(57)【要約】【課題】ＦＥＴに過電流が流れて温度が高くなると確実に電流を遮断する。温度センサーを設けることなく、ＦＥＴを温度上昇から確実に保護する。【解決手段】パック電池は、電池１と出力端子５との間に接続している保護用のＦＥＴ２と、このＦＥＴ２をオンオフに切り換える制御回路３とを備える。制御回路３は、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路６と、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路７とを備え、電圧検出回路６で検出するＦＥＴ電圧と、電流検出回路７で検出するＦＥＴ電流からＦＥＴ２に流れる電流を遮断する。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池（１）と出力端子（５）との間に接続してなる保護用のＦＥＴ（２）と、このＦＥＴ（２）をオンオフに切り換える制御回路（３）とを備えるパック電池であって、
制御回路（３）がＦＥＴ（２）のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路（６）と、ＦＥＴ（２）のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路（７）とを備え、電圧検出回路（６）で検出するＦＥＴ電圧と、電流検出回路（７）で検出するＦＥＴ電流からＦＥＴ（２）に流れる電流を遮断するようにしてなるパック電池。
【請求項２】
制御回路（３）がタイマーを備えると共に、ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ（２）のオン抵抗を演算して、オン抵抗からＦＥＴ温度を検出し、ＦＥＴ温度がタイマーの設定時間より長く設定温度よりも高くなると電流を遮断する請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
制御回路（３）がＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ（２）のオン抵抗を演算して、演算されたオン抵抗からＦＥＴ温度を検出すると共に、検出されたＦＥＴ温度を出力する通信回路（１０）を備えており、通信回路（１０）が電池使用機器にＦＥＴ温度を出力するようにしてなる請求項１に記載されるパック電池。
【請求項４】
ＦＥＴ（２）と直列に電流遮断素子（４）を接続しており、ＦＥＴ（２）のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、制御回路（３）が電流遮断素子（４）で電流を遮断する請求項１に記載されるパック電池。
【請求項５】
ＦＥＴ（２）のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、制御回路（３）がＦＥＴ（２）をオンからオフに切り換えて電流を遮断する請求項１に記載されるパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池と直列に保護用のＦＥＴを接続しているパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パック電池は、過電流が流れると電池の特性が低下する。また、パック電池に過大な電流が流れるとジュール熱で発熱して安全に使用できなくなる。この弊害を防止するために、過電流を検出して電流を遮断する回路を内蔵するパック電池が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−３４０２６７号
【０００４】
この公報に記載されるパック電池は、図１に示すように、電池２１と直列に、加熱抵抗２２を備えるヒューズ２３を接続している。このパック電池は、電池２１に過電流が流れると、加熱抵抗２２に通電してヒューズ２３を溶断して、電流を遮断する。このパック電池は、過電流から電池２１や回路を保護できるが、ヒューズ２３の溶断に時間遅れがあるので、速やかに電流を遮断するのが難しい。また、加熱抵抗２２とヒューズ２３との相対位置関係、ヒューズ２３の温度特性等を均一にすることが難しく、正確な条件で速やかに電流を遮断するのが難しい。
【０００５】
過電流を速やかに遮断するには、電池と直列に電流を遮断するＦＥＴを接続し、過電流を検出してＦＥＴをオンからオフに切り換えて実現できる。このパック電池は、電池と出力端子との間にＦＥＴを接続する。ＦＥＴは、過電流を検出する制御回路でオンオフに切り換えられる。制御回路は、電池に過大な電流が流れるときにＦＥＴをオンからオフに切り換える。このパック電池は、ＦＥＴをオン状態として正常に使用される。オン状態のＦＥＴが電池と出力端子とを電気接続するからである。ＦＥＴがオフになると、電池と出力端子が実質的に電気接続されなくなり、電池の充放電は停止される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＦＥＴを制御回路でオンオフに切り換えるパック電池は、ＦＥＴに過大な電流が流れて熱で破壊されることがある。ＦＥＴの破壊は、ＦＥＴと直列に接続している温度ヒューズを接近して配置して保護できる。このパック電池は、高温になったＦＥＴが温度ヒューズを溶断して電流を遮断する。しかしながら、このパック電池は、温度ヒューズとＦＥＴ間の温度差が大きくなるので、正確な過電流での電流遮断が難しい。また、このパック電池は、加熱されたＦＥＴが温度ヒューズを加熱して温度ヒューズを劣化させる欠点もある。
【０００７】
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ある。本発明の重要な目的は、ＦＥＴに過電流が流れて温度が高くなると確実に電流を遮断できるパック電池を提供することにある。
また、本発明の他の大切な目的は、ＦＥＴの温度を検出するための温度センサーを設けることなく、ＦＥＴを温度上昇から確実に保護できるパック電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、電池１と出力端子５との間に接続している保護用のＦＥＴ２と、このＦＥＴ２をオンオフに切り換える制御回路３とを備える。制御回路３は、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路６と、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路７とを備え、電圧検出回路６で検出するＦＥＴ電圧と、電流検出回路７で検出するＦＥＴ電流からＦＥＴ２に流れる電流を遮断する。ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ２の電流を遮断するのは、ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からオン抵抗を検出し、オン抵抗からジャンクション温度を検出して、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると電流を遮断するからである。
【０００９】
本発明の請求項２のパック電池は、制御回路３にタイマーを装備する。このパック電池は、ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ２のオン抵抗を演算して、オン抵抗からＦＥＴ温度を検出し、ＦＥＴ温度がタイマーの設定時間より長く設定温度よりも高くなると電流を遮断する。
【００１０】
本発明の請求項３のパック電池は、通信回路１０を備える。このパック電池は、制御回路３がＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ２のオン抵抗を演算して、演算されたオン抵抗からＦＥＴ温度を検出すると共に、検出されたＦＥＴ温度を通信回路１０で電池使用機器に出力する。
【００１１】
本発明の請求項４のパック電池は、ＦＥＴ２と直列に電流遮断素子４を接続している。ＦＥＴ２のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、制御回路３は電流遮断素子４で電流を遮断する。
【００１２】
本発明の請求項５のパック電池は、ＦＥＴ２のオン抵抗が設定値よりも大きくなって、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、ＦＥＴ２をオンからオフに切り換えてＦＥＴ２の電流を遮断する。
【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パック電池を例示するものであって、本発明はパック電池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】
図２の回路図に示すパック電池は、電池１と出力端子５との間に接続している保護用のＦＥＴ２と、このＦＥＴ２をオンオフに切り換える制御回路３と、電池１と直列に接続している電流遮断素子４とを備える。電池１は、リチウムイオン電池である。ただ、電池は、リチウムイオン電池以外の二次電池、たとえばニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池とすることもできる。図のパック電池は、複数の電池１を直列に接続しているが、パック電池は、ひとつの電池を内蔵するものとすることもできる。
【００１６】
図のパック電池は、充電電流を遮断して充電時の過電流から電池１や回路を保護するために充電用のＦＥＴ２Ａと、放電電流を遮断して放電時の過電流から電池１や回路を保護するために放電用のＦＥＴ２Ｂとを備える。このパック電池は、充電時と放電時の両方において過電流から電池１や回路を保護できる。ただし、本発明のパック電池は、必ずしも充電用と放電用のＦＥＴを備える必要はなく、たとえば放電用のＦＥＴのみ、あるいは充電用のＦＥＴのみを設けることもできる。
【００１７】
ＦＥＴ２は、パワーＭＯＳＦＥＴである。ただし、ＦＥＴは、必ずしもパワーＭＯＳＦＥＴとする必要はなく、電池の電流をオンオフに切り換えできる全てのＦＥＴを使用できる。パワーＭＯＳＦＥＴは、並列に接続された寄生ダイオードを有する。寄生ダイオードは、ＦＥＴがオフの状態で逆方向に電流を流すことができる方向に接続されている。したがって、放電用のダイオードがオフになっても充電することができ、また充電用のダイオードがオフになっても放電することができる。
【００１８】
ＦＥＴは、温度によってドレイン・ソース間のオン抵抗が変化する。ＦＥＴの温度に対するドレイン・ソース間のオン抵抗は、ＦＥＴの種類により変化するが、図３はその一例を示す。この図は、パワーＭＯＳＦＥＴの温度に対するドレイン・ソース間のオン抵抗を示している。ＦＥＴのオン抵抗は、温度のみでなく、ゲート・ソース間の電圧によっても変化する。ＦＥＴをオン状態に保持するゲート・ソース間の電圧は一定にできる。ゲート・ソース間の電圧を一定にすると、オン抵抗は温度で特定される。この図は、２５０μｓｅｃのパルス測定であるから、ジャンクション温度は周囲温度と熱平衡状態となり、周囲温度はジャンクション温度と扱うことができる。したがって、図３は、ＦＥＴのジャンクション温度に対するオン抵抗、言いかえると、オン抵抗に対するＦＥＴのジャンクション温度の特性である。この特性から、ＦＥＴはオン抵抗を検出してジャンクション温度を特定できる。ＦＥＴはジャンクション温度が異常に高くなると熱で破壊される。したがって、ＦＥＴのジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、ＦＥＴの電流を遮断してＦＥＴを保護できる。ＦＥＴのジャンクション温度はオン抵抗で特定されるので、ＦＥＴのオン抵抗が設定値になると電流を遮断してＦＥＴを熱破壊から防止できる。
【００１９】
ＦＥＴ２のオン抵抗を検出するために、制御回路３は、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間電圧を検出する電圧検出回路６と、ＦＥＴ２のドレイン・ソース間に流れる電流を検出する電流検出回路７を備える。電流検出回路７は、電池１と直列に接続している電流検出抵抗７Ａと、この電流検出抵抗７Ａの両端に誘導される電圧から電流を検出する電流測定回路７Ｂとを備えている。この制御回路３は、電圧検出回路６が検出するＦＥＴ電圧と、電流検出回路７で検出するＦＥＴ電流からＦＥＴ２のオン抵抗を検出し、オン抵抗からＦＥＴ２のジャンクション温度を検出し、ＦＥＴ２の温度であるジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、ＦＥＴ２に流れる電流を遮断する。図２の制御回路３は、オン抵抗を演算して電流の遮断を制御する演算回路８を備える。
【００２０】
演算回路８は、電流遮断素子４を制御して、ＦＥＴ２の電流を遮断する。電流遮断素子４は、ヒータ付きヒューズ４Ａと、このヒータ付きヒューズ４Ａのヒータ１１に通電してヒューズ１２を溶断するヒューズ溶断スイッチ４Ｂを備える。演算回路８は、ＦＥＴ温度であるジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、ヒューズ溶断スイッチ４Ｂをオンにしてヒータ１１に通電する。通電されるヒータ１１は加熱されてヒューズ１２を熱溶断する。図２のパック電池は、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、制御回路３に内蔵される演算回路８が、電流遮断素子４であるヒータ付きヒューズ４Ａのヒューズ１２を溶断して電流を遮断する。
【００２１】
本発明のパック電池は、電流遮断素子をヒータでヒューズを溶断する回路に特定しない。電流遮断素子には、演算回路で制御されるブレーカ等も使用できる。また、図の鎖線で示すように、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなるときには、保護回路９がＦＥＴ２をオンからオフに切り換えて電流を遮断することもできる。図２に示すように、充電用と放電用のＦＥＴを直列に接続しているパック電池は、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなると、演算回路８が保護回路９を介して両方のＦＥＴ２をオンからオフに切り換えて電流を遮断する。
【００２２】
演算回路８は、ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からオン抵抗を演算し、演算したオン抵抗からジャンクション温度を検出し、ジャンクション温度で電流を遮断する演算回路８を備える。演算回路８はオームの法則、すなわちＦＥＴ電圧／ＦＥＴ電流を計算してＦＥＴ２のオン抵抗を演算する。さらに演算回路８は、ＦＥＴ２のオン抵抗に対するジャンクション温度の特性を記憶回路（図示せず）に記憶している。演算回路８は、記憶回路に記憶する特性と、演算したオン抵抗からジャンクション温度を演算し、ジャンクション温度が設定温度よりも高くなると、電流遮断素子４を制御し、あるいは保護回路９を介してＦＥＴ２を制御して電流を遮断する。
【００２３】
さらに、制御回路３は、タイマー（図示せず）も備える。この制御回路３は、ＦＥＴ電圧とＦＥＴ電流からＦＥＴ２のオン抵抗を演算して、オン抵抗からＦＥＴ温度であるジャンクション温度を検出し、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなる時間がタイマーの設定時間より長くなるときに電流を遮断する。この制御回路３は、設定時間よりも長い時間、ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなるときにかぎって電流を遮断する。
【００２４】
さらに、図２のパック電池は、ＦＥＴ温度を電池使用機器（図示せず）に伝送するための通信回路１０も備えている。通信回路１０は、検出されたＦＥＴ温度を電池使用機器に出力する。通信回路１０は、常時一定の周期でＦＥＴ温度を電池使用機器に伝送し、あるいはＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなったときに、ＦＥＴ２が設定温度よりも高温になったために、一定時間後に電流を遮断する電流遮断信号を電池使用機器に出力する。電流遮断信号が伝送される電池使用機器は、電流を遮断するまでに電流を処理をする。たとえば、パック電池を電源に使用するラップトップマイコンにあっては、パック電池から電流遮断信号が入力されると、電極をシャットオフする処理をすることができる。制御回路３は、電流遮断信号を出力した後、一定時間後に電流を遮断する。
【００２５】
図の制御回路３は、電池１の保護回路９を内蔵している。この制御回路３は、充電用のＦＥＴ２Ａと放電用のＦＥＴ２Ｂを、過電流が流れるときにのみオンオフに制御するのではなく、充電している電池１が満充電となり、あるいは放電している電池１が完全に放電され、あるいはまた電池温度が異常に高くなることを保護回路９で検出して、ＦＥＴ２をオンオフに制御する。充電用のＦＥＴ２Ａは、充電している電池１が満充電されて過充電されるようになると、このことが保護回路９に検出されて、保護回路９でオンからオフに切り換えられて充電電流を遮断する。放電用のＦＥＴ２Ｂは、放電しているときに過放電される状態になると、オンからオフに切り換えられて放電電流を遮断する。
【００２６】
このパック電池は、図４に示すように、以下の動作をして電流を遮断する。
［ｎ＝１のステップ］
電圧検出回路６がＦＥＴ２のドレイン・ソース間電圧であるＦＥＴ電圧を検出する。
［ｎ＝２のステップ］
電流検出回路７がＦＥＴ２の通過電流、すなわちドレイン・ソース間に流れる電流であるＦＥＴ電流を検出する。
［ｎ＝３のステップ］
演算回路８が、ＦＥＴ電圧／ＦＥＴ電流を演算してＦＥＴ２のオン抵抗を検出する。
［ｎ＝４のステップ］
演算回路８は、記憶しているオン抵抗とジャンクション温度に基づいて、検出したＦＥＴ２のオン抵抗をジャンクション温度に変換する。
［ｎ＝５のステップ］
演算回路８が、ジャンクション温度であるＦＥＴ温度を設定温度に比較し、異常温度であるかどうかを判定する。ＦＥＴ温度が設定温度よりも高いと異常温度と判定する。ＦＥＴ温度が設定温度よりも高くなく、異常温度でない場合は、ｎ＝１のステップのループする。
［ｎ＝６のステップ］
ＦＥＴ温度が異常温度になる時間が、設定時間よりも長いかどうかを判定し、設定時間よりも短いときは、ｎ＝１のステップにループする。
［ｎ＝７のステップ］
ＦＥＴ温度が異常温度となる時間が、設定時間よりも長くなると、ヒューズ溶断スイッチ４Ｂをオンに切り換え、ヒータ１１に通電し、ヒータ１１を加熱してヒータ付きヒューズ４Ａのヒューズ１２を熱溶断する。
【００２７】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、ＦＥＴに過電流が流れて温度が高くなるときに、確実に電流を遮断してＦＥＴを熱破壊から有効に防止できる特長がある。また、本発明のパック電池は、ＦＥＴの温度を検出するための温度センサーを設けることなく、ＦＥＴを温度上昇から確実に保護できる特長がある。それは本発明のパック電池が、ＦＥＴの電圧と電流からオン抵抗を検出し、オン抵抗からＦＥＴ温度を検出して、ＦＥＴ温度が異常に高くなるときに電流を遮断するからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパック電池の回路図
【図２】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図
【図３】ＦＥＴのドレイン・ソース間のオン抵抗と周囲温度の関係を示すグラフ
【図４】図２に示すパック電池が電流を遮断するフローチャート
【符号の説明】
１…電池
２…ＦＥＴ              ２Ａ…充電用のＦＥＴ
２Ｂ…放電用のＦＥＴ
３…制御回路
４…電流遮断素子        ４Ａ…ヒータ付きヒューズ
４Ｂ…ヒューズ溶断スイッチ
５…出力端子
６…電圧検出回路
７…電流検出回路        ７Ａ…電流検出抵抗
７Ｂ…電流測定回路
８…演算回路
９…保護回路
１０…通信回路
１１…ヒータ
１２…ヒューズ
２１…電池
２２…加熱抵抗
２３…ヒューズ
【図１】
2004357440.tif 000003
【図２】
2004357440.tif 000004
【図３】
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【図４】
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