JP4536040B2

JP4536040B2 - 電気機器

Info

Publication number: JP4536040B2
Application number: JP2006201879A
Authority: JP
Inventors: 雅幸小林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2026-07-25
Also published as: JP2008029167A

Description

本発明は、機器本体とこの機器本体に装着されるパック電池とを備え、機器本体の異常発熱に起因する不具合をパック電池側で防止するようにした電気機器に関する。

携帯電話機やノート型ＰＣ等の電気機器の電源としてパック電池が用いられることが多い。この種のパック電池は、二次電池と該二次電池の異常時等にその充放電を禁止する保護回路、およびその制御回路（制御用ＩＣ）等を備えたものであって上記電気機器の本体に装着して用いられる。またこのようなパック電池が備えた保護回路を利用して、例えば機器本体側からパック電池の制御回路に対して制御信号を与え、これによって二次電池の放電を強制的に禁止制御することも提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
特開２０００−３２６８２号公報

しかしながら機器本体側においてシステム異常が生じてその異常発熱を検出できなかったり、或いは通信不良によって機器本体側からパック電池に対して制御信号を与えることができないことが想定される。そしてこのような場合には、パック電池から機器本体に対して電流が供給され続けるので、不測の事態を招く虞があるので、一般的には機器本体自体に温度ヒューズ等の保護素子を組み込んでいるのが実情である。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、パック電池おいて機器本体の異常発熱を監視し、異常発熱時にはパック電池側において前記機器本体に対する電力供給自体を遮断することで機器本体を確実に保護することのできる電気機器を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係る電気機器は、例えばノート型ＰＣのように機器本体と、この機器本体に装着されて該機器本体に電力を供給するパック電池とを備えたものであって、
前記機器本体に該機器本体の異常発熱を検知する温度センサを組み込むと共に、
前記パック電池には、前記温度センサの出力を監視し、前記機器本体の異常発熱時に該パック電池が備えた保護回路を作動させて該パック電池からの電力出力を遮断する本体温度監視手段を設けたことを特徴としている。

好ましくは前記パック電池は、例えばリチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池と、この二次電池の放電路に直列に介挿されて該二次電池の放電を禁止する半導体スイッチやヒューズ等の保護回路と、前記二次電池の放電電流が設定電流閾値を超えたときに前記保護回路を作動させる過電流保護手段と、前記機器本体に組み込まれた温度センサに接続されて該温度センサから求められるセンサ出力に応じて前記保護回路を作動させる本体温度監視手段とを備えて構成される。これらの過電流保護手段や本体温度監視手段は、例えばパック電池に組み込まれた制御用ＩＣが持つ機能として実現される。

また前記温度センサは、例えば固定抵抗を介して前記機器本体の内部基準電圧にプルアップされて前記機器本体の温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣ素子（ポジスタ）やサーミスタ等からなり、上記内部基準電圧を前記固定抵抗との間で分圧した電圧をセンサ出力として前記パック電池に与えるように構成される。

上記構成の電気機器によれば、機器本体に設けた温度センサを介してパック電池が該機器本体が有する機能とは独立に上記機器本体の温度を監視するので、システム異常等によって機器本体の異常発熱を機器本体側で検出することができないような場合であっても、パック電池側において保護回路を作動させて二次電池からの放電、つまり機器本体への電力供給を遮断するので、機器本体に不測の事態が生じることを効果的に回避することができる。つまりパック電池による機器本体の監視機能により、異常発熱した機器本体に電流が供給され続けることがなくなり、これによって機器本体の動作自体が停止されるので、電子機器としての安全性を十分に高めることができる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る電気機器について説明する。
図１はこの実施形態に係る電気機器の要部概略構成を示すもので、１０はノート型ＰＣ等の機器本体、２０はこの機器本体１０に装着されて該機器本体１０に電力を供給するパック電池である。機器本体１０は、前記パック電池２０が接続されると共に、図示しないＡＣアダプタ等の外部電源に接続される電源部１１と、この電源部１１を介して電力供給を受けて作動するマイクロプロセッサやメモリ等の負荷１２とを備える。上記電源部１１は、外部電源が接続されている場合には、該外部電源から供給される電力を所定の電圧に変換して負荷１２に供給すると共に、パック電池２０の二次電池２１を充電し、また外部電源が接続されていない場合には、前記パック電池２０の二次電池２１に充電された電力エネルギを前記負荷１２に供給する役割を担う。

一方、前記パック電池２０は、リチウムイオン電池やニッケル水素電池等の二次電池２１と、この二次電池２１の充放電路に直列に介挿されて該二次電池２１の充電および放電を禁止する保護回路としての半導体スイッチ（ＦＥＴ）２２,２３と、これらの半導体スイッチ（ＦＥＴ）２２,２３を選択的に駆動して前記二次電池２１の充電路または放電路を遮断する制御部（制御用ＩＣ）２４とを備える。この制御部２４は、基本的には二次電池２１のセル電圧（端子電圧）を監視し、セル電圧が満充電状態に達したときに前記半導体スイッチ（ＦＥＴ）２２を駆動して二次電池２１の充電を禁止する機能（過充電保護手段）を備えると共に、二次電池２１の充放電路に直列に介挿されたシャント抵抗２５を介して検出される放電電流が設定電流閾値（過放電電流）に達したとき、前記半導体スイッチ（ＦＥＴ）２３を駆動して二次電池２１の放電を禁止する機能（過電流保護手段）を備える。尚、前記制御部２４に、二次電池２１の温度を監視し、電池温度が異常に高くなったときに前記二次電池２１の充放電を禁止する機能を持たせることもある。

基本的には上述した如く構成される機器本体１０とパック電池２０とを備えて構成される電気機器において、この発明が特徴とするところは、前記機器本体１０に該機器本体１０の温度を検出する温度センサ１５を設け、前記パック電池２０の制御部２４において前記機器本体１０が有する機能とは独立に上記温度センサ１５を介して前記機器本体１０の温度を監視し、機器本体１０が異常発熱したときにはパック電池２０側において前述した保護回路（ＦＥＴ２３）を作動させて二次電池２１の放電を禁止する本体温度監視手段を設けた点にある。

即ち、機器本体１０に該機器本体１０の温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣ素子（ポジスタ）を温度センサ１５として組み込む。具体的には固定抵抗１６を介して前記機器本体１０の内部基準電圧ＶrefにプルアップしてＰＣＴ素子（温度センサ）１５を設ける。そして固定抵抗１６とＰＴＣ素子（温度センサ）１５とにより上記内部基準電圧Ｖrefを分圧した電圧Ｖoutをそのセンサ出力としてパック電池２０に与えるように構成される。ちなみに上記ＰＴＣ素子（ポジスタ）１５は、例えば図２に示すようにその温度が或る値を超えたときに急激にその抵抗値Ｒpが増大する温度特性を有する。具体的には、例えば常温（２５℃）において１０ｋΩ程度、１１０℃で１００ｋΩ以下の或る値、そして１３０℃で４.７ＭΩ程度と高抵抗化するような抵抗値温度特性を有する。

そしてパック電池２０においては、上記ＰＣＴ素子（温度センサ）１５からのセンサ出力を、抵抗２６とツェナーダイオード２７とからなる入力回路を介してクランプして前記制御部２４に取り込み、制御部２４が有する機能として、その入力電圧から機器本体１０の異常発熱の有無を監視する（本体温度監視手段）ように構成される。制御部２４はこの本体温度監視手段により機器本体１０の異常発熱が検出されたとき、前述したＦＥＴ２３を作動させて前記二次電池２１の放電を禁止する。

尚、ツェナーダイオード２７は、後述するようにパック電池２０の上述したセンサ出力を検出する為のセンシング端子Ｓと、該パック電池２０の正極端子Ｐとの短絡から制御部（制御用ＩＣ）２４を保護する為のものである。またツェナーダイオード２７に並列接続したコンデンサ１８は、上記センシング端子Ｓに加わる外来ノイズ等を除去する為のフィルタとして機能するものである。

かくしてこのように構成された電気機器によれば、機器本体１０の負荷１２が有する各種の異常監視機能が正常に作動しない場合であっても、パック電池２０の制御部２４は上記負荷１２が有する機能とは独立に機器本体１０の温度を監視しており、機器本体１０の温度が異常発熱により高温化したときには半導体スイッチ（ＦＥＴ）２３を駆動して二次電池２１の放電を禁止するので、機器本体１０への電力供給が遮断される。この結果、機器本体１０の負荷１２に不本意に電流が供給され続けることがなくなり、負荷１２の作動自体が停止されるので該負荷１２が不測の事態に陥ることがなくなる。従って負荷１２を含む機器本体１０のみならず、機器本体１０に装着されたパック電池２０の熱的な安全性を十分に確保することが可能となる。しかも機器本体１０に温度センサ（ＰＴＣ素子）１５を設け、この温度センサ１５の出力をパック電池２０の制御部２４において監視すると言う簡単な構成で電子機器の熱的な安全性を確実に確保することができる。特に前述した特許文献１に紹介されるような機器本体側の異常監視機能とは独立して、パック電池２０側において機器本体１０の異常発熱を監視するので、その安全性を高める上での効果が多大である。

ここで前述したＰＣＴ素子（温度センサ）１５の出力を監視する制御部２４の監視機能について検証する。この種のパック電池２０に組み込まれる制御用ＩＣ２４のセンサ入力端子は、一般的には、例えばその入力電圧が０.８Ｖ以下でセンサ入力が［Ｌ］レベル、また２.０Ｖ以上で［Ｈ］レベルであると判定するように構成される。従って前述した図２に示した如き温度特性を有するＰＴＣ素子１５を温度センサとして用いた場合、固定抵抗１６として２ＭΩのものを用い、この固定抵抗１６を介して機器本体１０の内部基準電圧Ｖrefとして３.３Ｖを印加するものとすれば、機器本体１０の温度が２５℃の場合におけるセンサ出力Ｖoutは、基本的には
Ｖout(25)＝３.３Ｖ×１０ｋΩ／（１０ｋΩ＋２ＭΩ）
＝０.０２Ｖ → ［Ｌ］レベル
となる。

また同様に機器本体１０の温度が１１０℃におけるセンサ出力Ｖoutは
Ｖout(110)＝３.３Ｖ×１００ｋΩ／（１００ｋΩ＋２ＭΩ）
＝０.１６Ｖ → ［Ｌ］レベル
となり、機器本体１０の温度が１３０℃となった場合には、
Ｖout(130)＝３.３Ｖ×４.７ＭΩ／（４.７ＭΩ＋２ＭΩ）
＝２.３１Ｖ → ［Ｈ］レベル
となる。従ってＰＴＣ素子（温度センサ）１５の抵抗値温度特性と、機器本体１０の内部基準電圧Ｖrefとを勘案して上記ＰＴＣ素子（温度センサ）１５をプルアップする固定抵抗１６の抵抗値を決定すれば、制御用ＩＣ２４の信号レベル判定機能（レベル判定特性）をそのまま利用して機器本体１０の異常発熱を確実に検出することができる。

しかし機器本体１０の異常発熱を検出して二次電池２１の放電を禁止する必要があるのは、二次電池２１から機器本体１０に対して電力を供給しているときであり、この場合、素の放電路に介挿されたシャント抵抗２５に起因して機器本体１０側の基準電位（接地電位）とパック電池２０側、つまり制御用ＩＣ２４の基準電位（接地電位）との間に電位差が生じることが否めない。従って実際には、シャント抵抗２５に生じる電位差を考慮してＰＴＣ素子（温度センサ）１５の出力を検出することが必要である。

ちなみにシャント抵抗２５の抵抗値が５ｍΩであるとすると、パック電池２０の過放電電流制限値以下である１０Ａの電流が流れている場合、シャント抵抗２５には０.０５Ｖの電位差が生じる。従ってこのときに前記制御用ＩＣ２４が検出するセンサ出力は、
Ｖout(25)’＝０.０２Ｖ＋０.０５Ｖ
＝０.０７Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(110)’＝０.１６Ｖ＋０.０５Ｖ
＝０.２１Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(130)’＝２.３１Ｖ＋０.０５Ｖ
＝２.３６Ｖ → ［Ｈ］レベル
となり、上述した１０Ａの放電電流が流れている場合でも、機器本体１０の異常発熱を確実に検出することができる。

また短絡によって１００Ａの過大な電流が流れた場合には、シャント抵抗２５には０.５Ｖの電位差が生じることになり、このとき前記制御用ＩＣ２４は、
Ｖout(25)”＝０.０２Ｖ＋０.５Ｖ
＝０.５２Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(110)”＝０.１６Ｖ＋０.５Ｖ
＝０.６６Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(130)”＝２.３１Ｖ＋０.５Ｖ
＝２.８１Ｖ → ［Ｈ］レベル
のセンサ出力を検出することになり、機器本体１０の異常発熱の監視機能としては正常に働く。しかしこの場合には、シャント抵抗２５を介して検出される過大電流によってパック電池２０が本来的に有する放電禁止の保護機能が働いて二次電池２１の放電が禁止されることになる。

尚、二次電池２１の充電時に一時的なラッシュ電流が流れた場合、例えば６０Ａのラッシュ電流が流れた場合には、前述した制御用ＩＣ２４は
Ｖout(25)^＋＝０.０２Ｖ＋０.５Ｖ
＝０.５２Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(110)^＋＝０.１６Ｖ＋０.５Ｖ
＝０.６６Ｖ → ［Ｌ］レベル
Ｖout(130)^＋＝２.３１Ｖ＋０.５Ｖ
＝２.８１Ｖ → ［Ｈ］レベル
なるセンサ出力を検出することになる。従ってこの場合においても、機器本体１０の異常発熱の監視機能は正常に働くことになる。

故に、ＰＴＣ素子（温度センサ）１５の抵抗値温度特性と、機器本体１０の内部基準電圧Ｖrefとを勘案して上記ＰＴＣ素子（温度センサ）１５をプルアップする固定抵抗１６の抵抗値を設定しておけば、パック電池２０の使用状態（動作状態）に拘わることなく機器本体１０の異常発熱を確実に検出することができる。尚、上述した異常電流が流れた場合にはパック電池２０の保護機能が働くので、上記電流が流れている時間は数百μ秒程度と短い。従って機器本体１０の異常発熱の監視タイミング（検出タイミング）と重なる虞は低い。しかし更に大きな電流が流れてセンサ出力の電圧領域が反転する可能性を考慮するならば、その検出処理を２回繰り返して行う等して誤検出の可能性を低減することが望ましい。

また前述した実施形態においては制御用ＩＣ２４のセンシング端子にツェナーダイオード２７を設けている。このようなツェナーダイオード２７を設けておけば、上記制御用ＩＣ２４の端子にツェナー電圧Ｖz以上の電圧が加わることがなくなるので、例えばパック電池２０の正極端子Ｐとセンシング端子Ｓとの短絡が生じたとしても、上記制御用ＩＣ２４を破壊するような不具合を招くことがない。具体的には制御用ＩＣ２４の端子に加わる最大許容電圧が６.０Ｖである場合、ツェナーダイオード２７として５.６Ｖのものを用いればセンシング端子Ｓに５.６Ｖ以上の電圧が加わっても、上記制御用ＩＣ２４の端子に加わる電圧を５.６Ｖに制限することができる。またセンシング端子Ｓに加わる電圧が５.６Ｖに満たない場合には、その電圧がそのまま制御用ＩＣ２４に加わることになる。従ってセンシング端子Ｓに加わる過大な電圧から上記制御用ＩＣ２４を効果的に保護することができ、パック電池２０による前述した機器本体１０の異常発熱に対する監視機能を十分に発揮させることができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。ここでは温度センサ１５としてＰＴＣ素子を用いた例について示したが、サーミスタ等の素子を用いることも可能である。またパック電池２０のセンシング端子Ｓに、特許文献１に示されるような機器本体側からの制御信号を受け入れるような機能を設けておくようにしても良い。また保護回路としては二次電池２１の放電路に直列に介挿された温度ヒューズであっても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る電気機器の要部概略構成図。機器本体に組み込まれる温度センサとしてのＰＴＣ素子の抵抗値温度特性の例を示す図。

符号の説明

１０機器本体
１１電源部
１２負荷
１５温度センサ（ＰＴＣ素子）
１６固定抵抗
２０パック電池
２１二次電池
２２半導体スイッチ（保護回路；充電禁止用）
２３半導体スイッチ（保護回路；放電禁止用）
２４制御部（制御用ＩＣ；本体温度監視手段）
２５シャント抵抗
２７ツェナーダイオード

Claims

機器本体と、この機器本体に装着されて該機器本体に電力を供給するパック電池とを備えた電気機器であって、
前記機器本体に該機器本体の異常発熱を検知する温度センサを組み込むと共に、
前記パック電池には、前記温度センサの出力を監視し、前記機器本体の異常発熱時に該パック電池が備えた保護回路を作動させて該パック電池からの電力出力を遮断する本体温度監視手段を設けたことを特徴とする電気機器。
前記パック電池は、二次電池と、この二次電池の放電路に介挿されて該二次電池の放電を禁止する保護回路と、前記二次電池の放電電流が設定電流閾値を超えたときに前記保護回路を作動させる過電流保護手段と、前記機器本体に組み込まれた温度センサに接続されて該温度センサから求められるセンサ出力に応じて前記保護回路を作動させる本体温度監視手段とを具備したものである請求項１に記載の電気機器。
前記温度センサは、固定抵抗を介して前記機器本体の内部基準電圧にプルアップされて前記機器本体の温度に応じて抵抗値が変化するＰＴＣ素子からなり、上記内部基準電圧を前記固定抵抗との間で分圧した電圧をセンサ出力として前記パック電池に与えるものである請求項１に記載の電気機器。