JP2008029167A - Electric apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、機器本体とこの機器本体に装着されるパック電池とを備え、機器本体の異常発熱に起因する不具合をパック電池側で防止するようにした電気機器に関する。 The present invention relates to an electric device that includes a device main body and a battery pack that is attached to the device main body, and prevents defects caused by abnormal heat generation of the device main body on the battery pack side.
携帯電話機やノート型PC等の電気機器の電源としてパック電池が用いられることが多い。この種のパック電池は、二次電池と該二次電池の異常時等にその充放電を禁止する保護回路、およびその制御回路(制御用IC)等を備えたものであって上記電気機器の本体に装着して用いられる。またこのようなパック電池が備えた保護回路を利用して、例えば機器本体側からパック電池の制御回路に対して制御信号を与え、これによって二次電池の放電を強制的に禁止制御することも提唱されている(例えば特許文献1を参照)。
しかしながら機器本体側においてシステム異常が生じてその異常発熱を検出できなかったり、或いは通信不良によって機器本体側からパック電池に対して制御信号を与えることができないことが想定される。そしてこのような場合には、パック電池から機器本体に対して電流が供給され続けるので、不測の事態を招く虞があるので、一般的には機器本体自体に温度ヒューズ等の保護素子を組み込んでいるのが実情である。 However, it is assumed that a system abnormality occurs on the apparatus main body side and the abnormal heat generation cannot be detected, or a control signal cannot be given to the battery pack from the apparatus main body side due to communication failure. In such a case, since current is continuously supplied from the battery pack to the device body, there is a risk of unexpected situations. Therefore, a protection element such as a thermal fuse is generally incorporated in the device body itself. The fact is.
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、パック電池おいて機器本体の異常発熱を監視し、異常発熱時にはパック電池側において前記機器本体に対する電力供給自体を遮断することで機器本体を確実に保護することのできる電気機器を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of such circumstances, and its purpose is to monitor abnormal heat generation of the device main body in the battery pack, and to cut off the power supply itself to the device main body on the pack battery side when abnormal heat generation occurs. Thus, an object of the present invention is to provide an electrical device that can reliably protect the device body.
上述した目的を達成するべく本発明に係る電気機器は、例えばノート型PCのように機器本体と、この機器本体に装着されて該機器本体に電力を供給するパック電池とを備えたものであって、
前記機器本体に該機器本体の異常発熱を検知する温度センサを組み込むと共に、
前記パック電池には、前記温度センサの出力を監視し、前記機器本体の異常発熱時に該パック電池が備えた保護回路を作動させて該パック電池からの電力出力を遮断する本体温度監視手段を設けたことを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, an electrical device according to the present invention includes a device main body, such as a notebook PC, and a battery pack that is attached to the device main body and supplies power to the device main body. And
Incorporating a temperature sensor that detects abnormal heat generation of the device body into the device body,
The battery pack is provided with main body temperature monitoring means for monitoring the output of the temperature sensor and operating a protection circuit provided in the battery pack when the device main body is abnormally heated to cut off the power output from the battery pack. It is characterized by that.
好ましくは前記パック電池は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池と、この二次電池の放電路に直列に介挿されて該二次電池の放電を禁止する半導体スイッチやヒューズ等の保護回路と、前記二次電池の放電電流が設定電流閾値を超えたときに前記保護回路を作動させる過電流保護手段と、前記機器本体に組み込まれた温度センサに接続されて該温度センサから求められるセンサ出力に応じて前記保護回路を作動させる本体温度監視手段とを備えて構成される。これらの過電流保護手段や本体温度監視手段は、例えばパック電池に組み込まれた制御用ICが持つ機能として実現される。 Preferably, the battery pack is a secondary battery such as a lithium ion battery or a nickel metal hydride battery, and a semiconductor switch or a fuse that is inserted in series in the discharge path of the secondary battery to prohibit the discharge of the secondary battery. A protection circuit, an overcurrent protection means for activating the protection circuit when a discharge current of the secondary battery exceeds a set current threshold, and a temperature sensor incorporated in the device main body. Main body temperature monitoring means for operating the protection circuit in accordance with the required sensor output. These overcurrent protection means and main body temperature monitoring means are realized as functions of a control IC incorporated in, for example, a battery pack.
また前記温度センサは、例えば固定抵抗を介して前記機器本体の内部基準電圧にプルアップされて前記機器本体の温度に応じて抵抗値が変化するPTC素子(ポジスタ)やサーミスタ等からなり、上記内部基準電圧を前記固定抵抗との間で分圧した電圧をセンサ出力として前記パック電池に与えるように構成される。 In addition, the temperature sensor includes, for example, a PTC element (posistor) or a thermistor that is pulled up to an internal reference voltage of the device main body via a fixed resistor and whose resistance value changes according to the temperature of the device main body. A voltage obtained by dividing a reference voltage with the fixed resistor is provided to the battery pack as a sensor output.
上記構成の電気機器によれば、機器本体に設けた温度センサを介してパック電池が該機器本体が有する機能とは独立に上記機器本体の温度を監視するので、システム異常等によって機器本体の異常発熱を機器本体側で検出することができないような場合であっても、パック電池側において保護回路を作動させて二次電池からの放電、つまり機器本体への電力供給を遮断するので、機器本体に不測の事態が生じることを効果的に回避することができる。つまりパック電池による機器本体の監視機能により、異常発熱した機器本体に電流が供給され続けることがなくなり、これによって機器本体の動作自体が停止されるので、電子機器としての安全性を十分に高めることができる。 According to the electric device having the above configuration, the battery pack monitors the temperature of the device main body independently of the function of the device main body via the temperature sensor provided in the device main body. Even when heat generation cannot be detected on the device body side, the protection circuit is activated on the battery pack side to shut off the discharge from the secondary battery, that is, the power supply to the device body. It is possible to effectively avoid unexpected situations. In other words, the monitoring function of the device main body using the battery pack prevents current from continuing to be supplied to the device main body that abnormally generates heat, which stops the operation of the device main body itself, thereby sufficiently increasing the safety of the electronic device. Can do.
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電気機器について説明する。
図1はこの実施形態に係る電気機器の要部概略構成を示すもので、10はノート型PC等の機器本体、20はこの機器本体10に装着されて該機器本体10に電力を供給するパック電池である。機器本体10は、前記パック電池20が接続されると共に、図示しないACアダプタ等の外部電源に接続される電源部11と、この電源部11を介して電力供給を受けて作動するマイクロプロセッサやメモリ等の負荷12とを備える。上記電源部11は、外部電源が接続されている場合には、該外部電源から供給される電力を所定の電圧に変換して負荷12に供給すると共に、パック電池20の二次電池21を充電し、また外部電源が接続されていない場合には、前記パック電池20の二次電池21に充電された電力エネルギを前記負荷12に供給する役割を担う。
Hereinafter, an electric device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a main part of an electric device according to this embodiment.
一方、前記パック電池20は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池21と、この二次電池21の充放電路に直列に介挿されて該二次電池21の充電および放電を禁止する保護回路としての半導体スイッチ(FET)22,23と、これらの半導体スイッチ(FET)22,23を選択的に駆動して前記二次電池21の充電路または放電路を遮断する制御部(制御用IC)24とを備える。この制御部24は、基本的には二次電池21のセル電圧(端子電圧)を監視し、セル電圧が満充電状態に達したときに前記半導体スイッチ(FET)22を駆動して二次電池21の充電を禁止する機能(過充電保護手段)を備えると共に、二次電池21の充放電路に直列に介挿されたシャント抵抗25を介して検出される放電電流が設定電流閾値(過放電電流)に達したとき、前記半導体スイッチ(FET)23を駆動して二次電池21の放電を禁止する機能(過電流保護手段)を備える。尚、前記制御部24に、二次電池21の温度を監視し、電池温度が異常に高くなったときに前記二次電池21の充放電を禁止する機能を持たせることもある。
On the other hand, the
基本的には上述した如く構成される機器本体10とパック電池20とを備えて構成される電気機器において、この発明が特徴とするところは、前記機器本体10に該機器本体10の温度を検出する温度センサ15を設け、前記パック電池20の制御部24において前記機器本体10が有する機能とは独立に上記温度センサ15を介して前記機器本体10の温度を監視し、機器本体10が異常発熱したときにはパック電池20側において前述した保護回路(FET23)を作動させて二次電池21の放電を禁止する本体温度監視手段を設けた点にある。
Basically, the present invention is characterized in that, in the electric apparatus configured to include the apparatus
即ち、機器本体10に該機器本体10の温度に応じて抵抗値が変化するPTC素子(ポジスタ)を温度センサ15として組み込む。具体的には固定抵抗16を介して前記機器本体10の内部基準電圧VrefにプルアップしてPCT素子(温度センサ)15を設ける。そして固定抵抗16とPTC素子(温度センサ)15とにより上記内部基準電圧Vrefを分圧した電圧Voutをそのセンサ出力としてパック電池20に与えるように構成される。ちなみに上記PTC素子(ポジスタ)15は、例えば図2に示すようにその温度が或る値を超えたときに急激にその抵抗値Rpが増大する温度特性を有する。具体的には、例えば常温(25℃)において10kΩ程度、110℃で100kΩ以下の或る値、そして130℃で4.7MΩ程度と高抵抗化するような抵抗値温度特性を有する。
That is, a PTC element (posistor) whose resistance value changes according to the temperature of the
そしてパック電池20においては、上記PCT素子(温度センサ)15からのセンサ出力を、抵抗26とツェナーダイオード27とからなる入力回路を介してクランプして前記制御部24に取り込み、制御部24が有する機能として、その入力電圧から機器本体10の異常発熱の有無を監視する(本体温度監視手段)ように構成される。制御部24はこの本体温度監視手段により機器本体10の異常発熱が検出されたとき、前述したFET23を作動させて前記二次電池21の放電を禁止する。
In the
尚、ツェナーダイオード27は、後述するようにパック電池20の上述したセンサ出力を検出する為のセンシング端子Sと、該パック電池20の正極端子Pとの短絡から制御部(制御用IC)24を保護する為のものである。またツェナーダイオード27に並列接続したコンデンサ18は、上記センシング端子Sに加わる外来ノイズ等を除去する為のフィルタとして機能するものである。
As will be described later, the Zener
かくしてこのように構成された電気機器によれば、機器本体10の負荷12が有する各種の異常監視機能が正常に作動しない場合であっても、パック電池20の制御部24は上記負荷12が有する機能とは独立に機器本体10の温度を監視しており、機器本体10の温度が異常発熱により高温化したときには半導体スイッチ(FET)23を駆動して二次電池21の放電を禁止するので、機器本体10への電力供給が遮断される。この結果、機器本体10の負荷12に不本意に電流が供給され続けることがなくなり、負荷12の作動自体が停止されるので該負荷12が不測の事態に陥ることがなくなる。従って負荷12を含む機器本体10のみならず、機器本体10に装着されたパック電池20の熱的な安全性を十分に確保することが可能となる。しかも機器本体10に温度センサ(PTC素子)15を設け、この温度センサ15の出力をパック電池20の制御部24において監視すると言う簡単な構成で電子機器の熱的な安全性を確実に確保することができる。特に前述した特許文献1に紹介されるような機器本体側の異常監視機能とは独立して、パック電池20側において機器本体10の異常発熱を監視するので、その安全性を高める上での効果が多大である。
Thus, according to the electric device configured as described above, the
ここで前述したPCT素子(温度センサ)15の出力を監視する制御部24の監視機能について検証する。この種のパック電池20に組み込まれる制御用IC24のセンサ入力端子は、一般的には、例えばその入力電圧が0.8V以下でセンサ入力が[L]レベル、また2.0V以上で[H]レベルであると判定するように構成される。従って前述した図2に示した如き温度特性を有するPTC素子15を温度センサとして用いた場合、固定抵抗16として2MΩのものを用い、この固定抵抗16を介して機器本体10の内部基準電圧Vrefとして3.3Vを印加するものとすれば、機器本体10の温度が25℃の場合におけるセンサ出力Voutは、基本的には
Vout(25)=3.3V×10kΩ/(10kΩ+2MΩ)
=0.02V → [L]レベル
となる。
Here, the monitoring function of the
= 0.02V → [L] level.
また同様に機器本体10の温度が110℃におけるセンサ出力Voutは
Vout(110)=3.3V×100kΩ/(100kΩ+2MΩ)
=0.16V → [L]レベル
となり、機器本体10の温度が130℃となった場合には、
Vout(130)=3.3V×4.7MΩ/(4.7MΩ+2MΩ)
=2.31V → [H]レベル
となる。従ってPTC素子(温度センサ)15の抵抗値温度特性と、機器本体10の内部基準電圧Vrefとを勘案して上記PTC素子(温度センサ)15をプルアップする固定抵抗16の抵抗値を決定すれば、制御用IC24の信号レベル判定機能(レベル判定特性)をそのまま利用して機器本体10の異常発熱を確実に検出することができる。
Similarly, the sensor output Vout when the temperature of the
= 0.16V → [L] level, and when the temperature of the
Vout (130) = 3.3V × 4.7MΩ / (4.7MΩ + 2MΩ)
= 2.31V → [H] level. Accordingly, if the resistance value temperature characteristic of the PTC element (temperature sensor) 15 and the internal reference voltage Vref of the
しかし機器本体10の異常発熱を検出して二次電池21の放電を禁止する必要があるのは、二次電池21から機器本体10に対して電力を供給しているときであり、この場合、素の放電路に介挿されたシャント抵抗25に起因して機器本体10側の基準電位(接地電位)とパック電池20側、つまり制御用IC24の基準電位(接地電位)との間に電位差が生じることが否めない。従って実際には、シャント抵抗25に生じる電位差を考慮してPTC素子(温度センサ)15の出力を検出することが必要である。
However, it is necessary to detect the abnormal heat generation of the
ちなみにシャント抵抗25の抵抗値が5mΩであるとすると、パック電池20の過放電電流制限値以下である10Aの電流が流れている場合、シャント抵抗25には0.05Vの電位差が生じる。従ってこのときに前記制御用IC24が検出するセンサ出力は、
Vout(25)’=0.02V+0.05V
=0.07V → [L]レベル
Vout(110)’=0.16V+0.05V
=0.21V → [L]レベル
Vout(130)’=2.31V+0.05V
=2.36V → [H]レベル
となり、上述した10Aの放電電流が流れている場合でも、機器本体10の異常発熱を確実に検出することができる。
Incidentally, if the resistance value of the
Vout (25) '= 0.02V + 0.05V
= 0.07V → [L] level Vout (110) '= 0.16V + 0.05V
= 0.21V → [L] level Vout (130) '= 2.31V + 0.05V
= 2.36 V → [H] level, and even when the above-described discharge current of 10 A flows, abnormal heat generation of the
また短絡によって100Aの過大な電流が流れた場合には、シャント抵抗25には0.5Vの電位差が生じることになり、このとき前記制御用IC24は、
Vout(25)”=0.02V+0.5V
=0.52V → [L]レベル
Vout(110)”=0.16V+0.5V
=0.66V → [L]レベル
Vout(130)”=2.31V+0.5V
=2.81V → [H]レベル
のセンサ出力を検出することになり、機器本体10の異常発熱の監視機能としては正常に働く。しかしこの場合には、シャント抵抗25を介して検出される過大電流によってパック電池20が本来的に有する放電禁止の保護機能が働いて二次電池21の放電が禁止されることになる。
When an excessive current of 100 A flows due to a short circuit, a potential difference of 0.5 V is generated in the
Vout (25) "= 0.02V + 0.5V
= 0.52V → [L] level Vout (110) "= 0.16V + 0.5V
= 0.66V → [L] level Vout (130) "= 2.31V + 0.5V
= 2.81 V → [H] level sensor output is detected, and the device
尚、二次電池21の充電時に一時的なラッシュ電流が流れた場合、例えば60Aのラッシュ電流が流れた場合には、前述した制御用IC24は
Vout(25)+=0.02V+0.5V
=0.52V → [L]レベル
Vout(110)+=0.16V+0.5V
=0.66V → [L]レベル
Vout(130)+=2.31V+0.5V
=2.81V → [H]レベル
なるセンサ出力を検出することになる。従ってこの場合においても、機器本体10の異常発熱の監視機能は正常に働くことになる。
When a temporary rush current flows when the
= 0.52V → [L] level Vout (110) + = 0.16V + 0.5V
= 0.66V → [L] level Vout (130) + = 2.31V + 0.5V
= 2.81V → [H] level sensor output is detected. Therefore, even in this case, the abnormal heat generation monitoring function of the
故に、PTC素子(温度センサ)15の抵抗値温度特性と、機器本体10の内部基準電圧Vrefとを勘案して上記PTC素子(温度センサ)15をプルアップする固定抵抗16の抵抗値を設定しておけば、パック電池20の使用状態(動作状態)に拘わることなく機器本体10の異常発熱を確実に検出することができる。尚、上述した異常電流が流れた場合にはパック電池20の保護機能が働くので、上記電流が流れている時間は数百μ秒程度と短い。従って機器本体10の異常発熱の監視タイミング(検出タイミング)と重なる虞は低い。しかし更に大きな電流が流れてセンサ出力の電圧領域が反転する可能性を考慮するならば、その検出処理を2回繰り返して行う等して誤検出の可能性を低減することが望ましい。
Therefore, the resistance value of the fixed
また前述した実施形態においては制御用IC24のセンシング端子にツェナーダイオード27を設けている。このようなツェナーダイオード27を設けておけば、上記制御用IC24の端子にツェナー電圧Vz以上の電圧が加わることがなくなるので、例えばパック電池20の正極端子Pとセンシング端子Sとの短絡が生じたとしても、上記制御用IC24を破壊するような不具合を招くことがない。具体的には制御用IC24の端子に加わる最大許容電圧が6.0Vである場合、ツェナーダイオード27として5.6Vのものを用いればセンシング端子Sに5.6V以上の電圧が加わっても、上記制御用IC24の端子に加わる電圧を5.6Vに制限することができる。またセンシング端子Sに加わる電圧が5.6Vに満たない場合には、その電圧がそのまま制御用IC24に加わることになる。従ってセンシング端子Sに加わる過大な電圧から上記制御用IC24を効果的に保護することができ、パック電池20による前述した機器本体10の異常発熱に対する監視機能を十分に発揮させることができる。
In the embodiment described above, the
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは温度センサ15としてPTC素子を用いた例について示したが、サーミスタ等の素子を用いることも可能である。またパック電池20のセンシング端子Sに、特許文献1に示されるような機器本体側からの制御信号を受け入れるような機能を設けておくようにしても良い。また保護回路としては二次電池21の放電路に直列に介挿された温度ヒューズであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. Here, an example in which a PTC element is used as the
10 機器本体
11 電源部
12 負荷
15 温度センサ(PTC素子)
16 固定抵抗
20 パック電池
21 二次電池
22 半導体スイッチ(保護回路;充電禁止用)
23 半導体スイッチ(保護回路;放電禁止用)
24 制御部(制御用IC;本体温度監視手段)
25 シャント抵抗
27 ツェナーダイオード
DESCRIPTION OF
16
23 Semiconductor switch (protection circuit; for discharge prohibition)
24 control unit (control IC; body temperature monitoring means)
25
Claims (3)
前記機器本体に該機器本体の異常発熱を検知する温度センサを組み込むと共に、
前記パック電池には、前記温度センサの出力を監視し、前記機器本体の異常発熱時に該パック電池が備えた保護回路を作動させて該パック電池からの電力出力を遮断する本体温度監視手段を設けたことを特徴とする電気機器。 An electrical device comprising a device body and a battery pack attached to the device body and supplying power to the device body,
Incorporating a temperature sensor that detects abnormal heat generation of the device body into the device body,
The battery pack is provided with main body temperature monitoring means for monitoring the output of the temperature sensor and operating a protection circuit provided in the battery pack when the device main body is abnormally heated to cut off the power output from the battery pack. Electrical equipment characterized by that.
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