(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池(1)と、この二次電池(1)を電源として動作する負荷(2)と、二次電池(1)を過充電と過放電から防止する保護回路(4)とを備え、
保護回路(4)が、電池電圧が設定電圧よりも低くなると、二次電池(1)の放電を停止する主保護回路(4A)と、ダイオード(7)を介して二次電池(1)に接続してなるサブ電池(8)を備えるサブ保護回路(4B)とを備え、
主保護回路(4A)が、電流を遮断する設定電圧が異なる第１保護回路(4a)と第２保護回路(4b)を備え、第１保護回路(4a)は負荷(2)に直列に接続されて、二次電池(1)の電圧が第１設定電圧以下になると負荷(2)に流れる電流を遮断し、第２保護回路(4b)は二次電池(1)と直列に接続されて、二次電池(1)の電圧が第２設定電圧以下に低下すると、二次電池(1)から流れる電流を遮断し、
サブ保護回路(4B)は、ダイオード(7)を、サブ電池(8)が二次電池(1)を充電できる方向に接続しており、二次電池(1)の電圧が低下すると、サブ電池(8)が二次電池(1)を補充電するようにしてなる二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項２】
サブ保護回路(4B)が、ダイオード(7)と直列に電流制限抵抗(9)を接続している請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項３】
サブ電池(8)が二次電池(1)よりも自己放電の少ない電池である請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項４】
サブ電池(8)が一次電池(1)である請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項５】
二次電池(1)がリチウムイオン二次電池で、サブ電池(8)がリチウム一次電池である請求項４に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項６】
第１設定電圧を第２設定電圧よりも高く設定している請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項７】
第２保護回路(4b)が、二次電池(1)を内蔵するパック電池(10)に内蔵され、このパック電池(10)と並列にサブ保護回路(4B)を接続している請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項８】
サブ保護回路(4B)を二次電池(1)に並列に接続している請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項９】
二次電池(1)を電源として動作する電池管理回路(3)を負荷(2)と並列に接続しており、第１保護回路(4a)が負荷(2)に流れる電流を遮断し、第２保護回路(4b)が負荷(2)と電池管理回路(3)に流れる電流を遮断する請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池を内蔵する電気機器に関し、とくに、長期間放置されたときに二次電池が劣化するのを有効に防止できる電気機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池を内蔵して電源に使用する電気機器は、電源コードを接続しないで便利に使用できる。しかしながら、内蔵している二次電池の寿命が尽きると、充電できなくなって使用できなくなる。二次電池は、長期間過放電状態にあると不活性になって、充電しても初期の充電容量に回復できなくなり、寿命が尽きてしまうことがある。二次電池の過放電を防止するために、電池電圧を検出して、電池電圧が設定された電圧よりも低くなると、放電を強制的に遮断している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
二次電池の電圧を検出して放電を遮断する回路では、必ずしも二次電池の過放電を確実に阻止できるとはかぎらない。電池の放電を遮断した後、自己放電によってさらに放電が進行し、また、放電を遮断する回路も微小な電流を消費することがあるからである。とくに、二次電池は一次電池に比較して自己放電が大きいので、自己放電による放電を無視できない。
【０００４】
自己放電による二次電池の過放電は、実際の使用状態と、流通在庫において問題となる。実際の使用状態においては、たとえば、二次電池の放電が遮断される状態になった電気機器は、使用できないので、そのまま充電することなく放置されることがある。この状態で長期間放置されると、自己放電によって二次電池の放電がさらに進行して過放電状態となる。また、流通在庫においては、製造された電気機器が実際に使用されるまで充電されない。とくに、流通在庫は長年月にわたることがあり、在庫年月を確実に管理することが難しく、長期間に放置されて、二次電池が自己放電で過放電され、実際にユーザーが使用するときに二次電池の性能が著しく低下することがある。
【０００５】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電流を遮断するまで電池電圧が低下する状態で長期間放置されても、二次電池の過放電を有効に防止して、二次電池の寿命を著しく延長できる二次電池を内蔵する電気機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の二次電池を内蔵する電気機器は、二次電池(1)と、この二次電池(1)を電源として動作する負荷(2)と、二次電池(1)を過充電と過放電から防止する保護回路(4)とを備え、
保護回路(4)が、電池電圧が設定電圧よりも低くなると、二次電池(1)の放電を停止する主保護回路(4A)と、ダイオード(7)を介して二次電池(1)に接続してなるサブ電池(8)を備えるサブ保護回路(4B)とを備え、主保護回路(4A)が、電流を遮断する設定電圧が異なる第１保護回路(4a)と第２保護回路(4b)を備え、第１保護回路(4a)は負荷(2)に直列に接続されて、二次電池(1)の電圧が第１設定電圧以下になると負荷(2)に流れる電流を遮断し、第２保護回路(4b)は二次電池(1)と直列に接続されて、二次電池(1)の電圧が第２設定電圧以下に低下すると、二次電池(1)から流れる電流を遮断し、サブ保護回路(4B)は、ダイオード(7)を、サブ電池(8)が二次電池(1)を充電できる方向に接続しており、二次電池(1)の電圧が低下すると、サブ電池(8)が二次電池(1)を補充電するようにしている。
【０００７】
サブ保護回路４Ｂは、好ましくは、ダイオード７と直列に電流制限抵抗９を接続する。このサブ保護回路４Ｂは、電流制限抵抗９で、サブ電池８が二次電池１を充電する充電電流を制限できるので、長期間にわたって二次電池１を補充電できる。
【０００８】
さらに、本発明の電気機器は、好ましくは、サブ電池８を二次電池１よりも自己放電の少ない電池として、長期間にわたって二次電池１の自己放電を補うことができる。サブ電池８は、好ましくは一次電池とする。一次電池は、二次電池に比較して自己放電が少ないからである。この電気機器は、たとえば、二次電池１をリチウムイオン二次電池として、サブ電池８をリチウム一次電池とすることができる。
【００１０】
さらに、本発明の電気機器は、第２保護回路４ｂを、二次電池１を内蔵するパック電池１０に内蔵することもできる。この電気機器は、パック電池１０と並列にサブ保護回路４Ｂを接続する。
【００１１】
さらに、本発明の電気機器は、サブ保護回路４Ｂを二次電池１に並列に接続することもできる。この電気機器は、サブ電池８が二次電池１の補充電以外に放電されるのを阻止できる。
【００１２】
さらに、本発明の電気機器は、好ましくは、二次電池１を電源として動作する電池管理回路３を負荷２と並列に接続する。この電気機器は、第１保護回路４ａが負荷２に流れる電流を遮断し、第２保護回路４ｂが負荷２と電池管理回路３に流れる電流を遮断する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための電気機器を例示するものであって、本発明は電気機器を以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
本発明は電気機器を特定しないが、電気機器は、電気かみそりや電動歯ブラシなどである。図１のブロック図と図２の回路図は、電気かみそりに内蔵される回路構成を示している。これ等の図の電気機器は、二次電池１と、二次電池１を電源として動作する負荷２と、この負荷２と並列に接続している電池管理回路３と、二次電池１を過充電と過放電から防止する保護回路４とを備える。
【００１６】
二次電池１はリチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、大きさや重さに対する充電容量が大きく、小さくかつ軽くして充電容量を大きくできる。ただ、リチウムイオン二次電池は、長期間過放電した状態に放置すると不活性になって充電しても充電容量を回復できなくなる。本発明は、二次電池の過放電を防止するためのサブ保護回路を備えるので、二次電池をリチウムイオン二次電池として、二次電池の寿命を長くできる。ただ、二次電池は、リチウムイオン二次電池にかぎらず、長期間過放電状態にすると性能が低下する性質がある。したがって、二次電池には、他のタイプの電池、たとえばニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を使用することもできる。
【００１７】
負荷２は、電気機器によって異なる。電気かみそりや電動歯ブラシのように、機械的な駆動機構を内蔵する電気機器の負荷はモーターである。電気機器が無線器の場合、負荷は送信回路または受信回路である。さらに、コンピュータ等の場合は電子回路である。
【００１８】
電池管理回路３は、電池の残容量を演算する回路、演算した残容量を表示する回路、電池の充放電を制御する回路等である。電池管理回路３は、できる限り消費電流が少なくなるように設計される。また、電池の電圧が低下して、保護回路４で負荷２の電流が遮断された後も、二次電池１から電力が供給され、電池電圧がさらに低下すると、保護回路４で電力の供給が遮断される。
【００１９】
保護回路４は、主保護回路４Ａとサブ保護回路４Ｂとを備える。主保護回路４Ａは、二次電池１の電圧を検出して電池電圧が設定電圧よりも低くなると、二次電池１の放電を停止する。図の電気機器は、第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂからなる主保護回路４Ａを備えている。第１保護回路４ａは負荷２に直列に接続されて、二次電池１の電圧が第１設定電圧以下になると負荷２に流れる電流を遮断する。第２保護回路４ｂは二次電池１と直列に接続されて、二次電池１の電圧が第２設定電圧以下に低下すると、二次電池１から流れる電流を遮断する。
【００２０】
第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂは、電流を遮断する設定電圧が異なり、第１設定電圧は第２設定電圧よりも高く、いいかえると、第２設定電圧を第１設定電圧よりも低く設定している。二次電池１をリチウムイオン二次電池とする電気機器は、たとえば、第１設定電圧を３．１Ｖ／セルとし、第２設定電圧を２．７Ｖ／セルとする。二次電池１が放電して、第１設定電圧になると第１保護回路４ａが負荷２に流れる電流を遮断する。この状態で、第１保護回路４ａは、電池管理回路３に流れる電流を遮断しない。さらに二次電池１が放電されて、第２設定電圧になると第２保護回路４ｂが、二次電池１から流れる全ての電流を遮断する。この状態で、負荷２と電池管理回路３の両方に流れる電流が遮断される。
【００２１】
第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂは、電圧検出回路５とスイッチング素子６とを備える。スイッチング素子６は、ＦＥＴまたはトランジスター等の半導体スイッチング素子で、オン状態で電池を放電できる方向に接続している。第１保護回路４ａのスイッチング素子６は、負荷２と直列に接続されて、負荷２に流れる電流を遮断する。第２保護回路４ｂのスイッチング素子６は、二次電池１と直列に接続されて、二次電池１から流れる電流を遮断する。電圧検出回路５は、二次電池１の電圧を検出して設定電圧に比較し、電池電圧が設定電圧以下になるとスイッチング素子６をオフとし、電池電圧が設定電圧よりも高いときに、スイッチング素子６をオンに制御する。
【００２２】
図の電気機器は、第２保護回路４ｂを、二次電池１を内蔵するパック電池１０に内蔵させている。いいかえると、第２保護回路４ｂを内蔵しているパック電池１０を電気機器にセットしている。この電気機器は、第２保護回路４ｂを内蔵しているパック電池１０を装着するので、パック電池１０と並列、すなわち、二次電池１と第２保護回路４ｂと直列に接続してなる回路と並列にサブ保護回路４Ｂを接続している。
【００２３】
サブ保護回路４Ｂはダイオード７とサブ電池８とを備え、ダイオード７を介してサブ電池８を二次電池１に接続している。サブ保護回路４Ｂは、二次電池１の電圧が低下すると、ダイオード７を通過して、サブ電池８で二次電池１を補充電する。サブ電池８が二次電池１を補充電できるように、ダイオード７はサブ電池８が二次電池１を充電できる方向に接続している。さらに、ダイオード７は、二次電池１を充電するときにサブ電池８に充電電流が流れるのを阻止する。
【００２４】
さらにまた、ダイオード７の両端に発生する電圧降下は、サブ電池８が二次電池１を充電するときに、サブ電池８が二次電池１を補充電する状態を理想的な電圧値に調整する。サブ電池８は、二次電池１が過放電になる電圧に低下するまで、二次電池１を充電する必要がない。仮に、サブ電池８がつねに二次電池１を充電すると、サブ電池８は短期間で放電されてしまい、二次電池１の過放電を長期間にわたって防止できなくなる。サブ電池８は、二次電池１の電圧が、過放電される状態になるまで低下するときにかぎって、二次電池１の充電を開始するのが理想である。サブ電池８と直列に接続しているダイオード７は、両端に約０．６Ｖの電圧降下が発生する。したがって、二次電池１の電圧がサブ電池８の電圧よりも０．６Ｖ以下に低下するまで、サブ電池８は二次電池１の充電をしない。二次電池１の電圧が過放電になるまで低下すると、サブ電池８が二次電池１を充電する。ダイオード７は極めて安価なパーツで、しかも両端の電圧降下がほぼ一定である。このため、二次電池１とサブ電池８に、電圧値のほぼ等しい電池を使用する電気機器において、サブ電池８と直列にダイオード７を接続して、サブ電池８が二次電池１を充電する電圧を理想的な電圧値に制御できる。また、ダイオード７の電圧降下はほぼ一定であるから、複数のダイオード７を直列に接続して、ダイオード７全体での電圧降下を最適電圧に調整することができる。ダイオード７を直列接続する個数を多くして、サブ電池８が二次電池１の充電を開始するときの二次電池１の電圧値を低くできる。
【００２５】
さらに、図のサブ保護回路４Ｂは、サブ電池８が二次電池１を充電する充電電流を制限するために、ダイオード７と直列に電流制限抵抗９を接続している。電流制限抵抗９の抵抗値は、サブ電池８が二次電池１を充電する充電電流で、二次電池１の自己放電を補うことができるように設定する。
【００２６】
二次電池１は自己放電するがその放電電流は極めて小さい。このため、電流制限抵抗９の抵抗値は、たとえば、約１０ｋΩと非常に大きな値に設定して、サブ電池８が二次電池１を充電する充電電流を小さくして、長期間にわたって二次電池１を補充電できるようにする。さらに、サブ電池８は、長期間にわたって、二次電池１の自己放電を補うことができるように、二次電池１よりも自己放電の少ない電池を使用する。一次電池は、二次電池に比較して自己放電が少ない。したがって、サブ電池８には、好ましくは一次電池を使用する。とくに、サブ電池８にはリチウム一次電池が最適である。リチウム一次電池の自己放電が極めて少なく、長期間にわたって二次電池１を補充電できるからである。このため、二次電池１をリチウムイオン二次電池として、サブ電池８をリチウム一次電池とする組合せは最適である。とくに、この組合せは、サブ電池８と直列に接続されたダイオード７でもって、サブ電池８が二次電池１を充電する電圧も最適値に設定できる。
【００２７】
サブ電池８は、負荷２に電力を供給するための電池ではない。二次電池１の自己放電を補償するための電池である。二次電池１の自己放電による電流は極めて小さい。したがって、サブ電池８は、二次電池１の容量に比較して容量の小さい電池、たとえば、コイン電池、とくにリチウム一次電池であるコイン電池が最適である。狭いスペースに収納して、極めて長期間にわたって二次電池１の過放電による劣化を有効に防止できるからである。
【００２８】
図１と図２の電気機器は、二次電池１と直列に接続している第２保護回路４ｂをパック電池１０に内蔵して、パック電池１０と並列にサブ保護回路４Ｂを接続している。この電気機器は、保護回路を内蔵しているパック電池１０を電気機器に装着できる。ただ、この電気機器は、第２保護回路４ｂが二次電池１の電流を遮断する状態で、サブ電池８が電池管理回路３で放電される。サブ電池８の放電電流は、電流制限抵抗９に制限されて極めて微小な電流ではあるが、サブ電池８の容量も小さいので、好ましくは、この放電電流もできる限り小さくするのがよい。図３に示すように、サブ保護回路４Ｂを二次電池１に並列に接続して、サブ電池８が電池管理回路３で放電されるのを阻止できる。第２保護回路４ｂのスイッチング素子６がオフになると、サブ電池８の−側が電池管理回路３から電気的に切り離されるからである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の二次電池を内蔵する電気機器は、電流を遮断するまで電池電圧が低下する状態で長期間放置されても、二次電池の過放電を有効に防止して、二次電池の寿命を著しく延長できる特長がある。それは、本発明の電気機器が、主保護回路とサブ保護回路とからなる保護回路を備え、主保護回路は、電池電圧が設定電圧よりも低くなると二次電池の放電を停止しており、サブ保護回路は、ダイオードを介して二次電池に接続してなるサブ電池を有し、二次電池の電圧が低下するとサブ電池で二次電池を補充電しているからである。この構造の電気機器は、内蔵する二次電池の電池電圧が所定の電圧よりも低下すると、サブ保護回路のサブ電池で補充電されるので、二次電池の過放電を有効に防止できる。したがって、本発明の電気機器は、長期間放置されても二次電池の性能を著しく低下させることなく、二次電池の寿命を延長できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の二次電池を内蔵する電気機器のブロック図
【図２】図１に示す二次電池を内蔵する電気機器の回路図
【図３】本発明の他の実施例の二次電池を内蔵する電気機器の回路図
【符号の説明】
１…二次電池
２…負荷
３…電池管理回路
４…保護回路            ４Ａ…主保護回路        ４Ｂ…サブ保護回路
４ａ…第１保護回路      ４ｂ…第２保護回路
５…電圧検出回路
６…スイッチング素子
７…ダイオード
８…サブ電池
９…電流制限抵抗
１０…パック電池
【図１】
0003691347.tif 000002
【図２】
0003691347.tif 000003
【図３】
0003691347.tif 000004