(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池(2)と、この二次電池(2)の保護回路(3)を内蔵しており、保護回路(3)は、電池の電圧を検出して電池電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、消費電力を少なくするスリープモードに切り換えるように構成されてなるパック電池において、
保護回路(3)をスリープモードにするテストポイント(5)をケース(1)に設けており、テストポイント(5)にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいは、テストポイント(5)を短絡して、保護回路(3)を強制的にスリープモードにできるように構成されてなるパック電池。
【請求項２】
保護回路(3)をスリープモードとした状態で、ケース(1)に付着した表面シート(7)でテストポイント(5)を被覆している請求項１に記載されるパック電池。
【請求項３】
二次電池(2)と保護回路(3)との間に入力抵抗(8)を接続しており、この入力抵抗(8)を介してテストポイント(5)が電池に接続されている請求項１に記載されるパック電池。
【請求項４】
二次電池(2)と、この二次電池(2)の保護回路(3)を内蔵しており、保護回路(3)は、電池の電圧を検出して電池電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、消費電力を少なくするスリープモードに切り換えるように構成されてなるパック電池において、
保護回路(3)をスリープモードにする強制切換スイッチ(9)をケース(1)に設けており、強制切換スイッチ(9)を操作して、保護回路(3)を強制的にスリープモードにできるように構成され、
二次電池(2)と保護回路(3)との間に入力抵抗(8)を接続しており、この入力抵抗(8)を介して強制切換スイッチ(9)が二次電池(2)に接続されると共に、強制切換スイッチ(9)は保護回路(3)の電圧検出端子(10)に接続されており、強制切換スイッチ(9)をオンにして保護回路(3)の電圧検出端子(10)をショートさせるパック電池。
【請求項５】
保護回路(3)をスリープモードとした状態で、ケース(1)に付着した表面シート(7)で強制切換スイッチ(9)を被覆している請求項４に記載されるパック電池。
【請求項６】
内蔵する二次電池(2)の電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、保護回路(3)が消費電力の少ないスリープモードとなるようにしてパック電池を出荷する方法において、
保護回路(3)を、二次電池(2)を充電するときに解除できるスリープモードとして出荷することを特徴とするパック電池の出荷方法。
【請求項７】
保護回路(3)を、二次電池(2)の電圧がスリープモード解除電圧よりも高く、かつ、二次電池(2)を充電することを検出して解除されるスリープモードとして出荷する請求項６に記載されるパック電池の出荷方法。
【請求項８】
保護回路(3)が電圧検出端子(10)を有し、この電圧検出端子(10)をショートして保護回路(3)をスリープモードとして出荷する請求項６に記載されるパック電池の出荷方法。
【請求項９】
保護回路(3)が電圧検出端子(10)を有し、この電圧検出端子(10)に低電圧を入力して保護回路(3)をスリープモードとして出荷する請求項６に記載されるパック電池の出荷方法。
【請求項１０】
保護回路(3)をスリープモードとした後、ケース(1)に設けたスリープモードとする部分に表面シート(7)を付着して出荷する請求項６に記載されるパック電池の出荷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、保護回路を内蔵するパック電池と、このパック電池を出荷する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
保護回路を内蔵しているパック電池は、保護回路で電池を保護しながら充電し、また放電できる。保護回路は、パック電池に内蔵される二次電池を電源に使用する。したがって、保護回路によって、二次電池が放電される。保護回路はできる限り消費電流を少なく設計される。ちなみに、リチウムイオン二次電池を内蔵するパック電池の保護回路は、消費電流を数μＡ〜数十μＡとしている。保護回路の消費電流を少なくしても、二次電池は放電される。図１の曲線Ａは、パック電池に内蔵されるリチウムイオン二次電池が、保護回路で放電されて電圧が次第に低下する状態を示している。この図に示すように、満充電されたリチウムイオン二次電池は、約１年で電池電圧が２．５Ｖまで低下する。
【０００３】
この弊害を少なくするために、保護回路を、消費電力の少ないスリープモードに切り換えられるパック電池が開発されている。図１の曲線Ｂは、保護回路をスリープモードに切り換えた状態で、リチウムイオン二次電池が放電されて電圧が低下する状態を示している。この図に示すように、保護回路をスリープモードに切り換えられると、消費電力が著しく少なくなって、電池電圧の低下が少なくなる。スリープモードでの消費電流は、０．０００２μＡ〜１μＡと極めて少ない。スリープモードは、消費電流は小さいが、電池を保護する機能はなくなる。このため、保護回路は、できる限り正常に動作できる状態として、二次電池の電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなったときに限って、スリープモードに切り換えるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
以上のパック電池は、二次電池の電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると保護回路をスリープモードに切り換える。このため、出荷して消費者が使用するまでの期間が長いときに、電池が過放電された状態になって電池性能が低下することがある。それは、電池電圧が低下するまでは、保護回路が正常な状態にあって消費電流が大きいからである。電池電圧が低くなるとスリープモードに切り換えられるが、スリープモードになっても、消費電流は０にはならないので、さらに継続して電池は放電される。したがって、保護回路を正常に動作させる期間で、すでに電池が放電されてしまい、その後のスリープモードでさらに放電されて電池が過放電になりやすい弊害がある。このため、電池の保存性が低下すると共に、消費者が使用するまでの期間が長いと、電池性能が低下する欠点がある。
【０００５】
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、出荷してから長期間にわたって電池を過放電から有効に防止できると共に、保護回路で電池を充分に安全に保護できるパック電池とその出荷方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のパック電池は、二次電池２と、この二次電池２の保護回路３を内蔵している。保護回路３は、電池の電圧を検出して電池電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、消費電力を少なくするスリープモードに切り換える。さらに、パック電池は、保護回路３をスリープモードにするテストポイント５をケース１に設けている。パック電池は、テストポイント５にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいは、テストポイント５を短絡して、保護回路３を強制的にスリープモードにできるように構成されている。
【０００７】
さらに、本発明の請求項２のパック電池は、保護回路３をスリープモードとした状態で、ケース１に表面シート７を付着してテストポイント５を被覆している。
【０００８】
さらに、本発明の請求項３のパック電池は、二次電池２と保護回路３との間に入力抵抗８を接続している。この入力抵抗８を介して、テストポイント５が二次電池２に接続されている。
【０００９】
本発明の請求項４のパック電池は、二次電池２と、この二次電池２の保護回路３を内蔵している。保護回路３は、電池の電圧を検出して電池電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、消費電力を少なくするスリープモードに切り換える。さらに、パック電池は、保護回路３をスリープモードにする強制切換スイッチ９をケース１に設けている。パック電池は、強制切換スイッチ９を操作して、保護回路３を強制的にスリープモードにできるように構成されている。
【００１０】
さらに、本発明の請求項５のパック電池は、保護回路３をスリープモードとした状態で、ケース１に表面シート７を付着して強制切換スイッチ９を被覆している。
【００１１】
さらに、本発明の請求項４のパック電池は、二次電池２と保護回路３との間に入力抵抗８を接続している。この入力抵抗８を介して強制切換スイッチ９が二次電池２に接続されると共に、強制切換スイッチ９は保護回路３の電圧検出端子１０に接続されている。このパック電池は、強制切換スイッチ９をオンにして保護回路３の電圧検出端子１０をショートさせて、保護回路３を強制的にスリープモードにする。
【００１２】
本発明の請求項６のパック電池の出荷方法は、パック電池を、消費電力の少ないスリープモードで出荷する。さらに、この出荷方法は、二次電池２を充電するときに解除できるスリープモードとしてパック電池を出荷する。
【００１３】
本発明の請求項７のパック電池の出荷方法は、保護回路３を、二次電池２の電圧がスリープモード解除電圧よりも高く、かつ、二次電池２を充電することを検出して解除されるスリープモードとしてパック電池を出荷する。
【００１４】
さらに、本発明の請求項８のパック電池の出荷方法は、保護回路３の電圧検出端子１０をショートして、保護回路３をスリープモードとしてパック電池を出荷する。さらにまた、本発明の請求項９のパック電池の出荷方法は、保護回路３の電圧検出端子１０に低電圧を入力して保護回路３をスリープモードとしてパック電池を出荷する。
【００１５】
さらに、本発明の請求項１０のパック電池の出荷方法は、保護回路３をスリープモードとした後、ケース１に設けたスリープモードとする部分に表面シート７を付着してパック電池を出荷する。
【００１６】
【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とその出荷方法を例示するものであって、本発明はパック電池と出荷方法を以下のものに特定しない。
【００１７】
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。
【００１８】
図２の断面図と、図３の回路図に示すパック電池は、ケース１に、二次電池２と保護回路３を内蔵する。二次電池２は、リチウムイオン二次電池である。ただ、二次電池２は、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池とすることもできる。保護回路３は、ケース１に内蔵されたプリント基板４に装着される。さらに、このパック電池は、保護回路３を強制的にスリープモードとするためのテストポイント５をケース１に設けている。
【００１９】
テストポイント５は、ケース１に開口された貫通孔６の内部に配設されている。貫通孔６は、ケース１の外部から、テストポイント５にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を印加し、あるいは、ふたつのテストポイント５をショートするために設けている。テストポイント５にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいは、ここをショートして保護回路３を強制的にスリープモードにした後、パック電池は、ケース１の表面に表面シート７を接着して貫通孔６を閉塞して出荷する。
【００２０】
図３に示すパック電池は、二次電池２と保護回路３との間に入力抵抗８を接続しており、この入力抵抗８を介して一方のテストポイント５を電池の＋極に接続している。他方のテストポイント５は、二次電池２の−極に接続している。
【００２１】
さらに、図４の断面図と、図５の回路図に示すパック電池は、保護回路３を強制的にスリープモードにするために、強制切換スイッチ９を設けている。強制切換スイッチ９は、プリント基板４に固定されている。強制切換スイッチ９は、ノーマルオープン接点を有し、プランジャーが押されたときにオン状態となる。プランジャーは、ケース１に設けた貫通孔６に配設される。ケース１の外部から、貫通孔６にロッド等を挿入して、プランジャーが押されると、強制切換スイッチ９がオンになり、保護回路３をスリープモードとする。
【００２２】
図５のパック電池は、二次電池２と保護回路３との間に入力抵抗８を接続しており、この入力抵抗８を介して、強制切換スイッチ９の一方の接点を電池の＋極に、他方の接点を電池の−極に接続している。さらに、強制切換スイッチ９は、オンのときに、電圧検出端子１０の電圧を０Ｖとするために、保護回路３の電圧検出端子１０に接続している。強制切換スイッチ９を一時的にオンにすると、保護回路３の電圧検出端子１０はショートされて、電圧検出端子１０の入力電圧は、スリープモード切換電圧よりも低い０Ｖとなり、保護回路３はスリープモードとなる。
【００２３】
強制切換スイッチ９を一時的にオンにして、保護回路３を強制的にスリープモードにした後、パック電池は、ケース１の表面に表面シート７を接着して貫通孔６を閉塞して出荷する。強制切換スイッチ９で保護回路３をスリープモードとするパック電池は、必ずしもケース１に貫通孔６を開口する必要はない。それは、ケースの一部に、ゴム状弾性シートを設け、このゴム状弾性シートを変形させてその内側に配設される強制切換スイッチのプランジャーを操作してオンに切り換えできるからである。さらに、強制切換スイッチに、マグネットでオンに切り換えできるリードスイッチ等を使用すると、ケースの外部に磁石を接近させて、強制切換スイッチをオンにできる。
【００２４】
図５に示すパック電池は、テストポイント５と強制切換スイッチ９の両方を備える。このパック電池は、テストポイント５にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいは、ここをショートし、あるいはまた、強制切換スイッチ９をオンにして保護回路３をスリープモードにできる。ただ、本発明のパック電池は、テストポイント５と強制切換スイッチ９のいずれか一方を設けることもできる。テストポイント５と強制切換スイッチ９の一方で、保護回路３をスリープモードに切り換えできるからである。
【００２５】
図３と図５の回路図に示すパック電池は、二次電池２に保護回路３を接続している。保護回路３は、二次電池２と直列に接続されたスイッチング素子１１と、このスイッチング素子１１を制御する保護ＩＣ１２とを有する。
【００２６】
保護ＩＣ１２は、図６に示すように、電池電圧を検出してスリープモードに切り換えるスリープ回路１３を内蔵している。スリープ回路１３は、電池が放電されて、あらかじめ設定しているスリープモード切換電圧よりも電池電圧が低くなると、内部回路に供給する電源をオフにしてスリープモードとする。さらに、スリープ回路１３は、スリープモードになっている状態で、電池電圧がスリープモード解除電圧よりも高くなり、かつ、パック電池を充電していることを検出すると、スリープモードを解除して、内部回路に電源を供給する、いわゆる正常な動作状態とする。
【００２７】
スリープ回路１３は、電池電圧を検出する電圧検出器１４と、パック電池を充電していることを検出する電圧検出器１５と、ふたつの電圧検出器１５でスイッチングされる電源切換器１６とを備える。
【００２８】
電池の電圧を検出する電圧検出器１４は差動アンプで、一方の入力端子を電圧検出端子１０に、他方の入力端子を二次電池の−側に接続している。この電圧検出器１４は、電圧検出端子１０から入力される電池電圧がスリープモード切換電圧よりも低くなると、スリープモードとする信号を電源切換器１６に出力し、この信号で電源切換器１６をオフに切り換えて、保護回路３をスリープモードとする。さらに、この電圧検出器１４は、電池電圧がスリープモード解除電圧よりも高くなったときには、スリープモードを解除する信号を電源切換器１６に出力する。
【００２９】
パック電池の充電状態を検出する電圧検出器１５も差動アンプで、この回路は、一方の入力端子を電圧検出端子１０に、他方の端子をパック電池の−側出力端子１７に接続している。この電圧検出端子１０は、パック電池を充電するときに、＋−の出力端子１７に加えられる電圧を検出して、電源切換器１６に、スリープモードを解除させる信号を出力する。充電されるパック電池は、電池電圧にスイッチング素子１１の電圧降下を含む高い充電電圧が、＋−の出力端子１７に加えられる。この電圧検出器１５は、この充電電圧を検出して、スリープモードを解除する信号を出力する。
【００３０】
電源切換器１６は、電圧検出器１４から、スリープモードにする信号が入力されると、スリープモードに切り換えられて、内部回路に供給する電源をオフにする。また、電源切換器１６は、ふたつの電圧検出器１４、１５から、スリープモードを解除する信号が入力されると、スリープモードを解除して、内部回路に電源を供給して正常に動作させる。
【００３１】
図のスリープ回路１３は、二次電池の電圧と、パック電池を充電していることの両方を検出して、二次電池の電圧がスリープモード解除電圧よりも高く、かつ、パック電池を充電しているときに限って、スリープモードを解除する。したがって、このパック電池は、より安全に二次電池を保護できる特長がある。ただ、スリープ回路１３は、電池電圧がスリープモード解除電圧よりも高くなり、あるいは、パック電池を充電していることのいずれか一方を検出して、スリープモードを解除することもできる。
【００３２】
さらに、図に示す保護ＩＣ１２は、二次電池を過充電と、過放電と、過電流から保護するために、３個の電圧検出器と、短絡検出回路１８と、基準電圧源２０と、遅延回路１９と、論理回路を内蔵している。過充電検出用（ＶＤ１）と、過電流検出用（ＶＤ３）の電圧検出器は、電圧立ち上がりを検出し、過放電検出用（ＶＤ２）の電圧検出器は電圧立ち下がりを検出する。
【００３３】
この保護ＩＣ１２は、過充電を検出すると、外付けコンデンサー２１で設定された遅延時間の後、ＣOUT出力を”Ｌ”レベルとする。過放電または過電流を検出すると、ＩＣ内部で固定された遅延時間の後、ＤOUT出力を”Ｌ”レべルとする。
【００３４】
過充電検出後は、電池電圧が過充電検出電圧より低い場合は、充電器をはずすと電圧検出器（ＶＤ１）は復婦し、ＣOUT出力を”Ｈ”レベルとする。電池電圧が過充電検出電圧以上の場合は、負荷を接続した後、電池電圧が過充電検出電圧より低くなると電圧検出器（ＶＤ１）は復帰し、Ｃout出力を”Ｈ”レベルとする。
【００３５】
過放電検出後は、充電器を接続した後、電池電圧が過放電検出電圧より高くなると電圧検出器（ＶＤ２）は複帰し、Ｄout出力を”Ｈ”レベルとする。
【００３６】
過電流検出後は、負荷開放により電圧検出器（ＶＤ３）は復帰し、Ｄout出力を”Ｈ”レベルとする。
【００３７】
また、短絡検出回路１８が働いた場合は、遅延回路１９を介さずにＤout出力が”Ｌ”レベルになり、短絡状態が解除されれば、Ｄout出力は”Ｈ”レベルになる。
【００３８】
スイッチング素子１１は、二次電池２を過充電から防止するＦＥＴ１と、過放電と過電流から防止するＦＥＴ２とを直列に接続して、これを二次電池２と直列に接続している。過充電を保護するスイッチング素子１１であるＦＥＴ１は、ゲートを保護ＩＣ１２のＣoutに接続している。過放電と過電流を保護するＦＥＴ２は、ゲートをＤoutに接続している。ＦＥＴ１とＦＥＴ２は、ＣoutやＤoutから”Ｈ”レベルが入力されるとオン、”Ｌ”レベルが入力されるとオフになる。
【００３９】
内蔵する二次電池２をリチウムイオン二次電池とするパック電池は、以下のようにして出荷される。
▲１▼  二次電池２を約５０％充電状態とする。
▲２▼  ケース１に表面シート７を付着しない状態で、テストポイント５にスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいはテストポイント５をショートし、あるいはまた、強制切換スイッチ９をオンにして、保護回路３を強制的にスリープモードとする。
▲３▼  その後、ケース１の貫通孔６に表面シート７を付着して、出荷する。
▲４▼  パック電池を購入した消費者は、使用するときにパック電池を充電する。充電されるパック電池は、電池電圧がスリープモード切換電圧よりも高くなったこと検出して、スリープモードが解除される。スリープモードに切り換えられた保護回路３は、消費電流が極めて小さく、しかも、二次電池２を５０％充電状態で出荷されるパック電池は、ほとんどの場合、消費者が使用するとき、二次電池２の電圧はスリープモード切換電圧よりも高い。したがって、パック電池の充電を開始すると、ただちにスリープモードが解除される。このため、パック電池を満充電しない状態で使用しても、保護回路３がスリープモードを継続することはない。
【００４０】
以上のパック電池は、電池電圧がスリープモード切換電圧よりも高く、しかも、充電していることを検出して、スリープモードを解除する。ただ、本発明のパック電池は、電池電圧を検出することなく、充電していることのみを検出して、スリープモードを解除することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明のパック電池は、出荷してから長期間にわたって電池を過放電から有効に防止できると共に、保護回路で電池を充分に安全に保護できる特長がある。それは、本発明のパック電池とその出荷方法が、二次電池と、この二次電池の保護回路を内蔵しており、この保護回路を強制的にスリープモードに切り換えて消費電力を少なくできるからである。このように、保護回路を強制的にスリープモードに切り換えできるパック電池は、スリープモードに切り換えることによって、保護回路の消費電力を少なくし、電池電圧の低下を有効に防止できる。したがって、長期間にわたって電池の過放電を防止して、電池の性能の低下を有効に防止できる特長がある。
【００４２】
とくに、請求項１のパック電池は、テストポイントをケースに設けており、このテストポイントにスリープモード切換電圧よりも低い電圧を入力し、あるいは、テストポイントを短絡して、保護回路をスリープモードに切り換えできる。また、請求項４のパック電池は、強制切換スイッチをケースに設けており、この強制切換スイッチを操作して、保護回路を強制的にスリープモードに切り換えできる。したがって、これ等のパック電池は、極めて簡単な操作で、しかもパック電池の外部から保護回路を強制的にスリープモードに切換できる特長がある。
【００４３】
さらに、本発明の請求項６のパック電池の出荷方法は、二次電池を充電するときに解除できるスリープモードとして、パック電池を出荷するので、パック電池が使用されるまでの間は、電池の過放電を防止して電池の性能の低下を有効に防止できると共に、消費者が使用するときには、確実にスリープモードが解除されて正常に使用できる特長がある。
【００４４】
さらに、本発明の請求項２と請求項５のパック電池と、請求項１０の出荷方法は、保護回路をスリープモードとした状態で、ケースに表面シートを付着してスリープモードとする部分を被覆している。したがって、スリープモードとする部分から異物が侵入するのを確実に防止してパック電池の性能低下を防止できると共に、スリープモードの誤作動を有効に防止できる特長がある。
【００４５】
さらに、本発明の請求項３と請求項４のパック電池は、二次電池と保護回路との間に入力抵抗を接続しているので、スリープモードに切り換えるときに、パック電池がショートするのを確実に防止して安全に使用できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】二次電池の放電状態を示すグラフ
【図２】本発明の実施例のパック電池の断面図
【図３】図２に示すパック電池の回路図
【図４】本発明の他の実施例のパック電池の断面図
【図５】図４に示すパック電池の回路図
【図６】図３と図５に示す保護回路の保護ＩＣの回路図
【符号の説明】
１…ケース
２…二次電池
３…保護回路
４…プリント基板
５…テストポイント
６…貫通孔
７…表面シート
８…入力抵抗
９…強制切換スイッチ
１０…電圧検出端子
１１…スイッチング素子
１２…保護ＩＣ
１３…スリープ回路
１４…電圧検出器
１５…電圧検出器
１６…電源切換器
１７…出力端子
１８…短絡検出回路
１９…遅延回路
２０…基準電圧源
２１…コンデンサー
【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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