JP2005130664A - 電池パック - Google Patents
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Abstract
【課題】 電池電圧以上の電圧をゲート端子に印加することによって放電制御FETおよび充電制御FETを制御し、エネルギー損失を最小限に押さえる電池パックを提供することにある。
【解決手段】 保護回路30は、二次電池2の電圧を監視し、当該電圧が定格電圧範囲の下限値以上である場合に、放電制御FETのゲート端子に放電を許容する信号を提供する。放電制御FETは、この信号を受けると接続状態となって放電電流を通過させ、それ以外の場合は、放電電流を遮断する。さらに、当該電圧が所定の値以上である場合は、前記ゲート端子に電圧変換器11から電池電圧以上の電圧の信号が提供される。また、保護回路30は、当該電圧が定格電圧範囲の上限値以下である場合に、充電制御FETのゲート端子に充電を許容する信号を提供する。さらに、当該電圧が所定の値以上である場合は、前記ゲート端子に電圧変換器11からの電圧出力が提供される。
【選択図】 図5
【解決手段】 保護回路30は、二次電池2の電圧を監視し、当該電圧が定格電圧範囲の下限値以上である場合に、放電制御FETのゲート端子に放電を許容する信号を提供する。放電制御FETは、この信号を受けると接続状態となって放電電流を通過させ、それ以外の場合は、放電電流を遮断する。さらに、当該電圧が所定の値以上である場合は、前記ゲート端子に電圧変換器11から電池電圧以上の電圧の信号が提供される。また、保護回路30は、当該電圧が定格電圧範囲の上限値以下である場合に、充電制御FETのゲート端子に充電を許容する信号を提供する。さらに、当該電圧が所定の値以上である場合は、前記ゲート端子に電圧変換器11からの電圧出力が提供される。
【選択図】 図5
Description
この発明は、リチウムイオン電池等の二次電池の電池パックに関する。
リチウムイオン電池は、過充電や過放電に弱いことから、電池セルと、保護回路とが一体化された電池パックの構成とされるのが普通である。保護回路の機能は、過充電保護、過放電保護および過電流保護の3つの機能がある。簡単にこれらの保護機能について説明する。
過充電保護機能について説明する。リチウムイオン電池を充電していくと、満充電を過ぎても電池電圧が上昇を続ける。この過充電状態になると危険な状態となる可能性が生じる。したがって、充電は、定電流定電圧で行い、充電制御電圧が電池の定格(例えば4.2V)以下で行う必要がある。しかしながら、充電器の故障や、異機種用充電器の使用によって、過充電の危険性がある。過充電され、電池電圧がある電圧値以上になった場合、保護回路が充電制御FET(Field-Effect Transistor:電界効果トランジスタ)をオフし、充電電流を遮断する。この機能が過充電保護機能である。
ここで、図14ないし図16を参照して、過充電保護機能をさらに説明する。図14は、リチウムイオン電池パック150の通常状態を示した略線図である。リチウムイオン電池パック150は2つのセル152、153、放電制御FET154、および充電制御FET155を有している。制御用IC151は、複数の所定の箇所で電圧を測定し、その測定結果に応じて放電制御FET154、および充電制御FET155を制御し、一定方向の電流の流れを遮断する。放電制御FET154は、制御用IC151から信号線156を介して送られる信号により制御され、一方、充電制御FET155は、制御用IC151から信号線157を介して送られる信号により制御される。
リチウムイオン電池パック150は、負荷158や充電器159に接続される。図14の下部には、放電制御FET154、または充電制御FET155を流れる電流の向きを示す矢印A、Bが示されている。すなわち、負荷158が接続された場合、矢印Aの向きに放電電流が流れ、充電器159が接続された場合、矢印Bの向きに充電電流が流れる。
図15は、上述の過充電保護機能が働いた場合のリチウムイオン電池パック160の状態を示す略線図である。制御用IC161は、例えば、セル162、163のどちらかが4.3V±50mV以上であることを検知し、充電制御FET165をオフするよう制御し(放電制御FET164はオンの状態)、充電電流が遮断される。ただし、この場合、負荷168による放電電流は、寄生ダイオードを通って流れるため、充電器169による充電のみが禁止される。
次に、過放電保護機能について説明する。定格放電終止電圧以下まで放電し、電池電圧が例えば2V〜1.5V以下の過放電状態になった場合は、電池が故障する場合がある。放電され、電池電圧がある電圧値以下になった場合、保護回路は、放電制御FETをオフし、放電電流を遮断する。この機能が過放電保護機能である。
図16は、上記過放電保護機能が働いた場合のリチウムイオン電池パック170の状態を示す略線図である。制御用IC171は、例えば、セル172、173のどちらかが3.0V以下であることを検知し、放電制御FET174をオフするよう制御し(充電制御FET175はオンの状態)、放電電流が遮断される。ただし、この場合、充電器179による充電電流は、寄生ダイオードを通って流れるため、負荷178による放電のみが禁止される。
次に、過電流保護機能について説明する。電池の+−端子間が短絡された場合には、大電流が流れてしまい、異常発熱する危険性がある。放電電流がある電流値以上流れた場合には、保護回路は、放電制御FETをオフし、放電電流を遮断する。この機能が過電流保護機能である。
過電流保護機能に関しては、図面による説明を省略するが、基本的には、過放電保護機能と同様であり、放電制御FETがオフの状態に、充電制御FETがオンの状態となるよう制御される。
上述のように、リチウムイオン電池等の二次電池の電池パックにおいては、放電制御FETや充電制御FETを制御することによって保護機能が実現されてきた。そして、これらのFETの制御は、そのゲート端子に電池電圧を印加することによって行われている。また、FETのドレイン−ソース間の抵抗(オン抵抗)は、このゲート端子に印加される電圧に依存する。
この関係が、図17のグラフに表されている。例えば、ゲート電圧が3Vの場合、ドレイン−ソース間の抵抗は18.1mΩであり、ゲート電圧が10Vの場合、ドレイン−ソース間の抵抗は12.8mΩとなる。ここで、リチウムイオン電池1個の電池パックの場合、電池電圧は、通常は、4.2Vから3.0Vまで変化する。したがって、FETの抵抗は、15.8mΩから18.1mΩまで変化する。
従来においては、放電スイッチや充電スイッチ等を含む保護回路を備え、二次電池と降圧型電圧変換器とを組み合わせて一定電圧を出力する電池パックが下記の特許文献1に記載されている。
しかしながら、放電制御FETや充電制御FETのゲート端子に高電圧の信号を印加して、放電時および充電時のFETの抵抗を低減させようとする発想はいままでになかった。FETの抵抗が大きいと、大電流放電時のFETによる電圧降下が大きくなる等の問題があり、好ましくない。例えば、2A放電時の電圧降下は、ゲート電圧が3Vの場合36.2mVであり、ゲート電圧が4.2Vの場合31.6mVである。ゲート電圧が高ければ、電圧損失・エネルギー損失が少なくなり、結果的に、そのような電池パックを用いる本体の持続時間を長くすることができる。
したがって、この発明の目的は、電池電圧以上の電圧をゲート端子に印加することによって放電制御FETおよび充電制御FETを制御し、エネルギー損失を最小限に押さえる電池パックを提供することにある。
この発明は、1以上の電圧変換器と、ゲート端子に提供される信号に応じて、二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、二次電池の電圧が、二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、放電制御FETのゲート端子に放電を許容する信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、ゲート端子には電圧変換器の出力端子が接続されるように構成された、二次電池内蔵型の電池パックである。
この発明は、1以上の電圧変換器と、ゲート端子に提供される信号に応じて、二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、ゲート端子に提供される信号に応じて、二次電池の充電を許容または遮断する充電制御FETと、二次電池の電圧が、二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、放電制御FETのゲート端子に放電を許容する信号を出力し、二次電池の電圧が、二次電池の定格電圧範囲の上限値以下である場合に、充電制御FETのゲート端子に充電を許容する信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、放電制御FETのゲート端子および充電制御FETのゲート端子の少なくとも一方に電圧変換器の出力端子が接続されるように構成された、二次電池内蔵型の電池パックである。
この発明は、1以上の電圧変換器と、ゲート端子に提供される信号に応じて、二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、ゲート端子に提供される信号に応じて、二次電池の充電を許容または遮断する充電制御FETと、電圧変換器の出力電圧と二次電池の電圧を比較し、その比較結果を電圧比較信号として出力する電圧比較器と、放電制御FETのゲート端子への、二次電池の電圧の信号の提供を制御する第1の放電制御FET用スイッチと、放電制御FETのゲート端子への、電圧変換器の出力電圧の信号の提供を制御する第2の放電制御FET用スイッチと、充電制御FETのゲート端子への、二次電池の電圧の信号の提供を制御する第1の充電制御FET用スイッチと、充電制御FETのゲート端子への、電圧変換器の出力電圧の信号の提供を制御する第2の充電制御FET用スイッチと、二次電池の電圧が、二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、放電制御FETのゲート端子に放電を許容する信号を出力し、二次電池の電圧が、二次電池の定格電圧範囲の上限値以下である場合に、充電制御FETのゲート端子に充電を許容する信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、保護回路は、電圧比較器からの電圧比較信号を受信し、電圧変換器の出力電圧および二次電池の電圧のうち電圧の高い方を利用して、放電を許容する信号または充電を許容する信号を出力するように、第1の放電制御FET用スイッチ、第2の放電制御FET用スイッチ、第1の充電制御FET用スイッチ、第2の充電制御FET用スイッチの開閉を制御するように構成された、二次電池内蔵型の電池パックである。
この発明によれば、電池電圧以上の電圧を放電制御FETおよび充電制御FETのゲート端子に提供することによって、従来の過放電、過充電に対する保護を実現しつつ、放電、充電時のエネルギー損失を最小限に押さえる電池パックが提供される。
前述したように、この発明は電池電圧以上の電圧をゲート電圧として用いるものであるが、そのためには、電池パック内で電池電圧以上の電圧を提供できることが好ましい。そこで、最初に、このような機能を備えた電池パックについて説明する。この発明は、当該機能を備える電池パックにおいて実現されるものである。
電池パックを使用する電子機器は、通常、何種類かの電源電圧を必要とする。例えば、携帯電話内部には、下記に示すような5個の電源電圧が存在しているため、電池パックは、これらに対応する電圧をそれぞれ提供する必要がある。
電圧1:2.9V〜4.2V:アンテナ電波発生器用電源
電圧2:3. 0V:マイコン電源
電圧3:5. 0V:ディジタルカメラCCD素子用電源・スピーカ駆動用電源
電圧4:15V:液晶ディスプレイ用電源1
電圧5:−10V:液晶ディスプレイ用電源2
電圧2:3. 0V:マイコン電源
電圧3:5. 0V:ディジタルカメラCCD素子用電源・スピーカ駆動用電源
電圧4:15V:液晶ディスプレイ用電源1
電圧5:−10V:液晶ディスプレイ用電源2
ここで、図1のブロック図を参照して、上記複数の電圧を提供する電池パック1について説明する。電池パック1は、二次電池2、電圧変換器および保護回路3を備えている。電圧変換器および保護回路3が電気的配線4を介して二次電池2に接続されている。
二次電池2は、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池、ニッケル水素電池、ニッカド電池、リチウム金属電池などである。リチウムイオン電池の場合、例えば角形電池の構成とされ、二次電池2が全体として鉄の電池缶で被覆されている。また、リチウムポリマー電池の場合には、アルミニウムのラミネートフィルムで封止された構成とされている。なお、二次電池2は、今後、開発される種類の二次電池でもよい。
電圧変換器および保護回路3と電気的配線4を介して接続された外部端子6、7および8が電池パック1に対して設けられている。これらの二次電池2および電圧変換器および保護回路3は、プラスチック等の材料からなる比較的固いケース9に内蔵されている。各外部端子は、電気配線5を介して電圧変換器および保護回路3に接続されており、これらの配線により放電、あるいは充電が行われる。
図2は、図1に示す電池パック1の内部配置を示す。例えば基板10上に電圧変換器および保護回路3の内の電圧変換器11がマウントされている。また、基板10の反対面に保護回路がマウントされている。基板10に隣接して、二次電池2が配置されている。図2の構成と異なり、電圧変換器11を二次電池2の内部に配しても良い。
電圧変換器11は、入力電圧(電池電圧)と異なる値の安定化した出力電圧を生成する回路である。電圧変換器11としては、種々の構成のものを使用できる。すなわち、コンデンサとスイッチ素子を用いたチャージャーポンプ方式、ダイオードとインダクタとコンデンサとスイッチ素子を用いたステップアップコンバータ(ステップダウンコンバータ)、またはトランスとスイッチ素子を用いたスイッチングレギュレータを使用できる。さらに、圧電トランスを用いた圧電インバータ、またはバイポーラトランジスタ素子を用いたシリーズレギュレータを電圧変換器11として使用しても良い。チャージャーポンプ方式の電圧変換器、スイッチングレギュレータとして、4mm角程度の非常に小型のものが開発されており、電池パック1に保護回路と共に電圧変換器11を内蔵するのは比較的容易である。
図3は、上述した電池パック1の回路構成を示す。二次電池2の正極と外部端子6が接続され、二次電池2の負極と外部端子8が放電電流用スイッチ12および充電電流用スイッチ13を介して接続される。外部端子6および外部端子8の間には、二次電池2の電池電圧が直接出力される。例えば二次電池2の電池電圧は、2.3V〜4.3Vが通常状態の電圧値と設定されている。外部端子6および外部端子7の間には、二次電池2の電池電圧とは異なる値の電圧が提供される。
放電電流用スイッチ12および充電電流用スイッチ13は、例えばnチャネル型FETによって構成され、放電電流用スイッチ12と並列に寄生ダイオード14が、充電電流用スイッチ13と並列に寄生ダイオード15がそれぞれ接続される。放電電流用スイッチ12および充電電流用スイッチ13が保護回路16からの放電制御信号17および充電制御信号18によってそれぞれ制御される。
保護回路16は、一般的な回路構成であり、保護回路16によって放電電流用スイッチ12および充電電流用スイッチ13が制御され、過充電保護、過放電保護および過電流保護がなされる。電池電圧が設定電圧範囲内の通常状態であれば、放電制御信号17および充電制御信号18が共に"1"(論理的なレベルを意味する)となり、放電電流用スイッチ12および充電電流用スイッチ13がオン状態とされる。したがって、二次電池2から負荷への放電と、充電器から二次電池2への充電が自由に行える。
電池電圧が設定電圧範囲より低いと(例えば、2.5V以下)、放電制御信号17が"0"(論理的なレベルを意味する)となり、放電電流用スイッチ12がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。その後充電器を接続すると、寄生ダイオード14を介して充電がなされる。
設定電圧範囲より電池電圧が高いと(例えば、4.3V以上)、充電制御信号18が"0"となり、充電電流用スイッチ13がオフとされ、充電が禁止される。負荷への放電は、寄生ダイオード15を介して行われる。
さらに、外部端子6および外部端子8の間が短絡されると、過大放電電流が流れ、FET(放電電流用スイッチ12や充電電流用スイッチ13)が破壊される可能性があるので、放電電流が所定の電流値に達すると、放電制御信号17が"0"となり、放電電流用スイッチ12がオフとされ、放電電流が流れることを禁止する。
図4は図3に示す回路構成をより具体的に表した回路図であり、図3の放電電流用スイッチ12、充電電流用スイッチ13が、それぞれnチャネル型FET21、22により構成されている。前述の放電制御信号17は、制御信号線19を介して放電制御FET(nチャネル型FET)21のゲート端子に提供され、充電制御信号18は、制御信号線20を介して充電制御FET(nチャネル型FET)22のゲート端子に提供される。
この発明では、上記構成のように、電圧変換器11を用いて二次電池2の電池電圧より高い電圧を提供することができる電池パック1において、当該高い電圧を放電制御FET21および充電制御FET22のゲート端子に入力することによって、二次電池2のエネルギー損失を最小限に押さえながら、適切な電池パックの保護を実現することができる。
ここで、この発明の第1の実施形態について、図5を参照して説明する。図5は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21(放電電流用スイッチ)、および充電制御FET22(充電電流用スイッチ)、寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。以降、同様の構成要素には、同じ参照符号を付するものとする。この実施形態では、改良された保護回路30が配置され、さらに抵抗器31、32が追加されている。電圧変換器11は、提供される二次電池2の電圧より高い電圧を供給する昇圧型電圧変換器である。
この実施形態においては、電圧変換器11の出力端子と保護回路30の放電制御信号の出力端子との間を接続する抵抗器31と抵抗器32の中点が、放電制御FET21のゲート端子に接続される。抵抗器31は、電圧変換器11の出力端子に接続されており、抵抗器32は、保護回路30の放電制御信号の出力端子に接続されている。保護回路30の放電制御信号の出力端子は、放電制御FET21のゲート端子に接続されている。
この例では、安価な抵抗器2個で、放電制御FET21のゲート電圧を高くし、FET抵抗を小さくする効果がある。
例えば、電圧変換器11の出力電圧を10.0Vとし、抵抗器31の抵抗値を200kΩとし、抵抗器32の抵抗値を100kΩとする。また、電界効果トランジスタFETの接続・開放切り替えのゲート電圧は1.4Vと仮定し、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとする。例えば、これは、電圧変換を開始する電圧である。以下で、各状態における動作例について説明する。
(1)通常状態
二次電池2の電圧は3.6Vと仮定する。これは通常状態における値である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子の電圧は5.7Vになる(電圧:3.6+(10−3.6)×1÷3 → 5.7)。このため、放電制御FET21のゲート端子の電圧は、電圧変換器11からの出力電圧によって電池電圧よりも高い電圧になり、当該FETのドレイン−ソース間抵抗値は、より小さくなる。ここで、通常状態とは、例えば、二次電池の電圧が定格電圧範囲にあることであり、リチウムイオン電池では、2.3Vないし4.3Vの範囲である。
二次電池2の電圧は3.6Vと仮定する。これは通常状態における値である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子の電圧は5.7Vになる(電圧:3.6+(10−3.6)×1÷3 → 5.7)。このため、放電制御FET21のゲート端子の電圧は、電圧変換器11からの出力電圧によって電池電圧よりも高い電圧になり、当該FETのドレイン−ソース間抵抗値は、より小さくなる。ここで、通常状態とは、例えば、二次電池の電圧が定格電圧範囲にあることであり、リチウムイオン電池では、2.3Vないし4.3Vの範囲である。
ただし、後述するように、二次電池2の電圧が、例えば、3.0V未満では、電圧変換器11からの出力電圧はゼロVである。保護回路30は、二次電池2の電圧を監視し、所定の電圧(この例では、3.0V)を下回った場合に、電圧変換器11を制御し、電源オフ等により変換動作を停止させる。これによって、電圧変換器11の消費電流を抑えることができる。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。そうすると、保護回路30は過放電保護状態と判定し、保護回路30の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧は、ゼロVになる。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。そうすると、保護回路30は過放電保護状態と判定し、保護回路30の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧は、ゼロVになる。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2への充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池電圧が高くなり、2.3V以上となる。この場合に、保護回路30は通常状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は1.53Vになり、接続状態に切り替わる(電圧:2.3×2÷3 → 1.53)。
充電器から二次電池2への充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池電圧が高くなり、2.3V以上となる。この場合に、保護回路30は通常状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は1.53Vになり、接続状態に切り替わる(電圧:2.3×2÷3 → 1.53)。
ところで、仮に、抵抗器31の抵抗値を100kΩに変更すると、放電制御FET21のゲート端子電圧は1.15Vになり、FETを接続状態に切り替えることができない。このような事情から、抵抗器31の抵抗値は、抵抗器32の約2倍であることが好ましい。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は、5.3Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:3+(10−3)×1÷3 → 5.3)。
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は、5.3Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:3+(10−3)×1÷3 → 5.3)。
(5)過充電状態
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行すると、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3V以上になる。この場合、保護回路30は、過電圧充電状態と判定し、充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。このときの放電制御FET21のゲート端子電圧は、約6V以上である(電圧:4.3+(10−4.3)×1÷3 → 6.2V)。よって、放電電流は、流れることが可能な状態である。
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行すると、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3V以上になる。この場合、保護回路30は、過電圧充電状態と判定し、充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。このときの放電制御FET21のゲート端子電圧は、約6V以上である(電圧:4.3+(10−4.3)×1÷3 → 6.2V)。よって、放電電流は、流れることが可能な状態である。
第1の実施形態では、放電電流を許容、または遮断するためのスイッチ(放電制御FET21)にのみ電池電圧より高い電圧が提供されているが、後の実施形態に示すように、充電電流を許容、または遮断するためのスイッチ(充電制御FET22)にも上記高い電圧が提供されうる。また、第1の実施形態とは逆に、充電制御FET22にのみ、上記高い電圧を提供するように構成することも可能である。
次に、この発明の第2の実施形態について、図6を参照して説明する。図6は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路40が配置され、ダイオード41、および抵抗器42が配置されている。
この実施形態は、図5に示した第1の実施形態と比較して、電圧変換器11の出力端子に接続されている抵抗器がダイオード41に変更されている。ダイオード41のアノード端子は電圧変換器11の出力端子に接続されており、カソード端子は、放電制御FET21のゲート端子に接続されている。
保護回路40の放電制御信号の出力端子と放電制御FET21のゲート端子が抵抗器42を介して接続される。この実施形態は、抵抗器1個とダイオード1個で、放電制御FET21のゲート電圧を高くし、FET抵抗を小さくするものである。前述の第1の実施形態よりFETのゲート電圧を高くすることができ、FET抵抗低減効果がより大きい。
例えば、電圧変換器11の出力電圧を10.0Vとし、抵抗器42の抵抗値を100kΩとする。また、電界効果トランジスタFETの接続・開放切り替えのゲート電圧は、1.4Vと仮定し、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとする。例えば、これは、電圧変換を開始する電圧である。さらに、ダイオードの順方向電圧降下は、0.6Vとする。以下で、各状態における動作について説明する。
(1)通常状態
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態における値である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。このため、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態における値である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。このため、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路40は、過放電保護状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧は、ゼロVになる。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路40は、過放電保護状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧は、ゼロVになる。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2に対して充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路40は、通常状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。ダイオード41は、逆方向の電流を流さないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
充電器から二次電池2に対して充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路40は、通常状態と判定し、放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。ダイオード41は、逆方向の電流を流さないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに充電を続行して二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。
さらに充電を続行して二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。
(5)過充電状態
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになると、保護回路40は過電圧充電状態と判定し、充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。なお、放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.6Vである(電圧:10−0.6 → 9.4V)。よって、放電電流は、流れることが可能な状態である。
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになると、保護回路40は過電圧充電状態と判定し、充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。なお、放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.6Vである(電圧:10−0.6 → 9.4V)。よって、放電電流は、流れることが可能な状態である。
次に、この発明の第3の実施形態について、図7を参照して説明する。図7は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路50が配置され、ダイオード51、52、および抵抗器53が配置されている。
この実施形態は、図6の第2の実施形態と比較して、保護回路50の放電制御信号の出力端子に接続されている抵抗器がダイオード52に変更されている。ダイオード51のアノード端子は電圧変換器11の出力端子に接続されており、カソード端子は放電制御FET21のゲート端子に接続されている。一方、ダイオード52のアノード端子は保護回路50の放電制御信号の出力端子に接続されており、カソード端子は放電制御FET21のゲート端子に接続されている。抵抗器53の両端端子は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子に接続されている。
この実施形態は、ダイオード2個で、放電制御FET21のゲート電圧を高くし、FET抵抗を小さくする効果がある。第2の実施形態と比較すると、電池電圧の通常状態において、電圧変換器11の出力端子から保護回路50の放電制御信号の出力端子に流れる電流が小さくなっている。よって、消費電流が小さい。
ここで、抵抗器53の抵抗値は、例えば、約100kΩ〜約4.7MΩである。一般的には、約3.3MΩが好ましい。電圧変換器11の出力電圧は、10.0Vとし、放電制御FET21の接続・開放切り替えのゲート電圧は、1.4Vと仮定する。また、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとし(これは、電圧変換を開始する電圧である)、ダイオードの順方向電圧降下は、0.6Vとする。この場合の、各状態における動作について説明する。
(1)通常状態
この場合の動作は、第2の実施形態の通常状態における動作と同様である。
この場合の動作は、第2の実施形態の通常状態における動作と同様である。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になると、保護回路50は過放電保護状態と判定し、保護回路50の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧はゼロVになる。さらに、抵抗器53は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子間の電圧を放電させ、ゼロVにする。よって、当該FETのゲート端子電圧は、ゼロVになり、放電電流を遮断する。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になると、保護回路50は過放電保護状態と判定し、保護回路50の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、電圧変換器11は、電源電圧が低下しているので、電圧の変換を停止し、外部に電圧を出力しないため、出力電圧はゼロVになる。さらに、抵抗器53は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子間の電圧を放電させ、ゼロVにする。よって、当該FETのゲート端子電圧は、ゼロVになり、放電電流を遮断する。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上となった場合、保護回路50は通常状態と判定し、保護回路50の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は1.7Vになり、接続状態に切り替わる(電圧:2.3−0.6 → 1.7V)。ダイオード51は、逆方向の電流を流さないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上となった場合、保護回路50は通常状態と判定し、保護回路50の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は1.7Vになり、接続状態に切り替わる(電圧:2.3−0.6 → 1.7V)。ダイオード51は、逆方向の電流を流さないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。このとき、電圧変換器11の出力端子からダイオード51とダイオード52を介して、保護回路50の放電制御信号の出力端子に電流が流れることはない。
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始し、外部に10Vの電圧を出力する。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。このとき、電圧変換器11の出力端子からダイオード51とダイオード52を介して、保護回路50の放電制御信号の出力端子に電流が流れることはない。
(5)過充電状態
この場合の動作は、第2の実施形態の通常状態における動作と同様である。
この場合の動作は、第2の実施形態の通常状態における動作と同様である。
次に、この発明の第4の実施形態について、図8を参照して説明する。図8は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路60が配置され、ダイオード61、64、抵抗器63、66、放電制御FET用スイッチ62、および充電制御FET用スイッチ65が追加されている。
この実施形態では、放電制御FET21のゲート端子と充電制御FET22のゲート端子の両方に、電圧変換器11の出力端子電圧が接続される機能を有する。このため、電池電圧が通常状態におけるFET2個を合わせた抵抗値が小さく、より放電効率が高い。ダイオード61のアノード端子は電圧変換器11の出力端子に接続され、カソード端子は放電制御FET用スイッチ62を介して放電制御FET21のゲート端子に接続される。一方、ダイオード64のアノード端子は電圧変換器11の出力端子に接続され、カソード端子は充電制御FET用スイッチ65を介して、充電制御FET22のゲート端子に接続される。
保護回路60の放電制御信号の出力端子は、抵抗器63を介して、放電制御FET21のゲート端子に接続される。また、保護回路60の充電制御信号の出力端子は、抵抗器66を介して、充電制御FET22のゲート端子に接続されている。保護回路60は、放電可能状態において、放電制御FET用スイッチ62を接続状態に制御し、充電可能状態において、充電制御FET用スイッチ65を接続状態に制御する。
ここで、電圧変換器11の出力電圧を10.0V、電界効果トランジスタFETの接続・開放切り替えのゲート電圧を1.4Vと仮定する。また、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとし(これは、例えば、電圧変換を開始する電圧である)、ダイオードの順方向電圧降下は、0.6Vとする。この場合の、各状態における動作について説明する。
(1)通常状態
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。また、放電制御FET用スイッチ62は接続状態である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。同様に、充電制御FET22のゲート端子電圧は、9.4Vである。このため、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。充電制御FET22についても同様である。
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。また、放電制御FET用スイッチ62は接続状態である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。同様に、充電制御FET22のゲート端子電圧は、9.4Vである。このため、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。充電制御FET22についても同様である。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路60は過放電保護状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、保護回路60は、放電制御FET用スイッチ62を開放状態に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路60は過放電保護状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、保護回路60は、放電制御FET用スイッチ62を開放状態に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路60は通常状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。放電制御FET用スイッチ62と充電制御FET用スイッチ65は接続状態である。ダイオードには、逆方向の電流が流れないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路60は通常状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。放電制御FET用スイッチ62と充電制御FET用スイッチ65は接続状態である。ダイオードには、逆方向の電流が流れないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して、外部に10Vの電圧を出力する。放電制御FET用スイッチ62と充電制御FET用スイッチ65は接続状態である。そうなると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も9.4Vになる。
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して、外部に10Vの電圧を出力する。放電制御FET用スイッチ62と充電制御FET用スイッチ65は接続状態である。そうなると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も9.4Vになる。
(5)過充電状態
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになる。この場合、保護回路60は過電圧充電状態と判定し、保護回路60の充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。保護回路60はまた、所定の制御信号を送信して充電制御FET用スイッチ65を開放状態に切り替え、その結果、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。この場合の放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.4Vであり(電圧:10−0.6 → 9.4V)、放電電流は、流れることが可能な状態である。
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになる。この場合、保護回路60は過電圧充電状態と判定し、保護回路60の充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。保護回路60はまた、所定の制御信号を送信して充電制御FET用スイッチ65を開放状態に切り替え、その結果、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。この場合の放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.4Vであり(電圧:10−0.6 → 9.4V)、放電電流は、流れることが可能な状態である。
図9の回路図は、図8と等価な回路図であり、図8の放電制御FET用スイッチ62と充電制御FET用スイッチ65を、より具体的な回路例で示したものである。図9の例では、これらのスイッチ(62、65)は、それぞれ、1つのnチャネル型FET、1つのpチャネル型FET、1つの抵抗器、および2つのダイオードから構成されている。
図9に示す回路の構成においては、図8の構成と同様、放電制御FET21のゲート端子と充電制御FET22のゲート端子の両方に、電圧変換器11の出力端子電圧が接続される。また、ダイオード61のアノード端子が電圧変換器11の出力端子に接続され、カソード端子が放電制御FET用スイッチ62のpチャネル型FETのソース端子に接続される。放電制御FET用スイッチ62のpチャネル型FETのドレイン端子は、放電制御FET21のゲート端子に接続されている。放電制御FET用スイッチ62の抵抗器の両端端子は、上記pチャネル型FETのゲート端子とソース端子に接続されている。
放電制御FET用スイッチ62のnチャネル型FETのドレイン端子は、pチャネル型FETのゲート端子に接続されており、ゲート端子は、保護回路60の放電制御信号の出力端子に接続されている。また、ソース端子は、二次電池2のマイナス端子に接続される。保護回路60の放電制御信号の出力端子は、抵抗器63を介して、放電制御FET21のゲート端子に接続されている。
ダイオード64のアノード端子は電圧変換器11の出力端子に接続され、カソード端子は充電制御FET用スイッチ65のpチャネル型FETのソース端子に接続される。当該pチャネル型FETのドレイン端子は、充電制御FET22のゲート端子に接続されている。充電制御FET用スイッチ65の抵抗器の両端端子は、pチャネル型FETのゲート端子とソース端子に接続されている。充電制御FET用スイッチ65のnチャネル型FETのドレイン端子は、pチャネル型FETのゲート端子に接続されている。このnチャネル型FETのゲート端子は、保護回路60の充電制御信号の出力端子に接続されている。また、ソース端子は、二次電池2のマイナス端子に接続される。
保護回路60の充電制御信号の出力端子は、抵抗器66を介して、充電制御FET22のゲート端子に接続されている。
次に、この発明の第5の実施形態について、図10を参照して説明する。図10は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路70が配置され、ダイオード71、74、75、78、抵抗器73、77、79、80、放電制御FET用スイッチ72、および充電制御FET用スイッチ76が追加されている。
この実施形態は、放電制御FET21と充電制御FET22の両方に電圧変換器11からの出力電圧が提供されるものである。このため、電池電圧が通常状態である場合、2つのFETを合わせた抵抗値が小さく、より放電効率が高い。
ダイオード71のアノードは電圧変換器11の出力端子に接続され、カソードは、放電制御FET用スイッチ72を介して放電制御FET21のゲート端子に接続されている。一方、ダイオード75のアノードは電圧変換器11の出力端子に接続され、カソードは、充電制御FET用スイッチ76を介して充電制御FET22のゲート端子に接続されている。
保護回路70の放電制御信号の出力端子は、ダイオード74と抵抗器73を介して放電制御FET21のゲート端子に接続されており、保護回路70の充電制御信号の出力端子は、ダイオード78と抵抗器77を介して充電制御FET22のゲート端子に接続されている。また、保護回路70は、放電可能状態において、放電制御FET用スイッチ72を接続可能に制御し、充電可能状態において、充電制御FET用スイッチ76を接続可能に制御する。
この実施形態は、第4の実施形態と比較して消費電流を小さくすることができる。この例では、電池電圧の通常状態において、電圧変換器11の出力端子から抵抗器73を介して保護回路70の放電制御信号の出力端子に流れる電流を小さくしている。これは、ダイオード74が一定方向に電流を流さないからである。
さらに、電圧変換器11の出力端子から抵抗器77を介して保護回路70の充電制御信号の出力端子に流れる電流を小さくしている。これは、ダイオード78が一定方向に電流を流さないからである。
ここで、電圧変換器11の出力電圧を10.0Vに、電界効果トランジスタFETの接続・開放切り替えのゲート電圧を、1.4Vと仮定する。また、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとし(これは、電圧変換を開始する電圧である)、ダイオードの順方向電圧降下は0.6Vとする。この場合の、各状態における動作について説明する。
(1)通常状態
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。また、放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。ここで、保護回路70の放電制御信号の出力端子の電圧は約3.6Vである。ダイオード74があるため、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vは、保護回路70の放電制御信号の出力端子には印加されない。このため、保護回路70が破壊されることはない。
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。また、放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。ここで、保護回路70の放電制御信号の出力端子の電圧は約3.6Vである。ダイオード74があるため、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vは、保護回路70の放電制御信号の出力端子には印加されない。このため、保護回路70が破壊されることはない。
同様に、充電制御FET22のゲート端子電圧は、9.4Vである。このため、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路70は過放電保護状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、保護回路70は、放電制御FET用スイッチ72を開放状態に切り替える。放電制御FET21のゲート端子とソース端子間に接続されている抵抗器79は、ゲート電圧をゼロVにする働きがある。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路70は過放電保護状態と判定し、保護回路60の放電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。さらに、保護回路70は、放電制御FET用スイッチ72を開放状態に切り替える。放電制御FET21のゲート端子とソース端子間に接続されている抵抗器79は、ゲート電圧をゼロVにする働きがある。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路70は通常状態と判定し、保護回路70の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。ダイオードには、逆方向の電流が流れないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。この場合、保護回路70は通常状態と判定し、保護回路70の放電制御信号の出力端子の電圧を電池電圧(2.3V以上)に切り替える。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3Vになり、接続状態に切り替わる。放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。ダイオードには、逆方向の電流が流れないため、電圧変換器11の出力電圧のゼロVは、FETのゲート端子電圧に無関係になる。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して、外部に10Vの電圧を出力する。放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。そうなると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も9.4Vになる。
さらに充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して、外部に10Vの電圧を出力する。放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76は接続状態である。そうなると、放電制御FET21のゲート端子電圧は9.4Vになり、抵抗値がより小さくなる(電圧:10−0.6 → 9.4V)。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も9.4Vになる。
(5)過充電状態
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになる。この場合、保護回路70は過電圧充電状態と判定し、保護回路70の充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。保護回路70はまた、所定の制御信号を送信して充電制御FET用スイッチ76を開放状態に切り替える。充電制御FET22のゲート端子とソース端子間に接続されている抵抗器80は、ゲート電圧をゼロVにする働きがある。その結果、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。この場合の放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.4Vであり(電圧:10−0.6 → 9.4V)、放電電流は、流れることが可能な状態である。
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになる。この場合、保護回路70は過電圧充電状態と判定し、保護回路70の充電制御信号の出力端子の電圧をゼロVに切り替える。保護回路70はまた、所定の制御信号を送信して充電制御FET用スイッチ76を開放状態に切り替える。充電制御FET22のゲート端子とソース端子間に接続されている抵抗器80は、ゲート電圧をゼロVにする働きがある。その結果、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。この場合の放電制御FET21のゲート端子電圧は約9.4Vであり(電圧:10−0.6 → 9.4V)、放電電流は、流れることが可能な状態である。
図11の回路図は、図10と等価な回路図であり、図10の放電制御FET用スイッチ72と充電制御FET用スイッチ76を、より具体的な回路例で示したものである。図11の例では、これらのスイッチ(72、76)は、それぞれ、1つのnチャネル型FET、1つのpチャネル型FET、1つの抵抗器、および2つのダイオードから構成されている。
次に、この発明の第6の実施形態について、図12を参照して説明する。図12は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路90が配置され、電圧比較器91、抵抗器96、99、放電制御FET用スイッチ92、93、充電制御FET用スイッチ94、95、およびコンデンサ97、98が追加されている。
この実施形態は、電圧変換器11の出力電圧と電池電圧を比較し、放電制御FET21のゲート端子と充電制御FET22のゲート端子に、電圧の高い方の端子を接続するようにする。このため、電池電圧が通常状態において、放電制御FET21のゲート端子と充電制御FET22のゲート端子には、常に最大の電圧が印加されるようになる。電圧比較器91は、電圧変換器11の出力電圧と二次電池2の電圧を比較し、その電圧比較信号100を保護回路90に出力する。
保護回路90は、電池電圧が通常状態であり、放電電流を流す場合においては、電圧変換器11の出力電圧と電池電圧の高い方の電圧を放電制御FET21のゲート端子に接続する。一方、電池電圧が通常状態であり、充電電流を流す場合においては、電圧変換器11の出力電圧と電池電圧の高い方の電圧を充電制御FET22のゲート端子に接続する。また、保護回路90は、電池電圧が過放電電圧状態であり、放電電流を遮断する場合においては、放電制御FET21のゲート端子電圧をゼロVに切り替え、電池電圧が過充電電圧状態であり、充電電流を遮断する場合においては、充電制御FET22のゲート端子電圧をゼロVに切り替える。
この実施形態では、抵抗器96は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子に接続されており、抵抗器99は、充電制御FET22のゲート端子とソース端子に接続されている。また、コンデンサ97は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子に接続されており、コンデンサ98は、充電制御FET22のゲート端子とソース端子に接続されている。コンデンサ97は、放電制御FET用スイッチ92をオフに切り替えてから、放電制御FET用スイッチ93をオンに切り替えるまでの間の短い時間において、FETのゲート電圧の低下とFET開放動作を防止するために設けられている。
放電制御FET用スイッチ92と放電制御FET用スイッチ93の両方をオンにすると、電圧変換器11の出力端子の電流が二次電池2に放電され、その結果、電圧変換器11の出力端子の電圧が低下し、好ましくない。
コンデンサ98は、充電制御FET用スイッチ95をオフに切り替えてから、充電制御FET用スイッチ94をオンに切り替えるまでの間の短い時間において、FETのゲート電圧の低下とFET開放動作を防止するために設けられている。
電圧変換器11の出力端子の電圧が二次電池2の電圧よりも高くなったとき、保護回路90は、放電オン信号101をオフ状態に切り替えた後、放電オン信号102をオン状態に切り替える。このとき、放電制御FET用スイッチ92がオフ状態に切り替えられた後、放電制御FET用スイッチ93がオン状態に切り替えられる。このように、放電制御FET用スイッチ92と放電制御FET用スイッチ93のオン状態が交代する場合、短い時間において、放電制御FET用スイッチ92と放電制御FET用スイッチ93の両方がオフ状態になるように構成されている。こうした構成により、電圧変換器11の出力電流が二次電池2に放電され、電圧変換器11の出力電流が増大して、電圧変換器11の出力端子の電圧が低下することを防止している。コンデンサ97は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子に接続されているため、放電制御FET21のゲート端子電圧が低下して、開放状態になることを防止する。
ここで、電圧変換器11の出力電圧を10.0Vに、電界効果トランジスタFETの接続・開放切り替えのゲート電圧を、1.4Vと仮定する。また、電圧変換器11の電圧変換最小電圧は、3.0Vとする(これは、電圧変換を開始する電圧である)。この場合の、各状態における動作について説明する。
(1)通常状態
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。電圧比較器91の電圧比較信号100はオンであり、電圧変換器11の電圧の方が高いと判定している。保護回路90は、放電オン信号102と充電オン信号104をオン状態にしている。したがって、放電制御FET用スイッチ93と充電制御FET用スイッチ95は接続状態である。
二次電池2の電圧は、3.6Vと仮定する。これは通常状態である。電圧比較器91の電圧比較信号100はオンであり、電圧変換器11の電圧の方が高いと判定している。保護回路90は、放電オン信号102と充電オン信号104をオン状態にしている。したがって、放電制御FET用スイッチ93と充電制御FET用スイッチ95は接続状態である。
放電制御FET用スイッチ92と充電制御FET用スイッチ94は開放状態である。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は10Vになる。同様に、充電制御FET22のゲート端子電圧は10Vである。このとき、放電制御FET21のゲート端子電圧は、電池電圧よりも高い電圧になるため、FETのドレイン−ソース間抵抗値がより小さくなる。充電制御FET22についても同様である。
(2)過放電状態
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路90は、過放電保護状態と判定し、放電オン信号101をオフ状態に切り替える。このとき、放電オン信号102は既にオフ状態である。したがって、放電制御FET用スイッチ92、放電制御FET用スイッチ93は、ともに開放状態である。抵抗器96は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子の電圧をゼロVに固定する。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。なお、充電制御FET用スイッチ94は接続状態であり、充電制御FET用スイッチ95は開放状態である。よって、充電制御FET22のゲート端子電圧は約2Vになり、充電電流を遮断しない。
放電が進行し、二次電池2の放電容量が小さくなると、二次電池2の電圧が低下し、2.3V以下になる。この場合、保護回路90は、過放電保護状態と判定し、放電オン信号101をオフ状態に切り替える。このとき、放電オン信号102は既にオフ状態である。したがって、放電制御FET用スイッチ92、放電制御FET用スイッチ93は、ともに開放状態である。抵抗器96は、放電制御FET21のゲート端子とソース端子の電圧をゼロVに固定する。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧はゼロVになり、放電電流を遮断する。なお、充電制御FET用スイッチ94は接続状態であり、充電制御FET用スイッチ95は開放状態である。よって、充電制御FET22のゲート端子電圧は約2Vになり、充電電流を遮断しない。
(3)過放電復帰(最低電圧の通常状態)
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。そうすると、保護回路90は通常状態と判定し、放電オン信号101をオン状態に切り替える。放電オン信号102はオフ状態である。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3V以上になり、接続状態に切り替わる。また、電圧比較器91の電圧比較信号100はオフであり、二次電池2の電圧の方が高いと判定している。よって、放電制御FET用スイッチ92と充電制御FET用スイッチ94が接続状態となる。
充電器から二次電池2へ充電が開始され、二次電池2の放電容量が増大すると、二次電池2の電圧が高くなり、2.3V以上になる。そうすると、保護回路90は通常状態と判定し、放電オン信号101をオン状態に切り替える。放電オン信号102はオフ状態である。よって、放電制御FET21のゲート端子電圧は2.3V以上になり、接続状態に切り替わる。また、電圧比較器91の電圧比較信号100はオフであり、二次電池2の電圧の方が高いと判定している。よって、放電制御FET用スイッチ92と充電制御FET用スイッチ94が接続状態となる。
(4)電圧変換器復帰状態(電圧変換器動作可能最低電圧の通常状態)
さらに、充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して外部に10Vの電圧を出力する。電圧比較器91の電圧比較信号100はオンであり、電圧変換器11の電圧の方が高いと判定している。そこで、保護回路90は、放電オン信号101をオフ状態に切り替えた後、放電オン信号102をオン状態に切り替える。さらに、保護回路90は、充電オン信号103をオフ状態に切り替えた後、充電オン信号104をオン状態に切り替える。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は10Vになり、抵抗値がより小さくなる。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も10Vになる。
さらに、充電を続行し、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が3.0Vになると、電圧変換器11は、電圧の変換を開始して外部に10Vの電圧を出力する。電圧比較器91の電圧比較信号100はオンであり、電圧変換器11の電圧の方が高いと判定している。そこで、保護回路90は、放電オン信号101をオフ状態に切り替えた後、放電オン信号102をオン状態に切り替える。さらに、保護回路90は、充電オン信号103をオフ状態に切り替えた後、充電オン信号104をオン状態に切り替える。そうすると、放電制御FET21のゲート端子電圧は10Vになり、抵抗値がより小さくなる。さらに、充電制御FET22のゲート端子電圧も10Vになる。
(5)過充電状態
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行した結果、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになると、保護回路90は、過電圧充電状態と判定し、充電オン信号104をオフ状態に切り替える。充電オン信号103は既にオフ状態である。これにより、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。なお、放電制御FET21のゲート端子電圧は、約10Vである。
さらに、定格電圧を超えた高い電圧で充電を続行した結果、二次電池2の放電容量が増大し、二次電池2の電圧が4.3Vになると、保護回路90は、過電圧充電状態と判定し、充電オン信号104をオフ状態に切り替える。充電オン信号103は既にオフ状態である。これにより、充電制御FET22のゲート端子電圧はゼロVになる。このとき、充電電流は遮断され、充電停止する。なお、放電制御FET21のゲート端子電圧は、約10Vである。
次に、この発明の第7の実施形態について、図13を参照して説明する。図13は、電池パックの回路構成を示しており、二次電池2、外部端子6、7、8、電圧変換器11、放電制御FET21、充電制御FET22、および寄生ダイオード14、15は、図3、図4に関して説明したものと実質的に同じものである。この実施形態では、改良された保護回路110が配置され、電圧比較器111、抵抗器116、117、118、119、放電制御FET用スイッチ112、113、および充電制御FET用スイッチ114、115が追加されている。
この実施形態は、図12と比較して、コンデンサ2個が削除され、抵抗器2個が追加されている。抵抗器118は、電圧変換器11の出力端子と放電制御FET用スイッチ113の間に配置され、抵抗器119は、電圧変換器11の出力端子と充電制御FET用スイッチ115の間に配置されている。
電圧変換器11の出力端子の電圧が二次電池2の電圧よりも高くなったとき、保護回路110は、放電オン信号122をオン状態に切り替えた後、放電オン信号121をオフ状態に切り替える。これにより、放電制御FET用スイッチ113がオン状態に切り替えられた後、放電制御FET用スイッチ112がオフ状態に切り替えられる。
このように、放電制御FET用スイッチ112と放電制御FET用スイッチ113のオン状態が交代する場合、短い時間において、放電制御FET用スイッチ112と放電制御FET用スイッチ113の両方がオン状態になるように構成される。このような構成により、放電制御FET21のゲート端子電圧が低下して、開放状態になることを防止する。なお、放電制御FET用スイッチ112と放電制御FET用スイッチ113の両方がオン状態の場合、抵抗器118があるため、極めて小さい電流しか流れない。このため、電圧変換器11の出力端子の電圧が低下するという問題は発生しない。
充電側のスイッチについても同様である。電圧変換器11の出力端子の電圧が二次電池2の電圧より高くなったとき、保護回路110は、充電オン信号124をオン状態に切り替えた後、充電オン信号123をオフ状態に切り替える。これにより、充電制御FET用スイッチ115がオン状態に切り替えられた後、充電制御FET用スイッチ114がオフ状態に切り替えられる。このように、充電制御FET用スイッチ114と充電制御FET用スイッチ115のオン状態が交代する場合、短い時間において、充電制御FET用スイッチ114と充電制御FET用スイッチ115の両方がオン状態になるように構成される。このような構成により、充電制御FET22のゲート端子電圧が低下して、開放状態になることを防止する。なお、充電制御FET用スイッチ114と充電制御FET用スイッチ115の両方がオン状態の場合、抵抗器119があるため、極めて小さい電流しか流れない。
ここで、この発明に係る電池パックの効果に関連して詳細に説明する。
(1)二次電池の保護回路のFET抵抗低減による本体持続時間の増大
電圧変換器の出力電圧は5.0Vとすると、これが、二次電池電圧4.2Vより高いため、FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値をより小さくすることができる。FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が小さい場合、放電しているときのFETによる電圧降下が小さくなり、本体の持続時間が増大する。
電圧変換器の出力電圧は5.0Vとすると、これが、二次電池電圧4.2Vより高いため、FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値をより小さくすることができる。FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が小さい場合、放電しているときのFETによる電圧降下が小さくなり、本体の持続時間が増大する。
(2)二次電池の保護回路のFET抵抗低減によるコストダウン
FETのゲート電圧を高く設定することができるため、比較的ドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が大きなFETを選択することができる。そのため、より安価な、またはより小型なFETを選択することができる。
FETのゲート電圧を高く設定することができるため、比較的ドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が大きなFETを選択することができる。そのため、より安価な、またはより小型なFETを選択することができる。
例えば、最大放電電流が4Aと大きく、FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が16mΩ以下である必要がある場合について説明する。FET抵抗がそれよりも大きいと、FETが発熱し、FETの抵抗が増大し、過大電流検出し、放電電流を遮断したり、FET破壊したりする。電圧変換器を用いない従来の回路においては、ゲート電圧3.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が16mΩ以下のFETを選択する必要があった。
一方、電圧変換器を用いたこの発明の回路においては、ゲート電圧5.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が16mΩ以下のFETを選択できる。ここで、FETの抵抗値は、シリコン面積に半比例する。したがって、シリコン面積が大きいFETの方が抵抗が小さい。また、シリコン面積が大きいFETの方が製造コストは高い。FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値は、ゲート電圧に依存するため、この発明の回路においては、比較的小さなシリコンを有するFETでも問題ない。このため、より安いFETを選択することができる。
(3)二次電池の保護回路のFET抵抗低減による電池性能劣化の防止と長寿命化
リチウムイオン二次電池は、温度が40℃以上の高温にしないことが性能劣化防止と長寿命化につながる。例えば、電池温度が50℃を1ヶ月間、保つと放電容量が約1割減少することがある。そこで、電池温度は、30℃以下に保つことが性能保持に重要である。ここで、二次電池の保護回路のFET抵抗が大きい場合、大電流放電したときにFETの発熱が増大する。FETの発熱が大きいと、電池が加熱され、電池温度が高温になる。よって、二次電池の保護回路のFET抵抗を低減すれば、大電流放電しても電池が高温になることを防止できる。つまり、この回路においては、FETのゲート電圧を高く保ち、FETの抵抗を下げるため、電池が劣化し難い。
リチウムイオン二次電池は、温度が40℃以上の高温にしないことが性能劣化防止と長寿命化につながる。例えば、電池温度が50℃を1ヶ月間、保つと放電容量が約1割減少することがある。そこで、電池温度は、30℃以下に保つことが性能保持に重要である。ここで、二次電池の保護回路のFET抵抗が大きい場合、大電流放電したときにFETの発熱が増大する。FETの発熱が大きいと、電池が加熱され、電池温度が高温になる。よって、二次電池の保護回路のFET抵抗を低減すれば、大電流放電しても電池が高温になることを防止できる。つまり、この回路においては、FETのゲート電圧を高く保ち、FETの抵抗を下げるため、電池が劣化し難い。
(4)二次電池の保護回路のFET抵抗低減による充電時間の増大
また、FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が小さい場合、充電しているときのFETによる電圧降下が小さくなり、電池に印加する電圧が高くなるため、充電がより短時間に終了する。
また、FETのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値が小さい場合、充電しているときのFETによる電圧降下が小さくなり、電池に印加する電圧が高くなるため、充電がより短時間に終了する。
(5)二次電池の保護回路のFET抵抗一定化による過大電流遮断値の安定
電池電圧が3V以上、かつ4.3V以下の場合、電池電圧に関わらず、FETのゲート電圧が例えば、5V付近に調整されるため、FETのドレイン端子−ソース端子間抵抗値がある程度一定の値をとる。FETのドレイン端子−ソース端子間抵抗値は、温度依存性を有するが、抵抗値の増大は1割程度である(25℃の場合と60℃の場合を比較)。ここで、二次電池の保護回路が2個のFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が設定電圧以上のときに放電電流を遮断する仕様の場合、遮断する過大放電電流値の範囲が小さくなる。
電池電圧が3V以上、かつ4.3V以下の場合、電池電圧に関わらず、FETのゲート電圧が例えば、5V付近に調整されるため、FETのドレイン端子−ソース端子間抵抗値がある程度一定の値をとる。FETのドレイン端子−ソース端子間抵抗値は、温度依存性を有するが、抵抗値の増大は1割程度である(25℃の場合と60℃の場合を比較)。ここで、二次電池の保護回路が2個のFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が設定電圧以上のときに放電電流を遮断する仕様の場合、遮断する過大放電電流値の範囲が小さくなる。
例えば、下記の条件の場合、遮断する過大放電電流値は、5.14Aになる。
(A)FETのゲート電圧が約5.0V (電圧変換器の出力電圧)
(B)FETのゲート電圧5.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 14.6mΩ
(C)二次電池の保護回路がFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が150mV以上の場合に、放電電流を遮断する。
(A)FETのゲート電圧が約5.0V (電圧変換器の出力電圧)
(B)FETのゲート電圧5.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 14.6mΩ
(C)二次電池の保護回路がFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が150mV以上の場合に、放電電流を遮断する。
ところが、下記の条件の場合、遮断する過大放電電流値は、4.14A〜4.75Vになる。
(A)FETのゲート電圧が電池電圧と同じ 3.0V〜4.2V
(B)FETのゲート電圧3.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 18.1mΩ
(C)FETのゲート電圧4.2Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 15.8mΩ
(D)二次電池の保護回路がFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が150mV以上の場合に、放電電流を遮断する。
(A)FETのゲート電圧が電池電圧と同じ 3.0V〜4.2V
(B)FETのゲート電圧3.0Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 18.1mΩ
(C)FETのゲート電圧4.2Vのドレイン端子−ソース端子間の抵抗値 15.8mΩ
(D)二次電池の保護回路がFETのドレイン端子−ソース端子間の電圧が150mV以上の場合に、放電電流を遮断する。
よって、遮断する過大放電電流値は、FETのゲート電圧が電圧変換器出力電圧の場合の方が安定し、精度が高くなる。遮断する過大放電電流値の範囲が狭いと、二次電池の劣化保護と本体の負荷電流確保に有利である。
2・・・二次電池、30,40,50,60,70,90,110・・・保護回路、11・・・電圧変換器、21・・・放電制御FET、22・・・充電制御FET、91,111・・・電圧比較器
Claims (14)
- 二次電池が内蔵された電池パックにおいて、
1以上の電圧変換器と、
ゲート端子に提供される信号に応じて、前記二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、
前記二次電池の電圧が、前記二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、前記放電制御FETのゲート端子に放電を許容する前記信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、
前記ゲート端子には前記電圧変換器の出力端子が接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項1に記載の電池パックにおいて、
前記下限値以上の所定の範囲内で、前記出力端子に提供される出力電圧が前記二次電池の電池電圧より高いことを特徴とする電池パック。 - 二次電池が内蔵された電池パックにおいて、
1以上の電圧変換器と、
ゲート端子に提供される信号に応じて、前記二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、
ゲート端子に提供される信号に応じて、前記二次電池の充電を許容または遮断する充電制御FETと、
前記二次電池の電圧が、前記二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、前記放電制御FETのゲート端子に放電を許容する前記信号を出力し、
前記二次電池の電圧が、前記二次電池の定格電圧範囲の上限値以下である場合に、前記充電制御FETのゲート端子に充電を許容する前記信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、
前記放電制御FETのゲート端子および前記充電制御FETのゲート端子の少なくとも一方に前記電圧変換器の出力端子が接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項3に記載の電池パックにおいて、
前記放電制御FETのゲート端子が前記電圧変換器の出力端子に接続されている場合に、前記下限値以上の所定の範囲内で、前記出力端子に提供される出力電圧が前記二次電池の電池電圧より高いことを特徴とする電池パック。 - 請求項3に記載の電池パックにおいて、
前記充電制御FETのゲート端子が前記電圧変換器の出力端子に接続されている場合に、前記上限値以下の所定の範囲内で、前記出力端子に提供される出力電圧が前記二次電池の電池電圧より高いことを特徴とする電池パック。 - 請求項1に記載の電池パックにおいて、
前記電圧変換器の出力端子と、前記放電制御FETのゲート端子との間に第1の抵抗器が接続され、
前記信号が出力される前記保護回路の出力端子と、前記放電制御FETのゲート端子との間に第2の抵抗器が接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項1に記載の電池パックにおいて、
前記信号が出力される前記保護回路の出力端子と、前記放電制御FETのゲート端子との間に抵抗器が接続され、
ダイオードのアノードが前記電圧変換器の出力端子に、カソードが前記放電制御FETのゲート端子にそれぞれ接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項1に記載の電池パックにおいて、
第1のダイオードのアノードが前記保護回路の出力端子に、カソードが前記放電制御FETのゲート端子にそれぞれ接続され、
第2のダイオードのアノードが前記電圧変換器の出力端子に、カソードが前記放電制御FETのゲート端子に接続され、
前記放電制御FETのゲート端子と前記放電制御FETのソース端子との間に抵抗器が接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項3に記載の電池パックにおいて、
前記電圧変換器の出力端子と、前記放電制御FETのゲート端子との間に接続された放電制御FET用スイッチと、
前記電圧変換器の出力端子と、前記充電制御FETのゲート端子との間に接続された充電制御FET用スイッチとをさらに有し、
前記放電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子と、前記放電制御FETのゲート端子との間に第1の抵抗器が接続され、
前記電圧変換器の出力端子に第1のダイオードのアノードが接続され、
前記放電制御FET用スイッチの一端子に前記第1のダイオードのカソードが接続され、
前記充電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子と、前記充電制御FETのゲート端子との間に第2の抵抗器が接続され、
前記電圧変換器の出力端子に第2のダイオードのアノードが接続され、
前記充電制御FET用スイッチの一端子に前記第2のダイオードのカソードが接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項9に記載の電池パックにおいて、
前記放電制御FET用スイッチは、第1のnチャネル型FET、第1のpチャネル型FET、第3の抵抗器を含み、
前記充電制御FET用スイッチは、第2のnチャネル型FET、第2のpチャネル型FET、第4の抵抗器を含み、
前記放電制御FET用スイッチの前記第1のpチャネル型FETのソース端子に前記第1のダイオードのカソードが接続され、
前記放電制御FET用スイッチの前記第1のpチャネル型FETのドレイン端子に前記放電制御FETのゲート端子が接続され、
前記第3の抵抗器の両端端子は、前記放電制御FET用スイッチの前記第1のpチャネル型FETのソース端子とゲート端子にそれぞれ接続され、
前記放電制御FET用スイッチの前記第1のpチャネル型FETのゲート端子が前記放電制御FET用スイッチの前記第1のnチャネル型FETのドレイン端子に接続され、
前記放電制御FET用スイッチの前記第1のnチャネル型FETのゲート端子が、前記放電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子に接続され、
前記放電制御FET用スイッチの前記第1のnチャネル型FETのソース端子が、前記二次電池のマイナス端子に接続され、
前記充電制御FET用スイッチの前記第2のpチャネル型FETのソース端子に前記第2のダイオードのカソードが接続され、
前記充電制御FET用スイッチの前記第2のpチャネル型FETのドレイン端子に前記充電制御FETのゲート端子が接続され、
前記第4の抵抗器の両端端子は、前記充電制御FET用スイッチの前記第2のpチャネル型FETのソース端子とゲート端子にそれぞれ接続され、
前記充電制御FET用スイッチの前記第2のpチャネル型FETのゲート端子が前記充電制御FET用スイッチの前記第2のnチャネル型FETのドレイン端子に接続され、
前記充電制御FET用スイッチの前記第2のnチャネル型FETのゲート端子が、前記充電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子に接続され、
前記充電制御FET用スイッチの前記第2のnチャネル型FETのソース端子が、前記二次電池のマイナス端子に接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項9に記載の電池パックにおいて、
前記第1の抵抗器の一端子に第3のダイオードのカソードが接続され、
前記放電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子に前記第3のダイオードのアノードが接続され、
前記第2の抵抗器の一端子に第4のダイオードのカソードが接続され、
前記充電を許容する信号を出力する前記保護回路の出力端子に前記第4のダイオードのアノードが接続され、
前記放電制御FETのゲート端子とソース端子に、第3の抵抗器の両端端子がそれぞれ接続され、
前記充電制御FETのゲート端子とソース端子に、第4の抵抗器の両端端子がそれぞれ接続されることを特徴とする電池パック。 - 二次電池が内蔵された電池パックにおいて、
1以上の電圧変換器と、
ゲート端子に提供される信号に応じて、前記二次電池の放電を許容または遮断する放電制御FETと、
ゲート端子に提供される信号に応じて、前記二次電池の充電を許容または遮断する充電制御FETと、
前記電圧変換器の出力電圧と前記二次電池の電圧を比較し、その比較結果を電圧比較信号として出力する電圧比較器と、
前記放電制御FETのゲート端子への、前記二次電池の電圧の信号の提供を制御する第1の放電制御FET用スイッチと、
前記放電制御FETのゲート端子への、前記電圧変換器の出力電圧の信号の提供を制御する第2の放電制御FET用スイッチと、
前記充電制御FETのゲート端子への、前記二次電池の電圧の信号の提供を制御する第1の充電制御FET用スイッチと、
前記充電制御FETのゲート端子への、前記電圧変換器の出力電圧の信号の提供を制御する第2の充電制御FET用スイッチと、
前記二次電池の電圧が、前記二次電池の定格電圧範囲の下限値以上である場合に、前記放電制御FETのゲート端子に前記放電を許容する信号を出力し、
前記二次電池の電圧が、前記二次電池の定格電圧範囲の上限値以下である場合に、前記充電制御FETのゲート端子に前記充電を許容する信号を出力するよう制御する保護回路とを有し、
前記保護回路は、前記電圧比較器からの電圧比較信号を受信し、前記電圧変換器の出力電圧および前記二次電池の電圧のうち電圧の高い方を利用して、前記放電を許容する信号または前記充電を許容する信号を出力するように、前記第1の放電制御FET用スイッチ、前記第2の放電制御FET用スイッチ、前記第1の充電制御FET用スイッチ、前記第2の充電制御FET用スイッチの開閉を制御することを特徴とする電池パック。 - 請求項12に記載の電池パックにおいて、
第1の抵抗器の両端端子が、前記放電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続され、
第1のコンデンサの両端端子が、前記放電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続され、
第2の抵抗器の両端端子が、前記充電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続され、
第2のコンデンサの両端端子が、前記充電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続されることを特徴とする電池パック。 - 請求項12に記載の電池パックにおいて、
第1の抵抗器が、前記第2の放電制御FET用スイッチと前記電圧比較器の出力端子との間に配置され、
第2の抵抗器が、前記第2の充電制御FET用スイッチと前記電圧比較器の出力端子との間に配置され、
第3の抵抗器の両端端子が、前記放電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続され、
第4の抵抗器の両端端子が、前記充電制御FETのゲート端子とソース端子にそれぞれ接続されることを特徴とする電池パック。
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