(57)【要約】【課題】  パック電池内の充電用FET素子、放電用FET素子を利用するパック電池において、不所望に、オフ状態の素子の寄生ダイオードに大きな電流が流れることを防止する。【解決手段】  パック電池Ａには、電子機器ＰＣより、素子を各々制御するために、機器制御信号のオン信号、オフ信号が入力され、制御部５においては、素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、前記制御回路１０においては、各素子に対して、機器制御信号、電池内制御信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御を行い、制御部５においては、一方の素子がオン状態、他方の素子がオフ状態であるとき、オフ状態の他方の素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、制御部５より、オン状態の一方の前記素子に対して、オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器に電力供給し、該電子機器より充電されるパック電池であって、
該パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部、制御回路とを備え、
前記パック電池には、前記電子機器より、前記素子を各々制御するために、機器制御信号のオン信号、オフ信号が入力され、
前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、
前記制御回路においては、前記各素子に対して、前記機器制御信号、前記電池内制御信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御を行い、
前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、オン状態の前記一方の前記素子に対して、前記オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることを特徴とするパック電池。
【請求項２】
電子機器に電力供給し、該電子機器より充電されるパック電池であって、
該パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部、制御回路とを備え、
前記パック電池には、前記電子機器より、前記素子を各々制御するために、機器制御信号のオン信号、オフ信号が入力され、
前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、
前記制御回路においては、前記各素子に対して、前記機器制御信号、前記電池内制御信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御を行い、
前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、前記一方の前記素子をオフ状態とするための信号を発することを特徴とするパック電池。
【請求項３】
パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部とを備え、
前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、
前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、オン状態の前記一方の前記素子に対して、前記オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることを特徴とするパック電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パック電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパック電池について、以下の特許文献に、記載がある。このパック電池内においては、電池の過充電を保護する充電用ＦＥＴ、電池の過放電を保護する放電用ＦＥＴを備えている。そして、電池電圧が過充電カット電圧よりも高くなると充電用ＦＥＴ(Q1)をオフ状態として電池(1)の過充電を防止し、その後、電池が放電されているかどうかを検出し、電池が放電される状態で、充電用ＦＥＴ(Q1)をオン状態として放電することにより、充電用ＦＥＴ(Q1)のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止している。
【０００３】
また、電池電圧が過放電カット電圧よりも低くなると放電用ＦＥＴ(Q2)をオフ状態として電池(1)の過放電を防止し、その後、電池が充電されているかどうかを検出して、電池が充電されるときには、放電用ＦＥＴ(Q2)をオン状態として充電することにより、放電用ＦＥＴ(Q2)のオフ状態のとき寄生ダイオードを介して電流が流れて熱破壊されることを防止している。
【０００４】
そして、このようなパック電池を内蔵するノート型パーソナルコンピュータ等の電子機器においては、充電時においては、電子機器からの電力をパック電池に供給して、パック電池内の電池を充電するために、電子機器内において、充電用FET素子を備えている。また、放電時においては、パック電池から、電子機器に電力を放電して、電子機器を駆動するために、電子機器内において、放電用FET素子を備えている。
【特許文献１】特開平8-265985号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の従来のパック電池、電子機器においては、各々に、充電用FET素子、放電用FET素子を備えているが、電子機器内の素子を省略して、パック電池内だけに、充電用FET素子、放電用FET素子を利用することで、部品点数が少なくなると共に、電力供給ラインの抵抗値を低くすることによる電力損失の軽減を図ることができる。
【０００６】
このような場合、パック電池に内蔵される制御部であるマイコンにおいては、電池電圧等をモニターすることで、充電用FET素子、放電用FET素子を制御するために、オン信号、オフ信号を発している。
【０００７】
ここで、電子機器からは、電子機器の使用状況に応じて、充電用FET素子、放電用FET素子を制御するために、オン信号、オフ信号が、パック電池に入力されることになる。そして、例えば、パック電池において、過放電状態、又は、過充電状態においては、電子機器から素子のオン信号が要求されても、放電、充電しないために、パック電池内制御部からと、電子機器からの信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御が行われる。
【０００８】
しかしながら、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して電流が流れ、大きな電流が流れると、該素子が損傷することになる。また、この問題は、上述の電子機器からパック電池内の素子に対して制御信号を発するものでなくても、パック電池内にて、充電用FET素子、放電用FET素子を制御する場合にも、同様に発生する。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するために成されたものであり、パック電池内の充電用FET素子、放電用FET素子を利用するパック電池において、不所望に、オフ状態の素子の寄生ダイオードに大きな電流が流れることを防止する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、電子機器に電力供給し、該電子機器より充電されるパック電池であって、該パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部、制御回路とを備え、前記パック電池には、前記電子機器より、前記素子を各々制御するために、機器制御信号のオン信号、オフ信号が入力され、前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、前記制御回路においては、前記各素子に対して、前記機器制御信号、前記電池内制御信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御を行い、前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、オン状態の前記一方の前記素子に対して、前記オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、電子機器に電力供給し、該電子機器より充電されるパック電池であって、該パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部、制御回路とを備え、前記パック電池には、前記電子機器より、前記素子を各々制御するために、機器制御信号のオン信号、オフ信号が入力され、前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、前記制御回路においては、前記各素子に対して、前記機器制御信号、前記電池内制御信号の両方がオン条件のとき、該素子をオン状態とする制御を行い、前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、前記一方の前記素子をオフ状態とするための信号を発することを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明は、パック電池内に、電池、充電用FET素子、放電用FET素子、制御部とを備え、前記制御部においては、前記素子を各々制御するために、電池内制御信号のオン信号、オフ信号を発し、前記制御部においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、オン状態の前記一方の前記素子に対して、前記オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明においては、一方の前記素子がオン状態、他方の前記素子がオフ状態であるとき、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、オン状態の前記一方の前記素子に、前記オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることができるので、電流を停止することができ、よって、オフ状態の前記他方の前記素子の寄生ダイオードを介して電流が流れ、該素子が損傷することを防止することができる。
【００１４】
また、所定時間以上、所定電流値以上の電流が流れた場合、前記制御部より、該素子をオフ状態とするための信号を発することにより、電子機器側において、前記制御部からの該素子をオフ状態とするための信号に基づいて、該素子をオフ状態とする信号をパック電池に発して、該素子をオフ状態とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例を、図を用いて詳細に説明する。図１に示すように、本実施例の電池パックＡにおいては、リチウムイオン等の二次電池１と、電池１の充放電時の電流を検出する抵抗２（電流検出部に相当する）と、電池１の充放電を監視、制御するマイクロプロセッサーユニット(以下、ＭＰＵと言う）とを備えている。そして、電子機器であるパーソナルコンピューター（以下、ＰＣという）等に、内蔵して電池パックＡが取り付けられたとき、電池１からの出力を、＋端子及びＧＮＤ端子よりＰＣに供給し、ＰＣとの通信は、通信ラインＳＣＬ、ＳＤＡを介して行われる。一方、ＰＣからは、充電器として、充電電力が、最大電流、最大電圧が規制された定電流・定電圧充電方法にて、供給される。
【００１６】
ＭＰＵにおいては、測定点ｄの電池電圧や検出抵抗２両端のアナログ電圧をデジタル変換し、実電圧[mV]や実電流値[mA]に換算するＡ／Ｄ変換部３と、充放電電流を積算して残容量を演算処理する残容量処理部４と、電池１の満充電を検出したり、異常電流、別途設けられる感温素子（図示せず）から検出される電池の異常温度、異常電圧の検出時等に、充放電を制御する制御部５を備えている。
【００１７】
ここで、制御部５は、充電電流、放電電流を遮断するために、ｐチャネル型FETである充電用FET素子９１、放電用FET素子９２に対して、オンオフ制御する信号を発する。
【００１８】
制御部５においては、電池１の電圧が、過充電電圧以上（例えば、４．２Ｖ以上）になると、充電用FET素子９１をオフ制御するために、オフ信号（素子９１がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＣＨより発する。また、電池１の電圧が、過放電電圧以下（例えば、２．７Ｖ／Cell以下）になると、放電用FET素子９２をオフ制御するために、オフ信号（素子９２がｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当する）を、ポートＤＳＧより発する。なお、上述のように、素子９１、９２のｐチャネル型FETのゲートに印加するため、オフ信号の電圧は、High電圧の信号に相当し、オン信号の電圧は、Low電圧の信号に相当する。
【００１９】
また、ＰＣは、その使用状態に応じて、充電用FET素子９１、放電用FET素子９２をオンオフ制御するために、パック電池ＡのポートＣＮＴ１、ＣＮＴ２を介して、オン信号、オフ信号を、パック電池Ａに出力する。このようなオンオフ信号は、制御部５に入力されて、制御部５にてこのようなＰＣ側から出力されるオンオフ信号が認識、判定されると共に、後述する制御回路１０にも入力される。
【００２０】
更には、パック電池Ａ内においては、制御部５のポートＣＨ、ＤＳＧからのオンオフ信号、並びに、ポートＣＮＴ１、ＣＮＴ２からのオンオフ信号に基づいて、充電用FET素子９１、放電用FET素子９２のゲートに、オンオフ信号を提供する制御回路１０を備えている。制御回路１０は、ＯＲ回路である制御回路１０ＣＨ、制御回路１０ＤＳＧからなり、制御回路１０ＣＨについて、具体的には、制御部５のポートＣＨ、ポートＣＮＴ１の信号が共に、オン信号（＝Low電圧の信号）であるときに、充電用FET素子９１のゲートにオン信号（＝Low電圧の信号）を出力して、充電用FET素子９１をオン状態とする。このように、制御回路１０ＣＨは、ポートＣＨ、ポートＣＮＴ１にLow電圧が入力されとき、Low電圧の信号を出力するＯＲ回路になる。
【００２１】
また、同様に、制御部５のポートＤＳＧ、ポートＣＮＴ２の信号が共に、オン信号（＝Low電圧の信号）であるときに、充電用FET素子９１のゲートにオン信号（＝Low電圧の信号）を出力して、充電用FET素子９１をオン状態とする。このように、制御回路１０ＤＳＧは、ポートＤＳＧ、ポートＣＮＴ２にLow電圧が入力されとき、Low電圧の信号を出力するＯＲ回路になる。
【００２２】
また、ＦＥＴ素子が、ｎチャネル型FETであるなら、ゲートへの電圧信号は、High電圧の信号となるために、制御回路１０は、ＡＮＤ回路となる。
【００２３】
以上のように、本実施例においては、以上の機能の制御部５、制御回路１０を備えることにより、例えば、ＰＣが通常パック電池Ａの電力にて駆動するとき、或いは、ＰＣが通常パック電池Ａを充電するとき、ＣＮＴ１、ＣＮＴ２にオン信号を発し、制御部５よりポートＣＨ、ＤＳＧにオン信号が発っせられているなら、制御回路１０の出力により、充電用FET素子９１、放電用FET素子９２が、オン状態となる。そして、電池１より放電され、或いは、電池１が充電されることになる。
【００２４】
また、過充電状態においては、制御部５よりポートＣＨにオフ信号が発せられることより、ＰＣより充電等のためにＣＮＴ１にオン信号を発する状態でも、制御回路１０から、充電用FET素子９１にオフ信号が発せられるために、充電は停止される。このときは、ＰＣから放電等のために、ＣＮＴ２がオン信号であるなら、ＤＳＧはオン信号であるので、放電用FET素子９２がオン状態で、オフ状態の充電用FET素子９１の寄生ダイオードを介して、放電できる。
【００２５】
また、過放電状態においては、制御部５よりポートＤＳＧにオフ信号が発せられることより、ＰＣより放電等のためにＣＮＴ２にオン信号を発する状態でも、制御回路１０から、放電用FET素子９２にオフ信号が発せられるために、放電は停止される。このときは、ＰＣから充電等のため、ＣＮＴ１がオン信号があるなら、ＣＨはオン信号であるので、充電用FET素子９１がオン状態で、オフ状態の放電用FET素子９２の寄生ダイオードを介して、充電できる。
【００２６】
また、ＰＣからの要求により、一方のFET素子へのオン状態、他方のFET素子へのオフ状態の信号が、ＣＮＴ１、ＣＮＴ２に発せられる。ここで、制御部５からは、ポートＣＨ、ＤＳＧに、一方のFET素子へのオン信号、他方への素子へのオン又はオフ信号が発せられれば、制御回路１０からの出力により、一方のFET素子がオン状態、他方のFET素子はオフ状態となる。このときは、オフ状態の他方のFET素子の寄生ダイオードを介して、電流が流れることになる。本実施例においては、所定時間以上、電流検出部２にて所定電流値以上の電流が流れた場合（＝FET保護検出）、制御部５の制御により、オン状態の一方のFET素子に対して、オフ信号を出力して、制御回路１０より該素子をオフ状態とする。これにより、充電又は放電の電流を完全に停止することができるので、オフ状態のFET素子の寄生ダイオードに、不所望な電流が流れることを防止でき、該FET素子が損傷することを保護できる。
【００２７】
このように、FET保護検出のとき、制御部５の制御により、オン状態の一方のFET素子に対して、制御回路１０よりオフ信号を出力して、該素子をオフ状態としているが、これに代わって、制御部５から、ＰＣに、該素子をオフ状態とするための信号を発して、ＰＣからの制御で、該素子をオフ状態としても良い。このときは、ＰＣからの制御で、該素子を制御するポートＣＮＴ１、ＣＮＴ２に、オフ信号を発して、該素子をオフ状態とすることができる。
【００２８】
また、本実施例においては、ＰＣからパック電池Ａ内のFET素子に対して制御信号を発しているが、これに代わって、ポートＣＮＴ１、ＣＮＴ２、制御回路１０をなくし、パック電池Ａ内にて、充電用FET素子、放電用FET素子を制御しても良い。この場合には、制御部５のポートＣＨ、ＤＳＧからのオンオフ信号が、直接的に、充電用FET素子９１、放電用FET素子９２のゲートに、提供されることになる。この場合も同様に、所定時間以上、電流検出部２にて所定電流値以上の電流が流れた場合（＝FET保護検出）、制御部５の制御により、オン状態の一方のFET素子に対して、オフ信号を出力して、該素子をオフ状態とする。これにより、充電又は放電の電流を完全に停止することができるので、オフ状態のFET素子の寄生ダイオードに、不所望な電流が流れることを防止でき、該FET素子が損傷することを保護できる。
【００２９】
一方、ＭＰＵの残容量処理部４においては、A/D変換部３によって変換された充放電電流に測定単位時間（例えば、２５０ｍsec）を掛け算した値を積算し、放電時においては満充電から積算値を引き算し、或いは、充電時においては充電開始時の残容量より積算値を加算する。このような演算により、電池１の残容量を算出している。
【００３０】
更には、制御部５においては、A/D変換部３により変換された電池電圧と充電電流から満充電（電流、電圧を規制した定電流・定電圧充電においては、電圧が所定値以上、電流が所定値以下の条件のとき、満充電とする）を検出し、残容量を100%とする情報を出力する。
【００３１】
電子機器であるＰＣ（＝パーソナルコンピュータ）、充電器等に対して、電池電圧、残容量、充放電電流値等の各種の電池情報を、電子機器が受信できる信号データに作成する通信データ作成部６と、ＰＣや充電器と実際に通信を行うためのドライバ部７と、残容量を算出するための各種パラメータの記憶や諸々のデータを記憶する為のメモリ８を備えている。また、電子機器からバッテリパックの各種情報の送信要求をドライバ部７にて受け、通信データ作成部６にて作成されたデータをドライバ部から電子機器に送信する。このような通信データ作成部６、ドライブ部７、メモリ８は、電子機器等との通信を行う通信部１１である。
【００３２】
更に、残容量処理部４においては、以下の機能を備えている。リチウムイオン等の二次電池１は、満充電電圧付近で充電を繰り返すと、電池自体の劣化が促進されたり、電池セル内における安全部品である過充電防止回路又は素子が頻繁に動作することになり、このような回路又は素子のサイクル寿命を縮める悪影響が発生する。このような問題を回避するために、本実施例においては、残容量処理部４において、所定の残容量（例えば95%以下）或いはこれに対応する所定の電圧（例えば4V/cell）に低下するまでは、充電を禁止する指示情報を、通信データ作成処理部６を介して、ＰＣ、充電器側に出力している。
【００３３】
本発明の実施例においては、図２に示すように、以下のステップ手順で、制御されて、該FET素子が損傷することを保護する。本実施例においては、制御部５よりポートＣＨ、ＤＳＧにオン信号が発せられるとき、図２のフローを、所定周期（例えば、250msec）にて繰り返して、FET素子を保護するフローが繰り返される。CNT1,CNT2の片側のみがFETをOFFする信号を出力している状態で、所定時間以上、所定電流値以上の電流を検出した場合、FET保護検出とし、制御部５によりオン状態のＦＥＴ素子側にオフ信号を発生して、充放電FET素子の双方をオフ状態とする。
【００３４】
ステップＳ１においては、ＰＣからの要求が、一方のFET素子へのオン状態、他方のFET素子へのオフ状態の信号であるかが、ポートＣＮＴ１、ＣＮＴ２を介して、制御部５に入力、判定される。ステップＳ１においては、具体例として、ＣＮＴ１がHigh(オフ)信号、ＣＮＴ２がLoｗ(オン)信号である。そして、ステップ１において、ＣＮＴ１がHigh(オフ)信号、ＣＮＴ２がLoｗ(オン)信号であるなら、充電用FET素子９１はオフ状態、放電用FET素子９２はオン状態である。
【００３５】
ステップ１がTRUE(＝Yes)であるなら、ステップＳ２においては、放電電流値が所定電流値（＝閾値）（例えば、１００ｍＡ）以上であるかが判定され、所定電流値以上である場合は、ステップＳ３にて、タイマーをスタートさせるために、検出タイマースタートをインクリメントする。タイマーが前の周期でスタートされているときは、タイマー計測は継続されることになる。そして、ステップＳ４にて、タイマーが所定時間以上経過したなら、ステップＳ５において、異常状態として判定されて、ＦＥＴ保護検出のフラグがセットされる。そして、制御部５より、オン状態のFET素子に対して、オフ信号を発して、制御回路１０からオフ信号を出し、オフ状態とする。そして、検出タイマーは、クリアーされる。ステップＳ４において、タイマーが後述する所定時間（＝設定値）以上でないなら、図２のフローが所定周期で繰り返されるので、ステップＳ１に戻ることになる。
【００３６】
ステップＳ１において、ＣＮＴ１がHigh(オフ)信号、ＣＮＴ２がLoｗ(オン)信号でないなら、ステップＳ６にて、ＣＮＴ１がLoｗ(オン)信号、ＣＮＴ２がHigh(オフ)信号であるかが判定される。ステップＳ６において、ＣＮＴ１がLoｗ(オン)信号、ＣＮＴ２がHigh(オフ)信号であるなら、充電用FET素子９１はオン状態、放電用FET素子９２はオフ状態である。
【００３７】
ステップＳ６がTRUE(=Yes)であるなら、ステップＳ７においては、充電電流値が所定電流値（＝閾値）（例えば、１００ｍＡ）以上であるかが判定され、所定電流値以上である場合は、ステップＳ８にて、タイマーをスタートさせるために、検出タイマースタートをインクリメントする。タイマーが前の周期でスタートされているときは、タイマー計測は継続されることになる。その後、上述のステップＳ４に至る。
【００３８】
ステップＳ６がFALSE（=No）であるなら、ステップS９にて、検出タイマーをクリアーする。
【００３９】
また、ステップＳ２にて、FALSE（=No）であるなら、ステップＳ９に至り、検出タイマーをクリアする。
【００４０】
ここで、タイマーの検出時間（所定時間）は、考えられる最大放電電流と最大充電電流の絶対値が大きい方の電流値がFET素子の寄生ダイオードを通して流れる場合に、FET素子が故障しない、かつ、FET素子に熱結合されて電流経路に直列に挿入された温度ヒューズが切れない時間を設定する。本実施例においては、約１Ｓに設定した。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の電池パックの回路ブロック図である。
【図２】本発明の実施例におけるフローを示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ    電池パック
ＰＣ  電子機器
ＭＰＵ  マイクロプロセッサユニット
１  電池
２  抵抗（電流検出部）
４  残容量積算処理部
５  制御部
91充電用FET素子
92放電用FET素子
10  制御回路
11  通信部
【図１】
2007028746.tif 000003
【図２】
2007028746.tif 000004