(57)【要約】【課題】充電初期電流を低くするために設けられていたプレチャージＦＥＴやポジスタなどのバイパス回路部を使用せずに、充電初期電流を低く制御することのできる二次電池の保護回路装置を提供する。【解決手段】本発明の二次電池の保護回路装置は、ベアセル１０と充電器２０との間に連結された充電用ＦＥＴ１３０と、充電用ＦＥＴ１３０のソースに印加される信号をフィルタリングする平滑回路部２３０と、平滑回路部２３０にパルスを供給するパルス発生装置２４０と、パルス発生装置２４０から発生される周期的なパルス信号のデューティー比を変化させるプレチャージ駆動部２１０を備えた保護回路部２００とを含み、デューティー比を調節することにより、充電電流を制御することを特徴とする。【選択図】図２
2007306787.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベアセルの端子電圧を検知して初期充電の可否を保護回路部が認識する初期充電の可否を認識する段階と、
前記保護回路部が、前記ベアセルと充電器とを電気的に連結する導線の経路上に直列に設けられた充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させることにより、前記充電用ＦＥＴのソースからドレインに流れる電流量を調節して前記ベアセルを低い電流で充電する低充電率に維持する段階と
を含むことを特徴とする二次電池の充電方法。
【請求項２】
前記低充電率に維持する段階では、前記充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させる時に、交流電圧をフィルタリングしたＰＷＭ信号のデューティー比を調節することによって前記直流電圧を変化させることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の充電方法。
【請求項３】
前記低充電率に維持する段階に続いて、前記保護回路部により前記ベアセルの端子電圧が一定値以上であることを検知する電圧上昇検知段階と、
前記保護回路部が、前記低充電率に維持する段階の直流電圧よりも相対的に高い直流電圧を前記充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加することにより、前記充電用ＦＥＴを介して流れる充電電流の量が前記低充電率に維持する段階よりも多く流れるようにする第１高充電率に維持する段階と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項４】
前記第１高充電率に維持する段階では、前記充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させる時に、交流電圧をフィルタリングしたＰＷＭ信号のデューティー比を調節することによって前記直流電圧を変化させることを特徴とする請求項３に記載の二次電池の充電方法。
【請求項５】
前記低充電率に維持する段階に続いて前記保護回路部が一定時間の経過を認識する時間経過の認識段階と、
前記保護回路部が、前記低充電率に維持する段階の直流電圧よりも相対的に高い直流電圧を前記充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加することにより、前記充電用ＦＥＴを介して流れる充電電流の量が前記低充電率に維持する段階よりも多く流れるようにする第２高充電率に維持する段階と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項６】
前記第２高充電率に維持する段階では、前記充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させる時に、交流電圧をフィルタリングしたＰＷＭ信号のデューティー比を調節することによって前記直流電圧を変化させることを特徴とする請求項５に記載の二次電池の充電方法。
【請求項７】
前記低充電率に維持する段階に続いて前記保護回路部が一定時間の経過を認識する時間経過の認識段階と、
前記保護回路部のノーマル充電駆動部が前記充電用ＦＥＴのゲートにＬｏｗ信号を印加して前記充電用ＦＥＴをオン(ｏｎ)するノーマル充電段階と
を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二次電池の充電方法。
【請求項８】
ドレインがベアセルと電気的に連結され、ソースが充電器と電気的に連結される充電用ＦＥＴと、
前記充電用ＦＥＴのソースに印加される信号をフィルタリングする平滑回路部と、
前記平滑回路部に電気的に連結されて前記平滑回路部に周期的にパルスを供給するパルス発生装置と、
前記パルス発生装置と電気的に連結されて前記パルス発生装置で発生される周期的なパルス信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ−Ｒａｔｉｏ)を変化させるプレチャージ駆動部を備えた保護回路部と
を含むことを特徴とする二次電池の保護回路装置。
【請求項９】
前記保護回路部は、前記充電用ＦＥＴのゲートと電気的に連結されて前記充電用ＦＥＴがオン/オフするように制御するノーマル充電駆動部をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の二次電池の保護回路装置。
【請求項１０】
前記充電用ＦＥＴのゲートと前記保護回路部のノーマル充電駆動部とを連結する第１ダイオードが形成され、前記ノーマル充電駆動部から前記充電用ＦＥＴへ流れる電流を遮断することを特徴とする請求項９に記載の二次電池の保護回路装置。
【請求項１１】
前記平滑回路部は、
前記充電用ＦＥＴのソースに直列に連結された第１抵抗と、
前記第１抵抗に並列に連結されたコンデンサと、
前記パルス発生装置と前記充電用ＦＥＴのゲートとの間に連結されて前記パルス発生装置から前記充電用ＦＥＴのゲートに流れる電流を遮断する第２ダイオードと、
前記第２ダイオードと前記第１抵抗とが連結される地点と前記パルス発生装置との間に連結された第２抵抗と
を含むことを特徴とする請求項８乃至請求項１０のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路装置。
【請求項１２】
前記充電用ＦＥＴは、ＰチャネルＦＥＴであることを特徴とする請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路装置。
【請求項１３】
前記充電用ＦＥＴのソースとゲートとの間には、抵抗が連結されていることを特徴とする請求項８乃至請求項１２のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路装置。
【請求項１４】
前記第１ダイオードと前記充電用ＦＥＴのゲートとの間には、抵抗が連結されていることを特徴とする請求項１０乃至請求項１３のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の充電方法及び二次電池の保護回路装置に関し、より詳しくは、充電の初期に充電器を介して入力される電流の大きさを制限することができるプレチャージ(ｐｒｅ−ｃｈａｒｇｅ)方法及びこの方法を用いた二次電池用保護回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン電池のような二次電池の使用過程では、その特性上電池の充電及び放電が行われる。電池には、エネルギー保存が行われるので、内部短絡などの異常が発生した時には保存されたエネルギーが短時間の内に放出され、熱を発生して発火及び爆発する。特に、リチウム二次電池の場合には、エネルギー密度が高く、内部に用いられる非水性電解液が可燃性物質なので安全性を高めるための作業がさらに要求される。
【０００３】
そこで、二次電池の安全性を向上させるための装置としては、温度変化を検知して電流を遮断する陽性温度素子ＰＴＣやバイメタルを用いた電流遮断機、内部圧力の異常を検知して爆発を防止する安全ベントなどが使用されており、電池の充電時に過充電を防止するための保護回路を充電器或いは電池自体に設置することが一般的である。
【０００４】
図１には、従来の二次電池用保護回路装置を概略的に示すブロック図を示している。
【０００５】
図１に示すように、従来の二次電池用保護回路装置は、ベアセル１０と、ベアセル１０に直列に連結されて過充電時にオフ(ｏｆｆ)される充電用電界効果トランジスタスイッチ(以下、"ＦＥＴ"と称する)４０と、ベアセル１０に直列に連結されて過放電時にオフ(ｏｆｆ)される放電用ＦＥＴ５０と、内部温度が設定値以上に上昇した場合に回路を遮断するヒューズ７１と、ベアセル１０の電流を検知するセンサーレジスタ８０と、ベアセル１０及びセンサーレジスタ８０による電気的信号を総合して各種の制御信号を出力する主制御回路１０３と、主制御回路１０３に応じて充電用ＦＥＴ４０または放電用ＦＥＴ５０をオン、オフ(ｏｎ、ｏｆｆ)する１次保護回路１０１と、主制御回路１０３からの制御信号に応じてヒューズ７１に連結された短絡用ＦＥＴ７５の開放可否を決定する２次保護回路１０２とを備えており、このようなすべての構成要素は、１つの電池パックの内部に一体に形成されている。また、図面の符号２０は、二次電池を充電するための充電器または二次電池が放電して駆動する外部負荷である。
【０００６】
このような従来の二次電池用保護回路装置は、ベアセル１０が過充電されている場合には、まずセンサーレジスタ８０がこれを検出して主制御回路１０３に所定の電気的信号を出力する。そして、主制御回路１０３は１次保護回路１０１に制御信号を出力し、１次保護回路１０１が充電用ＦＥＴ４０のゲート(ｇａｔｅ)にロー(ｌｏｗ)信号を出力することによって、充電用ＦＥＴ４０がオフ(ｏｆｆ)して過充電が停止される。
【０００７】
また、ベアセル１０が過放電されている場合には、過充電の時と類似の経路を介して放電用ＦＥＴ５０をオフ(ｏｆｆ)して過放電が停止される。
【０００８】
尚、二次電池の内部の温度が内部短絡(ｓｈｏｒｔ)などの異常な状態になって上昇した場合には、温度上昇に従って抵抗が増加する温度ヒューズ７１が切断されるように２次保護回路１０２が作動して二次電池の爆発及び発火などを防止する。
【０００９】
一方、充電器は、充電する際に初期段階では定電流充電を行い、後期では定電圧充電を行う場合が多い。ところが、リチウム二次電池の場合に、初期段階の定電流充電が行われるときに電流値が適正水準よりも大きくなって負極活物質の内部構造が破壊され、電池の周期寿命が短縮するという問題点がある。そこで、このような問題点を解決するために充電の初期段階では、充電用ＦＥＴ４０をオフし、充電用ＦＥＴ４０と並列に設置されたバイパス回路部３０にプレチャージ用ＦＥＴ３３とポジスタ(ｐｏｓｉｓｔｅｒ)３１或いはＰＴＣサーミスタ(Ｔｈｅｒｍｉｓｔｅｒ)を設置して充電電流が流れるようにする。これにより、プレチャージ用ＦＥＴ３３を介して流れる電流は、ポジスタ３１の抵抗によって充電の初期に二次電池の電極構造に問題を起こさない範囲の電流値に制限されて流れるようになる。
【００１０】
そして、一定時間が経過したり、二次電池のベアセル１０が充電を介して一定の電圧水準に達した場合には、ゲート電圧を調節してプレチャージＦＥＴ３３を遮断し、充電用ＦＥＴ４０をオンして充電電流が流れるようにする。
【００１１】
しかしながら、このような従来の保護回路の構成では、プレチャージを実行するために設置されたバイパス回路部３０のポジスタ３１の価格やスイッチの役割をするプレチャージ用ＦＥＴ３３の価格が高いので、保護回路基板の価格と二次電池の生産原価を高くしてしまうという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、従来の二次電池の保護回路において、充電用ＦＥＴと並列に設けられていたプレチャージＦＥＴやポジスタなどのバイパス回路部を使用せずに、充電の初期電流を低く制御することができる二次電池の充電方法及び二次電池用保護回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の目的を達成するすための本発明に係る二次電池の充電方法は、ベアセルの端子電圧を検知して初期充電の可否を保護回路部が認識する初期充電の可否を認識する段階において初期充電を実施すると判断された場合に、保護回路部がベアセルの一端子と充電器の一端子とを連結する導線の経路上に直列に設けられた充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させることにより、充電用ＦＥＴのソースからドレインに流れる電流量を低く調節する低充電率に維持する段階を実行することを特徴とする。
【００１４】
この時、低充電率に維持する段階では、充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させる時に、ＰＷＭ信号のデューティー比を調節することによって前記直流電圧を変化させるようにしてもよい。
【００１５】
また、低充電率に維持する段階に続いて、保護回路部によりベアセルの端子電圧が一定値以上であることを検知する電圧上昇検知段階を実施してベアセルの端子電圧が一定値以上である場合に、保護回路部が、低充電率に維持する段階の直流電圧よりも相対的に高い直流電圧を充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加することにより、充電用ＦＥＴを介して流れる充電電流の量が低充電率に維持する段階よりも多く流れるようにする第１高充電率に維持する段階を実行するようにしてもよい。
【００１６】
また、低充電率に維持する段階に続いて保護回路部が一定時間の経過を認識する時間経過の認識段階と、保護回路部が、低充電率を維持する段階の直流電圧よりも相対的に高い直流電圧を充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加することにより、充電用ＦＥＴを介して流れる充電電流の量が低充電率に維持する段階よりも多く流れるようにする第２高充電率に維持する段階を実行するようにしてもよい。
【００１７】
この時、第１及び第２高充電率に維持する段階において、充電用ＦＥＴのゲートとソースとの間に印加される直流電圧を変化させる時に、ＰＷＭ信号のデューティー比を調節することによって前記直流電圧を変化させるようにしてもよい。
【００１８】
また、低充電率に維持する段階に続いて、保護回路部が一定時間の経過を認識する時間経過の認識段階と、保護回路部のノーマル充電駆動部が充電用ＦＥＴのゲートにＬｏｗ信号を印加して充電用ＦＥＴをオン(ｏｎ)するノーマル充電段階を実行するようにしてもよい。
【００１９】
また、本発明において、充電率の調節はパルスのデューティー比を調節することと共に、パルスの電圧の大きさを調節する方法を用いるようにしてもよい。
【００２０】
一方、上述の目的を達成するための本発明に係る二次電池の保護回路装置は、ドレインがベアセルと電気的に連結され、ソースが充電器と電気的に連結される充電用ＦＥＴと、充電用ＦＥＴのソースに印加される信号をフィルタリングする平滑回路部と、平滑回路部に電気的に連結されて平滑回路部に周期的にパルスを供給するパルス発生装置と、パルス発生装置と電気的に連結されてパルス発生装置で発生される周期的なパルス信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ-Ｒａｔｉｏ)を変化させるプレチャージ駆動部を備えた保護回路部とを含むことを特徴とする。
【００２１】
また、保護回路部は、充電用ＦＥＴのゲートと電気的に連結されて充電用ＦＥＴがオン/オフするように制御するノーマル充電駆動部をさらに含むようにしてもよい。
【００２２】
この時、充電用ＦＥＴのゲートと保護回路部のノーマル充電駆動部との間を電気的に連結する第１ダイオードが形成され、ノーマル充電駆動部から充電用ＦＥＴへ流れる電流を遮断するようにしてもよい。
【００２３】
また、平滑回路部は、充電用ＦＥＴのソースに直列に連結された第１抵抗と、第１抵抗に並列に連結されたコンデンサと、パルス発生装置と充電用ＦＥＴのゲートとの間に連結されてパルス発生装置から充電用ＦＥＴのゲートに流れる電流を遮断する第２ダイオードと、第２ダイオードと第１抵抗とが連結される地点とパルス発生装置との間に連結された第２抵抗とを含むようにしてもよい。
【００２４】
また、充電用ＦＥＴは、ＰチャネルＦＥＴとしてもよい。
【００２５】
また、充電用ＦＥＴのソースとゲートとの間には、抵抗が連結されてもよい。
【００２６】
また、第１ダイオードと充電用ＦＥＴのゲートとの間には、抵抗が連結されてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、二次電池の充電初期段階に二次電池の収容能力よりも大きい電流が流れて電極の内部構造に損傷を与えて周期寿命を低下させてしまう現象を防ぐためにプレチャージを実施するものの、プレチャージ用ＦＥＴやポジストなどを含むバイパス部を設置する必要がなくなるので、二次電池用保護回路或いは二次電池の生産原価を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に係る二次電池の保護回路装置における主要部の構成を示すブロック図である。以下、説明時に従来の保護回路装置と比較する場合に、共通な部分は従来の保護回路装置を示す図１の図面符号を用いる。図２では、本発明と関係する構成要素のみを説明するために、図１のベアセル１０と接続される第１接続端子１１と、充電器２０と接続される第２接続端子２１との間は充電用ＦＥＴ１３０、保護回路部２００及びその周辺回路部だけを示した。したがって、図１に示したその他の構成要素は省略してある。また、 図２ではベアセル１０、充電器２０及び保護回路部２００は共通に接地部を形成している。
【００３０】
図２を参照すれば、本発明の二次電池の保護回路装置は、充電用ＦＥＴ１３０、平滑回路部２３０、パルス発生装置２４０及び保護回路部２００を含んで形成されている。
【００３１】
充電用ＦＥＴ１３０は、ドレインＤがベアセル１０と電気的に連結され、ソースＳが充電器２０と電気的に連結されている。充電用ＦＥＴ１３０の周辺構成は、ベアセル１０の第１接続端子１１と充電器２０の第２接続端子２１とを連結する経路上に充電用ＦＥＴ１３０が設置され、この充電用ＦＥＴ１３０のドレインＤがベアセル１０と接続され、ソースＳが１２．６Ｖの電位を有する充電器２０の第２接続端子２１と接続されている。この時、充電用ＦＥＴ１３０は、ＰチャネルのＦＥＴに形成することができ、ゲートＧにほぼ０Ｖまたは負電圧であるＬｏｗ信号を受信した時にオン(ｏｎ)される。
【００３２】
平滑回路部２３０は、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳに印加される信号をフィルタリングするように形成されている。ここで、平滑回路部２３０は、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳに直列に連結された第１抵抗Ｒ１と、第１抵抗Ｒ１に並列に連結されたコンデンサＣ１と、パルス発生装置２４０と充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとの間に接続されてパルス発生装置２４０から充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧに流れる電流を遮断する第１ダイオードＤ１と、第１ダイオードＤ１と第１抵抗Ｒ１が連結される地点とパルス発生装置２４０との間に接続された第２抵抗Ｒ２とを含んで形成されている。このような平滑回路部２３０は、パルス発生装置２４０から供給されるＰＷＭ信号を第２抵抗Ｒ２で受信し、このＰＷＭ信号は第１抵抗Ｒ１及びコンデンサＣ１によってフィルタリングされる。したがって、平滑回路部２３０は、パルス発生装置２４０で発生した周期信号であるＰＷＭ信号の交流電圧値を除去して直流電圧に変換し、この直流電圧を充電用ＦＥＴ１３０のソースＳに印加する。
【００３３】
パルス発生装置２４０は、平滑回路部２３０に電気的に連結されて平滑回路部２３０に周期的にパルスを供給する。このようなパルス発生装置２４０は、保護回路部２００と一体に形成することができ、平滑回路部２３０にＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)信号を供給する。ここで、保護回路部２００のプレチャージ駆動部２１０は、ＰＷＭ信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ)を調節してＰＷＭ信号のパルス発生周期を変更することができる。
【００３４】
保護回路部２００は、パルス発生装置２４０と電気的に連結され、パルス発生装置２４０が供給する周期的なパルス信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ−Ｒａｔｉｏ)を変化させるプレチャージ駆動部２１０を含んでいる。このような保護回路部２００には、多くの端子が設けられており、図２では省略されているが、図１に示したベアセル１０、センサーレジスタ８０、放電用ＦＥＴ５０のゲート及び温度ヒューズ７１の開放に係わる短絡用ＦＥＴ７５のゲート電極と連結されている。また、保護回路部２００をさらに詳細に説明すれば、図２では省略されているが、保護回路部２００は、ベアセル１０及びセンサーレジスタ８０による電気的信号を統合して各種の制御信号を出力する主制御回路１０３と、主制御回路１０３に応じて充電用ＦＥＴ１３０及び放電用ＦＥＴ５０をオン、オフ(ｏｎ、ｏｆｆ)する１次保護回路１０１と、同じく主制御回路１０３に応じて短絡用ＦＥＴ７５を開閉して分岐した導線に大電流を流し、その導線に形成された発熱コイルを発熱させてヒューズ７１を切るように制御する２次保護回路１０２とを図１に示すように含んでいる。主制御回路１０３と１次保護回路１０１及び２次保護回路１０２は、保護回路部２００の内部で互いに信号線を介して密接に連結されている。このような主制御回路１０３は、マイクロコンピュータで形成することができ、１次保護回路１０１及び２次保護回路１０２を制御するプログラムを内蔵している。このような内臓プログラムは、パルス発生装置２４０に周期的な信号を発生させる信号発生プログラムを内蔵しており、ＰＷＭ信号を発生させている。ここで、このようなＰＷＭ信号は、主制御回路１０３に形成されたプレチャージ駆動部２１０によって、デューティー比(Ｄｕｔｙ-Ｒａｔｉｏ)が変化されている。
【００３５】
また、保護回路部２００の主制御回路１０３は、ノーマル充電駆動部２２０をさらに含んでおり、充電用ＦＥＴ１３０を制御している。このノーマル充電駆動部２２０は充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧに電気的に連結され、１次保護回路１０１を駆動して充電用ＦＥＴ１３０をオン(ｏｎ)/オフ(ｏｆｆ)している。このようなノーマル充電駆動部２２０は、ベアセル１０をプレチャージ駆動部２１０によってプレチャージした後、ノーマル充電モード(Ｎｏｒｍａｌ ｃｈａｒｇｅ ｍｏｄｅ)に復帰させる時に、０Ｖまたは負の電圧を生成して充電用ＦＥＴ１３０をオン(ｏｎ)する。これにより、ベアセル１０は、通常の充電電流で充電される。
【００３６】
また、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳとゲートＧとの間には、第３抵抗Ｒ３が連結されている。このような第３抵抗Ｒ３は、ゲートＧとソースＳとの電圧差を一定に維持する。したがって、ゲートＧとソースＳとの間の初期電流をベアセル１０の容量や特性に合わせることができる。
【００３７】
また、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧと保護回路部２００のノーマル充電駆動部２２０との間には、第２ダイオードＤ２が連結され、ノーマル充電駆動部２２０から充電用ＦＥＴ１３０へ流れる電流を遮断することができる。このような第２ダイオードＤ２は、ノーマル充電駆動部２２０から充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧに流れる電流を遮断するので、ノーマル充電駆動部２２０の誤動作を防止する。
【００３８】
また、第２ダイオードＤ２と充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとの間には、第４ 抵抗Ｒ４が連結されている。このような第４抵抗Ｒ４は、ノーマル充電駆動部２２０が０Ｖまたは負電位であるＬｏｗ信号を変化させた時に、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧがＬｏｗ信号に対して鈍感に作動するようにする。
【００３９】
上述した構成の二次電池の保護回路装置によれば、パルス発生装置２４０で発生されたパルスの電圧が充電器２０の端子電圧のような状態である場合には、ソースＳとゲートＧに電流は供給されない。そして、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間の電圧Ｖｇｓは、０になる。したがって、充電用ＦＥＴ１３０を介して流れる電流は０になり、充電用ＦＥＴ１３０はオフ(ｏｆｆ)状態になる。また、ノーマル充電駆動部２２０がＨｉｇｈ信号を維持して充電用ＦＥＴ１３０をオフさせない状態の場合に、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳの直流電圧Ｖｓは、パルス発生装置２４０で発生されたＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ Width Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ)を調節するプレチャージ駆動部２１０によって制御される。ここで、この直流電圧Ｖｓを調節する方法を説明すると、まず平滑回路部２３０の交流電圧に対するフィルタリング機能によって、パルス発生装置２４０で発生されたＰＷＭ信号を直流電圧に変化させる。そして、この時にプレチャージ駆動部２１０がＰＷＭ信号のデューティー比を調節すると、直流電圧Ｖｓはデューティー比に応じて変化する。したがってゲートＧとソースＳとの間に電位差が発生し、ゲートＧとソースＳとの間の電圧値に応じてソースＳからドレインＤに流れる電流が変化する。すなわち、ソースＳに印加される直流電圧Ｖｓの値を低下させることで、ソースＳからドレインＤに低い電流を流すことができる。この時、ソースＳからドレインＤに流れる電流は、通常の充電をする時に流れる電流よりも低いので、ベアセル１０をプレチャージすることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る二次電池の充電方法を説明する。本発明に係る二次電池の充電方法は、初期充電の可否を認識する段階と、低充電率に維持する段階とを含んでいる。
【００４１】
初期充電の可否を認識する段階は、ベアセル１０の端子電圧を検知することによって、初期充電の可否を保護回路部２００が認識する。ベアセル１０の端子電圧を検知する方法としては、ベアセル１０の端子電圧を保護回路部２００に内蔵された電圧比較器によって測定することができる。また、ベアセル１０のインピーダンスを検知することによって、初期充電の可否を認識することもできる。
【００４２】
低充電率に維持する段階では、ベアセル１０と充電器２０とを連結する経路上に直列に設けられた充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧を変化させることにより、保護回路部２００が充電用ＦＥＴ１３０のソースＳからドレインＤに流れる電流の量を低く調節する。ここで、ソースＳからドレインＤに流れる電流の量を低く調節する方法としては、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧を制御することによって調節することができる。このようなゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧を調節する方法は非常に多い。
【００４３】
このような、初期充電の可否を認識する段階及び低充電率に維持する段階を実施することにより、図１に示した従来のバイパス回路部３０のように、て初期充電時に低い電流でベアセル１０を充電するためのプレチャージ用ＦＥＴ３３やポジスタ３１などを設けなくても良いので、回路に設置される部品の数を低減することができる。
【００４４】
ここで、上記低充電率に維持する段階において、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧を変化させる場合に、交流電圧をフィルタリングしたＰＷＭ(Ｐｕｌｓｅ Width Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ)信号をソースＳに印加し、このＰＷＭ信号のデューティー比(Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ)を調節して直流電圧が変化するようにすれば、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧をより正確に制御することができる。このような装置の実施形態において、パルス発生装置２４０は、ほぼ１２．６Ｖの最大電圧を有してパルスを発生するが、この時デューティー比(Ｄｕｔｙ Ｒａｔｉｏ)を約７０％にすれば、ほぼ８Ｖの直流電圧がソースＳに印加され、ソースＳからドレインＤに８Ｖに対応した電流が流れるようになる。このようにデューティー比を調節してソースＳにかかる直流電圧を調節すれば、ソースＳからドレインＤに流れる電流を正確に制御することができる。
【００４５】
また、上記低充電率に維持する段階の後に、電圧上昇を検知する段階と第１高充電率に維持する段階とを順次行うことができる。
【００４６】
電圧上昇を検知する段階では、保護回路部２００が、ベアセル１０の正極と負極との間の端子電圧が一定値以上になっていることを検知する。
【００４７】
第１高充電率に維持する段階では、ベアセル１０の正極と負極との間の端子電圧が一定値以上に上昇した場合に、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳに印加される直流電圧を低充電率に維持する段階で印加された直流電圧よりも相対的に高い直流電圧を印加することにより、保護回路部２００は、充電用ＦＥＴ１３０を介して流れる充電電流の量が上記低充電率に維持する段階で流れた充電電流の量よりも多くなるようにする。この時、第１高充電率に維持する段階において、充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧとソースＳとの間に印加される直流電圧を変化させる方法としては、交流電圧をフィルタリングしたＰＷＭ信号をソースＳに印加し、ＰＷＭ信号のデューティー比を約９５％程度に調節することによって、ソースＳからドレインＤに流れる電流量をベアセル１０の通常の充電の際に流れる電流量程度に増加させることができる。この時、ＰＷＭ信号は、平滑回路部２３０のフィルタリング機能によって直流電圧に変化される。
【００４８】
このような電圧上昇検知段階と第１高充電率に維持する段階とを実施することにより、ベアセル１０が充電器２０と最初に接続された後、プレチャージ充電によって低い電流でベアセル１０を充電して保護し、ベアセル１０の電圧が一定値以上に上昇した時には第１高充電率に維持する段階を実施して通常の充電を行うようにする。
【００４９】
また、上記低充電率に維持する段階の後に、時間経過を認識する段階と第２高充電率に維持する段階とをさらに含んで行うことができる。
【００５０】
時間経過を認識する段階は、ベアセル１０が初期プレチャージ充電された後に、保護回路部２００が一定時間の経過を認識することで実行される。
【００５１】
このような時間経過を認識する段階の後に、第２高充電率に維持する段階を実行することになるが、第２高充電率に維持する段階では、保護回路部２００が充電用ＦＥＴ１３０のソースＳに印加される直流電圧を、低充電率に維持する段階で印加される直流電圧よりも相対的に高い直流電圧にすることによって、充電用ＦＥＴ１３０を介して流れる充電電流の量を低充電率に維持する段階で流された充電電流よりも多く流れるようにする。このような第２高充電率に維持する段階は、上述した第１高充電率に維持する段階と同様なので、説明は省略する。
【００５２】
このように、時間経過を認識する段階と第２高充電率に維持する段階とを実行すれば、ベアセル１０と第１接続端子１１との間の接続不良などによって過度な電流が流れた場合でも、ベアセル１０が第１接続端子１１と最初に接続された時点からの経過時間に基づいて、保護回路部２００が判断するので、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳからドレインＤに流れる電流はプレチャージで許容された電流量に制限される。これによってベアセル１０が劣化しないだけではなく、保護回路部２００も過度な電流によって故障することがなくなる。
【００５３】
また、上記低充電率に維持する段階の後に、時間経過を認識する段階とノーマル充電段階とをさらに実行することができる。
【００５４】
時間経過を認識する段階はベアセル１０をプレチャージした後に、保護回路部２００が内蔵している内蔵プログラムによって一定時間の経過を認識する。
【００５５】
ノーマル充電段階は、保護回路部２００に内蔵されたプログラムによって保護回路部２００のノーマル充電駆動部２２０が充電用ＦＥＴ１３０のゲートＧに０Ｖまた負の電位であるＬｏｗ信号を印加して充電用ＦＥＴ１３０をオン(ｏｎ)する。ノーマル充電駆動部２２０によって充電用ＦＥＴ１３０がオン(ｏｎ)になると、充電用ＦＥＴ１３０のソースＳからドレインＤに流れる電流は通常の充電のときに流れる電流となり、ベアセル１０に対してノーマル充電が行われる。
【００５６】
以上、本発明は、上述した特定の好適な実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲で請求する本発明の基本概念に基づいて、当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、様々な実施変形が可能であり、そのような変形は本発明の特許請求の範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】従来の二次電池の保護回路装置を示すブロック図である。
【図２】本発明に係る二次電池の保護回路装置の主要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…ベアセル
１１、１３…第１接続端子
２０…充電器
２１、２３…第２接続端子
３０…バイパス回路部
３３…プレチャージ用ＦＥＴ
３１…ポジスタ
４０、１３０…充電用ＦＥＴ
５０…放電用ＦＥＴ
７１…温度ヒューズ
７３…発熱コイル
７５…短絡ＦＥＴ
８０…センサーレジスタ
１００、２００…保護回路部
１０１…１次保護回路
１０２…２次保護回路
１０３…主制御回路
２１０…プレチャージ駆動部(ｐｒｅ-ｃｈａｒｇｅ ｄｒｉｖｅｒ)
２２０…正常充電駆動部(Ｎｏｒｍａｌ-ｃｈａｒｇｅ Ｄｒｉｖｅｒ)
２３０…平滑回路部(ｓｍｏｏｔｈｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ)
２４０…パルス発生装置
【図１】
2007306787.tif 000003
【図２】
2007306787.tif 000004