(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定する過充電検出方法において、
電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなるとき、電池電圧が設定電圧よりも低く、かつ、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いときに、過充電を検出することを特徴とする電池の過充電検出方法。
【請求項２】
充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定して充電を停止させる保護回路(2)を内蔵するパック電池において、
保護回路(2)が、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなるとき、電池電圧が設定電圧よりも低く、かつ、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いときに、過充電を検出する演算回路(4)を内蔵することを特徴とするパック電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池電圧を検出して電池の過充電を検出する過充電検出方法とこの過充電を検出して充電を停止する保護回路を内蔵するパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池は、過充電すると劣化し、あるいは破裂することがある。したがって、過充電を正確に検出して充電を停止させることが大切である。二次電池は、電池電圧を検出して過充電を検出できる。たとえば、リチウムイオン二次電池は、充電しているときの電池電圧が設定電圧を越えるまで上昇すると過充電されたと判定して充電を停止させる。リチウムイオン二次電池の過充電を判定する設定電圧は、電極材料等によって４．１〜４．３Ｖに設定している。しかしながら、電池の電圧が設定電圧を越えると直ちに過充電と判定する方法では、ノイズ等の影響で、過充電されない電池を誤って過充電と判定する欠点がある。この欠点を避けるために、設定時間以上、たとえば１秒以上連続して電池の電圧が設定電圧を越えるときに過充電と判定する方法が開発されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法は、別の問題が発生する。それは、電池が充電しながら放電されるとき、必ずしも正確に過充電を検出できなくなることである。この状態は、たとえば、携帯電話で通話をしながら電池を充電するときに発生する。使用状態にある携帯電話は、送信するときに、図１に示すように電池にパルス電流の放電電流が流れる。とくに、最近のデジタル機器は、負荷電流がパルス電流となって、瞬間的に大きな放電電流が流れる。このようにパルス電流を流す状態で電池が充電されるとき、電池電圧が設定電圧を越えるようになっても、図１のように大きなパルスの瞬間電流が流れると、電池の電圧は図２に示すように、一時的に設定電圧よりも低くなることがある。大きなパルス電流が、電池の出力電圧を低下させるからである。電池の出力電圧は、内部抵抗による電圧降下で低下する。内部抵抗による電圧降下は、電流に比例して大きくなる。したがって、電池の負荷電流が大きくなると出力電圧は低下する。
【０００４】
パルス電流の周期は、過充電を検出する設定時間に比較して極めて短いので、大きなパルス電流が流れるときに、設定時間よりも高くなっていた電池電圧が設定電圧よりも低くなる。このため、図２に示すように、パルス電流に同期して、電池電圧が設定電圧よりも低下するタイミングが発生する。この状態になると、現実の電池電圧が設定電圧を越える状態まで充電されているにも関わらず、過充電を検出できなくなってしまう。
【０００５】
本発明は、さらにこの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、ノイズの影響による誤動作を防止しながら、放電されながら充電される電池の過充電を正確に検出できる過充電検出方法とパック電池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の過充電検出方法は、充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定する。さらに、過充電検出方法は、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなるとき、電池電圧が設定電圧よりも低く、かつ、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いときに、過充電を検出する。
【０００７】
本発明の請求項２のパック電池は、充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定して充電を停止させる保護回路２を内蔵している。保護回路２は、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなるとき、電池電圧が設定電圧よりも低く、かつ、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いときに、過充電を検出する演算回路４を内蔵している。
【０００８】
【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過充電検出方法とパック電池を例示するものであって、本発明は過充電検出方法とパック電池を以下のものに特定しない。
【０００９】
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。
【００１０】
図３に示すパック電池は、内蔵する二次電池１が充電されて過充電になると充電を停止させる保護回路２を内蔵している。二次電池１は、リチウムイオン二次電池である。リチウムイオン二次電池は、充電しているときの電池電圧が設定電圧を越えるまで上昇すると過充電されたと判定できる。リチウムイオン二次電池の過充電を判定する設定電圧は、４．１〜４．３Ｖに設定している。
【００１１】
保護回路２は、二次電池１と直列に接続しているスイッチング素子３Ａ、３Ｂと、このスイッチング素子３Ａ、３Ｂをオンオフに制御する演算回路４とを備える。スイッチング素子３Ａ、３ＢはＦＥＴである。ただし、スイッチング素子には、ＦＥＴに代わってトランジスターも使用できる。さらに、図のパック電池の保護回路２は、二次電池１と直列にＰＴＣ５も備える。ＰＴＣ５は、二次電池１に熱結合して配置されて、電池温度が設定温度よりも高くなり、あるいは過大な電流が流れると、温度が上昇してそれ自体の抵抗を増加させて電流をほぼ遮断する。
【００１２】
演算回路４は、充電される電池の過充電を検出する。演算回路４は、電池が過充電されることを検出すると、スイッチング素子３Ａをオフに切り換えて充電を停止させる。図のパック電池は充電用と放電用のスイッチング素子３Ａ、３Ｂを備えているので、演算回路４は、過充電を検出するときに充電用のスイッチング素子３Ａをオフに切り換えて充電を停止させる。放電用のスイッチング素子３Ｂは、電池が過放電される状態になるとオフに切り換えられる。したがって、演算回路４は、放電している電池の過放電をも検出して、過放電であることを検出すると放電用のスイッチング素子３Ｂをオフに切り換える。充電用と放電用のスイッチング素子３Ａ、３Ｂは、寄生ダイオードのあるＭＯＳＦＥＴである。このスイッチング素子３Ａ、３Ｂは、オフの状態で寄生ダイオードを通過して電流が流れる。したがって、過充電を検出して充電用のスイッチング素子３Ａをオフに切り換えている状態で、寄生ダイオードを介して放電電流を流して放電できる。また、放電用のスイッチング素子３Ｂをオフに切り換える状態で、このスイッチング素子３Ｂの寄生ダイオードを介して充電電流を流して充電することもできる。
【００１３】
演算回路４は、充電している電池の電圧を検出し、電池の電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定し、充電用のスイッチング素子３Ａをオフに切り換えて充電を停止させる。過充電と判定する設定時間は、例えば１秒に設定される。ただし、設定時間は、１００ｍｓｅｃ〜１００ｓｅｃ、好ましくは２００ｍｓｅｃ〜６０ｓｅｃ、さらに好ましくは３００ｍｓｅｃ〜３０ｓｅｃの範囲に設定することもできる。設定時間を長くすると、ノイズによる誤検出を少なくできるが、電池を過充電する弊害が大きくなる。反対に設定時間を短くすると過充電による弊害を少なくできるが、ノイズによる誤検出の確率が高くなる。したがって、設定時間は、ノイズによる誤検出を防止しながら過充電による弊害を少なくできるように、前述の範囲に設定する。
【００１４】
さらに、演算回路４は、図２に示すように、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧よりも低くなり、その後、再び設定電圧よりも高くなるときには、設定電圧よりも低くなっている電圧低下時間が、あらかじめ設定している無視時間よりも短いときに、設定電圧よりも低くなっているのを無視して過充電を検出する。無視時間は、たとえば５０ｍｓｅｃに設定する。無視時間は、電池に流れるパルス電流で電池電圧が低下する時間幅よりも長く設定される。したがって、無視時間は、パルス電流の時間幅を考慮して、たとえば１０ｍｓｅｃ〜２００ｍｓｅｃの範囲に設定することもできる。無視時間を長く設定する場合においても、過充電を検出する設定時間よりも短く、設定時間の１／５以下、好ましくは１／１０以下に設定される。
【００１５】
演算回路４は、電池電圧が設定電圧を越えた時間をカウントするタイマー６を内蔵している。タイマー６は、設定時間を記憶している。タイマー６は、カウント値が設定時間になるとタイムアップして、過充電信号を出力する。演算回路４は、タイマー６から過充電信号が出力されると電池が過充電されたと判定して、充電用のスイッチング素子３Ａをオフにする信号を出力する。
【００１６】
演算回路４は、電圧低下時間によって、過充電と判定する設定時間を変更する場合と、過充電と判定する設定時間を変更しない場合とがある。設定時間を変更する演算回路は、無視時間よりも短い電圧低下時間においては、タイマーがカウントを一時的に停止し、電圧低下時間を経過するとカウントを再開する。ただし、電圧低下時間が無視時間よりも長くなると、タイマーはリセットされる。設定時間を変更しない演算回路は、無視時間よりも短い電圧低下時間においてもタイマーのカウントを停止させない。
【００１７】
図４は、設定時間を変更しないタイマーのブロック図である。この図のタイマー６は、電池電圧を設定電圧に比較して、電池電圧が設定電圧よりも高いときに”Ｈ”信号を出力するコンパレータ７と、このコンパレータ７の出力を遅延させる遅延回路８と、遅延回路８の出力とコンパレータ７の出力が入力されて、いずれかが”Ｈ”信号のときに”Ｈ”を出力するＯＲ回路９と、このＯＲ回路９から”Ｈ”が出力されるときにカウントするカウンター１０とを備える。遅延回路８の遅延時間は無視時間である。
このタイマー６は、以下の動作を動作する。
(1)  充電される電池の電圧が設定電圧を越えるとコンパレータ７が”Ｈ”を出力する。電池電圧が設定電圧よりも低いとき、コンパレータ７の出力は”Ｌｏｗ”となっている。
(2)  コンパレータ７の”Ｈ”信号は、ＯＲ回路９と遅延回路８に入力される。
(3)  ＯＲ回路９は、コンパレータ７から入力される”Ｈ”信号で出力を”Ｈ”にする。
(4)  その後、電池にパルス電流が流れて、電池電圧が設定電圧よりも低くなると、コンパレータ７の出力は”Ｈ”から”Ｌｏｗ”になる。このため、コンパレータ７からＯＲ回路９に入力される信号は”Ｌｏｗ”となる。
(5)  しかしながら、ＯＲ回路９には遅延回路８から”Ｈ”信号が入力されているので、ＯＲ回路９は出力を”Ｈ”に保持する。
(6)  遅延回路８は、設定された遅延時間である無視時間が経過するまでは”Ｈ”の出力を保持する。したがって、電池電圧が設定電圧よりも低下する電圧低下時間が、遅延回路８の遅延時間よりも短いときは、遅延回路８の出力が”Ｌｏｗ”になるときに、コンパレータ７の出力は”Ｌｏｗ”から”Ｈ”になっている。ＯＲ回路９はコンパレータ７と遅延回路８のいずれかから”Ｈ”が入力されると”Ｈ”を出力するので、電圧低下時間が無視時間よりも短いとき、ＯＲ回路９は”Ｈ”を出力し続ける。したがって、カウンター１０には連続して”Ｈ”が入力されてカウントを続け、設定時間になるとタイムアップして過充電信号を出力する。
(7)  しかしながら、電池電圧が設定電圧よりも低くなる電圧低下時間が無視時間よりも長くなると、遅延回路８の出力が”Ｈ”から”Ｌｏｗ”に切り換えられたとき、コンパレータ７の出力は”Ｌｏｗ”となっている。このため、ＯＲ回路９の出力は”Ｌｏｗ”となる。したがって、カウンター１０は、ＯＲ回路９から出力される”Ｌｏｗ”信号でリセットされる。
【００１８】
演算回路４は、マイコンを内蔵して、過充電を検出することもできる。図５はマイコンが過充電を検出するフローチャートを示す。このフローチャートは、以下のようにして、過充電を検出する。
［ｎ＝１のステップ］
最初にこのステップでタイマーのカウント値をリセットする。
［ｎ＝２のステップ］
このステップで、電池電圧が設定電圧を越えたかどうかを識別する。電池電圧が設定電圧を越えるまで、このステップをループする。
［ｎ＝３のステップ］
電池電圧が設定電圧を越えると、タイマーがカウントを開始する。
［ｎ＝４のステップ］
再び、電池の電圧が設定電圧よりも高いかどうかを判定する。
［ｎ＝５のステップ］
電池電圧が設定電圧よりも低下すると、電圧が設定電圧よりも低くなる電圧低下時間が無視時間よりも短いかどうかを判別し、電圧低下時間が無視時間よりも長いと、ｎ＝１のステップにジャンプしてタイマーをリセットする。
［ｎ＝６〜７のステップ］
電圧低下時間が無視時間よりも短いと、タイマーは継続してカウントし、また、電池の電圧が設定電圧よりも低下しないときも、タイマーは継続してカウントする。タイマーがタイムアップしてカウント値が設定時間になると、過充電と判定して充電を停止する。タイマーが設定時間になるまでは、ｎ＝４のステップにジャンプして、ｎ＝４〜６のステップをループする。
【００１９】
以上のフローチャートは、電圧低下時間においてタイマー６のカウントを停止させないので、電池電圧が設定電圧よりも低くなる電圧低下時間があっても、過充電と判定する設定時間を変更しない。演算回路は、電圧低下時間においてタイマーのカウントを一時的に停止して設定時間を変更することもできる。このフローチャートを図６に示す。
このフローチャートは、以下のステップで過充電を検出する。
［ｎ＝１〜４のステップ］
このステップは図５と同じ。
［ｎ＝５のステップ］
電池電圧が設定電圧よりも高くなった後、設定電圧よりも低下すると、このステップでタイマーのカウントを一時的に停止させる。
［ｎ＝６のステップ］
このステップは図５のｎ＝５のステップと同じ。
［ｎ＝７のステップ］
電圧低下時間が無視時間よりも短いと、このステップでタイマーのカウントを再開させる。
［ｎ＝８〜９のステップ］
このステップは図５のｎ＝６〜７と同じ。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の過充電検出方法とパック電池は、ノイズの影響による誤動作を防止しながら、放電されながら充電される電池の過充電を正確に検出できる特長がある。それは、本発明の過充電検出方法とパック電池が、電池電圧が設定電圧よりも高くなる時間が設定時間よりも長くなると過充電と判定しており、電池電圧が設定電圧を越えた後、一時的に設定電圧より低くなっても、電圧低下時間があらかじめ設定している無視時間よりも短いときには、このことを無視して過充電を検出しているからである。このため、本発明は、ノイズ等の影響で、過充電されない電池を誤って過充電と判定することなく、また、電池電圧が設定電圧を越えた後、放電電流によって一時的に電池電圧が設定電圧よりも低くなっても、誤判定することなく電池の過充電を正確に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電池がパルス電流を放電する状態を示すグラフ
【図２】パルス電流によって電池電圧が低下する状態を示すグラフ
【図３】本発明の一実施例にかかるパック電池の回路図
【図４】設定時間を変更しないタイマーの一例を示すブロック図
【図５】演算回路が設定時間を変更することなく電池の過充電を検出するフローチャート
【図６】演算回路が設定時間を変更して電池の過充電を検出するフローチャート
【符号の説明】
１…二次電池
２…保護回路
３Ａ…スイッチング素子
３Ｂ…スイッチング素子
４…演算回路
５…ＰＴＣ
６…タイマー
７…コンパレータ
８…遅延回路
９…ＯＲ回路
１０…カウンター
【図１】
0004169520.tif 000002
【図２】
0004169520.tif 000003
【図３】
0004169520.tif 000004
【図４】
0004169520.tif 000005
【図５】
0004169520.tif 000006
【図６】
0004169520.tif 000007