JP2000102176A

JP2000102176A - 二次電池パック

Info

Publication number: JP2000102176A
Application number: JP10266283A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Nishiwaki; 一貴西脇; Toshiya Suzuki; 俊哉鈴木
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1998-09-21
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】二次電池が過充電状態または過放電状態にな
ると充電電流または放電電流を遮断して二次電池の過充
電及び過放電を防止する二次電池パックにおいて、充電
電流及び放電電流による発熱を抑制する。【解決手段】二次電池14の正極側に、充電用プラス端
子12に接続された第１配線15と、放電用プラス端子13に
接続された第２配線16とを互いに並列に設ける。二次電
池14の負極側には、マイナス端子11が接続されている。
充電時には、充電用プラス端子12と放電用プラス端子13
との間に充電器が接続され、第２配線16は電流の流れな
い充電電流非導通部となる。放電時には、放電用プラス
端子13とマイナス端子11との間に負荷が接続され、第１
配線15は電流の流れない放電電流非導通部となる。過充
電防止用ＦＥＴ17を第１配線15に設け、過放電防止用Ｆ
ＥＴ18を第２配線16に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池パックに
係り、特に、二次電池の過充電及び過放電を防止する保
護機構を備える二次電池パックに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、携帯電話機からアウトドアのレジ
ャー用品に至るまで、様々な分野で携帯型の電気機器が
普及し、これに伴って携帯型電気機器の電源として、二
次電池パックの需要が急速に高まっている。

【０００３】二次電池は充電と放電とを繰り返すことに
より何回も繰り返して使用することが可能であるが、過
充電状態や過放電状態になると、電解液が分解してガス
が発生し、性能劣化、電極の損傷、電池内部の短絡等の
不具合が発生することがある。従って、過充電及び過放
電を防止することは非常に重要であり、それらを防止し
て二次電池を保護する保護装置として、種々の形態が提
案されている。

【０００４】例えば、特開平４−７５４３０号公報に
は、二次電池と外部接続端子との間にスイッチ素子を備
え、充電時に端子電圧（電池電圧）が充電禁止電圧を超
えるとスイッチ素子を非導通状態にして充電を停止し、
放電時に端子電圧が放電禁止電圧より小さくなるとスイ
ッチ素子を非導通状態にして放電を停止する保護装置が
開示されている。

【０００５】また、二次電池の端子電圧のみに基づいて
スイッチ素子をＯＮ／ＯＦＦ制御すると、比較的大きな
電流で充電を行った場合、電池の内部抵抗による電圧降
下が大きいため、端子電圧が充電禁止電圧に達して充電
電流が遮断された瞬間に端子電圧が充電開始電圧まで低
下し、充電が再開されるというハンチング動作を生じる
場合がある。そのため、スイッチ素子が高速でＯＮ／Ｏ
ＦＦ動作を繰り返すことにより発熱し、破損に至るおそ
れがある。また、放電時においても、同様にハンチング
動作が起こり、端子電圧が低下して放電電流遮断後から
非回復放電電圧に達するまでの時間が短くなり、二次電
池を破損させるおそれがある。そこで、特開平８−１５
４３４１号公報では、そのようなおそれを未然に回避す
るため、二次電池の充放電経路に、過充電を防止するた
めの過充電防止用ＦＥＴと過放電を防止するための過放
電防止用ＦＥＴとを互いに直列に接続し、二次電池の端
子電圧と電池パックの外部端子間電圧とに基づいて、上
記各ＦＥＴをＯＮ／ＯＦＦ制御する保護装置を開示して
いる。

【０００６】図３を参照しながら、そのような保護装置
を備えた電池パックの一例を説明する。二次電池101の
正極及び負極は、それぞれ電流経路（充放電経路）を介
してプラス端子105及びマイナス端子106に接続され、二
次電池101とプラス端子105との間の電流経路に、過充電
防止用ＦＥＴ103と過放電防止用ＦＥＴ104とが互いに直
列に接続されている。二次電池101の正極及び負極は制
御回路102に接続され、この制御回路102は二次電池101
の端子電圧を検出している。また、この制御回路102
は、二次電池101の端子電圧のみならず、外部接続端子
であるプラス端子１０５とマイナス端子１０６との間の
電圧（以下、「端子間電圧」と称する）も検出してい
る。

【０００７】そして、充電時に二次電池101の端子電圧
が所定の充電禁止電圧に達すると、制御回路102は過充
電防止用ＦＥＴ103を非導通状態に切り換えて充電電流
を遮断する。過充電防止用ＦＥＴ103の非導通状態は、
端子間電圧が所定電圧以下になるまで継続する。従っ
て、二次電池101が電源として利用される等、二次電池1
01が放電して端子間電圧が所定電圧以下にまで下がらな
い限りは、過充電防止用ＦＥＴ103が導通状態となって
充電が開始されることはない。そのため、充電と充電電
流の遮断とを頻繁に繰り返すハンチング動作は防止され
ることになる。また、放電時に二次電池101の端子電圧
が放電禁止電圧以下になると、過放電防止用ＦＥＴ104
を非導通状態に切り換えて放電電流を遮断する。過放電
防止用ＦＥＴ104の非導通状態は、端子間電圧が所定電
圧以上になるまで継続する。従って、二次電池101の充
電が開始されて端子間電圧が所定電圧以上にならない限
り、過放電防止用ＦＥＴ104が導通状態となることはな
い。そのため、放電と放電電流の遮断とを頻繁に繰り返
すハンチング動作も防止されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記保護装置
は、ハンチング動作による発熱は抑制することができる
が、スイッチ素子自体の発熱を抑制することはできな
い。つまり、ＦＥＴ等のスイッチ素子は電流経路に設け
られ、且つスイッチ素子自体が一定の抵抗値を有してい
るため、充放電時に電流経路に電流が流れるとスイッチ
素子は発熱する。そして、上記保護装置では、過充電防
止用ＦＥＴ103と過放電防止用ＦＥＴ104とが互いに直列
に接続されているので、充電時及び放電時の双方におい
て、両ＦＥＴ103,104で熱が発生することになる。発熱
量は電流値の二乗に比例すると考えられるので、充電ま
たは放電を比較的大きな電流値で行う場合は、両ＦＥＴ
3,4の発熱量が非常に大きくなる。そのため、大電流を
流す場合、制御回路102を構成する集積回路や二次電池1
01本体、あるいは電池パックのケース等が過熱され、電
池パックの信頼性が低下していた。

【０００９】また、両ＦＥＴ103,104の発熱は充放電時
の消費電力の増大につながる。そのため、省エネルギー
の観点からも、スイッチ素子における発熱量を低減する
ことが切に望まれていた。

【００１０】このように、大電流値で充放電を行う場
合、スイッチ素子のハンチング動作防止という課題とは
別に、スイッチ素子自体の内部抵抗による発熱を抑制す
ることが課題となっていた。

【００１１】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、たとえ大電流値で充
放電を行っても、スイッチ素子等の電流遮断手段の発熱
量が少ない二次電池パックを提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、充電経路と放電経路とを別々に構成し、
充電経路に放電電流が流れない放電電流非導通部を設け
ると共に、放電経路に充電電流が流れない充電電流非導
通部を設けたうえで、過充電防止用の充電電流遮断手段
を上記放電電流非導通部に設け、過放電防止用の放電電
流遮断手段を上記充電電流非導通部に設けて、充電電流
遮断手段には放電電流が流れず、放電電流遮断手段には
充電電流が流れないようにした。

【００１３】具体的には、第１の発明は、二次電池を備
え、充電器または負荷に接続されて該二次電池に充電ま
たは放電を行わせる二次電池パックであって、上記二次
電池の充電状態及び放電状態を監視し、該二次電池が過
充電状態になると所定の過充電検出信号を出力する一
方、該二次電池が過放電状態になると所定の過放電検出
信号を出力する監視制御手段と、上記二次電池の充電経
路に設けられ、上記過充電検出信号を受けると該二次電
池の過充電を阻止するように遮断状態になる充電電流遮
断手段と、上記二次電池の放電経路に設けられ、上記過
放電検出信号を受けると該二次電池の過放電を阻止する
ように遮断状態になる放電電流遮断手段とを備え、上記
充電経路には、放電時に放電電流が流れない放電電流非
導通部が設けられ、上記放電経路には、充電時に充電電
流が流れない充電電流非導通部が設けられ、上記充電電
流遮断手段は、上記充電経路の上記放電電流非導通部に
設けられ、上記放電電流遮断手段は、上記放電経路の上
記充電電流非導通部に設けられていることとしたもので
ある。

【００１４】上記事項により、充電時には、充電器と二
次電池とをつなぐ充電経路に充電電流が流れる。充電経
路には充電電流遮断手段が設けられており、二次電池が
過充電状態になると、監視制御手段によって充電電流遮
断手段が制御され、過充電を阻止するように充電電流が
遮断される。従って、二次電池の過充電が防止される。
ここで、過放電を阻止するための放電電流遮断手段は、
放電経路のうち充電時には電流が流れない充電電流非導
通部に設けられているので、充電時には発熱しない。従
って、充電時の発熱は充電電流遮断手段のみで起こり、
放電電流遮断手段では熱が発生しないため、発熱量は低
減することになる。一方、放電時には、二次電池と負荷
とをつなぐ放電経路に放電電流が流れる。放電経路には
放電電流遮断手段が設けられており、二次電池が過放電
状態になると、監視制御手段によって放電電流遮断手段
が制御され、二次電池の過放電を阻止するように放電電
流が遮断される。ここで、過充電を阻止するための充電
電流遮断手段は、充電経路のうち放電時には電流が流れ
ない放電電流非導通部に設けられているので、放電時に
は発熱しない。従って、放電時の発熱は放電電流遮断手
段のみで起こり、充電電流遮断手段では熱が発生しない
ので、放電時においても、発熱量は低減することにな
る。

【００１５】第２の発明は、上記第１の発明において、
充電電流遮断手段は、第１スイッチ素子により構成さ
れ、放電電流遮断手段は、第２スイッチ素子により構成
され、上記第１スイッチ素子の許容電流と第２スイッチ
素子の許容電流とが互いに異なっていることとしたもの
である。

【００１６】上記事項により、充電時に監視制御手段が
二次電池の過充電状態を検出すると、第１スイッチ素子
に過充電検出信号が送られ、第１スイッチ素子は充電電
流を遮断する。その結果、二次電池には充電電流が流れ
なくなり、過充電が防止されることになる。一方、放電
時に監視制御手段が二次電池の過放電状態を検出する
と、第２スイッチ素子に過放電検出信号が送られ、第２
スイッチ素子は放電電流を遮断する。その結果、二次電
池には放電電流が流れなくなり、過放電が防止される。
そして、第１スイッチ素子には放電電流が流れず、第２
スイッチ素子には充電電流が流れないことから、両スイ
ッチ素子の許容電流を充電電流または放電電流のうちの
大きい方に応じて設定する必要がなく、第１スイッチ素
子の許容電流は充電電流のみに基づいて、第２スイッチ
素子の許容電流は放電電流のみに基づいて、それぞれ設
定される。従って、設計自由度が増すと共に、いずれか
一方のスイッチ素子の許容電流は他方のスイッチ素子の
許容電流よりも小さく、当該一方のスイッチ素子は他方
に比べて小型且つ安価に構成されることになる。

【００１７】第３の発明は、上記第２の発明において、
第１スイッチ素子は、第１の電界効果トランジスタによ
り形成され、第２スイッチ素子は、許容電流が該第１の
電界効果トランジスタの許容電流よりも大きな第２の電
界効果トランジスタにより形成されていることとしたも
のである。

【００１８】上記事項により、充電電流が放電電流より
も小さい場合に、第１の電界効果トランジスタには充電
電流よりも大きな放電電流が流れないので、その許容電
流を放電電流よりも大きくする必要はない。従って、第
１の電界効果トランジスタは許容電流が小さい分、比較
的小型かつ安価となり、スイッチ素子全体の小型化及び
低コスト化が図られることになる。

【００１９】第４の発明は、上記第３の発明において、
第１の電界効果トランジスタは、第２の電界効果トラン
ジスタよりも小型に構成されていることとしたものであ
る。

【００２０】上記事項により、許容電流の大きな比較的
大型の電界効果トランジスタを二つ設けていた従来と比
べて、スイッチ素子全体が小型化されることになる。

【００２１】第５の発明は、上記第１〜第４の発明にお
いて、放電電流非導通部と充電電流非導通部とは、二次
電池の正極側または負極側において互いに並列に設けら
れ、該放電電流非導通部に接続された充電用端子と、該
充電用端子と別々に形成されて該充電電流非導通部に接
続された放電用端子とを備えていることとしたものであ
る。

【００２２】上記事項により、充電時には充電器と充電
用端子とが接続され、充電電流は充電器、充電用端子、
充電経路の放電電流非導通部、二次電池の順に流れ、充
電電流非導通部には充電電流が流れないことになる。一
方、放電時には負荷と放電用端子とが接続され、放電電
流は二次電池、放電経路の充電電流非導通部、放電用端
子、負荷の順に流れ、放電電流非導通部には放電電流が
流れないことになる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２４】図１は、本実施形態に係る電池パック10の
構成を示すブロック図である。電池パック10は、充放電
可能な二次電池14として、リチウムイオン二次電池セル
14a,14bを備えている。電池セル14a,14bは、互いに直列
に接続されている。なお、本発明に係る二次電池14はリ
チウムイオン二次電池に限定されるものではなく、例え
ば、ニッケル−カドミウム（Ni-Cd）電池、ニッケル水
素（Ni-H）電池等、その他の二次電池であってもよいこ
とは勿論である。

【００２５】電池パック10は、外部接続端子として、充
電及び放電の双方に用いられる充放電用のマイナス端子
11、充電用プラス端子12及び放電用プラス端子13を備え
ている。マイナス端子11は、二次電池14の負極端子に接
続されている。充電用プラス端子12は、第１配線15を介
して二次電池14の正極端子に接続されている。一方、放
電用プラス端子13は、第２配線16を介して二次電池14の
正極端子に接続されている。言い換えると、第１配線15
と第２配線16とは、二次電池14の正極側において互いに
並列に設けられ、第１配線15の先端に充電用プラス端子
12が接続され、第２配線16の先端に放電用プラス端子13
が接続されている。充電用プラス端子12、第１配線15、
二次電池14及びマイナス端子11は、充電時に電流が流れ
る充電経路P1を構成している。一方、マイナス端子11、
二次電池14、第２配線16及び放電用プラス端子13は、放
電時に電流が流れる放電経路P2を構成している。つま
り、本電池パック10においては、充電経路P1と放電経路
P2とが異なっている。そして、第１配線15は、放電時に
電流が流れない放電電流非導通部となり、第２配線16
は、充電時に電流が流れない充電電流非導通部となって
いる。即ち、本電池パック10では、充電経路P1は放電電
流非導通部を備え、放電経路P2は充電電流非導通部を備
えている。

【００２６】充電用プラス端子12と二次電池14の正極端
子との間、つまり第１配線15には、充電電流遮断手段を
構成する第１スイッチ素子として、過充電防止用の電界
効果トランジスタ（ＦＥＴ）17が設けられている。一
方、放電用プラス端子13と二次電池14の正極端子との
間、つまり第２配線16には、放電電流遮断手段を構成す
る第２スイッチ素子として、過放電防止用のＦＥＴ18が
設けられている。即ち、本電池パック10の特徴として、
過充電防止用ＦＥＴ17は充電経路P1の放電電流非導通部
に設けられ、過放電防止用ＦＥＴ18は放電経路P2の充電
電流非導通部に設けられ、これら過充電防止用ＦＥＴ17
及び過放電防止用ＦＥＴ18は互いに並列に接続されてい
る。

【００２７】過充電防止用ＦＥＴ17と過放電防止用ＦＥ
Ｔ18とは、互いに種類の異なるＦＥＴで構成され、過充
電防止用ＦＥＴ17の方が過放電防止用ＦＥＴ18よりも許
容電流が小さく、小型のＦＥＴである。

【００２８】過充電防止用ＦＥＴ17のソースは充電用プ
ラス端子12に接続され、過充電防止用ＦＥＴ17のドレイ
ンは二次電池14の正極端子に接続されている。過放電防
止用ＦＥＴ18のソースは二次電池14の正極端子に接続さ
れ、過放電防止用ＦＥＴ18のドレインは放電用プラス端
子13に接続されている。

【００２９】過充電防止用ＦＥＴ17及び過放電防止用Ｆ
ＥＴ18の各ゲート、各電池セル14a,14bの正極端子及び
負極端子、並びに放電用プラス端子13には、監視制御手
段としての制御回路19が接続されている。制御回路19
は、各電池セル14a,14bの端子電圧と放電時の電流とを
監視しており、後述するように、それらの電圧及び電流
に基づいて、過充電防止用ＦＥＴ17及び過放電防止用Ｆ
ＥＴ18を制御する。

【００３０】次に、図２を参照しながら、制御回路19の
構成を説明する。制御回路19は、第１電池セル14aの端
子電圧を検出する第１電圧検出回路21、第２電池セル14
bの端子電圧を検出する第２電圧検出回路22、放電時の
電流（放電電流）を検出する放電電流検出回路23、第１
〜第５の比較回路24〜28、第１論理和回路29、第２論理
和回路30、過充電防止用ＦＥＴ17に供給する制御電圧を
発生させる第１駆動回路31、及び過放電防止用ＦＥＴ18
に供給する制御電圧を発生させる第２駆動回路32を備え
ている。

【００３１】第１電圧検出回路21は、第１電池セル14a
の正極端子と負極端子とに接続され、その電位差に応じ
た検出電圧を第１比較回路24及び第２比較回路25に供給
する。第２電圧検出回路22は、第２電池セル14bの正極
端子と負極端子とに接続され、その電位差に応じた検出
電圧を第３比較回路26及び第４比較回路27に供給する。
放電電流検出回路23は、第２配線16と二次電池14の正極
端子とに接続され、放電経路P2における電圧降下から放
電電流を検出し、その電流値に応じた検出電圧を第５比
較回路28に供給する。

【００３２】第１比較回路24は、第１電圧検出回路21か
ら供給された電圧が所定の充電禁止電圧Ｖ１以上か否か
を検出し、当該電圧が充電禁止電圧Ｖ１よりも小さい場
合には第１論理和回路29に“Ｌ”を出力する一方、当該
電圧が充電禁止電圧Ｖ１以上の場合には第１論理和回路
29に“Ｈ”を出力する回路である。同様に、第２比較回
路25は、第１電圧検出回路21から供給された電圧が所定
の放電禁止電圧Ｖ２以下か否かを検出し、当該電圧が放
電禁止電圧Ｖ２よりも大きい場合には第２論理和回路30
に“Ｌ”を出力する一方、当該電圧が放電禁止電圧Ｖ２
以下の場合には第２論理和回路30に“Ｈ”を出力する回
路である。第３比較回路26は、第２電圧検出回路22から
供給された電圧が上記充電禁止電圧Ｖ１以上か否かを検
出し、当該電圧が充電禁止電圧Ｖ１よりも小さい場合に
は第１論理和回路29に“Ｌ”を出力する一方、当該電圧
が充電禁止電圧Ｖ１以上の場合には第１論理和回路29に
“Ｈ”を出力する回路である。第４比較回路27は、第２
電圧検出回路22から供給された電圧が上記放電禁止電圧
Ｖ２以下か否かを検出し、当該電圧が放電禁止電圧Ｖ２
よりも大きい場合には第２論理和回路30に“Ｌ”を出力
する一方、当該電圧が放電禁止電圧Ｖ２以下の場合には
第２論理和回路30に“Ｈ”を出力する回路である。第５
比較回路28は、放電電流検出回路23から供給された電圧
が所定の放電禁止電流に対応する所定電圧Ｖ３以上か否
かを検出し、当該電圧が所定電圧Ｖ３よりも小さい場合
には第２論理和回路30に“Ｌ”を出力する一方、当該電
圧が所定電圧Ｖ３以上の場合には第２論理和回路30に
“Ｈ”を出力する回路である。

【００３３】第１論理和回路29は、第１比較回路24及び
第３比較回路26の検出結果の論理和をとる論理回路であ
り、少なくとも一方の回路から“Ｈ”を入力すると、第
１駆動回路31に“Ｈ”を出力する。第２論理和回路30
は、第２比較回路25、第４比較回路27及び第５比較回路
28の検出結果の論理和をとる論理回路であり、少なくと
も一つの回路から“Ｈ”を入力すると、第２駆動回路32
に“Ｈ”を出力する。

【００３４】第１駆動回路31は、過充電防止用ＦＥＴ17
をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御電圧を発生させる電圧発生
回路であり、第１論理和回路29からの“Ｌ”または
“Ｈ”の出力に応動し、過充電検出信号として所定の制
御電圧を過充電防止用ＦＥＴ17に供給する。具体的に
は、第１論理和回路29からの出力が“Ｌ”の場合（各電
池セル14a,14bの端子電圧がすべて正常の場合）には、
過充電防止用ＦＥＴ17を導通状態にするローレベルの制
御電圧を供給し、第１論理和回路29からの出力が“Ｈ”
の場合（いずれかの電池セルが過充電状態にある場合）
には、過充電防止用ＦＥＴ17を非導通状態にするハイレ
ベルの制御電圧を供給する。同様に、第２駆動回路32
は、過放電防止用ＦＥＴ18をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御
電圧を発生させる電圧発生回路であり、第２論理和回路
30からの出力に応動して、過放電検出信号として上記と
同様の制御電圧を過放電防止用ＦＥＴ18に供給する。

【００３５】次に、電池パック10の充電動作及び放電動
作を説明する。

【００３６】まず、充電動作を説明する。充電時には、
充電用プラス端子12とマイナス端子11との間に充電器
（図示せず）が接続される。初期状態では、各電池セル
14a,14bの端子電圧は充電禁止電圧Ｖ１よりも低いた
め、制御回路19から各ＦＥＴ17,18には、ローレベルの
制御電圧が供給されている。そのため、両ＦＥＴ17,18
は共に導通状態となり、充電器のプラス端子から充電用
プラス端子12、過充電防止用ＦＥＴ17、二次電池14、マ
イナス端子11、充電器のマイナス端子の順に所定の充電
電流が流れ、二次電池14の充電が行われる。従って、充
電時には、過放電防止用ＦＥＴ18には電流が流れず、過
放電防止用ＦＥＴ18の発熱は起こらない。なお、本実施
形態では、充電電流として、２〜３Ａ程度の電流を流す
こととしている。

【００３７】その後、充電が進行し、各電池セル14a,14
bの端子電圧は徐々に上昇するが、少なくとも一方の電
池セルの端子電圧が充電禁止電圧Ｖ１に達すると、制御
回路19から過充電防止用ＦＥＴ17に送られる制御電圧が
ハイレベルとなり、過充電防止用ＦＥＴ17は導通状態か
ら非導通状態に切り換えられる。その結果、充電経路P1
が遮断されて充電動作が強制的に停止され、電池セル14
a,14bの過充電が防止される。

【００３８】例えば、第１電池セル14aの端子電圧が充
電禁止電圧Ｖ１以上になると、第１電圧検出回路21から
第１比較回路24に供給される検出電圧が充電禁止電圧Ｖ
１以上となり、第１比較回路24から第１論理和回路29に
“Ｈ”が供給される。第１論理和回路29では、第３比較
回路26からの出力に拘わらず、第１比較回路24から
“Ｈ”を受けたことにより、第１駆動回路31に“Ｈ”を
出力する。それにより、第１駆動回路31は、過充電防止
用ＦＥＴ17のゲートにハイレベルの制御電圧を供給す
る。その結果、過充電防止用ＦＥＴ17のソース−ドレイ
ン間電流が遮断され、充電動作が停止されることにな
る。

【００３９】次に、放電動作を説明する。放電時には、
放電用プラス端子13とマイナス端子11との間に、電気機
器等の負荷（図示せず）が接続される。初期状態では、
各電池セル14a,14bの端子電圧は放電禁止電圧Ｖ２より
も大きく、且つ放電電流は放電禁止電流よりも小さいた
め、制御回路19から各ＦＥＴ17,18には、ローレベルの
制御電圧が供給されている。そのため、両ＦＥＴ17,18
は共に導通状態となり、二次電池14の正極端子から過放
電防止用ＦＥＴ18、放電用プラス端子13、負荷、マイナ
ス端子11、二次電池14の負極端子の順に所定の放電電流
が流れ、二次電池14の放電が行われる。従って、放電時
には、過充電防止用ＦＥＴ17には電流が流れず、過充電
防止用ＦＥＴ17の発熱は起こらない。なお、本実施形態
の電池パック10は、大電流値で放電を行うように構成さ
れており、放電電流は充電電流よりも大きい。本実施形
態では、放電電流として、１５〜３０Ａ程度の電流が流
れる。

【００４０】電池パック10が電源として使用され、二次
電池14の放電が進行すると、各電池セル14a,14bの端子
電圧が徐々に低下する。そして、少なくとも一方の電池
セルの端子電圧が放電禁止電圧Ｖ２に達すると、制御回
路19から過放電防止用ＦＥＴ18に送られる制御電圧がハ
イレベルとなり、過放電防止用ＦＥＴ18は導通状態から
非導通状態に切り換えられる。その結果、放電経路P2が
遮断されて放電動作が強制的に停止され、各電池セル14
a,14bの過放電が防止される。また、放電電流が放電禁
止電流にまで上昇すると、同様に、制御回路19から過放
電防止用ＦＥＴ18に送られる制御電圧がハイレベルとな
り、放電動作が強制的に停止される。

【００４１】例えば、第１電池セル14aの端子電圧が放
電禁止電圧Ｖ２以下になると、第１電圧検出回路21から
第２比較回路25に供給される検出電圧が放電禁止電圧Ｖ
２以下となり、第２比較回路25から第２論理和回路30に
“Ｈ”が出力される。また、放電電流検出回路23で検出
した放電電流が放電禁止電流以上になると、放電電流検
出回路23から第５比較回路28に供給される検出電圧が放
電禁止電流に対応する所定電圧Ｖ３以上となり、第５比
較回路28から第２論理和回路30に“Ｈ”が出力される。
第２論理和回路30は、第２比較回路25、第４比較回路27
または第５比較回路28の少なくとも一つから“Ｈ”を受
けることにより、第２駆動回路32に“Ｈ”を出力する。
これにより、第２駆動回路32は、過放電防止用ＦＥＴ18
のゲートにハイレベルの制御電圧を供給する。その結
果、過放電防止用ＦＥＴ18のソース−ドレイン間電流が
遮断され、放電動作は強制的に停止されることになる。

【００４２】このように、本電池パック10では、充電経
路P1に放電電流非導通部を形成し、放電経路P2に充電電
流非導通部を形成したうえで、過充電防止用ＦＥＴ17を
放電電流非導通部に、過放電防止用ＦＥＴ18を充電電流
非導通部にそれぞれ設けることとしたので、充電時には
過放電防止用ＦＥＴ18に電流が流れず、放電時には過充
電防止用ＦＥＴ17に電流が流れない。そのため、充電時
に過放電保護ＦＥＴ18の発熱は生じない。また、放電時
に過充電防止用ＦＥＴ17の発熱は生じない。従って、充
電時及び放電時の発熱量が低減し、発熱による電池パッ
ク10の性能劣化が起こりにくい。

【００４３】また、充電時及び放電時の発熱量が低減す
ることから、充電時及び放電時のＦＥＴ17,18による消
費電力が低減する。例えば、ＦＥＴの抵抗値をＲ、充電
電流をＩとすると、充電時の消費電力Ｐは、Ｐ＝Ｒ・Ｉ
²で算出される。従って、過充電防止用ＦＥＴ17及び過
放電防止用ＦＥＴ18の抵抗値が等しいと仮定すると、充
電経路に過充電防止用ＦＥＴ17及び過放電防止用ＦＥＴ
18が直列に接続された従来の電池パックに比べ、本実施
形態では充電経路P1には過充電防止用ＦＥＴ17のみが設
けられているので、抵抗値Ｒは従来の半分になる。従っ
て、消費電力は従来に比べて半分に低減する。

【００４４】また、充電時及び放電時の発熱量が低減す
ることから、電池パック10の許容可能な発熱量が従来と
同等であるとすると、充電電流及び放電電流を従来より
も大きくすることが可能となる。つまり、電池パック10
の許容電流を大きくすることができる。従って、大電流
での使用が可能となり、急速充電や大出力での放電が可
能となる。例えば、ＦＥＴの抵抗値をＲ、消費電力をＰ
とすると、充電電流または放電電流Ｉは、Ｉ＝（Ｐ／
Ｒ）^1/2で算出される。従って、消費電力を従来と同等
にした場合、抵抗値Ｒが半分になると、許容電流値は√
２倍（約１．４倍）になる。

【００４５】更に、従来は、充電電流または放電電流の
うち大きい方の電流値が許容電流値を越えないように、
両ＦＥＴを選定する必要があった。しかし、本実施形態
では、過充電防止用ＦＥＴ17には充電電流のみが流れ、
過放電防止用ＦＥＴ18には放電電流のみが流れることか
ら、各電流値に応じてそれぞれのＦＥＴを選定すること
が可能となった。具体的には、本実施形態では充電電流
の方が放電電流よりも小さいことから、過充電防止用Ｆ
ＥＴ17には、過放電防止用ＦＥＴ18に比べて許容電流が
小さく、小型且つ安価なＦＥＴを選定している。その結
果、二次電池14の過充電及び過放電を防止する保護回路
の小型化及び低コスト化を達成することができた。

【００４６】ここで、ＦＥＴの小型化の効果を具体例に
基づいて説明する。従来の電池パックでは、例えば充電
電流が３．５Ａ、放電電流が３０Ａとすると、過充電防
止用ＦＥＴ17及び過放電防止用ＦＥＴ18の双方に、許容
電流が３０ＡのＦＥＴを使用する必要があった。許容電
流が３０ＡのＦＥＴとして、例えば、（株）日立製作所
製の２ＳＪ２８０（外形寸法１０．２ｍｍ×１３．０ｍ
ｍ×４．４４ｍｍ）を使用する場合、保護回路基盤に対
するＦＥＴの必要面積は１０．２ｍｍ×１３．０ｍｍ×
２個＝２６６ｍｍ²となる。これに対し、本実施形態に
よれば、過充電防止用ＦＥＴ17には許容電流が３．５Ａ
のＦＥＴを使用することができ、例えば、過充電防止用
ＦＥＴ17として、（株）日立製作所製のＨＡＴ１０２４
Ｒ（外形寸法５．０ｍｍ×４．０ｍｍ×１．７５ｍｍ）
を使用すれば、ＦＥＴの必要面積は、１０．２ｍｍ×１
３．０ｍｍ＋５．０ｍｍ×４．０ｍｍ＝１５３ｍｍ²と
なる。従って、本実施形態によれば、ＦＥＴの面積を２
６６ｍｍ²−１５３ｍｍ²＝１１３ｍｍ²だけ低減するこ
とができる。その結果、例えば保護回路基盤として、２
０ｍｍ×３０ｍｍ＝６００ｍｍ²のものを使用していた
とすると、１５３ｍｍ²／６００ｍｍ²×１００＝２５％
程度の小型化が可能となる。

【００４７】なお、上記実施形態では、充電時における
充電用プラス端子12とマイナス端子11との間の電圧、及
び放電時における放電用プラス端子13とマイナス端子11
との間の電圧は監視していないが、特開平８−１５４３
４１号公報に開示された保護回路のように、過充電防止
用ＦＥＴ17または過放電防止用ＦＥＴ18のハンチング動
作を防止するため、上記電圧を監視し、当該電圧と各電
池14a,14bの端子電圧とに基づいて保護制御を行うよう
にしてもよいことは勿論である。

【００４８】上記実施形態では、スイッチ素子として電
界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を用いた形態を説明した
が、本発明のスイッチ素子は、ＦＥＴに限定されるもの
ではなく、他のスイッチ素子であってもよい。

【００４９】スイッチ素子は、必ずしも二次電池14の正
極側に設ける必要はなく、二次電池14の負極側に設けて
もよい。

【００５０】二次電池14は複数の電池セルを直列に接続
したものに限定されず、複数の電池セルを並列に接続し
たものであってもよく、複数の電池セルを直列に接続し
て成る電池群を並列に複数列接続したものであってもよ
い。また、二次電池14は単一の電池セルから構成されて
いてもよい。

【００５１】制御回路19の構成は、上記実施形態の構成
に限定されず、過充電の際に過充電防止用ＦＥＴ17を非
導通状態にし、過放電の際に過放電保護ＦＥＴ18を非導
通状態にする限り、他の構成を用いてもよい。

【００５２】充電時に過放電防止用ＦＥＴ18に電流が流
れず、放電時に過充電防止用ＦＥＴ17に電流が流れない
形態であれば、充電用の端子と放電用の端子とが同一で
あってもよい。つまり、一対の端子で充電用端子と放電
用端子とを共用しつつ、電流経路に充電経路P1と放電経
路P2とを別々に形成し、電流の流路を充電経路P1または
放電経路P2に切り換える切換手段を備えるようにしても
よい。

【００５３】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、二
次電池の過充電を防止する充電電流遮断手段を充電経路
における放電電流非導通部に設け、二次電池の過放電を
防止する放電電流遮断手段を放電経路における充電電流
非導通部に設けることとしたので、充電時には放電電流
遮断手段に充電電流が流れず、放電電流遮断手段は発熱
しない。また、放電時には充電電流遮断手段に放電電流
が流れず、充電電流遮断手段は発熱しない。従って、充
電電流及び放電電流による発熱が抑制され、二次電池パ
ックの信頼性が向上し、消費電力が低減する。

【００５４】第２の発明によれば、充電電流遮断手段を
第１スイッチ素子で構成し、放電電流遮断手段を第２ス
イッチ素子で構成し、それら第１スイッチ素子の許容電
流と第２スイッチ素子の許容電流とが互いに異なってい
ることとしたので、両スイッチ素子の許容電流を充電電
流または放電電流のうちの大きい方に応じて設定する必
要がなくなり、第１スイッチ素子の許容電流は充電電流
のみに基づいて、第２スイッチ素子の許容電流は放電電
流のみに基づいて、それぞれ設定することができる。従
って、設計自由度が拡大すると共に、いずれか一方のス
イッチ素子の許容電流を他方のスイッチ素子の許容電流
よりも小さくすることができ、当該一方のスイッチ素子
を他方に比べて小型且つ安価に構成することが可能とな
る。

【００５５】第３の発明によれば、第１スイッチ素子を
第１の電界効果トランジスタで形成し、第２スイッチ素
子を、許容電流が第１の電界効果トランジスタの許容電
流よりも大きな第２の電界効果トランジスタで形成する
こととしたので、第１の電界効果トランジスタは許容電
流が小さいことから小型かつ安価となり、スイッチ素子
全体の小型化及び低コスト化を達成することができる。

【００５６】第４の発明によれば、第１の電界効果トラ
ンジスタを第２の電界効果トランジスタよりも小型に構
成することとしたので、許容電流の大きな比較的大型の
電界効果トランジスタを二つ設けていた従来と比べて、
スイッチ素子全体を小型化することができる。

【００５７】第５の発明によれば、放電電流非導通部と
充電電流非導通部とを二次電池の正極側または負極側に
互いに並列に設け、放電電流非導通部に充電用端子を、
充電電流非導通部に放電用端子をそれぞれ設けることと
したので、充電経路及び放電経路を簡易な構成で実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】二次電池パックの構成を示すブロック図であ
る。

【図２】制御回路の内部構成を示すブロック図である。

【図３】従来の二次電池パックの構成を示すブロック図
である。

【符号の説明】

11 マイナス端子 12 充電用プラス端子 13 放電用プラス端子 14 二次電池 15 第１配線（放電電流非導通部） 16 第２配線（充電電流非導通部） 17 過充電防止用ＦＥＴ（充電電流遮断手段） 18 過放電防止用ＦＥＴ（放電電流遮断手段） 19 制御回路（監視制御手段） P1 充電経路 P2 放電経路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA01 BA01 CA01 CA14 CC02 DA04 DA13 FA03 GA01 5H030 AA03 AA04 AA06 AS06 AS14 FF43 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池を備え、充電器または負荷に接
続されて該二次電池に充電または放電を行わせる二次電
池パックであって、上記二次電池の充電状態及び放電状態を監視し、該二次
電池が過充電状態になると所定の過充電検出信号を出力
する一方、該二次電池が過放電状態になると所定の過放
電検出信号を出力する監視制御手段と、上記二次電池の充電経路に設けられ、上記過充電検出信
号を受けると該二次電池の過充電を阻止するように遮断
状態になる充電電流遮断手段と、上記二次電池の放電経路に設けられ、上記過放電検出信
号を受けると該二次電池の過放電を阻止するように遮断
状態になる放電電流遮断手段とを備え、上記充電経路には、放電時に放電電流が流れない放電電
流非導通部が設けられ、上記放電経路には、充電時に充電電流が流れない充電電
流非導通部が設けられ、上記充電電流遮断手段は、上記充電経路の上記放電電流
非導通部に設けられ、上記放電電流遮断手段は、上記放電経路の上記充電電流
非導通部に設けられていることを特徴とする二次電池パ
ック。
【請求項２】請求項１に記載の二次電池パックにおい
て、充電電流遮断手段は、第１スイッチ素子により構成さ
れ、放電電流遮断手段は、第２スイッチ素子により構成さ
れ、上記第１スイッチ素子の許容電流と第２スイッチ素子の
許容電流とが互いに異なっていることを特徴とする二次
電池パック。
【請求項３】請求項２に記載の二次電池パックにおい
て、第１スイッチ素子は、第１の電界効果トランジスタによ
り形成され、第２スイッチ素子は、許容電流が該第１の電界効果トラ
ンジスタの許容電流よりも大きな第２の電界効果トラン
ジスタにより形成されていることを特徴とする二次電池
パック。
【請求項４】請求項３に記載の二次電池パックにおい
て、第１の電界効果トランジスタは、第２の電界効果トラン
ジスタよりも小型に構成されていることを特徴とする二
次電池パック。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか一つに記載の二
次電池パックにおいて、放電電流非導通部と充電電流非導通部とは、二次電池の
正極側または負極側において互いに並列に設けられ、該放電電流非導通部に接続された充電用端子と、該充電用端子と別々に形成されて該充電電流非導通部に
接続された放電用端子とを備えていることを特徴とする
二次電池パック。