JP2000116011A - 二次電池保護回路 - Google Patents

二次電池保護回路

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JP2000116011A JP10280345A JP28034598A JP2000116011A JP 2000116011 A JP2000116011 A JP 2000116011A JP 10280345 A JP10280345 A JP 10280345A JP 28034598 A JP28034598 A JP 28034598A JP 2000116011 A JP2000116011 A JP 2000116011A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 規格以上の充電器による、充電制御用FET
及び放電制御用FET並びに二次電池の破壊を防止する
ことを目的とする 【解決手段】 充電制御用FETがOFF時、充電器の
充電電圧に比例した負の電位が−B端子に現れ、トラン
ジスタTR2のエミッタEに印加されトランジスタTR
2は導通する。TR2には、充電器の充電電圧に比例し
た電流Ibが流れる。このとき、充電器の電圧が定格電
圧以上の場合は、抵抗Raの電圧降下分が基準電圧VTH
を超えるように、抵抗Rbを設定する。従って、充電器
の電圧が、定格電圧以上の場合は、その後、二次電池の
充電電位が下がり、充電復帰電圧以下となっても、トラ
ンジスタTR1は、OFF状態を継続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム電池等の
二次電池保護回路に係り、特に、所定電圧を越える充電
電圧が印加されたとき、充電回路を停止することが可能
なリチウム電池保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】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
ーを有するその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】リチウムイオン電池は、安全性と電池の性
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は、従来から用いられているリチウム電池等の
二次電池1を保護する回路を示す。リチウム電池等の二
次電池1を保護する回路は、電池保護回路20、抵抗R
1〜R3、コンデンサC1〜C3、放電制御用FETQ
1及び充電制御用FETQ2を有する。+B端子と−B
端子間に充電器又は負荷が接続される。
【0004】電池保護回路20は、過電流検出回路1
0、過放電検出回路11、放電制御部不感応時間回路1
2、充電/負荷検出回路13、過充電検出回路14、不
感応時間設定回路15及び充電制御用FET駆動トラン
ジスタTR1を有している。また、電池保護回路20の
VCC端子は、抵抗R1及びコンデンサC1を介して、
二次電池の正側に接続された端子である。GND端子
は、二次電池の負側に接続された端子であり、電池保護
回路20のGND端子(基準電源端子)でもある。DO
端子は放電制御用FETQ1の駆動用出力端子である。
過放電時にDO端子に現れた出力により放電制御用FE
TQ1がOFFとなり、充放電経路30が切断され放電
を停止する。VM端子は過電流等の検出端子である。抵
抗R3を介して−B端子に接続されている。TD端子は
充電制御における不感応時間設定端子である。このTD
端子はコンデンサC2を介してアースされている。この
コンデンサC2は、不感応時間設定回路15に接続さ
れ、過充電検出回路14の不感応時間を決める。CO端
子は充電制御用FETQ2の駆動用出力端子である。過
充電検出回路14が、過充電を検出するとトランジスタ
TR1が遮断され、ローレベルの信号がCO端子に印加
され、そのローレベルの信号が充電制御用FETQ2の
ゲートに印加され、充電制御用FETQ2がOFFとな
る。充電制御用FETQ2がOFFになると、一方の充
放電経路である二次電池の−端子と−B端子の放電経路
30が切断され、充電が停止する。
【0005】過放電検出回路11は、VCC端子の電圧
を検出し、過放電検出電圧(VS :例えば、2.3V)
以上であれば動作状態を維持し、VCC端子の電圧が過
放電検出電圧(VS )以下になると、DO端子に過放電
検出信号を出力し、放電制御用FETQ1をOFFと
し、放電を停止させる。過放電検出回路11は、放電の
ON/OFFの繰り返しを防ぐために、通常モード(過
放電状態でないとき)への移行は、過放電検出電圧(V
S )を超える電圧で行うようにされている。つまり、放
電の停止は過放電検出電圧(VS )で行い、通常モード
への移行はその過放電検出電圧(VS )超える電圧で行
うというヒステリシス特性を有している。また、VCC
端子の電圧に基づいて、過放電か否かの判断をしている
が、実際には二次電池1の電圧と二次電池1の残存容量
の関係とは必ずしも一致していない。そこで、使用量を
大きくとるために(二次電池1の使用限界まで使用する
ために)、放電制御部不感応時間回路12を設け、過放
電検出を行った時点から、この放電制御部不感応時間回
路12で設定された時間だけ放電を継続し、その後に、
放電制御用FETQ1を遮断する。過電流検出回路10
は、主に、電源の充放電経路30のショート保護のため
に設けられたものである。
【0006】+B及び−B端子には、充電器又は負荷が
接続される。充電/負荷検出回路13は、+B及び−B
端子に充電器が接続されているのか、負荷が接続されて
いるかを検出する回路である。また、過充電検出回路1
4は、VCC端子の電圧を検出し、過充電検出電圧(V
ALM :例えば、4.2V)以下であれば動作状態を維持
し、二次電池1の電圧が過充電検出電圧(VALM )以上
になると、トランジスタTR1のベースに過充電検出信
号を出力する。その結果、充電制御用FETQ2をOF
Fとし、二次電池1への充電を停止させる。過充電検出
回路14は、充電のON/OFFの繰り返しを防ぐため
に、通常モード(過充電状態でないとき)への復帰は、
過充電検出電圧(VALM )未満の復帰電圧(VP :V
ALM −ΔV)で行うようにされている。つまり、充電の
停止は過充電検出電圧(VALM )で行い、通常モードへ
の復帰はその過充電検出電圧未満の復帰電圧(VP :V
ALM −ΔV)で行うというヒステリシス特性を有してい
る。ところで、充電電圧と充電量との関係とは必ずし
も、一致しない(充電の量以上に電圧が大きく示され
る)ことが知られている。そこで、不感応時間設定回路
15を設け、過充電の検出時点からこの不感応時間設定
回路15で設定された時間だけ充電を継続し、フルに充
電した後に充電回路を切断するようにしたものである。
この不感応時間設定回路15の不感応時間は、TD端子
に接続されたコンデンサC2を変更することにより、任
意にその時間を設定することができる。
【0007】図4に従来の二次電池保護回路の動作を示
すタイムチャートを示す。t1で充電を開始し、その
後、t10で過放電を検出し放電回路を遮断して終了し
た例である。t1〜t5が充電モードで、t3で過充電
(VALM )を検出し、t4で充電制御用FETをOFF
としている。t3〜t4間が、過充電不感応時間であ
る。t5〜t8が放電モードで、t5で負荷が接続さ
れ、t6で過電流を検出している。t6〜t7の不感応
時間後に、放電制御用FETがOFFとされている。さ
らに、t8〜t9が充電モードで、その間充電され、t
9に負荷が接続され、放電モードとなっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、充電は、次
の場合において可能である。図4を用いて説明すると、 最初の充電期間:t1〜t4 二次電池の充電電圧が過充電検出電位(VALM )以下の
とき(t1〜t3)及び 過充電不感応時間の間(t3〜t4) 過充電検出後:tp以降 過充電検出後、二次電池の充電電圧が復帰電圧(VP
ALM −ΔV)以下のとき(tp以降) t3で過充電(VALM )を検出し、充電制御用FET
が、不感応時間後のt4にOFFとなり、充電が停止さ
れる。この後、二次電池の充電電位が放電等により下が
り、この充電電圧が、P点で復帰電圧(VP :VALM
ΔV)となったとすると、tp以降の時間で充電が可能
となる。
【0009】 過放電検出後:t8以降 過放電検出後は、上記の間充電が可能である。ところ
で、上記〜における充電は、充電器の電圧に関係無
く行われる。従って、充電器の電圧が、規格以上の場
合、充電回路に接続された充電制御用FET及び放電制
御用FETが破壊したり、充電される二次電池自体が破
壊することがある。
【0010】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あり、リチウム電池等の二次電池保護回路において、規
格以上の充電器による、充電制御用FET及び放電制御
用FET並びに二次電池の破壊を防止することを目的と
するものである。
【0011】
【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(1)の電池電圧に応じて、二次電池の
充電を制御する第1の充電制御手段(Rb又はR3、C
OMP2、TR2、Ra、VTH、COMP1、TR1)
を有する二次電池保護回路(20)において、前記第1
の充電制御手段は、充電器電圧を検出する充電器電圧検
出手段(Rb又はR3、COMP2、TR2、Ra、V
TH、COMP1)と第1の充電回路制御手段(TR1)
とを有し、前記充電器電圧検出手段が、充電器の電圧が
所定値を超えていることを検出したとき、前記第1の充
電回路制御手段が充電回路(30)を遮断するように制
御することを特徴とする二次電池保護回路である。
【0012】請求項1記載の発明によれば、第1の充電
制御手段は、充電器電圧を検出する充電器電圧検出手段
と第1の充電回路制御手段とを有し、充電器電圧検出手
段が、充電器の電圧が所定値を超えていることを検出し
たとき、第1の充電回路制御手段が充電回路を遮断する
ように制御することにより、二次電池保護回路におい
て、規格以上の充電器による、充電制御用FET及び放
電制御用FET並びに二次電池の破壊を防止することが
できる。
【0013】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の充電回路制
御手段は、充電回路(30)に直列に挿入された充電制
御用FET(Q2)を制御する手段であって、前記充電
器電圧検出手段が、充電器の電圧が所定値を超えている
ことを検出したとき、前記第1の充電回路制御手段は、
前記充電制御用FETを遮断するように制御することを
特徴とする二次電池保護回路である。
【0014】請求項2記載の発明は、第1の充電回路制
御手段が充電回路を遮断する手段を規定したものであ
る。請求項3に記載された発明は、請求項1又は2記載
の二次電池保護回路において、前記二次電池の充電を制
御する第2の充電制御手段(14、TR1)を有し、該
第2の充電制御手段は、過充電検出手段(14)及び第
2の充電回路制御手段(TR1)とを有し、前記過充電
検出手段が、前記二次電池の充電電圧が所定値
(VALM )を超えていることを検出したとき、前記第2
の充電回路制御手段が充電回路を遮断するように制御す
ることを特徴とする二次電池保護回路。
【0015】請求項3記載の発明は、過充電の場合に、
充電回路を遮断する手段を規定したものである。請求項
4に記載された発明は、請求項3記載の前記第2の充電
制御手段に設けた前記第2の充電回路制御手段(図3の
TR1)は、前記第1の充電制御手段に設けた前記第1
の充電回路制御手段(図1のTR1)であることを特徴
とする二次電池保護回路。
【0016】請求項4記載の発明によれば、第1の充電
回路制御手段と第2の充電回路制御手段とを兼用し、回
路構成を簡単にすることができる。請求項5に記載され
た発明は、前記充電器電圧検出手段は、充電回路が遮断
されているとき、機能することを特徴とする二次電池保
護回路。請求項5記載の発明によれば、充電器電圧検出
手段は、充電回路が遮断されているときにのみ機能する
ようにしたので、充放電している通常モードでは、充電
器電圧検出手段は機能せず、充電器電圧検出手段による
電力消費を削減することができる。
【0017】
【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に本発明の実施の形態を示
す。トランジスタTR1、TR2,比較器COMP1、
COMP2、抵抗Ra,Rbから構成される。なお、図
1のトランジスタTR1は、図3の充電制御用FET駆
動トランジスタTR1に相当し、図1のVM端子及びC
O端子は、図3のVM端子及びCO端子に相当し、図1
のRbは、図3のR3に相当する。
【0018】+B端子と−B端子間に充電器が接続され
ていても、充放電期間においては、−B端子は、充電制
御用FETQ2及び放電制御用FETQ1が導通してお
り、ほぼGNDレベルである(但し、図4に示すよう
に、充電制御用FETQ2及び放電制御用FETQ1に
おける電圧降下により、充電時は、充電電流により定ま
る僅かな負の電位を維持し、放電時は、放電電流により
定まる僅かな正の電位を維持する)。一方、+B端子と
−B端子間に充電器が接続され、充電制御用FETQ2
がOFFとなると、−B端子に負の電位が現れる。
【0019】スイッチングトランジスタTR2は、トラ
ンジスタTR2のエミッタEの電位がGNDのレベルよ
り、高いと比較器COMP2の出力により、遮断され
る。一方、トランジスタTR2のエミッタEの電位がG
NDのレベルより、低いと比較器COMP2の出力によ
り、導通される。例えば、図2に示すように、過充電検
出回路14が過充電を検出し、充電制御用FET駆動ト
ランジスタTR1がOFFになり、CO端子がローレベ
ルになったときを考える。CO端子がローレベルになる
と、充電制御用FETQ2がOFFとされ、充電器の充
電電圧に比例した負の電位が、−B端子に現れる。−B
端子の負の電位は、トランジスタTR2のエミッタEに
印加される。この場合は、トランジスタTR2のベース
にグランドレベルが印加されるので、トランジスタTR
2は導通する。このときTR2には、充電器の充電電圧
に比例したIb(=V(−B)/Rb:但し、V(−
B)は、−B端子の電圧である。)の電流が流れる。こ
のIbが抵抗Raにも流れる。抵抗Raの電圧降下分が
比較器COMP1の基準電圧VTHより、大きくなると、
充電制御用FET駆動トランジスタTR1のベースに印
加され、充電制御用FET駆動トランジスタTR1を、
OFFとするように制御する。
【0020】この電流Ibの値は、−B端子の電位(つ
まり、充電器の充電電圧)に比例する。ここで、充電器
の電圧が、定格電圧以下の場合は、抵抗Raの電圧降下
分が比較器COMP1の基準電圧VTHより超えないよう
にし、充電器の電圧が、定格電圧以上の場合は、抵抗R
aの電圧降下分が比較器COMP1の基準電圧VTHを超
えるように、抵抗Rbを設定する。
【0021】従って、充電器の電圧が、定格電圧以下の
場合は、二次電池の充電電位が下がり、復帰電圧VP以
下となり、過充電検出回路からの制御信号により、充電
制御用FET駆動トランジスタTR1が導通され、充電
を行うことが可能となる。しかし、充電器の電圧が、定
格電圧以上の場合は、二次電池の充電電位が下がり、復
帰電圧VP以下となり、過充電検出回路からの制御によ
り、充電制御用FET駆動トランジスタTR1を導通す
るように制御信号が、トランジスタTR1のベースに印
加されたとしても、比較器COMP1の信号により、ト
ランジスタTR1は、OFF状態を継続する。
【0022】このようにすることにより、規格を超えた
充電器が、+B端子と−B端子間に接続された場合は、
充電器を外さない限り、充電できないようにして、充電
制御用FET及び放電制御用FET並びに二次電池の破
壊を防止するようにした。また、放電制御用FET及び
充電制御用FETとして、NチャネルMOSFETを用
いて説明したが、他の形のFET(例えば、Pチャネル
MOSFET、PチャネルJFET、NチャネルJFE
T)であってもよい。
【0023】さらに、放電制御用FET及び充電制御用
FETを−B端子と二次電池の負側の電源線に挿入した
が、放電制御用FET及び充電制御用FETを+B端子
と二次電池の正側の充放電経路に挿入しても良い。ま
た、二次電池としては、リチウムイオン電池以外のニカ
ド電池やニッケル水素蓄電池等の二次電池に対して本発
明は有効である。
【0024】
【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1〜3記載
の発明によれば、第1の充電制御手段は、充電器電圧を
検出する充電器電圧検出手段と第1の充電回路制御手段
とを有し、充電器電圧検出手段が、充電器の電圧が所定
値を超えていることを検出したとき、第1の充電回路制
御手段が充電回路を遮断するよう制御することにより、
二次電池保護回路において、規格以上の充電器による、
充電制御用FET及び放電制御用FET並びに二次電池
の破壊を防止することができる。
【0025】請求項4記載の発明によれば、第1の充電
回路制御手段と第2の充電回路制御手段とを兼用し、回
路構成を簡単にすることができる。請求項5記載の発明
によれば、充電器電圧検出手段は、充放電回路が遮断さ
れているときにのみ機能するようにしたので、充放電し
ている通常モードでは、充電器電圧検出手段は機能せ
ず、充電器電圧検出手段による電力消費を削減すること
ができる。
【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】図1の動作を説明するための図である。
【図3】従来の二次電池保護回路を説明するための図で
ある。
【図4】図3の動作を説明するための、タイムチャート
である。
【符号の説明】
1 リチウムイオン電池等の二次電池 10 過電流検出回路 11 過放電検出回路 12 放電制御部不感応時間回路 13 充電/負荷検出回路 14 過充電検出回路 15 不感応時間設定回路 20 電池保護回路 30 充放電経路 +B、−B 充電器又は負荷の接続端子 Q1 放電制御用FET Q2 充電制御用FET Ra、Rb 抵抗 VTH 比較器COMP1の基準電圧 COMP1,COMP2 比較器 TR1 充電制御用FET駆動トランジスタ TR2 スイッチングトランジスタ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 二次電池の電池電圧に応じて、二次電池
    の充電を制御する第1の充電制御手段を有する二次電池
    保護回路において、 前記第1の充電制御手段は、充電器電圧を検出する充電
    器電圧検出手段と第1の充電回路制御手段とを有し、 前記充電器電圧検出手段が、充電器の電圧が所定値を超
    えていることを検出したとき、前記第1の充電回路制御
    手段が充電回路を遮断するように制御することを特徴と
    する二次電池保護回路。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の二次電池保護回路におい
    て、 前記第1の充電回路制御手段は、充電回路に直列に挿入
    された充電制御用FETを制御する手段であって、 前記充電器電圧検出手段が、充電器の電圧が所定値を超
    えていることを検出したとき、前記第1の充電回路制御
    手段は、前記充電制御用FETを遮断するように制御す
    ることを特徴とする二次電池保護回路。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の二次電池保護回路
    において、 前記二次電池の充電を制御する第2の充電制御手段を有
    し、 該第2の充電制御手段は、過充電検出手段及び第2の充
    電回路制御手段とを有し、 前記過充電検出手段が、前記二次電池の充電電圧が所定
    値を超えていることを検出したとき、前記第2の充電回
    路制御手段が充電回路を遮断するように制御することを
    特徴とする二次電池保護回路。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の前記第2の充電制御手段
    に設けた前記第2の充電回路制御手段は、前記第1の充
    電制御手段に設けた前記第1の充電回路制御手段である
    ことを特徴とする二次電池保護回路。
  5. 【請求項5】 前記充電器電圧検出手段は、充電回路が
    遮断されているとき、機能することを特徴とする二次電
    池保護回路。
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