(57)【要約】【課題】本発明は、二次電池の温度を正確に検出することができ、二次電池の温度保護を高精度に行うことができる電池パックを提供することを目的とする。【解決手段】二次電池の過充電、過放電、過電流を検出して二次電池１２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Ｍ１１，Ｍ１２をオフする保護回路１５を備えた電池パックにおいて、二次電池の近傍に配設され二次電池と並列接続されたサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の直列回路と、保護回路内に、サーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続点の電圧を第１所定温度に対応する第１基準電圧と比較する第１コンパレータ２１を有し、保護回路は、第１コンパレータ２１の出力信号により二次電池の温度が第１所定温度を超えたときスイッチ素子Ｍ１１，Ｍ１２をオフする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池の過充電、過放電、過電流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保護回路を備えた電池パックにおいて、
前記二次電池の近傍に配設され前記二次電池と並列接続されたサーミスタと抵抗の直列回路と、
前記保護回路内に、前記サーミスタと抵抗の接続点の電圧を第１所定温度に対応する第１基準電圧と比較する第１コンパレータを有し、
前記保護回路は、前記第１コンパレータの出力信号により前記二次電池の温度が前記第１所定温度を超えたとき前記スイッチ素子をオフする
ことを特徴とする電池パック。
【請求項２】
請求項１記載の電池パックにおいて、
前記保護回路内に、前記サーミスタと抵抗の接続点の電圧を第１所定温度より低い第２所定温度に対応する第２基準電圧と比較する第２コンパレータを有し、
前記保護回路は、前記第２コンパレータの出力信号により前記二次電池の温度が第２所定温度未満となったとき前記スイッチ素子をオフする
ことを特徴とする電池パック。
【請求項３】
請求項１記載の電池パックにおいて、
前記サーミスタは、負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタである
ことを特徴とする電池パック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池パックに関し、二次電池の過充電、過放電、過電流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保護回路を備えた電池パックに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、二次電池としてリチウムイオン電池がデジタルカメラなど携帯機器に搭載されている。リチウムイオン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。
【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。
【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。
【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】
なお、特許文献１には、充放電時の電流経路を遮断するスイッチング素子に熱結合されたＰＴＣサーミスタを持つ電池パックが記載されている。
【特許文献１】特開２００６−３２０１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図４に示す従来例は電池パックの温度に対する保護機能がない。また、図５に示す従来例は電池パックの温度に対する保護機能があるものの、充電装置から分圧抵抗を介して所定電圧が印加されるため、充電装置の所定電圧が変化した場合や充電装置の分圧抵抗の誤差がある場合には、電池パックの温度を正確に検出することができないという問題があった。
【００１０】
また、特許文献１のものは、ＰＴＣサーミスタを用いているため、電池パックが高温となった場合の保護は可能であるものの、電池パックが低温となった場合の保護ができないという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、二次電池の温度を正確に検出することができ、二次電池の温度保護を高精度に行うことができる電池パック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】
本発明の一実施態様による電池パックは、二次電池の過充電、過放電、過電流を検出して前記二次電池（１２）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（Ｍ１１，Ｍ１２）をオフする保護回路（１５）を備えた電池パックにおいて、
前記二次電池（１２）の近傍に配設され前記二次電池と並列接続されたサーミスタ（Ｒ１３）と抵抗（Ｒ１４）の直列回路と、
前記保護回路内に、前記サーミスタ（Ｒ１３）と抵抗（Ｒ１４）の接続点の電圧を第１所定温度に対応する第１基準電圧（Ｖ１）と比較する第１コンパレータ（２１）を有し、
前記保護回路は、前記第１コンパレータ（２１）の出力信号により前記二次電池の温度が前記第１所定温度を超えたとき前記スイッチ素子（Ｍ１１，Ｍ１２）をオフすることにより、二次電池の温度を正確に検出することができ、二次電池の温度保護を高精度に行うことができる。
【００１３】
前記電池パックにおいて、
前記保護回路内に、前記サーミスタ（Ｒ１３）と抵抗（Ｒ１４）の接続点の電圧を第１所定温度より低い第２所定温度に対応する第２基準電圧（Ｖ２）と比較する第２コンパレータ（３１）を有し、
前記保護回路は、前記第２コンパレータ（３１）の出力信号により前記二次電池の温度が第２所定温度未満となったとき前記スイッチ素子（Ｍ１１，Ｍ１２）をオフする構成とすることができる。
【００１４】
前記電池パックにおいて、
前記サーミスタ（Ｒ１３）は、負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタである構成とすることができる。
【００１５】
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】
【００１６】
本発明によれば、二次電池の温度を正確に検出することができ、二次電池の温度保護を高精度に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
<第１実施形態>
図１は、本発明の電池パックの第１実施形態のブロック図を示す。同図中、リチウムイオン電池１２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１２の正極は配線により電池パック１０の外部端子１３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１０の外部端子１４に接続されている。
【００１８】
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１２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１４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。
【００１９】
また、リチウムイオン電池１２と並列にサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の直列回路が接続されている。上記のサーミスタＲ１３は、電池パック１０内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設されてリチウムイオン電池１２と熱結合されている。サーミスタＲ１３は負の温度係数を持つＮＴＣ（Ｎｅｇａｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いる。
【００２０】
なお、図２に負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタと、正の温度係数を持つＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタそれぞれの温度・抵抗特性を示す。
【００２１】
保護ＩＣ１５は、過充電検出回路１６，過放電検出回路１７，過電流検出回路１８を内蔵している。また、保護ＩＣ１５はリチウムイオン電池１２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１２の負極から電源Ｖｓｓを端子１５ｃに供給されて動作する。
【００２２】
過充電検出回路１６は端子１５ａ，１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過充電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過放電検出回路１７は端子１５ａ，１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過放電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過電流検出回路１８は端子１５ｃ，１５ｆ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１９に供給する。
【００２３】
また、保護ＩＣ１５は端子１５ｂにサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続点Ａを接続され、端子１５ｆに抵抗Ｒ１２の一端を接続され抵抗Ｒ１２の他端は外部端子１４に接続されている。また、保護ＩＣ１５はＤＯＵＴ出力の端子１５ｄをＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続され、ＣＯＵＴ出力の端子１５ｅをＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。
【００２４】
保護ＩＣ１５において、端子１５ｂはコンパレータ２１の非反転入力端子に接続されている。端子１５ｃはツェナーダイオード等の定電圧源２０の負極に接続され、定電圧源２０の正極はコンパレータ２１の反転入力端子に接続されている。
【００２５】
サーミスタＲ１３は図２に負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタであるため、温度が上昇するにしたがって抵抗値が低下して接続点Ａの電圧は上昇する。
【００２６】
コンパレータ２１はヒステリシス特性を有し、定電圧源２０で発生した定電圧Ｖ１と接続点Ａの電圧を比較して、接続点Ａの電圧が高いときハイレベルの信号を出力する。つまり、サーミスタＲ１３の検出温度が定電圧Ｖ１に対応する所定温度（例えば７０°Ｃ程度）を超えるとコンパレータ２１はハイレベルの高温検出信号を出力する。
【００２７】
コンパレータ２１の出力する高温検出信号は不感応時間設定回路２２に供給される。不感応時間設定回路２２は高温検出信号のハイレベル期間が所定値（例えば０．５ｓｅｃ）を超えるとハイレベルの高温検出信号を論理回路１９に供給する。
【００２８】
論理回路１９は、過充電検出回路１６，過放電検出回路１７，過電流検出回路１８それぞれの検出信号を供給されると共に、不感応時間設定回路２２の出力する高温検出信号を供給されている。
【００２９】
論理回路１９は過充電検出回路１６から過充電検出信号を供給されると端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断し、過放電検出回路１７から過放電検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過電流検出回路１８から過電流検出信号を供給されると端子１５ｄ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。
【００３０】
また、論理回路１９は高温検出信号がハイレベルとなると、端子１５ｅ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。なお、端子１５ｄ，１５ｅのＤＯＵＴ出力とＣＯＵＴ出力を共にローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２を遮断しても良い。
【００３１】
上記実施形態によれば、リチウムイオン電池１２の温度を正確に検出することができ、リチウムイオン電池１２が高温となった場合に充電又は充電及び放電を停止して保護することができる。
【００３２】
また、サーミスタＲ１３は図２に示すように温度に対してほぼリニアに抵抗値が変化するＮＴＣサーミスタを用いているため温度を精度良く検出でき、サーミスタＲ１３を電池パック１０内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設することによりリチウムイオン電池１２の温度を精度良く検出できる。なお、ＰＴＣサーミスタはある温度を超えると急激に抵抗値が増加するため温度を精度良く検出できない。
【００３３】
<第２実施形態>
図３は、本発明の電池パックの第２実施形態のブロック図を示す。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。
【００３４】
図３において、リチウムイオン電池１２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１２の正極は電池パック１０の外部端子１３に接続され、負極は電流遮断用のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２を介して電池パック１０の外部端子１４に接続されている。
【００３５】
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１２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１４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。
【００３６】
また、リチウムイオン電池１２と並列にサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の直列回路が接続されている。上記のサーミスタＲ１３は、電池パック１０内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設されてリチウムイオン電池１２と熱結合されている。サーミスタＲ１３は負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタを用いる。
【００３７】
保護ＩＣ１５は、過充電検出回路１６，過放電検出回路１７，過電流検出回路１８を内蔵している。また、保護ＩＣ１５はリチウムイオン電池１２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１２の負極から電源Ｖｓｓを端子１５ｃに供給されて動作する。
【００３８】
過充電検出回路１６は端子１５ａ，１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過充電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過放電検出回路１７は端子１５ａ，１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過放電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過電流検出回路１８は端子１５ｃ，１５ｆ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１９に供給する。
【００３９】
また、保護ＩＣ１５は端子１５ｂにサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続点Ａを接続され、端子１５ｆに抵抗Ｒ１２の一端を接続され抵抗Ｒ１２の他端は外部端子１４に接続されている。また、保護ＩＣ１５はＤＯＵＴ出力の端子１５ｄをＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続され、ＣＯＵＴ出力の端子１５ｅをＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。
【００４０】
保護ＩＣ１５において、端子１５ｂはコンパレータ２１の非反転入力端子に接続されている。端子１５ｃはツェナーダイオード等の定電圧源２０の負極に接続され、定電圧源２０の正極はコンパレータ２１の反転入力端子に接続されている。また、端子１５ｂはコンパレータ３１の反転入力端子に接続されている。端子１５ｃはツェナーダイオード等の定電圧源３０の負極に接続され、定電圧源３０の正極はコンパレータ３１の非反転入力端子に接続されている。
【００４１】
サーミスタＲ１３は図２に負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタであるため、温度が上昇するにしたがって抵抗値が低下して接続点Ａの電圧は上昇する。
【００４２】
コンパレータ２１はヒステリシス特性を有し、定電圧源２０で発生した定電圧Ｖ１と接続点Ａの電圧を比較して、接続点Ａの電圧が高いときハイレベルの信号を出力する。つまり、サーミスタＲ１３の検出温度が定電圧Ｖ１に対応する所定温度（例えば７０°Ｃ程度）を超えるとコンパレータ２１はハイレベルの高温検出信号を出力する。
【００４３】
コンパレータ２１の出力する高温検出信号は不感応時間設定回路２２に供給される。不感応時間設定回路２２は高温検出信号のハイレベル期間が所定値（例えば０．５ｓｅｃ）を超えるとハイレベルの高温検出信号を論理回路１９に供給する。
【００４４】
コンパレータ３１はヒステリシス特性を有し、定電圧源３０で発生した定電圧Ｖ２と接続点Ａの電圧を比較して、接続点Ａの電圧が低いときハイレベルの信号を出力する。つまり、サーミスタＲ１３の検出温度が定電圧Ｖ２に対応する所定温度（例えば−２０°Ｃ程度）未満となるとコンパレータ３１はハイレベルの低温検出信号を出力する。なお、リチウムイオン電池１２は低温になると電池容量が低下するので、低温では放電を防止する必要がある。
【００４５】
コンパレータ３１の出力する低温検出信号は不感応時間設定回路３２に供給される。不感応時間設定回路３２は高温検出信号のハイレベル期間が所定値（例えば０．５ｓｅｃ）を超えるとハイレベルの低温検出信号を論理回路１９に供給する。
【００４６】
論理回路１９は、過充電検出回路１６，過放電検出回路１７，過電流検出回路１８それぞれの検出信号を供給されると共に、不感応時間設定回路２２の出力する高温検出信号を供給されている。
【００４７】
論理回路１９は過充電検出回路１６から過充電検出信号を供給されると端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断し、過放電検出回路１７から過放電検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過電流検出回路１８から過電流検出信号を供給されると端子１５ｄ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。
【００４８】
また、論理回路１９は高温検出信号と低温検出信号のいずれかがハイレベルとなると、端子１５ｄ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。なお、端子１５ｄ，１５ｅのＤＯＵＴ出力とＣＯＵＴ出力を共にローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１，Ｍ１２を遮断しても良い。
【００４９】
上記実施形態によれば、リチウムイオン電池１２の温度を正確に検出することができ、リチウムイオン電池１２が高温となった場合と低温となった場合に放電又は充電及び放電を停止して保護することができる。
【００５０】
電池パックを携帯電話やヘッドセットの電源として使用する場合、温度範囲は−２０°Ｃ〜７０°Ｃ程度であり、この温度範囲外でリチウムイオン電池１２の放電又は充電を停止することができる。
【００５１】
なお、サーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続を逆にしてサーミスタＲ１３をリチウムイオン電池１２の負極に接続するようにしても良く、この場合には端子１５ｂをコンパレータ２１の反転入力端子、コンパレータ３１の非反転入力端子に接続するようコンパレータ２１，３１の入力の接続を逆にすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の電池パックの第１実施形態のブロック図である。
【図２】ＮＴＣサーミスタとＰＴＣサーミスタそれぞれの温度・抵抗特性図である。
【図３】本発明の電池パックの第２実施形態のブロック図である。
【図４】従来の電池パックの一例のブロック図である。
【図５】従来の電池パックの他の一例のブロック図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  電池パック
１２  リチウムイオン電池
１３，１４  外部端子
１５  保護ＩＣ
１６  過充電検出回路
１７  過放電検出回路
１８  過電流検出回路
１９  論理回路
２０，３０  定電圧源
２１，３１  コンパレータ
２２，３２  不感応時間設定回路
Ｃ１１  コンデンサ
Ｍ１１，Ｍ１２  ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒ１４  抵抗
Ｒ１３  サーミスタ
【図１】
2009005558.tif 000003
【図２】
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【図３】
2009005558.tif 000005
【図４】
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【図５】
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