JP4075018B2 - 電池パック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオンバッテリなどの２次電池を充電または放電する場合に用いて好適な電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池は、充電不可能な１次電池（例えば乾電池）と、充電可能な２次電池（例えば蓄電池）との２種類に分類することができる。１次電池は、電池の有する電池容量を使用しきると再利用ができないが、２次電池は充電可能なので、充電することによって、２次電池が劣化するまで、複数回、利用することができる。
【０００３】
２次電池は、通常、電池パックに収納されている。従来の電池パックには、収納されている２次電池の過充電または過放電を防止するために、２次電池の充電または放電を制御する保護回路が電池パック内に設けられていた。図２１は、従来の２次電池の電池パックの一構成例を示す図である。出力端子としての正端子７及び負端子８は、充電時、定電流回路及び定電圧回路等で構成される、図示せぬ充電装置に接続される。
【０００４】
２次電池１が、図示せぬ充電装置によって充電されるとき、電圧検出回路１５１は２次電池１の端子電圧を検出し、２次電池１が満充電に達したことを検出すると、スイッチ１５２をオフする。従って、２次電池１の過充電が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の電池パックを、直列または並列に接続して用いる場合、２次電池毎の電池容量または電池パックの接続状態（直列接続または並列接続）によって、２次電池を充電または放電する際に、２次電池が過充電または過放電されたり、２次電池毎にバランスの悪い充放電が行われてしまうという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、２次電池を安全に使用することができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電池パックは、２次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１のスイッチング回路と、２次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２のスイッチング回路と、２次電池の出力端子としての正端子および負端子と、外部からの外部制御信号を検出する信号検出回路と、信号検出回路により検出された外部制御信号に対応して、第１または第２のスイッチング回路の動作を制御する制御回路とを備え、外部制御信号は、正端子および負端子から入力され、信号検出回路は、正端子および負端子に接続され、正端子および負端子から入力された外部制御信号を、第１のスイッチング回路または第２のスイッチング回路をオンまたはオフして検出することを特徴とする。
【００１０】
２次電池の過充電または過放電を検出する検出回路と、検出回路の検出結果に対応した動作を、外部制御信号に対応する動作より優先的に、制御回路に行わせる優先制御回路とをさらに設けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池パック、充電装置及び放電装置の実施例を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の電池パックの一実施例の構成を示す図である。電池パック１０に収納されている２次電池１は、スイッチング回路２と直列に接続されている。電池パック１０の出力端子としての正端子７及び負端子８は、使用時、負荷に接続されるとともに、充放電時、充電装置または放電装置に接続される。スイッチング回路２においては、２個のＦＥＴ３，４が直列に接続され、各ＦＥＴは、それぞれ寄生ダイオード３Ｄ，４Ｄを有している。
【００１５】
信号入力端子９は、電池パック１の外部から外部制御信号の入力を受け、信号検出回路６に出力するようになされている。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力するようになされている。制御回路５は、信号検出回路６から出力された信号に従って、スイッチング回路２のＦＥＴ３及び４を制御するようになされている。
【００１６】
図２は、本発明の充電装置の一実施例の構成を示す図である。この充電装置２０は、図１に示す電池パック１０に接続して用いられる。正端子２７は電池パック１０の正端子７に、負端子２８は電池パック１０の負端子８に、信号出力端子２９は電池パック１０の信号入力端子９に、それぞれ接続される。定電圧回路２３及び定電流回路２４は、２次電池１を充電するようになされている。電圧検出回路２２は、２次電池１の端子電圧を検出し、電流検出回路２１は、充電電流を検出し、それぞれその検出信号を制御回路２５に出力するようになされている。
【００１７】
制御回路２５は、電圧検出回路２２及び電流検出回路２１の出力を受け、信号出力回路２６の動作を制御するようになされている。信号出力回路２６は、信号出力端子２９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に外部制御信号を出力するようになされている。
【００１８】
図３は、本発明の放電装置の一実施例の構成を示す図である。この放電装置３０は、図１に示す電池パック１０に接続して用いらる。正端子３７は電池パック１０の正端子７に、負端子３８は電池パック１０の負端子８に、信号出力端子３９は電池パック１０の信号入力端子９に、それぞれ接続される。負荷回路３３は、抵抗等で構成されており、２次電池１を放電するようになされている。電圧検出回路３２は、２次電池１の端子電圧を検出し、電流検出回路３１は、放電電流を検出し、それぞれ、制御回路３４に検出結果を出力するようになされている。
【００１９】
制御回路３４は、電圧検出回路３２及び電流検出回路３１の出力を受け、信号出力回路３５の動作を制御するようになされている。信号出力回路３５は、信号出力端子３９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に外部制御信号を出力するようになされている。
【００２０】
次に、図１乃至図３に示す実施例の動作について説明する。
【００２１】
まず、図１に示す電池パック１０が、図２に示す充電装置２０に接続された場合の動作について説明する。電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９は、充電装置２０の正端子２７、負端子２８及び信号出力端子２９にそれぞれ接続される。そして、２次電池１の充電を行うとき、制御回路２５は、信号出力回路２６を制御し、スイッチング回路２のＦＥＴ３をオフさせ、ＦＥＴ４をオンさせる外部制御信号を出力させる。
【００２２】
信号出力回路２６から出力された外部制御信号は、信号出力端子２９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に入力される。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力する。制御回路５は、信号検出回路６の出力に対応して、ＦＥＴ３をオフし、ＦＥＴ４をオンするように制御を行う。ＦＥＴ３がオフされ、ＦＥＴ４がオンされると、充電装置２０の定電圧回路２３及び定電流回路２４によって、２次電池１の充電が行われる。
【００２３】
さらに、電流検出回路２１または電圧検出回路２２によって、２次電池１が満充電状態に達したことが検出されると、過充電を防止するために、制御回路２５は、信号出力回路２６を制御し、ＦＥＴ４をオフさせる外部制御信号を出力させる。この外部制御信号は、上述した経路で制御回路５に入力され、制御回路５は、ＦＥＴ４をオフする（ＦＥＴ３もオフ）。ＦＥＴ４がオフされると、ＦＥＴ４自体は勿論、充電電流に対して逆方向に接続されている寄生ダイオード４Ｄにも充電電流は流れないので、２次電池１の過充電が防止される。
【００２４】
次に、図１に示す電池パック１０が、図３に示す放電装置３０に接続された場合の動作について説明する。電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９は、放電装置３０の正端子３７、負端子３８及び信号出力端子３９にそれぞれ接続される。そして、２次電池１の放電を行うとき、制御回路３４は、信号出力回路３５を制御し、スイッチング回路２のＦＥＴ３をオンさせ、ＦＥＴ４をオフさせる外部制御信号を出力させる。
【００２５】
信号出力回路３５から出力された外部制御信号は、信号出力端子３９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に入力される。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力する。制御回路５は、この検出信号に対応してＦＥＴ３をオンし、ＦＥＴ４をオフするように制御を行う。ＦＥＴ３がオンされ、ＦＥＴ４がオフされると、放電装置３０の負荷回路３３によって、２次電池１の放電が行われる。
【００２６】
さらに、電流検出回路３１は、２次電池１の放電電流を、電圧検出回路３２は２次電池１の端子電圧を検出し、制御回路３４に出力する。制御回路３４は、電流検出回路３１及び電圧検出回路３２の出力に対応して、２次電池１の過放電を防止するため放電動作を止めるとき、信号検出回路３５がＦＥＴ３をオフさせる外部制御信号を出力するように制御する。この外部制御信号は、上述した経路で制御回路５に入力され、制御回路５は、ＦＥＴ３をオフする（ＦＥＴ４もオフ）。ＦＥＴ３がオフされると、放電電流に対して逆方向に接続されている寄生ダイオード３Ｄにも２次電池１の放電電流が流れないので、２次電池１の過充電が防止される。
【００２７】
図４及び図５は、図１に示す電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９が導体１１により、誤ってショートされた場合の接続状態を表している。このように、正端子７と信号入力端子９または負荷端子８が導体１１により誤ってショートされると、信号検出回路６が、これを外部制御信号と誤認し、ＦＥＴ３または４の少なくとも一方をオンさせてしまうおそれがある。
【００２８】
これを防止するために、電池パック１０内に、２次電池１の過充電または過放電を防止するための保護回路を設けることも可能である。図６は、この場合の構成例を示す図である。図６に示す電池パック１０は、２次電池１の過充電または過放電を防止するために、電流検出回路４１、電圧検出回路４２及び優先回路４３によって構成される保護回路４０をさらに備えた構成となっている。
【００２９】
電流検出回路４１は、２次電池１の充電電流または放電電流を検出し、電圧検出回路４２は、２次電池１の充電時または放電時における端子電圧を検出し、それぞれ優先回路４３に出力するようになされている。優先回路４３は、電流検出回路４１及び電圧検出回路４２の出力を検出し、制御回路５にスイッチング回路２のＦＥＴ３または４をオン／オフさせる優先信号を出力するようになされている。
【００３０】
制御回路５は、優先回路４３からの優先信号による制御を、充電装置２０または放電装置３０から出力される外部制御信号による制御に対して優先的に行う。従って、２次電池１の過充電または過放電を防止することができると同時にショートによる誤動作も防止することができる。
【００３１】
図７は、ショートによる誤動作を防止する他の実施例を示す図である。この実施例に示す電池パック１０は、信号検出回路６が信号入力端子９に、コンデンサ５１を介して接続されている。コンデンサ５１は、直流電流を流さないので、信号入力端子９が正端子７または負端子８に誤って接続されたとしても、信号検出回路６は、これを外部制御信号の入力として受け取ることができない。従って、スイッチング回路２の誤動作をさらに確実に防止することができる。
【００３２】
図８は、電池パック１０の他の実施例の構成を示す図である。この電池パック１０は、２個の信号検出回路６Ａ及び６Ｂを備えている。電池パック１０に外部制御信号を入力するとき、正端子７と信号入力端子９との間、または信号入力端子９と負端子８との間に入力される。前者の信号は、信号検出回路６Ａが検出し、後者の信号は、信号検出回路６Ｂが検出する。
【００３３】
図９は、正端子７と負端子８を利用して、外部から、スイッチング回路２をオン／オフさせる信号が入力される場合の電池パックの実施例の構成を示す図である。すなわち、この実施例の場合、スイッチング回路２のＦＥＴ３または４をオン／オフするための外部制御信号は、正端子７及び負端子８から入力され、信号検出回路６が、これを検出するようになされている。図１０は、図９の動作を説明する図である。なお、図１０では、電流検出回路４１、電圧検出回路４２及び優先回路４３の図示は省略している。
【００３４】
信号検出回路６が、正端子７及び負端子８から入力される外部制御信号を検出するためには、スイッチング回路２内のＦＥＴ３または４の少なくとも一方をオフにし、２次電池１とＦＥＴ３，４による外部制御信号の吸収を抑制する必要がある。例えば、充電方向に外部制御信号としての信号電圧ＥS が送られる場合は、ＦＥＴ４をオフにし、信号電圧ＥS が２次電池１に吸収されるのを抑制する。このため、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ４をオフする信号を最初に入力し、ＦＥＴ４をオフにしておく（図１０（ａ））。これにより、信号電圧ＥS を信号検出回路６により検出することができる。
【００３５】
また、放電方向に外部制御信号としての信号電圧ＥS が送られる場合は、ＦＥＴ３をオフにし、信号電圧ＥS が２次電池１に吸収されるのを防がなくてはならない。従って、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ３をオフする信号を最初に入力し、ＦＥＴ３をオフにしておく（図１０（ｂ））。すると、信号電圧ＥS は、２次電池１に吸収されず、信号検出回路６により検出される。
【００３６】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ３及び４をオフする信号が最初に入力されていると、正端子７及び負端子８から入力される信号電圧ＥS は、充電方向及び放電方向のいずれの方向へ変化する電圧としても、２次電池１には吸収されず、信号検出回路６により検出される。
【００３７】
図１１は、２つの電池パックを並列に接続して用いるための電池パック１０Ｃの構成を示す図である。また、図１２は、図１１に示す電池パック１０Ｃの内部の回路の構成例を示す図である。電池パック１０Ｃは、２つの電池パック１０Ａ及び１０Ｂを並列に接続して用いるための電池パックである。また、図１２においては、簡単のため、電池パック１０Ａ及び１０Ｂ内の制御回路５及び信号検出回路６は省略して示されている。
【００３８】
この電池パック１０Ｃに、電池パック１０Ａ及び１０Ｂが装着された場合、内部の２次電池１Ａと１Ｂの端子電圧にバラツキがあると、２次電池１Ａまたは１Ｂの一方が、他方を充電してしまうおそれが生じる。従って、制御回路５Ｃは、２次電池１Ａ及び１Ｂに充電電流が流れないように、ＦＥＴ４Ａ及びＦＥＴ４Ｂをオフする信号を、電池パック１０Ａ及び１０Ｂに出力し、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオフにする。また、この電池パック１０Ｃに、放電装置３０が接続されている場合も同様である。
【００３９】
一方、この電池パック１０Ｃに、充電装置２０が接続されている場合は、制御回路５は、２次電池の放電電流を流さないために、ＦＥＴ３Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオンする。
【００４０】
図１３は、図１２に示す電池パック１０Ｃの他の構成例を示す図である。この電池パック１０Ｃは、電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ａ及び１０Ｂと並列に接続された構成となっている。
【００４１】
図１３に示す電池パック１０Ｃは、装着されている電池パック１０Ａ及び１０Ｂに収納されている２次電池１Ａ及び１Ｂをバランス良く用いるため、電圧検出回路４２Ｃによって、２次電池毎の電池容量の検出を行い、その検出結果に応じて、制御回路５ＣがＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂのオン／オフを制御するようになされている。
【００４２】
電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電圧を検出するとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ３Ａ及び４Ａをオンし（またはＦＥＴ３Ａをオン、ＦＥＴ４Ａをオフし）、ＦＥＴ３Ｂ及び４Ｂをオフする。一方、電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電圧を検出するとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ３Ａ及び４Ａをオフし、ＦＥＴ３Ｂ及び４Ｂをオン（またはＦＥＴ３Ｂをオン、ＦＥＴ４Ｂをオフ）する。
【００４３】
上述した、２次電池毎の電池容量の測定が終了すると、制御回路５Ｃは、電圧検出回路４２Ｃの検出結果に応じて、以下の動作を行う。
【００４４】
第１に、この電池パック１０Ｃが放電装置３０に接続されているか、または何にも接続されていない場合において、２次電池１Ａの電池容量（端子電圧）が２次電池１Ｂの電池容量（端子電圧）よりも多い（高い）とき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ４Ｂをオフ、他のＦＥＴをオンする。これにより、より電池容量の少ない２次電池１Ｂが、より電池容量の多い２次電池１Ａによって充電されることを防止する。
【００４５】
一方、２次電池１Ｂの電池容量が２次電池１Ａの電池容量よりも多いとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ４Ａをオフし、他のＦＥＴをオンする。従って、より電池容量の少ない２次電池１Ａが、より電池容量の多い２次電池１Ｂによって、充電されることを防止することができる。
【００４６】
また、２次電池１Ａ及び１Ｂの電池容量が等しい場合は、互いに他を充電することがないので、制御回路５Ｃは、全てのＦＥＴをオンする。
【００４７】
第２に、この電池パック１０Ｃが充電装置２０に接続されている場合においては、２次電池からは放電電流が流れないので、制御回路５Ｃは、全てのＦＥＴをオンする。
【００４８】
図１４は、２つの電池パックを直列に接続して用るための電池パック１０Ｄの構成を示す図である。図１５は、図１４に示す電池パック１０Ｄの内部の回路構成例を示す図である。なお、図１５において、電池パック１０Ａ及び１０Ｂ内の信号検出回路は簡単のため図示を省略してある。
【００４９】
２次電池が直列に接続されている場合、２次電池毎に、電池容量が異なっていると、充電を行う際、電池容量のより多い（端子電圧の高い）２次電池が、電池容量のより少ない（端子電圧の低い）２次電池より早く充電が完了してしまう。さらに、電池容量のより少ない（端子電圧の低い）２次電池の充電が完了するまで、充電動作が行われると、電池容量のより多い（端子電圧の高い）２次電池は過充電状態になり、最悪の場合、破壊されるおそれがある。
【００５０】
従って、図１５に示す電池パック１０Ｄにおいては次のような動作が行われる。電圧検出回路８０及び８１が２次電池１Ａ及び１Ｂの端子電圧を検出し、その検出結果が制御回路５Ｄに入力される。制御回路５Ｄは、２次電池１Ａと１Ｂが異なる電池容量であると判定すると、回路に充電電流が流れないように、ＦＥＴ４Ａをオフさせる信号を電池パック１０Ａに出力し、ＦＥＴ４Ｂをオフさせる信号を電池パック１０Ｂに出力する。これにより、一方の２次電池の過充電を防止することができる。
【００５１】
２次電池１Ａと１Ｂの端子電圧が等しい場合、ＦＥＴ４Ａ，４Ｂは必要に応じてオンされる。
【００５２】
なお、電圧検出回路８０及び８１を設けずに、電池パック１０Ａに構成されている電圧検出回路４２Ａ、及び電池パック１０Ｂに構成されている電圧検出回路４２Ｂの検出した電池電圧を制御回路５Ｄに出力して動作を行わせても良い。
【００５３】
図１６は、図１５に示す電池パック１０Ｄの他の構成例を示す図である。この電池パック１０Ｄは、電池検出回路９０がさらに設けられた構成となっている。電池検出回路９０は、電池パック１０Ａ及び１０Ｂに、２次電池１Ａ及び１Ｂが収納されているか否かを検出する回路である。電池検出回路９０の検出結果は制御回路５Ｄに入力される。
【００５４】
制御回路５Ｄは、電池検出回路９０が、２次電池１Ａ及び１Ｂの両方が電池パック１０Ａ及び１０Ｂに収納されていることを検出した場合にのみ、ＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂをオン／オフすることができる。２次電池１Ａまたは１Ｂのいずれか一方でも、電池パック１Ａまたは１Ｂに収納されていないことが電池検出回路９０によって検出されると、制御回路５Ｄは、ＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂ全てをオフの状態にしておく。つまり、図１６に示す電池パック１０Ｄは、全ての２次電池が電池パックに収納されている場合にのみＦＥＴの切り換え動作が行われ、使用することができる。
【００５５】
電池検出回路９０が、電池パックに２次電池が収納されているか否かを検出する方法として、電池パックの電池装着部にスイッチ等を設け、電池装着部への２次電池の収納により、スイッチがオンし、２次電池の収納を検出する方法と、電池パックに２次電池が収納されることにより流れる電流を検出することによって、電池パックへの２次電池の装着を検出する方法とがある。
【００５６】
図１７は、図１５に示す電池パック１０Ｄに充電装置を接続した構成例を示す図である。図中、右側に示す充電装置２０は、図２に示す充電装置２０に、２個のＦＥＴ９１及び９２をさらに付加した構成となっている。電池パック１０Ｄの信号検出回路６Ｄは、充電装置２０の信号出力回路２６からの外部制御信号を検出し、制御回路５Ｄに検出信号を出力するようになされている。
【００５７】
充電装置２０の制御回路２５は、電圧検出回路２２または電流検出回路２１の出力に対応して、信号検出回路２６に外部制御信号を出力させる。さらに、制御回路２５は、ＦＥＴ９１及び９２のオン／オフを制御するようになされている。
【００５８】
次に、図１７に示す実施例の動作について説明する。例えば、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電池容量が、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電池容量よりも多い場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１をオン、ＦＥＴ９２をオフし、さらにＦＥＴ３Ａ，４Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ｂをオンするように、信号出力回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、ＦＥＴ９１、２次電池１Ｂ、ダイオード３ＤＢ、ＦＥＴ４Ｂの経路で、２次電池１Ｂのみが充電される。
【００５９】
一方、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電池容量が、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電池容量よりも多い場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１をオフ、ＦＥＴ９２をオンし、さらにＦＥＴ３Ａ，３Ｂ及び４Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａをオンするように、信号出力回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、２次電池１Ａ、ダイオード３ＤＡ、ＦＥＴ４Ａ、ＦＥＴ９２の経路で２次電池１Ａのみが充電される。
【００６０】
また、２次電池１０Ａと１０Ｂの電池容量が等しい場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１及び９２をオフし、さらにＦＥＴ３Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオンするように、信号検出回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、２次電池１Ａ、ダイオード３ＤＡ、ＦＥＴ４Ａ、２次電池１Ｂ、ダイオード３Ｂ、ＦＥＴ４Ｂの経路で、２次電池１Ａと１Ｂの両方が充電される。
【００６１】
図１８は、図９に示す電池パック１０の制御回路５の構成例を示す図である。ＮＰＮトランジスタ１０６のベースには、抵抗１０８、ツェナーダイオード１０２及びダイオード１００が、ＮＰＮトランジスタ１０６から順に直列に接続されており、また、ＰＮＰトランジスタ１０７のベースには、抵抗１１０、ツェナーダイオード１０３及びダイオード１０１が、ＰＮＰトランジスタ１０７から順に直列に接続されており、それぞれ信号入力端子７９に入力される信号に応じて動作するようになされている。また、ＮＰＮトランジスタ１０６のコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ３のゲートへの信号経路に接続されており、ＰＮＰトランジスタ１０７のエミッタは、信号検出回路６からＦＥＴ４のゲートへの信号経路に接続されている。
【００６２】
ダイオード１０２とツェナーダイオード１００の接続点と、負端子８の間には、コンデンサ１０４が接続されており、ダイオード１０３とツェナーダイオード１０１の接続点と、負端子８の間には、コンデンサ１０５が接続されている。また、トランジスタ１０６と１０７のベース・エミッタ間には、抵抗１０９と１１１が、それぞれ接続されている。
【００６３】
ＮＰＮトランジスタ１０６のベース電流を流すために、エミッタと負端子８側がダイオード１１３を介して接続されている。また、ダイオード１１２は、２次電池１に流れる充電電流または、２次電池１から流れる放電電流がＮＰＮトランジスタ１０６のエミッタに流れるのを抑制するようになされている。
【００６４】
次に、図１８に示す実施例の動作について説明する。信号入力端子７９から、外部制御信号として高レベルの（プラスの）電圧が入力されると、順方向に接続されているダイオード１００がオンし、さらにツェナーダイオード１０２も逆バイアス電圧がかかり、オンする。そして、抵抗１０８を介して高レベル電圧がＮＰＮトランジスタ１０６のベースにかかり、ＮＰＮトランジスタ１０６はオンする。これにより、ＦＥＴ３のゲートとソースが、ＮＰＮトランジスタ１０６、ダイオード１１２の経路で短絡され、ＦＥＴ３がオフされる。
【００６５】
信号入力端子９から、外部制御信号として低レベルの（マイナスの）電圧が入力されると、ダイオード１０１がオンし、さらにツェナーダイオード１０３も逆バイアス電圧がかかり、オンする。そして、抵抗１１０を介して低レベル電圧がＰＮＰトランジスタ１０７のベースにかかるため、ＰＮＰトランジスタ１０７はオンする。これにより、ＦＥＴ４のゲートとソースが、ＰＮＰトランジスタ１０７により短絡され、ＦＥＴ４がオフされる。
【００６６】
また、信号入力端子９に、外部制御信号として、交流電圧またはパルス状の電圧が入力された場合、ダイオード１００により整流された高レベル電圧が、コンデンサ１０４に蓄積される。高レベル電圧から低レベル電圧に入力信号が変化したとき、低レベル電圧がダイオード１０１により整流され、コンデンサ１０５に蓄積される。これにより、ツェナーダイオード１０２、ＮＰＮトランジスタ１０６、ツェナーダイオード１０３、ＰＮＰトランジスタ１０７がいずれもオンし、ＦＥＴ３及び４は、いずれもオフされる。
【００６７】
以上のことをまとめると、ＦＥＴ３のみをオフする場合は、高レベルの電圧を、ＦＥＴ４のみをオフする場合は、低レベルの電圧を、ＦＥＴ３及び４の両方をオフする場合は、交流電圧またはパルス状の電圧を、それぞれ外部制御信号として、信号入力端子９に入力すれば良い。
【００６８】
図１９は、制御回路５の他の構成例を示す図である。この制御回路５の構成は、図１８に示す制御回路５のＰＮＰトランジスタ１０７を省略した構成となっている。ＦＥＴ３をオフさせる場合は、図１８に示す実施例の動作と同様に、信号入力端子９に高レベルの信号を入力する。これにより、ダイオード１２１、抵抗１２６の経路でベースに高レベルの信号が印加されるため、ＮＰＮトランジスタ１２５がオンし、ＦＥＴ３がオフする。
【００６９】
一方、ＦＥＴ４をオフする場合は、信号入力端子９及び負端子８をショートさせる。これによりダイオード１２２がオンし、ＦＥＴ４がオフする。
【００７０】
図２０は、制御回路５の他の構成例を示す図である。ＮＰＮトランジスタ１３５のベースには、抵抗１３３及びツェナーダイオード１３１が直列に接続されており、そのコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ３への信号経路に接続されている。またＮＰＮトランジスタ１３６のベースには抵抗１３４及びツェナーダイオード１３２が直列に接続されており、そのコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ４への信号経路に接続されている。
【００７１】
また、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧は、ツェナーダイオード１３２のツェナー電圧よりも高い値に設定されている。
【００７２】
次に、図２０に示す実施例の動作について説明する。ＦＥＴ４のみをオフするには、ツェナーダイオード１３２のツェナー電圧以上、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧未満の電圧を、信号入力端子９に外部制御信号として入力する。すると、ツェナーダイオード１３２がオンし、ＮＰＮトランジスタ１３６は、そのベースに高レベルのベース電圧がかかり、オンする。従って、ＦＥＴ４はオフされる。このとき、ツェナーダイオード１３１はオフしている。
【００７３】
さらに、ＦＥＴ３及び４の両方をオフするには、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧以上の電圧を、信号入力端子９に外部制御信号として入力する。すると、ツェナーダイオード１３１及び１３２の両方がオンし、ＮＰＮトランジスタ１３５及び１３６のそれぞれのベースに高レベルのベース電圧がかかり、各々オンする。従って、ＦＥＴ３及び４のいずれもオフされる。
【００７４】
本発発明によれば、２次電池を安全に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックの一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の充電装置の一実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明の放電装置の一実施例の構成を示す図である。
【図４】図１に示す電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９が導体によりショートしている状態を示す図である。
【図５】図４に示す電池パック１０の構成を示す図である。
【図６】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図７】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図８】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図９】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図１０】図９に示す実施例の動作を説明する図である。
【図１１】２個の電池パックを並列に接続して用いられる電池パックの構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す電池パック１０Ｃの構成例を示す図である。
【図１３】図１１に示す電池パック１０Ｃの他の構成例を示す図である。
【図１４】２個の電池パックを直列に接続して用いられる電池パックの構成例を示す図である。
【図１５】図１４に示す電池パック１０Ｄの構成例を示す図である。
【図１６】図１４に示す電池パック１０Ｄの他の構成例を示す図である。
【図１７】図１５に示す電池パック１０Ｄに充電装置を接続した構成を示す図である。
【図１８】図９に示す制御回路５の構成例を示す図である。
【図１９】図９に示す制御回路５の他の構成例を示す図である。
【図２０】図９に示す制御回路５の他の構成例を示す図である。
【図２１】従来の電池パックの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ ２次電池
２ スイッチング回路
３，３Ａ，３Ｂ，３ＤＡ，３ＤＢ ＦＥＴ
３Ｄ 寄生ダイオード
４，４Ａ，４Ｂ ＦＥＴ
４Ｄ 寄生ダイオード
５，５Ｃ，５Ｄ 制御回路
６，５Ｃ，６Ｄ 信号検出回路
７ 正端子
８ 負端子
９ 信号入力端子
１０ 電池パック
２０ 充電装置
２１ 電流検出回路
２２ 電圧検出回路
２３ 定電圧回路
２４ 定電流回路
２５ 制御回路
２６ 信号出力回路
２７ 正端子
２８ 負端子
２９ 信号出力端子
３０ 放電装置
３１ 電流検出回路
３２ 電圧検出回路
３３ 負荷回路
３４ 制御回路
３５ 信号出力回路
３７ 正端子
３８ 負端子
３９ 信号出力端子
４０ 保護回路
４１ 電流検出回路
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 電圧検出回路
４３ 優先回路
５１，５１Ａ，５１Ｂ コンデンサ
７９ 信号入力端子
８０，８１ 電圧検出回路
９０ 電池検出回路
９１，９２ ＦＥＴ
１００，１０１ ダイオード
１０２，１０３ ツェナーダイオード
１０４，１０５ コンデンサ
１０６ ＮＰＮトランジスタ
１０７ ＰＮＰトランジスタ
１０８乃至１１１ 抵抗
１１２，１１３ ダイオード
１２１乃至１２４ ダイオード
１２５ ＮＰＮトランジスタ
１２６ 抵抗
１３１，１３２ ツェナーダイオード
１３３，１３４ 抵抗
１３５，１３６ ＮＰＮトランジスタ
１３７，１３８ ダイオード
１５１ 電圧検出回路
１５２ スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオンバッテリなどの２次電池を充電または放電する場合に用いて好適な電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電池は、充電不可能な１次電池（例えば乾電池）と、充電可能な２次電池（例えば蓄電池）との２種類に分類することができる。１次電池は、電池の有する電池容量を使用しきると再利用ができないが、２次電池は充電可能なので、充電することによって、２次電池が劣化するまで、複数回、利用することができる。
【０００３】
２次電池は、通常、電池パックに収納されている。従来の電池パックには、収納されている２次電池の過充電または過放電を防止するために、２次電池の充電または放電を制御する保護回路が電池パック内に設けられていた。図２１は、従来の２次電池の電池パックの一構成例を示す図である。出力端子としての正端子７及び負端子８は、充電時、定電流回路及び定電圧回路等で構成される、図示せぬ充電装置に接続される。
【０００４】
２次電池１が、図示せぬ充電装置によって充電されるとき、電圧検出回路１５１は２次電池１の端子電圧を検出し、２次電池１が満充電に達したことを検出すると、スイッチ１５２をオフする。従って、２次電池１の過充電が防止される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、複数の電池パックを、直列または並列に接続して用いる場合、２次電池毎の電池容量または電池パックの接続状態（直列接続または並列接続）によって、２次電池を充電または放電する際に、２次電池が過充電または過放電されたり、２次電池毎にバランスの悪い充放電が行われてしまうという課題があった。
【０００６】
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、２次電池を安全に使用することができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の電池パックは、２次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１のスイッチング回路と、２次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２のスイッチング回路と、２次電池の出力端子としての正端子および負端子と、外部からの外部制御信号を検出する信号検出回路と、信号検出回路により検出された外部制御信号に対応して、第１または第２のスイッチング回路の動作を制御する制御回路とを備え、外部制御信号は、正端子および負端子から入力され、信号検出回路は、正端子および負端子に接続され、正端子および負端子から入力された外部制御信号を、第１のスイッチング回路または第２のスイッチング回路をオンまたはオフして検出することを特徴とする。
【００１０】
２次電池の過充電または過放電を検出する検出回路と、検出回路の検出結果に対応した動作を、外部制御信号に対応する動作より優先的に、制御回路に行わせる優先制御回路とをさらに設けることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電池パック、充電装置及び放電装置の実施例を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の電池パックの一実施例の構成を示す図である。電池パック１０に収納されている２次電池１は、スイッチング回路２と直列に接続されている。電池パック１０の出力端子としての正端子７及び負端子８は、使用時、負荷に接続されるとともに、充放電時、充電装置または放電装置に接続される。スイッチング回路２においては、２個のＦＥＴ３，４が直列に接続され、各ＦＥＴは、それぞれ寄生ダイオード３Ｄ，４Ｄを有している。
【００１５】
信号入力端子９は、電池パック１の外部から外部制御信号の入力を受け、信号検出回路６に出力するようになされている。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力するようになされている。制御回路５は、信号検出回路６から出力された信号に従って、スイッチング回路２のＦＥＴ３及び４を制御するようになされている。
【００１６】
図２は、本発明の充電装置の一実施例の構成を示す図である。この充電装置２０は、図１に示す電池パック１０に接続して用いられる。正端子２７は電池パック１０の正端子７に、負端子２８は電池パック１０の負端子８に、信号出力端子２９は電池パック１０の信号入力端子９に、それぞれ接続される。定電圧回路２３及び定電流回路２４は、２次電池１を充電するようになされている。電圧検出回路２２は、２次電池１の端子電圧を検出し、電流検出回路２１は、充電電流を検出し、それぞれその検出信号を制御回路２５に出力するようになされている。
【００１７】
制御回路２５は、電圧検出回路２２及び電流検出回路２１の出力を受け、信号出力回路２６の動作を制御するようになされている。信号出力回路２６は、信号出力端子２９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に外部制御信号を出力するようになされている。
【００１８】
図３は、本発明の放電装置の一実施例の構成を示す図である。この放電装置３０は、図１に示す電池パック１０に接続して用いらる。正端子３７は電池パック１０の正端子７に、負端子３８は電池パック１０の負端子８に、信号出力端子３９は電池パック１０の信号入力端子９に、それぞれ接続される。負荷回路３３は、抵抗等で構成されており、２次電池１を放電するようになされている。電圧検出回路３２は、２次電池１の端子電圧を検出し、電流検出回路３１は、放電電流を検出し、それぞれ、制御回路３４に検出結果を出力するようになされている。
【００１９】
制御回路３４は、電圧検出回路３２及び電流検出回路３１の出力を受け、信号出力回路３５の動作を制御するようになされている。信号出力回路３５は、信号出力端子３９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に外部制御信号を出力するようになされている。
【００２０】
次に、図１乃至図３に示す実施例の動作について説明する。
【００２１】
まず、図１に示す電池パック１０が、図２に示す充電装置２０に接続された場合の動作について説明する。電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９は、充電装置２０の正端子２７、負端子２８及び信号出力端子２９にそれぞれ接続される。そして、２次電池１の充電を行うとき、制御回路２５は、信号出力回路２６を制御し、スイッチング回路２のＦＥＴ３をオフさせ、ＦＥＴ４をオンさせる外部制御信号を出力させる。
【００２２】
信号出力回路２６から出力された外部制御信号は、信号出力端子２９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に入力される。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力する。制御回路５は、信号検出回路６の出力に対応して、ＦＥＴ３をオフし、ＦＥＴ４をオンするように制御を行う。ＦＥＴ３がオフされ、ＦＥＴ４がオンされると、充電装置２０の定電圧回路２３及び定電流回路２４によって、２次電池１の充電が行われる。
【００２３】
さらに、電流検出回路２１または電圧検出回路２２によって、２次電池１が満充電状態に達したことが検出されると、過充電を防止するために、制御回路２５は、信号出力回路２６を制御し、ＦＥＴ４をオフさせる外部制御信号を出力させる。この外部制御信号は、上述した経路で制御回路５に入力され、制御回路５は、ＦＥＴ４をオフする（ＦＥＴ３もオフ）。ＦＥＴ４がオフされると、ＦＥＴ４自体は勿論、充電電流に対して逆方向に接続されている寄生ダイオード４Ｄにも充電電流は流れないので、２次電池１の過充電が防止される。
【００２４】
次に、図１に示す電池パック１０が、図３に示す放電装置３０に接続された場合の動作について説明する。電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９は、放電装置３０の正端子３７、負端子３８及び信号出力端子３９にそれぞれ接続される。そして、２次電池１の放電を行うとき、制御回路３４は、信号出力回路３５を制御し、スイッチング回路２のＦＥＴ３をオンさせ、ＦＥＴ４をオフさせる外部制御信号を出力させる。
【００２５】
信号出力回路３５から出力された外部制御信号は、信号出力端子３９及び信号入力端子９を介して、信号検出回路６に入力される。信号検出回路６は、この外部制御信号を検出し、制御回路５に出力する。制御回路５は、この検出信号に対応してＦＥＴ３をオンし、ＦＥＴ４をオフするように制御を行う。ＦＥＴ３がオンされ、ＦＥＴ４がオフされると、放電装置３０の負荷回路３３によって、２次電池１の放電が行われる。
【００２６】
さらに、電流検出回路３１は、２次電池１の放電電流を、電圧検出回路３２は２次電池１の端子電圧を検出し、制御回路３４に出力する。制御回路３４は、電流検出回路３１及び電圧検出回路３２の出力に対応して、２次電池１の過放電を防止するため放電動作を止めるとき、信号検出回路３５がＦＥＴ３をオフさせる外部制御信号を出力するように制御する。この外部制御信号は、上述した経路で制御回路５に入力され、制御回路５は、ＦＥＴ３をオフする（ＦＥＴ４もオフ）。ＦＥＴ３がオフされると、放電電流に対して逆方向に接続されている寄生ダイオード３Ｄにも２次電池１の放電電流が流れないので、２次電池１の過充電が防止される。
【００２７】
図４及び図５は、図１に示す電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９が導体１１により、誤ってショートされた場合の接続状態を表している。このように、正端子７と信号入力端子９または負荷端子８が導体１１により誤ってショートされると、信号検出回路６が、これを外部制御信号と誤認し、ＦＥＴ３または４の少なくとも一方をオンさせてしまうおそれがある。
【００２８】
これを防止するために、電池パック１０内に、２次電池１の過充電または過放電を防止するための保護回路を設けることも可能である。図６は、この場合の構成例を示す図である。図６に示す電池パック１０は、２次電池１の過充電または過放電を防止するために、電流検出回路４１、電圧検出回路４２及び優先回路４３によって構成される保護回路４０をさらに備えた構成となっている。
【００２９】
電流検出回路４１は、２次電池１の充電電流または放電電流を検出し、電圧検出回路４２は、２次電池１の充電時または放電時における端子電圧を検出し、それぞれ優先回路４３に出力するようになされている。優先回路４３は、電流検出回路４１及び電圧検出回路４２の出力を検出し、制御回路５にスイッチング回路２のＦＥＴ３または４をオン／オフさせる優先信号を出力するようになされている。
【００３０】
制御回路５は、優先回路４３からの優先信号による制御を、充電装置２０または放電装置３０から出力される外部制御信号による制御に対して優先的に行う。従って、２次電池１の過充電または過放電を防止することができると同時にショートによる誤動作も防止することができる。
【００３１】
図７は、ショートによる誤動作を防止する他の実施例を示す図である。この実施例に示す電池パック１０は、信号検出回路６が信号入力端子９に、コンデンサ５１を介して接続されている。コンデンサ５１は、直流電流を流さないので、信号入力端子９が正端子７または負端子８に誤って接続されたとしても、信号検出回路６は、これを外部制御信号の入力として受け取ることができない。従って、スイッチング回路２の誤動作をさらに確実に防止することができる。
【００３２】
図８は、電池パック１０の他の実施例の構成を示す図である。この電池パック１０は、２個の信号検出回路６Ａ及び６Ｂを備えている。電池パック１０に外部制御信号を入力するとき、正端子７と信号入力端子９との間、または信号入力端子９と負端子８との間に入力される。前者の信号は、信号検出回路６Ａが検出し、後者の信号は、信号検出回路６Ｂが検出する。
【００３３】
図９は、正端子７と負端子８を利用して、外部から、スイッチング回路２をオン／オフさせる信号が入力される場合の電池パックの実施例の構成を示す図である。すなわち、この実施例の場合、スイッチング回路２のＦＥＴ３または４をオン／オフするための外部制御信号は、正端子７及び負端子８から入力され、信号検出回路６が、これを検出するようになされている。図１０は、図９の動作を説明する図である。なお、図１０では、電流検出回路４１、電圧検出回路４２及び優先回路４３の図示は省略している。
【００３４】
信号検出回路６が、正端子７及び負端子８から入力される外部制御信号を検出するためには、スイッチング回路２内のＦＥＴ３または４の少なくとも一方をオフにし、２次電池１とＦＥＴ３，４による外部制御信号の吸収を抑制する必要がある。例えば、充電方向に外部制御信号としての信号電圧ＥS が送られる場合は、ＦＥＴ４をオフにし、信号電圧ＥS が２次電池１に吸収されるのを抑制する。このため、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ４をオフする信号を最初に入力し、ＦＥＴ４をオフにしておく（図１０（ａ））。これにより、信号電圧ＥS を信号検出回路６により検出することができる。
【００３５】
また、放電方向に外部制御信号としての信号電圧ＥS が送られる場合は、ＦＥＴ３をオフにし、信号電圧ＥS が２次電池１に吸収されるのを防がなくてはならない。従って、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ３をオフする信号を最初に入力し、ＦＥＴ３をオフにしておく（図１０（ｂ））。すると、信号電圧ＥS は、２次電池１に吸収されず、信号検出回路６により検出される。
【００３６】
さらに、図１０（ｃ）に示すように、信号入力端子７９から制御回路５に、ＦＥＴ３及び４をオフする信号が最初に入力されていると、正端子７及び負端子８から入力される信号電圧ＥS は、充電方向及び放電方向のいずれの方向へ変化する電圧としても、２次電池１には吸収されず、信号検出回路６により検出される。
【００３７】
図１１は、２つの電池パックを並列に接続して用いるための電池パック１０Ｃの構成を示す図である。また、図１２は、図１１に示す電池パック１０Ｃの内部の回路の構成例を示す図である。電池パック１０Ｃは、２つの電池パック１０Ａ及び１０Ｂを並列に接続して用いるための電池パックである。また、図１２においては、簡単のため、電池パック１０Ａ及び１０Ｂ内の制御回路５及び信号検出回路６は省略して示されている。
【００３８】
この電池パック１０Ｃに、電池パック１０Ａ及び１０Ｂが装着された場合、内部の２次電池１Ａと１Ｂの端子電圧にバラツキがあると、２次電池１Ａまたは１Ｂの一方が、他方を充電してしまうおそれが生じる。従って、制御回路５Ｃは、２次電池１Ａ及び１Ｂに充電電流が流れないように、ＦＥＴ４Ａ及びＦＥＴ４Ｂをオフする信号を、電池パック１０Ａ及び１０Ｂに出力し、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオフにする。また、この電池パック１０Ｃに、放電装置３０が接続されている場合も同様である。
【００３９】
一方、この電池パック１０Ｃに、充電装置２０が接続されている場合は、制御回路５は、２次電池の放電電流を流さないために、ＦＥＴ３Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオンする。
【００４０】
図１３は、図１２に示す電池パック１０Ｃの他の構成例を示す図である。この電池パック１０Ｃは、電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ａ及び１０Ｂと並列に接続された構成となっている。
【００４１】
図１３に示す電池パック１０Ｃは、装着されている電池パック１０Ａ及び１０Ｂに収納されている２次電池１Ａ及び１Ｂをバランス良く用いるため、電圧検出回路４２Ｃによって、２次電池毎の電池容量の検出を行い、その検出結果に応じて、制御回路５ＣがＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂのオン／オフを制御するようになされている。
【００４２】
電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電圧を検出するとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ３Ａ及び４Ａをオンし（またはＦＥＴ３Ａをオン、ＦＥＴ４Ａをオフし）、ＦＥＴ３Ｂ及び４Ｂをオフする。一方、電圧検出回路４２Ｃが、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電圧を検出するとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ３Ａ及び４Ａをオフし、ＦＥＴ３Ｂ及び４Ｂをオン（またはＦＥＴ３Ｂをオン、ＦＥＴ４Ｂをオフ）する。
【００４３】
上述した、２次電池毎の電池容量の測定が終了すると、制御回路５Ｃは、電圧検出回路４２Ｃの検出結果に応じて、以下の動作を行う。
【００４４】
第１に、この電池パック１０Ｃが放電装置３０に接続されているか、または何にも接続されていない場合において、２次電池１Ａの電池容量（端子電圧）が２次電池１Ｂの電池容量（端子電圧）よりも多い（高い）とき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ４Ｂをオフ、他のＦＥＴをオンする。これにより、より電池容量の少ない２次電池１Ｂが、より電池容量の多い２次電池１Ａによって充電されることを防止する。
【００４５】
一方、２次電池１Ｂの電池容量が２次電池１Ａの電池容量よりも多いとき、制御回路５Ｃは、ＦＥＴ４Ａをオフし、他のＦＥＴをオンする。従って、より電池容量の少ない２次電池１Ａが、より電池容量の多い２次電池１Ｂによって、充電されることを防止することができる。
【００４６】
また、２次電池１Ａ及び１Ｂの電池容量が等しい場合は、互いに他を充電することがないので、制御回路５Ｃは、全てのＦＥＴをオンする。
【００４７】
第２に、この電池パック１０Ｃが充電装置２０に接続されている場合においては、２次電池からは放電電流が流れないので、制御回路５Ｃは、全てのＦＥＴをオンする。
【００４８】
図１４は、２つの電池パックを直列に接続して用るための電池パック１０Ｄの構成を示す図である。図１５は、図１４に示す電池パック１０Ｄの内部の回路構成例を示す図である。なお、図１５において、電池パック１０Ａ及び１０Ｂ内の信号検出回路は簡単のため図示を省略してある。
【００４９】
２次電池が直列に接続されている場合、２次電池毎に、電池容量が異なっていると、充電を行う際、電池容量のより多い（端子電圧の高い）２次電池が、電池容量のより少ない（端子電圧の低い）２次電池より早く充電が完了してしまう。さらに、電池容量のより少ない（端子電圧の低い）２次電池の充電が完了するまで、充電動作が行われると、電池容量のより多い（端子電圧の高い）２次電池は過充電状態になり、最悪の場合、破壊されるおそれがある。
【００５０】
従って、図１５に示す電池パック１０Ｄにおいては次のような動作が行われる。電圧検出回路８０及び８１が２次電池１Ａ及び１Ｂの端子電圧を検出し、その検出結果が制御回路５Ｄに入力される。制御回路５Ｄは、２次電池１Ａと１Ｂが異なる電池容量であると判定すると、回路に充電電流が流れないように、ＦＥＴ４Ａをオフさせる信号を電池パック１０Ａに出力し、ＦＥＴ４Ｂをオフさせる信号を電池パック１０Ｂに出力する。これにより、一方の２次電池の過充電を防止することができる。
【００５１】
２次電池１Ａと１Ｂの端子電圧が等しい場合、ＦＥＴ４Ａ，４Ｂは必要に応じてオンされる。
【００５２】
なお、電圧検出回路８０及び８１を設けずに、電池パック１０Ａに構成されている電圧検出回路４２Ａ、及び電池パック１０Ｂに構成されている電圧検出回路４２Ｂの検出した電池電圧を制御回路５Ｄに出力して動作を行わせても良い。
【００５３】
図１６は、図１５に示す電池パック１０Ｄの他の構成例を示す図である。この電池パック１０Ｄは、電池検出回路９０がさらに設けられた構成となっている。電池検出回路９０は、電池パック１０Ａ及び１０Ｂに、２次電池１Ａ及び１Ｂが収納されているか否かを検出する回路である。電池検出回路９０の検出結果は制御回路５Ｄに入力される。
【００５４】
制御回路５Ｄは、電池検出回路９０が、２次電池１Ａ及び１Ｂの両方が電池パック１０Ａ及び１０Ｂに収納されていることを検出した場合にのみ、ＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂをオン／オフすることができる。２次電池１Ａまたは１Ｂのいずれか一方でも、電池パック１Ａまたは１Ｂに収納されていないことが電池検出回路９０によって検出されると、制御回路５Ｄは、ＦＥＴ３Ａ乃至４Ｂ全てをオフの状態にしておく。つまり、図１６に示す電池パック１０Ｄは、全ての２次電池が電池パックに収納されている場合にのみＦＥＴの切り換え動作が行われ、使用することができる。
【００５５】
電池検出回路９０が、電池パックに２次電池が収納されているか否かを検出する方法として、電池パックの電池装着部にスイッチ等を設け、電池装着部への２次電池の収納により、スイッチがオンし、２次電池の収納を検出する方法と、電池パックに２次電池が収納されることにより流れる電流を検出することによって、電池パックへの２次電池の装着を検出する方法とがある。
【００５６】
図１７は、図１５に示す電池パック１０Ｄに充電装置を接続した構成例を示す図である。図中、右側に示す充電装置２０は、図２に示す充電装置２０に、２個のＦＥＴ９１及び９２をさらに付加した構成となっている。電池パック１０Ｄの信号検出回路６Ｄは、充電装置２０の信号出力回路２６からの外部制御信号を検出し、制御回路５Ｄに検出信号を出力するようになされている。
【００５７】
充電装置２０の制御回路２５は、電圧検出回路２２または電流検出回路２１の出力に対応して、信号検出回路２６に外部制御信号を出力させる。さらに、制御回路２５は、ＦＥＴ９１及び９２のオン／オフを制御するようになされている。
【００５８】
次に、図１７に示す実施例の動作について説明する。例えば、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電池容量が、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電池容量よりも多い場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１をオン、ＦＥＴ９２をオフし、さらにＦＥＴ３Ａ，４Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ｂをオンするように、信号出力回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、ＦＥＴ９１、２次電池１Ｂ、ダイオード３ＤＢ、ＦＥＴ４Ｂの経路で、２次電池１Ｂのみが充電される。
【００５９】
一方、電池パック１０Ｂに収納されている２次電池１Ｂの電池容量が、電池パック１０Ａに収納されている２次電池１Ａの電池容量よりも多い場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１をオフ、ＦＥＴ９２をオンし、さらにＦＥＴ３Ａ，３Ｂ及び４Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａをオンするように、信号出力回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、２次電池１Ａ、ダイオード３ＤＡ、ＦＥＴ４Ａ、ＦＥＴ９２の経路で２次電池１Ａのみが充電される。
【００６０】
また、２次電池１０Ａと１０Ｂの電池容量が等しい場合は、充電装置２０の制御回路２５は、ＦＥＴ９１及び９２をオフし、さらにＦＥＴ３Ａ及び３Ｂをオフし、ＦＥＴ４Ａ及び４Ｂをオンするように、信号検出回路２６に外部制御信号を出力させる。これにより、２次電池１Ａ、ダイオード３ＤＡ、ＦＥＴ４Ａ、２次電池１Ｂ、ダイオード３Ｂ、ＦＥＴ４Ｂの経路で、２次電池１Ａと１Ｂの両方が充電される。
【００６１】
図１８は、図９に示す電池パック１０の制御回路５の構成例を示す図である。ＮＰＮトランジスタ１０６のベースには、抵抗１０８、ツェナーダイオード１０２及びダイオード１００が、ＮＰＮトランジスタ１０６から順に直列に接続されており、また、ＰＮＰトランジスタ１０７のベースには、抵抗１１０、ツェナーダイオード１０３及びダイオード１０１が、ＰＮＰトランジスタ１０７から順に直列に接続されており、それぞれ信号入力端子７９に入力される信号に応じて動作するようになされている。また、ＮＰＮトランジスタ１０６のコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ３のゲートへの信号経路に接続されており、ＰＮＰトランジスタ１０７のエミッタは、信号検出回路６からＦＥＴ４のゲートへの信号経路に接続されている。
【００６２】
ダイオード１０２とツェナーダイオード１００の接続点と、負端子８の間には、コンデンサ１０４が接続されており、ダイオード１０３とツェナーダイオード１０１の接続点と、負端子８の間には、コンデンサ１０５が接続されている。また、トランジスタ１０６と１０７のベース・エミッタ間には、抵抗１０９と１１１が、それぞれ接続されている。
【００６３】
ＮＰＮトランジスタ１０６のベース電流を流すために、エミッタと負端子８側がダイオード１１３を介して接続されている。また、ダイオード１１２は、２次電池１に流れる充電電流または、２次電池１から流れる放電電流がＮＰＮトランジスタ１０６のエミッタに流れるのを抑制するようになされている。
【００６４】
次に、図１８に示す実施例の動作について説明する。信号入力端子７９から、外部制御信号として高レベルの（プラスの）電圧が入力されると、順方向に接続されているダイオード１００がオンし、さらにツェナーダイオード１０２も逆バイアス電圧がかかり、オンする。そして、抵抗１０８を介して高レベル電圧がＮＰＮトランジスタ１０６のベースにかかり、ＮＰＮトランジスタ１０６はオンする。これにより、ＦＥＴ３のゲートとソースが、ＮＰＮトランジスタ１０６、ダイオード１１２の経路で短絡され、ＦＥＴ３がオフされる。
【００６５】
信号入力端子９から、外部制御信号として低レベルの（マイナスの）電圧が入力されると、ダイオード１０１がオンし、さらにツェナーダイオード１０３も逆バイアス電圧がかかり、オンする。そして、抵抗１１０を介して低レベル電圧がＰＮＰトランジスタ１０７のベースにかかるため、ＰＮＰトランジスタ１０７はオンする。これにより、ＦＥＴ４のゲートとソースが、ＰＮＰトランジスタ１０７により短絡され、ＦＥＴ４がオフされる。
【００６６】
また、信号入力端子９に、外部制御信号として、交流電圧またはパルス状の電圧が入力された場合、ダイオード１００により整流された高レベル電圧が、コンデンサ１０４に蓄積される。高レベル電圧から低レベル電圧に入力信号が変化したとき、低レベル電圧がダイオード１０１により整流され、コンデンサ１０５に蓄積される。これにより、ツェナーダイオード１０２、ＮＰＮトランジスタ１０６、ツェナーダイオード１０３、ＰＮＰトランジスタ１０７がいずれもオンし、ＦＥＴ３及び４は、いずれもオフされる。
【００６７】
以上のことをまとめると、ＦＥＴ３のみをオフする場合は、高レベルの電圧を、ＦＥＴ４のみをオフする場合は、低レベルの電圧を、ＦＥＴ３及び４の両方をオフする場合は、交流電圧またはパルス状の電圧を、それぞれ外部制御信号として、信号入力端子９に入力すれば良い。
【００６８】
図１９は、制御回路５の他の構成例を示す図である。この制御回路５の構成は、図１８に示す制御回路５のＰＮＰトランジスタ１０７を省略した構成となっている。ＦＥＴ３をオフさせる場合は、図１８に示す実施例の動作と同様に、信号入力端子９に高レベルの信号を入力する。これにより、ダイオード１２１、抵抗１２６の経路でベースに高レベルの信号が印加されるため、ＮＰＮトランジスタ１２５がオンし、ＦＥＴ３がオフする。
【００６９】
一方、ＦＥＴ４をオフする場合は、信号入力端子９及び負端子８をショートさせる。これによりダイオード１２２がオンし、ＦＥＴ４がオフする。
【００７０】
図２０は、制御回路５の他の構成例を示す図である。ＮＰＮトランジスタ１３５のベースには、抵抗１３３及びツェナーダイオード１３１が直列に接続されており、そのコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ３への信号経路に接続されている。またＮＰＮトランジスタ１３６のベースには抵抗１３４及びツェナーダイオード１３２が直列に接続されており、そのコレクタは、信号検出回路６からＦＥＴ４への信号経路に接続されている。
【００７１】
また、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧は、ツェナーダイオード１３２のツェナー電圧よりも高い値に設定されている。
【００７２】
次に、図２０に示す実施例の動作について説明する。ＦＥＴ４のみをオフするには、ツェナーダイオード１３２のツェナー電圧以上、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧未満の電圧を、信号入力端子９に外部制御信号として入力する。すると、ツェナーダイオード１３２がオンし、ＮＰＮトランジスタ１３６は、そのベースに高レベルのベース電圧がかかり、オンする。従って、ＦＥＴ４はオフされる。このとき、ツェナーダイオード１３１はオフしている。
【００７３】
さらに、ＦＥＴ３及び４の両方をオフするには、ツェナーダイオード１３１のツェナー電圧以上の電圧を、信号入力端子９に外部制御信号として入力する。すると、ツェナーダイオード１３１及び１３２の両方がオンし、ＮＰＮトランジスタ１３５及び１３６のそれぞれのベースに高レベルのベース電圧がかかり、各々オンする。従って、ＦＥＴ３及び４のいずれもオフされる。
【００７４】
本発発明によれば、２次電池を安全に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電池パックの一実施例の構成を示す図である。
【図２】本発明の充電装置の一実施例の構成を示す図である。
【図３】本発明の放電装置の一実施例の構成を示す図である。
【図４】図１に示す電池パック１０の正端子７、負端子８及び信号入力端子９が導体によりショートしている状態を示す図である。
【図５】図４に示す電池パック１０の構成を示す図である。
【図６】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図７】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図８】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図９】図１に示す電池パック１０の他の構成例を示す図である。
【図１０】図９に示す実施例の動作を説明する図である。
【図１１】２個の電池パックを並列に接続して用いられる電池パックの構成例を示す図である。
【図１２】図１１に示す電池パック１０Ｃの構成例を示す図である。
【図１３】図１１に示す電池パック１０Ｃの他の構成例を示す図である。
【図１４】２個の電池パックを直列に接続して用いられる電池パックの構成例を示す図である。
【図１５】図１４に示す電池パック１０Ｄの構成例を示す図である。
【図１６】図１４に示す電池パック１０Ｄの他の構成例を示す図である。
【図１７】図１５に示す電池パック１０Ｄに充電装置を接続した構成を示す図である。
【図１８】図９に示す制御回路５の構成例を示す図である。
【図１９】図９に示す制御回路５の他の構成例を示す図である。
【図２０】図９に示す制御回路５の他の構成例を示す図である。
【図２１】従来の電池パックの一構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ ２次電池
２ スイッチング回路
３，３Ａ，３Ｂ，３ＤＡ，３ＤＢ ＦＥＴ
３Ｄ 寄生ダイオード
４，４Ａ，４Ｂ ＦＥＴ
４Ｄ 寄生ダイオード
５，５Ｃ，５Ｄ 制御回路
６，５Ｃ，６Ｄ 信号検出回路
７ 正端子
８ 負端子
９ 信号入力端子
１０ 電池パック
２０ 充電装置
２１ 電流検出回路
２２ 電圧検出回路
２３ 定電圧回路
２４ 定電流回路
２５ 制御回路
２６ 信号出力回路
２７ 正端子
２８ 負端子
２９ 信号出力端子
３０ 放電装置
３１ 電流検出回路
３２ 電圧検出回路
３３ 負荷回路
３４ 制御回路
３５ 信号出力回路
３７ 正端子
３８ 負端子
３９ 信号出力端子
４０ 保護回路
４１ 電流検出回路
４２，４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ 電圧検出回路
４３ 優先回路
５１，５１Ａ，５１Ｂ コンデンサ
７９ 信号入力端子
８０，８１ 電圧検出回路
９０ 電池検出回路
９１，９２ ＦＥＴ
１００，１０１ ダイオード
１０２，１０３ ツェナーダイオード
１０４，１０５ コンデンサ
１０６ ＮＰＮトランジスタ
１０７ ＰＮＰトランジスタ
１０８乃至１１１ 抵抗
１１２，１１３ ダイオード
１２１乃至１２４ ダイオード
１２５ ＮＰＮトランジスタ
１２６ 抵抗
１３１，１３２ ツェナーダイオード
１３３，１３４ 抵抗
１３５，１３６ ＮＰＮトランジスタ
１３７，１３８ ダイオード
１５１ 電圧検出回路
１５２ スイッチ
Claims (2)
- ２次電池を収納する電池パックにおいて、
前記２次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１のスイッチング回路と、
前記２次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２のスイッチング回路と、
前記２次電池の出力端子としての正端子および負端子と、
外部からの外部制御信号を検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路により検出された前記外部制御信号に対応して、前記第１または第２のスイッチング回路の動作を制御する制御回路と
を備え、
前記外部制御信号は、前記正端子および負端子から入力され、
前記信号検出回路は、前記正端子および負端子に接続され、前記正端子および負端子から入力された前記外部制御信号を、前記第１のスイッチング回路または第２のスイッチング回路をオンまたはオフして検出する
ことを特徴とする電池パック。 - 前記２次電池の過充電または過放電を検出する検出回路と、
前記検出回路の検出結果に対応した動作を、前記外部制御信号に対応する動作より優先
的に、前記制御回路に行わせる優先制御回路と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
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