(57)【要約】【課題】異常充電時の安全性が著しく向上した電池パックを提供する。【解決手段】本発明の２次電池の過充電保護装置は、充電器が２次電池を充電する充電経路に配置された充電用スイッチング手段と、前記２次電池と前記充電器との接続状態を検出する接続状態検出手段と、前記２次電池の電圧を検出する電池電圧検出手段と、前記２次電池の電圧が第１の閾値以上になった時に前記充電用スイッチング手段を遮断状態にし、その後前記２次電池と前記充電器とが接続状態にあれば前記充電用スイッチング手段を遮断状態に保持し、前記２次電池の電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と前記充電器とが非接続状態になった時に前記充電用スイッチング手段を導通状態にする制御手段と、を有する。【選択図】        図１
2004320924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器が２次電池を充電する充電経路に配置された充電用スイッチング手段と、
前記２次電池と前記充電器との接続状態を検出する接続状態検出手段と、
前記２次電池の電圧を検出する電池電圧検出手段と、
前記２次電池の電圧が第１の閾値以上になった時に前記充電用スイッチング手段を遮断状態にし、その後前記２次電池と前記充電器とが接続状態にあれば前記充電用スイッチング手段を遮断状態に保持し、前記２次電池の電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と前記充電器とが非接続状態になった時に前記充電用スイッチング手段を導通状態にする制御手段と、
を有することを特徴とする２次電池の過充電保護装置。
【請求項２】
充電器が２次電池を充電する充電経路に配置された充電用スイッチング手段と、
前記２次電池と前記充電器との接続状態を検出する接続状態検出手段と、
直列に接続された複数の電池ブロックを有する前記２次電池の各電池ブロックの電圧を検出する電池電圧検出手段と、
少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧が第１の閾値以上になった時に前記充電用スイッチング手段を遮断状態にし、その後前記２次電池と前記充電器とが接続状態にあれば前記充電用スイッチング手段を遮断状態に保持し、全ての前記電池ブロックの電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と前記充電器とが非接続状態になった時に前記充電用スイッチング手段を導通状態にする制御手段と、
を有することを特徴とする２次電池の過充電保護装置。
【請求項３】
２次電池と、請求項１又は請求項２に記載の２次電池の過充電保護装置とを有することを特徴とする電源装置。
【請求項４】
２次電池を充電する充電ステップと、
前記２次電池の電圧が第１の閾値以上になった時に、前記２次電池の充電経路を遮断する充電経路遮断ステップと、
前記２次電池の電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と充電器とが非接続状態になった時に前記２次電池の充電経路を導通させる充電経路導通ステップと、
を有することを特徴とする２次電池の充電制御方法。
【請求項５】
直列に接続された複数の電池ブロックを有する２次電池を充電する充電ステップと、
少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧が第１の閾値以上になった時に前記２次電池の充電経路を遮断する充電経路遮断ステップと、
全ての前記電池ブロックの電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と充電器とが非接続状態になった時に前記２次電池の充電経路を導通させる充電経路導通ステップと、
を有することを特徴とする２次電池の充電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２次電池においては、適正な充電電圧を超えて過充電を行うと、２次電池の電解液が分解してガスが生じたり、電池内部で短絡が発生して２次電池が異常発熱する恐れがある。このような問題が生じると、２次電池が破壊され又はその寿命が大幅に縮められる。
市場では、種々の２次電池及びそれらの充電器が使用されている。それぞれの２次電池は、それに適した充電器で充電すべきである。しかし、ユーザが２次電池を間違った充電器で誤って充電することを完全に防止することは困難である。特に、２次電池をその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で誤って充電すると、２次電池が過充電され、２次電池の寿命を縮める。
【０００３】
リチウムイオン２次電池は、使用又は保存温度が高いほど寿命が短くなる特性を有する。リチウムイオン２次電池を過充電すると、その内部温度が上昇し、急速にその寿命が短くなる。リチウムイオン２次電池をその本来の寿命が尽きるまで使用するためには、電池の過充電を防止し、過充電された状態が長期に継続することを防止し、過充電を繰り返すことを防止することが重要である。
従来から２次電池の過充電を防止する種々の保護装置が提案されている。
【０００４】
特許第２８７２３６５号公報に、２次電池の充放電経路にそれぞれ寄生ダイオードを有するＭＯＳＦＥＴから成る過充電保護用スイッチング手段及び過放電保護用スイッチング手段を直列に配設した従来例１の電源装置が開示されている。従来例１の電源装置においては、制御手段が２次電池の電圧を検出し、その検出電圧に応じて過充電保護用スイッチング手段及び過放電保護用スイッチング手段をオン・オフ制御する。
【０００５】
図９を用いて従来例１の電源装置を説明する。図９は、従来例１の電源装置の構成図である。従来例１の電源装置９０は、２次電池１、制御手段２、過放電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３、過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４、正極端子５、負極端子６を有し、ＭＯＳＦＥＴ３、４は、それぞれ等価的に、寄生ダイオード３Ａ及び４Ａを有する。ＭＯＳＦＥＴ３及び４のソース端子には寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのアノード端子がそれぞれ接続され、ドレイン端子には寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのカソード端子がそれぞれ接続されている。
【０００６】
正極端子５及び負極端子６の間に、２次電池１、ＭＯＳＦＥＴ３、及びＭＯＳＦＥＴ４が直列に接続されている。
２次電池１は正極端子５及び負極端子６に接続された負荷に電流を供給する。正極端子５及び負極端子６に接続された充電器は２次電池１を充電する。制御手段２は、２次電池１の両端電圧に基づいて、ＭＯＳＦＥＴ３及び４の導通／遮断制御を行う。制御手段２は、２次電池１が過充電され又は過放電することを防止する。
【０００７】
２次電池１の放電時に、制御手段２はＭＯＳＦＥＴ３及びＭＯＳＦＥＴ４を導通させる。２次電池１の放電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＤｏｆｆ以下になると、制御手段２は、過放電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３を導通状態から遮断状態に変化させる。これにより２次電池１は放電を停止し、２次電池１の過放電が防止される。
上記状態から２次電池１の充電を開始する。正極端子５及び負極端子６に接続された充電器（図示しない）から供給される電流は、導通状態であるＭＯＳＦＥＴ４及び寄生ダイオード３Ａを通じて２次電池１を充電する。２次電池１の充電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＤｏｎ（ＶＯＤｏｎ＞ＶＯＤｏｆｆ）以上になると、制御手段２は、過放電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３を遮断状態から導通状態に変化させる。以後、充電器から供給される電流は、導通状態であるＭＯＳＦＥＴ４及び３を通じて２次電池１を充電する。
【０００８】
２次電池１の充電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＣｏｆｆ（ＶＯＣｏｆｆ＞ＶＯＤｏｎ）以上になると、制御手段２は、過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４を導通状態から遮断状態に変化させる。これにより２次電池１は充電電流が流れなくなり、２次電池１の過充電が防止される。
上記状態から２次電池１は放電を開始する。２次電池１が出力する電流は、導通状態であるＭＯＳＦＥＴ３及び寄生ダイオード４Ａを通じて正極端子５及び負極端子６に接続された負荷（図示しない）に流れる。２次電池１が自己放電をする場合もある。２次電池１の放電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＣｏｎ（ＶＯＤｏｎ＜ＶＯＣｏｎ＜ＶＯＣｏｆｆ）以下になると、制御手段２は、過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４を遮断状態から導通状態に変化させる。以後、２次電池１が出力する電流は、導通状態であるＭＯＳＦＥＴ４及び３を通じて負荷に流れる。
【０００９】
従来例１の電源装置においては、上記の方法により２次電池１の過充電及び過放電が防止される。
従来例１の電源装置に２次電池１の定格より高い定格電圧を有する充電器、若しくは故障により定格より高い電圧を供給するに至った充電器を接続したままに長時間放置したとすれば、２次電池１の電圧は図１０のように変化すると考えられる（以降の説明は、特許第２８７２３６５号公報に記載されていない。）。図１０は従来例１の電源装置に充電器が接続された時点からの２次電池１の電圧の時間変化を示すグラフ（縦軸は２次電池１の電圧、横軸は時間）である。図１０において３１は充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ、３２は充電復帰電圧ＶＯＣｏｎである。
【００１０】
充電器が２次電池１を充電すると、２次電池１の電圧は上昇し、充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆに達する。この時点で、制御手段２は２次電池１の充電を禁止する。２次電池１は自己放電を開始し、２次電池１の電圧は下がり始める。その後、２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎよりも下がると、制御手段２は再び２次電池１の充電を許可する。２次電池１の電圧は再び上昇する。その後電源装置は上記の動作を繰り返す。２次電池１の電圧は、充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆと充電復帰電圧ＶＯＣｏｎとの間で変化を繰り返す。
【００１１】
特開２００２−３４１６６号公報には従来例２の２次電池の保護装置が開示されている。図１１を用いて従来例２の２次電池の保護装置を説明する。図１１は、従来例２の２次電池の保護装置１１０の構成図である。従来例２の２次電池の保護装置１１０は、２次電池である電池ブロック１（直列に接続された電池セルブロック１Ａ及び１Ｂで構成されている。）、制御回路部２、過放電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４、過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３、正極端子５、負極端子６、電流検出用抵抗Ｒ３を有し、前記それぞれのＭＯＳＦＥＴはそれぞれ寄生ダイオード４Ａ及び３Ａを有する。
【００１２】
寄生ダイオード３Ａ及び４Ａは、ＭＯＳＦＥＴ３及び４に並列に接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３及び４のソース端子に寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのアノード端子がそれぞれ接続され、ドレイン端子に寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのカソード端子がそれぞれ接続されている。
従来例２の２次電池の保護装置１１０は、従来例１と同様に、２次電池である電池ブロックの充放電経路にＭＯＳＦＥＴから成る過充電保護用スイッチング手段（充電ＦＥＴ３）及び過放電保護用スイッチング手段（放電ＦＥＴ４）を直列に配設している。
【００１３】
従来例２の２次電池の保護装置は、以下のように過充電保護用スイッチング手段を制御する。２次電池の保護装置に充電器を接続し、電池ブロック１を充電する。電池ブロックの電圧が第１の電圧（例えば４．３０Ｖ）以上になると、制御回路部２が過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３を遮断状態にして、電池ブロック１の充電を停止させる。電池ブロックが機器本体又は充電器に対して未接続状態になったことを検出すると、制御回路部２が過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３を導通状態にする。
【００１４】
【特許文献１】
特許第２８７２３６５号公報
【特許文献２】
特開２００２−３４１６６号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１の電源装置及び従来例２の２次電池の保護装置は、２次電池の過充電を特定の範囲で防止できる。しかし、２次電池をその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で誤って充電した場合、従来例１の電源装置及び従来例２の２次電池の保護装置は、２次電池の過充電を十分に防止できなかった。
従来例１の電源装置を２次電池の定格よりも高い定格電圧を有する充電器に接続したままで放置した場合、図１０に示すように、２次電池の電圧は、充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆと充電復帰電圧ＶＯＣｏｎとの間で変化を繰り返す。一般に充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆは２次電池の正常な電圧範囲の上限値よりある程度高い値に設定されている故に、２次電池に充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆと同一の電圧を繰り返し印加すると、２次電池の寿命を縮めることになる。最悪の場合、２次電池が破壊される恐れもある。
【００１６】
従来例２の２次電池の保護装置を２次電池の定格よりも高い定格電圧を有する充電器に接続したままで放置した場合、２次電池の電圧が充電禁止電圧である第１の電圧に達すると、充電が停止される。２次電池の保護装置と充電器との接続を外さない限り、充電は再開されない故、従来例１と異なり、２次電池に充電禁止電圧と同一の電圧を繰り返し印加することを防止できる。
【００１７】
しかし、ユーザが２次電池をその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で充電する場合、ユーザは誤った充電器を接続したことに気が付いていない。従来例２の２次電池の保護装置の過充電保護機能が働いて充電が停止されると、ユーザは充電が停止された原因を理解できず、充電を強制的に継続しようとして、充電器のコネクタと２次電池の保護装置のコネクタとの挿抜を繰り返すことが多い。従来例２においては、充電器と２次電池の保護装置とのコネクタが抜かれて再び挿入されると、２次電池の保護装置は直ちに充電を許可する。ユーザが充電器のコネクタと２次電池の保護装置のコネクタとの挿抜を繰り返すと、２次電池にその定格電圧より高い電圧である充電禁止電圧近傍の電圧が継続して印加される。このような場合、図１０に示す場合よりも早く２次電池の劣化が進む。
特に２次電池がリチウムイオン２次電池であれば、上記の場合、過充電されたリチウムイオン２次電池の寿命は、急速に短くなる。
【００１８】
本発明は上記の問題点を解決し、例えばユーザが２次電池を誤ってその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で充電しても、従来の装置に比べて、２次電池に長期に又は繰り返して過電圧が印加されにくい、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を提供することを目的とする。
本発明は、複数の電池ブロックで構成された２次電池の、特定の電池ブロックに対して過充電が行われることを防止し、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。
請求項１の発明は、充電器が２次電池を充電する充電経路に配置された充電用スイッチング手段と、前記２次電池と前記充電器との接続状態を検出する接続状態検出手段と、前記２次電池の電圧を検出する電池電圧検出手段と、前記２次電池の電圧が第１の閾値以上になった時に前記充電用スイッチング手段を遮断状態にし、その後前記２次電池と前記充電器とが接続状態にあれば前記充電用スイッチング手段を遮断状態に保持し、前記２次電池の電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と前記充電器とが非接続状態になった時に前記充電用スイッチング手段を導通状態にする制御手段と、を有することを特徴とする２次電池の過充電保護装置である。
【００２０】
請求項２の発明は、充電器が２次電池を充電する充電経路に配置された充電用スイッチング手段と、前記２次電池と前記充電器との接続状態を検出する接続状態検出手段と、直列に接続された複数の電池ブロックを有する前記２次電池の各電池ブロックの電圧を検出する電池電圧検出手段と、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧が第１の閾値以上になった時に前記充電用スイッチング手段を遮断状態にし、その後前記２次電池と前記充電器とが接続状態にあれば前記充電用スイッチング手段を遮断状態に保持し、全ての前記電池ブロックの電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と前記充電器とが非接続状態になった時に前記充電用スイッチング手段を導通状態にする制御手段と、を有することを特徴とする２次電池の過充電保護装置である。
【００２１】
請求項３の発明は、２次電池と、請求項１又は請求項２に記載の２次電池の過充電保護装置とを有することを特徴とする電源装置である。
【００２２】
請求項４の発明は、２次電池を充電する充電ステップと、前記２次電池の電圧が第１の閾値以上になった時に、前記２次電池の充電経路を遮断する充電経路遮断ステップと、前記２次電池の電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と充電器とが非接続状態になった時に前記２次電池の充電経路を導通させる充電経路導通ステップと、を有することを特徴とする２次電池の充電制御方法である。
【００２３】
請求項５の発明は、直列に接続された複数の電池ブロックを有する２次電池を充電する充電ステップと、少なくとも１つの前記電池ブロックの電圧が第１の閾値以上になった時に前記２次電池の充電経路を遮断する充電経路遮断ステップと、全ての前記電池ブロックの電圧が前記第１の閾値より低い電圧である第２の閾値以下になり且つ前記２次電池と充電器とが非接続状態になった時に前記２次電池の充電経路を導通させる充電経路導通ステップと、を有することを特徴とする２次電池の充電制御方法である。
【００２４】
本発明は、例えばユーザが２次電池を誤ってその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で充電しても、従来の装置に比べて、２次電池に長期に又は繰り返して過電圧が印加されにくい、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を実現できるという作用を有する。
本発明は、複数の電池ブロックで構成された２次電池の、特定の電池ブロックに対して過充電が行われることを防止し、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を実現できるという作用を有する。
【００２５】
本発明によれば、２次電池を２次電池の定格よりも高い定格電圧を有する充電器に接続したままで放置した場合、２次電池の電圧が充電禁止電圧である第１の閾値に達すると、充電が停止される。その後、２次電池と充電器との接続を外さない限り、充電は再開されない。
【００２６】
ユーザが２次電池をその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で充電し、ユーザが誤った充電器を接続したことに気が付かないとする。本発明の２次電池の過充電保護装置（又は電源装置又は２次電池の充電制御方法）の過充電保護機能が働いて充電が停止すると、ユーザが充電を強制的に継続しようとして、充電器のコネクタと２次電池の保護装置のコネクタとの挿抜を繰り返す場合がある。
【００２７】
２次電池の電圧が第１の閾値（充電禁止電圧）以上に達した後、自己放電によって第２の閾値（充電復帰電圧）に戻るまでには相当の時間がかかる。ユーザが２次電池の過充電保護装置の過充電保護機能が働いて充電が停止したことに気が付いてから、充電器のコネクタと２次電池の保護装置のコネクタとの挿抜を繰り返しても、多くの場合充電は再開されない（２次電池の電圧が第２の閾値（充電復帰電圧）より高い場合が多い。）。もし充電が再開されても、２次電池の電圧が第１の閾値（充電禁止電圧）以上に達した後、充電を停止する。その後、図１０のように充電を繰り返すことはない。
本発明は、過充電によって２次電池の寿命が縮められ、又は２次電池が破壊されることを防止する。本発明は、異常充電時の安全性が著しく向上した２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を実現する。
【００２８】
接続状態検出手段が、２次電池と充電器との接続状態を検出する方法は任意である。
接続状態検出手段は、２次電池と充電器とが物理的に接続状態にあるか否かを検出しても良い。例えば接続状態検出手段は、充電器の接続端子と２次電池の接続端子とが物理的に接続されているか否かを検出する（接続端子に電流が流れているか否かを検出しない。）。
【００２９】
接続状態検知手段は、過充電保護装置が働いて充電電流が遮断状態にあるという条件の下に、２次電池と充電器とが接続状態にあるか否かを検出しても良い。例えば、２次電池の過充電保護装置の、充電器と接続する側の二つの接続端子の間の電圧を抵抗で分割し、その分割点の電位が所定の閾値以上であるか否かを判定することにより、これを検出することが出来る（後述）。
【００３０】
好ましくは２次電池の過充電保護装置は、充電用スイッチング手段が遮断状態になって充電電流が充電経路を流れなくなった状態においても、放電電流は別の放電経路を通じて流れ得るような構成を有する。例えば、充電用スイッチング手段はＦＥＴであって、放電電流がアノードからカソードに流れるようにＦＥＴに並列に接続された寄生ダイオードを有する。
【００３１】
本発明は、２次電池がリチウムイオン電池（環境温度が高いと寿命が短くなり易い。）である場合において、大きな効果を奏する。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について図面とともに記載する。
【００３３】
《実施の形態１》
本発明の実施の形態１の電源装置について図１〜図５を用いて説明する。図１は、実施の形態１の電源装置の構成図である。本実施の形態は、ＭＯＳＦＥＴとしてＮチャンネルのものを用いて説明しているが、ＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴを用いた場合も本実施の形態に準じた考え方で同じ目的を達成させることが出来る。ＭＯＳＦＥＴはＮチャンネルの場合は、電池の負極側に挿入されるが、Ｐチャンネルの場合は正極側に挿入されることになる。
本実施の形態の電源装置１０は、２次電池１、過充電保護装置１１、正極端子５及び負極端子６を有する。過充電保護装置１１は、制御ＩＣ２（制御手段）、ＭＯＳＦＥＴ３及び４、充電器開放検出回路７、寄生ダイオード３Ａ及び４Ａを有する。寄生ダイオード３Ａ及び４Ａは、ＭＯＳＦＥＴ３及び４に並列に存在している。ＭＯＳＦＥＴ３及び４のソース端子に寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのアノード端子がそれぞれ接続され、ドレイン端子に寄生ダイオード３Ａ及び４Ａのカソード端子がそれぞれ接続されている。充電器開放検出回路７は、抵抗Ｒ１及びＲ２を有する。実施の形態１において、２次電池１は充電可能なリチウムイオン電池である。
【００３４】
正極端子５及び負極端子６の間に、２次電池１、ＭＯＳＦＥＴ３及びＭＯＳＦＥＴ４が直列に接続されている。
２次電池１は正極端子５及び負極端子６に接続された負荷に電流を供給する。正極端子５及び負極端子６に接続された充電器は２次電池１を充電する。制御ＩＣ２は、２次電池１の両極間の電圧及び充電器開放検出回路７の出力信号を入力し、ＭＯＳＦＥＴ３及び４の導通／遮断制御を行う（ＭＯＳＦＥＴ３、４のゲート電圧を制御する。）。制御ＩＣ２は、２次電池１が過充電され又は過放電することを防止する。
【００３５】
２次電池１の放電時に制御ＩＣ２は、ＭＯＳＦＥＴ３及びＭＯＳＦＥＴ４を導通させる。２次電池１の放電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＤｏｆｆ（放電禁止電圧）以下になると、制御ＩＣ２は、過放電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ３を導通状態から遮断状態に変化させる。これにより２次電池１は放電を停止し、２次電池１の過放電が防止される。この状態において、２次電池１を充電器で充電する。充電器が出力する充電電流は、寄生ダイオード３Ａ及びＭＯＳＦＥＴ４を通じて２次電池１に供給される。その後２次電池１が充電され、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＤｏｎ（放電復帰電圧）以上（ＶＯＤｏｎ＞ＶＯＤｏｆｆ）になると、制御ＩＣ２は、ＭＯＳＦＥＴ３を再び導通状態にする。充電器が出力する充電電流は、ＭＯＳＦＥＴ３及び４を通じて２次電池１に供給される。
【００３６】
２次電池１の充電時に制御ＩＣ２は、ＭＯＳＦＥＴ３及びＭＯＳＦＥＴ４を導通させる。２次電池１の充電が進んで、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＣｏｆｆ（第１の閾値。充電禁止電圧）（ＶＯＣｏｆｆ＞ＶＯＤｏｎ）以上になると、制御ＩＣ２は、過充電防止用スイッチ素子であるＭＯＳＦＥＴ４を導通状態から遮断状態に変化させる。これにより２次電池１は充電を停止し、２次電池１が過充電されることを防止する。この状態において、充電器に代えて負荷を電源装置１０に接続すると、２次電池が出力する電流は、寄生ダイオード４Ａ及びＭＯＳＦＥＴ３を通じて負荷に供給される。
【００３７】
その後２次電池１が放電され、２次電池１の両端電圧が一定の電圧ＶＯＣｏｎ（第２の閾値。充電復帰電圧）以下（ＶＯＣｏｆｆ＞ＶＯＣｏｎ＞ＶＯＤｏｎ）になり且つ２次電池１と充電器とが非接続状態になると、制御ＩＣ２はＭＯＳＦＥＴ４を再び導通状態にする。この状態において、負荷を電源装置１０に接続すると、２次電池１が出力する電流は、ＭＯＳＦＥＴ３及び４を通じて負荷に供給される。
例えば２次電池１の定格電圧が８Ｖであれば、充電禁止電圧を１２Ｖ、充電復帰電圧を７Ｖ程度に設定する。
【００３８】
充電器開放検出回路７は、正極端子５及び負極端子６の間に接続され、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ２で決まる電圧ＶＡを出力する。制御ＩＣ２は、充電器開放検出回路７の出力電圧ＶＡを入力し、ＶＡとＶＢの値から充電器又は負荷が電源装置１０に接続されているか否か、ＦＥＴ４が導通状態にあるか遮断状態にあるかを判定する。
ＶＢを電池１の電圧、ＶＣを充電器の開放電圧とする。電池１の負極電位を基準（０［Ｖ］）にとると、抵抗Ｒ１とＲ２の接続点の電位ＶＡの値を用いて、充電器又は負荷が接続状態にあるか、非接続状態にあるかは、ＦＥＴ４の導通・遮断の状態と関連して以下のようにして決定することが出来る。ただし、制御ＩＣ２の入力インピーダンス、ＦＥＴ４の遮断時の抵抗、寄生ダイオードの逆方向抵抗は無限大、ＦＥＴ４の導通時の抵抗、寄生ダイオードの順方向抵抗は零とする。また、抵抗Ｒ１＋Ｒ２は充電器の内部抵抗に比べて十分に大きいとする。
【００３９】
問題は、ＦＥＴ４が遮断状態になってから、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎになった後、
（１）充電器が既に電源装置１０から外されているか、
（２）外されていないとすれば、その後それが外された瞬間
を検出し、これらが検出されるとＦＥＴ４を導通状態にすることである。この制御は次のようにして行われる。
ＦＥＴ４の導通・遮断状態に対応して、
▲１▼ＦＥＴ４が遮断状態で充電器が接続状態にあるとき
ＦＥＴ４の寄生ダイオードは逆バイアスが掛かり、ＦＥＴ４の挿入されているラインは切断状態と同じであるから、このときのＶＡをＶＡ１とすると、充電器の端子間の電圧はほぼＶＣであるから
ＶＡ１＝ＶＢ−ＶＣ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
▲２▼ＦＥＴ４が遮断状態で充電器が非接続状態にあるとき、若しくは負荷がつながっているとき
抵抗Ｒ１、Ｒ２、負荷がつながっているときはこれら抵抗と並列の負荷抵抗、ＦＥＴ４の寄生ダイオード４Ａを通じて電池１による電流が流れるから、このときのＶＡをＶＡ２とすると
ＶＡ２＝ＶＢ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）
となる。
【００４０】
ここで、例えば、Ｒ１を数ＭΩ、Ｒ２を数ｋΩのオーダーとすると、Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）≒０、Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）≒１であるから、ＶＡ２は零に近い正の値である。また、ここで考えているのは特に定格を越える高い電圧の充電器が接続されている場合であり（正常な充電器が接続されているときは、ＦＥＴ４が遮断状態になることはない）。ＶＯＣｏｎ＜ＶＯＣｏｆｆ＜Ｖｃであり、ＶＡ１＝ＶＢ−ＶＣ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）＜ＶＯＣｏｎ−ＶＣ・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）≒ＶＯＣｏｎ−ＶＣ＜０となる。従って、所定値θを、ＶＯＣｏｎ＜θ≦０の間の適当な値として選び、（ＶＢ＜ＶＯＣｏｎ）∩（ＶＡ≧θ）＝０の状態が（ＶＢ＜ＶＯＣｏｎ）∩（ＶＡ≧θ）＝１の状態となった瞬間、充電器が外されたと判断することが出来る。”∩”は論理積を表し、”０”は”偽””１”は”真”を表しているが、両者何れの状態かを区別するだけであるから、この”真”、”偽”の定義は逆でも勿論良い。
【００４１】
（図４）は、ＶＢ、ＶＡ、ＦＥＴ４の導通・遮断状態の関係を示している。ｔ１までは、ＦＥＴ４は導通状態であり充電が行われているとする。このときはＶＡ≒０であり、ＶＢがｔ１で充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆに至ったとすると、ＦＥＴ４は遮断状態になり、ＶＡ≒ＶＯＣｏｆｆ−ＶＣとなる。以後、前記▲１▼に従って電池１の放電と共にＶＢ従ってＶＡは徐々に低下し、ｔ２でＶＢは充電復帰電圧ＶＯＣｏｎを通過し、それに対応してＶＡはＶＯＣｏｎ−ＶＣを通過する（このときＶＡ＜θ）である）。やがて、時点ｔ３において、充電器が電源装置１０から外されたとすると、前記▲２▼に従ってＶＡ＝ＶＢ・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）≒０になり（このときＶＡ≧θである）、ＦＥＴ４は導通状態になる。この状態で、時点ｔ４において電源装置１０に充電器をつなぐと再び充電が始まる。ただし、この時点では既にＦＥＴ４が導通状態にあるから、ＶＡ≒０である。以上のことから、ＶＯＣｏｎ−ＶＣ＜θ＜０を満足するθを閾値として、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとＶＡ＜θが同時に成り立つときは充電器接続状態でＦＥＴ４は遮断状態、その後ＶＡ≧θとなった瞬間充電器が取り外されたと判定し、ＦＥＴ４を導通状態とすることが出来る。
【００４２】
もし、ＦＥＴ４が遮断状態になってから（ｔ１以後）、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎになるまでに（ｔ２までに）、充電器が外され、負荷が接続されたとすると、その時点ではＶＢ＞ＶＯＣｏｎであるためＦＥＴ４は遮断状態のままでＦＥＴ４の寄生ダイオードを通じて電池１による電流が流れＶＡ≒０である。ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとなると、ＶＡ≒０≧θとＶＢ＜ＶＯＣｏｎが同時に成り立つようになり、その瞬間ＦＥＴ４を導通状態となし、ＦＥＴ４本体を通じて放電が続行することになる。即ち、従来の保護回路と同じように、ＶＢがＶＯＣｏｆｆになってからＶＯＣｏｎになるまでは寄生ダイオードを通じて放電が行われるが、ＶＢがＶＯＣｏｎ以下になるとＦＥＴ４本体を通じて放電が行われる。
【００４３】
図２は、実施の形態１の２次電池の充電制御方法（電源装置１０の充電制御方法）のフローチャートである。図２のフローチャートは、ステップ２０１〜２０８を有する。最初に電源装置１０を充電器に接続する（ステップ２０１）。ステップ２０２で、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）及び放電用スイッチング素子（ＦＥＴ３）をオン（導通）させる。充電器は２次電池１の充電を開始する（ステップ２０３）。
ステップ２０４で、制御ＩＣ２は２次電池１の電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ以上であるか否かを調べる。２次電池１の電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ未満であった場合は、ステップ２０３に戻り、充電を継続する。ステップ２０４で、２次電池１の電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ以上であった場合は、ステップ２０５に進み、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）をオフ（遮断状態）にする。充電が停止される。２次電池１は放電（図２においては自己放電）を開始する。
【００４４】
ステップ２０６で、制御ＩＣ２は２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下であるか否かを調べる。２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下でなかった場合は、ステップ２０６を繰り返す。２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下であった場合は、ステップ２０７へ進む。
ステップ２０７で、制御ＩＣ２は電源装置１０が充電器に接続されているか否かを検出する。充電器に接続されている場合は、ステップ２０７を繰り返す。電源装置１０が充電器に接続されていない場合は、ステップ２０８に進み、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）をオンにして、処理を終了する。
【００４５】
図３は本実施の形態の電源装置に２次電池１の定格より高い定格電圧の充電器を接続して、そのまま放置した場合の２次電池１の電圧の時間変化を示すグラフである（縦軸は２次電池１の電圧、横軸は時間）。図３において３１は充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ、３２は充電復帰電圧ＶＯＣｏｎである。
充電器を接続後、２次電池１の電圧は上昇し、一度充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆに達するが、その時点で制御ＩＣ２が２次電池１の充電を止め、放電を開始させる。２次電池１の電圧は、例えば自己放電により時間とともに低下する。２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下に下がっても、充電器が電源装置１０から外されていない故、制御ＩＣ２は２次電池１の放電を継続する。図３に示す２次電池１の電圧の時間変化は、図１０と比較して２次電池１を劣化させにくい。
【００４６】
制御ＩＣ２が２次電池１の充電を止めた時点でユーザが電源装置１０のコネクタと充電器のコネクタとの挿抜を繰り返しても、２次電池１の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎより高ければ、制御ＩＣ２は２次電池１の充電を止めた状態を継続する。
（図５）は電源装置１０に対し、充電器の挿抜を行った場合の一例であって、ＶＡの変化の様子を示している。ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ４の順に、抜、挿、抜、挿を行った場合のＶＡの変化の様子を示している。電源装置１０に充電器が挿入され、ＦＥＴ４が遮断状態、ＶＢ≧ＶＯＣｏｎの時は、ＶＡ＝ＶＢ−ＶＣ＜θ、充電器が外されたときは、ＦＥＴ４の寄生ダイオード４Ａを通じて電池１は放電し、ＶＡ≒０＞θである。
この状態で、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとなると（時点ｔ２  ）、はじめてＦＥＴ４が導通状態になる。ＦＥＴ４が導通状態になると、ＶＡ≒０はそのまま続き、その後、電源装置１０に充電器が接続されたとき（時点ｔ４）、充電が再開され、ＦＥＴ４が遮断状態になるまでＶＡ≒０である。ＦＥＴ４が遮断状態にある間は、ＶＡ≒０であり、ＦＥＴ４が導通状態にあるときは、ＶＡ＝ＶＢ−ＶＣである。
上記の構成により、実施の形態１の電源装置１０は、２次電池１（リチウムイオン電池）が過充電されることを防止する。
【００４７】
《実施の形態２》
本発明の実施の形態２の電源装置について図６及び７を用いて説明する。図６は、実施の形態２の電源装置の構成図である。本実施の形態の電源装置６０は、２次電池１が複数の電池ブロック６２及び６３を直列に接続したものであり、制御ＩＣ２が２次電池１（電池ブロック６２と６３との直列体）の電圧ＶＰ及び電池ブロック６３の電圧ＶＱを入力し、及び２次電池の充電制御方法が実施の形態１と異なる。それ以外の点において、実施の形態２の電源装置は実施の形態１と同一である。実施の形態２の過充電保護装置の符号を６１とする。図６において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付している。実施の形態１と同一の内容の説明を省略する。
【００４８】
図７は、実施の形態２の２次電池の充電制御方法（電源装置６０の充電制御方法）のフローチャートである。図７のフローチャートは、ステップ２０１〜２０３、７０４、２０５、７０６、２０７、２０８を有する。図７のフローチャートにおいて、図２（実施の形態１）と同一のステップには同一の符号を付している。
最初に電源装置１０を充電器に接続する（ステップ２０１）。ステップ２０２で、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）及び放電用スイッチング素子（ＦＥＴ３）をオン（導通）させる。充電器は２次電池１の充電を開始する（ステップ２０３）。
【００４９】
ステップ７０４で、制御ＩＣ２は２次電池１の各電池ブロック６２、６３の電圧（ＶＰ−ＶＱ）、ＶＱが充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ（第１の閾値）以上であるか否かを調べる。例えば２次電池１の定格電圧が８Ｖであれば、電池ブロックの充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆを６Ｖ（＝１２Ｖ／２）、充電復帰電圧（第２の閾値）ＶＯＣｏｎを３．５Ｖ（＝７Ｖ／２）程度に設定する。電池ブロックを直列に接続した２次電池において、例えば１つの電池ブロックだけが過充電されると、その電池ブロックの劣化が進む。電池ブロックが劣化するとその内部抵抗が増加し、２次電池１全体に印加された充電電圧のうち劣化した電池ブロックに印加される分電圧が高くなる。すると、その電池ブロックの劣化がますます進み、２次電池１の寿命が急速に尽きてしまう。
【００５０】
ステップ７０４で、制御ＩＣ２はいずれか１つの電池ブロックの電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ以上であるか否かをチェックする。全ての電池ブロック６２、６３の電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ未満であればステップ２０３に戻り上記の処理を繰り返す。少なくとも１つの電池ブロックの電圧が充電禁止電圧ＶＯＣｏｆｆ以上であれば、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）をオフ（遮断状態）にする（ステップ２０５）。充電が停止され、２次電池１は放電（図７においては自己放電）を開始する。
【００５１】
ステップ７０６で、制御ＩＣ２は全ての電池ブロック６２、６３の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下であるか否かを調べる。全ての電池ブロック６２、６３の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下でなかった場合は、ステップ７０６を繰り返す。全ての電池ブロック６２、６３の電圧が充電復帰電圧ＶＯＣｏｎ以下であった場合は、ステップ２０７へ進む。
ステップ２０７で、制御ＩＣ２は電源装置１０が充電器に接続されているか否かを検出する。充電器に接続されている場合は、ステップ２０７を繰り返す。電源装置６０が充電器に接続されていない場合は、ステップ２０８に進み、制御ＩＣ２は充電用スイッチング素子（ＦＥＴ４）をオンにして、処理を終了する。
上記の構成により、実施の形態２の電源装置６０は、実施の形態１と同様の効果に加えて、２次電池１（リチウムイオン電池）の各電池ブロックが過充電されることを防止する。
【００５２】
《実施の形態３》
本発明の実施の形態３の電源装置について図８を用いて説明する。図８は実施の形態３の電源装置の構成図である。本実施の形態の電源装置８０は、充電器開放検出回路７を有せず、充電器又は負荷接続検知用端子８２を有する。実施の形態３の過充電保護装置の符号を８１とする。図８において、実施の形態１と同一のブロックには同一の符号を付している。実施の形態１と同一の内容の説明を省略する。
【００５３】
実施の形態３の電源装置８０の正極端子５、負極端子６、充電器又は負荷接続検知用端子８２は、それに接続される負荷８４（充電器においても同様である。図８においては負荷８４を例示する。）の端子８５、８６、８７とそれぞれ接続される。負荷（又は充電器）の端子８６と８７は接続されている。電源装置８０の充電器又は負荷接続検知用端子８２の電位ＶＤは、電源装置８０に充電器又は負荷が接続されていなければＶＤ＝０［Ｖ］となるようにしておく（ＩＣ２の中で、ＶＤの入力端子が電池の負極に抵抗でプルダウンされている等）。電源装置８０に充電器が接続されていれば、ＦＥＴ４が導通状態の場合はＶＤ＝０（２次電池１の負極電位）、ＦＥＴ４が遮断状態の場合はＶＤ＝ＶＢ−ＶＣ＜０となる。また、電源装置８０に負荷が接続されていれば、ＦＥＴ４が導通状態の場合はＦＥＴ４本体を電池１による電流が流れＶＤ＝０、ＦＥＴ４が遮断状態の場合もＦＥＴ４の寄生ダイオードを電池１による電流が流れ同様にＶＤ＝０となる。従って、充電器がつながれており、且つ、ＦＥＴ４が遮断状態（ＶＤ＝ＶＢ−ＶＣ＜０）にあるとき、充電器が取り除かれるとＶＤ＝０に上昇する。そこでＶＢ＜ＶＯＣｏｎとＶＤ＝０が同時に成り立ったとき、ＦＥＴ４を導通状態に制御するようにしておけば、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとなった後、充電器が電源装置８０から外されたことがＶＤ＝０となることからわかり、これを検出することによって、ＦＥＴ４を導通状態にすることが出来る。また、ＦＥＴ４が遮断状態になってからＶＢ＜ＶＯＣｏｎになるまでの間に充電器が外され、負荷が接続されると、その瞬間ＶＤ＝０となり、その後ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとなったとき、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとＶＤ＝０が同時に成り立つから、このとき、ＦＥＴ４を導通状態にすることになり、ＶＢ＜ＶＯＣｏｎとなった瞬間から、ＦＥＴ４本体を通じて放電が続行し、上記寄生ダイオードに電流が流れ続けることはない。
【００５４】
以上のことは、丁度実施の形態１において、電源装置１０に充電器あるいは負荷がつながっている場合は、Ｒ１＝∞、Ｒ２＝０、それらが外されている場合は、Ｒ１＝∞、Ｒ２＝（ＶＤのプルダウン抵抗）となっている場合に相当すると考えれられる。従って、ＶＤは実施の形態１におけるＶＡに相当し、値的にもほぼ同じ値をとるから、  ＶＯＣｏｎ−ＶＣ＜θ≦０なるθを適当に定め、実施の形態１と同様な処理により、ＦＥＴ４の導通・遮断の制御が可能である。従って、処理フローは、実施の形態１（図２）と同様になる。
上記の構成により、実施の形態３の電源装置８０は、実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５５】
また、実施の形態１の考え方が実施の形態２として複数の電池からなる電源装置に適用できたように、実施の形態３の考え方も複数の電池からなる電源装置に同様に適用できることは勿論である（説明は省略）。
実施の形態２の２次電池は、２つの電池ブロックを直列に接続した構成を有していた。これに限られるものではなく、２次電池がより多くの電池ブロックを直列に接続したもの、複数の電池ブロックを並列に接続したもの、又は複数の電池ブロックを直列及び並列に組み合わせて接続したもの、であっても良い。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、例えばユーザが２次電池を誤ってその定格よりも高い定格電圧を有する２次電池の充電器で充電しても、従来の装置に比べて、２次電池に長期に又は繰り返して過電圧が印加されにくい、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、複数の電池ブロックで構成された２次電池の、特定の電池ブロックに対して過充電が行われることを防止し、安全で２次電池の短寿命化を防止する２次電池の過充電保護装置、２次電池を有する電源装置及び２次電池の充電制御方法を実現できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の電源装置の回路構成図
【図２】実施の形態１の２次電池の充電制御方法のフローチャート
【図３】本実施の形態の電源装置に２次電池１の定格より高い定格電圧の充電器を接続して、そのまま放置した場合の２次電池１の電圧の時間変化を示すグラフ
【図４】充電器の接続状態と、回路上の電池電圧及び充電器接続端子間の電圧の関係を示すグラフ
【図５】充電器の接続状態と、回路上の電池電圧及び充電器接続端子間の電圧の関係を示すグラフ
【図６】実施の形態２の電源装置の回路構成図
【図７】実施の形態２の２次電池の充電制御方法のフローチャート
【図８】実施の形態３の電源装置の回路構成図
【図９】従来例１の電源装置の回路構成図
【図１０】従来例１の電源装置に２次電池１の定格より高い定格電圧の充電器を接続して、そのまま放置した場合の２次電池１の電圧の時間変化を示すグラフ
【図１１】従来例２の２次電池の保護装置の回路構成図
【符号の説明】
１    ２次電池
２    制御ＩＣ
３、４    ＦＥＴ
３Ａ、４Ａ    寄生ダイオード
５    正極端子
６    負極端子
７    充電器開放検出回路
１０、４０、６０、８０    電源装置
１１、４１、６１、８１    過充電保護装置
６２、６３    電池ブロック
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３    抵抗
【図１】
2004320924.tif 000003
【図２】
2004320924.tif 000004
【図３】
2004320924.tif 000005
【図４】
2004320924.tif 000006
【図５】
2004320924.tif 000007
【図６】
2004320924.tif 000008
【図７】
2004320924.tif 000009
【図８】
2004320924.tif 000010
【図９】
2004320924.tif 000011
【図１０】
2004320924.tif 000012
【図１１】
2004320924.tif 000013