(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電可能な二次電池を具備し、本体もしくは充電器に接続される充放電経路に保護回路を配した電池パックであって、
充放電経路に流れる過電流を検出する過電流検出機能を有する制御手段、前記制御手段からの出力信号に応じて前記充放電経路を開閉する第１のスイッチ手段、前記二次電池に接するように配されたまたは前記二次電池の近傍に配された温度非線形素子を含む温度検出手段、および前記温度検出手段からの出力信号に応じて開閉する第２のスイッチ手段を含み、
前記二次電池の温度が所定の温度以上に上昇したとき、前記温度検出手段からの信号により第２のスイッチ手段が閉状態となって前記充放電回路に過電流が流れ、その過電流を検出した前記制御手段からの信号により第１のスイッチ手段が開状態となり、充放電経路を開くことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記温度非線形素子がサーミスタである請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記温度検出手段が、前記温度非線形素子と並列に、常温時における前記温度非線形素子の抵抗と同じ抵抗値の抵抗ならびに第１および第２のトランジスタを有し、前記温度検出手段の出力端が第２のスイッチ手段に接続されてカレントミラー回路を構成してなる請求項１または２記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信機、ビデオムービおよびノートパソコンなどに用いられる二次電池、例えばリチウム電池を具備した電池パックに関する。さらに詳しくは、本発明は、特に電池の過充電および過放電を検出し、過充放電時に前記二次電池を保護するための回路を備えた電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、移動通信機、ビデオムービおよびノートパソコンなどで利用されている二次電池としては、例えばリチウム二次電池などが用いられている。
この二次電池を充電する場合、過充電を行うと金属リチウムが析出し、電解液が分解してガスを発生したり、または、電池内部で短絡を起こして危険であるという問題がある。
そこで、このような問題に対して、従来から種々の二次電池用保護回路が提案されている。このような保護回路においては、制御回路により、充電時、電池電圧が充電禁止電圧にまで上昇した場合、充電を禁止させ、充電禁止電圧より、やや低い基準電圧よりも下がると、再度充電を開始させる。また、放電時には、電池電圧が放電禁止電圧にまで低下すると、放電を禁止させ、放電禁止電圧よりもやや高い電圧になれば、再度放電を開始させるのである。
【０００３】
図３に従来の保護回路を含む電池パックの回路構成図を示す。この電池パックでは素電池を１個含む場合である。図３に示す保護回路は、素電池３１（例えば、リチウム二次電池）の充電および放電状態を制御するための保護ＩＣ３２、電池パック３３内の保護回路を介して素電池３１を充電器（図示せず）に接続するための＋端子３４および−端子３５を有する。そして、充電時の温度上昇を制御するためにサーミスタ３６と接続されている温度端子（Ｔ）３７、また、電池パックを区別するための識別端子３８（Ｓ）が電池パック３３内にある。
従来、このサーミスタ３６は、温度の変動によりその抵抗値が変化し（例えば２５℃では１０ＫΩ、６０℃では３ｋΩ、０℃では２７ｋΩ）、温度検出端子として利用されており、この抵抗値を温度端子（Ｔ）３７を介して充電器側で認識させる。
充電時、素電池が過充電されて加熱した場合に充電を停止するため、安全領域外となるサーミスタ３６の抵抗値をあらかじめ充電器側に設定しておく。そして、サーミスタ３６の抵抗変化によって変動した電圧と基準電圧とを比較することにより、充電器側の出力を低下または停止させ、保護機能として動作させている。
保護ＩＣ３２の動作としては、充電器の出力に＋端子３４、−端子３５から充電され、過充電禁止の動作の場合、何らかの原因で規定値以上の電圧で充電されたとする。そして、保護ＩＣ３２に設定している過充電禁止電圧に達すると、過充電制御ＦＥＴ４０がオフとなり、充電を停止する。また、逆に、過放電の状態になった場合には、過放電制御ＦＥＴ３９がオフとなり、放電を停止する。
しかし、このような保護回路においては、素電池の異常な温度上昇を検知するために充電器側に温度端子（Ｔ）３７を設けなければならず、その機能をもたない充電器では、安全な充電をすることができない。また、電池パックが充電器上にない場合、この温度端子のみによる温度制御効果がないという問題がある。
【０００４】
また、別の保護回路においては、温度ヒューズによって異常温度を認識し、温度ヒューズが規定温度以上になると切れる仕組みになっている（例えば、日刊工業新聞（株）出版編、電子技術、１９９７年、Ｖｏｌ．３９、Ｎｏ．９、第１〜４５頁を参照。）。
しかし、この場合、温度ヒューズが一旦動作すると、新しいものと取り替えないと保護回路そのものが復帰できないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上の事実に鑑み、本発明の目的は、上記従来の問題を解決し、素電池の過充電および過放電などによる加熱を検知して前記過充電および過放電を抑制する機能を有する復帰型の温度制御付き保護回路を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、充放電可能な二次電池を具備し、本体もしくは充電器に接続される充放電経路に保護回路を配した電池パックであって、充放電経路に流れる過電流を検出する過電流検出機能を有する制御手段、前記制御手段からの出力信号に応じて前記充放電経路を開閉する第１のスイッチ手段、前記二次電池に接するように配されたまたは前記二次電池の近傍に配された温度非線形素子を含む温度検出手段、および前記温度検出手段からの出力信号に応じて開閉する第２のスイッチ手段を含み、前記二次電池の温度が所定の温度以上に上昇したとき、前記温度検出手段からの信号により第２のスイッチ手段Ｄが閉状態となって前記充放電回路に過電流が流れ、その過電流を検出した前記制御手段からの信号により第１のスイッチ手段が開状態となり、充放電経路を開くことを特徴とする電池パックである。
この電池パックにおいては、前記温度非線形素子はサーミスタであるのが好ましい。
また、前記温度検出手段が、常温時における前記温度非線形素子の抵抗と同じ大きさの抵抗ならびに第１および第２のトランジスタを有し、前記温度検出手段の出力端が第２のスイッチ手段に接続されてカレントミラー回路を構成するのが好ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の電池パックは、充放電経路に流れる過電流を検出する過電流検出機能を有する制御手段、第１のスイッチ手段、温度検出手段、および温度検出手段からの出力信号に応じて開閉する第２のスイッチ手段を含む。
そして、前記二次電池の温度が所定の温度以上に上昇したとき、前記温度検出手段からの信号により第２のスイッチ手段が閉状態となって前記充放電回路に過電流が流れ、その過電流を検出した前記制御手段からの信号により第１のスイッチ手段が開状態となり、前記充放電経路を開くことを特徴とする電池パックである。
【０００８】
ここで、本発明の電池パックの一実施例を、理解の容易のために図面を用いて説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。図１は、本発明の温度制御付き保護回路を含む電池パックの回路構成図である。
図１に示すように、制御手段２は充放電経路に流れる過電流を検出する過電流検出機能を有し、第１のスイッチ手段５に開閉を指示する働きを有する。
また、温度検出手段３は、素電池１に接するように配された、または素電池１の近傍に配された温度非線形素子（図示せず。）を含み、所定の温度以上に上昇した素電池１の温度を検知する。そして、この異常な温度を検出した温度検出手段３は、第２のスイッチ手段４に信号を送り、この信号を受けた第２のスイッチ手４は閉状態となって充放電回路に過電流を流す。
すなわち、本発明の電池パックは、素電池１の温度が上昇して異常な温度となった場合に過電流を流し、その過電流を検出して充放電経路を開いて過放電および過充電の状態を回避するものである。
この点、前記従来例のように変動した電圧を検出する手段だけでなく、二重保護的に温度の制御を取り入れ、安全性を確保できるという利点がある。
【０００９】
以下に、図２を参照し、本発明の電池パックをさらに具体的に説明する。図２に示す電池パックは、前記図１に示す電池パックに対して、
（１）制御手段として、過放電電流検出手段、過放電制御手段および過充電制御手段を含む保護ＩＣ２２を用いる点、
（２）温度検出手段として、前記温度非線形素子と並列に、常温時における前記温度非線形素子の抵抗と同じ抵抗値の抵抗ならびに第１および第２のトランジスタを有し、前記温度検出手段の出力端が第２のスイッチ手段に接続されてなるカレントミラー回路を用いる点、ならびに
（３）第１のスイッチ手段または第２のスイッチ手段がトランジスタまたは電解効果トランジスタ（ＦＥＴ）からなる（なお、図２においては第１のスイッチ手段にＦＥＴを用いている。）点で相違する。
【００１０】
また、前記（１）と（２）の構成を採ると、電流を検知することにより二次電池の過度の温度変化を効率よく制御することができるという利点がある。さらに、前記（３）の構成を採ると、適当なインピーダンスをもつもの、およびサイズ的な考慮から、最適なデバイスを利用することができるという利点がある。
なお、本発明における温度制御付き保護回路はこれらの構成要素（１）〜（３）をそれぞれ単独で、または任意に組み合わせて備えていてもよい。
【００１１】
ついで、図２に示す保護回路の機能を説明する。例えば充電器の充電電圧を４．２０Ｖとすると素電池１には通常４．２０Ｖ以上の電圧は印加されないが、何らかの異常で素電池１の＋、−間に４．２０Ｖを超える電圧がかかった場合には、過電圧を検出した保護ＩＣ２２が、その過充電制御手段により第１のスイッチ手段の過充電制御用ＦＥＴ４ａを閉じて、過充電状態を回避する。また、保護ＩＣ２２の過充電禁止電圧の設定を４．３０Ｖとすると、素電池１の＋、−間に４．３０Ｖ以上を検出すると、過充電制御が作動し、第１のスイッチ手段の過充電制御用ＦＥＴ４ａが閉じて、過充電状態を回避する。
一方、過放電の状態になった場合には、例えば保護ＩＣ２２の過放電禁止電圧を３．００Ｖと設定すると、素電池１の電圧が３．００Ｖ以下になると、過電圧を検出した保護ＩＣ２２が、その過放電圧制御手段により第１のスイッチ手段のＦＥＴ４ｂを閉じて、過放電状態を回避する。
また、温度検出手段が二次電池の過加熱を検知した場合は、サーミスタ３ｃの抵抗値が低くなり、過充電制御用ＦＥＴ４ａと過放電制御用ＦＥＴ４ｂとの間、すなわち抵抗４ｃを流れる過電流を検出し、過放電電流検出手段によりＦＥＴ４ａまたは４ｂを閉じる。例えば、通信機器およびＡＶ機器の場合は過電流値を３Ａと設定すればよい。
【００１２】
つぎに、図２に示す温度検出手段について説明する。
この温度検出手段は、カレントミラー回路を有する。この回路においては、保護回路の＋端子および−端子間に、３個のトランジスタ３ａ、３ｂおよび５ａと前記サーミスタ３ｃとを挿入し、＋端子から抵抗３ｄを介してトランジスタ３ａを接続し、かつエミッタ接地し、コレクタの極はトランジスタ３ｂに接続し、トランジスタ３ｂをエミッタ接地する。また、温度非線形素子サーミスタ３ｃも＋端子に接続し、反対側をトランジスタ３ｂのコレクタ端子に接続し、トランジスタ３ｃのベースにも接続し、さらにトランジスタ３ｃもエミッタ接地し、コレクタを＋端子に接続する。
【００１３】
このカレントミラー回路に＋端子９と−端子１０の間に高温状態で過電流が流れる場合を想定して説明する。抵抗３ｄに流れる電流値をＩ1、サーミスタ３ｃに流れる電流値をＩ2、トランジスタ５ａのコレクタ電流値Ｉ3とする。
通常、抵抗３ｄとサーミスタ３ｃとの抵抗値が同じであると、Ｉ1＝Ｉ2である。そのために、Ｉ3＝０となり、トランジスタ５ａが閉じる。
このサーミスタ３ｃとして、一般的なＢ定数が３４３５Ｋのものを用いると、温度により、例えば２５℃では１０ｋΩ、６０℃では３ｋΩ、９０℃では１．２ｋΩ、０℃では２７ｋΩと変化し、温度検出端子として利用できる。
そして、このように高温度になると、抵抗値が大きく下がり、Ｉ1＜Ｉ2となってトランジスタ５ａが開き、Ｉ3＞０となって充放電経路に過電流が流れる。この抵抗値が小さく、電流値が大きく流れ、過放電禁止電流までになる抵抗値に設定すると、保護ＩＣ２２の過放電電流検出を動作させ、充放電回路を遮断する。
【００１４】
また、図２の回路では、素電池１とサーミスタ３ｃが離れている構成を採るように思われるが、実際には、素電池１の温度を効率よく検出するために、サーミスタ３ｃのセンサ部を素電池１と接触するように、またはその近傍に配置するのが好ましい。
なお、ここでは素電池が１個の場合で説明したが、２個以上の直列接続または並列接続でも同様な使用方法が可能である。また、素電池としてはリチウム二次電池のみを用いたが、例えばポリマー型のリチウム電池、ニッケル−水素電池およびニッケル−カドミウム電池などの二次電池に対しても、本発明の温度制御付き保護回路を用いることができる。
【００１５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の保護回路構成の電池パックを充電した場合、素電池そのものが過充電および過放電等で異常な温度になった場合、電流の変化を検出することにより温度制御可能な復帰型の保護回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の温度制御付き保護回路を含む電池パックの回路構成図である。
【図２】本発明の温度制御付き保護回路を含む電池パックのさらに具体的な回路構成図である。
【図３】従来の温度制御付き保護回路を含む電池パックの回路構成図である。
【符号の説明】
１          素電池
２          制御手段
３          温度検出手段
３ａ、３ｂ  トランジスタ
３ｃ        サーミスタ
３ｄ        抵抗
４          第２のスイッチ手段
４ａ        過充電制御用ＦＥＴ
４ｂ        過放電制御用ＦＥＴ
４ｃ        抵抗
５          第１のスイッチ手段
５ａ        トランジスタ
２２        保護ＩＣ
９          ＋端子
１０        −端子
３１        素電池
３２        保護ＩＣ
３３        電池パック
３４        ＋端子
３５        −端子
３６        サーミスタ
３７        温度端子（Ｔ）
３８        識別端子（Ｓ）
３９        過放電制御ＦＥＴ
４０        過充電制御ＦＥＴ
４１        抵抗
【図１】
0003676935.tif 000002
【図２】
0003676935.tif 000003
【図３】
0003676935.tif 000004