JP2017017806A - 保護回路およびバッテリーパック - Google Patents
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Abstract
【課題】使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護する。
【解決手段】保護回路(11)は、充電器(5)の接続前にオフである第一のスイッチ(12・13)が配された主経路(17)と、主経路(17)と並列であって抵抗(16)が配された補助経路(18)とを備え、二次電池(2)が充電器(5)に充電されているかを判定し、二次電池(2)が充電されている場合、端子間電圧が所定の範囲内であるかを判定する。
【選択図】図1
【解決手段】保護回路(11)は、充電器(5)の接続前にオフである第一のスイッチ(12・13)が配された主経路(17)と、主経路(17)と並列であって抵抗(16)が配された補助経路(18)とを備え、二次電池(2)が充電器(5)に充電されているかを判定し、二次電池(2)が充電されている場合、端子間電圧が所定の範囲内であるかを判定する。
【選択図】図1
Description
本発明は二次電池の保護回路およびバッテリーパックに関する。
充電式の電池が搭載されるバッテリーパックには、当該電池の過充電等を防止するための保護回路が設けられている。図11は、特許文献1に記載の電源回路の構成を表す図である。
電源回路300では、二次電池301の負極に、充電器310又は負荷311を接続する負極外部端子313が接続され、二次電池301の正極に、スイッチ素子302・303を介して、充電器310又は負荷311を接続する正極外部端子312が接続されている。スイッチ素子302とスイッチ素子303とは直接に接続されている。二次電池301と並列に充放電制御回路316が接続されている。充放電制御回路316は、過充電・過放電検出回路317と、スイッチ素子制御用ロジック回路318と、充電器接続検出兼過電流検出回路319と、Pch型MOSFET306と、抵抗307とを備えている。
過充電・過放電検出回路317と、スイッチ素子制御用ロジック回路318と、抵抗307を有する並列回路とが直列に配されている。
過充電・過放電検出回路317は、二次電池301と並列に接続さている。過充電・過放電検出回路317の一方の端子は、VDD端子314を介して二次電池301の正極と接続されており、他方の端子は、VSS端子315を介して二次電池301の負極と接続されている。
スイッチ素子制御用ロジック回路318は、過充電・過放電検出回路317からの信号に基づいて、充電制御端子304を介してスイッチ素子302のON(導通)とOFF(非導通)とを切り替え、放電制御端子305からスイッチ素子303のON(導通)とOFF(非導通)とを切り替る。
抵抗307を有する並列回路では、抵抗307の一端にPch型MOSFET306のドレインが接続されることで、抵抗307とPch型MOSFET306とが直列に接続されている。Pch型MOSFET306は、ドレイン及ソース間に接続された寄生ダイオード308を有する。Pch型MOSFET306及び抵抗307と、充電器接続検出兼過電流検出回路319とが並列に接続されている。Pch型MOSFET306のゲート及び充電器接続検出兼過電流検出回路319の一端とがそれぞれスイッチ素子制御用ロジック回路318と接続されている。抵抗307の他端と充電器接続検出兼過電流検出回路319の他端とは接続されており、さらに、正極外部端子312と接続されている。
二次電池301が過充電となると、二次電池301の正極に接続されたVDD端子314と、二次電池301の負極に接続されたVSS端子315との間の電圧値が所定の電圧値より高くなる。この状態のとき、過充電・過放電検出回路317は、VDD端子314及びVSS端子315間の電圧値を測定し、スイッチ素子制御用ロジック回路318へ過充電検出信号を送る。当該過充電検出信号を受けたスイッチ素子制御用ロジック回路318は、充電制御端子304を介してスイッチ素子302へスイッチをOFFする信号を送る。これにより、スイッチ素子302は、ONからOFFへと切り替わる。この結果、正極外部端子312から、スイッチ素子303・302を介して二次電池301へ至る経路は非導通となる。
しかし、スイッチ素子302がOFFとなっても、電流が、正極外部端子312から、充電器接続検出兼過電流検出回路319及びPch型MOSFET306の寄生ダイオード308へ流れる電流経路320により、充電器310から二次電池301へ電流が流れ込んでしまう。そのため、抵抗307を設けて、充電器310から二次電池301へ流れ込む電流量を制限している。
また、バッテリーパックとしては、専用の充電器のみによって充電可能であるよりも、利便性を向上させる観点から、種々の充電器によって充電可能となっていることが好ましい。充電器からバッテリーパックへの電力の供給は、充電器側又はバッテリーパック側において、充電器とバッテリーパックとの接続が確認されてからなされる。
充電器とバッテリーバックとが接続されたか否かを判断する態様として、主に、(1)常時、充電器から電力が出力され、バッテリーパック側で、充電器からの電力を検出することで、充電器とバッテリーパックとの接続を検出する態様、(2)充電器とバッテリーパックとで通信を行い、バッテリーパック側又は充電器側で接続を検出する態様、(3)バッテリーパックから充電器へ供給される電力の流出又は流入を充電器側で検出する態様、を挙げることができる。
特許文献2を用いて、上記態様(1)について説明する。特許文献2の充電器のUSBコネクタは、携帯電話等の携帯電子機器のUSBコネクタと接続される。充電器のUSBコネクタは、電源系の端子であるVbus端子及びGND端子と、データ通信系の端子であるTD+端子及びTD−端子とを有する。充電器のUSBコネクタが、携帯電子機器のUSBコネクタと接続されていない状態では、Vbus端子はフローティング状態(電気的に浮遊状態)であるため、Vbus端子の電圧は所定の電圧からあまり変化せず、変化したとしても、その変化は非常にゆっくりである。
充電器のUSBコネクタが、携帯電子機器のUSBコネクタと接続されると、Vbus端子の電圧は比較的、急激に変化する。充電器側で、この充電器のUSBコネクタにおけるVbus端子の急激な電圧の変化を検出することで、充電器と、携帯電子機器と接続の確認が可能である。
特許文献3には、上記態様(2)について記載されている。特許文献3の充電器及び電池パックは、互いに接続されるそれぞれの端子部において、正極端子及び負極端子に加え、通信端子を備える。充電器の端子部と、電池パックの端子部とが接続されると、それぞれの通信端子同士も接触する。そして、当該通信端子を介して、電池パックの電池制御回路から充電器のマイコンへの通信により、充電器のマイコンが電池パックの接続を検出する。そして、充電器のマイコンから電池パックの電池制御回路への通信により、電池パックの電池制御回路も充電器の接続を検出する。この後、充電器から電池パックへ電力が供給させることで、電池パックが充電される。
特許文献4には、上記態様(3)について記載されている。特許文献4のバッテリーパックは、急速充電可能なバッテリーパックである。当該バッテリーパックは、二次電池の正極と接続されたB+端子と、二次電池の負極と接続されたB−端子と、二次電池の負極と接続され、B−端子とは異なるC−端子とを備える。バッテリーパックは、通常の充放電を、B+端子とB−端子とを通じて行う。バッテリーパックは、急速充電を、B+端子とC−端子とを通じて行う。
しかし、図11の電源回路300によると、正極外部端子312及び負極外部端子313間に接続される充電器310は、二次電池301の専用品であるため、電源回路300では、正極外部端子312及び負極外部端子313間に接続された充電器310によって、二次電池301が充電されているか否かを判定していない。さらに、電源回路300は、正極外部端子312及び負極外部端子313間に充電器310が接続された場合、充電器310が、二次電池301の仕様に合っているか否かを判定していない。
これは、充電器310として二次電池301の専用品を用いているため、電源回路300にて、正極外部端子312及び負極外部端子313間に接続された充電器が仕様に合っているか否かを判定する必要がないためである。
また、電源回路300は、充電器310から二次電池301へ流入する電流のみ着目している。このため、電源回路300では、接続された機器が充電器310であるか、負荷311であるかを判定することができない。
さらに、電源回路300では、専用品である充電器310を用いているため、充電器310との接続確認をする方法として、充電器310から出力される電圧又は電流を電源回路300にて検出すればよい。しかし、専用品以外の充電器を電源回路300へ接続した場合、当該充電器から、必ずしも電源回路300へ電圧又は電流が出力されるとは限らない。上記充電器から電源回路300へ電圧又は電流が出力されない場合、二次電池301への充電が開始されない。
このため、電源回路300に、専用品以外の種々の充電器を接続することはできず、利便性が低い。
特許文献2〜4に記載された各引用発明においても、電池を充電するための充電器は専用品である。このため、バッテリーパックと、充電器との接続を確認することはできても、その接続された充電器が、電池の仕様に適しているものか否かを判定することはできない。このため、特許文献2〜4に記載された各引用発明においても、専用品以外の種々の充電器をバッテリーパックに接続することはできず、利便性が低い。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路及びバッテリーパックを提供することである。
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る保護回路は、充電式の電池と、当該電池の正極と接続されている正極端子及び当該電池の負極と接続されている負極端子との間に配置されている上記電池の保護回路であって、上記正極端子から上記電池の正極へ至る経路であって、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前はオフとなっている第一のスイッチが配置された第一の経路と、電流制限部が配され、上記第一の経路と並列に接続された第二の経路と、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から、上記電池が充電されているか否かを判定する充電判定部と、上記電池が充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部とを備えることを特徴とする。
本発明の一態様によれば、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するという効果を奏する。
〔実施形態1〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図1は、本発明の実施形態1に係るバッテリーパック1の構成を表す図である。図1では、バッテリーパック1を、充電器(装置)5と接続する場合について表している。なお、図1に示す破線の矢印は、信号の流れを表している。バッテリーパック1は、二次電池(電池)2と、正極端子3と、負極端子4と、保護回路11とを備えている。
本実施形態では、バッテリーパック1は、充電器5と接続されるものとする。充電器5は、充電を制御する充電制御部6と、バッテリーパック1の正極端子3と接続される正極端子7と、バッテリーパック1の負極端子4と接続される負極端子8とを有する。なお、バッテリーパック1は、電力の供給を受ける充電器5に換えて、バッテリーパック1が電力を供給する機器などの負荷に接続されてもよい。充電器5は、バッテリーパック1の専用品ではなく、他の種類のバッテリーパックを充電することも可能な充電器である。
二次電池2は、充電可能な電池であれば、特に限定されるものではない。二次電池2としては、例えば、鉛蓄電池やNi‐Cd電池、Li‐ion電池、又は、空気亜鉛電池などを挙げることができる。
正極端子3及び負極端子4は、外部機器と接続するため端子である。正極端子3は充電器5の正極端子7と接続されている。また、正極端子3は、後述する保護回路11の主経路(第一の経路)17、補助経路(第二の経路)18及び電流測定部15を介して二次電池2の正極と接続されている。
負極端子4は充電器5の負極端子8と接続される。また、負極端子4は二次電池2の負極と直接接続されている。負極端子4は、他の部材を介して二次電池2の負極と接続されてもよい。
なお、バッテリーパック1に、充電器5ではなく他の機器が接続される場合も同様に、正極端子3に、当該機器の正極端子が接続され、負極端子4に、当該機器の負極端子が接続される。
正極端子3及び負極端子4の材質や形状は、充電器5の正極端子7及び負極端子8や、機器の正極端子及び負極端子と接続できるものであれば、特に限定されるもではない。正極端子3及び負極端子4は、充電用端子と放電用端子とを分けて構成してもよいし、供用してもよい。
保護回路11は、二次電池2と、正極端子3及び負極端子4との間に配置されている。保護回路11と二次電池2とは並列に配置されている。保護回路11は、主経路17及び補助経路18を有する並列回路と、第一のスイッチ12・13と、抵抗16と、電圧測定部14と、電流測定部15とを備えている。
ここで、二次電池2は充電することで繰り返し使用できるため便利ではあるが、適切に充電しないと破裂・発火が起こりたいへん危険である。よって、保護回路11が二次電池2を保護する項目として以下の項目を挙げることができる。
過充電:二次電池2の電圧値が充電によりある閾値以上にならないこと。
過放電:二次電池2の電圧値が放電によりある閾値以下にならないこと。
過電流:二次電池2への流入流出電流がある閾値以上にならないこと(二次電池2のショートを含む)。
保護回路11は、二次電池2が、過充電、過放電、及び過電流とならないよう、適切に二次電池2を保護する。
主経路17は、正極端子3から二次電池2の正極へ至る経路である。主経路17には、第一のスイッチ12・13が配置されている。主経路17には抵抗又は電流を制限する素子が配置されていないため、主経路17は、補助経路18と比べて大電流を流すことが可能な経路である。二次電池2の充放電は、主に主経路17を通してなされる。
補助経路18は、正極端子3から二次電池2の正極へ至る経路であって、主経路17と並列に接続されている。主経路17と、補助経路18とによって並列回路が構成されている。補助経路18には、補助経路18を流れる電流値を制限する抵抗(電流制限部)16が配置されている。補助経路18は、一方の端部が接続部N2にて主経路17と接続されており、他方の端部が接続部N3にて主経路17と接続されている。接続部N2は正極端子3と接続されている。接続部N3は電流測定部15を介して二次電池2の正極と接続されている。
補助経路18は、主経路17に配置された第一のスイッチ12・13の開(オン)及び閉(オフ)に関わらず、バッテリーパック1に充電器5が接続されたときに、その充電器5が二次電池2の仕様に合っているか否かを判定するために、電流を流す経路である。補助経路18には、抵抗16が配されることで、流れる電流が多くならないよう制限されている。
第一のスイッチ12・13は、マイコン20からの指示により、オン(開)状態と、オフ(閉)状態とが切り替わる。第一のスイッチ12・13それぞれのゲートはマイコン20と接続されている。第一のスイッチ12・13それぞれのソース同士が接続されている。第一のスイッチ12のドレインは接続部N2と接続されている。第一のスイッチ13のドレインは接続部N3と接続されている。
第一のスイッチ12・13としては、二次電池2へ電流が流入すること、又は、二次電池2から電流が流出することの許可と禁止とを切り替えることができる構成であれば、特に限定されるものではない。ただし、充電方向と放電方向の双方向に対し、電流の流入及び流出のオン及びオフを切り替えることができる構成である必要がある。
これは、第一のスイッチが、二次電池2の充電方向への電流の流れだけの制御が可能である場合、二次電池2が過放電状態となっても、第一のスイッチのオン・オフに関わらず第一のスイッチを通じて放電方向への電流が流れてしまい、二次電池2の放電を停止することができず、二次電池2を保護することができないためである。また、第一のスイッチが、二次電池2の放電方向への電流の流れだけの制御が可能である場合、第一のスイッチのオン・オフに関わらず第一のスイッチを通じて二次電池2へ充電方向への電流が流れてしまい、仕様外の充電器で二次電池2が充電されたときに二次電池2が過充電状態となる危険性があるためである。
なお、第一のスイッチ12・13は、必ずしも両方が一対としてオンとオフの制御がなされる構成である必要はなく、第一のスイッチ12と、第一のスイッチ13とのそれぞれが独立で制御される構成であってもよい。
第一のスイッチ12・13としては、例えば、FET、IGBT、バイポーラトランジスタなど電気的にスイッチの切り替えができるものを用いることができる。ただし、FETなど一方向の電流しか制御できないものはback‐to‐backの構成のように、制御方向の異なる2個のFETをそれぞれ逆方向に接続する必要がある。また、第一のスイッチ12・13は、リレー回路で構成してもよい。
抵抗16は、電流を制限する素子である。本実施形態では、抵抗16は固定抵抗である。これにより、部品点数が少なく低コストで電流を制限する回路を構成することができる。ただし、補助経路18に抵抗16を設けただけでは、充電器5の電圧と、二次電池2の電圧差とが小さい場合、補助経路18へは電流がそれほど流れない。このため、例えば、バッテリーパックから充電器へ流れ込む電流を用いてバッテリーパックと充電器との接続検出を行う充電器や、充電器からバッテリーパックへ流れ出る電流を用いてバッテリーパックと充電器との接続検出を行う充電器については、保護回路11にて接続を検出できない可能性がある。
ここで、(i)二次電池2の最大電圧(満充電時の二次電池2の電圧、あるいは過充電の閾値電圧)(ii)二次電池2の最小電圧(二次電池2の電荷が空のときの二次電池2の電圧、あるいは過放電の閾値電圧)(iii)二次電池2が許容する最大充電電流(または1時間で電池が空の状態から満充電になる充電電流(1Cと称する))(iv)抵抗16の抵抗値(v)安全率とすると、(iv)抵抗16の抵抗値の好ましい決め方は、以下の通りである。
(iv)=((i)−(ii))/((iii)×(v))
なお、安全率1のとき、1C充電まで許容することになるが、安全率は0.3程度にしておくことが好ましい。これは、充電器5から電圧が、上記(i)二次電池2の最大電圧を超えたときの余裕を持っておく必要があるためである。
(iv)=((i)−(ii))/((iii)×(v))
なお、安全率1のとき、1C充電まで許容することになるが、安全率は0.3程度にしておくことが好ましい。これは、充電器5から電圧が、上記(i)二次電池2の最大電圧を超えたときの余裕を持っておく必要があるためである。
電圧測定部14は、正極端子3及び負極端子4間の電圧値、及び、二次電池2の正極及び負極間の電圧値を測定し、当該電圧値をマイコン20へ出力するものである。電圧測定部14は、正極端子3及び負極端子4と並列に接続されていると共に、二次電池2とも並列に接続されている。
電圧測定部14の正極端子は、正極端子3と接続部N2との間において接続部N1にて並列回路及び正極端子3と接続されている。電圧測定部14の負極端子は、負極端子4と二次電池2の負極との間において接続部N4にて、負極端子4及び二次電池2の負極と接続されている。電圧測定部14の信号出力端子はマイコン20の電圧値入力端子と接続されている。
電圧測定部14としては、正極端子3及び負極端子4間の電圧を測定し、当該測定値をマイコン20へ出力することができるものであれば、特に限定されるものではない。
測定する端子間電圧が高い場合、抵抗分圧で降圧して電圧を測定する構成であってもよい。また、電圧測定部14は、オペアンプ及びトランジスタを使った増幅回路で昇降圧した電圧を計測する構成であってもよい。
電流測定部15は、主経路17及び補助経路18を流れた電流値を測定し、当該測定した電流値をマイコン20へ出力する。電流測定部15は、主経路17及び補助経路18を流れる電流値の測定が可能なように、接続部N3と、二次電池2の正極との間に配置されている。電流測定部15を配置する位置としては、少なくとも、補助経路18を流れる電流値を測定可能な位置であればよい。保護回路11にて、主経路17と、補助経路18とのうち、補助経路18を流れる電流値のみを測定できればよい場合、電流測定部15を、補助経路18における抵抗16と接続部N3との間に配置してもよい。
電流測定部15としては、電流値の測定が可能な構成であれば特に限定はない。例えば、シャント抵抗を経路中に入れて、そのシャント抵抗間の電圧値とシャント抵抗の抵抗値とから電流値を計算し、当該計算値を測定した電流としてマイコン20へ出力する構成であってもよい。
一般的に、二次電池を備えたバッテリーパックにおける保護回路には、当該二次電池の過電流保護のために、電流値を測定する測定器が存在する場合がある。電流測定部15として、当該測定器を用いることが、コスト面の観点から好ましい。
(ブロック図)
図2は、マイコン20の構成を表す機能ブロック図である。
図2は、マイコン20の構成を表す機能ブロック図である。
図2に示すように、マイコン20は、第一のスイッチ制御部21と、電圧値判定部22と、充放電判定部(充電判定部)24と、電流値判定部25と、仕様判定部26とを備えている。
第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ12・13のオンとオフとを切り替えるものである。第一のスイッチ制御部21は、正極端子3及び負極端子4間に、充電器5が接続される前は、第一のスイッチ12・13をオフにする。第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ制御部21は、正極端子3及び負極端子4間に充電器5が接続されたときの端子間電圧(正極端子3及び負極端子4間電圧)が、二次電池2の仕様に合っていれば第一のスイッチ12・13をオンにし、仕様にあっていなければオフ状態を維持する。
電圧値判定部22は、正極端子3及び負極端子4間に充電器5が接続されたときの端子間電圧(正極端子3及び負極端子4間電圧)が、所定範囲内であるかを判定する。
充放電判定部24は、正極端子3及び負極端子4間に充電器5又は機器が接続されると、電流測定部15が測定した電流値から、二次電池2が充電されているか否かを判定する。例えば、充放電判定部24は、電流測定部15が測定した電流の向き(プラスマイナスの符号)を参照して、二次電池2が充電されているか否かを判定する。
電流値判定部25は、第一のスイッチ12・13がオンのとき、主経路17及び補助経路18の両経路を流れて電流測定部15で測定された電流値が、所定範囲内であるかを判定する。
仕様判定部26は、電圧値判定部22の判定結果や、電流値判定部25の判定結果から、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5が、二次電池2の仕様に合っているか否かを判定する。
(フローチャート)
次に、主に図4を用いて、バッテリーパック1の動作の流れについて説明する。図4は、本実施形態に係るバッテリーパック1の動作の流れを表す図である。
次に、主に図4を用いて、バッテリーパック1の動作の流れについて説明する。図4は、本実施形態に係るバッテリーパック1の動作の流れを表す図である。
まず、バッテリーパック1に充電器5が接続される前に、第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ12・13をオフ(開)状態とする(ステップS11)。これにより、主経路17には電流が流れない状態となる。
次に、作業者等によって正極端子3及び負極端子4間に充電器5が接続されると、電圧測定部14は、正極端子3及び負極端子4間の電圧値を測定し(ステップS12)、測定した電圧値を示す電圧値情報をマイコン20の電圧値判定部22へ出力する。電圧値判定部22は、電圧測定部14から電圧値情報を取得すると、当該電圧値情報が示す電圧値が0より大きいか否かを判定する(ステップS13)。
ステップS13において、電圧値判定部22は、上記電圧値情報が示す電圧値が0以下であると判定すると(ステップS13のNO)、電圧値判定部22は正極端子3及び負極端子4間がショートしていると判断する(ステップS14)。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子3及び負極端子4間がショートしている旨を作業者に通知するようにしてもよい。
一方、ステップS13において、電圧値判定部22は、上記電圧値情報が示す電圧値が0より大きいと判定すると(ステップS13のYES)、電圧値判定部22は、充放電判定部24に、上記電圧値情報が示す電圧値が0より大きい旨の情報を出力する。
次に、電流測定部15は、二次電池2へ流入する又は二次電池2から流出する電流値を測定し(ステップS15)、測定した電流値を示す電流値情報をマイコン20の充放電判定部24へ出力する。充放電判定部24は、電流測定部15から電流値情報を取得すると、当該電流値情報が示す電流値が0より大きいか否かを判定する(ステップS16)。
ステップS16において、充放電判定部24は、上記電流値情報が示す電流値の絶対値が0より大きくないと判定すると(ステップS16のNO)、充放電判定部24は、正極端子3及び負極端子4間に、充電器5又は機器が未接続であると判断する(ステップS17)。
一方、ステップS16において、充放電判定部24は、上記電流値情報が示す電流値が0より大きいと判定すると(ステップS16のYES)、続いて、充放電判定部24は、上記電流値情報が示す電流値から、二次電池2が充電されているのか、二次電池2が放電しているのかを判定する(ステップS18)。例えば、充放電判定部24は、二次電池2が充電されているのか、二次電池2が放電しているのかを、上記電流値情報が示す電流値がプラスの値であるか、マイナスの値であるかを判断することで判定すればよい。
ステップS18において、充放電判定部24は、二次電池2が放電していると判定すると(ステップS18の「放電」)、充放電判定部24は、正極端子3及び負極端子4間に、機器が接続されていると判定する(ステップS19)。
一方、ステップS18において、充放電判定部24は、二次電池2が充電されていると判定すると(ステップS18の「充電」)、充放電判定部24は、正極端子3及び負極端子4間に、充電器5が接続されていると判定する(ステップS20)。そして、充放電判定部24は、電圧値判定部22へ電圧値判定指示を出力する。
電圧値判定部22は、充放電判定部24から電圧値判定指示を取得すると、ステップS12及びステップS13にて電圧測定部14から取得した電圧値情報が示す電圧値が、所定範囲の電圧値であるか否かを判定することで、電圧値が適正か否かを判定する(ステップS21)。
ステップS21にて、電圧値判定部22は、電圧値情報が示す電圧値が適正ではない(所定範囲外である)と判定すると(ステップS21のNO)、電圧値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部21及び仕様判定部26へ出力する。
第一のスイッチ制御部21は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部22から取得すると、第一のスイッチ12・13をオフ(開)状態とする(ステップS22)。これにより、主経路17及び補助経路18のうち、補助経路18にしか電流は流れなくなる。
そして、仕様判定部26は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部22から取得すると、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5は、仕様範囲外の充電器であると判定する(ステップS23)。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器は仕様範囲外の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
ステップS21にて、電圧値判定部22は、電圧値情報が示す電圧値が適正である(所定範囲内である)と判定すると(ステップS21のYES)、電圧値が適正である旨の情報を第一のスイッチ制御部21及び電流値判定部25へ出力する。
第一のスイッチ制御部21は、電圧値が適正である旨の情報を電圧値判定部22から取得すると、第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ12・13をオン(閉)状態とする(ステップS24)。これにより、主経路17及び補助経路18の両方に電流が流れる。そして、電流測定部15は、主経路17及び補助経路18を流れた電流値を測定する(ステップS25)。
次に、電流値判定部25は、電圧値が適正である旨の情報を電圧値判定部22から取得すると、電流測定部15から、電流測定部15が測定した電流値を示す電流値情報を取得し、当該電流値情報が示す電流値が、所定範囲の電流値であるか否かを判定することで、電流値が適正か否かを判定する(ステップS26)。
ステップS26にて、電流値判定部25は、電流値情報が示す電流値が適正ではない(所定範囲外である)と判定すると(ステップS26のNO)、電流値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部21及び仕様判定部26へ出力する。この後、第一のスイッチ制御部21は上述したステップS22の処理を行い、仕様判定部26は上述したステップS23の処理を行う。
ステップS26にて、電流値判定部25は、電流値情報が示す電流値が適正である(所定範囲内である)と判定すると(ステップS26のYES)、電流値が適正である旨の情報を仕様判定部26へ出力する。そして、仕様判定部26は、電流値が適正である旨の情報を電流値判定部25から取得すると、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5は、仕様範囲内の充電器であると判定する(ステップS27)。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器は仕様範囲内の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
なお、バッテリーパック1の動作は、バッテリーパック1と充電器5との接続状態((1)二次電池2のショート(2)バッテリーパック1と充電器5との接続(3)バッテリーパック1と充電器5又は機器との未接続(4)バッテリーパック1と機器との接続)を判別可能であれば、上記フローに限定されない。
(バッテリーパック1による主な利点)
以上のように、バッテリーパック1が備える保護回路11は、正極端子3から二次電池2の正極へ至る経路である主経路17と、主経路17と並列に接続された補助経路18とを有する。そして、主経路17には、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ12・13が配置されている。また、補助経路18には、補助経路18を流れる電流を制限する抵抗16が配置されている。さらに、保護回路11はマイコン20を備えている。
以上のように、バッテリーパック1が備える保護回路11は、正極端子3から二次電池2の正極へ至る経路である主経路17と、主経路17と並列に接続された補助経路18とを有する。そして、主経路17には、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ12・13が配置されている。また、補助経路18には、補助経路18を流れる電流を制限する抵抗16が配置されている。さらに、保護回路11はマイコン20を備えている。
マイコン20は、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続される前は、第一のスイッチ12・13をオフとする第一のスイッチ制御部21と、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続されると、抵抗16及び二次電池2の正極間を流れる電流値から二次電池2が充電されているか否かを判定する充放電判定部24と、二次電池2は充電されていると充放電判定部24が判定すると、正極端子3及び負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部22とを備える。
上記構成によると、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続される前は、第一のスイッチ12・13はオフとなっている。このため、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続された直後には主経路17には電流が流れず、補助経路18に電流が流れる。そして、補助経路18には、抵抗16が配置されているため、二次電池2へ流入する又は流出する電流を所定の範囲内に制限することができる。このため、二次電池2の破損を防止することができる。
さらに、充放電判定部24は、正極端子3及び負極端子4間に機器又は充電器5が接続されると、抵抗16及び二次電池2の正極間を流れる電流値から二次電池2が充電されているか否かを判定する。これにより、正極端子3及び負極端子4間に接続された機器又は充電器5が充電器5であるか、または、機器であるかを判定することができる。
そして、二次電池2は充電されていると充放電判定部24が判定すると、すなわち、正極端子3及び負極端子4間には充電器5が接続されていると充放電判定部24が判断した場合、電圧値判定部22は、正極端子3及び負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する。これにより、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5が、二次電池2の仕様に合わない充電器5であるか否かを判定することができる。
これにより、二次電池2の仕様に合わない充電器によって二次電池2が充電されてしまうことを防止することができる。このため、二次電池2の専用の充電器だけではなく、種々の充電器によって二次電池2を充電することができる。この結果、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い二次電池2を保護するための保護回路11を得ることができる。
図3は、比較例に係るバッテリーパック101の構成を表す図である。バッテリーパック101は、バッテリーパック1において補助経路18が設けられていない構成である。バッテリーパック101によると、第一のスイッチ12・13がオフ状態であると、正極端子3及び負極端子4間に充電器5が接続されても、充電器5から二次電池2へ電流は流れないため、充電器5の接続を検出できない。
また、特許文献2に開示された引用発明の構成によると、携帯電子機器に内蔵された二次電池からの放電方向の電気的な保護がなされていないため、携帯電子機器に内蔵された二次電池の端子がショートすると過大電流が流れて危険である。また、充電器が電気的に開放状態となっているため、バッテリーパックの端子間電圧に変動が起こらず、充電が開始できない。
一方、保護回路11によると、補助経路18では、充電、放電ともに抵抗16によって、電流制限をかけているものの、外部機器と二次電池2間で電力の受け渡しは補助経路18を通じて可能であるため、バッテリーパック1からの電力を合図に充電を開始する充電器5でも充電開始が可能である。さらに、バッテリーパック1の正極端子3及び負極端子4の端子間がショートしたとしても、抵抗16により電流制限されているので過大電流が流れず危険な状態にならない。
特許文献3に開示された引用発明の構成によると、別途、充電器が二次電池の仕様に合っているかを識別するために通信用端子が必要となる。一方、保護回路11によると、補助経路18に流れる電流電圧から、バッテリーパック1の充電仕様にあっているかどうかを確認できるので、わざわざ充電器5と通信をせずとも安全に充電可能である。
特許文献4に開示された引用発明のように、充電器が電気的に開放状態になっているものは、バッテリーパックの端子間電圧に変動が起こらないため、充電が開始できない。また、急速充電経路にはスイッチがなく、二次電池が過充電状態となっても電力が供給されれば充電され続けて危険である。一方、保護回路11によると、補助経路18では、充電、放電ともに抵抗16により電流制限をかけているものの、外部機器と電力の受け渡しは可能であるので、バッテリーパック1からの電力を合図に充電開始する充電器5でも充電開始が可能である。バッテリーパック1の正極端子3及び負極端子4の端子間がショートしたとしても、抵抗16により電流制限されているので過大電流が流れず危険な状態にならない。
また、正極端子3及び負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であると電圧値判定部22が判定すると、第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ12・13をオンとする。
そして、マイコン20は、さらに、主経路17及び補助経路18の両経路から二次電池2の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部25を備えている。
上記構成によると、電流値判定部25は、主経路17及び補助経路18の両経路から二次電池2の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定するため、より正確に、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5が、二次電池2の仕様に合っているが否かを判定することができる。このため、さらに正確に、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5が二次電池2の仕様にあっているか否かを判定することができる。
ここで、充電器側で、二次電池の充電が完了したか否かを判定する条件は、二次電池の電圧が所定値以上となったか否か、又は、充電器が出力する電流が所定値以下となったか否かを判定することが一般的である。
図11に示したように、特許文献1で用いられている抵抗307は、Pch型MOSFET306と寄生ダイオード308とに接続されることで、いわゆるプルアップ抵抗が構成されている。このようなプルアップ抵抗は、限りなく電流を流さず、多くても流れる電流は数mA程度である。このように、限りなく少ない電流しか流れない場合、充電器側で、二次電池の充電が完了したと誤認識する可能性がある。
一方、本実施形態に係る抵抗16は、上述のように、(i)二次電池2の最大電圧(満充電時の二次電池2の電圧)(ii)二次電池2の最小電圧(二次電池2の電荷が空のときの二次電池2の電圧)(iii)二次電池2が許容する最大充電電流(または1時間で電池が空の状態から満充電になる充電電流(1Cと称する))(iv)抵抗16の抵抗値(v)安全率とすると、(iv)抵抗16の抵抗値の好ましい決め方は、以下の通りである。
(iv)=((i)−(ii))/((iii)×(v))
これにより、抵抗16を有する補助経路18には1A〜数Aの電流が流れる。したがって、充電器5側で、二次電池2の充電が完了したと誤認識することを防止することができる。
(iv)=((i)−(ii))/((iii)×(v))
これにより、抵抗16を有する補助経路18には1A〜数Aの電流が流れる。したがって、充電器5側で、二次電池2の充電が完了したと誤認識することを防止することができる。
このように、本実施形態に係るバッテリーパック1によると、接続を検出する方法が異なる以下のような充電器5それぞれに対応可能である。
(1)接続を検出せずとも充電するタイプ(直流安定化電源による充電も含む)。
(2)ユーザーが外部スイッチをONしたことを検出した後充電を開始するタイプ。
(3)充電器の端子間電圧を用いて接続検出を行った後充電するタイプ。
(4)充電器5にバッテリーパック1から流れ込む電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
(5)充電器5からバッテリーパック1へ流れ出る電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
(1)接続を検出せずとも充電するタイプ(直流安定化電源による充電も含む)。
(2)ユーザーが外部スイッチをONしたことを検出した後充電を開始するタイプ。
(3)充電器の端子間電圧を用いて接続検出を行った後充電するタイプ。
(4)充電器5にバッテリーパック1から流れ込む電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
(5)充電器5からバッテリーパック1へ流れ出る電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
なお、バッテリーパック1は、通信用の端子を設けていないため、通信を行い認証が取れたのち充電を開始するタイプの充電器には対応ができない。
〔実施形態2〕
本発明の他の実施形態について、図5〜図7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図5〜図7に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図5は、本発明の実施形態2に係るバッテリーパック1Aの構成を表す図である。バッテリーパック1Aは、バッテリーパック1が備えていた保護回路11に換えて保護回路11Aを備える。保護回路11Aは、保護回路11が備えていたマイコン20に換えてマイコン20Aを備え、さらに、第二のスイッチ42・43を備えている点で、バッテリーパック1と相違する。保護回路11Aの他の構成は保護回路11と同様である。
第二のスイッチ42・43は、補助経路18における、抵抗16と、接続部N3との間に配置されている。第二のスイッチ42と、第二のスイッチとは直列に接続されている。
第二のスイッチ42・43は、マイコン20Aからの指示により、オン(開)状態と、オフ(閉)状態とが切り替わる。第二のスイッチ42・43それぞれのゲートはマイコン20Aと接続されている。第二のスイッチ42・43それぞれのソース同士が接続されている。第二のスイッチ42のドレインは抵抗16と接続されている。第二のスイッチ43のドレインは接続部N3と接続されている。
第二のスイッチ42・43としては、第一のスイッチ12・13と同様に、FET、IGBT、バイポーラトランジスタなど電気的にスイッチの切り替えができるものを用いることができる。ただし、FETなど一方向の電流しか制御できないものはback‐to‐backの構成のように、制御方向の異なる2個のFETをそれぞれ逆方向に接続する必要がある。また、第一のスイッチ12・13は、リレー回路で構成してもよい。
図6は、実施形態2に係るバッテリーパック1Aのマイコン20Aの構成を表す機能ブロック図である。
マイコン20Aは、マイコン20が備えていた電圧値判定部22及び電流値判定部25に換えて、電圧値判定部22A及び電流値判定部25Aを備え、さらに、第二のスイッチ制御部31を備えている点で、マイコン20と相違する。第二のスイッチ制御部31は、第二のスイッチ42・43のオンとオフとを切り替えるものである。
図7は、実施形態2に係るバッテリーパック1Aの動作の流れを表す図である。まず、バッテリーパック1Aに充電器5が接続される前に、第一のスイッチ制御部21は、第一のスイッチ12・13をオフ(開)状態とする(ステップS11)。これにより、主経路17には電流が流れない状態となる。
さらに、バッテリーパック1Aに充電器5が接続される前に、第二のスイッチ制御部31は、第二のスイッチ42・43をオン(閉)状態とする(ステップS12)。これにより、補助経路18には電流が流れる状態となる。
そして、ステップS13の処理をし、ステップS13でNOの場合、ステップS14の処理を行う。ステップS14にて、電圧値判定部22Aは正極端子3及び負極端子4間がショートしている判断すると、電圧値判定部22Aは、第二の正極端子3及び負極端子4間がショートしている旨の情報を第二のスイッチ制御部31へ出力する。
第二のスイッチ制御部31は、電圧値判定部22Aから、第二の正極端子3及び負極端子4間がショートしている旨の情報を取得すると、第二のスイッチ42・43をオフ(閉)状態とする(ステップS32)。これにより、主経路17に加え、補助経路18にも電流は流れなくなるため、二次電池2からの電流の流出を停止させることができる。
一方、ステップS13でYESの場合、ステップS15からステップS21まで、図4を用いて説明した処理と同様に処理する。ステップS21にてNOの場合、電圧値判定部22Aは、電圧値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部21、仕様判定部26及び第二のスイッチ制御部31へ出力する。
第一のスイッチ制御部21は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部22Aから取得すると、第一のスイッチ12・13をオフ(開)状態とする。さらに、第二のスイッチ制御部31は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部22Aから取得すると、第二のスイッチ42・43をオフ(開)状態とする。これにより、主経路17に加え補助経路18にも電流は流れなくなる。
そして、仕様判定部26は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部22Aから取得すると、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器5は、仕様範囲外の充電器であると判定する(ステップS23)。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子3及び負極端子4間に接続された充電器は仕様範囲外の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
一方、ステップS21でYESの場合、ステップS24からステップS27まで、図4を用いて説明した処理と同様に処理する。
ここで、補助経路18に第二のスイッチ42・43を配置しない場合、補助経路18には抵抗16により電流制限がかかっているとはいえ、充放電は可能な状態であるため、(i)充電中に過充電状態になり二次電池の電圧が高くなりすぎても二次電池2への流入電流をとめることができない(ii)放電中に過放電状態になり二次電池2の電圧が低くなりすぎても二次電池2からの流出電流をとめることができないといった問題が生じる。上記(i)(ii)とも二次電池2にとって危険な状態であるため回避することが好ましい。
そこで、保護回路11Aは、補助経路18に、第二のスイッチ42・43が配置されているため、正極端子3及び負極端子4間の電圧値が所定の範囲内ではないと電圧値判定部22Aが判定した場合、第二のスイッチ制御部31が第二のスイッチ42・43をオフとすることで、補助経路18を通じて二次電池2へ電流が流入することを防止することができる。これにより、二次電池2の仕様に合わない充電器5が接続されたことに起因して上記電池が破損することを防止することができる。
さらに、二次電池2が放電している場合でも、第二のスイッチ制御部31が第二のスイッチ42・43をオフとすることで、補助経路18を通じての放電が停止するため、二次電池2の過放電を停止することができる。
〔実施形態3〕
本発明の他の実施形態について、図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1、2にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図8に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1、2にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図8は、本発明の実施形態3に係るバッテリーパック1Bの構成を表す図である。バッテリーパック1Bは、バッテリーパック1Aが備えていた保護回路11Aに換えて保護回路11Bを備える。保護回路11Bは、保護回路11Aが備えていた抵抗16に換えて、サーミスタ46を備えている点で相違する。保護回路11Bの他の構成は保護回路11Aと同様である。
サーミスタ46は、補助経路18において、接続部N2と第二のスイッチ42との間に配置されている。
サーミスタ46としては、例えば、PTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタを用いることができる。PTCサーミスタは、電流が流れると発熱により抵抗値が上がる素子である。
ここで、補助経路18に、サーミスタ46ではなく、固定抵抗を配置した場合、端子間電圧(充電器5の電圧)と二次電池2の電圧の差が小さい場合、充電器5から補助経路18と通って二次電池2へ流入する電流(充電電流)は小さい。さらに、補助経路18に配置された固定抵抗により、充電電流が制限され、さらに小さくなる。これによると、以下の問題が生じる。
(1)充電電流の電流値が電流測定部15の分解能以下になると、電流測定部15にて電流を検出できず、ステップS18(図7参照)にて、充放電判定部24は充電器5の接続を認識できなくなる。
(2)一般的に、二次電池を充電するための充電条件として、CC‐CV充電という制御が充電器にてなされる。その充電条件において充電を終了する条件(充電終了条件)は「CV充電中の電流が閾値以下」と定められている。すなわち、補助経路18において電流制限がされすぎると、この充電終了条件に適合してしまい、充電器から二次電池への充電を開始した直後に、充電器が充電完了と誤認識する可能性がある。
(1)充電電流の電流値が電流測定部15の分解能以下になると、電流測定部15にて電流を検出できず、ステップS18(図7参照)にて、充放電判定部24は充電器5の接続を認識できなくなる。
(2)一般的に、二次電池を充電するための充電条件として、CC‐CV充電という制御が充電器にてなされる。その充電条件において充電を終了する条件(充電終了条件)は「CV充電中の電流が閾値以下」と定められている。すなわち、補助経路18において電流制限がされすぎると、この充電終了条件に適合してしまい、充電器から二次電池への充電を開始した直後に、充電器が充電完了と誤認識する可能性がある。
上記(1)(2)の問題を解決するためには、補助経路18に設ける電流制限部としては、端子間電圧(充電器5の電圧)と二次電池2の電圧の差が小さい時には、補助経路18における電流制限を弱くかけ、端子間電圧(充電器5の電圧)と二次電池2の電圧の差が大きい時には、補助経路18における電流制限を強くかけるような部材が望ましい。
そこで、補助経路18に設ける電流制限部として、補助経路18に流れる電流量(発熱量)によって、抵抗が変化するPTCサーミスタを使用することが好ましい。
PTCサーミスタによると、充電器5の電圧と二次電池2の電圧との差が小さい時は抵抗が小さくなり、充電器5の電圧と二次電池2の電圧との差が大きい時は抵抗が大きくなる。
ここで、PTCサーミスタの抵抗値そのものは重要であるが、さらに、PTCサーミスタの抵抗値の変化率も重要である。
つまり、PTCサーミスタによると、充電器5と二次電池2との電圧差が大きい場合は、PTCサーミスタの抵抗値も急激に増えて補助経路18に流れる電流を制限する。これにより、二次電池2に大電流が流れないようにすることができる。充電器5と二次電池2との電圧差が小さい場合は、PTCサーミスタの抵抗値も緩やかに増えて補助経路18に流れる電流を制限する。
このように、充電器5と二次電池2との電圧差が大きい場合も、小さい場合もある点で、充電器5と二次電池2との電圧差は平衡状態となる。
このように、充電器5と二次電池2との電圧差が大きい場合はPTCサーミスタの抵抗値も大きくなり、充電器5と二次電池2との電圧差が小さい場合はPTCサーミスタの抵抗値は小さいままとなる。
このように、補助経路18に、固定抵抗に換えてPTCサーミスタを配置することで、充電器5の電圧値と二次電池2の電圧値との差と、PTCサーミスタの抵抗値とPTCサーミスタに流れる電流値とのバランスがよくなる。このため、固定抵抗よりも、充電器5の電圧値と二次電池2の電圧値との差が大きくなくても補助経路18に電流が流れる。これにより、充電器5の電圧値と、二次電池2の電圧値との差が大きくなくても、ステップS18(図7参照)において、充放電判定部24は、充電器5の接続を検出することができる。
PTCサーミスタは、室温時の抵抗値が小さいものを選んでおくとよい。
〔実施形態4〕
本発明の他の実施形態について、図9及び図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1〜3にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
本発明の他の実施形態について、図9及び図10に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態1〜3にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
図9は、本発明の実施形態4に係るバッテリーパック1Cの構成を表す図である。バッテリーパック1Cは、バッテリーパック1Bが備えていた保護回路11Bに換えて保護回路11Cを備える。
保護回路11Cは、保護回路11Bのサーミスタ46に換えて、定電流回路51・52を備えている点で保護回路11Bと相違する。保護回路11Cの他の構成は、保護回路11Bと同様である。
定電流回路51・52は、補助経路18において、接続部N2と第二のスイッチ42との間に配置されている。定電流回路51と定電流回路52とは並列に接続されている。定電流回路51と定電流回路52とは、接続部N5・N6によって接続されている。
定電流回路51・52としては、例えば、フの字型電流制限回路(フォールドバック型電流制限回路)や垂L字型電流制限回路等を用いることができる。フの字型電流制限回路(フォールドバック型電流制限回路)や垂L字型電流制限回路であれば、回路自体の抵抗が小さく、電流が大きくなれば電流制限機能が働くので、このような端子間電圧(充電器5の電圧)と二次電池2の電圧の差に合せて抵抗値を変えずともよい。つまり、電流制限部を定電流回路51・52とすることで、固定抵抗の場合とは異なり、充電器5と二次電池2との電圧差により、補助経路18に流れる電流が制限されすぎることを防止することができる。但し、固定抵抗に比べて定電流回路51・52は部品点数が増えるため、コストは増大する。
フの字型電流制限回路(フォールドバック型電流制限回路)や垂L字型電流制限回路は、一方向の電流のみに電流制限をかける。このため、定電流回路51・52のように、2つの回路を並列にし、さらに、定電流回路51と定電流回路とで回路の向きを逆方向にして接続する必要がある。
図10は、定電流回路51として用いるフォールドバック型電流制限回路の構成の一例を表す図である。
定電流回路51においては、接続部N5側がIN(入力)側の端子であり、接続部N6側がOUT(出力)側の端子である。
FETQ1のベースは抵抗R1を介して接続部N5と接続されている。FETQ1のコレクタは図示しない電源Vccと接続されている。FETQ1のエミッタは、直列に接続された抵抗Rs・RLを介して接続部N6と接続されている。
FETQ2のベースは、抵抗R3を介してFETQ1のエミッタと抵抗Rsとの間に接続されていると共に、抵抗R2を介して接地されている。FETQ2のコレクタは抵抗R1とFETQ1のベースとの間に接続されている。FETQ2のエミッタは抵抗Rsと抵抗RLとの間に接続されている。
定電流回路52は、図10に示すフォールドバック型電流制限回路のうち、IN(入力)側の端子と、OUT(出力)側の端子とを入れ替えればよい。
〔まとめ〕
本発明の態様1に係る保護回路11・11A〜11Cは、充電式の電池(二次電池2)と、当該電池(二次電池2)の正極と接続されている正極端子3及び当該電池(二次電池2)の負極と接続されている負極端子4との間に配置されている上記電池(二次電池2)の保護回路11・11A〜11Cであって、上記正極端子3から上記電池(二次電池2)の正極へ至る経路であって、上記正極端子3及び上記負極端子4間に装置(充電器5)が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ12・13が配置された第一の経路(主経路17)と、電流制限部(抵抗16・サーミスタ46・定電流回路51・52)が配され、上記第一の経路(主経路17)と並列に接続された第二の経路(補助経路18)と、上記正極端子3及び上記負極端子4間に装置(充電器5)が接続されると、上記電流制限部(抵抗16・サーミスタ46・定電流回路51・52)及び上記電池(二次電池2)の正極間を流れる電流値から、上記電池(二次電池2)が充電されているか否かを判定する充電判定部(充放電判定部24)と、上記電池(二次電池2)が充電されていると上記充電判定部(充放電判定部24)が判定すると、上記正極端子3及び上記負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部22とを備えることを特徴とする。
本発明の態様1に係る保護回路11・11A〜11Cは、充電式の電池(二次電池2)と、当該電池(二次電池2)の正極と接続されている正極端子3及び当該電池(二次電池2)の負極と接続されている負極端子4との間に配置されている上記電池(二次電池2)の保護回路11・11A〜11Cであって、上記正極端子3から上記電池(二次電池2)の正極へ至る経路であって、上記正極端子3及び上記負極端子4間に装置(充電器5)が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ12・13が配置された第一の経路(主経路17)と、電流制限部(抵抗16・サーミスタ46・定電流回路51・52)が配され、上記第一の経路(主経路17)と並列に接続された第二の経路(補助経路18)と、上記正極端子3及び上記負極端子4間に装置(充電器5)が接続されると、上記電流制限部(抵抗16・サーミスタ46・定電流回路51・52)及び上記電池(二次電池2)の正極間を流れる電流値から、上記電池(二次電池2)が充電されているか否かを判定する充電判定部(充放電判定部24)と、上記電池(二次電池2)が充電されていると上記充電判定部(充放電判定部24)が判定すると、上記正極端子3及び上記負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部22とを備えることを特徴とする。
上記構成によると、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前は、上記第一のスイッチはオフとなっている。このため、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続された直後には上記第一の経路には電流が流れず、上記第二の経路に電流が流れる。そして、上記第二の経路には、上記電流制限部が配置されているため、上記電池へ流入する又は流出する電流を所定の範囲内に抑えることができる。このため、上記電池の破損を防止することができる。
さらに、上記充電判定部は、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から上記電池が充電されているか否かを判定する。これにより、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された装置が充電器であるか、または、負荷であるかを判定することができる。
そして、上記電圧値判定部は、上記電池は充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する。これにより、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が、上記電池の仕様に合わない充電器であるか否かを判定することができる。
これにより、上記電池の仕様に合わない充電器によって上記電池が充電されてしまうことを防止することができる。このため、上記電池の専用の充電器だけではなく、種々の充電器によって上記電池を充電することができる。この結果、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路を得ることができる。
本発明の態様2に係る保護回路11Aは、上記態様1において、上記第二の経路(補助経路18)に、第二のスイッチ42・43が配されていてもよい。上記構成によると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内ではないと上記電圧値判定部が判定した場合、上記第二のスイッチをオフとすることで、上記第二の経路を通じて上記電池へ電流が流入することを防止することができる。これにより、上記電池の仕様に合わない充電器が接続されたことに起因して上記電池が破損することを防止することができる。
本発明の態様3に係る保護回路11・11A〜11Cは、上記態様1または2において、上記正極端子3及び上記負極端子4間の電圧値が所定の範囲内であると上記電圧値判定部22が判定すると、上記第一のスイッチのオンとオフを制御する第一のスイッチ制御部21は、上記第一のスイッチ12・13をオンとし、さらに、上記第一の経路(主経路17)及び上記第二の経路(補助経路18)から上記電池(二次電池2)の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部25を備えていることが好ましい。
上記構成によると、上記電流値判定部は、上記第一の経路及び上記第二の経路から上記電池の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定するため、より正確に、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が、上記電池の仕様に合っているが否かを判定することができる。このため、さらに正確に、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が上記電池の仕様にあっているか否かを判定することができる。
本発明の態様4に係る保護回路11・11Aは、上記態様1〜3において、上記電流制限部(抵抗16)は固定抵抗(抵抗16)であってもよい。上記構成によると、上記電流制限部を、低コストで実現可能である。
本発明の態様5に係る保護回路11Bは、上記態様1〜3において、上記電流制限部(サーミスタ46)は、サーミスタ46であってもよい。上記構成によると、正極端子及び負極端子間に接続された充電器と電池との電圧差が小さくても、可変抵抗の抵抗値を変更することで、正確に充電器の接続を検出することができる。さらに、サーミスタ46によると、充電器5と二次電池2との電圧差が大きい場合は、サーミスタ46の抵抗値も急激に増えて補助経路18に流れる電流を制限する。これにより、二次電池2に大電流が流れないようにすることができる。充電器5と二次電池2との電圧差が小さい場合は、サーミスタ46の抵抗値も緩やかに増えて補助経路18に流れる電流を制限する。
本発明の態様6に係る保護回路11Cは、上記態様1〜3において、上記電流制限部(定電流回路51・52)は、定電流回路51・52であってもよい。上記構成により抵抗値を変更しなくても正極端子及び負極端子間に接続された充電器を正確に検出することができる。つまり、上記電流制限部を定電流回路51・52とすることで、固定抵抗の場合とは異なり、充電器5と二次電池2との電圧差により、補助経路18に流れる電流が制限されすぎることを防止することができる。
本発明の態様7に係るバッテリーパック1・1A〜1Cは、上記態様1〜6において、上記保護回路11・11A〜11Cと、上記正極端子3と、上記負極端子4と、上記電池(二次電池2)とを備えていてもよい。これにより、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路を有するバッテリーパックを得ることができる。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
1・1A〜1C バッテリーパック
2 二次電池(電池)
3 正極端子
4 負極端子
5 充電器(装置)
6 充電制御部
7 正極端子
8 負極端子
11・11A〜11C 保護回路
12・13 第一のスイッチ
14 電圧測定部
15 電流測定部
16 抵抗(電流制限部)
17 主経路(第一の経路)
18 補助経路(第二の経路)
20・20A マイコン
21 第一のスイッチ制御部
22・22A 電圧値判定部
24 充放電判定部(充電判定部)
25・25A 電流値判定部
26 仕様判定部
31 第二のスイッチ制御部
42・43 第二のスイッチ
46 サーミスタ(電流制限部)
51・52 定電流回路(電流制限部)
N1〜N6 接続部
2 二次電池(電池)
3 正極端子
4 負極端子
5 充電器(装置)
6 充電制御部
7 正極端子
8 負極端子
11・11A〜11C 保護回路
12・13 第一のスイッチ
14 電圧測定部
15 電流測定部
16 抵抗(電流制限部)
17 主経路(第一の経路)
18 補助経路(第二の経路)
20・20A マイコン
21 第一のスイッチ制御部
22・22A 電圧値判定部
24 充放電判定部(充電判定部)
25・25A 電流値判定部
26 仕様判定部
31 第二のスイッチ制御部
42・43 第二のスイッチ
46 サーミスタ(電流制限部)
51・52 定電流回路(電流制限部)
N1〜N6 接続部
Claims (7)
- 充電式の電池と、当該電池の正極と接続されている正極端子及び当該電池の負極と接続されている負極端子との間に配置されている上記電池の保護回路であって、
上記正極端子から上記電池の正極へ至る経路であって、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前はオフとなっている第一のスイッチが配置された第一の経路と、
電流制限部が配され、上記第一の経路と並列に接続された第二の経路と、
上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から、上記電池が充電されているか否かを判定する充電判定部と、
上記電池が充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部とを備えることを特徴とする保護回路。 - 上記第二の経路に、第二のスイッチが配されていることを特徴とする請求項1に記載の保護回路。
- 上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であると上記電圧値判定部が判定すると、上記第一のスイッチのオンとオフを制御する第一のスイッチ制御部は、上記第一のスイッチをオンとし、
さらに、上記第一の経路及び上記第二の経路から上記電池の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部を備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の保護回路。 - 上記電流制限部は固定抵抗であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の保護回路。
- 上記電流制限部は、サーミスタであることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の保護回路。
- 上記電流制限部は、定電流回路であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の保護回路。
- 請求項1〜6の何れか1項に記載の保護回路と、上記正極端子と、上記負極端子と、上記電池とを備えていることを特徴とするバッテリーパック。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015130071A JP2017017806A (ja) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | 保護回路およびバッテリーパック |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015130071A JP2017017806A (ja) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | 保護回路およびバッテリーパック |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017017806A true JP2017017806A (ja) | 2017-01-19 |
Family
ID=57831203
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2015130071A Pending JP2017017806A (ja) | 2015-06-29 | 2015-06-29 | 保護回路およびバッテリーパック |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2017017806A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019022429A (ja) * | 2017-07-17 | 2019-02-07 | 江蘇美的清潔電器股▲ふん▼有限公司 | 掃除機用充電器及びその急速充電制御方法 |
-
2015
- 2015-06-29 JP JP2015130071A patent/JP2017017806A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2019022429A (ja) * | 2017-07-17 | 2019-02-07 | 江蘇美的清潔電器股▲ふん▼有限公司 | 掃除機用充電器及びその急速充電制御方法 |
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