JP2001339869A - バッテリパック及び電源回路 - Google Patents

バッテリパック及び電源回路

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JP2001339869A
JP2001339869A JP2000157945A JP2000157945A JP2001339869A JP 2001339869 A JP2001339869 A JP 2001339869A JP 2000157945 A JP2000157945 A JP 2000157945A JP 2000157945 A JP2000157945 A JP 2000157945A JP 2001339869 A JP2001339869 A JP 2001339869A
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resistor
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temperature
switching element
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JP2000157945A
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Takuji Matsuo
拓治 松尾
Fumiya Sato
文哉 佐藤
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Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、バッテリパック及び電源回路に関
し、例えばリチウムイオン蓄電池によるシステムに適用
して、スイッチング素子のオン抵抗により電流を検出し
て電流を遮断する場合に、遮断する電流の精度を従来に
比して格段的に向上することができるようにする。 【解決手段】 本発明は、スイッチング素子５、６のオ
ン抵抗により電流ＩＬを検出して電流を遮断する場合
に、基準電圧Ｖｒｅｆ側の温度特性によりオン抵抗の温
度特性を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、バッテリパック及
び電源回路に関し、例えばリチウムイオン蓄電池による
システムに適用することができる。本発明は、スイッチ
ング素子のオン抵抗により電流を検出して電流を遮断す
る場合に、基準電圧側の温度特性の設定によりオン抵抗
の温度特性を補償することにより、遮断する電流の精度
を従来に比して格段的に向上することができるようにす
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、リチウムイオン蓄電池を使用した
バッテリパックにおいては、充放電電流を遮断する電界
効果型トランジスタのオン抵抗を利用して充放電電流を
検出することにより、全体として簡易な構成により過電
流による異常を防止するようになされたものがある。
【０００３】すなわち図１７は、この種のバッテリパッ
クを示す接続図である。このバッテリパック１は、正極
端子２及び負極端子３を介して充電装置より充電電流の
供給を受け、またこの正極端子２及び負極端子３を介し
て所定の負荷に電源を供給する。すなわちバッテリパッ
ク１は、正極端子２がバッテリセル４の正極に接続され
るのに対し、負極端子３が電界効果型トランジスタ５及
び６の直列回路を介してバッテリセル４の負極に接続さ
れる。
【０００４】保護集積回路７は、アース側がバッテリセ
ル４の負極に接続され、電源側が抵抗８を介してバッテ
リセル４の正極に接続される。保護集積回路７は、この
ような接続によりバッテリセル４の電源により動作し、
バッテリセル４を保護する。このバッテリセル４の保護
のうちの過電流に対する保護について、保護集積回路７
は、抵抗９を介して電流検出端子が負極端子３に接続さ
れ、これによりバッテリセル４の負極に接続されたアー
スとこの抵抗９を介して検出される負極端子３との間の
電位差により電界効果型トランジスタ５及び６のオン抵
抗を利用して充放電電流が検出される。すなわち電界効
果型トランジスタ５及び６のオン抵抗をそれぞれＲｄｓ
ｏｎ１、Ｒｄｓｏｎ２とおくと、電流検出端子の電圧Ｖ
Ｌは、ＶＬ＝ＩＬ×（Ｒｄｓｏｎｌ＋Ｒｄｓｏｎ２）に
より表される。なおここでＩＬは充放電電流値である。
【０００５】保護集積回路７は、放電電流の制御につい
ては、内蔵の比較回路１０において、電源より作成した
基準電圧Ｖｒｅｆとこの電流検出端子の電圧とを比較
し、この比較結果により遅延回路１１を介して放電電流
を制御する側である電界効果型トランジスタ６をオフ状
態に切り換え、これにより過電流による放電を防止する
ようになされている。なお保護集積回路７は、充電電流
についても、保護集積回路７は、同様にして充電電流を
制御する側である電界効果型トランジスタ５をオフ状態
に切り換え、これにより過電流による充電を防止するよ
うになされている。なお保護集積回路７は、これらの他
にバッテリセル４の過充電、過放電等を防止する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところでバッテリパッ
クにおいては、保護集積回路７の発熱、電界効果型トラ
ンジスタ５、６の発熱、さらには周囲の温度により、内
部温度が種々に変化する。これに対して電界効果型トラ
ンジスタ５、６は、温度によりオン抵抗が変化する欠点
がある。具体的に、電界効果型トランジスタは、１度の
温度変化に対して約０．５〜１〔％〕抵抗値が変化する
正の温度係数を有し、これにより例えば電界効果型トラ
ンジスタの温度が２０度から６０度に変化すると、ドレ
インーソース間の抵抗値が、約１００〔ｍΩ〕から約１
４０〔ｍΩ〕に変化する。
【０００７】図１７について上述したバッテリパック１
において、電界効果型トランジスタ５、６の抵抗値がこ
のように温度変化すると、保護集積回路７においては、
電界効果型トランジスタ５、６をオフ状態に切り換える
電流値がその分変化することになる。すなわち例えば電
流検出端子が１００〔ｍＶ〕になると電界効果型トラン
ジスタ５、６をオフ状態に切り換えるように設定した場
合、雰囲気温度２０度においては１〔Ａ〕の電流により
電界効果型トランジスタ５、６がオフ状態に切り換わる
のに対し、雰囲気温度６０度においては０．７１〔Ａ〕
の電流により電界効果型トランジスタ５、６がオフ状態
に切り換わることになる。
【０００８】これにより電界効果型トランジスタのオン
抵抗を利用して過電流を検出する方式においては、遮断
する電流の精度が実用上未だ不十分な問題があった。
【０００９】なおこのような問題により従来のバッテリ
パックにおいては、十分に余裕を持って過電流を防止し
なくてはならず、その分充分にバッテリセルの性能を引
き出せない欠点等があり、また場合によっては電流ヒュ
ーズ等を別途配置しなければならない欠点がある。
【００１０】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、電界効果型トランジスタのオン抵抗を利用して過電
流を検出する方式において、遮断する電流の精度を従来
に比して格段的に向上することができるバッテリパック
及び電源回路を提案しようとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め請求項１又は請求項２５の発明においては、バッテリ
パック又は電源回路に適用して、基準電圧生成手段が、
スイッチング素子の温度特性を補償する温度特性により
基準電圧を生成する。
【００１２】請求項１又は請求項２５の構成によれば、
バッテリパック又は電源回路に適用して、基準電圧生成
手段が、スイッチング素子の温度特性を補償する温度特
性により基準電圧を生成することにより、スイッチング
素子の電流電圧変換による電圧が温度により変化する
と、これに対応するように基準電圧を変化させることが
でき、これにより遮断する電流の温度による変化を少な
くして、その分遮断する電流の精度を向上することがで
きる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、適宜図面を参照しながら本
発明の実施の形態を詳述する。
【００１４】（１−１）第１の実施の形態 図１は、図１７との対比により本発明の第１の実施の形
態に係るバッテリパックを示す接続図である。このバッ
テリパック２１において、図１７のバッテリパック１と
共通する構成は、対応する符号を付して示し、重複した
説明は省略する。
【００１５】このバッテリパック２１において、保護集
積回路２２は、電界効果型トランジスタ５、６のオンオ
フ制御の基準である基準電圧Ｖｒｅｆが外部入力である
点を除いて、バッテリパック１の保護集積回路７と同一
に構成される。これにより保護集積回路２２は、スイッ
チング素子である電界効果型トランジスタ５、６により
充放電電流を電流電圧変換して得られる電圧を電流検出
端子に受け、この電圧と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較によ
りスイッチング素子をオンオフ制御する制御手段を構成
する。
【００１６】バッテリパック２１において、レギュレー
ター２３は、汎用の基準電圧発生用の集積回路により構
成され、バッテリセル４の端子電圧より温度変化の極め
て少ない第１の基準電圧を生成する。抵抗体２４及び２
５は、直列接続されて、第１の基準電圧を分圧して基準
電圧Ｖｒｅｆを生成する。これにより抵抗体２４及び２
５による直列回路とレギュレーター２３とは、バッテリ
セル４の端子電圧より所定の基準電圧Ｖｒｅｆを生成す
る基準電圧生成手段を構成する。
【００１７】バッテリパック２１は、この分圧回路を構
成する回路素子である抵抗体２４及び２５の温度特性の
設定により、スイッチング素子の温度特性を補償する温
度特性で基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。すなわち一般的
に電界効果型トランジスタは、正特性の温度特性を有
し、この実施の形態に係る電界効果型トランジスタ５、
６は、接合部の温度が上昇すると、図２に示すように、
その分オン抵抗値も増大する。
【００１８】この特性に対応するように、この実施の形
態において、第１の基準電圧を入力する第１の抵抗体２
４は、温度変化に対して抵抗値がほぼ一定の抵抗器とし
てのチップ抵抗が適用されるのに対し、続く第２の抵抗
体２５は、温度変化に対して抵抗値が所定の線型の正温
度特性により変化する感温抵抗器としてのチップ抵抗が
適用される。ここでこのような感温抵抗器であるチップ
抵抗は、図３に示すように、種々の抵抗変化率により示
される種々の線型特性のものがあり、この実施の形態で
は、電界効果型トランジスタ５、６の温度特性に対応し
た低抗変化率が２７００〔ｐｐｍ／度〕のものを適用す
る。
【００１９】これによりこの実施の形態では、温度によ
る基準電圧Ｖｒｅｆの変化を図４に示すように、電界効
果型トランジスタ５、６のオン抵抗が温度により変化し
た分、基準電圧Ｖｒｅｆを可変し、常に一定の電流値で
充放電電流を遮断するようになされている。なおこの図
４に示す特性は、レギュレーター２３の出力電圧が２
〔Ｖ〕で、抵抗体２４及び２５の抵抗値がそれぞれ９
〔ｋΩ〕及び１〔ｋΩ〕の場合の基準電圧Ｖｒｅｆであ
る。
【００２０】なおこの図４の例において、バッテリーパ
ック２１は感温抵抗器２５が温度２５度のとき、約２０
０〔ｍＶ〕の基準電圧Ｖｒｅｆを出力し、感温抵抗器２
５が温度７０度のとき、約２２０〔ｍＶ〕の基準電圧Ｖ
ｒｅｆを出力し、温度に応じて基準電圧Ｖｒｅｆが線型
に増大するようになされている。なお、このように基準
電圧を生成する分圧回路においては、ノイズによる保護
集積回路２２の誤動作を招来しない範囲で、消費電力を
少なくする観点より、抵抗値の高い抵抗体により構成す
ることが望ましく、実験した結果によれば、抵抗体２４
及び２５の抵抗値をそれぞれ約２００〔ｋΩ〕及び１．
８〔ＭΩ〕に選定した場合に、極めて好適な温度特性を
確保することができた。
【００２１】図４は、このバッテリパック２１の実装の
状態を部分的に示す平面図である。バッテリパック２１
は、配線基板に保護集積回路２２、電界効果型トランジ
スタ５、６等を実装して構成される。電界効果型トラン
ジスタ５、６は、一体にパッケージに収納して構成さ
れ、基準電圧生成手段の一部であり、かつ分圧回路の全
部である抵抗体２４、２５が電界効果型トランジスタ
５、６に近接して配置されるようになされている。これ
によりバッテリパック２１は、電界効果型トランジスタ
５、６の温度変化に追従して抵抗体２４、２５の温度が
変化するようになされている。
【００２２】またバッテリパック２１は、バッテリセル
４の負極に接続される側と抵抗体２５を接続する配線パ
ターン２６、抵抗体２４、２５を接続する配線パターン
２７が幅広に形成され、これにより電界効果型トランジ
スタ５、６の発熱を効率良く抵抗体２４、２５に伝達し
て、抵抗体２４、２５の温度変化が電界効果型トランジ
スタ５、６の温度変化に精度良く追従するようになされ
ている。
【００２３】（１−２）第１の実施の形態の動作 以上の構成において、バッテリパック２１は（図１）、
充電装置に接続されると、正極端子２、負極端子３を介
して充電装置より充電電流が供給され、これによりバッ
テリセル４が充電される。この充電の際に、バッテリパ
ック２１は、電界効果型トランジスタ５、６のオン抵抗
により充電電流が電流電圧変換処理され、これら電界効
果型トランジスタ５、６の直列回路の両端電位差が保護
集積回路２２により検出される。またレギュレーター２
３によりバッテリセル４の端子電圧から第１の基準電圧
が生成され、抵抗体２４、２５の分圧回路によりこの第
１の基準電圧が分圧されて基準電圧Ｖｒｅｆが生成さ
れ、この基準電圧Ｖｒｅｆが電流電圧変換処理による電
位差と比較される。
【００２４】ここでこの電流電圧変換処理による電位差
においては、充電電流が増大すると増大することによ
り、充電電流が一定電流値以上に増大すると、基準電圧
Ｖｒｅｆを越えるようになる。バッテリパック２１は、
これにより基準電圧Ｖｒｅｆと電界効果型トランジスタ
５、６のオン抵抗により検出される電位差との比較結果
により充電側を制御する電界効果型トランジスタ６をオ
フ状態に切り換えて、過電流による充電が防止される。
【００２５】またバッテリパック２１は、負荷に接続さ
れると、正極端子２、負極端子３を介してこの負荷にバ
ッテリセル４より電力が供給され、この場合も充電時と
同様に、電界効果型トランジスタ５、６のオン抵抗によ
り放電電流が検出される。さらにこの放電電流と基準電
圧Ｖｒｅｆとの比較により、この場合は放電を制御する
側の電界効果型トランジスタ５がオフ状態に切り換えら
れ、過電流による放電が防止される。
【００２６】このようにして過電流による充放電を防止
するにつき、温度により電界効果型トランジスタ５、６
のオン抵抗が変化すると、同一の電流が流れている場合
でも、検出される電位差においては抵抗値が増大した
分、増大することになる（図２）。これに対して基準電
圧Ｖｒｅｆの生成側においては、分割回路を構成する抵
抗体２４、２５のうち、抵抗体２５側が感温抵抗器によ
り構成され、この温度特性が電界効果型トランジスタ
５、６の温度特性を補償するように選定されていること
により（図３）、電界効果型トランジスタ５、６の温度
変化により電界効果型トランジスタ５、６間の電位差が
増大すると、これに対応するように基準電圧Ｖｒｅｆも
増大することになる（図４）。
【００２７】これによりこの実施の形態では、温度が変
化しても常にほぼ一定の電流値により充電電流を遮断す
ることができ、これにより遮断する電流の精度を従来に
比して格段的に向上することができる。
【００２８】またバッテリパック２１では、このように
電界効果型トランジスタ５、６に近接して分圧回路が配
置されていることにより、さらには幅広の配線パターン
により電界効果型トランジスタ５、６、分圧回路の抵抗
体２４、２５が接続されていることにより、電界効果型
トランジスタ５、６の温度変化に追従して分圧回路も速
やかに温度変化し、これによって遮断する電流の精度を
従来に比して格段的に向上することができる。
【００２９】（１−３）第１の実施の形態の効果 以上の構成によれば、基準電圧側の温度特性により電界
効果型トランジスタ５、６のオン抵抗の温度特性を補償
することにより、遮断する電流の精度を従来に比して格
段的に向上することができる。
【００３０】またバッテリセル４の端子電圧よりレギュ
レータで生成基準の電圧を生成し、さらに分圧回路によ
りこの生成基準の電圧より基準電圧を生成したことによ
り、分圧回路を構成する回路素子の選択により、簡易に
温度特性を補償することができる。
【００３１】またこの分圧回路を抵抗体の直列回路によ
り形成することにより、単に電界効果型トランジスタの
温度特性に対応する温度特性の抵抗体を選択するだけ
で、簡易に温度特性を補償することができる。
【００３２】またこれら基準電圧生成手段の一部である
分圧回路を電界効果型トランジスタの近傍に配置するこ
とにより、また幅広の配線パターンにより接続して熱的
に結合させることにより、電界効果型トランジスタ５、
６の温度変化に追従して分圧回路も速やかに温度変化さ
せることができ、これによっても遮断する電流の精度を
従来に比して格段的に向上することができる。
【００３３】（２）第２の実施の形態 図６は、本発明の第２の実施の形態に係るバッテリパッ
クを示す接続図である。このバッテリパック３１は、図
１について上述したレギュレーター２３に代えて、抵抗
３２及びツェナーダイオード３３の直列回路により生成
基準の電圧が生成される点を除いて、図１のバッテリパ
ック２１と同一に構成される。
【００３４】図６に示すように、抵抗３２及びツェナー
ダイオード３３の直列回路により生成基準の電圧を生成
しても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることがで
きる。
【００３５】（３）第３の実施の形態 図７は、本発明の第３の実施の形態に係るバッテリパッ
クを示す接続図である。このバッテリパック４１におい
て、図１のバッテリパック２１と同一の構成は、対応す
る符号を付して示し重複した説明は省略する。
【００３６】このバッテリパック４１において、保護集
積回路４２は、抵抗８及び９がそれぞれ省略されている
点、電界効果型トランジスタ５、６の接続中点にも所定
の端子が接続される点を除いて、バッテリセル４の保護
に関して、保護集積回路２２と同一に構成される。
【００３７】バッテリパック４１においては、分圧回路
を構成する回路素子の選択により、所定の温度までの範
囲で、電界効果型トランジスタ５、６の温度特性を補償
し、所定の温度以上においては、温度特性が反転するよ
うに基準電圧Ｖｒｅｆを生成する。これによりこのバッ
テリパック４１では、この所定の温度までは、第１の実
施の形態と同様にして遮断電流の温度による変化を防止
するのに対し、この所定温度以上の範囲においては、温
度の増大に伴って少ない電流値により充放電電流を遮断
する。
【００３８】すなわち電界効果型トランジスタは、温度
が異常に上昇すると電流が増大して自己発熱し、その結
果として温度が定格温度範囲を超える場合があり、この
場合、破壊することになる。従って電界効果型トランジ
スタを使用する場合、電界効果型トランジスタの温度が
定格温度の上限値に近づくと、例えばゲート電圧を０
〔Ｖ〕に切り換えて電界効果型トランジスタの自己発熱
を防止する必要がある。なお、一般にバッテリパックに
おいては、電界効果型トランジスタの選定等により、こ
のような現象が発生しないようになされている。
【００３９】これに対してこの実施の形態によれば、こ
の所定温度以上の範囲においては、温度の増大に伴って
少ない電流値により充放電電流を遮断することにより、
例えば温度が定格温度範囲の上限値に近づくと、少ない
充放電電流により電界効果型トランジスタ５、６をオフ
状態に切り換えることができ、その分電界効果型トラン
ジスタ等の選択の幅を増大して安全性を向上することが
できる。
【００４０】具体的に、この実施の形態において、分割
回路を構成する抵抗体は、レギュレーター２３側の抵抗
体４３にチップ抵抗によるにポジスタ素子が適用され、
アース側の抵抗体４４にチップ抵抗による感温抵抗器が
適用される。さらに感温抵抗器においては、実用上、第
１の実施の形態と同様にして温度特性が選択されるが、
上述した所定の温度までは、電界効果型トランジスタ
５、６の温度特性だけでなく、ポジスタ素子の温度特性
をも補償するように、適切な温度特性のものを選択する
ことが好ましい。
【００４１】さらに図８に示すように、この実施の形態
でも、分圧回路を電界効果型トランジスタ５、６の近傍
に配置し、さらに幅広の配線パターンにより接続して電
界効果型トランジスタ５、６と熱的に結合させる。
【００４２】なおこの場合、ノイズによる保護集積回路
２２の誤動作を招来しない範囲で、消費電力を少なくす
る観点より、ポジスタ素子の抵抗値は、１００〔ｋΩ〕
〜３〔ＭΩ〕が望ましく、この実施の形態では１〔Ｍ
Ω〕のものを適用した。またこの実施の形態において、
上述した温度の範囲をほぼ−３０〜＋９０度の範囲に設
定し、ポジスタ素子は、抵抗値の急激な増大が開始する
検知温度が１２５度のもであって、−３０〜＋９０度の
範囲における抵抗値が、１〔ＭΩ〕±１０〔％〕以内の
ものを使用した。その結果ポジスタ素子は、温度が９０
度を越えると抵抗値が急激に増大し、温度が１２０度に
なると、約４倍の４〔ＭΩ〕となり、１２５度で約１０
倍の１０〔ＭΩ〕、１３０度で約３０倍の３０〔ＭΩ〕
の抵抗値を示した。
【００４３】これに対して感温抵抗器は、温度係数が２
７００〔ｐｐｍ／度〕である１００〔ｋΩ〕のものを適
用した。なお電界効果型トランジスタ５、６のオン抵抗
は、温度係数が約２７００〔ｐｐｍ／度〕であった。
【００４４】この条件により実験した結果によれば、雰
囲気温度が−３０〜＋９０度の範囲においては、温度が
高くなる程、感温抵抗器の抵抗値の増大により電界効果
型トランジスタ５、６により検出される電圧に追従して
基準電圧Ｖｒｅｆが上昇し、これによりほぼ一定の電流
値により充放電電流を遮断することができた。また雰囲
気温度が９０度以上になると、ポジスタ素子の抵抗値の
急激な増大により基準電圧Ｖｒｅｆが低下し、雰囲気温
度が１３０度以上になると、基準電圧Ｖｒｅｆがほぼ０
〔Ｖ〕となって充放電電流の値によらず充放電電流を遮
断することができた。
【００４５】なおこの過程をさらに詳細に説明すると、
レギュレーター２３の出力電圧が２〔Ｖ〕、ポジスタ素
子の−３０〜＋９０℃の範囲における抵抗値が約１〔Ｍ
Ω〕、ポジスタ素子の検知温度が１２５度、感温抵抗器
の２５℃における抵抗値が１００〔ｋΩ〕、感温抵抗器
の温度係数が約２７００〔ｐｐｍ／度〕であることか
ら、雰囲気温度２５度では、基準電圧Ｖｒｅｆは、１８
２〔ｍＶ〕となり、雰囲気温度７５度では、基準電圧Ｖ
ｒｅｆは、２０４〔ｍＶ〕となり、雰囲気温度２５度の
場合に比して基準電圧Ｖｒｅｆが１３．５〔％〕高くな
る。
【００４６】これに対して雰囲気温度が１２５度になる
と、基準電圧Ｖｒｅｆは、２５〔ｍＶ〕（ポジスタ素子
の抵抗値：１０〔ＭΩ〕、感温抵抗器の抵抗値１２７
〔ｋΩ〕）となり、雰囲気温度が１３０度になると、基
準電圧Ｖｒｅｆは、９〔ｍＶ〕（ポジスタ素子の抵抗
値：３０〔ＭΩ〕、感温抵抗器の抵抗値１２８〔ｋ
Ω〕）となる。これにより雰囲気温度が−３０〜＋９０
度の範囲においては、ほぼ一定の電流値により充放電電
流を遮断できるのに対し、雰囲気温度が＋９０度以上と
なると、徐々に少ない電流値により充放電電流を遮断す
ることとなる。
【００４７】図７及び図８に示す構成によれば、基準電
圧回路によりスイッチング素子の温度特性を補償する範
囲を所定温度以下に設定し、この所定温度以上の範囲に
おいては、所定温度以下の範囲とは逆の温度特性により
基準電圧を生成することにより、第１の実施の形態の効
果に加えて、電界効果型トランジスタの自己発熱等によ
る損傷をも有効に回避することができる。
【００４８】（４）第４の実施の形態 図９は、本発明の第４の実施の形態に係るバッテリパッ
クの部品実装を示す平面図である。このバッテリパック
は、第３の実施の形態に係る回路構成により構成され、
配線基板に多層配線基板が適用される。このバッテリパ
ックは、図１０に示すように、部品実装に対応するラン
ドが作成されてなる配線パターンが最上層に割り当てら
れ、この配線パターンにおいて、電界効果型トランジス
タ５、６の下には大きな面積のパターンが配置されるよ
うになされている。この大きな面積の配線パターンは、
電界効果型トランジスタ５と抵抗体４４を接続する幅広
の配線パターンと接続され、これにより電界効果型トラ
ンジスタ５、６の熱をさらに効率良く配線パターンによ
り分圧抵抗に伝導して、熱的結合を強固なものとするよ
うになされている。
【００４９】またこの大きな面積の配線パターンは、ス
ルーホール用のランドが作成され、また電界効果型トラ
ンジスタ５と抵抗体４４を接続する幅広の配線パターン
においても、同様のランドが作成される。
【００５０】図１１及び図１２に示すように、この配線
基板は、絶縁層を間に挟んで、続く配線パターンが電界
効果型トランジスタ５、６、分圧回路の全体と重なり合
うように、大面積により作成される。これによってもこ
のバッテリパックは、電界効果型トランジスタ５、６の
熱をさらに効率良く配線パターンにより分圧抵抗に伝導
して、熱的結合を強固なものとするようになされてい
る。
【００５１】さらにこの配線パターンは、スルーホール
により、上述した部品実装側の配線パターンに接続され
る。これによりバッテリパックは、さらに一段と電界効
果型トランジスタ５、６と分圧抵抗とを熱的に強固に結
合するようになされている。
【００５２】なおこのような配線パターンとしては銅箔
パターン、アルミニウムによるパターンを適用すること
ができ、銅箔パターンの場合、厚さ３５〔μｍ〕〜７０
〔μｍ〕の範囲で、厚い方が望ましい。また絶縁層とし
ては、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸して平板形状と
したいわゆるガラスエポキシ基板を適用することがで
き、例えば０．４〔ｍｍ〕〜０．６〔ｍｍ〕程度の板厚
に設定して、電界効果型トランジスタ５、６と抵抗体４
４との温度差を５度以下とすることができる。
【００５３】図９〜図１２の構成によれば、配線基板の
工夫により電界効果型トランジスタ５、６と抵抗体４４
との熱的な結合をさらに一段と強固なものとすることに
より、第３の実施の形態に比してさらに一段と特性を向
上することができる。
【００５４】（５）第５の実施の形態 図１３は、本発明の第５の実施の形態に係るバッテリパ
ックを示す接続図である。このバッテリパック５１は、
第１の実施の形態との対比により第２の実施の形態につ
いて説明したと同様に、第３の実施の形態に係る構成の
レギュレーター２３に代えて、抵抗３２及びツェナーダ
イオード３３の直列回路により生成基準の電圧を生成す
る。
【００５５】図１３に示すように、抵抗３２及びツェナ
ーダイオード３３の直列回路により生成基準の電圧を生
成しても、第３の実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
【００５６】（６）第６の実施の形態 図１４は、図７との対比により本発明の第６の実施の形
態に係るバッテリパックを示す接続図である。このバッ
テリパック６１では、第３の実施の形態について上述し
た構成に加えて、レギュレーター２３及び抵抗体４３間
に抵抗器による抵抗体６２を配置する。
【００５７】これによりバッテリパック６１では、抵抗
体４３及び抵抗体６２の抵抗値と温度特性の選択によ
り、これらの直列回路における抵抗値と温度特性とを自
由に選定できるようになされ、これにより電界効果型ト
ランジスタ５、６の温度特性を適切に補償し、さらには
所定温度以上の温度上昇により、遮断する電流値を適切
に設定するようになされている。
【００５８】なおこの場合、抵抗器６２は、消費電流を
小さくする観点より、抵抗値が１００〔ｋΩ〕〜３〔Ｍ
Ω〕のものが好ましく、この場合、ポジスタ素子４３
は、２５度の温度で比較的小さな抵抗値である１０〔ｋ
Ω〕程度のものを適用することができる。また感温抵抗
器４４は、抵抗値が約２００〔ｋΩ〕程度のものが好ま
しく、さらにはポジスタ素子４３においては、抵抗値が
感温抵抗器４３と同一のものが好ましい。
【００５９】図１５は、レギュレーター２３の出力電圧
を２〔Ｖ〕に設定し、抵抗値８〔ｋΩ〕の抵抗器６２、
温度２５度における抵抗値が１〔ｋΩ〕であり、検知温
度が１２５度のポジスタ素子４３、抵抗値が〔１ｋΩ〕
であり、温度係数が２７００〔ｐｐｍ／度〕の感温抵抗
器４４を適用した場合のシュミレーション結果を示す特
性曲線図である。
【００６０】この場合、雰囲気温度９０度程度までは、
電界効果型トランジスタ５、６により検出される電圧の
変化に追従して基準電圧Ｖｒｅｆが適切に変化し、これ
以上の温度では基準電圧Ｖｒｅｆの立ち下がりにより、
電界効果型トランジスタ５、６が温度上昇すればする
程、低い電流値により電界効果型トランジスタ５、６が
オフ状態に切り換わることがわかる。
【００６１】なお図１５では、横軸を感温抵抗器４４の
温度とし、感温抵抗器４４が温度２５度のとき、基準電
圧Ｖｒｅｆは約２００〔ｍＶ〕であり、感温抵抗器４４
が温度７０度のとき、基準電圧Ｖｒｅｆは約２２０〔ｍ
Ｖ〕である。また感温抵抗器４４が温度１２０度のと
き、基準電圧Ｖｒｅｆは、約１８０〔ｍＶ〕に低下し、
感温抵抗器４４が温度１３０度になると、基準電圧Ｖｒ
ｅｆは、約８０〔ｍＶ〕にまで低下した。
【００６２】図１４に示す構成によれば、分圧回路に抵
抗器を付加することにより、第３の実施の形態に比して
さらに一段と特性を向上することができる。
【００６３】（７）第７の実施の形態 図１６は、図１７との対比により本発明の第７の実施の
形態に係るバッテリパックを示す接続図である。このバ
ッテリパック７１は、第１の実施の形態との対比により
第２の実施の形態について説明したと同様に、第６の実
施の形態に係る構成のレギュレーター２３に代えて、抵
抗３２及びツェナーダイオード３３の直列回路により生
成基準の電圧を生成する。
【００６４】なおこの場合、消費電流を小さくする観点
より、抵抗体４３、４４の抵抗値は、１００〔ｋΩ〕〜
３〔ＭΩ〕程度が望ましく、これとの関係よりツェナー
ダイオード３３は、降伏電圧が１〜４〔Ｖ〕程度のもを
適用することが好ましい。
【００６５】図１６に示すように、抵抗３２及びツェナ
ーダイオード３３の直列回路により生成基準の電圧を生
成しても、第７の実施の形態と同様の効果を得ることが
できる。
【００６６】（８）他の実施の形態 なお上述の実施の形態においては、スイッチング素子と
して電界効果型トランジスタを使用した場合について述
べたが、本発明はこれに限らず、スイッチング素子がバ
イポーラ型のトランジスタの場合、抵抗体と電磁リレー
との直列回路である場合等に広く適用することができ
る。
【００６７】また上述の実施の形態においては、分圧回
路の一方に感温抵抗器を適用する場合、又は感温抵抗
器、ポジスタ素子により分圧回路を構成し、またはこれ
に抵抗器を加えて分圧回路を構成する場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、正特性及び負特性を有す
る抵抗体を種々に適用することができる。
【００６８】また上述の実施の形態においては、スイッ
チング素子の近傍に分圧回路を配置することにより、ま
た配線パターンを幅広とすることにより、スイッチング
素子に基準電圧生成手段の一部を熱的に結合させる場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、基準電圧生
成手段の全部をスイッチング素子の近傍に配置してもよ
く、また構成によってはこれとは逆に分圧抵抗の１つの
素子のみを熱的に結合させてもよい。また熱的な結合手
段についても熱伝導率の高いシリコン樹脂を全部又は一
部に塗布する場合等、種々の方法を広く適用することが
できる。
【００６９】また上述の実施の形態においては、本発明
をバッテリパックに適用した場合について述べたが、本
発明はこれに限らず、バッテリパック等の種々の負荷に
電源を供給する電源回路に広く適用することができる。
【００７０】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、スイッチ
ング素子のオン抵抗により電流を検出して電流を遮断す
る場合に、基準電圧側の温度特性によりオン抵抗の温度
特性を補償することにより、遮断する電流の精度を従来
に比して格段的に向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るバッテリパッ
クを示す接続図である。
【図２】図１のバッテリパックに適用される電界効果型
トランジスタの特性を示す特性曲線図である。
【図３】図１のバッテリパックに適用される感温抵抗器
の特性を示す特性曲線図である。
【図４】図１のバッテリパックにおける基準電圧の特性
を示す特性曲線図である。
【図５】図１のバッテリパックの部品実装を示す平面図
である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るバッテリパッ
クを示す接続図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るバッテリパッ
クを示す接続図である。
【図８】図７のバッテリパックの部品実装を示す平面図
である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係るバッテリパッ
クの部品実装を示す平面図である。
【図１０】図９のバッテリパックの部品実装面の配線パ
ターンを示す平面図である。
【図１１】図９のバッテリパックの下層側の配線パター
ンを示す平面図である。
【図１２】図１０及び図１１の配線パターンの関係を示
す斜視図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係るバッテリパ
ックを示す接続図である。
【図１４】本発明の第６の実施の形態に係るバッテリパ
ックを示す接続図である。
【図１５】図１４のバッテリパックにおける基準電圧の
特性を示す特性曲線図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態に係るバッテリパ
ックを示す接続図である。
【図１７】従来のバッテリパックを示す接続図である。
【符号の説明】
１、２１、３１、４１、５１、６１、７１……バッテリ
パック、４……バッテリセル、５、６……電界効果型ト
ランジスタ、７、２２、４２……保護集積回路、２４、
２５、４３、４４、６２……抵抗体、２６、２７……配
線パターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G003 BA01 DA07 DA13 FA04 FA08 GA01 GA07 5H030 BB01 BB21 DD01 FF22 FF43

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の接続端子を介して外部機器との間で
    内蔵の電池セルの充放電電流を入出力するバッテリパッ
    クにおいて、 前記充放電電流の経路に配置され、所定の制御信号によ
    り動作して前記電池セルの充電電流及び又は放電電流を
    遮断するスイッチング素子と、 前記電池セルの端子電圧より所定の基準電圧を生成する
    基準電圧生成手段と、 前記基準電圧と、前記スイッチング素子における前記充
    電電流及び又は放電電流の入出力端間の電圧とを比較
    し、比較結果により前記制御信号を出力する制御手段と
    を備え、 前記基準電圧生成手段は、 前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度特性に
    より、前記基準電圧を生成することを特徴とするバッテ
    リパック。
  2. 【請求項２】前記スイッチング素子が、電界効果型トラ
    ンジスタであることを特徴とする請求項１に記載のバッ
    テリパック。
  3. 【請求項３】前記スイッチング素子が、バイポーラ型の
    トランジスタであることを特徴とする請求項１に記載の
    バッテリパック。
  4. 【請求項４】前記スイッチング素子が、抵抗体と電磁リ
    レーとの直列回路であることを特徴とする請求項１に記
    載のバッテリパック。
  5. 【請求項５】前記基準電圧生成手段は、 前記電池セルの端子電圧より前記基準電圧の生成基準で
    ある生成基準電圧を生成する生成基準電圧生成手段と、 前記生成基準電圧を分圧して前記基準電圧を生成する分
    圧回路とを有し、 前記分圧回路を構成する回路素子の温度特性の設定によ
    り、前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度特
    性により、前記基準電圧を生成することを特徴とする請
    求項１に記載のバッテリパック。
  6. 【請求項６】前記分圧回路が、 異なる温度特性の第１及び第２の抵抗体を直列接続して
    形成されたことを特徴とする請求項５に記載のバッテリ
    パック。
  7. 【請求項７】前記第１又は第２の抵抗体が、正特性の温
    度特性の抵抗体であることを特徴とする請求項６に記載
    のバッテリパック。
  8. 【請求項８】前記第１又は第２の抵抗体が、負特性の温
    度特性の抵抗体であることを特徴とする請求項７に記載
    のバッテリパック。
  9. 【請求項９】前記第１又は第２の抵抗体が、感温抵抗器
    であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリパッ
    ク。
  10. 【請求項１０】前記第１又は第２の抵抗体が、正特性サ
    ーミスタ素子であることを特徴とする請求項６に記載の
    バッテリパック。
  11. 【請求項１１】前記第１又は第２の抵抗体が、負特性サ
    ーミスタ素子であることを特徴とする請求項６に記載の
    バッテリパック。
  12. 【請求項１２】前記第１又は第２の抵抗体が、ポジスタ
    素子であることを特徴とする請求項６に記載のバッテリ
    パック。
  13. 【請求項１３】生成基準電圧生成手段が、 抵抗器とツェナーダイオードとの直列回路であることを
    特徴とする請求項５に記載のバッテリパック。
  14. 【請求項１４】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子の近傍に配置したことを特徴とす
    る請求項１に記載のバッテリパック。
  15. 【請求項１５】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子と熱的に結合させたことを特徴と
    する請求項１に記載のバッテリパック。
  16. 【請求項１６】前記分圧手段の全部又は一部を前記スイ
    ッチング素子の近傍に配置したことを特徴とする請求項
    ５に記載のバッテリパック。
  17. 【請求項１７】前記分圧回路の全部又は一部を前記スイ
    ッチング素子と熱的に結合させたことを特徴とする請求
    項５に記載のバッテリパック。
  18. 【請求項１８】前記基準電圧生成手段は、 前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度の範囲
    が所定温度以下であり、 前記所定温度以上の範囲においては、前記所定温度以下
    の範囲とは逆の温度特性により前記基準電圧を生成する
    ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリパック。
  19. 【請求項１９】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子の近傍に配置したことを特徴とす
    る請求項１８に記載のバッテリパック。
  20. 【請求項２０】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子と熱的に結合させたことを特徴と
    する請求項１８に記載のバッテリパック。
  21. 【請求項２１】前記基準電圧生成手段は、 前記電池セルの端子電圧より前記基準電圧の生成基準で
    ある生成基準電圧を生成する生成基準電圧生成手段と、 前記生成基準電圧を分圧して前記基準電圧を生成する分
    圧回路とを有し、 前記分圧回路を構成する回路素子が、少なくとも正特性
    の温度特性による第１の抵抗体と負特性の温度特性によ
    る第２の抵抗体との直列回路であり、 前記第１及び又は第２の抵抗体の温度特性が、非線型の
    特性であることを特徴とする請求項１８に記載のバッテ
    リパック。
  22. 【請求項２２】前記分圧回路の全部又は一部を前記スイ
    ッチング素子と熱的に結合させたことを特徴とする請求
    項２１に記載のバッテリパック。
  23. 【請求項２３】前記第１の抵抗体が、ポジスタ素子であ
    り、 前記第２の抵抗体が、感温抵抗器であることを特徴とす
    る請求項２１に記載のバッテリパック。
  24. 【請求項２４】前記分圧回路は、 前記第１の抵抗体、前記第２の抵抗体に、抵抗器を直列
    接続して形成されたことを特徴とする請求項２１に記載
    のバッテリパック。
  25. 【請求項２５】負荷電流の経路に配置され、所定の制御
    信号により動作して前記負荷電流を遮断するスイッチン
    グ素子と、 所定の基準電圧を生成する基準電圧生成手段と、 前記基準電圧と、前記スイッチング素子における前記負
    荷電流の入出力端間の電圧とを比較し、比較結果により
    前記制御信号を出力する制御手段とを備え、 前記基準電圧生成手段は、 前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度特性に
    より、前記基準電圧を生成することを特徴とする電源回
    路。
  26. 【請求項２６】前記基準電圧生成手段は、 前記基準電圧の生成基準である生成基準電圧を生成する
    生成基準電圧生成手段と、 前記生成基準電圧を分圧して前記基準電圧を生成する分
    圧回路とを有し、 前記分圧回路を構成する回路素子の温度特性の設定によ
    り、前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度特
    性により、前記基準電圧を生成することを特徴とする請
    求項２５に記載の電源回路。
  27. 【請求項２７】前記分圧回路が、 異なる温度特性の第１及び第２の抵抗体を直列接続して
    形成されたことを特徴とする請求項２６に記載の電源回
    路。
  28. 【請求項２８】前記第１又は第２の抵抗体が、正特性の
    温度特性の抵抗体であることを特徴とする請求項２７に
    記載の電源回路。
  29. 【請求項２９】前記第１又は第２の抵抗体が、負特性の
    温度特性の抵抗体であることを特徴とする請求項２７に
    記載の電源回路。
  30. 【請求項３０】前記第１又は第２の抵抗体が、感温抵抗
    器であることを特徴とする請求項２７に記載の電源回
    路。
  31. 【請求項３１】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子と熱的に結合させたことを特徴と
    する請求項２５に記載の電源回路。
  32. 【請求項３２】前記分圧回路の全部又は一部を前記スイ
    ッチング素子と熱的に結合させたことを特徴とする請求
    項２６に記載の電源回路。
  33. 【請求項３３】前記基準電圧生成手段は、 前記スイッチング素子の温度特性を補償する温度の範囲
    が所定温度以下であり、 前記所定温度以上の範囲においては、前記所定温度以下
    の範囲とは逆の温度特性により前記基準電圧を生成する
    ことを特徴とする請求項２５に記載の電源回路。
  34. 【請求項３４】前記基準電圧生成手段の全部又は一部を
    前記スイッチング素子と熱的に結合させたことを特徴と
    する請求項３３に記載の電源回路。
  35. 【請求項３５】前記基準電圧生成手段は、 前記基準電圧の生成基準である生成基準電圧を生成する
    生成基準電圧生成手段と、 前記生成基準電圧を分圧して前記基準電圧を生成する分
    圧回路とを有し、 前記分圧回路を構成する回路素子が、少なくとも正特性
    の温度特性による第１の抵抗体と負特性の温度特性によ
    る第２の抵抗体との直列回路であり、 前記第１及び又は第２の抵抗体の温度特性が、非線型の
    特性であることを特徴とする請求項３３に記載の電源回
    路。
  36. 【請求項３６】前記分圧回路の全部又は一部を前記スイ
    ッチング素子と熱的に結合させたことを特徴とする請求
    項３５に記載の電源回路。
  37. 【請求項３７】前記第１の抵抗体が、ポジスタ素子であ
    り、 前記第２の抵抗体が、感温抵抗器であることを特徴とす
    る請求項３５に記載のバッテリパック。
  38. 【請求項３８】前記負荷電流の供給対象が所定の端子に
    接続された二次電池であることを特徴とする請求項２５
    に記載のバッテリパック。
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