JPH10136576A - 二次電池の保護装置 - Google Patents

二次電池の保護装置

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JPH10136576A
JPH10136576A JP8286756A JP28675696A JPH10136576A JP H10136576 A JPH10136576 A JP H10136576A JP 8286756 A JP8286756 A JP 8286756A JP 28675696 A JP28675696 A JP 28675696A JP H10136576 A JPH10136576 A JP H10136576A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リチウムイオン電池等の高エネルギー密度電
池の保護装置を提供する。 【解決手段】 電池電圧の監視手段、電池電圧の監視手
段による検出電圧が設定値よりも高い場合に充電停止信
号を出力する過充電検出手段、充電停止信号によって充
電を停止する充電停止手段、充電停止信号の出力回数の
計数手段、計数値が設定値に達した際に電池の通電を遮
断する遮断手段を有し、所定の回数以上の過充電を禁止
した二次電池の保護装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池の保護装置に
関し、とくに異常な電圧で充電された二次電池を保護す
る二次電池の保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオンをドープもしくは脱ドー
プする炭素質材料を用いたリチウムイオン電池は高電圧
であると共に、軽量で高エネルギー密度を有しており、
携帯電話等の移動体通信機、携帯型パーソナルコンピュ
ータ、カムコーダをはじめとした各種の携帯機器の電源
用の二次電池として期待されている。二次電池は、充電
により繰り返し使用することができるが、充電の際に
は、電池の特性の劣化や電池の破壊を招くおそれがある
過充電状態とならず、しかも満充電となるように短時間
に充電を行うことが求められている。リチウムイオン電
池では、短時間に充電を行う方法として、充電初期には
定電流によって充電し、充電電圧が所定の設定電圧に達
した時点で充電を定電圧で行うことにより安全に満充電
を行う充電方法が提案されている。
【０００３】ところが、充電電圧、充電電流を制御して
充電を行った場合でも、何らかの異常により電池に印加
される電圧が上昇すると、過充電状態となる可能性があ
る。一般に、リチウムイオン電池は１個のみで使用され
ることは少なく、所定の電圧あるいは電流を得るために
電池使用機器の電池室に複数個の電池を設けたり、ある
いは複数個の電池を配置した電池パックを電池使用機器
に着脱自在に取り付けることが行われているので、１個
の電池のみに異常が発生した場合であっても、他の電池
に影響がおよび重大な結果を招く可能性も否定できな
い。
【０００４】そこで、過充電に対する保護、充電あるい
は電池使用時の過電流に対する保護をはじめ、電池の放
電終止電圧以下での放電による電池の特性の劣化を防止
するために各種の保護装置が提案されており、これらの
保護装置は、電池パック内あるいは電池近傍に設けられ
ている。
【０００５】電池の充電時には、充電器を電池に接続し
て電流を供給するが、充電器の不具合、あるいは電圧が
適正でない充電器の接続等によって電池に高い電圧が供
給されて電池が過充電状態となる場合が生じる。過充電
状態は、電池保護装置の電圧監視手段によって設定電圧
よりも高い電圧であることを検出して充電電流を遮断す
る等の処置が行われるが、充電器に問題があると保護装
置の設定電圧までの電圧によって繰り返し過充電が行わ
れることとなる。
【０００６】リチウムイオン電池が過充電を繰り返され
ると、リチウムイオンをドープもしくは脱ドープする炭
素質材料の負極表面に金属リチウムの樹枝状の結晶が成
長し、ポリエチレン、ポリプロピレン等のセパレータを
突き破り、急激な反応が起こり電池内部の圧力が上昇
し、内部圧力が限界を超えると圧力開放弁が作動して電
解液が漏液したり、甚だしい場合には電池の破裂あるい
は発火等が起こるおそれがある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、負極活物質
としてリチウムイオンをドープまたは脱ドープする炭素
質材料を用いたリチウムイオン電池等の高エネルギー密
度の二次電池用保護装置に関するものであり、とくに過
充電状態に繰り返し充電された場合には、電池の使用を
不可能として電池の安全性を損なうことがないようにす
る保護装置を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、非水系電解質
を用いた二次電池の保護装置において、電池電圧の監視
手段、電池電圧の監視手段による検出電圧が設定値より
も高い場合に充電停止信号を出力する過充電検出手段、
充電停止信号によって充電を停止する充電停止手段、充
電停止信号の出力回数の計数手段、計数値が設定値に達
した際に電池の通電を遮断する遮断手段を有する二次電
池の保護装置である。
【０００９】また、さらに発熱抵抗と熱的に結合した温
度フューズを充電電流の通電回路に設け、電池電圧が設
定値以上よりも高い状態があらかじめ設定した時間以上
継続した場合に温度フューズの溶断し、電池への充電回
路および電池から出力回路を遮断するとともに、温度フ
ューズの溶断の検出によって作動する電池放電手段を有
し電池を放電状態とする手段を設けた前記の二次電池の
保護装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明はリチウムイオンをドープ
もしくは脱ドープする炭素質材料を負極としたリチウム
イオン電池のような高エネルギー密度の二次電池の保護
装置において、電池が過充電状態となった場合には、充
電を停止するとともにその回数を計数し、計数した回数
が所定の回数を超えた場合には、電池の使用を不可能と
することによって過充電を重ねた電池の使用によって生
じる可能性のある問題を未然に防ぐものである。
【００１１】以下に、図面を参照して本発明の説明す
る。図１は本発明の保護装置を説明する図である。図１
は、３個のリチウムイオン電池からなる電池群１であ
り、端子１０、１１を通じて電力を負荷に供給し、ある
いは、充電電力により充電される。電圧監視手段を構成
する電圧監視回路２は、電池個々の電池電圧を監視して
いる。放電時において、負荷に電力を供給し続けると電
池電圧は低下する。４は過放電検出器であり、電圧監視
回路２で得られた電池電圧が設定された過放電電圧にな
ると、過放電検出器４の出力を反転させ、スイツチドラ
イブ回路５を通じて放電スイツチ７をオフとして放電を
停止させる。１３は過電流保護回路であり、負荷に過大
な電流が流れると放電スイツチ７、充電スイツチ８のオ
ン抵抗によりスイツチの両端に電圧降下を生じ、その電
圧降下が過電流保護回路で設定された電圧に達すると、
スイツチドライバ回路５を通して放電スイツチ７をオフ
として放電を停止する。
【００１２】３は過充電検出手段であり、電圧監視回路
２で得られた電池電圧が設定された電圧に達すると、過
充電検出手段の出力は反転し、充電停止手段を構成する
スイッチドライバー回路５を通して充電スイッチ８をオ
フとして充電を停止させる。６は計数手段であり、過充
電検出器３の出力反転回数を計数し、計数値が設定され
た回数に達したら、遮断手段を構成するスイツチドライ
ブ回路５、充電スイッチ８、放電スイッチ７をオフとし
て充電、放電を停止させ、電池の使用を禁止する。計数
手段６は電池群１を再接続する事により、リセットさ
れ、再使用が可能である。１２は放電回路であり、電池
が過充電状態で放置された時は放電を行い電池を安全な
電圧に低下させる。
【００１３】９の点線で示された部分は、集積回路に１
チップとして含まれる機能であり、このようにすれば、
比較的安価に供給することが可能である。上述の様に、
本発明では計数手段によって設定された回数でしか過充
電は許されず極めて安全な使用状態が期待でき、資源の
有効な利用が計れる。
【００１４】また、充電スイツチ８はＭＯＳＦＥＴに代
えて、温度ヒューズ切断素子の様な素子が使用でき、カ
ウンターの出力で温度ヒューズを切断して電池の使用を
永久に禁止する事もできる。例えば、図２に示すよう
に、発熱手段を構成するトランジスタ１３を導通状態と
して発熱抵抗１４に通電する。発熱抵抗１５は、充電電
流の通電回路に設けた温度フューズ１６と熱的に結合さ
れている。発熱抵抗および温度フューズは、所定の時間
で温度フューズが溶断する熱容量を有するものを用いる
ことが好ましく、１０〜３０秒で温度フューズが溶断す
るように設定することができる。温度フューズは、電池
の近傍に設けるとともに、電池を構成するセパレータの
最高使用可能温度以下において溶断するものを用いるこ
とが好ましい。そのようにすることによって、過充電以
外の原因によって電池温度が上昇した場合にも温度フュ
ーズが溶断し、電池の異常発熱による事故を未然に防止
することができる。
【００１５】リチウムリチウムイオン電池のセパレータ
には、一般には微孔を有するポリエチレンあるいはポリ
プロピレン等のセパレータが用いられており、高温にな
ると軟化しセパレータの機能を果たさなくなるばかりで
はなく、正極活物質と負極活物質との反応が起こり、内
部圧力の増大、発火等のおそれも生じる。一般に用いら
れているポリエチレン製のセパレータは１１０℃程度の
温度が使用限度であるので１１０℃以下の温度で溶断す
るような温度フューズが用いられる。
【００１６】充電中に過充電状態になり温度フューズが
溶断した場合には、充電電流の供給が停止されても活物
質が放電可能な状態にある。その量は充電状態によって
異なるものの、過充電によって異常が生じた電池が放電
可能な状態にあると、リチウムイオン電池のような高エ
ネルギー密度の電池の場合には、大量のエネルギーが活
物質として蓄積されていることとなり、そのまま放置す
れば発火、内部圧力の上昇等の危険が生じる可能性があ
る。
【００１７】こうした問題を解決するために、本発明の
二次電池用保護装置には、過充電状態の検出手段の作動
によって温度フューズが溶断した場合、あるいは電池の
内部の発熱あるいは周囲温度の上昇によって温度フュー
ズが溶断した場合のいずれの場合にも、温度フューズ溶
断検出手段によって、スイッチングトランジスタと放電
用抵抗等によって構成される放電手段によって電池に蓄
積されたエネルギーを放電し、電池を安全な状態とする
ことができる。
【００１８】さらに、本発明の保護回路には、過充電回
数の計数値を電池使用機器に設けた表示部に表示して過
充電の状態を知らせたり、パソコン等のように表示手段
を有する機器の場合には、表示部に過充電の状態を表示
しても良い。また、信号を送信するために専用の信号線
を設けて、電池から電流を取り出す端子１０、１１の回
路に重畳しても良い。
【００１９】
【発明の効果】本発明は、過充電状態となった回数を計
数することによって、あらかじめ設定された回数以上の
過充電状態となることはなく、極めて安全に電池を使用
することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の保護装置を説明する図である。
【図１】温度フューズを部分を説明する図である。
【符号の説明】
１…電池群、２…電圧監視回路、３…過充電検出手段、
４…過放電検出器、５…スイツチドライブ回路、６…計
数回路、７…放電スイツチ、８…充電スイツチ、９…チ
ップ化部分、１０，１１…端子、１２…放電回路、１３
…過電流保護回路、１４…トランジスタ、１５…発熱抵
抗、１６…温度フューズ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成９年１月６日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の保護装置を説明する図である。
【図２】温度フューズを部分を説明する図である。
【符号の説明】 １…電池群、２…電圧監視回路、３…過充電検出手段、
４…過放電検出器、５…スイツチドライブ回路、６…計
数回路、７…放電スイツチ、８…充電スイツチ、９…チ
ップ化部分、１０，１１…端子、１２…放電回路、１３
…過電流保護回路、１４…トランジスタ、１５…発熱抵
抗、１６…温度フューズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｈ 7/18 Ｈ０２Ｈ 7/18 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｈ０２Ｊ 7/00 Ｓ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非水系電解質を用いた二次電池の保護装
    置において、電池電圧の監視手段、電池電圧の監視手段
    による検出電圧が設定値よりも高い場合に充電停止信号
    を出力する過充電検出手段、充電停止信号によって充電
    を停止する充電停止手段、充電停止信号の出力回数の計
    数手段、計数値が設定値に達した際に電池の通電を遮断
    する遮断手段を有することを特徴とする二次電池の保護
    装置。
JP28675696A 1996-10-29 1996-10-29 二次電池の保護装置 Expired - Lifetime JP3327790B2 (ja)

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