JP4821691B2

JP4821691B2 - 二次電池パック

Info

Publication number: JP4821691B2
Application number: JP2007110316A
Authority: JP
Inventors: 滋野澤; 伸鈴木
Original assignee: NEC Energy Devices Ltd
Current assignee: Envision AESC Energy Devices Ltd
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: JP2008271690A

Description

本発明は１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと保護回路を有する二次電池パックに関し、特に使用されていない状態での消費電力を削減できる二次電池パックに関する。

リチウムイオン電池等の二次電池では、その電池性能の劣化防止や安全性確保のための保護回路を一体化した電池パックが使用されている。通常この保護回路は二次電池本体から内部的に電源供給を受けて動作するように構成されている。図３は従来の二次電池パックの回路構成の一例を示す図であり、１は二次電池、５はそれらを多段に接続した二次電池ブロック、２は保護回路を示す。保護回路２は二次電池パックの過充電、過放電、過電流、過熱のうち少なくとも一つ以上の異常を検出し、その検出結果に基づいて各二次電池の充電電圧の調整や二次電池ブロックの充電および放電回路の遮断や接続などの制御を行う保護機能を有するものである。

上述のように従来の二次電池パックは外部負荷回路に接続されていない場合にも保護回路は常に動作状態にある。また、特許文献１には保護回路とともに電池残量の監視や表示などを行う制御回路が二次電池パックに一体として設置されている場合が示され、二次電池が非装着状態にある場合、上述の制御回路への電源供給を停止させ消費電力の低減を図る手段が示されている。また、特許文献２では保護回路とともに二次電池の残容量を演算する回路などを実現する半導体電力消費回路を内蔵した二次電池パックが示され、上述の半導体電力消費回路には二次電池パックに接続される外部機器を経由して電力を供給する構成をとることにより使用されないときの消費電力を低減する方法が示されている。

特開２００１−１５５７８１号公報特開２００２−３２４５８８号公報

二次電池パックにおいて、使用されていない期間、すなわち出荷前などの保管状態にある期間の消費電力をできるだけ小さくすることは、二次電池自体の許容保存期間やそれが装着された電気機器の許容保存期間を長くするためには非常に重要である。この目的のため、上述のように、特許文献１では、二次電池が非装着状態にある場合に制御回路への電源供給を停止させて消費電力の低減を図る手段が示され、また、特許文献２でも非使用時には半導体電力消費回路に電力が供給されない手段が示されている。

しかし、保護回路の電力も長期的には無視できない消費量となる。一般的に保護回路は低消費電力を得るためおよび価格低減のためＩＣ化されており、その動作モードは二次電池の充電量を基に低消費モードと通常モードに自動的に切り替えられる。例えば二次電池パックの出荷充電量を約３０〜５０％とすると、保護回路の動作モードは通常モードとなり、数十〜数百μＡの消費電流が発生し、長期的には無視できない消費量となる。上述の特許文献１および２の二次電池パックにおいても保護回路自体の消費電力を低減する手段を設けないと許容保存期間は十分ではなく自己消費電流によって制限されてしまう。

そこで本発明の課題は、二次電池パックが使用されないときの保護回路の自己消費電流を削減し、許容保存期間を延ばすことのできる二次電池パックを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明による二次電池パックは、１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと、該二次電池ブロックの過充電、過放電、過電流、過熱のうち少なくとも一つ以上の異常検出を行って保護を行う保護回路とを有する二次電池パックにおいて、前記保護回路と前記二次電池ブロックを接続する電源ラインの少なくとも一つに該電源ラインを遮断または接続する強制遮断回路を挿入したことを特徴とする。

また、前記二次電池パックの外部接続端子に接続されたトリガ回路を有し、該トリガ回路により発生する電気信号により前記強制遮断回路の遮断、接続制御を行うことも可能である。

また、前記強制遮断回路又は前記トリガ回路は入力端子を有し、該入力端子に規定の電圧を印加することにより、前記強制遮断回路が遮断状態となってもよい。

また、前記強制遮断回路又は前記トリガ回路は少なくとも２つの入力端子を有し、該２つの入力端子を短絡することにより、前記強制遮断回路が遮断状態となってもよい。

前記強制遮断回路又は前記トリガ回路は２つの電極端子間が弾性力により互いに接触するように構成された入力部を有し、前記２つの電極端子間に絶縁体を挿入し開放状態にすることにより、前記強制遮断回路が遮断状態となるように構成することもでき、さらにその２つの電極端子間に挿入された絶縁体を引き抜き、前記２つの電極端子間を短絡状態に戻すことにより、前記強制遮断回路が接続状態となるようにしてもよい。

また、二次電池パックが充電されることにより前記強制遮断回路が接続状態となるように設定してもよい。

以上のように、本発明は、二次電池パックの非使用期間に二次電池から保護回路への電力供給を遮断することにより、その期間における消費電流の大幅な削減を可能とするものであり、本発明により、二次電池パックが使用されないときの保護回路の自己消費電流を削減し、許容保存期間を延ばすことのできる二次電池パックが得られる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明に係る二次電池パックの第一の実施の形態を示す回路構成図である。図１において、複数の二次電池１からなる二次電池ブロック５と、二次電池ブロック５の過充電、過放電、過電流、過熱のうち少なくとも一つ以上の異常検出を行って保護を行う保護回路２とを有する二次電池パックにおいて、保護回路２と二次電池ブロック５を接続する電源ラインの一つにこの電源ラインを遮断または接続する強制遮断回路３が挿入されている。

また、二次電池パックの外部接続端子６に接続されたトリガ回路４を有し、トリガ回路４により発生する電気信号により強制遮断回路３の遮断、接続制御を行う。トリガ回路４は入力情報を元に強制遮断回路３の遮断と接続を制御する電気信号を発生する機能を有するものである。

ここで、強制遮断回路３は保護回路２に供給される数十〜数百μＡ程度の電流をＯＮ、ＯＦＦするスイッチ機能を有する回路であり、通常のＦＥＴ素子などで構成することができ、また、トリガ回路４も入力電圧や入力抵抗値などの入力情報によりそのＦＥＴ素子をＯＮ、ＯＦＦさせる信号を発生させる一般的な回路である。

次に、上記の本実施の形態に係る二次電池パックの保護回路２の遮断・接続動作を説明する。図１に示される二次電池パックにおいて、まず、規定の処置が行われ出荷可能となった二次電池パックのトリガ回路４の入力部に規定の電位状態を印加する。トリガ回路４は、規定の電位状態が入力されると強制遮断回路３へ遮断信号を出力する。強制遮断回路３は、遮断信号が入力されると保護回路２への電源ラインを遮断し、保護回路２が低消費電流状態となり、この状態で二次電池パックは出荷される。

出荷後使用する際は、二次電池パックに充電を行うと、トリガ回路４は充電を検出し、強制遮断回路３へ復帰信号を出力する。強制遮断回路３は、復帰信号が入力されると保護回路２へ電源ラインを接続し、二次電池パックが通常動作モードとなる。

図２は、本発明に係る二次電池パックの第二の実施の形態の回路構成図である。図２において、図１と同様に複数の二次電池１からなる二次電池ブロック５と、二次電池ブロック５の過充電、過放電、過電流、加熱のうち少なくとも一つ以上の異常検出を行って保護を行う保護回路２とを有する二次電池パックにおいて、保護回路２と二次電池ブロック５を接続する電源ラインの一つにこの電源ラインを遮断または接続する強制遮断回路３が挿入されている。

また、二次電池パックの外部接続端子６に接続されたトリガ回路４を有し、トリガ回路４により発生する電気信号により強制遮断回路３の遮断、接続制御を行う。本実施の形態においては、トリガ回路４は２つの電極端子間が弾性力により互いに接触するように構成された入力部７を有し、その２つの電極端子間に絶縁体１０を挿入し開放状態にすることにより、強制遮断回路３が遮断状態となり、その２つの電極端子間に挿入された絶縁体１０を引き抜き、２つの電極端子間を短絡状態に戻すことにより、強制遮断回路３が接続状態となるように設定されている。すなわち、トリガ回路４は入力部７が通常短絡状態の機械スイッチで構成され、絶縁体１０の挿入の有無によるオープン／ショート情報を元に強制遮断回路３の遮断と復帰を制御する機能を有するものである。

次に、上記本実施の形態の二次電池パックの保護回路２の遮断・接続動作を説明する。図２に示される二次電池パックにおいて、まず、規定の処置が行われ出荷可能となった二次電池パックのトリガ回路４の入力部７に絶縁体１０を挿入し、オープン状態にする。トリガ回路４は、オープン状態が入力されると強制遮断回路３へ遮断信号を出力する。強制遮断回路３は、遮断信号が入力されると保護回路２への電源ラインを遮断し、保護回路２が低消費電流状態となり、この状態で二次電池パックは出荷される。

出荷後使用する際は、二次電池パックのトリガ回路４の入力部７に挿入された絶縁体１０を引き抜き、入力部７を通常短絡状態に戻すと、トリガ回路４は入力部ショートを検出し、強制遮断回路３へ復帰信号を出力する。強制遮断回路３は、復帰信号が入力されると保護回路２へ電源ラインを接続し、二次電池パックが通常動作モードとなる。

なお、上記の実施の形態では、２つの電極端子間がオープンの時、強制遮断回路が遮断状態となる場合を示したが、２つの電極端子間が短絡した時に遮断状態となるように設定し、出荷時には２つの電極端子間を短絡するものを設置し、使用時にその短絡するものを除去するように構成することも可能である。

上記のように本発明に係る二次電池パックでは、保護回路２と、強制遮断回路３と、トリガ回路４により、二次電池パックの出荷時に保護回路２の電源ラインを遮断し、使用時に充電等の復帰動作を行うまでは、回路消費の大半を占める保護回路の消費電流を削減でき、二次電池パックの許容保存期間を延ばすことのできるような二次電池パックを構成することができる。

本発明に係る二次電池パックの上記の実施の形態においては、トリガ回路４の入力情報として電位レベルや機械スイッチの接触状態を利用する例を説明したが、光、磁気、温度、湿度、振動、電流、ガス等により電圧、電流の発生、または電気抵抗値の変化を生ずる現象を利用して電気信号を発生させ、それを入力情報として強制遮断回路３の遮断、復帰信号を発生させて制御を行っても良い。

また、トリガ回路４は強制遮断回路３の一部として構成することにより、または強制遮断回路３にトリガ回路４の機能を持たせることによりトリガ回路４を省略することも可能である。

本発明に係る二次電池パックの第一の実施の形態を示す回路構成図。本発明に係る二次電池パックの第二の実施の形態を示す回路構成図。従来の二次電池パックの回路構成の一例を示す図。

符号の説明

１二次電池
２保護回路
３強制遮断回路
４トリガ回路
５二次電池ブロック
６外部接続端子
７入力部
１０絶縁体

Claims

１及至複数の二次電池からなる二次電池ブロックと、該二次電池ブロックの過充電、過放電、過電流、過熱のうち少なくとも一つ以上の異常検出を行って保護を行う保護回路とを有し、前記保護回路と前記二次電池ブロックを接続する電源ラインに該電源ラインを遮断または接続する強制遮断回路を挿入した二次電池パックであって、
前記二次電池パックの外部接続端子に接続されたトリガ回路を有し、
該トリガ回路は、少なくも２つの電極端子からなる入力部を備え、該電極端子の短絡の状態に応じ前記強制遮断回路に遮断信号または復帰信号を出力し、
該強制遮断回路は、該遮断信号と該復帰信号に応じ、該電源ラインの遮断、接続制御を行うことを特徴とする二次電池パック。
前記トリガ回路は２つの電極端子間が弾性力により互いに接触するように構成された入力部を有し、前記２つの電極端子間に絶縁体を挿入し開放状態にすることにより、前記強制遮断回路が遮断状態となることを特徴とする請求項１記載の二次電池パック。
前記２つの電極端子間に挿入された絶縁体を引き抜き、前記２つの電極端子間を短絡状態に戻すことにより、前記強制遮断回路が接続状態となることを特徴とする請求項２記載の二次電池パック。