(57)【要約】【課題】過充電検出動作の検査の時間を短縮することが可能な電池パックを提供することを目的とする。【解決手段】２つの過充電検出回路１６０、１７０、論理回路２００を有する構成により、リチウムイオン電池１１０の過充電を検出するための閾値電圧を２つ設け、リチウムイオン電池１１０の電圧が２つの閾値電圧のうち高い方の閾値電圧を超えたとき、過充電を検出するまでの遅延時間を短くする。【選択図】図２
2009183050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の過充電を検出して前記二次電池と負荷又は充電装置との間の配線に設けられたスイッチ素子をオフする電池パックであって、
前記二次電池の電池電圧が、第一の閾値電圧に達したか否かを検出する第一の過充電検出回路と、
前記二次電池の電池電圧が、第二の閾値電圧に達したか否かを検出する第二の過充電検出回路と、
前記第一の閾値電圧に対応した遅延時間が設定された第一の遅延回路と、
前記第二の閾値電圧に対応した遅延時間が設定された第二の遅延回路と、
前記第一の過充電検出回路又は前記第二の過充電検出回路の出力信号に基づき、前記第一の遅延回路又は前記第二の遅延回路の何れか一方を選択する選択回路とを有することを特徴とする電池パック。
【請求項２】
前記第一の閾値電圧は、前記第二の閾値電圧よりも高い電圧であり、
前記第一の遅延時間は、前記第二の遅延時間よりも短い時間であり、
前記選択回路は、
前記第一の過充電検出回路により、前記二次電池の電池電圧が前記第一の閾値電圧に達したことが検出されたとき、前記第一の遅延回路を選択し、
前記スイッチ素子がオフされる時間を第一の遅延時間遅延させることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
【請求項３】
前記選択回路は、
前記第二の過充電検出回路により、前記二次電池の電池電圧が前記第二の閾値電圧に達したことが検出され、
前記第一の過充電検出回路により、前記二次電池の電池電圧が前記第一の閾値電圧に達したことが検出されないとき、
前記第二の遅延回路を選択し、
前記スイッチ素子がオフされる時間を第二の遅延時間遅延させることを特徴とする請求項１又は２記載の電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過充電検出回路を備える電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池から給電されて動作する携帯電話やデジタルカメラ等の携帯機器の普及が進んでいる。リチウムイオン電池等の二次電池は、過充電及び過放電に弱いため、過充電及び過放電の保護回路を備えた電池パックの形態で使用される。電池パックの製造量は、携帯機器の普及に伴い増加の一途を辿っており、その製造コストの低減が望まれている。
【０００３】
図４及び図５は、従来の電池パックの各例のブロック図を示す。図４において、リチウムイオン電池２と並列に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。リチウムイオン電池２の正極は電池パック１の外部端子３に接続され、負極は電流遮断用のｎチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタＭ１、Ｍ２を介して電池パック１の外部端子４に接続されている。
【０００４】
ＭＯＳトランジスタＭ１，Ｍ２はドレインを共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１のソースはリチウムイオン電池２の負極に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ２のソースは外部端子４に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２それぞれは、ドレイン・ソース間に等価的にボディダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。
【０００５】
保護ＩＣ（集積回路）５は、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵している。また、保護ＩＣ５はリチウムイオン電池２の正極から抵抗Ｒ１を通して電源Ｖｄｄを供給されると共にリチウムイオン電池２の負極から電源Ｖｓｓを供給されて動作する。また保護ＩＣ５は、時短端子ＤＳを有し、時短端子ＤＳはリチウムイオン電池２の正極に接続されている。
【０００６】
保護ＩＣ５は過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したときＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したときＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ２を遮断する。また保護ＩＣ５では、時短端子ＤＳをリチウムイオン電池２の負極側に接続することで、過充電検出回路が過充電を検出するまでの時間を短縮することができる。
【０００７】
図５では、更に、電池パック１内にサーミスタＲ３が設けられている。サーミスタＲ３の一端は電池パック１の端子６に接続され、他端は外部端子４に接続されている。電池パック１の端子６には充電時に充電装置から分圧抵抗を介して所定電圧が印加される。電池パック１の温度によってサーミスタＲ３の抵抗値が変化することで端子６の電圧は変化する。充電装置は、端子６の電圧を検出して電池パック１の温度が所定値を超えると充電を停止するよう制御を行う。
【０００８】
尚特許文献１には、負荷に異常が発生し過剰な電流が流れ、従来の予測された過電流状態以上の電流が消費されても、スイッチ回路が発熱で破壊に至るよりも短い遅延時間で、スイッチ回路をＯＦＦにするように働く充放電制御回路が記載されている。
【特許文献１】特開平１０−２２４９９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、電池パックの製造コストの中には、電池パックの動作検査にかかる時間も含まれる。すなわち電池パックの製造コストを考慮する上で、動作検査にかかる時間は短時間である程低コストと言える。
【００１０】
図４、図５に示すような従来の電池パックでは、過充電検出回路による過充電検出の動作検査を行う場合、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を過電圧と検出されるレベルまで上昇させ、一定の遅延時間を経過させる必要がある。図６は、従来の過充電検出動作の検査にかかる時間を説明する図である。
【００１１】
例えば保護ＩＣ５の過充電検出回路は、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．２５Ｖ以上となったとき過充電を検出する場合、過充電検出回路はＶｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．２５Ｖ以上になってから遅延時間ｔ１が経過した後に過充電を検出する。よって従来の電池パックでは、過充電を検出するための動作検査に最短でも遅延時間ｔはかかる。
【００１２】
本発明では上記事情を鑑みて、これを解決すべく成されたものであり、過充電検出動作の検査の時間を短縮することが可能な電池パックを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の如き構成を採用した。
【００１４】
本発明は、二次電池（１１０）の過充電を検出して前記二次電池（１１０）と負荷又は充電装置との間の配線に設けられたスイッチ素子（Ｍ１２）をオフする電池パック（１００）であって、
前記二次電池（１１０）の電池電圧が、第一の閾値電圧に達したか否かを検出する第一の過充電検出回路（１６０）と、
前記二次電池（１１０）の電池電圧が、第二の閾値電圧に達したか否かを検出する第二の過充電検出回路（１７０）と、
前記第一の閾値電圧に対応した遅延時間が設定された第一の遅延回路（２０２）と、
前記第二の閾値電圧に対応した遅延時間が設定された第二の遅延回路（２０３）と、
前記第一の過充電検出回路（１６０）又は前記第二の過充電検出回路（１７０）の出力信号に基づき、前記第一の遅延回路（２０２）又は前記第二の遅延回路（２０３）の何れか一方を選択する選択回路（２０１）とを有することにより、過充電検出動作の検査の時間を短縮することができる。
【００１５】
また本発明の電池パックにおいて、前記第一の閾値電圧は、前記第二の閾値電圧よりも高い電圧であり、
前記第一の遅延時間は、前記第二の遅延時間よりも短い時間であり、
前記選択回路（２０１）は、
前記第一の過充電検出回路（１６０）により、前記二次電池（１１０）の電池電圧が前記第一の閾値電圧に達したことが検出されたとき、前記第一の遅延回路（２０２）を選択し、
前記スイッチ素子（Ｍ１２）がオフされる時間を第一の遅延時間遅延させる構成とした。
【００１６】
また本発明の電池パックにおいて、前記選択回路（２０１）は、
前記第二の過充電検出回路（１７０）により、前記二次電池（１１０）の電池電圧が前記第二の閾値電圧に達したことが検出され、
前記第一の過充電検出回路（１６０）により、前記二次電池（１１０）の電池電圧が前記第一の閾値電圧に達したことが検出されないとき、
前記第二の遅延回路（２０３）を選択し、
前記スイッチ素子（Ｍ１２）がオフされる時間を第二の遅延時間遅延させる構成とした。
【００１７】
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、過充電検出動作の検査の時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、二次電池の電池電圧が、二次電池の過充電を検出するための第二の閾値電圧よりも高い電圧である第一の閾値電圧を超えるとき、前記第二の閾値電圧に達したときも短い遅延時間で過充電を検出する。
（実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第一の実施形態について説明する。図１は、本発明の電池パック１００を説明する図である。
【００２０】
本実施形態の電池パック１００は、リチウムイオン電池１１０と、保護ＩＣ１５０とを有する。電池パック１００において、リチウムイオン電池１１０と並列に抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１の直列回路が接続されている。リチウムイオン電池１１０の正極は配線により電池パック１００の外部端子１２０に接続され、負極は配線により電流遮断用のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を介して電池パック１００の外部端子１３０に接続されている。
【００２１】
ＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２はドレインを共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースはリチウムイオン電池１１０の負極に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１２のソースは外部端子１３０に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２それぞれは、ドレイン・ソース間に等価的にボディダイオードＤ１１、Ｄ１２が接続されている。
【００２２】
保護ＩＣ１５０は、過充電検出回路１６０、１７０、過放電検出回路１８０、過電流検出回路１９０、論理回路２００、論理回路２１０を内蔵している。保護ＩＣ１５０において過充電検出回路１６０、１７０の出力は、論理回路２００に入力される。論理回路２００の出力は、論理回路２１０へ入力される。
【００２３】
保護ＩＣ１５０はリチウムイオン電池１１０の正極から抵抗Ｒ１１を通して電源Ｖｄｄを端子１５ａに供給されると共に、リチウムイオン電池１１０の負極から電源Ｖｓｓを端子１５ｂに供給されて動作する。
【００２４】
過充電検出回路１６０、１７０は端子１５ａ、１５ｂの電圧からリチウムイオン電池１１０の過充電を検出して検出信号を論理回路２００を介して論理回路２１０に供給する。過充電検出回路１６０、１７０の構成の詳細は後述する。
【００２５】
過放電検出回路１８０は端子１５ａ、１５ｂの電圧からリチウムイオン電池１１０の過放電を検出して検出信号を論理回路２１０に供給する。過電流検出回路１９０は端子１５ｂ、１５ｅの電圧から抵抗Ｒ１２に流れる電流が過大となる過電流を検出して検出信号を論理回路２１０に供給する。
【００２６】
また、保護ＩＣ１５０のＤＯＵＴ出力の端子１５ｃはＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続され、ＣＯＵＴ出力の端子１５ｄはＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。
【００２７】
論理回路２１０は、過放電検出回路１８０、過電流検出回路１９０、論理回路２００それぞれの出力信号を供給される。
【００２８】
論理回路２１０は、論理回路２００を介して過充電検出回路１６０、１７０から過充電検出信号を供給されると、端子１５ｄのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断する。電池パック１００は、この構成により、リチウムイオン電池１１０が過充電となった場合に充電を停止して保護することができる。
【００２９】
また論理回路２１０は、過放電検出回路１８０から過放電検出信号を供給されると端子１５ｃのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断する。また論理回路２１０は、過電流検出回路１９０から過電流検出信号を供給されると端子１５ｃのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断する。これにより、リチウムイオン電池１１０の過充電、過放電、過電流を検出することができる。
【００３０】
ここで本実施形態の電池パック１００における過充電検出回路１６０、１７０、論理回路２００の詳細について説明する。
【００３１】
本実施形態では、２つの過充電検出回路１６０、１７０、論理回路２００を有する構成により、リチウムイオン電池１１０の過充電を検出するための閾値電圧を２つ設ける。また本実施形態では、上記構成により、リチウムイオン電池１１０の電圧が２つの閾値電圧のうち高い方の閾値電圧を超えたとき、過充電を検出するまでの遅延時間を短くする。
【００３２】
尚本実施形態では、過充電検出回路１６０は２つの閾値電圧のうち、高い方の閾値電圧に基づき過充電を検出するものとし、過充電検出回路１７０は２つの閾値電圧のうち、低い方の閾値電圧に基づき過充電を検出するものとした。
【００３３】
本実施形態では、高い閾値電圧で過充電を検出する過充電検出回路１６０を、過充電検出動作の検査に用いることにより、過充電検出動作の検査時間を短縮することができる。
【００３４】
図２は、過充電検出回路１６０、１７０、論理回路２００を説明する図である。
【００３５】
過充電検出回路１６０は、主に過充電検出動作の検査に用いられる回路であり、第一の過充電検出回路である。過充電検出回路１６０は、コンパレータ１６１、抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ２２を有する。抵抗Ｒ２１、抵抗Ｒ２２及び後述する抵抗Ｒ２３は、電源Ｖｄｄと電源Ｖｓｓとの間で直列接続されている。コンパレータ１６１の非反転入力端子１６１ａには、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の接続点の電圧が印加される。コンパレータ１６１の反転入力端子１６１ｂには、電流源１９５とツェナーダイオードＤ１０とにより生成される基準電圧が印加される。
【００３６】
過充電検出回路１７０は、主に電池パック１００の外部端子１２０、１３０に負荷又は充電装置が接続されてリチウムイオン電池１１０が充電される際に過充電を検出する回路であり、第二の過充電検出回路である。過充電検出回路１７０は、コンパレータ１７１、抵抗Ｒ２３を有する。コンパレータ１７１の非反転入力端子１７１ａには、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３の接続点の電圧が印加される。コンパレータ１７１の反転入力端子１７１ｂには、電流源１９５とツェナーダイオードＤ１０とにより生成される基準電圧が印加される。
【００３７】
本実施形態では、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が６．０Ｖになったとき、抵抗Ｒ２１と抵抗Ｒ２２の接続点の電圧が基準電圧より高くなり、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖになったとき、抵抗Ｒ２２と抵抗Ｒ２３の接続点の電圧が基準電圧よりも高くなるように、抵抗Ｒ２１、２２、２３の抵抗値を設定した。
【００３８】
よって過充電検出回路１６０においてコンパレータ１６１の出力は、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が６．０Ｖ以上になると反転する。すなわち本実施形態の第一の閾値電圧は６．０Ｖである。また過充電検出回路１７０においてコンパレータ１７１の出力は、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖ以上になると反転する。よって本実施形態の第二の閾値電圧は４．３Ｖである。
【００３９】
論理回路２００は、アンド回路２０１（選択回路）、遅延回路２０２（第一の遅延回路）、遅延回路２０３（第二の遅延回路）を有する。
【００４０】
アンド回路２０１の一方の入力には、コンパレータ１６１の出力が入力され、アンド回路２０１の他方の入力には、コンパレータ１７１の出力が入力される。アンド回路２０１の出力は、遅延回路２０２、２０３に供給される。尚本実施形態の遅延回路２０２は、ハイレベル（以下、Ｈレベル）の信号が印加されると動作し、遅延回路２０３は、ローレベル（以下、Ｌレベル）の信号が印加されると動作するものとした。
【００４１】
よって本実施形態では、アンド回路２０１からＨレベルの信号が出力されたとき、遅延回路２０２が選択されて動作し、アンド回路２０１からＬレベルの信号が出力されたとき、遅延回路２０３が選択されて動作する。尚本実施形態では、遅延回路２０２に設定された遅延時間を１ｍｓｅｃとし、遅延回路２０３に設定された遅延時間を１ｓｅｃとした。
【００４２】
遅延回路２０２、２０３の出力は、論理回路２１０により、ＭＯＳトランジスタＭ１２を制御するために十分なレベルへシフトされ、ＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに印加される。
【００４３】
本実施形態の論理回路２１０は、ＭＯＳトランジスタＭ１２のオン／オフを制御する制御機能を有する。論理回路２１０では、遅延回路２０２、２０３からＨレベルの信号を受けて、Ｌレベルの信号を出力し、ＭＯＳトランジスタＭ１２をオフする。
【００４４】
次に、本実施形態の電池パック１００におけるリチウムイオン電池１１０の過充電検出動作の検査について説明する。
【００４５】
本実施形態の電池パック１００では、電池パック１００の外部端子１２０、１３０に負荷又は充電機器が接続されて通常に使用される場合、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖ以上の状態が１秒以上続いた場合、過充電を検出してＭＯＳトランジスタＭ１２をオフする。Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖ以下の場合は、過充電ではないため、ＭＯＳトランジスタＭ１２はオンされており、リチウムイオン電池１１０に充電可能な状態となっている。
【００４６】
そこで本実施形態では、過充電検出動作の検査において、過充電を検出するまでの時間を短縮することにより、検査時間を短縮する。具体的には、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を４．３Ｖ以上の６．０Ｖとし、遅延回路２０２を選択させることにより、ＭＯＳトランジスタＭ１２がオフされるまでの時間を短縮する。
【００４７】
以下に、図３を参照して本実施形態の電池パック１００における過充電検出動作の検査について説明する。図３は、電池パック１００における過充電検出動作の検査について説明する図である。
【００４８】
電池パック１００において、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を０Ｖから６．０Ｖまで上昇させると、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖを超えた時点でコンパレータ１７１の出力がＨレベルとなる。さらにＶｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が６．０Ｖを超えた時点でコンパレータ１６１の出力がＨレベルとなる。
【００４９】
コンパレータ１６１、１７１の出力がＨレベルとなると、アンド回路２０１の出力はＨレベルとなり遅延回路２０２が動作する。遅延回路２０２からは、過充電を示すＨレベルの信号が１ｍｓｅｃ遅延されて論理回路２１０へ出力される。論理回路２１０は、この信号を受けて、ＣＯＵＴからＬレベルの信号を出力し、ＭＯＳトランジスタＭ１２をオフする。尚論理回路２１０から出力される信号は、ＭＯＳトランジスタＭ１２を制御可能なレベルの信号である。
【００５０】
よって本実施形態では、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が６．０Ｖを超えてから、１ｍｓｅｃ（ｔ１）という短い遅延時間でＭＯＳトランジスタＭ１２をオフすることができる。
【００５１】
尚本実施形態では、過充電検出動作の際にＶｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を急激に上昇させる程、検査時間を短縮することができる。例えばＶｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を０Ｖから上昇させるのではなく、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧に６．０Ｖの電圧を印加した場合、コンパレータ１６１、１７１の出力は、最初からＨレベルとなり、アンド回路２０１の出力はＨレベルとなる。よってＭＯＳトランジスタＭ１２は、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧に６．０Ｖの電圧を印加してから１ｍｓｅｃ後にオフされる。
【００５２】
このように本実施形態では、第二の閾値電圧４．３Ｖよりも高い電圧である第一の閾値電圧６．０Ｖを検出する過充電検出回路１６０を設け、第一の閾値電圧４．３Ｖに達したときも短い遅延時間で過充電を検出させることで、検査時間を短縮できる。
【００５３】
さらに本実施形態では、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧を６．０Ｖ以上まで上昇させた後Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧の下降を利用して、第二の閾値電圧４．３Ｖを検出する過充電検出回路１７０の動作を検査することができる。本実施形態では、Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が４．３Ｖ以下になったとき、ＭＯＳトランジスタＭ１２がオンにされ、過充電検出状態が解除されるか否かを検出することで、過充電検出回路１７０の動作を検査することができる。
【００５４】
Ｖｄｄ−Ｖｓｓ間電圧が下降し、４．３Ｖ以下となると、コンパレータ１７１の出力はＬレベルとなる。論理回路２１０は、このＬレベルの信号を受けて、ＣＯＵＴからＨレベルの信号を出力する。ＭＯＳトランジスタＭ１２は再びオンされる。よって電池パック１００における過充電検出状態が解除され、リチウムイオン電池１１０が充電可能な状態となる。
【００５５】
このようにＶｄｄ−Ｖｓｓ間電圧の下降を利用して、過充電検出回路１７０の動作検査を行えば、遅延時間を考慮する必要がなく、検査時間を短縮することができる。
【００５６】
以上に説明したように、本実施形態によれば、過充電検出動作の検査の時間を短縮することができる。また本実施形態では、上記構成により過充電検出動作の検査時間を短縮することができるため、従来の電池パックに設けられていた時短端子を必要としない。よって本実施形態では、時短端子をなくすことができ、端子数を減らすことができる。
【００５７】
以上、実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の電池パック１００を説明する図である。
【図２】過充電検出回路１６０、１７０、論理回路２００を説明する図である。
【図３】電池パック１００における過充電検出動作の検査について説明する図である。
【図４】従来の電池パックの各例のブロック図を示す。
【図５】従来の電池パックの各例のブロック図を示す。
【図６】従来の過充電検出動作の検査にかかる時間を説明する図である。
【符号の説明】
【００５９】
１００  電池パック
１１０  リチウムイオン電池
１２０、１３０  外部端子
１５０  保護ＩＣ
１６０、１７０  過充電検出回路
１６１、１７１  コンパレータ
１８０  過放電検出回路
１９０  過電流検出回路
２００、２１０  論理回路
２０１  アンド回路
２０２、２０３  遅延回路
【図１】
2009183050.tif 000003
【図２】
2009183050.tif 000004
【図３】
2009183050.tif 000005
【図４】
2009183050.tif 000006
【図５】
2009183050.tif 000007
【図６】
2009183050.tif 000008