JP2003257502A - 電池の過充電検出方法とパック電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ノイズの影響による誤動作を防止しながら、
放電されながら充電される電池の過充電を正確に検出す
る。 【解決手段】 過充電検出方法は、充電している電池の
電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時
間が設定時間よりも長くなると過充電と判定する。さら
に、過充電検出方法は、電池電圧が設定電圧を越えた
後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設
定電圧よりも高くなるとき、設定電圧よりも低くなって
いる電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間
よりも短いときに、設定電圧よりも低くなっているのを
無視して過充電を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池電圧を検出し
て電池の過充電を検出する過充電検出方法とこの過充電
を検出して充電を停止する保護回路を内蔵するパック電
池に関する。

【０００２】

【従来の技術】二次電池は、過充電すると劣化し、ある
いは破裂することがある。したがって、過充電を正確に
検出して充電を停止させることが大切である。二次電池
は、電池電圧を検出して過充電を検出できる。たとえ
ば、リチウムイオン二次電池は、充電しているときの電
池電圧が設定電圧を越えるまで上昇すると過充電された
と判定して充電を停止させる。リチウムイオン二次電池
の過充電を判定する設定電圧は、電極材料等によって
４．１〜４．３Ｖに設定している。しかしながら、電池
の電圧が設定電圧を越えると直ちに過充電と判定する方
法では、ノイズ等の影響で、過充電されない電池を誤っ
て過充電と判定する欠点がある。この欠点を避けるため
に、設定時間以上、たとえば１秒以上連続して電池の電
圧が設定電圧を越えるときに過充電と判定する方法が開
発されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法は、別の問題が発生する。それは、電池が充電しなが
ら放電されるとき、必ずしも正確に過充電を検出できな
くなることである。この状態は、たとえば、携帯電話で
通話をしながら電池を充電するときに発生する。使用状
態にある携帯電話は、送信するときに、図１に示すよう
に電池にパルス電流の放電電流が流れる。とくに、最近
のデジタル機器は、負荷電流がパルス電流となって、瞬
間的に大きな放電電流が流れる。このようにパルス電流
を流す状態で電池が充電されるとき、電池電圧が設定電
圧を越えるようになっても、図１のように大きなパルス
の瞬間電流が流れると、電池の電圧は図２に示すよう
に、一時的に設定電圧よりも低くなることがある。大き
なパルス電流が、電池の出力電圧を低下させるからであ
る。電池の出力電圧は、内部抵抗による電圧降下で低下
する。内部抵抗による電圧降下は、電流に比例して大き
くなる。したがって、電池の負荷電流が大きくなると出
力電圧は低下する。

【０００４】パルス電流の周期は、過充電を検出する設
定時間に比較して極めて短いので、大きなパルス電流が
流れるときに、設定時間よりも高くなっていた電池電圧
が設定電圧よりも低くなる。このため、図２に示すよう
に、パルス電流に同期して、電池電圧が設定電圧よりも
低下するタイミングが発生する。この状態になると、現
実の電池電圧が設定電圧を越える状態まで充電されてい
るにも関わらず、過充電を検出できなくなってしまう。

【０００５】本発明は、さらにこの欠点を解決すること
を目的に開発されたものである。本発明の重要な目的
は、ノイズの影響による誤動作を防止しながら、放電さ
れながら充電される電池の過充電を正確に検出できる過
充電検出方法とパック電池を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の過充電検出方法
は、充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設
定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると
過充電と判定する。さらに、過充電検出方法は、電池電
圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低く
なり、その後、再び設定電圧よりも高くなるとき、設定
電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ
設定している無視時間よりも短いときに、設定電圧より
も低くなっているのを無視して過充電を検出する。

【０００７】本発明の請求項２のパック電池は、充電し
ている電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧より
も高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判
定して充電を停止させる保護回路２を内蔵している。保
護回路２は、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に
設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも
高くなるとき、設定電圧よりも低くなっている電圧低下
時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いと
きに、設定電圧よりも低くなっているのを無視して過充
電を検出する演算回路４を内蔵している。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための過充電検出方法とパック
電池を例示するものであって、本発明は過充電検出方法
とパック電池を以下のものに特定しない。

【０００９】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１０】図３に示すパック電池は、内蔵する二次電
池１が充電されて過充電になると充電を停止させる保護
回路２を内蔵している。二次電池１は、リチウムイオン
二次電池である。リチウムイオン二次電池は、充電して
いるときの電池電圧が設定電圧を越えるまで上昇すると
過充電されたと判定できる。リチウムイオン二次電池の
過充電を判定する設定電圧は、４．１〜４．３Ｖに設定
している。

【００１１】保護回路２は、二次電池１と直列に接続し
ているスイッチング素子３Ａ、３Ｂと、このスイッチン
グ素子３Ａ、３Ｂをオンオフに制御する演算回路４とを
備える。スイッチング素子３Ａ、３ＢはＦＥＴである。
ただし、スイッチング素子には、ＦＥＴに代わってトラ
ンジスターも使用できる。さらに、図のパック電池の保
護回路２は、二次電池１と直列にＰＴＣ５も備える。Ｐ
ＴＣ５は、二次電池１に熱結合して配置されて、電池温
度が設定温度よりも高くなり、あるいは過大な電流が流
れると、温度が上昇してそれ自体の抵抗を増加させて電
流をほぼ遮断する。

【００１２】演算回路４は、充電される電池の過充電を
検出する。演算回路４は、電池が過充電されることを検
出すると、スイッチング素子３Ａをオフに切り換えて充
電を停止させる。図のパック電池は充電用と放電用のス
イッチング素子３Ａ、３Ｂを備えているので、演算回路
４は、過充電を検出するときに充電用のスイッチング素
子３Ａをオフに切り換えて充電を停止させる。放電用の
スイッチング素子３Ｂは、電池が過放電される状態にな
るとオフに切り換えられる。したがって、演算回路４
は、放電している電池の過放電をも検出して、過放電で
あることを検出すると放電用のスイッチング素子３Ｂを
オフに切り換える。充電用と放電用のスイッチング素子
３Ａ、３Ｂは、寄生ダイオードのあるＭＯＳＦＥＴであ
る。このスイッチング素子３Ａ、３Ｂは、オフの状態で
寄生ダイオードを通過して電流が流れる。したがって、
過充電を検出して充電用のスイッチング素子３Ａをオフ
に切り換えている状態で、寄生ダイオードを介して放電
電流を流して放電できる。また、放電用のスイッチング
素子３Ｂをオフに切り換える状態で、このスイッチング
素子３Ｂの寄生ダイオードを介して充電電流を流して充
電することもできる。

【００１３】演算回路４は、充電している電池の電圧を
検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設
定時間よりも長くなると過充電と判定し、充電用のスイ
ッチング素子３Ａをオフに切り換えて充電を停止させ
る。過充電と判定する設定時間は、例えば１秒に設定さ
れる。ただし、設定時間は、１００ｍｓｅｃ〜１００ｓ
ｅｃ、好ましくは２００ｍｓｅｃ〜６０ｓｅｃ、さらに
好ましくは３００ｍｓｅｃ〜３０ｓｅｃの範囲に設定す
ることもできる。設定時間を長くすると、ノイズによる
誤検出を少なくできるが、電池を過充電する弊害が大き
くなる。反対に設定時間を短くすると過充電による弊害
を少なくできるが、ノイズによる誤検出の確率が高くな
る。したがって、設定時間は、ノイズによる誤検出を防
止しながら過充電による弊害を少なくできるように、前
述の範囲に設定する。

【００１４】さらに、演算回路４は、図２に示すよう
に、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧
よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなる
ときには、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間
が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いとき
に、設定電圧よりも低くなっているのを無視して過充電
を検出する。無視時間は、たとえば５０ｍｓｅｃに設定
する。無視時間は、電池に流れるパルス電流で電池電圧
が低下する時間幅よりも長く設定される。したがって、
無視時間は、パルス電流の時間幅を考慮して、たとえば
１０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃの範囲に設定することも
できる。無視時間を長く設定する場合においても、過充
電を検出する設定時間よりも短く、設定時間の１／５以
下、好ましくは１／１０以下に設定される。

【００１５】演算回路４は、電池電圧が設定電圧を越え
た時間をカウントするタイマー６を内蔵している。タイ
マー６は、設定時間を記憶している。タイマー６は、カ
ウント値が設定時間になるとタイムアップして、過充電
信号を出力する。演算回路４は、タイマー６から過充電
信号が出力されると電池が過充電されたと判定して、充
電用のスイッチング素子３Ａをオフにする信号を出力す
る。

【００１６】演算回路４は、電圧低下時間によって、過
充電と判定する設定時間を変更する場合と、過充電と判
定する設定時間を変更しない場合とがある。設定時間を
変更する演算回路は、無視時間よりも短い電圧低下時間
においては、タイマーがカウントを一時的に停止し、電
圧低下時間を経過するとカウントを再開する。ただし、
電圧低下時間が無視時間よりも長くなると、タイマーは
リセットされる。設定時間を変更しない演算回路は、無
視時間よりも短い電圧低下時間においてもタイマーのカ
ウントを停止させない。

【００１７】図４は、設定時間を変更しないタイマーの
ブロック図である。この図のタイマー６は、電池電圧を
設定電圧に比較して、電池電圧が設定電圧よりも高いと
きに”Ｈ”信号を出力するコンパレータ７と、このコン
パレータ７の出力を遅延させる遅延回路８と、遅延回路
８の出力とコンパレータ７の出力が入力されて、いずれ
かが”Ｈ”信号のときに”Ｈ”を出力するＯＲ回路９
と、このＯＲ回路９から”Ｈ”が出力されるときにカウ
ントするカウンター１０とを備える。遅延回路８の遅延
時間は無視時間である。このタイマー６は、以下の動作
を動作する。 (1) 充電される電池の電圧が設定電圧を越えるとコン
パレータ７が”Ｈ”を出力する。電池電圧が設定電圧よ
りも低いとき、コンパレータ７の出力は”Ｌｏｗ”とな
っている。 (2) コンパレータ７の”Ｈ”信号は、ＯＲ回路９と遅
延回路８に入力される。 (3) ＯＲ回路９は、コンパレータ７から入力される”
Ｈ”信号で出力を”Ｈ”にする。 (4) その後、電池にパルス電流が流れて、電池電圧が
設定電圧よりも低くなると、コンパレータ７の出力は”
Ｈ”から”Ｌｏｗ”になる。このため、コンパレータ７
からＯＲ回路９に入力される信号は”Ｌｏｗ”となる。 (5) しかしながら、ＯＲ回路９には遅延回路８から”
Ｈ”信号が入力されているので、ＯＲ回路９は出力を”
Ｈ”に保持する。 (6) 遅延回路８は、設定された遅延時間である無視時
間が経過するまでは”Ｈ”の出力を保持する。したがっ
て、電池電圧が設定電圧よりも低下する電圧低下時間
が、遅延回路８の遅延時間よりも短いときは、遅延回路
８の出力が”Ｌｏｗ”になるときに、コンパレータ７の
出力は”Ｌｏｗ”から”Ｈ”になっている。ＯＲ回路９
はコンパレータ７と遅延回路８のいずれかから”Ｈ”が
入力されると”Ｈ”を出力するので、電圧低下時間が無
視時間よりも短いとき、ＯＲ回路９は”Ｈ”を出力し続
ける。したがって、カウンター１０には連続して”Ｈ”
が入力されてカウントを続け、設定時間になるとタイム
アップして過充電信号を出力する。 (7) しかしながら、電池電圧が設定電圧よりも低くな
る電圧低下時間が無視時間よりも長くなると、遅延回路
８の出力が”Ｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換えられたと
き、コンパレータ７の出力は”Ｌｏｗ”となっている。
このため、ＯＲ回路９の出力は”Ｌｏｗ”となる。した
がって、カウンター１０は、ＯＲ回路９から出力され
る”Ｌｏｗ”信号でリセットされる。

【００１８】演算回路４は、マイコンを内蔵して、過充
電を検出することもできる。図５はマイコンが過充電を
検出するフローチャートを示す。このフローチャート
は、以下のようにして、過充電を検出する。 ［ｎ＝１のステップ］最初にこのステップでタイマーの
カウント値をリセットする。 ［ｎ＝２のステップ］このステップで、電池電圧が設定
電圧を越えたかどうかを識別する。電池電圧が設定電圧
を越えるまで、このステップをループする。 ［ｎ＝３のステップ］電池電圧が設定電圧を越えると、
タイマーがカウントを開始する。 ［ｎ＝４のステップ］再び、電池の電圧が設定電圧より
も高いかどうかを判定する。 ［ｎ＝５のステップ］電池電圧が設定電圧よりも低下す
ると、電圧が設定電圧よりも低くなる電圧低下時間が無
視時間よりも短いかどうかを判別し、電圧低下時間が無
視時間よりも長いと、ｎ＝１のステップにジャンプして
タイマーをリセットする。 ［ｎ＝６〜７のステップ］電圧低下時間が無視時間より
も短いと、タイマーは継続してカウントし、また、電池
の電圧が設定電圧よりも低下しないときも、タイマーは
継続してカウントする。タイマーがタイムアップしてカ
ウント値が設定時間になると、過充電と判定して充電を
停止する。タイマーが設定時間になるまでは、ｎ＝４の
ステップにジャンプして、ｎ＝４〜６のステップをルー
プする。

【００１９】以上のフローチャートは、電圧低下時間に
おいてタイマー６のカウントを停止させないので、電池
電圧が設定電圧よりも低くなる電圧低下時間があって
も、過充電と判定する設定時間を変更しない。演算回路
は、電圧低下時間においてタイマーのカウントを一時的
に停止して設定時間を変更することもできる。このフロ
ーチャートを図６に示す。このフローチャートは、以下
のステップで過充電を検出する。 ［ｎ＝１〜４のステップ］このステップは図５と同じ。 ［ｎ＝５のステップ］電池電圧が設定電圧よりも高くな
った後、設定電圧よりも低下すると、このステップでタ
イマーのカウントを一時的に停止させる。 ［ｎ＝６のステップ］このステップは図５のｎ＝５のス
テップと同じ。 ［ｎ＝７のステップ］電圧低下時間が無視時間よりも短
いと、このステップでタイマーのカウントを再開させ
る。 ［ｎ＝８〜９のステップ］このステップは図５のｎ＝６
〜７と同じ。

【００２０】

【発明の効果】本発明の過充電検出方法とパック電池
は、ノイズの影響による誤動作を防止しながら、放電さ
れながら充電される電池の過充電を正確に検出できる特
長がある。それは、本発明の過充電検出方法とパック電
池が、電池電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時
間よりも長くなると過充電と判定しており、電池電圧が
設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧より低くなって
も、電圧低下時間があらかじめ設定している無視時間よ
りも短いときには、このことを無視して過充電を検出し
ているからである。このため、本発明は、ノイズ等の影
響で、過充電されない電池を誤って過充電と判定するこ
となく、また、電池電圧が設定電圧を越えた後、放電電
流によって一時的に電池電圧が設定電圧よりも低くなっ
ても、誤判定することなく電池の過充電を正確に検出で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電池がパルス電流を放電する状態を示すグラフ

【図２】パルス電流によって電池電圧が低下する状態を
示すグラフ

【図３】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図

【図４】設定時間を変更しないタイマーの一例を示すブ
ロック図

【図５】演算回路が設定時間を変更することなく電池の
過充電を検出するフローチャート

【図６】演算回路が設定時間を変更して電池の過充電を
検出するフローチャート

【符号の説明】 １…二次電池 ２…保護回路 ３Ａ…スイッチング素子 ３Ｂ…スイッチング素子 ４…演算回路 ５…ＰＴＣ ６…タイマー ７…コンパレータ ８…遅延回路 ９…ＯＲ回路 １０…カウンター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G053 AA09 BA04 BA07 CA02 EA03 EC03 5H022 AA19 CC08 KK01 5H030 AA03 AA06 AS06 BB02 FF43 FF52 5H040 AA40 AY08 DD08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 充電している電池の電圧を検出し、電池
   の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも
   長くなると過充電と判定する過充電検出方法において、 電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧より
   も低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなると
   き、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あ
   らかじめ設定している無視時間よりも短いときに、設定
   電圧よりも低くなっているのを無視して過充電を検出す
   ることを特徴とする電池の過充電検出方法。
2. 【請求項２】 充電している電池の電圧を検出し、電池
   の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも
   長くなると過充電と判定して充電を停止させる保護回路
   (2)を内蔵するパック電池において、 保護回路(2)が、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時
   的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よ
   りも高くなるとき、設定電圧よりも低くなっている電圧
   低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短
   いときに、設定電圧よりも低くなっているのを無視して
   過充電を検出する演算回路(4)を内蔵することを特徴と
   するパック電池。