JP2000069689A

JP2000069689A - 電池パック装置

Info

Publication number: JP2000069689A
Application number: JP10240535A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Fuchigami; 弘行渕上; Jun Sato; 佐藤　　淳
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1998-08-26
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】電池パック装置内での定電流・定電圧制御に
よって電池セルが許容し得る範囲内での充電を可能とし
た電池パック装置を提供することを目的とする。【解決手段】電池パック装置１００内に検出抵抗１０
５、制御回路１０７および制御用ＦＥＴ１０３を備え、
電池セル１０１の充電電流および充電電圧を検出抵抗１
０５を介して検出し、制御回路１０７により充電電流ま
たは充電電圧に応じた電位を持つ制御信号を生成し、充
電経路を開閉する制御用ＦＥＴ１０３のゲート電極に該
制御信号を供給して、制御用ＦＥＴ１０３の開閉制御を
行うと共に、制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗を可変制御
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、携帯電話やビデオ
カメラ等の電池駆動型携帯電子機器に使用される電池パ
ック装置に係り、特に、どのような外部充電器を用いて
充電を行う場合でも、電池寿命が短くなる、或いは電池
が使用不能となってしまうような事態に至る要因を排除
して、装置の取扱い上の安全性をより向上させた電池パ
ック装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の電池パック装置を示す回路
構成図である。同図において、従来の電池パック装置２
００は、正極端子２２１および負極端子２２３を備え、
また、その構造に負極、正極、電解質および集電体等を
含んで蓄電する電池セル（素電池）１０１と、電池セル
１０１への過充電をそのスイッチング動作によって防止
する過充電防止用電界効果トランジスタ（以下、過充電
防止用ＦＥＴと称す）１１１と、電池セル１０１による
過放電をそのスイッチング動作によって防止する過放電
防止用電界効果トランジスタ（以下、過放電防止用ＦＥ
Ｔと称す）１１３と、過充電および過放電を検出して過
充電防止用ＦＥＴ１１１および過放電防止用ＦＥＴ１１
３のスイッチング動作を制御する保護回路１１５'とを
備えた構成である。

【０００３】このような構成を備えた従来の電池パック
装置２００において、電池セル１０１の充電を行う際に
は、電池パック装置２００の正極端子２２１および負極
端子２２３に外部充電器が接続され、外部充電器から供
給される電流、電圧によって、そのエネルギーが電池セ
ル１０１内に蓄えられる。また、電池パック装置２００
では、充電が完全に終わった後も外部から電圧が印加さ
れる過充電（overcharge）を保護回路１１５'によって
検出し、過充電防止用ＦＥＴ１１１をオフさせて過充電
を防止する保護機能が付加されている。例えば、リチウ
イオン二次電池の場合には極端な過充電に強くなく、充
電器が故障した場合等を想定して、本従来例のように電
池パック装置２００内部に過充電に対する保護機能を内
蔵するのが一般的である。

【０００４】また、電池セル１０１が終止電圧を超えて
放電し続ける過放電（over discharge）についても、保
護回路１１５'がこれを検出し、過放電防止用ＦＥＴ１
１３をオフさせて過放電を防止する保護機能も付加され
ている。例えば、リチウイオン二次電池の場合には、過
放電により電圧が０Ｖ付近まで到達すると電池セル１０
１が劣化するので、本従来例のように電池パック装置２
００内部に過放電に対する保護機能を内蔵するのが一般
的である。

【０００５】このように、特にリチウムイオン電池では
安全性を確保する観点から、電池セル１０１と保護機能
を実現する回路とをセットでプラスチックケース等に入
れた電池パック装置２００という形態で商品化されてい
る。したがって、通常の使用範囲では安全性に問題はな
いが、さらにリチウムイオン電池では、専門知識を全く
持たない使用者に対しても念入りに安全性を確保するべ
く、電池セル１０１の内部構造にＰＴＣ（Positive Tem
perature Coefficient）素子、安全弁、低融点セパレー
タ等を具備したものを使用している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の電池パック
装置２００では、該電池パック２００が使用される電子
機器に専用外部充電器を付属させており、電池セル１０
１の充電を行う際には、この専用外部充電器か或いはメ
ーカ指定の充電装置を使用するようにアナウンスされて
いる。ところが、電池セル１０１の充電を行いたい時に
専用の外部充電器を常備しているとは限らないので、場
合によっては、開発者の想定していないような予定外の
外部充電器を利用者が使用してしまうこともあり得る。

【０００７】その場合、外部充電器によっては、充電条
件でメーカの仕様よりも高い充電電圧または大きな充電
電流で充電を行ってしまい、電池セル１０１の寿命を短
くしてしまうという問題があった。また、さらに充電電
圧を高くすると、電解質の分解等で電池内部の圧力が上
昇して安全弁（電流遮断機構）が働いて電圧を発生しな
くなるという事態に至ったり、さらに、大電流で充電し
た場合にも、ＰＴＣ素子が作動して電流が流れなくなる
という不具合も生じていた。なお、ＰＴＣ素子等の保護
構造を備えていない場合には、過電圧・過電流によって
電池セル１０１に発火、発煙、破裂または液漏れ等の不
具合を生じる可能性もある。

【０００８】本発明は、上記従来の問題点および事情に
鑑みてなされたものであって、専用外部充電器とは出力
容量等の仕様が異なる外部充電器（電池セルの仕様に合
致しない外部充電器）を用いて充電を行う場合でも、電
池パック装置内での定電流・定電圧制御によって電池セ
ルが許容し得る範囲内での充電を可能とし、また例えば
安全弁、ＰＴＣ素子或いはセパレータ等が作動する以前
に充電を停止するようにして、電池寿命が短くなる、或
いは電池が使用不能となってしまうような事態に至る要
因を排除して、装置の取扱い上の安全性をより向上させ
た電池パック装置を提供することを目的としている。

【０００９】また、本発明の他の目的は、電池パック装
置を商用交流電源に直接つなげて充電を行うことが可能
で充電操作の取扱いに簡便な電池パック装置を提供する
ことにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１に係る電池パック装置は、電池セ
ルと、前記電池セルを充電するときの充電電流の経路を
開閉するスイッチング手段と、前記電池セルの充電電流
または充電電圧を検出する検出手段と、前記検出手段の
検出結果に応じた電位を持つ制御信号を前記スイッチン
グ手段に供給して、該スイッチング手段のオン抵抗を可
変制御する制御手段とを具備するものである。

【００１１】また、請求項２に係る電池パック装置は、
請求項１に記載の電池パック装置において、前記電池セ
ルの充電は、該電池セルの電圧が一定値に到達するまで
は定電流で、その後一定の電圧で行われるものである。

【００１２】また、請求項３に係る電池パック装置は、
請求項１または２に記載の電池パック装置において、外
部電源からの電圧供給に基づいて定電圧・定電流の直流
電圧を生成して、前記電池セル、前記スイッチング手段
および前記検出手段に供給する定電圧定電流電源回路を
具備するものである。

【００１３】また、請求項４に係る電池パック装置は、
請求項１、２または３に記載の電池パック装置におい
て、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に基づい
て前記充電電流が所定値以下であるときに、前記スイッ
チング手段を開制御して当該電池パック装置における充
電を停止するものである。

【００１４】さらに、請求項５に係る電池パック装置
は、請求項１、２、３または４に記載の電池パック装置
において、前記制御手段は、前記検出手段の検出結果に
基づいて前記充電電流または前記充電電圧が所定値以上
であるときに、前記スイッチング手段を開制御して当該
電池パック装置における充電を停止するものである。

【００１５】本発明の請求項１および２に係る電池パッ
ク装置では、電池セルの充電電流または充電電圧を検出
手段によって検出し、制御手段では、検出手段の検出結
果に応じた電位を持つ制御信号を生成し、充電電流の経
路を開閉するスイッチング手段に供給して、該スイッチ
ング手段のオン抵抗を可変制御する。特に、請求項２に
係る電池パック装置のように、いわゆる定電流・定電圧
充電方式によって充電が行われる二次電池、例えばリチ
ウムイオン二次電池等に適用した場合には、電池セルの
充電は、該電池セルの電圧が一定値に到達するまでは検
出手段の抵抗分およびスイッチング手段のオン抵抗によ
って制限される定電流で行われ、その後、制御手段によ
るスイッチング手段のオン抵抗の可変制御によって定電
圧で行われる。これにより、専用外部充電器とは出力容
量等の仕様が異なる外部充電器（電池セルの仕様に合致
しない外部充電器）を用いて充電を行う場合でも、電池
パック装置内で電流制限および定電圧制御が行われるの
で、電池セルが許容し得る範囲内での充電が可能とな
る。

【００１６】また、請求項３に係る電池パック装置で
は、スイッチングレギュレータ等の定電圧定電流電源回
路を電池パック装置内に備えて、外部電源からの電圧供
給に基づき定電圧・定電流の直流電圧を生成し、電池セ
ル、スイッチング手段および検出手段に供給する。これ
により、より安定した定電流制御および定電圧制御が可
能となり、どのような外部充電器を用いて定電流・定電
圧充電方式等の方式で充電を行う場合でも、安定した定
電流制御および定電圧制御が行われるので、電池セルが
許容し得る範囲内でのより安定した充電が可能となる。
また、定電圧定電流電源回路の外部電源を商用交流電源
として定電圧・定電流の直流電圧を生成する構成とすれ
ば、外部充電器を用いることなく、当該電池パック装置
を商用交流電源に直接つなげて充電を行うことが可能と
なり、充電操作の取扱いに簡便な電池パック装置を実現
できる。

【００１７】また、請求項４に係る電池パック装置で
は、検出手段の検出結果に基づいて充電電流が所定値以
下であるときに、制御手段によってスイッチング手段を
開制御して当該電池パック装置における充電を停止す
る。このように、電流制限および定電圧制御を行う構成
によって、充電終止電流を検出して充電を終了させる、
いわゆる過充電防止の保護機能を実現できるので、従来
例における過充電防止用ＦＥＴ１１１および保護回路１
１５'の一部が不要となり、回路部品の有効利用を図る
ことができる。

【００１８】さらに、請求項５に係る電池パック装置で
は、検出手段の検出結果に基づいて充電電流または充電
電圧が所定値以上であるときに、制御手段によってスイ
ッチング手段を開制御して当該電池パック装置における
充電を停止する。このように、電流制限および定電圧制
御を行う構成によって、電池セルの過電流保護および過
電圧保護を実現できるので、電池セルの発火、発煙、破
裂または液漏れ等の不具合の発生を抑制して電池パック
装置の安全性を向上させると共に、回路部品の有効利用
を図ることができる。また例えば、安全弁、ＰＴＣ素子
或いはセパレータ等が作動する以前に充電を停止するよ
うに所定値を設定すれば、電池寿命が短くなる、或いは
電池が使用不能となってしまうような事態に至る要因が
排除され、装置の取扱い上の安全性をより向上させるこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電池パック装置の
実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の電池パック装置は、いわゆる定電流・定電圧充
電方式によって充電が行われる二次電池、例えばリチウ
ムイオン二次電池等に適用され、電子手帳、携帯電話、
液晶テレビ、ビデオカメラ、ノートパソコン等々の電池
駆動型の携帯電子機器に使用されるものである。

【００２０】図１は、本発明の一実施形態に係る電池パ
ック装置を示す回路構成図である。なお同図において、
従来の技術（図３）と重複する部分には同一の符号を付
している。図１において、本実施形態の電池パック装置
１００は、正極端子１２１および負極端子１２３を備
え、また、電池セル１０１と、特許請求の範囲の検出手
段に該当する検出抵抗１０５と、制御手段に該当する制
御回路１０７と、スイッチング手段に該当する制御用電
界効果トランジスタ（以下、制御用ＦＥＴと称す）１０
３と、定電圧定電流電源回路に該当するスイッチングレ
ギュレータ１０９とを備え、さらに従来例と同様に、過
放電防止用ＦＥＴ１１３および保護回路１１５を備えて
構成されている。なお、上記構成要素の他に、充電が所
定温度範囲内で行われているか否かを検出して充電を制
御するサーミスタおよび充電温度検出回路等も具備する
が、本発明と直接関係しないので、その構成および動作
については説明を省略する。

【００２１】なお、電池パック装置１００内の各回路部
品の接続関係は以下の通りである。まず、スイッチング
レギュレータ１０９の入力端子は、それぞれ電池パック
装置１００の正極端子１２１および負極端子１２３に接
続されている。また、スイッチングレギュレータ１０９
の正極出力端子が制御用ＦＥＴ１０３のドレイン電極
に、制御用ＦＥＴ１０３のソース電極が検出抵抗１０５
の一端に、検出抵抗１０５の他端が電池セル１０１の正
極側に、電池セル１０１の負極側が過放電防止用ＦＥＴ
１１３のドレイン電極に、過放電防止用ＦＥＴ１１３の
ソース電極がスイッチングレギュレータ１０９の負極出
力端子に、それぞれ直列接続されている。

【００２２】まず電池セル（素電池：Unit Cell）１０
１は、その構造として負極、電解質、正極および集電体
等を備えて構成される単位電池である。なお、リチウム
イオン電池の場合には、従来例と同様に、内部構造にＰ
ＴＣ素子、安全弁、低融点セパレータ等を備えている。
例えば円筒型電池の構造を持つ場合には、ＰＴＣ素子は
導電性炭素を含む樹脂から成り、大電流が流れて温度上
昇すると樹脂が膨張して導電性炭素のパスが切断され、
それ以上の電流を遮断する。また、安全弁は金属薄膜等
で作られ、温度上昇時に電解質の気化や分解ガスにより
電圧内圧が高まると破壊される部品であり、電池の破壊
を防止する。さらに、セパレータは多孔性のポリエチレ
ン、ポリプロピレン或いはその複合膜を使用し、外部短
絡等で大電流が流れてセパレータの融点以上に電池温度
が上昇すると、目詰まりを起こして電流を遮断する。

【００２３】次に、保護回路１１５は、終止電圧を超え
て放電し続ける過放電を検出した時には、過放電防止用
ＦＥＴ１１３のゲート電極に供給する制御信号の電位を
制御することにより、過放電防止用ＦＥＴ１１３をオフ
させて過放電を防止する。この過放電防止の保護機能
は、例えば、放電時に、過放電防止用ＦＥＴ１１３のド
レーン電極−ソース電極間に発生する電圧値を検出する
ことにより放電電流を検出し、過放電防止用ＦＥＴ１１
３のドレーン電極−ソース電極間電圧が所定値以上にな
った時に、過放電防止用ＦＥＴ１１３のゲート電極を"
Ｌ"レベルにしてオフさせ、放電経路を遮断することに
より実現される。

【００２４】なお、過放電防止用ＦＥＴ１１３は電力用
のＦＥＴを使用するのが望ましい。また、従来例（図
３）における過充電防止用ＦＥＴ１１１および保護回路
１１５'内の過充電防止制御を行う部分回路について
は、後述のように、検出抵抗１０５、制御用ＦＥＴ１０
３および制御回路１０７が過充電防止の保護機能を合わ
せ持つことから、本実施形態においては不要となってい
る。

【００２５】次に、スイッチングレギュレータ１０９は
定電圧定電流電源回路として、外部電源からの電圧供給
に基づいて安定した定電圧・定電流の直流電圧を生成し
て、電池セル１０１、制御用ＦＥＴ１０３および検出抵
抗１０５に供給する。外部電源は特に限定されることな
く、当該電池パック１００が使用される電子機器に付属
の専用外部充電器、メーカ指定の外部充電器、専用外部
充電器とは出力容量等の仕様が異なる外部充電器、或い
は商用交流電源の何れであってもよい。すなわち、本実
施形態のスイッチングレギュレータ１０９は、外部電源
を商用交流電源とした場合でも、安定した定電圧・定電
流の直流電圧を生成できる構成である。

【００２６】次に、検出抵抗１０５は、電池セル１０１
の充電経路に直列に接続されて充電電流（ｉ）を検出す
る手段であり、所定の抵抗値（Ｒ）を持つ検出抵抗１０
５による電位差（電圧降下分：Ｒ・ｉ）を、検出抵抗１
０５の両端から制御回路１０５に接続されている２本の
信号線によって供給すると共に、検出抵抗１０５の他端
から制御回路１０５に接続されている信号線によって、
検出抵抗１０５と電池セル１０１の接続点の電位を制御
回路１０７に供給している。

【００２７】また、制御回路１０７は、検出抵抗１０５
の検出結果（充電電流および充電電圧）に応じた電位を
持つ制御信号を生成して制御用ＦＥＴ１０３のゲート電
極に供給する。すなわち、制御回路１０７では、検出抵
抗１０５による電位差および抵抗値（Ｒ）から充電電流
を、検出抵抗１０５と電池セル１０１の接続点の電位か
ら充電電圧をそれぞれ求めて、制御信号を生成する。

【００２８】さらに本実施形態では、制御用ＦＥＴ１０
３として電力用のｎチャネルＭＯＳＦＥＴを使用してお
り、制御用ＦＥＴ１０３は充電経路に挿入されて、ゲー
ト電極に印加される制御信号の電位に応じたスイッチン
グ動作を行って、電池パック装置１００の充電経路を開
閉する。通常状態の充電では、所定範囲内の充電電流お
よび充電電圧で充電が行われ、制御用ＦＥＴ１０３のゲ
ート電極には"Ｈ"レベル電位が供給され続けるので、制
御用ＦＥＴ１０３はオン動作となって充電経路を導通状
態に維持する。

【００２９】一方、過充電、充電終止または過電流と判
断される充電電流や過電圧と判断される充電電圧が検出
された場合には、制御用ＦＥＴ１０３のゲート電極に
は"Ｌ"レベル電位が供給され、制御用ＦＥＴ１０３はオ
フ動作となって充電経路を遮断して充電を停止する。さ
らに通常状態の充電において定電流・定電圧充電方式に
よって充電が行われるが、電池セル１０１の電圧が一定
値に到達するまでは検出抵抗１０５および制御用ＦＥＴ
１０３のオン抵抗によって制限される定電流充電が行わ
れ、その後、制御回路１０７からの制御信号の電位変化
で制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗を可変制御することに
よって定電圧充電が行われる。

【００３０】制御回路１０７では、制御信号の電位を決
定するために、充電電流に対して第１および第２の２つ
のしきい値を持ち、充電電圧に対して１つのしきい値を
持っている。第１の電流しきい値は、過充電検出または
充電終止検出に使用されるもので、電池セル１０１をリ
チウムイオン二次電池とした場合には例えば７０［ｍ
Ａ］に設定され、充電電流が７０［ｍＡ］以下であると
検出された時には、制御信号を"Ｌ"レベル電位にして、
制御用ＦＥＴ１０３をオフ動作させて充電経路を遮断し
て充電を停止する。

【００３１】また、第２の電流しきい値は過電流検出に
使用されるもので、充電電流が第２の電流しきい値以上
であると検出された時には、制御信号を"Ｌ"レベル電位
にして、制御用ＦＥＴ１０３をオフ動作させて充電経路
を遮断して充電を停止する。さらに、電圧しきい値は過
電圧検出に使用されるもので、充電電圧が電圧しきい値
以上であると検出された時には、制御信号を"Ｌ"レベル
電位にして、制御用ＦＥＴ１０３をオフ動作させて充電
経路を遮断して充電を停止する。なお、これら第２の電
流しきい値および電圧しきい値を、安全弁、ＰＴＣ素子
或いはセパレータ等が作動する以前に充電を停止させる
ような値に設定すれば、電池寿命が短くなる、或いは電
池が使用不能となってしまうような事態に至る要因が排
除され、装置の取扱い上の安全性をより向上させること
ができる。

【００３２】次に、電池パック装置１００の電池セル１
０１（リチウムイオン二次電池）に対して充電を行うと
きの動作を以下に説明する。まず、当該電池パック１０
０が使用される電子機器に付属の専用外部充電器、或い
はメーカ指定の外部充電器を使用して充電する場合やス
イッチングレギュレータ１０９の外部電源として商用交
流電源を使用する場合には、通常、充電経路には定格の
（最大電流の範囲内の）充電電流が流れるので、電池パ
ック装置１００の正極端子１２１および負極端子１２３
に接続される専用外部充電器から供給される電流、電圧
によって、電池セル１０１の充電が滞りなく行われる。
すなわち、充電経路には、定格の最大電流の範囲内の充
電電流が流れるので、制御用ＦＥＴ１０３のゲート電極
には"Ｈ"レベル電位が供給され続け、制御用ＦＥＴ１０
３はオン動作となって充電経路を導通状態に維持する。

【００３３】この通常状態の充電で行われる定電流・定
電圧充電方式による充電処理を、図２に例示されたリチ
ウムイオン二次電池の充電曲線を参照して説明する。ま
ず、充電時間が時間０から時間ｔ１まで、すなわち電池
セル１０１の電圧が４．１［Ｖ］に達するまでの定電流
充電においては、スイッチングレギュレータ１０９から
７００［ｍＡ］の安定した定電流が供給されて電池セル
１０１の充電が行われる。

【００３４】次に、電池セル１０１の電圧が４．１
［Ｖ］に達した後の定電圧充電においては、充電電流が
徐々に低下していくが、制御回路１０７は、検出抵抗１
０５で検出される充電電流に応じて制御用ＦＥＴ１０３
のゲート電極に供給される制御信号の電位を変化させ、
制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗を可変制御することによ
って、充電電圧を定電圧４．１［Ｖ］に維持している。

【００３５】その後時間ｔ２で、検出抵抗１０５の電位
差によって充電電流が第１の電流しきい値７０［ｍＡ］
以下である（充電終止）と検出された時には、制御回路
１０７は、制御信号を"Ｌ"レベル電位にして、制御用Ｆ
ＥＴ１０３をオフ動作させて充電経路を遮断して充電を
停止する。

【００３６】次に、当該電池パック１００が使用される
電子機器に付属の専用外部充電器とは出力容量等の仕様
が異なる外部充電器（電池セルの仕様に合致しない外部
充電器）や、メーカが指定していないような予定外の外
部充電器を使用して充電を行う場合について説明する。
本実施形態では、このように専用でない外部充電器が接
続された場合でも、ある程度の範囲で、スイッチングレ
ギュレータ１０９によって、また検出抵抗１０５および
制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗による制限によって、さ
らに制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗の可変制御によっ
て、所定の充電電圧４．１［Ｖ］、充電電流７００［ｍ
Ａ］に安定化することが可能である。

【００３７】しかしながら、スイッチングレギュレータ
１０９による安定化、検出抵抗１０５および制御用ＦＥ
Ｔ１０３のオン抵抗による電流制限、並びに、制御用Ｆ
ＥＴ１０３のオン抵抗の可変制御の定電圧化には性能上
の限界があり、外部充電器によっては、電池セル１０１
に定格最大電圧を超えた充電電圧（過電圧）が印加した
り、充電経路に定格最大電流の範囲を超えた充電電流
（過電流）が流れるおそれがある。

【００３８】本実施形態では、電池セル１０１に過電圧
が印加された場合、制御回路１０７において、充電電圧
が電圧しきい値以上であると判断され、制御用ＦＥＴ１
０３のゲート電極に供給される制御信号を"Ｌ"レベル電
位にして、制御用ＦＥＴ１０３をオフ動作させて充電経
路を遮断するので、充電が停止することとなる。また、
過電流が充電経路を流れた場合にも、制御回路１０７に
おいて、充電電流が第２の電流しきい値以上であると判
断され、制御信号を"Ｌ"レベル電位にして、制御用ＦＥ
Ｔ１０３をオフ動作させて充電経路を遮断して充電を停
止する。

【００３９】以上のように、本実施形態の電池パック装
置１００では、電池パック装置１００内に検出抵抗１０
５、制御回路１０７および制御用ＦＥＴ１０３を設け、
電池セル１０１の充電電流および充電電圧を検出抵抗１
０５を介して検出し、制御回路１０７では、充電電流ま
たは充電電圧に応じた電位を持つ制御信号を生成し、充
電経路を開閉する制御用ＦＥＴ１０３のゲート電極に該
制御信号を供給して、該制御用ＦＥＴ１０３のオン抵抗
を可変制御するので、専用外部充電器とは出力容量等の
仕様が異なる外部充電器を用いて充電を行う場合でも、
電池パック装置１００内で電流制限および定電圧制御が
行われることとなり、電池セル１０１が許容し得る範囲
内での充電が可能となる。

【００４０】また、本実施形態の電池パック装置１００
では、スイッチングレギュレータ１０９を電池パック装
置１００内に備えて、外部電源からの電圧供給に基づき
定電圧・定電流の直流電圧を生成するので、電池パック
装置１００内でのより安定した定電流制御および定電圧
制御が可能となり、どのような外部充電器を用いて定電
流・定電圧充電方式等の方式で充電を行う場合でも、安
定した定電流制御および定電圧制御が行われ、電池セル
１０１が許容し得る範囲内でのより安定した充電が可能
となる。また、スイッチングレギュレータ１０９の外部
電源を商用交流電源として定電圧・定電流の直流電圧を
生成するので、外部充電器を用いなくても、電池パック
装置１００を商用交流電源に直接つなげて充電を行うこ
とが可能となり、充電操作の取扱いが簡便となる。

【００４１】また、本実施形態の電池パック装置１００
では、検出抵抗１０５の検出結果に基づいて充電電流が
第１の電流しきい値以下であるときには、制御回路１０
７によって制御用ＦＥＴ１０３を開制御して電池セル１
０１の充電を停止するので、検出抵抗１０５、制御回路
１０７および制御用ＦＥＴ１０３の構成によって過充電
防止の保護機能を実現でき、回路部品の有効利用を図る
ことができる。

【００４２】さらに、本実施形態の電池パック装置で
は、検出抵抗１０５の検出結果に基づいて充電電流が第
２の電流しきい値以上、或いは、充電電圧が電圧しきい
値以上であるときには、制御回路１０７によって制御用
ＦＥＴ１０３を開制御して電池セル１０１の充電を停止
するので、検出抵抗１０５、制御回路１０７および制御
用ＦＥＴ１０３の構成によって過電流保護および過電圧
保護を実現でき、電池セル１０１の発火、発煙、破裂ま
たは液漏れ等の不具合の発生を抑制して電池パック装置
１００の安全性を向上させると共に、回路部品の有効利
用を図ることができる。

【００４３】なお、本実施形態では、制御用ＦＥＴ１０
３としてｎチャネルＭＯＳＦＥＴを使用しているが、そ
の代わりとしてバイポーラトランジスタ等の他の半導体
スイッチング素子を用いても良い。ただし、本実施形態
の制御用ＦＥＴ１０３と同様に電力用のものを使用する
のが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電池パッ
ク装置によれば、電池セルの充電電流または充電電圧を
検出手段によって検出し、制御手段では、検出手段の検
出結果に応じた電位を持つ制御信号を生成し、充電電流
の経路を開閉するスイッチング手段に供給して、該スイ
ッチング手段のオン抵抗を可変制御することとし、特
に、定電流・定電圧充電方式によって充電が行われる二
次電池に適用した場合には、電池セルの充電は、該電池
セルの電圧が一定値に到達するまでは検出手段の抵抗分
およびスイッチング手段のオン抵抗によって制限される
定電流で行われ、その後、制御手段によるスイッチング
手段のオン抵抗の可変制御によって定電圧で行われるの
で、専用外部充電器とは出力容量等の仕様が異なる外部
充電器を用いて充電を行う場合でも、電池パック装置内
で電流制限および定電圧制御が行われることとなり、電
池セルが許容し得る範囲内での充電が可能な電池パック
装置を提供することができる。

【００４５】また、本発明の電池パック装置によれば、
スイッチングレギュレータ等の定電圧定電流電源回路を
電池パック装置内に備えて、外部電源からの電圧供給に
基づき定電圧・定電流の直流電圧を生成し、電池セル、
スイッチング手段および検出手段に供給することとした
ので、より安定した定電流制御および定電圧制御が可能
となり、どのような外部充電器を用いて定電流・定電圧
充電方式等の方式で充電を行う場合でも、安定した定電
流制御および定電圧制御が行われ、電池セルが許容し得
る範囲内でのより安定した充電が可能な電池パック装置
を提供することができる。また、定電圧定電流電源回路
の外部電源を商用交流電源として定電圧・定電流の直流
電圧を生成する構成とすれば、外部充電器を用いること
なく、当該電池パック装置を商用交流電源に直接つなげ
て充電を行うことが可能となり、充電操作の取扱いに簡
便な電池パック装置を実現できる。

【００４６】また、本発明の電池パック装置によれば、
検出手段の検出結果に基づいて充電電流が所定値以下で
あるときに、制御手段によってスイッチング手段を開制
御して当該電池パック装置における充電を停止すること
としたので、電流制限および定電圧制御を行う構成によ
って過充電防止の保護機能を実現でき、回路部品の有効
利用を図ることができる。

【００４７】さらに、本発明の電池パック装置によれ
ば、検出手段の検出結果に基づいて充電電流または充電
電圧が所定値以上であるときに、制御手段によってスイ
ッチング手段を開制御して当該電池パック装置における
充電を停止することとしたので、電流制限および定電圧
制御を行う構成によって過電流保護および過電圧保護を
実現でき、電池セルの発火、発煙、破裂または液漏れ等
の不具合の発生を抑制して電池パック装置の安全性を向
上させると共に、回路部品の有効利用を図ることができ
る。また例えば、安全弁、ＰＴＣ素子或いはセパレータ
等が作動する以前に充電を停止するように所定値を設定
すれば、電池寿命が短くなる、或いは電池が使用不能と
なってしまうような事態に至る要因が排除され、装置の
取扱い上の安全性をより向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電池パック装置を示
す回路構成図である。

【図２】定電流・定電圧充電方式による充電処理を説明
するリチウムイオン二次電池の充電曲線の説明図であ
る。

【図３】従来の電池パック装置を示す回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１００電池パック装置１０１電池セル１０３制御用ＦＥＴ１０５検出抵抗１０７制御回路１０９スイッチングレギュレータ１１１過電圧充電防止用ＦＥＴ１１３過放電防止用ＦＥＴ１１５，１１５' 保護回路１２１正極端子１２３負極端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA03 CA11 CC02 FA04 GA01 5H030 AA03 AA06 AA10 AS06 AS11 BB02 BB03 BB04 FF42 FF43

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池セルと、前記電池セルを充電するときの充電電流の経路を開閉す
るスイッチング手段と、前記電池セルの充電電流または充電電圧を検出する検出
手段と、前記検出手段の検出結果に応じた電位を持つ制御信号を
前記スイッチング手段に供給して、該スイッチング手段
のオン抵抗を可変制御する制御手段と、を有することを
特徴とする電池パック装置。
【請求項２】前記電池セルの充電は、該電池セルの電
圧が一定値に到達するまでは定電流で、その後一定の電
圧で行われることを特徴とする請求項１記載の電池パッ
ク装置。
【請求項３】外部電源からの電圧供給に基づいて定電
圧・定電流の直流電圧を生成して、前記電池セル、前記
スイッチング手段および前記検出手段に供給する定電圧
定電流電源回路を有することを特徴とする請求項１また
は２記載の電池パック装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記検出手段の検出結
果に基づいて前記充電電流が所定値以下であるときに、
前記スイッチング手段を開制御して当該電池パック装置
における充電を停止することを特徴とする請求項１、２
または３記載の電池パック装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記検出手段の検出結
果に基づいて前記充電電流または前記充電電圧が所定値
以上であるときに、前記スイッチング手段を開制御して
当該電池パック装置における充電を停止することを特徴
とする請求項１、２、３または４記載の電池パック装
置。