JP2011015463A - 保護回路及び保護方法 - Google Patents

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順司 竹下
Takashi Takeda
貴志 武田
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Abstract

【課題】消費電流を低減し、二次電池の保管時間を長くすることが可能な保護回路及び保護方法を提供することを目的としている。
【解決手段】二次電池110の温度検出素子と接続された温度検出用端子の電圧に基づき二次電池110の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出部340を有し、二次電池110の温度が所定領域内となったことが検出されると保護回路100をスタンバイモードとする。
【選択図】図1

Description

本発明は、充放電可能な二次電池と負荷との間に接続されており、前記二次電池の保護を行う保護回路及び保護方法に関する。
近年では、リチウムイオン電池等の二次電池で駆動するデジタルカメラや携帯電話等の携帯機器が普及している。リチウムイオン電池等の二次電池は、使用時の安全性を確保するために保護回路が備えられた電池パックの形態で使用される(例えば特許文献1)。
図6は、従来の保護回路を説明する図である。従来の保護回路10は、二次電池11と負荷12との間に接続されている。保護回路10は、保護IC20、二次電池11の温度を検出する温度検出素子であるサーミスタR1、二次電池11からの放電を制御する放電制御用トランジスタM1、二次電池11への充電を制御する充電制御用トランジスタM2を有する。
保護回路10では、図7に示すように、二次電池11の温度が上昇してサーミスタR1と接続されたVTH端子の電圧が電池温度検出電圧に達すると、保護IC20のCout端子からトランジスタM2をオフさせる信号が出力され、二次電池11への充電を禁止する。図7は、従来の保護回路の動作の一例を説明する図である。
また保護回路10は、図8に示すように、サーミスタR1により検出された二次電池11の温度が上昇すると、過充電検出電圧を下げる機能も有する。図8は、従来の保護回路の動作の別の例を説明する図である。図8の例では、二次電池11の温度が上昇して高温領域に入ると過充電検出電圧を4.275Vから4.0Vに下げ、二次電池11の温度が低下して通常領域に入ると過充電検出電圧を4.0Vから4.275Vへ上げている。
この場合従来の保護回路10では、二次電池11の温度が高温又は低温となったときに異常を検出し、充電を禁止する等の保護動作を行う。また保護回路10では、二次電池11が過放電となった場合にも、過放電を検出してトランジスタM1をオフとする保護動作を行う。
特開2009−5558号公報
上記従来の保護回路10では、二次電池11の温度が通常動作の温度領域内にある場合には、特別な保護動作は行わない。このため二次電池11の温度が通常動作の温度領域内にある場合はサーミスタR1に電流が流れ、保護回路10で二次電池11の容量が消費される。その結果、例えば保護回路10が実装された電池パックを搭載した機器本体が未使用のまま倉庫等に保管されている状態でも、二次電池11の容量が消費され、機器本体の保管中に二次電池11の残量が低下してしまう。
本発明は、上記事情を鑑みてこれを解決すべくなされたものであり、消費電流を低減し、二次電池の保管時間を長くすることが可能な保護回路及び保護方法を提供することを目的としている。
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
充放電可能な二次電池(110)と負荷(120)との間に接続されており、前記二次電池(110)の保護を行う保護回路(100)であって、
前記二次電池(110)の温度を検出する温度検出素子(Rs)と、
前記温度検出素子(Rs)と接続された温度検出用端子(VTH)を有する保護IC(200)と、を有し、
前記保護IC(200)は、
前記温度検出用端子(VTH)の電圧に基づき前記二次電池(110)の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手段(340)と、
前記スタンバイ検出手段(340)により前記二次電(110)池の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護IC(200)をスタンバイモードとするスタンバイ制御手段(301)と、を有する構成とした。
また本発明の保護回路において、前記スタンバイ検出手段(340)は、
前記二次電池(110)の温度が高温領域内となったことを検出する高温スタンバイ検出手段(340a)を含み、
前記高温スタンバイ検出手段(340a)は、
前記温度検出用端子(VTH)の電圧が、前記二次電池(110)の温度が高温領域に達したことを検出する高温領域検出電圧(Va)よりも高い電圧に設定された高温スタンバイ検出電圧(Vth1)に達したとき、前記二次電池(110)の温度が高温領域内となったことを検出する構成とした。
また本発明の保護回路において、前記スタンバイ検出手段(340)は、
前記二次電池(110)の温度が低温領域内となったことを検出する低温スタンバイ検出手段(340b)を含み、
前記低温スタンバイ検出手段(340b)は、
前記温度検出用端子(VTH)の電圧が、前記二次電池(110)の温度が低温領域に達したことを検出する低温領域検出電圧(Vb)よりも低い電圧に設定された低温スタンバイ検出電圧(Vth2)より低くなったとき、前記二次電池(110)の温度が低温領域内となったことを検出する構成とした。
また本発明の保護回路は、前記スタンバイ制御手段(301)により前記保護IC(200)がスタンバイモードとされたとき、前記温度検出素子(Rs)へ流れる電流を遮断する遮断手段(M30)を有する構成とした。
充放電可能な二次電池(110)と負荷(120)との間に接続されており、前記二次電池(110)の保護を行う保護回路(200)であって、
前記二次電池(110)の温度を検出する温度検出素子(Rs)と接続された温度検出用端子(VTH)と、
前記温度検出用端子(VTH)の電圧に基づき前記二次電池(110)の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手段(340)と、
前記スタンバイ検出手段(340)により前記二次電池(110)の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護回路(200)をスタンバイモードとするスタンバイ制御手段(301)と、を有する構成とした。
本発明は、充放電可能な二次電池(110)と負荷(120)との間に接続されており、前記二次電池(110)の温度を検出する温度検出素子(Rs)に接続される温度検出用端子(VTH)を有し、前記二次電池(110)の保護を行う保護回路(200)による保護方法であって、
前記温度検出用端子(VTH)の電圧に基づき前記二次電池(110)の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手順と、
前記スタンバイ検出手順により前記二次電池(110)の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護回路(200)をスタンバイモードとするスタンバイ制御手順と、を有する方法とした。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明によれば、消費電流を低減し、二次電池の保管時間を長くすることができる。
第一の実施形態の保護回路を説明する図である。 第一の実施形態のスタンバイ検出部を説明する図である。 第一の実施形態の保護回路の動作を説明する図である。 第二の実施形態のスタンバイ検出部を説明する図である。 第二の実施形態の保護回路の動作を説明する図である。 従来の保護回路を説明する図である。 従来の保護回路の動作の一例を説明する図である。 従来の保護回路の動作の別の例を説明する図である。
本発明では、二次電池の温度検出素子と接続された温度検出用端子の電圧に基づき二次電池の温度が所定の温度領域内となったことを検出する検出手段を有し、二次電池の温度が所定領域内となったことが検出されると保護回路をスタンバイモードとする。
(第一の実施形態)
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図1は、第一の実施形態の保護回路を説明する図である。
本実施形態の保護回路100は、二次電池110と負荷120との間に接続されている。本実施形態の保護回路100は、B+端子、B−端子、P+端子、P−端子、VT端子を有する。また本実施形態の保護回路100は、保護IC200、抵抗R10、R20、R30、コンデンサC10、C20、C30、サーミスタRs、トランジスタM10、M20を有する。
保護IC200は、VDD端子、VTH端子、VSST端子、VSS端子、DOUT端子、COUT端子、V−端子を有する。また保護IC200は、高温領域検出部210、低温領域検出部220、過充電検出部230、過放電検出部240、充電過電流検出部250、放電過放電検出部260、発振器270、カウンタ280、論理回路290、論理回路300、レベルシフト回路310、遅延回路320、短絡回路330、スタンバイ検出部340、トランジスタM30を有する。
本実施形態の保護回路100において、B+端子は二次電池110の正極に接続され、B−端子は二次電池110の負極と接続される。P+端子は負荷120の正極に接続され、P−端子は負荷120の負極と接続される。抵抗R10とコンデンサC10とは、B+端子とB−端子との間で直列に接続されており、抵抗R10とコンデンサC10との接続点は、VDD端子と接続されている。
コンデンサC20は、B+端子とVT端子の間に接続されている。VT端子は、VTH端子と接続されている。サーミスタRsと抵抗R20とは、B+端子とVSST端子との間に直列に接続されている。またサーミスタRsと抵抗R20との接続点はVTH端子と接続されており、VTH端子は二次電池110の温度検出用端子として使用される。コンデンサC30はP+端子とP−端子との間に接続されている。抵抗R30は、V−端子とP−端子との間に接続されている。
トランジスタM10とトランジスタM20とは、B−端子とP−端子との間に直列に接続されている。VSS端子はB−端子と接続されている。
本実施形態の保護IC200において、高温領域検出部210は、VTH端子の電圧を監視して二次電池110の温度が高温領域に達したか否かを判断する。低温領域検出部220は、VTH端子の電圧を監視して二次電池110の温度が低温領域に達したか否かを判断する。尚本実施形態では、例えば二次電池110の温度が45℃より高くなったとき高温領域に達したものと判断し、二次電池110の温度が0℃未満となったとき低温領域に達したものと判断する。この場合、0℃以上45℃以下が通常温度領域となる。
過充電検出部230は、VDD端子の電圧を監視して二次電池110の過充電を検出する。過放電検出部240は、VDD端子の電圧を監視して二次電池110の過放電を検出する。充電過電流検出部250、充電時の過電流を検出する。放電過電流検出部260は、放電時の過電流を検出する。発振器270は、保護IC200内の各部へクロックを供給する。カウンタ280は、遅延時間のカウント等を行う。
論理回路290は、高温領域検出部210、低温領域検出部220、過充電検出部230、充電過電流検出部250から検出信号を受けて、充電制御用スイッチ素子であるトランジスタM20のオン/オフを制御する。
論理回路300は、過放電検出部240、放電過電流検出部260から検出信号を受けて、放電制御用のスイッチ素子であるトランジスタM10のオン/オフを制御する。また論理回路300はスタンバイ制御部301を有し、スタンバイ検出部340の検出結果に基づき保護IC200をスタンバイモードとする。尚本実施形態のスタンバイ制御部301によるスタンバイモードとは、保護IC200内の回路全てをスタンバイモードとする。
レベルシフト回路310は、論理回路290から出力された信号を、トランジスタM20をオン/オフできるレベルの信号へレベルシフトさせる。遅延回路310は、遅延時間を発生させる。短絡回路330は、P+端子とP−端子との間に過大負荷が接続されたことを検出し、二次電池110と過大負荷とを短絡させる。
スタンバイ検出部340は、温度検出用端子であるVTH端子の電圧を監視し、VTH端子の電圧に基づき、二次電池110の温度が高温領域内の温度になったか否かを検出する。本実施形態のスタンバイ検出部340は、VHT端子の電圧が所定の閾値電圧(以下、スタンバイ検出電圧)を超えたか否かを検出する。本実施形態のスタンバイ検出電圧とは、高温領域検出電圧よりも高い電圧であり、予め設定された電圧である。スタンバイ検出部340の詳細は後述する。
高温領域検出電圧とは、二次電池110の温度が高温領域となったことを検出する際の閾値となる電圧である。例えば高温領域検出電圧を電圧Vaとした場合、高温領域検出部210は、VTH端子の電圧がVaとなったとき二次電池110の温度が高温領域に達したものと検出する。
トランジスタM30は、NMOSトランジスタであり、ドレインがVSST端子に接続され、ソースが接地され、ゲートが論理回路300と接続されている。本実施形態のトランジスタM30は、サーミスタRsに流れる電流を遮断するための遮断手段である。保護回路100では、トランジスタM30をオフすることでサーミスタRsに流れる電流が遮断される。本実施形態のトランジスタM30は、スタンバイ制御部301により保護IC200がスタンバイモードとされたときにオフされる。
本実施形態では、VTH端子の電圧が、スタンバイ検出電圧を超えたとき、スタンバイ制御部301により保護IC200をスタンバイモードとする。本実施形態では、スタンバイ検出電圧は、二次電池210の温度が高温領域となったことを検出する電圧である高温領域検出電圧よりも高い電圧である。よって本実施形態では、スタンバイ検出部340により、二次電池110の温度が高温領域内に入ったことが検出される。
保護IC200がスタンバイモードになると、トランジスタM30はオフされて、サーミスタRsに流れる電流は遮断される。
本実施形態では、この構成により、二次電池110の温度が高温領域内に入った場合に、サーミスタRsに流れる電流を遮断し、且つ保護IC200を低消費電流のスタンバイモードとすることができる。よって本実施形態では、消費電流を低減し、二次電池の使用可能時間を長くすることができる。
以下に図2を参照して本実施形態のスタンバイ検出部340の詳細を説明する。図2は、第一の実施形態のスタンバイ検出部を説明する図である。
本実施形態のスタンバイ検出部340は、トランジスタM40、電流源341、インバータ342を有する。トランジスタM40は、PMOSトランジスタである。トランジスタM40のゲートには、VTH端子が接続されている。トランジスタM40のソースは、VDD端子と接続されており、ドレインは電流源341の一端と接続されている。電流源341の他端は接地されている。
トランジスタM40のドレインと電流源341との接続点Aは、インバータ342の入力端子と接続されている。インバータ342の出力端子は、論理回路300と接続されており、インバータ342の出力信号がスタンバイ制御部301へ供給される。
本実施形態のスタンバイ検出部340は、接続点Aの電圧が後述するスタンバイ検出電圧Vth1となったとき、インバータ342の出力が反転するように設計されている。
例えば本実施形態のスタンバイ検出部340は、VTH端子の電圧がスタンバイ検出電圧Vth1に達していない場合、トランジスタM40はオンであり接続点Aの電圧はハイレベル(以下、Hレベル)である。よってインバータ342からはローレベル(以下、Lレベル)の信号が出力される。またスタンバイ検出部340では、VTH端子の電圧がスタンバイ検出電圧Vth1に達すると、トランジスタM40がオフされて接続点Aの電圧はLレベルとなる。よってインバータ342からの出力はLレベルからHレベルへ反転する。
本実施形態のスタンバイ制御部301は、スタンバイ検出部340の出力が反転したとき、保護IC200をスタンバイモードとする。
以下に図3を参照して本実施形態の保護回路100の動作を説明する。図3は、第一の実施形態の保護回路の動作を説明する図である。
本実施形態の保護回路100において、二次電池110の温度が上昇してVTH端子の電圧が高温領域を検出する高温領域検出電圧Vaを超えると、論理回路290は、Cout端子からトランジスタM10をオフさせる信号を出力し、充電器(図示せず)からの充電を禁止する。
さらに二次電池110の温度が上昇し、VTH端子の電圧がスタンバイ検出電圧Vth1に達すると、スタンバイ検出部340の出力は反転する。スタンバイ制御部301は、スタンバイ検出部340の出力の反転を検出して、保護IC200をスタンバイモードとする。
保護IC200がスタンバイモードとされると、トランジスタM30はオフされるため、VSST端子には電流が流れず、サーミスタRsへ流れる電流も遮断される。
本実施形態では、保護IC200のスタンバイモードからの復帰は、充電器の接続によりV−端子が充電器接続検出電圧以下になったときに行う。
このように本実施形態では、期間T30の間保護IC200全体がスタンバイモードとなる。このため本実施形態によれば、期間T30の間はサーミスタRsに流れる電流を遮断し、且つ保護IC200全体の消費電流を低減させることができる。よって本実施形態によれば、消費電流を低減し、二次電池の保管時間を長くすることができる。
(第二の実施形態)
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。本発明の第二の実施形態では、VTH端子の電圧が低温領域検出電圧を下回った場合も保護ICをスタンバイモードとする点のみ第一の実施形態と相違する。よって以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。
図4は、第二の実施形態のスタンバイ検出部を説明する図である。
本実施形態のスタンバイ検出部340Aは、高温スタンバイ検出部340aと低温スタンバイ検出部340bと、OR回路345を有する。高温スタンバイ検出部340aは、VTH端子の電圧が高温領域検出電圧Vaよりも高い値に設定されたスタンバイ検出電圧Vth1に達したことを検出するものであり、第一の実施形態のスタンバイ検出部340と同様である。
低温スタンバイ検出部340bは、VTH端子の電圧が低温領域検出電圧Vbよりも低い値に設定されたスタンバイ検出電圧Vth2に達したことを検出する。
本実施形態のスタンバイ検出部340Aは、VTH端子の電圧がスタンバイ検出電圧Vth1に達した場合と、VTH端子の電圧がスタンバイ検出電圧Vth2を下回った場合に、出力が反転する。
すなわち本実施形態のスタンバイ検出部340Aは、VTH端子の電圧に基づき、二次電池110の温度が高温領域又は低温領域の何れか一方の範囲内に入ったことを検出する。
尚低温領域検出電圧Vbとは、二次電池110の温度が低温領域となったことを検出する際の閾値となる電圧である。例えば低温領域検出電圧を電圧Vbとした場合、低温領域検出部220は、VTH端子の電圧が電圧Vbとなったとき二次電池110の温度が低温領域に達したものと検出する。
低温スタンバイ検出部340bは、トランジスタM50、電流源343、インバータ344を有する。トランジスタM50はNMOSトランジスタである。トランジスタM50のゲートはVTH端子と接続されている。トランジスタM50のドレインは電流源343の一端と接続されており、トランジスタM50のソースは接地されている。電流源343の他端はVDD端子と接続されている。トランジスタM50と電流源343との接続点Bは、インバータ344の入力端子と接続されている。
OR回路345の一方の入力にはインバータ342の出力が供給され、OR回路345の他方の入力にはインバータ344の出力が供給される。OR回路345の出力は、スタンバイ検出部340Aの出力として論理回路300へ供給される。
以下に図5は、第二の実施形態の保護回路の動作を説明する図である。期間T30の動作は、第一の実施形態で説明した通りである。
二次電池110の温度が低下し、VTH端子の電圧が低下して低温領域検出電圧Vbを下回ると、論理回路300はトランジスタM10をオフさせて充電を禁止する。その後VTH端子の電圧がさらに低下してスタンバイ検出電圧Vth2を下回ると、スタンバイ検出部340Aの出力が反転する。スタンバイ検出部340Aの出力が反転すると、スタンバイ制御部301は、保護IC200をスタンバイモードとする。
保護IC200がスタンバイモードとされると、トランジスタM30がオフされてサーミスタRsに流れる電流が遮断される。
以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
100 保護回路
110 二次電池
200 保護IC
210 高温領域検出部
220 低温領域検出部
230 過放電検出部
240 過放電検出部
250 充電過電流検出部
260 放電過放電検出部
270 発振器
290、300 論理回路
301 スタンバイ制御部
340、340A スタンバイ検出部

Claims (6)

  1. 充放電可能な二次電池と負荷との間に接続されており、前記二次電池の保護を行う保護回路であって、
    前記二次電池の温度を検出する温度検出素子と、
    前記温度検出素子と接続された温度検出用端子を有する保護ICと、を有し、
    前記保護ICは、
    前記温度検出用端子の電圧に基づき前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手段と、
    前記スタンバイ検出手段により前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護ICをスタンバイモードとするスタンバイ制御手段と、を有する保護回路。
  2. 前記スタンバイ検出手段は、
    前記二次電池の温度が高温領域内となったことを検出する高温スタンバイ検出手段を含み、
    前記高温スタンバイ検出手段は、
    前記温度検出用端子の電圧が、前記二次電池の温度が高温領域に達したことを検出する高温領域検出電圧よりも高い電圧に設定された高温スタンバイ検出電圧に達したとき、前記二次電池の温度が高温領域内となったことを検出する請求項1記載の保護回路。
  3. 前記スタンバイ検出手段は、
    前記二次電池の温度が低温領域内となったことを検出する低温スタンバイ検出手段を含み、
    前記低温スタンバイ検出手段は、
    前記温度検出用端子の電圧が、前記二次電池の温度が低温領域に達したことを検出する低温領域検出電圧よりも低い電圧に設定された低温スタンバイ検出電圧より低くなったとき、前記二次電池の温度が低温領域内となったことを検出する請求項1又は2記載の保護回路。
  4. 前記スタンバイ制御手段により前記保護ICがスタンバイモードとされたとき、前記二次電池温度検出素子へ流れる電流を遮断する遮断手段を有する請求項1ないし3の何れか一項に記載の保護回路。
  5. 充放電可能な二次電池と負荷との間に接続されており、前記二次電池の保護を行う保護回路であって、
    前記二次電池の温度を検出する温度検出素子と接続された温度検出用端子と、
    前記温度検出用端子の電圧に基づき前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手段と、
    前記スタンバイ検出手段により前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護回路をスタンバイモードとするスタンバイ制御手段と、を有する保護回路。
  6. 充放電可能な二次電池と負荷との間に接続されており、前記二次電池の温度を検出する温度検出素子に接続される温度検出用端子を有し、前記二次電池の保護を行う保護回路による保護方法であって、
    前記温度検出用端子の電圧に基づき前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことを検出するスタンバイ検出手順と、
    前記スタンバイ検出手順により前記二次電池の温度が所定の温度領域内となったことが検出されたとき、当該保護回路をスタンバイモードとするスタンバイ制御手順と、を有する保護方法。







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