JPH04137371A - 二次電池の保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二次電池の保護回路に関するものである。

〔発明の概要〕

本発明は、二次電池近傍の温度が設定温度に達した場合
に作動する熱作動手段と、この熱作動手段を介して二次
電池に電気的に接続されて二次電池の放電を行う放電回
路とを有し、二次電池が高温雰囲気下に放置された場合
に、二次電池に放電を生じさせて二次電池の電圧を低下
させることによって電池容量の低下を抑制し、また、放
電にともなって二次電池の電圧が必要以上に下がり過ぎ
ないようにして、二次電池の保護を行うものである。

〔従来の技術〕

二次電池はビデオカメラやヘッドホンステレオ等の電子
機器の電源として使用されており、電子機器の高性能化
、小型化にともなって、二次電池に対して高エネルギー
密度化の要求が強まっている。

これらの要求を満たす二次電池として、リチウム金属、
リチウム合金、もしくは炭素質材料のようなリチウムを
ドープ、脱ドープできる物質を負極に用いた非水電解質
二次電池の開発が活発に行われている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかし、上述のような非水電解質二次電池等にあっては
、室温の範囲を越えた高温雰囲気に長時間放置された場
合、電解質や活物質の劣化により容量低下を引き起こし
、その後、充電を十分に行っても、もとの容量まで回復
しない現象を生じる。

本発明者等は、かかる非水電解質二次電池等の容量低下
現象を鋭意研究し、高温雰囲気中の容量低下現象は、そ
の時の電池電圧に支配される場合が多く、電池電圧が低
く抑えられている場合には、高温雰囲気放置後の容量回
復率が高まるという知見を得た。

本発明は、かかる知見及び上記事情に鑑みてなされたも
ので、二次電池が高温雰囲気に放置された場合の容量低
下を自動的に抑制することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の二次電池の保護装置は、二次電池近傍の温度が
設定温度に達した場合に作動する熱作動手段と、この熱
作動手段を介して前記二次電池に電気的に接続され前記
二次電池の放電を行なう放電回路とからなり、前記放電
回路は、前記二次電池の放電開始電圧を設定する放電開
始電圧設定手段と、前記二次電池の電圧が前記放電開始
電圧を越えているときに前記二次電池の放電を実行させ
るスイッチ手段と、前記二次電池の放電時における放電
電流を設定する放電抵抗とを具備する構成である。

〔作用］ 二次電池の雰囲気温度が設定温度を越えると、熱作動手
段が作動して二次電池と放電回路とを電気的に接続する
。そして、二次電池の電圧が放電回路の放電開始電圧設
定手段により設定される放電開始電圧を越えていると、
スイッチ手段が作動して放電抵抗に二次電池から電流が
流れることによって二次電池の放電が行われて、二次電
池の電圧が次第、に低下する。

そして、二次電池の電圧が放電開始電圧まで低下した場
合には、スイッチ手段によって二次電池の放電が停止す
る。このようにして、放電回路は放電開始電圧を基準に
して自動的に作動し、放電開始電圧よりも二次電池の電
圧が高いと作動し、低いと作動しない。

これらの作動によって、高温雰囲気下における二次電池
の電圧を一定限度（放電開始電圧）まで低下させるから
、高温雰囲気における二次電池の容量低下を抑制できる
。また、二次電池における必要以上の放電を防止できる
。

〔実施例〕

以下、本発明に係る二次電池の保護装置の実施例につい
て、第１図を参照して説明する。

第１図は、二次電池１から成る組電池１０を含むバッテ
リーパックＡ内に組み込まれた保護装置を示す。この保
護装置は、二次電池１近傍の温度が一定温度に達したと
きに作動するバイメタル式スイッチ（熱作動手段）及び
このバイメタル式スイッチ２がオンしたとき組電池１０
に電気的に接続される放電回路３を備えている。

これらの詳細について以下に説明する。

二次電池ｌは、非水電解液二次電池であり、負極活物質
担持体に炭素質材料を、正極活物質にＬｉＣｏｏ□を用
い、電解液として、炭酸プロピレンと１゜２−ジメトキ
シエタンとの混合溶液に六フッ化リン酸リチウムを１モ
ル／ｌ溶解させて得られた非水電解液を使用したもので
ある。この二次電池１は、直径２０肛、高さ４２ｍｍの
円筒型に構成されており、上限電圧を４．１■として例
えば２５０ｍＡの定電流で充電されている。

このようにして充電した二次電池ｌを２本面列にしたも
のを２組並列接続し、計４本による組電池１０を構成し
、この組電池１０にバイメタル式スイッチ２と放電回路
３との直列回路を接続したものを合成樹脂ケースに収納
して、バッテリーバックＡを作製した。したがって、組
電池１０（バッテリーパックＡ）の端子ａ−ｂ間の端子
電圧は８．２■である。

バイメタル式スイッチ２は、第１図に示すように、バイ
メタル部２１と接点２２とを組み合わせてなるもので、
バッテリーバックＡの内部温度が、６５°Ｃ以上となっ
た場合にバイメタル部２１が変位して接点２２を閉じ、
組電池１０と放電回路３とを電気的に接続した状態とす
るものである。この設定温度は必要に応じて適宜設定し
得る。

放電回路３は、ＮＰＮ型のスイッチ用トランジスタ（ス
イッチ手段）３２、このトランジスタ３２のコレクタＣ
にその一端が接続された放電抵抗３３、トランジスタ３
２のベースＢにそのアノードが接続された定電圧ダイオ
ード（放電開始電圧設定手段）３１、この定電圧ダイオ
ード３１のカソードにその一端が接続された電流制限抵
抗３４を備えている。

放電抵抗３３の他端と電流制限抵抗３４の他端とは接続
され、バイメタル式スイッチ２を介して組電池１０の端
子ａに接続されている。一方、スイッチ用トランジスタ
３２のエミッタＥは組電池１０の端子すに接続されてい
る。

放電開始電圧設定手段としての定電圧ダイオード３１は
、ツェナー電圧Ｖｚ以上でや、激に電流が流れるもので
あって、高温時における電池の放電開始電圧を実質的に
設定する。実際の放電開始電圧は、後述のようにスイッ
チ用トランジスタ３２と関係して決まり、本実施例では
７．０■としているが、必要に応じて変更することがで
きる。

スイッチ用トランジスタ３２は、第１図に示すように、
組電池１０の端子電圧が放電開始電圧７．０■を越えて
いるときに、スイッチング動作をして組電池１０の放電
を実行させるものである。

放電抵抗３３は、スイッチ用トランジスタ３２の作動時
に流れる放電電流を設定するものであり、その抵抗値は
例えば１５Ωに設定される。

電流制限抵抗３４は、定電圧ダイオード３１に過大な電
流が流れることを防止するものであり、例えば１５０Ω
に設定される。

以上のように構成されている保護装置の動作について説
明する。

二次電池１（バッテリーバックＡ内）の雰囲気温度が６
５°Ｃを越えると、バイメタル式スイッチ２が作動して
接点２２が閉じることにより、組電池１０と放電回路３
とが電気的に接続され、組電池１０を電源として、放電
回路３が作動する。

二次電池１から成る組電池１０の端子ａ−ｂ間の端子電
圧■が、放電開始電圧よりも高いと、定電圧ダイオード
３１及びスイッチ用トランジスタ３２が次のように作動
する。即ち、組電池１０の端子ａ　−ｂ間の端子電圧８
．２ｖが、定電圧ダイオード３１のツェナー電圧■８と
スイッチ用トランジスタ３２のベースＢ−エミッタＥ間
の電圧■ｂ、との和（■２＋Ｖｂ、：放電開始電圧７Ｖ
）よりも高いために、定電圧ダイオード３１に電流が流
れかつスイッチ用トランジスタのベースＢ−エミッタＥ
間に電流が流れるから、スイッチ用トランジスタ３２が
スイッチング動作してオン状態になる。このとき、放電
抵抗３３は組電池ｌＯの負荷となり、端子電圧が８．２
Ｖであると、放電抵抗３３にはスイッチ用トランジスタ
３２のコレクタＣ−エミッタ８間の０．７■の飽和電圧
ＶＣ，（ｓａｔ）差し引いた７、５■が印加される。

放電抵抗３３が１５Ωである場合には、放電抵抗３３及
びスイッチ用トランジスタ３２のコレクタＣ−エミッタ
８間に約５００ｍＡの放電電流が流れる。

組電池１０の端子電圧■が７．０Ｖ以下では、定電圧ダ
イオード３１に電流が流れず、スイッチ用トランジスタ
３２がスイッチング動作してオフ状態となり、バッテリ
ーパックＡにおける放電が自動的に停止する。したがっ
て、７．０■までの電圧低下後は、７．０■の端子電圧
が保持されて、二次電池１における必要以上の放電が防
止される。

以上説明したバッテリーパックＡ内の雰囲気温度を６５
℃に保ち放電させたところ、約２時間経過後に組電池１
０の端子ａ−ｂ間の電圧Ｖが８．２ｖから７．ＯＶ（二
次電池１−個につき３．５　Ｖ　）まで低下した。

次に、本発明の効果を確認するための比較例として、上
述の実施例におけるバイメタル式スイッチ２及び放電回
路３を省略した以外はバッテリーパックＡと全く同様の
バッテリーパックＢを作製した。

以上のバッテリーパックＡ及びＢを用いて次のような効
果確認試験を実施した。

即ち、バッテリーパックＡ及びＢについて、２３°Ｃの
雰囲気下で８００抛Ａの定電流で放電終止電圧を５．５
■として放電を行った。この際、バッテリーパックＡ及
びＢの放電容量をそれぞれ測定した。

次に、上限電圧を８．２Ｖとし、１６０抛Ａの定電流に
て２時間の充電を行った。

充電後のバッテリーパックＡ及びＢを恒温槽に移して２
３°Ｃ雰囲気から毎分１°Ｃの速度で昇温し、８０°Ｃ
に達した時点で６時間放置した。その後、バッテリーパ
ックＡ及びＢを２３°Ｃの雰囲気中に取り出した。

次に、上述のような放電及び充電のサイクルを３回繰り
返した後、バッテリーパックＡ及びＢの放電容量をそれ
ぞれ測定した。

以上のような試験を行って得られたバッテリーパックＡ
及びＢの電池容量を、高温で保存する前及び保存した後
についてそれぞれ第１表に示す。

第１表 以上の結果から、本実施例のバッテリーパックＡは、高
温保存後において容量がほとんど変化せずほぼ回復して
いるが、比較例のバッテリーパックＢは９１％の回復率
にとどまっており、高温雰囲気中の非水電解液二次電池
に対する本発明による放電処理が有効であることが確認
された。

次に、第２図に本発明による二次電池の保護装置の変形
例を示す。

第２図に示す保護装置は二次電池が比較的低電圧のとき
に用いることができるものであって、熱作動手段として
のサーミスタ５及び抵抗３４ａと定電圧ダイオード３１
ａとから成る放電回路３ａを備えている。これらの各部
品が順に直列接続されて二次電池ｌの端子ａ′及びｂ′
に接続されている。

サーミスタ５は、温度の上昇につれて電気抵抗が低下す
るものであって、二次電池１の近傍付近に配置され設定
温度において二次電池１と放電回路３ａとを電気的に接
続するものである。

定電圧ダイオード３１ａは、放電開始電圧設定手段であ
るとともに放電回路３ａのスイッチ手段を兼ねており、
二次電池１の端子電圧が放電開始電圧よりも高いときに
二次電池１から放電電流が流れるものである。従って、
抵抗３４ａは定電圧ダイオード３１ａに対する電流制限
抵抗の役割を果たすとともに、放電電流が流れるときに
は放電抵抗としても働く。

本変形例によれば、サーミスタ５が一定の設定温度に達
すると、放電回路３ａと二次電池１との間の電気抵抗が
低下し、二次電池１の端子電圧が定電圧ダイオード３１
ａにより設定された放電開始電圧よりも高い場合、二次
電池ｌから放電電流が抵抗３４ａ及び定電圧ダイオード
３１ａを介して流れる。また、二次電池１の端子電圧が
設定された放電開始電圧以下になれば、放電電流は流れ
なくなる。これによって、より簡単な構成で上述の実施
例と同様の効果を得ることができる。

なお、この変形例の場合、放電電流が比較的小さいとき
は抵抗３４ａを省略してサーミスタ５に電流制限抵抗及
び放電抵抗の役割を果たさせるようにしてもよい。

また、本発明は、上述の実施例及び変形例に限定される
ものではなく、様々な態様で実施され得るものである。

例えば、放電回路において設定される放電開始電圧の下
限は、保護装置による放電後に少なくとも２０〜３０％
の電池容量が残るような値が好ましい。

第１図の場合では、非水電解液二次電池１−個当り例え
ば３．３■であってよい。

また、放電抵抗は、５時間率放電電流（電池容量を５時
間で使いきるような電流）〜３０分率放電電流が流れる
ように設定されるのが好ましい。５時間率放電電流以下
の電流が流れるような放電抵抗であると負荷が軽すぎて
放電による電池電圧の低下が遅くなり効果が薄れてしま
う。また、３０分率放電電流以上の電流が流れるような
放電抵抗であると負荷が重すぎて電池の比較的急速な温
度上昇が起きてしまい好ましくない。また、放電抵抗の
放電電流が大きいため放電抵抗がかなり発熱するような
場合、放電抵抗に適当な放熱機構を設けるとよい。

また、熱作動手段は、バイメタル式スイッチやサーミス
タに限定されるものではなく、設定温度において作動す
る温度検知手段（温度センサ）を備えて放電回路と電池
端子とを電気的に接続しかつ遮断することができるよう
なものであればよい。

例えば、熱起電力を利用した熱電対、温度によって形状
が変化する形状記憶合金、温度による周波数変化を利用
した水晶振動子を単独で、あるいはこれらと適当な開閉
手段とを組み合せて構成して用いることができる。

また、放電回路は、実施例や変形例のもの以外でも、設
定した放電開始電圧以上で放電抵抗に電流が流れかつこ
の放電開始電圧以下で流れなくなるような回路であれば
よく、例えばＩＣで構成することもできる。

また、本実施例では保護装置をバッテリーパック内に組
み込んだが、例えば二次電池を使用する機器内に保護装
置を予め組み込んでおいてもよい。

〔発明の効果］ 本発明に係る二次電池の保護装置は、二次電池近傍の温
度が設定温度に達した場合に作動する熱作動手段と、こ
の熱作動手段を介して二次電池に電気的に接続されて二
次電池の放電を行う放電回路とを有しており、以下のよ
うな効果を奏する。

（１）二次電池が設定温度以上の高温雰囲気下に放置さ
れた場合には、熱作動手段が温度を検出して放電回路を
自動的に作動させ、二次電池に放電が生じて二次電池の
電圧を低下させることによって、電池容量の低下を抑制
することができる。

（２）上記における二次電池の放電の際に、二次電池の
電圧が放電設定電圧よりも低くなれば放電回路のスイッ
チ手段が作動して放電を停止するので、放電にともなっ
て二次電池の電圧が下がり過ぎることを防止して、二次
電池の必要以上の容量低下の保護を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る二次電池の保護装置の実施例を示
す電気回路の結線図、第２図は変形例の保護装置の電気
回路の結線図である。 なお、図面に用いた符号において、 １＝・−・−−−−−二次電池 ２−・・−・・・・・−バイメタル式スイッチ（熱作動
手段）３．３ａ−・−・放電回路 ５−−−−−−・−・・−・サーミスタ（熱作動手段）
３１−−−−−・〜・一定電圧ダイオード（放電開始電
圧設定手段）３２−−−−−−・−スイッチ用トランジ
スタ（スイッチ手段）３３−・・・−放電抵抗 である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　二次電池近傍の温度が設定温度に達した場合に作動す
   る熱作動手段と、この熱作動手段を介して前記二次電池
   に電気的に接続され前記二次電池の放電を行なう放電回
   路とからなり、 前記放電回路は、前記二次電池の放電開始電圧を設定す
   る放電開始電圧設定手段と、前記二次電池の電圧が前記
   放電開始電圧を越えているときに前記二次電池の放電を
   実行させるスイッチ手段と、前記二次電池の放電時にお
   ける放電電流を設定する放電抵抗とを具備することを特
   徴とする二次電池の保護装置。