(57)【要約】【課題】過充電検出電圧を低く設定することなく、過充電から電池を保護し得る電池の過充電保護回路等を提供する。【解決手段】電池の過充電保護方法は、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護する電池の過充電保護方法であって、過充電検出部が電池電圧を測定し、制御部５で設定された過充電検出電圧である第１の電圧値とを比較し、第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、充電の制御を行う制御部５が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に切り替えるステップと、電池が放電されたとき、制御部５が過充電検出電圧を第２の電圧値から第１の電圧値に戻すステップとを備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための電池の過充電保護回路であって、
充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、
電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部と、
を備え、
過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とする過充電保護回路。
【請求項２】
電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための電池の過充電保護回路であって、
充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、
電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部と、
を備え、
過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断する一方、電池電圧が第１の電圧値を超えた回数を計数し、所定の回数を超えた場合に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とする過充電保護回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電池の過充電保護回路であって、
前記過充電検出部が、前記第２の電圧値よりも低い第３の電圧値以下に電池電圧が低下したことを検出すると、電池が放電されたと判断して、前記制御部が過充電検出電圧を前記第２の電圧値から第１の電圧値に戻すように制御することを特徴とする過充電保護回路。
【請求項４】
電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための過充電保護回路を備えるパック電池であって、
充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、
電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部と、
を備え、
過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とするパック電池。
【請求項５】
電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護する電池の過充電保護方法であって、
過充電検出部が電池電圧を測定し、過充電検出電圧として設定された第１の電圧値と電池電圧とを比較し、第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、充電の制御を行う制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に切り替えるステップと、
電池が放電されたとき、前記制御部が過充電検出電圧を第２の電圧値から第１の電圧値に戻すステップと、
を備えることを特徴とする過充電保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の過充電を防止する過充電保護回路、過充電保護回路を備えるパック電池、および電池の過充電保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
充電可能な２次電池は、過充電を行うと劣化したり、破裂、発火等の危険な状態となることがある。そのため、このような過充電から電池を保護するために、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたときには充電を遮断する過充電保護回路を電池に内蔵することがある。過充電保護回路は、電池電圧が過充電検出電圧を下回ると通常状態に復帰させ、充電を再開する。
【０００３】
また過充電保護回路には、誤動作を防止するために、電池電圧が過充電検出電圧を超えた場合に直ちに充電を停止するのでなく、予め所定の遅延時間を設定し、この遅延時間以上、電池電圧が過充電検出電圧を超え続けた場合にのみ、過充電を検出するよう構成されたものがある。
【０００４】
さらに過充電検出電圧にヒステリシスを持たせ、過充電を検出する過充電検出電圧よりもヒステリシスの幅分だけ低い復帰電圧を設定し、この復帰電圧よりも電池電圧が低下したときに充電を復帰するようにした過充電保護回路もある。
【０００５】
しかしながら、これらの方法では、充電と放電を短時間で繰り返しながら過充電となった状態では、充電を停止して放電する間に電池電圧が低下するために過充電保護回路が復帰状態となり、次に充電が再開されたときには遅延時間の間は充電可能であるため、遅延時間の間の充電が繰り返し行われてしまい、過充電が発生しているにもかかわらず電池を保護できなくなるという問題があった。
【０００６】
ここで、短時間で充放電を繰り返しながら過充電となる状態を図１のタイミングチャートに示すと共に、従来の充電保護回路の動作を図２のフローチャートに示す。この図に示すように、過充電検出電圧値が予め設定される（ステップＳ’１）。ここで、何らかの原因で電池電圧が上昇して過充電検出電圧値を超え、かつこの状態が所定の遅延時間以上続くと、保護回路が働いてステップＳ’２からステップＳ’３に移行し充電用スイッチをＯＦＦにして回路を遮断する。すると充電を停止され電流が流れなくなるので、電池電圧は維持され放電により低下する。電池電圧がヒステリシス分を考慮した所定の過充電復帰電圧値まで低下すると（ステップＳ’４）、充電用スイッチをＯＮに切り替えて充電可能な状態に復帰する（ステップＳ’５）。しかしながら、満充電付近で充電、放電を繰り返す場合は、図１に示すように上記ステップが繰り返されることになる。このとき、ステップＳ’２で遅延時間の間は保護回路が働かないため、短時間で充放電が繰り返されると電池電圧が過充電検出電圧値を超えて徐々に高くなってしまうことが起こる。
【０００７】
また、電池を保護するという観点からは過充電検出電圧はなるべく低く設定する方が好ましいが、一方で過充電検出電圧を低く設定すると、正常状態であるにもかかわらず誤って過充電を検出をしてしまい、保護回路が働いて満充電が妨げられる可能性があった。このように、電池を過充電から保護することと、充電保護の誤動作を回避することとの両立が困難であった。
【特許文献１】特許２９２５２４１号公報
【特許文献２】特許２８７２３６５号公報
【特許文献３】特許３０３１９６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、過充電検出電圧を低く設定することなく、過充電から電池を保護し得る電池の過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１の電池の過充電保護回路は、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための電池の過充電保護回路であって、充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、前記第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部とを備え、過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２の電池の過充電保護回路は、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための電池の過充電保護回路であって、充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部とを備え、過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断する一方、電池電圧が第１の電圧値を超えた回数を計数し、所定の回数を超えた場合に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とする。
【００１１】
さらにまた、本発明の請求項３の電池の過充電保護回路は、請求項１または２に記載の電池の過充電保護回路であって、前記過充電検出部が、前記第２の電圧値よりも低い第３の電圧値以下に電池電圧が低下したことを検出すると、電池が放電されたと判断して、前記制御部が過充電検出電圧を前記第２の電圧値から第１の電圧値に戻すように制御することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４のパック電池は、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護するための過充電保護回路を備えるパック電池であって、充電の制御を行うと共に、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを設定するための制御部と、電池電圧を測定して、前記制御部で設定された過充電検出電圧とを比較するための過充電検出部とを備え、過充電検出電圧として第１の電圧値が設定されている状態で、前記過充電検出部が第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、前記制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値から第２の電圧値に切り替えることを特徴とする。
【００１３】
さらに、本発明の請求項５の電池の過充電保護方法は、電池の電圧を監視し、所定の過充電検出電圧を超えたとき充電を遮断して過充電から電池を保護する電池の過充電保護方法であって、過充電検出部が電池電圧を測定し、過充電検出電圧として設定された第１の電圧値と電池電圧とを比較し、第１の電圧値を超える電池電圧を検出したときは、過充電と判定して、充電の制御を行う制御部が充電を遮断すると共に、過充電検出電圧を第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に切り替えるステップと、電池が放電されたとき、前記制御部が過充電検出電圧を第２の電圧値から第１の電圧値に戻すステップとを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過充電からの電池の保護と効果的な充電とを両立させた電池の過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法が実現される。それは、過充電検出電圧として、第１の電圧値と、第１の電圧値よりも低い第２の電圧値とを切り替えることで、正常時には過充電検出電圧を高くし過充電の誤検出を抑えつつ、一方短時間の間に充電と放電を繰り返して過充電される場合には過充電検出電圧を低くして電池を保護できるからである。このように、本発明は充電を損なうことなく電池を保護し、安全性と利便性を両立させた実用性の高い電池の過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法を実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電池の過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法を例示するものであって、本発明は過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法を以下のものに特定しない。
【００１６】
また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００１７】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る電池の過充電保護方法を、図４のフローチャートに示すとともに、この方法によって充放電の繰り返しによる過充電から電池を保護する様子を、図３のタイミングチャートに示す。また図５に、本発明の一実施の形態に係る過充電保護回路を備えるパック電池のブロック図を示す。
【００１８】
図５に示すパック電池１は、二次電池２と、二次電池の充電用の充電用スイッチ３と、放電用の放電用スイッチ４と、これらを制御する制御部５と、遅延時間を生成する遅延タイマ６と、二次電池の電池電圧を測定して過充電を検出する過充電検出部７と、これらを駆動する電源部８とを備える。またこのパック電池は、充放電端子として＋端子と−端子を備える。なおこの例では過充電保護機能に着目して説明を進めるため、他の保護機能、例えば過放電保護機能や過電流保護機能等については説明や図示を省略する。本実施の形態に係るパック電池においても、これらの機能を適宜採用できることはいうまでもない。
【００１９】
二次電池２には、リチウムイオン電池やリチウムポリマー電池等が利用できる。なお、図５では二次電池を１つのみ図示しているが、２本以上を直列、あるいは並列に接続することも可能であることはいうまでもない。
【００２０】
充電用スイッチ３および放電用スイッチ４は、それぞれ二次電池の充電用、放電用に回路をＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチであり、パワーＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子が利用できる。
【００２１】
制御部５は、充電用スイッチ３および放電用スイッチ４のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御する。制御部は、充電用、放電用で個別に設けても良い。制御部５は、二次電池の充電時には、放電用スイッチ４をＯＮに維持しつつ、充電用スイッチ３をＯＮ／ＯＦＦして充電を制御する。同様に放電時には充電用スイッチ３をＯＮに維持して、放電用スイッチ４のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
【００２２】
また過充電検出部７は、二次電池２の電池電圧を測定して過充電を検出し、制御部５に通知する。制御部５は、過充電検出部７からの通知に基づいて充電用スイッチ３のＯＮ／ＯＦＦを制御する。また遅延タイマ６は、過充電検出後、制御部５が充電用スイッチ３のＯＮ／ＯＦＦを制御するまでの遅延時間を生成する。なお遅延タイマ６は制御部５と別部材で設けても、同一部材で構成してもよい。制御部５は所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ及びＡＳＩＣ）等のハードウエアやソフトウエアで実現できる。
【００２３】
以上の構成によって、電池の過充電保護回路が実現される。この過充電保護回路の動作を図４のフローチャートおよび図３のタイミングチャートに基づき説明する。まず、ステップＳ１で制御部５が過充電検出電圧を第１の電圧値に設定する。第１の電圧値は、通常設定される過充電検出電圧値であり、例えばリチウムイオン電池の場合、４．３５Ｖに設定する。一般にリチウムイオン電池１本の過充電電圧は４．２Ｖであるが、電池の内部抵抗等を考慮してこれよりも若干高めに設定する。
【００２４】
次にステップＳ２では、過充電検出部で検出される電池電圧を、過充電検出電圧である第１の電圧値と比較し、電池電圧が第１の電圧値を超える時間が連続して所定の遅延時間を超えるかどうかを判定する。遅延時間を設定するのは、パルス的あるいは一時的に電池電圧が第１の電圧値を超える場合を排除するためである。例えば、遅延時間を２ｓに設定する。遅延時間は遅延タイマをカウントして計時される。遅延時間内に電池電圧が第１の電圧値を下回ると、遅延タイマはリセットされ、再度計時される。同時にステップＳ２−１またはステップＳ２−２を経てステップＳ２に戻り、ループすることで保護回路は待機状態となる。この段階では、過充電検出電圧が第１の電圧値に設定されているため、これらのステップは影響を与えない。
【００２５】
遅延時間だけ第１の電圧値を超える状態が継続すると、過充電と判断してステップＳ３に移行し、充電用スイッチをＯＦＦにして充電を遮断する。さらに、過充電検出電圧を第２の電圧値に設定する。第２の電圧値は第１の電圧値よりも低い値に設定される。例えば、リチウムイオン電池用に４．３５Ｖの第１の電圧値に対して、４．２５Ｖに設定される。これによって、再度電池電圧が上昇した場合に、より低い電圧で過充電と判断されて充電が遮断されるため、二次電池が過充電から確実に保護される。
【００２６】
さらにステップＳ４に移行し、過充電検出部で測定される電池電圧が過充電復帰電圧値よりも低下したかどうかを判定する。過充電復帰電圧値は、充電用スイッチがチャタリングを起こして高速にＯＮ／ＯＦＦしないよう、過充電検出電圧にヒステリシスを設けたものである。ここでは、過充電復帰電圧値は過充電検出電圧からヒステリシス分を差し引いた値である。例えばヒステリシスを０．１Ｖとし、過充電検出電圧が第２の電圧値として４．２５Ｖである場合は、過充電復帰電圧値を４．１５Ｖに設定する。この過充電復帰電圧値以下に電池電圧が低下していない場合はステップＳ４をループし、電池電圧が低下するまで待機する。低下した場合はステップＳ５に移行して充電用スイッチをＯＮとし、充電が可能になり、本実施の形態では、充電を再開する。その後、ステップＳ２−１に戻る。
【００２７】
ステップＳ２−１では、電池電圧が第３の電圧値以下であるかどうかを判定する。第３の電池電圧値は、電池が十分放電されたかどうか、言い換えると過充電検出電圧を第１の電圧値に復帰させても良いかどうかを判定するための基準となる。例えば、リチウムイオン電池の場合３．６Ｖに設定する。電池電圧が第３の電圧値以下である場合は、電池が十分放電されたと判断して、ステップＳ２−２に移行し、過充電検出電圧を第１の電圧値に戻してステップＳ２に移行する。そうでない場合は、ステップＳ２−２を経ずそのままステップＳ２に移行し、過充電検出電圧は低い第２の電圧値のまま保持する。
【００２８】
以上の手順によって、過充電保護回路は過充電状態を検出し、最適な状態に電池を保護する。図３のタイムチャートは、上記の手順によって短時間に充放電を繰り返しながら過充電が生じる事態を効果的に回避する状態を示している。まず図３において太字点線で示す電池電圧が何らかの原因で上昇し、第１の電圧値に設定された過充電検出電圧を超えて遅延時間が経過すると、充電用スイッチをＯＦＦにして充電が遮断され、通電がなくなるため電池電圧が徐々に降下する。この点は図１と同様である。そしてヒステリシスを考慮した過充電復帰電圧値以下になると、充電用スイッチをＯＮに復帰させる。これによって電池電圧は再度上昇するが、過充電検出電圧は第１の電圧値よりも低い第２の電圧値に変更されているため、電池電圧が危険な電圧に至る前に充電が遮断されることになる。この結果、仮に充放電が短時間で繰り返される状態が生じても、過充電検出電圧が低い電圧値に変更されているため、二次電池の負担は低減され過充電から保護される。
【００２９】
（実施の形態２）
また、過充電検出電圧を低い電圧値に変更させるタイミングは、電池電圧が過充電検出電圧を超えた場合に直ちに行う方法に限られない。例えば、所定の回数以上電池電圧が過充電検出電圧を超えた場合に過充電検出電圧を低い電圧値に変更することもできる。この方法を採用した本発明の実施の形態２に係る過充電保護方法を、図６のフローチャートおよび図７のタイミングチャートに基づき説明する。図６において、図４のフローチャートと同じステップ番号は、同じ工程を意味する。まず、ステップＳ０において、電池電圧が過充電検出電圧を超えた回数ｎを０にリセットする。
【００３０】
そしてステップＳ１で過充電検出電圧を第１の電圧値に設定し、ステップＳ２で電池電圧が第１の電圧値を超え、かつ遅延時間を経過すると、ステップＳ３−１に移行する。ここでは、充電用スイッチをＯＦＦにして充電を遮断する。またステップＳ３−２に移行し、ｎに１を加算する。さらにステップＳ３−３で、ｎが所定の回数ｋを超えたかどうかを判定する。所定の回数は任意に設定でき、例えば図７の例では２回としている。ｎがｋを超えていない場合は過充電検出電圧を変更することなくステップＳ４に移行して、電池電圧が過充電検出電圧からヒステリシス分低下するまでループする。ｎがｋを超えた場合はステップＳ３−４に移行し、過充電検出電圧を第２の電圧値に設定してステップＳ４に進み、図４と同様の動作を繰り返す。なお、ステップＳ２−２では、ステップＳ２−３でｎをリセットしてステップＳ２に移行する。これによって、所定の回数までは過充電検出電圧を維持して通常の過充電保護動作を継続し、所定の回数を超えた場合に初めて過充電検出電圧を低い値に変更して、電池の過充電からより安全に保護できる状態に移行する。この方法によれば、一時的な電池電圧の上昇では過充電検出電圧を低くしないので、低い過充電検出電圧値で過充電の検出を誤る可能性を回避すると共に、過充電検出電圧を何度も超えるような状態では、充電と放電を短時間で繰り返しながら過充電される危険性が高くなるので、過充電検出電圧を低下させて過充電による電池の損傷を回避できる。
【００３１】
なお上記の電圧値や回数は例示であって、使用する二次電池や使用条件等によって最適な値が選択されることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の電池の過充電保護回路、パック電池、および電池の過充電保護方法は、携帯電話やラップトップコンピュータなどのバッテリに内蔵して適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】従来の過充電保護方法による電池電圧の変動を示すタイミングチャートである。
【図２】従来の過充電保護方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る過充電保護方法による電池電圧の変動を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１に係る過充電保護方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る過充電保護回路を備えるパック電池を示すブロック図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る過充電保護方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態２に係る過充電保護方法による電池電圧の変動を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１…パック電池
２…二次電池
３…充電用スイッチ
４…放電用スイッチ
５…制御部
６…遅延タイマ
７…過充電検出部
８…電源部
【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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