(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池と充電器を結ぶ電源線に、並列にエミッタ又はコレクタが接続されたトランジスタであって、前記電源線に抵抗又はリーク吸収回路を介してベースが接続された充電制御駆動用の第１のトランジスタと、該第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点に、コレクタ又はエミッタが接続された第２のトランジスタとを有する二次電池保護回路において、
前記第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタに、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路を接続し、
充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタを導通させて、充電制御駆動を行うことを特徴とする二次電池保護回路。
【請求項２】
前記第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点の電位に基づいて、過充電保護回路を制御することを特徴とする請求項１記載の二次電池保護回路。
【請求項３】
前記クランプ回路は、充電される二次電池の電位が所定電位以上のときに、動作を開始することを特徴とする請求項１記載の二次電池保護回路。
【請求項４】
二次電池と充電器を結ぶ電源線に並列に接続された充電制御駆動用の第１のトランジスタを設け、
該第１のトランジスタのエミッタ又はコレクタを前記電源線に接続し、前記第１のトランジスタのベースは第１の抵抗又はリーク吸収回路を介して前記電源線に接続し、
該第１のトランジスタのベースと前記第１の抵抗又はリーク吸収回路との接続点に第２のトランジスタのコレクタ又はエミッタを接続し、
該第２のトランジスタのベースは第２の抵抗を介して接地するとともに、
該第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタは、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路に接続し、該第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタとクランプ回路の接続点は、第３の抵抗を介して前記充電器に接続し、
充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタを導通させて、充電制御駆動を行うことを特徴とする二次電池保護回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池保護回路に係り、特に、二次電池が放電尽くした場合でも、充電を可能とした二次電池保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
二次電池の一つであるリチウムイオン電池は、ニカド電池やニッケル水素蓄電池と比較し、約３倍の作動電圧であり、重量エネルギー密度で約２倍のエネルギー密度を有し、体積エネルギー密度も大きい。従って、同一のエネルギーを有する他の電池と比較して、小型でしかも軽い電池である。この軽いということから、ビデオカメラ、携帯電話、ＰＨＳ、ノート型パソコン等の携帯用電気機器に多く使用されている。
【０００３】
このように、リチウムイオン電池は、携帯用電気機器に多く用いられ、かつ出力エネルギーも大きいことから、安全性を確保し、性能を十分に引き出すために、保護回路が使用されている。
図３に従来のリチウム電池保護回路における、充電制御回路を駆動する回路を示す。端子▲１▼及び端子▲２▼間に、充電されるリチウムイオン電池１が接続される。また、端子▲３▼及び端子▲５▼間には、リチウムイオン電池１を充電する充電器２が接続され、リチウムイオン電池１を充電する。実際のリチウムイオン電池１の充電は、充電制御回路９の制御のもとに行われる。
【０００４】
充電制御回路９を駆動する回路は、リチウムイオン電池１と充電器を結ぶ電源線７に並列に接続された充電制御駆動用のトランジスタ３を設け、該トランジスタ３のエミッタと電源線７を接続し、該トランジスタ３のベースは抵抗５を介して電源線７に接続し、トランジスタ３のベースと抵抗５との接続点にトランジスタ４のコレクタを接続し、トランジスタ４のエミッタは接地するとともに、トランジスタ４のベースには、コントローラ（充電器２の負の電位を、正の電位として、トランジスタ４のベースに印加する）６が接続され、該コントローラ６には、充電端子▲５▼が接続されている。
【０００５】
充電の動作を説明する。充電器２の負の電位が、コントローラ６を介して、正の電位として、トランジスタ４のベースに印加される。その結果、トランジスタ４が導通すると電流Ｉ0 が流れる。抵抗５の両端に電流Ｉ0 による電圧降下が発生し、トランジスタ３のベースを順方向にバイアスし、トランジスタ３を導通させる。トランジスタ３が導通すると、トランジスタ３のコレクタ端子から正のゲート信号が出力される。
【０００６】
このゲート信号が充電制御回路９に印加され、充電制御回路９を駆動し、リチウムイオン電池１の充電が開始される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図３の従来の回路では、充電制御回路９の駆動には、トランジスタ３の導通が必要で、更にこのトランジスタ３の導通には、トランジスタ４の導通が必要で、更にこのトランジスタ４の導通には、トランジスタ４のコレクタ・エミッタ間に導通に必要なコレクタ・エミッタ電圧を印加させる必要がある。
【０００８】
そのためには、トランジスタ４の導通に必要なコレクタ・エミッタ電圧が、リチウムイオン電池１に残っていることが必要である。ところが、リチウムイオン電池１が、放電し尽くして、ほとんど電圧がなくなると、リチウムイオン電池１の残存電圧では、トランジスタ４を導通することができなくなる場合が生じる。この場合は、トランジスタ４が導通せず、その結果、トランジスタ３も導通せず、該トランジスタ３のコレクタ端子から、充電制御回路９に駆動信号を出力することができない。
【０００９】
また、充電されるリチウムイオン電池１の残存電圧が０Ｖであっても、充電を可能とするには、図４のような回路構成とすることが考えられる。図４の回路で有れば、リチウム電池１の残存電圧に関係なく、充電器２を端子▲３▼及び端子▲５▼間に接続すれば、電流Ｉ1 が流れ、抵抗５における電圧降下により、トランジスタ３が導通し、トランジスタ３のコレクタ端子から正の駆動信号を得て、充電制御回路９に駆動信号を印加することができる。
【００１０】
しかし、この回路では、充電器を端子▲３▼及び端子▲５▼間に接続している間中、電流Ｉ1 が、抵抗５及び抵抗８を流れ、この電流Ｉ1 により、
Ｉ1 2 （Ｒ5 ＋Ｒ8 ）  ・・・・・・（１）
但し、Ｒ5 ：抵抗５の抵抗値
Ｒ8 ：抵抗８の抵抗値
という電力を消費するという問題がある。
【００１１】
なお、図４において、抵抗５を削除しても動作するが、抵抗８によって、同じように電力消費の問題は残る。
さらに、保護回路に、論理回路を外付することにより、充電されるリチウムイオン電池１の残存電圧が０Ｖであっても、トランジスタ３のコレクタ端子から正の駆動信号を得るようにすることも考えられるが、回路規模が大きくなるという問題がある。
【００１２】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、少ない素子数で、消費電力を削減したリチウム電池等の二次電池の保護回路であって、充電される二次電池の残存電圧が０Ｖであっても、充電を可能とする二次電池保護回路を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明は、二次電池（例えば、リチウムイオン電池１）と充電器２を結ぶ電源線７に、並列にエミッタ又はコレクタが接続されたトランジスタ３であって、前記電源線に抵抗又はリーク吸収回路を介してベースが接続された充電制御駆動用の第１のトランジスタ３と、該第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点に、コレクタ又はエミッタが接続された第２のトランジスタとを有する二次電池保護回路において、前記第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタに、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路１４を接続し、充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタを導通させて、充電制御駆動を行うことを特徴とする二次電池保護回路である。
【００１４】
請求項１記載の発明によれば、第１のトランジスタ３と、該第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点に、コレクタ又はエミッタが接続された第２のトランジスタとを有する二次電池保護回路において、前記第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタに、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路１４を接続したことにより、少ない素子数で、消費電力を削減した二次電池保護回路であって、充電される二次電池の残存電圧が０Ｖであっても、充電を可能とする二次電池保護回路を提供することができる。
【００１５】
請求項２に記載された発明は、請求項１記載の二次電池保護回路において、前記第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点の電位に基づいて、過充電保護回路１５を制御することを特徴とする。
請求項２記載の発明によれば、第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点の電位に基づいて、過充電保護回路１５を制御することにより、過充電時に、充電を中止することができる。
【００１６】
請求項３に記載された発明は、請求項１記載の二次電池保護回路において、前記クランプ回路は、充電される二次電池の電位が所定電位以上のときに、動作を開始することを特徴とする。
請求項３記載の発明によれば、クランプ回路は、充電される二次電池の電位が所定電位以上のときに、動作を開始することにより、第２のトランジスタは、充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、導通するだけであるから、電力消費が極めて少なくて済む。
【００１７】
請求項４に記載された発明は、二次電池（例えば、リチウムイオン電池１）と充電器２を結ぶ電源線７に並列に接続された充電制御駆動用の第１のトランジスタ３を設け、該第１のトランジスタのエミッタ又はコレクタを前記電源線に接続し、前記第１のトランジスタのベースは第１の抵抗５を介して前記電源線に接続し、該第１のトランジスタのベースと前記第１の抵抗との接続点に第２のトランジスタ１０のコレクタ又はエミッタを接続し、該第２のトランジスタのベースは第２の抵抗１２を介して接地するとともに、該第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタは、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路１４に接続し、該第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタとクランプ回路の接続点は、第３の抵抗１１を介して前記充電器に接続し、充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、前記第２のトランジスタと前記第１のトランジスタを導通させて、充電制御駆動を行うことを特徴とする二次電池保護回路である。
【００１８】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明をより具体化したものである。
【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と共に説明する。図１は、本発明のリチウム電池等の二次電池の保護回路における、充電制御回路を駆動する回路を示す。以下の例では、二次電池として、リチウムイオン電池の場合について説明するが、リチウムイオン電池以外の二次電池にも本発明は適用できる。
【００２０】
端子▲１▼及び端子▲２▼間に、リチウムイオン電池１が接続される。端子▲３▼及び端子▲５▼に充電器２が接続され、リチウムイオン電池１を充電する。
充電制御回路を駆動する回路は、リチウムイオン電池１と充電器２を結ぶ電源線７に並列に接続された充電制御駆動用のトランジスタ３を設け、該トランジスタ３のエミッタと電源線７を接続し、該トランジスタ３のベースは抵抗（この抵抗はリーク吸収回路であってもよい）５を介して電源線７に接続し、トランジスタ３のベースと抵抗５の接続点にトランジスタ１０のコレクタを接続し、トランジスタ１０のエミッタはクランプ回路１４に接続し、トランジスタ１０のエミッタとクランプ回路１４の接続点は、抵抗１１を介して端子５に接続されている。また、トランジスタ１０のベースは抵抗１２を介して接地されている。さらに、トランジスタ１０のコレクタは、過充電保護回路１５に接続されている。
【００２１】
トランジスタ１０のエミッタＥは、クランプ回路１４により、定常時は、グランド電位以上に保持されている。従って、トランジスタ１０は、クランプ回路１４が機能すると、遮断されることとなる。
次に、リチウムイオン電池１及び充電器２を保護回路に接続したときの、図１の動作を説明する。Ａ．リチウムイオン電池１の残存電圧が有る程度以上の電圧（例えば、トランジスタの導通に必要な電圧以上の電圧）を有するときと、Ｂ．リチウムイオン電池１の充電電圧が０ボルト近辺のときに分けて説明する。
【００２２】
Ａ：リチウムイオン電池１の残存電圧が有る程度以上の電位を有するとき
▲１▼リチウムイオン電池１自体の電源により、電池保護回路は活性化される。従って、クランプ回路１４が機能しトランジスタ１０は遮断される。
▲２▼トランジスタ３のベースは、抵抗５を介して、リチウムイオン電池の電源によって、順方向にバイアスされ、トランジスタ３が導通し、トランジスタ３のコレクタ端子から正の駆動信号が出力される。その結果、充電制御回路９が駆動され、リチウムイオン電池の充電が行われる。
【００２３】
Ｂ：リチウムイオン電池１の充電電圧が０ボルト近辺のとき
▲１▼トランジスタ１０を除いて、電池保護回路の各回路は、不活性である。
▲２▼トランジスタ１０には、抵抗５、抵抗１１を介して、充電器２の電圧（トランジスタ１０のコレクタに正の電圧が、またエミッタには負の電圧）が印加され、トランジスタ１０は導通する。
【００２４】
▲３▼その結果、抵抗５に電流Ｉ2 が流れる。抵抗５の両端に電流Ｉ2 による電圧降下が発生し、トランジスタ３のベースを順方向にバイアスし、トランジスタ３が導通する。トランジスタ３が導通すると、トランジスタ３のコレクタ端子から正の駆動信号が出力される。その結果、充電制御回路９が駆動され、リチウムイオン電池１の充電が開始される。
【００２５】
▲４▼その後、充電が進むと、クランプ回路１４が活性化する。その結果、トランジスタ１０のエミッタＥは、グランドレベル又はグランドレベル以上に引き上げられ、トランジスタ１０は遮断される。
▲５▼トランジスタ１０が、遮断しても、トランジスタ３のベースは、過充電保護回路１５を介して、充電中のリチウムイオン電池の電源によって、順方向にバイアスされるので、トランジスタ３の導通は維持される。その結果、トランジスタ３のコレクタ端子から正の駆動信号が継続して、充電制御回路９に印加される。充電制御回路９は、充電制御を継続する。
【００２６】
▲６▼過充電保護回路１５は、リチウムイオン電池の両端の電位差により、充電の状態を検出し、過充電になれば、充電を中止するように制御を行う。
トランジスタ１０は、充電されるリチウム電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、導通するだけであるから、電力消費が極めて少なくて済む。
【００２７】
なお、図１において、電源線をリチウムイオン電池１と充電器２の正側に設けたが、負側に設けてもよい。
更に、トランジスタ３として、ＰＮＰ型トランジスタを用いて説明したが、ＮＰＮ型のトランジスタでもよい。同じく、トランジスタ４として、ＮＰＮ型トランジスタを用いて説明したが、ＰＮＰ型のトランジスタでもよい。
【００２８】
図２に本発明に用いられるクランプ回路の例を３通り示す。
図２（Ａ）は、演算増幅器２１とトランジスタ２２から構成されている。Ｘ点は、接地電位で、Ｙ点の電位がクランプ回路の出力としてＡを介して、出力される。
Ｙ点の電位がＸ点の電位より高いと、演算増幅器からの負の出力により、トランジスタ２２は、遮断される。従って、Ｙ点の電位がそのまま、クランプ回路の出力として出力される。
【００２９】
ところで、Ｙ点の電位がＸ点の電位より低いと、演算増幅器からの正の出力により、トランジスタ２２は、導通される。従って、Ｙ点の電位は、トランジスタ２２のコレクタに印加された電源の電位となる。この電源電位が、クランプ回路の出力として出力される。
従って、クランプ回路の出力は、接地電位以上の電位が出力される。
【００３０】
図２（Ｂ）は、二つのカレントミラー回路と初期バイアス回路から構成されている。トランジスタ３１とトランジスタ３２が、第１のカレントミラーを構成し、トランジスタ３３とトランジスタ３４が、第２のカレントミラーを構成している。初期バイアス回路４０は、トランジスタ３５、ダイオード３６及び抵抗３７により構成される。電源投入時にカレントミラーのトランジスタ３２に電流を流すように機能する。電源投入時にダイオード３６の両端電位をトランジスタ３５のベース・エミッタ間電圧として、トランジスタ３５を導通させ、トランジスタ３２に電流を流す。
【００３１】
Ｘ点とＹ点とは、対称な点であり、Ｙ点の電位はＸ点の電位となる。従って、Ｙ点の電位は接地電位とほぼ同じとなり、この接地電位が、クランプ回路の出力として出力される。
図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の第２のカレントミラー回路の二つのトランジスタのエミッタにトランジスタ３８とトランジスタ３９を接続したものである。トランジスタ３８、３９は、コレクタとベースが直接接続され、ダイオードとしての機能を呈する。動作は、図２（Ｂ）と同じで、図２（Ｂ）の回路に比して、クランプ回路の耐圧が高くなっている。
【００３２】
Ｘ点とＹ点とは、対称な点であり、Ｙ点の電位はＸ点の電位となる。従って、Ｙ点の電位は接地電位とほぼ同じとなり、この接地電位が、クランプ回路の出力として出力される。
なお、上記実施の形態は、リチウムイオン電池について説明したが、本発明は、リチウムイオン電池限らず、他の２次電池の充放電制御に対しても有効である。
【００３３】
【発明の効果】
上述の如く本発明によれば、次に述べる種々の効果を実現することができる。
請求項１及び４記載の発明によれば、第１のトランジスタ３と、該第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点に、コレクタ又はエミッタが接続された第２のトランジスタとを有する二次電池保護回路において、前記第２のトランジスタのエミッタ又はコレクタに、定常時グランドレベル又はグランドレベル以上にクランプするクランプ回路１４を接続したことにより、少ない素子数で、消費電力を削減した二次電池保護回路であって、充電される二次電池の残存電圧が０Ｖであっても、充電を可能とする二次電池保護回路を提供することができる。
【００３４】
請求項２記載の発明によれば、第１のトランジスタのベースと前記抵抗との接続点の電位に基づいて、過充電保護回路１５を制御することにより、過充電時に、充電を中止することができる。
請求項３記載の発明によれば、クランプ回路は、充電される二次電池の電位が所定電位以上のときに、動作を開始することにより、第２のトランジスタは、充電される二次電池の残存電圧が０ボルト近辺のときであって、前記クランプ回路が動作しない間、導通するだけであるから、電力消費が極めて少なくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明するための図である。
【図２】本発明に用いられるクランプ回路を説明するための図である。
【図３】従来のリチウム電池保護回路における、充電制御回路を駆動する回路を説明するための図（その１）である。
【図４】従来のリチウム電池保護回路における、充電制御回路を駆動する回路を説明するための図（その２）である。
【符号の説明】
１    リチウムイオン電池（二次電池）
２    充電器
３    充電制御駆動用のトランジスタ
４、１０、３１〜３５、３８、３９    トランジスタ
５、８、１１、１２、３７    抵抗
７    リチウムイオン電池（二次電池）１と充電器２を結ぶ電源線
９    充電制御回路
１４    クランプ回路
１５    過充電保護回路
３６    ダイオード
Ｅ      トランジスタ１０のエミッタとクランプ回路１４の接続点
【図１】
0003747647.tif 000002
【図２】
0003747647.tif 000003
【図３】
0003747647.tif 000004
【図４】
0003747647.tif 000005