(57)【要約】      （修正有）【課題】２次電池の過充電、過電流を検知したときのみ、保護素子であるヒューズエレメントを溶断する、誤溶断のないバッテリ装置を提供する。【解決手段】ヒューズエレメントを溶断させる発熱抵抗体に接続される制御スイッチ１８のオンする閾値電圧の絶対値が、過充電検出回路１４の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下とした。２次電池を保護する充放電制御装置２２であって、過充電を検知する過充電検出回路と、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子１９と、過充電検出回路が過充電を検出した場合に発熱抵抗体に電流を流す制御スイッチと、を有する。制御スイッチのオンする閾値電圧の絶対値は、過充電検出回路の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次電池を保護する充放電制御装置であって、
過充電を検知する過充電検出回路と、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子と、前記過充電検出回路が過充電を検出した場合に前記発熱抵抗体に電流を流す制御スイッチと、を有し、
前記制御スイッチのオンする閾値電圧の絶対値は、前記過充電検出回路の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下であることを特徴とする充放電制御装置。
【請求項２】
２次電池と、
請求項１に記載の充放電制御装置と、を備えたことを特徴とするバッテリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を用いて、電池パックの過充電や過電流を防止する充放電制御装置およびバッテリ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やノートパソコン等のモバイル電子機器の普及と共に、リチウムイオン２次電池の市場が拡大してきた。これらのモバイル電子機器では、通常、電源として、リチウムイオン２次電池を１個から複数個直列に接続した電池パックが用いられている。このような電池パックでは、リチウムイオン２次電池を保護するために充放電制御装置が設けられている。
【０００３】
この充放電制御装置は、リチウムイオン２次電池を過電流と過充電の双方から保護する。充放電制御装置は、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子と、過充電を検出する過充電検出回路と、保護素子の発熱抵抗体に電流を流す制御スイッチとで構成されている。この充放電制御装置は、過電流時にはヒューズエレメントが溶断し、２次電池を過電流から保護する。過充電時には過充電検出回路が２次電池の過充電を検出し、制御スイッチをオンさせる。そして、発熱抵抗体に電流を流し、発生した熱でヒューズエレメントを溶断させ、２次電池を過充電から保護するようにしたものである（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２６３７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、スマートフォンやタブレット端末など、高電圧かつ大容量のリチウムイオン２次電池で駆動する機器が増えている。これらの機器の電池パックの過電流と過充電の保護に、発熱抵抗体とヒューズエレメントを設けた保護素子を用いた充放電制御装置が用いられる。
【０００６】
しかしながら従来の技術では、バッテリ装置組み立て時や、リチウムイオン２次電池の放電が進み出力電圧が低下した時に、過充電検出回路が動作するために充分な電源電圧が確保できず、過充電検出回路の出力が不定となってしまう場合がある。
【０００７】
本来、制御スイッチは２次電池が過充電の時のみオンするべきであるが、過充電検出回路に対し動作できるのに充分な電圧が与えられなければ、所望の動作をすることが出来ない。その過充電検出回路が動作できるのに充分な電圧を最低動作電圧と呼ぶ。最低動作電圧以下では、過充電検出回路の出力電圧が不定となってしまい、制御スイッチをオンさせるかオフさせるかを保証できない。
【０００８】
バッテリ装置を組み立てる際には、充放電制御装置に２次電池を接続するという工程が存在する。この時に、過充電検出回路に電圧が印加されていない状態から、２次電池の電圧まで上昇する。過充電検出回路は、印加される電圧が最低動作電圧以下の時に、制御スイッチをオンさせ、ヒューズエレメントを溶断してしまう恐れがある。
【０００９】
また、２次電池の放電が進み、２次電池の出力電圧が過充電検出回路の最低動作電圧を下回った場合も、制御スイッチをオンさせ、ヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れがある。
【００１０】
ヒューズエレメントが溶断するとそのバッテリ装置は再び使用することは出来なくなり、リチウムイオン２次電池の過充電を保護するために設けた機構が、それ以外の場合に動作し、バッテリ装置を使用不能にしてしまうことになる。
【００１１】
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、過充電検出回路の出力が不定になっても、制御スイッチをオンさせることはなく、ヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
従来の課題を解決するために、本発明では過充電検出回路の出力が不定となる電圧より高い閾値電圧をもつスイッチを充放電制御装置の制御スイッチとして使用することとした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の充放電制御装置によれば、バッテリ装置組み立て時や、リチウムイオン２次電池の放電が進み出力電圧が低下した時に、過充電検出回路の出力が不定となっても、充放電制御装置の制御スイッチはオンすることがなく、ヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第一の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
【図２】第二の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
【図３】第三の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
【図４】第四の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
第一の実施形態のバッテリ装置は、２次電池１１と充放電制御装置２２とで構成されている。充放電制御装置２２は、抵抗１２、容量１３、過充電検出回路１４、制御スイッチ１８、保護素子１９、外部端子２０、２１とで構成されている。
【００１６】
保護素子１９は、発熱抵抗体とヒューズエレメントが設けられ、発熱抵抗体が通電して発熱することによりヒューズエレメントが溶断するように構成されている。
過充電検出回路１４は、正極電源端子１５と負極電源端子１６を入力端子とし、出力端子１７から正極電源端子電位もしくは負極電源端子電位を出力する。
【００１７】
２次電池１１は、正極は保護素子１９のヒューズエレメントと抵抗１２の一方の端子に接続され、負極は容量１３の一方の端子、負極電源端子１６、制御スイッチ１８のソース及びバックゲート、外部端子２０と接続される。保護素子１９のヒューズエレメントの他方の端子は外部端子２１と接続される。正極電源端子１５は、抵抗１２と容量１３の他方の接続点と接続される。出力端子１７は制御スイッチ１８のゲートと接続され、制御スイッチ１８のドレインは保護素子１９の発熱抵抗体と接続される。
【００１８】
次に、第一の実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
２次電池１１が過充電検出回路１４で設定した過充電検出電圧以下である時、過充電検出回路１４は出力端子１７から負極電源端子電位を出力しており、制御スイッチ１８をオフさせている。この場合は、外部端子２０、２１に負荷や充電器が接続されれば、電流を流すことができ、充放電可能な状態である。
【００１９】
外部端子２０、２１に抵抗値の小さい負荷が接続され、保護素子１９で設定した過電流値よりも大きな電流が流れた場合は、保護素子１９のヒューズエレメントが溶断し、２次電池１１を過電流から保護する。
【００２０】
外部端子２０、２１に充電器が接続され異常な充電が進み、過充電検出回路１４が２次電池１１の過充電を検出すると、出力端子１７から正極電源端子電位を出力し制御スイッチ１８をオンさせる。そして、保護素子１９の発熱抵抗体に電流を流し、発生した熱で保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させ、２次電池１１を過充電から保護する。
【００２１】
本発明では、制御スイッチ１８がオンする閾値電圧を過充電検出回路１４の最低動作電圧よりも充分高くしている。そうすることで、もし過充電検出回路１４が最低動作電圧以下で正極端子電位を出力してしまっても、制御スイッチ１８をオンできないようにした。制御スイッチ１８は、過充電検出回路１４が検出した場合のみオンすることが望まれる。よって制御スイッチ１８の閾値電圧は過充電検出回路１４の最低動作電圧以上かつ過充電検出回路１４で設定した過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定すると良い。
【００２２】
以上のように、制御スイッチ１８がオンする閾値電圧を過充電検出回路１４の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定することにより、制御スイッチ１８はオンすることがなく、保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することが可能となる。
【００２３】
＜第二の実施形態＞
図２は、第二の実施形態のバッテリ装置の回路図である。第一の実施形態のバッテリ装置との違いは、制御スイッチ２３のように電界効果トランジスタを多段積みにしている点である。
【００２４】
制御スイッチ２３は、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２７、２８、入力端子２６、負極電源端子２４、出力端子２５とで構成されている。負極電源端子２４はＮｃｈ電界効果トランジスタ２７のソース及びバックゲートと接続される。Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２７のゲートは、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２７のドレイン、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２８のソース及びバックゲートと接続される。Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２８のゲートは入力端子２６とドレインは出力端子２５と接続されている。
【００２５】
上記のように制御スイッチ２３を構成することで、制御スイッチ２３のオンする閾値電圧は、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２７のオンする閾値電圧とＮｃｈ電界効果トランジスタ２８のオンする閾値電圧とを合算したものとなる。また、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２８のバックゲートを負極電源端子２４と接続することで、制御スイッチ２３のオンする閾値電圧はＮｃｈ電界効果トランジスタ２７のオンする閾値電圧とＮｃｈ電界効果トランジスタ２８のオンする閾値電圧とを合算したものよりも高くなる。一例として制御スイッチ２３はＮｃｈ電界効果トランジスタ２個としたが、Ｎｃｈ電界効果トランジスタ２７のような接続のＮｃｈ電界効果トランジスタの数はいくつにでも設定可能であり、直列接続数を増やすことで閾値電圧を上昇させることが出来る。
【００２６】
以上のように、制御スイッチ２３がオンする閾値電圧を過充電検出回路１４の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定することにより、制御スイッチ２３はオンすることがなく、保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することが可能となる。
【００２７】
＜第三の実施形態＞
図３は、第三の実施形態のバッテリ装置の回路図である。
第三の実施形態のバッテリ装置は、２次電池１１と充放電制御装置３４とで構成されている。充放電制御装置３４は、抵抗１２、容量１３、過充電検出回路２９、制御スイッチ３３、発熱抵抗体とヒューズエレメントが設けられ、発熱抵抗体が通電発熱することによりヒューズエレメントが溶断するようにした保護素子１９、外部端子２０、２１とで構成されている。
【００２８】
過充電検出回路２９は、正極電源端子３０と負極電源端子３１を入力端子とし、出力端子３２から正極電源端子電位もしくは、負極電源端子電位を出力する。
２次電池１１は、負極は保護素子１９のヒューズエレメントと抵抗１２の一方の端子と接続され、正極は容量１３の一方の端子、正極電源端子３０、制御スイッチ３３のソース及びバックゲート、外部端子２１と接続される。保護素子１９のヒューズエレメントの他方の端子は外部端子２０と接続される。負極電源端子３１は、抵抗１２と容量１３の他方の端子と接続される。出力端子３２は制御スイッチ３３のゲートと接続され、制御スイッチ３３のドレインは保護素子１９の発熱抵抗体と接続される。
【００２９】
次に、第三の実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
２次電池１１が過充電検出回路２９で設定した過充電検出電圧以下である時、過充電検出回路２９は出力端子３２から正極電源端子電位を出力しており、制御スイッチ３３をオフさせている。この場合は、外部端子２０、２１に負荷や充電器が接続されれば、電流を流すことができ、充放電可能な状態である。
【００３０】
外部端子２０、２１に抵抗値の小さい負荷が接続され、保護素子１９で設定した過電流値よりも大きな電流が流れた場合は、保護素子１９のヒューズエレメントが溶断し、２次電池１１を過電流から保護する。
【００３１】
外部端子２０、２１に充電器が接続され異常な充電が進み、過充電検出回路２９が２次電池１１の過充電を検出すると出力端子３２から負極電源端子電位を出力し制御スイッチ３３をオンさせる。そして、保護素子１９の発熱抵抗体に電流を流し、発生した熱で保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させ、２次電池１１を過充電から保護する。
【００３２】
本発明では、制御スイッチ３３がオンする閾値電圧の絶対値を過充電検出回路２９の最低動作電圧よりも充分高くしている。そうすることで、もし過充電検出回路２９が最低動作電圧以下で負極端子電位を出力してしまっても、制御スイッチ３３をオンできないようにした。制御スイッチ３３は、過充電検出回路２９が検出した場合のみオンすることが望まれる。よって制御スイッチ３３の閾値電圧の絶対値は過充電検出回路２９の最低動作電圧以上かつ過充電検出回路２９で設定した過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定すると良い。
【００３３】
以上のように、制御スイッチ３３がオンする閾値電圧を過充電検出回路２９の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定することにより、制御スイッチ３３はオンすることがなく、保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することが可能となる。
【００３４】
＜第四の実施形態＞
図４は、第四の実施形態のバッテリ装置の回路図である。第三の実施形態のバッテリ装置との違いは、制御スイッチ３５のように電界効果トランジスタを多段積みにしている点である。
【００３５】
制御スイッチ３５は、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ３９、４０、入力端子３８、正極電源端子３６、出力端子３７とから構成されている。正極電源端子３６はＰｃｈ電界効果トランジスタ３９のソース及びバックゲートと接続される。Ｐｃｈ電界効果トランジスタ４０のゲートは、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ３９のドレイン、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ４０のソース及びバックゲートと接続される。Ｐｃｈ電界効果トランジスタ４０のゲートは入力端子３８とドレインは出力端子３７と接続されている。
【００３６】
上記のように制御スイッチ３５を構成することで、制御スイッチ３５のオンする閾値電圧は、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ３９のオンする閾値電圧とＰｃｈ電界効果トランジスタ４０のオンする閾値電圧とを合算したものとなる。また、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ４０のバックゲートを正極電源端子３６と接続することで、制御スイッチ３５のオンする閾値電圧はＰｃｈ電界効果トランジスタ３９のオンする閾値電圧とＰｃｈ電界効果トランジスタ４０のオンする閾値電圧とを合算したものよりも高くなる。一例として制御スイッチ３５はＰｃｈ電界効果トランジスタ２個としたが、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ３９のような接続のＰｃｈ電界効果トランジスタの数はいくつにでも設定可能であり、直列接続数を増やすことで閾値電圧の絶対値を上昇させることが出来る。
【００３７】
以上のように、制御スイッチ３５がオンする閾値電圧の絶対値を過充電検出回路２９の最低動作電圧以上かつ過充電検出電圧以下でなるべく高い電圧に設定することにより、制御スイッチ３５はオンすることがなく、保護素子１９のヒューズエレメントを溶断させてしまう恐れのない充放電制御装置およびバッテリ装置を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１１  ２次電池
１４、２９  過充電検出回路
１８、２３，３３，３５  制御スイッチ
１９  保護素子
２２、３４  充放電制御装置
【図１】
2016067165.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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