JPH04331425A - 過充電防止装置、過放電防止装置、過充電・過放電防止装置、プリント基板並びにバッテリーパック - Google Patents
過充電防止装置、過放電防止装置、過充電・過放電防止装置、プリント基板並びにバッテリーパックInfo
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウム２次電池等の
非水溶媒系２次電池の過充電、過放電を防止するように
した過充電防止装置及び過放電防止装置に関する。
非水溶媒系２次電池の過充電、過放電を防止するように
した過充電防止装置及び過放電防止装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】非水溶媒系２次電池、例えばリチウムイ
オン２次電池の電池構成例を図７に示す。このリチウム
イオン２次電池１では正極２の活物質４としてＬｉＣｏ
Ｏ２ を、負極３の活物質６としてグラファイト構造を
有するカーボンを用い、正極の活物質４がＡｌの集電体
５に保持され、負極の活物質６がＣｕの集電体７に保持
される。各活物質４及び６はセパレータ８を介して対向
し、活物質４及び６間には有機電解液９が充填される。 このリチウムイオン２次電池１の電圧反応は化１に示す
ように表現される。
オン２次電池の電池構成例を図７に示す。このリチウム
イオン２次電池１では正極２の活物質４としてＬｉＣｏ
Ｏ２ を、負極３の活物質６としてグラファイト構造を
有するカーボンを用い、正極の活物質４がＡｌの集電体
５に保持され、負極の活物質６がＣｕの集電体７に保持
される。各活物質４及び６はセパレータ８を介して対向
し、活物質４及び６間には有機電解液９が充填される。 このリチウムイオン２次電池１の電圧反応は化１に示す
ように表現される。
【０００３】
【化１】
【０００４】電池１の充放電特性は図８及び図９に示す
ように電池容量即ち充放電エネルギと電池端子間電圧（
所謂電池電圧）との間に強い相関を有する。図８の実線
Ｉは電池電圧と充電エネルギの関係を示すグラフであり
、充電エネルギが増すにつれて電池電圧が上昇する。 図９の実線ＩＩは電池電圧と放電エネルギの関係を示す
グラフであり、放電エネルギが増すにつれて電池電圧が
低下する。
ように電池容量即ち充放電エネルギと電池端子間電圧（
所謂電池電圧）との間に強い相関を有する。図８の実線
Ｉは電池電圧と充電エネルギの関係を示すグラフであり
、充電エネルギが増すにつれて電池電圧が上昇する。 図９の実線ＩＩは電池電圧と放電エネルギの関係を示す
グラフであり、放電エネルギが増すにつれて電池電圧が
低下する。
【０００５】電池１には電池構成材料及び電池設計でき
まる設計電圧ａがあり（図７参照）、この設計電圧ａを
越えて充電することを過充電と呼ぶ。過充電を行うと、
（１）負極３上でのＬｉ金属の析出、（２）正極活物質
４の分解及び分解で生成したコバルトイオンに起因する
負極３上でのＣｏ金属あるいはコバルト化合物の析出、
（３）有機電解液の分解が生じる。Ｌｉ金属、Ｃｏ金属
、Ｃｏ化合物の析出は正負極のショート原因となり、正
極活物質４、有機電解液９の分解は電池１の著しい劣化
原因となる。従って、過充電は本質的に避けなければ電
池の信頼性を確保することはできない。
まる設計電圧ａがあり（図７参照）、この設計電圧ａを
越えて充電することを過充電と呼ぶ。過充電を行うと、
（１）負極３上でのＬｉ金属の析出、（２）正極活物質
４の分解及び分解で生成したコバルトイオンに起因する
負極３上でのＣｏ金属あるいはコバルト化合物の析出、
（３）有機電解液の分解が生じる。Ｌｉ金属、Ｃｏ金属
、Ｃｏ化合物の析出は正負極のショート原因となり、正
極活物質４、有機電解液９の分解は電池１の著しい劣化
原因となる。従って、過充電は本質的に避けなければ電
池の信頼性を確保することはできない。
【０００６】充電した電池１に外部負荷を接続して放電
すると、図９に示すように電池電圧は低下して行くが、
放電を継続すると負極集電体（Ｃｕ）７の溶解電圧ｂに
到達する。この溶解電圧ｂに至った以降さらに放電する
ことを過放電と呼び、過放電では当然に銅（Ｃｕ）がイ
オン化し、電解液９に溶出する。集電体金属が溶出すれ
ば、集電機能の劣化、負極活物質６の脱落が生じ電池１
の容量を低下させる。さらに、溶出した銅イオンが次の
充電時に負極３に異常析出し、正負極のショート原因と
もなる。従って、過放電も当然に避けるべき課題である
。
すると、図９に示すように電池電圧は低下して行くが、
放電を継続すると負極集電体（Ｃｕ）７の溶解電圧ｂに
到達する。この溶解電圧ｂに至った以降さらに放電する
ことを過放電と呼び、過放電では当然に銅（Ｃｕ）がイ
オン化し、電解液９に溶出する。集電体金属が溶出すれ
ば、集電機能の劣化、負極活物質６の脱落が生じ電池１
の容量を低下させる。さらに、溶出した銅イオンが次の
充電時に負極３に異常析出し、正負極のショート原因と
もなる。従って、過放電も当然に避けるべき課題である
。
【０００７】従来、過放電・過充電に対する対策として
次のような技術があった。過充電対策としては、■充電
器による充電電圧を制御、■電池内圧による電流遮断装
置がある。
次のような技術があった。過充電対策としては、■充電
器による充電電圧を制御、■電池内圧による電流遮断装
置がある。
【０００８】上記■の充電器による過充電対策は、充電
時に電池の充電端子電圧を制御するもので、単電池また
は単電池の並列接続では十分に効果のあるものである。 しかし、電池は直列接続で使用されることが多く、この
場合、直列接続の両端電圧は制御されるものの、個々の
電池電圧の制御はできない。従って、直列接続中の少な
くとも１個の電池がショートした場合、充電中に他の電
池は過充電となり、この方式は完全な過充電対策とはな
らない。
時に電池の充電端子電圧を制御するもので、単電池また
は単電池の並列接続では十分に効果のあるものである。 しかし、電池は直列接続で使用されることが多く、この
場合、直列接続の両端電圧は制御されるものの、個々の
電池電圧の制御はできない。従って、直列接続中の少な
くとも１個の電池がショートした場合、充電中に他の電
池は過充電となり、この方式は完全な過充電対策とはな
らない。
【０００９】上記■の電流遮断装置としては過充電中に
電池の内圧が上昇することを利用し、メカニカルに電流
リード線を切断し、充電電流を遮断する方式がある。こ
の方式は過充電そのものを防止するものではなく、過充
電が進行後の電池温度の異常上昇、高内圧に起因する電
池の破壊を未然に防止するもので、一度、電流遮断が働
くとその電池は使用不可となる。
電池の内圧が上昇することを利用し、メカニカルに電流
リード線を切断し、充電電流を遮断する方式がある。こ
の方式は過充電そのものを防止するものではなく、過充
電が進行後の電池温度の異常上昇、高内圧に起因する電
池の破壊を未然に防止するもので、一度、電流遮断が働
くとその電池は使用不可となる。
【００１０】過放電対策については負極集電体金属の溶
解電圧が電池電圧としてなるべく零に近い金属を選定す
る方法がある。例えばＣｕに変えてＮｉを使用すると効
果は観察されるが、完全なものではない。特に、直列接
続の電池では電池の個体差により、必ず、一方の電池の
過放電が進行し、充放電サイクル劣化が著しい。
解電圧が電池電圧としてなるべく零に近い金属を選定す
る方法がある。例えばＣｕに変えてＮｉを使用すると効
果は観察されるが、完全なものではない。特に、直列接
続の電池では電池の個体差により、必ず、一方の電池の
過放電が進行し、充放電サイクル劣化が著しい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電池の過充
電及び過放電を完全に防止し、電池の信頼性、安全性を
保証し得るようにした過充電防止装置及び過放電防止装
置を提供するものである。
電及び過放電を完全に防止し、電池の信頼性、安全性を
保証し得るようにした過充電防止装置及び過放電防止装
置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、電池容量に応
じて電池電圧が変化する電池の過充電防止装置において
、電池の両端間の電圧を検出する電圧検出手段と、充電
端子間に電池と直列に設けられたスイッチ手段を有し、
充電時に電池の両端間の電圧が所定値（即ち設計電圧）
を越えたとき、電圧検出手段の出力に基いてスイッチ手
段をオフし、充電電流を遮断するように構成する。 この発明は、単電池、並列接続、２個以上の直列接続、
直並列接続の電池等に対応できる。直列接続の電池に対
応する場合には、電圧検出手段として個々の電池に対し
てその電圧を検出する電圧検出手段を設けるようになす
。
じて電池電圧が変化する電池の過充電防止装置において
、電池の両端間の電圧を検出する電圧検出手段と、充電
端子間に電池と直列に設けられたスイッチ手段を有し、
充電時に電池の両端間の電圧が所定値（即ち設計電圧）
を越えたとき、電圧検出手段の出力に基いてスイッチ手
段をオフし、充電電流を遮断するように構成する。 この発明は、単電池、並列接続、２個以上の直列接続、
直並列接続の電池等に対応できる。直列接続の電池に対
応する場合には、電圧検出手段として個々の電池に対し
てその電圧を検出する電圧検出手段を設けるようになす
。
【００１３】また、本発明は、電池容量に応じて電池電
圧が変化する電池の過放電防止装置において、電池の両
端間の電圧を検出する電圧検出手段と、放電端子間に電
池と直列に設けたスイッチ手段を有し、放電時に電池の
両端間の電圧が所定値（設定電圧）以下になったとき、
電圧検出手段の出力に基づいてスイッチ手段をオフし、
放電電流を遮断するように構成する。この発明は、単電
池、並列接続、２個以上の直列接続、直並列接続の電池
等に対応できる。直列接続の電池に対応する場合には、
電圧検出手段として、個々の電池に対応して電圧検出手
段を設けても良いが、直列接続した電池の両端間電圧を
検出する１つの電圧検出手段を設けるようにしても良い
。
圧が変化する電池の過放電防止装置において、電池の両
端間の電圧を検出する電圧検出手段と、放電端子間に電
池と直列に設けたスイッチ手段を有し、放電時に電池の
両端間の電圧が所定値（設定電圧）以下になったとき、
電圧検出手段の出力に基づいてスイッチ手段をオフし、
放電電流を遮断するように構成する。この発明は、単電
池、並列接続、２個以上の直列接続、直並列接続の電池
等に対応できる。直列接続の電池に対応する場合には、
電圧検出手段として、個々の電池に対応して電圧検出手
段を設けても良いが、直列接続した電池の両端間電圧を
検出する１つの電圧検出手段を設けるようにしても良い
。
【００１４】
【作用】本発明に係る電池の過充電防止装置においては
、充電時に、電池の電圧が常時電圧検出手段により検出
され、その電圧が所定値即ち設計電圧を越えたときに電
圧検出手段の出力に基づいてスイッチ手段がオフし、充
電電流が遮断されるので、確実に電池の過充電が防止さ
れる。しかも電池は使用不能とならない。
、充電時に、電池の電圧が常時電圧検出手段により検出
され、その電圧が所定値即ち設計電圧を越えたときに電
圧検出手段の出力に基づいてスイッチ手段がオフし、充
電電流が遮断されるので、確実に電池の過充電が防止さ
れる。しかも電池は使用不能とならない。
【００１５】また、本発明に係る電池の過放電防止装置
においては、電池に負荷を接続して放電状態としたとき
、電池の両端間の電圧が常時電圧検出手段で検出され、
その電圧が所定値（即ち設定電圧）以下になると、電圧
検出手段の出力に基づいてスイッチ手段がオフし、放電
電流が遮断されるので、確実に電池の過放電が防止され
る。
においては、電池に負荷を接続して放電状態としたとき
、電池の両端間の電圧が常時電圧検出手段で検出され、
その電圧が所定値（即ち設定電圧）以下になると、電圧
検出手段の出力に基づいてスイッチ手段がオフし、放電
電流が遮断されるので、確実に電池の過放電が防止され
る。
【００１６】
【実施例】本発明は、前述した非水溶媒系２次電池の電
池電圧と電池容量（充放電エネルギ）の相関関係を利用
し、例えば直列接続された上記電池の端子電圧を常時検
出し、設計電池電圧を越えると電子回路により充電電流
を遮断し、また、電池の設定電圧以下で電子回路により
放電電流を遮断するようにして、電池の過充電、過放電
を完全に防止し、電池の信頼性・安全性を保証するもの
である。
池電圧と電池容量（充放電エネルギ）の相関関係を利用
し、例えば直列接続された上記電池の端子電圧を常時検
出し、設計電池電圧を越えると電子回路により充電電流
を遮断し、また、電池の設定電圧以下で電子回路により
放電電流を遮断するようにして、電池の過充電、過放電
を完全に防止し、電池の信頼性・安全性を保証するもの
である。
【００１７】以下、図面を参照して本発明による過充電
防止装置及び過放電防止装置の実施例を説明する。
防止装置及び過放電防止装置の実施例を説明する。
【００１８】図１は、過充電防止装置と、過放電防止装
置を一体に組込んだ過充電・過放電防止装置の基本構成
を示す。本例では２個の電池を直列接続した場合である
。同図において、１１は共通端子、１２は放電端子、１
３は充電端子、１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は直列接続され
た２個の電池を示す。直列接続された電池１４の一端（
正極端）は共通端子１１に接続され、他端（負極端）は
放電電流遮断用の第１のスイッチ手段１５を介して放電
端子１２に接続されると共に、充電電流遮断用の第２の
スイッチ手段１６を介して充電端子１３に接続される。 各電池１４Ａ，１４Ｂの端子間、即ち電池１４Ａの端子
間にこの電池電圧を検出するための第１の電圧検出器１
７が接続され、電池１４Ｂの端子間に同様にこの電池電
圧を検出するための第２の電圧検出器１８が接続され、
第１及び第２の電圧検出器１７及び１８の夫々の出力側
が第２のスイッチ手段１６に接続される。この第１及び
第２の電圧検出器１７及び１８と、第２のスイッチ手段
１６で過充電防止装置が構成される。また、直列接続の
電池１４の両端間に直列接続された全電池の電池電圧を
検出するための第３の電圧検出器１９が接続され、この
電圧検出器１９の出力側が放電電流遮断用の第１のスイ
ッチ手段１５に接続される。この第３の電圧検出器１９
と第１のスイッチ手段１５で過放電防止装置が構成され
る。
置を一体に組込んだ過充電・過放電防止装置の基本構成
を示す。本例では２個の電池を直列接続した場合である
。同図において、１１は共通端子、１２は放電端子、１
３は充電端子、１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕は直列接続され
た２個の電池を示す。直列接続された電池１４の一端（
正極端）は共通端子１１に接続され、他端（負極端）は
放電電流遮断用の第１のスイッチ手段１５を介して放電
端子１２に接続されると共に、充電電流遮断用の第２の
スイッチ手段１６を介して充電端子１３に接続される。 各電池１４Ａ，１４Ｂの端子間、即ち電池１４Ａの端子
間にこの電池電圧を検出するための第１の電圧検出器１
７が接続され、電池１４Ｂの端子間に同様にこの電池電
圧を検出するための第２の電圧検出器１８が接続され、
第１及び第２の電圧検出器１７及び１８の夫々の出力側
が第２のスイッチ手段１６に接続される。この第１及び
第２の電圧検出器１７及び１８と、第２のスイッチ手段
１６で過充電防止装置が構成される。また、直列接続の
電池１４の両端間に直列接続された全電池の電池電圧を
検出するための第３の電圧検出器１９が接続され、この
電圧検出器１９の出力側が放電電流遮断用の第１のスイ
ッチ手段１５に接続される。この第３の電圧検出器１９
と第１のスイッチ手段１５で過放電防止装置が構成され
る。
【００１９】電池１４Ａ，１４Ｂは前述した非水溶媒系
２次電池例えばリチウムイオン２次電池を用いる。電圧
検出器１７，１８，１９は消費電力が少なく、電圧検出
精度の高いものが好ましい。スイッチ手段１５，１６は
大電流用でオン抵抗の低いものがよい。
２次電池例えばリチウムイオン２次電池を用いる。電圧
検出器１７，１８，１９は消費電力が少なく、電圧検出
精度の高いものが好ましい。スイッチ手段１５，１６は
大電流用でオン抵抗の低いものがよい。
【００２０】上述の構成において、共通端子及び充電端
子を充電用電源に接続して直列接続された２個の電池１
４Ａ，１４Ｂを充電するときには、第２のスイッチ手段
１６がオン状態となされ、第１及び第２の電圧検出器１
７，１８により常時個々の電池１４Ａ及び１４Ｂの端子
電圧が検出されながら充電が行われる。そして電池１４
Ａ，１４Ｂの少なくともいずれか一方の電池、例えば電
池１４Ａの端子電圧が設計電圧ａ（図７参照）を越える
と、電池１４Ａに対応する第１の電圧検出器１７の出力
に基いて第２のスイッチ手段１６がオフになり、充電電
流が遮断されて、過充電が防止される。
子を充電用電源に接続して直列接続された２個の電池１
４Ａ，１４Ｂを充電するときには、第２のスイッチ手段
１６がオン状態となされ、第１及び第２の電圧検出器１
７，１８により常時個々の電池１４Ａ及び１４Ｂの端子
電圧が検出されながら充電が行われる。そして電池１４
Ａ，１４Ｂの少なくともいずれか一方の電池、例えば電
池１４Ａの端子電圧が設計電圧ａ（図７参照）を越える
と、電池１４Ａに対応する第１の電圧検出器１７の出力
に基いて第２のスイッチ手段１６がオフになり、充電電
流が遮断されて、過充電が防止される。
【００２１】次に、充電された電池１４をその共通端子
１１及び放電端子１２を通じて負荷に接続して放電する
ときには、第１のスイッチ手段１５がオン状態となされ
、第３の電圧検出器１９により常時直列接続の電池１４
の両端間の電圧が検出されながら放電が行われる。そし
て電池の両端間の電圧が電池の負極集電体金属の溶解電
圧又は負荷となる機器のカットオフ電圧等いずれか高い
方で決まる設定電圧ｂ以下になると（図９参照）、第３
の電圧検出器１９よりの出力に基いて第１のスイッチ手
段１５がオフとなり放電電流が遮断されて過放電が防止
される。
１１及び放電端子１２を通じて負荷に接続して放電する
ときには、第１のスイッチ手段１５がオン状態となされ
、第３の電圧検出器１９により常時直列接続の電池１４
の両端間の電圧が検出されながら放電が行われる。そし
て電池の両端間の電圧が電池の負極集電体金属の溶解電
圧又は負荷となる機器のカットオフ電圧等いずれか高い
方で決まる設定電圧ｂ以下になると（図９参照）、第３
の電圧検出器１９よりの出力に基いて第１のスイッチ手
段１５がオフとなり放電電流が遮断されて過放電が防止
される。
【００２２】図２に上記基本構成に対応した具体的な電
子回路の例を示す。直列接続された電池１４〔１４Ａ，
１４Ｂ〕の一端（正極端）が共通端子（プラス端子）１
１に接続され、他端（負極端）が第１のスイッチ手段本
例ではｎチャンネルＦＥＴ１５及び第２のスイッチ手段
本例ではｎチャンネルＦＥＴ１６を介して充電端子（マ
イナス端子）１３に接続され、さらに両第１及び第２の
ｎチャンネルＦＥＴ１５及び１６の接続中点が放電端子
（マイナス端子）１２に接続される。Ｄ１ ，Ｄ２ は
寄生ダイオードである。
子回路の例を示す。直列接続された電池１４〔１４Ａ，
１４Ｂ〕の一端（正極端）が共通端子（プラス端子）１
１に接続され、他端（負極端）が第１のスイッチ手段本
例ではｎチャンネルＦＥＴ１５及び第２のスイッチ手段
本例ではｎチャンネルＦＥＴ１６を介して充電端子（マ
イナス端子）１３に接続され、さらに両第１及び第２の
ｎチャンネルＦＥＴ１５及び１６の接続中点が放電端子
（マイナス端子）１２に接続される。Ｄ１ ，Ｄ２ は
寄生ダイオードである。
【００２３】共通端子１１は抵抗Ｒ４ を介して第２の
ｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートに接続される。さらに
、共通端子１１がｐｎｐトランジスタＱ３ 及び抵抗Ｒ
５ ，Ｒ６ を介して充電端子１３に接続されると共に
、第２のｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートとソース（充
電端子１３に接続されている）間にｎｐｎトランジスタ
Ｑ４ が接続され、そのゲートが抵抗Ｒ５ とＲ６ の
接続中点に接続される。
ｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートに接続される。さらに
、共通端子１１がｐｎｐトランジスタＱ３ 及び抵抗Ｒ
５ ，Ｒ６ を介して充電端子１３に接続されると共に
、第２のｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートとソース（充
電端子１３に接続されている）間にｎｐｎトランジスタ
Ｑ４ が接続され、そのゲートが抵抗Ｒ５ とＲ６ の
接続中点に接続される。
【００２４】一方、第１，第２，第３の各電圧検出器１
７，１８，１９は図３に示すように、出力端ｔ１ ，＋
電源端子ｔ２ 及び−電源端子ｔ３ を有する比較器２
１よりなり、そのマイナス入力端に基準電圧Ｖ２ を印
加すると共に、＋電源端子ｔ２ と−電源端子ｔ３ 間
に抵抗Ｒ１ 及びＲ２ を接続して抵抗Ｒ１ 及びＲ２
の接続中点の電圧Ｖ１ をプラス入力端に印加するよ
うにして構成される。この電圧検出器１７（１８，１９
）ではＶ１ ＜Ｖ２ のとき出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ
１が−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ３に等しくなり（Ｖｔ
１＝Ｖｔ３）、Ｖ１ ＞Ｖ２ のときに出力端子ｔ１の
電圧Ｖｔ１が＋電圧端子ｔ２ の電圧Ｖｔ２に等しくな
る（Ｖｔ１＝Ｖｔ２）。ここで、第１及び第２の電圧検
出器１７及び１８ではその端子ｔ２ 及びｔ３ 間の電
圧が単電池１４Ａ，１４Ｂの設計電圧（例えば４．３Ｖ
）まではＶ１ ＜Ｖ２ であり設計電圧を越えるとＶ１
＞Ｖ２となるように設定される。また第３の電圧検出
器１９ではその端子ｔ２及びｔ３ 間の電圧が設定電圧
（例えば２個直列の両端間電圧４．３Ｖ）以下でＶ１
＞Ｖ２ 、設定電圧より上でＶ１ ＜Ｖ２ となるよう
に設定される。
７，１８，１９は図３に示すように、出力端ｔ１ ，＋
電源端子ｔ２ 及び−電源端子ｔ３ を有する比較器２
１よりなり、そのマイナス入力端に基準電圧Ｖ２ を印
加すると共に、＋電源端子ｔ２ と−電源端子ｔ３ 間
に抵抗Ｒ１ 及びＲ２ を接続して抵抗Ｒ１ 及びＲ２
の接続中点の電圧Ｖ１ をプラス入力端に印加するよ
うにして構成される。この電圧検出器１７（１８，１９
）ではＶ１ ＜Ｖ２ のとき出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ
１が−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ３に等しくなり（Ｖｔ
１＝Ｖｔ３）、Ｖ１ ＞Ｖ２ のときに出力端子ｔ１の
電圧Ｖｔ１が＋電圧端子ｔ２ の電圧Ｖｔ２に等しくな
る（Ｖｔ１＝Ｖｔ２）。ここで、第１及び第２の電圧検
出器１７及び１８ではその端子ｔ２ 及びｔ３ 間の電
圧が単電池１４Ａ，１４Ｂの設計電圧（例えば４．３Ｖ
）まではＶ１ ＜Ｖ２ であり設計電圧を越えるとＶ１
＞Ｖ２となるように設定される。また第３の電圧検出
器１９ではその端子ｔ２及びｔ３ 間の電圧が設定電圧
（例えば２個直列の両端間電圧４．３Ｖ）以下でＶ１
＞Ｖ２ 、設定電圧より上でＶ１ ＜Ｖ２ となるよう
に設定される。
【００２５】そして、放電電圧を検出する第３の電圧検
出器１９は、その出力端子ｔ１ がスイッチ手段である
第１のｎチャンネルＦＥＴ１５のゲートに、その＋電源
端子ｔ２ が共通端子１１従って電池１４の一端（正極
端）に、その−電源端子ｔ３ が電池１４の他端（負極
端）に、夫々接続される。また、電池１４Ａの端子電圧
を検出する第１の電圧検出器１７は、その＋電源端子ｔ
２ が電池１４Ａの正極端に、−電源端子ｔ３ が電池
１４Ｂの負極端に夫々接続されると共に、その出力端子
ｔ１ が抵抗Ｒ７ を介してスイッチング回路を構成す
る例えばｎｐｎトランジスタＱ１ のベースに接続され
る。トランジスタＱ１ のエミッタは第１の電圧検出器
１７の−電源端子ｔ３ に接続され、コレクタは抵抗Ｒ
９ 及びダイオードＤ３ を介してｐｎｐトランジスタ
Ｑ１ のベースに接続される。電池１４Ｂの端子電圧を
検出する第２の電圧検出器１８は、その＋電源端子ｔ２
が電池１４Ｂの正極端（即ち電池１４Ａ及び１４Ｂの
接続中点）に、−電源端子ｔ３ が電池１４Ｂの負極端
に夫々接続されると共に、その出力端子ｔ１ が抵抗Ｒ
８ を介してスイッチング回路を構成するｎｐｎトラン
ジスタＱ２ のベースに接続される。 トランジスタＱ２ のエミッタは第２の電圧検出器１８
の−電源端子ｔ３ に接続され、コレクタは抵抗Ｒ１０
及びダイオードＤ４ を介してｐｎｐトランジスタＱ３
のベースに接続される。さらに、ｐｎｐトランジスタ
Ｑ３ のベースとエミッタ間に抵抗Ｒ１１が接続される
。
出器１９は、その出力端子ｔ１ がスイッチ手段である
第１のｎチャンネルＦＥＴ１５のゲートに、その＋電源
端子ｔ２ が共通端子１１従って電池１４の一端（正極
端）に、その−電源端子ｔ３ が電池１４の他端（負極
端）に、夫々接続される。また、電池１４Ａの端子電圧
を検出する第１の電圧検出器１７は、その＋電源端子ｔ
２ が電池１４Ａの正極端に、−電源端子ｔ３ が電池
１４Ｂの負極端に夫々接続されると共に、その出力端子
ｔ１ が抵抗Ｒ７ を介してスイッチング回路を構成す
る例えばｎｐｎトランジスタＱ１ のベースに接続され
る。トランジスタＱ１ のエミッタは第１の電圧検出器
１７の−電源端子ｔ３ に接続され、コレクタは抵抗Ｒ
９ 及びダイオードＤ３ を介してｐｎｐトランジスタ
Ｑ１ のベースに接続される。電池１４Ｂの端子電圧を
検出する第２の電圧検出器１８は、その＋電源端子ｔ２
が電池１４Ｂの正極端（即ち電池１４Ａ及び１４Ｂの
接続中点）に、−電源端子ｔ３ が電池１４Ｂの負極端
に夫々接続されると共に、その出力端子ｔ１ が抵抗Ｒ
８ を介してスイッチング回路を構成するｎｐｎトラン
ジスタＱ２ のベースに接続される。 トランジスタＱ２ のエミッタは第２の電圧検出器１８
の−電源端子ｔ３ に接続され、コレクタは抵抗Ｒ１０
及びダイオードＤ４ を介してｐｎｐトランジスタＱ３
のベースに接続される。さらに、ｐｎｐトランジスタ
Ｑ３ のベースとエミッタ間に抵抗Ｒ１１が接続される
。
【００２６】次に、この図２の回路の動作を説明する。
先ず、共通端子１１及び充電端子１３を充電用の電源に
接続して直列接続した電池１４を充電する場合について
述べる。充電初期状態では第１及び第２の電圧検出器１
７及び１８がＶ１ ＜Ｖ２ であるので出力端子ｔ１
の電圧Ｖｔ１が−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ３と等しく
なる故、トランジスタＱ１ 及びＱ２ はオフ状態とな
っている。一方、第１のｎチャンネルＦＥＴ１５はオン
状態となっている。従って、共通端子１１を通して第２
のｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートにプラス電圧が与え
られることにより、第２のｎチャンネルＦＥＴ１６がオ
ンし、充電電流が共通端子１１−電池１４Ａ，１４Ｂ−
第１のｎチャンネルＦＥＴ１５−第２のｎチャンネルＦ
ＥＴ１６−充電端子１３間に流れ、電池１４Ａ，１４Ｂ
が充電される。
接続して直列接続した電池１４を充電する場合について
述べる。充電初期状態では第１及び第２の電圧検出器１
７及び１８がＶ１ ＜Ｖ２ であるので出力端子ｔ１
の電圧Ｖｔ１が−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ３と等しく
なる故、トランジスタＱ１ 及びＱ２ はオフ状態とな
っている。一方、第１のｎチャンネルＦＥＴ１５はオン
状態となっている。従って、共通端子１１を通して第２
のｎチャンネルＦＥＴ１６のゲートにプラス電圧が与え
られることにより、第２のｎチャンネルＦＥＴ１６がオ
ンし、充電電流が共通端子１１−電池１４Ａ，１４Ｂ−
第１のｎチャンネルＦＥＴ１５−第２のｎチャンネルＦ
ＥＴ１６−充電端子１３間に流れ、電池１４Ａ，１４Ｂ
が充電される。
【００２７】充電が進み、電池１４Ａ，１４Ｂの少なく
ともいずれか一方、例えば電池１４Ａの充電電圧が設計
電圧ａを越えると、第１の電圧検出器１７においてＶ１
＞Ｖ２ となり、出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ１が＋電
源端子ｔ２ の電圧Ｖｔ２と等しくなることにより、ト
ランジスタＱ１ のベースにプラス電位が与えられトラ
ンジスタＱ１ がオンする。トランジスタＱ１ がオン
することによりｐｎｐトランジスタＱ３ がオンし、さ
らにトランジスタＱ４ がオンすることにより充電電流
遮断用のスイッチ手段である第２のｎチャンネルＦＥＴ
１６がオフし、充電電流が遮断される。また、電池１４
Ｂが先に設計電圧ａを越えると第２の電圧検出器１８の
出力端子電圧Ｖｔ１が同様に＋電源端子の電圧Ｖｔ２と
等しくなることによって、この検出器１８の出力に基い
てｎチャンネルＦＥＴ１６がオフし、充電電流が遮断さ
れる。従って充電が停止し電池１４Ａ，１４Ｂに対する
過充電が防止される。
ともいずれか一方、例えば電池１４Ａの充電電圧が設計
電圧ａを越えると、第１の電圧検出器１７においてＶ１
＞Ｖ２ となり、出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ１が＋電
源端子ｔ２ の電圧Ｖｔ２と等しくなることにより、ト
ランジスタＱ１ のベースにプラス電位が与えられトラ
ンジスタＱ１ がオンする。トランジスタＱ１ がオン
することによりｐｎｐトランジスタＱ３ がオンし、さ
らにトランジスタＱ４ がオンすることにより充電電流
遮断用のスイッチ手段である第２のｎチャンネルＦＥＴ
１６がオフし、充電電流が遮断される。また、電池１４
Ｂが先に設計電圧ａを越えると第２の電圧検出器１８の
出力端子電圧Ｖｔ１が同様に＋電源端子の電圧Ｖｔ２と
等しくなることによって、この検出器１８の出力に基い
てｎチャンネルＦＥＴ１６がオフし、充電電流が遮断さ
れる。従って充電が停止し電池１４Ａ，１４Ｂに対する
過充電が防止される。
【００２８】次に、共通端子１１及び放電端子１２を介
して充電した電池１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕に外部負荷を
接続して放電する場合について述べる。放電電流は、放
電端子１２−第１のｎチャンネルＦＥＴ１５−電池１４
Ｂ，１４Ａ−共通端子１１を通して流れる。放電が進み
、直列接続された電池１４Ａ，１４Ｂの容量が下がって
、設定電圧ｂ以下になると第３の電圧検出器１９におい
てＶ１＜Ｖ２ になり、出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ が
−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ ３ に等しくなることに
よってその第３の電圧検出器１９の出力電圧で放電電流
遮断用のスイッチ手段である第１のｎチャンネルＦＥＴ
１５がオフし、放電電流が遮断される。従って、放電が
停止して電池１４Ａ，１４Ｂの過放電が防止される。
して充電した電池１４〔１４Ａ，１４Ｂ〕に外部負荷を
接続して放電する場合について述べる。放電電流は、放
電端子１２−第１のｎチャンネルＦＥＴ１５−電池１４
Ｂ，１４Ａ−共通端子１１を通して流れる。放電が進み
、直列接続された電池１４Ａ，１４Ｂの容量が下がって
、設定電圧ｂ以下になると第３の電圧検出器１９におい
てＶ１＜Ｖ２ になり、出力端子ｔ１ の電圧Ｖｔ が
−電源端子ｔ３ の電圧Ｖｔ ３ に等しくなることに
よってその第３の電圧検出器１９の出力電圧で放電電流
遮断用のスイッチ手段である第１のｎチャンネルＦＥＴ
１５がオフし、放電電流が遮断される。従って、放電が
停止して電池１４Ａ，１４Ｂの過放電が防止される。
【００２９】このようにして、本例では、単電池端子電
圧４．３Ｖを越える過充電、２個直列の両端端子電圧４
．３Ｖ以下の過放電を防止することができる。
圧４．３Ｖを越える過充電、２個直列の両端端子電圧４
．３Ｖ以下の過放電を防止することができる。
【００３０】図４は、４個の電池１４〔１４Ａ，１４Ｂ
，１４Ｃ，１４Ｄ〕を直並列接続した場合の例であり、
図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。本例では充電時、電池１４Ａ及び１４Ｃの少な
くともいずれか一方が設計電圧を越えると、第１の電圧
検出器１７の出力に基いてスイッチ手段１６がオフし、
また、電池１４Ｂ及び１４Ｄの少なくとも何れか一方が
設計電圧ａを越えると第２の電圧検出器１８の出力に基
いてスイッチ手段１６がオフし、充電電流が遮断されて
電池１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの過充電が防止さ
れる。放電時は直列接続された電池１４Ａ及び１４Ｂ又
は電池１４Ｃ及び１４Ｄの少なくともいずれかの両端電
圧が設定電圧ｂ以下となると第３の電圧検出器１９の出
力に基いてスイッチ手段１５がオフし、放電電流が遮断
されて過放電が防止される。具体的な電子回路構成は図
２を用いることできる。
，１４Ｃ，１４Ｄ〕を直並列接続した場合の例であり、
図１と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。本例では充電時、電池１４Ａ及び１４Ｃの少な
くともいずれか一方が設計電圧を越えると、第１の電圧
検出器１７の出力に基いてスイッチ手段１６がオフし、
また、電池１４Ｂ及び１４Ｄの少なくとも何れか一方が
設計電圧ａを越えると第２の電圧検出器１８の出力に基
いてスイッチ手段１６がオフし、充電電流が遮断されて
電池１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの過充電が防止さ
れる。放電時は直列接続された電池１４Ａ及び１４Ｂ又
は電池１４Ｃ及び１４Ｄの少なくともいずれかの両端電
圧が設定電圧ｂ以下となると第３の電圧検出器１９の出
力に基いてスイッチ手段１５がオフし、放電電流が遮断
されて過放電が防止される。具体的な電子回路構成は図
２を用いることできる。
【００３１】図５及び図６は、図２に示す過充電・過放
電防止回路を組込んだバッテリーパックの一例を示す。 図５において、２２は裏面に図２に示す回路に相当する
配線パターン２３が形成され、表面に回路部品２４がマ
ウントされたプリント基板を示す。このプリント基板２
２は２個の電池１４Ａ及び１４Ｂが並置される大きさを
有し、その基板２２の一端より起立するように直列接続
の一方の電池１４Ａの正極端と接続する正極タブ２６及
び他方の電池１４Ｂの負極端と接続する負極タブ２７が
形成されると共に、基板２２の他端より起立するように
一方の電池１４Ａの負極端と他方の電池１４Ｂの正極端
が共通接続される中点用タブ２８が形成され、更に基板
の一側に起立するように共通端子１１、放電端子１２及
び充電端子１３を外側に配した端子固定板２９が一体に
設けられて成る。各共通端子１１、放電端子１２、充電
端子１３、タブ２６，２７，２８等はプリント基板２２
の配線パターン２３に接続される。回路部品２４は２個
の電池１４Ａ及び１４Ｂを並べて配したときの両電池１
４Ａ及び１４Ｂの隙間に当たる基板中央にマウントされ
る。なお、タブ２６，２７，２８に対応する位置を図２
において同符号で示す。そして、図６Ａで示すように、
このプリント基板２２上に２個の電池１４Ａ及び１４Ｂ
を配し、電池１４Ａの正極端と正極タブ２６とを、電池
１４Ｂの負極端と負極タブ２７とを、電池１４Ａの負極
端及び電池１４Ｂの正極端と中点用タブ２８とを、夫々
例えば溶接により電気的且つ機械的に接続固定する。そ
して、電池１４Ａ，１４Ｂとプリント基板２２が一体化
されたものを上ケース３１と下ケース３２からなる収納
ケース３３内に収納し、下ケース３２に設けた開口３５
，３６及び３７に夫々共通端子１１、放電端子１２及び
充電端子１３を臨ましめて図６Ｂに示す過充電・過放電
防止可能なバッテリーパック３８が構成される。
電防止回路を組込んだバッテリーパックの一例を示す。 図５において、２２は裏面に図２に示す回路に相当する
配線パターン２３が形成され、表面に回路部品２４がマ
ウントされたプリント基板を示す。このプリント基板２
２は２個の電池１４Ａ及び１４Ｂが並置される大きさを
有し、その基板２２の一端より起立するように直列接続
の一方の電池１４Ａの正極端と接続する正極タブ２６及
び他方の電池１４Ｂの負極端と接続する負極タブ２７が
形成されると共に、基板２２の他端より起立するように
一方の電池１４Ａの負極端と他方の電池１４Ｂの正極端
が共通接続される中点用タブ２８が形成され、更に基板
の一側に起立するように共通端子１１、放電端子１２及
び充電端子１３を外側に配した端子固定板２９が一体に
設けられて成る。各共通端子１１、放電端子１２、充電
端子１３、タブ２６，２７，２８等はプリント基板２２
の配線パターン２３に接続される。回路部品２４は２個
の電池１４Ａ及び１４Ｂを並べて配したときの両電池１
４Ａ及び１４Ｂの隙間に当たる基板中央にマウントされ
る。なお、タブ２６，２７，２８に対応する位置を図２
において同符号で示す。そして、図６Ａで示すように、
このプリント基板２２上に２個の電池１４Ａ及び１４Ｂ
を配し、電池１４Ａの正極端と正極タブ２６とを、電池
１４Ｂの負極端と負極タブ２７とを、電池１４Ａの負極
端及び電池１４Ｂの正極端と中点用タブ２８とを、夫々
例えば溶接により電気的且つ機械的に接続固定する。そ
して、電池１４Ａ，１４Ｂとプリント基板２２が一体化
されたものを上ケース３１と下ケース３２からなる収納
ケース３３内に収納し、下ケース３２に設けた開口３５
，３６及び３７に夫々共通端子１１、放電端子１２及び
充電端子１３を臨ましめて図６Ｂに示す過充電・過放電
防止可能なバッテリーパック３８が構成される。
【００３２】上述の図１及び図４では直列接続された２
個の電池の両端間に１つの第３の電圧検出器１９を設け
たが、直列接続された個々の電池に対応して夫々第３の
電圧検出器１９を設けることも可能である。
個の電池の両端間に１つの第３の電圧検出器１９を設け
たが、直列接続された個々の電池に対応して夫々第３の
電圧検出器１９を設けることも可能である。
【００３３】尚、上述した電子回路は、本発明の技術思
想を実現する回路の一例であり、使用する素子、回路方
式、設定電圧は任意であることは言うまでもない。また
、単電池、３個以上の直列接続等にも対応できる。さら
に、回路の一部または全部をＩＣ化して用いることも可
能である。上述の電子回路は電池内部、外部、バッテリ
ーパック内、充電器に一部または全部を組込むことがで
きる。また、上述の図１及び図２では過充電防止装置と
過放電防止装置を一体に組合せた例を示したが、その他
、過充電防止装置、過放電防止装置を夫々単独で用いる
ことも可能である。例えば過充電防止装置のみを充電器
に組込んだり、又は過放電防止装置のみをバッテリーパ
ックに組込むことができる。また上例ではリチウムイオ
ン２次電池の過充電、過放電の防止に適用したがその他
の非水溶接系２次電池にも適用できることは勿論である
。
想を実現する回路の一例であり、使用する素子、回路方
式、設定電圧は任意であることは言うまでもない。また
、単電池、３個以上の直列接続等にも対応できる。さら
に、回路の一部または全部をＩＣ化して用いることも可
能である。上述の電子回路は電池内部、外部、バッテリ
ーパック内、充電器に一部または全部を組込むことがで
きる。また、上述の図１及び図２では過充電防止装置と
過放電防止装置を一体に組合せた例を示したが、その他
、過充電防止装置、過放電防止装置を夫々単独で用いる
ことも可能である。例えば過充電防止装置のみを充電器
に組込んだり、又は過放電防止装置のみをバッテリーパ
ックに組込むことができる。また上例ではリチウムイオ
ン２次電池の過充電、過放電の防止に適用したがその他
の非水溶接系２次電池にも適用できることは勿論である
。
【００３４】上述した実施例によれば、電池の充電時に
過充電を防止することができるので、電池の正極活物質
及び電解液の分解、電池の内部ショート、電池温度、お
よび電池内圧の異常上昇、温度及び内圧の上昇にともな
う電池破壊を回避することができる。また、電池を外部
負荷に接続して放電するときにも、電池の過放電を防止
することができるので、電池容量の劣化、充電型サイク
ル寿命劣化、電池の内部ショートを避けることができる
。従って、電池が使用不能とならず電池の信頼性、安全
性を保証することができる。
過充電を防止することができるので、電池の正極活物質
及び電解液の分解、電池の内部ショート、電池温度、お
よび電池内圧の異常上昇、温度及び内圧の上昇にともな
う電池破壊を回避することができる。また、電池を外部
負荷に接続して放電するときにも、電池の過放電を防止
することができるので、電池容量の劣化、充電型サイク
ル寿命劣化、電池の内部ショートを避けることができる
。従って、電池が使用不能とならず電池の信頼性、安全
性を保証することができる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、電池の充電時、その過
充電を防止することができる。また、電池の放電時に過
放電を防止することができる。従って、電池の破壊を回
避し、電池の信頼性、安全性を保証することができる。
充電を防止することができる。また、電池の放電時に過
放電を防止することができる。従って、電池の破壊を回
避し、電池の信頼性、安全性を保証することができる。
【図１】本発明の一例を示す基本構成図である。
【図２】図１の電子回路例を示す回路図である。
【図３】図２の電圧検出器の回路図である。
【図４】本発明の他例を示す基本構成図である。
【図５】本発明をバッテリーパックに応用した場合の製
造工程図（その１）である。
造工程図（その１）である。
【図６】本発明をバッテリーパックに応用した場合の製
造工程図（その２）である。
造工程図（その２）である。
【図７】リチウムイオン２次電池の構成図である。
【図８】リチウムイオン２次電池の充電エネルギと電池
電圧の関係を示すグラフである。
電圧の関係を示すグラフである。
【図９】リチウムイオン２次電池の放電エネルギと電池
電圧の関係を示すグラフである。
電圧の関係を示すグラフである。
１１ 共通端子
１２ 放電端子
１３ 充電端子
１４Ａ，１４Ｂ 電池
１５，１６ スイッチ手段
１７，１８，１９ 電圧検出器
Claims (2)
- 【請求項１】 電池容量に応じて電池電圧が変化する
電池の過充電防止装置において、上記電池の両端間の電
圧を検出する電圧検出手段と、充電端子間に上記電池と
直列に設けられたスイッチ手段を有し、充電時に上記電
池の両端間の電圧が所定値を越えたとき、上記電圧検出
手段の出力に基いて上記スイッチ手段がオフし、充電電
流を遮断するようにして成る過充電防止装置。 - 【請求項２】 電池容量に応じて電池電圧が変化する
電池の過放電防止装置において、上記電池の両端間の電
圧を検出する電圧検出手段と、放電端子間に上記電池と
直列に設けられたスイッチ手段を有し、放電時に上記電
池の両端間の電圧が所定値以下になったとき、上記電圧
検出手段の出力に基いて上記スイッチ手段がオフし、放
電電流を遮断するようにして成る過放電防止装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3097734A JPH04331425A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 過充電防止装置、過放電防止装置、過充電・過放電防止装置、プリント基板並びにバッテリーパック |
| EP92107067A EP0512340B1 (en) | 1991-04-26 | 1992-04-24 | Overcharge/overdischarge preventing device for a secondary battery |
| DE69229580T DE69229580T2 (de) | 1991-04-26 | 1992-04-24 | Überladungs-/Tiefentladungsschutzvorrichtung für eine Sekundärbatterie |
| US07/872,986 US5304915A (en) | 1991-04-26 | 1992-04-24 | Overcharge preventing device and overdischarge preventing device for a secondary battery |
| US08/226,105 US5547775A (en) | 1991-04-26 | 1994-04-11 | Circuit for preventing overcharge and overdischarge of secondary batteries |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3097734A JPH04331425A (ja) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | 過充電防止装置、過放電防止装置、過充電・過放電防止装置、プリント基板並びにバッテリーパック |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002286152A Division JP3433751B2 (ja) | 2002-09-30 | 2002-09-30 | 過充電・過放電防止装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04331425A true JPH04331425A (ja) | 1992-11-19 |
Family
ID=14200127
Family Applications (1)
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