(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に検出信号の所定電圧が印加された遅延用キャパシタＣの電圧Ｖｃが時間とともに上昇し所定の遅延時間をもって所定のしきい値電圧に達した際に前記二次電池の外部へ出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路において、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する検出部と、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧Ｖｃを作成する遅延用キャパシタＣと、この変化する電圧Ｖｃと前記二次電池のバッテリ電圧を基準として作成された第１の基準電圧を閾値とした第1のしきい値電圧とを比較し前記第１のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第１の遅延回路と、前記変化する電圧Ｖｃと前記二次電池のグランド電位を基準として作成された第２の基準電圧を閾値とした第２のしきい値電圧とを比較し前記第２のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第２の遅延回路と、前記第１および第２の遅延回路が出力するオフ信号を選択して出力する選択回路と、この選択回路のオフ信号出力を受けて前記二次電池の放電電流をオフとする出力部とを備えることを特徴とする二次電池の保護回路。
【請求項２】
請求項１において、前記選択回路は、前記第１の遅延回路と前記第２の遅延回路の出力との論理和を出力する回路であることを特徴とする二次電池の保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に所定の遅延時間をもって前記二次電池の出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路に関し、特に、放電電流のオン／オフ動作が安定してできる二次電池の保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な電池（二次電池）のうち、特にリチウムイオン電池は、過放電または過充電に弱いため、過放電状態または過充電状態に進む状態を検出し外部回路との接続をオフして電池を保護している。また、負荷を接続する外部接続端子の短絡などにより生じる過電流も、電池を破壊するので、過電流を検出した際にも外部回路との接続をオフして電池を保護している。
【０００３】
例えば、図５に示される電池パック１００では、二次電池１０１が、グラウンド電位に対してバッテリ電圧Ｖｃｃを発生し、出力部１０２を介して正極端子および負極端子の外部接続端子に負荷を接続する。この負荷に対応して二次電池１０１が放電し負荷電流を負荷に供給する。この結果、二次電池１０１が消耗してバッテリ電圧Ｖｃｃの低下を生じる。
【０００４】
検出部１０３の過放電検出回路は、過放電検出しきい値を有しており、バッテリ電圧Ｖｃｃが過放電検出しきい値より低い状態になった際には過放電状態として過放電検出信号を出力する。一方、充電などにより、バッテリ電圧Ｖｃｃが所定の過放電復旧検出しきい値より高くなった場合には、過放電検出回路は過放電検出解除信号を出力する。
【０００５】
また、検出部１０３の過電流検出回路は、過電流検出しきい値を有しており、二次電池１０１に流れる放電電流を計測しており、過電流検出しきい値より大きな状態になった際には過電流状態として過電流検出信号の所定電圧を出力する。一方、外部接続端子から負荷を外すなどして、放電電流がが所定の過電流復帰検出しきい値より低くなった場合には、過電流検出回路は過電流検出信号の電圧出力を停止する。
【０００６】
しかしながら、検出部１０３が一つのしきい値により単純に検出信号の発生または停止を行う場合には出力部１０２におけるオン／オフ動作が不安定となる。これを解決するために、発生および復帰それぞれの検出に対するしきい値の決定にヒステリシス特性を用いたものがあるが、図５に示された例では、遅延用キャパシタＣ１０４を用いた遅延回路１０５が備えられている。従って、検出部１０３が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタＣ１０４に接続される。
【０００７】
遅延回路１０５はコンパレータＣＯを有する。コンパレータＣＯは、二次電池１０１のバッテリ電圧Ｖｃｃを一方の入力端子に接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部１０３の出力電圧をキャパシタＣ１０４と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に出力部１０２へオフ信号を出力して出力部１０２の放電電流をオフする。
【０００８】
上述したように、検出部１０３が出力する検出信号の所定電圧は遅延用キャパシタＣ１０４に接続されるので、検出部１０３が過放電または過電流を検出した際にはキャパシタＣ１０４の電圧Ｖｃが時間の経過と共に上昇する。従って、コンパレータＣＯで設定されるしきい値電圧は予定する異常検出までの遅延時間が得られる値である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の二次電池の保護回路では、遅延回路におけるコンパレータの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Ｖが、電源電圧である二次電池のバッテリ電圧Ｖｃｃを基準としているため、負荷に応じて変動することが避けられない。
【００１０】
ここで、図２を参照すれば、図５における電源電圧Ｖで所望する遅延時間Ｔａを得るために、コンパレータの一方の入力端子に接続される電源電圧Ｖが所定の基準電圧Ｖａを作成する必要がある。しかし、図２に示されるように、電源電圧Ｖが高い場合には、コンパレータにより生成される遅延時間は所望する遅延時間Ｔａより長くなる。したがって、このような状況では、過電流状態が長引いた場合、構成素子に与えるダメージが大きいという問題点がある。
【００１１】
本発明の課題は、キャパシタを用いて遅延時間を設定する構成で、このような問題点を解決し、過電流状態でも電源電圧の変動に依存せずに安定した遅延時間を得ることができる二次電池の保護回路を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による二次電池の保護回路は、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に検出信号の所定電圧が印加された遅延用キャパシタＣの電圧Ｖｃが時間とともに上昇し所定の遅延時間をもって所定のしきい値電圧に達した際に前記二次電池の外部へ出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路において、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する検出部と、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧Ｖｃを作成する遅延用キャパシタＣと、この変化する電圧Ｖｃと前記二次電池のバッテリ電圧を基準として作成された第１の基準電圧を閾値とした第1のしきい値電圧とを比較し前記第１のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第１の遅延回路と、前記変化する電圧Ｖｃと前記二次電池のグランド電位を基準として作成された第２の基準電圧を閾値とした第２のしきい値電圧とを比較し前記第２のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第２の遅延回路と、前記第１および第２の遅延回路が出力するオフ信号を選択して出力する選択回路と、この選択回路のオフ信号出力を受けて前記二次電池の放電電流をオフとする出力部とを備えることを特徴としている。
【００１４】
このような構成は、二次電池の一方の電極がグラウンド電位となるため、このグラウンド電位の側の基準電源は安定したものとなる。また、上記構成は、二次電池の過放電および過電流の何れも発生していない場合にのみ二次電池の外部へ出力する放電電流をオンとする作用と同一である。
【００１６】
検出部は二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する。遅延用キャパシタは、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧を作成する。
【００１７】
第１の遅延回路は、この変化する電圧を、前記二次電池のバッテリ電圧正極側と接続して設定される基準電圧と比較し所定の電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する。第２の遅延回路は、前記変化する電圧を、グラウンド電位となる前記二次電池の負極側と接続して設定される基準電圧と比較し所定の電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する。
【００１８】
選択回路は、前記第１および第２の遅延回路が出力するオフ信号で安定した側の信号を選択して出力する。この選択回路では、過放電状態で電源電圧が低下の状況では前記第１の遅延回路の出力を選択し、過電流検出の際に高い電源電圧の状況では前記第２の遅延回路の出力を選択することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。図１に示された電池パック１０における二次電池１１の保護回路では、出力部１２で外部に供給する放電電流のオン／オフを制御するため、検出部１３、遅延用キャパシタ１４、遅延回路Ａ１５、遅延回路Ｂ１６、および選択回路１７を備えている。
【００２１】
図１が上述した図５と相違する点は、遅延回路Ｂ１６および選択回路１７か追加されていることである。これ以外の構成要素は、原理的には従来と同一の機能を有している。
【００２２】
二次電池１１は、負電極のグラウンド電位に対して正電極にバッテリ電圧Ｖｃｃを発生し、出力部１２を介して正極端子および負極端子の外部接続端子に接続される負荷に負荷電流を供給する。この結果、二次電池１１が消耗してバッテリ電圧Ｖｃｃの低下が生じる。
【００２３】
出力部１２は、通常、外部接続端子に負荷が接続された際に二次電池１１の負荷に放電電流を供給し、過放電または過電流を検出したような異常の際に選択回路１７から異常検出信号を受けて放電電流の供給をオフするものとする。
【００２４】
検出部１３は過放電検出回路および過電流検出回路を有している。
【００２５】
検出部１３の過放電検出回路は、過放電検出しきい値を有しており、バッテリ電圧Ｖｃｃが過放電検出しきい値より低い状態になった際には過放電状態として過放電検出信号の所定電圧を出力する。一方、充電などにより、バッテリ電圧Ｖｃｃが所定の過放電復旧検出しきい値より高くなった場合には、過放電検出回路は過放電検出復帰信号を出力する。
【００２６】
また、検出部１３の過電流検出回路は、過電流検出しきい値を有しており、二次電池１１に流れる放電電流を計測しており、過電流検出しきい値より大きな状態になった際には過電流状態として過電流検出信号の所定電圧を出力する。一方、外部接続端子から負荷を外すなどして、放電電流が所定の過電流復帰検出しきい値より高くなった場合には、過電流検出回路は過電流復帰信号を出力する。
【００２７】
しかしながら、検出部１３が一つのしきい値により単純に検出信号の発生または停止を行う場合には出力部１２におけるオン／オフ動作が不安定となる。これを解決するために、遅延用キャパシタＣ１４および遅延回路Ａ１５、Ｂ１６が備えられている。従って、検出部１３が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタＣ１４に接続される。
【００２８】
遅延回路Ａ１５はコンパレータＣＯａを有する。コンパレータＣＯａは、二次電池１１のバッテリ電圧Ｖｃｃを一方の入力端子に基準電圧Ｖａとして接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部１３の出力電圧をキャパシタＣ１４と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に選択回路１７へオフ信号を出力する。
【００２９】
また、遅延回路Ｂ１６はコンパレータＣＯｂを有している。コンパレータＣＯｂは、二次電池１１のグラウンド電位を一方の入力端子に基準電圧Ｖｂとして接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部１３の出力電圧をキャパシタＣ１４と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に選択回路１７へオフ信号を出力する。
【００３０】
従って、コンパレータＣＯａ，ＣＯｂそれぞれの一方の入力端子は、検出部１３の出力端子と遅延用キャパシタＣ１４の一方の端子とを共通に接続している。
【００３１】
上述したように、検出部１３が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタＣ１４に接続されるので、検出部１３が過放電または過電流を検出した際には、キャパシタＣ１４の電圧Ｖｃが時間の経過と共に上昇する。従って、コンパレータＣＯａ，ＣＯｂそれぞれで設定されるしきい値電圧は所望する異常検出までの遅延時間が得られる値でなければならない。
【００３２】
ここで、図２に図１を併せ参照して遅延回路Ａ１５から出力される検出遅延時間特性について説明する。
【００３３】
遅延回路Ａ１５におけるコンパレータＣＯａの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Ｖａは、電源電圧である二次電池１１のバッテリ電圧Ｖｃｃを基準としている。従って、図２に示される所望の遅延時間Ｔａを得るために電源電圧Ｖに基準電圧Ｖａを必要とする場合は、バッテリ電圧Ｖｃｃから基準電圧Ｖａを作成してコンパレータＣＯａの入力端子に接続する。
【００３４】
遅延回路Ａ１５は、図２に示されるように、基準電圧Ｖａをバッテリ電圧Ｖｃｃから作成しているため、バッテリ電圧Ｖｃｃの変動によりコンパレータＣＯａの検出に用いるしきい値電圧が変化する。すなわち、電源電圧Ｖの上昇に伴って検出遅延時間が長くなる。このことは、過放電のように電源電圧Ｖが低下する場合はよいが、過電流の際における高い電源電圧Ｖによる検出遅延時間の増大は避けねばならない。
【００３５】
次に、図３に図１を併せ参照して遅延回路Ｂ１６から出力される検出遅延時間特性について説明する。
【００３６】
遅延回路Ｂ１６におけるコンパレータＣＯｂの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Ｖｂは、グラウンド電位を基準としている。従って、図３に示される所望の遅延時間Ｔｂを得るために電源電圧Ｖに基準電圧Ｖｂを必要とする場合は、グラウンド電位から基準電圧Ｖｂを作成してコンパレータＣＯｂの入力端子に接続する。
【００３７】
遅延回路Ｂ１６は、図３に示されるように、基準電圧Ｖｂをグラウンド電位から作成しているため、バッテリ電圧Ｖｃｃの変動があってもコンパレータＣＯｂの検出に用いるしきい値電圧は変化しない。すなわち、過電流の際に高い電源電圧Ｖが生じても検出遅延時間Ｔｂは変化しないので、出力部１２のオフ制御に問題を生じない。しかし、過放電のように電源電圧Ｖが低下する場合には、不安定となることが避けられないが大幅な乱れはない。
【００３８】
次に、図４は、遅延回路Ａ，Ｂの両者を併用した場合の検出遅延時間特性の一実施例について示す説明図である。
【００３９】
図２および図３を参照して説明したように、過放電状態では遅延回路Ａ１５の検出出力を採用し、過電流状態では遅延回路Ｂ１６の検出出力を採用することが望まれる。従って、図４に示されるように、検出遅延時間Ｔにより遅延回路Ａ１５，Ｂ１６両者の最も早い検出遅延時間Ｔａ，Ｔｂで出力部１２の放電電流をオフすればよい。すなわち、過放電状態では遅延回路Ａ１５の検出遅延時間Ｔａ、また、過電流状態では遅延回路Ｂ１６の検出遅延時間Ｔｂそれぞれに基づく放電電流のオフ信号が出力部１２へ通知されることがよい。この選択を選択回路１７が実行する。
【００４０】
図１に戻り、遅延回路Ａ１５，Ｂ１６それぞれが出力するオフ信号はハイレベルであるものとする。また、選択回路１７は論理回路構成であるとする。
【００４１】
出力部１２が上述したようにハイレベルの信号を受けて放電電流をオフする回路の場合には、選択回路１７は遅延回路Ａ１５，Ｂ１６のいずれか一方からハイレベルのオフ信号を受けた際にハイレベルの選択信号を出力部１２へ送る。従って、選択回路１７には論理和回路が採用できる。
【００４２】
また、出力部１２がハイレベルの信号を受けて放電電流をオンする回路の場合には、選択回路１７は遅延回路Ａ１５，Ｂ１６の両者からローレベルのオフ信号を受けている間、ハイレベルの選択信号を出力部１２へ送る。従って、この場合には選択回路１７に否定的論理積回路が採用できる。
【００４３】
上記説明では、ブロックにより機能を図示しているが、機能の分離併合は上記機能を満たす限り自由であり、上記説明が本発明を限定するものではない。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、二つのうち一方の遅延回路におけるコンパレータの基準電圧をグラウンド電位として安定させ、このコンパレータの出力を過電流状態で選択することによって、過電流状態検出の際に高い電源電圧であってもこの電源電圧とは無関係に一定の遅延時間を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。
【図２】図１の遅延回路Ａにおける検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図３】図１の遅延回路Ｂにおける検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図４】図１の遅延回路Ａ，Ｂを総合した検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図５】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０    電池パック
１１    二次電池
１２    出力部
１３    検出部
１４    遅延用キャパシタ
１５    遅延回路Ａ
１６    遅延回路Ｂ
１７    選択回路
【図１】
0004379558.tif 000002
【図２】
0004379558.tif 000003
【図３】
0004379558.tif 000004
【図４】
0004379558.tif 000005
【図５】
0004379558.tif 000006