JP2002300732A - 二次電池装置 - Google Patents

二次電池装置

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JP2002300732A JP2001378936A JP2001378936A JP2002300732A JP 2002300732 A JP2002300732 A JP 2002300732A JP 2001378936 A JP2001378936 A JP 2001378936A JP 2001378936 A JP2001378936 A JP 2001378936A JP 2002300732 A JP2002300732 A JP 2002300732A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷の所定の動作状態中に電源が切れるとい
った不具合・不都合を極力少なくすることが可能な二次
電池装置を提供する。 【解決手段】 例えばパソコン本体がアクティブ状態に
あるときは、信号端子8からの信号が常にローレベルと
なり、たとえ一部の単電池2の端子電圧が2.5Vを下
回っても全単電池2の合計端子電圧が11.2Vを下回
らない限りスイッチ素子4のオン状態が維持、即ちパソ
コン本体への放電が継続され強制的に電源が切られるこ
とはない。従って、電源が強制的に切れることでハード
ディスク等に不具合が生じるのを極力回避することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、過放電保護手段を
備えた二次電池装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば複数の単位電池を直列接続してな
る二次電池装置において、各単位電池の容量や内部イン
ピーダンスのばらつきによって一部の単位電池が過充電
または過充電される可能性がある。例えば、リチウムイ
オン電池の単位電池を許容電圧を超えて過充電すると、
有機電解液の分解反応が進行したり、過放電すると内部
抵抗の増加等が起こるなどして、電池の性能劣化や安全
性の低下などの一因になる。
【0003】そこで、一般に電池装置には保護回路が内
蔵されており、保護回路を介して単位電池群と負荷もし
くは充電器などの外部回路とが電気的に接続されるよう
構成されている。この保護回路は、各単位電池の端子電
圧を個別に監視し、それらのうち1つの単位電池でも所
定の基準電圧を越えるとFET素子などで外部回路との
接続を遮断して充電又は放電を強制的に停止させること
で過充電・過放電を未然に防止し単位電池を保護するも
のである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば携帯
用パソコンにおいて、CPUが例えばデータの読み込み
など所定の動作状態にあるときに電源が強制的に切られ
るとハードディスクの故障等の不具合が生じるおそれが
あり、このような強制的な放電の停止は極力避けるべき
である。また、例えば携帯電話においても通話中に電源
が強制的に切れるのは不都合である。
【0005】ところが、上述した従来の二次電池装置に
おいて、単位電池間の端子電圧が大きくばらついた場合
に、二次電池装置の合計電池電圧は、パソコン本体等の
本体機器が動作するに足りる電力供給が可能な正常範囲
内であっても1つの単位電池の過放電を防止するため
に、保護回路により本体機器への放電が遮断されてしま
う。その結果、上記のパソコンのCPUの所定動作中
や、携帯電話の通話中でも電源が強制的に切られる可能
性が高く好ましくない。もちろん、各単位電池を過放電
等から保護する必要はあるが、負荷における所定の動作
状態の継続を優先すべき場合も少なくない。
【0006】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、負荷の所定の動作状態中に電源が切れ
るといった不具合・不都合を極力少なくすることが可能
な二次電池装置を提供するところにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明に係る二次電池装置は、負荷回路へ
の電力供給を行う二次電池と、この二次電池に接続さ
れ、その放電状態を検出して所定の過放電状態となった
ときに二次電池からの放電を遮断する過放電保護手段と
を備えた二次電池装置において、負荷回路の動作状態を
判別する負荷状態判別手段を設けて、負荷状態判別手段
により負荷回路が電源保護を要する所定の動作状態にあ
ると判断されたときには、二次電池からの放電を遮断せ
ずに負荷回路への電力供給を継続するところに特徴を有
する。
【0008】請求項2の発明に係る二次電池装置は、複
数の単位電池を直列に接続してなり、負荷回路への電力
供給を行う二次電池と、各単位電池にそれぞれ接続さ
れ、各単位電池の端子電圧によってそれらの放電状態を
検出して、各単位電池のいずれかが所定の過放電状態と
なったときに二次電池からの放電を遮断する過放電保護
手段とを備えた二次電池装置において、負荷回路の動作
状態を判別する負荷状態判別手段と、複数の単位電池の
合計端子電圧を検出する合計電圧検出手段とを設けて、
負荷状態判別手段により負荷回路が電源保護を要する所
定の動作状態にあると判断されたときには、複数の単位
電池のうちいずれかの端子電圧が所定の単位基準電圧を
下回っても合計端子電圧が所定の合計基準電圧以上であ
るときは二次電池からの放電を遮断せずに負荷回路への
電力供給を継続するところに特徴を有する。
【0009】なお、本発明において「負荷回路が電源保
護を要する所定の動作状態」は、下記のいずれの状態に
設定してもよく、どの状態に設定するかは使用する者の
任意の選択に任せても良く、また予め製造者側で一律の
状態に設定しておいても良い。 (1)強制的に電源が切られることで負荷回路又はそれ
に連なる種々の機器に不具合が生じる可能性のある状
態。具体的には、例えば携帯用パソコン等に本発明に係
る二次電池装置を適用する場合には、下記の〜のう
ちいずれかの状態に設定しても良い。 ハードディスクが駆動している状態。 アプリケーションの起動中であって、キー操作等によ
る入力信号に基づいてCPUがアプリケーションプログ
ラムを実行している、いわゆるアクティブ状態。 アプリケーションの起動中であって、上記のアクティ
ブ状態終了後、次の入力信号を待っている処理待ち状
態。 上記の処理待ち状態が所定時間継続したときに、消費
電力を抑えるために移行する低消費電力の処理待ち状
態、いわゆるスリープ状態。 (2)上記(1)のような不具合は生じないまでも、強
制的に電源が切られることで負荷回路又はそれに連なる
種々の機器が使用不可となる等の不都合が生じる状態 具体的には、 携帯電話に本発明に係る二次電池装置を適用する場
合、通信信号を受けて呼出動作が行われている呼出状
態、及びオフフックされてからオンフックされるまでの
通話状態。 データ通信端末に本発明に係る二次電池装置を適用す
る場合、基地局との通信中。
【0010】また、本発明において「単位電池」には、
1個の単電池(電池セル)からなるものだけでなく、複
数個の単電池(電池セル)を並列接続してなるものも含
まれる。
【0011】請求項3の発明は、請求項1又は請求項2
に記載の二次電池装置において、負荷状態判別手段は、
負荷回路へ供給される負荷電流値に基づいて負荷回路の
動作状態を判別するところに特徴を有する。
【0012】
【発明の作用及び効果】<請求項1の発明>請求項1の
構成によれば、負荷状態判別手段により負荷回路が電源
保護を要する所定の動作状態にあると判断されたときに
は、二次電池からの放電を遮断せずに負荷回路への電力
供給が継続される。従って、例えばパソコンのハードデ
ィスクが駆動している状態や携帯電話の通話状態など、
負荷回路が電源保護を要する所定の動作状態に突然電源
が切れるなどといった不具合・不都合を極力防ぐことが
できる。
【0013】なお、二次電池の端子電圧が所定値を下回
るほどに過放電に至る危険については、負荷回路側に過
放電防止機能を搭載しておくことで防止することができ
る。また、負荷回路の所定の動作状態中に過放電状態と
なることもあるが、負荷回路が電源保護を要する所定の
動作状態にあるのは短時間であると考えられる。従っ
て、当該二次電池が過放電であることを例えばパソコン
の表示画面に表示させたり警告音を鳴らすなどして外部
に報知させる構成を用いることで、負荷回路側を極力早
期に正常終了させれば、過放電の継続による異常な状態
には至らず、その後の充電により正常な端子電圧に回復
することが期待できる。
【0014】<請求項2の発明>請求項2の構成によれ
ば、負荷状態判別手段により負荷回路が電源保護を要す
る所定の動作状態にあると判断されたときには、複数の
単位電池のうちいずれかの端子電圧が所定の単位基準電
圧を下回っても合計端子電圧が所定の合計基準値以上で
あるときは二次電池への放電を遮断せずに負荷回路への
電力供給が継続される。従って、上記請求項1の発明の
効果に加えて、負荷回路側に過放電防止機能が搭載され
ていなくとも、合計端子電圧が所定の合計基準値を下回
るほどに過放電に至る危険を二次電池装置単独で回避す
ることができる。
【0015】<請求項3の発明>請求項3の構成によれ
ば、負荷状態判別手段は、負荷回路へ供給される負荷電
流値に基づいて負荷回路の動作状態が判別される。即
ち、負荷回路側から動作状態を知らせる信号を受ける等
の構成を用いることなく二次電池装置単独で負荷回路側
の動作状態を判別することが可能になる。
【0016】
【発明の実施の形態】<第1実施形態>本発明の第1実
施形態を図1及び図2を参照しつつ説明する。本実施形
態に係る二次電池装置1は、例えば携帯用パソコンの電
源として使用されるものであり、図1には、その電気的
構成が示されている。本発明の「単位電池」に相当する
4個の単電池2(2a〜2d)を直列接続してなる二次
電池3(公称電圧14.8V(=3.7×4))は、そ
の正極側が例えばFET等のスイッチ素子4を介して電
源端子5に接続され、負極側がグランド端子6に接続さ
れている。そして、スイッチ素子4をオンすることで、
電源端子5及びグランド端子6間に連なる図示しないパ
ソコン本体(本発明の「負荷回路」に相当する)への電
力供給を行う一方で、スイッチ素子4をオフすることで
パソコン本体への放電が遮断され電力供給が停止され
る。また、制御部7は、後述するように単電池2の端子
電圧等に基づいてスイッチ素子4のオンオフ制御を行う
ものであり、スイッチ素子4と共に本発明の「過放電保
護手段」を構成している。
【0017】また、信号端子8(本発明の「負荷状態判
別手段」に相当する)は、パソコン本体が下記のいずれ
かの状態(本発明の「電源保護を要する所定の動作
状態」に相当する)にあるときはローレベル信号、それ
らのいずれの状態にもないときはハイレベル信号が
パソコン本体側の図示しない検出回路から入力されるよ
うに設定されており、それらの信号は次述する合計電圧
検出部10及びANDゲート12に与えられる。 ハードディスクが駆動している状態。 アプリケーションの起動中であって、キー操作等によ
る入力信号に基づいてCPUがアプリケーションプログ
ラムを実行している、いわゆるアクティブ状態。
【0018】次に制御部7の内部構成について説明す
る。制御部7内には、各単電池2の端子電圧を検出する
4つの電圧検出部9a〜9d、全単電池2の合計端子電
圧を検出する合計電圧検出部10、ORゲート11、A
NDゲート12及びNORゲート13で構成されてい
る。このうち電圧検出部9a〜9dは、各単電池2ごと
に設けられて各端子電圧を個別に検出し、検出電圧が単
位基準電圧(例えば2.5V)を下回ったときにハイレ
ベル信号をANDゲート12に与える。一方、合計電圧
検出部10は、両端の単電池2a,2dの正極又は負極
に接続されて全単電池2の合計端子電圧を検出し、合計
基準電圧と比較する。そして、検出電圧が、合計基準電
圧以上のときにローレベル信号を出力し、合計基準電圧
を下回ったときにハイレベル信号を出力してNORゲー
ト13に与える。
【0019】ここで、前記合計基準電圧は2つ選択可能
に設けられており、信号端子8からローレベル信号を受
けている(パソコン本体が上記又はの状態)ときは
第1合計基準電圧(例えば11.2V)が設定される。
一方、信号端子8からハイレベル信号を受けている(パ
ソコン本体が上記又は状態以外の状態。例えば後述
するスリープ状態)ときは第2合計基準電圧(例えば1
3.2V)が設定されるのである。なお、上記第1及び
第2合計基準電圧は同じ値であっても異なる値であって
もよい。但し、上記以外の動作状態においては、
の動作状態に比べて放電電流が小さいため、電圧ドロ
ップが小さく、検出電圧は開路電圧に近い値で放電停止
になる。これに対しての動作状態においては電圧ド
ロップが大きく、開路電圧よりもかなり低い値で放電停
止となる。従って、同じ値に設定すると以外の動作
状態の方がより深く過放電されることになる。そこで、
これを避けるために、本実施形態ではの動作状態に
おける第1合計基準電圧(例えば11.2V)を、
以外の動作状態における第2合計基準電圧(例えば1
3.2V)より低い値に設定して、パソコン本体が
以外の動作状態にあるときには早めに保護過放電保護手
段を作動させるのが好ましい。
【0020】また、ORゲート11の入力端子には電圧
検出部9a〜9dの出力が接続され、電圧検出部9a〜
9dによって検出された単電池2の端子電圧のいずれか
が2.5Vを下回ったとき、ANDゲート12の入力に
ハイレベル信号を与える。次いで、ANDゲート12
は、ORゲート11からの出力及び信号端子8からの出
力の両方がハイレベルであるときにハイレベル信号を出
力し、それ以外の場合はローレベルとなる。そして、N
ORゲート13は、ANDゲート12からの出力がハイ
レベルとなるか、又は合計電圧検出部10の検出電圧が
11.3V又は13.2Vを下回ったことを示すハイレ
ベル信号が入力されたときに、パソコン本体と単電池2
との接続を遮断する信号(ローレベル信号)をスイッチ
素子4に出力する。
【0021】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を図2に示す動作状態表を参照しつつ説明する。パソコ
ンには、上述したハードディスクが駆動している状態や
アクティブ状態の他、アプリケーションの起動中で入力
信号を待っている処理待ち状態等さまざまな動作状態が
あり、それぞれに要する供給電流値が異なる。例えばア
プリケーションが起動された状態で、上記処理待ち状態
が所定時間継続すると、例えばディスプレイへの画面表
示を消すと共にCPUの動作速度を落とすなどしてパソ
コンの消費電力を抑えるべく低消費電力の処理待ち状
態、いわゆるスリープ状態に移行する。このようなスリ
ープ状態であっても数mAの供給電流が常時二次電池3
からパソコン本体側に流れているから、二次電池3は徐
々に放電しており、このため二次電池3の各単電池2の
容量のバラツキ等によって一部の単電池2の端子電圧が
2.5Vを下回ることがある。
【0022】そうすると、図2(パターン1〜4)に示
すように、信号端子8からの入力が常にハイレベルとな
っているから、上記一部の単電池2の端子電圧が2.5
Vを下回ってORゲート11がハイレベルを出力した段
階でANDゲート12の出力がハイレベルとなる。そし
てNORゲート13からのローレベル信号によりスイッ
チ素子4がオフする(パターン2,4)。即ち、全単電
池2の合計端子電圧如何に関わらず、パソコン本体との
接続が遮断され強制的に電源が切られることになり優先
的に各単電池2の過放電が防止され、これにより二次電
池3の性能劣化や寿命低下を抑制することができる。
【0023】なお、このようにスリープ状態で強制的に
電源が切られると、その時点で保存されていないデータ
が失われることがある。しかし、スリープ状態は使用者
が所定時間以上パソコンを使用していないときに移行す
るものであり、長時間放置されることも多々ある。この
ように長時間放置される可能性がある動作状態について
は、やはり過放電防止を優先するのが望ましいため本実
施形態では上記いずれかの単電池2の端子電圧が2.5
Vを下回ったときには強制的に電源を切る構成とした。
【0024】また、全単電池が2.5V以上を示してい
てANDゲート12の出力がローレベルとなっていて
も、合計端子電圧が13.2Vを下回ったときにはNO
Rゲート13からローレベル信号が出力されてスイッチ
素子4がオフする(パターン3)。従って、やはりパソ
コン本体との接続が遮断されるので、長期放置下でも過
放電による電解液の分解を防止し、電池の安全性及び特
性を維持することができる。
【0025】一方、例えば上記スリープ状態に入る前に
キー操作等の入力信号をCPUが受けてパソコン本体が
上述のアクティブ状態になると、大きな負荷電流が二次
電池3からパソコン本体側に流れる。すると、やはりた
とえ短時間であっても二次電池3の各単電池の容量のバ
ラツキ等によって一部の単電池2の端子電圧が2.5V
を下回ることがある。そうすると、図2(パターン5〜
8)に示すように、信号端子8からの信号が常にローレ
ベルとなっているから、たとえ前記一部の単電池2の端
子電圧が2.5Vを下回ってORゲート11がハイレベ
ル信号を出力しても、ANDゲート12の出力はローレ
ベルとなる。従って、全単電池2の合計端子電圧が1
1.2Vを下回らない限り、NORゲート13からはハ
イレベル信号が出力されスイッチ素子4はオン状態を維
持し電力供給が継続される(パターン6)。従って、こ
の間前記一部の単電池2は更に放電が継続されることに
なるが、このアクティブ状態は通常短時間で終了し、再
び処理待ち状態になる。その後、前記スリープ状態と同
様に、一部の単電池2の端子電圧が2.5Vを下回って
いることで強制的に電源が切られることになる。このよ
うにアクティブ状態で強制的に電源が切られるのを極力
回避することでハードディスクの不具合が生じるのを防
止することができるのである。
【0026】なお、大量のデータを保存するときなどア
クティブ状態が長時間継続することもあるが、この場合
には、例えば当該単電池2が過放電であることをパソコ
ンの表示画面に表示させたり警告音を鳴らすなど外部に
報知させる構成とし、アクティブ状態を中止させて処理
待ち状態にすることでアクティブ状態で強制的に電源が
切られるのを極力回避することができる。そしてその後
充電すれば前記一部の単電池2の端子電圧は回復するの
で支障はないと考えられる。また、合計端子電圧が1
1.2Vを下回るほど異常に放電したときは、ANDゲ
ート12の出力に関わらずNORゲート13からローレ
ベル信号が出力されスイッチ素子4がオフする(パター
ン7,8)ので、電解液の漏れなどの心配はない。
【0027】このように、ハードディスクが駆動してい
る状態、或いはパソコン本体のCPUがアクティブ状態
にある間は、単電池2のいずれかの端子電圧が2.5V
を下回っても二次電池3の合計端子電圧が11.2Vを
下回らない限り、パソコン本体への放電が継続され強制
的に電源が切られることはない。従って、電源が強制的
に切れることでハードディスクに不具合が生じるのを極
力回避することができる。
【0028】<第2実施形態>図3は(請求項4の発明
に対応する)第2実施形態を示す。上記第1実施形態と
は、負荷状態判別手段の構成が相違し、その他の点は前
記第1実施形態と同様である。従って、第1実施形態と
同一符号を付して重複する説明を省略し、異なるところ
のみを次に説明する。
【0029】二次電池装置1からパソコン本体に供給さ
れる負荷電流値は、当該パソコン本体の動作状態によっ
て異なる。具体的には、電源オフ時は数mA(3mA程
度)以下、アイドル状態では数十mA(75mA程
度)、OSのみが起動した状態では平均1A程度、また
アプリケーションが起動している時はピークで1.5A
程度である。そこで、本実施形態では、上記信号端子8
の代わりに単電池2の正極側と電源端子5との間に電流
検出回路14が設けられている。この電流検出回路14
は、パソコン本体への放電時におけて電源供給ラインに
流れる負荷電流量を検出し、これが所定の基準値(例え
ば70mA)を上回るときはローレベル信号を、下回る
ときはハイレベル信号を合計電圧検出部10及びAND
ゲート12に与える。なお、これらの信号レベル変化に
基づく制御部7の動作は、上記第1実施形態の信号端子
8の信号レベル変化に基づく動作と同様である。このよ
うな構成であれば、パソコン本体から動作状態を知らせ
る信号を受ける等の構成を用いることなくパソコン本体
の動作状態を二次電池装置単独で判別することが可能に
なる。
【0030】<他の実施形態>本発明は、前記実施形態
に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するよ
うな実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、
下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実
施することができる。 (1)上記各実施形態では、4個の単電池2(2a〜2
d)からなる二次電池3を備えた二次電池装置1を例に
挙げて説明したが、これに限らず、例えば1個の単電
池、或いは5個以上の単電池からなる二次電池を備えた
ものであっても良い。
【0031】(2)上記各実施形態では、携帯用パソコ
ンに適用した例を説明したが、これに限らず、二次電池
装置により給電される種々の装置(例えば携帯電話等)
に対して本発明の効果を得ることができる。
【0032】(3)上記第1実施形態では、「負荷回路
が電源保護を要する所定の動作状態」は、ハードディス
ク駆動状態及びアクティブ状態に設定したが、これに限
らず、いずれか一方の状態を設定してもよく、またこれ
らの状態に処理待ち状態(スリープ状態を除く)も含め
て設定しもよい。また、どの状態に設定するかは、予め
製造者側で一律の状態に設定しておいても良く、或い
は、信号端子8に入力されるパソコン本体から信号レベ
ルを変更するためのレベル変更手段を設けて使用する者
の任意の選択により設定するものであっても良い。
【0033】(4)上記第2実施形態では、「負荷回路
が電源保護を要する所定の動作状態」は、負荷電流値が
例えば70mA以上である状態、即ちアイドル状態、O
Sのみが起動した状態、またはアプリケーションが起動
している状態に設定したが、これに限らず、電流検出回
路14の所定の基準値を変更することで様々な状態に設
定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る二次電池装置の電気的構成
を示したブロック図
【図2】その動作状態表
【図3】第2実施形態に係る二次電池装置の電気的構成
を示したブロック図
【符号の説明】
1…二次電池装置 2(2a〜2d)…単電池(単位電池) 3…二次電池 4…スイッチ素子 7…制御部 8…信号端子 9a〜9d…電圧検出部 10…合計電圧検出部 11…ORゲート 12…ANDゲート 13…NORゲート 14…電流検出回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 負荷回路への電力供給を行う二次電池
    と、この二次電池に接続され、その放電状態を検出して
    所定の過放電状態となったときに前記二次電池からの放
    電を遮断する過放電保護手段とを備えた二次電池装置に
    おいて、 前記負荷回路の動作状態を判別する負荷状態判別手段を
    設けて、 前記負荷状態判別手段により前記負荷回路が電源保護を
    要する所定の動作状態にあると判断されたときには、前
    記二次電池からの放電を遮断せずに前記負荷回路への電
    力供給を継続することを特徴とする二次電池装置。
  2. 【請求項2】 複数の単位電池を直列に接続してなり、
    負荷回路への電力供給を行う二次電池と、前記各単位電
    池にそれぞれ接続され、各単位電池の端子電圧によって
    それらの放電状態を検出して、前記各単位電池のいずれ
    かが所定の過放電状態となったときに前記二次電池から
    の放電を遮断する過放電保護手段とを備えた二次電池装
    置において、 前記負荷回路の動作状態を判別する負荷状態判別手段
    と、 前記複数の単位電池の合計端子電圧を検出する合計電圧
    検出手段とを設けて、 前記負荷状態判別手段により前記負荷回路が電源保護を
    要する所定の動作状態にあると判断されたときには、前
    記複数の単位電池のうちいずれかの端子電圧が所定の単
    位基準電圧を下回っても前記合計端子電圧が所定の合計
    基準電圧以上であるときは前記二次電池からの放電を遮
    断せずに前記負荷回路への電力供給を継続することを特
    徴とする二次電池装置。
  3. 【請求項3】 前記負荷状態判別手段は、前記負荷回路
    へ供給される負荷電流値に基づいて前記負荷回路の動作
    状態を判別することを特徴とする請求項1又は請求項2
    に記載の二次電池装置。
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