JP2012170174A - ２次電池保護回路、２次電池を用いる装置及び２次電池保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減した２次電池保護回路を提供する。
【解決手段】２次電池の電圧の状態を検出する検出部と、制御部と、を含み、２次電池の電圧の状態は、第１の状態、第２の状態又は第３の状態のいずれかにあり、検出部は、２次電池の電圧の状態が第１の状態であることを検出する第１の検出部と、２次電池の電圧の状態が第２の状態であることを検出する第２の検出部とを有し、制御部は、２次電池の電圧の状態が第１の状態にあるときは第２の検出部の動作を停止させ、２次電池の電圧の状態が第２の状態にあるときは第１の検出部の動作を停止させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次電池を制御するための回路、装置及び方法に関するものであり、例えば２次電池の状態を監視若しくは保護するための回路、装置及び方法に関する。

従来、様々な用途に２次電池が使用されている。２次電池のマーケットとしては、比較的大型の２次電池を用いる自動車分野、農業・建設機械分野、産業機械分野、自動車・二輪・電車などの移動体機械分野、エネルギー分野などの分野や、比較的小型の２次電池を用いるノートパソコン、携帯電話、電子辞書、電子ブックなどの携帯型電子機器の分野、ソーラーパネルを有する腕時計などの分野がある。しかしながら、いずれの分野においても２次電池に対する充電の制御、２次電池における放電の制御が必要であり、これらの制御を適切に行うことで効率よく２次電池を使用することができる。たとえば、特許文献１には、放電制御用スイッチ素子に過大な電流を流すことなく、またＩＣ内で設定された過電流検出用の基準電圧を変更することなしに過電流を確実に検出して過電流保護を行うことができる２次電池の保護回路装置を提供することが記載されている。

特開平１１−１２７５４３号公報

しかしながら、２次電池の保護回路は該２次電池から電力の供給を受けて常時動作しており、このことが２次電池からの電力供給の時間を短くする要因のひとつとなっている。

本発明は、上記の課題の少なくとも一部を解決するためになされてものであり、以下の適用例又は実施形態として実現することが可能である。

［適用例１］
本適用例にかかる２次電池保護回路は、２次電池の電圧の状態を検出する検出部と、制御部と、を含み、前記電圧の状態は、第１の状態、第２の状態又は第３の状態のいずれかにあり、前記検出部は、前記電圧の状態が前記第１の状態であることを検出する第１の検出部と、前記電圧の状態が前記第２の状態であることを検出する第２の検出部とを有し、前記制御部は、前記電圧の状態が前記第１の状態にあるときは前記第２の検出部の動作を停止させ、前記電圧の状態が前記第２の状態にあるときは前記第１の検出部の動作を停止させることを特徴とする。

この構成によれば、２次電池保護回路の検出部が、２次電池の電圧の状態が第１の状態であることを検出する第１の検出部と、２次電池の電圧状態が第２の状態であることを検出する第２の検出部とを含み、２次電池保護回路の制御部が、該第１の状態を検出したときには第２の検出部の動作を停止させ、該第２の状態を検出した場合には第１の検出部の動作の停止させることで、２次電池の状態に合わせて検出部を動作させることができる。これにより、２次電池保護回路における消費する電力の低減化を図ることができる。

［適用例２］
上記適用例にかかる２次電池保護回路において、前記第１の状態は、前記２次電池が過充電の状態であり、前記第２の状態は、前記２次電池が過放電の状態であり、前記第３の状態は、前記２次電池が前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれでもない状態であることが好ましい。

この構成によれば、第１の状態が過充電の状態であり、第２の状態が過放電の状態であり、第３の状態が第１の状態及び第２の状態のいずれでもない状態であることから、第３の状態は２次電池を使用するのに適切な電圧の状態にあることになる。これにより、第１の状態から第２の状態に移行する場合には第３の状態を経由し、第２の状態から第１の状態に移行するにも第３の状態を経由することになる。従って、第３の状態に移行したときに停止させた第１の検出部若しくは第２の検出部の動作を再開させることで、２次電池の電圧の状態の監視に支障を出さずに２次電池保護回路において消費する電力の低減化を図ることができる。

［適用例３］
上記適用例にかかる２次電池保護回路において、前記検出部における前記２次電池の電圧の状態の検出は、所定の時間間隔で行われることが好ましい。

この構成によれば、検出部における検出を所定の時間間隔で行うことにより、常時検出を行う場合に比べて２次電池保護回路における消費電力を低減することができる。

［適用例４］
上記適用例にかかる２次電池保護回路において、前記所定の時間間隔は、前記第１の状態、前記第２の状態及び前記第３の状態の各々において、所定の値に設定されることが好ましい。

この構成によれば、２次電池の電圧の状態を検出する所定の時間間隔が、第１の状態、第２の状態及び第３の状態の各々において別々に設定できることで、それぞれの状態においての２次電池の電圧の状態の検出を適切な時間間隔で行うことができる。また、所定の時間間隔は２次電池により動作する装置の特性を考慮して設定することができる。

［適用例５］
本適用例にかかる２次電池を用いる装置は、上述した２次電池保護回路と、前記２次電池と、を含むことを特徴とする。

この構成によれば、２次電池を用いる装置が上述した２次電池保護回路を有することで、２次電池の保護のために使用される電力の低減化を図った装置を構成することができる。

［適用例６］
本適用例にかかる２次電池保護方法は、２次電池の電圧の状態が第１の状態にあることを検出する第１の検出部と、前記２次電池の電圧の状態が第２の状態にあることを検出する第２の検出部と、を用い、前記２次電池の電圧の状態を検出する第１の工程と、前記２次電池の電圧の状態を、前記第１の状態、前記第２の状態、又は、前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれでもない状態である第３の状態、のいずれかであるかを判定する第２の工程と、前記２次電池の電圧の状態が前記第１の状態であるときに前記第２の検出部を停止させる第３の工程と、前記２次電池の電圧の状態が前記第２の状態であるときに前記第１の検出部を停止させる第４の工程と、を含み、前記第１の状態は、前記２次電池が過充電の状態であり、前記第２の状態は、前記２次電池が過放電の状態であることを特徴とする。

この方法によれば、過充電の状態である第１の状態を検出する第１の検出部と過放電の状態である第２の状態を検出する第２の検出部とを用い、２次電池の電圧の状態検出を行う第１の工程と、２次電池の電圧の状態を判定する第２の工程と、２次電池の電圧の状態が第１の状態にあるときに第２の検出部の動作を停止させる第３の工程と、２次電池の電圧の状態が第２の状態のときに第１の検出部の動作を停止させる第４の工程と、を含むことで、２次電池保護回路の消費電力の低減化を図ることができる。２次電池が第１の状態から第２の状態に移行するときは第３の状態を経由する。また、２次電池が第２の状態から第１の状態に移行するときには第３の状態を経由する。従って、停止させた第１の検出回路若しくは第２の検出回路は、第１の状態若しくは第２の状態から第３の状態に移行したときに動作を再開させることでよい。

［適用例７］
上記適用例にかかる２次電池保護方法において、前記第１の工程において、前記２次電池の電圧の状態の検出は所定の時間間隔で行われ、前記所定の時間間隔は、前記第１の状態、前記第２の状態及び前記第３の状態の各々において、所定の値に設定されることが好ましい。

この方法によれば、第１の工程における検出を所定の時間間隔で行うことにより、常時検出を行う場合に比べて２次電池保護回路における消費電力を低減することができる。所定の時間間隔は２次電池により動作する装置の特性を考慮して決定することが好ましい。

２次電池保護回路を有する装置の概略ブロック図。 ２次電池保護回路における制御方法を示すフローチャート。 電圧状態の検出回路を示す図。 検出回路におけるタイミングチャート。 検出回路におけるタイミングチャート。 検出回路におけるタイミングチャート。 検出回路におけるタイミングチャート。 太陽電池を有する装置の２次電池保護回路を有する装置の概略ブロック図。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明する。尚、以降の実施形態の説明について、信号などの状態を示すのに「オン」若しくは「オフ」と記載することがある。「オン」はその信号に定義された機能が有効となっている状態を示し、「オフ」はその信号に定義された機能が有効でない状態を示すものとする。必ずしも「オン」がハイレベルの信号を示すものではなく、同様に必ずしも「オフ」がローレベルの信号を示すものではない。

（第１実施形態）
図１に、本発明を適用した装置１００の概略ブロック図を示す。装置１００は、放電制御回路１１０、充電制御回路１２０、保護回路１３０及び２次電池１４０を有する。また、図示はしていないが、装置１００は、装置１００としてのファンクションを実行するための機能部、２次電池１４０に充電電力を供給するための電源供給部を有する。尚、該電源供給部は、装置１００外部から電力の供給を受けるものでもよい。

電源線１１は２次電池１４０からの電力取出し及び２次電池１４０への充電電力の供給に用いられるものである。電源線１１は放電制御回路１１０に接続されており、上述した機能部への電力の供給は放電制御回路１１０を介して行われる。また、電源線１１は充電制御回路１２０に接続されており、上述した電源供給部から２次電池１４０への充電電力の供給は充電制御回路１２０を介して行われる。また、電源線１１は、２次電池１４０の状態確認のために保護回路１３０にも接続されている。

保護回路１３０は、過放電検出回路１３１、過充電検出回路１３２、サンプリング信号生成回路１３３、及び、動作制御回路１３４を有する。電源線１１は、過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２に接続されている。過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２は共に電源線１１の電圧レベルを確認するための回路であり、過放電検出回路１３１は、電源線１１の電圧が所定の電圧以下になったことを検出し、過充電検出回路１３２は、電源線１１の電圧が所定の電圧以上になったことを検出する。

サンプリング信号生成回路１３３は、電源線１１の電圧状態をサンプリングするためのタイミング信号１８を生成する回路である。タイミング信号１８は、動作制御回路１３４に出力され、過放電検出回路１３１における電源線１１のサンプリングタイミングを規定する信号（以降、過放電サンプリング信号、と呼ぶ）及び過充電検出回路１３２における電源線１１のサンプリングタイミングを規定する信号（以降、過充電サンプリング信号、と呼ぶ）を生成する基となる信号として使用される。過放電サンプリング信号並びに過充電サンプリング信号の時間間隔は、装置１００の機能に応じて適宜定義することでよいが、２秒程度に設定することが好ましい。サンプリングの時間間隔をこのように設定することにより、電源線１１の電圧状態を常時検出する場合に比較して、保護回路１３０の消費する電力を低減することが可能となる。

動作制御回路１３４は、過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２から送られてくる情報を解析すると共に、過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２に対する制御を行う。過放電検出回路１３１から送られてくる情報が過放電状態信号１６である。同様に、過充電検出回路１３２から送られてくる情報が過充電状態信号１４である。動作制御回路１３４は、過放電状態信号１６及び過充電状態信号１４を基にして２次電池１４０の電圧状態を判定し、該判定を基に過放電検出回路１３１並びに過充電検出回路１３２に対して適切な制御を行う。該制御は、動作制御回路１３４から過放電検出回路１３１に出力される制御信号（以降、過放電検出制御信号、と呼ぶ）、並びに動作制御回路１３４から過充電検出回路１３２に出力される制御信号（以降、過充電検出制御信号、と呼ぶ）により行われる。過放電検出制御信号及び過放電サンプリング信号は、第１制御信号１７に含まれる。同様に過充電検出制御信号及び過充電サンプリング信号は、第２制御信号１５に含まれる。

電源線１１の電圧状態と２次電池１４０の電圧状態とは高い相関性を持つことから、動作制御回路１３４は、過放電状態信号１６及び過充電状態信号１４により電源線１１の電圧状態を把握することで２次電池１４０の電圧状態を判定する。即ち、過放電状態信号１６がオンのときは２次電池１４０が過放電の状態にあると判定され、過充電状態信号１４がオンのときは２次電池１４０が過充電の状態にあると判定される。過放電状態信号１６及び過充電状態信号１４が共にオフであるときは、２次電池１４０の電圧状態は適正な状態（過放電の状態になく且つ過充電の状態にない）にあると判定される。言うまでもないが、２次電池１４０が過放電の状態であり且つ過充電の状態であることはない。

動作制御回路１３４は、２次電池１４０が過放電の状態にあると判定した場合には、過充電検出制御信号により過充電検出回路１３２の動作を停止させる。これは、２次電池１４０が過放電の状態にあるときに、２次電池１４０が過充電の状態にあることが検出されることがないからである。２次電池１４０が過放電の状態にあるときに過充電検出回路１３２の動作を停止させることにより、保護回路１３０における消費電力を少なくすることができる。また、動作制御回路１３４は、２次電池１４０が過充電の状態にあると判定した場合には、過放電検出回路１３１の動作を停止させる。これは、２次電池１４０が過充電の状態にあるときに、２次電池１４０が過放電の状態であることが検出されることがないからである。過放電検出回路１３１の動作を停止させることにより、保護回路１３０の消費電力を少なくすることができる。尚、２次電池１４０が過放電の状態でなくなったときは、動作制御回路１３４は、過充電検出制御信号を介して過充電検出回路１３２に対する動作開始の指示を行う。同様に、２次電池１４０が過充電の状態でなくなったときは、動作制御回路１３４は、過放電検出制御信号を介して過放電検出回路１３１に対する動作開始の指示を行う。

尚、上述したように、装置１００の機能部への電力供給は放電制御回路１１０を介して行われるが、動作制御回路１３４において２次電池１４０の電圧状態が過放電の状態にあると判定されたときには、過放電制御信号１２を介して放電制御回路１１０に機能部への電力供給の停止が指示されるようにしてもよい。また、上述したように、２次電池１４０への充電電力は充電制御回路１２０を介して供給されるが、動作制御回路１３４において２次電池１４０の電圧状態が過充電の状態にあると判定されたときには、過充電制御信号１３を介して充電制御回路１２０に充電電力供給の停止が指示されるようにしてもよい。尚、図示してはいないが、充電制御回路１２０は、電源線１１からの電流の逆流を防ぐための逆流防止回路を有する。

また、タイミング信号１８を出力するサンプリング信号生成回路１３３は、他の部分を動作させる電圧よりも低い電圧で動作させることが好ましい。これは、サンプリング信号生成回路１３３はタイミングを規定する信号を生成する部分であることから、他の部分の動作に伴うクロストークなどの影響を少なくすることが好ましいことと、接続される信号線の数が他の部分に比べて少ないこととから、他の部分から分離して形成するのが好ましいからである。このため、異なる電圧で動作させることを容易に行うことができ、サンプリング信号生成回路１３３を他の部分よりも低い電圧で動作させることは、装置１００全体が消費する電力に対する保護回路１３０が消費する電力の割合を下げることができるからである。

図２に保護回路１３０における制御方法の一部を示したフローチャートを示す。図２に示したフローチャートは主に動作制御回路１３４で実行される。尚、図２に示したのは概略フローチャートであり、本実施形態の説明に必要な部分のみ記載したものである。該フローチャートにおいて、２次電池１４０における過放電の状態を第１の状態、２次電池１４０における過充電の状態を第２の状態、２次電池１４０における通常の状態（過放電の状態でなく且つ過充電の状態でもない）を第３の状態と記載した。尚、以降の記載において、フローチャートと同様に、２次電池１４０における過放電の状態を第１の状態、２次電池１４０における過充電の状態を第２の状態、２次電池１４０における通常の状態を第３の状態と記載することがある。

保護回路１３０において２次電池１４０の保護動作がスタートする。まず、ステータスリセットが行われる（Ｓ０１）。ステータスリセットは、２次電池１４０の電圧状態を示すレジスター（以降、ステータス、と呼ぶ）を初期状態に設定することである。本実施形態におけるステータスの初期状態は第３の状態である。

次に、過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２の各々のサンプリング時間間隔の設定を行う（Ｓ０２）。ここで、過放電検出回路１３１のサンプリング時間間隔を第１インターバル、過充電検出回路１３２のサンプリング時間間隔を第２インターバルと呼ぶことにする。ステータスの初期状態が第３の状態であることから、ここで設定される第１インターバル及び第２インターバルは第３の状態に用いられる値として定義されているものである。続いて、動作制御回路１３４は、第１制御信号１７を介して過放電検出回路１３１の動作の開始を、第２制御信号１５を介して過充電検出回路１３２の動作の開始を指示する（Ｓ０３）。

次に、動作制御回路１３４において、ステータスの読み出し（Ｓ０４）及びステータスが第３の状態であるかどうかのチェック（Ｓ０５）が行われる。ステータスが第３の状態から変化しない限り、動作制御回路１３４においてＳ０４及びＳ０５の処理が繰り返される。過放電検出回路１３１は、第１インターバルが経過すると電源線１１の電圧状態が過放電の状態であるかどうかを検出し、検出された結果が過放電状態信号１６を介して動作制御回路１３４に伝達される。その後、動作制御回路１３４において検出された結果がステータスに反映される。同様に、過充電検出回路１３２は、第２インターバルが経過すると電源線１１の電圧状態が過充電の状態であるかどうかを検出し、検出された結果が過充電状態信号１４を介して動作制御回路１３４に伝達される。その後、動作制御回路１３４において検出された結果がステータスに反映される。

Ｓ０５の処理において、ステータスが第３の状態でない場合は、ステータスが第１の状態であるかどうかのチェックが行われる（Ｓ０６）。ステータスが第１の状態である場合には、過充電検出回路１３２の動作が停止される（Ｓ１３）。次に、第１インターバルに第１の状態に用いられる値を設定する（Ｓ１４）。そしてステータスの読み出し（Ｓ１５）、ステータスが第１の状態であるかどうかのチェックが行われる（Ｓ１６）。Ｓ１５及びＳ１６の処理は、ステータスが第１の状態にあることを示す間繰り返される。

Ｓ１６において、ステータスが第１の状態から変化したことを検出すると、第１インターバル及び第２インターバルの各々は、第３の状態に用いられる値に設定される（Ｓ１７）。これは、第１の状態から第２の状態にいきなり変化することはなく、第１の状態から変化する場合は第３の状態となるからである。その後、停止していた過充電検出回路１３２を始動し（Ｓ１８）、ステータスリード（Ｓ０４）に進む。

Ｓ０６の処理においてステータスが第１の状態にない場合は、ステータスは第２の状態にあることになる。ステータスが第２の状態にある場合は、過放電検出回路１３１が停止される（Ｓ０７）。次に、第１インターバルに第２の状態に用いられる値を設定する（Ｓ０８）。そしてステータスの読み出し（Ｓ０９）、ステータスが第２の状態であるかどうかのチェックが行われる（Ｓ１０）。Ｓ０９及びＳ１０の処理は、ステータスが第２の状態にあることを示す間繰り返される。Ｓ１０において、ステータスが第２の状態から変化したことを検出すると、第１インターバル及び第２インターバルの各々は、第３の状態に用いられる値に設定される（Ｓ１１）。これは、第１の状態から第２の状態にいきなり変化しないのと同様に第２の状態から第１の状態にいきなり変化しないからであり、第２の状態から変化する場合は第３の状態となるからである。その後、停止していた過放電検出回路１３１を始動し（Ｓ１２）、ステータスリード（Ｓ０４）に進む。

上述したように、２次電池１４０の電圧の状態を第１の状態（過放電の状態）、第２の状態（過充電の状態）及び第３の状態（通常の状態）に分けて管理し、それぞれの状態に応じて所定の時間間隔で電源線１１の電圧状態を検出し、且つ、それぞれの状態に応じて過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２の動作を停止させることで、保護回路１３０で消費する電力の低減化を図ることができる。

（第２実施形態）
本実施形態は、第１実施形態で説明した過放電検出回路１３１若しくは過充電検出回路１３２における電源線１１の電圧の状態のサンプリングを行う回路の例を示すものである。尚、本実施形態を含め、以降の実施形態の説明にあたっては、第１実施形態と同様の構成については同じ符号を付与し、説明を省略する。

図３に、過放電検出回路１３１若しくは過充電検出回路１３２における回路の一部を示す。図３には、基準電圧生成部２０２、オペアンプ２０４、スイッチ２０１、スイッチ２０５、継続時間検出回路２０６、電源線１１、サンプリング信号２１、検出継続信号２２及び検出信号２３が示されている。過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２は類似の構成を有する。例えば、図３で示した部分においては抵抗ｒ１及び抵抗ｒ２の抵抗値の組み合わせが異なるだけである。

抵抗ｒ１はスイッチ２０１を介して電源線１１に接続される。抵抗ｒ１及び抵抗ｒ２の抵抗の比率によりオペアンプ２０４の＋端子に入力される第１の電位が決められる。該第１の電位とオペアンプ２０４の−端子に入力される基準電圧生成部２０２の出力である第２の電位との差分がオペアンプ２０４の出力に反映され、該オペアンプ２０４の出力が継続時間検出回路２０６の入力となる。継続時間検出回路２０６の出力である検出信号２３の状態は、過放電状態信号１６若しくは過充電状態信号１４に反映される。尚、サンプリング信号２１は、第１実施形態における過放電サンプリング信号若しくは過充電サンプリング信号に対応する信号である。尚、検出継続信号２２は、過放電サンプリング信号若しくは過充電サンプリング信号と同様に、第１制御信号１７若しくは第２制御信号１５に含まれる信号である。

上述したように、サンプリング信号２１は、電源線１１のサンプリングを規定する信号である。サンプリング信号２１がオンの期間において、スイッチ２０１及びスイッチ２０５がオンとなり、基準電圧生成部２０２において第２の電位が基準値に保たれる。スイッチ２０１がオンとなることにより、電源線１１が抵抗ｒ１に接続され第１の電位が生成され、スイッチ２０５がオンとなることによりオペアンプ２０４の動作電流が供給される。

抵抗ｒ１並び抵抗ｒ２の設定を適切に行うことにより第１の電位を調整することで、過放電検出回路１３１における第２の電位と、過充電検出回路１３２における第２の電位とを同じ電位とすることが可能である。オペアンプ２０４の出力はアナログ信号であるが、過放電検出回路１３１におけるオペアンプ２０４の出力は、電源線１１が過放電の状態の電位となったときに継続時間検出回路２０６がローレベルと検出する電位となるように調整される。また、過充電検出回路１３２におけるオペアンプ２０４の出力は、電源線１１が過充電の状態の電位となったときに継続時間検出回路２０６がハイレベルとして検出する電位となるように調整される。

検出継続信号２２は、オペアンプ２０４の出力をサンプリングし、該サンプリングを基にしたカウントを行うためのタイミング信号として使用される。電源線１１の電圧の状態は、過放電の状態と通常の状態との境界付近では、２次電池１４０の内部インピーダンス若しくは何らかの一時的な要因により一時的に過放電の状態になってから通常の状態に戻ることがある。このため、連続した複数回のサンプリングで過放電の状態が連続して検出された場合に２次電池１４０の電圧の状態が第３の状態から第１の状態に移行したと判断するのが好ましい。このため、過放電検出回路１３１における継続時間検出回路２０６は、検出継続信号２２に基づいたサンプリングで、所定の回数（ｎ１回）連続して過放電の状態が検出されたときに検出信号２３がオンとなるように構成されている。上述したように、過放電検出回路１３１の検出信号２３で示される状態は過放電状態信号１６に反映される。動作制御回路１３４は、過放電状態信号１６により、２次電池１４０が第１の状態になったことを判定することができる。また、オンとなった検出信号２３は、オペアンプ２０４の出力が所定の回数（ｍ１回）連続して通常の状態が検出されたときに検出信号２３がオフとなるように構成されている。

同様に、過充電検出回路１３２における継続時間検出回路２０６において、検出継続信号２２に基づくサンプリングで所定の回数（ｎ２回）連続して過充電の状態が検出されたときに検出信号２３がオンとなる。該検出信号２３の状態が過充電状態信号１４に反映され、動作制御回路１３４は、過充電状態信号１４により２次電池１４０が第２の状態になったことを判定することができる。尚、過充電検出回路１３２においても、オンとなった検出信号２３は、オペアンプ２０４の出力が所定の回数（ｍ２回）連続して通常の状態が検出されたときに検出信号２３がオフとなるように構成されている。

次に、タイムチャートを用いて、保護回路１３０の動作の説明を行う。図４は、２次電池１４０が第３の状態から第１の状態に移行するときの過放電検出回路１３１並びに過充電検出回路１３２における信号の一部の変化を記載したタイミングチャートである。図５は、２次電池１４０が第１の状態から第３の状態に移行するときの過放電検出回路１３１並びに過充電検出回路１３２における信号の一部の変化を記載したタイミングチャートである。図６は、２次電池１４０が第３の状態から第２の状態に移行するときの過充電検出回路１３２並びに過放電検出回路１３１における信号の一部の変化を記載したタイミングチャートである。図７は、２次電池１４０が第２の状態から第３の状態に移行するときの過充電検出回路１３２並びに過放電検出回路１３１における信号の一部の変化を記載したタイミングチャートである。尚、図４〜図７に示した矢印ｔは時間の経過を示すものである。また、本実施形態において、上述したｎ１回並びにｎ２回を２回とし、ｍ１回並びにｍ２回を３回とした。

図４〜図７に記載した内部カウンターは、電源線１１の状態をカウントするカウンターである。図示はしていないが、過放電検出回路１３１並びに過充電検出回路１３２のいずれにおいても、継続時間検出回路２０６に含まれる該内部カウンターは、電源線１１が過放電の状態若しくは過充電の状態にあることを検出したときはインクリメントカウンターとして動作し、電源線１１が通常の状態にあることを検出したときにはデクリメントカウンターとして動作する。

ここで、タイミングチャートに記載した信号について簡単に補足説明を行う。

サンプリング信号２１（過放電サンプリング信号若しくは過充電サンプリング信号）は、所定の時間間隔でオン（図４においてはハイレベル）となり、該オンとなっている時間が電源線１１の電圧状態を検出するのに十分な長さの信号である。所定の時間間隔及びオンとなっている時間は装置固有の仕様により異なってくるが、概ね所定の時間間隔が２秒程度、オンとなっている時間は１０ｍ秒程度でよい。図４〜図７にはサンプリング信号２１を周期的な信号として記載したが、これはひとつの実施例に過ぎず必ずしも周期的の信号とする必要はない。たとえば、第１の状態、第２の状態及び第３の状態で異なる周期のものとしてもかまわない。また、状態が変化してから一定の時間を過ぎると所定の時間間隔をより長く設定するようにしてもかまわない。サンプリング信号２１がオンの間スイッチ２０１及び２０５の各々がオンとなりオペアンプ２０４の出力が有効となる。これにより、過放電検出回路１３１及び過充電検出回路１３２は、動作中であってもサンプリング信号２１がオフの間は実質的には動作停止の状態にある。従って、図４〜図７のフローチャートには、オペアンプ２０４の出力を有効となる期間のみに記載した。

検出継続信号２２は、継続時間検出回路２０６においてオペアンプ２０４の出力のサンプリングタイミングを規定する信号として用いられる。また、このタイミングで内部カウンターの値の更新が行われる。オペアンプ２０４の出力はアナログ信号である。過放電検出回路１３１においては、該アナログ信号の電位レベルが、過放電検出回路１３１の継続時間検出回路２０６に設定された境界条件ｔｈ１よりも低ければ電源線１１は過放電の状態にあると認識され、内部カウンターの値が更新される。過充電検出回路１３２においては、該アナログ信号の電位レベルが、過充電検出回路１３２の継続時間検出回路２０６に設定された境界条件ｔｈ２よりも高ければ電源線１１は過充電の状態にあると認識され、内部カウンターの値が更新される。

それぞれのタイミングチャートについて説明する。

図４のタイミングチャートは、２次電池１４０が第３の状態から第１の状態に移行するときの状態を示したものである。図４のタイミングチャートの最初の部分においては、電源線１１の過放電の状態が検出されていないものとする。従って内部カウンターの値は０である。

図４−（ａ）において、オペアンプ２０４の出力はｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定される。内部カウンターの値は初期値の０であることから値の更新は行われない。

図４−（ｂ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも低いレベルなので電源線１１は過放電の状態にあると判定される。内部カウンターがインクリメントされ１となる。この段階では、まだ検出信号２３はオフのままである。

図４−（ｃ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定される。内部カウンターの値がデクリメントされて０に戻る。

図４−（ｄ）において、再びオペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも低いレベルなので電源線１１は過放電の状態にあると判定される。内部カウンターの値が０から１に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオフのままである。

図４−（ｅ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも低いレベルなので電源線１１は過放電の状態にあると判定される。内部カウンターの値が３に変化し、検出信号２３がオンとなる。検出信号２３がオンになったことが、過放電状態信号１６に反映され、動作制御回路１３４は２次電池１４０の電圧状態が第１の状態に移行したと判断し、過充電検出回路１３２に対するサンプリング信号２１及び検出継続信号２２の出力を停止する。これにより過充電検出回路１３２の動作は停止する。

ここで、内部カウンターの値が１から３に変化したことについて説明する。上述したように、内部カウンターは、第１の状態にあるときにはデクリメントカウンターとして機能する。第１の状態から第３の状態に移行したと判断するためには、電源線１１の状態が通常の状態であることが連続してｍ１回検出される必要がある。上述したように本実施形態においては、ｍ１回を３回と規定した。従って、電源線１１が第１の状態になったことが判定されたときには内部カウンターの値はデクリメントを行うときの初期値である３に設定されることが効率がよい。

図５のフローチャートは、２次電池１４０が第１の状態から第３の状態に移行するときの状態を示したものである図５のタイミングチャートの最初の部分においては、電源線１１における通常の状態が検出されていないものとする。従って、内部カウンターの値は３である。

図５−（ｆ）において、オペアンプ２０４の出力はｔｈ１よりも低いレベルなので電源線１１は過放電の状態にあると判定されるが、内部カウンターの値がデクリメントカウンターとして機能する場合の初期値であることから、内部カウンターの更新は行われない。

図５−（ｇ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターがデクリメントされ２となる。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図５−（ｈ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも低いレベルなので電源線１１は過放電の状態にあると判定され、内部カウンターの値がインクリメントされて３となる。

図５−（ｊ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて２に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図５−（ｋ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて１に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図５−（ｍ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ１よりも高いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて０に変化する。内部カウンターの値が０になると検出信号２３がオフとなり、これが過放電状態信号１６に反映され、動作制御回路１３４により過充電検出回路１３２に対してのサンプリング信号２１及び検出継続信号２２の出力が開始され、過充電検出回路１３２の動作が再開する。

図６のタイミングチャートは、２次電池１４０が第３の状態から第２の状態に移行するときの状態を示したものである。図６のタイミングチャートの最初の部分においては、電源線１１の過充電の状態が検出されていないものとする。従って内部カウンターの値は０である。

図６−（ｎ）において、オペアンプ２０４の出力はｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定される。内部カウンターの値は初期値の０であることから値の更新は行われない。

図６−（ｐ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも高いレベルなので電源線１１は過充電の状態にあると判定される。内部カウンターがインクリメントされ１となる。この段階では、まだ検出信号２３はオフのままである。

図６−（ｑ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定される。内部カウンターの値がデクリメントされて０に戻る。

図６−（ｒ）において、再びオペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも高いレベルなので電源線１１は過充電の状態にあると判定される。内部カウンターの値が０から１に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオフのままである。

図６−（ｓ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも高いレベルなので電源線１１は過充電の状態にあると判定される。内部カウンターの値が３に変化し、検出信号２３がオンとなる。検出信号２３がオンになったことが、過充電状態信号１４に反映され、動作制御回路１３４は２次電池１４０の電圧状態が第２の状態に移行したと判断し、過放電検出回路１３１に対するサンプリング信号２１及び検出継続信号２２の出力を停止する。これにより過放電検出回路１３１の動作が停止する。ここで、内部カウンターの値が１から３に変化したことについては、過放電検出回路１３１における場合と同様である。

図７のタイミングチャートは、２次電池１４０が第２の状態から第３の状態に移行するときの状態を示したものである図７のタイミングチャートの最初の部分においては、電源線１１における通常の状態が検出されていないものとする。従って、内部カウンターの値は３である。

図７−（ｔ）において、オペアンプ２０４の出力はｔｈ２よりも高いレベルなので電源線１１は過充電の状態にあると判定されるが、内部カウンターの値がデクリメントカウンターとして機能する場合の初期値であることから、内部カウンターの更新は行われない。

図７−（ｕ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターがデクリメントされ２となる。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図７−（ｖ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも高いレベルなので電源線１１は過充電の状態にあると判定され、内部カウンターの値がインクリメントされて３となる。

図７−（ｗ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて２に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図７−（ｘ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて１に変化する。この段階では、まだ検出信号２３はオンのままである。

図７−（ｙ）において、オペアンプ２０４の出力がｔｈ２よりも低いレベルなので電源線１１は通常の状態にあると判定され、内部カウンターの値がデクリメントされて０に変化する。内部カウンターの値が０になると検出信号２３がオフとなり、これが過充電状態信号１４に反映されて動作制御回路１３４に伝達され、動作制御回路１３４により過放電検出回路１３１に対してのサンプリング信号２１及び検出継続信号２２の出力が開始され、過放電検出回路１３１の動作が再開する。

尚、内部カウンターにおけるカウントの仕方は、上述した方法に限られるものではない。例えば、第１の状態、第２の状態及び第３の状態の各々において状態が変わったときは、内部カウンターの値を０に戻して所定に値になるまでインクリメントし、該所定の値になったときに更に状態が変化したと判断することでもよい。

本実施例の説明に図３を流用する。本実施例は、実施例１におけるオペアンプ２０４をコンパレーター２０４に置き換えた例である。コンパレーター２０４は、第１の電位と第２の電位との比較を行い、比較結果をオン又はオフを示すデジタル信号として継続時間検出回路２０６に出力する。第１の電位が第２の電位よりも高ければ継続時間検出回路２０６に出力する信号はオンとなり、第１の電位が第２の電位よりも低ければ継続時間検出回路２０６に出力する信号はオフとなる。また、第１の電位と第２の電位が等しい場合には、過放電検出回路１３１における該出力はオンとなり、過充電検出回路１３２における該出力はオフとなる。尚、第１の電位及び第２の電位は実施例１で説明したものと同じである。

過放電検出回路１３１の場合は、コンパレーター２０４からの信号がオフの場合が過放電の状態と判定され、コンパレーター２０４からの信号がオンの場合が通常の状態と判定される。また。過充電検出回路１３２の場合は、コンパレーター２０４からの信号がオンの場合に過充電の状態と判定され、コンパレーター２０４からの信号がオフの場合に通常の状態と判定される。

実施例１で説明した境界条件ｔｈ１及び境界条件ｔｈ２は、本実施例においては、いずれも継続時間検出回路２０６において信号のハイレベル又はローレベルの境界である電位となる。本実施例の説明として記載した以外は実施例１と同じであり、他の説明を省略する。

（第３実施形態）
本実施形態は、充電用の電力供給源として太陽電池１５０を用いた場合の例である。太陽電池１５０を有する装置を便宜上装置２００とし、装置２００の概略ブロック図を図８に示す。装置２００は、太陽電池１５０の出力を監視する電力監視回路１６０を有する。

本実施例は、電力監視回路１６０が上述した第３の状態において動作している場合における制御の１例を示すものである。

電力監視回路１６０は、太陽電池１５０の出力を監視し、監視結果を状態信号１９を介して動作制御回路１３４に伝達する。動作制御回路１３４は、監視結果により太陽電池１５０から供給される充電の電力が２次電池１４０に充電を行うのに不足していると判断した場合には、過充電検出回路１３２の動作を停止させる。これにより、保護回路１３０で消費する電力の低減を図ることができる。その後、動作制御回路１３４が、監視結果により太陽電池１５０から供給される充電の電力が２次電池１４０に充電を行うのに十分であると判断した場合には、過充電検出回路１３２の動作を開始させる。

本実施例は、電力監視回路１６０が上述した第２の状態において動作している場合における制御の１例を示すものである。第２の状態であるので、上述したように過充電検出回路１３２は停止の状態にある。

電力監視回路１６０は、太陽電池１５０の出力を監視し、監視結果を状態信号１９を介して動作制御回路１３４に伝達する。動作制御回路１３４は、状態信号１９により太陽電池１５０から供給される充電の電力が２次電池１４０に充電を行うのに不足していると判断した場合には、過放電検出回路１３１の動作を停止させる。これにより、保護回路１３０で消費する電力の低減を図ることができる。その後、動作制御回路１３４が、監視結果により太陽電池１５０から供給される充電の電力が２次電池１４０に充電を行うのに十分であると判断した場合には、過放電検出回路１３１の動作を開始させる。

尚、上述した第１の状態においては、電力監視回路１６０を停止させておくことでもよい。

以上、本発明の適用例、実施形態及び実施例の説明を行ったが、本発明は上記の説明の内容に限定されるものでなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で広く適用可能である。

１１…電源線、１２…過放電制御信号、１３…過充電制御信号、１４…過充電状態信号、１５…第２制御信号、１６…過放電状態信号、１７…第１制御信号、１８…タイミング信号、１９…状態信号、２１…サンプリング信号、２２…検出継続信号、２３…検出信号、１００…装置、１１０…放電制御回路、１２０…充電制御回路、１３０…保護回路、１３１…過放電検出回路、１３２…過充電検出回路、１３３…サンプリング信号生成回路、１３４…動作制御回路、１４０…２次電池、１５０…太陽電池、１６０…電力監視回路、２００…装置、２０１…スイッチ、２０２…基準電圧生成部、２０４…オペアンプ，コンパレーター、２０５…スイッチ、２０６…継続時間検出回路。

Claims (7)

1. ２次電池の電圧の状態を検出する検出部と、
   制御部と、を含み、
   前記電圧の状態は、第１の状態、第２の状態又は第３の状態のいずれかにあり、
   前記検出部は、前記電圧の状態が前記第１の状態であることを検出する第１の検出部と、前記電圧の状態が前記第２の状態であることを検出する第２の検出部とを有し、
   前記制御部は、前記電圧の状態が前記第１の状態にあるときは前記第２の検出部の動作を停止させ、前記電圧の状態が前記第２の状態にあるときは前記第１の検出部の動作を停止させることを特徴とする２次電池保護回路。
2. 前記第１の状態は、前記２次電池が過充電の状態であり、
   前記第２の状態は、前記２次電池が過放電の状態であり、
   前記第３の状態は、前記２次電池が前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれでもない状態であることを特徴とする請求項１に記載の２次電池保護回路。
3. 前記検出部における前記２次電池の電圧の状態の検出は、所定の時間間隔で行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の２次電池保護回路。
4. 前記所定の時間間隔は、前記第１の状態、前記第２の状態及び前記第３の状態の各々において、所定の値に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の２次電池保護回路。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の２次電池保護回路と、
   前記２次電池と、を含むことを特徴とする２次電池を用いる装置。
6. ２次電池の電圧の状態が第１の状態にあることを検出する第１の検出部と、
   前記２次電池の電圧の状態が第２の状態にあることを検出する第２の検出部と、を用い、
   前記２次電池の電圧の状態を検出する第１の工程と、
   前記２次電池の電圧の状態を、前記第１の状態、前記第２の状態、又は、前記第１の状態及び前記第２の状態のいずれでもない状態である第３の状態、のいずれかであるかを判定する第２の工程と、
   前記２次電池の電圧の状態が前記第１の状態であるときに前記第２の検出部を停止させる第３の工程と、
   前記２次電池の電圧の状態が前記第２の状態であるときに前記第１の検出部を停止させる第４の工程と、を含み、
   前記第１の状態は、前記２次電池が過充電の状態であり、
   前記第２の状態は、前記２次電池が過放電の状態であることを特徴とする２次電池保護方法。
7. 前記第１の工程において、前記２次電池の電圧の状態の検出は所定の時間間隔で行われ、
   前記所定の時間間隔は、前記第１の状態、前記第２の状態及び前記第３の状態の各々において、所定の値に設定されることを特徴とする請求項６に記載の２次電池保護方法。

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