JP2000067928A - 電池保護回路及び電子装置 - Google Patents
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Abstract
次電池を保護する。 【解決手段】 2次電池である電池セル2の正極側に接
続されるヒータ付きヒューズ41と、そのヒータ付きヒ
ューズ41のヒータを駆動するドライブFET42と、
電池セル2の少なくとも過充電状態を検出したとき、ド
ライブFET42を駆動してヒータ付きヒューズ41の
ヒータを溶断させる検出制御IC3とを有する。
Description
とも過充電を防止する電池保護回路及びその電池保護回
路を備えた電子装置に関するものである。
に電池パック(電池パッケージともいう)を装着し、そ
の電池パックから機器動作用の電源を供給するようにな
されているものには、例えば携帯型のいわゆるノートブ
ック型パーソナルコンピュータ(以下略してノートブッ
クパソコンという)や、情報端末、ビデオテープレコー
ダ、録音機、携帯電話等があり、携帯型ではない電子装
置としては、例えば動力アシスト用のモータを備える電
気自転車等がある。
においては、繰り返し充放電が可能な2次電池セルを備
えたものが多く、また、当該2電池セルとしては、体積
エネルギ密度が高い、いわゆるリチウムイオン2次電池
を使用することが多い。
や過放電に対する許容範囲が狭く、したがって、電池パ
ックには、通常、当該リチウムイオン2次電池の過放電
や過充電を防止するための電池保護回路が併設されてい
る。
池を電池セル202として備えた電池パック200に設
けられる従来の電池保護回路の一構成例を示す。
2は、電池パックの充放電端子であり、端子211がバ
ッテリプラス端子(以下、プラス端子211と記す)、
端子212がバッテリマイナス端子(GND側、以下マ
イナス端子212と記す)である。当該電池パック20
0は、これらプラス端子211及びマイナス端子212
を介して、電池セル202から電子装置本体側に電源を
供給(放電)し、また、これらプラス端子211及びマ
イナス端子212を介して、図示しない外部充電器から
供給された充電電流により電池セル202が充電され
る。
nsistor;以下、FETとする)206とFET205
は、当該電池パック200のプラス端子211と電池セ
ル202の正極側との間に直列に挿入接続され、FET
206が充電(Charge)オン/オフ制御用のスイッチン
グ素子として、また、FET205が放電(Discharg
e)オン/オフ制御用のスイッチング素子として設けら
れている。なお、これらFET205及び206は寄生
ダイオードを備えている。
5に上記プラス端子211の電圧値が入力され、端子2
31に電池セル202の正極側電圧値が入力され、端子
232に電池セル202の負極側電圧値が入力され、ま
た、端子233からFET206のスイッチング動作
(オン/オフ動作)用の駆動信号を出力し、端子234
からFET205のスイッチング動作(オン/オフ動
作)用の駆動信号を出力するものである。すなわち、当
該制御IC203は、上記プラス端子211の電圧値
と、電池セル202の正極側及び負極側の電圧値とを監
視し、それら電圧値に基づいて、上記FET205やF
ET206のスイッチング動作(オン/オフ動作)を制
御する。
に示したような電池保護回路を備えた電池パック200
においては、充放電制御用に2つのFET205及び2
06を備え、プラス端子211と電池セル202の正極
側との間に、これらFET205及び206を直列に挿
入接続しているため、内部抵抗が高くなってしまうとい
う欠点がある。一方、FETを並列に接続することによ
り、低い内部抵抗を実現した電池保護回路も存在する
が、この場合は部品点数が増加し、コストも上昇してし
まう。
のは、FETの故障に備えて予備の保護回路(すなわち
2つの保護回路)が必要となるケースがあり、この場合
はさらに部品点数の増加とコスト上昇を招いてしまう。
ンネル、デュアルFET、ドレイン−ソース耐圧が20
V、ゲート耐圧が12Vで、オン抵抗35mΩ(ゲート
電圧2.5V)のようなFETを用いた場合において、
当該FETを充放電用に2個直列に接続すると、そのと
きの素子抵抗は70mΩ(FET1個当たり35mΩ)
となり、また、当該FETを2個並列に接続すると、そ
のときの素子抵抗は35mΩ(FET1個当たり17.
5mΩ)となる。なお、図11は、PチャンネルFET
の例であり、PチャンネルFETはNチャンネルFET
より内部抵抗が大きくさらに不利である。
なされたものであり、部品点数が少なく且つ安価な電池
保護回路と、当該電池保護回路を有する電池パックを備
えた電子装置を提供することを目的とする。
は、2次電池の少なくとも過充電状態を検出する過充電
検出手段と、2次電池の電流路に接続されるヒータ付き
ヒューズ手段と、そのヒータを駆動するヒータ駆動手段
とを有し、過充電検出が確定したときヒータを駆動して
ヒューズ断とすることにより、上述した課題を解決す
る。
なくとも過充電状態を検出する過充電検出手段と、2次
電池の電流路に接続されるヒータ付きヒューズ手段と、
そのヒータを駆動するヒータ駆動手段とを有し、過充電
検出が確定したときヒータを駆動してヒューズ断とする
電池パックを備えてなることにより、上述した課題を解
決する。
いて、図面を参照しながら説明する。
の電子装置としてのノートブックパソコンや情報端末、
ビデオテープレコーダ、録音機、携帯電話等、携帯型で
はない電子装置としての動力アシスト用のモータを備え
る電気自転車等に使用される電池パック内部等に設ける
ことが可能なものである。なお、以下に述べる実施の形
態は一例であり、本発明の範囲は、これらの実施の形態
に限られるものではない。
路の概略構成を示す。
リチウムイオン2次電池、鉛蓄電池、Ni−Cd電池
(ニッケル−カドミウム電池)、Ni水素電池(ニッケ
ル−水素電池)、Ni−Zn電池(ニッケル−亜鉛蓄電
池)、ポリマー電池、空気Zn電池(亜鉛−空気電池)
等の何れかの2次電池であり、本実施の形態では、当該
電池セル2としてリチウムイオン2次電池を使用した場
合を例に挙げている。
電端子に相当し、端子11がバッテリプラス端子(以
下、プラス端子11と記す)、端子12がバッテリマイ
ナス端子(GND側、以下マイナス端子12と記す)で
ある。当該電池パック1は、これらプラス端子11及び
マイナス端子12を介して、電池セル2から電子装置本
体側に電源を供給(放電)し、また、これらプラス端子
11及びマイナス端子12を介して、図示しない外部充
電器から供給された充電電流により電池セル2が充電さ
れる。
(以下、ヒータ付きヒューズ41と記す)と、当該ヒー
タ付きヒューズ41のヒータを駆動するドライブFET
42とからなり、上記ヒータ付きヒューズ41のヒュー
ズ部分が当該電池パック1のプラス端子11と電池セル
2の正極側との間に挿入接続され、また、ドライブFE
T42のゲートが検出制御IC3の過充電制御端子33
に接続されている。当該過充電保護部4において、例え
ばドライブFET42がオンすると、上記ヒータ付きヒ
ューズ41のヒータに電流が流れて当該ヒータが発熱し
て温度が上昇し、このヒータの温度上昇が続いて例えば
ヒューズの融点に達すると、当該ヒューズは溶断するこ
とになる。このようにヒューズが溶断すると、上記プラ
ス端子11と電池セル2の正極側端子との間の接続が切
れることになる。なお、当該ヒータ付きヒューズ41の
内部抵抗は10mΩ以下であり、したがってこの図1の
電池保護回路の内部抵抗は非常に小さくなっている。
子31に電池セル2の正極側電圧値が入力され、セルマ
イナス端子32に電池セル2の負極側電圧値が入力さ
れ、また、過充電制御端子33から上記過充電保護部4
のドライブFET42のスイッチング動作(オン/オフ
動作)用の駆動信号(以下、過充電制御信号と呼ぶ)を
出力するものである。すなわち、当該検出制御IC3
は、上記電池セル2の正極側及び負極側の電圧値を監視
し、それら電圧値に基づいて過充電制御信号を出力し
て、上記過充電保護部4のドライブFET42のスイッ
チング動作(オン/オフ動作)を制御するものである。
なお、検出制御IC3の具体的内部構成については後述
する。
プラス端子11及びマイナス端子12を介して、図示し
ない外部充電器から充電電流が供給され、当該充電電流
によって電池セル2が充電されてセル電圧が上昇するこ
とになる。このとき、外部充電器の電圧が電池セル2の
満充電電圧に抑えられている場合には、電池セル2は当
該満充電電圧まで充電され、それ以上の電圧に上昇する
ことはない。
いたり、間違った電圧の充電器であったりして、電池セ
ル2に例えば高い充電電圧がかかったりすると、当該電
池セル2のセル電圧は満充電電圧以上に上昇してしまう
ことになる。
出端子31及びセルマイナス電圧検出端子32からの正
極側電圧値及び負極側電圧値により、電池セル2のセル
電圧を検出しており、予め所定電圧として設定してある
過充電保護電圧に上記セル電圧が達すると、過充電制御
端子33からドライブFET42をオン駆動するための
駆動信号(過充電制御信号)を出力する。
されると、過充電保護部4では、ヒータ付きヒューズ4
1のヒータが発熱してヒューズが溶断されて、電池セル
2への充電電流が遮断(オフ)されることになる。これ
により、電池セル2の過充電を防止できる。
ーズは、非復帰、つまり一度溶断すると二度と導通状態
には復帰しないものあり、したがって、一旦電池保護動
作が起こると(一度溶断されると)再度の使用はできな
くなるが、充電電圧が正しい充電器を使用して充電を行
っている限り、過充電保護動作が起こるおそれはないの
で、電池保護回路の動作としては十分であると考えられ
る。
池保護回路は、次のような考慮がなされているシステム
に最適である。すなわち、本実施の形態の電池保護回路
は、容易にショートしない形状の充放電端子を有する電
池パックに搭載され、当該電池パックを使用する電子装
置側には、過放電時に放電電流をオフする機構を備え、
且つ放電電流オフ後の漏れ電流が極めて小さいシステム
であることが望ましい。上記電池パックにおける充放電
端子形状の工夫は、当該電池パックの運搬中など、単体
で扱っているときに、一寸したミスでショートなどして
ヒューズ溶断となることを防止するために必要である。
上記電子装置側における放電電流のオフ機能は、電池セ
ルを過放電から保護するために必要である。上記放電電
流オフ後の許容漏れ電流は、電池セルが放電終了後から
の過放電によって極端に劣化してしまうまでの残留容量
と、使用する電子装置にセットしたまま放置したときの
許容期間等から定まる値であるが、概ね1μA以下が好
ましい。
回路の検出制御IC3の具体的内部構成について、図2
を参照しながら説明する。
リシス付きのコンパレータとしての機能を有し電池セル
2の過充電を検出するための過充電検出部C1と、上記
過充電保護電圧に対応する過充電検出用リファレンス電
圧RV1を発生する過充電基準電圧源70とを備えてな
るものである。なお、本実施の形態では、過充電検出用
リファレンス電圧RV1を例えば4.4V(ボルト)と
している。
検出端子31から入力される電池セル2のセル電圧(正
極側の電圧)と、上記過充電基準電圧源70からの過充
電検出用リファレンス電圧RV1とを比較しており、上
記セル電圧が上記過充電検出用リファレンス電圧RV1
(4.4V)より高くなると、過充電制御端子33から
の過充電制御信号としてハイレベル(以下、Hレベルと
記す)の信号を出力する。
充電制御信号は、前記ドライブFET42の駆動信号で
あり、当該過充電制御信号がHレベルになると、当該ド
ライブFET42はオンし、前記ヒータ付きヒューズ4
1のヒータが発熱してヒューズが溶断する。これによ
り、電池セル2の過充電保護がなされる。
おけるヒステリシスは、ドライブFET42がオンした
時の電流によって電池セル2の電圧が下がったとして
も、過充電検出状態を維持するためのものである。ま
た、ノイズなどで誤動作することを防止するため、過充
電検出部C1のコンパレータには数10m秒〜数秒の不
感時間を設けることが好ましい。
の形態について説明する。
回路の概略構成を示す。この図2に示す第2の実施の形
態の電池保護回路は、図1の構成に過放電及び過電流保
護用のFET(以下、放電制御FET5と記す)を追加
したものである。第2の実施の形態においては、使用機
器の制限条件が少なく、放電制御FET5が1つ追加さ
れるだけなので内部抵抗も比較的小さい。なお、図3の
各構成要素において、図1と同じ構成要素には同一の指
示符号を付してそれらの説明は省略する。
と例えば過充電保護部4のヒータ付きのヒューズ41の
ヒューズ部分との間に挿入接続され、当該放電制御FE
T5のゲートが検出制御IC3の放電制御FET制御端
子34に接続されている。
制御IC3は、端子電圧検出端子35がプラス端子11
に接続され、この端子電圧検出端子35を介して入力す
る電圧値及び電流値に基づいて過放電及び過電流の検出
を行うと共に、当該過放電及び過電流を検出したとき、
放電制御FET制御端子34から上記放電制御FET5
のスイッチング動作(オン/オフ動作)用の駆動信号
(以下、放電FET制御信号と呼ぶ)を出力する。な
お、当該検出制御IC3において、電流検出は、放電制
御FET5のオン抵抗とヒータ付きのヒューズ41のヒ
ューズ抵抗に生ずる電圧降下で検出する。
なると、検出制御IC3は、その過放電を検出し、放電
FET制御端子34からの放電FET制御信号によって
放電制御FET5をオフする(過放電保護動作)。これ
により、当該電池パック1から負荷(すなわち使用機
器)への電流がオフされることになり、その結果、電池
セル2が過放電になることを防止できる。また、例えば
端子ショートなどによって過電流状態になると、検出制
御IC3は、当該過電流を検出し、放電FET制御端子
34からの放電FET制御信号によって放電制御FET
5をオフする(過電流保護動作)。これにより、当該電
池セル2(すなわち電池パック1)の破損などを防止で
きる。
出制御IC3は、セルプラス電圧検出端子31からの正
極側電圧値とセルマイナス電圧検出端子32からの負極
側電圧値とに基づいて電池セル2の満充電電圧を検出
し、満充電電圧検出が確定したならば、放電FET制御
端子34からの放電FET制御信号によって放電制御F
ET5をオフするという機能をも有している。すなわ
ち、検出制御IC3は、電池セル2が満充電電圧になる
と、放電FET制御端子34からの放電FET制御信号
によって放電制御FET5をオフする。なお、当該第2
の実施の形態の場合の検出制御IC3の具体的内部構成
については後述する。
に示すように、寄生ダイオードが存在している。このた
め、当該放電制御FET5をオフさせた場合、放電方向
の電流についてはオフすることができるが、充電方向の
電流についてはオフすることができない。但し、当該寄
生ダイオードの順方向電圧降下Vf以内の電位差分につ
いては、充電方向電流もオフ可能になる。すなわち、充
電器の最大電圧VCmaxが、ある範囲内であれば、充電
電流もオフ可能となる。このように、第2の実施の形態
の電池保護回路では、電池セル2の満充電電圧の検出に
応じて放電制御FET5をオフさせて充電電流を制御す
ることにより、当該電池パック1の内部において電池セ
ル2を満充電状態に制御することが可能となっている。
該電池パック1の内部において電池セル2を満充電状態
に制御可能な満充電制御手段を備えた場合、次のような
利点が生ずる。すなわち、電池パック内に当該第2の実
施の形態のような満充電制御手段を備えていない場合
は、充電器側で電池セル2の満充電電圧を制御しなけれ
ばならなくなるため、充電器の電圧発生部分を高精度に
設計しなければならないが、当該第2の実施の形態のよ
うに電池パック1内に満充電制御手段を設けた場合は、
充電器の電圧発生部分の精度を比較的低く(充電器の電
圧許容範囲を広く)することができ、したがって、低コ
ストの充電器を使用することが可能となる。より具体的
な例として、例えば電池セル2の満充電電圧が4.2V
〜4.25Vであるとした場合において、電池パック内
に満充電制御手段を備えていないとき、充電器側の電圧
は4.225V±0.025Vの精度が必要となるが、
電池パック1内に満充電制御手段を備えているとき、充
電器側の電圧は4.2V〜4.7V(寄生ダイオードの
順方向電圧降下Vf=0.5Vとした場合)となる。
ては、制限付きではあるが、放電制御FET5を充電制
御にも使うことが可能である。
以上となっているときは、放電制御FET5がオフして
いるので、この状態から放電する場合には次のようにす
る。
ラス端子11及びマイナス端子12に負荷を接続する
と、プラス端子11の電圧はマイナス端子12の電位に
なろうとして下がる。プラス端子11の電位は、検出制
御IC3が端子電圧検出端子35を介して監視してお
り、プラス端子11の電位が電池セル2の正極側の電位
(セルプラス電圧検出端子31の電位)よりも、ある値
(VM)だけ下がると、当該検出制御IC3は、放電F
ET制御端子34からの放電FET制御信号により放電
制御FET5をオン方向に制御し、放電電流を流すこと
ができるようにする。なお、これは、従来例における充
電用のFET(図11のFET206)がオフ状態とな
っているときの放電に相当し、充電用のFET(図11
のFET206)がその寄生ダイオードの順方向電圧降
下Vf分だけ放電していたことから、上記ある値(V
M)を数100mVに設定しても実用上問題は生じない
と考えられる。但し、寄生ダイオードによる電圧降下分
は小さい方が好ましい場合もあり、必要に応じて数mV
〜数100mVに定める。
放電制御FET5の制御は、当該FET5のゲート電圧
をディジタル的にオン/オフする方法と、ゲート電圧を
アナログ的に制御する方法とが考えられる。これらの詳
細説明は省略するが、何れの方法を用いても略々同様の
効果となるように設計することが可能である。
回路の検出制御IC3の具体的内部構成について、図4
を参照しながら説明する。なお、図4の各構成要素にお
いて、図2と同じ構成要素には同一の指示符号を付して
それらの説明は省略する。
過充電検出部C1と同様の機能を有する第1過充電検出
部C1と、図2の基準電圧源70と同様のリファレンス
電圧RV1を第1過充電検出用リファレンス電圧RV1
として発生する第1過充電基準電圧源70を備えると共
に、上記電池セル2の満充電を検出するためのコンパレ
ータとしての機能を有する第2過充電検出部C2と、上
記電池セル2の満充電電圧に対応する第2過充電検出用
リファレンス電圧RV2を発生する第2過充電基準電圧
源71と、上記過放電を検出するためのコンパレータと
しての機能を有する過放電検出部C3と、上記過放電検
出部C3において過放電を検出する基準となる過放電検
出用リファレンス電圧RV3を発生する過放電基準電圧
源72と、上記過電流を検出するためのコンパレータと
しての機能を有する過電流電検出部C5と、上記過電流
検出部C5において過電流を検出する基準となる過電流
検出用リファレンス電圧RV5を発生する過電流基準電
圧源76と、放電状態を検出するためのコンパレータと
しての機能を有する放電状態検出部C4と、上記放電状
態検出部C4において放電状態を検出する基準となる放
電状態検出用リファレンス電圧RV4を発生する放電状
態基準電圧源75とを備え、さらにAND(論理積)ゲ
ート74及びOR(論理和)ゲート77を備えてなる。
なお、本実施の形態では、第1過充電検出用リファレン
ス電圧RV1を例えば4.4V(ボルト)とし、第2過
充電検出用リファレンス電圧RV2を4.3V、過放電
検出用リファレンス電圧RV3を2.5Vとする。ま
た、放電状態検出用リファレンス電圧RV4は数十mV
(ミリボルト)程度の比較的小さい値に設定し、過電流
検出用リファレンス電圧RV5は百数十mV〜数百mV
程度の検出したい電流値に応じた値に設定する。
様に、電池セル2のセル電圧(正極側の電圧)と第1過
充電電圧源70からの第1過電流検出用リファレンス電
圧RV1とを比較し、上記セル電圧が第1過充電検出用
リファレンス電圧RV1(4.4V)より高くなると、
過充電制御端子33からの過充電制御信号としてHレベ
ルの信号を出力する。これにより、ドライブFET42
はオンし、前記ヒータ付きヒューズ41のヒータが発熱
してヒューズが溶断し、電池セル2の過充電保護がなさ
れる。
検出端子31から入力される電池セル2のセル電圧(正
極側の電圧)と、上記第2過充電基準電圧源71からの
第2過電流検出用リファレンス電圧RV2とを比較して
おり、上記セル電圧が上記第2過充電検出用リファレン
ス電圧RV2(4.3V)より高くなる(過充電状態)
とHレベルの信号を出力する。この第2過充電検出部C
2の出力信号は、2入力ANDゲート74の一方の入力
端子に送られる。
35から入力されるプラス端子11の電圧と、上記放電
状態基準電圧源74からの放電状態検出用リファレンス
電圧RV4とを比較しており、上記プラス端子11の電
圧が上記放電状態検出用リファレンス電圧RV4(数十
mV程度の比較的小さい値)より低くなるとローレベル
(以下、Lレベルと記す)の信号を出力する。この放電
状態検出部C4の出力信号は、2入力ANDゲート74
の他方の入力端子に送られる。
端子31から入力される電池セル2のセル電圧(正極側
の電圧)と、上記過放電電基準電圧源72からの過放電
検出用リファレンス電圧RV3とを比較しており、上記
セル電圧が上記過放電検出用リファレンス電圧RV3
(2.5V)より低くなる(過放電状態)とHレベルの
信号を出力する。この過放電検出部C3の出力信号は、
3入力ORゲート77の第1の入力端子に送られる。
5から入力されるプラス端子11の電圧と、上記過電流
基準電圧源75からの過電流検出用リファレンス電圧R
V5とを比較しており、上記プラス端子11の電圧が上
記過電流検出用リファレンス電圧RV5(百数十mV〜
数百mV程度の検出したい電流値に応じた値)より低く
なる(過電流状態)とHレベルの信号を出力する。この
過電流検出部C5の出力信号は、3入力ORゲート77
の第2の入力端子に送られる。
検出部C2からの出力と、放電状態検出部C4の出力の
論理積を取る。当該2入力ANDゲート74の出力信号
は、上記3入力ORゲート77の第3の入力端子に送ら
れる。
C3からの出力と、過電流検出部C5からの出力と、2
入力ANDゲート74の出力との論理和を取る。この3
入力ORゲート77の出力信号は、放電FET制御端子
34から前記放電FET制御信号として放電制御FET
5に送られる。
C2、過放電検出部C3、過電流検出部C5の各出力は
それぞれLレベルとなっており、放電状態検出部C4の
出力のみHレベルとなっているので、放電制御FET5
のゲート電圧(放電FET制御端子34の電圧)はLレ
ベルとなっている。したがって、通常状態での放電制御
FET5はオン状態となっている。
おいて、第2過充電検出部C2にて過充電を検出する
と、当該第2過充電検出部C2の出力はHレベルとな
る。このとき、放電状態検出部C4の出力はHレベルと
なっているので、2入力ANDゲート74の出力はHレ
ベルとなる。これにより、過放電検出部C3の出力がL
レベルであったとしても、3入力ORゲート77の出力
はHレベルとなり、放電制御FET5はオフする。当該
放電制御FET5がオフすると、充電電流はオフされる
ことになる。
電制御FET5がオフしていると、電池パック1を充電
器から外して放電しようとしても当該放電制御FET5
がオフしているので放電電流を流せなくなる。放電状態
検出部C4は、このようなことを回避するためにある。
例えば、放電電流を流そうとしてプラス端子11及びマ
イナス端子12に放電負荷を接続すると、プラス端子1
1の電圧が下がり、端子電圧検出端子35の電圧も下が
るので、放電状態検出部C4の出力はLレベルになる。
すなわち、2入力ANDゲート74の入力の一つがLレ
ベルになり、当該ANDゲート74の出力は当然Lレベ
ルになる。ここで、過放電検出部C3の出力及び過電流
検出部C5の出力が共にLレベルであれば、3入力OR
ゲート77の出力はLレベルとなり、放電制御FET5
のゲート電圧がLレベル、つまり放電制御FET5はオ
ンする。当該放電制御FET5がオンすると、プラス端
子11の電圧及び端子電圧検出端子35の電圧は高くな
り、再び放電状態検出部C4の出力はHレベル、放電制
御FET5のゲート電圧はHレベルになろうとする。こ
れら放電状態検出部C4の出力と放電制御FET5のゲ
ート電圧が完全にHレベルになってしまうと、放電制御
FET5はオフしてしまい、また繰り返しとなってしま
うが、それらが完全にHレベルになるのではなく、中途
半端なHレベルも取れるような回路構成にしておくと、
負荷に流れる電流による電圧降下が放電状態検出部C4
の放電状態検出用リファレンス電圧RV4と丁度釣り合
うように、放電制御FET5のオン状態が制御される。
なお、放電状態検出用リファレンス電圧RV4は、小さ
く設定したほうが無駄な損失が減り、好ましいので、ノ
イズなどで誤動作しないよう注意してできるだけ小さい
値に設定する。
のときは、放電状態検出部C4の出力がどうであれ、放
電制御FET5のゲートはHレベルとなり、オフであ
る。
電圧及び端子電圧検出端子35の電圧が更に下がり(こ
のとき当然放電制御FET5のゲート電圧は最低電圧ま
で下がり、完全にオン状態となっている)、過電流検出
部C5の過電流検出用リファレンス電圧RV5より下が
ると、当該過電流検出部C5の出力はHレベルになり
(過電流検出状態)放電制御FET5は完全にオフにな
る。次に、本発明の電池保護回路の第3の実施の形態に
ついて説明する。
回路の概略構成を示す。この図5に示す第3の実施の形
態の電池保護回路は、図3の構成にバイパス部を追加し
たものである。なお、図3の各構成要素において、図3
と同じ構成要素には同一の指示符号を付してそれらの説
明は省略する。
C3は、セルプラス電圧検出端子31及びセルマイナス
電圧検出端子32の状態を監視し、所定の状態を検出し
たとき、バイパス部6に対してバイパスオンを行わせる
バイパス制御信号を出力する。
ET(以下、バイパスFET62と記す)を備え、検出
制御IC3が所定の状態を検出して上記バイパス制御信
号がバイパスオンとなったとき、バイパスFET62が
オンする。当該バイパスFET62がオンすると、バイ
パス抵抗61で制限されたバイパス電流BIが流れる。
定の状態には、様々な設定が考えられる。例えば、セル
プラス電圧検出端子31及びセルマイナス電圧検出端子
32の状態(電圧)が、満充電電圧より低い、満充電電
圧と等しい、満充電電圧より高い、などである。また、
充電FET5の有無、最大バイパス電流の充電電流に対
する大小、などにより、有用性、有効性に差異がでる。
全てを記述することは困難なので、以下に例を絞って説
明する。
が有り、上記所定の状態として満充電電圧を検出する例
を挙げる。この例の場合、放電制御FET5のオフ時に
寄生ダイオードによる充電電流の流れをバイパス電流が
吸収し、セル電圧が満充電電圧を維持するように働く。
最大バイパス電流値は、漏れ電流のみを対象とすれば良
いので、かなり小さく設定可能である。
く、上記所定の状態として満充電電圧を検出する例を挙
げる。この例の場合、満充電電圧でバイパス電流が流
れ、充電器の電流が最大バイパス電流より小さいときは
セル電圧を満充電電圧に維持するように働く。一方、充
電電流が大きいときは充電器の最大電圧まで充電されて
しまう。充電器の最大電圧が過充電電圧より高いとき
は、当然、過充電保護が働き、前記ヒータ付きヒューズ
のヒューズがオフとなる。
制限される。例えば、小さな電池パックでは、連続して
流し続けられる発熱電力は精々0.5W程度で、パック
電圧4Vで125mA程度である。もしバイパス電流を
流すことによる発熱を検知し、充電器を止める等の構成
がなされたものであれば、これ以上のバイパス電流を許
容して設定することも可能となる。しかし、この程度の
小電流でも、実用的なシステムとなり得る。つまり、例
えば750mAhの電池パックを充電電流125mAで
充電するようなシステムは十分実用的であり、充電最大
電圧は原理的には無制限ということになり、ローコスト
な充電器となり得る。すなわち、いわゆるオーバーナイ
ト充電には小電力のローコスト充電器を、一方、急速充
電用には最大電圧を満充電電圧に精度良く合わせた電流
の大きな充電器を、それぞれラインナップするといった
システムも考えられる。
い場合を述べたが、当然、放電制御FET5が有る場合
でも同様となる。放電制御FET5が有る場合は、急速
充電器の電圧精度をあまり問わないので、これもローコ
スト化が図れる。
検出電圧に等しくなるよう制御するには、バイパス電流
の大きさが、検出制御IC3の検出電圧とセル電圧の差
に関係し、増減するような系が好ましい。図6にはその
関係を示す。この図6は、バイパス電流と検出誤差との
関係を表す。検出誤差は、セル電圧値と検出電圧との差
(検出誤差=セル電圧値−検出電圧)で表される。この
図6に示す特性は、図中の直線で示す特性が理想的であ
るが、図中の上凸曲線、下凸曲線、S字曲線で示す何れ
の特性でも、本実施の形態のような制御の目的は達する
ことができる。なお、検出誤差値はあくまでも一例であ
り、系の安定度から増減して定める。但し、ヒステリシ
スや大きな遅延を持つ系は、この種の制御には好ましく
ない。
回路の検出制御IC3の具体的内部構成は前記図4の場
合と同様であるが、当該第3の実施の形態の場合、検出
制御IC3の内部構成とバイパス部6との接続関係は図
7に示すようになされる。なお、図7の各構成要素にお
いて、図4と同じ構成要素には同一の指示符号を付して
それらの説明は省略する。
力端子は、バイパス電流制御端子36を介してバイパス
部6のバイパスFET62のゲートと接続されている。
したがって、第2過充電検出部C2の出力がHレベルに
なると、バイパスFET62がオンし、バイパス電流が
流れるようになる。
フ時に充電器から流れ込む電流値より大きければ、電池
セル2への充電電流は全てがバイパス部6に流れること
になる。
出部C2の出力をバイパス部6の制御用に使用したが、
別に検出部を設け、その検出電圧を任意の別の値(以
下、バイパスリファレンス電圧RVxと記す)に定め、
このバイパスリファレンス電圧RVxを使用してバイパ
ス制御を行うようにしても良い。但し、バイパスリファ
レンス電圧RVxは、過放電検出用リファレンス電圧R
V3より低く定めたり、第1過充電検出部C1の第1過
充電検出用リファレンス電圧RV1より高い値に定める
ことは無意味である。
て、ハイサイドにPチャンネルFETを用いたが、ロー
サイドにNチャンネルFETを用いても同様に構成でき
る。また、ヒータ付きヒューズの配置もハイサイド、ロ
ーサイドどちらに設けても良い。
における第1過充電電圧、第2過充電電圧(満充電電
圧)、過放電電圧等の関係を概念的に表す。
充電電圧に相当し、これ以上の電圧では過充電保護、す
なわちヒューズ遮断を行わなければならない。
電電圧)に相当し、この電圧V1になるように充電器又
は電池パック内で電圧制御を行わなければならない。す
なわち、充電器で満充電電圧を規制する場合において
は、充電器の電圧をV1にする。一方、電池パック内で
満充電電圧を規制する場合においては、充電制御電圧を
V1、具体的には放電制御FET5オフ時の電圧をV1
にする。但し、第2過充電検出部C2を備え、その検出
電圧が満充電電圧で放電制御FET5がオフの場合は、
上記範囲に充電器電圧を定めても電池パックの充電電圧
は満充電電圧に制御される。さらに、バイパス電流より
小電流の充電器の場合は、上記範囲より高い電圧であっ
ても満充電電圧に制御される。
電圧V3以下では過放電保護、すなわち放電制御FET
5をオフ(過放電保護)しなければならない。
はFETの寄生ダイオード順方向電圧降下分)、すなわ
ち放電制御FETで充電制御する際の許容充電器最大電
圧である。この電圧Vcを越える電圧を印可すると充電
制御は無効となる。次に、上述した本発明の各実施の形
態の電池保護回路を備えた電池パック1を使用したシス
テム構成例について、図9を参照しながら説明する。
明実施の形態の電池保護回路を備えた電池パック1と、
この電池パック1が装着される電子機器の一例としてパ
ーソナルコンピュータ80とからなる。このパーソナル
コンピュータ80は、例えば携帯型のノートブックパソ
コンであり、電池パック1が着脱可能に装着でき、この
電池パック1から電源を供給することで、動作する。
メインのCPU(中央演算処理装置)のバスラインBU
Sに、各種周辺デバイス87や、ROM(Read Only Me
mory),RAM(Ramdom Access Memory)等のメモリ8
8、及び通信用LSI89等が接続されている。電源制
御回路82には、電源スイッチ83が設けられ、電源オ
ン/オフ制御が行われると共に、電源プラグ85からの
商用交流電源がACアダプタ84を介し供給される。電
池パック接続用のプラス端子91,マイナス端子92
は、本実施の形態の電池パック1のプラス端子11,マ
イナス端子12と接続可能になされ、当該電池パック1
からの電源が供給されるようになっており、また、各端
子91,92と端子11,12を介して当該電池パック
1への充電電流供給が行われるようになっている。すな
わち、本実施の形態の電池パック1は、例えばパーソナ
ルコンピュータ80の図示しないバッテリ収納部内に装
着されることにより、電池パック側のプラス端子11が
パーソナルコンピュータ80側のプラス端子12に電気
的に接続され、また、電池パック側のマイナス端子12
がパーソナルコンピュータ80側のマイナス端子92に
電気的に接続される。従って、電池パック1内の電池セ
ル2の放電電流は、当該電池パック1のプラス端子11
およびマイナス端子12からパーソナルコンピュータ8
0のプラス端子91およびマイナス端子92に向かって
供給される。逆に、電池パック1への充電電流は、パー
ソナルコンピュータ80のプラス端子91およびマイナ
ス端子92から電池パック1のプラス端子11およびマ
イナス端子12に向かって供給される。
池パック1は、マイクロコンピュータを備えてなり、電
池セル2の状態(例えば電池セルの電圧や充放電電流、
残容量など)をモニタして、パーソナルコンピュータ8
0との間でデータの送受信(通信)を可能としている。
したがって、パーソナルコンピュータ80側では、電池
パック1のマイクロコンピュータから通信端子93を介
して送信されてくる電池セル2の状態を例えばディスプ
レイなどに表示することで、ユーザに知らせることがで
きる。すなわち、電池パック1のマイクロコンピュータ
は、パーソナルコンピュータ80の通信用LSI89と
の間で所定の通信手順に従った通信が可能となってお
り、パーソナルコンピュータ80から送信されてくるデ
ータ(コマンド等)に応じて、所定の処理を行い、ある
いは、電池電圧、充放電電流、電池セルの残容量、積算
容量、ヒータ付きヒューズの状態(溶断されたか否か
等)などを、パーソナルコンピュータ80の通信端子9
3に送信する。パーソナルコンピュータ80では、電池
パック1から送信されてきた各種データを、通信用LS
I89にて受け取り、CPU81に送ることで、それら
データから電池電圧、充放電電流、電池セルの残容量、
積算容量、ヒータ付きヒューズの状態などを認識し、例
えば液晶ディスプレイなどに表示する。
80として、ノートブック型のパーソナルコンピュータ
(いわゆるノートブックパソコン)100を例に挙げ、
このノートブックパソコン100に本実施の形態の電池
パック1を装填する場合の構成を示す。
05は、キーボード101、ディスプレイ102、カー
ド103が装填されるスロット、CD−ROM(コンパ
クトディスクを利用した読み出し専用メモリ)やDVD
−ROM(ディジタルビデオディスク或いはディジタル
バーサタイルディスクを利用した読み出し専用メモリ)
等のドライブ104等を有している。
記プラス端子91及びマイナス端子92を介して、電池
パック1を着脱可能に装着して電気的に接続することが
できる。この電池パック1は、前述した本発明実施の形
態の電池保護回路を備えたものであり、ノートブックパ
ソコン100に対して動作用の電源を供給し、またノー
トブックパソコン100により充電がなされる。
れば、2次電池の少なくとも過充電状態を検出したと
き、2次電池の電流路に接続されるヒータ付きヒューズ
手段のヒューズ断とすることにより、部品点数が少なく
且つ安価な構成で、2次電池を保護可能としている。
態の電池パックの概略構成を示す回路図である。
の具体的内部構成の説明に用いる回路図である。
態の電池パックの概略構成を示す回路図である。
の具体的内部構成の説明に用いる回路図である。
態の電池パックの概略構成を示す回路図である。
誤差との関係を表す特性図である。
の具体的内部構成の説明に用いる回路図である。
圧、第2過充電電圧(満充電電圧)、過放電電圧等の関
係を概念的に表す図である。
電池パックを使用したシステムの一構成例を示すブロッ
ク回路図である。
本発明の各実施の形態の電池保護回路を備えた電池パッ
クを装填する場合の様子を示す図である。
略構成を示す回路図である。
C、 4 過充電保護部、 5 放電制御FET、 6
バイパス部、 11 プラス端子、 12 マイナス
端子、 31 セルプラス電圧検出端子、 32 セル
マイナス電圧検出端子、 33 過充電制御端子、 3
4 放電FET制御端子、 35 端子電圧検出端子、
36 バイパス電流制御端子、 41 ヒータ付きヒ
ューズ、42 ドライブFET、 61 バイパス抵
抗、 62 バイパスFET、 70 第1過充電電圧
源、 72 第2過充電電圧源、 74 2入力AND
ゲート、 75 過電流基準電圧源、 76 過電流基
準電圧源、 77 3入力ORゲート、 C1 第1過
充電検出部、 C2 第2過充電検出部、 C3 過放
電検出部、 C4 放電状態検出部、 C5 過電流検
出部、 80 パーソナルコンピュータ、 81 CP
U、 82 電源制御回路、 84 ACアダプタ、
85 電源プラグ、 86 DC−DCコンバータ、
87 周辺デバイス、 88 メモリ、 89 通信用
LSI、 100 ノートブックパソコン、 101
キーボード、 102 ディスプレイ、 103 カー
ド、 104 ドライブ
Claims (7)
- 【請求項1】 2次電池の少なくとも過充電状態を検出
する過充電検出手段と、 上記2次電池の電流路に接続されるヒータ付きヒューズ
手段と、 上記ヒータ付きヒューズ手段のヒータを駆動するヒータ
駆動手段とを有し、 上記過充電検出が確定したとき、上記ヒータ駆動手段に
より上記ヒータ付きヒューズのヒータを駆動してヒュー
ズ断とすることを特徴とする電池保護回路。 - 【請求項2】 上記2次電池の電流路に接続される放電
制御用スイッチング素子と、 上記放電制御用スイッチング素子のスイッチング動作を
制御するスイッチング制御手段と、 上記2次電池の過放電状態又は放電過電流状態を検出す
る過放電/過電流検出手段とを設け、 上記過放電状態又は放電過電流状態の検出が確定したと
き、上記スイッチング制御手段により上記放電制御用ス
イッチング素子をオフ制御して放電電流を遮断すること
を特徴とする請求項1記載の電池保護回路。 - 【請求項3】 上記放電制御用スイッチング素子は、寄
生ダイオードを備えた電界効果トランジスタ素子である
ことを特徴とする請求項2記載の電池保護回路。 - 【請求項4】 上記過充電検出手段は、第1の過充電検
出電圧値と上記第1の過充電検出電圧値より高い第2の
過充電検出電圧との2つを用いて、上記2次電池の過充
電状態を検出し、 上記第1の過充電検出電圧値による過充電検出が確定し
たとき、上記スイッチング制御手段により上記放電制御
用スイッチング素子をオフ制御して充電電流を遮断し、 上記第2の過充電検出電圧値による過充電検出が確定し
たとき、上記ヒータ駆動手段により上記ヒータ付きヒュ
ーズのヒータを駆動してヒューズ断とすることを特徴と
する請求項2記載の電池保護回路。 - 【請求項5】 上記2次電池の充電電流をバイパスする
バイパス手段と、 当該バイパス手段を制御するバイパス制御手段とを備
え、 上記過放電検出用の電圧値より高く上記第2の過充電検
出電圧値より低い上記第1の過充電検出電圧値による過
充電検出が確定したとき、上記バイパス制御手段により
上記バイパス手段に充電電流未満で且つ所定電流以上の
バイパス電流を流すことを特徴とする請求項4記載の電
池保護回路。 - 【請求項6】 2次電池から供給される電流により動作
すると共に、当該2次電池の充電を行う電子装置におい
て、 上記2次電池の少なくとも過充電状態を検出する過充電
検出手段と、上記2次電池の電流路に接続されるヒータ
付きヒューズ手段と、上記ヒータ付きヒューズ手段のヒ
ータを駆動するヒータ駆動手段とを有し、上記過充電検
出が確定したとき、上記ヒータ駆動手段により上記ヒー
タ付きヒューズのヒータを駆動してヒューズ断とする電
池パックを備えてなることを特徴とする電子装置。 - 【請求項7】 上記電池パックを着脱可能な装着部と、 上記電池パックに対する電気的な接続部とを有すること
を特徴とする請求項6記載の電子装置。
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|---|---|---|---|
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