JP2018129116A - 電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】直列接続された電池に接続する保護素子の数を低減して安価に生産しながら、異常時には確実に電流を遮断して電池を保護する。【解決手段】電池パックは、複数の電池１を直列に接続した電池ブロック１０と、電池ブロック１０の出力側に接続されたスイッチング素子２と、各電池１間に接続された中間検出ライン５で各電池１の電圧を検出してスイッチング素子２を制御する保護回路４と、電池１と直列に接続されて、電池温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断する保護素子３とを備える。スイッチング素子２は、電池ブロック１０の第１の出力側に接続され、保護素子３の個数は電池１の直列接続数よりも少なく、保護素子３のひとつは、第２の出力側に接続してなる第２出力側電池１Ｘに接続され、この保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７よりも第２出力側に接続されている。【選択図】図１

Description

本発明は、複数の充放電できる電池を備えて、これ等の電池を直列に接続してなる電池パックに関し、とくに、電池温度を検出して電流を遮断する保護素子を電池に接続してなる電池パックに関する。

近年、各種電子機器に使用される電池パックとして、高出力で小型化されたものが求められている。このような電池パックは、複数の電池を備えて、これ等の電池を直列に接続することで出力電圧を高くしている。さらに、電池パックは、電池温度を検出して電流を遮断する保護素子を電池に接続することで、過電流が流れる状態や異常な温度に加熱された状態では電流を遮断して電池を保護できる。

複数の充放電できる電池を備えると共に、これらの電池を直列に接続してなる従来の電池パックの一例を図７に示す。この図に示す電池パックは、２個の電池９１を直列に接続すると共に、各々の電池９１には保護素子９３を直列に接続している。この電池パックは、２個の電池９１を直列に接続することで出力電圧を高くしながら、それぞれの電池９１に接続された保護素子９３で各電池９１を保護している。この電池パックは、いずれかの電池９１に過電流が流れたり、いずれかの電池９１が異常な温度に加熱されると、この電池９１に直列接続された保護素子９３が電流を遮断して電池９１を確実に保護できる。また、この電池パックは、直列接続された２個の電池９１の中間接続点に中間電位を検出するための検出ライン９５を接続している。この電池パックは、保護回路９４が個々の電池９１の電圧を検出しながら監視することで、電池９１の過充電や過放電を確実に防止して電池９１を保護できる。（特許文献１参照）

特開２００４−２４７１９８号公報

ただ、以上の電池パックは、電池毎に保護素子を接続するので、部品点数が多くなり、製造コストが高くなって低コストに製造できない問題がある。また、この電池パックは、電池毎に接続される保護素子を配置するスペースを確保する必要があり、電池パックの形状や大きさに制約を受けることがある。電池パックは、小型化や低コスト化が切望されており、このような観点からも、電池パックに内蔵される保護素子の数を低減させることが求められている。

ここで、図７に示す従来の電池パックにおいて、保護素子９３の数を削減するために、例えば、右側の電池９１に接続された保護素子９３を省略する場合を考える。この場合、直列接続された２個の電池９１に過電流が流れる状態では、左側の電池９１に接続された保護素子９３が動作することにより、出力電流を遮断して電池９１を保護することができる。また、この保護素子９３を２個の電池９１に熱結合させることで、いずれかの電池９１が異常な温度に加熱される状態においても、保護素子９３を動作させて出力電流を遮断し、電池９１を保護することができる。しかしながら、右側の電池９１に接続された保護素子９３を省略した状態で、保護回路９４内において検出ライン９５に接続された導電部が短絡し、右側の電池９１を含む短絡回路が発生すると、右側の電池９１に流れる電流を遮断することができず、この電池９１を保護できなくなる。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池を直列に接続しながら、電池に接続する保護素子の数を低減して安価に多量生産できると共に、電池の異常時において、確実に電流を遮断して電池を保護できる電池パックを提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明の電池パックは、複数の充放電できる電池１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、電池ブロック１０の出力側に直列に接続してなるスイッチング素子２と、電池ブロック１０を構成してなる各電池１間に接続された中間検出ライン５で検出される中間電位から各電池１の電圧を検出してスイッチング素子２をオンオフに制御する保護回路４と、電池ブロック１０を構成してなる電池１と直列に接続されて、接続している電池１の温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断する保護素子３とを備えている。スイッチング素子２は、電池ブロック１０のプラス出力側又はマイナス出力側の何れか一方である第１の出力側に接続されている。保護素子３の個数は、電池１の直列接続数よりも少なく、保護素子３のひとつは、スイッチング素子２を接続してなる第１の出力側と反対側の出力側である第２の出力側に接続してなる第２出力側電池１Ｘに接続されている。第２出力側電池１Ｘに接続してなる保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７よりも第２出力側に接続されている。

本発明の電池パックは、複数の電池を直列に接続しながら、保護素子の数を低減して安価に多量生産できると共に、電池の異常時において、確実に電流を遮断して電池を保護できる特徴がある。それは、本発明の電池パックが、スイッチング素子を電池ブロックの第１の出力側に接続すると共に、保護素子の個数を電池の直列接続数よりも少なくして、保護素子のひとつを、電池ブロックの第２の出力側に接続してなる第２出力側電池に接続しており、第２出力側電池に接続される保護素子を、第２出力側電池とこれに直列に接続してなる電池との間に接続された中間検出ラインとの接続点よりも第２出力側に接続しているからである。この電池パックは、保護回路内にて中間検出ラインに接続された導電部が短絡する異常時において、第１の出力側に接続された電池の電流をスイッチング素子で遮断し、あるいは、第２の出力側に接続された第２出力側電池の電流を、第２出力側電池に接続された保護素子で遮断する。このため、電池に接続する保護素子の数を削減して製造コストを低減しながら、電池の異常時において、確実に電流を遮断して電池を保護できる特徴が実現できる。

本発明の電池パックは、第２出力側電池１Ｘに接続してなる保護素子３を、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７と第２出力側電池１Ｘとの間に接続することができる。

上記構成によれば、第２出力側電池とこれに直列接続される電池とのカップリングを容易にして、これ等の電池を保護素子に容易に熱結合でき、第２出力側電池に接続される保護素子でもって、第２出力側電池とこれに直列接続される電池の両方を理想的に保護できる。

本発明の電池パックは、電池ブロック１０が２個の電池１を直列に接続しており、２個の電池１の間に接続された中間検出ライン５との接続点７よりも第２出力側に１個の保護素子３を接続することができる。

上記構成によれば、２個の電池を直列接続しながら、１個の保護素子を使用して確実に電池を保護できる。それは、異常時において、第１の出力側の電流をスイッチング素子で遮断し、あるいは、第２の出力側の電流を、第２出力側電池に接続された保護素子で遮断するからである。

本発明の電池パックは、電池ブロック１０が３個以上の電池１を直列に接続すると共に、保護素子３を２個以上備えることができる。保護素子３のひとつはメイン保護素子３Ｘとして第２出力側電池１Ｘに接続し、保護素子３の残りは、サブ保護素子３Ｙとして第２出力側電池１Ｘに直列に接続してなる電池１よりも第１出力側に接続することができる。

上記構成によれば、３個以上の電池を直列接続しながら、異常時においては、第１の出力側の電流をスイッチング素子で遮断し、あるいは、第２の出力側の電流を、第２出力側電池に接続されたメイン保護素子で遮断し、あるいはまた、第２出力側電池に直列接続される電池よりも第１の出力側に接続される電池を、これに接続されるサブ保護素子で遮断して電池を保護できる。

本発明の電池パックは、第１の出力側を電池ブロック１０のマイナス側とすることができる。上記構成によれば、第１の出力側を電池ブロックのマイナス側とするので、第１の出力側に配置されるスイッチング素子の制御を簡単にできる特徴がある。

本発明の電池パックは、保護素子３を、ブレーカとＰＴＣとヒューズの何れかとして、電池１に熱結合状態で配置することができる。

本発明の電池パックは、保護素子３を複数の電池１に熱結合状態に配置することができる。上記構成によれば、保護素子を複数の電池に熱結合状態に配置するので、複数の電池の温度異常をこれ等の電池に熱結合された保護素子で検出して保護できる。この構造は、保護素子の数を低減しながら、電池の温度異常を確実に検出して電池を保護できる。

本発明の電池パックは、スイッチング素子２を、電池１の充電電流を制御するＦＥＴからなる充電スイッチ１２と、電池１の放電電流を制御するＦＥＴからなる放電スイッチ１１とで構成することができる。

本発明の一実施例にかかる電池パックの回路図である。 図１に示す電池パックの保護回路の短絡状態の一例を示す図である。 図１に示す電池パックの保護回路の短絡状態の他の一例を示す図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの回路図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの回路図である。 本発明の他の実施例にかかる電池パックの回路図である。 従来の電池パックのブロック図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電池パックを例示するものであって、本発明は電池パックを以下のものには特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。

図１に示す電池パックは、複数の充放電できる電池１を直列に接続してなる電池ブロック１０と、この電池ブロック１０の出力側に直列に接続してなるスイッチング素子２と、電池ブロック１０を構成してなる各電池１間に接続された中間検出ライン５で検出される中間電位から各電池１の電圧を検出してスイッチング素子２をオンオフに制御する保護回路４と、電池ブロック１０を構成してなる電池１と直列に接続されて、接続している電池１の温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断する保護素子３とを備えている。

（電池１）
電池１は、充放電できる二次電池である。電池パックは、電池１としてリチウムイオン二次電池を使用している。リチウムイオン二次電池は、容量と重量に対する充放電容量が大きく、電池パックの外形を小さく、また軽量にして充放電容量を大きくできる。ただし、本発明の電池パックは、リチウムイオン二次電池に代わって、他の充放電できる全ての二次電池も使用できる。

（電池ブロック１０）
電池パックは、複数の電池１を備えており、これ等の電池１を直列に接続して電池ブロック１０としている。図１に示す電池パックは、２個の電池１を直列に接続している。ただ、本発明は、互いに直列に接続する電池の個数を２個には限定せず、３個以上とすることもできる。なお、３個以上の電池を直列接続してなる電池パックについては、詳細には後述する。

（スイッチング素子２）
スイッチング素子２は、電池ブロック１０のプラス出力側又はマイナス出力側の何れか一方である第１の出力側に接続されている。図１に示す電池パックは、電池ブロック１０のマイナス出力側を第１の出力側としている。ただ、電池パックは、詳細には後述するが、電池ブロック１０のプラス出力側を第１の出力側とすることもできる。

図１の電池パックは、スイッチング素子２を、電池１の充放電を制御する充放電スイッチとしている。充放電スイッチであるスイッチング素子２は、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２とを直列に接続している。放電スイッチ１１と充電スイッチ１２は、ＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。この電池パックは、電池１の放電を停止するときに放電スイッチ１１をオフ状態に切り換えて、充電を停止するときに充電スイッチ１２をオフ状態に切り換える。電池１を充放電する状態では、放電スイッチ１１と充電スイッチ１２はオン状態に保持される。放電スイッチ１１と充電スイッチ１２は、保護回路４でオンオフに制御される。

（保護回路４）
保護回路４は、電池１の充放電を停止する充放電停止状態を検出してスイッチング素子２をオフ状態に切り換えて、電池１に流れる充放電電流を遮断する。保護回路４は、直列に接続された各々の電池１の電圧を検出して電池１の充放電停止状態を判定する。この保護回路４は、図示しないが、各々の電池１の電圧を検出する電圧検出回路を備えている。図１の電池パックは、各電池１の電圧を検出するために、直列接続された電池１の間に接続された中間検出ライン５と、電池ブロック１０の正負の出力側に接続された出力検出ライン６とを備えている。中間検出ライン５と出力検出ライン６は、保護回路４に接続されており、検出された電位が保護回路４に入力されている。電圧検出回路は、中間検出ライン５で検出される中間電位と出力検出ライン６で検出される両端電位から各々の電池１の電圧を検出する。

図１に示す電池パックは、２個の電池１を直列に接続しているので、２本の電池１の間に１本の中間検出ライン５を接続している。さらに、図１に示す電池パックは、電池ブロック１０の正負の出力側に３本の出力検出ライン６を接続している。図１の電池パックは、電池ブロック１０のプラス出力側の電位を検出する第１出力検出ライン６Ａと、電池ブロック１０のマイナス出力側の電位を検出する第２出力検出ライン６Ｂと、電池ブロック１０の第１の出力側に配置されたスイッチング素子２の出力側の電位を検出する第３出力検出ライン６Ｃとを備えている。ここで、第１出力検出ライン６Ａと第２出力検出ライン６Ｂは、電池ブロック１０の出力電圧や直列接続された各電池１の電圧を検出するのに使用される。また、第３出力検出ライン６Ｃは、電池パックの出力電圧やスイッチング素子２の動作状態をチェックするのに使用される。

保護回路４は、電圧検出回路で検出される各々の電池１の電圧から電池１の充放電停止状態を判定する。この保護回路４は、何れかの電池１の電圧が、あらかじめ設定している閾値を越えると充放電停止状態と判定してスイッチング素子２をオフ状態に切り換える。保護回路４は、放電している電池１の電圧が最低閾値よりも低くなると、放電スイッチ１１をオフ状態に切り換えて放電を停止して電池１の過放電を防止する。また、充電している電池１の電圧が最高閾値よりも高くなると、充電スイッチ１２をオフ状態に切り換えて充電を停止して電池１の過充電を防止する。

さらに、保護回路は、電池温度、例えば最も高温になる電池の温度を検出して電池の充放電停止状態を判定することもできる。電池温度を検出して電池の充放電停止状態を判定する保護回路を備える電池パックは、図示しないが、電池ブロックに温度センサを熱結合状態で配置すると共に、保護回路が温度センサからの信号から電池温度を検出して、電池の充放電停止状態を判定する。この保護回路は、電池温度が最高閾値よりも高くなり、あるいは最低閾値よりも低くなると充放電停止状態と判定して、スイッチング素子をオフ状態に切り換えて電池を保護する。

（保護素子３）
保護素子３は、電池１に過電流が流れると電流を遮断し、あるいは電池１が異常な温度に加熱されると電流を遮断する素子である。このような保護素子として、ブレーカやＰＴＣ、ヒューズ等が使用できる。図の保護素子３はブレーカとしている。ブレーカである保護素子３は、電池１に直列に接続されて、電池１の温度が異常に高くなる状態で電流を遮断して電池１を保護する。ブレーカは、図示しないが、板状として、四角形の本体部の両端から突出するリード板を備える構造とすることができる。このブレーカは、一対のリード板に接続された接続リード板を介して電池１の正負の電極に接続することができる。

保護素子３は、電池１に熱結合状態で配置される。この保護素子３は、熱結合された電池１の温度を速やかに検出して、電池温度が異常に高くなる状態では電池１に流れる電流を遮断する。さらに、保護素子３は、好ましくは複数の電池１に熱結合させる。例えば、互いに直列に接続される電池１の中間に接続される保護素子３は、これ等の電池１をカップリングさせて熱結合させることができる。保護素子３は、例えば、熱伝導樹脂を介して複数の電池１に熱結合状態で連結することができる。また、電池１の中間に接続される保護素子３は、電池１を直列に接続するリード板等の金属製の接続部材を介して接続することで熱結合させることもできる。

本発明の電池パックは、電池１に接続する保護素子３の数を削減するために、保護素子３の個数を電池１の直列接続数よりも少なくしている。図１に示す電池パックは、２個の電池１を直列に接続しているので、１個の保護素子３を備えている。さらに、本発明の電池パックは、保護素子３の数を削減しながら、異常時において電池１を確実に保護するために、保護素子３の接続位置を独特の位置としている。本発明の電池パックは、保護素子３を、スイッチング素子２を接続してなる第１の出力側と反対側の出力側である第２の出力側に接続してなる第２出力側電池１Ｘに接続している。図１に示す電池パックは、電池ブロック１０のマイナス出力側を第１の出力側とするので、電池ブロック１０のプラス出力側を第２の出力側として、最もプラス出力側に接続される電池１を第２出力側電池１Ｘとしている。さらに、第２出力側電池１Ｘに接続される保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７よりもプラス出力側である第２の出力側に接続している。この位置に接続される保護素子３は、電池１に過電流が流れる状態や、熱結合された電池１の温度が異常に高くなる状態において、検出ライン５の接続点７よりも電池ブロック１０の第２の出力側に流れる電流を遮断して電池１を保護できる。

図１に示す電池パックは、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７と第２出力側電池１Ｘとの間に保護素子３を接続している。この位置に接続される保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１とに熱結合状態で接続される。この構造は、互いに直列接続される電池１の間に接続される保護素子３を、両方の電池１に対して理想的に熱結合状態で配置できる特徴がある。

ただ、電池パックは、図１の鎖線で示すように、第２出力側電池１Ｘの第２の出力側に接続することもできる。この位置に接続される保護素子３は、好ましくは第２出力側電池１Ｘに熱結合状態で配置され、あるいは、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１とに熱結合状態で配置することもできる。

以上の電池パックが、異常時に電流を遮断して電池を保護する状態を図２と図３に示す。図２と図３は、保護回路４の内部において、中間検出ライン５と出力検出ライン６の導電部が短絡する状態をそれぞれ示している。

図２は、第１出力検出ライン６Ａが接続された端子ａと中間検出ライン５が接続された端子ｄとが保護回路４の内部で短絡する異常が発生した状態を示している。この状態では、電池ブロック１０の第２の出力側において、図の太線Ａで示すように、第２出力側電池１Ｘ、第１出力検出ライン６Ａ、保護回路４内の短絡部１４、及び中間検出ライン５により、ループ状の短絡回路が形成されるが、このとき、中間検出ライン５の接続部７よりも第２の出力側に接続された保護素子３が動作して電流を遮断するので電池１は保護される。また、電池ブロック１０の第１の出力側において、図の太線Ｂで示すように、第１の出力側の電池１、中間検出ライン５、保護回路４内の短絡部１４、及び第１出力検出ライン６Ａにより、正負の出力端子８を導通させる回路が形成されるが、このときは、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられることにより電流が遮断されて電池１は保護される

図３は、第３出力検出ライン６Ｃが接続された端子ｃと中間検出ライン５が接続された端子ｄとが保護回路４の内部で短絡する異常が発生した状態を示している。この状態では、電池ブロック１０の第２の出力側において、図の太線Ｃで示すように、第３出力検出ライン６Ｃ、保護回路４内の短絡部１５、中間検出ライン５、及び第２出力側電池１Ｘにより、正負の出力端子８を導通させる回路が形成されるが、このとき、中間検出ライン５の接続部７よりも第２の出力側に接続された保護素子３が動作して電流を遮断するので電池１は保護される。また、電池ブロック１０の第１の出力側において、図の太線Ｄで示すように、第１の出力側の電池１、中間検出ライン５、保護回路４内の短絡部１５、及び第３出力検出ライン６Ｃにより、ループ状の短絡回路が形成されるが、このときは、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられることにより電流が遮断されて電池１は保護される

以上の電池パックは、電池ブロック１０のマイナス出力側を第１の出力側としており、電池ブロック１０のマイナス出力側に、スイッチング素子２として電池１の充電電流を制御するＦＥＴからなる充電スイッチ１２と、電池１の放電電流を制御するＦＥＴからなる放電スイッチ１１とを接続している。この構造は、スイッチング素子２を構成するＦＥＴにｎ型のＦＥＴを使用できるので、回路構成を簡単にしながらゲート電圧を印加できる特徴がある。

さらに、電池パックは、図４に示すように、電池ブロック１０のプラス出力側を第１の出力側とすることもできる。この電池パックは、電池ブロック１０のマイナス出力側を第２の出力側として、最もマイナス出力側に接続される電池１を第２出力側電池１Ｘとして、この第２出力側電池１Ｘに保護素子３を接続している。さらに、第２出力側電池１Ｘに接続される保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７よりもマイナス出力側である第２の出力側に接続している。

図４に示す電池パックは、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１との間に接続された中間検出ライン５との接続点７と第２出力側電池１Ｘとの間に保護素子３を接続している。この位置に接続される保護素子３は、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１とに熱結合状態で接続される。ただ、この電池パックも、図の鎖線で示すように、第２出力側電池１Ｘの第２の出力側に接続することもできる。この位置に接続される保護素子３は、好ましくは第２出力側電池１Ｘに熱結合状態で配置され、あるいは、第２出力側電池１Ｘとこれに直列に接続してなる電池１とに熱結合状態で配置することもできる。

この電池パックは、電池ブロック１０のプラス出力側に、スイッチング素子２として電池１の充電電流を制御するＦＥＴからなる充電スイッチ１２と、電池１の放電電流を制御するＦＥＴからなる放電スイッチ１１とを接続している。図の電池パックは、スイッチング素子２を構成するＦＥＴにｐ型のＦＥＴを使用している。

以上の電池パックも、図示しないが、保護回路４の内部において、中間検出ライン５と出力検出ライン６の導電部が短絡する異常時において、電流を遮断して電池１を保護する。この電池パックは、図４の一点鎖線で示すように、第３出力検出ライン６Ｃが接続された端子ｃと中間検出ライン５が接続された端子ｄとが保護回路４の内部で短絡する異常が発生すると、電池ブロック１０のプラス出力側である第１の出力側において、第１の出力側の電池１、第３出力検出ライン６Ｃ、保護回路４内の短絡部１６、及び中間検出ライン５により、ループ状の短絡回路が形成されるが、このとき、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられることにより電流が遮断されて電池１は保護される。また、電池ブロック１０のマイナス出力側である第２の出力側において、第２出力側電池１Ｘ、中間検出ライン５、保護回路４内の短絡部１６、及び第１出力検出ライン６Ａにより、正負の出力端子８を導通させる回路が形成されるが、このとき、中間検出ライン５の接続部７よりも第２の出力側に接続された保護素子３が動作して電流を遮断するので電池１は保護される。

さらに、この電池パックは、図４の二点鎖線で示すように、第２出力検出ライン６Ｂが接続された端子ｂと中間検出ライン５が接続された端子ｄとが保護回路４の内部で短絡する異常が発生すると、電池ブロック１０のプラス出力側である第１の出力側において、第２出力検出ライン６Ｂ、保護回路４内の短絡部１６、中間検出ライン５、及び第１の出力側の電池１により、正負の出力端子８を導通させる回路が形成されるが、このとき、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられることにより電流が遮断されて電池１は保護される。また、電池ブロック１０のマイナス出力側である第２の出力側において、第２出力側電池１Ｘ、中間検出ライン５、保護回路４内の短絡部１６、及び第２出力検出ライン６Ｂにより、正負の出力端子８を導通させる回路が形成されるが、このとき、中間検出ライン５の接続部７よりも第２の出力側に接続された保護素子３が動作して電流を遮断するので電池１は保護される。

さらに、電池パックは、図５と図６に示すように、３個以上の電池１を直列に接続すると共に、２個以上の保護素子３を備えることもできる。図５に示す電池パックは、３個の電池１を直列に接続し、図６の電池パックは４個の電池１を直列に接続している。さらに、図５と図６の電池パックは、２個の保護素子３を備えており、保護素子３の個数を電池１の直列接続数よりも少なくしている。

これらの電池パックも、電池ブロック１０のマイナス出力側である第１の出力側にスイッチング素子２を接続して、電池ブロック１０のプラス出力側を第２の出力側としている。これら電池パックは、第２の出力側において、最もプラス出力側に接続される電池１を第２出力側電池１Ｘとし、この第２出力側電池１Ｘに保護素子３のひとつをメイン保護素子３Ｘとして接続し、残りの保護素子３は、サブ保護素子３Ｙとして、第２出力側電池１Ｘに直列に接続してなる電池１よりも第１の出力側に接続している。

図５に示す電池パックは、直列に接続された３個の電池１の内、第２出力側電池１Ｘと中間の電池１の間にメイン保護素子３Ｘを接続し、中間の電池１と第１の出力側に接続された電池１との間にサブ保護素子３Ｙを接続している。この電池パックは、メイン保護素子３Ｘを第２出力側電池１Ｘと中間の電池１とに熱結合させると共に、サブ保護素子３Ｙを中間の電池１と第１の出力側の電池１とに熱結合させている。この構造は、３個の電池１のうちいずれかの電池１が設定温度よりも高く加熱されると、メイン保護素子３Ｘとサブ保護素子３Ｙの少なくとも一方の保護素子３が動作して電流を遮断し、電池１を保護する。

ここで、図５に示す電池パックは、第２出力側電池１Ｘに接続されるメイン保護素子３Ｘを、中間検出ライン５が接続される接続点７との間に接続しているが、メイン保護素子３Ｘは、図の鎖線で示すように、第２出力側電池１Ｘの出力側に接続することもできる。このメイン保護素子３Ｘは、第２出力側電池１Ｘにのみ熱結合させることもできる。また、図５に示す電池パックは、第１の出力側の２個の電池１に熱結合されるサブ保護素子３Ｙを、中間の電池１の第１の出力側であって、中間検出ライン５が接続される接続点７との間に接続しているが、サブ保護素子３Ｙは、図の鎖線で示すように、第１の出力側の電池１の接続点７側に接続することも、第１の出力側の電池１の出力側に接続することもできる。なお、メイン保護素子３Ｘが全ての電池１と熱結合される場合、サブ保護素子３Ｙは必ずしも必要ではない。

この構造の電池パックも、保護回路４の内部において、中間検出ライン５と出力検出ライン６の導電部が短絡する異常時において、電流を遮断して電池１を保護する。この電池パックは、第１出力検出ライン６Ａが接続された端子ａと第３出力検出ライン６Ｃが接続された端子ｃのいずれか一方と、中間検出ライン５が接続された端子ｄまたは端子ｅのいずれか一方とが保護回路４の内部で短絡する異常が発生すると、少なくとも第２出力側電池１Ｘに接続されたメイン保護素子３Ｘが電池ブロック１０の第２の出力側に流れる電流を遮断し、また、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられて電池ブロック１０の第２の出力側に流れる電流を遮断して電池１を保護する。

また、図６に示す電池パックは、直列に接続された４個の電池１の内、第２の出力側に接続された２個の電池１の間にメイン保護素子３Ｘを接続し、第１の出力側に接続された２個の電池１の間にサブ保護素子３Ｙを接続している。この電池パックは、メイン保護素子３Ｘを第２の出力側の２個の電池１に熱結合させると共に、サブ保護素子３Ｙを第１の出力側の２個の電池１に熱結合させている。この構造は、４個の電池のうちいずれかの電池１が設定温度よりも高く加熱されると、メイン保護素子３Ｘとサブ保護素子３Ｙのいずれかの保護素子３が動作して電流を遮断し、電池１を保護する。この構造の電池パックは、４個の電池１に対して、２個の保護素子３を備えることで、いずれかの電池１が異常な温度に上昇することを最も効率よく検出して、電流を遮断して電池１を保護できる。

図６に示す電池パックは、第２出力側電池１Ｘに直列接続される電池１よりも第１の出力側において、１個のサブ保護素子３Ｙを備えている。ただ、電池パックは、図示しないが、２個のサブ保護素子を備えることもできる。この電池パックは、互いに直列に接続される各電池間にそれぞれサブ保護素子を接続することも、サブ保護素子のひとつを第１の出力側に配置される電池の出力側に接続することもできる。なお、メイン保護素子３Ｘが全ての電池１と熱結合される場合、サブ保護素子３Ｙは必ずしも必要ではない。

この構造の電池パックも、保護回路４の内部において、中間検出ライン５と出力検出ライン６の導電部が短絡する異常時において、電流を遮断して電池１を保護する。この電池パックは、第１出力検出ライン６Ａが接続された端子ａと第３出力検出ライン６Ｃが接続された端子ｃのいずれか一方と、中間検出ライン５が接続された端子ｄ〜端子ｆのいずれかとが保護回路４の内部で短絡する異常が発生すると、少なくとも第２出力側電池１Ｘに接続されたメイン保護素子３Ｘが電池ブロック１０の第２の出力側に流れる電流を遮断し、また、電池ブロック１０の第１の出力側に接続されたスイッチング素子２がオフに切り換えられて電池ブロック１０の第２の出力側に流れる電流を遮断して電池１を保護する。

本発明は、複数の充放電できる電池を直列に接続すると共に、電池温度を検出して電流を遮断する保護素子を電池に接続してなる電池パックであって、とくに小型化や低コスト化が要求される電池パック、例えばＡＶ機器用の電池パックに好適に使用される。

１…電池
１Ｘ…第２出力側電池
２…スイッチング素子
３…保護素子
３Ｘ…メイン保護素子
３Ｙ…サブ保護素子
４…保護回路
５…中間検出ライン
６…出力検出ライン
６Ａ…第１出力検出ライン
６Ｂ…第２出力検出ライン
６Ｃ…第３出力検出ライン
７…接続点
８…出力端子
１０…電池ブロック
１１…放電スイッチ
１２…充電スイッチ
１４…短絡部
１５…短絡部
１６…短絡部
１７…短絡部

Claims (8)

1. 複数の充放電できる電池を直列に接続してなる電池ブロックと、
   前記電池ブロックの出力側に直列に接続してなるスイッチング素子と、
   前記電池ブロックを構成してなる各電池間に接続された中間検出ラインで検出される中間電位から各電池の電圧を検出して前記スイッチング素子をオンオフに制御する保護回路と、
   前記電池ブロックを構成してなる前記電池と直列に接続されて、接続している前記電池の温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断する保護素子と
   を備える電池パックであって、
   前記スイッチング素子は、前記電池ブロックのプラス出力側又はマイナス出力側の何れか一方である第１の出力側に接続され、
   前記保護素子の個数は、前記電池の直列接続数よりも少なく、
   前記保護素子のひとつは、前記スイッチング素子を接続してなる第１の出力側と反対側の出力側である第２の出力側に接続してなる第２出力側電池に接続されており、
   前記第２出力側電池に接続してなる前記保護素子は、前記第２出力側電池とこれに直列に接続してなる前記電池との間に接続された前記中間検出ラインとの接続点よりも第２の出力側に接続されてなることを特徴とする電池パック。
2. 請求項１に記載される電池パックであって、
   前記第２出力側電池に接続してなる前記保護素子が、前記第２出力側電池とこれに直列に接続してなる前記電池との間に接続された前記中間検出ラインとの前記接続点と前記第２出力側電池との間に接続されてなることを特徴とする電池パック。
3. 請求項１又は２に記載される電池パックであって、
   前記電池ブロックが２個の電池を直列に接続しており、
   前記２個の電池の間に接続された前記中間検出ラインとの前記接続点よりも第２出力側に１個の保護素子を接続してなる電池パック。
4. 請求項１又は２に記載される電池パックであって、
   前記電池ブロックが３個以上の電池を直列に接続すると共に、前記保護素子を２個以上備えており、
   前記保護素子のひとつはメイン保護素子として前記第２出力側電池に接続されており、
   前記保護素子の残りは、サブ保護素子として前記第２出力側電池に直列に接続してなる前記電池よりも第１出力側に接続されてなることを特徴とする電池パック。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記第１の出力側を前記電池ブロックのマイナス側としてなることを特徴とする電池パック。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記保護素子がＰＴＣとブレーカとヒューズの何れかであって、前記電池に熱結合状態に配置されてなる電池パック。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記保護素子が複数の前記電池に熱結合状態に配置されてなる電池パック。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される電池パックであって、
   前記スイッチング素子が、電池の充電電流を制御するＦＥＴからなる充電スイッチと、電池の放電電流を制御するＦＥＴからなる放電スイッチとからなる電池パック。

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