JP3740793B2 - 2次電池パック - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池などの2次電池が内蔵された2次電池パックに適用して好適な2次電池パックに関する。
【0002】
【従来の技術】
充電が可能な電池である2次電池は、電池パックと称される筐体に収納されて使用される場合がある。この電池パックは、所定の電池容量が得られるように、所定個の2次電池を直列又は並列に接続した状態で収納(場合によっては1個の2次電池だけを収納)させると共に、この収納された2次電池の保護回路を内蔵させて、2次電池の過充電や過放電を防止させると共に、端子部のショートによる2次電池の損傷を防止するように構成してある。また、充電時に必要な回路、即ち充電電圧や充電電流を調整する回路などを2次電池パックに内蔵させる場合もある。
【0003】
図27は、従来の2次電池パックに充電用の回路と保護回路とを組み込んだ例を示す図である。この2次電池パックは、+側の端子部1と−側の端子部2を備え、リチウムイオン電池などで構成される2次電池Bが内蔵させてある。+側の端子部1は、充電回路3と保護回路4を介して2次電池Bの正極と接続させてあり、2次電池Bの負極は、−側の端子部2と接続させてある。充電回路3は、充電制御回路5の制御により、外部から得られる電圧や電流を調整して2次電池B側に供給する回路である。保護回路4は、2次電池Bの端子間電圧などが異常な状態であることを、保護制御回路6が検出したとき、2次電池Bを端子1側と切り離す回路である。なお、充電回路3と保護回路4は、ここでは+側の端子部1と2次電池Bとの間に接続したが、−側の端子部2と2次電池Bとの間に接続する場合もある。
【0004】
図28は、充電回路3とその制御回路5の一例を示す図で、ここでは2次電池Bとしてリチウムイオン電池を使用した場合の例を示す。リチウムイオン電池の場合には、充電時に定電流充電特性と定電圧充電特性が必要で、端子部1に得られる充電電流を電流検出回路5aで検出して、端子部1と2次電池Bとの間に接続された定電流回路3aから2次電池B側に流す充電電流を制御すると共に、2次電池Bの端子間電圧を電圧検出回路5bで検出して、端子部1と2次電池Bとの間に接続された定電圧回路3bから2次電池B側に印加する電圧を所定の定電圧に制御する処理が行われる。
【0005】
図29は、保護回路4とその制御回路6の一例を示す図で、2次電池Bの一方の極に接続された抵抗器R0の両端間の電圧差を検出回路6aで検出することで、2次電池Bを流れる電流を電圧として検出し、その検出信号により、2次電池Bと−側の端子部2との間に接続されたスイッチ回路4aの制御を行う構成としてある。
【0006】
ここでは電流検出による保護回路を示したが、電池電圧などの電圧検出により制御される保護回路とする場合もある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このように充電回路と保護回路とは別の回路として構成されるので、2次電池パックに組み込まれる回路構成が複雑になる問題があった。即ち、例えば充電の制御を行うために電圧検出回路で検出する電圧(例えば定電圧充電用の電圧)と、保護回路で2次電池などを保護するために検出する電圧(例えば2次電池に印加できる最大電圧)とは、異なる電圧であるので、充電回路と保護回路とで別々に電圧検出を行って制御する必要があり、回路構成が複雑になっていた。
【0008】
本発明はかかる点に鑑み、2次電池の充電用の回路と保護用の回路とを共用化できるようにして、2次電池に接続される回路構成を簡単にすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、2次電池に印加される電圧又は2次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段で、保護回路として必要な第1の電圧を検出すると共に、この第1の電圧よりも所定電圧低い充電制御用の第2の電圧を検出し、それぞれの検出電圧に基づいた保護動作及び充電動作を行うとともに、定電圧充電回路を経由しないで2次電池と接続される放電用の端子部を設けるようにしたものである。
【0010】
本発明によると、充電回路の制御と保護回路の制御とを共通の回路で行える。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。以下に説明する各実施の形態において、2次電池としてはリチウムイオン電池を使用するものとしてある。
【0012】
まず、第1の実施の形態について説明する。図1は本例の構成を示すブロック図である。本例の2次電池パックは、+側の端子部1と−側の端子部2を備え、リチウムイオン電池で構成される2次電池Bが内蔵させてある。+側の端子部1は、充電用の回路である定電圧回路11を介して2次電池Bの正極と接続させてあり、−側の端子部2は、保護回路として機能するスイッチ回路13を介して2次電池Bの負極と接続させてある。2次電池Bの正極と負極との間の電位は、電圧検出回路12で検出するようにしてあり、その検出出力部は、ストップ回路14に接続してある。この電圧検出回路12では、例えば2次電池Bに印加できる最大の電圧を基準電圧として電圧検出処理を行う。ストップ回路14は、スイッチ回路13の接続,非接続を制御する回路で、電圧検出回路12の検出出力に基づいてストップ回路14がスイッチ回路13を制御する。
【0013】
また、電圧検出回路12の検出出力部は、抵抗器R1,R2の直列回路を介して2次電池Bの負極側と接続してあり、この抵抗器R1,R2の接続中点を、定電圧回路11の制御部に接続する。従って、定電圧回路11に電圧検出回路12から供給される信号は、ストップ回路14側に電圧検出回路12から供給される信号に比べて、抵抗器R1による電圧降下部分ΔVだけ低い電圧の信号となる。
【0014】
定電圧回路11は、抵抗器R1を介して供給される電圧検出回路12の出力に基づいて、2次電池B側に供給される充電電圧を一定電圧に制御する回路である。即ち、2次電池Bとしてリチウムイオン電池を使用した場合、充電時には定電圧充電が必要であるが、その定電圧充電を行うための充電電圧の調整が、この定電圧回路11で行われる。この場合、定電圧回路11で制御するための電圧検出回路12の検出信号は、抵抗器R1,R2で分圧された信号となって定電圧回路11に供給されるので、スイッチ回路13を制御するための基準電圧よりも、その抵抗器の分圧比で決まる降下分ΔVだけ低い電圧を基準として定電圧制御される。
【0015】
スイッチ回路13は、−側端子部2と2次電池Bの負極側との接続状態を制御するスイッチ手段(電界効果トランジスタなど)で構成され、ストップ回路14に電圧検出回路12から供給される信号により、そのスイッチ手段の接続,非接続が制御される。即ち、電圧検出回路12で所定の基準電圧を越えたことが検出されたとき、スイッチ回路13を非接続状態とし、基準電圧以下のとき、スイッチ回路13を接続状態とする制御が行われる。
【0016】
この図1に示す構成としたことで、端子部1,2に何らかの電源供給装置を接続したとき、定電圧回路11では、電圧検出回路12で検出される電圧に基づいた定電圧処理が行われて、2次電池Bが定電圧充電される。また、2次電池Bの保護回路として機能するスイッチ回路13は、電圧検出回路12が検出した基準電圧を越えたとき、端子部2と2次電池Bとの間を非接続として、2次電池Bを保護する動作が行われる。
【0017】
図2は、この第1の実施の形態による具体的な回路構成例を示す図で、+側の端子部1を、定電圧回路を構成するPNP型のトランジスタQ1のエミッタ,コレクタ間を介して2次電池Bの正極側に接続し、2次電池Bの負極を、スイッチ13を構成する電界効果トランジスタQ2のソース,ドレイン間を介して−側の端子部2に接続する。2次電池Bの正極側と負極側との間には、抵抗器R3,R4の直列回路が接続してあり、この抵抗器R3,R4の接続中点を、比較器18の一方の入力部に接続する。また、2次電池Bの負極側を、ツェナーダイオードZD1を介して比較器18の他方の入力部に接続する。このように比較器18が接続してあることで、ツェナーダイオードZD1が接続された他方の入力部側を基準として、一方の入力部の電位が比較器18で検出される。
【0018】
比較器18の検出出力は、抵抗器R1,R2の直列回路を介して−側の端子部2に接続してある。抵抗器R1,R2の接続中点は、NPN型のトランジスタQ3のベースに接続してあり、このトランジスタQ3のコレクタがトランジスタQ1のベースに接続してあり、トランジスタQ3のエミッタが、抵抗器R6を介して−側の端子部2に接続してある。
【0019】
また、比較器18の検出出力が、抵抗器R5とツェナーダイオードZD2を介して電界効果トランジスタQ2のゲートに供給されるように接続してある。なお、この図2の回路の場合には、図1のブロック図で示したストップ回路14についても、スイッチ手段である電界効果トランジスタQ2が兼ねる構成としてある。
【0020】
このように構成したことで、定電圧回路を構成するトランジスタQ1は、比較器18の検出出力を、抵抗器R1,R2で分圧して所定電圧ΔVだけ低下した電圧で制御され、保護回路を構成する電界効果トランジスタQ2は、比較器18の検出出力で直接的に制御される。
【0021】
次に、第1の実施の形態による構成での処理を、図3のフローチャートを参照して説明する。まず、充電のための直流電源が外部から端子1,2に供給されると、電圧検出回路12で電圧検出処理を行う(ステップ101)。この電圧検出処理は、抵抗器R1,R2の分圧により検出する電圧を基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出(ステップ102)と、ストップ回路14での基準電圧による検出(ステップ111)とを並行して行う。ステップ102での基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出では、定電圧回路11による定電圧制御が行われ、2次電池Bの定電圧充電が行われる(ステップ103)。ここで、何らかの要因で定電圧回路11が誤動作したとき(ステップ104)、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ105)、ストップ回路が動作して(ステップ106)、スイッチ回路13がオフ状態(非接続状態)となり(ステップ107)、充電動作が停止する(ステップ108)。
【0022】
また、ステップ111でのストップ回路14での基準電圧の検出で、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ112)、ステップ106のストップ回路の動作が行われて、スイッチ回路13がオフ状態(非接続状態)となり(ステップ107)、充電動作が停止する(ステップ108)。
【0023】
このように、第1の実施の形態による構成の2次電池パックによると、1個の電圧検出回路での検出に基づいて、定電圧充電ができると共に、異常な電圧が印加された場合の保護動作が行われる。従って、1個の電圧検出回路による簡単な構成で、充電と保護を良好に行うことができる。
【0024】
次に、本発明の第2の実施の形態を、図4を参照して説明する。この図4において、第1の実施の形態で説明した図1及び図2に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図4は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、スイッチ回路13の接続位置を、第1の実施の形態と変えたものである。
【0025】
即ち、2次電池Bの負極側と−側の端子部2との間に、スイッチ回路13を接続し、電圧検出回路12での電圧の検出として、定電圧回路11の出力部と−側の端子部2との間の電圧を検出させ、定電圧回路11から2次電池Bに印加される電圧を検出させる。そして、この電圧検出回路12で検出した電圧により、ストップ回路14を介してスイッチ回路13を制御すると共に、電圧検出回路12で検出した電圧を抵抗器R1,R2での分圧で所定電圧ΔV低下させた電圧により、定電圧回路11を作動させる。
【0026】
この第2の実施の形態の構成によっても、第1の実施の形態の場合と同様に、1個の電圧検出回路での検出に基づいて、定電圧充電ができると共に、異常な電圧が印加された場合の保護動作が行われ、1個の電圧検出回路による簡単な構成で、充電と保護を良好に行うことができる。
【0027】
次に、本発明の第3の実施の形態を、図5及び図6を参照して説明する。この図5及び図6において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図5は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、電圧検出回路として、電圧V1を検出する電圧検出回路15(以下V1検出回路と称する)と、電圧V2を検出する電圧検出回路16(以下V2検出回路と称する)の2つを設けたものである。この場合、電圧V1,V2は、V1<V2の関係となるように設定し、V1検出回路15は定電圧回路11から2次電池Bに印加される電圧を検出し、V2検出回路16は2次電池Bの電池電圧を検出する。V1検出回路15で検出する電圧V1については、基本的に第1の実施の形態で説明した電圧検出回路12で検出する基準電圧と同じであり、V2検出回路16で検出する電圧V2はそれより若干高い電圧としてある。
【0028】
そして、電圧V1を検出する電圧検出回路15の検出出力を直接ストップ回路17に供給して、スイッチ回路13の接続,非接続による保護動作を制御すると共に、この電圧検出回路15の検出出力を抵抗器R1,R2で分圧して基準電圧から所定電圧ΔV低下させた電圧で、定電圧回路11を制御する。
【0029】
さらに、電圧V2を検出する電圧検出回路16の検出出力をストップ回路17に供給して、この電圧検出回路16の検出出力によっても、スイッチ回路13の接続,非接続による保護動作を制御する構成とする。
【0030】
次に、第3の実施の形態による構成での処理を、図6のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートにおいて、ステップ101からステップ108及びステップ111,ステップ112の処理は、図3のフローチャートと基本的に同じである。
【0031】
以下その処理を説明すると、充電のための直流電源が外部から端子1,2に供給されると、V1検出回路15で電圧検出処理を行う(ステップ101)。この電圧検出処理は、抵抗器R1,R2の分圧により検出する電圧を基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出(ステップ102)と、ストップ回路17での基準電圧による検出(ステップ111)とを並行して行う。ステップ102での基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出では、定電圧回路11による定電圧制御が行われ、2次電池Bの定電圧充電が行われる(ステップ103)。ここで、何らかの要因で定電圧回路11が誤動作したとき(ステップ104)、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ105)、ストップ回路が動作して(ステップ106)、スイッチ回路13がオフ状態(非接続状態)となり(ステップ107)、充電動作が停止する(ステップ108)。ここまでは、第1の実施の形態での処理と同じである。
【0032】
ここまでの処理が行われた後、V2検出回路16では、電圧V2の検出を行い(ステップ109)、基準電圧(電圧V1)より所定値高い電圧を検出したとき(ステップ110)、ステップ106に戻ってストップ回路14を動作させ、スイッチ回路のオフによる充電停止処理を行う。
【0033】
また、ステップ111でのストップ回路14での基準電圧の検出で、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ112)、ステップ106のストップ回路の動作が行われて、スイッチ回路13がオフ状態となり(ステップ107)、充電動作が停止するが(ステップ108)、この処理が行われた場合にも、V2検出回路16では、電圧V2の検出を行い(ステップ109)、基準電圧(電圧V1)より所定値高い電圧を検出したとき(ステップ110)、ステップ106に戻ってストップ回路14を動作させ、スイッチ回路のオフによる充電停止処理を行う。
【0034】
このように第3の実施の形態の構成により処理されることで、V1検出回路15で検出した電圧が基準電圧を越えた場合に、何らかの誤動作などで万一スイッチ回路13が非接続状態にならないときでも、V2検出回路16での電圧V1よりも高い電圧V2の検出で、スイッチ回路13を非接続状態に制御することができ、より確実に保護動作が行われる。
【0035】
次に、本発明の第4の実施の形態を、図7及び図8を参照して説明する。この図7及び図8において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図7は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、電圧検出回路として、電圧V1を検出する電圧検出回路15(以下V1検出回路と称する)と、電圧V2′を検出する電圧検出回路16′(以下V2′検出回路と称する)の2つを設けたものである。この場合、電圧V1,V2′は、V1>V2′の関係となるように設定し、V1検出回路15は定電圧回路11から2次電池Bに印加される電圧を検出し、V2′検出回路16′は2次電池Bの電池電圧を検出する。V1検出回路15で検出する電圧V1については、基本的に第1の実施の形態で説明した電圧検出回路12で検出する基準電圧と同じであり、V2′検出回路16′で検出する電圧V2はそれより若干低い電圧としてある。
【0036】
そして、電圧V1を検出する電圧検出回路15の検出出力をストップ回路21に供給して、リセット回路22を経由してスイッチ回路13の接続,非接続による保護動作を制御すると共に、この電圧検出回路15の検出出力を抵抗器R1,R2で分圧して基準電圧から所定電圧ΔV低下させた電圧で、定電圧回路11を制御する。
【0037】
そして、電圧V2′を検出する電圧検出回路16′の検出出力をリセット解除回路23に供給して、スイッチ回路13が非接続状態である場合に、電圧V2′を検出したとき、リセット回路22でスイッチ回路13を接続状態とするリセット処理を行うように構成する。
【0038】
次に、第4の実施の形態による構成での処理を、図8のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートにおいて、ステップ101からステップ108及びステップ111,ステップ112の処理は、図3のフローチャートと基本的に同じである。
【0039】
以下その処理を説明すると、充電のための直流電源が外部から端子1,2に供給されると、V1検出回路15で電圧検出処理を行う(ステップ101)。この電圧検出処理は、抵抗器R1,R2の分圧により検出する電圧を基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出(ステップ102)と、ストップ回路17での基準電圧による検出(ステップ111)とを並行して行う。ステップ102での基準電圧から所定電圧ΔV低下させた検出では、定電圧回路11による定電圧制御が行われ、2次電池Bの定電圧充電が行われる(ステップ103)。ここで、何らかの要因で定電圧回路11が誤動作したとき(ステップ104)、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ105)、ストップ回路が動作して(ステップ106)、スイッチ回路13がオフ状態(非接続状態)となり(ステップ107)、充電動作が停止する(ステップ108)。ここまでは、第1の実施の形態での処理と同じである。
【0040】
ここまでの処理が行われた後、V2′検出回路16′では、電圧V2′の検出を行い(ステップ121)、基準電圧(電圧V1)より所定値低い電池電圧を検出したとき(ステップ122)、リセット解除動作を行ってスイッチ回路13をオン状態(接続状態)に戻し、回路を復帰させる(ステップ123)。
【0041】
また、ステップ111でのストップ回路14での基準電圧の検出で、基準電圧以上の電圧が印加されている場合には(ステップ112)、ステップ106のストップ回路の動作が行われて、スイッチ回路13がオフ状態となり(ステップ107)、充電動作が停止するが(ステップ108)、この処理が行われた場合にも、V2′検出回路16′では、電圧V2′の検出を行い(ステップ121)、基準電圧(電圧V1)より所定値低い電圧を検出したとき(ステップ122)、リセット解除動作を行ってスイッチ回路13をオン状態(接続状態)に戻し、回路を復帰させる(ステップ123)。
【0042】
このように第4の実施の形態の構成により処理されることで、V1検出回路15で検出した電圧が基準電圧を越えて保護回路であるスイッチ回路13が非接続状態となった後に、電池電圧がある程度低下して例えば正常な範囲内の電圧になった場合には、スイッチ回路13が接続状態に戻る。従って、保護回路が作動する原因が除去された場合には、充電動作が自動的に再開される。
【0043】
次に、本発明の第5の実施の形態を、図9及び図10を参照して説明する。この図9及び図10において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図9は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、電圧検出回路として、電圧V1を検出する電圧検出回路15(以下V1検出回路と称する)と、電圧V2″を検出する電圧検出回路16″(以下V2″検出回路と称する)の2つを設けたものである。この場合、電圧V1,V2″は、ほぼ同じ電圧値を基準電圧として電圧検出するように設定し、V1検出回路15は定電圧回路11から2次電池Bに印加される電圧を検出し、V2″検出回路16″は2次電池Bの電池電圧を検出する。但し、V2″検出回路16″の検出入力の−側と2次電池Bの負極側との間には、スイッチ回路13が設けられている。電圧V1,V2″の値は、例えば第1の実施の形態で説明した電圧検出回路12で検出する基準電圧と同じ値とする。
【0044】
そして、V1検出回路15の検出出力を抵抗器R1,R2で分圧して基準電圧V1から所定電圧ΔV低下させた電圧で、定電圧回路11を制御すると共に、V1検出回路15の検出出力を、ストップ回路33に供給して、スイッチ回路13の接続,非接続による保護動作を制御する。また本例の場合には、V1検出回路15の検出出力と、V2″検出回路16″の検出出力とを、それぞれ差電圧検出回路31に供給し、差電圧を検出する処理を行う。ここで、検出される差電圧が予め設定された基準電圧以上である場合には、ストップ回路33に保護動作を行う信号を供給して、スイッチ回路13を非接続状態にする保護動作を行うと共に、定電圧回路11内のスイッチ手段(トランジスタなど)についても、そのスイッチ手段を制御するストップ回路32に保護動作を行う信号を供給して、定電圧回路11の動作を停止させる保護動作を行う構成とする。
【0045】
次に、第5の実施の形態による構成での処理を、図10のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートでは、差電圧検出回路31での検出に基づいた制御処理についてのみ示してあり、V1検出回路15の検出出力だけに基づいて定電圧回路11及びスイッチ回路13を直接的に制御する処理は、第1の実施の形態などで説明した処理と同じであり、ここでは省略してある。
【0046】
以下その処理を説明すると、充電のための直流電源が外部から端子1,2に供給されると、V1検出回路15で電圧検出処理を行うと共に(ステップ301)、V2″検出回路16″で電圧検出処理を行う(ステップ302)。そして、差電圧検出回路31で、両検出回路15,16″の検出電圧の差が検出され(ステップ303)、その検出された差電圧が、差電圧検出回路31に設定された基準値を越えたか否か判断され(ステップ304)、越えた場合には、ストップ回路32,33を動作させて、定電圧回路11内のスイッチ手段やスイッチ回路13を非状態とする処理を行う(ステップ305)。
【0047】
このように処理されることで、定電圧回路11が2次電池Bに印加する電圧と、2次電池Bの電池電圧との差が異常な電圧になった場合にも、保護動作が行われる。この場合、この例では定電圧回路11内のスイッチ手段についてもオフ状態とする制御を行って、定電圧回路11でも保護動作が行われるようにしたので、より確実に保護動作が行われる。
【0048】
次に、本発明の第6の実施の形態を、図11を参照して説明する。この図11において、第5の実施の形態で説明した図9及び図10に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図11は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、第5の実施の形態の場合に比べて、電圧V2″を検出するV2″検出回路16″の接続位置を変えたものである。即ち、第5の実施の形態で示した図9の場合には、V2″検出回路16″の検出入力の−側と2次電池Bの負極側との間には、スイッチ回路13を設けた接続構成としたが、本例の場合には、V2″検出回路16″の検出入力の+側を2次電池Bの正極側に直接接続すると共に、V2″検出回路16″の検出入力の−側を2次電池Bの負極側に直接接続して、2次電池Bの電池電圧をV2″検出回路16″が直接的に検出できるようにする。そして、V1検出回路15の検出出力とV2″検出回路16″の検出出力との差電圧を差電圧検出回路31で検出させ、その差電圧の値により定電圧回路11内のスイッチ手段やスイッチ回路13を制御するようにしたものである。
【0049】
その他の部分は、第5の実施の形態で説明した図9と同じ構成とし、その制御についても図10のフローチャートに示す処理を行う。この第6の実施の形態の構成の場合にも、第5の実施の形態の場合と同様に、定電圧回路11が2次電池Bに印加する電圧と、2次電池Bの電池電圧との差が異常な電圧になった場合にも、保護動作が行われる。
【0050】
次に、本発明の第7の実施の形態を、図12及び図13を参照して説明する。この図12及び図13において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図12は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、定電圧回路11及びスイッチ回路13の制御を、入力電圧の検出によっても行うようにしたもので、図12では定電圧回路11及びスイッチ回路13の制御を、第1の実施の形態(図1)で説明した電圧検出回路12の出力に基づいて行う構成については省略してある。
【0051】
本例の場合には、+側の端子部1と−側の端子部2との間の電位を、入力電圧検出回路41で検出して、その検出した電圧が、この検出回路41で設定した電圧範囲(ここでは例えば上限値と下限値を設定してある)を越えたとき、ストップ回路42に制御信号を供給し、ストップ回路42の制御で、定電圧回路11内のスイッチ手段をオフ状態(非接続状態)にすると共に、スイッチ回路13についてもオフ状態(非接続状態)にする。その他の部分は、第1の実施の形態で説明した図1と同じ構成とする。
【0052】
次に、第7の実施の形態による構成での処理を、図13のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートでは、入力電圧検出回路41での検出に基づいた制御処理についてのみ示してあり、定電圧回路11の出力電圧や電池電圧の検出出力に基づいた定電圧回路11及びスイッチ回路13の制御処理は、第1の実施の形態などで説明した処理と同じであり、ここでは省略してある。
【0053】
以下その処理を説明すると、充電のための直流電源などが外部から端子1,2に供給されると、入力電圧検出回路41では入力の上限電圧VH を基準とした入力電圧の検出を行い(ステップ401)、この上限電圧VH 以上である場合には、ストップ回路42の制御で定電圧回路11及びスイッチ回路13をオフ状態(非接続状態)にする(ステップ405)。ステップ401で上限電圧VH 以下であると判断した場合には、入力電圧検出回路41で入力の下限電圧VL を基準とした入力電圧の検出を行い(ステップ403)、この下限電圧VL 以下である場合には、ステップ405に移って、ストップ回路42の制御で定電圧回路11及びスイッチ回路13をオフ状態(非接続状態)にする処理を行う。
【0054】
このように処理されることで、端子部1,2に接続された充電装置からの入力電圧の異常や、端子部1,2に接続された負荷装置の異常などによっても、直ちに定電圧回路11やスイッチ回路13で保護動作が行われることになり、より良好に保護動作が行われる。
【0055】
次に、本発明の第8の実施の形態を、図14〜図16を参照して説明する。この図14〜図16において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図14は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、電圧検出回路として、直接的に定電圧回路11及びスイッチ回路13を制御するための電圧V1を検出する電圧検出回路15(以下V1検出回路と称する)の他に、このV1検出回路での検出動作を制御するために電圧V3を検出する電圧検出回路51(以下V3検出回路と称する)を設けたものである。この場合、それぞれの検出回路15,51は、定電圧回路11から2次電池Bに印加される電圧を検出するようにしてあり、電圧V1,V3の値は、V1>V3の関係となるように設定する。即ち、V1検出回路15で検出する電圧V1については、基本的に第1の実施の形態で説明した電圧検出回路12で検出する基準電圧と同じであり、V3検出回路51で検出する電圧V3はそれより低い電圧としてあり、例えば充電に必要な最低の電圧としてある。
【0056】
そして、V3検出回路51で、電圧V3以上の電圧を検出したとき、検出制御回路52に検出信号を供給し、この検出制御回路52の制御で、V1検出回路15での検出動作を作動させる構成としてある。従って、定電圧回路11の出力電圧又は電池電圧が電圧V3以下の場合には、スイッチ回路13がオフ状態(非接続状態)となって、2次電池Bへの充電や2次電池Bからの放電が行われず、電圧V3以上を検出した場合に、V1検出回路15での電圧V1の検出に基づいたスイッチ回路13での保護処理と、この電圧V1から抵抗器R1,R2による分圧で所定電圧ΔV低下した電圧での定電圧回路11の制御処理とが行われる構成とされる。
【0057】
図15は、この第8の実施の形態による具体的な回路構成例を示す図で、V1検出回路15とV3検出回路51と定電圧回路11の回路構成を示す図で、スイッチ回路13や2次電池Bについては省略してある。図15の回路について説明すると、+側の端子部1を、定電圧回路を構成するPNP型のトランジスタQ11のエミッタ,コレクタ間を介して2次電池Bの正極側に接続する。V1検出回路15の検出出力部は、抵抗器R1,R2の直列回路を介して−側の端子部2に接続してあり、抵抗器R1,R2の接続中点を、NPN型のトランジスタQ12のベースに接続してあり、このトランジスタQ12のコレクタがトランジスタQ11のベースに接続してある。トランジスタQ12のエミッタは、抵抗器R15を介して−側の端子部2に接続してある。また、トランジスタQ12のベースと、トランジスタQ11のエミッタとの間には、所定の抵抗器R16を接続する。
【0058】
V3検出回路に相当する構成としては、−側の端子部2とトランジスタQ11のコレクタとの間に、ツェナーダイオードZD11,抵抗器R14,R13の直列回路が接続してあり、抵抗器R14,13の接続中点がPNP型のトランジスタQ13のベースに接続してある。トランジスタQ13は検出制御回路52に相当する回路であり、トランジスタQ13のエミッタ,コレクタ間は、トランジスタQ11のコレクタとV1検出回路15の+側の電圧検出端子との間に接続してあり、V1検出回路15の−側の電圧検出端子は−側の端子部2に直接接続してある。
【0059】
このように構成したことで、ツェナーダイオードZD11が接続された回路で一定の電圧V3以上が検出されたとき、トランジスタQ13がオン状態となって、V1検出回路15で電圧V1の検出ができる状態となり、トランジスタQ11で構成される定電圧回路が作動すると共に、図示しないスイッチ回路の制御ができる状態となる。
【0060】
次に、第8の実施の形態による構成での処理を、図16のフローチャートを参照して説明する。なお、このフローチャートでは、V3検出回路51での検出に基づいた制御処理についてのみ示してあり、定電圧回路11の出力電圧や電池電圧の検出出力に基づいた定電圧回路11及びスイッチ回路13の制御処理は、第1の実施の形態などで説明した処理と同じであり、ここでは省略してある。
【0061】
以下その処理を説明すると、外部から端子1,2への電源入力などで、定電圧回路11及びスイッチ回路13がオン状態になると(ステップ501)、V3検出回路51から検出制御回路52に検出出力が供給されて(ステップ502)、電圧V3以上であるとき(ステップ503)、検出制御回路52が動作(トランジスタQ13の場合にはオン状態)になり(ステップ504)、V1検出回路15で電圧が検出できる状態になり、以後は図3のフローチャートに示すようなV1検出回路15の検出電圧に基づいた定電圧回路11とスイッチ回路13の制御が行われる。
【0062】
このようにV3検出回路51を設けて、その検出出力に基づいてV1検出回路15での電圧検出を開始させることで、より良好に定電圧制御と保護処理を行うことができる。
【0063】
次に、本発明の第9の実施の形態を、図17を参照して説明する。この図17において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図17は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、定電圧回路11及びスイッチ回路13を制御するための電圧V1を検出する電圧検出回路15(以下V1検出回路と称する)を設ける他に、2次電池Bを流れる電流の検出手段を設けて、その電流検出状態に基づいて、定電圧回路11内のスイッチ手段を制御するようにしたものである。
【0064】
以下、その構成について説明すると、+側の端子部1を、定電圧回路を構成するPNP型のトランジスタQ11のエミッタ,コレクタ間を介して2次電池Bの正極側に接続する。2次電池Bの負極側は、電流検出用の抵抗器R18とスイッチ回路13を介して−側の端子部2に接続する。V1検出回路15の+側の電圧検出端子は、トランジスタQ11のコレクタに接続してあり、−側の電圧検出端子は−側の端子部2に接続してある。このV1検出回路15の検出出力部は、抵抗器R1,R2の直列回路を介して−側の端子部2に接続してあり、抵抗器R1,R2の接続中点を、NPN型のトランジスタQ12のベースに接続してあり、このトランジスタQ12のコレクタがトランジスタQ11のベースに接続してある。トランジスタQ12のエミッタは、抵抗器R15を介して−側の端子部2に接続してある。また、トランジスタQ12のベースと、トランジスタQ11のエミッタとの間には、所定の抵抗器R16を接続する。
【0065】
また、V1検出回路15の検出出力が、ストップ回路33に供給され、このストップ回路33の制御でスイッチ回路13が制御される。V1検出回路15の検出出力に基づいて、定電圧回路を構成するトランジスタQ11と、スイッチ回路13が制御される構成については、既に説明した他の実施の形態と同じである。
【0066】
そして本例においては、2次電池Bに接続された電流検出用の抵抗器R18の一端と他端の電位を、電流検出回路53で検出して、2次電池Bを流れる電流に比例した電圧信号を、電流検出回路53から得るようにしてある。この電流検出回路53の出力部は、抵抗器R19,R20の直列回路を介して抵抗器R18とスイッチ回路13の間に接続され、電流検出回路53の出力部に得られる信号を、ストップ回路33に供給して、所定値以上の電流が検出されたとき、スイッチ回路13をオフ状態(非接続状態)とする制御が行われる。
【0067】
また、抵抗器R19,R20の接続中点に得られる電圧信号を、NPN型のトランジスタQ14のベースに供給し、このトランジスタQ14のコレクタを、定電圧回路を構成するトランジスタQ11のベースに接続し、トランジスタQ14のエミッタを、抵抗器R21を介して−側の端子部2に接続する。この接続構成により、電流検出回路53で検出される電流値に応じて、定電圧回路を構成するトランジスタQ11についても制御され、電流異常のときに、トランジスタQ11がオフ状態に制御される。
【0068】
このように構成したことで、定電圧回路とスイッチ回路が、2次電池Bを流れる電流によっても制御され、電流異常の場合にも対処でき、より良好な保護回路として機能する。
【0069】
次に、本発明の第10の実施の形態を、図18を参照して説明する。この図18において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図18は本例の構成を示すブロック図である。
【0070】
本例の場合には、第1の実施の形態で説明した図1の構成とした上で、電圧検出回路12の検出信号を、所定の時定数を有する時定数回路19を介してストップ回路14に供給する構成としたものである。その他の部分は、図1に示す構成と同一構成とする。このように構成することで、電圧検出回路12の検出に基づいてストップ回路14がスイッチ回路13を制御するタイミングが、電圧検出回路12の検出に基づいて定電圧回路11を制御するタイミングより、時定数回路19での時定数で決まる時間だけ遅れることになり、パルス信号などによるスイッチ回路13の誤動作を防止することができる。
【0071】
次に、本発明の第11の実施の形態を、図19を参照して説明する。この図19において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図19は本例の構成を示すブロック図である。
【0072】
本例の場合には、第1の実施の形態で説明した図1の構成とした上で、電圧検出回路12の検出信号を、所定の時定数を有する時定数回路19を介してストップ回路14に供給する構成とすると共に、抵抗器R1,R2の接続中点に得られる信号を、所定の時定数を有する時定数回路20を介して定電圧回路11に供給する構成としたものである。この場合、時定数回路19の時定数を、時定数回路20の時定数よりも長く設定する。その他の部分は、図1に示す構成と同一構成とする。このように構成することで、第10の実施の形態の場合と同様に、電圧検出回路12の検出に基づいてストップ回路14がスイッチ回路13を制御するタイミングが、電圧検出回路12の検出に基づいて定電圧回路11を制御するタイミングより、時定数回路19の時定数と時定数回路20の時定数との差で決まる時間だけ遅れることになり、パルス信号などによるスイッチ回路13の誤動作を防止することができる。
【0073】
次に、本発明の第12の実施の形態を、図20を参照して説明する。この図20において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図20は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、+側,−側の端子部1,2の内、+側の端子部1については充電専用の端子部として、放電用の+側の端子部7を別に設けるようにしたものである。そして、充電用の+側の端子部1を、定電圧回路11を介して2次電池Bの正極側と接続し、放電用の+側の端子部7を、直接2次電池Bの正極側と接続する。定電圧回路11の出力電圧を検出する電圧検出回路(V1検出回路)15では、電圧V1を基準として電圧検出を行い、その検出信号のストップ回路14への供給で、スイッチ回路13が制御されると共に、検出信号から抵抗器R1,R2で所定電圧ΔV低下させた電圧で、定電圧回路11が制御される。
【0074】
また、2次電池Bからの放電電圧を検出する電圧検出回路(V4検出回路)61が設けてあり、過放電を検出するための基準電圧V4を越えたことを検出したとき、ストップ回路14に検出信号を供給して、スイッチ回路13をオフ状態に制御する構成としてある。
【0075】
さらに、2次電池Bとスイッチ回路13との間に、電流検出用の抵抗器R22を接続し、この抵抗器R22の一端と他端との間の電位を、電流検出回路62で検出して、その検出した電流が過大な電流値であるとき、ストップ回路14に検出信号を供給して、スイッチ回路13をオフ状態に制御すると共に、定電圧回路11にも検出信号を供給して、定電圧回路11内のスイッチ手段についてもオフ状態とする構成としてある。
【0076】
このように構成したことで、充電と放電とをそれぞれ適切な値で制御することができるようになる。
【0077】
次に、本発明の第13の実施の形態を、図21〜図23を参照して説明する。この図21〜図23において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図21は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、定電圧回路11の出力電圧を検出する電圧検出回路12の検出信号を、抵抗器R1,R2で分圧して、所定電圧ΔV低下させた信号を、充電時にだけ切換スイッチ72を介して定電圧回路11に供給し、放電時にはスイッチ制御回路71の出力を切換スイッチ72を介して定電圧回路11に供給するように構成したものである。
【0078】
即ち、抵抗器R1,R2の接続中点を、切換スイッチ72の第1の固定接点72aに接続し、スイッチ制御回路71の出力部を切換スイッチ72の第2の固定接点72bに接続する。そして、切換スイッチ72の切換えを、充電と放電の検出に基づいて行い、充電時には第1の固定接点72aに可動接点を接続させ、放電時には第2の固定接点72bに可動接点を接続させる。スイッチ制御回路71としては、例えば放電時の特性を検出して、何らかの異常を検出したとき、定電圧回路11をオフ状態とする信号を出力する回路とする。
【0079】
充電と放電を判断する構成としては、例えば図22に示す構成が適用できる。即ち、定電圧回路11の入力部と出力部の電位差を、電圧検出回路73で検出して、その電位差に基づいて充電と放電を判断することができる。例えば、電位差が100mV以上のとき充電と判断し、100mV以下のとき放電と判断することができる。
【0080】
また、図23に示す構成により、充電と放電を判断することもできる。即ち、端子部1,2に得られる入力電圧Vaを検出するVa検出回路74と、定電圧回路11の出力電圧Vbを検出するVb検出回路75(又は2次電池Bの電池電圧Vcを検出するVc検出回路76)の2つの電圧検出回路を設けて、両電圧検出回路で検出される電圧の大小関係から充電と放電を判断することができる。例えば、Va>Vb(又はVa>Vc)のとき充電であると判断し、Va≦Vb(又はVa≦Vc)のとき放電であると判断することができる。
【0081】
このようにして充電と放電を判断した結果に基づいて、図21に示す切換スイッチ72の切換を制御することで、充電時と放電時とで、それぞれ適切な制御が可能になる。
【0082】
次に、本発明の第14の実施の形態を、図24を参照して説明する。この図24において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図24は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、外部から得られる充放電の制御信号(又は2次電池パック内の充放電検出信号)により、定電圧回路11の制御を行うようにしたものである。
【0083】
即ち、電圧検出回路15の検出信号を、抵抗器R1,R2の直列回路を介して−側の端子部2に接続し、この抵抗器R1,R2の接続中点を、NPN型のトランジスタQ21のベースに接続する。このトランジスタQ21のエミッタを、抵抗器R23を介して端子部2に接続し、コレクタを定電圧回路11を構成する電界効果トランジスタ11aのゲートに接続する。この構成により、抵抗器R1,R2の接続中点に得られる電位でトランジスタ11aが制御され、定電圧動作を行う。
【0084】
ここで本例においては、外部からの充放電の制御信号が得られる端子81を設けてあり、この端子81に得られる信号を、NPN型のトランジスタQ22のベースに供給し、このトランジスタQ22のコレクタを、抵抗器R24を介してトランジスタ11aのゲートに接続してある。また、トランジスタQ22のエミッタを、−側の端子部2に接続してある。
【0085】
このように構成されることで、放電時には、トランジスタQ22をオン状態にする制御信号を端子81に供給することで、定電圧回路を構成するトランジスタ11aが、電圧検出回路15の出力によっては制御されなくなって、オフ状態のままとなる。このとき、トランジスタ11aの寄生ダイオード11dによって放電電流が流れる。そして、充電時には、トランジスタQ22をオフ状態にする制御信号を端子81に供給することで、定電圧回路を構成するトランジスタ11aが、電圧検出回路15の出力によって制御可能になり、第1の実施の形態などで説明した処理と同様の処理による制御が可能になる。
【0086】
なお、ここでは端子81に外部から充放電の制御信号を供給するようにしたが、図22又は図23に示したような、充放電の判断回路を2次電池パック内に設けて、その判断回路での判断結果の信号を、端子81に供給する構成としても良い。
【0087】
次に、本発明の第15の実施の形態を、図25及び図26を参照して説明する。この図25及び図26において、第1の実施の形態で説明した図1〜図3などに対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。図25は本例の構成を示すブロック図である。本例の場合には、端子部1又は2と2次電池Bとの間に、スイッチ回路91だけを設けて、このスイッチ回路91の制御回路92による制御として、充電時には定電圧回路として作動するように制御し、放電時には保護回路として作動するように制御するようにしたものである。スイッチ回路91としては、例えば電界効果トランジスタなどのスイッチ手段で構成する。
【0088】
図26は、制御回路92での制御処理を示すフローチャートで、充放電の検出を行い(ステップ601)、その検出結果の判断(ステップ602)で、充電モードであると判断したとき、スイッチ回路91を定電圧モードで作動させ(ステップ603)、放電モードであると判断したとき、スイッチモードで作動させる(ステップ604)ようにしたものである。
【0089】
このように処理することで、1つのスイッチ回路を設けるだけで、充電時の処理と放電時の処理とを適切に行うことができ、簡単な構成で良好に2次電池の制御ができる。
【0090】
なお、上述した各実施の形態で示した図では、1個の2次電池Bを収納した2次電池パックとしたが、複数個の2次電池を直列接続又は並列接続した2次電池パックとしても良いことは勿論である。
【0091】
また、上述した各実施の形態では、2次電池を収納した2次電池パック内に、充電回路と保護回路とを組み込んだ構成としたが、2次電池とは別体の充電装置などに保護回路を組み込む場合にも適用することができる。
【0092】
また、上述した各実施の形態では、2次電池としてリチウムイオン電池を使用したが、他のリチウム系の2次電池(リチウムポリマ電池など)や、ニッケル水素電池,ニッケルカドミウム電池などの2次電池を使用する2次電池パックや、それらの2次電池の充電装置などにも適用できるものである。
【0093】
【発明の効果】
本発明によると、2次電池に印加される電圧又は2次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段が検出した電圧に基づいて、スイッチ手段での2次電池の保護動作と、充電回路での充電動作との制御が行え、共通の電圧検出手段を制御手段として使用した簡単な構成で、2次電池の保護処理と充電処理とを行うことができる。
【0103】
また本発明によると、2次電池と充電回路を経由しないで接続される放電用の端子部と、この放電用の端子部から放電される電圧を検出する放電電圧検出手段を設けた構成としたことで、放電時の過放電に対する保護を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示すブロック図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態による具体的回路例を示す回路図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図4】本発明の第2の実施の形態を示すブロック図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態を示すブロック図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第4の実施の形態を示すブロック図である。
【図8】本発明の第4の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の第5の実施の形態を示すブロック図である。
【図10】本発明の第5の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図11】本発明の第6の実施の形態を示すブロック図である。
【図12】本発明の第7の実施の形態を示すブロック図である。
【図13】本発明の第7の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図14】本発明の第8の実施の形態を示すブロック図である。
【図15】本発明の第8の実施の形態による具体的回路例を示す回路図である。
【図16】本発明の第8の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図17】本発明の第9の実施の形態を示すブロック図である。
【図18】本発明の第10の実施の形態を示すブロック図である。
【図19】本発明の第11の実施の形態を示すブロック図である。
【図20】本発明の第12の実施の形態を示すブロック図である。
【図21】本発明の第13の実施の形態を示すブロック図である。
【図22】充放電の判断構成例を示すブロック図である。
【図23】充放電の判断構成例を示すブロック図である。
【図24】本発明の第14の実施の形態を示すブロック図である。
【図25】本発明の第15の実施の形態を示すブロック図である。
【図26】本発明の第15の実施の形態の処理を示すフローチャートである。
【図27】従来の2次電池に接続される回路の一例を示すブロック図である。
【図28】従来の2次電池に接続される充電回路構成例を示すブロック図である。
【図29】従来の2次電池に接続される保護回路構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
1,2…端子部、11…定電圧回路、12…電圧検出回路、13…スイッチ回路、14…ストップ回路、15…電圧(V1)検出回路、16…電圧(V2)検出回路、16′…電圧(V2′)検出回路、16″…電圧(V2″)検出回路、17…ストップ回路、19,20…時定数回路、21…ストップ回路、22…リセット回路、23…リセット解除回路、31…差電圧検出回路、32,33…ストップ回路、41…入力電圧検出回路、42…ストップ回路、51…電圧(V3)検出回路、52…検出制御回路、53…電流検出回路、61…電圧(V4)検出回路、62…電流検出回路、71…スイッチ制御回路、72…切換スイッチ、81…充電制御信号入力端子、91…スイッチ回路、92…スイッチ制御回路、B…2次電池
Claims (1)
- 充電装置と接続される一方及び他方の端子部と、
2次電池と、
上記2次電池に印加される電圧又は上記2次電池の電池電圧を検出する電圧検出手段と、
上記一方又は他方の端子部と上記2次電池との間に接続され、上記電圧検出手段で第1の電圧を検出したとき非接続状態となるスイッチ手段と、
上記一方又は他方の端子部と上記2次電池との間に接続され、上記第1の電圧より所定電圧低い第2の電圧を基準とした上記電圧検出手段の検出電圧による制御が行われる定電圧充電回路と、
上記定電圧充電回路を経由しないで上記2次電池と接続される放電用の端子部と、
上記放電用の端子部から放電される電圧を検出する放電電圧検出手段を設け、上記放電電圧検出手段が過放電を検出したとき、上記スイッチ手段を非接続状態に制御する2次電池パック。
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