JP4128979B2 - Battery pack and battery protection device - Google Patents
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Description
本発明は、可搬型電子機器のように電池を用いて動作する機器における電池保護に係り、特に、所定個数の電池を関連回路とともに容器に収容して一体化してなる電池パックおよびこのような電池パックを装填して使用する機器に設けられる電池保護装置に関する。 The present invention relates to battery protection in a device that operates using a battery such as a portable electronic device, and in particular, a battery pack in which a predetermined number of batteries are housed in a container together with related circuits and such a battery. The present invention relates to a battery protection device provided in a device that is used by loading a pack.
近年、いわゆるOA機器等のような情報処理電子機器においては、携帯可能な電子機器すなわち可搬型電子機器の需要が増えており、このような可搬型電子機器では、ほとんどの場合、商用電源の使用できないような場所でも電池により駆動できるようにしている。 In recent years, in information processing electronic devices such as so-called OA devices, there is an increasing demand for portable electronic devices, that is, portable electronic devices. In such portable electronic devices, in most cases, the use of a commercial power source is used. The battery can be driven even in places where it cannot be done.
このような電子機器においては、電池として、一般的な、マンガン電池およびアルカリ電池等の乾電池のような一次電池よりも、充電可能な二次電池すなわちニッケル−カドミウム電池およびニッケル−水素電池等が用いられることが多く、また、所要の電力を得るため複数個組み合わせて用いることが多い。そのため、一般に、所定個数の電池を関連回路とともに容器に収容して一体化して電池パックを構成し、この電池パックを電子機器に装填して用いられている。電池自体は、劣化するため一種の消耗品であり、電子機器に対して着脱可能な構成となっている。 In such an electronic device, a rechargeable secondary battery, that is, a nickel-cadmium battery, a nickel-hydrogen battery, or the like is used as a battery rather than a general primary battery such as a dry battery such as a manganese battery or an alkaline battery. In many cases, a plurality of them are used in combination in order to obtain required power. Therefore, in general, a predetermined number of batteries are accommodated in a container together with related circuits and integrated to form a battery pack, and this battery pack is loaded into an electronic device and used. Since the battery itself deteriorates, it is a kind of consumable item and is configured to be detachable from the electronic device.
電池パックには、機器に接続するための正極端子および負極端子等が設けられており、このような正極端子および負極端子が外部側面等に突設されていることが多い。ところが、電池パックは、着脱可能であるため、通常の電池と同様、電子機器に装填せずに、例えば予備用等として持ち歩くことも少なくない。このような場合、正極端子および負極端子が外面に突設されていると、外部において金属等の導電体接触するなどして、両端子間の短絡を起こすことがある。電池の正極端子−負極端子間の短絡は、電池の劣化、発熱および液漏れ等の原因となる。 The battery pack is provided with a positive electrode terminal and a negative electrode terminal for connection to a device, and such a positive electrode terminal and a negative electrode terminal are often provided on the external side surface. However, since the battery pack is detachable, it is often carried around as a spare, for example, without being loaded into an electronic device, like a normal battery. In such a case, if the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are projected from the outer surface, a short circuit between the two terminals may occur due to contact with a conductor such as metal outside. A short circuit between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery causes deterioration of the battery, heat generation, liquid leakage, and the like.
そこで、このような電池パックにおいては、正極端子−負極端子間の短絡を未然に防止する必要がある。電池パック等の短絡保護技術としては、従来、ヒューズあるいは自己復帰可能なスイッチ素子用いるものがあった。すなわち、前記ヒューズの場合は、電池の電流の放電パスに直列にヒューズを介挿し、短絡された場合に、前記放電パスを流れる電流またはそれによる発熱により、前記ヒューズが溶断することによって、前記放電パスを切り離す。前記スイッチ素子の場合は、前記放電パスに直列に自己復帰可能なスイッチ素子を介挿し、短絡された場合に、前記放電パスを流れる電流等により、前記スイッチ素子をオフさせることによって、前記放電パスを切り離す。このようにして、短絡時には、速やかに放電パスを切り離し、短絡による電池の発熱および液漏れ等を防止するようにしている。 Therefore, in such a battery pack, it is necessary to prevent a short circuit between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal. Conventionally, as a short circuit protection technique for a battery pack or the like, there has been a technique using a fuse or a self-recoverable switch element. That is, in the case of the fuse, when the fuse is inserted in series with the discharge path of the battery current and short-circuited, the fuse is blown by the current flowing through the discharge path or the heat generated thereby, thereby causing the discharge. Disconnect the path. In the case of the switch element, a self-recoverable switch element is inserted in series with the discharge path, and when the switch element is short-circuited, the switch element is turned off by a current flowing through the discharge path, etc. Disconnect. In this way, at the time of a short circuit, the discharge path is quickly disconnected to prevent battery heat generation and liquid leakage due to the short circuit.
また、正極端子および負極端子等の端子部分を特殊な形状とすることによって、専用のコネクタに装着されたとき以外には、外部に接触しにくい構造にすることで対処している場合もある。例えば、電池パックの外面に端子数に応じた複数の凹部を形成し、該凹部の底面にそれぞれ端子部分の導電体金属等からなる接触子を設けて、前記接触子よりもその周囲の絶縁体部分を高くするなど、前記正極端子の接触子と負極端子の接触子との間に絶縁体からなる障壁部を形成するようにして、短絡の危険に対処するようにしている。 In addition, there are cases where the terminal portions such as the positive electrode terminal and the negative electrode terminal have special shapes so that they are not easily brought into contact with the outside except when attached to a dedicated connector. For example, a plurality of recesses corresponding to the number of terminals are formed on the outer surface of the battery pack, and contacts made of a conductor metal or the like of the terminal portions are provided on the bottom surfaces of the recesses, and the surrounding insulators than the contacts A barrier portion made of an insulator is formed between the contact of the positive electrode terminal and the contact of the negative electrode terminal, for example, by raising the portion, so as to deal with the danger of short circuit.
上述した、端子部分近傍の形状による短絡保護の場合は、単に、電極端子の接触子が外
部金属等に接触しにくいだけであり、接触する危険は充分にある。したがって、仮に、接触した場合には、正極端子−負極端子間の短絡によって、火花が飛んだり、発熱したりする等の問題が発生することはいうまでもない。
In the case of the above-described short circuit protection by the shape in the vicinity of the terminal portion, the contact of the electrode terminal is merely difficult to contact an external metal or the like, and there is a sufficient risk of contact. Therefore, if contact is made, it is needless to say that a short circuit between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal causes problems such as sparks and heat generation.
ヒューズを用いた保護によって、過剰な発熱等を未然に防ぐことができたとしても、ヒューズ切れの復旧のためのヒューズ交換には手間がかかるという問題がある。 Even if it is possible to prevent excessive heat generation or the like by protection using a fuse, there is a problem that it takes time to replace the fuse for recovery from a blown fuse.
自己復帰可能なスイッチ素子を用いた場合には、短絡が発生してから該スイッチ素子がオフするまでに秒単位の時間が必要なため、電池の劣化が発生する原因となる。 When a self-recoverable switch element is used, since a time in seconds is required from when a short circuit occurs until the switch element is turned off, it causes deterioration of the battery.
これに対して、電池の負極側にスイッチ回路を挿入し、このようなスイッチ回路を用いて短絡保護回路を構成することも考えられる。図11に、そのような電池パックおよびその周辺回路を含む短絡保護回路の例を示している。 On the other hand, it is also conceivable to insert a switch circuit on the negative electrode side of the battery and to configure a short circuit protection circuit using such a switch circuit. FIG. 11 shows an example of a short circuit protection circuit including such a battery pack and its peripheral circuits.
この場合、機器側において、例えば、商用交流電源からACアダプタにより直流に変換された外部直流電源が入力される外部電源端子DC-INに、前記ACアダプタから、例えば
16Vの直流電力が供給され、電池BTの定格電圧が3Vであったとする。スイッチ回路SWがオンになっている場合には、端子Tの電位は、電池BTの電圧が、抵抗R1とサーミスタTMとで分圧されているため3V以下となる。つまり、端子Tに接続される機器側の素子の耐圧は10V程度でも充分である。スイッチ回路SWがオフになっている場合、正極端子Pは、抵抗R1を通して電源端子DC-INに接続されているため、電位は16Vと
なり、電池BTの正極の電位は16Vとなる。電池電圧が3Vであるので、電池BTの負極側の電圧は16−3の13Vとなり、この状態で端子Tの負極端子Nとの間の電圧Vtは、13〜16Vとなる。
In this case, on the device side, for example, 16 V DC power is supplied from the AC adapter to the external power supply terminal DC-IN to which the external DC power converted from the commercial AC power to DC by the AC adapter is input, It is assumed that the rated voltage of the battery BT is 3V. When the switch circuit SW is on, the potential at the terminal T is 3V or less because the voltage of the battery BT is divided by the resistor R1 and the thermistor TM. That is, the withstand voltage of the device-side element connected to the terminal T is sufficient even at about 10V. When the switch circuit SW is turned off, the positive terminal P is connected to the power supply terminal DC-IN through the resistor R1, so that the potential is 16V and the positive potential of the battery BT is 16V. Since the battery voltage is 3V, the voltage on the negative side of the battery BT is 13V of 16-3, and in this state, the voltage Vt between the negative terminal N of the terminal T is 13 to 16V.
これでは、端子Tに接続される機器側の回路の耐圧は、10Vでは足りなくなり、回路構成によっては、回路が成立しなくなってしまう。外部電源端子DC-INに、ACアダプタ
から供給される、例えば16Vの直流電力は、電池BTの充電にも使用される。
In this case, the withstand voltage of the circuit on the device side connected to the terminal T is insufficient at 10 V, and the circuit cannot be established depending on the circuit configuration. For example, 16V DC power supplied from the AC adapter to the external power supply terminal DC-IN is also used for charging the battery BT.
スイッチ回路SWは、例えばFET(電解効果型トランジスタ)を用いて構成される。そのFETをオン/オフするゲート端子(図示していない)が外部に引出されており、これを機器側で正極端子Pの電位と短絡してやることによってオンとなり、電池の出力を外部に取り出すことができるようになる。 The switch circuit SW is configured using, for example, an FET (electrolytic effect transistor). A gate terminal (not shown) for turning on / off the FET is drawn out to the outside, and is turned on by short-circuiting it with the potential of the positive terminal P on the device side, and the output of the battery can be taken out to the outside. become able to.
ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池等の二次電池は、充電中に熱を持つので、電池の温度を検出し充電を停止させるなどして、過熱から保護するために、サーミスタTMが設けられている。 Secondary batteries such as nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries have heat during charging, so the thermistor TM is provided to protect against overheating by detecting the battery temperature and stopping charging. ing.
充電完了後に、自己放電により電池BTが放電するので、その自己放電分を補うためのいわゆるトリクル充電として、外部電源端子DC-INから、抵抗R2を介して絶えず微少の
充電を行っている。
Since the battery BT is discharged by self-discharge after the completion of charging, as a so-called trickle charge for compensating for the self-discharge, a minute charge is continuously performed from the external power supply terminal DC-IN via the resistor R2.
この場合、外部で、全端子が短絡した場合、スイッチ回路SWのゲートコントロール用の端子は負極端子Nと短絡されて、グラウンド電位となるためスイッチ回路SWはオフとなり、外部にて、電池の正極−負極間が短絡されることはない。 In this case, when all the terminals are short-circuited externally, the gate control terminal of the switch circuit SW is short-circuited to the negative electrode terminal N and becomes the ground potential, so that the switch circuit SW is turned off and the battery positive electrode is externally connected. -The negative electrode is not short-circuited.
もしも、同様の電池パックにおいて、電池の正極側にスイッチ回路が設けられると、そのスイッチ回路のFETをオン/オフするゲート端子は、機器側で負極電位と短絡することによってオンとなることになる。 In the same battery pack, when a switch circuit is provided on the positive side of the battery, the gate terminal for turning on / off the FET of the switch circuit is turned on by short-circuiting with the negative potential on the device side. .
その場合、外部で、全端子が短絡した場合、ゲートコントロール用端子は、負極端子と短絡されて、負極電位となるため、スイッチ回路はオンとなり、外部にて、電池の正極−負極間が短絡されるおそれがある。 In that case, when all the terminals are short-circuited externally, the gate control terminal is short-circuited to the negative-electrode terminal and becomes a negative potential, so the switch circuit is turned on and the battery positive-negative electrode is short-circuited externally. There is a risk of being.
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、外面の正極端子と負極端子とが接触により短絡しても、電池自体を短絡から保護することを可能とする電池パックを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve such a problem, and provides a battery pack that can protect the battery itself from a short circuit even if the positive electrode terminal and the negative electrode terminal on the outer surface are short-circuited by contact. The purpose is to do.
さらに、本発明は、保護用のスイッチを内蔵する電池パックを用いても、他の回路に悪影響を与えることなく、機器側から電池パック内部のスイッチのコントロールを可能とする電池保護装置を提供することを目的としている。 Furthermore, the present invention provides a battery protection device that enables control of switches inside the battery pack from the device side without adversely affecting other circuits even when a battery pack incorporating a protective switch is used. The purpose is that.
本発明に係る第1の電池パックは、正極および負極を有する電池と、機器接続用の正極端子と、機器接続用であって、前記電池の負極に接続される負極端子と、前記正極端子の電位が、前記電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離し、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させるためのスイッチ手段とを具備している。
本発明に係る第1の電池パックの上記構成は、電池パックに内蔵される電池保護回路に適用してもよい。
A first battery pack according to the present invention includes a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal for device connection, a negative electrode terminal for device connection, connected to the negative electrode of the battery, and the positive electrode terminal When the potential drops to be approximately equal to the negative electrode of the battery, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are disconnected, and at other times, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are electrically connected. Switch means.
The above configuration of the first battery pack according to the present invention may be applied to a battery protection circuit built in the battery pack.
前記スイッチ手段は、前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のスイッチと、前記正極端子と負極端子との間が外部にて短絡されていなければ、前記電池の正極の電位によってオフ制御され、且つ前記正極端子が前記電池の負極にほぼ等しい電位に低下することによってオン制御されて、前記第1のスイッチに制御電圧を与えて該第1のスイッチをオフとする第2のスイッチとを具備していてもよい。
上記スイッチ手段についての構成は、電池パックに内蔵される電池保護回路におけるスイッチ手段に適用してもよい。
The switch means includes a first switch that turns on and off between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery, and a positive electrode of the battery unless the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited externally. And is controlled to be turned on by lowering the positive terminal to a potential substantially equal to the negative electrode of the battery, thereby applying a control voltage to the first switch to turn off the first switch. And a second switch.
The configuration of the switch means may be applied to switch means in a battery protection circuit built in the battery pack.
本発明に係る第2の電池パックは、正極および負極を有する電池と、機器接続用の正極端子と、機器接続用であって、前記電池の負極に接続される負極端子と、機器接続用のコントロール端子と、前記コントロール端子の電位が、前記電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すためのスイッチ手段とを具備している。 A second battery pack according to the present invention includes a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal for device connection, a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery, and a device for device connection. When the potential of the control terminal and the control terminal is lowered to be substantially equal to the negative electrode of the battery, the positive terminal and the positive electrode of the battery are electrically connected, and otherwise the positive terminal and the battery Switch means for disconnecting from the positive electrode.
前記スイッチ手段は、前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のスイッチと、オン状態で前記コントロール端子を有効として、前記コントロール端子が前記電池の負極にほぼ等しい電位に低下することによる前記第1のスイッチのオン制御を可能とするとともに、オフ状態で該コントロール端子を切り離して前記第1のスイッチを強制的にオフ状態とする第2のスイッチと、前記正極端子、コントロール端子および負極端子の相互間が外部にて短絡されていなければ、前記電池の正極の電位によってオン制御されるとともに、前記正極端子が前記電池の負極にほぼ等しい電位に低下することによって、前記電池の負極の電位によってオフ制御されて、前記第2のスイッチを前記電池の正極の電位によってオフ制御する第3のスイッチとを具備していてもよい。 The switch means includes a first switch for turning on / off between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery, and the control terminal is enabled in an on state so that the control terminal has a potential substantially equal to the negative electrode of the battery. A second switch that enables on-control of the first switch by lowering and disconnects the control terminal in an off state to forcibly turn off the first switch; and the positive terminal, If the control terminal and the negative electrode terminal are not short-circuited externally, the on-control is performed by the positive electrode potential of the battery, and the positive terminal is lowered to a potential substantially equal to the negative electrode of the battery, thereby The third switch is turned off by the potential of the negative electrode of the battery, and the second switch is turned off by the potential of the positive electrode of the battery. It may be provided with a switch.
本発明に係る第3の電池パックは、正極および負極を有する電池と、機器接続用の正極端子と、機器接続用であって、前記電池の負極に接続される負極端子と、機器接続用のコントロール端子と、機器接続用であって、前記電池の正極から電位が供給される電圧センス端子と、前記電圧センス端子と前記コントロール端子との間が外部にて短絡されたときに前記コントロール端子に与えられる前記電池の正極の電位により、前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すためのスイッチ手段とを具備している。 A third battery pack according to the present invention includes a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive terminal for device connection, a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery, and a device for device connection. A control terminal for connecting a device, a voltage sense terminal to which a potential is supplied from a positive electrode of the battery, and the control terminal when the voltage sense terminal and the control terminal are short-circuited externally. Switch means for conducting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery according to a given potential of the positive electrode of the battery and disconnecting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery at other times; is doing.
前記スイッチ手段は、前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のス
イッチと、前記コントロール端子の電位によって制御され、該コントロール端子が前記電池の正極の電位に接続されたときにオン制御されて、前記第1のスイッチをオン制御し、そうでないときには、前記電池の負極の電位によりオフ制御されて、前記第1のスイッチをオフとする第2スイッチとを具備していてもよい。
The switch means is controlled by a first switch for turning on / off between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery, and a potential of the control terminal, and the control terminal is connected to a positive electrode potential of the battery. A second switch that is turned on to control the first switch; otherwise, is turned off by the potential of the negative electrode of the battery to turn off the first switch. May be.
本発明に係る第1の電池保護装置は、正極および負極を有する電池と、正極端子と、前記電池の負極に接続される負極端子と、コントロール端子と、前記コントロール端子の電位が、前記電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すための第1のスイッチ手段とを有する電池パックの前記正極端子と負極端子とからの供給電力で動作する負荷手段と、前記負荷手段に関連して設けられ、該負荷手段側から供給されるコントロール信号により前記電池パックのコントロール端子と負極端子との間の短絡・切り離しを行う第2のスイッチ手段とを具備している。 A first battery protection device according to the present invention includes a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal, a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery, a control terminal, and a potential of the control terminal of the battery. First switch means for conducting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery when lowered to be approximately equal to the negative electrode, and disconnecting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery at other times; Load means that operates with power supplied from the positive electrode terminal and the negative electrode terminal of the battery pack, and the control terminal of the battery pack that is provided in association with the load means and that is supplied from the load means side And a second switch means for short-circuiting and separating between the negative electrode terminal and the negative electrode terminal.
本発明に係る第2の電池保護装置は、正極および負極を有する電池と、正極端子と、前記電池の負極に接続される負極端子と、コントロール端子と、前記電池の正極から電位が供給される電圧センス端子と、前記電圧センス端子と前記コントロール端子との間が外部にて短絡されたときに前記コントロール端子に与えられる前記電池の正極の電位により、前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すための第1のスイッチ手段とを有する電池パックの前記正極端子と負極端子とからの供給電力で動作する負荷手段と、前記負荷手段に関連して設けられ、該負荷手段側から供給されるコントロール信号により前記電池パックのコントロール端子とセンス端子との間の短絡・切り離しを行う第2のスイッチ手段とを具備している。 A second battery protection device according to the present invention is supplied with a potential from a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal, a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery, a control terminal, and a positive electrode of the battery. A voltage sense terminal, and between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery due to the potential of the positive electrode of the battery applied to the control terminal when the voltage sense terminal and the control terminal are short-circuited externally. , And a load that operates with power supplied from the positive terminal and the negative terminal of the battery pack having first switch means for disconnecting between the positive terminal and the positive electrode of the battery at other times And a short circuit between the control terminal and the sense terminal of the battery pack by a control signal provided in association with the load means and supplied from the load means side And and a second switching means for performing disconnection.
本発明の第1の電池パックは、スイッチによって、正極端子の電位が、電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離し、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させることにより、外面の正極端子と負極端子とが接触により短絡しても、電池自体を短絡から保護することができる。 The first battery pack of the present invention disconnects the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery when the potential of the positive electrode terminal is lowered to be approximately equal to the negative electrode of the battery by the switch, and otherwise By conducting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery, even if the positive electrode terminal and the negative electrode terminal on the outer surface are short-circuited by contact, the battery itself can be protected from the short circuit.
また、本発明の第2の電池パックは、コントロール端子を有し、スイッチによって、前記コントロール端子の電位が、前記電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すことができる。 In addition, the second battery pack of the present invention has a control terminal, and when the potential of the control terminal is lowered by the switch so as to be substantially equal to the negative electrode of the battery, the positive terminal of the battery and the positive electrode of the battery In other cases, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery can be disconnected.
本発明の第3の電池パックは、電圧センス端子とコントロール端子とを有し、スイッチによって、前記電圧センス端子と前記コントロール端子との間が外部にて短絡されたときに前記コントロール端子に与えられる前記電池の正極の電位により、前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すことができる。 The third battery pack of the present invention has a voltage sense terminal and a control terminal, and is given to the control terminal when the voltage sense terminal and the control terminal are short-circuited externally by a switch. The positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are electrically connected by the potential of the positive electrode of the battery, and the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery can be disconnected at other times.
本発明の第1の電池保護装置は、コントロール端子と、前記コントロール端子の電位が、電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すための第1のスイッチとを有する電池パックの前記正極端子と負極端子とからの供給電力で負荷を動作させ、前記負荷に関連して設けられる第2のスイッチによって、該負荷側から供給されるコントロール信号に応答して前記電池パックのコントロール端子と負極端子との間の短絡・切り離しを行うことにより、他の回路に悪影響を与えることなく、機器側から電池パック内部のスイッチのコントロールをおこなうことが可能となる。 The first battery protection device of the present invention electrically connects the positive terminal and the positive electrode of the battery when the potential of the control terminal and the control terminal decreases to be substantially equal to the negative electrode of the battery. Sometimes a load is operated with power supplied from the positive terminal and the negative terminal of a battery pack having a first switch for disconnecting between the positive terminal and the positive electrode of the battery, and related to the load The second switch provided may adversely affect other circuits by short-circuiting or disconnecting between the control terminal and the negative terminal of the battery pack in response to a control signal supplied from the load side. In addition, the switch inside the battery pack can be controlled from the device side.
本発明に係る第2の電池保護装置は、電圧センス端子とコントロール端子との間が外部
にて短絡されたときに前記コントロール端子に与えられる電池の正極の電位により、前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離すための第1のスイッチを有する電池パックの前記正極端子と負極端子とからの供給電力で負荷を動作させ、前記負荷に関連して設けられる第2のスイッチによって、該負荷側から供給されるコントロール信号に応答して前記電池パックのコントロール端子とセンス端子との間の短絡・切り離しを行うことができる。
According to the second battery protection device of the present invention, when the voltage sense terminal and the control terminal are short-circuited externally, the positive terminal of the battery and the positive terminal of the battery are supplied by the potential of the positive electrode of the battery. Loaded with power supplied from the positive terminal and the negative terminal of the battery pack having a first switch for conducting between the positive electrode and otherwise disconnecting the positive terminal from the positive electrode of the battery And short-circuiting / disconnecting between the control terminal and the sense terminal of the battery pack in response to a control signal supplied from the load side by a second switch provided in association with the load. Can do.
本発明によれば、正極端子の電位が、電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに前記正極端子と前記電池の正極との間をスイッチにより切り離すなどして、外面の正極端子と負極端子とが接触により短絡しても、電池自体を短絡から保護することを可能とする電池パックを提供することができる。 According to the present invention, the positive electrode terminal and the negative electrode terminal on the outer surface are separated by, for example, disconnecting the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery by a switch when the potential of the positive electrode terminal decreases to be approximately equal to the negative electrode of the battery. Even if the battery is short-circuited by contact, a battery pack that can protect the battery itself from the short-circuit can be provided.
また、本発明によれば、コントロール端子の電位が、電池の負極にほぼ等しいほど低下したときに正極端子と前記電池の正極との間を導通させ、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離す第1のスイッチを有する電池パックの前記正極端子と負極端子とからの供給電力で負荷を動作させ、前記負荷に関連して設けられる第2のスイッチによって、該負荷側から供給されるコントロール信号に応答して前記電池パックのコントロール端子と負極端子との間の短絡・切り離しを行うなどして、他の回路に悪影響を与えることなく、機器側から電池パック内部のスイッチのコントロールを可能とする電池保護装置を提供することができる。 Further, according to the present invention, when the potential of the control terminal decreases to be approximately equal to the negative electrode of the battery, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are electrically connected, and otherwise, the positive electrode terminal and the battery are electrically connected. A battery pack having a first switch that disconnects the positive electrode of the battery pack from a positive electrode terminal and a negative electrode terminal. The second switch provided in association with the load causes the load to operate In response to a control signal supplied from the battery pack, the battery pack control terminal and the negative electrode terminal are short-circuited and disconnected, and so on, without adversely affecting other circuits. It is possible to provide a battery protection device that can control the above.
以下、本発明に係る電池パックおよび電池保護装置の実施の形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of a battery pack and a battery protection device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
〔実施の形態1〕図1は、本発明の第1の実施の形態による原理的な電池パックの構成を示している。 [Embodiment 1] FIG. 1 shows the basic configuration of a battery pack according to a first embodiment of the present invention.
図1の電池パックは、電池11、正極端子12、負極端子13およびスイッチ回路14を具備している。電池11は、所定個数の電池、例えばニッケル−水素電池等の充電可能な二次電池、からなり、正極と負極との間に所要の電圧を得るように接続されている。
The battery pack in FIG. 1 includes a battery 11, a
正極端子12および負極端子13は、電池11の出力を電池パックの外部、すなわち負荷となる機器に接続するための端子である。スイッチ回路14は、電池11の前記正極と正極端子12との間に介挿され、正極端子12の電位に応動してオン/オフ動作して、電池11の前記正極と正極端子12との間の接続/切り離しを行う。スイッチ回路14は、正極端子12の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオフ、それ以外はオンとなる。
The
図1の電池パックは、機器に対して着脱可能に構成される。この電池パックにおいては、正極端子12の電位に応答して、電池11の正極側に設けたスイッチ回路14が動作する。すなわち、スイッチ回路14は、取り外された状態においては、通常、オンとなっていて、外部に何らかの導電体が接触するなどして、正極端子12と負極端子13との間が短絡された場合には、正極端子12の電位が低下してスイッチ回路14がオフとなる。したがって、電池11は正極−負極間の短絡から保護される。
The battery pack of FIG. 1 is configured to be detachable from the device. In this battery pack, the
〔実施の形態2〕図2は、本発明の第2の実施の形態による電池パックの構成を示している。図2には、図1に示した本発明による第1の実施の形態の原理に基づく具体的な構成の例を示している。 [Embodiment 2] FIG. 2 shows the structure of a battery pack according to a second embodiment of the present invention. FIG. 2 shows an example of a specific configuration based on the principle of the first embodiment of the present invention shown in FIG.
図2の電池パックは、正極端子12、負極端子13、電池BT、第1のトランジスタTR11、第2のトランジスタTR12、第1の抵抗R11および第2の抵抗R12を具備している。
The battery pack of FIG. 2 includes a
正極端子12および負極端子13は、図1の場合と全く同様である。電池BTは、例えば複数の電池が組み合わせられてなり、実質的には図1の電池11と同様である。
The
トランジスタTR11およびTR12は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFET(電界効果型トランジスタ)により構成される。トランジスタTR11は、ソースが電池BTの正極に接続され、ドレインが正極端子12に接続され、ゲートが抵抗R12の一端に接続されている。抵抗R12の他端は、負極端子13、すなわち電池BTの負極に接続されている。トランジスタTR12は、ソースがトランジスタTR11のソースに接続され、ドレインがトランジスタTR11のゲートに接続され、ゲートが抵抗R11を介して電池BTの正極、すなわちトランジスタTR11のソースに接続されている。
The transistors TR11 and TR12 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs (field effect transistors) whose source / drain are controlled to be turned on / off by a gate potential. The transistor TR11 has a source connected to the positive electrode of the battery BT, a drain connected to the
図2の破線で示されたダイオードはFETの寄生ダイオードである。これらトランジスタTR11およびTR12と、抵抗R11およびR12とにより、図1のスイッチ回路14に相当するスイッチ回路を構成している。
A diode indicated by a broken line in FIG. 2 is a parasitic diode of the FET. These transistors TR11 and TR12 and resistors R11 and R12 constitute a switch circuit corresponding to the
図2の電池パックにおいて、通常、トランジスタTR12のゲートは、抵抗R11を介して電池BTの正極に接続されているので、トランジスタTR12のソースとゲートが同電位となり、トランジスタTR12はオフとなっている。トランジスタTR11のゲートは抵抗R2を介して、電池BTの負極に接続されているため、ソースの電位よりも低い0V(グラウンド電位)になっており、トランジスタTR11はオンとなって、正極端子12から電池BTの電力を出力することができる。 In the battery pack of FIG. 2, normally, the gate of the transistor TR12 is connected to the positive electrode of the battery BT via the resistor R11, so that the source and gate of the transistor TR12 have the same potential, and the transistor TR12 is off. . Since the gate of the transistor TR11 is connected to the negative electrode of the battery BT via the resistor R2, the voltage is 0 V (ground potential) lower than the source potential. The power of the battery BT can be output.
正極端子12と負極端子13との間が導電体に接触するなどして、短絡した場合、トランジスタTR12のゲートは、負極端子13に応じた電位すなわち0Vとなり、トランジスタTR12はオンとなる。トランジスタTR12がオンとなることによって、トランジスタTR11のソースとゲートとが同電位となって、トランジスタTR11がオフとなる。
When a short circuit occurs between the
なお、この電池パックを使用するときは、正極端子12−負極端子13間に負荷がかかるので、抵抗が入ることになり、正極端子12の電位がよほど極端に低下しない限り、トランジスタTR11はオフとならない。すなわち、正極端子12の電位が極端に低くなっているかどうかを見てトランジスタTR11をスイッチしている。
When this battery pack is used, since a load is applied between the
〔実施の形態3〕図3は、本発明の第3の実施の形態による原理的な電池パックの構成を示している。 [Embodiment 3] FIG. 3 shows the basic configuration of a battery pack according to a third embodiment of the present invention.
図3の電池パック1は、図1と同様の電池11、正極端子12および負極端子13に加えて、コントロール端子21 およびスイッチ回路22を具備している。また、図3には
、電池パック1が装着される機器2側の正極端子23、負極端子24およびコントロール端子25等も示されている。
The battery pack 1 of FIG. 3 includes a
図1の場合と同様に、電池11は、所定個数の電池、例えばニッケル−水素電池等の充電可能な二次電池、からなり、正極と負極との間に所要の電圧を得るように接続されている。正極端子12および負極端子13は、電池11の出力を電池パックの外部、すなわち
負荷となる機器に接続するための端子である。
As in the case of FIG. 1, the battery 11 comprises a predetermined number of batteries, for example, rechargeable secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries, and is connected to obtain a required voltage between the positive electrode and the negative electrode. ing. The
コントロール端子21は、スイッチ回路22に機器2側からのコントロール信号を供給するための端子である。スイッチ回路22は、電池11の前記正極と正極端子12との間に介挿され、正極端子12およびコントロール端子21の電位に応動してオン/オフ動作して、電池11の前記正極と正極端子12との間の接続/切り離しを行う。スイッチ回路22は、コントロール端子21と負極端子13とが、機器2側のコントロール端子25および負極端子24を介して短絡され、コントロール端子21の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオンとなり、それ以外はオフとなる。さらに、スイッチ回路22は、図1のスイッチ回路14とほぼ同様に、コントロール端子21と負極端子13とが短絡されていても、正極端子12の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオフとなる。
The
機器2の正極端子23、負極端子24およびコントロール端子25は、電池パック1が機器2に装着されたときに、それぞれ電池パック1の正極端子12、負極端子13およびコントロール端子21に接続される。機器2のコントロール端子25と負極端子24とは、機器2側において短絡されている。
The
図3の電池パック1は、機器に対して着脱可能に構成され、コントロール端子21の電位に応答して、電池11の正極側に設けたスイッチ回路22が動作する。図3の電池パック1は、コントロール端子21のコントロール信号をほぼ負極電位とするとスイッチ回路22がオンとなり、それ以外ではスイッチ回路22がオフとなるが、コントロール端子21が負極電位となっても正極端子12がほぼ負極電位となった場合にはオフとなる。
The battery pack 1 of FIG. 3 is configured to be detachable from the device, and the
すなわち、スイッチ回路22は、電池パック1が機器2から取り外された状態においては、通常、オフとなっていて、電池パック1が機器2に装着されて、コントロール端子21と負極端子13との間が短絡されることによってオンとなり、正極端子12から正極端子23を介して、機器2内に電圧が供給される。
That is, the
コントロール端子21が負極電位に接続されていない場合には、スイッチ回路22がオフとなっているため、正極端子12と負極端子13とを短絡しても電池11は短絡しない。コントロール端子21が負極電位に接続され、スイッチ回路22がオンとなっているときには、正極端子12と負極端子13との間が短絡されると正極端子12の電位が低下するため、スイッチ回路22がオフとなる。したがって、電池11は正極−負極間の短絡から保護される。
When the
〔実施の形態4〕図4は、本発明の第4の実施の形態による電池パックの構成を示している。図4には、図3に示した本発明による第3の実施の形態の原理に基づく具体的な構成の例を示している。 [Embodiment 4] FIG. 4 shows the structure of a battery pack according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 shows an example of a specific configuration based on the principle of the third embodiment according to the present invention shown in FIG.
図4の電池パックは、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21、電池BT、第1のトランジスタTR21、第2のトランジスタTR22、第3のトランジスタTR23、第1の抵抗R21、第2の抵抗R22および第3の抵抗R23を具備している。
The battery pack of FIG. 4 includes a
正極端子12、負極端子13およびコントロール端子21は、図3の場合と全く同様である。電池BTは、図2の場合と同様に、例えば複数の電池が組み合わせられてなり、実質的には図1の電池11と同様である。
The
トランジスタTR21、TR22およびTR23は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。 Transistors TR21, TR22, and TR23 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by a gate potential.
トランジスタTR21は、ソースが電池BTの正極に接続され、ドレインが正極端子12に接続され、ゲートが抵抗R23を介してソースに接続されている。トランジスタTR22は、ソースがトランジスタTR21のゲートに接続され、ドレインがコントロール端子21に接続され、ゲートが抵抗R22を介して電池BTの正極、すなわちトランジスタTR21のソースに接続されている。トランジスタTR23は、ドレインがトランジスタTR22のゲートに接続され、ソースが電池BTの負極および負極端子13に接続され、ゲートが抵抗R21を介して電池BTの正極、すなわちトランジスタTR21のソースに接続されている。トランジスタTR23のゲートはトランジスタTR21のドレインすなわち正極端子12にも接続されている。
The transistor TR21 has a source connected to the positive electrode of the battery BT, a drain connected to the
トランジスタTR21、TR22およびTR23と、抵抗R21、R22およびR23とにより、図3のスイッチ回路22に相当するスイッチ回路を構成している。
Transistors TR21, TR22 and TR23 and resistors R21, R22 and R23 constitute a switch circuit corresponding to the
図4の電池パックにおいて、通常、トランジスタTR12のゲートは、抵抗R23を介してトランジスタTR12のソースに接続されているため、トランジスタTR12がオフとなっていて、正極端子12から電力を出力することはできない。トランジスタTR23のゲートは、抵抗R21を介して、電池BTの正極に接続されているため、トランジスタTR23はオンとなっている。そのため、トランジスタTR22のゲートは、電池BTの負極に接続され、トランジスタTR22のソースは抵抗R23を介して電池BTの正極に接続されているため、トランジスタTR22はオンとなっている。このためコントロール端子21と負極端子13との間が短絡されると、トランジスタTR21のゲート電圧が0Vとなり、トランジスタTR21がオンとなって、正極端子12から電池BTの電力を出力することができるようになる。
In the battery pack of FIG. 4, since the gate of the transistor TR12 is normally connected to the source of the transistor TR12 via the resistor R23, the transistor TR12 is turned off, and power is output from the
この状態で、正極端子12と負極端子13とが短絡された場合、トランジスタTR23のゲート電圧が0Vとなって、トランジスタTR23のソースと同電位となり、トランジスタTR23がオフとなる。そうすると、トランジスタTR22のゲートは、抵抗R22を介して電池BTの正極に接続されているので、該ゲート電位は、トランジスタTR22のソース電位以上となり、トランジスタTR22はオフとなる。トランジスタTR22がオフとなることによって、トランジスタTR21のゲートとコントロール端子21との間が切り離されるため、トランジスタTR21のゲート電位は、トランジスタTR21のソース電位と同じになって、トランジスタTR21はオフとなる。
In this state, when the
このようにして、トランジスタTR22がオフになることによって、トランジスタTR21のゲートがコントロール端子から切り離され、抵抗R23を介して電池BTの正極に接続され、トランジスタTR21がオフとなるので、電池BTは短絡から保護される。 In this way, when the transistor TR22 is turned off, the gate of the transistor TR21 is disconnected from the control terminal and connected to the positive electrode of the battery BT via the resistor R23, and the transistor TR21 is turned off, so that the battery BT is short-circuited. Protected from.
〔実施の形態5〕図5は、本発明の第5の実施の形態による原理的な電池パックの構成を示している。 [Embodiment 5] FIG. 5 shows the basic structure of a battery pack according to a fifth embodiment of the present invention.
図5の電池パック3は、図3と同様の電池11、正極端子12、負極端子13およびコントロール端子21に加えて、電圧センス端子31 、スイッチ回路32および抵抗33
を具備している。また、図5には、電池パック3が装着される機器4側の正極端子23、負極端子24、コントロール端子25および電圧センス端子34等も示されている。
The
It has. FIG. 5 also shows the
図3の場合と同様に、電池11は、所定個数の電池、例えばニッケル−水素電池等の充電可能な二次電池、からなり、正極と負極との間に所要の電圧を得るように接続されている。正極端子12および負極端子13は、電池11の出力を電池パックの外部、すなわち負荷となる機器に接続するための端子である。コントロール端子21は、スイッチ回路3
2を機器4側からコントロールするための端子である。
As in the case of FIG. 3, the battery 11 includes a predetermined number of batteries, for example, rechargeable secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries, and is connected so as to obtain a required voltage between the positive electrode and the negative electrode. ing. The
2 is a terminal for controlling 2 from the device 4 side.
電圧センス端子31は、スイッチ回路32がオフとなっている場合にも機器4側から電池11の電圧を検知できるようにするための端子である。スイッチ回路32は、電池11の前記正極と正極端子12との間に介挿され、コントロール端子21の電位に応動してオン/オフ動作して、電池11の前記正極と正極端子12との間の接続/切り離しを行う。スイッチ回路32は、コントロール端子21と電圧センス端子31とが、機器4側のコントロール端子25および電圧センス端子34を介して短絡され、コントロール端子21の電位が電池11の前記正極の電位にほぼ等しい電位になった際にオンとなり、それ以外はオフとなる。さらに、スイッチ回路32は、図3のスイッチ回路22とほぼ同様に、コントロール端子21と電圧センス端子31とが短絡されていても、正極端子12の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオフとなる。
The
機器4の正極端子23、負極端子24、コントロール端子25および電圧センス端子34は、電池パック3が機器4に装着されたときに、それぞれ電池パック3の正極端子12、負極端子13、コントロール端子21および電圧センス端子31に接続される。機器4のコントロール端子25と電圧センス端子34とは、機器4側において短絡されている。
The
図5の電池パック3は、機器に対して着脱可能に構成され、コントロール端子21の電位に応答して、電池11の正極側に設けたスイッチ回路22が動作する。図5の電池パック3は、コントロール端子21のコントロール信号をほぼ正極電位とするとスイッチ回路32がオンとなり、それ以外ではスイッチ回路32がオフとなるが、コントロール端子21が正極電位となっても正極端子12がほぼ負極電位となった場合にはオフとなる。
The
すなわち、スイッチ回路32は、電池パック3が機器4から取り外された状態においては、通常、オフとなっていて、電池パック3が機器4に装着されて、コントロール端子21と電圧センス端子31との間が短絡されることによってオンとなり、正極端子12から正極端子23を介して、機器2内に電圧が供給される。
That is, the
コントロール端子21が正極電位に接続されていない場合には、スイッチ回路32がオフとなっているため、正極端子12と負極端子13とを短絡しても電池11は短絡しない。コントロール端子21が正極電位に接続され、スイッチ回路32がオンとなっているときには、正極端子12と負極端子13との間が短絡されると正極端子12の電位が低下するため、スイッチ回路32がオフとなる。したがって、電池11は正極−負極間の短絡から保護される。
When the
〔実施の形態6〕図6は、本発明の第6の実施の形態による電池パックの構成を示している。図6には、図5に示した本発明による第5の実施の形態の原理に基づく具体的な構成の例を示している。 [Embodiment 6] FIG. 6 shows a structure of a battery pack according to a sixth embodiment of the present invention. FIG. 6 shows an example of a specific configuration based on the principle of the fifth embodiment according to the present invention shown in FIG.
図6の電池パックは、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21、電圧センス端子31、電池BT、第1のトランジスタTR31、第2のトランジスタTR32、第1の抵抗R31、第2の抵抗R32および第3の抵抗R33を具備している。
6 includes a
正極端子12、負極端子13、コントロール端子21および電圧センス端子31は、図5の場合と全く同様である。電池BTは、図2の場合と同様に、例えば複数の電池が組み合わせられてなり、実質的には図1の電池11と同様である。
The
トランジスタTR31およびTR32は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。 The transistors TR31 and TR32 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential.
トランジスタTR31は、ソースが電池BTの正極に接続され、ドレインが正極端子12に接続され、ゲートが抵抗R32を介してソースに接続されている。トランジスタTR32は、ソースが電池BTの負極および負極端子13に接続され、ドレインがトランジスタTR31のゲートに接続され、ゲートが抵抗R33を介して電池BTの負極、すなわち負極端子13に接続されている。さらに、トランジスタTR32のゲートは、コントロール端子21に直接接続されるとともに、図示極性のダイオードD31を介してトランジスタTR31のドレインすなわち正極端子12に接続されている。電圧センス端子31は、抵抗R31を介して電池BTの正極すなわちトランジスタTR31のソースに接続されている。
The transistor TR31 has a source connected to the positive electrode of the battery BT, a drain connected to the
トランジスタTR31、TR32およびTR33と、抵抗R31、R32およびR33とにより、図5のスイッチ回路32に相当するスイッチ回路を構成している。抵抗R31は、図5の抵抗33に相当する。
Transistors TR31, TR32 and TR33 and resistors R31, R32 and R33 constitute a switch circuit corresponding to the
図6の電池パックにおいて、通常、トランジスタTR32のゲートは、抵抗R33を介してトランジスタTR32のソースと接続されているので、トランジスタTR32はオフとなっている。トランジスタTR31のゲートは、抵抗R32を介してトランジスタTR31のソースと接続されているので、トランジスタTR31はオフとなっていて、正極端子12から電池BTの電力を出力することができない。コントロール端子21を電圧センス端子31に接続すると、トランジスタTR32のゲート電圧は、電池BTの電圧を抵抗R31と抵抗R33とで分圧した電圧となる。この電圧がトランジスタTR32をオンとすることができる電圧となるように、予め抵抗R31およびR33の抵抗値を設定しておけば、トランジスタTR32がオンとなって、トランジスタTR31のゲート電圧が0Vとなり、トランジスタTR31がオンとなって、正極端子12から電池BTの電力を出力することができるようになる。
In the battery pack of FIG. 6, the transistor TR32 is normally turned off because the gate of the transistor TR32 is connected to the source of the transistor TR32 via the resistor R33. Since the gate of the transistor TR31 is connected to the source of the transistor TR31 via the resistor R32, the transistor TR31 is off, and the power of the battery BT cannot be output from the
まれなケースであると思われるが、この状態で、正極端子12と負極端子13とが短絡された場合、ダイオードD31を介して電流が流れ、トランジスタTR32のゲートの電位が下がる。そのためトランジスタTR32がオフとなって、トランジスタTR31のゲート電位がソース電位と同じになり、トランジスタTR31がオフとなる。
Although this seems to be a rare case, when the
〔実施の形態7〕図7は、本発明の第7の実施の形態による原理的な電池保護装置の構成を示している。図7は、図3に示された構成の電池パック1および該電池パック1を装着する機器5で構成される電池保護装置である。 [Embodiment 7] FIG. 7 shows the structure of a basic battery protection apparatus according to a seventh embodiment of the present invention. FIG. 7 shows a battery protection device including the battery pack 1 having the configuration shown in FIG. 3 and the device 5 to which the battery pack 1 is attached.
電池パック1は、図3に示された通り、電池11、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21 および第1のスイッチ回路22を具備している。電池11は、所定個
数の電池、例えばニッケル−水素電池等の充電可能な二次電池、からなり、正極と負極との間に所要の電圧を得るように接続されている。正極端子12および負極端子13は、電池11の出力を電池パック1の外部、すなわち負荷となる機器に接続するための端子である。
As shown in FIG. 3, the battery pack 1 includes a battery 11, a
コントロール端子21は、第1のスイッチ回路22を機器5側からコントロールするための端子である。第1のスイッチ回路22は、電池11の前記正極と正極端子12との間に介挿され、正極端子12およびコントロール端子21の電位に応動してオン/オフ動作して、電池11の前記正極と正極端子12との間の接続/切り離しを行う。スイッチ回路22は、コントロール端子21と負極端子13とが短絡され、コントロール端子21の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオンとなり、それ以外はオフとなる。さらに、スイッチ回路22は、コントロール端子21と負極端子13とが短
絡されても、正極端子12の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオフとなる。
The
機器5は、図3に示された機器2と同様の正極端子23、負極端子24およびコントロール端子25を有し、さらに第2のスイッチ回路41を具備している。第2のスイッチ回路41は、機器5側のコントロール端子25と負極端子24との間を、機器5内部のコントロール信号に応答してオン/オフする。
The device 5 has the same
図7の電池パック1は、機器5に対して着脱可能に構成され、コントロール端子21の電位に応答して、電池11の正極側に設けた第1のスイッチ回路22が動作する。電池パック1は、コントロール端子21の電位をほぼ負極電位とするとスイッチ回路22がオンとなり、それ以外ではスイッチ回路22がオフとなるが、コントロール端子21が負極電位となっても正極端子12がほぼ負極電位となった場合にはオフとなる。
The battery pack 1 of FIG. 7 is configured to be detachable from the device 5, and the
すなわち、スイッチ回路22は、電池パック1が機器5から取り外された状態においては、通常、オフとなっていて、電池パック1が機器5に装着されて、さらにスイッチ回路41が内部のコントロール信号によりオンとなって、コントロール端子21と負極端子13との間が短絡されることによってオンとなり、正極端子12から正極端子23を介して、機器5内に電圧が供給される。すなわち、スイッチ回路22は、電池パック1が機器5に装着されていても、スイッチ回路41が内部のコントロール信号によりオフとなっていれば、コントロール端子21と負極端子13との間が短絡されることはなく、スイッチ回路22はオフとなっていて、正極端子12から機器5内への電力供給はない。
That is, the
このようにして、図3と同様の電池パック1を、機器5に装着した状態においても、機器5内部のコントロール信号によって、スイッチ回路41をオン/オフさせ、それによってスイッチ回路22をオン/オフさせることができる。
In this way, even when the battery pack 1 similar to that shown in FIG. 3 is attached to the device 5, the
〔実施の形態8〕図8は、本発明の第8の実施の形態による電池パックの構成を示している。図8には、図7に示した本発明による第7の実施の形態の原理に基づく具体的な構成の例を示している。 [Embodiment 8] FIG. 8 shows a structure of a battery pack according to an eighth embodiment of the present invention. FIG. 8 shows an example of a specific configuration based on the principle of the seventh embodiment according to the present invention shown in FIG.
図8は、図4とほぼ同様の構成の電池パック6および該電池パック6を装着する機器7で構成される電池保護装置である。図8の電池パック6は、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21、センス端子42、電池BT、第1のトランジスタTR21、第2のトランジスタTR22、第3のトランジスタTR23、第1の抵抗R21、第2の抵抗R22、第3の抵抗R23および第4の抵抗R24を具備している。
FIG. 8 shows a battery protection device including a
トランジスタTR21〜TR23は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。トランジスタTR21は、ソースが電池BTの正極に接続され、ドレインが正極端子12に接続され、ゲートが抵抗R23を介してソースに接続されている。トランジスタTR22は、ソースがトランジスタTR21のゲートに接続され、ドレインがコントロール端子21に接続され、ゲートが抵抗R22を介して電池BTの正極、すなわちトランジスタTR21のソースに接続されている。トランジスタTR23は、ドレインがトランジスタTR22のゲートに接続され、ソースが電池BTの負極および負極端子13に接続され、ゲートが抵抗R21を介して電池BTの正極、すなわちトランジスタTR21のソースに接続されている。トランジスタTR23のゲートはトランジスタTR21のドレインすなわち正極端子12にも接続されている。センス端子42は、抵抗R24を介して電池BTの正極すなわちトランジスタTR21のソースに接続されている。
The transistors TR21 to TR23 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential. The transistor TR21 has a source connected to the positive electrode of the battery BT, a drain connected to the
機器7は、正極端子23、負極端子24、コントロール端子25、センス端子43、第4のトランジスタTR24、第5のトランジスタTR25、第6のトランジスタTR26、第5の抵抗R25、第6の抵抗R26、第7の抵抗R27および第8の抵抗R28を具備している。
The device 7 includes a
トランジスタTR24〜TR26は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。トランジスタTR24は、ソースが負極端子24に接続され、ドレインがコントロール端子25に接続され、ゲートが抵抗R28を介して正極端子23に接続されている。トランジスタTR24のゲートは抵抗R25を介して負極端子24と同電位の負極電位(グラウンド)にも接続されている。トランジスタTR25は、ソースがセンス端子43に接続され、ドレインがトランジスタTR24のゲートに接続され、ゲートが正極端子23に接続されている。トランジスタTR25のゲートは抵抗R27を介して負極電位にも接続されている。トランジスタTR26は、ソースが負極電位に接続され、ドレインがトランジスタTR24のゲートに接続され、ゲートが抵抗R26を介して負極電位に接続されている。機器7の内部のコントロール信号はトランジスタTR26のゲートに与えられる。
The transistors TR24 to TR26 are switch elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential. The transistor TR24 has a source connected to the
トランジスタTR21〜TR26は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。機器7の正極端子23、負極端子24、コントロール端子25およびセンス端子43は、電池パック6が機器7に装着された時点で、電池パック6の正極端子12、負極端子13、コントロール端子21およびセンス端子42にそれぞれ接続される。
The transistors TR21 to TR26 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential. The
図8の電池パック6が機器7に装着されたばかりの時点では、トランジスタTR21はオフとなっているので、正極端子12から機器に電源を供給することはできない。トランジスタTR25のソースは抵抗R24を介して電池BTの正極から電池電圧がかかっており、トランジスタTR25のゲートは抵抗R27を介して負極電位に接続されているので、トランジスタTR25はオンとなる。トランジスタTR24のゲート電圧は、電池BTの出力電圧を抵抗R24と抵抗R25とで分圧した電圧となり、この電圧がトランジスタTR24をオンとする電圧になるように予め両抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタTR24がオンとなる。トランジスタTR24がオンとなると、コントロール端子25と負極端子24との間、すなわちコントロール端子21と負極端子13との間が接続されるので、正極端子12から電池BTの電力が出力される。
When the
トランジスタTR25のゲート電圧が電池BTの電圧となるため、トランジスタTR25がオフとなるが、トランジスタTR24のゲート電圧は電池BTの出力電圧を抵抗R28と抵抗R25とで分圧した電圧となるため、この電圧がトランジスタTR24をオンとする電圧になるように予め両抵抗値を設定しておくことにより、トランジスタTR24はオンのままとなる。 Since the gate voltage of the transistor TR25 is the voltage of the battery BT, the transistor TR25 is turned off. However, the gate voltage of the transistor TR24 is a voltage obtained by dividing the output voltage of the battery BT by the resistor R28 and the resistor R25. By setting both resistance values in advance so that the voltage becomes a voltage that turns on the transistor TR24, the transistor TR24 remains on.
機器7の内部からのコントロール信号として、トランジスタTR26をオンとすることができるような電圧をトランジスタTR26のゲートに与えると、トランジスタTR26がオンとなって、トランジスタTR24のゲート電圧は0Vとなり、トランジスタTR24がオフとなって、電池パック6内のトランジスタTR21をオフとすることができる。前記コントロール信号をハイインピーダンスまたは0Vとすることによって、トランジスタTR26はオフとなり、トランジスタTR24がオンとなるためトランジスタTR21をオンに戻すことができる。
When a voltage that can turn on the transistor TR26 is applied to the gate of the transistor TR26 as a control signal from the inside of the device 7, the transistor TR26 is turned on, the gate voltage of the transistor TR24 becomes 0V, and the transistor TR24. Is turned off, and the transistor TR21 in the
〔実施の形態9〕図9は、本発明の第9の実施の形態による原理的な電池保護装置の構成を示している。 [Embodiment 9] FIG. 9 shows the structure of a basic battery protection apparatus according to a ninth embodiment of the present invention.
図9は、図5に示された構成の電池パック3および該電池パック3を装着する機器8で構成される電池保護装置である。電池パック3は、図5に示された通り、電池11、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21 、電圧センス端子31、第1のスイッ
チ回路32および抵抗33を具備している。
FIG. 9 shows a battery protection device including the
電池11は、所定個数の電池、例えばニッケル−水素電池等の充電可能な二次電池、からなり、正極と負極との間に所要の電圧を得るように接続されている。正極端子12および負極端子13は、電池11の出力を電池パック3の外部、すなわち負荷となる機器に接続するための端子である。
The battery 11 includes a predetermined number of batteries, for example, rechargeable secondary batteries such as nickel-hydrogen batteries, and is connected between a positive electrode and a negative electrode so as to obtain a required voltage. The
コントロール端子21は、第1のスイッチ回路32を機器8側からコントロールするための端子である。電圧センス端子31は、スイッチ回路32がオフとなっている場合にも機器4側から電池11の電圧を検知できるようにするための端子である。
The
第1のスイッチ回路32は、電池11の前記正極と正極端子12との間に介挿され、コントロール端子21の電位に応動してオン/オフ動作して、電池11の前記正極と正極端子12との間の接続/切り離しを行う。スイッチ回路32は、コントロール端子21と電圧センス端子31とが短絡され、コントロール端子21の電位が電池11の前記正極の電位にほぼ等しい電位になった際にオンとなり、それ以外はオフとなる。さらに、スイッチ回路32は、コントロール端子21と電圧センス端子31とが短絡されても、正極端子12の電位が電池11の前記負極の電位にほぼ等しい電位に低下した際にオフとなる。
The
機器8は、図5に示された機器4と同様の正極端子23、負極端子24、コントロール端子25および電圧センス端子34を有し、さらに第2のスイッチ回路51を具備している。
The
第2のスイッチ回路51は、機器8側のコントロール端子25と電圧センス端子34との間を、機器8内部のコントロール信号に応答してオン/オフする。図9の電池パック3は、機器8に対して着脱可能に構成され、コントロール端子21の電位に応答して、電池11の正極側に設けた第1のスイッチ回路22が動作する。電池パック3は、コントロール端子21の電位をほぼ正極電位とするとスイッチ回路32がオンとなり、それ以外ではスイッチ回路32がオフとなるが、コントロール端子21が正極電位となっても正極端子12がほぼ負極電位となった場合にはオフとなる。
The
すなわち、スイッチ回路32は、電池パック3が機器8から取り外された状態においては、通常、オフとなっていて、電池パック3が機器8に装着されて、さらにスイッチ回路51が内部のコントロール信号によりオンとなって、コントロール端子21と電圧センス端子31との間が短絡されることによってオンとなり、正極端子12から正極端子23を介して、機器8内に電圧が供給される。すなわち、スイッチ回路32は、電池パック3が機器8に装着されていても、スイッチ回路51が内部のコントロール信号によりオフとなっていれば、コントロール端子21と電圧センス端子31との間が短絡されることはなく、スイッチ回路32はオフとなっていて、正極端子12から機器8内への電力供給はない。
That is, the
このようにして、図5と同様の電池パック3を、機器8に装着した状態においても、機器8内部のコントロール信号によって、スイッチ回路51をオン/オフさせ、それによってスイッチ回路32をオン/オフさせることができる。
In this way, even when the
〔実施の形態10〕図10は、本発明の第10の実施の形態による電池パックの構成を示
している。図10には、図9に示した本発明による第9の実施の形態の原理に基づく具体的な構成の例を示している。
[Embodiment 10] FIG. 10 shows a structure of a battery pack according to a tenth embodiment of the present invention. FIG. 10 shows an example of a specific configuration based on the principle of the ninth embodiment of the present invention shown in FIG.
図10は、図6とほぼ同様の構成の電池パック9および該電池パック9を装着する機器10で構成される電池保護装置である。図10の電池パック9は、正極端子12、負極端子13、コントロール端子21、電圧センス端子31、電池BT、第1のトランジスタTR31、第2のトランジスタTR32、第1の抵抗R31、第2の抵抗R32および第3の抵抗R33を具備している。
FIG. 10 shows a battery protection device including a battery pack 9 having substantially the same configuration as FIG. 6 and a
トランジスタTR31およびTR32は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。 The transistors TR31 and TR32 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential.
トランジスタTR31は、ソースが電池BTの正極に接続され、ドレインが正極端子12に接続され、ゲートが抵抗R32を介してソースに接続されている。トランジスタTR32は、ソースが電池BTの負極および負極端子13に接続され、ドレインがトランジスタTR31のゲートに接続され、ゲートが抵抗R33を介して電池BTの負極、すなわち負極端子13に接続されている。さらに、トランジスタTR32のゲートは、コントロール端子21に直接接続されるとともに、図示極性のダイオードD31を介してトランジスタTR31のドレインすなわち正極端子12に接続されている。電圧センス端子31は、抵抗R31を介して電池BTの正極すなわちトランジスタTR31のソースに接続されている。
The transistor TR31 has a source connected to the positive electrode of the battery BT, a drain connected to the
機器10は、正極端子23、負極端子24、コントロール端子25、電圧センス端子34、第3のトランジスタTR33、第4のトランジスタTR34、第4の抵抗R34、第5の抵抗R35および第6の抵抗R36を具備している。
The
トランジスタTR33およびTR34は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。 Transistors TR33 and TR34 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential.
トランジスタTR33は、ソースが負極端子24に接続され、ドレインがコントロール端子25に接続され、ゲートが抵抗R35を介して負極電位に接続されている。正極端子23と電圧コントロール端子25との間には抵抗R34が接続されている。トランジスタTR34は、ソースが電圧センス端子34に接続され、ドレインがコントロール端子25に接続され、ゲートが正極端子23に接続されている。トランジスタTR34のゲートは抵抗R36を介して負極電位にも接続されている。機器10の内部のコントロール信号はトランジスタTR33のゲートに与えられる。
The transistor TR33 has a source connected to the
トランジスタTR33およびTR34は、スイッチ素子であり、この場合ゲート電位によりソース−ドレイン間がオン/オフ制御されるFETにより構成される。 Transistors TR33 and TR34 are switching elements, and in this case, are constituted by FETs whose source-drain are controlled to be turned on / off by the gate potential.
機器10の正極端子23、負極端子24、コントロール端子25および電圧センス端子34は、電池パック9が機器10に装着された時点で、電池パック9の正極端子12、負極端子13、コントロール端子21および電圧センス端子31にそれぞれ接続される。
The
図10の電池パック9が機器10に装着されたばかりの時点では、トランジスタTR31はオフとさなっているので、正極端子12から機器10に電力を供給することはできない。トランジスタTR34のソースは抵抗R34により電池BTの電圧がかかっており、トランジスタ34のゲートは抵抗R36を介して負極電位に接続されているので、トランジスタTR34はオンとなる。そのため、コントロール端子25と電圧センス端子34とをそれぞれ介してコントロール端子21と電圧センス端子31とが接続されるので正極端
子12から電力が供給される。トランジスタTR34のゲート電圧が、電池BTの電圧となるので、トランジスタTR34はオフとなるが、抵抗R34を介してコントロール端子25は正極端子23と接続されることになり、トランジスタTR32のゲート電圧は、電池BTの電圧を抵抗R34と抵抗R33とで分圧した電圧となり、この電圧がトランジスタTR32をオンとする電圧になるように予め設定しておくことにより、トランジスタTR32がオンとなったままとなる。
When the battery pack 9 of FIG. 10 has just been attached to the
コントロール信号としてトランジスタTR33をオンとすることができるような電圧を加えると、トランジスタTR33がオンとなって、コントロール端子21の電圧は0Vとなる。そのため、トランジスタTR32がオフとなって、トランジスタTR31をオフとすることができる。コントロール信号をハイインピーダンスまたは0Vとすることによって、トランジスタTR33はオフとなり、トランジスタTR32がオンとなるため、トランジスタTR31をオンに戻すことができる。
When a voltage capable of turning on the transistor TR33 is applied as a control signal, the transistor TR33 is turned on and the voltage of the
また、本発明は、充電可能な二次電池を用いた電池パックおよび電池保護装置にのみ限定されているわけではなく、乾電池等の一次電池を用いた電池パックについても同様にして保護することが可能である。 In addition, the present invention is not limited only to battery packs and battery protection devices using rechargeable secondary batteries, and battery packs using primary batteries such as dry batteries can be similarly protected. Is possible.
1,3,6,9…電池パック
2,4,5,8,7,10…機器
11,BT…電池
12,23…正極端子
13,24…負極端子
14,22,32,41,51…スイッチ回路
21,25…コントロール端子
31,34…電圧センス端子
33,R11,R12,R21〜R28,R31〜R36…抵抗
42,43…センス端子
TR11,TR12,TR21〜TR26,TR31〜TR34…トランジスタ
D31…ダイオード
DESCRIPTION OF
Claims (6)
機器接続用の正極端子と、
機器接続用であって、前記電池の負極に接続される負極端子と、
前記正極端子の電位が前記電池の正極より低下したことにより前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されたことを検出したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離し、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させるためのスイッチ手段と
を具備することを特徴とする電池パック。 A battery having a positive electrode and a negative electrode;
A positive terminal for device connection;
A negative terminal connected to the negative electrode of the battery for connecting the device;
When it is detected that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited externally because the potential of the positive electrode terminal is lower than the positive electrode of the battery, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are connected. A battery pack comprising: switch means for separating and connecting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery at other times.
前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のスイッチと、
前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されていなければ、前記電池の正極の電位によってオフ制御され、且つ前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡された場合にオン制御されて、前記第1のスイッチに制御電圧を与えて該第1のスイッチをオフとする第2のスイッチと
を具備することを特徴とする請求項1に記載の電池パック。 The switch means includes
A first switch for turning on and off between the positive electrode of the battery and the positive terminal,
Unless it is shorted by an external between the negative terminal and the positive terminal is off-controlled by the potential of the positive electrode of the battery, and if between the positive terminal and the negative terminal is short-circuited by an external to be on-controlled, battery pack according to claim 1, characterized by comprising a second switch for turning off the first of the first switch provides a control voltage to the switch.
前記正極端子の電位が前記電池の正極より低下したことにより前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されたことを検出したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離し、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させるためのスイッチ手段
を具備することを特徴とする電池保護回路。 In a battery protection circuit built in a battery pack comprising a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal for device connection, and a negative electrode terminal for device connection and connected to the negative electrode of the battery,
When it is detected that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited externally because the potential of the positive electrode terminal is lower than the positive electrode of the battery, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are connected. A battery protection circuit comprising switch means for disconnecting and otherwise connecting between the positive terminal and the positive electrode of the battery.
前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のスイッチと、
前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されていなければ、前記電池の正極の電位によってオフ制御され、且つ前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡された場合にオン制御されて、前記第1のスイッチに制御電圧を与えて該第1のスイッチをオフとする第2のスイッチと
を具備することを特徴とする請求項3に記載の電池保護回路。 The switch means includes
A first switch for turning on and off between the positive terminal and the positive electrode of the battery;
Unless it is shorted by an external between the negative terminal and the positive terminal is off-controlled by the potential of the positive electrode of the battery, and if between the positive terminal and the negative terminal is short-circuited by an external to be on-controlled, battery protection circuit according to claim 3, characterized by comprising a second switch for the switch first off giving a control voltage to said first switch.
前記電池パックは、
前記正極端子の電位が前記電池の正極より低下したことにより前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されたことを検出したときに前記正極端子と前記電池の正極との間を切り離し、それ以外のときに前記正極端子と前記電池の正極との間を導通させるためのスイッチ手段
を具備することを特徴とする電子機器。 A battery pack comprising a battery having a positive electrode and a negative electrode, a positive electrode terminal for device connection, a negative electrode terminal for device connection and connected to the negative electrode of the battery, and a device to which the battery pack is detachable In an electronic device having
The battery pack is
When it is detected that the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are short-circuited externally because the potential of the positive electrode terminal is lower than the positive electrode of the battery, the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery are connected. Switch means for disconnecting and otherwise conducting between the positive electrode terminal and the positive electrode of the battery
An electronic device comprising:
前記正極端子と前記電池の正極との間をオン・オフする第1のスイッチと、
前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡されていなければ、前記電池の正極の電位によってオフ制御され、且つ前記正極端子と前記負極端子との間が外部にて短絡された場合にオン制御されて、前記第1のスイッチに制御電圧を与えて該第1のスイッチをオフとする第2のスイッチと
を具備することを特徴とする請求項5に記載の電子機器。 The switch means includes
A first switch for turning on and off between the positive terminal and the positive electrode of the battery;
When the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are not short-circuited externally, the battery is turned off by the positive electrode potential, and the positive electrode terminal and the negative electrode terminal are externally short-circuited A second switch that is on-controlled to apply a control voltage to the first switch to turn off the first switch;
The electronic apparatus according to claim 5, further comprising:
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