(57)【要約】【課題】パルス充電においても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる過充電保護回路、電池パック、充電システムを提供する。【解決手段】制御部２１は、通常状態Ｓ１において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えた場合判定実行状態Ｓ２へ遷移し、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている期間の当該判定実行状態Ｓ２になった後の積算値が第１基準時間ｔ１を超えた場合第１充電禁止状態Ｓ３へ遷移し、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１より低い判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回った場合通常状態Ｓ１へと遷移し、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１より高い第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えた場合第２充電禁止状態Ｓ４へ遷移して二次電池３の充電を禁止するようにした。【選択図】図７
2011050143.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
前記二次電池を充電可能にする通常状態と前記二次電池が過充電状態か否かを判定する判定実行状態と前記二次電池の充電を禁止する第１及び第２充電禁止状態とを含む各状態を有する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記通常状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記二次電池の充電を禁止すべき電圧として予め設定された第１過充電検知電圧を超えた場合、前記判定実行状態へ遷移し、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧を超えている期間の当該判定実行状態になった後の積算値が、予め設定された第１基準時間を超えた場合、前記第１充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止し、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能にし、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧より高い電圧に予め設定された第２過充電検知電圧を超えた場合、第２充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止すること
を特徴とする過充電保護回路。
【請求項２】
前記判定解除電圧として、
充電中における端子電圧が前記第１過充電検知電圧となる充電状態の前記二次電池の、開路電圧より低い電圧が、予め設定されていること
を特徴とする請求項１記載の過充電保護回路。
【請求項３】
前記制御部は、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回った場合、さらに当該端子電圧が前記判定解除電圧を下回る状態が、予め設定された第２基準時間の間、継続した場合に、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とすること
を特徴とする請求項１又は２記載の過充電保護回路。
【請求項４】
前記制御部は、
前記第１充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、予め設定された第３基準時間の間、継続して前記判定解除電圧以下の第１禁止解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とすること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の過充電保護回路。
【請求項５】
前記制御部は、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超えた場合、当該端子電圧が当該第２過充電検知電圧を超えている時間の積算値である累積時間の計時を開始し、その後前記各状態において当該端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超えている時間を積算して当該累積時間の計時を継続し、
前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超え、さらに前記積算された累積時間が、予め設定された第４基準時間を超えた場合に前記第２充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止すること
を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の過充電保護回路。
【請求項６】
前記制御部は、
前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記判定解除電圧以下の第２禁止解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とする禁止解除処理を実行すること
を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の過充電保護回路。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回った場合、前記禁止解除処理においてさらに前記積算された累積時間をゼロに初期化すること
を特徴とする請求項６記載の過充電保護回路。
【請求項８】
前記制御部は、
前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回り、さらに当該端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回る状態が予め設定された第５基準時間の間、継続した場合に、前記禁止解除処理を実行すること
を特徴とする請求項６又は７記載の過充電保護回路。
【請求項９】
オフすることにより前記二次電池の充電電流を遮断する充電用スイッチング素子と、
オフすることにより前記二次電池の放電電流を遮断する放電用スイッチング素子とをさらに備え、
前記制御部は、
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ことにより前記二次電池の充電を禁止し、
前記充電用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオンさせることにより前記二次電池を充電可能とすること
を特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の過充電保護回路。
【請求項１０】
前記制御部は、
前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧以下になった場合、前記放電用スイッチング素子を強制的にオフさせること
を特徴とする請求項９記載の過充電保護回路。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の過充電保護回路と、
前記二次電池と
を備えることを特徴とする電池パック。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の過充電保護回路と、
前記二次電池へ、予め設定された充電電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電を行う充電部とを備えること
を特徴とする充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を過充電から保護する過充電保護回路、及びこれを備えた、電池パックと充電システムとに関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池は、満充電電圧を超えて過充電されると、特性が劣化したり安全性が低下したりするおそれがある。そのため、このような二次電池を充電する充電回路は、二次電池が満充電になったことを検出して充電を停止することで、二次電池が過充電にならないように充電を制御するようになっている。
【０００３】
しかし、充電回路の誤動作や故障が生じると、二次電池が過充電されて、二次電池の特性が劣化したり安全性が低下したりするおそれがある。そこで、二次電池を使用する機器や電池パックには、二次電池の過充電を検出し、二次電池の充電を禁止することで過充電から二次電池を保護する過充電保護回路が設けられている（例えば、特許文献１，２，３。）。
【０００４】
図９は、背景技術に係る過充電保護回路の動作を説明するための状態遷移図である。また、図１０は、二次電池を定電流充電した場合における過充電保護回路の動作を説明するための波形図である。まず、過充電保護回路は、通常、二次電池の充放電が可能な通常状態（ステートＳ１０１）になっている。ここで、図１０のタイミングＴ１０１で二次電池の定電流充電が開始されると、二次電池の電池電圧が上昇する。
【０００５】
そして、電池電圧が過充電検知電圧Ｖ１を超えると（タイミングＴ１０２）、タイマ回路が計時を開始し、そのタイマ値が上昇する。そして、タイマ値が閾値時間ｔ１０１に達すると、過充電保護回路は、ステートＳ１０１から、二次電池の過充電状態を示すステートＳ１０２へ遷移する。ステートＳ１０２では、二次電池の充電が禁止され、二次電池に充電電流が流れなくなって、電池電圧が低下する（タイミングＴ１０３）。このようにして、二次電池が過充電から保護されるようになっている。
【０００６】
そして、ステート１０２においても放電は可能であるから、二次電池が放電して電池電圧が禁止解除電圧Ｖ２を下回った状態が閾値時間ｔ１０２の間継続すると、通常状態（ステート１０１）に遷移して、再び二次電池の充電が可能にされるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−１１１１７７号公報
【特許文献２】特開平８−１８６９４０号公報
【特許文献３】特開平１１−８９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、二次電池の充電方式として、充電電流をパルス状にオン、オフしながら充電を行うパルス充電方式が知られている。図１１は、パルス充電が行われた場合における、図９の過充電保護動作を説明するための波形図である。
【０００９】
まず、タイミングＴ１１１において、二次電池への、パルス状の充電電流の供給が開始される。図１１では、充電電流が流れている時間をｔｏｎ、充電電流が停止されている時間をｔｏｆｆで示している。そして、電池電圧が過充電検知電圧Ｖ１を超えると（タイミングＴ１１２）、タイマ回路が計時を開始し、そのタイマ値が上昇する。
【００１０】
ここで、タイマ値がｔ１０１に達する前に、タイミングＴ１１１から時間ｔｏｎが経過すると、充電電流がゼロになって電池電圧が低下し、過充電検知電圧Ｖ１を下回る。そうすると、タイマがリセットされてステートＳ１０１のまま維持され、ステートＳ１０２へ遷移しないから、パルス充電は禁止されない。
【００１１】
そして、タイミングＴ１１３から時間ｔｏｆｆ経過すると、再び充電電流が流れて電池電圧が過充電検知電圧Ｖ１を超え（タイミングＴ１１４）、タイマ回路が計時を開始し、そのタイマ値が上昇する。ここで、時間ｔｏｎが閾値時間ｔ１０１より短いと、必ずタイマ値がｔ１０１に達する前に時間ｔｏｎが経過して充電電流がゼロになり、電池電圧が低下して過充電検知電圧Ｖ１を下回る。そうすると、タイマがリセットされてステートＳ１０１のまま維持され、ステートＳ１０２へ遷移しないから、パルス充電は禁止されない（タイミングＴ１１５）。
【００１２】
また、パルス充電においては、二次電池の充電が進むにつれて時間ｔｏｎを短くするように、充電パルスを制御するようになっている。すなわち、時間ｔｏｎは、可変制御されるから、予め閾値時間ｔ１０１を時間ｔｏｎより短い値に設定しておくことはできない。
【００１３】
以下、タイミングＴ１１５〜タイミングＴ１１４〜タイミングＴ１１５・・・の動作が継続し、二次電池の充電が禁止されないままパルス充電が継続することとなり、二次電池を過充電から保護することができないという、不都合があった。
【００１４】
本発明の目的は、パルス充電においても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる過充電保護回路、電池パック、及び充電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る過充電保護回路は、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池を充電可能にする通常状態と前記二次電池が過充電状態か否かを判定する判定実行状態と前記二次電池の充電を禁止する第１及び第２充電禁止状態とを含む各状態を有する制御部とを備え、前記制御部は、前記通常状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記二次電池の充電を禁止すべき電圧として予め設定された第１過充電検知電圧を超えた場合、前記判定実行状態へ遷移し、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧を超えている期間の当該判定実行状態になった後の積算値が、予め設定された第１基準時間を超えた場合、前記第１充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止し、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能にし、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧より高い電圧に予め設定された第２過充電検知電圧を超えた場合、第２充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止する。
【００１６】
この構成によれば、制御部は、二次電池を充電可能にする通常状態と、二次電池の充電を禁止する第１充電禁止状態との他に、二次電池が過充電状態か否かを判定する判定実行状態と、前記第１充電禁止状態とは遷移条件が異なる第２充電禁止状態とをとり得るようになっている。そして、通常状態において、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えると、制御部は、一旦判定実行状態へ遷移する。判定実行状態になると、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回らない限り、通常状態へ遷移しないので、パルス充電の充電パルスがオフしても、判定実行状態が維持されるようになっている。そして、パルス充電の充電パルスがオン、オフを繰り返したとしても、判定実行状態が維持されている間、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えている期間が積算されるので、パルス充電が継続すると、当該積算値が増大し、いずれ第１基準時間を超えることとなる。そうすると、制御部２１は、第１充電禁止状態へ遷移して、二次電池の充電を禁止するので、パルス充電においても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００１７】
ここで、二次電池の内部抵抗値が正常時よりも増大した状態になっていると、パルス充電の充電パルスがオフしたときの端子電圧の低下量が正常時よりも増大し、端子電圧が判定解除電圧を下回って通常状態へ移行してしまう。そうすると、再び判定実行状態に移行したときには、改めて端子電圧が第１過充電検知電圧を超える期間の積算が行われるから、通常状態と判定実行状態との間での状態遷移が繰り返されて、パルス充電が禁止されることなく継続する。しかしながら、この構成によれば、パルス充電が継続してさらに二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えて上昇し、二次電池の端子電圧が第２過充電検知電圧を超えると、第２充電禁止状態へ遷移して二次電池の充電が禁止されるので、二次電池の内部抵抗値が正常時よりも増大した状態においても、二次電池をパルス充電による過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００１８】
また、前記判定解除電圧として、充電中における端子電圧が前記第１過充電検知電圧となる充電状態の前記二次電池の、開路電圧より低い電圧が、予め設定されていることが好ましい。
【００１９】
二次電池の端子電圧は、充電電流が流れる充電中、二次電池の内部抵抗で生じる電圧上昇分を含むため、開路電圧より高い電圧になっている。この充電中における端子電圧が第１過充電検知電圧となるまで充電された状態の二次電池において、充電電流をゼロにしたときの開路電圧より低い電圧を、前記判定解除電圧として設定すると、判定実行状態において、パルス充電の充電パルスがオフしても、内部抵抗が正常である限り、二次電池の端子電圧が判定解除電圧を下回ることがない。従って、充電パルスがオフした際に、確実に判定実行状態を維持できるので、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えている期間の積算を継続することができる結果、パルス充電においても、二次電池を過充電から保護する確実性が向上する。
【００２０】
また、前記制御部は、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回った場合、さらに当該端子電圧が前記判定解除電圧を下回る状態が、予め設定された第２基準時間の間、継続した場合に、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とすることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、判定実行状態において、充電パルスがオフした際に、ノイズの影響によって瞬時的に二次電池の端子電圧が判定解除電圧を下回った場合であっても、第２基準時間の間継続しない限り判定実行状態が維持される。その結果、ノイズによって誤って通常状態へ遷移するおそれが低減されて、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えている期間の積算が継続される確実性が向上するので、二次電池を過充電から保護する確実性が向上する。
【００２２】
また、前記制御部は、前記第１充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、予め設定された第３基準時間の間、継続して前記判定解除電圧以下の第１禁止解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とすることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、第１充電禁止状態において、例えば二次電池が放電するなどして端子電圧が低下し、端子電圧が第３基準時間の間、継続して第１禁止解除電圧を下回った場合、二次電池の過充電状態が解消したと考えられるので、制御部は、通常状態へと遷移して二次電池を充電可能にする。これにより、一旦、充電が禁止された二次電池であっても、過充電状態が解消すれば、再び充電が可能となる。
【００２４】
また、前記制御部は、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超えた場合、当該端子電圧が当該第２過充電検知電圧を超えている時間の積算値である累積時間の計時を開始し、その後前記各状態において当該端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超えている時間を積算して当該累積時間の計時を継続し、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超え、さらに前記積算された累積時間が、予め設定された第４基準時間を超えた場合に前記第２充電禁止状態へ遷移して前記二次電池の充電を禁止することが好ましい。
【００２５】
この構成によれば、判定実行状態において、ノイズの影響によって瞬時的に二次電池の端子電圧が第２過充電検知電圧を超えた場合であっても、累積時間が第４基準時間を超えなければ第２充電禁止状態へ移行しないので、ノイズにより誤って二次電池の充電が禁止されるおそれが低減される。また、二次電池の端子電圧が第２過充電検知電圧を超えると、その後各状態において当該端子電圧が前記第２過充電検知電圧を超えている時間が継続して積算されて累積時間が計時される。そのため、例えば二次電池の内部抵抗値が正常時よりも増大した状態になっており、上述したように通常状態と判定実行状態との間での状態遷移が繰り返された場合であっても、累積時間の計時が継続される。そして、累積時間が第４基準時間を超えると、第２充電禁止状態へ遷移して二次電池の充電が禁止されるので、ノイズの影響を低減しつつ、二次電池をパルス充電による過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００２６】
また、前記制御部は、前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記判定解除電圧以下の第２禁止解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能とする禁止解除処理を実行することが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、第２充電禁止状態において、例えば二次電池が放電するなどして端子電圧が低下し、端子電圧が第２禁止解除電圧を下回った場合、二次電池の過充電状態が解消したと考えられるので、制御部は、通常状態へと遷移して二次電池を充電可能にする。これにより、一旦、充電が禁止された二次電池であっても、過充電状態が解消すれば、再び充電が可能となる。
【００２８】
また、前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回った場合、前記禁止解除処理においてさらに前記積算された累積時間をゼロに初期化することが好ましい。
【００２９】
この構成によれば、二次電池の端子電圧が第２禁止解除電圧を下回り、二次電池の過充電状態が解消したと考えられるときは、累積時間がゼロに初期化されて通常状態へと遷移するので、その後判定実行状態へ移行した場合において、過去に積算された累積時間に基づいて誤って第２充電禁止状態へ移行してしまうことが防止される。
【００３０】
また、前記制御部は、前記第２充電禁止状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回り、さらに当該端子電圧が前記第２禁止解除電圧を下回る状態が予め設定された第５基準時間の間、継続した場合に、前記禁止解除処理を実行することが好ましい。
【００３１】
この構成によれば、第２充電禁止状態において、ノイズの影響によって瞬時的に二次電池の端子電圧が第２禁止解除電圧を下回った場合であっても、第５基準時間の間継続しない限り第２充電禁止状態が維持される。その結果、ノイズによって誤って禁止解除処理が実行されて通常状態へ遷移するおそれが低減される。
【００３２】
また、オフすることにより前記二次電池の充電電流を遮断する充電用スイッチング素子と、オフすることにより前記二次電池の放電電流を遮断する放電用スイッチング素子とをさらに備え、前記制御部は、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ことにより前記二次電池の充電を禁止し、前記充電用スイッチング素子をオン、前記放電用スイッチング素子をオンさせることにより前記二次電池を充電可能とすることが好ましい。
【００３３】
この構成によれば、第１及び第２充電禁止状態において、制御部は、充電用スイッチング素子をオフ、放電用スイッチング素子をオンさせることにより、二次電池の放電は可能な状態にしたまま、二次電池の充電のみを禁止することができるので、第１及び第２充電禁止状態において、二次電池を放電させて過充電状態を解消させることが容易である。
【００３４】
また、前記制御部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧以下になった場合、前記放電用スイッチング素子を強制的にオフさせることが好ましい。
【００３５】
この構成によれば、電圧検出部によって検出された端子電圧が、二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧以下になると、制御部によって、放電用スイッチング素子がオフされて、それ以上の放電が禁止されるので、二次電池の過放電を防止することが可能となる。
【００３６】
また、本発明に係る電池パックは、上述の過充電保護回路と、前記二次電池とを備える。
【００３７】
この構成によれば、過充電保護回路を備えた電池パックにおいて、電池パックがパルス充電された場合であっても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００３８】
また、本発明に係る充電システムは、上述の過充電保護回路と、前記二次電池へ、予め設定された充電電流をパルス状に周期的に供給することでパルス充電を行う充電部とを備える。
【００３９】
この構成によれば、二次電池にパルス充電を行う充電部を備えた充電システムにおいて、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【発明の効果】
【００４０】
このような構成の過充電保護回路では、制御部は、二次電池を充電可能にする通常状態と、二次電池の充電を禁止する第１充電禁止状態との他に、二次電池が過充電状態か否かを判定する判定実行状態と、前記第１充電禁止状態とは遷移条件が異なる第２充電禁止状態とをとり得るようになっている。そして、通常状態において、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えると、制御部は、一旦判定実行状態へ遷移する。判定実行状態になると、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回らない限り、通常状態へ遷移しないので、パルス充電の充電パルスがオフしても、判定実行状態が維持されるようになっている。そして、パルス充電の充電パルスがオン、オフを繰り返したとしても、判定実行状態が維持されている間、二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えている期間が積算されるので、パルス充電が継続すると、当該積算値が増大し、いずれ第１基準時間を超えることとなる。そうすると、制御部２１は、第１充電禁止状態へ遷移して、二次電池の充電を禁止するので、パルス充電においても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００４１】
ここで、二次電池の内部抵抗値が正常時よりも増大した状態になっていると、パルス充電の充電パルスがオフしたときの端子電圧の低下量が正常時よりも増大し、端子電圧が判定解除電圧を下回って通常状態へ移行してしまう。そうすると、再び判定実行状態に移行したときには、改めて端子電圧が第１過充電検知電圧を超える期間の積算が行われるから、通常状態と判定実行状態との間での状態遷移が繰り返されて、パルス充電が禁止されることなく継続する。しかしながら、この構成によれば、パルス充電が継続してさらに二次電池の端子電圧が第１過充電検知電圧を超えて上昇し、二次電池の端子電圧が第２過充電検知電圧を超えると、第２充電禁止状態へ遷移して二次電池の充電が禁止されるので、二次電池の内部抵抗値が正常時よりも増大した状態においても、二次電池をパルス充電による過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００４２】
また、このような構成の電池パックは、電池パックがパルス充電された場合であっても、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【００４３】
また、このような構成の充電システムは、二次電池にパルス充電を行う充電部を備えた充電システムにおいて、二次電池を過充電から保護できなくなるおそれを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る過充電保護回路の一例である電池保護回路を備えた電池パック、及び充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【図２】過充電保護回路としての制御部が、第２充電禁止状態を含まない場合の動作の一例を示す状態遷移図である。
【図３】パルス充電が行われた場合における電池保護回路の動作を説明するための波形図である。
【図４】第２基準時間が充電停止時間に満たない場合の電池保護回路の動作について説明するための説明図である。
【図５】図２に示す状態遷移図において、判定実行状態から第１充電禁止状態への遷移条件を、「端子電圧が第１過充電検知電圧を下回る時間が継続して第２基準時間を超えた場合」としたときの状態遷移図である。
【図６】第２基準時間が充電停止時間に満たない場合に、図５の状態遷移図に示す動作を行った場合を説明するための説明図である。
【図７】図１に示す電池保護回路において、制御部が、第２充電禁止状態を含む場合の動作の一例を示す状態遷移図である。
【図８】パルス充電が行われた場合における、図７の状態遷移図に基づく電池保護回路の動作を説明するための波形図である。
【図９】背景技術に係る過充電保護回路の動作を説明するための状態遷移図である。
【図１０】図９に示す過充電保護回路の、二次電池を定電流充電した場合における動作を説明するための波形図である。
【図１１】パルス充電が行われた場合における、図９に示す過充電保護回路の動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
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。図１は、本発明の一実施形態に係る過充電保護回路の一例である電池保護回路を備えた電池パック、及び充電システムの構成の一例を示すブロック図である。
【００４６】
図１に示す充電システム１００は、電池パック１と、充電装置１０１とが接続されて構成されている。充電装置１０１は、充電部１０２と、充電部１０２の正極側に接続された接続端子１１１と、充電部１０２の負極側に接続された接続端子１１２とを備えている。電池パック１は、電池保護回路２、二次電池３、及び接続端子１１，１２を備えている。
【００４７】
また、電池保護回路２は、制御部２１、電圧検出部２２、タイマ回路２３、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、及びダイオードＤ１，Ｄ２を備えて構成されている。制御部２１、電圧検出部２２、及びタイマ回路２３は、例えば集積回路によって構成されている。
【００４８】
電池パック１は、例えば携帯電話機、デジタルカメラ、携帯型パーソナルコンピュータ、電気自動車、ハイブリットカー等、種々の電池駆動機器、装置に接続されて、電力を供給する電池パックである。
【００４９】
充電部１０２は、例えば商用電源電圧から電池パック１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。
【００５０】
なお、充電システム１００は、必ずしも電池パック１と充電装置１０１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１００全体で一つの電池保護回路２が構成されていてもよい。また、電池保護回路２を、電池パック１と充電装置１０１とで分担して備えるようにしてもよい。また、電池保護回路２は、電池パックに内蔵されている例に限らない。例えば、上述のような電池駆動機器、装置に電池保護回路２が設けられていてもよく、二次電池３を充電する充電装置１０１に電池保護回路２が設けられていてもよい。
【００５１】
二次電池３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、種々の二次電池で構成されている。二次電池３は、単電池であってもよく、複数の二次電池が組み合わされた組電池であってもよい。なお、以下に記載される電圧値は、二次電池３が、リチウムイオン二次電池の単電池（単セル）で構成されている場合の電圧値を例示している。二次電池３が、複数のセルが直列接続されて構成されている場合、以下に例示されている電圧値に、直列セル数を乗じた電圧値が用いられる。
【００５２】
接続端子１１，１２は、電池駆動機器、装置や充電器等に接続可能な電極やコネクタ等の接続端子である。接続端子１１は、二次電池３の正極に接続されている。接続端子１２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して二次電池３の負極に接続されている。
【００５３】
そして、充電装置１０１に電池パック１が取り付けられると、接続端子１１と接続端子１１１、接続端子１２と接続端子１１２とがそれぞれ接続されて、充電部１０２から出力された充電電流が、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を介して二次電池３へ供給されるようになっている。
【００５４】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、種々のスイッチング素子を用いることができ、例えばＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられている。スイッチング素子Ｑ１のソース−ドレイン間には、接続端子１２側がアノードとなる方向に寄生ダイオードＤ１が形成されている。また、スイッチング素子Ｑ２のソース−ドレイン間には、二次電池３側がアノードとなる方向に寄生ダイオードＤ２が形成されている。
【００５５】
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲートは、電池保護回路２に接続されている。そして、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、電池保護回路２からの制御信号に応じてオン、オフするようになっている。これにより、スイッチング素子Ｑ１（充電用スイッチング素子）がオフすると、二次電池３の充電のみが禁止される。また、スイッチング素子Ｑ２（放電用スイッチング素子）がオフすると、二次電池３の放電のみが禁止される。
【００５６】
電圧検出部２２は、二次電池３の端子電圧Ｖｃｅｌｌを検出する。電圧検出部２２としては、例えばコンパレータ、誤差増幅器、アナログデジタルコンバータ等、種々の電圧検出回路を用いることができる。
【００５７】
タイマ回路２３は、後述する第１基準時間ｔ１、第２基準時間ｔ２、第３基準時間ｔ３、第４基準時間ｔ４、及び第５基準時間ｔ５を計時する。タイマ回路２３は、例えばマルチバイブレータ等のアナログタイマであってもよく、ＰＴＭ（Programmable Timer Module）等のデジタルタイマであってもよい。また、第１基準時間ｔ１（積算時間ｔａ）、第２基準時間ｔ２、第３基準時間ｔ３、第４基準時間ｔ４（累積時間ｔｓ）、及び第５基準時間ｔ５を計時するタイマ回路をそれぞれ備えていてもよい。
【００５８】
制御部２１は、例えばステートマシンや論理回路を用いて構成されていてもよく、例えばマイクロコンピュータを用いて構成されていてもよい。制御部２１は、例えば電圧検出部２２によって検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが、二次電池３の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧Ｖｏｆｆを超えている場合、スイッチング素子Ｑ２をオンさせて二次電池３を放電可能とし、端子電圧Ｖｃｅｌｌが放電禁止電圧Ｖｏｆｆ以下になった場合、スイッチング素子Ｑ２をオフさせて、過放電による二次電池３の劣化を防止するようになっている。
【００５９】
また、過充電保護回路としての制御部２１は、二次電池３を充電可能にする通常状態Ｓ１、二次電池３が過充電状態か否かを判定する判定実行状態Ｓ２、二次電池３の充電を禁止する第１充電禁止状態Ｓ３及び第２充電禁止状態Ｓ４を有している。通常状態Ｓ１、判定実行状態Ｓ２、第１充電禁止状態Ｓ３、及び第２充電禁止状態Ｓ４は、例えばステートマシンのステート、論理ゲートのオン、オフ状態、フリップフロップ回路のオン、オフ状態、あるいはマイクロコンピュータによるプログラムの実行状態等によって得られるようになっている。
【００６０】
図２は、制御部２１が、第２充電禁止状態Ｓ４を備えない場合の動作の一例を参考として示す状態遷移図である。
【００６１】
まず、制御部２１は、通常、二次電池の充放電が可能な通常状態Ｓ１になっている。図３は、接続端子１１，１２に接続された充電部１０２によって、パルス充電が行われた場合における電池保護回路２の動作を説明するための波形図である。図３の横軸は時間の経過を示している。また、上から順に、二次電池３へ供給される充電電流、二次電池３の端子電圧Ｖｃｅｌｌ、及び端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている期間の積算値である積算時間ｔａを示している。
【００６２】
まず、タイミングＴ１において、充電部１０２から接続端子１１，１２を介して二次電池３へ、パルス状の充電電流の供給が開始される。図３では、充電電流が流れている充電時間をｔｏｎ、充電電流が停止されている充電停止時間をｔｏｆｆで示している。そして、パルス状の充電電流により二次電池３が充電されるのに伴って、端子電圧Ｖｃｅｌｌが徐々に上昇する。図３は、第２基準時間ｔ２＞充電停止時間ｔｏｆｆである場合の動作について、示している。
【００６３】
なお、充電部１０２は、充電時間ｔｏｎ、充電停止時間ｔｏｆｆを一定にしてもよく、充電が進むにつれて、充電時間ｔｏｎを短く、充電停止時間ｔｏｆｆを長くしてデューティ比を減少させる構成であってもよい。
【００６４】
そして、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、二次電池３の充電を禁止すべき電圧として、例えば４．３Ｖに予め設定された第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えると（タイミングＴ２）、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１が、タイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算を開始し、その積算値である積算時間ｔａが増大する。
【００６５】
そして、積算時間ｔａが第１基準時間ｔ１に達する前に、タイミングＴ１から充電時間ｔｏｎが経過すると、充電電流がゼロになる。そうすると、二次電池３の内部抵抗に充電電流が流れることで生じていた電圧降下がゼロとなり、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが低下し、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を下回る（タイミングＴ３）。第１基準時間ｔ１としては、正常なパルス充電において、端子電圧Ｖｃｅｌｌのピーク電圧が第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を上回る状態でパルス充電が実行される時間より長い時間、例えば５秒程度の時間が予め設定されている。
【００６６】
ここで、充電電流が流れているときに端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１になる充電状態の二次電池３について、充放電電流をゼロにしたときの端子電圧Ｖｃｅｌｌである開路電圧（Open circuit voltage）より低い電圧、例えば４．１Ｖが、判定解除電圧Ｖｒｅ２として予め設定されている。
【００６７】
従って、タイミングＴ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが、二次電池３のＳＯＣ（State Of Charge）の増大に伴い第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えた場合には、タイミングＴ３において充放電電流がゼロになっても、端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２以下になることはない。そのため、制御部２１は、タイミングＴ３においても通常状態Ｓ１へ移行することなく判定実行状態Ｓ２を維持し、積算時間ｔａがそのまま維持される。
【００６８】
一方、タイミングＴ２において、二次電池３が、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１に相当するＳＯＣに達していないにもかかわらず、例えばノイズによって、瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えた場合には、ノイズが消えれば端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回る。そして、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回っている時間が第２基準時間ｔ２を超えると、制御部２１は、通常状態Ｓ１へ移行する。
【００６９】
第２基準時間ｔ２としては、ノイズを排除できる程度の時間、例えば１秒程度の時間が予め設定されている。これにより、ノイズにより誤って判定実行状態Ｓ２へ遷移した場合、判定実行状態Ｓ２において、ノイズに起因して端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えた時間が積算されて第１充電禁止状態Ｓ３へ遷移してしまうおそれが低減される。
【００７０】
また、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回る時間が継続して第２基準時間ｔ２を超えた場合に通常状態Ｓ１へ遷移するので、ノイズによって瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回った場合に誤って、通常状態Ｓ１に遷移してしまうおそれが低減される。
【００７１】
次に、判定実行状態Ｓ２において、タイミングＴ３から充電停止時間ｔｏｆｆが経過すると、再び二次電池３に充電電流が流れて端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超える（タイミングＴ４）。そうすると、タイマ回路２３によって、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算が実行され、積算時間ｔａが増大する。
【００７２】
以降、タイミングＴ３，Ｔ４と同様の動作が繰り返されて、積算時間ｔａが増大する。そして、積算時間ｔａが、予め設定された第１基準時間ｔ１を超えると、制御部２１は、第１充電禁止状態Ｓ３へ遷移してスイッチング素子Ｑ１をオフにすることで、二次電池３の充電を禁止する（タイミングＴ５）。これにより、パルス充電においても二次電池を過充電から保護することができる。
【００７３】
なお、制御部２１は、第１充電禁止状態Ｓ３において、スイッチング素子Ｑ１をオフすることで、二次電池３の充電を禁止する例を示したが、例えば制御部２１は、第１充電禁止状態Ｓ３において、充電部１０２へ充電の停止要求を送信することにより、充電部１０２による充電電流の供給を停止させて、充電を禁止するようにしてもよい。
【００７４】
第１充電禁止状態Ｓ３においては、スイッチング素子Ｑ１がオフされても、ダイオードＤ１を介して二次電池３が放電可能にされている。そして、例えば接続端子１１，１２に接続された図略の負荷装置へ二次電池３から電力供給されて、電圧検出部２２により検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが、過充電のおそれのない電圧として例えば４．１Ｖに予め設定された第１禁止解除電圧Ｖｒｅ１を下回り、かつ下回っている時間が第３基準時間ｔ３を超えると、制御部２１は、通常状態Ｓ１へ遷移する。通常状態Ｓ１へ遷移すると、制御部２１は、スイッチング素子Ｑ１をオンして二次電池３の充電を可能にする。
【００７５】
第３基準時間ｔ３としては、ノイズを排除できる程度の時間、例えば１秒程度の時間が予め設定されている。これにより、ノイズにより瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１禁止解除電圧Ｖｒｅ１を下回った場合に、誤って通常状態Ｓ１へ遷移し、二次電池３が充電されて過充電になるおそれが低減される。
【００７６】
なお、図３においては、第１禁止解除電圧Ｖｒｅ１と判定解除電圧Ｖｒｅ２とが等しい電圧に設定されている例を示しているが、判定解除電圧Ｖｒｅ２は、充電電流が流れているときに端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１になる充電状態の二次電池３の開路電圧より低い電圧にされていればよく、第１禁止解除電圧Ｖｒｅ１以上の電圧値であってもよい。
【００７７】
次に、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆである場合の電池保護回路２の動作について、図４を参照しつつ説明する。まず、タイミングＴ１１において、充電部１０２から接続端子１１，１２を介して二次電池３へ、パルス状の充電電流の供給が開始される。そして、パルス状の充電電流により二次電池３が充電されるのに伴って、端子電圧Ｖｃｅｌｌが徐々に上昇する。
【００７８】
そして、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えると（タイミングＴ１２）、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１がタイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算を開始し、積算時間ｔａの値が増大する。タイミングＴ１２では、瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えているものの、二次電池３は、まだ第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１に相当するＳＯＣまで充電されていないものとする。
【００７９】
そして、タイミングＴ１２から充電時間ｔｏｎが経過して充電電流がゼロになる。そうすると、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが低下し、判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回る（タイミングＴ１３）。ここで、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆであるから、再び充電電流の供給が開始されるより前に、第２基準時間ｔ２が経過する（タイミングＴ１４）。そうすると、制御部２１は、通常状態Ｓ１に遷移して、積算時間ｔａの値が初期化される。
【００８０】
次に、タイミングＴ１５で再び二次電池３への充電電流の供給が開始され、二次電池３が過充電状態になるまでＳＯＣが増大し、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超える（タイミングＴ１５）。そうすると、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１がタイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算を開始し、積算時間ｔａの値が増大する。
【００８１】
そして、タイミングＴ１５から充電時間ｔｏｎが経過して充電電流がゼロになる。そうすると、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが低下する。このとき、二次電池３は、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１に相当するＳＯＣまで充電されているから、端子電圧Ｖｃｅｌｌは、判定解除電圧Ｖｒｅ２を上回る（タイミングＴ１６）。そのため、制御部２１は、タイミングＴ１６においても通常状態Ｓ１へ移行することなく判定実行状態Ｓ２を維持し、積算時間ｔａがそのまま維持される。
【００８２】
次に、判定実行状態Ｓ２において、タイミングＴ１６から充電停止時間ｔｏｆｆが経過すると、再び二次電池３に充電電流が流れて端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超える（タイミングＴ１７）。そうすると、制御部２１がタイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算が実行され、積算時間ｔａが増大する。
【００８３】
以降、タイミングＴ１６，Ｔ１７と同様の動作が繰り返されて、積算時間ｔａが増大する。そして、積算時間ｔａが、第１基準時間ｔ１を超えると、制御部２１は、第１充電禁止状態Ｓ３へ遷移してスイッチング素子Ｑ１をオフにすることで、二次電池３の充電を禁止する（タイミングＴ１８）。これにより、パルス充電において、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆである場合においてもパルス充電を禁止して、二次電池３を過充電から保護することができる。
【００８４】
次に、判定解除電圧Ｖｒｅ２が、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１より低い電圧、より具体的には、充電中における端子電圧が第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１となる充電状態の二次電池３の、開路電圧より低い電圧に設定されていることの効果について説明する。
【００８５】
図５は、図２に示す状態遷移図において、判定実行状態Ｓ２から第１充電禁止状態Ｓ３への遷移条件を、仮に、「端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を下回る時間が継続して第２基準時間ｔ２を超えた場合」としたときの状態遷移図である。図５に示す状態遷移図によれば、まず、第２基準時間ｔ２＞充電停止時間ｔｏｆｆである場合は、図３と同様の動作となり、二次電池３を過充電から保護することができる。
【００８６】
一方、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆである場合、図５に示す状態遷移図によれば、図６に示すような動作となる。まず、タイミングＴ２１において、図略の充電回路から接続端子１１，１２を介して二次電池３へ、パルス状の充電電流の供給が開始される。そして、パルス状の充電電流により二次電池３が充電されるのに伴って、端子電圧Ｖｃｅｌｌが徐々に上昇する。
【００８７】
そして、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えると（タイミングＴ２２）、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１がタイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算を開始し、積算時間ｔａが増大する。
【００８８】
そして、積算時間ｔａが第１基準時間ｔ１に達する前に、タイミングＴ２２から充電時間ｔｏｎが経過すると、充電電流がゼロになる。そうすると、二次電池３の内部抵抗に充電電流が流れることで生じていた電圧降下がゼロとなり、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが低下し、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を下回る（タイミングＴ２３）。
【００８９】
そうすると、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆであるから、タイミングＴ２３から充電停止時間ｔｏｆｆが経過する前に、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を下回ったまま必ず第２基準時間ｔ２が経過し、制御部２１が、通常状態Ｓ１へ遷移し、積算時間ｔａが初期化される（タイミングＴ２４）。
【００９０】
以降、タイミングＴ２２〜Ｔ２４を繰り返し、積算時間ｔａが第１基準時間ｔ１に達することなくパルス充電が継続される。従って、図６に示す状態遷移図によれば、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆの場合に二次電池３を過充電から保護することができない。
【００９１】
しかしながら、図２に示す状態遷移図に従う制御部２１によれば、図４に示すように、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆとなる場合であっても、タイミングＴ１８でパルス充電を禁止して、二次電池３を過充電から保護することができる。
【００９２】
次に、制御部２１が、第２充電禁止状態Ｓ４を有する場合の動作、及び効果について説明する。図７は、制御部２１が、第２充電禁止状態Ｓ４を含む場合の動作の一例を示す状態遷移図である。
【００９３】
ここで、図７に記載の状態遷移図において、二次電池３の内部抵抗値が正常であった場合には、第２充電禁止状態Ｓ４に状態遷移することはなく、図２、図３、図４と同様に動作する。しかしながら、二次電池３に何らかの異常が生じて二次電池３の内部抵抗値が正常の値よりも増大した場合、充電部１０２によってパルス充電が行われると、充電停止時間ｔｏｆｆが第２基準時間ｔ２より長い場合には、通常状態Ｓ１と判定実行状態Ｓ２との間で状態遷移を繰り返して、過充電状態でのパルス充電が継続されてしまうおそれがある。
【００９４】
そこで、このような場合にパルス充電を禁止するために、第２充電禁止状態Ｓ４が設けられている。以下、図７、図８を用いて、二次電池３の内部抵抗値が正常の値よりも増大した場合において、充電停止時間ｔｏｆｆが第２基準時間ｔ２より長いときの電池保護回路２の動作について、説明する。なお、充電停止時間ｔｏｆｆが第２基準時間ｔ２より短いときは、図３において、充電停止時間ｔｏｆｆのとき、端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回る点を除いて図３と同様であるのでその説明を省略する。
【００９５】
まず、タイミングＴ１１において、充電部１０２から接続端子１１，１２を介して二次電池３へ、パルス状の充電電流の供給が開始される。そして、パルス状の充電電流により二次電池３が充電されるのに伴って、端子電圧Ｖｃｅｌｌが徐々に上昇する。
【００９６】
そして、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えると（タイミングＴ１２）、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１がタイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算を開始し、積算時間ｔａが増大する。
【００９７】
そして、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１より高い電圧、例えば４．３５Ｖに予め設定された第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えた場合（タイミングＴ３１）、制御部２１は、例えばタイマ回路２３を用いて、Ｖｃｅｌｌ＞Ｖｏｃ２となっている時間の積算値である累積時間ｔｓの計時を開始（ステートＳＴ）し、その後、状態Ｓ１〜Ｓ３の各状態において端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えている時間を積算して累積時間ｔｓの計時を継続する。
【００９８】
なお、図８においては、説明を簡略化するため端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えた（タイミングＴ１２）すぐ後（タイミングＴ３１）に、端子電圧Ｖｃｅｌｌが、第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えるように記載しているが、二次電池３の内部抵抗値が正常であれば、パルス充電が継続しても、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超える前に、第１充電禁止状態Ｓ３に遷移してスイッチング素子Ｑ１がオフするように、第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２が、第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１より高い電圧値に設定されている。
【００９９】
すなわち、二次電池３の内部抵抗値が正常であれば、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えることはない。
【０１００】
そして、タイミングＴ１２から充電時間ｔｏｎが経過して充電電流がゼロになる（タイミングＴ１３）。そうすると、二次電池３の内部抵抗を充電電流が流れることにより生じていた電圧がゼロになって、端子電圧Ｖｃｅｌｌが低下する。
【０１０１】
ここで、判定解除電圧Ｖｒｅ２は、二次電池３に充電電流が流れているときに端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１になる充電状態の二次電池３について、充放電電流をゼロにしたときの端子電圧Ｖｃｅｌｌである開路電圧より低い電圧が、判定解除電圧Ｖｒｅ２として予め設定されているから、もし二次電池３が正常であれば、端子電圧Ｖｃｅｌｌが開路電圧付近まで低下しても、端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回ることはないはずである。
【０１０２】
しかしながら、二次電池３に何らかの異常が生じて二次電池３の内部抵抗値が正常の値よりも増大した場合、充電電流がゼロになったとき（タイミングＴ１３）における端子電圧Ｖｃｅｌｌの低下が、正常時よりも大きくなる。そうすると、充電電流がゼロになったときに、電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが正常時よりも低下し、判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回る（タイミングＴ１３）。
【０１０３】
ここで、第２基準時間ｔ２＜充電停止時間ｔｏｆｆであるから、再び充電電流の供給が開始されるより前に、第２基準時間ｔ２が経過する（タイミングＴ１４）。そうすると、制御部２１は、通常状態Ｓ１に遷移して、積算時間ｔａが初期化される。
【０１０４】
次に、タイミングＴ３２で再び二次電池３への充電電流の供給が開始され、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超える（タイミングＴ３２）。そうすると、制御部２１が判定実行状態Ｓ２へ移行する。そして、制御部２１が、タイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１過充電検知電圧Ｖｏｃ１を超えている時間の積算をゼロから開始し、積算時間ｔａが増大する。このとき、制御部２１は、タイマ回路２３を用いて、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えている時間を、累積時間ｔｓとして積算する。
【０１０５】
そして、タイミングＴ３２から充電時間ｔｏｎが経過して充電電流がゼロになる。そうすると、再び電圧検出部２２で検出される端子電圧Ｖｃｅｌｌが、判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回り（タイミングＴ３３）、さらに第２基準時間ｔ２が経過する（タイミングＴ３４）。そうすると、制御部２１は、通常状態Ｓ１に遷移して、積算時間ｔａが初期化される。
【０１０６】
以後、タイミングＴ３２〜Ｔ３４と同様の動作が繰り返されて、積算時間ｔａが第１基準時間ｔ１に達することなく初期化されてしまうから、第１充電禁止状態Ｓ３に遷移することなくパルス充電が継続されることとなる。
【０１０７】
しかしながら、タイミングＴ３２〜Ｔ３４と同様の動作が繰り返されている過程において、累積時間ｔｓの積算は、累積的に継続され、累積時間ｔｓが徐々に増大していく。そして、累積時間ｔｓが第４基準時間ｔ４を超えると（タイミングＴ３５）、制御部２１は、第２充電禁止状態Ｓ４へ移行して、スイッチング素子Ｑ１をオフし、二次電池３の充電を禁止する（タイミングＴ３５）。
【０１０８】
これにより、電池保護回路２は、二次電池３に何らかの異常が生じて二次電池３の内部抵抗値が正常の値よりも増大した場合であっても、パルス充電を禁止して、二次電池３を過充電から保護することができる。
【０１０９】
第４基準時間ｔ４としては、ノイズを排除できる程度の時間、例えば１秒程度の時間が予め設定されている。これにより、ノイズにより瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を上回った場合に、誤って第２充電禁止状態Ｓ４へ遷移し、二次電池３の充電が禁止されてしまうおそれが低減される。
【０１１０】
ここで、スイッチング素子Ｑ２はオンされており、二次電池３は、放電可能にされている。そのため、第２充電禁止状態Ｓ４において、例えば図略の負荷装置に電力を供給するなどして二次電池３が放電し、電圧検出部２２で検出された端子電圧Ｖｃｅｌｌが、判定解除電圧Ｖｒｅ２以下の電圧値に予め設定された第２禁止解除電圧Ｖｒｅ３を下回る状態が、予め設定された第５基準時間の間、継続した場合に、制御部２１は、累積時間ｔｓをゼロに初期化して通常状態Ｓ１に遷移し、スイッチング素子Ｑ１をオンさせて二次電池３を充電可能にする。
【０１１１】
第５基準時間ｔ５としては、ノイズを排除できる程度の時間、例えば１秒程度の時間が予め設定されている。これにより、ノイズにより瞬時的に端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２禁止解除電圧Ｖｒｅ３を下回った場合に、誤って通常状態Ｓ１へ遷移し、二次電池３が充電されて過充電になるおそれが低減される。
【０１１２】
なお、上述したように、二次電池３の内部抵抗値が正常であれば、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えることはないから、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えた時点で何らかの異常が生じていると考えられる。従って、累積時間ｔｓの積算を行わず、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２過充電検知電圧Ｖｏｃ２を超えたときは、速やかに第２充電禁止状態Ｓ４へ遷移するようにしてもよい。
【０１１３】
また、判定実行状態Ｓ２において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが判定解除電圧Ｖｒｅ２を下回った場合、第２基準時間ｔ２の経過を待たずに速やかに通常状態Ｓ１へ遷移するようにしてもよい。また、第１充電禁止状態Ｓ３において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第１禁止解除電圧Ｖｒｅ１を下回った場合、第３基準時間ｔ３の経過を待たずに速やかに通常状態Ｓ１へ遷移するようにしてもよい。また、第２充電禁止状態Ｓ４において、端子電圧Ｖｃｅｌｌが第２禁止解除電圧Ｖｒｅ３を下回った場合、第５基準時間ｔ５の経過を待たずに速やかに通常状態Ｓ１へ遷移するようにしてもよい。
【０１１４】
なお、二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池を充電可能にする通常状態、前記二次電池が過充電状態か否かを判定する判定実行状態、及び前記二次電池の充電を禁止する第１充電禁止状態を有する制御部とを備え、前記制御部は、前記通常状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が、前記二次電池の充電を禁止すべき電圧として予め設定された第１過充電検知電圧を超えた場合、前記判定実行状態へ遷移し、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧を超えている期間の当該判定実行状態になった後の積算値が、予め設定された第１基準時間を超えた場合、前記第１充電禁止状態へ遷移し、前記判定実行状態において、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記第１過充電検知電圧より低い判定解除電圧を下回った場合、前記通常状態へと遷移して前記二次電池を充電可能にするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明は、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等、種々の電池駆動機器に電力を供給する二次電池を過充電から保護するための過充電保護回路、及びこの過充電保護回路を備えた電池パックや充電システムとして、好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１１６】
１  電池パック
２  電池保護回路
３  二次電池
１１，１２，１１１，１１２  接続端子
２１  制御部
２２  電圧検出部
２３  タイマ回路
１００  充電システム
１０１  充電装置
１０２  充電部
Ｄ１，Ｄ２  ダイオード
Ｑ１，Ｑ２  スイッチング素子
Ｓ１  通常状態
Ｓ２  判定実行状態
Ｓ３  第１充電禁止状態
Ｓ４  第２充電禁止状態
Ｖｃｅｌｌ  端子電圧
Ｖｏｃ１  第１過充電検知電圧
Ｖｏｃ２  第２過充電検知電圧
Ｖｒｅ１  第１禁止解除電圧
Ｖｒｅ２  判定解除電圧
Ｖｒｅ３  第２禁止解除電圧
Ｖｏｆｆ  放電禁止電圧
ｔ１  第１基準時間
ｔ２  第２基準時間
ｔ３  第３基準時間
ｔｏｆｆ  充電停止時間
ｔｏｎ  充電時間
【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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