JP2005348556A - 二次電池の過放電防止回路、二次電池及び電気機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 二次電池の放電遮断後に電池電圧の回復現象によって電池電圧が上昇しても、二次電池と負荷との接続の遮断状態を維持し、二次電池の過放電を防止する過放電防止回路を提供する。
【解決手段】 二次電池の負極側に接続された入出力経路に直列にＦＥＴ１１を接続し、正極側に接続された入出力経路とＦＥＴ１１のゲートとの間にＦＥＴ１２を接続する。そして、二次電池の正極側と負極側の入出力経路間に分圧抵抗を設け、ＦＥＴ１２のゲートに分圧抵抗からバイアス電圧が印加されるようにする。そうすると、二次電池の電圧が二次電圧の放電を停止させるために予め設定された過放電判定電圧よりも低くなったら、ＦＥＴ１２のバイアス電圧が低下し、ＦＥＴ１２がＯＦＦ状態となり、ＦＥＴ１１のゲートにバイアス電圧がかからなくなるためＦＥＴ１１はＯＦＦ状態となり、二次電池と負荷との接続が遮断される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、二次電池の過放電を防止するための二次電池の過放電防止回路、及びこの過放電防止回路を備えた二次電池並びに電気機器に関する。

従来、充放電可能な二次電池において、電池電圧がある一定の電圧以下となるまで放電させると、充電が不可能となったり、電極がショートしたりする現象が発生していた。（この電圧を不具合電圧と称する。）
例えば、リチウムイオン電池において、電池電圧が不具合電圧である約０．５Ｖを下回るまで放電させると、負極カーボン中にリチウムが存在しなくなり、集電体の銅の溶出が起こる。そして、銅が溶出すると次の充電時に、溶出した銅が負極上に析出し、負極カーボンへのリチウムイオンの挿入反応を妨げるだけでなく、析出した銅が樹脂状に成長し、電解液中で正極と負極を隔てるセパレータを貫通し、ショートが発生することもある。

また、鉛蓄電池においては、電池電圧が不具合電圧である約０．５Ｖを下回るまで放電させると、正極の集電体と活物質の界面に硫酸鉛と酸化鉛の強固な膜が成長し、次回の充電が著しく阻害される。そして、場合によっては全く充電できなくなり、そのときが電池の寿命ということになる。

このように、二次電池を負荷に接続して電流を流し続けると、徐々に電池電圧は下がっていき、最終的には不具合電圧に至り、二次電池は上記の不具合を起こすことになる。
このような二次電池の不具合を回避するため、二次電池に簡易な過放電防止回路を付加することによって、電池電圧が不具合電圧となる前に二次電池と負荷との接続を電気的に遮断するようにした二次電池が提案されている。（例えば、特許文献１参照）。

その二次電池に付加される過放電防止回路を図７に示す。この過放電防止回路は、図７に示すように、二次電池の負極側に接続された電流経路にＮチャンネル型のＦＥＴ３０を直列に接続（二次電池の負極側にドレイン、負荷側にソースに接続）し、ＦＥＴ３０のゲートを抵抗を介して正極側の電流経路と接続した構成となっている。

そして、この過放電防止回路によれば、二次電池の放電により電池電圧が低下すると、抵抗を介してＦＥＴ３０のゲートに印加される電圧が低下するためＦＥＴ３０がＯＦＦ状態になる。そしてＦＥＴ３０がＯＦＦ状態になれば二次電池と負荷との接続が電気的に遮断されるため、二次電池の過放電が防止できる。
特開２００２−２９８９３１号公報

ところが、二次電池と負荷との接続を遮断すると、二次電池の内部抵抗による電圧降下分がなくなり二次電池の電池電圧が回復するという現象が起こる。この電池電圧の回復現象は、二次電池内部の電解液中の電子伝導とイオン伝導に起因しており、そのうち電子伝導に起因する分は遮断した瞬間に上昇し、またイオン伝導に起因する分は時間を掛けて上昇し、その両者による電圧が所定の復帰電圧まで上昇した後に一定になる。（この電圧を復帰電圧と称している。）
この放電遮断後の電池電圧の回復は、リチウムイオン電池に限らず、鉛蓄電池でも他の電池でも共通の現象である。

したがって、図７に示す回路を備えた特許文献１に記載の二次電池では、電池電圧が降下した時に、ＦＥＴ３０がＯＦＦ状態になり、二次電池と負荷との接続は遮断されるため、放電を一旦は停止するが、上記の電池電圧の回復現象により電池電圧が上昇すると、再びＦＥＴ３０はＯＮ状態になり、二次電池と負荷との接続は遮断されなくなり、放電電流が流れてしまう。

そして、このＦＥＴ３０のＯＮ状態とＯＦＦ状態の繰り返しにより二次電池は徐々に放電し、復帰電圧がＦＥＴ３０の動作電圧以下になるまで放電が継続されるため、実質的に過放電を止める事が出来ない。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、二次電池と負荷との接続の遮断後に電池電圧の回復現象によって電池電圧が上昇しても二次電池と負荷との接続の遮断状態を維持し、二次電池の過放電を防止する二次電池の過放電防止回路、及びその過放電防止回路を備えた二次電池並びに電気機器を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の二次電池の過放電防止回路は、充放電可能な二次電池の正極側端子と負極側端子の各々に接続されて二次電池を充放電するための正負一対の電流経路に設けられ、二次電池の過放電を防止する過放電防止回路であって、一対の電流経路の一方である第１の電流経路に直列に接続され、その電流経路を導通・遮断する第１のトランジスタと、一対の電流経路のうち、第１のトランジスタが設けられていない第２の電流経路と、第１のトランジスタの制御端子との間に設けられた第２のトランジスタと、第２のトランジスタの導通時に、第２のトランジスタを介して第２の電流経路から第１のトランジスタの制御端子にバイアス電圧を印加し、第１のトランジスタを導通させる第１の駆動手段と、第１のトランジスタが接続された二次電池とは反対側の第１の電流経路と、第２の電流経路との間に設けられ、これら各電流経路間の電圧が二次電池の放電を停止させるために予め設定された過放電放判定電圧よりも高いときに、第２のトランジスタを導通させ、また、各電流経路間の電圧が過放電放判定電圧以下になったときに第２のトランジスタを遮断させる第２の駆動手段と、を備えたことを特徴としている。

このように構成された過放電防止回路では、二次電池の電池電圧が低下し、二次電池の放電を停止させるために予め設定された過放電放判定電圧以下となると、第２のトランジスタがＯＦＦ状態となる。すると第１のトランジスタの制御端子に印加されるバイアス電圧が０になって、第１のトランジスタはＯＦＦ状態となり、第１の電流経路が遮断状態となる。そして、第１の電流経路の遮断後に、電圧回復作用によって二次電池の電圧が過放電判定電圧以上に再度上昇しても、第１の電流経路が遮断状態であるため、第２のトランジスタの制御端子にバイアス電圧が印加されることがなく、第１のトランジスタはＯＦＦ状態のまま（換言すればで、第１の電流経路は遮断されたまま）であるため、二次電池から負荷へ再び電流が流れることがなくなり過放電を防止できる。

一方、充電時には、電流経路に印加される充電電圧により、第２のトランジスタの制御端子には過放電放判定電圧よりも十分に高い電圧（充電電圧と同じ電圧）が印加されるため、第２のトランジスタはＯＮ状態となり、その結果、第１のトランジスタもＯＮ状態となって二次電池に電流が流れ、二次電池を充電することが可能となる。

なお、当該過放電防止回路においては、二次電池と負荷とを接続した場合に、接続当初には第１のトランジスタがＯＦＦ状態であるため第２のトランジスタ制御端子には電圧が印加されず、二次電池と負荷との接続が遮断されたままになってしまう。したがって、第１のトランジスタの入出力端子間にスイッチ等を設け、一時的にスイッチがＯＮになるようにすると、第２のトランジスタがＯＮ状態となり、その結果第１のトランジスタがＯＮ状態となるため、その後（第２のトランジスタが一旦ＯＮ状態となった後）は、スイッチをＯＦＦしても上記の回路は二次電池の過放電防止回路として作動する。

一方、当該過放電防止回路に充電器と負荷を並列接続したまま使用する場合や、充電器と負荷とをスイッチ等を介して並列接続し、充電終了時に充電器をスイッチによって切り離して使用する場合には、第２のトランジスタは充電器からの電圧によってＯＮ状態となっており、その結果第１のトランジスタはＯＮ状態となっているため、第１のトランジスタの入出力端子間にスイッチ等を設ける必要はない。

ところで、請求項１に記載の二次電池の過放電防止回路によれば、二次電池の電池電圧が過放電放判定電圧に至ったときに放電は停止されるが、そのとき、第１及び第２のトランジスタは機械的に切断されているわけではないので、第１及び第２のトランジスタにはリーク電流が流れ、二次電池は僅かながら放電し続け、最終的に、二次電圧の電池電圧は不具合電圧に至ってしまう。

そこで、請求項２に記載のように、第１のトランジスタが遮断状態の時に第１のトランジスタに流れるリーク電流（Ｉ１）と、第２のトランジスタが遮断状態の時に第２のトランジスタに流れるリーク電流（Ｉ２）と、二次電池の電池電圧が過放電判定電圧にまで低下してから、二次電池の再充電が行われるものとして予め設定された過放電時間（Ｔ）と、二次電池の電池電圧が過放電判定電圧から、二次電池が過放電により不具合を起こす電圧に至るまで、に二次電池が放電可能な電気容量（Ｑｄ）と、が、
Ｉ１＋Ｉ２＜Ｑｄ／Ｔ
の関係を満たすように、前記第１及び第２のトランジスタのリーク電流を設定するとよい。

つまり、二次電池は、放置しておけば、リーク電流により不具合を起こす電圧にいたってしまうが、通常、充電をしながら使用する。そして、充電を行うまでの時間は、用途によって決まってくる。そこで、請求項２に記載の過放電防止回路においては、二次電池の電圧が過放電判定電圧にまで低下してから、再充電を行うまでの時間の最大時間を過放電時間（Ｔ）と設定したうえで、その過放電時間（Ｔ）の間に二次電池が放電し切って、不具合を起こす電圧に至らないように、第１及び第２のトランジスタの仕様を設定しているのである。

したがって、請求項２に記載の過放電防止回路によれば、良好に二次電池が不具合を起こす電圧に至らないようにすることができる。
ところで、第２のトランジスタの制御端子にバイアス電圧を印加する第２の駆動手段の構成は種々考えられるが、抵抗で構成する場合には、請求項３に記載のように、第１の電流経路と第２の電流経路との間に分圧抵抗を設け、その分圧抵抗によって得られる分圧抵抗を第２のトランジスタの制御端子に印加するようにし、分圧抵抗を介して第１のトランジスタにリーク電流が流れたときに発生する分圧電圧が第２のトランジスタの動作電圧に達することがないように分圧抵抗の抵抗値を設定するとよい。

このようにすると第２の駆動手段を抵抗のみで簡易に構成できる。また、第１のトランジスタを流れるリーク電流によって分圧抵抗に発生する分圧電圧が、第２のトランジスタの動作電圧を上回ることがないため、第２のトランジスタはＯＮ状態となることはない。その結果、第１のトランジスタの制御端子にバイアス電圧が掛かることもなく、第１のトランジスタがＯＮ状態とならないため、二次電池と負荷との接続の遮断状態が維持できる。

また、第２の駆動手段と同様に第１の駆動手段も抵抗で構成すると簡易に構成できる。そして、第１の駆動手段を抵抗で構成する場合には、請求項４に記載のように、第１の駆動手段に、第１のトランジスタの制御端子と第２のトランジスタとの間に接続された第３の抵抗と、第１のトランジスタと、第１のトランジスタに対して電池側の第１の電流経路との間に接続された第４の抵抗と、を設け、第３の抵抗の抵抗値（Ｒ３）及び第４の抵抗の抵抗値（Ｒ４）が、第1のトランジスタのリーク電流（Ｉ１）と、第２のトランジスタのリーク電流（Ｉ２）と、過放電電気容量（Ｑｄ）と、二次電池を充電するための充電電圧（Ｖｚ）と、過放電時間時間（Ｔ）と、が、
Ｖｚ｛１／（Ｑｄ／Ｔ−Ｉ１）−１／Ｉ２｝＜Ｒ３＋Ｒ４
の関係を満たすように設定するとよい。

この関係を満たすように第３及び第４の抵抗の抵抗値を設定すると、第２のトランジスタを流れるリーク電流を減らすことができ、過放電時間を長くすることができる。
なお、上記関係については実施例２にて詳細を説明する。

ところで、当該過放電防止回路を構成する第１及び第２のトランジスタは、その遮断状態でのリーク電流が少ないほど過放電時間（Ｔ）を長くすることができる。
したがって、請求項５に記載のように、第１及び第２のトランジスタを電界効果トランジスタとするとよい。

このようにすると、電界効果トランジスタは、例えばバイポーラ型トランジスタと比較して遮断状態でのリーク電流が少ないため過放電時間（Ｔ）を長くすることが可能となる。

ところで、当該過放電防止回路を装着する場合には、電力を供給する側の二次電池に装着してもよいし、電力が供給される側の電気機器に装着してもよい。そして、二次電池に装着する場合には、請求項６に記載のように、二次電池に充放電用の端子を設け、さらに、その端子と二次電池本体とを接続する電流経路に二次電池本体の過放電を防止するための過放電防止回路を設け、その過放電防止回路を請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路とするとよい。

このようにすると、簡易で小型の回路を装着するのみで過放電が起こり難い二次電池を実現することが可能となる。さらに、過放電防止回路が二次電池本体に設けられているため、二次電池の交換が容易になる。また、充電の際には、二次電池を電気機器などから取り外して充電すればよいため、充電用の端子を設ける必要もなく、二次電池を使用する電気機器の低コスト化を図ることができる。

しかし、二次電池の充電を行う際に当該二次電池を電気機器から取り出さずに充電するようにしたい場合もある、そのようなときには請求項７に記載のように、充電器と負荷とを夫々同時に接続するための２対の端子を設け、その２対の端子を、二次電池本体と反対側で前記過放電防止回路に接続するようにするとよい。

このようにすると、充電器を端子に接続することによって充電器からの電源供給で二次電池の充電と負荷の動作を同時に行うことが可能となる。
一方、過放電防止回路を電気機器に装着する場合には、請求項８に記載のように、電気機器に二次電池を接続するための接続端子を設け、その接続端子を介して二次電池から供給される電源により作動するような電気機器とし、接続端子と接続される電気機器内部の電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路を設けるようにするとよい。

このように構成すると、使用する二次電池は特殊な仕様のものとする必要はなく、汎用品などを用いることができるため当該機器の稼動時の維持費用を低減することが可能となる。

また、請求項９に記載のように、電気機器に二次電池と充電器とを夫々同時に接続するための２対の接続端子を設け、その２対の端子のうち二次電池と接続される接続端子を、二次電池側で過放電防止回路と接続し、充電器に接続される接続端子を、二次電池が接続される側と反対側で過放電防止回路と接続するようにするとよい。

このようにすると、二次電池を接続した状態で充電器からの電源供給により二次電池の充電と電気機器の動作を同時に行うことが可能となる。
そして、二次電池を外部接続ではなく、二次電池を内蔵するようにしてその二次電池から電源供給を受けて作動するようにした電気機器の場合には、請求項１０に記載のように、二次電池からの電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路を設けるようにするとよい。

このようにすると、二次電池と過放電防止回路とを一体化して電気機器に内蔵できるため電気機器の用途に応じたコンパクトな形で過放電防止回路を装着した充電可能な電気機器を構成することが可能となる。

さらに、請求項１１に記載のように、二次電池を内蔵した電気機器に外部の充電器に接続するための外部接続端子を設け、その外部接続端子を、二次電池と反対側で過放電防止回路と接続するようにするとよい。

このようにすると、二次電池を内蔵したままの状態で充電器からの電源供給により二次電池の充電と電気機器の動作を同時に行うことが可能となる。
ところで、二次電池を内蔵して充電をして使う電気機器では、外部の充電器から充電する以外にも充電器を内蔵させ、外部の商用電源等から直接充電ができるようにしたい場合もある。

その場合には、請求項１２に記載のように、電気機器に二次電池と、その二次電池を外部電源で充電する際に、二次電池の充電電圧が予め設定された電圧になった場合に充電を止める充電制御手段と、を内蔵し、充電制御手段と外部電源とを接続するための外部電源用端子を設け、内蔵した二次電池から電気機器に電源を供給する電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の放電防止回路を設けるようにするとよい。

このように構成すると、二次電池を充電する際に、二次電池の充電電圧が所定の電圧に達したときに充電を止める充電制御機能を備えた充電器が不要となり、単に商用電源を直流電圧に変換するための整流機能のみを有する簡易な変換器による充電が可能となって、電気機器の使い勝手が良くなる。

（実施例１）
以下に、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明が適用された過放電防止回路１の構成を示す回路図である。また、図２は、電池容量１００ｍＡｈのリチウムイオン電池を２０ｍＡ（５時間率電流）の定電流で放電した時の放電曲線である。そして、図２の中で、不具合電電圧（Ｖｘ）は０．５Ｖ、過放電判定電圧は２．５Ｖ以上であり、過放電判定電圧から不具合電圧（Ｖｘ）までの間にリチウムイオン電池に許容されている過放電電気容量（Ｑｄ）は電池容量の２％つまり２ｍＡｈである。

図１に示すように、過放電防止回路１は、リチウムイオン電池１０の出力に接続された一対の端子１７ａ、１７ｂ、電気機器２０に接続される一対の端子１８ａ、１８ｂ、端子１７ａと端子１８ａとを接続する配線１９ａ、端子１７ｂに接続される配線１９ｂ、端子１８ｂに接続される配線１９ｃ、配線１９ｂと配線１９ｃとに接続され（換言すれば、端子１７ｂと端子１８ｂとの間に直列に接続され）端子１７ｂと端子１８ｂ間の接続を導通・遮断するＦＥＴ１１、リチウムイオン電池１０の電池電圧の変化に伴ってＦＥＴ１１をＯＮ／ＯＦＦにするＦＥＴ１２、ＦＥＴ１１にバイアス電圧を与えるための抵抗１３、１４、及びＦＥＴ１２にバイアス電圧を与えるための抵抗１５、１６からなる。

端子１７ａは、リチウムイオン電池１０の出力の正極側に接続され、また、端子１７ｂはリチウムイオン電池１０の出力の負極側に接続されている。
端子１８ａ、１８ｂは、過放電防止回路１に電気機器２０を接続するための接続端子である。

ＦＥＴ１１は、リーク電流の少ない電界効果トランジスタ（例えば、エンハンスメント型のＭＯＳＦＥＴ）であり、ドレインが配線１９ｂに、ソースが配線１９ｃに、各々接続されており、また、制御端子であるゲートが抵抗１３を介してＦＥＴ１２のソースに接続されている。

ＦＥＴ１２もＦＥＴ１１と同様のリーク電流が少ないタイプの電界効果トランジスタであり、ドレインが配線１９ａに、ソースが抵抗１３を介してＦＥＴ１１のゲートに、各々接続されており、また、ゲートは、抵抗１５を介して配線１９ａに接続されると共に抵抗１６を介して配線１９ｃに接続されている。

抵抗１３は、ＦＥＴ１１のゲートとＦＥＴ１２のソースとの間に接続され、抵抗１４は、ＦＥＴ１１のゲートと配線１９ｂとの間に接続されている。そして、抵抗１３と抵抗１４とは、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になったときに端子１７ａと１７ｂとの間に掛かる電圧を分圧して、ＦＥＴ１１のゲートに電圧を印加させＦＥＴ１１をＯＮ状態にする機能を有する、所謂分圧抵抗を構成している。

抵抗１５と抵抗１６は直列接続されており、抵抗１５の、抵抗１６と接続されていない側は、配線１９ａに接続され、抵抗１６の、抵抗と１５と接続されていない側は配線１９ｃに接続されている。また、抵抗１５と抵抗１６の接続点は、ＦＥＴ１２のゲートに接続されており、所謂分圧抵抗を構成している。そして、配線１９ａ及び配線１９ｃに電池電圧が掛かっている場合（換言すればＦＥＴ１１がＯＮ状態の場合）に、その電池電圧を抵抗１５と抵抗１６で分圧してＦＥＴ１２のゲートに印加してＦＥＴ１２をＯＮ状態にする機能を有する。

そして、このように構成された過放電防止回路１は端子１７ａ、１７ｂでリチウムイオン電池１０に接続され、端子１８ａ、１８ｂで電気機器２０に接続されている。
次に、過放電防止回路１の作動について説明する。

なお、以下では、電気機器２０が接続された当初に、ＦＥＴ１１のドレインとソースの間が図示しないスイッチで一時的にＯＮ状態となって、配線１９ｂと配線１９ｃとの間が導通し、配線１９ａと配線１９ｃとの間に電池電圧が印加されているか、あるいは、端子１８ａ、１８ｂ間に、電気機器２０と並列に図示しない充電器が接続され、そのため、ＦＥＴ１１がＯＮ状態となって配線１９ｂと配線１９ｃとの間が導通し、配線１９ａと配線１９ｃ間に電池電圧が印加されている、ものとして説明する。

電気機器２０が端子１８に接続されている状態で、ＦＥＴ１２のゲートには抵抗１５と抵抗１６とで分圧された電池電圧がバイアス電圧として印加されている。このバイアス電圧は、電池電圧を、抵抗１５と抵抗１５よりはるかに小さい抵抗１６で分圧した電圧であるため、バイアス電圧は、配線１９ａと配線１９ｃ間との電圧（換言すれば、電池電圧）にほぼ等しい電圧（電池電圧よりは低い電圧である）となる。したがって、電池電圧が通常の電圧値（３〜４Ｖ）であれば、バイアス電圧は、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になる動作電圧（Ｖ２）（Ｖ２＝２．５Ｖ）より十分に高いので、ＦＥＴ１２はＯＮ状態になっている。

そして、ＦＥＴ１２がＯＮ状態であれば、ＦＥＴ１１のゲートには、抵抗１４と抵抗１４よりはるかに小さい抵抗値を有する抵抗１３により分圧された電池電圧がＦＥＴ１２を介してバイアス電圧として印加されるので、ＦＥＴ１１もＯＮ状態となり、リチウムイオン電池１０から電気機器２０に電流が流れる。

そして、リチウムイオン電池１０が使用、放電され、電池電圧が過放電判定電圧よりも低下すると、抵抗１５と抵抗１６とにより分圧されてＦＥＴ１２のゲートに印加されるバイアス電圧は、ＦＥＴ１２の動作電圧である２．５Ｖよりも下がるため、ＦＥＴ１２はＯＦＦ状態となる。そして、ＦＥＴ１２がＯＦＦ状態となると、ＦＥＴ１１のゲートには電圧がかからなくなるため、ＦＥＴ１１はＯＦＦ状態となり、リチウムイオン電池１０と電気機器２０との接続が遮断される。

このとき、ＦＥＴ１２がＯＦＦ状態になる動作電圧（Ｖ２＝２．５Ｖ）は、電池の不具合電圧（Ｖｘ）より十分に高い電圧であるので、電池に不具合は発生しない。
一方、充電時には、端子１８ａと端子１８ｂとの間に電気機器２０の代わりに図示しない充電器が接続され、充電器の充電電圧（Ｖｚ＝約４Ｖ）が抵抗１５と抵抗１６によって分圧されて、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になる動作電圧（Ｖ２＝２．５Ｖ）より十分に高いバイアス電圧としてＦＥＴ１２のゲートに印加されるので、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になり、その結果ＦＥＴ１１もＯＮ状態となり、充電器とリチウムイオン電池１０とが接続状態となり、充電器からリチウムイオン電池１０に電流が流れ、充電が可能となる。

ここで、不具合電圧（Ｖｘ）とＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）と過放電判定電圧と充電電圧の関係は、
不具合電圧（Ｖｘ＝０．５Ｖ）＜ＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２＝２．５Ｖ）＜過放電判定電圧＜充電電圧（Ｖｚ＝約４Ｖ）
となり、また、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ１２の動作と電池の状態の関係は下表のようになっている。

このように、過放電防止回路１により、リチウムイオン電池１０の電池電圧が低下して過放電判定電圧となったとき、リチウムイオン電池１０と電気機器２０との接続は遮断される。しかし、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２による遮断は機械的な切断ではないので、ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態になった以後もＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２にはリチウムイオン電池１０の出力電圧が印加されているため、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２が素子特性として有しているリーク電流が流れ、リチウムイオン電池１０は放電し続け過放電状態となり、最終的にはショートなどの不具合を発生する可能性のある不具合電圧の状態となってしまう。

そこで、リチウムイオン電池１０が不具合電圧とならないためには、リチウムイオン電池１０の電池電圧が過放電判定電圧に至った後に、次に充電を行うまでの時間である過放電時間（Ｔ）の間に、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２に流れるリーク電流（Ｉｌ）によって、過放電判定電圧から不具合電圧（Ｖｘ）に至るまでの間のリチウムイオン電池１０の電気容量（過放電電気容量（Ｑｄ）と称する）が消費されないようにすればよい。

以下に、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉｌ）と、リチウムイオン電池１０の過放電電気容量（Ｑｄ）と、過放電時間（Ｔ）と、の関係に基づき、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の選択について説明する。

ここで、電源としてリチウムイオン電池１０を使用する電気機器２０の設計条件として、電気機器２０の動作が停止した後放置され、次回に充電されるまでの間隔は、リチウムイオン電池１０では６ヶ月とすることが一般的である。

つまり、この６ヶ月間に流れる各ＦＥＴのリーク電流の合計の電流量（Ｉｌ）が、リチウムイオン電池１０の過放電電気容量（Ｑｄ）の２ｍＡｈを上回ると、過放電状態となり、不具合が発生する。

したがって、その不具合を発生させないためには、リーク電流（Ｉｌ）が次式を満たさなければならない。
Ｉｌ＜Ｑｄ／Ｔ＝２ｍＡh÷（６×３０×２４Ｈｒ）＝４６０ｎＡ
そこで、図１の過放電防止回路１において、マージンを持たせて、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とを合わせたリーク電流（Ｉｌ）が４００ｎＡ以下となるようなＦＥＴを選定すればよいことになる。

実施例１の過放電防止回路１では、ＦＥＴ１１の動作電圧（Ｖ１）及びＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）は共に２．５Ｖ、ＦＥＴ１１のリーク電流（Ｉ１）及びＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉ２）はそれぞれ５０nＡ、２５０nＡであるため、上式を十分に満たしている。

また、過放電防止回路１では抵抗１４と抵抗１５は５００ｋΩ、抵抗１３と抵抗１６は１ＫΩとしている。
そこで、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の各々のリーク電流（Ｉ１）＝５０ｎＡ、（Ｉ２）＝２５０ｎＡで、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２が共にＯＮ状態になる条件を検討すると、
リーク電流（Ｉ１）×抵抗１４＝２５０ｎＡ×５００ｋΩ＝０．１２５Ｖ＜＜ＦＥＴ１１の動作電圧（Ｖ１）＝２．５Ｖ
リーク電流（Ｉ２）×抵抗１５＝５０ｎＡ×５００ｋΩ＝０．０２５Ｖ＜＜ＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）＝２．５Ｖ
したがって、図１の過放電防止回路１において、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とが遮断状態となった後にリーク電流でそれぞれのゲートにかかるバイアス電圧は、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の動作電圧より低く、両ＦＥＴがＯＮ状態に切り替わることはない。

このとき、過放電防止回路１では、ＦＥＴ１２がＯＮ状態の時、ＦＥＴ１２を流れる消費電流は、約８．４μＡであり、電池の容量から考えて無視できる。
以上のようにして、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とを選択すればよい。

そして、上記のようにして選択したＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とを使用した過放電防止回路１によれば、二次電池の使用時間の経過にともなって電池電圧が低下すると、ＦＥＴ１２のバイアス電圧がＦＥＴ１２の動作電圧以下となってＦＥＴ１２がＯＦＦ状態となる。すると、ＦＥＴ１１のバイアス電圧が０となりＦＥＴ１１はＯＦＦ状態となって、リチウムイオン電池１０と電気機器２０との接続が遮断され、リチウムイオン電池１０は放電しなくなる。

そして、一旦、ＦＥＴ１１がＯＦＦ状態になると、リチウムイオン電池１０と電気機器２０との接続の遮断後の電圧回復作用によってリチウムイオン電池１０の電圧が復帰電圧まで上昇しても、ＦＥＴ１２のゲートにバイアス電圧がかかることはなく、ＦＥＴ１２はＯＮ状態となることはなくなり、リチウムイオン電池１０から電気機器２０へ再び電流が流れず、過放電を防止できる。

一方、充電時には、過放電防止回路１の端子１８ａ、１８ｂ間に印加される充電電圧により、ＦＥＴ１２のゲートにはＦＥＴ１２の動作電圧よりも十分に高いバイアス電圧（充電電圧とほぼ同じ電圧）が印加されるため、ＦＥＴ１２はＯＮ状態となり、その結果、ＦＥＴ１１もＯＮ状態となって、リチウムイオン電池１０と充電器とが接続され、リチウムイオン電池１０に電流が流れ充電することが可能となる。

また、２個のＦＥＴと複数の抵抗とから構成される簡易な回路であるため、二次電池の過放電防止を安価に実現できる。また、ＩＣカードなどに搭載する電池のように極端に薄い電池の場合にも適用できる。

さらに、過放電防止回路１の回路内のＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の状態をモニターすることで、電池が過放電状態になったことが容易に検出でき、電池寿命を推定するためのデータを取り込むことができる。
（実施例２）
次に、実施例１と同じ構成の過放電防止回路１において、二次電池を使用する電気機器の設計の都合上、電気機器の動作を停止した後、次回充電されるまでの間隔が1年間である場合について説明する。

この１年間に流れる各ＦＥＴのリーク電流の合計の電流量（Ｉｌ）が、リチウムイオン電池１０の過放電電気容量（Ｑｄ）の２ｍＡｈを上回ると、過放電状態となり、不具合が発生する。したがって、その不具合を発生させないためには、リーク電流（Ｉｌ）が次式を満たさなければならない。

Ｉｌ＜Ｑｄ／Ｔ＝２ｍＡｈ÷（１２×３０×２４ｈｒ）＝２３０ｎＡ
そこで、図１の過放電防止回路１において、マージンを持たせて、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２のリーク電流とを合算したリーク電流（Ｉｌ）が２００ｎＡ以下のＦＥＴを選定する必要がある。

ところが、本実施例２では、ＦＥＴ１１のリーク電流（Ｉ１）は５０nＡ以下であり条件に合致するが,ＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉ２）は２５０nＡであるので、上記の条件には適合しない。

しかしながら、ＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉ２）は、電源に直接接続された時の値であり、本実施例２において実際に流れるリーク電流（Ｉｋ）は抵抗１３、抵抗１４が存在する分だけ少なくなる。

そこで、ここでは抵抗１３及び抵抗１４がある場合の各ＦＥＴのリーク電流と、過放電電気容量（Ｑｄ）と、過放電時間（Ｔ）と、の関係に基づき、抵抗１３及び抵抗１４の各抵抗値の設定について説明する。

ここでリーク電流が最大となるのは、電池電圧が低下して、ＦＥＴ１１により電気機器２０から接続が遮断されたリチウムイオン電池１０の電池電圧が、電圧回復現象により復帰電圧まで上昇した場合であるが、以下の検討では、マージンを持たせる意味で、配線１９ａと配線１９ｃとの間に印加される最大の電圧である充電電圧（Ｖｚ＝４．２Ｖ）として検討する。

抵抗１３及び抵抗１４がないとした場合にＦＥＴ１２に流れるリーク電流（Ｉ２）により、ＦＥＴ１２の抵抗は、Ｖｚ／Ｉ２となる。したがって、ＦＥＴ１２に抵抗１３及び抵抗１４を直列に接続した場合に流れると考えられる最大のリーク電流（Ｉｋ）は、
Ｉｋ＝Ｖｚ／（Ｖｚ／Ｉ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
となる。

また、ＦＥＴ１１に流れるリーク電流はＩ１であるため、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とに流れるリーク電流の合計は、Ｉ１＋Ｉｋとなる。
したがって、過放電電気容量（Ｑｄ）と過放電時間（Ｔ）との間には次の関係が成立する。

Ｑｄ／Ｔ＞Ｉ１＋Ｉｋ＝Ｉ１＋Ｖｚ／（Ｖｚ／Ｉ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
ここで、等号の右辺第２項は、等号の左辺第２項に、
Ｉｋ＝Ｖｚ／（Ｖｚ／Ｉ２＋Ｒ３＋Ｒ４）
を代入して得られる。
この不等式を展開して、Ｒ２とＲ３についてまとめると
Ｒ２＋Ｒ３＞Ｖｚ｛１／（Ｑｄ／Ｔ−Ｉ１）―１／Ｉ２]
が得られる。

ここに各値を代入すると、
Ｒ２＋Ｒ３＞４．２Ｖ｛１／（２mＡｈ÷（１２×３０×２４ｈｒ）−５０ｎＡ）―１／２５０ｎＡ]
＝４．２Ｖ｛１／（２３０ｎＡ−５０ｎＡ）―１／２５０ｎＡ]
＝４．２Ｖ｛１／１８０ｎＡ―１／２５０ｎＡ]
＝４．２｛５．６―４）ＭΩ
＝６．７２ＭΩ
ここで、本実施例２における過放電防止回路１の抵抗１３は１０ＫΩ、抵抗１４は８ＭΩであるので、上記ＦＥＴ１２を用いてもリーク電流（Ｉｌ）は十分小さくなる。

そこで、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の各リーク電流（Ｉ１）、（Ｉ２）でＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２がＯＮ状態になる条件を検討すると、
リーク電流（Ｉ２）×抵抗１４＝２５０ｎＡ×８ＭΩ＝２．０Ｖ＜ＦＥＴ１１の動作電圧（Ｖ１）＝２．５Ｖ
リーク電流（Ｉ１）×抵抗１５＝５０ｎＡ×８ＭΩ＝０．４Ｖ＜＜ＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）＝２．５Ｖ
となり、本実施例２のように過放電防止回路１の抵抗１３及び抵抗１４の抵抗値が上式を満たすように抵抗１３及び抵抗１４を選ぶことでＦＥＴ１２の選定の巾を広げることが可能となる。
（実施例３）
実施例３では、リチウムイオン電池１０の代わりに、鉛蓄電池４０を使用した場合の過放電防止回路１について説明する。

実施例３においても、過放電防止回路１の構成は実施例１と同じである。
図３は、電気容量４０Ａｈの鉛蓄電池４０を２Ａ（２０時間率電流）の定電流で放電した時の放電曲線である。そして、図３中で、不具合電圧（Ｖｘ）は０．５Ｖ、過放電判定電圧は０．８Ｖ以上であり、過放電電気容量（Ｑｄ）は電池容量の０．１％つまり４０ｍＡｈである。

リチウムイオン電池１０の場合と同様に、電気機器２０を端子１８に接続した状態で、電池電圧（１．０〜２．４Ｖ）が十分に高い時には、抵抗１５と抵抗１６とで分圧されたバイアス電圧が、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になる動作電圧（Ｖ２）である０．８Ｖより十分に高いので、ＦＥＴ１２はＯＮ状態になっている。

そして、鉛蓄電池４０と電気機器２０との間に直列に接続されているＦＥＴ１１のゲートには、抵抗１３と抵抗１４とにより分圧された電池電圧がＦＥＴ１２を介してバイアス電圧として印加されてＯＮ状態となっており、鉛蓄電池４０から電気機器２０に電力が供給されている。

実施例１での説明と同様に、鉛蓄電池４０の電池電圧が、過放電判定電圧より下がると、抵抗１３と抵抗１４とにより分圧されてＦＥＴ１２のゲートに印加されるバイアス電圧は、ＦＥＴ１２の動作電圧である０．８Ｖよりも下がるため、ＦＥＴ１２はＯＦＦ状態となる。そして、ＦＥＴ１２がＯＦＦ状態となると、ＦＥＴ１１のゲートにはバイアス電圧がかからなくなるため、ＦＥＴ１１はＯＦＦ状態となり、鉛蓄電池４０と電気機器２０との接続が遮断される。

このとき、不具合電圧（Ｖｘ）と動作電圧（Ｖ２）と過放電判定電圧とは、
不具合電圧（Ｖｘ＝０．５Ｖ）＜動作電圧（Ｖ２＝０．８Ｖ）＜過放電判定電圧
の関係となっている。

一方、充電時には、端子１８ａと端子１８ｂとの間に電気機器２０の代わりに図示しない充電器が接続され、充電器の充電電圧（Ｖｚ＝２．０〜２．４Ｖ）が抵抗１５と抵抗１６によって分圧されて、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になる動作電圧（Ｖ２＝０．８Ｖ）より十分に高いバイアス電圧としてＦＥＴ１２のゲートに印加されるので、ＦＥＴ１２がＯＮ状態になり、その結果ＦＥＴ１１もＯＮ状態となり、充電器と鉛蓄電池４０とが接続されて、充電器から鉛蓄電池４０に電流が流れ、充電が可能となる。

以上の、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の動作と鉛蓄電池４０の状態は表１と同様になっている。
ここで、実施例１と同様に、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉｌ）と、リチウムイオン電池１０の過放電電気容量（Ｑｄ）と、過放電時間（Ｔ）と、の関係に基づき、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の選択について説明する。

電源として鉛蓄電池４０を使用する電気機器２０の設計条件として、電気機器２０の動作が停止した後放置され、次回に充電されるまでの間隔を、鉛蓄電池４０では、電池自身の自己放電を考慮して６ヶ月とすることが一般的である。

この６ヶ月間に流れる各ＦＥＴのリーク電流の合計の電流量（Ｉｌ）が、鉛蓄電池４０の過放電電気容量（Ｑｄ）の４０ｍＡｈを上回ると、過放電状態となり、不具合が発生する。したがって、その不具合を発生させないためには、リーク電流（Ｉｌ）が次の関係を満たさなければならない。

Ｉｌ＜Ｑｄ／Ｔ＝４０ｍＡｈ÷（６×３０×２４ｈｒ）＝９．３μＡ
したがって、図１の回路において、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とを合わせたリーク電流が９μＡ以下のＦＥＴを選定する必要がある。

本実施例３では、ＦＥＴ１１の動作電圧（Ｖ１）、ＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）は共に０．８Ｖ、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ１２のリーク電流（Ｉ１）、（Ｉ２）はいずれも１μＡ以下である。

本実施例３では抵抗１４と抵抗１５は１００ｋΩ、抵抗１３と抵抗１６は1００Ωとした。
ここで、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２の各リーク電流（Ｉ１）、（Ｉ２）で、ＦＥＴ１１及びＦＥＴ１２がＯＮ状態になる条件を検討すると、
リーク電流（Ｉ１）×抵抗１４＝１μＡ×１００ｋΩ＝０．１Ｖ＜＜ＦＥＴ１１の動作電圧（Ｖ１）＝０．８Ｖ
リーク電流（Ｉ２）×抵抗１５＝１μＡ×１００ｋΩ＝０．１Ｖ＜＜ＦＥＴ１２の動作電圧（Ｖ２）＝０．８Ｖ
したがって、図１の過放電防止回路１において、ＦＥＴ１１とＦＥＴ１２とが遮断した後に、リーク電流でそれぞれのゲートにかかる電圧は、ＦＥＴ１１、ＦＥＴ１２の動作電圧より低く、各ＦＥＴがＯＮ状態に切り替わることはない。

ここで、本実施例３では、ＦＥＴ１２がＯＮ状態の時、ＦＥＴ１２を流れる消費電流は、約２０μＡであり、電池の容量から考えて無視できる。
このように、本実施例３の過放電防止回路１によれば、二次電池として鉛蓄電池４０を使用した場合であっても、実施例１と同様の効果を得ることができる。
（実施例４）
次に、過放電防止回路１を二次電池に装着した電池パック５０について説明する。

図４は、電池パック５０の構成及び電池パック５０、電気機器６０及び充電器６１の接続を示す図である。
図４に示すように、電池パック５０は、二次電池５１、保護素子５２、過放電防止回路１、充放電端子５４ａ、５４ｂ、保護素子５２と過放電防止回路１とを接続する配線５３ａ、５３ｂ、及び、過放電防止回路１と充放電端子５４ａ、５４ｂとを接続する配線５３ｃ、５３ｄから構成され、それらの構成品がパッケージングされ一体化されたものである。

二次電池５１は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池であり、保護素子５２は二次電池５１から過電流が流れた場合に二次電池５１保護するために二次電池の充放電端子に装着される素子であり、セラミックＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子等が使用される。

そして、過放電防止回路１は、保護素子５２が装着された二次電池５１に配線５３ａ、５３ｂでカスケード接続されている。
また、過放電防止回路１は、二次電池５１と反対側で配線５３ｃ、５３ｄによって、充放電端子５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄに接続されている。

ここで、電気機器と接続するための充放電端子５４ａと５４ｂとは、夫々配線５３ｃと５３ｄとによって直接過放電防止回路１に接続されている。
電池パック５０は、充放電端子５４ａ、５４ｂで電気機器６０の電源ラインに接続されるとともに、充放電端子５４ｃ、５４ｄで充電器６１に接続されている。

なお、電池パック５０には、配線６８ａ、６８ｂを介して過放電防止回路１に接続された起動用外部端子６９ａ、６９ｂが取り付けられている。この起動用外部端子６９ａ、６９ｂは、電池パック５０と電気機器６０とを接続した当初に過放電防止回路１を作動させるための端子である。

つまり、電池パック５０と電気機器６０との接続当初は、過放電防止回路１のＦＥＴ１１がＯＦＦ状態であるためＦＥＴ１２のゲートには電圧が印加されず、二次電池５１と電気機器６０との接続が遮断されたままになっている。したがって、ＦＥＴ１１のドレインに配線６８aを介して起動用外部端子６９ａを接続し、また、ソースに配線６８ｂを介して起動用外部端子６９ａを接続して、接続当初の起動時に一時的に起動用外部端子６９ａ、６９ｂ間を短絡する。すると、ＦＥＴ１２にゲート電圧が印加されるため、ＦＥＴ１２がＯＮ状態となり、その結果ＦＥＴ１１がＯＮ状態となるため、その後（ＦＥＴ１２が一旦ＯＮ状態となった後）は、起動用外部端子６９ａ、６９ｂ間を開放しても過放電防止回路１は作動し続けるのである。

この起動用外部端子６９ａ、６９ｂは、電池パック５０と電気機器６０との接続当初にのみ使用するものであり、通常使用時（換言すれば、一旦過放電防止回路１の作動以降）には使用する必要がないため、カバーなどをして短絡しないようにしておく。

また、電池パック５０と電気機器６０とを接続した当初、電池パック５０と電気機器６０とを接続すると同時に充電器６１を接続する場合には、充電器６１の接続と同時に、過放電防止回路１のＦＥＴ１２は充電器６１からの電圧によってＯＮ状態となり、その結果ＦＥＴ１１はＯＮ状態となって、過放電防止回路１は作動するため、起動用外部端子６９ａ、６９ｂ間を短絡する必要はない。

そして、上記の構成の電池パック５０によれば、簡易で小型の回路を装着するのみで過放電が起こり難い二次電池を実現することが可能である。さらに、過放電防止回路が二次電池本体に設けられているため、二次電池過放電回路付二次電池の交換が容易である。

また、電池パック５０を上記のように電気機器６０と充電器６１に接続できるので、二次電池を電気機器から取り外さずに電気機器を作動させながら同時に充電が可能である。
（実施例５）
次に、過放電防止回路１を内蔵した電気機器７０について説明する。

図５は、電気機器７０の構成及び電気機器７０と充電器６１との接続を示す図である。
図５に示すように、電気機器７０は、過放電防止回路１、電源回路７１、接続端子６３ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、及び、過放電防止回路１と電源回路７１と接続端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄとを接続する配線６４a、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、を備えており、二次電池５１と保護素子５２とがパッケージングされて一体化された電池パック５５に接続されている。

二次電池５１は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池であり、保護素子５２は二次電池５１から過電流が流れた場合に二次電池５１保護するために二次電池の端子に装着される素子であり、セラミックＰＴＣ素子等が使用される。

そして、過放電防止回路１の端子１７ａ、１７ｂは、電池パック５５を接続するための接続端子６３ａ、６３ｂに、配線６４ａ、６４ｂで夫々接続され、端子１８ａ、１８ｂは、電源回路７１の端子７２ａ、７２ｂに配線６４ｃ、６４ｄで接続されている。

なお、電気機器７０には、配線６８ａ、６８ｂを介して過放電防止回路１に接続された起動用外部端子６９ａ、６９ｂが取り付けられているが、これは実施例５で説明したものと同様であるため説明は省略する。

このように構成された電気機器７０では、使用する電池パック５５は特殊なものとする必要はなく、汎用品などを用いることができるため当該機器の稼動時の維持費用を低減することが可能となる。

また、電池パック５５を上記のように電気機器７０と充電器６１に接続できるので、二次電池を電気機器から取り外さずに電気機器を作動させながら同時に充電が可能である。
（実施例６）
次に、二次電池５１、過放電防止回路１、及び充電制御回路６２を内蔵した電気機器８０について説明する。

図６は、電気機器８０の構成及び電気機器８０内部の構成品の接続を示す図である。
図６に示すように、電気機器８０は、二次電池５１、保護素子５２、過放電防止回路１、電源回路７１、充電制御回路６２、外部電源用端子６７ａ、６７ｂ及びそれら構成品を接続する配線６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６６ｇ、６６ｈを備えている。

二次電池５１は、リチウムイオン電池や鉛蓄電池であり、保護素子５２は二次電池５１から過電流が流れた場合に二次電池５１保護するために二次電池の端子に装着される素子であり、セラミックＰＴＣ素子等が使用される。

充電制御回路６２は、トランジスタ、ダイオード、抵抗等で構成された回路であり、外部電源による二次電池５１の充電中に充電電圧が所定の値になったときに、充電を停止させ、二次電池５１の過充電を防止する回路である。

そして、過放電防止回路１の端子１７ａ、１７ｂは、配線６６ａ、６６ｂで保護素子５２を介して二次電池５１に接続され、端子１８ａ、１８ｂは、配線６６ｃ、６６ｄで電源回路７１の入力端子７２ａ、７２ｂに夫々接続されている。

また、過放電防止回路１の端子１８ａ、１８ｂは、配線６６ｅ、６６ｆで充電制御回路６２の端子７３ａ、７３ｂにも接続されている。
そして、充電制御回路６２の入力端子７３ｃ、７３ｄは、配線６６ｇ、６６ｈで外部電源用端子６７ａ、６７ｂに接続されている。

なお、電気機器８０には、配線６８ａ、６８ｂを介して過放電防止回路１に接続された起動用外部端子６９ａ、６９ｂが取り付けられているが、これは実施例５で説明したものと同様であるため説明は省略する。

そして、このように構成された電気機器８０は、二次電池５１によって作動する。
また、充電制御回路６２を外部の直流電源等に接続することによって、二次電池５１の充電が不十分な場合であっても、二次電池５１の充電が行われると同時に外部の直流電源等から電源回路７１にも電力が供給されるため、電気機器８０が作動できるようになる。

そして、電気機器８０は、外部の直流電源等に直接接続して充電すればよいため、充電時に過充電を防止するための充電制御機能を備えた充電器が不要で、商用電源を直流に変換する簡易な変換器を使用すればよいため、使い勝手を良くすることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
例えば、以上の実施例１〜実施例５では電池が１個で使用される場合のみ記載したが、複数個を直列に使用する場合にも、実施例２と同様にしてＦＥＴ１２のバイアス電圧がＦＥＴ１２の動作電圧となるように、抵抗１５、１６を選定すればよい。

本発明が適用された過放電防止回路１の構成を示す回路図である。 電池容量１００ｍＡｈのリチウムイオン電池を２０ｍＡ（５時間率電流）の定電流で放電した時の放電曲線である。 電気容量４０Ahの鉛蓄電池を２Ａ（２０時間率電流）の定電流で放電した時の放電曲線である。 過放電防止回路を二次電池に装着した電池パックの構成と、電池パックを電気機器及び充電器に接続する際の接続状態を示す図である。 過放電防止回路を機器に内蔵した電気機器の構成と、電池パックを電気機器及び充電器に接続する際の接続状態を示す図である。 二次電池、過放電防止回路及び充電制御回路を内蔵した電気機器の構成と、二次電池、電気機器及び外部電源の接続状態を示す図である。 背景技術の特許文献中に記載されている非水電解質二次電池の構成を示す回路図である。

符号の説明

１…過放電防止回路、１０…リチウムイオン電池、１１、１２…ＦＥＴ、１３、１４、１５、１６…抵抗、１７a、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ…端子、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ…配線、２０、６０、７０、８０…電気機器、３０…ＦＥＴ、４０…鉛蓄電池、５０、５５…電池パック、５１…二次電池、５２…保護素子、５３ａ、５３ｂ、６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、６４ｄ、６４ｅ、６４ｆ、６６ａ、６６ｂ、６６ｃ、６６ｄ、６６ｅ、６６ｆ、６６ｇ、６６ｈ、６８ａ、６８ｂ…配線、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ…充放電端子、６１…充電器、６２…充電制御回路、６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄ…接続端子、６７ａ、６７ｂ…外部電源用端子、６９ａ、６９ｂ…起動用外部端子、７１…電源回路、７２ａ、７２ｂ、７３ａ、７３ｂ、７３ｃ、７３ｄ…入力端子、

Claims (12)

1. 充放電可能な二次電池の正極側端子と負極側端子の各々に接続されて前記二次電池を充放電するための正負一対の電流経路に設けられ、前記二次電池の過放電を防止する過放電防止回路であって、
   前記一対の電流経路の一方である第１の電流経路に直列に接続され、該電流経路を導通・遮断する第１のトランジスタと、
   前記一対の電流経路のうち、前記第１のトランジスタが設けられていない第２の電流経路と、前記第１のトランジスタの制御端子との間に設けられた第２のトランジスタと、
   前記第２のトランジスタの導通時に、該第２のトランジスタを介して前記第２の電流経路から前記第１のトランジスタの制御端子にバイアス電圧を印加し、前記第１のトランジスタを導通させる第１の駆動手段と、
   前記第１のトランジスタに前記二次電池と反対側で接続された第１の電流経路と、前記第２の電流経路との間に設けられ、これら各電流経路間の電圧が前記二次電池の放電を停止させるために予め設定された過放電放判定電圧よりも高いときに、前記第２のトランジスタを導通させ、また、前記各電流経路間の電圧が前記過放電放判定電圧以下になったときに前記第２のトランジスタを遮断させる第２の駆動手段と、
   を備えたことを特徴とする二次電池の過放電防止回路。
2. 前記第１のトランジスタが遮断状態の時に前記第１のトランジスタに流れるリーク電流（Ｉ１）と、
   前記第２のトランジスタが遮断状態の時に前記第２のトランジスタに流れるリーク電流（Ｉ２）と、
   前記二次電池の電池電圧が前記過放電判定電圧まで低下してから、前記二次電池の再充電が行われるものとして予め設定された過放電時間（Ｔ）と、
   前記二次電池の電池電圧が、前記過放電判定電圧から、前記二次電池が過放電により不具合を起こす電圧に至るまで、に前記二次電池が放電可能な電気容量（Ｑｄ）と、
   が、
   Ｉ１＋Ｉ２＜Ｑｄ／Ｔ
   の関係を満たすように、前記第１及び第２のトランジスタのリーク電流が設定されていることを特徴とする請求項１に記載の過放電防止回路。
3. 前記第２の駆動手段は、
   前記第１の電流経路と前記第２の電流経路との間に設けられ、前記第１と第２の電流経路間の電圧を分圧する分圧抵抗からなり、該分圧抵抗により分圧された分圧電圧を前記第２のトランジスタの制御端子に印加するように構成され、
   前記分圧抵抗の抵抗値は、
   前記分圧抵抗を介して前記第１のトランジスタにリーク電流が流れた際に、前記分圧電圧が、前記第２のトランジスタの動作電圧に達することがないように設定されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の二次電池の過放電防止回路。
4. 前記第１の駆動手段は、
   前記第１のトランジスタの制御端子と前記第２のトランジスタとの間に接続された第３の抵抗と、
   前記第１のトランジスタと、前記第１のトランジスタに対して電池側の前記第１の電流経路との間に接続された第４の抵抗と、
   を備え、
   前記第３の抵抗の抵抗値（Ｒ３）及び前記第４の抵抗の抵抗値（Ｒ４）は、
   前記第1のトランジスタのリーク電流（Ｉ１）と、
   前記第２のトランジスタのリーク電流（Ｉ２）と、
   前記過放電電気容量（Ｑｄ）と、
   前記二次電池を充電するための充電電圧（Ｖｚ）と、
   前記過放電時間時間（Ｔ）と、
   が、
   Ｖｚ｛１／（Ｑｄ／Ｔ−Ｉ１）−１／Ｉ２｝＜Ｒ２＋Ｒ３
   の関係を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の二次電池の過放電防止回路。
5. 前記第１及び第２のトランジスタは、電界効果トランジスタであることを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の二次電池の過放電防止回路。
6. 充放電用の端子を備え、該端子と二次電池本体とを接続する電流経路に、前記二次電池本体の過放電を防止するための過放電防止回路を備えた二次電池であって、
   前記過放電防止回路として請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路を備えたことを特徴とする二次電池。
7. 充電器と負荷とを夫々同時に接続するための２対の端子を備え、
   前記２対の端子は、前記二次電池本体と反対側で前記過放電防止回路に接続されていることを特徴とする請求項６に記載の二次電池。
8. 二次電池を接続するための接続端子を備え、該接続端子を介して前記二次電池から供給される電源により作動する電気機器であって、
   前記接続端子と接続される前記電気機器内の電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路を備えたことを特徴とする電気機器。
9. 前記二次電池と充電器とを夫々同時に接続するための２対の接続端子を備え、
   該２対の端子のうち、前記二次電池と接続される接続端子は、前記二次電池側で前記過放電防止回路と接続されており、前記充電器に接続される接続端子は、前記二次電池が接続される側と反対側で前記過放電防止回路と接続されていることを特徴とする請求項８に記載の電気機器。
10. 二次電池を内蔵して、該二次電池から電源供給を受けて作動する電気機器であって、
    該二次電池に接続された電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の過放電防止回路を備えたことを特徴とする電気機器。
11. 外部の充電器に接続するための外部接続端子を備え、
    該外部接続端子は、前記二次電池と反対側で前記過放電防止回路と接続されていることを特徴とする請求項１０に記載の電気機器。
12. 二次電池と、該二次電池を外部電源で充電する際に、該二次電池の充電電圧が予め設定された電圧になった場合に充電を止める充電制御手段と、を内蔵し、該充電制御手段と外部電源とを接続するための外部電源用端子を備えた電気機器であって、
    前記内蔵した二次電池から前記電気機器に電源を供給する電源供給経路に請求項１〜請求項５の何れかに記載の放電防止回路を備えたことを特徴とする電気機器。