JP3273714B2 - 二次電池の保護装置 - Google Patents
二次電池の保護装置Info
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Classifications
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
- Protection Of Static Devices (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【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、特にリチウムイオン二次電池において効果的な二
次電池の保護装置に関するものである。
関し、特にリチウムイオン二次電池において効果的な二
次電池の保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】二次電池においては、適正な充放電条件
を越えて過充電を行なったり、過放電を行なったり、過
電流が流れたりすると、電解液の分解に伴ってガスを発
生したり、電池内部で短絡を生じたり、過熱する等の問
題を発生することになる。
を越えて過充電を行なったり、過放電を行なったり、過
電流が流れたりすると、電解液の分解に伴ってガスを発
生したり、電池内部で短絡を生じたり、過熱する等の問
題を発生することになる。
【０００３】そこで、従来から過充電、過放電、過電流
を防止するための手段を講じた二次電池の保護装置が種
々提案されている。例えば、特開平４−７５４３０号公
報には、二次電池の充放電経路に電池と直列に寄生ダイ
オード付きＭＯＳ ＦＥＴ等から成る過充電保護用と過
放電保護用のスイッチング手段を配設し、制御回路にて
二次電池の電圧を検出し、その検出電圧によってスイッ
チング手段をオン・オフ制御するようにしたものが開示
されている。
を防止するための手段を講じた二次電池の保護装置が種
々提案されている。例えば、特開平４−７５４３０号公
報には、二次電池の充放電経路に電池と直列に寄生ダイ
オード付きＭＯＳ ＦＥＴ等から成る過充電保護用と過
放電保護用のスイッチング手段を配設し、制御回路にて
二次電池の電圧を検出し、その検出電圧によってスイッ
チング手段をオン・オフ制御するようにしたものが開示
されている。
【０００４】図５〜図９を参照して具体的に説明する。
図５において、複数の電池セルブロック１Ａ、１Ｂが＋
端子２と−端子３間に直列に接続され、かつこれら電池
セルブロック１Ａ、１Ｂに対して直列に過充電保護用の
寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（以下、充電ＦＥＴと
略称する）４と過放電保護用の寄生ダイオード付きＭＯ
Ｓ ＦＥＴ（以下、放電ＦＥＴと略称する）５とが配設
されている。これら充電ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５をオン
・オフ制御する制御回路６が設けられ、この制御回路６
には各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧が入力さ
れている。また、充放電経路の放電ＦＥＴ５と電池セル
ブロック１Ｂの間が接地され、充電ＦＥＴ４と−端子３
との間の電圧が制御回路６の比較器９に入力され、充電
ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５の両端電圧にて放電電流ＩDCHG
を検出するように構成されている。
図５において、複数の電池セルブロック１Ａ、１Ｂが＋
端子２と−端子３間に直列に接続され、かつこれら電池
セルブロック１Ａ、１Ｂに対して直列に過充電保護用の
寄生ダイオード付きＭＯＳＦＥＴ（以下、充電ＦＥＴと
略称する）４と過放電保護用の寄生ダイオード付きＭＯ
Ｓ ＦＥＴ（以下、放電ＦＥＴと略称する）５とが配設
されている。これら充電ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５をオン
・オフ制御する制御回路６が設けられ、この制御回路６
には各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧が入力さ
れている。また、充放電経路の放電ＦＥＴ５と電池セル
ブロック１Ｂの間が接地され、充電ＦＥＴ４と−端子３
との間の電圧が制御回路６の比較器９に入力され、充電
ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５の両端電圧にて放電電流ＩDCHG
を検出するように構成されている。
【０００５】過充電保護時には制御回路６にて、図６
（ａ）に示すように、充電ＦＥＴ４がオフされて充電電
流が遮断される。ただし、その場合でも放電電流ＩDCHG
は矢印で示すように充電ＦＥＴ４の寄生ダイオード４ａ
を通って流れる。逆に、過放電保護時には、図６（ｂ）
に示すように、放電ＦＥＴ５がオフされて放電電流が遮
断されかつその場合にも充電電流ＩCHG は矢印で示すよ
うに充電ＦＥＴ５の寄生ダイオード５ａを通って流れ
る。
（ａ）に示すように、充電ＦＥＴ４がオフされて充電電
流が遮断される。ただし、その場合でも放電電流ＩDCHG
は矢印で示すように充電ＦＥＴ４の寄生ダイオード４ａ
を通って流れる。逆に、過放電保護時には、図６（ｂ）
に示すように、放電ＦＥＴ５がオフされて放電電流が遮
断されかつその場合にも充電電流ＩCHG は矢印で示すよ
うに充電ＦＥＴ５の寄生ダイオード５ａを通って流れ
る。
【０００６】制御回路６は各電池セルブロック１Ａ、１
Ｂの電圧ＶBA、ＶBBを検出しており、充電時には、図７
に示すように、何れか一方、図示例では電池セルブロッ
ク１Ａの電圧ＶBAが第１の電圧値（例えば、４．３０
Ｖ）以上になると、充電ＦＥＴ４をオフして充電電流Ｉ
CHG を遮断する。また、この電池セルブロック１Ａの電
圧ＶBAが第２の電圧値（例えば、４．００Ｖ）以下にな
ると、充電ＦＥＴ４をオンして過充電保護機能を解除す
る。
Ｂの電圧ＶBA、ＶBBを検出しており、充電時には、図７
に示すように、何れか一方、図示例では電池セルブロッ
ク１Ａの電圧ＶBAが第１の電圧値（例えば、４．３０
Ｖ）以上になると、充電ＦＥＴ４をオフして充電電流Ｉ
CHG を遮断する。また、この電池セルブロック１Ａの電
圧ＶBAが第２の電圧値（例えば、４．００Ｖ）以下にな
ると、充電ＦＥＴ４をオンして過充電保護機能を解除す
る。
【０００７】放電時には、図８に示すように、何れか一
方、図示例では電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第４
の電圧値（例えば、２．６０Ｖ）以下になると、放電Ｆ
ＥＴ５をオフして放電電流ＩDCHGを遮断する。また、こ
の電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第３の電圧値（例
えば、３．２０Ｖ）以上になると、放電ＦＥＴ５をオン
して過放電保護機能を解除する。
方、図示例では電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第４
の電圧値（例えば、２．６０Ｖ）以下になると、放電Ｆ
ＥＴ５をオフして放電電流ＩDCHGを遮断する。また、こ
の電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第３の電圧値（例
えば、３．２０Ｖ）以上になると、放電ＦＥＴ５をオン
して過放電保護機能を解除する。
【０００８】また、放電時に過電流が流れるのを防止す
るため、直列接続されたＦＥＴ４、５の両端に発生する
電位差により放電電流を検出し、図９に示すように、所
定電流値（例えば、５．０Ａ）以上の電流が規定時間
（例えば１．０ｍｓ）以上連続して流れると、放電ＦＥ
Ｔ５をオフしている。また、検出電位差が所定値以下に
なると、過電流保護機能を解除している。
るため、直列接続されたＦＥＴ４、５の両端に発生する
電位差により放電電流を検出し、図９に示すように、所
定電流値（例えば、５．０Ａ）以上の電流が規定時間
（例えば１．０ｍｓ）以上連続して流れると、放電ＦＥ
Ｔ５をオフしている。また、検出電位差が所定値以下に
なると、過電流保護機能を解除している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、各電池セル
ブロック１Ａ、１Ｂは繰り返し使用によって劣化等を生
じるのは避けられず、かつその劣化等が各電池セルブロ
ック１Ａ、１Ｂで均一に進展することはむしろ殆どな
い。各電池セルブロック１Ａ、１Ｂに劣化等がアンバラ
ンスに発生して各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの容量が
不均一になると、充電時には容量の少ない電池セルブロ
ックの電圧が他の電池セルブロックよりも上昇し、放電
時にはやはり容量の最も少ない電池セルブロックの電圧
が他の電池セルブロックよりも早く低下することにな
る。
ブロック１Ａ、１Ｂは繰り返し使用によって劣化等を生
じるのは避けられず、かつその劣化等が各電池セルブロ
ック１Ａ、１Ｂで均一に進展することはむしろ殆どな
い。各電池セルブロック１Ａ、１Ｂに劣化等がアンバラ
ンスに発生して各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの容量が
不均一になると、充電時には容量の少ない電池セルブロ
ックの電圧が他の電池セルブロックよりも上昇し、放電
時にはやはり容量の最も少ない電池セルブロックの電圧
が他の電池セルブロックよりも早く低下することにな
る。
【００１０】そこで、このような電池セルブロック１
Ａ、１Ｂの劣化等に対する保護機能を上記過充放電防止
機能に併用して設け、劣化等による過充放電に関して早
期の保護機能を持たせること、及び劣化等による過充放
電の場合はその保護機能の解除を行なわないようにする
ことが望まれる。
Ａ、１Ｂの劣化等に対する保護機能を上記過充放電防止
機能に併用して設け、劣化等による過充放電に関して早
期の保護機能を持たせること、及び劣化等による過充放
電の場合はその保護機能の解除を行なわないようにする
ことが望まれる。
【００１１】本発明は、上記観点から電池セルブロック
の劣化等に対する保護機能を有する二次電池の保護装置
を提供することを目的としている。
の劣化等に対する保護機能を有する二次電池の保護装置
を提供することを目的としている。
【００１２】
【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、複数の電池セルブロックが直列に接続され、充
放電経路に制御回路にてオンオフ制御可能な充電用と放
電用のスイッチング素子が介装された二次電池におい
て、充放電時に各電池セルブロックの電圧を検出する手
段を設け、電池セルブロック間の相対電圧の時間微分値
を演算し、その微分値が一定値を越えると充放電を禁止
するようにスイッチング素子を制御する手段を制御回路
に設けたことを特徴とする。
装置は、複数の電池セルブロックが直列に接続され、充
放電経路に制御回路にてオンオフ制御可能な充電用と放
電用のスイッチング素子が介装された二次電池におい
て、充放電時に各電池セルブロックの電圧を検出する手
段を設け、電池セルブロック間の相対電圧の時間微分値
を演算し、その微分値が一定値を越えると充放電を禁止
するようにスイッチング素子を制御する手段を制御回路
に設けたことを特徴とする。
【００１３】
【作用】本発明の二次電池の保護装置によれば、電池セ
ルブロック間の相対電圧の時間微分値が一定値を越える
と充放電を禁止するようにしているので、各電池セルブ
ロックの劣化等によってその容量が不均一になり、セル
バランスのくずれが発生したときに、確実にそれを検出
して充放電を禁止するため、劣化等による過充電及び過
放電の未然防止を図ることができ、安全性の向上を図る
ことができる。
ルブロック間の相対電圧の時間微分値が一定値を越える
と充放電を禁止するようにしているので、各電池セルブ
ロックの劣化等によってその容量が不均一になり、セル
バランスのくずれが発生したときに、確実にそれを検出
して充放電を禁止するため、劣化等による過充電及び過
放電の未然防止を図ることができ、安全性の向上を図る
ことができる。
【００１４】しかも相対電圧の時間微分値を用いている
ので、相対電圧の大きさに劣化等以外の要因でばらつき
があっても、より的確に各電池セルブロックの劣化等に
よるセルバランスのくずれを検出することができ、高い
信頼性をもって劣化等による過充電及び過放電の未然防
止を図ることができる。
ので、相対電圧の大きさに劣化等以外の要因でばらつき
があっても、より的確に各電池セルブロックの劣化等に
よるセルバランスのくずれを検出することができ、高い
信頼性をもって劣化等による過充電及び過放電の未然防
止を図ることができる。
【００１５】
【実施例】以下、本発明の二次電池の保護装置の一実施
例について、図１〜図４を参照して説明する。
例について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１６】図１において、リチウムイオン電池から成
る複数の電池セルブロック１Ａ、１Ｂが＋端子２と−端
子３間に直列に接続され、かつこれら電池セルブロック
１Ａ、１Ｂに対して直列に過充電保護用の寄生ダイオー
ド付きＭＯＳ ＦＥＴ（以下、充電ＦＥＴと略称する）
４と過放電保護用の寄生ダイオード付きＭＯＳ ＦＥＴ
（以下、放電ＦＥＴと略称する）５とが配設されてい
る。これらＦＥＴ４、５はオン時には１００ｍΩ程度の
抵抗を有している。また、寄生ダイオード４ａ、５ａの
ＶF は０．７Ｖ程度である。これら充電ＦＥＴ４と放電
ＦＥＴ５をオン・オフ制御する制御回路６が設けられ、
この制御回路６に各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端
電圧が入力されている。また、充放電電流を検出するた
め、約２０〜５０ｍΩ程度の電流検出用抵抗７が充放電
経路の放電ＦＥＴ５と電池セルブロック１Ｂの間に介装
されている。制御回路６には、充電電流又は放電電流に
よってこの電流検出用抵抗７に発生する微小電位差を増
幅して検出する手段８が設けられ、充電電流ＩCHG 及び
放電電流ＩDCHGを検出するように構成されている。この
ように電流検出用抵抗７を介装することにより、充電Ｆ
ＥＴ４と放電ＦＥＴ５の動作状態に無関係に精度の高い
電流検出を行なうことができる。
る複数の電池セルブロック１Ａ、１Ｂが＋端子２と−端
子３間に直列に接続され、かつこれら電池セルブロック
１Ａ、１Ｂに対して直列に過充電保護用の寄生ダイオー
ド付きＭＯＳ ＦＥＴ（以下、充電ＦＥＴと略称する）
４と過放電保護用の寄生ダイオード付きＭＯＳ ＦＥＴ
（以下、放電ＦＥＴと略称する）５とが配設されてい
る。これらＦＥＴ４、５はオン時には１００ｍΩ程度の
抵抗を有している。また、寄生ダイオード４ａ、５ａの
ＶF は０．７Ｖ程度である。これら充電ＦＥＴ４と放電
ＦＥＴ５をオン・オフ制御する制御回路６が設けられ、
この制御回路６に各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端
電圧が入力されている。また、充放電電流を検出するた
め、約２０〜５０ｍΩ程度の電流検出用抵抗７が充放電
経路の放電ＦＥＴ５と電池セルブロック１Ｂの間に介装
されている。制御回路６には、充電電流又は放電電流に
よってこの電流検出用抵抗７に発生する微小電位差を増
幅して検出する手段８が設けられ、充電電流ＩCHG 及び
放電電流ＩDCHGを検出するように構成されている。この
ように電流検出用抵抗７を介装することにより、充電Ｆ
ＥＴ４と放電ＦＥＴ５の動作状態に無関係に精度の高い
電流検出を行なうことができる。
【００１７】次に、以上の構成による過充電保護動作、
過放電保護動作、過電流保護動作について順次説明す
る。
過放電保護動作、過電流保護動作について順次説明す
る。
【００１８】まず、過充電保護動作を図２を参照して説
明する。制御回路６は各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの
両端電圧ＶBA、ＶBBを検出し、それらの相対電圧値｜Ｖ
BA−ＶBB｜が規定電圧値（例えば、０．３〜０．５Ｖ、
図示例では０．３Ｖ）より小さい場合には、図２（ａ）
に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図示例で
は電池セルブロック１Ａの電圧ＶBAが第１の電圧値（例
えば、４．３０Ｖ）以上になると、充電ＦＥＴ４をオフ
して充電電流ＩCHG を遮断し、またこの電池セルブロッ
ク１Ａの電圧ＶBAが第２の電圧値（例えば、４．００
Ｖ）以下になると、充電ＦＥＴ４をオンして過充電保護
機能を解除する。
明する。制御回路６は各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの
両端電圧ＶBA、ＶBBを検出し、それらの相対電圧値｜Ｖ
BA−ＶBB｜が規定電圧値（例えば、０．３〜０．５Ｖ、
図示例では０．３Ｖ）より小さい場合には、図２（ａ）
に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図示例で
は電池セルブロック１Ａの電圧ＶBAが第１の電圧値（例
えば、４．３０Ｖ）以上になると、充電ＦＥＴ４をオフ
して充電電流ＩCHG を遮断し、またこの電池セルブロッ
ク１Ａの電圧ＶBAが第２の電圧値（例えば、４．００
Ｖ）以下になると、充電ＦＥＴ４をオンして過充電保護
機能を解除する。
【００１９】また、過充電保護機能の解除動作に関して
は、さらに充電ＦＥＴ４がオフして充電電流ＩCHG を遮
断している状態で規定電流値（例えば、０．２Ａ）以上
の放電電流ＩDCHGが規定時間（例えば１０ｍｓ）以上連
続して流れた場合には、図２（ａ）に仮想線で示すよう
に、電池セルブロックの電圧が第２の電圧値（例えば、
４．００Ｖ）以下にならなくても充電ＦＥＴ４をオンし
て過充電保護機能を解除するようにしている。このよう
に過充電保護動作中に規定値以上の放電電流が連続して
流れた場合に充電ＦＥＴ４をオンすることにより、放電
電流による充電ＦＥＴ４の寄生ダイオード４ａにおける
電力損失により発熱して充電ＦＥＴ４が破壊するのを防
止している。
は、さらに充電ＦＥＴ４がオフして充電電流ＩCHG を遮
断している状態で規定電流値（例えば、０．２Ａ）以上
の放電電流ＩDCHGが規定時間（例えば１０ｍｓ）以上連
続して流れた場合には、図２（ａ）に仮想線で示すよう
に、電池セルブロックの電圧が第２の電圧値（例えば、
４．００Ｖ）以下にならなくても充電ＦＥＴ４をオンし
て過充電保護機能を解除するようにしている。このよう
に過充電保護動作中に規定値以上の放電電流が連続して
流れた場合に充電ＦＥＴ４をオンすることにより、放電
電流による充電ＦＥＴ４の寄生ダイオード４ａにおける
電力損失により発熱して充電ＦＥＴ４が破壊するのを防
止している。
【００２０】一方、上記各電池セルブロック１Ａ、１Ｂ
の両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が
０．３Ｖ以上になった場合には、図２（ｂ）に示すよう
に、たとえ電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧
ＶBA、ＶBBが第１の電圧値に到達していなくても充電Ｆ
ＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共にオフし、その後解除動作
を行なうことなく、永久に充電及び放電禁止、即ち使用
禁止とする。
の両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が
０．３Ｖ以上になった場合には、図２（ｂ）に示すよう
に、たとえ電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧
ＶBA、ＶBBが第１の電圧値に到達していなくても充電Ｆ
ＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共にオフし、その後解除動作
を行なうことなく、永久に充電及び放電禁止、即ち使用
禁止とする。
【００２１】このように相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が規
定値以上になったときにこれを検出することにより、各
電池セルブロック１Ａ、１Ｂの劣化等によってその容量
が不均一になり、セルバランスのくずれが発生したこと
を検出でき、それに基づいて二次電池を使用禁止するこ
とにより過充電の未然防止を図ることができる。
定値以上になったときにこれを検出することにより、各
電池セルブロック１Ａ、１Ｂの劣化等によってその容量
が不均一になり、セルバランスのくずれが発生したこと
を検出でき、それに基づいて二次電池を使用禁止するこ
とにより過充電の未然防止を図ることができる。
【００２２】次に、過放電保護動作を図３を参照して説
明する。この時も過充電保護動作時と同様に制御回路６
は各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBB
を検出し、それらの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が規定電
圧値（例えば、０．３Ｖ）より小さい場合には、図３
（ａ）に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図
示例では電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第４の電圧
値（例えば、２．６０Ｖ）以下になると、放電ＦＥＴ５
をオフして放電電流ＩDCHGを遮断し、またこの電池セル
ブロック１Ｂの電圧ＶBBが第３の電圧値（例えば、３．
２０Ｖ）以上になると、放電ＦＥＴ５をオンして過放電
保護機能を解除する。
明する。この時も過充電保護動作時と同様に制御回路６
は各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBB
を検出し、それらの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が規定電
圧値（例えば、０．３Ｖ）より小さい場合には、図３
（ａ）に示すように、従来例と同様に何れかの一方、図
示例では電池セルブロック１Ｂの電圧ＶBBが第４の電圧
値（例えば、２．６０Ｖ）以下になると、放電ＦＥＴ５
をオフして放電電流ＩDCHGを遮断し、またこの電池セル
ブロック１Ｂの電圧ＶBBが第３の電圧値（例えば、３．
２０Ｖ）以上になると、放電ＦＥＴ５をオンして過放電
保護機能を解除する。
【００２３】また、過放電保護機能の解除動作に関して
も、過充電保護動作時と同様に放電ＦＥＴ５がオフして
放電電流ＩDCHGを遮断している状態で規定電流値（例え
ば、０．２Ａ）以上の充電電流ＩCHG が規定時間（例え
ば１０ｍｓ）以上連続して流れた場合には、図３（ａ）
に仮想線で示すように、電池セルブロックの電圧が第３
の電圧値（例えば、３．２０Ｖ）以上にならなくても放
電ＦＥＴ５をオンして過放電保護機能を解除するように
している。このように過放電保護動作中に規定値以上の
充電電流が連続して流れた場合に放電ＦＥＴ５をオンす
ることにより、充電電流による放電ＦＥＴ５の寄生ダイ
オード５ａにおける電力損失により発熱して放電ＦＥＴ
５が破壊するのを防止している。
も、過充電保護動作時と同様に放電ＦＥＴ５がオフして
放電電流ＩDCHGを遮断している状態で規定電流値（例え
ば、０．２Ａ）以上の充電電流ＩCHG が規定時間（例え
ば１０ｍｓ）以上連続して流れた場合には、図３（ａ）
に仮想線で示すように、電池セルブロックの電圧が第３
の電圧値（例えば、３．２０Ｖ）以上にならなくても放
電ＦＥＴ５をオンして過放電保護機能を解除するように
している。このように過放電保護動作中に規定値以上の
充電電流が連続して流れた場合に放電ＦＥＴ５をオンす
ることにより、充電電流による放電ＦＥＴ５の寄生ダイ
オード５ａにおける電力損失により発熱して放電ＦＥＴ
５が破壊するのを防止している。
【００２４】一方、上記各電池セルブロック１Ａ、１Ｂ
の両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が
０．３Ｖ以上になった場合には、図３（ｂ）に示すよう
に、過充電保護動作時と同様に、たとえ電池セルブロッ
ク１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBBが第４の電圧値まで
下降していなくても充電ＦＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共
にオフし、その後解除動作を行なうことなく、永久に充
電及び放電禁止、即ち使用禁止とする。
の両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA−ＶBB｜が
０．３Ｖ以上になった場合には、図３（ｂ）に示すよう
に、過充電保護動作時と同様に、たとえ電池セルブロッ
ク１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBBが第４の電圧値まで
下降していなくても充電ＦＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共
にオフし、その後解除動作を行なうことなく、永久に充
電及び放電禁止、即ち使用禁止とする。
【００２５】なお、以上の説明では各電池セルブロック
１Ａ、１Ｂの劣化等の検出において、各電池セルブロッ
ク１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA
−ＶBB｜を用いたが、電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両
端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧｜ＶBA−ＶBB｜の時間微分
値、すなわちｄ｜ＶBA−ＶBB｜／ｄｔを演算し、その微
分値、例えば１０分あたりの相対電圧の変化が規定値を
越えると、充電ＦＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共にオフ
し、その後解除動作を行なうことなく使用禁止としても
よい。一般に、各電池セルブロック１Ａ、１Ｂに劣化が
発生すると加速度的に劣化が進展するので、このように
相対電圧の微分値を用いると、相対電圧の大きさは劣化
等以外の要因でばらつきが生じやすいのに対して、より
的確に各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの劣化等によるセ
ルバランスのくずれを検出することができる。
１Ａ、１Ｂの劣化等の検出において、各電池セルブロッ
ク１Ａ、１Ｂの両端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧値｜ＶBA
−ＶBB｜を用いたが、電池セルブロック１Ａ、１Ｂの両
端電圧ＶBA、ＶBBの相対電圧｜ＶBA−ＶBB｜の時間微分
値、すなわちｄ｜ＶBA−ＶBB｜／ｄｔを演算し、その微
分値、例えば１０分あたりの相対電圧の変化が規定値を
越えると、充電ＦＥＴ４及び放電ＦＥＴ５を共にオフ
し、その後解除動作を行なうことなく使用禁止としても
よい。一般に、各電池セルブロック１Ａ、１Ｂに劣化が
発生すると加速度的に劣化が進展するので、このように
相対電圧の微分値を用いると、相対電圧の大きさは劣化
等以外の要因でばらつきが生じやすいのに対して、より
的確に各電池セルブロック１Ａ、１Ｂの劣化等によるセ
ルバランスのくずれを検出することができる。
【００２６】次に、過電流保護動作を図４を参照して説
明する。充電電流及び放電電流の両者に関して、電流検
出用抵抗７に発生する微小電位差を制御装置６の増幅検
出手段８にて検出し、充電電流又は放電電流が所定値を
越えると検出動作を開始し、図４（ａ）に実線で示すよ
うに、その検出電流値に反比例するように設定された所
定の遅延時間後に過電流を確認して充電又は放電を禁止
するように充電ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５とを遮断する。
図示例では、検出電流値が５Ａのときに遅延時間を１．
０ｍｓに、１０Ａで５００μｓに設定している。なお、
検出値がいかに大きくても１００μｓは遅延時間を設定
し、充電又は機器使用時のピーク電流による誤動作を防
ぐようにしている。なお、この過電流保護動作は、規定
時間後に自動復帰される。
明する。充電電流及び放電電流の両者に関して、電流検
出用抵抗７に発生する微小電位差を制御装置６の増幅検
出手段８にて検出し、充電電流又は放電電流が所定値を
越えると検出動作を開始し、図４（ａ）に実線で示すよ
うに、その検出電流値に反比例するように設定された所
定の遅延時間後に過電流を確認して充電又は放電を禁止
するように充電ＦＥＴ４と放電ＦＥＴ５とを遮断する。
図示例では、検出電流値が５Ａのときに遅延時間を１．
０ｍｓに、１０Ａで５００μｓに設定している。なお、
検出値がいかに大きくても１００μｓは遅延時間を設定
し、充電又は機器使用時のピーク電流による誤動作を防
ぐようにしている。なお、この過電流保護動作は、規定
時間後に自動復帰される。
【００２７】このように、放電時だけでなく充電時も過
電流保護を行なうことにより、大電流通過による充電Ｆ
ＥＴ４及び放電ＦＥＴ５の熱破壊を防止することがで
き、特にリチウムイオン電池においてはこれら充電ＦＥ
Ｔ４及び放電ＦＥＴ５の破壊は安全確保上重要であるた
めに効果が大きい。また、ＦＥＴ４、５の熱破壊を防止
するためには、電流値に応じて遅延時間を可変すること
は重要である。即ち、ＦＥＴはオン時は抵抗体（Ｒ）と
見なすことができ、電流Ｉが流れたときの電力損失はＩ
2 Ｒであり、電力損失がある遅延時間（Δｔ）まで許容
されるとすると、Ｉ2 Ｒ・Δｔ＝Ｃｏｎｓｔ．が成立す
る。従って、Δｔ＝Ｃｏｎｓｔ．／Ｉ2 Ｒとなり、遅延
時間はＩ2 に反比例させれば良いことになる。そこで、
上記のように検出電流値に反比例して遅延時間を設定す
ることにより、一定の検出電流値で一定の遅延時間を設
定する場合に比してＦＥＴ４、５の熱破壊を確実に防止
することができる。
電流保護を行なうことにより、大電流通過による充電Ｆ
ＥＴ４及び放電ＦＥＴ５の熱破壊を防止することがで
き、特にリチウムイオン電池においてはこれら充電ＦＥ
Ｔ４及び放電ＦＥＴ５の破壊は安全確保上重要であるた
めに効果が大きい。また、ＦＥＴ４、５の熱破壊を防止
するためには、電流値に応じて遅延時間を可変すること
は重要である。即ち、ＦＥＴはオン時は抵抗体（Ｒ）と
見なすことができ、電流Ｉが流れたときの電力損失はＩ
2 Ｒであり、電力損失がある遅延時間（Δｔ）まで許容
されるとすると、Ｉ2 Ｒ・Δｔ＝Ｃｏｎｓｔ．が成立す
る。従って、Δｔ＝Ｃｏｎｓｔ．／Ｉ2 Ｒとなり、遅延
時間はＩ2 に反比例させれば良いことになる。そこで、
上記のように検出電流値に反比例して遅延時間を設定す
ることにより、一定の検出電流値で一定の遅延時間を設
定する場合に比してＦＥＴ４、５の熱破壊を確実に防止
することができる。
【００２８】上記説明では、遅延時間を検出電流値に対
して反比例して設定したが、図４（ａ）に仮想線で示す
ように、遅延時間を検出電流値の二乗に反比例して設定
すると、上記説明から明らかなように電流による発熱量
が一定になった時点で電流遮断することになり、合理的
な遅延時間の設定が成され、大電流の許容範囲を広げな
がら確実にＦＥＴの破壊を防止できる。更に、図４
（ｂ）に示すように、遅延時間を検出電流値に対して指
数関数的に短くなるように設定してもよい。
して反比例して設定したが、図４（ａ）に仮想線で示す
ように、遅延時間を検出電流値の二乗に反比例して設定
すると、上記説明から明らかなように電流による発熱量
が一定になった時点で電流遮断することになり、合理的
な遅延時間の設定が成され、大電流の許容範囲を広げな
がら確実にＦＥＴの破壊を防止できる。更に、図４
（ｂ）に示すように、遅延時間を検出電流値に対して指
数関数的に短くなるように設定してもよい。
【００２９】
【発明の効果】本発明の二次電池の保護装置によれば、
以上の説明から明らかなように、電池セルブロック間の
相対電圧の時間微分値が一定値を越えると充放電を禁止
するようにしているので、各電池セルブロックの劣化等
によってその容量が不均一になり、セルバランスのくず
れが発生したときに、確実にそれを検出して二次電池を
使用禁止するため、劣化等による過充電及び過放電の未
然防止を図ることができ、安全性の向上を図ることがで
きる。
以上の説明から明らかなように、電池セルブロック間の
相対電圧の時間微分値が一定値を越えると充放電を禁止
するようにしているので、各電池セルブロックの劣化等
によってその容量が不均一になり、セルバランスのくず
れが発生したときに、確実にそれを検出して二次電池を
使用禁止するため、劣化等による過充電及び過放電の未
然防止を図ることができ、安全性の向上を図ることがで
きる。
【００３０】しかも相対電圧の時間微分値を用いている
ので、相対電圧の大きさに劣化等以外の要因でばらつき
があっても、より的確に各電池セルブロックの劣化等に
よるセルバランスのくずれを検出することができ、高い
信頼性をもって劣化等による過充電及び過放電の未然防
止を図ることができる。
ので、相対電圧の大きさに劣化等以外の要因でばらつき
があっても、より的確に各電池セルブロックの劣化等に
よるセルバランスのくずれを検出することができ、高い
信頼性をもって劣化等による過充電及び過放電の未然防
止を図ることができる。
【図１】本発明の二次電池の保護装置の一実施例におけ
る回路図である。
る回路図である。
【図２】同実施例における過充電保護動作の説明図であ
る。
る。
【図３】同実施例における過放電保護動作の説明図であ
る。
る。
【図４】同実施例における過電流保護動作の説明図であ
る。
る。
【図５】従来例の二次電池の保護装置の回路図である。
【図６】寄生ダイオード付きＦＥＴの充電保護時と放電
保護時の作用説明図である。
保護時の作用説明図である。
【図７】同従来例における過充電保護動作の説明図であ
る。
る。
【図８】同従来例における過放電保護動作の説明図であ
る。
る。
【図９】同従来例における過電流保護動作の説明図であ
る。
る。
１Ａ 電池セルブロック １Ｂ 電池セルブロック ４ 充電ＦＥＴ ５ 放電ＦＥＴ ６ 制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−141479（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−68912（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−49181（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105457（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−105458（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−308114（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−140206（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−325798（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−19107（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/12 H02J 7/12 - 7/36 H02H 7/18 G01R 31/36 H01M 10/44
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の電池セルブロックが直列に接続さ
れ、充放電経路に制御回路にてオンオフ制御可能な充電
用と放電用のスイッチング素子が介装された二次電池に
おいて、充放電時に各電池セルブロックの電圧を検出す
る手段を設け、電池セルブロック間の相対電圧の時間微
分値を演算し、その微分値が一定値を越えると充放電を
禁止するようにスイッチング素子を制御する手段を制御
回路に設けたことを特徴とする二次電池の保護装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16560895A JP3273714B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 二次電池の保護装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16560895A JP3273714B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 二次電池の保護装置 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001354904A Division JP3538175B2 (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 二次電池の保護装置 |
| JP2001354912A Division JP2002204534A (ja) | 2001-11-20 | 2001-11-20 | 二次電池の保護装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0919053A JPH0919053A (ja) | 1997-01-17 |
| JP3273714B2 true JP3273714B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=15815599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16560895A Expired - Fee Related JP3273714B2 (ja) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | 二次電池の保護装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP2001057743A (ja) * | 1999-08-18 | 2001-02-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池保護装置 |
| JP2001057740A (ja) * | 1999-08-18 | 2001-02-27 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電池保護装置 |
| JP4590838B2 (ja) * | 2003-07-22 | 2010-12-01 | 富士電機システムズ株式会社 | インバータ装置 |
| JP4535910B2 (ja) * | 2005-03-16 | 2010-09-01 | 株式会社リコー | ２次電池保護回路とバッテリパックおよび電子機器 |
| DE102005000139A1 (de) * | 2005-10-13 | 2007-04-19 | Hilti Ag | Tiefentladeschutz für Akkupacks mit Zellgruppen |
| JP2008220168A (ja) * | 2008-05-19 | 2008-09-18 | Toyota Motor Corp | ２次電池パック及びその異常状態回避方法 |
| JP2010011698A (ja) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Canon Inc | 二次電池パック |
| JP4831171B2 (ja) | 2009-01-13 | 2011-12-07 | ソニー株式会社 | 電池パックおよび制御方法 |
| JP4894865B2 (ja) * | 2009-02-12 | 2012-03-14 | 富士電機株式会社 | 双方向スイッチの電流検出回路 |
| JP5786324B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-09-30 | 日産自動車株式会社 | 組電池の制御装置 |
| JP6195489B2 (ja) * | 2013-08-22 | 2017-09-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置、電池パック、及び携帯端末 |
| JP6663813B2 (ja) * | 2016-07-15 | 2020-03-13 | 矢崎総業株式会社 | 半導体スイッチ制御装置 |
| US10840899B2 (en) | 2017-01-31 | 2020-11-17 | Nidec Corporation | Motor drive device and electric power steering device |
| US11251626B2 (en) * | 2019-01-15 | 2022-02-15 | Lithium Power Inc. | System for lead-acid battery replacement |
| US11791639B2 (en) * | 2021-06-17 | 2023-10-17 | Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. | Discharge control method of a battery pack for portable electronic devices |
-
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- 1995-06-30 JP JP16560895A patent/JP3273714B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH0919053A (ja) | 1997-01-17 |
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