(57)【要約】【課題】Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、熱損失による過渡熱破壊を抑制する電池パックの提供を目的とする。【解決手段】電池部の放電電流を保護制御する第１のＮチャネルＦＥＴを有する保護制御部と、第１のＮチャネルＦＥＴの動作を加速化させる第２のＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴを有する加速部を備え、ドレインが電池部の電圧を昇圧する昇圧部の出力端子に接続され、かつ、ゲート又はソースが第１のＮチャネルＦＥＴのゲートに接続された第２のＮチャネルＦＥＴ、ＰチャネルＦＥＴが即座にＯＮ状態になり、第１のＮチャネルＦＥＴのゲート電圧を急速に閾値電圧よりも高くすることにより、第１のＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、熱損失による過渡熱破壊を抑制することができる。【選択図】図１
2014110731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池部の放電電流を保護制御する第１のＮチャネルＦＥＴを有する保護制御部と、前記第１のＮチャネルＦＥＴの動作を加速化させる第２のＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴを有する加速部を備える電池パックであって、
前記第１のＮチャネルＦＥＴは、
ドレインが前記電池部の正極と接続され、
ソースが外部端子に接続され、
ゲートが第１の抵抗を介して前記電池部の正極に接続され、更に、前記第１の抵抗より抵抗値が小さい第２の抵抗を介して制御部の制御端子に接続され、
前記第２のＮチャネルＦＥＴは、
ソースが前記第１のＮチャネルＦＥＴのソースと接続され、
ドレインが第３の抵抗を介して前記電池部の電圧を昇圧する昇圧部の出力端子と接続され、
ゲートが前記制御端子に接続され、
前記ＰチャネルＦＥＴは、
ソースが前記昇圧部の出力端子と接続され、
ドレインが前記第２の抵抗に接続され、
ゲートが前記第３の抵抗を介して前記昇圧部の出力端子と接続される電池パック。
【請求項２】
前記ＰチャネルＦＥＴのゲートと前記昇圧部の出力端子とに接続された第１のコンデンサを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記第２のＮチャネルＦＥＴのドレインと前記第３の抵抗との間、かつ、前記第２のＮチャネルＦＥＴのドレインと前記ＰチャネルＦＥＴのゲートの間に接続される第４の抵抗を有し、
前記第３の抵抗と前記第４の抵抗の抵抗値比率が、前記電池部の電圧を分圧した前記ＰチャネルＦＥＴのゲート電圧が限界耐圧以下になる比率であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【請求項４】
前記第ＰチャネルＦＥＴと前記第２の抵抗との間に、第２のコンデンサと第５の抵抗の並列回路を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は放電電流の放電制御及び保護制御を行うＦＥＴの動作を高速化し、ＦＥＴの過渡熱破壊を抑制する電池パックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電池パックは、一般的に電池部１００に保護回路部２００を接続する構成であり、図３にその構成をしめす。その保護回路部２００は、出力端子間でショートしても火花が発生しないように出力端子への出力を高速遮断する短絡保護回機能がある（例えば、特許文献１参照）。また、高出力が要望されている場合、多直列多並列の電池ブロック１０１を構成し、出力電圧が高いことから放置時に出力がでないようにＰｃｈ（Ｐチャネル）  Ｐｏｗｅｒ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ制御している。そして、このような電池パックは、本体側の機器から出力要求があった時にＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３によって、出力制御をＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行させ、電力を本体機器へ供給する。
【０００３】
多直列多並列の電池パックは、本体側の負荷が大きなトルクを必要とするＬ負荷の場合、例えば、１０直列６並列の電池パックでＬ負荷の場合、突入電流は１００Ａを超える電流が本体側の機器からの出力要求時に流れる。さらに、本体負荷モータ側が短絡されている場合、５００Ａから６００Ａの電流が電池ブロック１０１からＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を介して本体側へ電流が流れ、保護回路部２００の制御ＩＣ２０１が短絡状態を認識し、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ制御するまで電流が流れる。このような本体機器の場合、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は通常ＯＦＦ状態であるため、ＯＦＦ状態である非常に高抵抗の状態から、ＯＮ状態である非常に低抵抗へ移行する際、電流の大きさとその移行時間によってはＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱ストレスによる熱破壊に至る可能性がある。
【０００４】
図３を用いて、従来の保護回路のさらに詳細な説明をする。
【０００５】
まず、従来の保護回路は、大きく２つに分かれる。本体負荷モータ等を動かすため１０直列６並列にしている高電圧な電池部１００に、電池部１００を制御する保護回路部２００を備えた構成である。
【０００６】
電池部１００は、本体負荷がモータ等を動作させるため、電池を１０直列６並列の高電圧の電池ブロック１０１を有する構成とする。
【０００７】
保護回路部２００は、制御用端子２０２の信号よって、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を駆動させ、電池ブロック１０１の放電制御や保護制御を行う。
【０００８】
電池ブロック１０１と保護回路部２００の接続関係は、電池ブロック１０１の電池正極部と保護回路部２００のＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース側と接続される構成であり、また、電池ブロック１０１の電池負極１０３は、保護回路部２００の電流検出用抵抗２０５に接続される構成とする。
【０００９】
その放電制御は、例えば、本体側が外部端子２０６をＧＮＤレベルへ接続することで、制御ＩＣ２０１が、本体側からの出力要求を認識し、制御用端子２０２の信号によって、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲートをＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース電位に対して（−１６〜−８）Ｖとなるよう制御される。そして、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３はＯＮ状態となり、電池ブロック１０１のエネルギーを本体側へと出力する。
【００１０】
Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は、ゲート閾値電圧値より低くなる事で、ＯＦＦ状態である高抵抗状態からＯＮ状態である低抵抗状態となる。
【００１１】
また、その保護制御は、例えばＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３が通常ＯＦＦ状態で放置されており、本体側で出力端が短絡状態であったとすると、このままでは、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦしているため、電流は流れない。しかし、本体側の出力要求を外部端子２０６がＧＮＤレベルに落とされることで、制御ＩＣが本体から出力要求があったと認識し、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へと移行させる。しかしながら、本体出力短が短絡しているため、電流検出用抵抗２０５に大電流が流れ、その両端の電位差によって流れている電流の大きさを制御ＩＣ２０１が認識し、制御ＩＣ２０１にあらかじめ設定された許容電位差に達すると制御用端子２０２によって、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態にし、放電を禁止するといった保護制御をする。
【００１２】
このＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行する際、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３が、電池部のエネルギーを本体側へ流さないような非常に高抵抗状態から低抵抗状態へと移行する。
【００１３】
Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３が、高抵抗状態から低抵抗状態へ移行する速度とその時に流れる電流によっては、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱損失が大きくなるため、過渡熱破壊を起こす場合がある。
【００１４】
Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱損失Ｗ（℃）は、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３に流れる電流Ｉ（Ａ）の二乗に、その電流が流れている時のＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の抵抗値Ｒ（Ω）を乗算することで求められる。
【００１５】
言いかえれば、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３に電流Ｉ（Ａ）が流れた時のＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソースとドレイン間の両端電圧Ｖ（Ｖ）（電流Ｉ（Ａ）×抵抗値Ｒ（Ω））に、そのとき流れた電流を乗算し、さらにＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱抵抗Ａ（℃／Ｗ）を乗算することよって求められる。
【００１６】
Ｗ（℃）  ＝  Ｉ（Ａ）２  ×  Ｒ（Ω）  ×  Ａ（℃／Ｗ）  ・・・  （式１）
＝  Ｉ（Ａ）   ×  Ｖ（Ｖ）  ×  Ａ（℃／Ｗ）
従来の保護回路のＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の両端電圧Ｖ（Ｖ）（ソース−ドレイン間電圧）とその時流れた電流Ｉ（Ａ）を測定した。
【００１７】
その結果が図４である。
【００１８】
Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のＯＦＦ状態とは、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース電位とゲート電位が同電位である状態である。また、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＮ状態とは、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース電位に対して、ゲート電位が、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値より上回った状態である。
【００１９】
Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する時間は、約８０［μｓ］と比較的長いため、電力損失が５２７．６［Ｗ］発生し、また、部品の温度を部品の温度係数から計算すると、温度上昇を１７．９［Ｋ］となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開平１０−３２１２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、前記従来の構成では、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行させる速度が遅いため、熱損失が大きくなり、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の過渡熱破壊を招く恐れがある。また、このような大電流を出力制御するために、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は多並列使用が必要となる。例えば、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を４並列使用の場合にはゲート−ソース間容量は６０，０００ｐＦ（１５０，０００ｐＦ×４個）と非常に大きなものになり、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行速度をさらに遅くするため、熱損失もさらに大きくなる傾向にある。
【００２２】
特に、本体出力側が短絡されている場合は、本体からの駆動要求時に大電流が流れ、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱損失が大きいとＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の過渡熱破壊でＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をショート破壊となる可能性もあり、その場合、電流を遮断できなり、回路基板及び電池パックの発熱発火を起こす危険性がある。
【００２３】
また、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴは、ＯＮ状態の抵抗値がＮｃｈに比べて高く、同じ電流値に対する熱損失が高くなる。更に、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴは、製造工程が複数ステップであるのためＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴに比べて高価である。
【００２４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、Ｐｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴをＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴに変更し、更に、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、安価で熱損失による過渡熱破壊を抑制すること電池パックの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の電池パックは、電池部の放電電流を保護制御する第１のＮチャネルＦＥＴを有する保護制御部と、前記第１のＮチャネルＦＥＴの動作を加速化させる第２のＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴを有する加速部を備える電池パックであって、前記第１のＮチャネルＦＥＴは、ドレインが前記電池部の正極と接続され、ソースが外部端子に接続され、ゲートが第１の抵抗を介して前記電池部の正極に接続され、更に、前記第１の抵抗より抵抗値が小さい第２の抵抗を介して制御部の制御端子に接続され、前記第２のＮチャネルＦＥＴは、ソースが前記第１のＮチャネルＦＥＴのソースと接続され、ドレインが第３の抵抗を介して前記電池部の電圧を昇圧する昇圧部の出力端子と接続され、ゲートが前記制御端子に接続され、前記ＰチャネルＦＥＴは、ソースが前記昇圧部の出力端子と接続され、ドレインが前記第２の抵抗に接続され、ゲートが前記第３の抵抗を介して前記昇圧部の出力端子と接続される。
【００２６】
本構成によって、第２のＮチャネルＦＥＴ、ＰチャネルＦＥＴが即座にＯＮ状態になり、第１のＮチャネルＦＥＴのゲート電圧を急速に閾値電圧よりも低くすることができるので、第１のＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電池パックによれば、第１のＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、安価で熱損失による過渡熱破壊を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施の形態１における電池パックの回路ブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における電池パックを用いて、本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフ
【図３】従来の電池パックの回路ブロック図
【図４】従来の電池パックの回路を用いて本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池パックの回路図である。
【００３１】
図１において、本発明の電池パックは、大きく３つに分かれており、本体負荷モータ等を動かすため１０直列６並列にしている高電圧（２５Ｖ以上）かつ、高電流（３００Ａ以上）を出力する電池部１００と、電池部１００を放電制御や保護制御を行う保護回路部２００と、電池部１００から本体負荷モータ側への出力制御を高速化するため、保護回路部２００の動作を加速させる加速回路部３００を備えた構成である。
【００３２】
本発明の構成を図１でさらに詳細に説明する。
【００３３】
電池部１００は、定格４．２Ｖの１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン電池６０個を１０直列６並列で電気的に接続した電池ブロック１０１で構成されている。
【００３４】
保護回路部２００は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２からの信号よって、出力制御用の４個のＮｃｈ（Ｎチャネル）Ｐｏｗｅｒ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を駆動させ、電池ブロック１０１の放電制御や保護制御を行う。
【００３５】
保護回路部２００において、抵抗２０７はＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート・ソース間に接続されており、また、抵抗２０８はＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲートに接続されている。抵抗２０７の抵抗値が抵抗２０８、抵抗２０９の抵抗値の少なくとも１００倍以上である。例えば、抵抗２０７の抵抗値が１ＭΩで、抵抗２０８、抵抗２０９の抵抗値が４７０Ωである。
【００３６】
保護回路部２００の放電制御は、例えば、本体負荷モータ側が制御ＩＣ２０１の外部端子２０６をＧＮＤレベルへ接続することで、制御ＩＣ２０１は本体負荷モータが操作された事を検出し、制御用端子２０２から信号を出力して、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にし、電池ブロック１０１のエネルギーを出力制御する。
【００３７】
本発明の電池ブロック１０１では本体側に大電流を流すために、ゲート閾値電圧が高いＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を使用している。Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧は１０Ｖ〜１３Ｖで、温度係数は０．０１〜０．２である。そして、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は、本体連続許容電力および短絡時に流れる電流のため４個の並列接続としている。
【００３８】
また、保護回路部２００の保護制御は、例えば、電池ブロック１０１から大電流が流れるとき、制御ＩＣ２０１は電流検出用抵抗２０５の両端の電位差によって流れている電流の大きさを認識し、制御ＩＣ２０１に予め設定されている閾値電位差に達すると制御用端子２０２からＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態にし、放電を禁止する保護制御を行う。
【００３９】
また、保護回路部２００は、出力端子の電圧を昇圧するチャージポンプ(昇圧回路)で構成された昇圧部２１１を有している。昇圧部２１１は、制御ＩＣ２０１経由で電池ブロック１０１の正極の電圧を入力し、電池ブロック１０１の正極の電圧を昇圧した後、ＦＥＴ制御部２１２と加速回路部３００へ出力することができる。昇圧部２１１の出力端子から昇圧した電圧が加速回路部３００へ常時供給されている。制御ＩＣ２０１の制御によって、ＦＥＴ制御部２１２がＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を駆動させるため、制御用端子２０２からＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲートへ外部出力端子の電圧を出力する。これにより、加速回路部３００のＮｃｈ  ＦＥＴ３０１、Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５が保護回路部２００のＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３よりも先に駆動する。
【００４０】
加速回路部３００は、保護回路部２００の制御用端子２０２及びＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲートと加速回路部３００内の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のゲート及びダイオード３０８のカソード側とを接続する構成とする。更に、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のソースは、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソースと接続されている。また、抵抗３０３、コンデンサ３０９、小信号Ｐｃｈ（Ｐチャネル）  ＦＥＴ３０５のソース側は、昇圧部２１１の出力端子から出力された昇圧された電圧に接続する構成とする。
【００４１】
加速回路部３００内の構成は、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のドレインは抵抗３０２の一方に接続され、抵抗３０２のもう一方は抵抗３０３の一方及び抵抗３１１の一方に接続される。抵抗３１１のもう一方は、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲートとコンデンサ３０９の一方に接続される。ダイオード３０８の一方は、抵抗２０８、抵抗２０９、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のゲートに接続され、もう一方はコンデンサ３０６と抵抗３０７の一方に接続され、コンデンサと抵抗３０７は並列の構成とする。コンデンサ３０６と抵抗３０７のもう一方は、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のドレインに接続される構成とする。
【００４２】
保護回路部２００のＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３と、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のそれぞれの用途とＯＮ状態のソースに対するゲート電位とその周辺部品について下記に説明する。
【００４３】
Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は、電池部１００のエネルギーを本体側に供給するための電流が流せ、また、本体側出力側の短絡時などに大電流が流れる事も考慮している。Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が＋１０Ｖ以上とする。
【００４４】
小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１は、制御ＩＣ２０１のＯＮ信号で駆動し、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５をＯＮ状態にさせるために、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲート電位を印加するためである。小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が＋３Ｖ以上とする。
【００４５】
抵抗３０２と抵抗３０３の抵抗値は、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＯＮ状態となり、電池部１００の電圧が印加されたときに、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲート・ソースの電圧の耐圧を越えないように抵抗分圧している。
【００４６】
また、抵抗３１１は小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲート保護のための電流制限抵抗である。
【００４７】
小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５は、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＯＮ状態で駆動し、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート電位を電池負極１０３とほぼ同電位にする。小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が−３Ｖ以上とする。
【００４８】
コンデンサ３０９は、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のＯＮ状態になる速度調整用コンデンサである。コンデンサ３０９の値を大きくすると、ＯＮ状態になる速度は遅くなる。コンデンサ３０９の静電容量の選定は、本体への接続時のリンギング電圧によるＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の誤動作と短絡時のＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の熱損失による熱破壊にいたらないように、０．００１μＦ、０．０４７μＦ、０．０１μＦ、０．１μＦの中から、０．０１μを選定した。
【００４９】
例えば、ゲート閾値電圧値は、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は１０Ｖで完全にＯＮ状態となり、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１及び小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５は−３ＶでＯＮ状態となり、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３と比較すると、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１の方が先に完全ＯＮ状態になる。
【００５０】
制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２からの信号によりＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３が単独でＯＮ状態へ移行するより、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１と小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５が動作して、加速回路部３００がＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へと移行させる方が、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をより早くＯＮ状態へ完全に移行させる事ができる。つまり、加速回路部３００はＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のＯＮ状態への速度向上させる事ができる。
【００５１】
次に、加速回路部３００による本発明の電池パックのＯＮ−ＯＦＦ動作について詳細に説明する。
【００５２】
本体負荷モータ側の制御により制御ＩＣ２０１の外部端子２０６がＧＮＤレベルになることで、制御ＩＣ２０１は電池ブロック１０１から電流出力の開始要求があったと判断する。そして、本体負荷モータ側へのＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にさせるため、制御ＩＣ２０１は、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート電圧が、ソース電位に対して（＋１０〜＋１３）Ｖとなるように制御用端子２０２の電圧を制御する。
【００５３】
つまり、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を高速に完全にＯＮ状態へ移行させるためには、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値よりも、ソース電位に対してゲート電圧を高速に上昇させる必要がある。
【００５４】
制御ＩＣ２０１は、制御用端子２０２からの信号によって、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮさせるため、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース電位に対して、ゲート電圧を上昇させ始める。
【００５５】
Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値（＋１０Ｖ）より、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１のゲート閾値電圧値（＋３Ｖ）の方が小さいため、この小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３より先にＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる。
【００５６】
小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１は、ソース電圧に対してゲート電圧がゲート閾値電圧値に達すると完全にＯＮ状態となる。すると、電池ブロック１０１の電池正極１０２から、保護回路部２００のダイオード２０４、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１、抵抗３０２、抵抗３０３を介して、電池負極１０３へとつながる閉回路となる。
【００５７】
抵抗３０２と抵抗３０３の関係は、小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＯＮした時に、電池部１００の電圧を抵抗３０２と抵抗３０３に分圧する事になるため、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲートとソース間の電圧の耐圧（±２０Ｖ）を超えないように抵抗分圧させる設計としている。
【００５８】
小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＯＮする事で、抵抗３０２と抵抗３０３の接続部の小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲート電位３０４は、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のソース電位より高くなるため、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５をＯＮさせる。
【００５９】
小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５がＯＮ状態となると、電池ブロック１０１の電池正極１０２から、保護回路部２００の抵抗２０７、抵抗２０８を介して、加速回路部３００のダイオード３０８、コンデンサ３０６、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５、電池負極１０３へとつながる閉回路となる。
【００６０】
コンデンサ３０６は、電池ブロック１０１より供給されるエネルギーにより、過渡的に電荷が貯まる。
【００６１】
Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲートの電位、つまり、抵抗２０７、抵抗２０８の接続部２１０の電位は、抵抗２０７の抵抗値が抵抗２０８の抵抗値の１００倍以上であるため、例えば抵抗２０７が１ＭΩで、抵抗２０８が４７０Ωであるため、電池負極１０３の電位付近のほぼ０Ｖの電圧になる。
【００６２】
これらにより、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３は、完全ＯＮ状態にすることができるゲート閾値電圧値１０Ｖを十分上回る電位差が発生するため、完全ＯＮ状態へ移行する。
【００６３】
小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１がＯＮ状態になるまでに１〜３［μｓ］、小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５がＯＮ状態になるまでに２〜６［μｓ］、その後Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＮになるまでには合計３〜９［μｓ］の時間が必要となるが、従来のようにＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３が単独で駆動する場合の８０［μｓ］に比べて１０分の１以下の時間で駆動することができる。
【００６４】
そして、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のＯＮ状態が続くと、コンデンサ３０６に電荷が貯まると、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート３１０は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２の電位と同電位になる。
【００６５】
その後、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のゲート３１０は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２によって、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３のソース電位に対して（＋１０〜＋１３）Ｖとなるように制御される。
【００６６】
また、コンデンサ３０６の電荷は、次回のＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にする時のために、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＦＦに切替えられると、抵抗３０７を介して消費される。
【００６７】
最後に、本発明の電池パックの異常動作時の保護制御について説明する。例えば、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３がＯＮ状態になった後に、本体負荷モータ側が短絡されていることがわかった場合を図１で説明する。
【００６８】
本体負荷モータ側が短絡され、外部端子２０６がＧＮＤレベルになった場合、制御ＩＣ２０１は使用者が起動したと認識し、制御用端子２０２の電圧を（＋１０〜＋１３）Ｖにすることにより、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へ移行させる。
【００６９】
しかしながら、本体負荷モータ側が短絡されているため、電流検出用抵抗２０５によって制御ＩＣ２０１が過大な電流を認識し、制御用端子２０２がＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦさせる。
【００７０】
制御ＩＣ２０１は外部端子２０６がＧＮＤレベルに接続されたことを認識し、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行させる動作の加速化をさせることと短絡保護動作が機能し、ＯＮ状態からＯＦＦ状態とした時の結果を図２にしめす。
【００７１】
図２は、本発明の実施の形態１における電池パックを用いて、本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフである。横軸に制御ＩＣがＯＮになってからの時間、縦軸にＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の両端電圧（ソース−ドレイン間電圧）を実線で、その時流れた電流を破線で示している。
【００７２】
図２に示すように、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の  両端電圧が低下して、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる時間が約５［μｓ］と短いため、その間に発生する切替え時の電力損失が３９．６［Ｗ］しか発生しない。そして、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３の温度係数から計算した温度上昇が０．９１［Ｋ］に抑制することができたことがわかった。
【００７３】
かかる構成によれば、保護回路部のＮｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴのゲート電圧の上昇を加速回路部の小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴと小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴとで加速させることで、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ２０３を高速にＯＮ状態にすることができ、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴのＯＮ状態への切替え時の温度上昇を抑制することができる。
【００７４】
なお、本実施の形態において、電池ブロック１０１を定格４．２Ｖの１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン電池６０個を１０直列６並列で電気的に接続しているものとしたが、高電圧、高電流の出力が可能な電池であれば、リチウムイオン電池以外のニッケル水素電池やニッカド電池であってもよい。
【００７５】
なお、加速回路部３００に小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ３０１と小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５を用いたが、Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴやＰｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴを用いても同様の効果を得ることが可能である。
【００７６】
なお、本実施の形態において、昇圧部２１１は制御ＩＣ２０１に内蔵するとしたが、昇圧部２１１は制御ＩＣ２０１の外に配置するとしてもよい。その場合は、電池ブロック１０１の電圧を制御ＩＣ２０１を経由しないで直接入力し、昇圧して加速回路部３００に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明にかかる電池パックは、ＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、熱損失による過渡熱破壊を抑制することができるので、放電電流の放電制御及び保護制御を行うＦＥＴの過渡熱破壊を抑制する電池パック等として有用である。
【符号の説明】
【００７８】
１００  電池部
１０１  電池ブロック
１０２  電池正極
１０３  電池負極
２００  保護回路部
２０１  制御ＩＣ
２０２  制御用端子
２０３  Ｎｃｈ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＳ  ＦＥＴ
２０４  ダイオード
２０５  電流検出用抵抗
２０６  外部端子
２０７  抵抗
２０８  抵抗
２０９  抵抗
２１０  接続部
２１１  昇圧部
２１２  ＦＥＴ制御部
３００  加速回路部
３０１  小信号Ｎｃｈ  ＦＥＴ
３０２  抵抗
３０３  抵抗
３０４  小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ３０５のゲート電位
３０５  小信号Ｐｃｈ  ＦＥＴ
３０６  コンデンサ
３０７  抵抗
３０８  ダイオード
３０９  コンデンサ
３１０  ゲート
３１１  抵抗
【図１】
2014110731.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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