ７６がオン状態となる。

第２駆動回路（過充電防止回路）５１は、保護ＩＣ２０からの過充電信号の出力線の中点に、スイッチング素子であるｎ型ＦＥＴ７７のドレインを接続し、ソースをアース側に接続している。 以上の回路により、 上記の駆動回路４１のｐ型ＦＥＴ７６がオン状態となることで、第２駆動回路（過充電防止回路）５１のｎ型ＦＥＴ７７のゲートに、レギュレータＲｅｇからの高電圧が印加されることで、ｎ型ＦＥＴ７７がオン状態となる。そして、スイッチング素子として充電スイッチ７１であるｎ型ＦＥＴ７１のゲート、ソース間の電圧差がなくす、即ち、保護ＩＣ２０からの出力を低電位（オフ信号）とすることより、充電スイッチ７１がオフとなり、充電電流が停止されることができる。

このような動作により、保護ＩＣ２０が所定の過充電電圧（４．３Ｖ）であっても、アラーム回路３０の過充電電圧より低い基準電圧（４．２５Ｖ）であるなら、電池セルの電圧が、低い基準電圧を超えるとき、保護ＩＣ２０の出力をオフ信号とさせ、ｎ型ＦＥＴ７１がオフとなり、充電電流が停止されることができる。

このように、パック電池１を、例えば、充電器（図示せず）にて、充電するとき、いずれかの電池セルの電圧が、低い基準電圧を超えるとき、第１駆動回路４１、第２駆動回路、保護ＩＣ２０の動作により、充電を停止することができる。

また、別の充電器においては、パック電池１の信号端子Ｄの信号電圧を検出することができるものにおいては、アラーム回路３０が出力信号を出して、ｎ型ＦＥＴ７１がオフとなるまでの間に所定の遅延時間（例えば、１秒）を設けるなら、アラーム回路３０が電池セルの電圧が基準電圧を越えて信号端子Ｄに出力信号を出力し、充電器がこれを検出して
、所定の遅延時間より短い間に、充電電圧や充電電流を減少させることにより、充電を停止するより前に、電池セルの電圧が基準電圧以下になることより、充電を継続することができる。

１ パック電池
２０ 保護ＩＣ
３０ アラーム回路
７１ 充電スイッチ

Claims (3)

1. 所定の基準電圧と複数の電池セルの電圧とを比較する複数の作動アンプと、該作動アンプの出力が入力されるOR回路を備え、いずれかの電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、該作動アンプからの出力を入力される前記OR回路から出力信号を出力するアラーム回路と、
   いずれかの電池セルからの入力電圧が、所定の過充電電圧より大きくなると充電スイッチをオフにする保護ＩＣと、
   前記基準電圧が前記過充電電圧より低く、前記電池セルの電圧が、前記基準電圧を超えると、アラーム回路からの出力信号に基づき、保護ＩＣからの出力を、前記充電スイッチをオフにする出力とする駆動回路を備えることを特徴とする電池パック。
2. 前記アラーム回路からの出力信号に基づいて、前記駆動回路が、前記保護ＩＣの入力端子と前記電池セルの端子との間に、電圧差を生じさせて、前記保護ＩＣの入力端子間の電圧を、前記過充電電圧を超えるようにする請求項１の電池パック。
3. 前記アラーム回路からの出力信号に基づいて、前記駆動回路が、前記保護ＩＣからの出力を、オフ信号とすることにより、前記充電スイッチをオフにする請求項１の電池パック。

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