JP2000014020A - 安全装置、電池パック及び電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池の異常を正確に検出して、電池の安全性
を向上する。 【解決手段】 電池の電圧を検出する第１の電池電圧検
出手段１０と、スイッチ制御回路１３と、充電経路遮断
スイッチ１４からなる第１の異常検出手段と共に、電池
電圧の異常を検出し、異常情報を外部に知らせる第２の
異常検出手段を備えたことにより、上記課題を解決でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は二次電池の過充電を
防止する安全装置、電池パック及び電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子携帯機器の急速な普及に伴
い、その電源となる電池はますます重要な位置づけにな
ってきている。特に、充電と放電とを繰り返し使用でき
る二次電池は、現在主要な電子機器（例えば、ノートパ
ソコンや携帯電話やビデオムービー等）の電源として広
く普及している。

【０００３】このような二次電池を電源として使用する
場合には、二次電池の過充電及び過放電を防止する必要
があり、一般的には二次電池パック内に安全装置が内蔵
され電池を保護している。具体的な保護動作としては、
過充電、過放電、過電流保護動作があげられる。近年の
リチウムイオン二次電池の台頭等の要因もあり、過充電
については特に二重に保護をかけている安全装置も多く
なっている。

【０００４】例えば、特開平８−１１６６２７号公報に
よれば、二次電池の過充電に対し、第１の制御手段と第
２の制御手段とを併せ持つバッテリパックの安全装置が
提案されている。図２はこの従来例のバッテリパックの
ブロック図を示したものであり、以下に従来例のバッテ
リパックに内蔵される安全装置について簡単に説明す
る。

【０００５】二次電池４に流れる充電電流をスイッチン
グするスイッチング回路２４と、二次電池４の電池電圧
を検出し、その検出結果に対応してスイッチング回路２
４を制御する第１の制御回路２０と、充電電流を遮断す
る非復帰の遮断回路２５と、二次電池４の電池電圧を検
出し、その検出結果に対応して、遮断手段２５に充電電
流を遮断させる第２の制御回路２１とからなる構成によ
るバッテリパック６の安全装置５において、第１の制御
回路２０は二次電池４の電池電圧が第１の規定電圧と等
しくなってからあるいは超えてから所定の時間が経過す
るとスイッチング回路２４に対し、充電電流を遮断する
信号を出力する機能（一重目の安全装置）を有する。そ
の他に、第２の制御回路２１に対し、所定の時間と所定
時間経過後の所定期間の間は動作禁止の信号を出力す
る。

【０００６】第２の制御回路２１は過充電の二重目の安
全装置であり、第１の規定電圧よりも高い第２の規定電
圧を検出し、第１の制御回路２０の動作が異常であると
判定した場合に、充電経路に位置する非復帰の遮断回路
２５に対し信号を出力し、充電経路を遮断することで充
電を停止し過充電を防ぐ方法がとられている。この場
合、充電経路と放電経路に同じ端子が使われるならば、
充電経路が遮断されるということはすなわち放電経路を
も遮断するということである。つまり、二重目の安全装
置が動作した場合、充放電経路が遮断する方法が従来例
ではとられている。

【０００７】また、最終の充電停止手段である二重目の
安全装置が一重目の安全装置よりも先に動作しないよう
に、第１の規定電圧より高く、且つ前記所定の時間だけ
充電電流を強制的に流すため、電池の内部抵抗による電
圧降下分を上乗せした電圧値よりも高く、第２の規定電
圧を設定する必要がある。しかし、そのような設定値に
すると第２の規定電圧が高くなりすぎ、電池は更に過充
電になってしまうので、従来例では第１の制御回路２０
は検出時に第２の制御回路２１に対し動作禁止の信号を
出力する。また、第２の制御回路２１は第１の制御回路
２０の動作が異常であると判定した場合のみ動作する方
法がとられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術では、充放電経路に位置する遮断回路に非
復帰の遮断回路（例えばヒューズ等）を用いているの
で、二重目の安全装置である第２の制御回路が動作する
と、充電はもちろんのこと放電も永久に不可能となる。
このことは、二重目の安全装置が動作する第２の制御回
路が有する第２の規定値まで過充電にされた二次電池を
放電できずにそのまま放置することになり、安全上好ま
しいものではない。

【０００９】また、電池パックが例えばノートパソコン
の電源として使われる場合、ノートパソコンのシステム
としてＡＣアダプターが接続されている際は、電子機器
への電源供給と電池パックへの充電が行われるが、仮に
電池パックが二重目の安全装置が動作して充放電経路が
遮断されていたとしてもノートパソコンはＡＣアダプタ
ーからの電源供給を受けているため、使用者は電池パッ
クの異常状態に気づかない。

【００１０】更に、上記のような使用環境の中、使用者
がＡＣアダプターを抜いた場合、電子機器への電源供給
は通常であれば電池パックからの供給となるが、電池パ
ックは充放電経路を遮断されているので電源供給をでき
ない。従って、ノートパソコンは突然動作できなくな
り、データの喪失やシステムの破損を招く恐れがあると
いう課題がある。

【００１１】また、最終の充電停止手段である二重目の
安全装置が一重目の安全装置よりも先に動作しないよう
に、第１の制御回路と第２の制御回路とで信号を送受信
しているが、第２の制御回路への信号線に外来ノイズが
注入された場合や、第１の制御回路の故障により動作禁
止の信号が出力され続けた場合、二重目の安全装置が必
要でないときに動作したり、動作しなければならないと
きに動作しないといったことがおきる恐れがある。即
ち、各回路が全く独立していないので、例えば、第１の
制御回路の故障で第２の制御回路が誤動作したり、ある
いは、動作しなかったり、一重目の安全装置の故障の影
響を受けることで、全体として二重の保護とならず、安
全を保てない可能性がある。

【００１２】本発明の安全装置、電池パック及び電子機
器は上記課題を解決し、更なる安全性の向上を目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、第１の電池電圧検出手段、スイッチ制御回
路、充電経路遮断スイッチによる第１の異常検出手段と
は別に、電池電圧の異常を検出し、異常情報を外部に接
続された電子機器に知らせる第２の異常検出手段とを備
えたものであり、第２の異常検出手段として、電池電圧
検出手段と異常信号制御回路やヒステリシス検出手段を
用いる安全装置、電池パック及び電子機器を提供するも
のである。

【００１４】これにより電子機器による充電（例えばノ
ートパソコンのＡＣアダプターによる充電）がなされて
いて、二次電池パック内で二重目の安全装置が動作した
場合、電子機器へ電池パック異常信号を出力することで
電子機器の表示手段等を介して使用者は電池パックの異
常に気づくことができる。また二重目の安全装置が動作
しても放電が可能であるため、電池を放電することによ
り過充電状態で放置されるのではなく通常状態に回復さ
せることができる。更なる効果として、例えばノートパ
ソコンの電源として使用されていて使用者がＡＣアダプ
ターを抜いた場合や、瞬停が起こった場合にも、電池パ
ックからの電源供給が可能であり、且つこの電池パック
異常信号を利用して電子機器はその動作上最適な処理を
行い、データを破壊せずに電子機器を終了等させること
ができる。

【００１５】また第１の異常検出手段と第２の異常検出
手段とが互いに独立した入力としておくことによりどち
らかの異常検出手段が故障していても、他方の異常検出
手段に悪影響を及ぼすことはなく、それぞれの持つ役割
を実現でき、全体として安全性を保つことができる。

【００１６】また異常検出手段からの異常信号が一旦出
力を始めると出力し続ける構成とすると、電子機器から
本異常電池パックをはずした後も電池パック異常信号を
出力し続けているので、本異常電池パックが電子機器あ
るいは充電器に再装着または別の電子機器に装着されて
も異常であることが認識できる。

【００１７】さらに、電子機器は安全装置からの異常情
報を受けて、電池パックの充電を中止することで、電池
パックの安全を保つことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に図面を参照しつつ本発明によ
る二次電池パックの実施の形態を説明する。図１は、本
発明による二次電池パックの一実施例であり、電池パッ
ク正極端子１７と電池パック負極端子１８と異常信号通
知端子１９等の端子群１６を有し、二次電池１と安全装
置２とを内蔵する二次電池パック３であり、ノートパソ
コンやビデオムービー等の電子機器に装着され電源供給
を行う。

【００１９】また、充電時には端子群１６が充電器等の
電子機器に装着されることで充電電流の供給を受け、二
次電池１に充電がなされる。

【００２０】次に、本発明の一実施例の二次電池パック
３に内蔵される安全装置２について説明する。具体的に
は、安全装置２は、電池電圧を監視する第１、第２、第
３の電池電圧検出手段１０,１１,１２と、スイッチ制御
回路１３と、充電経路遮断スイッチ１４と、異常信号制
御回路１５とにより構成されている。なお、第１、第
２、第３の電池電圧検出手段１０,１１,１２は電圧監視
回路や比較回路や出力ドライブ回路等により構成されて
おり、異常信号制御回路１５は記憶回路やレベルシフト
回路や出力ドライブ回路等により構成されている。

【００２１】第１の電池電圧検出手段１０は、二次電池
１の正極端子及び負極端子と並列に接続され、二次電池
１の端子電圧を検出し、その検出結果に基づいてスイッ
チ制御回路１３に信号出力及び信号出力の停止を行う。

【００２２】第２の電池電圧検出手段１１は、第１の電
池電圧検出手段１０と同様に二次電池１の正極端子及び
負極端子と並列に接続され、二次電池１の端子電圧を検
出し、その検出結果に基づいて異常信号制御回路１５に
信号出力及び信号出力の停止を行う。そして、第３の電
池電圧検出手段１２は、第１・第２の電池電圧検出手段
１０・１１と同様に二次電池１の正極端子及び負極端子
と並列に接続され、二次電池１の端子電圧を検出し、そ
の検出結果に基づいて異常信号制御回路１５に信号出力
及び信号出力の停止を行う。

【００２３】スイッチ制御回路１３は、第１の電池電圧
検出手段１０の出力信号を入力とし、それに基づく信号
出力及び信号出力の停止を行う信号伝達回路であり、例
えば、充電禁止ならば充電経路遮断スイッチ１４に対し
充電経路を遮断する信号を出力し、充電可能ならば充電
経路遮断スイッチ１４に対し充電経路の導通をとる信号
を出力する。

【００２４】充電経路遮断スイッチ１４は、電界効果ト
ランジスタ（ＦＥＴ）にて形成された半導体スイッチで
あり、通常導通状態となっている。スイッチ制御回路１
３からの信号出力が入力されると充電経路を遮断する。

【００２５】異常信号制御回路１５は、第２の電池電圧
検出手段１１と、第３の電池電圧検出手段１２のそれぞ
れの信号出力を入力とする２入力記憶回路（ラッチ回
路）であり、第２の電池電圧検出手段１１よりの信号出
力が入力されると、異常信号通知端子１９に対し信号出
力し、本電池パックが異常であることを電子機器へ通知
する。その後、第２の電池電圧検出手段１１よりの信号
出力が停止しても、異常信号通知端子１９に対し信号出
力を続け、本電池パックが異常であることを引き続き通
知している。そして、二次電池１の電池電圧が規定値を
下回ったことを知らせる第３の電池電圧検出手段１２よ
りの信号出力が入力されると、異常信号通知端子１９に
対し信号出力を停止する機能を有する。ここで、第３の
電池電圧検出手段１２からの信号出力がなされる規定値
を、実際には得られることのない低い値に設定しておく
こともできる。これは、例えば二次電池１としてリチウ
ムイオン二次電池を用いている場合に、規定値を２．４
０Ｖと設定するものである。すると、この値になる前に
電子機器（充電器を含む）により過放電が検知されてシ
ャットダウンされるので、そこまで低下することがほと
んどありえない値とすることを意味する。これにより、
異常信号制御回路１５を２入力必要であるが簡素な構成
であるフリップフロップで構成しつつ、二重目の保護が
一度働いた二次電池１は危険性が高いとして使用不能と
することが可能となる。

【００２６】上記のような構成において、更に具体的に
するため本発明の一実施例の動作を図１と図３の数値を
含めた説明で下記に述べる。例えば、リチウムイオン二
次電池の充電において、通常ならば充電制御電圧４．２
Ｖ（これから下記する電圧値は単電池あたりの電圧値）
にて充電が終了するが、何らかの不具合により充電が終
了することなく進行し、電池電圧が４．２５Ｖ以上にな
ると第１の電池電圧検出手段１０は過充電を検出し、信
号ａを出力する（時間イ）。出力された信号ａはスイッ
チ制御回路１３を介し、充電経路遮断スイッチ１４に入
力され充電経路を遮断し充電を禁止する（一重目の安全
装置）。

【００２７】しかし、更に何らかの不具合により、例え
ば、第１の電池電圧検出手段１０あるいはスイッチ制御
回路１３あるいは充電経路遮断スイッチ１４等の破壊、
あるいはそれらを結線する制御線の断線が生じている場
合、充電が終了することなく継続され電池電圧は更に上
昇し過充電状態となる。

【００２８】電池電圧が４．３５Ｖ以上になると二重目
の安全装置である第２の電池電圧検出手段１１は過充電
を検出し、信号ｂを出力する（時間ロ）。出力された信
号ｂは異常信号制御回路１５に入力される。

【００２９】異常信号制御回路１５は第２の電池電圧検
出手段１１よりの信号ｂを受けて異常信号通知端子１９
に異常信号ｄを出力し、異常信号通知端子１９を通じ、
充電器やＰＣ等の電子機器へ本電池パックが異常である
ことを通知する。充電器及びＰＣ等はこの信号ｄを受け
て充電電流を停止する。

【００３０】このようにして、充電が終了しない異常な
電池パックに対して、電子機器とのシステムとして充電
を停止し、電池の過充電を防ぐことができる。

【００３１】即ち、二次電池１の過充電に対して第１の
電池電圧検出手段１０と第２の電池電圧検出手段１１と
で電池電圧を監視することで、従来例と同様に二重の保
護をかけているが、二重目の保護を一重目の保護と独立
機構とすることで、故障等に対する信頼性が増し、また
二重目の保護機能を電池パック単体で処理せずに電子機
器に情報を送ることで、充電器であれば充電を停止させ
る、またＰＣであれば放電は可能だが充電は停止させつ
つ異常情報を表示して使用者に知らせる、等の一連の充
放電システムとしての最適な安全制御を行うことができ
る。

【００３２】また一般的に過充電保護用として用いられ
る第１の電池電圧検出手段１０及び第２の電池電圧検出
手段１１のような電圧検出手段は信号出力する検出値
（過充電検出値）と信号出力を停止する検出値（過充電
解除検出値）との間にヒステリシスを有しているものが
多く、また、そのヒステリシスは３０mV程度であるた
め、充電電流の停止あるいは短時間の放電で過充電検出
を解除してしまう。つまり、信号出力を停止することで
第１の電池電圧検出手段１０及び第２の電池電圧検出手
段１１は通常の動作に復帰する。

【００３３】しかし、本発明の一実施の二次電池パック
では、電池電圧が過充電解除検出値に低下し、第２の電
池電圧検出手段１１の出力信号ｂが停止しても、異常信
号制御回路１５のラッチ機能により異常信号通知端子１
９へ信号ｄを出力し続けることで本電池パックが異常で
あることを通知し続けることができる（時間ハ）。

【００３４】異常信号制御回路１５は、第３の電池電圧
検出手段１２の出力信号ｃが入力されると異常信号ｄの
出力を停止するが（時間ニ）、第３の電池電圧検出手段
１２の規定値を電子機器のシャットダウン電圧より低い
電圧に設定することで、異常信号制御回路１５は半永久
的に異常信号ｄを出力し続けさせることもできる。

【００３５】また、図４は検出と解除にヒステリシスを
有する第１の電池電圧検出手段１０及び第２の電池電圧
検出手段１１に規定電圧以上の入力が印可されたとき
の、検出してから信号出力するまでの時間的な関係と、
電池パックから出力される異常信号出力と充電電流を示
した図である。

【００３６】第１の電池電圧検出手段１０と第２の電池
電圧検出手段１１の入力として、図４のように充電電流
を印可した際に、第１の規定電圧以上且つ第２の規定電
圧以上となるような電池電圧が入力されたとき、（Ａ）
の一重目の安全装置が正常な場合は、第１の規定時間経
過後に第１の電池電圧検出手段１０が信号ａを出力し、
上述したように充電経路遮断スイッチ１４により充電電
流を遮断する。

【００３７】図４（ｂ）に示す一重目の安全装置が故障
していた場合は、第２の規定時間経過後に第２の電池電
圧検出手段１１が信号ｂを出力し、上述したように電池
パックが異常信号ｄを通知することで、電子機器が充電
電流を停止する。

【００３８】ここで、図４（ａ）のように一重目の安全
装置が正常な場合、第１の電池電圧検出手段１０が有す
る第１の規定時間は、第２の電池電圧検出手段１１が有
する第２の規定時間よりも短いので、必ず第１の電池電
圧検出手段１０が先に信号出力する。つまり、第２の規
定時間を第１の規定時間よりも長くすることで、必ず一
重目の安全装置を二重目の安全装置より先に動作させる
ことができる。このことで、二重目の安全装置が一重目
の安全装置より先に動作すること（誤動作）を防ぐこと
ができ、一重目の安全装置が動作しない場合のみ、最終
の充電停止手段である二重目の安全装置を動作させるよ
うにすることができる。

【００３９】なお、上述してきた実施例では電池パック
３を主にノートパソコンに搭載した場合を例に挙げて説
明したが、本発明では他の電子機器に搭載することもも
ちろん可能である。また、上記実施例ではリチウムイオ
ン二次電池を用いた場合を主に説明したが、本発明では
ニッケル水素蓄電池やリチウムポリマー二次電池等の他
の二次電池を用いてもよく、その際の第１の規定電圧及
び第２の規定電圧及び第３の規定電圧の規定値はそれぞ
れの電池の特性に応じて変えれば良いことはいうまでも
ない。更に、上記実施例ではスイッチ素子として電界効
果トランジスタを用いた場合を例に挙げて説明したが、
本発明では他の電子スイッチを用いてもよい。

【００４０】また、上記実施例では１つの二次電池１を
用いた場合を例に挙げて説明したが本発明では図５に示
すように複数の電池を直列接続した場合にももちろん適
用することができる。更に、上記実施例では、充電経路
遮断スイッチ１４を電池パック負極端子１８側に配置し
たが、本発明では図６に示すように電池パック正極端子
１７側に配置してもよい。

【００４１】また、上記実施例では、第２の異常検出手
段として第２の電池電圧検出手段１１、第３の電池電圧
検出手段１２、異常信号制御回路１５とを用いて示した
が、図７に示すようにこれらを一つにしたヒステリシス
検出手段７を用いても同様の効果が得られる。

【００４２】また、本発明における電子機器は上述のＰ
Ｃや充電器に限定されるものではなく、図５に示す構成
等は特に多数の電池を直列接続して用いているＥＶ（電
気自動車）等にも転用可能な技術である。

【００４３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、電池パックの異常信号通知により二重目の安全装置
が動作したことを電子機器に対して知らせるので、電子
機器側も電池パックが異常であることを認識でき、電子
機器と一体となったシステムとしてこの異常発生時に対
処できる優れた安全装置及び電池パックを提供できる。

【００４４】また、二重目の安全装置が動作しても充放
電経路を遮断せずに充電だけを停止するので、二次電池
パックは放電が可能である。この為、二次電池は過充電
のまま放置されるのではなく、放電により電池電圧を通
常電圧に戻すことが可能であり、二次電池を安全な状態
に回復させることができる有利な効果を奏する。

【００４５】また、二重目の安全装置の動作規定時間を
長くすることで、二重安全装置の誤動作を防止でき、各
々の安全装置を独立にすることで単一故障に対し、確実
にどちらかの安全装置が働き、安全性を保つことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による二次電池パックのブロック図

【図２】従来例の二次電池パックのブロック図

【図３】本実施の形態の動作を説明するタイミングチャ
ート

【図４】本実施の形態の動作を説明する他のタイミング
チャート

【図５】本発明による他の二次電池パックのブロック図

【図６】本発明による他の二次電池パックのブロック図

【図７】本発明によるさらに他の二次電池パックのブロ
ック図

【符号の説明】

１ 二次電池 ２ 安全装置 ３ 二次電池パック ７ ヒステリシス検出器 １０ 第１の電池電圧検出手段 １１ 第２の電池電圧検出手段 １２ 第３の電池電圧検出手段 １３ スイッチ制御回路 １４ 充電経路遮断スイッチ １５ 異常信号制御回路 １６ 端子群 １７ 電池パック正極端子 １８ 電池パック負極端子 １９ 異常信号通知端子

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電池の電圧を検出する第１の電池電圧検
   出手段と、前記第１の電池電圧検出手段からの出力を受
   けるスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路からの
   出力を受け充電経路を遮断する充電経路遮断スイッチと
   からなる第１の異常検出手段と、 電池電圧の異常を検出し、異常情報を外部に知らせる第
   ２の異常検出手段とを備えた安全装置。
2. 【請求項２】 第２の異常検出手段として、第２の電池
   電圧検出手段と異常信号制御回路とを備えたことを特徴
   とする請求項１記載の安全装置。
3. 【請求項３】 第３の電池電圧検出手段をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項２記載の安全装置。
4. 【請求項４】 第２の異常検出手段として、ヒステリシ
   ス検出手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の安
   全装置。
5. 【請求項５】 第１の異常検出手段と第２の異常検出手
   段とが互いに独立した状態で異常を検出することを特徴
   とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載の安全装
   置。
6. 【請求項６】 第２の異常検出手段からの異常信号が出
   力された後は、終始出力し続けることを特徴とする請求
   項１乃至請求項５いずれかに記載の安全装置。
7. 【請求項７】 電池の電圧を検出する第１の電池電圧検
   出手段と、前記第１の電池電圧検出手段からの出力を受
   けるスイッチ制御回路と、前記スイッチ制御回路からの
   出力を受け充電経路を遮断する充電経路遮断スイッチと
   からなる第１の異常検出手段と、 電池電圧の異常を検出し、異常情報を外部に知らせる第
   ２の異常検出手段と、 を備え、前記第２の異常検出手段が出力を行うまでの規
   定時間を前記第１の異常検出手段が出力を行うまでの規
   定時間よりも長く設定されたことを特徴とする安全装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の安全装
   置と、外部機器と接続するための電池パック正極端子及
   び電池パック負極端子と、内蔵された二次電池と、前記
   安全装置からの異常信号を外部機器に知らせる異常信号
   通知端子とを備えたことを特徴とする電池パック。
9. 【請求項９】 二次電池はリチウムイオン二次電池であ
   ることを特徴とする請求項８記載の電池パック。
10. 【請求項１０】 請求項８又は請求項９記載の電池パッ
    クを搭載した電子機器。
11. 【請求項１１】 請求項１記載の安全装置からの異常情
    報を受けて、電池パックの充電を中止することを特徴と
    する請求項１０記載の電子機器。
12. 【請求項１２】 請求項１記載の安全装置からの異常情
    報を受けて、電池パックの異常を表示手段に表示するこ
    とを特徴とする請求項１０又は請求項１１記載の電子機
    器。