JP2002272001A - 二次電池の保護方法、保護回路、および短絡検出回路 - Google Patents
二次電池の保護方法、保護回路、および短絡検出回路Info
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Abstract
のを防止すること。 【解決手段】 一対の端子(101,102)間の電位
差(Vdiff)が短絡検出電圧以下になったときに、一対
の端子間が短絡されたと判断して出力端子(SO)から
短絡検出信号を出力し、一対の端子間の電位差が短絡解
除電圧以上になったときに、一対の端子間の短絡が解除
されたと判断して出力端子から短絡解除信号を出力する
短絡検出回路(500)は、短絡解除電圧を短絡検出電
圧より高く設定するヒステリシス回路(510)を含
む。
Description
イオン電池のような、充電可能な電池(二次電池)を備
えた電池ユニットに用いられる二次電池の保護回路に関
し、特に、短絡検出機能を備えた二次電池の保護回路お
よび短絡検出回路に関する。
にリチウムイオン電池は、過放電、過充電に弱いため、
過放電状態、過充電状態を検出して、過放電状態及び過
充電状態から二次電池を保護するための保護回路が不可
欠である。すなわち、保護回路は、過放電防止機構と過
充電防止機構とを備えている。尚、この保護回路には、
二次電池の放電中における過電流状態をも検出して、過
電流状態から二次電池を保護しているものもある。この
場合、保護回路は、過放電防止機構と過充電防止機構と
過電流防止機構とを備えている。以下では、先ず、過放
電防止機構と過充電防止機構とを備えた、二次電池の保
護回路について説明する。
ば、特許第2872365号公報(以下、「先行技術文
献」と呼ぶ。)に「充電式の電源回路」として開示され
ている。以下では、この先行技術文献の記載に基づい
て、従来の二次電池の保護回路について説明する。
を備えた電池ユニット100’について説明する。電池
ユニット100’は電池パックとも呼ばれ、正極端子1
01と負極端子102とを持つ。正極端子101及び負
極端子102は外部接続端子とも呼ばれる。正極端子1
01と負極端子102との間には、負荷400または充
電器(図示せす)が接続される。
も1個のリチウムイオン電池(単位電池)を含む二次電
池300を有する。二次電池300はバッテリ電圧(電
池電圧)Vccを発生している。この二次電池300には
保護回路200’が並列に接続されている。詳述する
と、二次電池300の陽極は、抵抗器R1を介して保護
回路200’の電源端子VDDに接続され、二次電池30
0の陰極は保護回路200の接地端子VSSに直接接続さ
れている。電源端子VDDと接地端子VSSとの間にはコン
デンサC1が接続されている。尚、二次電池300の陽
極は電池パック100’の正極端子101に接続され、
二次電池300の陰極は接地されると共に、後述する第
1及び第2の電界効果トランジスタFET1及びFET
2を介して電池パック100’の負極端子102に接続
されている。保護回路200’は、過放電防止機構と、
過充電防止機構と、過電流防止機構とを持つ。
過放電検出しきい値電圧Vth(od)が設定されている。す
なわち、過放電防止機構は、放電中に、バッテリ電圧V
ccと過放電検出しきい値電圧Vth(od)とを比較し、バッ
テリ電圧Vccが過放電検出しきい値電圧Vth(od)よりも
低くなると「過放電」と判定して、論理ローレベルの過
放電検出信号を過放電検出出力端子(第1のゲート駆動
端子)DOから出力する。一方、放電中に、バッテリ電
圧Vccが、過放電検出しきい値電圧Vth(od)に過放電用
ヒステリシス電圧Vhy(od)を加えて得られる過放電復帰
電圧(Vth(od)+Vhy(od))よりも高くなると、過放電
防止機構は論理ハイレベルの過放電保護解除信号を過放
電検出出力端子DOから出力する。
構には、過充電検出しきい値電圧Vth(oc)が設定されて
いる。すなわち、過充電防止機構は、充電中に、バッテ
リ電圧Vccと過充電検出しきい値電圧Vth(oc)とを比較
し、バッテリ電圧Vccが過充電検出しきい値電圧Vth(o
c)よりも高くなると過充電と判定して、論理ローレベル
の過充電検出信号を過充電検出出力端子(第2のゲート
駆動端子)COから出力する。一方、充電中に、バッテ
リ電圧Vccが、過充電検出しきい値電圧Vth(oc)から過
充電用ヒステリシス電圧Vhy(oc)を引いて得られる過充
電復帰電圧(Vth(oc)−Vhy(oc))よりも低くなると、
過充電防止機構は過充電検出出力端子COから論理ハイ
レベルの過充電保護解除信号を出力する。
(−極)と電池パック100’の負極端子102との間
には、第1及び第2の電界効果トランジスタFET1及
びFET2が直列接続されている。第1の電界効果トラ
ンジスタFET1は放電制御FETまたは放電制御スイ
ッチと呼ばれ、第2の電界効果トランジスタFET2は
充電制御FETまたは充電制御スイッチと呼ばれる。
ートに過放電防止機構(過放電検出出力端子DO)から
論理ローレベルの過放電検出信号が供給されると、第1
の電界効果トランジスタFET1はオフする。一方、第
1の電界効果トランジスタFET1のゲートに過放電防
止機構(過放電検出出力端子DO)から論理ハイレベル
の過放電保護解除信号が供給されると、第1の電界効果
トランジスタFET1はオンする。同様に、第2の電界
効果トランジスタFET2のゲートに過充電防止機構
(過充電検出出力端子CO)から論理ローレベルの過充
電検出信号が供給されると、第2の電界効果トランジス
タFET2はオフする。第2の電界効果トランジスタF
ET2のゲートに過充電防止機構(過充電検出出力端子
CO)から論理ハイレベルの過充電保護解除信号が供給
されると、第2の電界効果トランジスタFET2はオン
する。
に、第1の電界効果トランジスタFET1は寄生ダイオ
ードDp1を持ち、その順方向が二次電池300の充電方
向になるように接続されている。また、第2の電界効果
トランジスタFET2は、寄生ダイオードDp2を持ち、
その順方向が二次電池300の放電方向になるように接
続されている。尚、寄生ダイオードDp1およびDp2はボ
ディダイオードとも呼ばれる。
2に示した電池ユニット(電池パック)100’の動作
について説明する。最初に放電時の動作について説明
し、後で充電時の動作について説明する。
02との間に負荷400が接続される。二次電池300
が放電していくと、図3の点線で示すように、そのバッ
テリ電圧Vccは徐々に低下していく。そして、バッテリ
電圧Vccが過放電検出しきい値電圧Vth(od)よりも低く
なると、過放電防止機構(過放電検出出力端子DO)は
論理ローレベルの過放電検出信号を出力する。この過放
電検出信号に応答して、第1の電界効果トランジスタF
ET1はオフし、これにより過放電が防止される。
りユーザに知らされると、ユーザは外部接続端子10
1、102間から負荷を取り外し、その代りに外部接続
端子101、102間に充電器(図示せず)を接続す
る。これにより、二次電池300の充電が開始される。
このとき、第1の電界効果トランジスタFET1では、
その寄生ダイオードDp1を介して充電電流が流れる。そ
して、二次電池300のバッテリ電圧Vccが、過放電検
出しきい値電圧Vth(od)よりも高くなると、過放電防止
機構(過放電検出出力端子DO)は、論理ハイレベルの
過放電保護解除信号を出力する。この過放電保護解除信
号に応答して、第1の電界効果トランジスタFET1は
オンする。
が続けられると、そのバッテリ電圧Vccは、図3の実線
で示すように、徐々に上昇する。そして、バッテリ電圧
Vccが過充電検出しきい値電圧Vth(oc)よりも高くなる
と、過充電防止機構(過充電検出出力端子CO)は論理
ローレベルの過充電検出信号を出力する。この過充電検
出信号に応答して、第2の電界効果トランジスタFET
2はオフし、これにより過充電が防止される。
示せず)によりユーザに知らされると、ユーザは充電が
完了したと判断する。そして、ユーザは、外部接続端子
101、102間から充電器を取り外し、その代りに外
部接続端子101、102間に負荷400を接続する。
これにより、二次電池300から負荷400への放電が
開始される。このとき、第2の電界効果トランジスタF
ET2では、その寄生ダイオードDp2を介して放電電流
が流れる。そして、二次電池300のバッテリ電圧Vcc
が、過充電検出しきい値電圧Vth(oc)よりも低くなる
と、過充電防止機構(過充電検出出力端子CO)は論理
ハイレベルの過充電保護解除信号を出力する。この過充
電保護解除信号に応答して、第2の電界効果トランジス
タFET2はオンする。
は短絡検出回路をも備えている。
絡検出回路500’について説明する。図2に示される
ように、保護回路200’は短絡検出入力端子V-を持
つ。この短絡検出入力端子V-は、抵抗器R2を介して
電池パック100’の負極端子102に接続されている
と共に、コンデンサC2を介して接地されている。
0’は、保護回路200’の電源端子VDDと接地端子V
SSとの間に接続されていると共に、短絡検出入力端子V
-に接続されている。
電界効果トランジスタM1〜M4と第1および第2の抵
抗器R3およびR4とから構成されている。第1の電界
効果トランジスタM1はpチャネルMOSFETであっ
て、そのソースは電源端子VDDに接続され、そのゲート
は短絡検出入力端子V-に接続され、そのドレインは中
間ノードNに接続されている。第2の電界効果トランジ
スタM2はnチャネルMOSFETであって、そのソー
スは接地端子VSSに接続され、そのゲートは短絡入力端
子V-に接続され、そのドレインは第1の抵抗器R3を
介して中間ノードNに接続されている。第3の電界効果
トランジスタM3はpチャネルMOSFETであって、
そのソースは電源端子VDDに接続され、そのゲートは中
間端子Nに接続され、そのドレインは第2の抵抗器R4
を介して出力端子SOに接続されている。第4の電界効
果トランジスタM4はnチャネルMOSFETであっ
て、そのソースは接地端子VSSに接続され、そのゲート
は中間端子Nに接続され、そのドレインは出力端子SO
に接続されている。
示す従来の短絡検出回路500’の動作について説明す
る。ここでは、抵抗器、コンデンサや閾値(短絡検出電
圧および短絡解除電圧)、二次電池300がそれぞれ次
の値をもっているとする。抵抗器R1の抵抗値は470
Ωである。抵抗器R2の抵抗値は1kΩである。コンデ
ンサC1の容量値は0.1μFである。コンデンサC2
の容量値は0.1μFである。また、閾値は0.9Vで
あるとする。換言すれば、短絡検出電圧および短絡解除
電圧は、両方とも0.9Vの閾値に等しい。二次電池3
00のバッテリ電圧Vccは3.5Vであるとする。
子V-と電源端子VDDとの間の電位差Vdiffを監視し
て、外部入力端子101、102間が短絡しているか否
かを判断している。すなわち、この電位差Vdiffが閾
値、すなわち、0.9Vに達すると、短絡検出回路50
0’は論理ハイレベルの短絡検出信号を出力端子SOか
ら出力する。この短絡検出信号はロジック部(図示せ
ず)で反転され、論理ローレベルの過放電検出信号が過
放電検出出力端子DOから出力する。これにより、第1
の電界効果トランジスタFET1はオフし、二次電池3
00の放電が禁止され、二次電池300を保護してい
る。
短絡検出回路500’が適用される従来の保護回路20
0’では、短絡検出時に、後述するように発振(チャタ
リング)が生じるという可能性がある。
参照して説明する。図5は、短絡時の放電電流Iと、電
源端子VDD、短絡検出入力端子V-、および過放電検出
出力端子DOでの電圧の移り変わりを示したものであ
る。先ず、外部入力端子101、102間を短絡する
と、瞬時的に13.4Aのピークの放電電流Iが流れ
る。その後、電源端子VDDと過放電検出出力端子DOの
電圧が3.5Vから徐々に低下すると共に、短絡検出入
力端子V-の電圧は0Vから徐々に上昇していく。した
がって、電源端子VDDと短絡検出入力端子V-とは互い
に近づき、それらの電圧差Vdiffが0.9Vに達する
と、短絡検出回路500’は「短絡」であると判断し、
上述したように、過放電検出出力端子DOから論理ロー
レベルの過放電検出信号を出力する。これにより、第1
の電界効果トランジスタFET1はオフし、放電電流I
がゼロ、すなわち、流れなくなる。
電源端子VDDは元の電圧(3.5V)に復帰するため徐
々に上昇しようとする。一方、短絡検出入力端子V-の
電圧はこの電源端子VDDの電圧へ近づこうとする。ここ
で、電源端子VDDの電圧の上昇カーブの傾きが、短絡検
出入力端子V-の電圧における上昇カーブの傾きより大
きいとする。このような場合、上記電圧差Vdiffが閾値
すなわち0.9Vより高くなると、短絡検出回路50
0’における短絡保護検出が解除される。すなわち、過
放電検出出力電圧DOから論理ハイレベルの過放電保護
解除信号を出力する。そのため、第1の電界効果トラン
ジスタFET1はオンしてしまう。
ことにより、発振(チャタリング)が生じてしまう。
に発振(チャタリング)が生じるのを防止することがで
きる、二次電池の保護方法、保護回路、および短絡検出
回路を提供することにある。
池(300)から一対の外部接続端子(101,10
2)間に接続された負荷(400)へ流す放電電流
(I)を流す際に、前記外部接続端子間の電位差(Vdi
ff)が短絡検出電圧以下になったときに、前記外部接続
端子間が短絡されたと判断して放電制御スイッチ(FE
T1)をオフすることにより、前記二次電池を保護する
方法において、短絡検出状態を復帰させる短絡解除電圧
を前記短絡検出電圧よりも高くしたことを特徴とする二
次電池の保護方法が得られる。
0)から外部接続端子(101,102)間に接続され
た負荷(400)へ流す放電電流(I)を流す際に、前
記外部接続端子間の電位差(Vdiff)が短絡検出電圧以
下になったときに、前記外部接続端子間が短絡されたと
判断して放電制御スイッチ(FET1)をオフすること
により、前記二次電池を保護する回路において、短絡検
出状態を元の状態に復帰させる短絡解除電圧を前記短絡
検出電圧よりも高く設定する手段(510)を備えたこ
とを特徴とする二次電池の保護回路が得られる。
01,102)間の電位差(Vdiff)が短絡検出電圧以
下になったときに、前記一対の端子間が短絡されたと判
断して出力端子(SO)から短絡検出信号を出力し、前
記一対の端子間の電位差が短絡解除電圧以上になったと
きに、前記一対の端子間の短絡が解除されたと判断して
前記出力端子から短絡解除信号を出力する短絡検出回路
(500)において、前記短絡解除電圧を前記短絡検出
電圧より高く設定するヒステリシス回路(510)を含
むことを特徴とする短絡検出回路が得られる。
にするために付したものであり、一例にすぎず、これら
に限定されないのは勿論である。
実施の形態について詳細に説明する。
係る短絡検出回路500について説明する。図示の短絡
検出回路500は、従来の短絡検出回路500’の代り
に図2に示した保護回路200’に設けられるものであ
る。そして、短絡検出回路500は、ヒステリシス回路
510を備えている点を除いて、図4に示した従来の短
絡検出回路500’と同様の構成を有する。
た第5および第6の電界効果トランジスタM5およびM
6からなる。第5および第6の電界効果トランジスタM
5およびM6はnチャネルMOSFETからなる。第5
の電界効果トランジスタM5のゲートは短絡入力端子V
-に接続され、ドレインは第2の電界効果トランジスタ
M2のドレインに接続され、ソースは第6の電界効果ト
ランジスタM6のドレインに接続されている。第6の電
界効果トランジスタM6のゲートは出力端子SOに接続
され、ソースは接地端子VSSに接続されている。
を設ける(付加する)ことによって、短絡検出回路50
0の短絡解除電圧を短絡検出電圧より高く設定すること
ができる。
説明する。その場合の抵抗器、コンデンサや二次電池3
00のそれぞれ値は、短絡検出電圧と短絡解除電圧の値
を除いて、従来の技術で述べたものと同一であるとす
る。
と、瞬時的に十数Aのピークの放電電流Iが流れる。そ
の後、電源端子VDDと過放電検出出力端子DOの電圧が
3.5Vから徐々に低下すると共に、短絡検出入力端子
V-の電圧は0Vから徐々に上昇していく。したがっ
て、電源端子VDDと短絡検出入力端子V-とは互いに近
づき、それらの電圧差Vdiffが短絡検出電圧である0.
9Vに達すると、短絡検出回路500は「短絡」である
と判断し、過放電検出出力端子DOから論理ローレベル
の過放電検出信号を出力する。これにより、第1の電界
効果トランジスタFET1はオフし、放電電流Iがゼ
ロ、すなわち、流れなくなる。ここまでの動作は従来の
短絡検出回路500’(図4)と同じである。
端子VDDは元の電圧(3.5V)に復帰するため徐々に
上昇しようとする。同様に、短絡検出入力端子V-の電
圧もこの電源端子VDDの電圧へ近づこうとする。短絡検
出入力端子V-の電圧(電位)が上昇するので、中間ノ
ードNの電位は下降する。その為、出力端子SOの電位
は上昇する。従って、第6の電界効果トランジスタM6
はオン状態となる。
は、電源端子VDDから第1および第2の電界効果トラン
ジスタM1およびM2を介して接地端子VSSへ流れてい
た電流は、第2の電界効果トランジスタM2の能力分し
た流れていなかったが、本短絡検出回路500では、そ
の電流は第2の電界効果トランジスタM2と第6の電界
効果トランジスタM6との両方を合わせた分流れるよう
になる。この結果、短絡検出入力端子V-の電位が多少
変化しても、出力端子SOの電位は変化しない。何故な
ら、第2の電界効果トランジスタM2の能力に対して第
6の電界効果トランジスタM6の能力を加えた分、接地
端子VSSに引っ張るような形になるからである。
除電圧を短絡検出電圧より高く設定することができる。
したがって、たとえ電源端子VDDの電圧の上昇カーブの
傾きが、短絡検出入力端子V-の電圧における上昇カー
ブの傾きより大きいとしても、上記電圧差Vdiffが短絡
解除電圧よりも高くなることはない。よって、短絡検出
時に発振(チャタリング)が生じるのを防止することが
できる。
説明を例に挙げて説明してきたが、本発明は上述した実
施の形態に限定しないのは勿論である。たとえば、ヒス
テリシス回路は図1に示したものに限定されないのは勿
論である。また、短絡解除電圧を短絡検出電圧より高く
設定する回路としては、ヒステリシス回路に限定しない
のは勿論である。
では、短絡検出状態を元の状態に復帰させる短絡解除電
圧を短絡検出電圧よりも高く設定したので、短絡検出時
に発振(チャタリング)が生じるのを防止することがで
きるという効果がある。
を示す回路図である。
の保護回路を含む電池パックの構成を示すブロック図で
ある。
の図である。
る。
る、図2に示した従来の保護回路の動作を説明するため
のタイムチャートである。
Claims (3)
- 【請求項1】 二次電池から一対の外部接続端子間に接
続された負荷へ流す放電電流を流す際に、前記外部接続
端子間の電位差が短絡検出電圧以下になったときに、前
記外部接続端子間が短絡されたと判断して放電制御スイ
ッチをオフすることにより、前記二次電池を保護する方
法において、 短絡検出状態を元の状態に復帰させる短絡解除電圧を前
記短絡検出電圧よりも高くしたことを特徴とする二次電
池の保護方法。 - 【請求項2】 二次電池から外部接続端子間に接続され
た負荷へ流す放電電流を流す際に、前記外部接続端子間
の電位差が短絡検出電圧以下になったときに、前記外部
接続端子間が短絡されたと判断して放電制御スイッチを
オフすることにより、前記二次電池を保護する回路にお
いて、 短絡検出状態を復帰させる短絡解除電圧を前記短絡検出
電圧よりも高く設定する手段を備えたことを特徴とする
二次電池の保護回路。 - 【請求項3】 一対の端子間の電位差が短絡検出電圧以
下になったときに、前記一対の端子間が短絡されたと判
断して出力端子から短絡検出信号を出力し、前記一対の
端子間の電位差が短絡解除電圧以上になったときに、前
記一対の端子間の短絡が解除されたと判断して前記出力
端子から短絡解除信号を出力する短絡検出回路におい
て、 前記短絡解除電圧を前記短絡検出電圧より高く設定する
ヒステリシス回路を含むことを特徴とする短絡検出回
路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001073519A JP2002272001A (ja) | 2001-03-15 | 2001-03-15 | 二次電池の保護方法、保護回路、および短絡検出回路 |
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- 2001-03-15 JP JP2001073519A patent/JP2002272001A/ja active Pending
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