JP2004146307A

JP2004146307A - バッテリーユニット

Info

Publication number: JP2004146307A
Application number: JP2002312740A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Konno; 今野　昌利
Original assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Current assignee: SOLECTRON JAPAN KK
Priority date: 2002-10-28
Filing date: 2002-10-28
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】全ての電池の稼動状況を簡易に監視できるバッテリーユニットを提供する。
【解決手段】複数の二次電池と電池サブユニット回路遮断手段とを直列に接続してなる電池サブユニット３ａ〜３ｃを複数個並列に接続してなる電池ユニット４と、前記電池サブユニット２ａ〜２ｃの各々で、該電池サブユニットが備える一個以上の前記二次電池にかかる電圧を監視する電圧監視手段（制御基盤５）とを備えてなるバッテリーユニットであって、前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、該電池サブユニット回路遮断手段により、その異常のある電池サブユニットの充放電を停止させるバッテリーユニットを提供する。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バッテリーユニットに関する。より具体的には、本発明は、保護装置付きのバッテリーユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年の電気機器、特に、携帯用オーディオ、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ビデオレコーダー、デジタルカメラ等の携帯機器は、バッテリーユニットをその動力源として用いている。通常の場合、バッテリーユニットは、充放電可能な二次電池を複数個内蔵し、各電池は所定の電圧範囲内で、充電、放電を繰り返しながら使用される。しかしながら、該電池の劣化や故障等により、電池の過充電状態や過放電状態等が引き起こされることがある。電池が劣化、故障した状態で充放電を繰り返すと、電池の異常は助長され、発熱等を起こす危険がある。このため、電池の異常を検出するために、従来から、様々な措置が講じられてきた。
【０００３】
図２に、並列に接続された電池１ａ〜１ｃのうち電池１ａに故障が起きた際の電気の流れを模式的に示す。電池１ａの内部において異常電圧降下が発生すると電池１ｂ、１ｃから電池１ａに向かって電気が流れ込む。その電流の大きさは電池１ａ〜１ｃのインピーダンスや電池１ａ〜１ｃの電圧等の関係により決まり、通常その大きさは十数アンペア程度である。特に、並列に接続した電池の数が多いほど、故障した電池に流れ込む電流は大きくなり、故障した電池に対する悪影響の度合いは増大する。このように、電池の故障個所で発生する異常エネルギーは、故障した電池のエネルギーだけではなく、故障した電池と並列に接続された正常な電池のエネルギーをも合わさった形で発生する。
【０００４】
このような電池の故障に起因する事故を防ぐために、バッテリーユニットにおける電圧、電流、温度等を監視し、故障を検知する技術が知られている。例えば、全ての電池を直列に接続したバッテリーユニットにおいて、全ての電池が正常に作動していることを確認するために、全ての電池について各電池にかかる電圧を監視するものがある（特許文献１参照）。しかし、このように全ての電池を直列に接続したバッテリーユニットでは、監視する電池の数が多くなり、これらを制御するための回路が複雑となる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−９８７０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、全ての電池の稼動状況をより正確に、かつより簡易に監視できるバッテリーユニットを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記事情を鑑みて、本発明は、複数の二次電池と電池サブユニット回路遮断手段とを直列に接続してなる電池サブユニットを複数個並列に接続してなる電池ユニットと、前記電池サブユニットの各々で、該電池サブユニットが備える一個以上の前記二次電池にかかる電圧を監視する電圧監視手段とを備えてなるバッテリーユニットであって、前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、該電池サブユニット回路遮断手段により、その異常のある電池サブユニットの充放電を停止させるバッテリーユニットを提供する。前記バッテリーユニットは、前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、前記電池ユニットの充放電を停止させることができる電池ユニット回路遮断手段をさらに備える事で２重のプロテクトをかける事ができる。
【０００８】
ここで、二次電池は、特に限定されるものではないが、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池であると好適である。
【０００９】
また、特に限定されるものではないが、電池サブユニット回路遮断手段または電池ユニット回路遮断手段としては、例えば、異常検出時に制御回路から送られた制御信号によって抵抗発熱体に通電してこれを発熱させ、この発熱によってヒューズを溶融切断させることができる素子または、ＦＥＴなどが利用できる。
【００１０】
また、特に限定されるものではないが、電圧を監視する電池は、各電池サブユニットにおける１個の電池（正極側の１個の電池、負極側の１個の電池等）とすると、より簡易に電圧を監視できるため好ましい。
【００１１】
制御基板により、各電池の端子電圧を比較したり、各電池の電圧を所定の判定電圧と比較したり、電圧値の経時的変化を捉えたりすることで、各電池サブユニットの状態を監視することができる。以下に詳細に説明するように、制御基板は各サブユニットが備える電池の電圧をそれぞれ監視することで、バッテリーユニット全体の状況を監視できる。制御基板は、電流保護素子にかかる電圧が異常な大きさになったことを検出した際には、電池サブユニット回路遮断手段、さらには電池ユニット回路遮断手段を開くことでバッテリーユニットの充放電を停止させることができる。
【００１２】
本発明によると、以下のように、全ての電池の稼動状況をより正確に、かつより簡易に監視できる。すなわち、バッテリーユニットを構成する全ての電池が正常に稼動しているときは、各電池サブユニットが含む、電圧間手段により電圧を監視されている電池は、全て等しい電圧を示している。しかし、いずれかの電池に異常が生じた際には、この異常な電池を含む電池サブユニットにおける電圧を監視されている電池と、正常な電池サブユニットとにおいて電圧を監視されている電池との間に電圧差が生じる。このように各電池サブユニット間で、電圧を監視している電池間の電圧差の有無を監視することで、電池が正常に稼動しているか、監視することができる。
【００１３】
さらに、異常な電池を検出したときには、異常な電池を含む電池サブユニットの回路遮断手段により所定の回路を遮断することができる。このように、本発明によると、故障した電池への外部からのエネルギーの供給を迅速に遮断できる。故障した電池への外部からのエネルギーの供給は、電池の発熱する前段階の現象である。換言すれば、このようなエネルギー供給の結果として電池の発熱が起こる。このため、本発明によると、故障した電池における異常発熱が起きる前に電流を遮断することができ、異常発熱に起因する問題発生を未然に防ぐことができる。
【００１４】
このように、回路遮断手段を導入することで、外部から特性異常の電池へのエネルギーの供給を素早く遮断できる。しかも、電池ユニットと電池サブユニットとの各々に回路遮断手段を設けることで、異常な電池を含む電池サブユニットのみを先に遮断することができる。このように、電池ユニットの充放電を停止させることができる回路遮断手段をさらに備える構成によると、異常電池が生じた際にもバッテリーユニットの機能を即停止させる必要は無くバッテリーユニット自体は動作を続けることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の１例を、添付図面を参照しながら説明する。もっとも、以下の本発明に係る実施の形態は本発明を限定するものではない。
図１に、本発明にかかるバッテリーユニットの電気回路を模式的に表す。本実施例にかかるバッテリーユニットの電気回路は、主な要素として電池ユニット４および制御基板５を備える。電池ユニット４は電池サブユニット３ａ〜３ｃが並列に接続されてなる。電池サブユニット３ａは、電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ａ、電池１ａ、電池１ｂ、電池１ｃが直列に接続されてなる。同様に、電池サブユニット３ｂは、電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂ、電池１ｄ、電池１ｅ、電池１ｆが直列に接続されてなる。同様に、電池サブユニット３ｃは、電流ヒューズ２ｃ、電池１ｇ、電池１ｈ、電池１ｉが直列に接続されてなる。制御基板５は、各サブユニット内の一本の電池（１ｃ、１ｆ、１ｉ）にかかる電圧を検出できるように接続されており、さらにスイッチ素子６へ信号を送ることができる。なお、スイッチ素子６は、正極、負極のどちらへ付加してもかまわない。
【００１６】
ここで、各電池サブユニット３ａ〜３ｃは並列に接続されているため、各電池サブユニット３ａ〜３ｃは常に同じ電圧になろうとする。例えば、電池サブユニット２ｂで電池１ｅに電圧降下が起こり、各電池サブユニット２ａ〜２ｃ間に電圧の不均衡が発生すると、電圧の不均衡を補うべく電池１ｄと電池１ｆの電圧は直ちに変化する。この際制御基板５は、電池１ｆと電池１ｃ電池１ｉ間の電位差を検知し電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂをオープンし、電池サブユニット２ｂへの電流を遮断する。結果、電池１ｅへの電力供給は絶たれることになる。
【００１７】
そして、制御基板５は、同様に電圧を監視することで、異常電圧を検出した際は、回路遮断手段であるスイッチ素子６を開き、バッテリーユニットを永久的にあるいは暫定的に使用不能状態にすることもできる。また電池サブユニット遮断用スイッチ素子２ｂとスイッチ素子６の遮断に時間差を持たせることでこのバッテリーユニットを使用する機器の信頼性を確保できる。
【００１８】
上記、本発明の実施の形態には、３個の二次電池が直列に接続されてなる電池サブユニットが、３個並列に接続されることで電池ユニットを構成している例を挙げたが、本発明は、この構成に限定されるものではない。すなわち、複数の二次電池が直列に接続されることで電池サブユニットが構成し、複数の電池サブユニットが並列に接続されることで電池ユニットが構成されていればよい。また、各々の電池サブユニットに含まれる二次電池の数は異なってもよい。
【００１９】
【発明の効果】
上記したところから明らかなように、本発明によると、全ての電池の稼動状況を簡易に監視できるバッテリーユニットが提供される。すなわち、電池が故障した際には、速やかに、回路を開き、故障した電池への外部からのエネルギーの供給を迅速に遮断できる。このため、故障した電池における異常発熱を未然に防ぐことができる。同時に、本発明によると、電池が故障した際に、バッテリーユニット自体を使用不能にすることが可能で、故障したバッテリーユニットを使用し続けることによる危険を未然に防ぐことができる。また、複数の回路遮断手段を設けることで、電池ユニット内の電池一個が不良となった際にも、その電池ユニット全体としては機能を保つことができ、バッテリーユニットの信頼性を向上させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるバッテリーユニットの電気回路を表す模式図である。
【図２】並列に接続された電池の１つに故障が起きた際の電気の流れを表す模式図である。
【符号の説明】
１ａ〜ｉ　　電池
２ａ〜ｃ　　電池サブユニット遮断用スイッチ素子
３ａ〜ｃ　　電池サブユニット
４　　　　　電池ユニット
５　　　　　制御基板
６　　　　　スイッチ素子

Claims

複数の二次電池と電池サブユニット回路遮断手段とを直列に接続してなる電池サブユニットを複数個並列に接続してなる電池ユニットと、
前記電池サブユニットの各々について、該電池サブユニットが備える一個以上の前記二次電池にかかる電圧を監視する電圧監視手段と
を備えてなるバッテリーユニットであって、
前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、該電池サブユニット回路遮断手段により、その異常のある電池サブユニットの充放電を停止させるバッテリーユニット。
前記電圧監視手段が少なくとも１つの前記電池サブユニットについて異常な電圧を検出した際、前記電池ユニットの充放電を停止させることができる電池ユニット回路遮断手段をさらに備えてなる請求項１に記載のバッテリーユニット。