(57)【要約】【課題】負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に、二次電池の出力電圧に関わらず負荷回路を保護することができる保護回路、及びこれを備えた電池パックを提供する。【解決手段】接続端子１１，１２と、接続端子１１，１２間の電圧を検出する端子電圧検出部２１７と、組電池１４の放電電流を検出する電流検出部２１９と、端子電圧検出部２１７によって検出された端子電圧Ｖｔと電流検出部２１９によって検出された放電時の充放電電流値Ｉｃとを乗じることにより、外部回路３の消費電力を算出する消費電力算出部２１１と、消費電力算出部２１１によって算出された消費電力Ｐが、外部回路３の最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、外部回路３を保護する外部保護処理を実行する外部保護部２１２とを備えた。【選択図】図１
2010263772.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部回路と接続されて、当該外部回路との間で二次電池の充放電電流を入出力するための接続端子と、
前記二次電池の出力電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池の放電電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧の値と前記電流検出部によって検出された放電電流の値とを乗じることにより、前記外部回路の消費電力を算出する消費電力算出部と、
前記消費電力算出部によって算出された消費電力が、前記外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、前記外部回路を保護する外部保護処理を実行する外部保護部と
を備えることを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記接続端子と前記二次電池との間の電流経路を開閉するスイッチング部をさらに備え、
前記外部保護処理は、
前記スイッチング部をオフする処理を含むこと
を特徴とする請求項１記載の保護回路。
【請求項３】
前記電圧検出部は、
前記接続端子の電圧を、前記出力電圧として検出すること
を特徴とする請求項２記載の保護回路。
【請求項４】
前記二次電池に充電電流が流れ始めたことを検出する充電検出部と、
前記充電検出部によって前記二次電池に充電電流が流れ始めたことが検出された場合、前記スイッチング部をオフさせた状態において前記電圧検出部によって検出された前記接続端子の電圧値を、前記外部回路の出力電圧値として取得する出力電圧値取得部と、
前記出力電圧値取得部によって取得された外部回路の出力電圧値が、予め設定された判定電圧に満たない場合前記スイッチング部をオンさせ、当該判定電圧を超える場合前記スイッチング部をオフさせた状態を維持する電池保護部とをさらに備えること
を特徴とする請求項３記載の保護回路。
【請求項５】
前記スイッチング部は、
前記二次電池の充電方向の電流のみを遮断する充電用スイッチング素子と、
前記充電用スイッチング素子と直列接続され、前記二次電池の放電方向の電流のみを遮断する放電用スイッチング素子とを含み、
前記出力電圧値取得部は、
前記充電検出部によって前記二次電池に充電電流が流れ始めたことが検出された場合、前記充電用スイッチング素子及び前記放電用スイッチング素子をオフさせることにより前記スイッチング部をオフさせた状態において、前記電圧検出部によって検出された前記接続端子の電圧値を、前記外部回路の出力電圧値として取得し、
前記電池保護部は、
前記出力電圧値取得部によって取得された外部回路の出力電圧値が、前記判定電圧に満たない場合前記充電用スイッチング素子及び前記放電用スイッチング素子をオンさせる一方、当該判定電圧を超える場合前記充電用スイッチング素子をオフ、前記放電用スイッチング素子をオンさせる充電禁止状態にすること
を特徴とする請求項４記載の保護回路。
【請求項６】
前記電池保護部は、
前記充電禁止状態にされている期間中に、前記放電電流検出部によって前記二次電池に放電電流が流れたことが検出されたとき、当該充電用スイッチング素子をオンすること
を特徴とする請求項５記載の保護回路。
【請求項７】
前記外部保護処理に含まれる前記スイッチング部をオフする処理は、
前記充電用スイッチング素子をオンしたまま前記放電用スイッチング素子をオフする処理であり、
前記外部保護処理、前記電池保護部、及び前記出力電圧値取得部による前記放電用スイッチング素子及び前記充電用スイッチング素子のオン、オフが競合した場合には、オフ動作が優先されること
を特徴とする請求項５又は６記載の保護回路。
【請求項８】
前記外部保護処理は、
前記外部回路に異常が生じていることを示す情報を、当該外部回路へ送信する処理を含むこと
を特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項９】
前記消費電力算出部によって算出された消費電力が、前記電力閾値を超えた場合、前記外部回路に異常が生じていることを報知する報知部をさらに備えること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１０】
前記外部保護部は、
前記消費電力算出部によって算出される消費電力が前記電力閾値を超える状態が、予め設定された判定継続時間の間継続する判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行すること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１１】
前記外部保護部は、
前記消費電力算出部によって算出される消費電力が前記電力閾値を超えた場合における当該消費電力と当該電力閾値との差を、予め設定された判定継続時間の間積算することにより超過電力量を算出し、当該超過電力量が予め設定された判定閾値を超える判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行すること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１２】
前記外部保護部は、
前記消費電力算出部によって算出される消費電力を、予め設定された判定継続時間において時間平均することにより平均電力値を算出し、当該平均電力値が前記電力閾値を超える判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行すること
を特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１３】
前記外部保護部は、
さらに、前記消費電力算出部によって算出された消費電力が前記電力閾値を超えたとき、当該消費電力が当該電力閾値を超えたことを示す異常通知情報を前記外部回路へ送信する異常通知処理を実行し、
前記異常通知処理の実行後の前記判定継続時間において前記判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行すること
を特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１４】
前記外部回路の温度に関する情報である温度情報を取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得される温度情報の示す温度が上昇するほど前記電力閾値が小さな値になるように、当該電力閾値を設定する閾値設定部とをさらに備えること
を特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の保護回路。
【請求項１５】
前記外部回路の温度に関する情報である温度情報を取得する温度取得部と、
前記温度取得部により取得される温度情報の示す温度が上昇するほど前記判定閾値が小さな値になるように、当該判定閾値を設定する閾値設定部とをさらに備えること
を特徴とする請求項１１記載の保護回路。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の保護回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池から電力の供給を受ける回路を保護する保護回路、及びこれを備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電池に流れる電流を検出し、電流が設定電流より大きくなると、電池と直列接続された半導体スイッチング素子をオフさせて電流を遮断することにより、電池を過電流から保護する過電流保護回路を内蔵した電池パックが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
一方、電池パックから電力供給を受けて動作する電気機器、例えば携帯型パーソナルコンピュータ、デジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器や、電気自動車、ハイブリッドカー等における負荷回路の消費電力は、その最大値が規定されており、電池パックは、この最大消費電力を供給できるように、設計されている。
【０００４】
具体的には、例えばセル一つあたりの出力電圧が３．５Ｖ〜４．２Ｖの範囲で使用可能なリチウムイオン二次電池を用いた場合、出力電流値が同じでも、出力電圧が低いほど出力電力が少なくなる。そして、電池パックでは、二次電池に流れる電流、すなわち二次電池の出力電流が設定電流より大きくなると、電流を遮断して二次電池を過電流から保護するようになっている。
【０００５】
従って、二次電池の保護回路は、使用可能な出力電圧下限値において、電気機器が必要とする最大消費電力を供給可能なように、過電流保護のための設定電流が設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２８６０６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、二次電池から電力供給を受ける負荷回路において、例えば短絡故障が発生する等の異常が生じた場合、負荷回路の消費電力、すなわち二次電池の出力電力が増大し、規定の最大消費電力を超えてしまう場合がある。このような場合、負荷回路に電力を供給し続けると、負荷回路が発熱するおそれがある。
【０００８】
しかしながら、上述のように、二次電池の出力電流が設定電流より大きくなった場合に電流を遮断する方法では、二次電池の出力電圧が低い場合には、負荷回路の消費電力が規定の最大消費電力を超えることで出力電流が設定電流を超えて電力供給を遮断することができるものの、二次電池の出力電圧が高い場合には、出力電流が設定電流以下であっても、二次電池の出力電力が規定の最大消費電力を超える場合がある。
【０００９】
そのため、二次電池の出力電流が設定電流より大きくなった場合に電流を遮断する方法では、二次電池から電力供給を受ける負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に負荷回路を保護することが困難であるという、不都合があった。
【００１０】
本発明の目的は、負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に、二次電池の出力電圧に関わらず負荷回路を保護することができる保護回路、及びこれを備えた電池パックを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一局面に従う保護回路は、外部回路と接続されて、当該外部回路との間で二次電池の充放電電流を入出力するための接続端子と、前記二次電池の出力電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池の放電電流を検出する電流検出部と、前記電圧検出部によって検出された前記出力電圧の値と前記電流検出部によって検出された放電電流の値とを乗じることにより、前記外部回路の消費電力を算出する消費電力算出部と、前記消費電力算出部によって算出された消費電力が、前記外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、前記外部回路を保護する外部保護処理を実行する外部保護部とを備える。
【００１２】
この構成によれば、消費電力算出部によって、二次電池の出力電圧の値と二次電池の放電電流の値とが乗算されて、外部回路の消費電力が算出される。そして、外部保護部によって、消費電力算出部によって算出された消費電力が、外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、すなわち外部回路に何らかの異常が生じたと考えられる場合に、外部回路を保護する外部保護処理が実行される。これにより、負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に、例え二次電池の出力電圧が高いために放電電流値が小さかったとしても、二次電池の出力電圧に関わらず負荷回路を保護することができる。
【００１３】
また、前記接続端子と前記二次電池との間の電流経路を開閉するスイッチング部をさらに備え、前記外部保護処理は、前記スイッチング部をオフする処理を含むことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、消費電力算出部によって算出された消費電力が、外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、外部保護部によって、スイッチング部がオフされるので、外部回路への電流供給が遮断されて外部回路が保護される。
【００１５】
また、前記電圧検出部は、前記接続端子の電圧を、前記出力電圧として検出することが好ましい。
【００１６】
接続端子と二次電池との間にスイッチング部が設けられると、二次電池の出力電圧を二次電池の端子で検出した場合と、接続端子で検出した場合とでスイッチング部で生じる電圧降下による差が生じる。従って、電圧検出部が、接続端子の電圧を前記出力電圧として検出し、この電圧に基づいて外部回路の消費電力を算出することで、外部回路の消費電力の算出精度を向上させることができる。
【００１７】
また、前記二次電池に充電電流が流れ始めたことを検出する充電検出部と、前記充電検出部によって前記二次電池に充電電流が流れ始めたことが検出された場合、前記スイッチング部をオフさせた状態において前記電圧検出部によって検出された前記接続端子の電圧値を、前記外部回路の出力電圧値として取得する出力電圧値取得部と、前記出力電圧値取得部によって取得された外部回路の出力電圧値が、予め設定された判定電圧に満たない場合前記スイッチング部をオンさせ、当該判定電圧を超える場合前記スイッチング部をオフさせた状態を維持する電池保護部とをさらに備えることが好ましい。
【００１８】
この構成によれば、充電検出部によって、二次電池に充電電流が流れ始めたこと、すなわち二次電池の充電が開始されたことが検出される。このとき、接続端子に充電電圧を印加する外部回路が故障するなど何らかの異常が生じていると、過電圧が印加されて二次電池が劣化するおそれがある。そして、出力電圧値取得部によって、スイッチング部をオフさせて二次電池の影響を排除した状態で電圧検出部によって検出された接続端子の電圧値が、外部回路の出力電圧値として取得されるので、外部回路が出力しようとしている電圧値を精度よく出力電圧値として取得することができる。また、電池保護部は、出力電圧値取得部によって取得された出力電圧値が、予め設定された判定電圧に満たない場合、すなわち二次電池を充電しても過度の電圧で充電されることがない場合、スイッチング部をオンさせて二次電池を充電する。また、電池保護部は、出力電圧値取得部によって取得された出力電圧値が、当該判定電圧を超える場合、すなわち二次電池が過度の電圧で充電されるおそれがある場合、スイッチング部をオフさせた状態を維持することにより、二次電池に過度の電圧が印加されるおそれを低減することができる。
【００１９】
この場合、接続端子の電圧を検出する電圧検出部を、外部回路の出力電圧を検出するための電圧検出手段として用いることができるので、外部回路の出力電圧を検出するために別途電圧検出回路を追加する必要がない。これにより、二次電池を過度の電圧印加から保護するために必要なコストの増大を低減することができる。
【００２０】
また、前記スイッチング部は、前記二次電池の充電方向の電流のみを遮断する充電用スイッチング素子と、前記充電用スイッチング素子と直列接続され、前記二次電池の放電方向の電流のみを遮断する放電用スイッチング素子とを含み、前記出力電圧値取得部は、前記充電検出部によって前記二次電池に充電電流が流れ始めたことが検出された場合、前記充電用スイッチング素子及び前記放電用スイッチング素子をオフさせることにより前記スイッチング部をオフさせた状態において、前記電圧検出部によって検出された前記接続端子の電圧値を、前記外部回路の出力電圧値として取得し、前記電池保護部は、前記出力電圧値取得部によって取得された外部回路の出力電圧値が、前記判定電圧に満たない場合前記充電用スイッチング素子及び前記放電用スイッチング素子をオンさせる一方、当該判定電圧を超える場合前記充電用スイッチング素子をオフ、前記放電用スイッチング素子をオンさせる充電禁止状態にすることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、二次電池の充電方向の電流のみを遮断する充電用スイッチング素子と、充電用スイッチング素子と直列接続され、二次電池の放電方向の電流のみを遮断する放電用スイッチング素子とを備え、電池保護部は、出力電圧値取得部によって取得された出力電圧値が、判定電圧に満たない場合、充電用スイッチング素子及び放電用スイッチング素子をオンさせて、二次電池の充放電を可能にする。一方、電池保護部は、出力電圧値取得部によって取得された出力電圧値が、判定電圧を超える場合、充電用スイッチング素子をオフさせて二次電池を過度の電圧から保護する一方、放電用スイッチング素子をオンさせることにより、二次電池を放電させることを可能にできる。
【００２２】
また、前記電池保護部は、前記充電禁止状態にされている期間中に、前記放電電流検出部によって前記二次電池に放電電流が流れたことが検出されたとき、当該充電用スイッチング素子をオンすることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、充電禁止状態にされている期間中に、電流検出部によって検出される電流が二次電池の放電方向となったとき、すなわち二次電池に過度の電圧が印加されるおそれが解消したとき、電池保護部によって、充電用スイッチング素子がオンされるので、再び二次電池を充電することが可能となる。
【００２４】
また、前記外部保護処理に含まれる前記スイッチング部をオフする処理は、前記充電用スイッチング素子をオンしたまま前記放電用スイッチング素子をオフする処理であり、前記外部保護処理、前記電池保護部、及び前記出力電圧値取得部による前記放電用スイッチング素子及び前記充電用スイッチング素子のオン、オフが競合した場合には、オフ動作が優先されることが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、前記消費電力が前記電力閾値を超えた場合、充電用スイッチング素子をオンしたまま放電用スイッチング素子がオフされるので、負荷回路への電力供給は停止しつつ、二次電池を充電することが可能となる。
【００２６】
また、前記外部保護処理は、前記外部回路に異常が生じていることを示す情報を、当該外部回路へ送信する処理を含むことが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、消費電力算出部によって算出された消費電力が、外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、すなわち外部回路に何らかの異常が生じたと考えられる場合に、外部回路に異常が生じていることを示す情報が当該外部回路へ送信されるので、当該外部回路において、例えば電源オフしたり、異常箇所への電源供給を遮断したりする等、外部回路を保護する処理を実行することが可能となる。
【００２８】
また、前記消費電力算出部によって算出された消費電力が、前記電力閾値を超えた場合、前記外部回路に異常が生じていることを報知する報知部をさらに備えることが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、消費電力算出部によって算出された消費電力が前記電力閾値を超えた場合、ユーザに、外部回路に異常が生じていることを報知することができる。
【００３０】
また、前記外部保護部は、前記消費電力算出部によって算出される消費電力が前記電力閾値を超える状態が、予め設定された判定継続時間の間継続する判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行することが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、一時的に消費電力が電力閾値を超えた場合であっても、判定継続時間の間継続しなければ前記外部保護処理は実行されないので、不必要な外部保護処理によって外部回路の動作を阻害するおそれが低減される。
【００３２】
また、前記外部保護部は、前記消費電力算出部によって算出される消費電力が前記電力閾値を超えた場合における当該消費電力と当該電力閾値との差を、予め設定された判定継続時間の間積算することにより超過電力量を算出し、当該超過電力量が予め設定された判定閾値を超える判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行するようにしてもよい。
【００３３】
この構成によれば、一時的に消費電力が電力閾値を超えた場合であっても、判定継続時間の間における、消費電力のうち電力閾値を超えた部分の電力量に相当する超過電力量が判定閾値を超えなければ前記外部保護処理は実行されないので、不必要な外部保護処理によって外部回路の動作を阻害するおそれが低減される。
【００３４】
また、前記外部保護部は、前記消費電力算出部によって算出される消費電力を、予め設定された判定継続時間において時間平均することにより平均電力値を算出し、当該平均電力値が前記電力閾値を超える判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行するようにしてもよい。
【００３５】
この構成によれば、一時的に消費電力が電力閾値を超えた場合であっても、判定継続時間の間における消費電力の時間平均値である平均電力値が電力閾値を超えなければ前記外部保護処理は実行されないので、不必要な外部保護処理によって外部回路の動作を阻害するおそれが低減される。
【００３６】
また、前記外部保護部は、さらに、前記消費電力算出部によって算出された消費電力が前記電力閾値を超えたとき、当該消費電力が当該電力閾値を超えたことを示す異常通知情報を前記外部回路へ送信する異常通知処理を実行し、前記異常通知処理の実行後の前記判定継続時間において前記判定条件が満たされた場合に、前記外部保護処理を実行することが好ましい。
【００３７】
この構成によれば、消費電力が電力閾値を超えたとき、異常通知情報が外部回路へ送信されるので、外部回路において、消費電力を減少させ、発熱量を減少させるように制御することが可能となる。これにより、不必要な外部保護処理によって外部回路の動作を阻害するおそれを低減しつつ、外部回路側の制御によって発熱量を減少させることが可能となる。そして、異常通知情報の送信後の判定継続時間において、なお前記判定条件が満たされた場合、外部保護部によって外部保護処理が実行されるので、外部回路側の制御による保護が困難な場合であっても当該外部回路を保護することができる。
【００３８】
また、前記外部回路の温度に関する情報である温度情報を取得する温度取得部と、前記温度取得部により取得される温度情報の示す温度が上昇するほど前記電力閾値が小さな値になるように、当該電力閾値を設定する閾値設定部とをさらに備えることが好ましい。
【００３９】
負荷回路においては、消費電力に応じた発熱量による温度上昇が、現時点での温度に上乗せされて、負荷回路の温度が上昇することになる。そこで、閾値設定部は、温度が上昇するほど電力閾値が小さな値になるように電力閾値を設定することで、現時点での温度に関わらず、負荷回路が発熱した後の温度を一定の温度以下に維持できるような、電力閾値を設定することが可能になる。
【００４０】
また、前記外部回路の温度に関する情報である温度情報を取得する温度取得部と、前記温度取得部により取得される温度情報の示す温度が上昇するほど前記判定閾値が小さな値になるように、当該判定閾値を設定する閾値設定部とをさらに備えるようにしてもよい。
【００４１】
この構成によれば、閾値設定部は、温度が上昇するほど判定閾値が小さな値になるように判定閾値を設定することで、現時点での温度に関わらず、負荷回路が発熱した後の温度を一定の温度以下に維持できるような、判定閾値を設定することが可能になる。
【００４２】
また、本発明の一局面に従う電池パックは、上述の保護回路と、前記二次電池とを備える。
【００４３】
この構成によれば、二次電池を備えた電池パックにおいて、負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に、二次電池の出力電圧に関わらず負荷回路を保護することができる。
【発明の効果】
【００４４】
このような構成の保護回路、及び電池パックは、外部保護部によって、消費電力算出部によって算出された消費電力が、外部回路の消費電力における最大値以上の値に設定された電力閾値を超えた場合、すなわち外部回路に何らかの異常が生じたと考えられる場合に、外部回路を保護する外部保護処理が実行されるので、負荷回路の消費電力に異常が生じた場合に、二次電池の出力電圧に関わらず負荷回路を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１実施形態に従う保護回路を備えた電池パックの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】図１に示す電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。
【図３】図１に示す電池パックの動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に従う保護回路と、これを備えた電池パック及び充電システムの一例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す保護回路の動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１に示す保護回路の動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】図５に示す保護回路の動作の一例を説明するための説明図である。
【図８】図５に示す保護回路の動作の一例を説明するための説明図である。
【図９】図５に示す保護回路の動作の一例を説明するための説明図である。
【図１０】図５に示す保護回路の動作の一例を説明するための説明図である。
【図１１】図５に示す保護回路の動作の変形例を示すフローチャートである。
【図１２】図５に示す保護回路の動作の変形例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。
【００４７】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る保護回路４を備えた電池パック２の構成の一例を示すブロック図である。図１に示す充電システム１は、電池パック２と、外部回路３とが組み合わされて構成されている。
【００４８】
充電システム１は、例えば、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載機器システムである。そして、外部回路３は、例えばこれら電池搭載機器システムの本体部分であり、負荷回路３４は、これら電池搭載機器システムにおいて、電池パック２からの電力供給により動作する負荷回路である。
【００４９】
負荷回路３４は、正常時における消費電力の最大値が最大消費電力Ｐｍａｘとして予め規定されており、消費電力が最大消費電力Ｐｍａｘを超えないようになっている。
【００５０】
充電部３５は、例えば商用電源電圧から電池パック２の充電電流を生成する電源回路であってもよく、例えば太陽光、風力、あるいは水力といった自然エネルギーに基づき発電する発電装置や、内燃機関等の動力によって発電する発電装置等であってもよい。
【００５１】
電池パック２は、保護回路４と、組電池１４（二次電池）とを備えている。また、保護回路４は、接続端子１１，１２，１３、制御部２０１、電流検出抵抗２０２、通信部２０３、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）２０４（報知部）、放電用スイッチング素子Ｑ１、及び充電用スイッチング素子Ｑ２を備えている。
【００５２】
なお、充電システム１は、必ずしも電池パック２と外部回路３とに分離可能に構成されるものに限られず、充電システム１全体で一つの保護回路４が構成されていてもよい。また、保護回路４を、電池パック２と外部回路３とで分担して備えるようにしてもよい。また、組電池１４は、電池パックにされている必要はなく、例えば保護回路４が、車載用のＥＣＵ（Electric Control Unit）として構成されていてもよい。
【００５３】
外部回路３は、接続端子３１，３２，３３、負荷回路３４、充電部３５、通信部３６、及び制御部３７を備えている。充電部３５は、給電用の接続端子３１，３２に接続され、通信部３６は、接続端子３３に接続されている。
【００５４】
また、電池パック２が、外部回路３に取り付けられると、電池パック２の接続端子１１，１２，１３と、外部回路３の接続端子３１，３２，３３とが、それぞれ接続されるようになっている。
【００５５】
通信部２０３，３６は、接続端子１３，３３を介して互いにデータ送受信可能に構成された通信インターフェイス回路である。充電部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流、電圧を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。
【００５６】
制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。そして、電池パック２における制御部２０１から通信部２０３によって送信された要求指示が、通信部３６によって受信されると、制御部３７は、通信部３６によって受信された要求指示に応じて充電部３５を制御することにより、電池パック２から送信された要求指示に応じた電流や電圧を、充電部３５から接続端子１１，１２へ出力させる。
【００５７】
また、制御部３７は、例えば制御部２０１からの要求指示が、定電圧充電のための一定の電圧Ｖｆを要求するものであった場合、充電部３５によって、接続端子１１，１２間に電圧Ｖｆを出力させる。
【００５８】
また、制御部３７は、制御部２０１から電圧Ｖｆを要求されている場合であっても、充電部３５から出力される電流の充放電電流値Ｉｃが、組電池１４を過電流から保護するために予め設定された制限電流値Ｉｐを超えないように、電流を制限する。この場合、充放電電流値Ｉｃが制限電流値Ｉｐになると、電流制御が優先されて、接続端子１１，１２間に印加される電圧が電圧Ｖｆを下回る場合がある。
【００５９】
また、制御部３７は、負荷回路３４の最大消費電力Ｐｍａｘを示す情報を、通信部３６によって電池パック２へ送信する。
【００６０】
さらに、制御部３７は、通信部３６によって、負荷回路３４に異常が生じていることを示す情報が受信された場合、例えば負荷回路３４の電源供給を制御する図略の電源制御回路によって、負荷回路３４の電源をオフさせる等の処理により、負荷回路３４の保護動作を実行する。
【００６１】
電池パック２では、接続端子１１は、充電用スイッチング素子Ｑ２と放電用の放電用スイッチング素子Ｑ１とを介して組電池１４の正極に接続されている。放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。そして、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２の直列回路によって、スイッチング部ＳＷが構成されている。
【００６２】
放電用スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのカソードが組電池１４の方向にされており、オフすると組電池１４の放電方向の電流のみを遮断するようになっている。また、充電用スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのカソードが接続端子１１の方向にされており、オフすると組電池１４の充電方向の電流のみを遮断するようになっている。
【００６３】
また、接続端子１２は、電流検出抵抗２０２を介して組電池１４の負極に接続されており、接続端子１１から充電用スイッチング素子Ｑ２、放電用スイッチング素子Ｑ１、組電池１４、及び電流検出抵抗２０２を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。
【００６４】
なお、接続端子１１，１２，１３，３１，３２，３３は、電池パック２と外部回路３とを電気的に接続するものであればよく、例えば電極やコネクタ、端子台等であってもよく、ランドやパッド等の配線パターンであってもよい。
【００６５】
電流検出抵抗２０２は、組電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。
【００６６】
組電池１４は、例えば複数の二次電池１４１，１４２，１４３が直列接続されて構成されている。なお、組電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。二次電池１４１，１４２，１４３としては、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等、種々の二次電池が用いられる。
【００６７】
二次電池１４１，１４２，１４３が、例えばリチウムイオン二次電池の単セルであった場合、上述の定電圧充電用の電圧Ｖｆとしては、セルあたり４．２Ｖ程度になるように、例えば４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖが用いられる。
【００６８】
この場合、二次電池１４１，１４２，１４３、及び組電池１４が、それぞれ請求項における二次電池の一例に相当している。
【００６９】
制御部２０１は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、アナログデジタル変換回路と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。
【００７０】
そして、制御部２０１は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、消費電力算出部２１１、外部保護部２１２、充電検出部２１４、出力電圧値取得部２１５、電池保護部２１６、端子電圧検出部２１７（電圧検出部）、電池電圧検出部２１８（電圧検出部）、及び電流検出部２１９として機能する。
【００７１】
端子電圧検出部２１７は、例えばアナログデジタル変換回路を用いて構成され、接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔを検出する。
【００７２】
電池電圧検出部２１８は、例えばアナログデジタル変換回路を用いて構成され、二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３をそれぞれ検出する。そして、電池電圧検出部２１８は、各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の合計電圧を組電池１４の端子電圧である電池電圧Ｖｂとして取得する。なお、電池電圧検出部２１８は、組電池１４の端子電圧を電池電圧Ｖｂとして直接検出するようにしてもよい。
【００７３】
電流検出部２１９は、例えばアナログデジタル変換回路を用いて構成され、電流検出抵抗２０２の両端間の電圧Ｖｒを検出し、この電圧Ｖｒを電流検出抵抗２０２の抵抗値Ｒで除算することにより、組電池１４に流れる充放電電流値Ｉｃを取得する。また、電流検出部２１９は、充放電電流値Ｉｃについて、例えば組電池１４を充電する方向の電流値をプラスの値で、組電池１４を充電する方向の電流値をマイナスの値で表すようになっている。
【００７４】
消費電力算出部２１１は、組電池１４に放電方向の電流が流れているときに、端子電圧検出部２１７によって検出された端子電圧Ｖｔ（出力電圧）と電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃとを乗じることにより、外部回路３の消費電力Ｐを算出する。
【００７５】
なお、消費電力算出部２１１は、電池電圧検出部２１８によって取得された電池電圧Ｖｂ（出力電圧）と電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃとを乗じることにより、外部回路３の消費電力Ｐを算出するようにしてもよい。この場合、端子電圧検出部２１７を備えない構成としてもよい。しかしながら、電池電圧Ｖｂと充放電電流値Ｉｃとを乗算して消費電力Ｐを算出した場合には、消費電力Ｐに、スイッチング部ＳＷで生じた電力損失が含まれるため、端子電圧Ｖｔと充放電電流値Ｉｃとを乗じて消費電力Ｐを算出した方が、消費電力Ｐの算出精度が向上する。
【００７６】
外部保護部２１２は、制御部３７から送信された最大消費電力Ｐｍａｘを示す情報を、通信部２０３によって受信させることで、最大消費電力Ｐｍａｘを取得する。なお、最大消費電力Ｐｍａｘは、例えばＲＯＭに予め記憶されていてもよい。
【００７７】
そして、外部保護部２１２は、消費電力算出部２１１によって算出された消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、外部回路３に何らかの異常が生じていると考えられるので、例えば放電用スイッチング素子Ｑ１をオフさせて外部回路３への電力供給を遮断したり、外部回路３に異常が生じていることを示す情報を通信部２０３によって外部回路３へ送信させることにより、外部回路３における制御部３７によって負荷回路３４の保護動作を実行させたりする外部保護処理を実行する。この場合、最大消費電力Ｐｍａｘは電力閾値の一例に相当している。
【００７８】
なお、外部保護部２１２は、最大消費電力Ｐｍａｘの代わりに、最大消費電力Ｐｍａｘよりも大きな値に設定された電力閾値を消費電力Ｐと比較する構成としてもよい。
【００７９】
また、外部保護部２１２は、消費電力算出部２１１によって算出された消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、例えばＬＥＤ２０４を発光させて、外部回路３に異常が生じていることを、ユーザに報知する。なお、報知部は、例えばＬＥＤに限られず、例えば液晶表示器や、ブザーのように音で異常の発生を報知するものであってもよい。
【００８０】
充電検出部２１４は、組電池１４に充電方向の電流が流れ始めたことを検出する。具体的には、充電検出部２１４は、例えば電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃが、ゼロからプラス方向に増加した場合やマイナスからプラスに変化した場合、組電池１４に充電方向の電流が流れ始めたと判定する。
【００８１】
出力電圧値取得部２１５は、充電検出部２１４によって組電池１４に充電電流が流れ始めたことが検出された場合、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２をオフさせて、端子電圧検出部２１７によって接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔを検出させ、このようにして得られた端子電圧Ｖｔを、充電部３５の出力電圧値Ｖｏｕｔとして取得する。
【００８２】
電池保護部２１６は、充電検出部２１４によって組電池１４に充電電流が流れ始めたことが検出された場合において、出力電圧値取得部２１５によって取得された出力電圧値Ｖｏｕｔが、予め設定された判定電圧Ｖｔｈに満たないとき放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２をオンさせる一方、判定電圧Ｖｔｈを超える場合充電用スイッチング素子Ｑ２をオフ、放電用スイッチング素子Ｑ１をオンさせて充電禁止状態にする。
【００８３】
判定電圧Ｖｔｈとしては、充電部３５が正常な場合において充電部３５から出力される電圧の上限値を上回る電圧値が設定されている。
【００８４】
例えば、二次電池１４１，１４２，１４３がリチウムイオン二次電池であって、電圧Ｖｆとして１２．６Ｖが設定されている場合において、充電部３５が正常であれば、充電部３５から出力される電圧の上限は、１２．６Ｖとなるから、判定電圧Ｖｔｈとして、例えば１２．６Ｖを超える１５Ｖが設定される。
【００８５】
また、電池保護部２１６は、上記充電禁止状態にされている期間中に、組電池１４に放電電流が流れた場合、充電用スイッチング素子をオンする。
【００８６】
なお、電池保護部２１６は、充電検出部２１４によって組電池１４に充電電流が流れ始めたことが検出された場合において、出力電圧値取得部２１５によって取得された出力電圧値Ｖｏｕｔが、判定電圧Ｖｔｈに満たない場合、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２をオンさせ、判定電圧Ｖｔｈを超える場合放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２をオフさせた状態を維持するようにしてもよい。
【００８７】
さらに、電池保護部２１６は、例えば、電池電圧検出部２１８によって検出された二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が、二次電池１４１，１４２，１４３の過充電を防止するために予め設定された過充電電圧を超えたとき、充電用スイッチング素子Ｑ２をオフすることで過充電を防止し、二次電池１４１，１４２，１４３の過放電を防止するために予め設定された過放電電圧を下回った場合、放電用スイッチング素子Ｑ１をオフして過放電を防止したりするようになっている。
【００８８】
次に、上述のように構成された充電システム１の動作について説明する。図２、図３は、図１に示す電池パック２の動作の一例を示すフローチャートである。図２は、主に、消費電力算出部２１１、及び外部保護部２１２の動作の一例を示している。また、図３は、主に充電検出部２１４、出力電圧値取得部２１５、及び電池保護部２１６の動作の一例を示している。図２に示すフローチャートと、図３に示すフローチャートとは、並行して実行されるようになっている。
【００８９】
まず、図２に示すフローチャートから説明する。まず、電流検出部２１９によって、組電池１４に流れる充放電電流値Ｉｃが検出される（ステップＳ１）。
【００９０】
次に、消費電力算出部２１１によって、充放電電流値Ｉｃがゼロより小さいか否か、すなわち組電池１４に流れる電流が放電方向であるか否かが確認される（ステップＳ２）。そして、充放電電流値Ｉｃがゼロより小さく、従って組電池１４に流れる電流が放電方向である場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、端子電圧検出部２１７によって、接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔが検出される（ステップＳ３）。
【００９１】
次に、消費電力算出部２１１によって、端子電圧Ｖｔと充放電電流値Ｉｃとが乗算され、その絶対値が消費電力Ｐとして算出される（ステップＳ４）。そして、外部保護部２１２によって、消費電力Ｐと最大消費電力Ｐｍａｘとが比較され（ステップＳ５）、消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘ以下であれば（ステップＳ５でＮＯ）、消費電力Ｐは正常値であるので、再びステップＳ１〜Ｓ５を繰り返す。
【００９２】
一方、消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えていれば（ステップＳ５でＹＥＳ）、例えば負荷回路３４で短絡故障が生じるなどの異常が発生していると考えられるので、外部保護部２１２が、外部回路３に異常が生じていることを示す情報を通信部２０３によって外部回路３へ送信させることにより、外部回路３における制御部３７によって負荷回路３４の保護動作を実行させた後（ステップＳ６）、外部保護部２１２が、放電用スイッチング素子Ｑ１をオフして外部回路３への電力供給を遮断することで、負荷回路３４を保護する（ステップＳ７）。
【００９３】
なお、ステップＳ６を実行しない構成としてもよい。
【００９４】
また、外部保護部２１２は、ステップＳ７において、消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、例えば、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２を両方ともオフさせることで、外部回路３への電力供給を遮断するようにしてもよい。
【００９５】
しかしながら、消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、放電用スイッチング素子Ｑ１のみオフさせるようにすると、充電電流は遮断されないので、異常が発生したと考えられる負荷回路３４への電力供給は停止しつつ、例えば発電装置の発電量に余剰が生じた場合等には、余剰電力を速やかに組電池１４へ充電させることができる。
【００９６】
さらに、外部保護部２１２は、消費電力算出部２１１によって算出された消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、例えばＬＥＤ２０４を発光させて、外部回路３に異常が生じていることを、ユーザに報知し（ステップＳ８）、処理を終了する。
【００９７】
なお、ステップＳ８を実行しない構成としてもよい。
【００９８】
以上、ステップＳ１〜Ｓ８の処理によれば、保護回路４を備えた電池パック２は、消費電力算出部２１１によって算出された消費電力Ｐが、最大消費電力Ｐｍａｘを超えた場合、すなわち外部回路３に何らかの異常が生じたと考えられる場合に、外部回路３が保護されるので、組電池１４の出力電圧に関わらず外部回路を保護することができる。
【００９９】
次に、図３を参照して、充電検出部２１４、出力電圧値取得部２１５、及び電池保護部２１６の動作について説明する。図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０の動作は、図２に示すステップＳ１〜Ｓ８と並行して実行されている。
【０１００】
まず、電流検出部２１９によって、組電池１４に流れる充放電電流値Ｉｃが検出される（ステップＳ１０１）。
【０１０１】
次に、電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃに基づいて、充電検出部２１４によって、組電池１４に充電電流が流れ始めたか否か、すなわち組電池１４の充電が開始されたか否かが確認される（ステップＳ１０２）。そして、充電検出部２１４によって、組電池１４に充電電流が流れ始めたことが検出されると（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、出力電圧値取得部２１５によって、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２がオフされる（ステップＳ１０３）。
【０１０２】
次に、端子電圧検出部２１７によって、端子電圧Ｖｔが検出される（ステップＳ１０４）。そして、出力電圧値取得部２１５によって、端子電圧検出部２１７で検出された端子電圧Ｖｔが、出力電圧値Ｖｏｕｔとして取得される（ステップＳ１０５）。
【０１０３】
さらに、電池保護部２１６によって、出力電圧値Ｖｏｕｔと判定電圧Ｖｔｈとが比較され（ステップＳ１０６）、出力電圧値Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｔｈに満たなければ（ステップＳ１０６でＹＥＳ）、充電部３５から正常に充電電圧が出力されていると考えられるから、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２がオンされて（ステップＳ１１０）、充放電可能な状態にされる。
【０１０４】
一方、出力電圧値Ｖｏｕｔが判定電圧Ｖｔｈ以上であれば（ステップＳ１０６でＮＯ）、充電部３５が正常な場合において出力される電圧の上限値を上回る電圧が、充電部３５から出力されていることとなるから、充電部３５に異常が生じていると考えられるので、放電用スイッチング素子Ｑ１がオン、充電用スイッチング素子Ｑ２がオフされて（ステップＳ１０７）、充電禁止状態にされる。
【０１０５】
これにより、組電池１４に過電圧が印加されて劣化するおそれが低減される。また、放電用スイッチング素子Ｑ１はオンされているので、充電部３５の出力電圧が低下して組電池１４の電池電圧Ｖｂより低くなれば、組電池１４を放電させて負荷回路３４へ負荷電流を供給することが可能とされている。
【０１０６】
なお、ステップＳ１０７において、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２をオフのまま維持するようにしてもよい。
【０１０７】
ここで、ステップＳ１０３において、もし仮に充電用スイッチング素子Ｑ２をオフせず、充電用スイッチング素子Ｑ２をオンしたまま、ステップＳ１０４において端子電圧Ｖｔを検出すると、充電部３５が例えば定電圧充電のための電圧Ｖｆを出力しようとしている場合であっても、充電部３５から出力された電流が組電池１４に流れるため、充放電電流値Ｉｃが制限電流値Ｉｐを超えて、電流制御が優先されて端子電圧Ｖｔが低下し、充電部３５が電圧Ｖｆとして出力しようとしている電圧よりも、端子電圧Ｖｔが低くなる場合がある。
【０１０８】
一方、例えば充電部３５が電圧Ｖｆとして１２．６Ｖを出力すべきところ、充電部３５の故障等により、充電部３５が電圧Ｖｆとして例えば１５Ｖを出力してしまう場合がある。このような場合、ステップＳ１０６において、充電部３５の出力電圧が判定電圧Ｖｔｈ以上になったことで、充電部３５の異常を検出しようとしているのであるが、上述のように充電部３５から出力された電流が組電池１４に流れて充電部３５が電圧Ｖｆとして出力しようとしている電圧よりも端子電圧Ｖｔが低くなると、充電部３５の異常を検出することができなくなってしまう。
【０１０９】
そこで、ステップＳ１０３において、充電用スイッチング素子Ｑ２をオフして組電池１４に流れる電流を遮断し、ステップＳ１０４において端子電圧Ｖｔを出力電圧値Ｖｏｕｔとして検出することで、実際に充電部３５が電圧Ｖｆとして出力しようとしている電圧を出力電圧値Ｖｏｕｔとして検出することができる結果、ステップＳ１０６において充電部３５の異常の有無を正しく判定することが可能となる。
【０１１０】
また、もし仮に、ステップＳ１０３において放電用スイッチング素子Ｑ１をオフせず、放電用スイッチング素子Ｑ１をオンしたまま、ステップＳ１０４において端子電圧Ｖｔを検出すると、組電池１４の出力電圧が接続端子１１，１２に回り込んで出力電圧値Ｖｏｕｔの検出精度が低下するおそれがある。
【０１１１】
そこで、ステップＳ１０３において、放電用スイッチング素子Ｑ１をオフして組電池１４から接続端子１１，１２に回り込む電圧を遮断することで、出力電圧値Ｖｏｕｔの検出精度を向上させるようになっている。
【０１１２】
次に、電流検出部２１９によって、組電池１４に流れる充放電電流値Ｉｃが検出される（ステップＳ１０８）。
【０１１３】
そして、電池保護部２１６は、電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃがゼロ以上であれば（ステップＳ１０９でＮＯ）、ステップＳ１０８〜Ｓ１０９を繰り返して充電用スイッチング素子Ｑ２をオフのまま維持する一方、電流検出部２１９によって検出された充放電電流値Ｉｃがマイナスの値となり、すなわち放電方向の電流値となった場合（ステップＳ１０９でＹＥＳ）、充電部３５によって過電圧が印加されるおそれは解消したと考えられるので、ステップＳ１１０へ移行して、放電用スイッチング素子Ｑ１及び充電用スイッチング素子Ｑ２がオンされて（ステップＳ１１０）、充放電可能な状態にされる。
【０１１４】
以後、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０の動作が繰り返される。以上、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０がステップＳ１〜Ｓ８と並行して実行されることにより、充電部３５による組電池１４の充電開始時に、故障等により組電池１４に過電圧が印加されるおそれを低減することができる。
【０１１５】
なお、ステップＳ１〜Ｓ８とステップＳ１０１〜Ｓ１１０との並列動作において、放電用スイッチング素子Ｑ１、及び充電用スイッチング素子Ｑ２のオン、オフ制御が競合した場合、オフ動作が優先される。すなわち、ステップＳ１〜Ｓ８の処理とステップＳ１０１〜Ｓ１１０の処理のうち、いずれか一方の処理によりオフにされたスイッチング素子は、他方の処理によりオンされることはない。
【０１１６】
また、ステップＳ１０４において端子電圧Ｖｔを検出する端子電圧検出部２１７は、ステップＳ１においてもスイッチ電圧値Ｖｓｗの算出用の端子電圧Ｖｔを検出するために用いられており、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０による電池の保護を実行するためにのみ、アナログデジタル変換器等の高価な電圧検出回路を必要とする端子電圧検出部２１７を新たに追加する必要がない。
【０１１７】
そのため、ステップＳ１〜Ｓ８の処理を実行する構成において、例えばＲＯＭに記憶される制御プログラムを追加するだけで、ステップＳ１０１〜Ｓ１１０による電池の保護を実行可能となるので、このような電池の保護を行うためのコストの増大を低減することが可能となる。
【０１１８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に従う保護回路４ａ、及びこれを備えた電池パック２ａについて説明する。図４は、本発明の第２実施形態に従う保護回路４ａと、これを備えた電池パック２ａ及び充電システム１ａの一例を示すブロック図である。
【０１１９】
図４に示す保護回路４ａは、図１に示す保護回路４とは、制御部２０１ａが、外部保護部２１２の代わりに外部保護部２１２ａを備える点、及び温度取得部２２１と閾値設定部２２２とをさらに備える点で異なる。
【０１２０】
また、図４に示す外部回路３ａは、図１に示す外部回路３とは、温度センサ３８をさらに備える点、及び制御部３７ａの動作が異なる。
【０１２１】
その他の構成は図１に示す充電システム１と同様であるのでその説明を省略し、以下本実施形態の特徴的な点について説明する。
【０１２２】
温度センサ３８は、例えばサーミスタや熱電対を用いて構成された温度センサである。温度センサ３８は、例えば負荷回路３４の近傍に、あるいは負荷回路３４に接するように配設されて、負荷回路３４の温度ｔを検出する。
【０１２３】
制御部３７ａは、温度センサ３８により検出される温度ｔを示す温度情報を、通信部３６によって電池パック２ａへ送信させる点で、制御部３７とは異なる。
【０１２４】
温度取得部２２１は、制御部３７ａから通信部３６を介して通信部２０３へ送信された温度情報を取得する。なお、温度取得部２２１は、必ずしも制御部３７ａから送信された温度情報を取得する例に限らない。例えば温度センサ３８を、電池パック２ａが備えて、温度センサ３８により検出された温度ｔを、温度情報として温度取得部２２１が取得するようにしてもよい。また、外気温と負荷回路３４の温度とは相関関係があるので、温度センサにより外気温を温度ｔとして検出し、温度取得部２２１は、その温度ｔを温度情報として取得するようにしてもよい。
【０１２５】
閾値設定部２２２は、温度取得部２２１により取得される温度ｔが上昇するほど電力閾値Ｐｔｈが小さな値になるように、電力閾値Ｐｔｈを設定する。負荷回路３４においては、負荷回路３４における消費電力に応じた発熱量による温度上昇が、現時点での温度ｔに上乗せされて、負荷回路３４の温度ｔが上昇することになる。
【０１２６】
そこで、閾値設定部２２２は、電力閾値Ｐｔｈが最大消費電力Ｐｍａｘ以上であって、かつ温度ｔが上昇するほど電力閾値Ｐｔｈが小さな値になるように電力閾値Ｐｔｈを設定することで、現時点での温度ｔに関わらず、負荷回路３４が発熱した後の温度ｔを一定の規定温度ｔｍａｘ以下に維持できるような、電力閾値Ｐｔｈを設定するようになっている。規定温度ｔｍａｘとしては、例えば負荷回路３４が正常に動作可能な上限値、例えば定格温度が用いられる。
【０１２７】
外部保護部２１２ａは、外部保護部２１２とは、外部保護処理としての異常が生じていることを示す情報の送信（ステップＳ６）とは別に消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えたことを外部回路３ａへ送信する異常通知処理を行う点と、外部保護処理を実行する条件とが異なる。
【０１２８】
すなわち、外部保護部２１２ａは、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えると、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えたことを外部回路３ａへ送信し、さらに消費電力算出部２１１によって算出される消費電力Ｐが、閾値設定部２２２により設定された電力閾値Ｐｔｈを超えた場合における消費電力Ｐと電力閾値Ｐｔｈとの差を、予め設定された判定継続時間Ｔｊの間積算することにより超過電力量Ｐｏを算出し、当該超過電力量Ｐｏが予め設定された判定閾値Ｐｏｊを超えた場合に、上述の外部保護処理（ステップＳ６，Ｓ７）を実行する。
【０１２９】
負荷回路３４の発熱量（Ｗｈ）は、電力（Ｗ）と時間（ｈ）との乗算値として得られる。従って、負荷回路３４の消費電力Ｐが、一時的に電力閾値Ｐｔｈを超えた場合であっても、超えた時間が短ければ発熱量は小さく、規定温度ｔｍａｘを超えない。そこで、負荷回路３４の温度ｔを規定温度ｔｍａｘまで上昇させる発熱量が、判定閾値Ｐｏｊとして予め設定されている。
【０１３０】
これにより、温度ｔは規定温度ｔｍａｘに満たず、まだ負荷回路３４が正常に動作可能であるにもかかわらず、一時的な消費電力の増加によって負荷回路３４への電力供給を停止してしまうおそれが低減され、電力供給の停止によって負荷回路３４の動作を停止させてしまうおそれが低減される。
【０１３１】
また、判定継続時間Ｔｊは、短すぎると短時間で負荷回路３４の温度ｔを規定温度ｔｍａｘまで上昇させるような大電力が消費されないと、外部保護処理が実行されないこととなって、負荷回路３４を適切に保護できないおそれがある。一方、判定継続時間Ｔｊは、長すぎると、放熱により現在の温度ｔに影響を与えなくなるほど、遠い以前の発熱量まで考慮して、不必要な外部保護処理を実行してしまうおそれがある。
【０１３２】
従って、判定継続時間Ｔｊは、負荷回路３４の温度ｔが規定温度ｔｍａｘを超えないように保護できる時間を、例えば実験的に求めることで、適宜設定される。
【０１３３】
なお、閾値設定部２２２は、電力閾値Ｐｔｈの代わりに判定閾値Ｐｏｊを設定してもよい。閾値設定部２２２は、温度ｔが上昇するほど判定閾値Ｐｏｊが小さな値になるように判定閾値Ｐｏｊを設定することで、現時点での温度ｔに関わらず、負荷回路３４が発熱した後の温度ｔを一定の規定温度ｔｍａｘ以下に維持できるような、判定閾値Ｐｏｊを設定するようにしてもよい。
【０１３４】
図５、図６は、図１に示す保護回路４ａの動作の一例を示すフローチャートである。以下のフローチャートにおいては、同様の動作には同一のステップ番号を付してその説明を省略する。また、図５、図６に示すフローチャートと並行して、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０が実行される。
【０１３５】
まず、保護回路４と同様、ステップＳ１，Ｓ２が実行される。そして、組電池１４に流れる電流が放電方向である場合（ステップＳ２でＹＥＳ）、外部保護部２１２ａによって、例えば図略のタイマ回路を用いて経過時間Ｔの計時が開始される（ステップＳ１０）。
【０１３６】
次に、外部保護部２１２ａによって、超過電力量Ｐｏがゼロに初期化される（ステップＳ１１）。次に、負荷回路３４の温度ｔが、温度センサ３８によって検出され、制御部３７ａによって温度情報として送信され、通信部２０３で受信される。そして、温度取得部２２１によって、通信部２０３で受信された温度情報から、負荷回路３４の温度ｔが取得される（ステップＳ１２）。
【０１３７】
次に、閾値設定部２２２によって、温度ｔが上昇するほど電力閾値Ｐｔｈが小さな値になるように、電力閾値Ｐｔｈが設定される（ステップＳ１３）。
【０１３８】
具体的には、例えば、温度ｔが上昇するほど電力閾値Ｐｔｈが小さな値になるように温度ｔと電力閾値Ｐｔｈとを対応付けたＬＵＴ（Look Up Table）が、予めＲＯＭに記憶されている。そして、温度取得部２２１で取得された温度ｔと対応付けてＬＵＴに記憶されている電力閾値Ｐｔｈが、閾値設定部２２２によって取得されるようになっている。
【０１３９】
次に、端子電圧検出部２１７によって、接続端子１１，１２間の端子電圧Ｖｔが検出される（ステップＳ３）。そして、消費電力算出部２１１によって、端子電圧Ｖｔと充放電電流値Ｉｃとが乗算され、その絶対値が消費電力Ｐとして算出される（ステップＳ４）。
【０１４０】
次に、外部保護部２１２ａによって、例えば単位時間毎に、消費電力Ｐと電力閾値Ｐｔｈとが比較される（ステップＳ１４）。そして、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、外部保護部２１２ａは、通信部２０３から通信部３６へ、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えたことを示す異常通知情報を送信させる（ステップＳ１５）。
【０１４１】
そうすると、外部回路３ａでは、通信部３６で異常通知情報が受信されて制御部３７ａへ出力される。これにより、制御部３７ａは、異常通知情報を取得すると、例えば負荷回路３４の動作を減少させるように制御して、負荷回路３４の消費電力を減少させ、負荷回路３４の温度ｔを規定温度ｔｍａｘ以下に維持することが可能となる。
【０１４２】
次に、外部保護部２１２ａによって、消費電力Ｐと電力閾値Ｐｔｈとの差が超過電力量Ｐｏに加算されて、超過電力量Ｐｏの積算が行われ（ステップＳ１６）、ステップＳ１７へ移行する。
【０１４３】
一方、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていなければ（ステップＳ１４でＮＯ）、超過電力量Ｐｏの積算を行うことなくステップＳ１７へ移行する。
【０１４４】
次に、ステップＳ１７において、外部保護部２１２ａによって、経過時間Ｔと判定継続時間Ｔｊとが比較される（ステップＳ１７）。そして、経過時間Ｔが判定継続時間Ｔｊを超えていなければ（ステップＳ１７でＮＯ）、再びステップＳ１２〜Ｓ１７が繰り返される。一方、経過時間Ｔが判定継続時間Ｔｊを超えていれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、判定継続時間Ｔｊが経過したのでステップＳ１８へ移行する。
【０１４５】
図７、図８、図９、図１０は、ステップＳ１０〜Ｓ１７の動作を説明するための説明図である。図７、図８、図９、図１０は、横軸が時間、縦軸が消費電力Ｐを示している。そして、図７、図８、図９、図１０における斜線部分の面積が、判定継続時間Ｔｊにおける超過電力量Ｐｏを示している。
【０１４６】
次に、ステップＳ１８において、外部保護部２１２ａによって、超過電力量Ｐｏと判定閾値Ｐｏｊとが比較される（ステップＳ１８）。そして、超過電力量Ｐｏが判定閾値Ｐｏｊを超えなければ（ステップＳ１８でＮＯ）、外部保護部２１２ａにより外部回路３は正常であると判定されて、再びステップＳ１〜Ｓ１８を繰り返す。
【０１４７】
一方、超過電力量Ｐｏが判定閾値Ｐｏｊを超えていれば（ステップＳ１８でＹＥＳ）、例えば負荷回路３４で短絡故障が生じるなどの異常が発生していると考えられるので、外部保護部２１２ａにより外部保護処理が実行される（ステップＳ６〜Ｓ８）。
【０１４８】
以上、ステップＳ１〜Ｓ１８の処理によれば、消費電力Ｐが最大消費電力Ｐｍａｘを超えていても、即座に組電池１４の放電を禁止するのではなく、判定継続時間Ｔｊの間における超過電力量Ｐｏが判定閾値Ｐｏｊを超えた場合、すなわち負荷回路３４の温度ｔが規定温度ｔｍａｘを超えるおそれがある場合に、外部保護処理が実行されるので、外部保護処理によって不必要に外部回路３ａの動作を停止させてしまうおそれが低減される。
【０１４９】
また、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていれば（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ステップＳ１５において異常通知情報が外部回路３ａへ送信されるので、制御部３７ａによって負荷回路３４の消費電力を減少させることができれば、超過電力量Ｐｏが判定閾値Ｐｏｊを超えることを回避できる結果、外部回路３ａの動作を停止させてしまう機会を減少させることが可能になる。
【０１５０】
なお、ステップＳ１５を実行しない構成としてもよい。また、温度取得部２２１や閾値設定部２２２を備えず、ステップＳ１２，Ｓ１３を実行することなく、電力閾値Ｐｔｈとして予め設定された固定値、例えば最大消費電力Ｐｍａｘを用いる構成としてもよい。
【０１５１】
また、図１１に示すように、外部保護部２１２ａは、ステップＳ１１ａにおいて積算電力量Ｐｓをゼロに初期化し、ステップＳ１４ａにおいて、例えば単位時間毎に消費電力Ｐと電力閾値Ｐｔｈとを比較し、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていれば（ステップＳ１４ａでＹＥＳ）ステップＳ１５へ移行する一方、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていなければ（ステップＳ１４ａでＮＯ）ステップＳ１６ａへ移行するようにしてもよい。
【０１５２】
そして、外部保護部２１２ａは、ステップＳ１６ａにおいて消費電力Ｐを積算することにより積算電力量Ｐｓを算出し、ステップＳ２１において積算電力量Ｐｓを判定継続時間Ｔｊで除算することにより平均電力値Ｐａｖｅを算出するようにしてもよい。
【０１５３】
そして、外部保護部２１２ａが、ステップＳ１８ａにおいて平均電力値Ｐａｖｅと電力閾値Ｐｔｈとを比較し、平均電力値Ｐａｖｅが電力閾値Ｐｔｈを超えなければ（ステップＳ１８ａでＮＯ）、外部保護部２１２ａにより外部回路３は正常であると判定されて、再びステップＳ１〜Ｓ１８ａを繰り返す一方、平均電力値Ｐａｖｅが電力閾値Ｐｔｈを超えていれば（ステップＳ１８ａでＹＥＳ）、例えば負荷回路３４で短絡故障が生じるなどの異常が発生していると考えられるので、外部保護部２１２ａにより外部保護処理が実行される（ステップＳ６〜Ｓ８）ようにしてもよい。
【０１５４】
また、図１１、図６に示すフローチャートと並行して、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０が実行される。
【０１５５】
例えば、負荷回路３４がモータのような動力装置や放電灯のような発光装置であった場合、負荷回路３４における消費電力は、熱に変換されることなく運動エネルギーや光エネルギーに変換される場合がある。このように、負荷回路３４において消費電力が熱以外の例えば運動エネルギーや光エネルギーに変換される場合には、消費電力Ｐのうち電力閾値Ｐｔｈ以下の部分は、その大半が熱以外のエネルギーに変換されて、負荷回路３４の発熱には寄与しないと考えられる。
【０１５６】
従って、負荷回路３４において消費電力が熱以外のエネルギーに変換される場合には、図５に示すステップＳ１６に示すように、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超える部分のみを積算して超過電力量Ｐｏを算出し、ステップＳ１８に示すように超過電力量Ｐｏに基づき外部保護処理を実行するか否かを判定する方が、外部保護処理によって不必要に外部回路３ａの動作を停止させてしまうおそれを低減しつつ、負荷回路３４の温度ｔが規定温度ｔｍａｘを超えるおそれを低減する精度を向上させることができる。
【０１５７】
一方、負荷回路３４が例えば携帯型パーソナルコンピュータのような情報処理装置であった場合のように、その消費電力の大半が最終的に熱となる場合には、消費電力Ｐのうち電力閾値Ｐｔｈ以下の部分についても、負荷回路３４の発熱に寄与することになる。
【０１５８】
そこで、負荷回路３４の消費電力の大半が最終的に熱となる場合には、図１１に示すステップＳ１６ａ，Ｓ２１に示すように、判定継続時間Ｔｊの期間内における平均電力値Ｐａｖｅを算出し、ステップＳ１８ａに示すように平均電力値Ｐａｖｅに基づき外部保護処理を実行するか否かを判定する方が、外部保護処理によって不必要に外部回路３ａの動作を停止させてしまうおそれを低減しつつ、負荷回路３４の温度ｔが規定温度ｔｍａｘを超えるおそれを低減する精度を向上させることができる。
【０１５９】
なお、図５、図１１に示す動作例は、負荷回路３４の性質によらず適用が可能である。しかしながら、図５に示す動作例は図１１に示す動作例よりも、消費電力が熱以外のエネルギーに変換される性質を有する負荷回路との組み合わせに適しており、図１１に示す動作例は図５に示す動作例よりも、消費電力の大半が熱に変換される性質を有する負荷回路との組み合わせに適している。
【０１６０】
なお、図１２に示すように、図５におけるステップＳ１１，Ｓ１６，Ｓ１８を実行せず、ステップＳ１４ｂにおいて消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超えていなければ（ステップＳ１４ｂでＮＯ）、再びステップＳ１に戻ってＳ１〜Ｓ１４ｂを繰り返し、ステップＳ１７において、経過時間Ｔが判定継続時間Ｔｊを超えていれば（ステップＳ１７でＹＥＳ）、消費電力Ｐが電力閾値Ｐｔｈを超える状態が判定継続時間Ｔｊの間継続したことになるので、外部回路３ａに異常が生じたものと判定してステップＳ６へ移行するようにしてもよい。
【０１６１】
図１２、図６に示すフローチャートと並行して、図３に示すステップＳ１０１〜Ｓ１１０が実行される。
【０１６２】
この場合であっても、一時的な消費電力Ｐの増加によって、不必要に外部回路３ａの動作を停止させてしまうおそれを低減することが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【０１６３】
本発明に係る保護回路、及び電池パックは、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、太陽電池や発電装置と二次電池とを組み合わされた電源システム等、種々の電池搭載装置、システムにおいて、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１６４】
１，１ａ  充電システム
２，２ａ  電池パック
３  外部回路
３ａ  外部回路
４，４ａ  保護回路
１１，１２，１３，３１、３２、３３  接続端子
１４  組電池
３４  負荷回路
３５  充電部
３６  通信部
３７，３７ａ，２０１，２０１ａ  制御部
３８  温度センサ
１４１，１４２，１４３  二次電池
２０２  電流検出抵抗
２０３  通信部
２０４  ＬＥＤ
２１１  消費電力算出部
２１２，２１２ａ  外部保護部
２１４  充電検出部
２１５  出力電圧値取得部
２１６  電池保護部
２１７  端子電圧検出部
２１８  電池電圧検出部
２１９  電流検出部
２２１  温度取得部
２２２  閾値設定部
Ｉｃ  充放電電流値
Ｉｐ  制限電流値
Ｐ  消費電力
Ｐａｖｅ  平均電力値
Ｐｍａｘ  最大消費電力
Ｐｏ  超過電力量
Ｐｏｊ  判定閾値
Ｐｓ  積算電力量
Ｐｔｈ  電力閾値
Ｑ１  放電用スイッチング素子
Ｑ２  充電用スイッチング素子
ＳＷ  スイッチング部
Ｔ  経過時間
Ｔｊ  判定継続時間
Ｖｂ  電池電圧
Ｖｏｕｔ  出力電圧値
Ｖｓｗ  スイッチ電圧値
Ｖｔ  端子電圧
Ｖｔｈ  判定電圧
ｔｍａｘ  規定温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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