JP2009152129A

JP2009152129A - 電池パック

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Publication number: JP2009152129A
Application number: JP2007330580A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takeda; 貴志武田; Junji Takeshita; 順司竹下
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-12-21
Also published as: CN101465539B; US9438050B2; CN103326326A; US20130026997A1; JP2012254016A; CN103326326B; US20090160405A1; US8305041B2; CN101465539A; JP5061884B2

Abstract

【課題】本発明は、二次電池の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる電池パックを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の電池パック１０Ａでは、サーミスタＲ１３によりリチウムイオン電池１２が所定の温度より高くなったことが検出されたとき、過充電検出回路１６Ａにおいて過充電を検出するための相対的な閾値電圧を切り替えて満充電となる前に過充電を検出させることにより、次電池の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電池パックに関し、二次電池の過充電、過放電、過電流を検出して前記二次電池と負荷又は充電装置との間の配線に設けられたスイッチ素子をオフする保護回路を備えた電池パックに関する。

近年、二次電池としてリチウムイオン電池がデジタルカメラなど携帯機器に搭載されている。リチウムイオン電池は過充電及び過放電に弱いため、過充電及び過放電の保護回路を備えた電池パックの形態で使用される。

図１０及び図１１は、従来の電池パックの各例のブロック図を示す。図１０において、リチウムイオン電池２と並列に抵抗Ｒ１とコンデンサＣ１の直列回路が接続されている。リチウムイオン電池２の正極は電池パック１の外部端子３に接続され、負極は電流遮断用のｎチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタＭ１、Ｍ２を介して電池パック１の外部端子４に接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２はドレインを共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１のソースはリチウムイオン電池２の負極に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ２のソースは外部端子４に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１、Ｍ２それぞれは、ドレイン・ソース間に等価的にボディダイオードＤ１、Ｄ２が接続されている。

保護ＩＣ（集積回路）５は、過充電検出回路、過放電検出回路、過電流検出回路を内蔵している。また、保護ＩＣ５はリチウムイオン電池２の正極から抵抗Ｒ１を通して電源Ｖｄｄを供給されると共にリチウムイオン電池２の負極から電源Ｖｓｓを供給されて動作する。

保護ＩＣ５は過放電検出回路或いは過電流検出回路で過放電或いは過電流を検出したときＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１を遮断し、過充電検出回路で過充電を検出したときＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ２を遮断する。

図１１では、更に、電池パック１内にサーミスタＲ３が設けられている。サーミスタＲ３の一端は電池パック１の端子６に接続され、他端は外部端子４に接続されている。電池パック１の端子６には充電時に充電装置から分圧抵抗を介して所定電圧が印加される。電池パック１の温度によってサーミスタＲ３の抵抗値が変化することで端子６の電圧は変化する。充電装置は、端子６の電圧を検出して電池パック１の温度が所定値を超えると充電を停止するよう制御を行う。

なお、特許文献１には、二次電池に温度保護素子（ＰＴＣ素子）と直列に接続されたダイオード及びこれらと逆方向に並列に接続されたダイオードを二次電池に接続して、通常の放電時には高温になっても温度保護素子（ＰＴＣ素子）が動作しないようにすることが記載されている。
特開２００４−１５２５８０号公報

図１０に示す従来例は電池パックの温度に対する保護機能がない。また、図１１に示す従来例は電池パックの温度に対する保護機能があるものの、充電装置から分圧抵抗を介して所定電圧が印加されるため、充電装置の所定電圧が変化した場合や充電装置の分圧抵抗の誤差がある場合には、電池パックの温度を正確に検出することができず、適切な充電制御を行えないという問題があった。

本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、二次電池の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる電池パックを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の如き構成を採用した。

本発明の電池パックは、過充電検出回路（１６Ａ）により二次電池（１２）の正極及び負極間の電圧を閾値電圧と比較して前記二次電池（１２）の過充電を検出し、前記二次電池（１２）と負荷又は充電装置との間の配線に設けられたスイッチ素子（Ｍ１１）をオフする電池パック（１０Ａ）において、
前記二次電池（１２）の近傍に配設され前記二次電池（１２）と並列接続されたサーミス（Ｒ１３）と抵抗（Ｒ１４）の直列回路と、
前記サーミスタと抵抗の接続点（Ａ）の電圧を第一の所定温度に対応する第一の基準電圧（Ｖ１）と比較する第一のコンパレータ（２１）と、
前記第一のコンパレータ（２１）の出力にしたがって、前記二次電池（１２）の温度が前記第一の所定温度未満のとき前記閾値電圧を第一の値とし、前記二次電池（１２）の温度が前記第一の所定温度以上のとき前記閾値電圧を前記第一の値よりも低い第二の値とする切り替え手段（Ｍ１３）と、
を有することにより、二次電池の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる。

また、前記電池パック（１０Ａ）において、前記過充電検出回路（１６Ａ）は、前記二次電池（１２）の正極及び負極間の電圧を分圧する分圧回路（１６０）と、前記分圧回路（１６０）で分圧した電圧を一定の閾値電圧（Ｖｏｃ）と比較する第二のコンパレータ（１６２）とを有し、
前記切り替え手段（Ｍ１３）は、前記第一のコンパレータ（２１）の出力にしたがって、前記二次電池（１２）の温度が前記第一の所定温度未満のとき前記分圧回路（１６０）を第一の分圧比とし、前記二次電池（１２）の温度が前記第一の所定温度以上のとき前記分圧回路（１６０）を前記第一の分圧比よりも小さい第二の分圧比として、相対的に前記閾値電圧を切り替える構成とすることができる。

また、前記電池パック（１０Ａ）において、前記切り替え手段（Ｍ１３）は、更に、前記サーミスタ（Ｒ１３）と抵抗（Ｒ１４）の接続点（Ａ）の電圧を前記第一の所定温度より低い第二の所定温度に対応する第二の基準電圧（Ｖ２）と比較する第三のコンパレータ（２１Ａ）を有し、
前記第三のコンパレータ（２１Ａ）の出力にしたがって、前記二次電池（１２）の温度が前記第二の所定温度未満のとき前記分圧回路（１６０）を第二の分圧比として、相対的に前記閾値電圧を切り替える構成とすることができる。

また、前記電池パック１０Ａにおいて、前記サーミスタ（Ｒ１３）は、負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタである構成とすることができる。

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

本発明によれば、二次電池の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる。

（参考例）
図１は、本発明の電池パックの参考例のブロック図を示す。同図中、リチウムイオン電池１２と並列に抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１の直列回路が接続されている。リチウムイオン電池１２の正極は配線により電池パック１０の外部端子１３に接続され、負極は配線により電流遮断用のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を介して電池パック１０の外部端子１４に接続されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２はドレインを共通接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１１のソースはリチウムイオン電池１２の負極に接続され、ＭＯＳトランジスタＭ１２のソースは外部端子１４に接続されている。また、ＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２それぞれは、ドレイン・ソース間に等価的にボディダイオードＤ１１、Ｄ１２が接続されている。

また、リチウムイオン電池１２と並列にサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の直列回路が接続されている。上記のサーミスタＲ１３は、電池パック１０内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設されてリチウムイオン電池１２と熱結合されている。サーミスタＲ１３は負の温度係数を持つＮＴＣ（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いる。

なお、図２に負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタと、正の温度係数を持つＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタそれぞれの温度・抵抗特性を示す。

保護ＩＣ１５は、過充電検出回路１６、過放電検出回路１７、過電流検出回路１８を内蔵している。また、保護ＩＣ１５はリチウムイオン電池１２の正極から抵抗Ｒ１１を通して電源Ｖｄｄを端子１５ａに供給されると共に、リチウムイオン電池１２の負極から電源Ｖｓｓを端子１５ｃに供給されて動作する。

過充電検出回路１６は端子１５ａ、１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過充電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過放電検出回路１７は端子１５ａ、１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過放電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過電流検出回路１８は端子１５ｃ、１５ｆの電圧から抵抗Ｒ１２に流れる電流が過大となる過電流を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。

また、保護ＩＣ１５は端子１５ｂにサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続点Ａを接続され、端子１５ｆに抵抗Ｒ１２の一端を接続され抵抗Ｒ１２の他端は外部端子１４に接続されている。また、保護ＩＣ１５はＤＯＵＴ出力の端子１５ｄをＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続され、ＣＯＵＴ出力の端子１５ｅをＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。

保護ＩＣ１５において、端子１５ｂはコンパレータ２１の非反転入力端子に接続されている。端子１５ｃはツェナーダイオード等の定電圧源２０の負極に接続され、定電圧源２０の正極はコンパレータ２１の反転入力端子に接続されている。

サーミスタＲ１３は図２に負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタであるため、温度が上昇するにしたがって抵抗値が低下して接続点Ａの電圧は上昇する。

コンパレータ２１はヒステリシス特性を有し、定電圧源２０で発生した定電圧Ｖ１と接続点Ａの電圧を比較して、接続点Ａの電圧が高いときハイレベルの信号を出力する。つまり、サーミスタＲ１３の検出温度が定電圧Ｖ１に対応する所定温度（例えば４５°Ｃ程度）を超えるとコンパレータ２１はハイレベルの高温検出信号を出力する。

コンパレータ２１の出力する高温検出信号は不感応時間設定回路２２に供給される。不感応時間設定回路２２は高温検出信号のハイレベル期間が所定値（例えば０．５ｓｅｃ）を超えるとハイレベルの高温検出信号を論理回路１９に供給する。

論理回路１９は、過充電検出回路１６、過放電検出回路１７、過電流検出回路１８それぞれの検出信号が供給されると共に、不感応時間設定回路２２の出力する高温検出信号が供給されている。

論理回路１９は過充電検出回路１６から過充電検出信号を供給されると端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断し、過放電検出回路１７から過放電検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過電流検出回路１８から過電流検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断する。

論理回路１９は高温検出信号がハイレベルとなると、端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断する。これにより、リチウムイオン電池１２の温度を正確に検出することができ、リチウムイオン電池１２が高温となった場合に充電を停止して保護することができる。

また、サーミスタＲ１３は図２に示すように温度に対してほぼリニアに抵抗値が変化するＮＴＣサーミスタを用いているため温度を精度良く検出でき、サーミスタＲ１３を電池パック１０内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設することによりリチウムイオン電池１２の温度を精度良く検出できる。なお、ＰＴＣサーミスタはある温度を超えると急激に抵抗値が増加するため温度を精度良く検出できない。

ところで、リチウムイオン電池１２は、高温且つ満充電となった場合に破損しやすくなるという特性を有する。このため電池パック１０において、リチウムイオン電池１２の温度保護を行いつつ、高温時に満充電とならないように充電制御を行うことが好ましい。そこでリチウムイオン電池１２の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせるのが以下に説明する本発明の実施形態である。
（第一の実施形態）
図３は、本発明の第一の実施形態の電池パックのブロック図である。同図中、図１と同一部分には同一符号を付す。

本実施形態では、リチウムイオン電池１２が所定の温度より高くなったとき、過充電検出回路１６Ａにおいて過充電を検出する相対的な閾値電圧を低くし、満充電となる前に過充電を検出させる。

以下に本実施形態の電池パック１０Ａについて説明する。

本実施形態の電池パック１０Ａでは、リチウムイオン電池１２と並列に抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ１１の直列回路が接続されている。リチウムイオン電池１２の正極は配線により電池パック１０の外部端子１３に接続され、負極は配線により電流遮断用のｎチャネルＭＯＳトランジスタＭ１１、Ｍ１２を介して電池パック１０Ａの外部端子１４に接続されている。

また、リチウムイオン電池１２と並列にサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の直列回路が接続されている。上記のサーミスタＲ１３は、電池パック１０Ａ内でリチウムイオン電池１２の近傍に配設されてリチウムイオン電池１２と熱結合されている。サーミスタＲ１３は負の温度係数を持つＮＴＣ（ＮｅｇａｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを用いる。

なお、図２に、負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタと、正の温度係数を持つＰＴＣ（ＰｏｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタそれぞれの温度・抵抗特性を示す。

保護ＩＣ１５Ａは、過充電検出回路１６Ａ、過放電検出回路１７、過電流検出回路１８を内蔵している。また、保護ＩＣ１５Ａはリチウムイオン電池１２の正極から抵抗Ｒ１１を通して電源Ｖｄｄを端子１５ａに供給されると共に、リチウムイオン電池１２の負極から電源Ｖｓｓを端子１５ｃに供給されて動作する。

過充電検出回路１６Ａは端子１５ａ、１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過充電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。また過充電検出回路１６Ａには、後述する不感応時間設定回路２２から出力される高温検出信号が入力される。過充電検出回路１６Ａの詳細は後述する。

過放電検出回路１７は端子１５ａ、１５ｃの電圧からリチウムイオン電池１２の過放電を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。過電流検出回路１８は端子１５ｃ、１５ｆの電圧から抵抗Ｒ１２に流れる電流が過大となる過電流を検出して検出信号を論理回路１９に供給する。

また保護ＩＣ１５Ａは、端子１５ｂにサーミスタＲ１３と抵抗Ｒ１４の接続点Ａを接続され、端子１５ｆに抵抗Ｒ１２の一端を接続され抵抗Ｒ１２の他端は外部端子１４に接続されている。また、保護ＩＣ１５ＡはＤＯＵＴ出力の端子１５ｄをＭＯＳトランジスタＭ１１のゲートに接続され、ＣＯＵＴ出力の端子１５ｅをＭＯＳトランジスタＭ１２のゲートに接続されている。

保護ＩＣ１５Ａにおいて、端子１５ｂはコンパレータ２１の非反転入力端子に接続されている。端子１５ｃはツェナーダイオード等の定電圧源２０の負極に接続され、定電圧源２０の正極はコンパレータ２１の反転入力端子に接続されている。

サーミスタＲ１３は図２に示すような負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタであるため、温度が上昇するにしたがって抵抗値が低下して接続点Ａの電圧は上昇する。

論理回路１９は、過充電検出回路１６Ａ、過放電検出回路１７、過電流検出回路１８それぞれの検出信号が供給されると共に、不感応時間設定回路２２の出力する高温検出信号が供給されている。

論理回路１９は過充電検出回路１６Ａから過充電検出信号を供給されると端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断し、過放電検出回路１７から過放電検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断し、過電流検出回路１８から過電流検出信号を供給されると端子１５ｄのＤＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１１を遮断する。

ここで本実施形態の過充電検出回路１６Ａについてより詳細に説明する。図４は、第一の実施形態の過充電検出回路を説明する図である。

過充電検出回路１６Ａは、分圧回路１６０、定電圧源１６１、コンパレータ１６２、ＭＯＳトランジスタＭ１３を有する。

分圧回路１６０は、抵抗Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４３が直列に接続されて構成されており、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧を分圧する。抵抗Ｒ４１の一端は端子１５ａに接続されて電源Ｖｄｄが供給されており、抵抗Ｒ４３の一端は端子１５ｃに接続されて電源Ｖｓｓが供給されている。

ＭＯＳトランジスタＭ１３は、分圧回路１６０の分圧比を切り替える切り替え手段である。ＭＯＳトランジスタＭ１３のソースが抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２との接続点Ｂに接続されており、ドレインが抵抗Ｒ４２と抵抗Ｒ４３との接続点Ｃに接続されている。そしてＭＯＳトランジスタＭ１３のゲートに、不感応時間設定回路２２からの出力される高温検出信号が供給される。尚本実施形態のＭＯＳトランジスタＭ１３は、ＭＯＳトランジスタＭ１１、ＭＯＳトランジスタＭ１２と同様にｎチャネルＭＯＳトランジスタとした。

定電圧源１６１は、ツェナーダイオード等の定電圧源であり、定電圧Ｖｏｃを発生させる。コンパレータ１６２では、非反転入力端子１６２ａが接続点Ｂに接続されており、反転入力端子１６２ｂが定電圧源１６１の正極に接続されている。コンパレータ１６２の出力信号は、論理回路１９へ供給される。

次に、過充電検出回路１６Ａの動作について説明する。

過充電検出回路１６Ａでは、高温検出信号が出力されていない場合、ＭＯＳトランジスタＭ１３のゲートにはローレベルの信号が印加され、ＭＯＳトランジスタＭ１３はオフの状態となっている。この場合コンパレータ１６２は、接続点Ｂの電圧Ｖｉｎと定電圧源１６１の電圧とを比較する。電圧Ｖｉｎは、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧を抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２及びＲ４３により分圧した電圧である。コンパレータ１６２は、電圧Ｖｉｎが定電圧Ｖｏｃを超えたとき、過充電を検出したことを示すハイレベルの過充電検出信号を出力する。この過充電検出信号は論理回路１９へ供給される。論理回路１９は、過充電検出信号を検知すると端子１５ｅのＣＯＵＴ出力をローレベルとしてＭＯＳトランジスタＭ１２を遮断し、充電を停止させる。したがってＭＯＳトランジスタＭ１３がオフの場合には、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２及びＲ４３による分圧が、過充電を検出するための相対的な閾値電圧（第一の値）となる。このとき電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の分圧比は、（Ｒ４２＋Ｒ４３）／（Ｒ４１＋Ｒ４２＋Ｒ４３）（第一の分圧比）である。

ここでサーミスタＲ１３の検出温度が所定温度以上となり、不感応時間設定回路２２から高温検出信号が出力される。ＭＯＳトランジスタＭ１３は、高温検出信号がゲートに印加されてオンになり、接続点Ｂと接続Ｃとが短絡する。したがってＭＯＳトランジスタＭ１３がオンの場合の接続点Ｂの電圧Ｖｉｎは、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４３による分圧となる。

コンパレータ１６２は、電圧Ｖｉｎと定電圧Ｖｏｃとを比較し、電圧Ｖｉｎが定電圧Ｖｏｃを超えたとき、過充電を検出したことを示すハイレベルの過充電検出信号を出力する。したがってＭＯＳトランジスタＭ１３がオンの場合には、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４３による分圧が、過充電を検出するための相対的な閾値電圧（第二の値）となる。このとき電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の分圧比は、Ｒ４１／（Ｒ４１＋Ｒ４３）（第二の分圧比）である。尚本実施形態では、第二の分圧比が第一の分圧比よりも小さくなるように各抵抗値を設定することが好ましい。

尚本実施形態では、サーミスタＲ１３の検出温度が例えば４５°Ｃ以上のとき、高温検出信号が出力されるものとした。また本実施形態では、ＭＯＳトランジスタＭ１３がオフの状態において、電圧Ｖｉｎが例えば４．３Ｖ（第一の値）になったとき過充電を検出する。そしてＭＯＳトランジスタＭ１３がオンの状態において、電圧Ｖｉｎが例えば４．１Ｖ（第二の値）となったとき過充電を検出するものとした。

以下に図５を参照して、本実施形態における相対的な閾値電圧の切り替えについて具体的に説明する。図５は、第一の実施形態のコンパレータ１６２の動作を説明する図である。図５では、電源Ｖｄｄを横軸、コンパレータ１６２の入力端子電圧を縦軸とした。

本実施形態では、サーミスタＲ１３の検出温度が４５°Ｃ未満（ＭＯＳトランジスタＭ１３がオフ）においてリチウムイオン電池１２の充電が開始されると、電圧Ｖｉｎは、図５のＶｉｎ１に示すような傾斜となる。この場合コンパレータ１６２の出力は、電圧Ｖｉｎが定電圧Ｖｏｃを超える４．３Ｖ（第一の値）になったとき、ハイレベルの過充電検出信号を出力する。

また実施形態では、サーミスタＲ１３の検出温度が４５°Ｃ以上になると、ＭＯＳトランジスタＭ１３がオンとなり、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧の分圧比が切り替わる。この状態でリチウムイオン電池１２の充電が開始されると、電圧Ｖｉｎは、図５のＶｉｎ２に示すような傾斜となる。この場合コンパレータ１６２は、電圧Ｖｉｎが定電圧Ｖｏｃを超える４．１Ｖ（第二の値）になったとき、ハイレベルの過充電検出信号を出力する。

このように本実施形態によれば、サーミスタＲ１３の検出温度に基づきＭＯＳトランジスタＭ１３のオン／オフを制御して、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間の分圧比を切り替えることにより、過充電を検出する相対的な閾値電圧を切り替える。より具体的には本実施形態では、サーミスタＲ１３の検出温度が所定温度以上となったとき、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間の分圧比を第一の分圧比から第二の分圧比に切り替えることで、過充電を検出する相対的な閾値電圧を、第一の分圧比に対応した第一の値から第二の分圧比に対応した第二の値に切り替える。ここで第二の値は第一の値よりも低い値となる。

よって本実施形態では、高温時においてリチウムイオン電池１２が満充電となる前に過充電を検出し、充電を停止させることができ、リチウムイオン電池１２が高温で且つ満充電となることを防止することができる。したがって本実施形態によれば、リチウムイオン電池１２の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる。

図６及び図７に本実施形態の過充電検出回路１６Ａの変形例を示す。図６は、第一の実施形態の過充電検出回路の一変形例を示す図である。図７は、第一の実施形態の過充電検出回路の別の変形例を示す図である。

図６に示す過充電検出回路１６ａでは、分圧回路１６０Ａが、抵抗Ｒ４１、抵抗Ｒ４３、可変抵抗Ｒ４４により構成されている。分圧回路１６０Ａでは、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間に抵抗Ｒ４１、可変抵抗Ｒ４４、抵抗Ｒ４３が直列に接続されており、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間電圧を分圧している。本変形例では、可変抵抗Ｒ４４が分圧回路１６０Ａの分圧比を切り替える切り替え手段となる。抵抗Ｒ４１と可変抵抗Ｒ４４との接続点Ｄは、コンパレータ１６２の非反転入力と接続されている。分圧回路１６０Ａでは、高温検出信号が出力されると、可変抵抗Ｒ４４の抵抗値を低下させて電圧Ｖｉｎを低下させる。よって本変形例では、高温検出信号が出力されたとき、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間の分圧比の切り替えにより、過充電を検出する相対的な閾値電圧を切り替えることができる。

図７に示す過充電検出回路１６ｂでは、分圧回路１６０Ｂの分圧比を切り替える切り替え手段として、スイッチ４５を有する。分圧回路１６０Ｂにおいて、高温検出信号が出力されていない場合、コンパレータ１６２の非反転入力は、スイッチ４５を介して抵抗Ｒ４１と抵抗Ｒ４２との接続点Ｂに接続されている。高温検出信号が出力されと、分圧回路１６０Ｂにおいてスイッチ４５が切り替わり、コンパレータ１６２の非反転入力はスイッチ４５を介して抵抗Ｒ４２と抵抗Ｒ４３との接続点Ｃに接続される。接続点Ｃの電圧Ｖｉｎｃは、接続点Ｂの電圧Ｖｉｎよりも低い電圧である。よって本変形例でも、高温検出信号が出力されたとき、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間の分圧比の切り替えにより、過充電を検出する相対的な閾値電圧を切り替えることができる。
（第二の実施形態）
以下に図面を参照して本発明の第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、サーミスタＲ１３による検出温度が第一の所定温度以上のとき又は第二の所定温度未満のとき、電源Ｖｄｄ及び電源Ｖｓｓ間の分圧比の切り替えにより過充電を検出する閾値電圧を切り替え、満充電となる前に過充電を検出させる。

図８は、本発明の第二の実施形態の電池パックのブロック図である。同図中、第一の実施形態と同一部分には第一の実施形態を説明する図３と同一符号を付し、その説明を省略する。

電池パック１０Ｂの有する保護ＩＣ１５Ｂは、サーミスタＲ１３の検出温度が第一の所定温度以上であることを検出するコンパレータ２１と、サーミスタＲ１３の検出温度が第二の所定温度未満であることを検出するコンパレータ２１Ａとを有する。尚本実施形態では、第一の所定温度を例えば４５°Ｃ程度とし、第二の所定温度を例えば０°Ｃ程度とした。

コンパレータ２１Ａの反転入力端子は、端子１５ｂに接続されている。コンパレータ２１Ａの非反転入力端子はツェナーダイオード等の定電圧源２０Ａの正極に接続されている。定電圧源２０Ａの負極は、端子１５ｃに接続されている。コンパレータ２１Ａは、サーミスタＲ１３の検出温度が定電圧Ｖ２に対応する所定温度（例えば０°Ｃ程度）未満になるとハイレベルの低温検出信号を出力する。

コンパレータ２１Ａの出力する低温検出信号は不感応時間設定回路２２に供給される。不感応時間設定回路２２は、低温検出信号のハイレベル期間が所定値（例えば０．５ｓｅｃ）を超えるとハイレベルの低温検出信号を過充電検出回路１６Ｂに供給する。

図９は、第二の実施形態の過充電検出回路を説明する図である。

本実施形態の過充電検出回路１６Ｂは、第一の実施形態の過充電検出回路１６Ａと同様の構成であるが、ＭＯＳトランジスタＭ１３のゲートに高温検出信号又は低温検出信号の何れか一方が供給される点で第一の実施形態と異なる。

本実施形態の過充電検出回路１６Ｂでは、ハイレベルの高温検出信号又はハイレベルの低温検出信号が出力された場合に、第一の実施形態の過充電検出回路１６Ａと同様の動作を行う。

したがって本実施形態によれば、サーミスタＲ１３による検出温度が第一の所定温度以上の場合又は検出温度が第二の所定温度未満の場合に、過充電を検出する相対的な閾値電圧を低くすることができる。このためリチウムイオン電池１２が高温又は低温の場合に、リチウムイオン電池１２が満充電となることを防止でき、リチウムイオン電池１２の温度保護を高精度に行い、かつ適切な充電制御を行わせることができる。

以上、各実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

本発明の電池パックの参考例のブロック図を示す。ＮＴＣサーミスタとＰＴＣサーミスタそれぞれの温度・抵抗特性を示す図である。第一の実施形態の電池パックのブロック図である。第一の実施形態の過充電検出回路を説明する図である。第一の実施形態のコンパレータ１６２の動作を説明する図である。第一の実施形態の過充電検出回路の一変形例を示す図である。第一の実施形態の過充電検出回路の別の変形例を示す図である。第二の実施形態の電池パックのブロック図である。第二の実施形態の過充電検出回路を説明する図である。従来の電池パックの一例のブロック図を示す。従来の電池パックの他の一例のブロック図を示す。

符号の説明

１０、１０Ａ、１０Ｂ電池パック
１２リチウムイオン電池
１３、１４外部端子
１５、１５Ａ、１５Ｂ保護ＩＣ
１６、１６Ａ、１６Ｂ過充電検出回路
１７過放電検出回路
１８過電流検出回路
１９論理回路
２０定電圧源
２１、２１Ａ、１６２コンパレータ
２２不感応時間設定回路
Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３ＭＯＳトランジスタ
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ４１抵抗
Ｒ１３サーミスタ
Ｒ４４可変抵抗
１６０、１６０Ａ、１６０Ｂ分圧回路

Claims

過充電検出回路により二次電池の正極及び負極間の電圧を閾値電圧と比較して前記二次電池の過充電を検出し、前記二次電池と負荷又は充電装置との間の配線に設けられたスイッチ素子をオフする電池パックにおいて、
前記二次電池の近傍に配設され前記二次電池と並列接続されたサーミスと抵抗の直列回路と、
前記サーミスタと抵抗の接続点の電圧を第一の所定温度に対応する第一の基準電圧と比較する第一のコンパレータと、
前記第一のコンパレータの出力にしたがって、前記二次電池の温度が前記第一の所定温度未満のとき前記閾値電圧を第一の値とし、前記二次電池の温度が前記第一の所定温度以上のとき前記閾値電圧を前記第一の値よりも低い第二の値とする切り替え手段と、
を有することを特徴とする電池パック。
前記過充電検出回路は、
前記二次電池の正極及び負極間の電圧を分圧する分圧回路と、前記分圧回路で分圧した電圧を一定の閾値電圧と比較する第二のコンパレータとを有し、
前記切り替え手段は、前記第一のコンパレータの出力にしたがって、前記二次電池の温度が前記第一の所定温度未満のとき前記分圧回路を第一の分圧比とし、前記二次電池の温度が前記第一の所定温度以上のとき前記分圧回路を前記第一の分圧比よりも小さい第二の分圧比として、相対的に前記閾値電圧を切り替えることを特徴とする請求項１記載の電池パック。
前記切り替え手段は、更に、前記サーミスタと抵抗の接続点の電圧を前記第一の所定温度より低い第二の所定温度に対応する第二の基準電圧と比較する第三のコンパレータを有し、
前記第三のコンパレータの出力にしたがって、前記二次電池の温度が前記第二の所定温度未満のとき前記分圧回路を第二の分圧比として、相対的に前記閾値電圧を切り替えることを特徴とする請求項２記載の電池パック。
前記サーミスタは、負の温度係数を持つＮＴＣサーミスタであることを特徴とする請求項１ないし３の何れか一項に記載の電池パック。