JP2001339866A

JP2001339866A - 二次電池を内蔵する電気機器

Info

Publication number: JP2001339866A
Application number: JP2000160043A
Authority: JP
Inventors: Kensuke Fukui; 憲介福井; Takahiko Mashima; 隆彦真嶋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2001-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-30
Also published as: JP3691347B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電流を遮断するまで電池電圧が低下する状態
で長期間放置されても、二次電池の過放電を有効に防止
して、二次電池の寿命を著しく延長する。【解決手段】二次電池を内蔵する電気機器は、二次電
池１と、この二次電池１を電源として動作する負荷２
と、二次電池１を過充電と過放電から防止する保護回路
４とを備える。保護回路４は、電池電圧が設定電圧より
も低くなると、二次電池１の放電を停止する主保護回路
４Ａと、ダイオード７を介して二次電池１に接続してな
るサブ電池８を備えるサブ保護回路４Ｂとを備える。サ
ブ保護回路４Ｂは、ダイオード７を、サブ電池８が二次
電池１を充電できる方向に接続しており、二次電池１の
電圧が低下すると、サブ電池８が二次電池１を補充電し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池を内蔵す
る電気機器に関し、とくに、長期間放置されたときに二
次電池が劣化するのを有効に防止できる電気機器に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】二次電池を内蔵して電源に使用する電気
機器は、電源コードを接続しないで便利に使用できる。
しかしながら、内蔵している二次電池の寿命が尽きる
と、充電できなくなって使用できなくなる。二次電池
は、長期間過放電状態にあると不活性になって、充電し
ても初期の充電容量に回復できなくなり、寿命が尽きて
しまうことがある。二次電池の過放電を防止するため
に、電池電圧を検出して、電池電圧が設定された電圧よ
りも低くなると、放電を強制的に遮断している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】二次電池の電圧を検出
して放電を遮断する回路では、必ずしも二次電池の過放
電を確実に阻止できるとはかぎらない。電池の放電を遮
断した後、自己放電によってさらに放電が進行し、ま
た、放電を遮断する回路も微小な電流を消費することが
あるからである。とくに、二次電池は一次電池に比較し
て自己放電が大きいので、自己放電による放電を無視で
きない。

【０００４】自己放電による二次電池の過放電は、実際
の使用状態と、流通在庫において問題となる。実際の使
用状態においては、たとえば、二次電池の放電が遮断さ
れる状態になった電気機器は、使用できないので、その
まま充電することなく放置されることがある。この状態
で長期間放置されると、自己放電によって二次電池の放
電がさらに進行して過放電状態となる。また、流通在庫
においては、製造された電気機器が実際に使用されるま
で充電されない。とくに、流通在庫は長年月にわたるこ
とがあり、在庫年月を確実に管理することが難しく、長
期間に放置されて、二次電池が自己放電で過放電され、
実際にユーザーが使用するときに二次電池の性能が著し
く低下することがある。

【０００５】本発明は、このような欠点を解決すること
を目的に開発されたもので、本発明の重要な目的は、電
流を遮断するまで電池電圧が低下する状態で長期間放置
されても、二次電池の過放電を有効に防止して、二次電
池の寿命を著しく延長できる二次電池を内蔵する電気機
器を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の二次電池を内蔵
する電気機器は、二次電池１と、この二次電池１を電源
として動作する負荷２と、二次電池１を過充電と過放電
から防止する保護回路４とを備える。保護回路４は、電
池電圧が設定電圧よりも低くなると、二次電池１の放電
を停止する主保護回路４Ａと、ダイオード７を介して二
次電池１に接続してなるサブ電池８を備えるサブ保護回
路４Ｂとを備える。サブ保護回路４Ｂは、ダイオード７
を、サブ電池８が二次電池１を充電できる方向に接続し
ており、二次電池１の電圧が低下すると、サブ電池８が
二次電池１を補充電している。

【０００７】サブ保護回路４Ｂは、好ましくは、ダイオ
ード７と直列に電流制限抵抗９を接続する。このサブ保
護回路４Ｂは、電流制限抵抗９で、サブ電池８が二次電
池１を充電する充電電流を制限できるので、長期間にわ
たって二次電池１を補充電できる。

【０００８】さらに、本発明の電気機器は、好ましく
は、サブ電池８を二次電池１よりも自己放電の少ない電
池として、長期間にわたって二次電池１の自己放電を補
うことができる。サブ電池８は、好ましくは一次電池と
する。一次電池は、二次電池に比較して自己放電が少な
いからである。この電気機器は、たとえば、二次電池１
をリチウムイオン二次電池として、サブ電池８をリチウ
ム一次電池とすることができる。

【０００９】さらに、本発明の電気機器は、好ましく
は、主保護回路４Ａが、電流を遮断する設定電圧が異な
る第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂとを備える。第
１保護回路４ａは負荷２に直列に接続されて、二次電池
１の電圧が第１設定電圧以下になると負荷２に流れる電
流を遮断する。第２保護回路４ｂは二次電池１と直列に
接続されて、二次電池１の電圧が第２設定電圧以下に低
下すると、二次電池１から流れる電流を遮断する。この
電気機器は、好ましくは、第１設定電圧を第２設定電圧
よりも高く設定する。

【００１０】さらに、本発明の電気機器は、第２保護回
路４ｂを、二次電池１を内蔵するパック電池１０に内蔵
することもできる。この電気機器は、パック電池１０と
並列にサブ保護回路４Ｂを接続する。

【００１１】さらに、本発明の電気機器は、サブ保護回
路４Ｂを二次電池１に並列に接続することもできる。こ
の電気機器は、サブ電池８が二次電池１の補充電以外に
放電されるのを阻止できる。

【００１２】さらに、本発明の電気機器は、好ましく
は、二次電池１を電源として動作する電池管理回路３を
負荷２と並列に接続する。この電気機器は、第１保護回
路４ａが負荷２に流れる電流を遮断し、第２保護回路４
ｂが負荷２と電池管理回路３に流れる電流を遮断する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明
の技術思想を具体化するための電気機器を例示するもの
であって、本発明は電気機器を以下のものに特定しな
い。

【００１４】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する
番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決
するための手段の欄」に示される部材に付記している。
ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材
に特定するものでは決してない。

【００１５】本発明は電気機器を特定しないが、電気機
器は、電気かみそりや電動歯ブラシなどである。図１の
ブロック図と図２の回路図は、電気かみそりに内蔵され
る回路構成を示している。これ等の図の電気機器は、二
次電池１と、二次電池１を電源として動作する負荷２
と、この負荷２と並列に接続している電池管理回路３
と、二次電池１を過充電と過放電から防止する保護回路
４とを備える。

【００１６】二次電池１はリチウムイオン二次電池であ
る。リチウムイオン二次電池は、大きさや重さに対する
充電容量が大きく、小さくかつ軽くして充電容量を大き
くできる。ただ、リチウムイオン二次電池は、長期間過
放電した状態に放置すると不活性になって充電しても充
電容量を回復できなくなる。本発明は、二次電池の過放
電を防止するためのサブ保護回路を備えるので、二次電
池をリチウムイオン二次電池として、二次電池の寿命を
長くできる。ただ、二次電池は、リチウムイオン二次電
池にかぎらず、長期間過放電状態にすると性能が低下す
る性質がある。したがって、二次電池には、他のタイプ
の電池、たとえばニッケル−水素電池やニッケル−カド
ミウム電池を使用することもできる。

【００１７】負荷２は、電気機器によって異なる。電気
かみそりや電動歯ブラシのように、機械的な駆動機構を
内蔵する電気機器の負荷はモーターである。電気機器が
無線器の場合、負荷は送信回路または受信回路である。
さらに、コンピュータ等の場合は電子回路である。

【００１８】電池管理回路３は、電池の残容量を演算す
る回路、演算した残容量を表示する回路、電池の充放電
を制御する回路等である。電池管理回路３は、できる限
り消費電流が少なくなるように設計される。また、電池
の電圧が低下して、保護回路４で負荷２の電流が遮断さ
れた後も、二次電池１から電力が供給され、電池電圧が
さらに低下すると、保護回路４で電力の供給が遮断され
る。

【００１９】保護回路４は、主保護回路４Ａとサブ保護
回路４Ｂとを備える。主保護回路４Ａは、二次電池１の
電圧を検出して電池電圧が設定電圧よりも低くなると、
二次電池１の放電を停止する。図の電気機器は、第１保
護回路４ａと第２保護回路４ｂからなる主保護回路４Ａ
を備えている。第１保護回路４ａは負荷２に直列に接続
されて、二次電池１の電圧が第１設定電圧以下になると
負荷２に流れる電流を遮断する。第２保護回路４ｂは二
次電池１と直列に接続されて、二次電池１の電圧が第２
設定電圧以下に低下すると、二次電池１から流れる電流
を遮断する。

【００２０】第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂは、
電流を遮断する設定電圧が異なり、第１設定電圧は第２
設定電圧よりも高く、いいかえると、第２設定電圧を第
１設定電圧よりも低く設定している。二次電池１をリチ
ウムイオン二次電池とする電気機器は、たとえば、第１
設定電圧を３．１Ｖ／セルとし、第２設定電圧を２．７
Ｖ／セルとする。二次電池１が放電して、第１設定電圧
になると第１保護回路４ａが負荷２に流れる電流を遮断
する。この状態で、第１保護回路４ａは、電池管理回路
３に流れる電流を遮断しない。さらに二次電池１が放電
されて、第２設定電圧になると第２保護回路４ｂが、二
次電池１から流れる全ての電流を遮断する。この状態
で、負荷２と電池管理回路３の両方に流れる電流が遮断
される。

【００２１】第１保護回路４ａと第２保護回路４ｂは、
電圧検出回路５とスイッチング素子６とを備える。スイ
ッチング素子６は、ＦＥＴまたはトランジスター等の半
導体スイッチング素子で、オン状態で電池を放電できる
方向に接続している。第１保護回路４ａのスイッチング
素子６は、負荷２と直列に接続されて、負荷２に流れる
電流を遮断する。第２保護回路４ｂのスイッチング素子
６は、二次電池１と直列に接続されて、二次電池１から
流れる電流を遮断する。電圧検出回路５は、二次電池１
の電圧を検出して設定電圧に比較し、電池電圧が設定電
圧以下になるとスイッチング素子６をオフとし、電池電
圧が設定電圧よりも高いときに、スイッチング素子６を
オンに制御する。

【００２２】図の電気機器は、第２保護回路４ｂを、二
次電池１を内蔵するパック電池１０に内蔵させている。
いいかえると、第２保護回路４ｂを内蔵しているパック
電池１０を電気機器にセットしている。この電気機器
は、第２保護回路４ｂを内蔵しているパック電池１０を
装着するので、パック電池１０と並列、すなわち、二次
電池１と第２保護回路４ｂと直列に接続してなる回路と
並列にサブ保護回路４Ｂを接続している。

【００２３】サブ保護回路４Ｂはダイオード７とサブ電
池８とを備え、ダイオード７を介してサブ電池８を二次
電池１に接続している。サブ保護回路４Ｂは、二次電池
１の電圧が低下すると、ダイオード７を通過して、サブ
電池８で二次電池１を補充電する。サブ電池８が二次電
池１を補充電できるように、ダイオード７はサブ電池８
が二次電池１を充電できる方向に接続している。さら
に、ダイオード７は、二次電池１を充電するときにサブ
電池８に充電電流が流れるのを阻止する。

【００２４】さらにまた、ダイオード７の両端に発生す
る電圧降下は、サブ電池８が二次電池１を充電するとき
に、サブ電池８が二次電池１を補充電する状態を理想的
な電圧値に調整する。サブ電池８は、二次電池１が過放
電になる電圧に低下するまで、二次電池１を充電する必
要がない。仮に、サブ電池８がつねに二次電池１を充電
すると、サブ電池８は短期間で放電されてしまい、二次
電池１の過放電を長期間にわたって防止できなくなる。
サブ電池８は、二次電池１の電圧が、過放電される状態
になるまで低下するときにかぎって、二次電池１の充電
を開始するのが理想である。サブ電池８と直列に接続し
ているダイオード７は、両端に約０．６Ｖの電圧降下が
発生する。したがって、二次電池１の電圧がサブ電池８
の電圧よりも０．６Ｖ以下に低下するまで、サブ電池８
は二次電池１の充電をしない。二次電池１の電圧が過放
電になるまで低下すると、サブ電池８が二次電池１を充
電する。ダイオード７は極めて安価なパーツで、しかも
両端の電圧降下がほぼ一定である。このため、二次電池
１とサブ電池８に、電圧値のほぼ等しい電池を使用する
電気機器において、サブ電池８と直列にダイオード７を
接続して、サブ電池８が二次電池１を充電する電圧を理
想的な電圧値に制御できる。また、ダイオード７の電圧
降下はほぼ一定であるから、複数のダイオード７を直列
に接続して、ダイオード７全体での電圧降下を最適電圧
に調整することができる。ダイオード７を直列接続する
個数を多くして、サブ電池８が二次電池１の充電を開始
するときの二次電池１の電圧値を低くできる。

【００２５】さらに、図のサブ保護回路４Ｂは、サブ電
池８が二次電池１を充電する充電電流を制限するため
に、ダイオード７と直列に電流制限抵抗９を接続してい
る。電流制限抵抗９の抵抗値は、サブ電池８が二次電池
１を充電する充電電流で、二次電池１の自己放電を補う
ことができるように設定する。

【００２６】二次電池１は自己放電するがその放電電流
は極めて小さい。このため、電流制限抵抗９の抵抗値
は、たとえば、約１０ｋΩと非常に大きな値に設定し
て、サブ電池８が二次電池１を充電する充電電流を小さ
くして、長期間にわたって二次電池１を補充電できるよ
うにする。さらに、サブ電池８は、長期間にわたって、
二次電池１の自己放電を補うことができるように、二次
電池１よりも自己放電の少ない電池を使用する。一次電
池は、二次電池に比較して自己放電が少ない。したがっ
て、サブ電池８には、好ましくは一次電池を使用する。
とくに、サブ電池８にはリチウム一次電池が最適であ
る。リチウム一次電池の自己放電が極めて少なく、長期
間にわたって二次電池１を補充電できるからである。こ
のため、二次電池１をリチウムイオン二次電池として、
サブ電池８をリチウム一次電池とする組合せは最適であ
る。とくに、この組合せは、サブ電池８と直列に接続さ
れたダイオード７でもって、サブ電池８が二次電池１を
充電する電圧も最適値に設定できる。

【００２７】サブ電池８は、負荷２に電力を供給するた
めの電池ではない。二次電池１の自己放電を補償するた
めの電池である。二次電池１の自己放電による電流は極
めて小さい。したがって、サブ電池８は、二次電池１の
容量に比較して容量の小さい電池、たとえば、コイン電
池、とくにリチウム一次電池であるコイン電池が最適で
ある。狭いスペースに収納して、極めて長期間にわたっ
て二次電池１の過放電による劣化を有効に防止できるか
らである。

【００２８】図１と図２の電気機器は、二次電池１と直
列に接続している第２保護回路４ｂをパック電池１０に
内蔵して、パック電池１０と並列にサブ保護回路４Ｂを
接続している。この電気機器は、保護回路を内蔵してい
るパック電池１０を電気機器に装着できる。ただ、この
電気機器は、第２保護回路４ｂが二次電池１の電流を遮
断する状態で、サブ電池８が電池管理回路３で放電され
る。サブ電池８の放電電流は、電流制限抵抗９に制限さ
れて極めて微小な電流ではあるが、サブ電池８の容量も
小さいので、好ましくは、この放電電流もできる限り小
さくするのがよい。図３に示すように、サブ保護回路４
Ｂを二次電池１に並列に接続して、サブ電池８が電池管
理回路３で放電されるのを阻止できる。第２保護回路４
ｂのスイッチング素子６がオフになると、サブ電池８の
−側が電池管理回路３から電気的に切り離されるからで
ある。

【００２９】

【発明の効果】本発明の二次電池を内蔵する電気機器
は、電流を遮断するまで電池電圧が低下する状態で長期
間放置されても、二次電池の過放電を有効に防止して、
二次電池の寿命を著しく延長できる特長がある。それ
は、本発明の電気機器が、主保護回路とサブ保護回路と
からなる保護回路を備え、主保護回路は、電池電圧が設
定電圧よりも低くなると二次電池の放電を停止してお
り、サブ保護回路は、ダイオードを介して二次電池に接
続してなるサブ電池を有し、二次電池の電圧が低下する
とサブ電池で二次電池を補充電しているからである。こ
の構造の電気機器は、内蔵する二次電池の電池電圧が所
定の電圧よりも低下すると、サブ保護回路のサブ電池で
補充電されるので、二次電池の過放電を有効に防止でき
る。したがって、本発明の電気機器は、長期間放置され
ても二次電池の性能を著しく低下させることなく、二次
電池の寿命を延長できる特長がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の二次電池を内蔵する電気機器
のブロック図

【図２】図１に示す二次電池を内蔵する電気機器の回路
図

【図３】本発明の他の実施例の二次電池を内蔵する電気
機器の回路図

【符号の説明】

１…二次電池２…負荷３…電池管理回路４…保護回路４Ａ…主保護回路４
Ｂ…サブ保護回路４ａ…第１保護回路４ｂ…第２保護回路５…電圧検出回路６…スイッチング素子７…ダイオード８…サブ電池９…電流制限抵抗１０…パック電池

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA04 BA01 CA11 CC02 DA13 EA05 EA06 5H030 AA03 AA04 AS11 BB01 BB04 BB08 BB21 DD20 FF41 FF43 FF44

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池(1)と、この二次電池(1)を電源
として動作する負荷(2)と、二次電池(1)を過充電と過放
電から防止する保護回路(4)とを備え、保護回路(4)が、電池電圧が設定電圧よりも低くなる
と、二次電池(1)の放電を停止する主保護回路(4A)と、
ダイオード(7)を介して二次電池(1)に接続してなるサブ
電池(8)を備えるサブ保護回路(4B)とを備え、サブ保護回路(4B)は、ダイオード(7)を、サブ電池(8)が
二次電池(1)を充電できる方向に接続しており、二次電
池(1)の電圧が低下すると、サブ電池(8)が二次電池(1)
を補充電するようにしてなる二次電池を内蔵する電気機
器。
【請求項２】サブ保護回路(4B)が、ダイオード(7)と
直列に電流制限抵抗(9)を接続している請求項１に記載
される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項３】サブ電池(8)が二次電池(1)よりも自己放
電の少ない電池である請求項１に記載される二次電池を
内蔵する電気機器。
【請求項４】サブ電池(8)が一次電池である請求項１
に記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項５】二次電池(1)がリチウムイオン二次電池
で、サブ電池(8)がリチウム一次電池である請求項４に
記載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項６】主保護回路(4A)が、電流を遮断する設定
電圧が異なる第１保護回路(4a)と第２保護回路(4b)を備
え、第１保護回路(4a)は負荷(2)に直列に接続されて、
二次電池(1)の電圧が第１設定電圧以下になると負荷(2)
に流れる電流を遮断し、第２保護回路(4b)は二次電池
(1)と直列に接続されて、二次電池(1)の電圧が第２設定
電圧以下に低下すると、二次電池(1)から流れる電流を
遮断する請求項１に記載される二次電池を内蔵する電気
機器。
【請求項７】第１設定電圧を第２設定電圧よりも高く
設定している請求項６に記載される二次電池を内蔵する
電気機器。
【請求項８】第２保護回路(4b)が、二次電池(1)を内
蔵するパック電池(10)に内蔵され、このパック電池(10)
と並列にサブ保護回路(4B)を接続している請求項６に記
載される二次電池を内蔵する電気機器。
【請求項９】サブ保護回路(4B)を二次電池(1)に並列
に接続している請求項１または６に記載される二次電池
を内蔵する電気機器。
【請求項１０】二次電池(1)を電源として動作する電
池管理回路(3)を負荷(2)と並列に接続しており、第１保
護回路(4a)が負荷(2)に流れる電流を遮断し、第２保護
回路(4b)が負荷(2)と電池管理回路(3)に流れる電流を遮
断する請求項６に記載される二次電池を内蔵する電気機
器。