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公開番号2021166467
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211014
出願番号2021107841
出願日20210629
発明の名称二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パック
出願人ミツミ電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H02J 7/02 20160101AFI20210917BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】所望の電流を各セルに流すことができる二次電池保護回路を提供すること。
【解決手段】並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗と、前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように、前記検出抵抗により生ずる検出電圧に基づいて、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で制御するバランス制御部とを備える、二次電池保護回路。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路の電圧降下を検出する検出素子と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護回路。
続きを表示(約 2,900 文字)【請求項2】
前記バランス制御部は、
前記充電電流のバランスがとれていない状態で、
前記検出素子により生ずる検出電圧を増幅し、前記バランス制御部に設定された所定電圧と、増幅された前記検出電圧とに基づいて、前記充電制御素子に負帰還をかけることによって、前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、
前記充電電流のバランスがとれている状態で、
前記検出素子により生ずる検出電圧を増幅し、前記バランス制御部に設定された所定電圧と、増幅された前記検出電圧とに基づいて、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させる、請求項1に記載の二次電池保護回路。
【請求項3】
前記検出素子は、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗である、請求項1又は2に記載の二次電池保護回路。
【請求項4】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記放電経路の電圧降下を検出する検出素子と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護回路。
【請求項5】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護集積回路。
【請求項6】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護集積回路。
【請求項7】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
前記充電経路に流れる充電電流又は前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護回路。
【請求項8】
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記充電経路に流れる充電電流又は前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護集積回路。
【請求項9】
請求項1,2,3,4,7のいずれか一項に記載の二次電池保護回路と、前記二次電池とを備える、電池パック。
【請求項10】
二つの電流経路に夫々挿入された電流制御素子によって、前記二つの電流経路に正方向又は逆方向に流れる電流を制御する電流制御回路であって、
前記二つの電流経路に流れる電流が互いにバランスするように動作するバランス制御回路と、
前記二つの電流経路の夫々に設けられ、前記二つの電流経路の電圧降下を検出する検出素子と、を備え、
前記バランス制御回路は、前記電流のバランスがとれていない状態で、前記電流制御素子を飽和領域で動作させ、前記電流のバランスがとれている状態で、前記電流制御素子を非飽和領域で動作させる、電流制御回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パックに関する。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来、並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する技術が知られている(例えば、特許文献1を参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2013−059212号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来の技術では、各セルに流れる電流を制御する素子は、オン状態かオフ状態かの2状態に制御されるにすぎない。そのため、所望の電流を各セルに流すことが難しい。
【0005】
そこで、本開示では、所望の電流を各セルに流すことができる、二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パックが提供される。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路の電圧降下を検出する検出素子と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護回路が提供される。
【0007】
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記放電経路の電圧降下を検出する検出素子と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護回路が提供される。
【0008】
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記充電電流のバランスがとれていない状態で、前記充電制御素子を飽和領域で動作させ、前記充電電流のバランスがとれている状態で、前記充電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護集積回路が提供される。
【0009】
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように動作するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記放電電流のバランスがとれていない状態で、前記放電制御素子を飽和領域で動作させ、前記放電電流のバランスがとれている状態で、前記放電制御素子を非飽和領域で動作させる、二次電池保護集積回路が提供される。
【0010】
また、本開示の一態様では、
前記二次電池保護回路と、前記二次電池とを備える、電池パックが提供される。
【発明の効果】
【0011】
本開示によれば、所望の電流を各セルに流すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
電池パックの構成の一例を示す図である。
各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第1の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。
第1の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第1の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。
第1の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第2の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。
第2の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第2の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。
第2の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第1の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。
各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第2の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。
第1及び第2の実施形態の変形例におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。
【0014】
図1は、本発明の一実施形態である電池パック100の構成図である。電池パック100は、負荷接続端子5,6に接続される不図示の外部負荷に電力を供給可能な二次電池200と、二次電池200を保護する二次電池保護回路80とを内蔵して備えている。電池パック100は、外部負荷に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。外部負荷の具体例として、携帯端末(携帯電話、携帯ゲーム機、PDA、モバイルパソコン、スマートフォン、タブレット端末、音楽や映像の携帯プレーヤーなど)、コンピュータ、ヘッドセット、カメラなどの電子機器が挙げられる。
【0015】
二次電池200は、負荷接続端子5,6に接続される充電器300によって充電可能である。二次電池200の具体例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などが挙げられる。二次電池200は、2つのセル201,202が互いに並列に接続されて構成されている。
【0016】
二次電池保護回路80は、負荷接続端子5と、負荷接続端子6と、セル接続端子3,17,27とを備え、セル接続端子3,17,27に接続された二次電池200を過電流から保護する電池保護装置である。セル接続端子3は、負荷接続端子5に電源経路8を介して繋がる。セル接続端子17は、負荷接続端子6に電源経路16を介して繋がり、セル接続端子27は、負荷接続端子6に電源経路26を介して繋がる。セル接続端子3は、セル201とセル201の両方の正極に接続されている。セル接続端子17は、セル202の負極に接続されずに、セル201の負極に接続される。セル接続端子27は、セル201の負極に接続されずに、セル202の負極に接続される。
【0017】
二次電池保護回路80は、トランジスタ11,12,21,22を備えている。トランジスタ11は、セル201の充電経路を遮断可能な充電経路遮断部であり、トランジスタ12は、セル201の放電経路を遮断可能な放電経路遮断部である。トランジスタ21は、セル202の充電経路を遮断可能な充電経路遮断部であり、トランジスタ22は、セル202の放電経路を遮断可能な放電経路遮断部である。図示の場合、トランジスタ11は、セル201の充電電流が流れる電源経路16を遮断でき、トランジスタ12は、セル201の放電電流が流れる電源経路16を遮断できる。トランジスタ21は、セル202の充電電流が流れる電源経路26を遮断でき、トランジスタ22は、セル202の放電電流が流れる電源経路26を遮断できる。
【0018】
トランジスタ11,12は、電源経路16の導通/遮断を切り替え可能なスイッチング素子であり、電源経路16に直列に挿入されている。トランジスタ21,22は、電源経路26の導通/遮断を切り替え可能なスイッチング素子であり、電源経路26に直列に挿入されている。
【0019】
トランジスタ11,12,21,22は、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。トランジスタ11は、トランジスタ11の寄生ダイオードの順方向がセル201の放電方向に一致するように電源経路16に挿入されている。トランジスタ12は、トランジスタ12の寄生ダイオードの順方向がセル201の充電方向に一致するように電源経路16に挿入されている。トランジスタ21は、トランジスタ21の寄生ダイオードの順方向がセル202の放電方向に一致するように電源経路26に挿入されている。トランジスタ22は、トランジスタ22の寄生ダイオードの順方向がセル202の充電方向に一致するように電源経路26に挿入されている。
【0020】
なお、トランジスタ11,12,21,22は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やバイポーラトランジスタなどの他の半導体素子でもよい。また、トランジスタ11,12,21,22のドレイン−ソース間(又は、コレクタ−エミッタ間)にダイオードが追加されてもよい。
【0021】
二次電池保護回路80は、抵抗13,23を備えている。抵抗13は、セル201に流れる放電電流又は充電電流の電流値を検出するための検出抵抗であり、セル接続端子17とトランジスタ11,12との間における電源経路16に直列に挿入されている。抵抗23は、セル202に流れる放電電流又は充電電流の電流値を検出するための検出抵抗であり、セル接続端子27とトランジスタ21,22との間における電源経路26に直列に挿入されている。
【0022】
二次電池保護回路80は、キャパシタ14,24を備えている。キャパシタ14は、抵抗13に並列に接続されている。キャパシタ14を抵抗13に並列に接続することによって、抵抗13を用いた電流検出の精度が向上する。キャパシタ24は、抵抗23に並列に接続されている。キャパシタ24を抵抗23に並列に接続することによって、抵抗23を用いた電流検出の精度が向上する。
【0023】
二次電池保護回路80は、保護IC90を備えている。保護IC90は、二次電池200から給電されて二次電池200を保護する二次電池保護集積回路である。保護IC90は、一つのチップから構成されている。
【0024】
保護IC90は、VDD端子と、VSS1端子と、VSS2端子とを備えている。VDD端子は、抵抗1を介して、セル接続端子3又は電源経路8に接続される正側電源端子である。VSS1端子は、セル接続端子17と抵抗13との間で電源経路16に接続される負側電源端子である。VSS2端子は、セル接続端子27と抵抗23との間で電源経路26に接続される負側電源端子である。
【0025】
抵抗1は、VDD端子に過電流が流れることを防止する電流制限抵抗である。キャパシタ2は、抵抗R1とVDD端子との間に接続された一端と、セル接続端子17と抵抗13との間で電源経路16に接続される他端とを有している。抵抗1とキャパシタ2によって構成されたRCローパスフィルタは、VDD端子とVSS1端子との間の電源電圧を平滑化できる。
【0026】
保護IC90は、保護IC90のCOUT1端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ11をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ11をオフできる充電制御回路34を有している。充電制御回路34は、充電過電流検出回路32の出力信号と充電電流制御回路33の出力信号とを選択的に出力する回路である。
【0027】
また、保護IC90は、保護IC90のDOUT1端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ12をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ12をオフできる放電制御回路37を有している。放電制御回路37は、放電過電流検出回路35の出力信号と放電電流制御回路36の出力信号とを選択的に出力する回路である。
【0028】
同様に、保護IC90は、保護IC90のCOUT2端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ21をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ21をオフできる充電制御回路44を有している。充電制御回路44は、充電過電流検出回路42の出力信号と充電電流制御回路43の出力信号とを選択的に出力する回路である。
【0029】
また、保護IC90は、保護IC90のDOUT2端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ22をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ22をオフできる放電制御回路47を有している。放電制御回路47は、放電過電流検出回路45の出力信号と放電電流制御回路46の出力信号とを選択的に出力する回路である。
【0030】
二次電池保護回路80は、並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路の一例である。二次電池保護回路80は、保護制御部を有する保護IC90を備えている。保護制御部は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられ、対応するセルの保護を制御する。保護制御回路30は、セル201に対して設けられ、セル201の保護を制御する保護制御部の一例であり、保護制御回路40は、セル202に対して設けられ、セル202の保護を制御する保護制御部の一例である。
(【0031】以降は省略されています)

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