JP2005027365A

JP2005027365A - 電池パック

Info

Publication number: JP2005027365A
Application number: JP2003186656A
Authority: JP
Inventors: Tamiji Nagai; 民次永井; Kazuo Yamazaki; 和夫山崎; Kenji Enomoto; 健司榎本; Takayuki Aida; 孝行会田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-06-30
Filing date: 2003-06-30
Publication date: 2005-01-27

Abstract

【課題】充電保護用のＦＥＴの耐圧より低い耐圧のＦＥＴを放電保護用として選択する。
【解決手段】Ｎ型のＦＥＴ２のソースは、二次電池１の負極側と接続され、そのドレインは、Ｐ型のＦＥＴ３のドレインと接続され、そのゲートは、検出制御回路４と接続される。ＦＥＴ３のソースは、端子７と接続され、そのゲートは、検出制御回路４と接続される。ダイオード５のアノードは、端子７と接続され、そのカソードは、端子６と接続される。制御検出回路４は、端子６と接続される。電圧源８の負極側は、端子６と接続され、その正極側は、端子７と接続される。このとき、放電保護用のＦＥＴ２、充電保護用のＦＥＴ３の耐圧は、ＦＥＴ２＜ＦＥＴ３となるようにＦＥＴが選択される。このように、ＦＥＴ２、３が選択された場合、図１に示すようにダイオード５を挿入することによって、同じ耐圧のＦＥＴ２、３のときと、同様に制御することができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、二次電池を充電する充電器の逆接続から二次電池を保護する電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ノートパソコンや携帯型電話機などの電子機器の電源として、二次電池が広く使用されている。充電状態においては過充電や過電流による二次電池の劣化や発熱を防止したり、放電状態においては過電流による電流経路の焼損や過放電による二次電池の劣化を防止したりするための保護回路が設けられている。
【０００３】
この保護回路の一例として、充電器の逆接続を検出し、逆充電から二次電池を保護することができるようにしているものもある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１９１１３０号公報
【０００５】
図１３に示すように、二次電池６１の正極側と端子６６との間に、ヒューズ６５を設け、二次電池６１の負極側と端子６７との間に、Ｎ型のＦＥＴ６２および６３が設けられている。このＦＥＴ６２および６３は、検出制御回路６４によって制御される。電圧源６８の負極側は、端子６６と接続され、その正極側は、端子６７と接続される。
【０００６】
このとき、電圧源６８から二次電池６１と同じ電圧がかけられることがあるため、ＦＥＴ６２および６３の耐圧は、同じ耐圧に設定されていた。また、所定の電流以上の電流が流れるとヒューズ６５が溶断して充電回路を遮断するようにされていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、同じ耐圧のＦＥＴを選択する場合、Ｎ型のＦＥＴの構造から実装面積が大きくなるため、保護回路を含む例えば電池パックなどの形状が大きくなる問題があった。また、価格も高価になるという問題があった。
【０００８】
従って、この発明の目的は、充電保護用のＦＥＴの耐圧より低い耐圧のＦＥＴを放電保護用として選択することができる電池パックを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を達成するために請求項１の発明は、二次電池と、充電時に二次電池を保護する第１の電界効果トランジスタと、放電時に二次電池を保護し、第１の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧の第２の電界効果トランジスタと、第１および第２の電界効果トランジスタを制御する制御手段と、二次電池の正極側から導出され、ダイオードのカソードが接続される第１の出力端子と、第１および第２の電界効果トランジスタを介して二次電池の負極側と接続され、ダイオードのアノードが接続される第２の出力端子とを有することを特徴とする電池パックである。
【００１０】
請求項３の発明は、二次電池と、充電時に二次電池を保護する第１の電界効果トランジスタと、放電時に二次電池を保護し、第１の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧の第２の電界効果トランジスタと、二次電池の端子電圧を検出する第１の電圧検出手段と、第２の電界効果トランジスタの耐圧より低い電圧を検出する第２の電圧検出手段とを有し、第１の電圧検出手段で所定の電圧が検出されると、第２の電界効果トランジスタをオフさせて、放電を停止するようにし、第２の電圧検出手段で低い電圧が検出されると、第１の電界効果トランジスタをオフさせて、充電を停止するようにしたことを特徴とする電池パックである。
【００１１】
このように、少なくとも１つのダイオードを設けることによって、放電保護用の電界効果トランジスタの耐圧を、充電保護用の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧とすることができ、また、放電保護用の電界効果トランジスタの耐圧より低い電圧を検出し充電保護用の電界効果トランジスタをオフとすることによって、放電保護用の電界効果トランジスタの耐圧を、充電保護用の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明が適用された第１の実施形態の全体的構成を示す。二次電池１の正極側から端子６が導出され、その負極側から端子７が導出される。Ｎ型のＦＥＴ（ＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２のソースは、二次電池１の負極側と接続され、そのドレインは、Ｐ型のＦＥＴ３のドレインと接続され、そのゲートは、検出制御回路４と接続される。
【００１３】
ＦＥＴ３のソースは、端子７と接続され、そのゲートは、検出制御回路４と接続される。ダイオード５のアノードは、端子７と接続され、そのカソードは、端子６と接続される。制御検出回路４は、端子６と接続される。電圧源８の負極側は、端子６と接続され、その正極側は、端子７と接続される。
【００１４】
このとき、放電保護用のＦＥＴ２および充電保護用のＦＥＴ３の耐圧は、
ＦＥＴ２＜ＦＥＴ３
となるようにＦＥＴが選択される。このように、ＦＥＴ２および３が選択された場合、図１に示すようにダイオード５を挿入することによって、同じ耐圧のＦＥＴ２および３のときと、同様に制御することができる。
【００１５】
また、図２に示す第１の実施形態の変形例のように、２個以上のダイオードを挿入するようにしても良い。一例として、ダイオード１１のカソードは、端子６と接続され、そのアノードは、端子７と接続される。このように、ダイオード５と並列になるように、２個以上のダイオードを設けることによって、さらに耐圧の低い放電保護用のＦＥＴ２を選択することができる。
【００１６】
また、図２中点線で示すように、ダイオード１２のカソードは、二次電池１の正極側と接続され、そのアノードは、二次電池１の負極側と接続される位置にダイオードを設けるようにしても、放電保護用のＦＥＴ２の耐圧を低くすることができる。
【００１７】
図３を参照して、この発明が適用された第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態は、二次電池の充電時において、充電保護用のＦＥＴ３をオフすることによって、耐圧の低い放電保護用のＦＥＴ２を充電電圧から保護するようにしたものである。
【００１８】
電圧検出回路２１では、二次電池１の端子電圧が検出される。この電圧検出回路２１では、ＦＥＴ２の耐圧を超える電圧が検出されると、制御回路２３へ検出信号が供給される。制御回路２３では、電圧検出回路２１から供給された検出信号に応じて、ＦＥＴ２をオフさせるための制御信号がＦＥＴ２のゲートへ供給される。
【００１９】
電圧検出回路２２では、二次電池１の端子電圧が検出される。この電圧検出回路２２では、ＦＥＴ２の耐圧より低い電圧が検出されると、制御回路２３へ検出信号が供給される。制御回路２３では、電圧検出回路２２から供給された検出信号に応じて、ＦＥＴ３をオフさせるための制御信号がＦＥＴ３のゲートへ供給される。
【００２０】
二次電池１の端子電圧は、一例として図４に示すような充電および放電を示す。期間Ｔ１およびＴ３では、充電が行われ、期間Ｔ２およびＴ４では、放電が行われている。電圧ｖ１は、充電を開始する電圧であり、電圧ｖ２は、ＦＥＴ２をオフする電圧であり、電圧ｖ３は、ＦＥＴ２の耐圧である。
【００２１】
また、充電時に電圧源８から出力される電圧特性の一例を図５に示す。この一例では、充電時において二次電池１の基準電圧以上の電圧を供給して充電する。このとき、パルス充電を行うようにしても良い。電圧ｖ１１は、充電時における二次電池１の基準電圧であり、電圧ｖ１２は、充電時における二次電池１の基準電圧以上となる所定の電圧であり、電圧ｖ１３は、ＦＥＴ３をオフする電圧である。
【００２２】
このように、二次電池１に対して充電が行われている場合、電圧検出回路２２では、ＦＥＴ２の耐圧となる電圧ｖ３より低い電圧ｖ２が検出される。電圧ｖ２が検出されると、ＦＥＴ３をオフとすることによって充電が停止され、ＦＥＴ２が保護される。従って、基準電圧以上の電圧を供給して充電するような場合であっても、ＦＥＴ２の耐圧（電圧ｖ３）を超えた電圧がＦＥＴ２に供給されることはない。
【００２３】
図６を参照して、この発明が適用された第３の実施形態について説明する。電圧検出回路３１では、二次電池１の端子電圧が検出される。この電圧検出回路３１では、図７に示す電圧ｖ２１が検出されると、制御回路３２へ検出信号が供給される。制御回路３２では、電圧検出回路３１から供給された検出信号に応じて、ＦＥＴ２をオフさせるための制御信号がＦＥＴ２のゲートへ供給される。すなわち、この電圧検出回路３１では、過放電が検出される。
【００２４】
電圧検出回路３３では、ＦＥＴ２のソースと、ＦＥＴ３のソースとの間の電位差Ｖ_３３が検出される。検出された電位差Ｖ_３３は、引き算回路３５へ供給される。
【００２５】
電圧検出回路３４では、端子６と、端子７との間の電圧Ｖ_３４が検出される。この電圧検出回路３４では、電圧源８から供給される充電電圧が検出される。検出された電圧Ｖ_３４は、引き算回路３５へ供給される。
【００２６】
引き算回路３５では、以下の式（１）のように、電圧検出回路３４から供給される電圧Ｖ_３４から電圧検出回路３３から供給される電位差Ｖ_３３が減算される。
Ｖ_３４−Ｖ_３３式（１）
【００２７】
その減算結果は、制御回路３６へ供給される。制御回路３６では、引き算回路３５から供給される減算結果が基準値以上になると、ＦＥＴ３をオフさせるための制御信号がＦＥＴ３のゲートへ供給される。
【００２８】
図７に示す、電圧ｖ２２から電圧ｖ２３の範囲が、二次電池１の充放電に使用される。従って、電圧ｖ２３は、過充電を検出するときの電圧となる。図７に示す、電圧ｖ２４は、電圧検出回路３４で検出される電圧Ｖ_３４の一例である。
【００２９】
図８を参照して、この発明が適用された第４の実施形態について説明する。抵抗４２は、ＦＥＴ３のソースと、端子７との間に設けられる。電流検出回路４３は、抵抗４２の両端と接続され、電流が検出される。検出された電流は、動作制御回路４４へ供給される。動作制御回路４４では、供給された電流が所定の電流値以下であると判断すると、制御信号が電圧検出回路４５へ供給される。
【００３０】
電圧検出回路４５では、端子６と、端子７との間の電圧が検出される。この電圧検出回路４５では、電圧源８から供給される充電電圧が検出される。この電圧検出回路４５では、動作制御回路４４から制御信号が供給され、所定の電圧値以上の電圧が検出されると、制御回路４１へ制御信号が供給される。制御回路４１では、電圧検出回路４５から供給される制御信号に応じて、ＦＥＴ３をオフさせるための制御信号がＦＥＴ３のゲートへ供給される。
【００３１】
二次電池１の充電時の電圧電流特性の一例を図９に示す。充電が開始され、時間が経過すると、電圧は電圧ｖ３１で示すように変化し、電流は電流ｉ３１に示すように変化する。時点ｔ３１までは定電流で充電され、時点ｔ３１以降は定電圧で充電される。
【００３２】
上述した所定の電流値以下となる時間が時点ｔ３２とした場合、時点ｔ３２となるときに、例えば電圧ｖ３２で示すような電圧が電圧検出回路４５で検出されると、ＦＥＴ３がオフされる。また、時点ｔ３１以降に電流ｉ３２で示すように電流が変化せず、電圧ｖ３２に示すように電圧が高くなると、電圧源８（充電器）が壊れていることが分かる。
【００３３】
また、充電時に電圧源８から出力される電圧特性の一例を図１０に示す。この一例では、充電電圧は、図１０中電圧ｖ４３のような特性を示す。しかしながら、まず、時点ｔ４１において、電圧検出回路４５で電圧ｖ４２が検出されると、ＦＥＴ３をオフし、時点ｔ４２において、電圧検出回路４５で電圧ｖ４１が検出されると、ＦＥＴ３をオンし、時点ｔ４３において、電圧検出回路４５で電圧ｖ４２が検出されると、ＦＥＴ３をオフするように制御される。
【００３４】
従来の場合であれば、二次電池１の端子電圧を検出していたので、間欠動作となり、電圧源８から供給される電圧が下がっていないにもかかわらずＦＥＴ３をオンするような場合がある。しかしながら、この実施形態では、端子６および７から供給される電圧を検出しているので、二次電池１の端子電圧が低下してもＦＥＴ３のオフを維持し、電圧源８から供給される電圧が下がったときに、ＦＥＴ３をオンするようにしている。
【００３５】
また、図１１に示す第４の実施形態の変形例のように二次電池１の端子電圧を検出する電圧検出回路５１を設けるようにしても良い。電圧検出回路５１では、二次電池１の端子電圧が充電時に所定の電圧値となると、制御信号が制御回路４１へ供給される。
【００３６】
制御回路４１では、電圧検出回路５１から供給される制御信号と、電圧検出回路４５から供給される制御信号とに応じて、ＦＥＴ３をオフさせるための制御信号がＦＥＴ３のゲートへ供給される。このとき、上述したように二次電池１の端子電圧が低下しても、電圧源８（充電器）から供給される電圧が低下しない限り、ＦＥＴ３はオフとならない。
【００３７】
この発明は、上述したこの発明の一実施形態等に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
【００３８】
【発明の効果】
この発明に依れば、二次電池の充電保護用のＦＥＴより放電保護用のＦＥＴを耐圧が低いものを選択することができるので、ＦＥＴの選択を容易にすることができる。
【００３９】
また、この発明に依れば、放電保護用のＦＥＴは耐圧が低いものを選択することができるので、実装面積を小さくすることができ、そのパッケージも小さくすることができる。
【００４０】
さらに、この発明に依れば、放電保護用のＦＥＴは、耐圧が低いものを選択することができるので、価格も安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明が適用される第１の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図２】この発明が適用される第１の実施形態の変形例について説明するためのブロック図である。
【図３】この発明が適用される第２の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図４】この発明が適用される第２の実施形態について説明するための特性図である。
【図５】この発明が適用される第２の実施形態について説明するための特性図である。
【図６】この発明が適用される第３の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図７】この発明が適用される第３の実施形態について説明するための特性図である。
【図８】この発明が適用される第４の実施形態について説明するためのブロック図である。
【図９】この発明が適用される第４の実施形態について説明するための特性図である。
【図１０】この発明が適用される第４の実施形態について説明するための特性図である。
【図１１】この発明が適用される第４の実施形態の変形例について説明するためのブロック図である。
【図１２】従来の逆接続保護回路の一例である。
【符号の説明】
１・・・二次電池、２、３・・・ＦＥＴ、４・・・検出制御回路、５・・・ダイオード、６、７・・・端子、８・・・電圧源、２１、２２・・・電圧検出回路、２３・・・制御回路

Claims

二次電池と、
充電時に上記二次電池を保護する第１の電界効果トランジスタと、
放電時に上記二次電池を保護し、上記第１の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧の第２の電界効果トランジスタと、
上記第１および第２の電界効果トランジスタを制御する制御手段と、
上記二次電池の正極側から導出され、ダイオードのカソードが接続される第１の出力端子と、
上記第１および第２の電界効果トランジスタを介して上記二次電池の負極側と接続され、上記ダイオードのアノードが接続される第２の出力端子と
を有することを特徴とする電池パック。
上記ダイオードを複数設けるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
二次電池と、
充電時に上記二次電池を保護する第１の電界効果トランジスタと、
放電時に上記二次電池を保護し、上記第１の電界効果トランジスタの耐圧より低い耐圧の第２の電界効果トランジスタと、
上記二次電池の端子電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
上記第２の電界効果トランジスタの耐圧より低い電圧を検出する第２の電圧検出手段とを有し、
上記第１の電圧検出手段で所定の電圧が検出されると、上記第２の電界効果トランジスタをオフさせて、放電を停止するようにし、
上記第２の電圧検出手段で上記低い電圧が検出されると、上記第１の電界効果トランジスタをオフさせて、充電を停止するようにしたことを特徴とする電池パック。
上記第２の電圧検出手段は、
上記二次電池の端子電圧を検出するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
上記第２の電圧検出手段は、
第１および第２の出力端子から得られる電圧から、上記二次電池と上記第２の出力端子との間の電位差を減算することによって電圧を獲得するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
上記第２の電圧検出手段は、
上記第１および第２の出力端子の間の電圧を獲得するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。
上記第２の電圧検出手段は、
電流検出手段で検出される電流に応じて、上記第１および第２の出力端子の間の電圧を獲得するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の電池パック。