JPH1141823A - 過充電防止装置 - Google Patents
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- JPH1141823A JPH1141823A JP9197037A JP19703797A JPH1141823A JP H1141823 A JPH1141823 A JP H1141823A JP 9197037 A JP9197037 A JP 9197037A JP 19703797 A JP19703797 A JP 19703797A JP H1141823 A JPH1141823 A JP H1141823A
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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
池の過充電保護装置を提供する。 【解決手段】 充電中の電池の電圧を検出する電圧検出
手段、電圧検出手段によって検出された電圧が設定電圧
以上になると発熱抵抗に通電する電流通電手段、発熱抵
抗と熱結合した繰り返し使用可能な熱作動手段を充電電
流の通電回路に有し、過充電の場合には発熱抵抗の発熱
によって熱作動手段が動作して電池への充電電流の供給
を停止し、過充電状態の解消後は、熱作動手段の通電回
路が回復し、再度の充電が可能である過充電防止装置。
池の過充電保護装置を提供する。 【解決手段】 充電中の電池の電圧を検出する電圧検出
手段、電圧検出手段によって検出された電圧が設定電圧
以上になると発熱抵抗に通電する電流通電手段、発熱抵
抗と熱結合した繰り返し使用可能な熱作動手段を充電電
流の通電回路に有し、過充電の場合には発熱抵抗の発熱
によって熱作動手段が動作して電池への充電電流の供給
を停止し、過充電状態の解消後は、熱作動手段の通電回
路が回復し、再度の充電が可能である過充電防止装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の過充電
防止装置に関し、特に負極活物質としてリチウムイオン
をドープもしくは脱ドープ材料を用いたリチウムイオン
電池のようなエネルギー密度の高い二次電池の過充電防
止装置に関する。
防止装置に関し、特に負極活物質としてリチウムイオン
をドープもしくは脱ドープ材料を用いたリチウムイオン
電池のようなエネルギー密度の高い二次電池の過充電防
止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウムイオンをドープもしくは、脱ド
ープする炭素材料をもちいたリチウムイオン電池は高電
圧であるとともに、軽量で高エネルギー密度を有してお
り、携帯用機器に広く使用されるに至っている。二次電
池は、充電により繰り返して使用することができるが、
充電の際には電池の特性劣化や、特にリチウムイオン電
池では、過充電の際に金属リチウムが析出したり、ガス
発生による圧力弁の作動で電解液が漏液し、発火、発煙
するおそれがあるので過充電防止のために各種の安全装
置が設けられている。また、リチウムイオン電池では、
過充電にならない充電方法として、定電圧、定電流充電
方式によって充電を行っており、この方法では、充電器
の充電電圧が一定である限り、過充電には至らない。
ープする炭素材料をもちいたリチウムイオン電池は高電
圧であるとともに、軽量で高エネルギー密度を有してお
り、携帯用機器に広く使用されるに至っている。二次電
池は、充電により繰り返して使用することができるが、
充電の際には電池の特性劣化や、特にリチウムイオン電
池では、過充電の際に金属リチウムが析出したり、ガス
発生による圧力弁の作動で電解液が漏液し、発火、発煙
するおそれがあるので過充電防止のために各種の安全装
置が設けられている。また、リチウムイオン電池では、
過充電にならない充電方法として、定電圧、定電流充電
方式によって充電を行っており、この方法では、充電器
の充電電圧が一定である限り、過充電には至らない。
【０００３】しかし、充電器の故障、あるいは専用充電
器以外の充電電圧の高い充電器等で充電された場合はこ
の限りでなく、リチウムイオン電池は過充電されてしま
う。そこで、本発明者等は、電池電圧を検出するための
電圧検出器、電圧検出器によって充電電流を切断するた
めのスイッチを設けて過充電が検出されると充電電流を
切断して、充電を停止する二次電池の保護装置を特願平
８−２８６７５７号として提案している。
器以外の充電電圧の高い充電器等で充電された場合はこ
の限りでなく、リチウムイオン電池は過充電されてしま
う。そこで、本発明者等は、電池電圧を検出するための
電圧検出器、電圧検出器によって充電電流を切断するた
めのスイッチを設けて過充電が検出されると充電電流を
切断して、充電を停止する二次電池の保護装置を特願平
８−２８６７５７号として提案している。
【０００４】
【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
充電状態となった場合には、充電を停止し、過充電状態
が解消された場合には、再度電池の充電を可能とした二
次電池の保護装置を提供することを課題とするものであ
る。
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
充電状態となった場合には、充電を停止し、過充電状態
が解消された場合には、再度電池の充電を可能とした二
次電池の保護装置を提供することを課題とするものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、非水系電解液
を用いた二次電池の保護装置において、充電中の電池の
電圧を検出する電圧検出手段、電圧検出手段による検出
電圧が設定電圧以上になると発熱抵抗に通電する電流通
電手段、発熱抵抗と熱結合した繰り返し作動可能な熱作
動手段を充電電流の通電回路に有し、過充電の場合には
発熱抵抗の発熱によって動作した熱作動手段によって電
池への充電電流の供給を停止し、過充電状態の解消後
は、熱作動手段の通電回路が回復し、再度の充電をする
ことができる過充電防止装置である。熱作動手段がバイ
メタルから構成されており、接点を設けたいずれかの切
片上に発熱抵抗を固着して導電接続した前記の過充電防
止装置である。また、熱作動手段が二次電池の近傍に設
けられ、二次電池を構成するセパレータの使用最高温度
以下において動作する前記の二次電池の過充電防止装置
である。
を用いた二次電池の保護装置において、充電中の電池の
電圧を検出する電圧検出手段、電圧検出手段による検出
電圧が設定電圧以上になると発熱抵抗に通電する電流通
電手段、発熱抵抗と熱結合した繰り返し作動可能な熱作
動手段を充電電流の通電回路に有し、過充電の場合には
発熱抵抗の発熱によって動作した熱作動手段によって電
池への充電電流の供給を停止し、過充電状態の解消後
は、熱作動手段の通電回路が回復し、再度の充電をする
ことができる過充電防止装置である。熱作動手段がバイ
メタルから構成されており、接点を設けたいずれかの切
片上に発熱抵抗を固着して導電接続した前記の過充電防
止装置である。また、熱作動手段が二次電池の近傍に設
けられ、二次電池を構成するセパレータの使用最高温度
以下において動作する前記の二次電池の過充電防止装置
である。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の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過充
電防止装置において、過充電状態で充電電流の通電によ
る、発熱抵抗の発熱により電池の最高使用可能温度以下
において作動する熱作動手段を設けたので、過充電状態
が所定の時間経過して温度の上昇が大きくなった後には
充電を停止するものである。そして、熱作動手段は温度
の低下によって回復するので、過充電状態が解消した後
には、再度の充電が可能となる。熱作動手段としては、
所定の温度以上では電気的接点が開放するバイメタル式
の熱作動手段、セラミックス製の正温度特性抵抗素子、
もしくは合成樹脂と導電性材料を用いて製造した正温度
特性抵抗素子からなる熱作動手段を挙げることができ
る。
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過充
電防止装置において、過充電状態で充電電流の通電によ
る、発熱抵抗の発熱により電池の最高使用可能温度以下
において作動する熱作動手段を設けたので、過充電状態
が所定の時間経過して温度の上昇が大きくなった後には
充電を停止するものである。そして、熱作動手段は温度
の低下によって回復するので、過充電状態が解消した後
には、再度の充電が可能となる。熱作動手段としては、
所定の温度以上では電気的接点が開放するバイメタル式
の熱作動手段、セラミックス製の正温度特性抵抗素子、
もしくは合成樹脂と導電性材料を用いて製造した正温度
特性抵抗素子からなる熱作動手段を挙げることができ
る。
【０００７】本発明の過充電防止装置においては、過充
電状態の検出を単なる電流あるいは電圧のみで検出して
おらず、発熱抵抗に所定の時間以上通電されて温度上昇
したことによって、熱作動手段が作動して充電電流の通
電を遮断するものであるので、一時的な電流あるいは電
圧の変動によって誤動作をする可能性が小さく、信頼性
の高い過充電防止装置を得ることができる。また、本発
明の過充電防止装置には、電池電圧が放電終止電圧以下
に低下した場合に通電を遮断する遮断手段を設けて過放
電から二次電池を保護しても良い。
電状態の検出を単なる電流あるいは電圧のみで検出して
おらず、発熱抵抗に所定の時間以上通電されて温度上昇
したことによって、熱作動手段が作動して充電電流の通
電を遮断するものであるので、一時的な電流あるいは電
圧の変動によって誤動作をする可能性が小さく、信頼性
の高い過充電防止装置を得ることができる。また、本発
明の過充電防止装置には、電池電圧が放電終止電圧以下
に低下した場合に通電を遮断する遮断手段を設けて過放
電から二次電池を保護しても良い。
【０００８】以下に、図面を参照して本発明を説明す
る。図１は本発明の過充電防止装置の一実施例を説明す
る図である。図１は、２個のリチウムイオン電池１およ
び２を有する電池パック３に設けた過充電防止装置を示
している。過充電防止装置の入出力端４は、充電時には
定電圧発生回路、平滑回路等から構成されている定電圧
充電電源に接続され、放電時には電池使用機器に接続さ
れる。
る。図１は本発明の過充電防止装置の一実施例を説明す
る図である。図１は、２個のリチウムイオン電池１およ
び２を有する電池パック３に設けた過充電防止装置を示
している。過充電防止装置の入出力端４は、充電時には
定電圧発生回路、平滑回路等から構成されている定電圧
充電電源に接続され、放電時には電池使用機器に接続さ
れる。
【０００９】充電時に電圧検出手段５はリチウムイオン
電池１、２の電圧を監視しており、いずれかの電池の電
圧が、所定の電圧よりも高くなった場合には、過充電状
態であると判定し、発熱抵抗通電手段６によって発熱抵
抗７に通電する。発熱抵抗７は、充電電流の通電回路に
設けたバイメタル式の熱作動手段８と熱的に結合されて
いる。発熱抵抗および熱作動手段は、熱作動手段が通電
開始から１０〜３０秒間で固定切片９と可動切片１０と
の間の接点が開くような、温度特性あるいは熱容量を有
するものを用いることが好ましい。
電池１、２の電圧を監視しており、いずれかの電池の電
圧が、所定の電圧よりも高くなった場合には、過充電状
態であると判定し、発熱抵抗通電手段６によって発熱抵
抗７に通電する。発熱抵抗７は、充電電流の通電回路に
設けたバイメタル式の熱作動手段８と熱的に結合されて
いる。発熱抵抗および熱作動手段は、熱作動手段が通電
開始から１０〜３０秒間で固定切片９と可動切片１０と
の間の接点が開くような、温度特性あるいは熱容量を有
するものを用いることが好ましい。
【００１０】充電中に過充電状態になり熱作動手段が作
動して充電を停止した場合には、その旨を表示する表示
手段１１を設けても良い。また、過充電状態では、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。放電可能な活物質の量は充電状態によって異なるも
のの、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もある。
動して充電を停止した場合には、その旨を表示する表示
手段１１を設けても良い。また、過充電状態では、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。放電可能な活物質の量は充電状態によって異なるも
のの、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もある。
【００１１】こうした問題点を解決するために、本発明
の過充電防止装置には、過充電の検出手段の作動によっ
て熱作動手段が作動した場合、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熱作動手段が作動し
た場合のいずれの場合にも、熱作動手段の動作を検出す
る作動検出手段と放電用抵抗によって構成された放電手
段１２を設け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しても良い。
の過充電防止装置には、過充電の検出手段の作動によっ
て熱作動手段が作動した場合、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熱作動手段が作動し
た場合のいずれの場合にも、熱作動手段の動作を検出す
る作動検出手段と放電用抵抗によって構成された放電手
段１２を設け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しても良い。
【００１２】また、本発明の過充電防止装置には、電池
の電圧検出手段によって、いずれかの電池の電圧が放電
終止電圧以下に低下したことが検出された場合には、放
電を停止する過放電保護手段１３を設けることができ
る。過放電保護手段は、検出電圧が所定値以下になった
場合に電流を遮断する電界効果トランジスタ等からなる
スイッチング素子によって構成することができる。
の電圧検出手段によって、いずれかの電池の電圧が放電
終止電圧以下に低下したことが検出された場合には、放
電を停止する過放電保護手段１３を設けることができ
る。過放電保護手段は、検出電圧が所定値以下になった
場合に電流を遮断する電界効果トランジスタ等からなる
スイッチング素子によって構成することができる。
【００１３】さらに、本発明の過充電防止装置には、電
池の放電時に過電流が所定の時間以上流れた場合には、
電流を遮断する過電流保護手段を設けることができる。
また、過電流保護手段として、電流遮断用のスイッチン
グ素子の通電時の電圧降下を過電流検出手段によって検
出し、電流遮断用のスイッチング素子を遮断するように
すれば、過放電保護用のスイッチング素子を兼用するこ
とができる。これによって、電池電流の通電回路に過放
電保護用と過電流保護用の２個のスイッチング素子を設
ける必要がないので、リチウムイオン電池から電池使用
機器への供給電流が大きくなった場合に顕著となるスイ
ッチング素子による電圧降下を減少することができるの
で、大電流の電源用としての使用が可能となる。
池の放電時に過電流が所定の時間以上流れた場合には、
電流を遮断する過電流保護手段を設けることができる。
また、過電流保護手段として、電流遮断用のスイッチン
グ素子の通電時の電圧降下を過電流検出手段によって検
出し、電流遮断用のスイッチング素子を遮断するように
すれば、過放電保護用のスイッチング素子を兼用するこ
とができる。これによって、電池電流の通電回路に過放
電保護用と過電流保護用の２個のスイッチング素子を設
ける必要がないので、リチウムイオン電池から電池使用
機器への供給電流が大きくなった場合に顕著となるスイ
ッチング素子による電圧降下を減少することができるの
で、大電流の電源用としての使用が可能となる。
【００１４】図２は、本発明の熱作動手段の一実施例を
説明する図である。熱作動手段８の固定切片９と可動切
片１０は、通常の充電状態では、接点１４が閉じて通電
回路を形成している。可動切片１０は、熱膨張係数の異
なる金属を接合したバイメタルから構成されている。可
動切片上には、発熱体１５の可動切片との固着面との反
対側には、発熱体を加熱する加熱電流供給用切片１６が
導電接続されている。発熱体は、繰り返し使用しても溶
断することがない板状の金属抵抗を用いることが好まし
い。このように、発熱体を熱によって動作する切片と一
体に構成することによって、発熱体と熱作動手段との熱
的結合をより充分なものとすることができるので、異常
時に正確に接点を切断することが可能となる。また、本
発明の過充電防止装置は、過充電の際の電流遮断手段と
して、バイメタル式の熱作動手段のような回復可能な手
段を用いたので、瞬間的に電圧が異常となったような場
合において電流が遮断される等の誤動作を防ぐことがで
きるとともに、過充電状態が解消された後には、再度の
充電が可能となる。
説明する図である。熱作動手段８の固定切片９と可動切
片１０は、通常の充電状態では、接点１４が閉じて通電
回路を形成している。可動切片１０は、熱膨張係数の異
なる金属を接合したバイメタルから構成されている。可
動切片上には、発熱体１５の可動切片との固着面との反
対側には、発熱体を加熱する加熱電流供給用切片１６が
導電接続されている。発熱体は、繰り返し使用しても溶
断することがない板状の金属抵抗を用いることが好まし
い。このように、発熱体を熱によって動作する切片と一
体に構成することによって、発熱体と熱作動手段との熱
的結合をより充分なものとすることができるので、異常
時に正確に接点を切断することが可能となる。また、本
発明の過充電防止装置は、過充電の際の電流遮断手段と
して、バイメタル式の熱作動手段のような回復可能な手
段を用いたので、瞬間的に電圧が異常となったような場
合において電流が遮断される等の誤動作を防ぐことがで
きるとともに、過充電状態が解消された後には、再度の
充電が可能となる。
【００１５】また、熱作動手段は、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
度以下において動作するものを用いることが好ましい。
これによって、発熱抵抗による温度が所定の大きさを超
えない場合であっても、電池温度の上昇によって充電電
流の通電を遮断することができる。リチウムイオン電池
のセパレータには、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。したがって、このような
点を考慮して１１０℃以下の温度で動作する熱作動手段
を用いることが好ましい。
とともに、電池を構成するセパレータの最高使用可能温
度以下において動作するものを用いることが好ましい。
これによって、発熱抵抗による温度が所定の大きさを超
えない場合であっても、電池温度の上昇によって充電電
流の通電を遮断することができる。リチウムイオン電池
のセパレータには、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。したがって、このような
点を考慮して１１０℃以下の温度で動作する熱作動手段
を用いることが好ましい。
【００１６】
【発明の効果】本発明は、過充電状態において発熱抵抗
の発熱により作動する繰り返し使用可能な熱作動手段を
二次電池の過充電保護装置に設けたので、過充電状態が
所定の時間経過した後には充電を停止し、過充電状態が
解消した後には再度充電することが可能である。
の発熱により作動する繰り返し使用可能な熱作動手段を
二次電池の過充電保護装置に設けたので、過充電状態が
所定の時間経過した後には充電を停止し、過充電状態が
解消した後には再度充電することが可能である。
【図１】本発明の過充電保護装置の一実施例を説明する
図である。
図である。
【図２】本発明の熱作動手段の一実施例を説明する図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １、２…リチウムイオン電池、３…電池パック、４…入
出力端、５…電圧検出手段、６…発熱抵抗通電手段、７
…発熱抵抗、８…熱作動手段、９…固定切片、１０…可
動切片、１１…表示手段、１２…放電手段、１３…過放
電保護手段、１４…接点、１５…発熱体、１６…加熱電
流供給用切片
出力端、５…電圧検出手段、６…発熱抵抗通電手段、７
…発熱抵抗、８…熱作動手段、９…固定切片、１０…可
動切片、１１…表示手段、１２…放電手段、１３…過放
電保護手段、１４…接点、１５…発熱体、１６…加熱電
流供給用切片
Claims (3)
- 【請求項１】 二次電池の過充電防止装置において、充
電中の電池の電圧を検出する電圧検出手段、電圧検出手
段によって検出された電圧が設定電圧以上になると発熱
抵抗に通電する電流通電手段、発熱抵抗と熱結合した繰
り返し使用可能な熱作動手段を充電電流の通電回路に有
し、過充電の場合には発熱抵抗の発熱によって熱作動手
段が動作して電池への充電電流の供給を停止し、過充電
状態の解消後は、熱作動手段の通電回路が回復し、再度
の充電が可能であることを特徴とする過充電防止装置。 - 【請求項２】 熱作動手段がバイメタルから構成されて
おり、接点を設けたいずれかの切片上に発熱抵抗を固着
して導電接続したことを特徴とする請求項１記載の過充
電防止装置。 - 【請求項３】 熱作動手段が、二次電池の近傍に設けら
れ、二次電池を構成するセパレータの使用最高温度以下
において動作することを特徴とする請求項１記載の過充
電防止装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9197037A JPH1141823A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 過充電防止装置 |
| TW087111191A TW388999B (en) | 1997-07-23 | 1998-07-10 | Overcharge preventing device |
| US09/120,461 US6001497A (en) | 1997-07-23 | 1998-07-26 | Overcharge preventing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9197037A JPH1141823A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 過充電防止装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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