JP2017017806A - Protection circuit and battery pack - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は二次電池の保護回路およびバッテリーパックに関する。 The present invention relates to a protection circuit for a secondary battery and a battery pack.
充電式の電池が搭載されるバッテリーパックには、当該電池の過充電等を防止するための保護回路が設けられている。図１１は、特許文献１に記載の電源回路の構成を表す図である。 A battery pack on which a rechargeable battery is mounted is provided with a protection circuit for preventing overcharge of the battery. FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the power supply circuit described in Patent Document 1. In FIG.
電源回路３００では、二次電池３０１の負極に、充電器３１０又は負荷３１１を接続する負極外部端子３１３が接続され、二次電池３０１の正極に、スイッチ素子３０２・３０３を介して、充電器３１０又は負荷３１１を接続する正極外部端子３１２が接続されている。スイッチ素子３０２とスイッチ素子３０３とは直接に接続されている。二次電池３０１と並列に充放電制御回路３１６が接続されている。充放電制御回路３１６は、過充電・過放電検出回路３１７と、スイッチ素子制御用ロジック回路３１８と、充電器接続検出兼過電流検出回路３１９と、Ｐｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６と、抵抗３０７とを備えている。
In the
過充電・過放電検出回路３１７と、スイッチ素子制御用ロジック回路３１８と、抵抗３０７を有する並列回路とが直列に配されている。
An overcharge /
過充電・過放電検出回路３１７は、二次電池３０１と並列に接続さている。過充電・過放電検出回路３１７の一方の端子は、ＶＤＤ端子３１４を介して二次電池３０１の正極と接続されており、他方の端子は、ＶＳＳ端子３１５を介して二次電池３０１の負極と接続されている。
The overcharge /
スイッチ素子制御用ロジック回路３１８は、過充電・過放電検出回路３１７からの信号に基づいて、充電制御端子３０４を介してスイッチ素子３０２のＯＮ（導通）とＯＦＦ（非導通）とを切り替え、放電制御端子３０５からスイッチ素子３０３のＯＮ（導通）とＯＦＦ（非導通）とを切り替る。
Based on the signal from the overcharge /
抵抗３０７を有する並列回路では、抵抗３０７の一端にＰｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６のドレインが接続されることで、抵抗３０７とＰｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６とが直列に接続されている。Ｐｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６は、ドレイン及ソース間に接続された寄生ダイオード３０８を有する。Ｐｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６及び抵抗３０７と、充電器接続検出兼過電流検出回路３１９とが並列に接続されている。Ｐｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６のゲート及び充電器接続検出兼過電流検出回路３１９の一端とがそれぞれスイッチ素子制御用ロジック回路３１８と接続されている。抵抗３０７の他端と充電器接続検出兼過電流検出回路３１９の他端とは接続されており、さらに、正極外部端子３１２と接続されている。
In the parallel circuit having the
二次電池３０１が過充電となると、二次電池３０１の正極に接続されたＶＤＤ端子３１４と、二次電池３０１の負極に接続されたＶＳＳ端子３１５との間の電圧値が所定の電圧値より高くなる。この状態のとき、過充電・過放電検出回路３１７は、ＶＤＤ端子３１４及びＶＳＳ端子３１５間の電圧値を測定し、スイッチ素子制御用ロジック回路３１８へ過充電検出信号を送る。当該過充電検出信号を受けたスイッチ素子制御用ロジック回路３１８は、充電制御端子３０４を介してスイッチ素子３０２へスイッチをＯＦＦする信号を送る。これにより、スイッチ素子３０２は、ＯＮからＯＦＦへと切り替わる。この結果、正極外部端子３１２から、スイッチ素子３０３・３０２を介して二次電池３０１へ至る経路は非導通となる。
When the
しかし、スイッチ素子３０２がＯＦＦとなっても、電流が、正極外部端子３１２から、充電器接続検出兼過電流検出回路３１９及びＰｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６の寄生ダイオード３０８へ流れる電流経路３２０により、充電器３１０から二次電池３０１へ電流が流れ込んでしまう。そのため、抵抗３０７を設けて、充電器３１０から二次電池３０１へ流れ込む電流量を制限している。
However, even if the
また、バッテリーパックとしては、専用の充電器のみによって充電可能であるよりも、利便性を向上させる観点から、種々の充電器によって充電可能となっていることが好ましい。充電器からバッテリーパックへの電力の供給は、充電器側又はバッテリーパック側において、充電器とバッテリーパックとの接続が確認されてからなされる。 Moreover, it is preferable that the battery pack can be charged by various chargers from the viewpoint of improving convenience, rather than being charged only by a dedicated charger. The power supply from the charger to the battery pack is performed after the connection between the charger and the battery pack is confirmed on the charger side or the battery pack side.
充電器とバッテリーバックとが接続されたか否かを判断する態様として、主に、（１）常時、充電器から電力が出力され、バッテリーパック側で、充電器からの電力を検出することで、充電器とバッテリーパックとの接続を検出する態様、（２）充電器とバッテリーパックとで通信を行い、バッテリーパック側又は充電器側で接続を検出する態様、（３）バッテリーパックから充電器へ供給される電力の流出又は流入を充電器側で検出する態様、を挙げることができる。 As a mode for judging whether or not the charger and the battery back are connected, mainly (1) power is always output from the charger, and on the battery pack side, by detecting the power from the charger, A mode for detecting the connection between the charger and the battery pack, (2) A mode for performing communication between the charger and the battery pack, and detecting a connection at the battery pack side or the charger side, (3) From the battery pack to the charger An embodiment in which outflow or inflow of supplied power is detected on the charger side can be mentioned.
特許文献２を用いて、上記態様（１）について説明する。特許文献２の充電器のＵＳＢコネクタは、携帯電話等の携帯電子機器のＵＳＢコネクタと接続される。充電器のＵＳＢコネクタは、電源系の端子であるＶｂｕｓ端子及びＧＮＤ端子と、データ通信系の端子であるＴＤ＋端子及びＴＤ−端子とを有する。充電器のＵＳＢコネクタが、携帯電子機器のＵＳＢコネクタと接続されていない状態では、Ｖｂｕｓ端子はフローティング状態（電気的に浮遊状態）であるため、Ｖｂｕｓ端子の電圧は所定の電圧からあまり変化せず、変化したとしても、その変化は非常にゆっくりである。
The said aspect (1) is demonstrated using
充電器のＵＳＢコネクタが、携帯電子機器のＵＳＢコネクタと接続されると、Ｖｂｕｓ端子の電圧は比較的、急激に変化する。充電器側で、この充電器のＵＳＢコネクタにおけるＶｂｕｓ端子の急激な電圧の変化を検出することで、充電器と、携帯電子機器と接続の確認が可能である。 When the USB connector of the charger is connected to the USB connector of the portable electronic device, the voltage at the Vbus terminal changes relatively abruptly. On the charger side, it is possible to confirm the connection between the charger and the portable electronic device by detecting a sudden voltage change of the Vbus terminal in the USB connector of the charger.
特許文献３には、上記態様（２）について記載されている。特許文献３の充電器及び電池パックは、互いに接続されるそれぞれの端子部において、正極端子及び負極端子に加え、通信端子を備える。充電器の端子部と、電池パックの端子部とが接続されると、それぞれの通信端子同士も接触する。そして、当該通信端子を介して、電池パックの電池制御回路から充電器のマイコンへの通信により、充電器のマイコンが電池パックの接続を検出する。そして、充電器のマイコンから電池パックの電池制御回路への通信により、電池パックの電池制御回路も充電器の接続を検出する。この後、充電器から電池パックへ電力が供給させることで、電池パックが充電される。
特許文献４には、上記態様（３）について記載されている。特許文献４のバッテリーパックは、急速充電可能なバッテリーパックである。当該バッテリーパックは、二次電池の正極と接続されたＢ＋端子と、二次電池の負極と接続されたＢ−端子と、二次電池の負極と接続され、Ｂ−端子とは異なるＣ−端子とを備える。バッテリーパックは、通常の充放電を、Ｂ＋端子とＢ−端子とを通じて行う。バッテリーパックは、急速充電を、Ｂ＋端子とＣ−端子とを通じて行う。 Patent Document 4 describes the above aspect (3). The battery pack of Patent Document 4 is a battery pack that can be rapidly charged. The battery pack includes a B + terminal connected to the positive electrode of the secondary battery, a B− terminal connected to the negative electrode of the secondary battery, and a C− terminal connected to the negative electrode of the secondary battery and different from the B− terminal. With. The battery pack performs normal charging / discharging through the B + terminal and the B− terminal. The battery pack performs rapid charging through the B + terminal and the C- terminal.
しかし、図１１の電源回路３００によると、正極外部端子３１２及び負極外部端子３１３間に接続される充電器３１０は、二次電池３０１の専用品であるため、電源回路３００では、正極外部端子３１２及び負極外部端子３１３間に接続された充電器３１０によって、二次電池３０１が充電されているか否かを判定していない。さらに、電源回路３００は、正極外部端子３１２及び負極外部端子３１３間に充電器３１０が接続された場合、充電器３１０が、二次電池３０１の仕様に合っているか否かを判定していない。
However, according to the
これは、充電器３１０として二次電池３０１の専用品を用いているため、電源回路３００にて、正極外部端子３１２及び負極外部端子３１３間に接続された充電器が仕様に合っているか否かを判定する必要がないためである。
This is because a dedicated product for the
また、電源回路３００は、充電器３１０から二次電池３０１へ流入する電流のみ着目している。このため、電源回路３００では、接続された機器が充電器３１０であるか、負荷３１１であるかを判定することができない。
The
さらに、電源回路３００では、専用品である充電器３１０を用いているため、充電器３１０との接続確認をする方法として、充電器３１０から出力される電圧又は電流を電源回路３００にて検出すればよい。しかし、専用品以外の充電器を電源回路３００へ接続した場合、当該充電器から、必ずしも電源回路３００へ電圧又は電流が出力されるとは限らない。上記充電器から電源回路３００へ電圧又は電流が出力されない場合、二次電池３０１への充電が開始されない。
Furthermore, since the
このため、電源回路３００に、専用品以外の種々の充電器を接続することはできず、利便性が低い。
For this reason, it is not possible to connect various types of chargers other than dedicated products to the
特許文献２〜４に記載された各引用発明においても、電池を充電するための充電器は専用品である。このため、バッテリーパックと、充電器との接続を確認することはできても、その接続された充電器が、電池の仕様に適しているものか否かを判定することはできない。このため、特許文献２〜４に記載された各引用発明においても、専用品以外の種々の充電器をバッテリーパックに接続することはできず、利便性が低い。
Also in each cited invention described in
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路及びバッテリーパックを提供することである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and an object thereof is to provide a protection circuit and a battery pack for protecting a battery having a wide range of types of chargers that can be used and high versatility. That is.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る保護回路は、充電式の電池と、当該電池の正極と接続されている正極端子及び当該電池の負極と接続されている負極端子との間に配置されている上記電池の保護回路であって、上記正極端子から上記電池の正極へ至る経路であって、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前はオフとなっている第一のスイッチが配置された第一の経路と、電流制限部が配され、上記第一の経路と並列に接続された第二の経路と、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から、上記電池が充電されているか否かを判定する充電判定部と、上記電池が充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a protection circuit according to one embodiment of the present invention includes a rechargeable battery, a positive electrode terminal connected to the positive electrode of the battery, and a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery. A protection circuit for the battery arranged between the positive terminal and the positive electrode of the battery, and is turned off before the device is connected between the positive terminal and the negative terminal. A first path in which the first switch is disposed, a second path in which a current limiting unit is disposed and connected in parallel with the first path, and a device between the positive terminal and the negative terminal Is connected, a charge determination unit for determining whether or not the battery is charged from a current value flowing between the current limiting unit and the positive electrode of the battery, and the charge determination when the battery is charged Determine that the positive terminal and the negative terminal Voltage value between terminals, characterized in that it comprises a determining voltage value determining unit whether it is within a predetermined range.
本発明の一態様によれば、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するという効果を奏する。 According to one embodiment of the present invention, there is an effect of protecting a battery having a wide variety of usable chargers and high versatility.
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
Embodiment 1
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図１は、本発明の実施形態１に係るバッテリーパック１の構成を表す図である。図１では、バッテリーパック１を、充電器（装置）５と接続する場合について表している。なお、図１に示す破線の矢印は、信号の流れを表している。バッテリーパック１は、二次電池（電池）２と、正極端子３と、負極端子４と、保護回路１１とを備えている。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a battery pack 1 according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a case where the battery pack 1 is connected to a charger (device) 5. Note that the dashed arrows shown in FIG. 1 indicate the flow of signals. The battery pack 1 includes a secondary battery (battery) 2, a
本実施形態では、バッテリーパック１は、充電器５と接続されるものとする。充電器５は、充電を制御する充電制御部６と、バッテリーパック１の正極端子３と接続される正極端子７と、バッテリーパック１の負極端子４と接続される負極端子８とを有する。なお、バッテリーパック１は、電力の供給を受ける充電器５に換えて、バッテリーパック１が電力を供給する機器などの負荷に接続されてもよい。充電器５は、バッテリーパック１の専用品ではなく、他の種類のバッテリーパックを充電することも可能な充電器である。
In the present embodiment, the battery pack 1 is connected to the
二次電池２は、充電可能な電池であれば、特に限定されるものではない。二次電池２としては、例えば、鉛蓄電池やＮｉ‐Ｃｄ電池、Ｌｉ‐ｉｏｎ電池、又は、空気亜鉛電池などを挙げることができる。
The
正極端子３及び負極端子４は、外部機器と接続するため端子である。正極端子３は充電器５の正極端子７と接続されている。また、正極端子３は、後述する保護回路１１の主経路（第一の経路）１７、補助経路（第二の経路）１８及び電流測定部１５を介して二次電池２の正極と接続されている。
The
負極端子４は充電器５の負極端子８と接続される。また、負極端子４は二次電池２の負極と直接接続されている。負極端子４は、他の部材を介して二次電池２の負極と接続されてもよい。
The negative terminal 4 is connected to the
なお、バッテリーパック１に、充電器５ではなく他の機器が接続される場合も同様に、正極端子３に、当該機器の正極端子が接続され、負極端子４に、当該機器の負極端子が接続される。
Similarly, when the battery pack 1 is connected to another device instead of the
正極端子３及び負極端子４の材質や形状は、充電器５の正極端子７及び負極端子８や、機器の正極端子及び負極端子と接続できるものであれば、特に限定されるもではない。正極端子３及び負極端子４は、充電用端子と放電用端子とを分けて構成してもよいし、供用してもよい。
The material and shape of the
保護回路１１は、二次電池２と、正極端子３及び負極端子４との間に配置されている。保護回路１１と二次電池２とは並列に配置されている。保護回路１１は、主経路１７及び補助経路１８を有する並列回路と、第一のスイッチ１２・１３と、抵抗１６と、電圧測定部１４と、電流測定部１５とを備えている。
The protection circuit 11 is disposed between the
ここで、二次電池２は充電することで繰り返し使用できるため便利ではあるが、適切に充電しないと破裂・発火が起こりたいへん危険である。よって、保護回路１１が二次電池２を保護する項目として以下の項目を挙げることができる。
Here, the
過充電：二次電池２の電圧値が充電によりある閾値以上にならないこと。
Overcharge: The voltage value of the
過放電：二次電池２の電圧値が放電によりある閾値以下にならないこと。
Overdischarge: The voltage value of the
過電流：二次電池２への流入流出電流がある閾値以上にならないこと（二次電池２のショートを含む）。
Overcurrent: The current flowing into and out of the
保護回路１１は、二次電池２が、過充電、過放電、及び過電流とならないよう、適切に二次電池２を保護する。
The protection circuit 11 appropriately protects the
主経路１７は、正極端子３から二次電池２の正極へ至る経路である。主経路１７には、第一のスイッチ１２・１３が配置されている。主経路１７には抵抗又は電流を制限する素子が配置されていないため、主経路１７は、補助経路１８と比べて大電流を流すことが可能な経路である。二次電池２の充放電は、主に主経路１７を通してなされる。
The
補助経路１８は、正極端子３から二次電池２の正極へ至る経路であって、主経路１７と並列に接続されている。主経路１７と、補助経路１８とによって並列回路が構成されている。補助経路１８には、補助経路１８を流れる電流値を制限する抵抗（電流制限部）１６が配置されている。補助経路１８は、一方の端部が接続部Ｎ２にて主経路１７と接続されており、他方の端部が接続部Ｎ３にて主経路１７と接続されている。接続部Ｎ２は正極端子３と接続されている。接続部Ｎ３は電流測定部１５を介して二次電池２の正極と接続されている。
The
補助経路１８は、主経路１７に配置された第一のスイッチ１２・１３の開（オン）及び閉（オフ）に関わらず、バッテリーパック１に充電器５が接続されたときに、その充電器５が二次電池２の仕様に合っているか否かを判定するために、電流を流す経路である。補助経路１８には、抵抗１６が配されることで、流れる電流が多くならないよう制限されている。
The
第一のスイッチ１２・１３は、マイコン２０からの指示により、オン（開）状態と、オフ（閉）状態とが切り替わる。第一のスイッチ１２・１３それぞれのゲートはマイコン２０と接続されている。第一のスイッチ１２・１３それぞれのソース同士が接続されている。第一のスイッチ１２のドレインは接続部Ｎ２と接続されている。第一のスイッチ１３のドレインは接続部Ｎ３と接続されている。
The first switches 12 and 13 are switched between an on (open) state and an off (closed) state according to an instruction from the
第一のスイッチ１２・１３としては、二次電池２へ電流が流入すること、又は、二次電池２から電流が流出することの許可と禁止とを切り替えることができる構成であれば、特に限定されるものではない。ただし、充電方向と放電方向の双方向に対し、電流の流入及び流出のオン及びオフを切り替えることができる構成である必要がある。
The first switches 12 and 13 are particularly limited as long as they can switch between permitting and prohibiting the current flowing into the
これは、第一のスイッチが、二次電池２の充電方向への電流の流れだけの制御が可能である場合、二次電池２が過放電状態となっても、第一のスイッチのオン・オフに関わらず第一のスイッチを通じて放電方向への電流が流れてしまい、二次電池２の放電を停止することができず、二次電池２を保護することができないためである。また、第一のスイッチが、二次電池２の放電方向への電流の流れだけの制御が可能である場合、第一のスイッチのオン・オフに関わらず第一のスイッチを通じて二次電池２へ充電方向への電流が流れてしまい、仕様外の充電器で二次電池２が充電されたときに二次電池２が過充電状態となる危険性があるためである。
This is because when the first switch can control only the flow of current in the charging direction of the
なお、第一のスイッチ１２・１３は、必ずしも両方が一対としてオンとオフの制御がなされる構成である必要はなく、第一のスイッチ１２と、第一のスイッチ１３とのそれぞれが独立で制御される構成であってもよい。
The first switches 12 and 13 are not necessarily configured to be turned on and off as a pair, and the
第一のスイッチ１２・１３としては、例えば、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタなど電気的にスイッチの切り替えができるものを用いることができる。ただし、ＦＥＴなど一方向の電流しか制御できないものはｂａｃｋ‐ｔｏ‐ｂａｃｋの構成のように、制御方向の異なる２個のＦＥＴをそれぞれ逆方向に接続する必要がある。また、第一のスイッチ１２・１３は、リレー回路で構成してもよい。
As the
抵抗１６は、電流を制限する素子である。本実施形態では、抵抗１６は固定抵抗である。これにより、部品点数が少なく低コストで電流を制限する回路を構成することができる。ただし、補助経路１８に抵抗１６を設けただけでは、充電器５の電圧と、二次電池２の電圧差とが小さい場合、補助経路１８へは電流がそれほど流れない。このため、例えば、バッテリーパックから充電器へ流れ込む電流を用いてバッテリーパックと充電器との接続検出を行う充電器や、充電器からバッテリーパックへ流れ出る電流を用いてバッテリーパックと充電器との接続検出を行う充電器については、保護回路１１にて接続を検出できない可能性がある。
The
ここで、（i）二次電池２の最大電圧（満充電時の二次電池２の電圧、あるいは過充電の閾値電圧）（ii）二次電池２の最小電圧（二次電池２の電荷が空のときの二次電池２の電圧、あるいは過放電の閾値電圧）（iii）二次電池２が許容する最大充電電流（または１時間で電池が空の状態から満充電になる充電電流（１Ｃと称する））（iv）抵抗１６の抵抗値（v）安全率とすると、（iv）抵抗１６の抵抗値の好ましい決め方は、以下の通りである。
（iv）＝（（i）−（ii））／（（iii）×（v））
なお、安全率１のとき、１Ｃ充電まで許容することになるが、安全率は０．３程度にしておくことが好ましい。これは、充電器５から電圧が、上記（i）二次電池２の最大電圧を超えたときの余裕を持っておく必要があるためである。
Here, (i) the maximum voltage of the secondary battery 2 (the voltage of the
(Iv) = ((i) − (ii)) / ((iii) × (v))
Note that when the safety factor is 1, 1C charging is allowed, but the safety factor is preferably about 0.3. This is because it is necessary to have a margin when the voltage from the
電圧測定部１４は、正極端子３及び負極端子４間の電圧値、及び、二次電池２の正極及び負極間の電圧値を測定し、当該電圧値をマイコン２０へ出力するものである。電圧測定部１４は、正極端子３及び負極端子４と並列に接続されていると共に、二次電池２とも並列に接続されている。
The
電圧測定部１４の正極端子は、正極端子３と接続部Ｎ２との間において接続部Ｎ１にて並列回路及び正極端子３と接続されている。電圧測定部１４の負極端子は、負極端子４と二次電池２の負極との間において接続部Ｎ４にて、負極端子４及び二次電池２の負極と接続されている。電圧測定部１４の信号出力端子はマイコン２０の電圧値入力端子と接続されている。
The positive electrode terminal of the
電圧測定部１４としては、正極端子３及び負極端子４間の電圧を測定し、当該測定値をマイコン２０へ出力することができるものであれば、特に限定されるものではない。
The
測定する端子間電圧が高い場合、抵抗分圧で降圧して電圧を測定する構成であってもよい。また、電圧測定部１４は、オペアンプ及びトランジスタを使った増幅回路で昇降圧した電圧を計測する構成であってもよい。
When the voltage between terminals to be measured is high, the voltage may be measured by stepping down by resistance voltage division. Further, the
電流測定部１５は、主経路１７及び補助経路１８を流れた電流値を測定し、当該測定した電流値をマイコン２０へ出力する。電流測定部１５は、主経路１７及び補助経路１８を流れる電流値の測定が可能なように、接続部Ｎ３と、二次電池２の正極との間に配置されている。電流測定部１５を配置する位置としては、少なくとも、補助経路１８を流れる電流値を測定可能な位置であればよい。保護回路１１にて、主経路１７と、補助経路１８とのうち、補助経路１８を流れる電流値のみを測定できればよい場合、電流測定部１５を、補助経路１８における抵抗１６と接続部Ｎ３との間に配置してもよい。
The
電流測定部１５としては、電流値の測定が可能な構成であれば特に限定はない。例えば、シャント抵抗を経路中に入れて、そのシャント抵抗間の電圧値とシャント抵抗の抵抗値とから電流値を計算し、当該計算値を測定した電流としてマイコン２０へ出力する構成であってもよい。
The
一般的に、二次電池を備えたバッテリーパックにおける保護回路には、当該二次電池の過電流保護のために、電流値を測定する測定器が存在する場合がある。電流測定部１５として、当該測定器を用いることが、コスト面の観点から好ましい。
In general, in a protection circuit in a battery pack including a secondary battery, there may be a measuring device that measures a current value for overcurrent protection of the secondary battery. The
（ブロック図）
図２は、マイコン２０の構成を表す機能ブロック図である。
(Block Diagram)
FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of the
図２に示すように、マイコン２０は、第一のスイッチ制御部２１と、電圧値判定部２２と、充放電判定部（充電判定部）２４と、電流値判定部２５と、仕様判定部２６とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ１２・１３のオンとオフとを切り替えるものである。第一のスイッチ制御部２１は、正極端子３及び負極端子４間に、充電器５が接続される前は、第一のスイッチ１２・１３をオフにする。第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ制御部２１は、正極端子３及び負極端子４間に充電器５が接続されたときの端子間電圧（正極端子３及び負極端子４間電圧）が、二次電池２の仕様に合っていれば第一のスイッチ１２・１３をオンにし、仕様にあっていなければオフ状態を維持する。
The first
電圧値判定部２２は、正極端子３及び負極端子４間に充電器５が接続されたときの端子間電圧（正極端子３及び負極端子４間電圧）が、所定範囲内であるかを判定する。
The voltage
充放電判定部２４は、正極端子３及び負極端子４間に充電器５又は機器が接続されると、電流測定部１５が測定した電流値から、二次電池２が充電されているか否かを判定する。例えば、充放電判定部２４は、電流測定部１５が測定した電流の向き（プラスマイナスの符号）を参照して、二次電池２が充電されているか否かを判定する。
When the
電流値判定部２５は、第一のスイッチ１２・１３がオンのとき、主経路１７及び補助経路１８の両経路を流れて電流測定部１５で測定された電流値が、所定範囲内であるかを判定する。
When the
仕様判定部２６は、電圧値判定部２２の判定結果や、電流値判定部２５の判定結果から、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５が、二次電池２の仕様に合っているか否かを判定する。
From the determination result of the voltage
（フローチャート）
次に、主に図４を用いて、バッテリーパック１の動作の流れについて説明する。図４は、本実施形態に係るバッテリーパック１の動作の流れを表す図である。
(flowchart)
Next, the operation flow of the battery pack 1 will be described mainly with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram illustrating an operation flow of the battery pack 1 according to the present embodiment.
まず、バッテリーパック１に充電器５が接続される前に、第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ１２・１３をオフ（開）状態とする（ステップＳ１１）。これにより、主経路１７には電流が流れない状態となる。
First, before the
次に、作業者等によって正極端子３及び負極端子４間に充電器５が接続されると、電圧測定部１４は、正極端子３及び負極端子４間の電圧値を測定し（ステップＳ１２）、測定した電圧値を示す電圧値情報をマイコン２０の電圧値判定部２２へ出力する。電圧値判定部２２は、電圧測定部１４から電圧値情報を取得すると、当該電圧値情報が示す電圧値が０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１３）。
Next, when the
ステップＳ１３において、電圧値判定部２２は、上記電圧値情報が示す電圧値が０以下であると判定すると（ステップＳ１３のＮＯ）、電圧値判定部２２は正極端子３及び負極端子４間がショートしていると判断する（ステップＳ１４）。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子３及び負極端子４間がショートしている旨を作業者に通知するようにしてもよい。
In step S13, when the voltage
一方、ステップＳ１３において、電圧値判定部２２は、上記電圧値情報が示す電圧値が０より大きいと判定すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、電圧値判定部２２は、充放電判定部２４に、上記電圧値情報が示す電圧値が０より大きい旨の情報を出力する。
On the other hand, when the voltage
次に、電流測定部１５は、二次電池２へ流入する又は二次電池２から流出する電流値を測定し（ステップＳ１５）、測定した電流値を示す電流値情報をマイコン２０の充放電判定部２４へ出力する。充放電判定部２４は、電流測定部１５から電流値情報を取得すると、当該電流値情報が示す電流値が０より大きいか否かを判定する（ステップＳ１６）。
Next, the
ステップＳ１６において、充放電判定部２４は、上記電流値情報が示す電流値の絶対値が０より大きくないと判定すると（ステップＳ１６のＮＯ）、充放電判定部２４は、正極端子３及び負極端子４間に、充電器５又は機器が未接続であると判断する（ステップＳ１７）。
In step S16, when the charge /
一方、ステップＳ１６において、充放電判定部２４は、上記電流値情報が示す電流値が０より大きいと判定すると（ステップＳ１６のＹＥＳ）、続いて、充放電判定部２４は、上記電流値情報が示す電流値から、二次電池２が充電されているのか、二次電池２が放電しているのかを判定する（ステップＳ１８）。例えば、充放電判定部２４は、二次電池２が充電されているのか、二次電池２が放電しているのかを、上記電流値情報が示す電流値がプラスの値であるか、マイナスの値であるかを判断することで判定すればよい。
On the other hand, when the charge /
ステップＳ１８において、充放電判定部２４は、二次電池２が放電していると判定すると（ステップＳ１８の「放電」）、充放電判定部２４は、正極端子３及び負極端子４間に、機器が接続されていると判定する（ステップＳ１９）。
In step S18, when the charge /
一方、ステップＳ１８において、充放電判定部２４は、二次電池２が充電されていると判定すると（ステップＳ１８の「充電」）、充放電判定部２４は、正極端子３及び負極端子４間に、充電器５が接続されていると判定する（ステップＳ２０）。そして、充放電判定部２４は、電圧値判定部２２へ電圧値判定指示を出力する。
On the other hand, when the charge /
電圧値判定部２２は、充放電判定部２４から電圧値判定指示を取得すると、ステップＳ１２及びステップＳ１３にて電圧測定部１４から取得した電圧値情報が示す電圧値が、所定範囲の電圧値であるか否かを判定することで、電圧値が適正か否かを判定する（ステップＳ２１）。
When the voltage
ステップＳ２１にて、電圧値判定部２２は、電圧値情報が示す電圧値が適正ではない（所定範囲外である）と判定すると（ステップＳ２１のＮＯ）、電圧値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部２１及び仕様判定部２６へ出力する。
In step S21, when the voltage
第一のスイッチ制御部２１は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部２２から取得すると、第一のスイッチ１２・１３をオフ（開）状態とする（ステップＳ２２）。これにより、主経路１７及び補助経路１８のうち、補助経路１８にしか電流は流れなくなる。
When the first
そして、仕様判定部２６は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部２２から取得すると、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５は、仕様範囲外の充電器であると判定する（ステップＳ２３）。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器は仕様範囲外の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
And if the
ステップＳ２１にて、電圧値判定部２２は、電圧値情報が示す電圧値が適正である（所定範囲内である）と判定すると（ステップＳ２１のＹＥＳ）、電圧値が適正である旨の情報を第一のスイッチ制御部２１及び電流値判定部２５へ出力する。
In step S21, when the voltage
第一のスイッチ制御部２１は、電圧値が適正である旨の情報を電圧値判定部２２から取得すると、第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ１２・１３をオン（閉）状態とする（ステップＳ２４）。これにより、主経路１７及び補助経路１８の両方に電流が流れる。そして、電流測定部１５は、主経路１７及び補助経路１８を流れた電流値を測定する（ステップＳ２５）。
When the first
次に、電流値判定部２５は、電圧値が適正である旨の情報を電圧値判定部２２から取得すると、電流測定部１５から、電流測定部１５が測定した電流値を示す電流値情報を取得し、当該電流値情報が示す電流値が、所定範囲の電流値であるか否かを判定することで、電流値が適正か否かを判定する（ステップＳ２６）。
Next, when the current
ステップＳ２６にて、電流値判定部２５は、電流値情報が示す電流値が適正ではない（所定範囲外である）と判定すると（ステップＳ２６のＮＯ）、電流値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部２１及び仕様判定部２６へ出力する。この後、第一のスイッチ制御部２１は上述したステップＳ２２の処理を行い、仕様判定部２６は上述したステップＳ２３の処理を行う。
In step S26, when the current
ステップＳ２６にて、電流値判定部２５は、電流値情報が示す電流値が適正である（所定範囲内である）と判定すると（ステップＳ２６のＹＥＳ）、電流値が適正である旨の情報を仕様判定部２６へ出力する。そして、仕様判定部２６は、電流値が適正である旨の情報を電流値判定部２５から取得すると、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５は、仕様範囲内の充電器であると判定する（ステップＳ２７）。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器は仕様範囲内の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
In step S26, when the current
なお、バッテリーパック１の動作は、バッテリーパック１と充電器５との接続状態（（１）二次電池２のショート（２）バッテリーパック１と充電器５との接続（３）バッテリーパック１と充電器５又は機器との未接続（４）バッテリーパック１と機器との接続）を判別可能であれば、上記フローに限定されない。
The operation of the battery pack 1 is as follows: connection state between the battery pack 1 and the charger 5 ((1) short circuit of the secondary battery 2 (2) connection between the battery pack 1 and the charger 5 (3) battery pack 1 The flow is not limited to the above as long as it is possible to determine whether the
（バッテリーパック１による主な利点）
以上のように、バッテリーパック１が備える保護回路１１は、正極端子３から二次電池２の正極へ至る経路である主経路１７と、主経路１７と並列に接続された補助経路１８とを有する。そして、主経路１７には、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ１２・１３が配置されている。また、補助経路１８には、補助経路１８を流れる電流を制限する抵抗１６が配置されている。さらに、保護回路１１はマイコン２０を備えている。
(Main advantages of battery pack 1)
As described above, the protection circuit 11 included in the battery pack 1 includes the
マイコン２０は、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続される前は、第一のスイッチ１２・１３をオフとする第一のスイッチ制御部２１と、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続されると、抵抗１６及び二次電池２の正極間を流れる電流値から二次電池２が充電されているか否かを判定する充放電判定部２４と、二次電池２は充電されていると充放電判定部２４が判定すると、正極端子３及び負極端子４間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部２２とを備える。
The
上記構成によると、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続される前は、第一のスイッチ１２・１３はオフとなっている。このため、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続された直後には主経路１７には電流が流れず、補助経路１８に電流が流れる。そして、補助経路１８には、抵抗１６が配置されているため、二次電池２へ流入する又は流出する電流を所定の範囲内に制限することができる。このため、二次電池２の破損を防止することができる。
According to the said structure, before the apparatus or the
さらに、充放電判定部２４は、正極端子３及び負極端子４間に機器又は充電器５が接続されると、抵抗１６及び二次電池２の正極間を流れる電流値から二次電池２が充電されているか否かを判定する。これにより、正極端子３及び負極端子４間に接続された機器又は充電器５が充電器５であるか、または、機器であるかを判定することができる。
Further, when the device or the
そして、二次電池２は充電されていると充放電判定部２４が判定すると、すなわち、正極端子３及び負極端子４間には充電器５が接続されていると充放電判定部２４が判断した場合、電圧値判定部２２は、正極端子３及び負極端子４間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する。これにより、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５が、二次電池２の仕様に合わない充電器５であるか否かを判定することができる。
When the charge /
これにより、二次電池２の仕様に合わない充電器によって二次電池２が充電されてしまうことを防止することができる。このため、二次電池２の専用の充電器だけではなく、種々の充電器によって二次電池２を充電することができる。この結果、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い二次電池２を保護するための保護回路１１を得ることができる。
Thereby, it can prevent that the
図３は、比較例に係るバッテリーパック１０１の構成を表す図である。バッテリーパック１０１は、バッテリーパック１において補助経路１８が設けられていない構成である。バッテリーパック１０１によると、第一のスイッチ１２・１３がオフ状態であると、正極端子３及び負極端子４間に充電器５が接続されても、充電器５から二次電池２へ電流は流れないため、充電器５の接続を検出できない。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
また、特許文献２に開示された引用発明の構成によると、携帯電子機器に内蔵された二次電池からの放電方向の電気的な保護がなされていないため、携帯電子機器に内蔵された二次電池の端子がショートすると過大電流が流れて危険である。また、充電器が電気的に開放状態となっているため、バッテリーパックの端子間電圧に変動が起こらず、充電が開始できない。
In addition, according to the configuration of the cited invention disclosed in
一方、保護回路１１によると、補助経路１８では、充電、放電ともに抵抗１６によって、電流制限をかけているものの、外部機器と二次電池２間で電力の受け渡しは補助経路１８を通じて可能であるため、バッテリーパック１からの電力を合図に充電を開始する充電器５でも充電開始が可能である。さらに、バッテリーパック１の正極端子３及び負極端子４の端子間がショートしたとしても、抵抗１６により電流制限されているので過大電流が流れず危険な状態にならない。
On the other hand, according to the protection circuit 11, in the
特許文献３に開示された引用発明の構成によると、別途、充電器が二次電池の仕様に合っているかを識別するために通信用端子が必要となる。一方、保護回路１１によると、補助経路１８に流れる電流電圧から、バッテリーパック１の充電仕様にあっているかどうかを確認できるので、わざわざ充電器５と通信をせずとも安全に充電可能である。
According to the configuration of the cited invention disclosed in
特許文献４に開示された引用発明のように、充電器が電気的に開放状態になっているものは、バッテリーパックの端子間電圧に変動が起こらないため、充電が開始できない。また、急速充電経路にはスイッチがなく、二次電池が過充電状態となっても電力が供給されれば充電され続けて危険である。一方、保護回路１１によると、補助経路１８では、充電、放電ともに抵抗１６により電流制限をかけているものの、外部機器と電力の受け渡しは可能であるので、バッテリーパック１からの電力を合図に充電開始する充電器５でも充電開始が可能である。バッテリーパック１の正極端子３及び負極端子４の端子間がショートしたとしても、抵抗１６により電流制限されているので過大電流が流れず危険な状態にならない。
As in the cited invention disclosed in Patent Document 4, when the charger is electrically open, the voltage between the terminals of the battery pack does not fluctuate, so that charging cannot be started. In addition, there is no switch in the quick charging path, and even if the secondary battery is overcharged, it is dangerous to continue to be charged if power is supplied. On the other hand, according to the protection circuit 11, although the current is limited by the
また、正極端子３及び負極端子４間の電圧値が所定の範囲内であると電圧値判定部２２が判定すると、第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ１２・１３をオンとする。
When the voltage
そして、マイコン２０は、さらに、主経路１７及び補助経路１８の両経路から二次電池２の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部２５を備えている。
The
上記構成によると、電流値判定部２５は、主経路１７及び補助経路１８の両経路から二次電池２の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定するため、より正確に、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５が、二次電池２の仕様に合っているが否かを判定することができる。このため、さらに正確に、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５が二次電池２の仕様にあっているか否かを判定することができる。
According to the above configuration, the current
ここで、充電器側で、二次電池の充電が完了したか否かを判定する条件は、二次電池の電圧が所定値以上となったか否か、又は、充電器が出力する電流が所定値以下となったか否かを判定することが一般的である。 Here, the condition for determining whether or not the charging of the secondary battery has been completed on the charger side is whether or not the voltage of the secondary battery has become a predetermined value or more, or the current output by the charger is predetermined. In general, it is determined whether or not the value is less than or equal to the value.
図１１に示したように、特許文献１で用いられている抵抗３０７は、Ｐｃｈ型ＭＯＳＦＥＴ３０６と寄生ダイオード３０８とに接続されることで、いわゆるプルアップ抵抗が構成されている。このようなプルアップ抵抗は、限りなく電流を流さず、多くても流れる電流は数ｍＡ程度である。このように、限りなく少ない電流しか流れない場合、充電器側で、二次電池の充電が完了したと誤認識する可能性がある。
As shown in FIG. 11, the
一方、本実施形態に係る抵抗１６は、上述のように、（i）二次電池２の最大電圧（満充電時の二次電池２の電圧）（ii）二次電池２の最小電圧（二次電池２の電荷が空のときの二次電池２の電圧）（iii）二次電池２が許容する最大充電電流（または１時間で電池が空の状態から満充電になる充電電流（１Ｃと称する））（iv）抵抗１６の抵抗値（v）安全率とすると、（iv）抵抗１６の抵抗値の好ましい決め方は、以下の通りである。
（iv）＝（（i）−（ii））／（（iii）×（v））
これにより、抵抗１６を有する補助経路１８には１Ａ〜数Ａの電流が流れる。したがって、充電器５側で、二次電池２の充電が完了したと誤認識することを防止することができる。
On the other hand, as described above, the
(Iv) = ((i) − (ii)) / ((iii) × (v))
As a result, a current of 1 A to several A flows through the
このように、本実施形態に係るバッテリーパック１によると、接続を検出する方法が異なる以下のような充電器５それぞれに対応可能である。
（１）接続を検出せずとも充電するタイプ（直流安定化電源による充電も含む）。
（２）ユーザーが外部スイッチをＯＮしたことを検出した後充電を開始するタイプ。
（３）充電器の端子間電圧を用いて接続検出を行った後充電するタイプ。
（４）充電器５にバッテリーパック１から流れ込む電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
（５）充電器５からバッテリーパック１へ流れ出る電流を用いて接続検出を行った後、充電を開始するタイプ。
Thus, according to the battery pack 1 which concerns on this embodiment, it can respond to each of the following
(1) A type in which charging is performed without detecting connection (including charging by a DC stabilized power supply).
(2) A type that starts charging after detecting that the user has turned on the external switch.
(3) A type in which charging is performed after connection detection is performed using the voltage between terminals of the charger.
(4) A type in which charging is started after connection detection is performed using a current flowing from the battery pack 1 into the
(5) A type in which charging is started after connection detection is performed using a current flowing from the
なお、バッテリーパック１は、通信用の端子を設けていないため、通信を行い認証が取れたのち充電を開始するタイプの充電器には対応ができない。 Since the battery pack 1 does not have a communication terminal, the battery pack 1 is not compatible with a type of charger that starts charging after performing communication and authentication.
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５〜図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 2]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図５は、本発明の実施形態２に係るバッテリーパック１Ａの構成を表す図である。バッテリーパック１Ａは、バッテリーパック１が備えていた保護回路１１に換えて保護回路１１Ａを備える。保護回路１１Ａは、保護回路１１が備えていたマイコン２０に換えてマイコン２０Ａを備え、さらに、第二のスイッチ４２・４３を備えている点で、バッテリーパック１と相違する。保護回路１１Ａの他の構成は保護回路１１と同様である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a
第二のスイッチ４２・４３は、補助経路１８における、抵抗１６と、接続部Ｎ３との間に配置されている。第二のスイッチ４２と、第二のスイッチとは直列に接続されている。
The second switches 42 and 43 are disposed between the
第二のスイッチ４２・４３は、マイコン２０Ａからの指示により、オン（開）状態と、オフ（閉）状態とが切り替わる。第二のスイッチ４２・４３それぞれのゲートはマイコン２０Ａと接続されている。第二のスイッチ４２・４３それぞれのソース同士が接続されている。第二のスイッチ４２のドレインは抵抗１６と接続されている。第二のスイッチ４３のドレインは接続部Ｎ３と接続されている。
The second switches 42 and 43 are switched between an on (open) state and an off (closed) state in accordance with an instruction from the
第二のスイッチ４２・４３としては、第一のスイッチ１２・１３と同様に、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ、バイポーラトランジスタなど電気的にスイッチの切り替えができるものを用いることができる。ただし、ＦＥＴなど一方向の電流しか制御できないものはｂａｃｋ‐ｔｏ‐ｂａｃｋの構成のように、制御方向の異なる２個のＦＥＴをそれぞれ逆方向に接続する必要がある。また、第一のスイッチ１２・１３は、リレー回路で構成してもよい。
As the
図６は、実施形態２に係るバッテリーパック１Ａのマイコン２０Ａの構成を表す機能ブロック図である。
FIG. 6 is a functional block diagram illustrating a configuration of the
マイコン２０Ａは、マイコン２０が備えていた電圧値判定部２２及び電流値判定部２５に換えて、電圧値判定部２２Ａ及び電流値判定部２５Ａを備え、さらに、第二のスイッチ制御部３１を備えている点で、マイコン２０と相違する。第二のスイッチ制御部３１は、第二のスイッチ４２・４３のオンとオフとを切り替えるものである。
The
図７は、実施形態２に係るバッテリーパック１Ａの動作の流れを表す図である。まず、バッテリーパック１Ａに充電器５が接続される前に、第一のスイッチ制御部２１は、第一のスイッチ１２・１３をオフ（開）状態とする（ステップＳ１１）。これにより、主経路１７には電流が流れない状態となる。
FIG. 7 is a diagram illustrating an operation flow of the
さらに、バッテリーパック１Ａに充電器５が接続される前に、第二のスイッチ制御部３１は、第二のスイッチ４２・４３をオン（閉）状態とする（ステップＳ１２）。これにより、補助経路１８には電流が流れる状態となる。
Furthermore, before the
そして、ステップＳ１３の処理をし、ステップＳ１３でＮＯの場合、ステップＳ１４の処理を行う。ステップＳ１４にて、電圧値判定部２２Ａは正極端子３及び負極端子４間がショートしている判断すると、電圧値判定部２２Ａは、第二の正極端子３及び負極端子４間がショートしている旨の情報を第二のスイッチ制御部３１へ出力する。
Then, the process of step S13 is performed. If NO in step S13, the process of step S14 is performed. In step S14, when the voltage
第二のスイッチ制御部３１は、電圧値判定部２２Ａから、第二の正極端子３及び負極端子４間がショートしている旨の情報を取得すると、第二のスイッチ４２・４３をオフ（閉）状態とする（ステップＳ３２）。これにより、主経路１７に加え、補助経路１８にも電流は流れなくなるため、二次電池２からの電流の流出を停止させることができる。
When the second
一方、ステップＳ１３でＹＥＳの場合、ステップＳ１５からステップＳ２１まで、図４を用いて説明した処理と同様に処理する。ステップＳ２１にてＮＯの場合、電圧値判定部２２Ａは、電圧値が適正ではない旨の情報を第一のスイッチ制御部２１、仕様判定部２６及び第二のスイッチ制御部３１へ出力する。
On the other hand, if YES in step S13, the process from step S15 to step S21 is performed in the same manner as described with reference to FIG. In the case of NO in step S21, the voltage
第一のスイッチ制御部２１は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部２２Ａから取得すると、第一のスイッチ１２・１３をオフ（開）状態とする。さらに、第二のスイッチ制御部３１は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部２２Ａから取得すると、第二のスイッチ４２・４３をオフ（開）状態とする。これにより、主経路１７に加え補助経路１８にも電流は流れなくなる。
When the first
そして、仕様判定部２６は、電圧値が適正ではない旨の情報を電圧値判定部２２Ａから取得すると、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器５は、仕様範囲外の充電器であると判定する（ステップＳ２３）。この後、例えば、図示しない通知部によって、正極端子３及び負極端子４間に接続された充電器は仕様範囲外の充電器である旨を作業者に通知するようにしてもよい。
And if the
一方、ステップＳ２１でＹＥＳの場合、ステップＳ２４からステップＳ２７まで、図４を用いて説明した処理と同様に処理する。 On the other hand, when YES is determined in the step S21, the process from the step S24 to the step S27 is performed in the same manner as described with reference to FIG.
ここで、補助経路１８に第二のスイッチ４２・４３を配置しない場合、補助経路１８には抵抗１６により電流制限がかかっているとはいえ、充放電は可能な状態であるため、（i）充電中に過充電状態になり二次電池の電圧が高くなりすぎても二次電池２への流入電流をとめることができない（ii）放電中に過放電状態になり二次電池２の電圧が低くなりすぎても二次電池２からの流出電流をとめることができないといった問題が生じる。上記（i）（ii）とも二次電池２にとって危険な状態であるため回避することが好ましい。
Here, when the
そこで、保護回路１１Ａは、補助経路１８に、第二のスイッチ４２・４３が配置されているため、正極端子３及び負極端子４間の電圧値が所定の範囲内ではないと電圧値判定部２２Ａが判定した場合、第二のスイッチ制御部３１が第二のスイッチ４２・４３をオフとすることで、補助経路１８を通じて二次電池２へ電流が流入することを防止することができる。これにより、二次電池２の仕様に合わない充電器５が接続されたことに起因して上記電池が破損することを防止することができる。
Therefore, in the
さらに、二次電池２が放電している場合でも、第二のスイッチ制御部３１が第二のスイッチ４２・４３をオフとすることで、補助経路１８を通じての放電が停止するため、二次電池２の過放電を停止することができる。
Furthermore, even when the
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１、２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 3]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIG. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図８は、本発明の実施形態３に係るバッテリーパック１Ｂの構成を表す図である。バッテリーパック１Ｂは、バッテリーパック１Ａが備えていた保護回路１１Ａに換えて保護回路１１Ｂを備える。保護回路１１Ｂは、保護回路１１Ａが備えていた抵抗１６に換えて、サーミスタ４６を備えている点で相違する。保護回路１１Ｂの他の構成は保護回路１１Ａと同様である。
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration of a
サーミスタ４６は、補助経路１８において、接続部Ｎ２と第二のスイッチ４２との間に配置されている。
The
サーミスタ４６としては、例えば、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタを用いることができる。ＰＴＣサーミスタは、電流が流れると発熱により抵抗値が上がる素子である。
As the
ここで、補助経路１８に、サーミスタ４６ではなく、固定抵抗を配置した場合、端子間電圧（充電器５の電圧）と二次電池２の電圧の差が小さい場合、充電器５から補助経路１８と通って二次電池２へ流入する電流（充電電流）は小さい。さらに、補助経路１８に配置された固定抵抗により、充電電流が制限され、さらに小さくなる。これによると、以下の問題が生じる。
（１）充電電流の電流値が電流測定部１５の分解能以下になると、電流測定部１５にて電流を検出できず、ステップＳ１８（図７参照）にて、充放電判定部２４は充電器５の接続を認識できなくなる。
（２）一般的に、二次電池を充電するための充電条件として、ＣＣ‐ＣＶ充電という制御が充電器にてなされる。その充電条件において充電を終了する条件（充電終了条件）は「ＣＶ充電中の電流が閾値以下」と定められている。すなわち、補助経路１８において電流制限がされすぎると、この充電終了条件に適合してしまい、充電器から二次電池への充電を開始した直後に、充電器が充電完了と誤認識する可能性がある。
Here, when a fixed resistor is arranged in the
(1) When the current value of the charging current becomes equal to or lower than the resolution of the
(2) Generally, as a charging condition for charging the secondary battery, control called CC-CV charging is performed by a charger. A condition for terminating charging under the charging condition (charging termination condition) is defined as “the current during CV charging is equal to or less than a threshold”. That is, if the current is excessively limited in the
上記（１）（２）の問題を解決するためには、補助経路１８に設ける電流制限部としては、端子間電圧（充電器５の電圧）と二次電池２の電圧の差が小さい時には、補助経路１８における電流制限を弱くかけ、端子間電圧（充電器５の電圧）と二次電池２の電圧の差が大きい時には、補助経路１８における電流制限を強くかけるような部材が望ましい。
In order to solve the above problems (1) and (2), as the current limiting unit provided in the
そこで、補助経路１８に設ける電流制限部として、補助経路１８に流れる電流量（発熱量）によって、抵抗が変化するＰＴＣサーミスタを使用することが好ましい。
Therefore, it is preferable to use a PTC thermistor whose resistance varies depending on the amount of current flowing through the auxiliary path 18 (heat generation amount) as the current limiting unit provided in the
ＰＴＣサーミスタによると、充電器５の電圧と二次電池２の電圧との差が小さい時は抵抗が小さくなり、充電器５の電圧と二次電池２の電圧との差が大きい時は抵抗が大きくなる。
According to the PTC thermistor, the resistance decreases when the difference between the voltage of the
ここで、ＰＴＣサーミスタの抵抗値そのものは重要であるが、さらに、ＰＴＣサーミスタの抵抗値の変化率も重要である。 Here, the resistance value itself of the PTC thermistor is important, but the rate of change of the resistance value of the PTC thermistor is also important.
つまり、ＰＴＣサーミスタによると、充電器５と二次電池２との電圧差が大きい場合は、ＰＴＣサーミスタの抵抗値も急激に増えて補助経路１８に流れる電流を制限する。これにより、二次電池２に大電流が流れないようにすることができる。充電器５と二次電池２との電圧差が小さい場合は、ＰＴＣサーミスタの抵抗値も緩やかに増えて補助経路１８に流れる電流を制限する。
That is, according to the PTC thermistor, when the voltage difference between the
このように、充電器５と二次電池２との電圧差が大きい場合も、小さい場合もある点で、充電器５と二次電池２との電圧差は平衡状態となる。
Thus, the voltage difference between the
このように、充電器５と二次電池２との電圧差が大きい場合はＰＴＣサーミスタの抵抗値も大きくなり、充電器５と二次電池２との電圧差が小さい場合はＰＴＣサーミスタの抵抗値は小さいままとなる。
Thus, when the voltage difference between the
このように、補助経路１８に、固定抵抗に換えてＰＴＣサーミスタを配置することで、充電器５の電圧値と二次電池２の電圧値との差と、ＰＴＣサーミスタの抵抗値とＰＴＣサーミスタに流れる電流値とのバランスがよくなる。このため、固定抵抗よりも、充電器５の電圧値と二次電池２の電圧値との差が大きくなくても補助経路１８に電流が流れる。これにより、充電器５の電圧値と、二次電池２の電圧値との差が大きくなくても、ステップＳ１８（図７参照）において、充放電判定部２４は、充電器５の接続を検出することができる。
As described above, by arranging the PTC thermistor in the
ＰＴＣサーミスタは、室温時の抵抗値が小さいものを選んでおくとよい。 As the PTC thermistor, one having a small resistance value at room temperature may be selected.
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図９及び図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、実施形態１〜３にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
[Embodiment 4]
The following will describe another embodiment of the present invention with reference to FIGS. For convenience of explanation, members having the same functions as those described in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図９は、本発明の実施形態４に係るバッテリーパック１Ｃの構成を表す図である。バッテリーパック１Ｃは、バッテリーパック１Ｂが備えていた保護回路１１Ｂに換えて保護回路１１Ｃを備える。
FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a battery pack 1C according to Embodiment 4 of the present invention. The battery pack 1C includes a protection circuit 11C instead of the
保護回路１１Ｃは、保護回路１１Ｂのサーミスタ４６に換えて、定電流回路５１・５２を備えている点で保護回路１１Ｂと相違する。保護回路１１Ｃの他の構成は、保護回路１１Ｂと同様である。
The protection circuit 11C is different from the
定電流回路５１・５２は、補助経路１８において、接続部Ｎ２と第二のスイッチ４２との間に配置されている。定電流回路５１と定電流回路５２とは並列に接続されている。定電流回路５１と定電流回路５２とは、接続部Ｎ５・Ｎ６によって接続されている。
The constant
定電流回路５１・５２としては、例えば、フの字型電流制限回路（フォールドバック型電流制限回路）や垂Ｌ字型電流制限回路等を用いることができる。フの字型電流制限回路（フォールドバック型電流制限回路）や垂Ｌ字型電流制限回路であれば、回路自体の抵抗が小さく、電流が大きくなれば電流制限機能が働くので、このような端子間電圧（充電器５の電圧）と二次電池２の電圧の差に合せて抵抗値を変えずともよい。つまり、電流制限部を定電流回路５１・５２とすることで、固定抵抗の場合とは異なり、充電器５と二次電池２との電圧差により、補助経路１８に流れる電流が制限されすぎることを防止することができる。但し、固定抵抗に比べて定電流回路５１・５２は部品点数が増えるため、コストは増大する。
As the constant
フの字型電流制限回路（フォールドバック型電流制限回路）や垂Ｌ字型電流制限回路は、一方向の電流のみに電流制限をかける。このため、定電流回路５１・５２のように、２つの回路を並列にし、さらに、定電流回路５１と定電流回路とで回路の向きを逆方向にして接続する必要がある。
The U-shaped current limiting circuit (foldback type current limiting circuit) and the vertical L-shaped current limiting circuit limit the current only in one direction. For this reason, like the constant
図１０は、定電流回路５１として用いるフォールドバック型電流制限回路の構成の一例を表す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of a configuration of a foldback type current limiting circuit used as the constant
定電流回路５１においては、接続部Ｎ５側がＩＮ（入力）側の端子であり、接続部Ｎ６側がＯＵＴ（出力）側の端子である。
In the constant
ＦＥＴＱ１のベースは抵抗Ｒ１を介して接続部Ｎ５と接続されている。ＦＥＴＱ１のコレクタは図示しない電源Ｖｃｃと接続されている。ＦＥＴＱ１のエミッタは、直列に接続された抵抗Ｒｓ・ＲＬを介して接続部Ｎ６と接続されている。 The base of the FET Q1 is connected to the connection portion N5 via the resistor R1. The collector of the FET Q1 is connected to a power source Vcc (not shown). The emitter of the FET Q1 is connected to the connection portion N6 via resistors Rs and RL connected in series.
ＦＥＴＱ２のベースは、抵抗Ｒ３を介してＦＥＴＱ１のエミッタと抵抗Ｒｓとの間に接続されていると共に、抵抗Ｒ２を介して接地されている。ＦＥＴＱ２のコレクタは抵抗Ｒ１とＦＥＴＱ１のベースとの間に接続されている。ＦＥＴＱ２のエミッタは抵抗Ｒｓと抵抗ＲＬとの間に接続されている。 The base of the FET Q2 is connected between the emitter of the FET Q1 and the resistor Rs through the resistor R3, and is grounded through the resistor R2. The collector of the FET Q2 is connected between the resistor R1 and the base of the FET Q1. The emitter of the FET Q2 is connected between the resistor Rs and the resistor RL.
定電流回路５２は、図１０に示すフォールドバック型電流制限回路のうち、ＩＮ（入力）側の端子と、ＯＵＴ（出力）側の端子とを入れ替えればよい。
The constant
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る保護回路１１・１１Ａ〜１１Ｃは、充電式の電池（二次電池２）と、当該電池（二次電池２）の正極と接続されている正極端子３及び当該電池（二次電池２）の負極と接続されている負極端子４との間に配置されている上記電池（二次電池２）の保護回路１１・１１Ａ〜１１Ｃであって、上記正極端子３から上記電池（二次電池２）の正極へ至る経路であって、上記正極端子３及び上記負極端子４間に装置（充電器５）が接続される前はオフとなっている第一のスイッチ１２・１３が配置された第一の経路（主経路１７）と、電流制限部（抵抗１６・サーミスタ４６・定電流回路５１・５２）が配され、上記第一の経路（主経路１７）と並列に接続された第二の経路（補助経路１８）と、上記正極端子３及び上記負極端子４間に装置（充電器５）が接続されると、上記電流制限部（抵抗１６・サーミスタ４６・定電流回路５１・５２）及び上記電池（二次電池２）の正極間を流れる電流値から、上記電池（二次電池２）が充電されているか否かを判定する充電判定部（充放電判定部２４）と、上記電池（二次電池２）が充電されていると上記充電判定部（充放電判定部２４）が判定すると、上記正極端子３及び上記負極端子４間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部２２とを備えることを特徴とする。
[Summary]
The
上記構成によると、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前は、上記第一のスイッチはオフとなっている。このため、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続された直後には上記第一の経路には電流が流れず、上記第二の経路に電流が流れる。そして、上記第二の経路には、上記電流制限部が配置されているため、上記電池へ流入する又は流出する電流を所定の範囲内に抑えることができる。このため、上記電池の破損を防止することができる。 According to the above configuration, the first switch is off before the device is connected between the positive terminal and the negative terminal. Therefore, immediately after the device is connected between the positive terminal and the negative terminal, current does not flow through the first path, but current flows through the second path. And since the said current limiting part is arrange | positioned at said 2nd path | route, the electric current which flows in into the said battery or flows out can be restrained in the predetermined range. For this reason, the battery can be prevented from being damaged.
さらに、上記充電判定部は、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から上記電池が充電されているか否かを判定する。これにより、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された装置が充電器であるか、または、負荷であるかを判定することができる。 Further, when the device is connected between the positive terminal and the negative terminal, the charge determination unit determines whether or not the battery is charged from a current value flowing between the current limiting unit and the positive electrode of the battery. To do. Thereby, it can be determined whether the apparatus connected between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is a charger or a load.
そして、上記電圧値判定部は、上記電池は充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する。これにより、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が、上記電池の仕様に合わない充電器であるか否かを判定することができる。 And if the said charge determination part determines that the said battery is charged, the said voltage value determination part will determine whether the voltage value between the said positive electrode terminal and the said negative electrode terminal is in a predetermined range. Thereby, it can be determined whether the charger connected between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is a charger that does not meet the specifications of the battery.
これにより、上記電池の仕様に合わない充電器によって上記電池が充電されてしまうことを防止することができる。このため、上記電池の専用の充電器だけではなく、種々の充電器によって上記電池を充電することができる。この結果、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路を得ることができる。 Thereby, it can prevent that the said battery will be charged with the charger which does not match the specification of the said battery. For this reason, the battery can be charged not only by the dedicated charger for the battery but also by various chargers. As a result, it is possible to obtain a protection circuit for protecting a battery having a wide range of usable charger types and high versatility.
本発明の態様２に係る保護回路１１Ａは、上記態様１において、上記第二の経路（補助経路１８）に、第二のスイッチ４２・４３が配されていてもよい。上記構成によると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内ではないと上記電圧値判定部が判定した場合、上記第二のスイッチをオフとすることで、上記第二の経路を通じて上記電池へ電流が流入することを防止することができる。これにより、上記電池の仕様に合わない充電器が接続されたことに起因して上記電池が破損することを防止することができる。
In the
本発明の態様３に係る保護回路１１・１１Ａ〜１１Ｃは、上記態様１または２において、上記正極端子３及び上記負極端子４間の電圧値が所定の範囲内であると上記電圧値判定部２２が判定すると、上記第一のスイッチのオンとオフを制御する第一のスイッチ制御部２１は、上記第一のスイッチ１２・１３をオンとし、さらに、上記第一の経路（主経路１７）及び上記第二の経路（補助経路１８）から上記電池（二次電池２）の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部２５を備えていることが好ましい。
The
上記構成によると、上記電流値判定部は、上記第一の経路及び上記第二の経路から上記電池の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定するため、より正確に、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が、上記電池の仕様に合っているが否かを判定することができる。このため、さらに正確に、上記正極端子及び上記負極端子間に接続された充電器が上記電池の仕様にあっているか否かを判定することができる。 According to the above configuration, the current value determination unit determines whether the current value flowing into the positive electrode of the battery from the first path and the second path is within a predetermined range. Exactly, it is possible to determine whether or not the charger connected between the positive terminal and the negative terminal meets the specifications of the battery. For this reason, it can determine more correctly whether the charger connected between the said positive electrode terminal and the said negative electrode terminal is the specification of the said battery.
本発明の態様４に係る保護回路１１・１１Ａは、上記態様１〜３において、上記電流制限部（抵抗１６）は固定抵抗（抵抗１６）であってもよい。上記構成によると、上記電流制限部を、低コストで実現可能である。
In the
本発明の態様５に係る保護回路１１Ｂは、上記態様１〜３において、上記電流制限部（サーミスタ４６）は、サーミスタ４６であってもよい。上記構成によると、正極端子及び負極端子間に接続された充電器と電池との電圧差が小さくても、可変抵抗の抵抗値を変更することで、正確に充電器の接続を検出することができる。さらに、サーミスタ４６によると、充電器５と二次電池２との電圧差が大きい場合は、サーミスタ４６の抵抗値も急激に増えて補助経路１８に流れる電流を制限する。これにより、二次電池２に大電流が流れないようにすることができる。充電器５と二次電池２との電圧差が小さい場合は、サーミスタ４６の抵抗値も緩やかに増えて補助経路１８に流れる電流を制限する。
In the
本発明の態様６に係る保護回路１１Ｃは、上記態様１〜３において、上記電流制限部（定電流回路５１・５２）は、定電流回路５１・５２であってもよい。上記構成により抵抗値を変更しなくても正極端子及び負極端子間に接続された充電器を正確に検出することができる。つまり、上記電流制限部を定電流回路５１・５２とすることで、固定抵抗の場合とは異なり、充電器５と二次電池２との電圧差により、補助経路１８に流れる電流が制限されすぎることを防止することができる。
In the protection circuit 11C according to the sixth aspect of the present invention, in the first to third aspects, the current limiting unit (constant
本発明の態様７に係るバッテリーパック１・１Ａ〜１Ｃは、上記態様１〜６において、上記保護回路１１・１１Ａ〜１１Ｃと、上記正極端子３と、上記負極端子４と、上記電池（二次電池２）とを備えていてもよい。これにより、使用できる充電器の種類の幅が広く汎用性が高い電池を保護するための保護回路を有するバッテリーパックを得ることができる。
The battery packs 1, 1 A to 1 C according to aspect 7 of the present invention are the above-described
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention. Furthermore, a new technical feature can be formed by combining the technical means disclosed in each embodiment.
１・１Ａ〜１Ｃ バッテリーパック
２ 二次電池（電池）
３ 正極端子
４ 負極端子
５ 充電器（装置）
６ 充電制御部
７ 正極端子
８ 負極端子
１１・１１Ａ〜１１Ｃ 保護回路
１２・１３ 第一のスイッチ
１４ 電圧測定部
１５ 電流測定部
１６ 抵抗（電流制限部）
１７ 主経路（第一の経路）
１８ 補助経路（第二の経路）
２０・２０Ａ マイコン
２１ 第一のスイッチ制御部
２２・２２Ａ 電圧値判定部
２４ 充放電判定部（充電判定部）
２５・２５Ａ 電流値判定部
２６ 仕様判定部
３１ 第二のスイッチ制御部
４２・４３ 第二のスイッチ
４６ サーミスタ（電流制限部）
５１・５２ 定電流回路（電流制限部）
Ｎ１〜Ｎ６ 接続部
1.1
3 Positive terminal 4
6 Charging Control Unit 7
17 Main route (first route)
18 Auxiliary route (second route)
20,
25 / 25A Current
51 ・ 52 Constant current circuit (current limiting part)
N1-N6 connections
Claims (7)
上記正極端子から上記電池の正極へ至る経路であって、上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続される前はオフとなっている第一のスイッチが配置された第一の経路と、
電流制限部が配され、上記第一の経路と並列に接続された第二の経路と、
上記正極端子及び上記負極端子間に装置が接続されると、上記電流制限部及び上記電池の正極間を流れる電流値から、上記電池が充電されているか否かを判定する充電判定部と、
上記電池が充電されていると上記充電判定部が判定すると、上記正極端子及び上記負極端子間の電圧値が所定の範囲内であるか否かを判定する電圧値判定部とを備えることを特徴とする保護回路。 A battery protection circuit disposed between a rechargeable battery, a positive electrode terminal connected to the positive electrode of the battery, and a negative electrode terminal connected to the negative electrode of the battery,
A path from the positive terminal to the positive electrode of the battery, a first path in which a first switch that is turned off before the device is connected between the positive terminal and the negative terminal;
A current path is disposed, and a second path connected in parallel with the first path;
When a device is connected between the positive terminal and the negative terminal, a charge determination unit that determines whether or not the battery is charged from a current value flowing between the current limiting unit and the positive electrode of the battery;
And a voltage value determination unit that determines whether or not a voltage value between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is within a predetermined range when the charge determination unit determines that the battery is charged. Protection circuit.
さらに、上記第一の経路及び上記第二の経路から上記電池の正極へ流入する電流値が、所定の範囲内であるか否かを判定する電流値判定部を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の保護回路。 When the voltage value determination unit determines that the voltage value between the positive electrode terminal and the negative electrode terminal is within a predetermined range, the first switch control unit that controls on / off of the first switch includes: Turn on one switch,
And a current value determining unit that determines whether or not a current value flowing into the positive electrode of the battery from the first path and the second path is within a predetermined range. The protection circuit according to claim 1 or 2.
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|---|---|---|---|---|
| JP2019022429A (en) * | 2017-07-17 | 2019-02-07 | 江蘇美的清潔電器股▲ふん▼有限公司 | Charging device for cleaner and quick charge control method for the same |
-
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