JP2006121827A - 二次電池の保護回路 - Google Patents
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Abstract
【課題】二次電池の保護回路においてサーミスタ素子による電力損失を低減する。
【解決手段】二次電池6の充放電回路10bにソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタ14と、電流制御用トランジスタ14のゲートに接続され、正常温度状態では電流制御用トランジスタ14をオンできる状態にし、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して電流制御用トランジスタ14がオフになる状態にするためのサーミスタ素子20と、電流制御用トランジスタ14のゲート、サーミスタ素子20間の端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に設けられた電圧調整用抵抗素子24を備えている。
【選択図】図1
【解決手段】二次電池6の充放電回路10bにソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタ14と、電流制御用トランジスタ14のゲートに接続され、正常温度状態では電流制御用トランジスタ14をオンできる状態にし、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して電流制御用トランジスタ14がオフになる状態にするためのサーミスタ素子20と、電流制御用トランジスタ14のゲート、サーミスタ素子20間の端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に設けられた電圧調整用抵抗素子24を備えている。
【選択図】図1
Description
本発明は、過充電、放電過電流、充電過電流から二次電池を保護するための二次電池の保護回路に関し、特に、温度上昇状態では抵抗値が増加するサーミスタ素子、例えばPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタ素子(PTC素子という)や、温度上昇状態では抵抗値が低下するサーミスタ素子、例えばNTC(Negative Temperature Coefficient)サーミスタ素子(NTC素子という)やCTR(Critical Temperature Resistor)サーミスタ素子(CTR素子という)を備えた保護回路に関するものである。
各種携帯情報機器などに搭載される電池は、繰り返しの充放電が可能な二次電池が多く使用されており、二次電池の劣化の防止、長時間の電力供給、小型化、安価が重視されている。
従来から電池パックなどには、電気回路の短絡や誤った充電(大電圧や逆電圧)等で過電流が流れ、過度の発熱で電池が劣化損傷しないようにするための保護回路が搭載されている。
例えば、二次電池の充放電回路、すなわち二次電池と充電器や負荷が接続される外部接続端子との間に、MOSトランジスタからなる電流制御用トランジスタを直列に挿入し、異常充電時に充電制御用の電流制御用トランジスタをオフ状態にして充電を停止し、異常放電時に放電制御用の電流制御用トランジスタをオフ状態にして放電を停止させるように構成された保護回路がある(例えば特許文献1を参照。)。
従来から電池パックなどには、電気回路の短絡や誤った充電(大電圧や逆電圧)等で過電流が流れ、過度の発熱で電池が劣化損傷しないようにするための保護回路が搭載されている。
例えば、二次電池の充放電回路、すなわち二次電池と充電器や負荷が接続される外部接続端子との間に、MOSトランジスタからなる電流制御用トランジスタを直列に挿入し、異常充電時に充電制御用の電流制御用トランジスタをオフ状態にして充電を停止し、異常放電時に放電制御用の電流制御用トランジスタをオフ状態にして放電を停止させるように構成された保護回路がある(例えば特許文献1を参照。)。
また、異常な温度上昇時に通電遮断を行なうために、二次電池の充放電回路に直列に、温度上昇状態では抵抗値が増加するサーミスタ素子、例えばPTC素子を挿入した保護回路がある(例えば特許文献2を参照。)。PTC素子は温度が上昇するにつれ抵抗値が増加し、一定の温度を超えると急激に抵抗値が増加するため、スイッチ特性を備えている。
図5に従来の保護回路の回路図を示す。
保護回路において、電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続され、電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。充放電回路10bに電流制御用トランジスタ12と電流制御用トランジスタ14が直列に接続されている。
保護回路において、電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続され、電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。充放電回路10bに電流制御用トランジスタ12と電流制御用トランジスタ14が直列に接続されている。
充放電回路10a,10b間に保護素子16が接続されている。保護素子16の電源電圧端子は抵抗素子18を介して充放電回路10aに接続され、グランド端子は電池接続端子2b、電流制御用トランジスタ12間の充放電回路10bに接続され、充電器マイナス電位入力端子は外部接続端子4b、電流制御用トランジスタ14間の充放電回路10bに抵抗素子19を介して接続されている。過放電検出出力端子は電流制御用トランジスタ12のゲートに接続されている。過充電検出出力端子は電流制御用トランジスタ14のゲートに接続されている。
電池接続端子2bと二次電池6の間にPTC素子42が接続されている。
電池接続端子2bと二次電池6の間にPTC素子42が接続されている。
保護回路において電池の寿命を延ばすためには電力損失を低減する必要があるが、図5に示した従来技術では、充放電時に二次電池6と直列に接続されるのは主に充放電を制御する電流制御用トランジスタ12,14とPTC素子42である。従来、二次電池パックに使用される、例えばポリ樹脂製の有機PTC素子は抵抗値が40mΩほどあり、抵抗値も電流量や温度の状態により一定ではない。電流制御用トランジスタ12,14のオン抵抗は20〜50mΩであり、PTC素子42での抵抗値の割合は1/2〜1/3程度と高い。電流は状態や製品により様々であるが、たとえば2A程度である。
従来の保護回路では、PTC素子42が二次電池6に対して直列に接続されているので、充放電時は常時PTC素子42における電力損失があるという問題があった。
本発明は、サーミスタ素子による二次電池の電力損失を低減することができる保護回路を提供することを目的とするものである。
本発明は、サーミスタ素子による二次電池の電力損失を低減することができる保護回路を提供することを目的とするものである。
本発明にかかる二次電池の保護回路の第1態様は、二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、電流制御用トランジスタのゲートに接続され、正常温度状態では上記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して上記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子と、上記ゲート、上記サーミスタ素子間の端子と上記ソースの間に設けられた電圧調整用抵抗素子を備えているものである。
この態様において、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていない。
この態様において、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていない。
本発明の保護回路の第1態様において、異常充放電状態を検出するための異常検出回路をさらに備え、上記異常検出回路の出力の少なくとも1つは上記サーミスタ素子を介して上記電流制御用トランジスタのゲートに接続されているようにしてもよい。
また、上記サーミスタ素子の例としてPTC素子を挙げることができる。
さらに、上記PTC素子としてセラミック製のものを挙げることができる。
さらに、上記PTC素子としてセラミック製のものを挙げることができる。
本発明にかかる二次電池の保護回路の第2態様は、二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、上記電流制御用トランジスタのゲートに接続された電圧調整用抵抗素子と、上記ゲート、上記電圧調整用抵抗素子間の端子と上記ソースの間に設けられ、正常温度状態では上記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度状態では抵抗値が低下して上記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子を備えているものである。
この態様において、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていない。
この態様において、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていない。
本発明の保護回路の第2態様において、異常充放電状態を検出するための異常検出回路をさらに備え、上記異常検出回路の出力の少なくとも1つは上記電圧調整用抵抗素子を介して上記電流制御用トランジスタのゲートに接続されているようにしてもよい。
また、上記サーミスタ素子の例としてNTC素子又はCTR素子を挙げることができる。
本発明の保護回路の第1態様では、二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、電流制御用トランジスタのゲートに接続され、正常温度状態では上記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して上記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子と、上記ゲート、上記サーミスタ素子間の端子と上記ソースの間に設けられた電圧調整用抵抗素子を備え、サーミスタ素子を二次電池の充放電回路に直列に接続された電流制御用トランジスタのゲートに接続して、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないようにしたので、サーミスタ素子による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、図5に示した従来の保護回路では、PTC素子による電力損失や電圧降下を減らすためにPTC素子の抵抗を下げなければならず、サイズの大きいものを接続しなければならなかったが、本発明の保護回路の第1態様ではサーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないので、サーミスタ素子の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子を用いることができる。
さらに、図5に示した従来の保護回路では、PTC素子による電力損失や電圧降下を減らすためにPTC素子の抵抗を下げなければならず、サイズの大きいものを接続しなければならなかったが、本発明の保護回路の第1態様ではサーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないので、サーミスタ素子の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子を用いることができる。
さらに、異常充放電状態を検出するための異常検出回路を備え、上記異常検出回路の出力の少なくとも1つは上記サーミスタ素子を介して上記電流制御用トランジスタのゲートに接続されているようにすれば、異常検出回路により異常充放電を検出して二次電池の異常充放電を防止することができる。
また、上述のように、図5に示した従来の保護回路ではPTC素子としてサイズの大きいものを接続しなければならず、電池パックの小型化に支障をきたしていたが、本発明の保護回路の第1態様において上記サーミスタ素子としてPTC素子を用いる場合、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないのでサイズの小さいサーミスタ素子、例えばセラミック製のPTC素子を用いることができ、従来技術よりも小型かつ安価な保護回路を実現することができ。
本発明の保護回路の第2態様では、二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、上記電流制御用トランジスタのゲートに接続された電圧調整用抵抗素子と、上記ゲート、上記電圧調整用抵抗素子間の端子と上記ソースの間に設けられ、正常温度状態では上記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度状態では抵抗値が低下して上記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子、例えばNTC素子又はCTR素子を備え、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないようにしたので、サーミスタ素子による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないので、サーミスタ素子の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子を用いることができる。
さらに、サーミスタ素子は充放電回路に直列には接続されていないので、サーミスタ素子の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子を用いることができる。
さらに、異常充放電状態を検出するための異常検出回路を備え、上記異常検出回路の出力の少なくとも1つは上記電圧調整用抵抗素子を介して上記電流制御用トランジスタのゲートに接続されているようにすれば、異常検出回路により異常充放電を検出して二次電池の異常充放電を防止することができる。
図1は第1態様の一実施例を示す回路図である。
保護回路は、電池接続端子2a,2bと外部接続端子4a,4bを備えている。電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続される。電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。二次電池6は例えばリチウムイオン電池であり、その定格電圧は例えば3.8V(ボルト)である。外部装置8としては、二次電池6の充電時には充電用電源として専用の充電器が接続され、放電時には二次電池6を電源として使用する各種の電子機器である負荷が接続される。
保護回路は、電池接続端子2a,2bと外部接続端子4a,4bを備えている。電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続される。電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。二次電池6は例えばリチウムイオン電池であり、その定格電圧は例えば3.8V(ボルト)である。外部装置8としては、二次電池6の充電時には充電用電源として専用の充電器が接続され、放電時には二次電池6を電源として使用する各種の電子機器である負荷が接続される。
充放電回路10bに、充電制御用スイッチ素子である電流制御用トランジスタ12と、放電制御用スイッチ素子である電流制御用トランジスタ14が直列に接続されている。この実施例では電流制御用トランジスタ12,14としてNチャネルMOSトランジスタを用いている。電流制御用トランジスタ12のソースはマイナス側の電池接続端子2bに接続され、電流制御用トランジスタ12,14のドレインは互いに接続され、電流制御用トランジスタ14のソースはマイナス側の外部接続端子4bに接続されている。
充放電回路10a,10b間に保護素子(異常検出回路)16が接続されている。保護素子16として例えばR5426xxxxxxシリーズ(株式会社リコーの製品)を挙げることができる。保護素子16の電源電圧端子VDDは抵抗素子18を介して充放電回路10aに接続され、グランド端子VSSは電池接続端子2b、電流制御用トランジスタ12間の充放電回路10bに接続され、充電器マイナス電位入力端子V−は外部接続端子4b、電流制御用トランジスタ14間の充放電回路10bに抵抗素子19を介して接続されている。
保護素子16は、電源電圧端子VDD、グランド端子VSS間の電位差をモニタするための過充電検出回路及び過放電検出回路と、電源電圧端子VDD、充電器マイナス電位入力端子V−間の電位差をモニタするための放電過電流検出回路及び充電過電流検出回路を備えている。
保護素子16は、電源電圧端子VDD、グランド端子VSS間の電位差をモニタするための過充電検出回路及び過放電検出回路と、電源電圧端子VDD、充電器マイナス電位入力端子V−間の電位差をモニタするための放電過電流検出回路及び充電過電流検出回路を備えている。
過放電検出出力端子DOUTは電流制御用トランジスタ12のゲートに接続されている。
過充電検出出力端子COUTはPTC素子(サーミスタ素子)20を介して電流制御用トランジスタ14のゲートに接続されている。この実施例ではPTC素子20としてセラミック製のものを用いた。
PTC素子20と電流制御用トランジスタ14のゲートの間の端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に電圧調整用抵抗素子24が設けられている。電圧調整用抵抗素子24は電流制御用トランジスタ14のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
過充電検出出力端子COUTはPTC素子(サーミスタ素子)20を介して電流制御用トランジスタ14のゲートに接続されている。この実施例ではPTC素子20としてセラミック製のものを用いた。
PTC素子20と電流制御用トランジスタ14のゲートの間の端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に電圧調整用抵抗素子24が設けられている。電圧調整用抵抗素子24は電流制御用トランジスタ14のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
保護素子16の制御により、許容範囲内での充放電時には過充電検出出力端子COUT及び過放電検出出力端子DOUTの出力は“H”レベルであり、電流制御用トランジスタ12,14がオンする。
充電時に保護素子16により過充電や過電流が検出されると、過充電検出出力端子COUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ14がオフする。
放電時に保護素子16により過放電や過電流が検出されると、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフする。
充電時に保護素子16により過充電や過電流が検出されると、過充電検出出力端子COUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ14がオフする。
放電時に保護素子16により過放電や過電流が検出されると、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフする。
また、PTC素子20は、正常温度状態において電流制御用トランジスタ14がオンする程度の電圧をゲートに供給できる状態の抵抗値をもつが、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して、過充電検出出力端子COUTの出力にかかわらず電流制御用トランジスタ14をオフにする。
具体的には、PTC素子20の温度上昇により電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子24に比べてPTC素子20の抵抗が充分に大きくなると、過放電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ14のソースの電圧差はPTC素子20と電圧調整用抵抗素子24の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ14がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ14がオフしても電流制御用トランジスタ14の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
具体的には、PTC素子20の温度上昇により電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子24に比べてPTC素子20の抵抗が充分に大きくなると、過放電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ14のソースの電圧差はPTC素子20と電圧調整用抵抗素子24の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ14がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ14がオフしても電流制御用トランジスタ14の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
この実施例では、PTC素子20を過充電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ14のゲートの間に接続し、充放電回路10a,10bに直列には接続されていないようにしたので、正常な充放電時に微小な電流しかPTC素子20を通らず、PTC素子20による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、PTC素子20は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、PTC素子20の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子、例えば小型のセラミック製PTC素子を用いることができる。
さらに、PTC素子20は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、PTC素子20の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子、例えば小型のセラミック製PTC素子を用いることができる。
図2は第1態様の他の実施例を示す回路図である。図1と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
保護回路において、電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続され、電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。充放電回路10bに電流制御用トランジスタ12と電流制御用トランジスタ14が直列に接続されている。
保護回路において、電池接続端子2a,2b間に二次電池6が接続され、外部接続端子4a,4b間に外部装置8が接続され、電池接続端子2a、外部接続端子4a間はプラス側の充放電回路10aにより接続され、電池接続端子2b、外部接続端子4b間はマイナス側の充放電回路10bにより接続されている。充放電回路10bに電流制御用トランジスタ12と電流制御用トランジスタ14が直列に接続されている。
充放電回路10a,10b間に保護素子16が接続されている。保護素子16の電源電圧端子VDDは抵抗素子18を介して充放電回路10aに接続され、グランド端子VSSは充放電回路10bに接続されている。過放電検出出力端子DOUTは電流制御用トランジスタ12のゲートに接続されている。過充電検出出力端子COUTは電流制御用トランジスタ14のゲートに接続されている。
充放電回路10bにはさらに、外部接続端子4bと電流制御用トランジスタのソースの間にNチャネルMOSトランジスタからなる電流制御用トランジスタ26が直列に接続されている。電流制御用トランジスタ26のゲートはPTC素子28を介して充放電回路10aに接続されている。この実施例ではPTC素子28としてセラミック製のものを用いた。
サーミスタ素子28と電流制御用トランジスタ26のゲートの間の端子30と電流制御用トランジスタ26のソースの間に電圧調整用抵抗素子32が設けられている。電圧調整用抵抗素子32は電流制御用トランジスタ26のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
充電器マイナス電位入力端子V−は外部接続端子4b、電流制御用トランジスタ26間の充放電回路10bに抵抗素子19を介して接続されている。
サーミスタ素子28と電流制御用トランジスタ26のゲートの間の端子30と電流制御用トランジスタ26のソースの間に電圧調整用抵抗素子32が設けられている。電圧調整用抵抗素子32は電流制御用トランジスタ26のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
充電器マイナス電位入力端子V−は外部接続端子4b、電流制御用トランジスタ26間の充放電回路10bに抵抗素子19を介して接続されている。
この実施例では、PTC素子28は、正常温度状態において電流制御用トランジスタ26がオンする程度の電圧をゲートに供給できる状態の抵抗値をもつが、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して、充放電回路10aの電圧にかかわらず電流制御用トランジスタ26をオフにする。具体的には、PTC素子28の温度上昇により電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子32に比べてPTC素子28の抵抗が充分に大きくなると、過放電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ26のソースの電圧差はPTC素子28と電圧調整用抵抗素子32の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ26がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ26がオフしても電流制御用トランジスタ26の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ26がオフしても電流制御用トランジスタ26の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
この実施例では、PTC素子28を電流制御用トランジスタ26のゲートに接続し、充放電回路10a,10bに直列には接続されていないようにしたので、正常な充放電時に微小な電流しかPTC素子28を通らず、PTC素子28による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、PTC素子28は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、PTC素子28の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子、例えば小型のセラミック製PTC素子を用いることができる。
さらに、PTC素子28は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、PTC素子28の抵抗を極端には下げる必要はなく、サイズの小さいサーミスタ素子、例えば小型のセラミック製PTC素子を用いることができる。
図3は第2態様の一実施例を示す回路図である。図1と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
この実施例が図1の実施例と異なる点は、電流制御用トランジスタ14のゲートと過充電検出出力端子COUTの間にPTC素子20に換えて電圧調整用抵抗素子34が接続されており、端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に電圧調整用抵抗素子24に換えてNTC素子(サーミスタ素子)36が接続されている点である。
この実施例が図1の実施例と異なる点は、電流制御用トランジスタ14のゲートと過充電検出出力端子COUTの間にPTC素子20に換えて電圧調整用抵抗素子34が接続されており、端子22と電流制御用トランジスタ14のソースの間に電圧調整用抵抗素子24に換えてNTC素子(サーミスタ素子)36が接続されている点である。
この実施例では、NTC素子36は、正常温度状態において電流制御用トランジスタ14がオンする程度の電圧をゲートに供給できる状態の抵抗値をもつが、異常温度上昇状態では抵抗値が低下して、過充電検出出力端子COUTの出力にかかわらず電流制御用トランジスタ14をオフにする。
具体的には、NTC素子36の温度上昇により電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子24に比べてNTC素子36の抵抗が充分下がると、過放電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ14のソースの電圧差はNTC素子36と電圧調整用抵抗素子24の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ14がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
さらに、正常温度状態において、NTC素子36は高抵抗なので、電流制御用トランジスタ14の耐圧保護の機能も果たす。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ14がオフしても電流制御用トランジスタ14の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
具体的には、NTC素子36の温度上昇により電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子24に比べてNTC素子36の抵抗が充分下がると、過放電検出出力端子COUTと電流制御用トランジスタ14のソースの電圧差はNTC素子36と電圧調整用抵抗素子24の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ14のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ14がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
さらに、正常温度状態において、NTC素子36は高抵抗なので、電流制御用トランジスタ14の耐圧保護の機能も果たす。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ14がオフしても電流制御用トランジスタ14の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
この実施例では、NTC素子36を電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間に接続し、充放電回路10a,10bに直列には接続されていないようにしたので、正常な充放電時に微小な電流しかNTC素子36を通らず、NTC素子36による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、NTC素子36は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、NTC素子36の抵抗を極端には下げる必要はない。
さらに、NTC素子36は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、NTC素子36の抵抗を極端には下げる必要はない。
図4は第2態様の他の実施例を示す回路図である。図1、図2及び図4と同じ部分には同じ符号を付し、それらの部分の詳細な説明は省略する。
この実施例が図4の実施例と異なる点は、電圧調整用抵抗素子34及びNTC素子36が備えられておらず、充放電回路10bにさらに電流制御用トランジスタ26が直列に接続され、電流制御用トランジスタ26のゲートが電圧調整用抵抗素子38を介して充放電回路10aに接続され、電圧調整用抵抗素子38と電流制御用トランジスタ26のゲートの間の端子30と電流制御用トランジスタ26のソースの間にNTC素子40が設けられている点である。電圧調整用抵抗素子38は電流制御用トランジスタ26のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
この実施例が図4の実施例と異なる点は、電圧調整用抵抗素子34及びNTC素子36が備えられておらず、充放電回路10bにさらに電流制御用トランジスタ26が直列に接続され、電流制御用トランジスタ26のゲートが電圧調整用抵抗素子38を介して充放電回路10aに接続され、電圧調整用抵抗素子38と電流制御用トランジスタ26のゲートの間の端子30と電流制御用トランジスタ26のソースの間にNTC素子40が設けられている点である。電圧調整用抵抗素子38は電流制御用トランジスタ26のゲートに印加される電圧を調整するためのものである。
この実施例では、NTC素子40は、正常温度状態において電流制御用トランジスタ26がオンする程度の電圧をゲートに供給できる状態の抵抗値をもつが、異常温度上昇状態では抵抗値が低下して、充放電回路10aの電圧にかかわらず電流制御用トランジスタ26をオフにする。具体的には、NTC素子40の温度上昇により電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間に設けられた電圧調整用抵抗素子38に比べてNTC素子40の抵抗が充分下がると、充放電回路10aと電流制御用トランジスタ14のソースの電圧差はNTC素子40と電圧調整用抵抗素子38の抵抗比に従うため、電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間の電圧が下がり、電流制御用トランジスタ26がオフする。これにより、二次電池6への電流が遮断されるため、二次電池6の劣化や損傷が起こる前に二次電池6への過電流を減少させることができる。
さらに、正常温度状態において、NTC素子40は高抵抗なので、電流制御用トランジスタ26の耐圧保護の機能も果たす。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ26がオフしても電流制御用トランジスタ26の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
さらに、正常温度状態において、NTC素子40は高抵抗なので、電流制御用トランジスタ26の耐圧保護の機能も果たす。
なお、放電時には電流制御用トランジスタ26がオフしても電流制御用トランジスタ26の寄生ダイオードを経由して電流が流れる。この場合、充電器マイナス電位入力端子V−の電位が上がるので保護素子16が過電流を検知し、過放電検出出力端子DOUTの出力が“L”レベルになって電流制御用トランジスタ12がオフして電流が遮断される。
この実施例では、NTC素子40を電流制御用トランジスタ26のゲート、ソース間に接続し、充放電回路10a,10bに直列には接続されていないようにしたので、正常な充放電時に微小な電流しかNTC素子40を通らず、NTC素子40による二次電池の電力損失を低減することができる。
さらに、NTC素子40は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、NTC素子40の抵抗を極端には下げる必要はない。
さらに、NTC素子40は充放電回路10a,10bに直列には接続されていないので、NTC素子40の抵抗を極端には下げる必要はない。
図3及び図4を参照して説明した両第2態様の実施例では、サーミスタ素子としてNTC素子を用いているが、第2態様はこれに限定されるものではなく、NTC素子に換えてCTR素子を用いてもよい。CTR素子の特性により、温度上昇したある温度に対して急激に抵抗を下げることができ、スイッチ特性を向上させることができる。
また、上記の実施例では、異常検出回路として、4つの検出回路により過充電、過放電、充電過電流及び放電過電流を検出できる保護素子16を備えているが、異常検出回路はこれに限定されるものではなく、他の異常検出回路であってもよい。
また、上記の実施例では異常検出回路としての保護素子16を備えているが、本発明の保護回路はこれに限定されるものではなく、保護素子16を備えていない構成であってもよい。
また、上記の実施例では異常検出回路としての保護素子16を備えているが、本発明の保護回路はこれに限定されるものではなく、保護素子16を備えていない構成であってもよい。
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変更が可能である。
2a,2b 電池接続端子
4a,4b 外部接続端子
6 二次電池
8 外部装置
10a プラス側の充放電回路
10b マイナス側の充放電回路
12,14,26 電流制御用トランジスタ
16 保護素子(異常検出回路)
16a,16b 比較回路
18 抵抗素子
20,28 PTC素子(サーミスタ素子)
22,30 端子
24,32,34,38 電圧調整用抵抗素子
36,40 NTC素子(サーミスタ素子)
VDD 電源電圧端子
VSS グランド端子
V− 充電器マイナス電位入力端子
COUT 過充電検出出力端子
DOUT 過放電検出出力端子
4a,4b 外部接続端子
6 二次電池
8 外部装置
10a プラス側の充放電回路
10b マイナス側の充放電回路
12,14,26 電流制御用トランジスタ
16 保護素子(異常検出回路)
16a,16b 比較回路
18 抵抗素子
20,28 PTC素子(サーミスタ素子)
22,30 端子
24,32,34,38 電圧調整用抵抗素子
36,40 NTC素子(サーミスタ素子)
VDD 電源電圧端子
VSS グランド端子
V− 充電器マイナス電位入力端子
COUT 過充電検出出力端子
DOUT 過放電検出出力端子
Claims (7)
- 二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、
前記電流制御用トランジスタのゲートに接続され、正常温度状態では前記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度上昇状態では抵抗値が増加して前記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子と、
前記ゲート、前記サーミスタ素子間の端子と前記ソースの間に設けられた電圧調整用抵抗素子を備えた二次電池の保護回路。 - 異常充放電状態を検出するための異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路の出力の少なくとも1つは前記サーミスタ素子を介して前記電流制御用トランジスタのゲートに接続されている請求項1に記載の二次電池の保護回路。 - 前記サーミスタ素子はPTC素子である請求項1又は2に記載の二次電池の保護回路。
- 前記PTC素子はセラミック製のものである請求項3に記載の二次電池の保護回路。
- 二次電池の充放電回路にソースとドレインが直列に接続された電流制御用トランジスタと、
前記電流制御用トランジスタのゲートに接続された電圧調整用抵抗素子と、
前記ゲート、前記電圧調整用抵抗素子間の端子と前記ソースの間に設けられ、正常温度状態では前記電流制御用トランジスタをオンできる状態にし、異常温度状態では抵抗値が低下して前記電流制御用トランジスタがオフになる状態にするためのサーミスタ素子を備えた二次電池の保護回路。 - 異常充放電状態を検出するための異常検出回路をさらに備え、
前記異常検出回路の出力の少なくとも1つは前記電圧調整用抵抗素子を介して前記電流制御用トランジスタのゲートに接続されている請求項5に記載の二次電池の保護回路。 - 前記サーミスタ素子はNTC素子又はCTR素子である請求項5又は6に記載の二次電池の保護回路。
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-
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- 2004-10-21 JP JP2004307214A patent/JP2006121827A/ja active Pending
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