JP2005094934A - 制御端子付き電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】 保護回路を備えず、取り外し可能にしても専用の本体（放電器）以外の機器への放電を阻止できるようにする簡単な回路で部品点数を低減し、小型化、低コスト化を図る。
【解決手段】 放電制御用スイッチＦＥＴを直列に接続したリチウムイオン電池１を内蔵し専用本体２に放電を行う電池パック１であって、専用本体２に接続する１乃至複数の制御端子Ｐｃ１〜Ｐｃ４を備え、放電制御用スイッチＦＥＴのバイアス回路が制御端子Ｐｃ１〜Ｐｃ４の１つを介して専用本体２側の回路を介して構成される。このことにより、保護回路がなく部品点数を少なくした簡単な回路構成で専用の放電器を接続してはじめてバイアスを供給し放電制御用スイッチＦＥＴのオンに制御される電池パック１が提供できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用本体に放電を行う電池パックに関する。

小型化、軽量化を進めている電子機器や携帯機器の電源として、リチウムイオン電池が使われ、その需要の拡大と共に開発、改良も積極的に推進されている。一般にリチウムイオン電池を内蔵した電池パックは、繰り返し充電をして利用するが、定格から外れた電圧での充電や過充電を繰り返し行うと、性能劣化や破壊が生じやすくなるため、専用の充電器、放電器が用意される（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１１−９８７１４号公報 特開平１１−１８７５８８号公報

従来の専用充電器もしくは専用本体により電圧検出、充電状態の検出、制御を行い充電停止の動作を行うためには、電池パックを取り外して充電を行う場合、保護ＩＣを内蔵した単体であれば、間違って別の機器により充放電されても、内蔵した保護ＩＣの動作により電池を保護することができる。しかし、保護ＩＣを内蔵した電池パックでは、保護ＩＣが電力を消費し、部品点数もそれなりに多くコストも高くなるなどの問題を有している。さらに保護回路を内臓した単体以外では、取り外しを行うと、間違って別の機器により充放電されても電池を保護することができないため、別の機器により充放電される恐れから分離独立することができなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、保護回路を備えず、取り外し可能にしても専用の本体（放電器）以外の機器への放電を阻止できるようにする簡単な回路で部品点数を低減し、小型化、低コスト化を図るものである。

そなために本発明は、放電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用本体に放電を行う電池パックであって、前記専用本体に接続する１乃至複数の制御端子を備え、前記放電制御用スイッチのバイアス回路が前記制御端子の１つを介して前記専用本体側の回路を介して構成されることを特徴とする。

さらに、前記制御端子の１つは、前記バイアス回路の前記放電制御用スイッチをオンにバイアスするバイアス抵抗を短絡するスイッチ手段の制御端子であることを特徴とし、前記スイッチ手段は、ＦＥＴトランジスタからなる前記放電制御用スイッチのゲート・ドレイン間に接続されるバイアス抵抗を短絡するトランジスタであり、前記制御端子の１つは、前記トランジスタのベースに接続されていることを特徴とし、前記放電制御用スイッチのバイアス回路に少なくとも１つのオープン端子対を接続し、前記制御端子は、前記オープン端子対の両側に設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、放電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用本体に放電を行う電池パックであって、前記専用本体に接続する１乃至複数の制御端子を備え、前記放電制御用スイッチのバイアス回路が前記制御端子の１つを介して前記専用本体側の回路を介して構成されるので、保護回路がなく部品点数を少なくした簡単な回路構成で専用の放電器を接続してはじめてバイアスを供給し放電制御用スイッチのオンに制御できる。

さらに、前記制御端子の１つは、前記バイアス回路の前記放電制御用スイッチをオンにバイアスするバイアス抵抗を短絡するスイッチ手段の制御端子であることにより、保護回路がなくても専用本体側から放電制御用スイッチをオフに制御して保護することができる。

また、前記スイッチ手段は、ＦＥＴトランジスタからなる前記放電制御用スイッチのゲート・ドレイン間に接続されるバイアス抵抗を短絡するトランジスタであり、前記制御端子の１つは、前記トランジスタのベースに接続されていることにより、専用本体側からトランジスタをオンにするベース電流を供給するだけの簡単な回路構成により放電制御用スイッチをオフに制御できる。

前記放電制御用スイッチのバイアス回路に少なくとも１つのオープン端子対を接続し、前記制御端子は、前記オープン端子対の両側に設けられているので、専用の放電器側で自由度を持ったバイアス回路を設計できる。

以上のように、本発明によれば、電力を消費する保護ＩＣを使うことなく、専用本体でのみ放電制御用スイッチの開閉制御を行う方式を用い、専用本体からの取り外しを可能としつつ、回路を無電力化して簡単な回路で部品点数を低減し、小型化、低コスト化、省電力化を図りつつ充電保護を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る制御端子付き電池パックの実施の形態を示す図であり、１は電池パック部、２は専用本体（放電器）、Ｂはリチウムイオン電池、ＦＥＴは放電制御用スイッチ、Ｆはヒューズ、Ｐ１、Ｐ２はオープン端子対、Ｐ＋は正極端子、Ｐ−は負極端子、Ｔｒはトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３はバイアス抵抗、Ｐｃ１〜Ｐｃ４は制御端子を示す。

図１において、電池パック部１は、放電制御用スイッチＦＥＴを直列に接続したリチウムイオン電池Ｂを内蔵し、バイアス抵抗Ｒ１、Ｒ２、トランジスタＴｒ、制御端子Ｐｃ１〜Ｐｃ４を介した専用本体（放電器）２の回路により放電制御用スイッチＦＥＴのバイアス回路を構成している。バイアス抵抗Ｒ１は、放電制御用スイッチＦＥＴのゲートＧ・ドレインＤ間をバイアスするものである。ＮＰＮのトランジスタＴｒは、このバイアスをショートするスイッチ素子であり、ベース・エミッタ間にバイアス抵抗Ｒ２が接続され、制御端子Ｐｃ１を通して専用本体（放電器）２からベースにバイアス電流が供給されてオンになる。

放電制御用スイッチＦＥＴは、ソースＳがリチウムイオン電池Ｂの正極に接続され、ドレインＤが専用本体（放電器）２に接続する外部端子Ｐ＋に引き出され、ゲートＧとドレインＤとの間にバイアス抵抗Ｒ２が接続される。そして、ゲートＧとバイアス抵抗Ｒ２との接続点が負極ラインに接続されてバイアス電流が供給されることにより、放電制御用スイッチＦＥＴがオンしてリチウムイオン電池Ｂから外部端子Ｐ＋を通して専用本体（放電器）２に放電が実行される。

放電制御用スイッチＦＥＴのゲートＧと負極ラインとの間にヒューズＦとオープン端子対Ｐ１、Ｐ２が直列接続され、専用本体（放電器）２に接続される制御端子Ｐｃ２〜Ｐｃ４は、それぞれの直列接続点から取り出されている。すなわち、制御端子Ｐｃ２は、ヒューズＦ、オープン端子対Ｐ１、Ｐ２の全てをバイパスするバイアス回路を構成し、制御端子Ｐｃ３は、ヒューズＦを通してオープン端子対Ｐ１、さらにはＰ２をバイパスするバイアス回路を構成する。したがって、このオープン端子対Ｐ１、Ｐ２のうち、電池パック部１で短絡片により、例えばオープン端子対Ｐ１が短絡されている場合にはその両側の制御端子Ｐｃ３、Ｐｃ４が同レベルになり、オープン端子対Ｐ２が短絡されている場合には制御端子Ｐｃ４は制御の機能が失われる。

このように制御端子Ｐｃ２〜Ｐｃ４は、専用本体（放電器）２を介してバイアス抵抗Ｒ１にバイアス電流を供給するためのものであり、これら制御端子Ｐｃ２〜Ｐｃ４より専用本体（放電器）２を介して回路が形成されてはじめて放電制御用スイッチＦＥＴをオンにするバイアスが供給され、専用本体（放電器）２にリチウムイオン電池Ｂから放電電流が供給される。この回路が遮断されると、放電制御用スイッチＦＥＴがオフになり放電が阻止される。専用本体（放電器）２から放電を阻止するため放電制御用スイッチＦＥＴをオフに制御するには、例えば専用本体（放電器）２のスイッチＳをオンにし制御端子Ｐｃ１を通してトランジスタＴｒをオンにすることにより行われる。

上記構成の電池パック部１に対し、専用本体（放電器）２では、図１に示すように制御端子Ｐｃ２又はＰｃ３から負極ラインにバイアス抵抗Ｒ３を接続する回路が備えられていれば、放電制御用スイッチＦＥＴがオンになって専用本体（放電器）２にリチウムイオン電池Ｂからの放電を可能にし、制御端子Ｐｃ１を通してスイッチをオンにしてトランジスタＴｒをオンにすることにより、放電制御用スイッチＦＥＴをオフにして放電回路を遮断することができる。また、バイアス抵抗Ｒ３を制御端子Ｐｃ４から負極ラインに接続する回路が備えられている専用本体（放電器）２に対しては、電池パック部１でオープン端子対Ｐ１が例えば短絡片で短絡されていることが必要となる。

図２は本発明に係る制御端子付き電池パックの他の実施の形態を示す図であり、専用本体（放電器）２において、バイアス電流を供給する制御端子Ｐｃ２〜Ｐｃ４の間にＰＮＰのトランジスタＴｒｃのエミッタ・コレクタを接続し、そのベースバイアスを制御する回路を備えた実施形態を示している。この実施形態では、常時オンのコンタクタＣｔｔとバイアス抵抗Ｒ３とを直列にしてトランジスタＴｒｃのベースと負極ラインとの間に接続しているので、専用本体（放電器）２において、コンタクタＣｔｔをオフにすることにより放電制御用スイッチＦＥＴのバイアスを遮断できるように構成している。なお、本実施形態では、トランジスタＴｒｃのコレクタが制御端子Ｐｃ４に接続されるので、オープン端子対Ｐ２を短絡片３で短絡している。勿論、ＰＮＰのトランジスタＴｒｃを省き図１と同様にバイアス抵抗Ｒ３を直接接続し、これにコンタクタＣｔｔを直列に挿入するように構成してもよい。

上記のように本実施形態では、制御回路自体に電源を持たなくても、専用本体（放電器）から供給する電力を利用し、スイッチ回路を外部制御にするシステムと保護動作内蔵の専用本体（放電器）を認識して、スイッチを開閉することにより放電保護を行っている。したがって、専用本体でのみスイッチの開閉を行う方式を用いて、専用本体からの取り外しを可能としつつ安全性を確保することが可能であり、小型、部品点数の低減、省電力、低価格化を可能とする電池パック、専用本体を提供することができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上記実施の形態では、所定の抵抗値のバイアス抵抗を用いて動作電圧を制限したが、バイアス電圧が低い場合には動作を制限するように非線形抵抗素子やツェナーダイオードなどの定電圧素子を用いることにより、安定した動作の制限を行うようにしてもよいし、また、このような抵抗をそれぞれ制御端子Ｐｃ１〜Ｐｃ４に直列に挿入してもよい。

本発明によれば、放電制御用スイッチＦＥＴのゲートＧをオフにラッチしつつ、ゲート駆動用の抵抗を専用本体に端子経由で接続するが、この時に接続する端子の方式を、単純な接続、抵抗分圧による定数方式、端子部の一定電圧化でのみ駆動するツェナーなど、複数の方式を組み合わせることにより、複雑な端子配分となるので、より確実に本体を特定することが可能となる。また、ゲート部を外部から強制的にオフ状態へ引き上げるスイッチなどにより専用本体（放電器）から強制的に放電の停止を行うことが可能となる。この他にも、スイッチを電界効果型やリレーによる方法、端子部をＩＣなどの特定信号検出素子で行うことも可能である。

本発明に係る制御端子付き電池パックの実施の形態を示す図である。 本発明に係る制御端子付き電池パックの他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１…電池パック部、２…専用本体（放電器）、Ｂ…リチウムイオン電池、ＦＥＴ…放電制御用スイッチ、Ｆ…ヒューズ、Ｐ１、Ｐ２…オープン端子対、Ｐ＋…正極端子、Ｐ−…負極端子、Ｔｒ…トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ３…バイアス抵抗、Ｐｃ１〜Ｐｃ４…制御端子

Claims (4)

1. 放電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用本体に放電を行う電池パックであって、前記専用本体に接続する１乃至複数の制御端子を備え、前記放電制御用スイッチのバイアス回路が前記制御端子の１つを介して前記専用本体側の回路を介して構成されることを特徴とする制御端子付き電池パック。
2. 前記制御端子の１つは、前記バイアス回路の前記放電制御用スイッチをオンにバイアスするバイアス抵抗を短絡するスイッチ手段の制御端子であることを特徴とする請求項１に記載の制御端子付き電池パック。
3. 前記スイッチ手段は、ＦＥＴトランジスタからなる前記放電制御用スイッチのゲート・ドレイン間に接続されるバイアス抵抗を短絡するトランジスタであり、前記制御端子の１つは、前記トランジスタのベースに接続されていることを特徴とする請求項２に記載の制御端子付き電池パック。
4. 前記放電制御用スイッチのバイアス回路に少なくとも１つのオープン端子対を接続し、前記制御端子は、前記オープン端子対の両側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の制御端子付き電池パック。

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