電池パック
【課題】電池パックの安全性を向上する。
【解決手段】組電池１４への充放電経路１１にヒューズ２４，２５およびＦＥＴ１２，１３が直列に介在され、通常の過充電、過電圧、過電流、過温度などは、先ず制御ＩＣ１８によって異常判定が行われて、前記ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦすることで復帰可能に保護動作が行われ、その保護動作が失効したときに、二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮして発熱抵抗２６に通電を行い、前記ヒューズ２４，２５を溶断することで前記復帰不能な保護動作を行うようにした電池パック１において、ヒューズ２４，２５と並列にダイオード５１を放電時に順方向となるように設け、ヒューズ２４，２５が溶断しても負荷機器２での電力消費を可能にして、組電池１４の蓄積電荷を放出させる。したがって、特に過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【解決手段】組電池１４への充放電経路１１にヒューズ２４，２５およびＦＥＴ１２，１３が直列に介在され、通常の過充電、過電圧、過電流、過温度などは、先ず制御ＩＣ１８によって異常判定が行われて、前記ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦすることで復帰可能に保護動作が行われ、その保護動作が失効したときに、二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮして発熱抵抗２６に通電を行い、前記ヒューズ２４，２５を溶断することで前記復帰不能な保護動作を行うようにした電池パック１において、ヒューズ２４，２５と並列にダイオード５１を放電時に順方向となるように設け、ヒューズ２４，２５が溶断しても負荷機器２での電力消費を可能にして、組電池１４の蓄積電荷を放出させる。したがって、特に過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの安全対策に関し、特に二次電池への充放電の経路に保護手段が直列に介在され、重度の異常が発生したときには前記保護手段を遮断することで復帰不能に保護動作が行われる電池パックに好適に実施されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような保護動作が行われる典型的な従来技術は、特許文献１や特許文献２で提案されている。その従来技術によれば、二次電池への充放電の経路に、ＰＴＣ素子と温度ヒューズとが直列に介在され、短絡などによる温度上昇に対して、先ずＰＴＣ素子が電流を制限して復帰可能に保護動作を行い、それでも電流を制限しきれない場合は前記温度ヒューズが溶断して復帰不能に保護動作を行うようになっている。特許文献２では、前記温度ヒューズがＰＴＣ素子と並列に設けられた発熱抵抗によって溶断される。
【特許文献１】特開２００３−５１３０４号公報
【特許文献１】特開２００３−７２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、二重の保護動作によって復帰不能となった後も、特に過充電の後には、二次電池に蓄積された電荷がそのまま放置されることになり、安全上好ましくない。
【０００４】
本発明の目的は、安全性を向上することができる電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電池パックは、二次電池と、前記二次電池への充放電の経路を遮断することで、以降の使用が不能となる保護動作を実現する保護手段と、前記保護手段の保護動作に連動して、前記二次電池の電荷を放出させる放電手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、二次電池への充放電の経路に直列にヒューズなどの保護手段が介在されており、過充電などの異常に対して、安全のために該保護手段を遮断することで、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行する電池パックにおいて、放電手段を設け、前記保護手段が動作する（される）と、それに連動して、前記放電手段が二次電池の電荷を放出させる。前記ヒューズなどの保護手段は、過温度などで自律的に遮断するものであってもよく、或いは、異常の検出手段に、その検出結果によって制御手段が発熱抵抗を加熱するなどして、他の手段によって遮断されるものであってもよい。
【０００７】
したがって、特に二次電池に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【０００８】
また、本発明の電池パックは、前記二次電池への充放電の経路に直列に介在され、充放電を制御する制御素子と、前記二次電池の端子電圧、充放電電流および温度の内、少なくとも１つを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果を予め定める第１の閾値と比較し、異常と判定されると前記制御素子を遮断することで復帰可能に保護動作を行う第１の制御手段と、前記検出手段の検出結果を前記第１の閾値より高い予め定める第２の閾値と比較し、異常と判定されると前記保護手段を遮断することで前記以降の使用が不能となる保護動作を行う第２の制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、通常の過充電、過電圧、過電流、過温度などは、先ず第１の制御手段によって異常判定が行われて、充放電を制御する制御素子が遮断されることで復帰可能に保護動作が行われ、その保護動作が失効したときに、第２の制御手段がより大きな閾値で異常判定を行い、前記保護手段を遮断することで前記復帰不能な保護動作が行われる。
【００１０】
したがって、前記の安全性を確保しつつも、二重の保護動作によって、いきなり使用不能にはならないので、利便性を向上することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズであり、前記放電手段は、前記ヒューズと並列に接続され、放電時に順方向バイアスとなるダイオードであることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、前記の保護動作によってヒューズが溶断する（される）と、そのヒューズと並列に設けられているダイオードによって、充電はできないものの、放電は可能である。
【００１３】
したがって、負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００１４】
また、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記ヒューズに、前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続されるスイッチとをさらに備え、前記第２の制御手段は、異常と判定すると、前記スイッチを導通するとともに、負荷機器へ所定の電力消費を要求することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、前記のように負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出を行うにあたって、異常を検出して保護動作を行う第２の制御手段が、ヒューズを溶断する保護動作とともに、通信によって負荷機器へ、該電池パックが過熱しない程度で、所定の期間に前記二次電池の蓄積電荷を放出できる適度な電力消費を要求する。
【００１６】
したがって、適切な状態を維持しながら、前記のような負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００１７】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズと、前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続され、異常と判定されると前記第２の制御手段によって導通されるスイッチとを備えて構成され、前記放電手段は、前記二次電池の端子間に前記スイッチと直列に接続され、微弱な短絡電流を通過させる短絡抵抗であることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、検出手段の検出結果から、異常と判定すると、第２の制御手段がスイッチを導通して発熱抵抗に通電を行い、これによってヒューズが溶断するとともに、前記スイッチと直列に設けられている短絡抵抗によって、二次電池の端子間は緩やかに（ソフト）短絡され、過熱しない程度の微弱な短絡電流が流れる。
【００１９】
したがって、短絡抵抗での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００２０】
また、本発明の電池パックは、前記ヒューズと、発熱抵抗と、短絡抵抗とが、一体にパッケージされていることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、ヒューズと発熱抵抗との構造（位置関係や接触状態等、ヒューズが溶断するのに要する発熱抵抗の発熱量）を一定にして、安定した動作を実現するとともに、短絡抵抗を含めて、端子の共用化で外部へ露出するのは３端子となり、電池パックの組立てを簡略化することができる。
【００２２】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記放電手段は前記第２の制御手段に接続される負荷抵抗から成り、前記第２の制御手段から前記保護手段への制御出力を、前記負荷抵抗にも与えることを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、第２の制御手段に関連して、前記保護手段への制御出力が共通に与えられる負荷抵抗を設けて前記放電手段とし、第２の制御手段で異常が判定され、前記の二重保護動作が行われると、その負荷抵抗へも通電されるので、その電力消費で二次電池の蓄積電荷の放電を行わせる。
【００２４】
したがって、前記の二次電池の蓄積電荷の放電を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の電池パックでは、前記放電手段は前記第１の制御手段から成り、前記第２の制御手段は、前記保護手段を遮断するとともに、第１の制御手段を動作させ続けることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、第１の制御手段は、前記の復帰可能な保護動作を行うと、異常状態が解消するまで、或る程度の動作を休止しているのに対して、第２の制御手段で異常が判定されると、前記の二重保護動作を行うとともに、第１の制御手段を動作させ続けることで、その電力消費で二次電池の蓄積電荷の放電を行わせる。
【００２７】
したがって、特別な放電手段を別途設けることなく、僅かずつ電力を消費させ、二次電池の蓄積電荷の放電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電池パックは、以上のように、二次電池への充放電の経路に直列にヒューズなどの保護手段が介在されており、過充電などの異常に対して、安全のために該保護手段を遮断することで、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行する電池パックにおいて、放電手段を設け、前記保護手段が動作する（される）と、それに連動して、前記放電手段が二次電池の電荷を放出させる。
【００２９】
それゆえ、特に二次電池に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、電池パック１を内蔵する負荷機器２に、前記負荷機器２に給電を行うとともに、電池パック１を充電する充電器３を備えて構成される。電池パック１は、負荷機器２とは別体で設けられていてもよい。電池パック１、負荷機器２および充電器３は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３，Ｔ３３とによって相互に接続される。
【００３１】
前記電池パック１内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の電源ラインである充放電経路１１には、ヒューズ２４，２５が介在されるとともに、過充電保護用と過放電保護用とで相互に導電形式が異なるＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充放電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の電源ラインである充放電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充放電経路１５には、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出抵抗１６が介在されている。
【００３２】
前記組電池１４は、１または複数の二次電池のセルが適宜直並列に接続されて成る。前記組電池１４の温度は温度センサ１７によって検出され、第１の制御手段である制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。
【００３３】
また、前記各セルの端子電圧は、後述するようにして、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２９によって選択的に取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。そのセルの選択は、前記制御ＩＣ１８内の制御部２１が、通信部２０を介して行う。さらにまた、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記ＡＳＩＣ２９によって取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。
【００３４】
前記制御部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて成り、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値に応答して、充電器３に対して、出力を要求する充電電流の電圧値および電流値を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ３２；Ｔ１３，Ｔ３３を介して充電器３へ送信する。また、前記制御部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値から、組電池１４の残量を演算し、端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して負荷機器２へ送信する。さらにまた、前記制御部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器３からの異常電流などの電池パック１の外部における異常が検出されると、また前記温度センサ１７によって組電池１４の異常な温度上昇が検出されると、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。
【００３５】
一方、前記組電池１４の各セルの端子電圧はまた、第２の制御手段である二重保護ＩＣ２３に取込まれ、検出結果が、前記制御部２１における異常判定の閾値以上に設定されるこの二重保護ＩＣ２３での閾値以上となると、ＦＥＴ２７をＯＮする。前記ＦＥＴ２７は、充放電経路１１に直列に介在された前記ヒューズ２４，２５に関して設けられており、前記ヒューズ２４，２５の接続点は、発熱抵抗２６およびこのＦＥＴ２７を介して接地されている。したがって、前記二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮすることで、発熱抵抗２６が発生した熱で前記ヒューズ２４，２５が溶断する。これによって、前記制御ＩＣ１８の異常などで過充電などに対応できない深刻な異常時には、前記ヒューズ２４，２５が溶断されることで、二重の保護動作が実現されるようになっている。
【００３６】
たとえば、前記制御部２１が目標とする充電終了電圧は、セル当り４．２Ｖであり、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦする通常の充放電時における過電圧の閾値電圧は、セル当り４．３Ｖであり、二重保護ＩＣ２３がヒューズ２４，２５を溶断する閾値電圧は、たとえばセル当り４．４Ｖである。したがって、通常使用時の過充電程度では復旧可能であり、異常時の過電圧では、電池パック１は再使用不能となって安全性の向上が図られるようになっている。こうして、二重の保護動作によって、いきなり使用不能にはならないようにして、安全性を確保しつつも、利便性を向上することができるようになっている。
【００３７】
一方、充電器３では、前記の要求を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、前記の電圧値および電流値で、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値および電流値に変換して、端子Ｔ３１，Ｔ１１；Ｔ３３，Ｔ１３を介して、充放電経路１１，１５へ供給する。負荷機器２では、制御ＩＣ３５の制御部３６が負荷回路３７を制御するとともに、前記残量などを通信部３８で受信し、動作可能時間の演算などを適宜行っている。
【００３８】
図２は、前記電池パック１内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。この図２の例では、前記組電池１４は、４つのセルＥ１〜Ｅ４から構成されており、前記端子Ｔ１１からハイ側の充放電経路１１には端子Ｔ４が接続され、前記端子Ｔ１３からロー側の充放電経路１５にはＧＮＤ端子Ｔ０が接続される。前記端子Ｔ０−Ｔ４間には、前記４つのセルＥ１〜Ｅ４が直列に接続されており、各セルＥ１〜Ｅ４は相互に並列に接続される複数のセルから構成されていてもよい。そして、各セルＥ１〜Ｅ４の接続点が、中間タップとなる端子Ｔ１〜Ｔ３に接続されている。
【００３９】
一方、各端子Ｔ０〜Ｔ４には、図３で示すように接続ラインＬ０〜Ｌ４が接続されており、前記ＡＳＩＣ２９と二重保護ＩＣ２３とにおいては、前記ＧＮＤ端子Ｔ０を除き、端子Ｔ１〜Ｔ４における電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４が、互いの電圧検出に影響を与えないように、入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と入力抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４とをそれぞれ介して、端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４から取込まれる。そして、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間には、必要に応じて、ノイズ除去用のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４が設けられることもある。これらのコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４は、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間ではなく、各端子Ｔ３１〜Ｔ３４；Ｔ４１〜Ｔ４４とＧＮＤとの間に設けられてもよい。
【００４０】
前記温度センサ１７は、サーミスタなどから成り、一端が予め定める電圧Ｖ０でバイアスされ、他端が制御ＩＣ１８によってＯＮ／ＯＦＦ駆動されるスイッチ２８から前記電流検出抵抗１６を介して前記ロー側の充放電経路１５に接続され、そのスイッチ２８との接続点の電圧が、前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に取込まれる。
【００４１】
図３は、前記ＡＳＩＣ２９の一構成例を示すブロック図である。前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４は、入力切換え部４１を介して、電圧測定を行うための前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に選択的に接続される。前記入力切換え部４１は、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨを備えて構成される。
【００４２】
前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈは、一端側が前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈまたはロー側入力端１９Ｌに接続される。前記スイッチＳＴＬ，ＳＴＨは、一端側が前記電流検出抵抗１６の各端子に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈとロー側入力端１９Ｌとにそれぞれ接続される。前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨは、セル選択部４２によって選択的にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００４３】
したがって、たとえばスイッチＳＴＬ，ＳＴＨをＯＮし、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、電流検出抵抗１６の端子間電圧、したがって各セルＥ１〜Ｅ４の充放電の電流を検出することができる。また、たとえばスイッチＳ０Ｌ，Ｓ４ＨをＯＮし、スイッチＳ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ５Ｌ，Ｓ５ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、組電池１４の全体に掛かる充電または放電電圧を検出することができる。
【００４４】
前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨの切換え信号は、制御ＩＣ１８側の制御部２１内の切換え制御部２１１によって発生され、前記通信部２０からＡＳＩＣ２９側の通信部４３を介して、前記セル選択部４２に与えられる。そして、アナログ／デジタル変換器１９で得られた検出結果から、前記制御部２１内の充放電制御部２１０は前記のように充電器３へ充電電圧および電流の要求を行い、また組電池１４の残量演算を行い、異常検出部２１２は異常を検出し、保護動作を行う。
【００４５】
前記二重保護ＩＣ２３は、各入力端子Ｔ４０〜Ｔ４４間の電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４を、それぞれ比較器Ａ１〜Ａ４において基準電圧源Ｂ１〜Ｂ４からの基準電圧Ｖｒｅｆ２１〜Ｖｒｅｆ２４と比較し、予め定める過充電の閾値電圧、たとえば前記４．４Ｖ以上となると、ハイレベルを出力して前記ＦＥＴ２７をＯＮする。これに対して、前記制御ＩＣ１８の異常検出部２１２における過充電判定の閾値電圧Ｖｒｅｆ１１〜Ｖｒｅｆ１４は、たとえば前記４．３Ｖである。
【００４６】
上述のように構成される電子機器システムにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、電池パック１において、前記二重保護ＩＣ２３が以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行すると、それに連動して、前記組電池１４の電荷を放出させるダイオード５１が設けられていることである。放電手段である前記ダイオード５１は、前記ハイ側の放電経路１１において、保護手段である前記ヒューズ２４，２５と並列に接続され、かつ放電時に順方向バイアスとなるように設けられている。したがって、前記二重保護ＩＣ２３が前記ＦＥＴ２７をＯＮし、発熱抵抗２６を発熱させて前記ヒューズ２４，２５を溶断すると、充電はできないものの、放電は可能であり、負荷機器２での電力消費による組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００４７】
このように構成することで、特に組電池１４に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。好ましくは、図１において破線で示すように、前記二重保護ＩＣ２３による保護動作を制御部２１内の充放電制御部２１０に入力し、二重保護動作が行われたときに該充放電制御部２１０が、通信部２２，３８を介して、負荷機器２の制御部３６に所定の電力消費を要求する信号を出力するように構成される。これによって、電池パック１が過熱しない程度で（ダイオード５１の発熱を抑えつつ）、所定の期間に前記組電池１４の蓄積電荷を放出できる適度な電力が負荷回路３７で消費される。こうして、適切な状態を維持しながら、負荷機器２での電力消費による組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００４８】
なお、前記ヒューズ２４，２５は、二重保護ＩＣ２３の制御によって溶断されるのではなく、自身の有する抵抗成分に過大な電流が流れることによる発熱によって、自発的に溶断するような構成であってもよく、しかしながら二重保護ＩＣ２３の制御によることで、溶断する電圧の精度を高めることができる。前記二重保護ＩＣ２３も、前記制御ＩＣ１８のように、電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４をアナログ／デジタル変換した後に、デジタル値で過充電判定を行うようにしてもよい。また、前記ダイオード５１に代えて、前記二重保護ＩＣ２３によって、前記ＦＥＴ２７と共にＯＮされるＦＥＴなどの制御端子を有するスイッチ素子が用いられてもよい。
【００４９】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の第２の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、前述の図１〜図３で示す電子機器システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、電池パック１ａにおいて、前記放電手段として、前記ＦＥＴ２７と直列に接続される短絡抵抗５２が用いられることである。短絡抵抗５２は、該電池パック１ａが過熱しない程度の微弱な短絡電流を通過させることができる抵抗値に制御設定されている。
【００５０】
このように構成することで、前記二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮして保護動作を行うと、抵抗値の関係から、先ず発熱抵抗２６に所定の電流が流れてヒューズ２４，２５が溶断し、それによって前記短絡抵抗５２に電流が流れるようになり、組電池１４の端子間Ｔ０−Ｔ４間は緩やかに（ソフト）短絡され、過熱しない程度の微弱な短絡電流が流れる。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５１】
また注目すべきは、本実施の形態では、前記ヒューズ２４，２５と、発熱抵抗２６と、短絡抵抗５２とが、ヒューズモジュール５３として一体にパッケージされていることである。したがって、ヒューズ２４，２５と発熱抵抗２６との構造、すなわち位置関係や接触状態等、ヒューズ２４，２５が溶断するのに要する発熱抵抗２６の発熱量を一定にして、安定した動作を実現することができるとともに、短絡抵抗５２を含めて、端子の共用化で外部へ露出するのは３端子となり、電池パック１ａの組立てを簡略化することができる。
【００５２】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の第３の形態に係る電池パック１ｂの電気的構成を示すブロック図である。この電池パック１ｂは、前述の電池パック１，１ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。また、負荷機器２および充電器３は、前述の図１や図４と同様に構成され、図示を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、前記放電手段としての負荷抵抗５４が、二重保護ＩＣ２３ｂ内に設けられることである。具体的には、前記比較器Ａ１〜Ａ４の出力端とＧＮＤの入力端子Ｔ４０との間に前記負荷抵抗５４が設けられ、前記比較器Ａ１〜Ａ４の少なくとも１つで過充電と判定されると、該比較器Ａ１〜Ａ４はハイレベルを出力して前記ＦＥＴ２７をＯＮするとともに、前記負荷抵抗５４に通電を行うことになる。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５３】
［実施の形態４］
図６は、本発明の実施の第４の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、前述の図１〜図３で示す電子機器システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、二重保護ＩＣ２３からＦＥＴ２７への出力が制御ＩＣ１８ｃの制御部２１ｃにも入力されており、通常、制御ＩＣ１８ｃは、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦする前記の復帰可能な保護動作を行うと、異常状態が解消するまで、或る程度の動作を休止しているのに対して、二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮする二重保護動作を行うと、制御部２１ｃの前記充放電制御部２１０が、残量演算を繰返し行ったり、アナログ／デジタル変換器１９を高速で動作させるなどして、組電池１４の電力を消費させることである。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５４】
ここで、特許第３６８５７２３号公報には、温度ヒューズおよび放電回路が電池の外部に設けられ、放電回路をマニュアルの遠隔操作によって動作させた後に温度ヒューズを交換することで、充放電経路のリセット時間を短縮できることが記載されている。しかしながら、この先行技術は汎用性のない業務用の大型電池に関するもので、本発明のように汎用性の電池パック１，１ａ，１ｂ，１ｃの場合、着脱を可能にしたり、使用される機器２と一体化させたりする必要があり、外部に前記温度ヒューズおよび放電回路を設けることはできず、しかも温度ヒューズを溶断して使用不能にした場合、それに連動して自動的に放電させる必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、過充電などの異常に対して、二重保護ＩＣによって、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作が実行される電池パックにおいて、その保護動作が行われると、それに連動して二次電池の蓄積電荷を自動的に放電させ、安全性を向上できるので、二次電池の電池パックに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】電池パック内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。
【図３】セル電圧検出を行うＡＳＩＣの一構成例および制御ＩＣにおいてそれに係わる部分の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の第２の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の第３の形態に係る電池パックの電気的構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の第４の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 電池パック
２ 負荷機器
３ 充電器
１１，１５ 充電放経路
１２，１３，２７ ＦＥＴ
１４ 組電池
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１８，１８ｃ，３０，３５ 制御ＩＣ
１９ アナログ／デジタル変換器
２０，２２，３２，３８，４３ 通信部
２１，２１ｃ 制御部
２１０ 充放電制御部
２１１ 切換え制御部
２１２ 異常検出部
２３，２３ｂ 二重保護ＩＣ
２４，２５ ヒューズ
２６ 発熱抵抗
２７ スイッチ
２９ ＡＳＩＣ
３１ 充電制御部
３３ 充電電流供給回路
４１ 入力切換え部
４２ セル選択部
５１ ダイオード
５２ 短絡抵抗
５３ ヒューズモジュール
５４ 負荷抵抗
Ｃ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４ 入力容量
Ｅ１〜Ｅ４ セル
Ｌ０〜Ｌ４ 接続ライン
Ｒ１１〜Ｒ１４；Ｒ２１〜Ｒ２４ 入力抵抗
Ｓ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ スイッチ
ＳＴＬ，ＳＴＨ スイッチ
Ｔ０〜Ｔ４ 端子
Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１；Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２；Ｔ１３，Ｔ２３，Ｔ３３ 端子
Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４ 端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックの安全対策に関し、特に二次電池への充放電の経路に保護手段が直列に介在され、重度の異常が発生したときには前記保護手段を遮断することで復帰不能に保護動作が行われる電池パックに好適に実施されるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような保護動作が行われる典型的な従来技術は、特許文献１や特許文献２で提案されている。その従来技術によれば、二次電池への充放電の経路に、ＰＴＣ素子と温度ヒューズとが直列に介在され、短絡などによる温度上昇に対して、先ずＰＴＣ素子が電流を制限して復帰可能に保護動作を行い、それでも電流を制限しきれない場合は前記温度ヒューズが溶断して復帰不能に保護動作を行うようになっている。特許文献２では、前記温度ヒューズがＰＴＣ素子と並列に設けられた発熱抵抗によって溶断される。
【特許文献１】特開２００３−５１３０４号公報
【特許文献１】特開２００３−７２８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の従来技術では、二重の保護動作によって復帰不能となった後も、特に過充電の後には、二次電池に蓄積された電荷がそのまま放置されることになり、安全上好ましくない。
【０００４】
本発明の目的は、安全性を向上することができる電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電池パックは、二次電池と、前記二次電池への充放電の経路を遮断することで、以降の使用が不能となる保護動作を実現する保護手段と、前記保護手段の保護動作に連動して、前記二次電池の電荷を放出させる放電手段とを含むことを特徴とする。
【０００６】
上記の構成によれば、二次電池への充放電の経路に直列にヒューズなどの保護手段が介在されており、過充電などの異常に対して、安全のために該保護手段を遮断することで、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行する電池パックにおいて、放電手段を設け、前記保護手段が動作する（される）と、それに連動して、前記放電手段が二次電池の電荷を放出させる。前記ヒューズなどの保護手段は、過温度などで自律的に遮断するものであってもよく、或いは、異常の検出手段に、その検出結果によって制御手段が発熱抵抗を加熱するなどして、他の手段によって遮断されるものであってもよい。
【０００７】
したがって、特に二次電池に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【０００８】
また、本発明の電池パックは、前記二次電池への充放電の経路に直列に介在され、充放電を制御する制御素子と、前記二次電池の端子電圧、充放電電流および温度の内、少なくとも１つを検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果を予め定める第１の閾値と比較し、異常と判定されると前記制御素子を遮断することで復帰可能に保護動作を行う第１の制御手段と、前記検出手段の検出結果を前記第１の閾値より高い予め定める第２の閾値と比較し、異常と判定されると前記保護手段を遮断することで前記以降の使用が不能となる保護動作を行う第２の制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の構成によれば、通常の過充電、過電圧、過電流、過温度などは、先ず第１の制御手段によって異常判定が行われて、充放電を制御する制御素子が遮断されることで復帰可能に保護動作が行われ、その保護動作が失効したときに、第２の制御手段がより大きな閾値で異常判定を行い、前記保護手段を遮断することで前記復帰不能な保護動作が行われる。
【００１０】
したがって、前記の安全性を確保しつつも、二重の保護動作によって、いきなり使用不能にはならないので、利便性を向上することができる。
【００１１】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズであり、前記放電手段は、前記ヒューズと並列に接続され、放電時に順方向バイアスとなるダイオードであることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、前記の保護動作によってヒューズが溶断する（される）と、そのヒューズと並列に設けられているダイオードによって、充電はできないものの、放電は可能である。
【００１３】
したがって、負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００１４】
また、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記ヒューズに、前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続されるスイッチとをさらに備え、前記第２の制御手段は、異常と判定すると、前記スイッチを導通するとともに、負荷機器へ所定の電力消費を要求することを特徴とする。
【００１５】
上記の構成によれば、前記のように負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出を行うにあたって、異常を検出して保護動作を行う第２の制御手段が、ヒューズを溶断する保護動作とともに、通信によって負荷機器へ、該電池パックが過熱しない程度で、所定の期間に前記二次電池の蓄積電荷を放出できる適度な電力消費を要求する。
【００１６】
したがって、適切な状態を維持しながら、前記のような負荷機器での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００１７】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズと、前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続され、異常と判定されると前記第２の制御手段によって導通されるスイッチとを備えて構成され、前記放電手段は、前記二次電池の端子間に前記スイッチと直列に接続され、微弱な短絡電流を通過させる短絡抵抗であることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、検出手段の検出結果から、異常と判定すると、第２の制御手段がスイッチを導通して発熱抵抗に通電を行い、これによってヒューズが溶断するとともに、前記スイッチと直列に設けられている短絡抵抗によって、二次電池の端子間は緩やかに（ソフト）短絡され、過熱しない程度の微弱な短絡電流が流れる。
【００１９】
したがって、短絡抵抗での電力消費による二次電池の電荷の放出が可能になる。
【００２０】
また、本発明の電池パックは、前記ヒューズと、発熱抵抗と、短絡抵抗とが、一体にパッケージされていることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、ヒューズと発熱抵抗との構造（位置関係や接触状態等、ヒューズが溶断するのに要する発熱抵抗の発熱量）を一定にして、安定した動作を実現するとともに、短絡抵抗を含めて、端子の共用化で外部へ露出するのは３端子となり、電池パックの組立てを簡略化することができる。
【００２２】
さらにまた、本発明の電池パックでは、前記放電手段は前記第２の制御手段に接続される負荷抵抗から成り、前記第２の制御手段から前記保護手段への制御出力を、前記負荷抵抗にも与えることを特徴とする。
【００２３】
上記の構成によれば、第２の制御手段に関連して、前記保護手段への制御出力が共通に与えられる負荷抵抗を設けて前記放電手段とし、第２の制御手段で異常が判定され、前記の二重保護動作が行われると、その負荷抵抗へも通電されるので、その電力消費で二次電池の蓄積電荷の放電を行わせる。
【００２４】
したがって、前記の二次電池の蓄積電荷の放電を行うことができる。
【００２５】
また、本発明の電池パックでは、前記放電手段は前記第１の制御手段から成り、前記第２の制御手段は、前記保護手段を遮断するとともに、第１の制御手段を動作させ続けることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、第１の制御手段は、前記の復帰可能な保護動作を行うと、異常状態が解消するまで、或る程度の動作を休止しているのに対して、第２の制御手段で異常が判定されると、前記の二重保護動作を行うとともに、第１の制御手段を動作させ続けることで、その電力消費で二次電池の蓄積電荷の放電を行わせる。
【００２７】
したがって、特別な放電手段を別途設けることなく、僅かずつ電力を消費させ、二次電池の蓄積電荷の放電を行うことができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の電池パックは、以上のように、二次電池への充放電の経路に直列にヒューズなどの保護手段が介在されており、過充電などの異常に対して、安全のために該保護手段を遮断することで、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行する電池パックにおいて、放電手段を設け、前記保護手段が動作する（される）と、それに連動して、前記放電手段が二次電池の電荷を放出させる。
【００２９】
それゆえ、特に二次電池に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の第１の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、電池パック１を内蔵する負荷機器２に、前記負荷機器２に給電を行うとともに、電池パック１を充電する充電器３を備えて構成される。電池パック１は、負荷機器２とは別体で設けられていてもよい。電池パック１、負荷機器２および充電器３は、給電を行う直流ハイ側の端子Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１と、通信信号の端子Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２と、給電および通信信号のためのＧＮＤ端子Ｔ１３，Ｔ２３，Ｔ３３とによって相互に接続される。
【００３１】
前記電池パック１内で、前記の端子Ｔ１１から延びる直流ハイ側の電源ラインである充放電経路１１には、ヒューズ２４，２５が介在されるとともに、過充電保護用と過放電保護用とで相互に導電形式が異なるＦＥＴ１２，１３が介在されており、その充放電経路１１が組電池１４のハイ側端子に接続される。前記組電池１４のロー側端子は、直流ロー側の電源ラインである充放電経路１５を介して前記ＧＮＤ端子Ｔ１３に接続され、この充放電経路１５には、充電電流および放電電流を電圧値に変換する電流検出抵抗１６が介在されている。
【００３２】
前記組電池１４は、１または複数の二次電池のセルが適宜直並列に接続されて成る。前記組電池１４の温度は温度センサ１７によって検出され、第１の制御手段である制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。
【００３３】
また、前記各セルの端子電圧は、後述するようにして、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）２９によって選択的に取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。そのセルの選択は、前記制御ＩＣ１８内の制御部２１が、通信部２０を介して行う。さらにまた、前記電流検出抵抗１６によって検出された電流値も、前記ＡＳＩＣ２９によって取出され、前記制御ＩＣ１８内のアナログ／デジタル変換器１９に入力される。
【００３４】
前記制御部２１は、マイクロコンピュータおよびその周辺回路などを備えて成り、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値に応答して、充電器３に対して、出力を要求する充電電流の電圧値および電流値を演算し、通信部２２から端子Ｔ１２，Ｔ３２；Ｔ１３，Ｔ３３を介して充電器３へ送信する。また、前記制御部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値から、組電池１４の残量を演算し、端子Ｔ１２，Ｔ２２；Ｔ１３，Ｔ２３を介して負荷機器２へ送信する。さらにまた、前記制御部２１は、前記アナログ／デジタル変換器１９を介する各入力値から、端子Ｔ１１，Ｔ１３間の短絡や充電器３からの異常電流などの電池パック１の外部における異常が検出されると、また前記温度センサ１７によって組電池１４の異常な温度上昇が検出されると、前記ＦＥＴ１２，１３を遮断するなどの保護動作を行う。
【００３５】
一方、前記組電池１４の各セルの端子電圧はまた、第２の制御手段である二重保護ＩＣ２３に取込まれ、検出結果が、前記制御部２１における異常判定の閾値以上に設定されるこの二重保護ＩＣ２３での閾値以上となると、ＦＥＴ２７をＯＮする。前記ＦＥＴ２７は、充放電経路１１に直列に介在された前記ヒューズ２４，２５に関して設けられており、前記ヒューズ２４，２５の接続点は、発熱抵抗２６およびこのＦＥＴ２７を介して接地されている。したがって、前記二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮすることで、発熱抵抗２６が発生した熱で前記ヒューズ２４，２５が溶断する。これによって、前記制御ＩＣ１８の異常などで過充電などに対応できない深刻な異常時には、前記ヒューズ２４，２５が溶断されることで、二重の保護動作が実現されるようになっている。
【００３６】
たとえば、前記制御部２１が目標とする充電終了電圧は、セル当り４．２Ｖであり、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦする通常の充放電時における過電圧の閾値電圧は、セル当り４．３Ｖであり、二重保護ＩＣ２３がヒューズ２４，２５を溶断する閾値電圧は、たとえばセル当り４．４Ｖである。したがって、通常使用時の過充電程度では復旧可能であり、異常時の過電圧では、電池パック１は再使用不能となって安全性の向上が図られるようになっている。こうして、二重の保護動作によって、いきなり使用不能にはならないようにして、安全性を確保しつつも、利便性を向上することができるようになっている。
【００３７】
一方、充電器３では、前記の要求を制御ＩＣ３０の通信部３２で受信し、充電制御部３１が充電電流供給回路３３を制御して、前記の電圧値および電流値で、充電電流を供給させる。充電電流供給回路３３は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、入力電圧を、前記充電制御部３１で指示された電圧値および電流値に変換して、端子Ｔ３１，Ｔ１１；Ｔ３３，Ｔ１３を介して、充放電経路１１，１５へ供給する。負荷機器２では、制御ＩＣ３５の制御部３６が負荷回路３７を制御するとともに、前記残量などを通信部３８で受信し、動作可能時間の演算などを適宜行っている。
【００３８】
図２は、前記電池パック１内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。この図２の例では、前記組電池１４は、４つのセルＥ１〜Ｅ４から構成されており、前記端子Ｔ１１からハイ側の充放電経路１１には端子Ｔ４が接続され、前記端子Ｔ１３からロー側の充放電経路１５にはＧＮＤ端子Ｔ０が接続される。前記端子Ｔ０−Ｔ４間には、前記４つのセルＥ１〜Ｅ４が直列に接続されており、各セルＥ１〜Ｅ４は相互に並列に接続される複数のセルから構成されていてもよい。そして、各セルＥ１〜Ｅ４の接続点が、中間タップとなる端子Ｔ１〜Ｔ３に接続されている。
【００３９】
一方、各端子Ｔ０〜Ｔ４には、図３で示すように接続ラインＬ０〜Ｌ４が接続されており、前記ＡＳＩＣ２９と二重保護ＩＣ２３とにおいては、前記ＧＮＤ端子Ｔ０を除き、端子Ｔ１〜Ｔ４における電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４が、互いの電圧検出に影響を与えないように、入力抵抗Ｒ１１〜Ｒ１４と入力抵抗Ｒ２１〜Ｒ２４とをそれぞれ介して、端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４から取込まれる。そして、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間には、必要に応じて、ノイズ除去用のコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４が設けられることもある。これらのコンデンサＣ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４は、各端子Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４間ではなく、各端子Ｔ３１〜Ｔ３４；Ｔ４１〜Ｔ４４とＧＮＤとの間に設けられてもよい。
【００４０】
前記温度センサ１７は、サーミスタなどから成り、一端が予め定める電圧Ｖ０でバイアスされ、他端が制御ＩＣ１８によってＯＮ／ＯＦＦ駆動されるスイッチ２８から前記電流検出抵抗１６を介して前記ロー側の充放電経路１５に接続され、そのスイッチ２８との接続点の電圧が、前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に取込まれる。
【００４１】
図３は、前記ＡＳＩＣ２９の一構成例を示すブロック図である。前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４は、入力切換え部４１を介して、電圧測定を行うための前記制御ＩＣ１８のアナログ／デジタル変換器１９に選択的に接続される。前記入力切換え部４１は、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨを備えて構成される。
【００４２】
前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈは、一端側が前記各端子Ｔ３０〜Ｔ３４に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈまたはロー側入力端１９Ｌに接続される。前記スイッチＳＴＬ，ＳＴＨは、一端側が前記電流検出抵抗１６の各端子に接続され、他端側が前記アナログ／デジタル変換器１９のハイ側入力端１９Ｈとロー側入力端１９Ｌとにそれぞれ接続される。前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨは、セル選択部４２によって選択的にＯＮ／ＯＦＦ駆動される。
【００４３】
したがって、たとえばスイッチＳＴＬ，ＳＴＨをＯＮし、スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、電流検出抵抗１６の端子間電圧、したがって各セルＥ１〜Ｅ４の充放電の電流を検出することができる。また、たとえばスイッチＳ０Ｌ，Ｓ４ＨをＯＮし、スイッチＳ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ５Ｌ，Ｓ５ＨをＯＦＦすることで、アナログ／デジタル変換器１９は、組電池１４の全体に掛かる充電または放電電圧を検出することができる。
【００４４】
前記スイッチＳ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ；ＳＴＬ，ＳＴＨの切換え信号は、制御ＩＣ１８側の制御部２１内の切換え制御部２１１によって発生され、前記通信部２０からＡＳＩＣ２９側の通信部４３を介して、前記セル選択部４２に与えられる。そして、アナログ／デジタル変換器１９で得られた検出結果から、前記制御部２１内の充放電制御部２１０は前記のように充電器３へ充電電圧および電流の要求を行い、また組電池１４の残量演算を行い、異常検出部２１２は異常を検出し、保護動作を行う。
【００４５】
前記二重保護ＩＣ２３は、各入力端子Ｔ４０〜Ｔ４４間の電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４を、それぞれ比較器Ａ１〜Ａ４において基準電圧源Ｂ１〜Ｂ４からの基準電圧Ｖｒｅｆ２１〜Ｖｒｅｆ２４と比較し、予め定める過充電の閾値電圧、たとえば前記４．４Ｖ以上となると、ハイレベルを出力して前記ＦＥＴ２７をＯＮする。これに対して、前記制御ＩＣ１８の異常検出部２１２における過充電判定の閾値電圧Ｖｒｅｆ１１〜Ｖｒｅｆ１４は、たとえば前記４．３Ｖである。
【００４６】
上述のように構成される電子機器システムにおいて、注目すべきは、本実施の形態では、電池パック１において、前記二重保護ＩＣ２３が以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作を実行すると、それに連動して、前記組電池１４の電荷を放出させるダイオード５１が設けられていることである。放電手段である前記ダイオード５１は、前記ハイ側の放電経路１１において、保護手段である前記ヒューズ２４，２５と並列に接続され、かつ放電時に順方向バイアスとなるように設けられている。したがって、前記二重保護ＩＣ２３が前記ＦＥＴ２７をＯＮし、発熱抵抗２６を発熱させて前記ヒューズ２４，２５を溶断すると、充電はできないものの、放電は可能であり、負荷機器２での電力消費による組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００４７】
このように構成することで、特に組電池１４に満充電近い電荷が蓄積されている過充電に対する保護動作で使用不能となった場合に顕著に、安全性を向上することができる。好ましくは、図１において破線で示すように、前記二重保護ＩＣ２３による保護動作を制御部２１内の充放電制御部２１０に入力し、二重保護動作が行われたときに該充放電制御部２１０が、通信部２２，３８を介して、負荷機器２の制御部３６に所定の電力消費を要求する信号を出力するように構成される。これによって、電池パック１が過熱しない程度で（ダイオード５１の発熱を抑えつつ）、所定の期間に前記組電池１４の蓄積電荷を放出できる適度な電力が負荷回路３７で消費される。こうして、適切な状態を維持しながら、負荷機器２での電力消費による組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００４８】
なお、前記ヒューズ２４，２５は、二重保護ＩＣ２３の制御によって溶断されるのではなく、自身の有する抵抗成分に過大な電流が流れることによる発熱によって、自発的に溶断するような構成であってもよく、しかしながら二重保護ＩＣ２３の制御によることで、溶断する電圧の精度を高めることができる。前記二重保護ＩＣ２３も、前記制御ＩＣ１８のように、電圧Ｖｉｎ１〜Ｖｉｎ４をアナログ／デジタル変換した後に、デジタル値で過充電判定を行うようにしてもよい。また、前記ダイオード５１に代えて、前記二重保護ＩＣ２３によって、前記ＦＥＴ２７と共にＯＮされるＦＥＴなどの制御端子を有するスイッチ素子が用いられてもよい。
【００４９】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の第２の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、前述の図１〜図３で示す電子機器システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、電池パック１ａにおいて、前記放電手段として、前記ＦＥＴ２７と直列に接続される短絡抵抗５２が用いられることである。短絡抵抗５２は、該電池パック１ａが過熱しない程度の微弱な短絡電流を通過させることができる抵抗値に制御設定されている。
【００５０】
このように構成することで、前記二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮして保護動作を行うと、抵抗値の関係から、先ず発熱抵抗２６に所定の電流が流れてヒューズ２４，２５が溶断し、それによって前記短絡抵抗５２に電流が流れるようになり、組電池１４の端子間Ｔ０−Ｔ４間は緩やかに（ソフト）短絡され、過熱しない程度の微弱な短絡電流が流れる。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５１】
また注目すべきは、本実施の形態では、前記ヒューズ２４，２５と、発熱抵抗２６と、短絡抵抗５２とが、ヒューズモジュール５３として一体にパッケージされていることである。したがって、ヒューズ２４，２５と発熱抵抗２６との構造、すなわち位置関係や接触状態等、ヒューズ２４，２５が溶断するのに要する発熱抵抗２６の発熱量を一定にして、安定した動作を実現することができるとともに、短絡抵抗５２を含めて、端子の共用化で外部へ露出するのは３端子となり、電池パック１ａの組立てを簡略化することができる。
【００５２】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の第３の形態に係る電池パック１ｂの電気的構成を示すブロック図である。この電池パック１ｂは、前述の電池パック１，１ａに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。また、負荷機器２および充電器３は、前述の図１や図４と同様に構成され、図示を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、前記放電手段としての負荷抵抗５４が、二重保護ＩＣ２３ｂ内に設けられることである。具体的には、前記比較器Ａ１〜Ａ４の出力端とＧＮＤの入力端子Ｔ４０との間に前記負荷抵抗５４が設けられ、前記比較器Ａ１〜Ａ４の少なくとも１つで過充電と判定されると、該比較器Ａ１〜Ａ４はハイレベルを出力して前記ＦＥＴ２７をＯＮするとともに、前記負荷抵抗５４に通電を行うことになる。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５３】
［実施の形態４］
図６は、本発明の実施の第４の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。この電子機器システムは、前述の図１〜図３で示す電子機器システムに類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、本実施の形態では、二重保護ＩＣ２３からＦＥＴ２７への出力が制御ＩＣ１８ｃの制御部２１ｃにも入力されており、通常、制御ＩＣ１８ｃは、ＦＥＴ１２，１３をＯＦＦする前記の復帰可能な保護動作を行うと、異常状態が解消するまで、或る程度の動作を休止しているのに対して、二重保護ＩＣ２３がＦＥＴ２７をＯＮする二重保護動作を行うと、制御部２１ｃの前記充放電制御部２１０が、残量演算を繰返し行ったり、アナログ／デジタル変換器１９を高速で動作させるなどして、組電池１４の電力を消費させることである。このように構成してもまた、組電池１４の電荷の放出が可能になる。
【００５４】
ここで、特許第３６８５７２３号公報には、温度ヒューズおよび放電回路が電池の外部に設けられ、放電回路をマニュアルの遠隔操作によって動作させた後に温度ヒューズを交換することで、充放電経路のリセット時間を短縮できることが記載されている。しかしながら、この先行技術は汎用性のない業務用の大型電池に関するもので、本発明のように汎用性の電池パック１，１ａ，１ｂ，１ｃの場合、着脱を可能にしたり、使用される機器２と一体化させたりする必要があり、外部に前記温度ヒューズおよび放電回路を設けることはできず、しかも温度ヒューズを溶断して使用不能にした場合、それに連動して自動的に放電させる必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、過充電などの異常に対して、二重保護ＩＣによって、以降の使用が不能となる復帰不能な保護動作が実行される電池パックにおいて、その保護動作が行われると、それに連動して二次電池の蓄積電荷を自動的に放電させ、安全性を向上できるので、二次電池の電池パックに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の第１の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】電池パック内の構成をさらに詳しく説明するブロック図である。
【図３】セル電圧検出を行うＡＳＩＣの一構成例および制御ＩＣにおいてそれに係わる部分の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の第２の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の第３の形態に係る電池パックの電気的構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の第４の形態に係る電子機器システムの電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ 電池パック
２ 負荷機器
３ 充電器
１１，１５ 充電放経路
１２，１３，２７ ＦＥＴ
１４ 組電池
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
１８，１８ｃ，３０，３５ 制御ＩＣ
１９ アナログ／デジタル変換器
２０，２２，３２，３８，４３ 通信部
２１，２１ｃ 制御部
２１０ 充放電制御部
２１１ 切換え制御部
２１２ 異常検出部
２３，２３ｂ 二重保護ＩＣ
２４，２５ ヒューズ
２６ 発熱抵抗
２７ スイッチ
２９ ＡＳＩＣ
３１ 充電制御部
３３ 充電電流供給回路
４１ 入力切換え部
４２ セル選択部
５１ ダイオード
５２ 短絡抵抗
５３ ヒューズモジュール
５４ 負荷抵抗
Ｃ１１〜Ｃ１４；Ｃ２１〜Ｃ２４ 入力容量
Ｅ１〜Ｅ４ セル
Ｌ０〜Ｌ４ 接続ライン
Ｒ１１〜Ｒ１４；Ｒ２１〜Ｒ２４ 入力抵抗
Ｓ０Ｌ；Ｓ１Ｌ，Ｓ１Ｈ；Ｓ２Ｌ，Ｓ２Ｈ；Ｓ３Ｌ，Ｓ３Ｈ；Ｓ４Ｈ スイッチ
ＳＴＬ，ＳＴＨ スイッチ
Ｔ０〜Ｔ４ 端子
Ｔ１１，Ｔ２１，Ｔ３１；Ｔ１２，Ｔ２２，Ｔ３２；Ｔ１３，Ｔ２３，Ｔ３３ 端子
Ｔ３０〜Ｔ３４；Ｔ４０〜Ｔ４４ 端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池への充放電の経路を遮断することで、以降の使用が不能となる保護動作を実現する保護手段と、
前記保護手段の保護動作に連動して、前記二次電池の電荷を放出させる放電手段とを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記二次電池への充放電の経路に直列に介在され、充放電を制御する制御素子と、
前記二次電池の端子電圧、充放電電流および温度の内、少なくとも１つを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果を予め定める第１の閾値と比較し、異常と判定されると前記制御素子を遮断することで復帰可能に保護動作を行う第１の制御手段と、
前記検出手段の検出結果を前記第１の閾値より高い予め定める第２の閾値と比較し、異常と判定されると前記保護手段を遮断することで前記以降の使用が不能となる保護動作を行う第２の制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズであり、
前記放電手段は、前記ヒューズと並列に接続され、放電時に順方向バイアスとなるダイオードであることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項４】
前記保護手段は、前記ヒューズに、
前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、
前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続されるスイッチとをさらに備え、
前記第２の制御手段は、異常と判定すると、前記スイッチを導通するとともに、負荷機器へ所定の電力消費を要求することを特徴とする請求項３記載の電池パック。
【請求項５】
前記保護手段は、
前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズと、
前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、
前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続され、異常と判定されると前記第２の制御手段によって導通されるスイッチとを備えて構成され、
前記放電手段は、前記二次電池の端子間に前記スイッチと直列に接続され、微弱な短絡電流を通過させる短絡抵抗であることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項６】
前記ヒューズと、発熱抵抗と、短絡抵抗とが、一体にパッケージされていることを特徴とする請求項５記載の電池パック。
【請求項７】
前記放電手段は前記第２の制御手段に接続される負荷抵抗から成り、
前記第２の制御手段から前記保護手段への制御出力を、前記負荷抵抗にも与えることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項８】
前記放電手段は前記第１の制御手段から成り、
前記第２の制御手段は、前記保護手段を遮断するとともに、第１の制御手段を動作させ続けることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項１】
二次電池と、
前記二次電池への充放電の経路を遮断することで、以降の使用が不能となる保護動作を実現する保護手段と、
前記保護手段の保護動作に連動して、前記二次電池の電荷を放出させる放電手段とを含むことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記二次電池への充放電の経路に直列に介在され、充放電を制御する制御素子と、
前記二次電池の端子電圧、充放電電流および温度の内、少なくとも１つを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果を予め定める第１の閾値と比較し、異常と判定されると前記制御素子を遮断することで復帰可能に保護動作を行う第１の制御手段と、
前記検出手段の検出結果を前記第１の閾値より高い予め定める第２の閾値と比較し、異常と判定されると前記保護手段を遮断することで前記以降の使用が不能となる保護動作を行う第２の制御手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記保護手段は、前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズであり、
前記放電手段は、前記ヒューズと並列に接続され、放電時に順方向バイアスとなるダイオードであることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項４】
前記保護手段は、前記ヒューズに、
前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、
前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続されるスイッチとをさらに備え、
前記第２の制御手段は、異常と判定すると、前記スイッチを導通するとともに、負荷機器へ所定の電力消費を要求することを特徴とする請求項３記載の電池パック。
【請求項５】
前記保護手段は、
前記二次電池への充放電の経路に介在されるヒューズと、
前記ヒューズを溶断することができる発熱抵抗と、
前記二次電池の端子間に前記発熱抵抗と直列に接続され、異常と判定されると前記第２の制御手段によって導通されるスイッチとを備えて構成され、
前記放電手段は、前記二次電池の端子間に前記スイッチと直列に接続され、微弱な短絡電流を通過させる短絡抵抗であることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項６】
前記ヒューズと、発熱抵抗と、短絡抵抗とが、一体にパッケージされていることを特徴とする請求項５記載の電池パック。
【請求項７】
前記放電手段は前記第２の制御手段に接続される負荷抵抗から成り、
前記第２の制御手段から前記保護手段への制御出力を、前記負荷抵抗にも与えることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【請求項８】
前記放電手段は前記第１の制御手段から成り、
前記第２の制御手段は、前記保護手段を遮断するとともに、第１の制御手段を動作させ続けることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−２４５４００（Ｐ２００８−２４５４００Ａ）
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８１１２６（Ｐ２００７−８１１２６）
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２７日（２００７．３．２７）
【出願人】（０００００５８２１）松下電器産業株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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