JP2019106746A - 二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】監視端子を過電圧から保護すること。【解決手段】二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路をオフにすることによって、前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、前記二次電池の正極に接続可能な電源端子と、前記二次電池の負極に接続可能なグランド端子と、前記マイナス端子に抵抗を介して接続可能であり、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、二次電池保護集積回路。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パックに関する。

従来、二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路をオフにすることによって当該二次電池を保護する二次電池保護集積回路が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１０−１２４６４０号公報 特開２０１３−０５５７５９号公報

二次電池保護集積回路には、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子に抵抗を介して接続可能な監視端子が設けられることがある。この監視端子は、マイナス端子の電位の監視に使用される。

しかしながら、二次電池保護集積回路が使用される態様によっては、二次電池の負極とマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路がオフになると、マイナス端子の電位が上昇し、監視端子の電圧が過度に上昇する場合がある。

そこで、本開示は、監視端子を過電圧から保護する機能を備える二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パックを提供する。

本開示は、
二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路をオフにすることによって、前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記二次電池の正極に接続可能な電源端子と、
前記二次電池の負極に接続可能なグランド端子と、
前記マイナス端子に抵抗を介して接続可能であり、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、二次電池保護集積回路を提供する。

また、本開示は、
二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路をオフにすることによって前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路とを備える二次電池保護装置であって、
前記二次電池保護集積回路は、
前記二次電池の正極に接続可能な電源端子と、
前記二次電池の負極に接続可能なグランド端子と、
前記マイナス端子に抵抗を介して接続可能であり、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、二次電池保護装置を提供する。

また、本開示は、
直列に接続される複数の二次電池のうち最下位の二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路をオフにすることによって前記複数の二次電池を保護する複数の二次電池保護集積回路とを備える二次電池保護装置であって、
前記複数の二次電池保護集積回路のうち、前記最下位の二次電池に対して設けられる二次電池保護集積回路は、
前記最下位の二次電池の正極に接続可能な電源端子と、
前記最下位の二次電池の負極に接続可能なグランド端子と、
前記マイナス端子に抵抗を介して接続可能であり、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、二次電池保護装置を提供する。

また、本開示は、
二次電池と、
前記二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路をオフにすることによって、前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路とを備える電池パックであって、
前記二次電池保護集積回路は、
前記二次電池の正極に接続される電源端子と、
前記二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
前記マイナス端子に抵抗を介して接続され、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、電池パックを提供する。

また、本開示は、
直列に接続される複数の二次電池と、
前記複数の二次電池のうち最下位の二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路をオフにすることによって前記複数の二次電池を保護する複数の二次電池保護集積回路とを備える電池パックであって、
前記複数の二次電池保護集積回路のうち、前記最下位の二次電池に対して設けられる二次電池保護集積回路は、
前記最下位の二次電池の正極に接続される電源端子と、
前記最下位の二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
前記マイナス端子に抵抗を介して接続され、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、電池パックを提供する。

本開示によれば、監視端子を過電圧から保護することができる。

第１の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。 クランプ回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。 第２の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。 第３の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、第１の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。電池パック１００は、負荷接続端子５，６に接続される負荷９０に電力を供給可能な二次電池７０と、二次電池７０を保護する保護モジュール８０とを備える。

電池パック１００は、負荷９０に内蔵されても外付けされてもよい。負荷９０の具体例として、電動工具などの電動機器や、携帯電話等の電子機器が挙げられる。電子機器の具体例として、携帯電話、スマートフォン、コンピュータ、ゲーム機、カメラなどが挙げられる。負荷９０は、これらの機器に限られない。

二次電池７０は、負荷接続端子５，６に接続される不図示の充電器によって充電可能である。二次電池７０の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。二次電池７０は、直列に接続される複数の組電池（図１には、２つの組電池７１，７２が例示）を含んで構成されている。組電池７１は、直列に接続される複数のセルを含んで構成される二次電池である。組電池７２は、直列に接続される複数のセルを含んで構成される二次電池である。

保護モジュール８０は、二次電池保護装置の一例であり、例えば、負荷接続端子５と、負荷接続端子６と、スイッチ回路３とを備える。

負荷接続端子５は、負荷９０又は充電器の電源端子が接続されるプラス端子（Ｐ＋端子）である。負荷接続端子６は、負荷９０又は充電器のグランドが接続されるマイナス端子（Ｐ−端子）である。負荷接続端子５は、電流経路９ａを介して、二次電池７０の正極（組電池７２の正極）に接続される。負荷接続端子６は、電流経路９ｂを介して、二次電池７０の負極（組電池７１の負極）に接続される。

スイッチ回路３は、複数の組電池７１，７２のうち最下位の組電池７１の負極と、負荷９０又は充電器のグランドに接続される負荷接続端子６との間の電流経路９ｂに直列に挿入される。

スイッチ回路３は、例えば、トランジスタ１，２を備える。トランジスタ１は、組電池７１，７２の充電経路を遮断する充電経路遮断部であり、トランジスタ２は、組電池７１，７２の放電経路を遮断する放電経路遮断部である。図１の場合、トランジスタ１は、組電池７１，７２の充電電流が流れる電流経路９ｂを遮断し、トランジスタ２は、組電池７１，７２の放電電流が流れる電流経路９ｂを遮断する。トランジスタ１，２は、電流経路９ｂの導通／遮断を切り替えるスイッチング素子であり、電流経路９ｂに直列に挿入されている。トランジスタ１，２は、例えば、ＮＭＯＳ（N-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。

保護モジュール８０は、組電池７１，７２と同じ個数の複数の保護ＩＣ（Integrated Circuit）を備える。図１には、２つの保護ＩＣ１０，２０が例示されている。保護ＩＣ１０，２０は、それぞれ、二次電池保護集積回路の一例である。保護ＩＣ１０，２０のいずれも、スイッチ回路３をオフにすることによって、組電池７１，７２の保護動作を行う。保護ＩＣ１０は、組電池７１，７２のうち最下位の組電池７１に対して設けられ、保護ＩＣ２０は、組電池７１，７２のうち最上位の組電池７２に対して設けられている。具体的には、保護ＩＣ１０は、組電池７１に並列に接続され、組電池７１の正極と負極との間の電池電圧Ｖ１で動作する集積回路であり、保護ＩＣ２０は、組電池７２に並列に接続され、組電池７２の正極と負極との間の電池電圧Ｖ２で動作する集積回路である。保護ＩＣ１０，２０は、別々のチップで構成されている。保護ＩＣ１０，２０が互いに同じ回路構成であると、コスト削減が可能となる。

保護ＩＣ１０の充放電制御部１９は、保護ＩＣ１０の電源端子１５（ＶＤＤ端子）とグランド端子１３（ＶＳＳ端子）との間の電圧を検出することによって、組電池７１の電池電圧Ｖ１を監視している。同様に、保護ＩＣ２０の充放電制御部２９は、保護ＩＣ２０の電源端子２５（ＶＤＤ端子）とグランド端子２３（ＶＳＳ端子）との間の電圧を検出することによって、組電池７２の電池電圧Ｖ２を監視している。充放電制御部１９，２９は、例えば、論理回路の組み合わせによって形成される。

電源端子１５は、組電池７１の正極に接続される高電位側電源端子であり、グランド端子１３は、組電池７１の負極に接続される低電位側電源端子である。電源端子２５は、組電池７２の正極に接続される高電位側電源端子であり、グランド端子２３は、組電池７２の負極に接続される低電位側電源端子である。

保護モジュール８０は、保護ＩＣ１０の端子１１（ＣＯＵＴ端子）から、トランジスタ１をオンさせる信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力し、トランジスタ１をオフさせる信号（例えば、ローレベルの信号）を出力する。保護ＩＣ１０は、トランジスタ１をオンさせることによって、組電池７１，７２を充電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ１をオフさせることによって、組電池７１，７２を充電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。

また、保護モジュール８０は、保護ＩＣ１０の端子１２（ＤＯＵＴ端子）から、トランジスタ２をオンさせる信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力し、トランジスタ２をオフさせる信号（例えば、ローレベルの信号）を出力する。保護ＩＣ１０は、トランジスタ２をオンさせることによって、組電池７１，７２を放電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ２をオフさせることによって、組電池７１，７２を放電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。

同様に、保護モジュール８０は、保護ＩＣ２０の端子２１（ＣＯＵＴ端子）から、トランジスタ１をオンさせる信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力し、トランジスタ１をオフさせる信号（例えば、ローレベルの信号）を出力する。図１の場合、端子２１から出力される信号は保護ＩＣ１０の端子１７（ＳＯＣ端子）に入力され、保護ＩＣ２０は、保護ＩＣ１０を介して、トランジスタ１をオン／オフさせる。保護ＩＣ２０は、トランジスタ１をオンさせることによって、組電池７１，７２を充電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ１をオフさせることによって、組電池７１，７２を充電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。

また、保護モジュール８０は、保護ＩＣ２０の端子２２（ＤＯＵＴ端子）から、トランジスタ２をオンさせる信号（例えば、ハイレベルの信号）を出力し、トランジスタ２をオフさせる信号（例えば、ローレベルの信号）を出力する。図１の場合、端子２２から出力される信号は保護ＩＣ１０の端子１６（ＳＤＣ端子）に入力され、保護ＩＣ２０は、保護ＩＣ１０を介して、トランジスタ２をオン／オフさせる。保護ＩＣ２０は、トランジスタ２をオンさせることによって、組電池７１，７２を放電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを許可し、トランジスタ２をオフさせることによって、組電池７１，７２を放電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。

充放電制御部１９は、例えば、所定の第１の過充電検出閾値以上の電池電圧を組電池７１について検知することにより、組電池７１の過充電が検出されたとして、充電異常検出信号を出力する過充電検出回路を有する。充放電制御部１９は、組電池７１についての充電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ１をオフさせる信号を端子１１から出力する。

一方、充放電制御部２９は、例えば、所定の第２の過充電検出閾値以上の電池電圧を組電池７２について検知することにより、組電池７２の過充電が検出されたとして、充電異常検出信号を出力する過充電検出回路を有する。充放電制御部２９は、組電池７２についての充電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ１をオフさせる信号を端子２１から出力する。端子２１から出力される信号は、端子１７を介して、充放電制御部１９に供給される。

したがって、充放電制御部１９は、充放電制御部１９と充放電制御部２９のうち少なくとも一つの制御部から充電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１１から、トランジスタ１をオフさせる信号を出力する。これにより、トランジスタ２のオン状態／オフ状態にかかわらず、組電池７１，７２を過充電から保護できる。また、組電池７１，７２のうち一つの組電池のみに充電異常が発生しても、組電池７１，７２の両方の充電を禁止できる。その結果、充電異常が検出された組電池の充電を禁止できるだけでなく、正常な組電池の充電も禁止できる。

また、充放電制御部１９は、例えば、所定の第１の過放電検出閾値以下の電池電圧を組電池７１について検知することにより、組電池７１の過放電が検出されたとして、放電異常検出信号を出力する過放電検出回路を有する。充放電制御部１９は、組電池７１についての放電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ２をオフさせる信号を端子１２から出力する。

一方、充放電制御部２９は、例えば、所定の第２の過放電検出閾値以下の電池電圧を組電池７２について検知することにより、組電池７２の過放電が検出されたとして、放電異常検出信号を出力する過放電検出回路を有する。充放電制御部２９は、組電池７２についての放電異常検出信号が出力されたとき、トランジスタ２をオフさせる信号を端子２２から出力する。端子２２から出力される信号は、端子１６を介して、充放電制御部１９に供給される。

したがって、充放電制御部１９は、充放電制御部１９と充放電制御部２９のうち少なくとも一つの制御部から放電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１２から、トランジスタ２をオフさせる信号を出力する。これにより、トランジスタ１のオン状態／オフ状態にかかわらず、組電池７１，７２を過放電から保護できる。また、組電池７１，７２のうち一つの組電池のみに放電異常が発生しても、組電池７１，７２の両方の放電を禁止できる。その結果、放電異常が検出された組電池の放電を禁止できるだけでなく、正常な組電池の放電も禁止できる。

充放電制御部１９は、充電過電流検出回路を有してもよい。充電過電流検出回路は、所定の充電過電流検出閾値以下の負側端子間電圧を検知することにより、組電池７１，７２を充電する方向の過電流（充電過電流）が検出されたとして、充電異常検出信号を出力する。負側端子間電圧とは、二次電池７０の負極と負荷接続端子６との間の電圧である。充放電制御部１９は、グランド端子１３と監視端子１８との間の電圧をモニタすることによって、負側端子間電圧を検知できる。充放電制御部１９は、充電過電流検出回路から充電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１１から、トランジスタ１をオフさせる信号を出力する。これにより、トランジスタ２のオン状態／オフ状態にかかわらず、組電池７１，７２を充電過電流からも保護できる。

充放電制御部１９は、放電過電流検出回路を有してもよい。放電過電流検出回路は、所定の放電過電流検出閾値以上の負側端子間電圧を検知することにより、組電池７１，７２を放電する方向の過電流（放電過電流）が検出されたとして、放電異常検出信号を出力する。充放電制御部１９は、放電過電流検出回路から放電異常検出信号が出力されたとき、保護ＩＣ１０の端子１２から、トランジスタ２をオフさせる信号を出力する。これにより、トランジスタ１のオン状態／オフ状態にかかわらず、組電池７１，７２を放電過電流からも保護できる。

保護ＩＣ１０の監視端子１８（Ｖ−端子）は、負荷接続端子６に抵抗１４を介して接続され、負荷接続端子６の電位の監視に使用される。監視端子１８は、例えば、充放電制御部１９が負荷９０又は充電器の接続の有無を監視するのに使用される。

保護ＩＣ２０の監視端子２８（Ｖ−端子）は、充放電制御部２９が負荷接続端子６の電位を監視しないため、組電池７２の負極に接続される。また、保護ＩＣ２０の端子２７（ＳＯＣ端子）及び端子２６（ＳＤＣ端子）は、保護ＩＣ２０が最上位の組電池７２に接続されているため、電流経路９ａに接続されている。

保護ＩＣ１０は、クランプ回路３０を備える。クランプ回路３０は、電源端子１５の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）と監視端子１８の電圧（監視電圧Ｖｍ）とをモニタする。クランプ回路３０は、そのモニタ結果に応じて、監視電圧Ｖｍを電源電圧Ｖｄｄ以下に制限する。これにより、監視端子１８の電圧が電源端子１５の電圧を超えることを防止することができるので、監視端子１８を過電圧から保護することができる。

クランプ回路３０は、例えば、ＰＭＯＳ（P-channel Metal Oxide Semiconductor）トランジスタ３１を備える。ＰＭＯＳトランジスタ３１は、電位が電源端子１５の電位に連動するソースと、電位が監視端子１８の電位に連動するゲートとを備える。したがって、クランプ回路３０は、ＰＭＯＳトランジスタ３１を用いて、電源端子１５の電圧と監視端子１８の電圧とをモニタできる。

クランプ回路３０は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ３１と、ＰＭＯＳトランジスタ３２と、定電流源３３とを備える。

本実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタ３１は、電源端子１５に接続されるソースと、監視端子１８に接続されるゲートと、定電流源３３を介してグランド端子１３に接続されるドレインとを備える。

ＰＭＯＳトランジスタ３２は、電位が監視端子１８の電位に連動するソースと、電位がＰＭＯＳトランジスタ３１のドレインに連動するゲートと、グランド端子１３に接続されるドレインとを有する。本実施形態のＰＭＯＳトランジスタ３２は、ソースが監視端子１８に接続され、ゲートがＰＭＯＳトランジスタ３１のドレインに接続される。また、本実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタ３１，３２のバックゲートは、電源端子１５に接続される。

定電流源３３は、ＰＭＯＳトランジスタ３１のドレインに接続される一端と、グランド端子１３に接続される他端とを有し、ＰＭＯＳトランジスタ３１のドレインに定電流ＩＲＥＦを流す。定電流源３３は、抵抗に置換されてもよい。

クランプ回路３０は、監視端子１８の電圧を、電源端子１５の電圧以下のクランプ電圧Ｖｃにクランプする。本実施形態では、クランプ電圧Ｖｃは、電源端子１５の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）からＰＭＯＳトランジスタ３１の閾値電圧Ｖｔｈを引いた電圧（Ｖｄｄ−Ｖｔｈ）になる。

次に、クランプ回路３０の動作について説明する。

監視端子１８の電圧（監視電圧Ｖｍ）がクランプ電圧Ｖｃ（＝Ｖｄｄ−Ｖｔｈ）よりも低い状態では、ＰＭＯＳトランジスタ３１はオン状態である。ＰＭＯＳトランジスタ３１がオン状態であると、ＰＭＯＳトランジスタ３２のゲートの電圧は、電源電圧Ｖｄｄに略等しくなるので、ＰＭＯＳトランジスタ３２はオフ状態である。つまり、クランプ回路３０が監視端子１８に接続される部分（本実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタ３１のゲート及びＰＭＯＳトランジスタ３２のソース）は、監視電圧Ｖｍがクランプ電圧Ｖｃよりも低いとき、ハイインピーダンスとなる。

監視電圧Ｖｍの上昇により監視電圧Ｖｍがクランプ電圧Ｖｃと同じになると、ＰＭＯＳトランジスタ３１がターンオフし始める。これにより、ＰＭＯＳトランジスタ３１のドレインの電位は降下するので、ＰＭＯＳトランジスタ３２のゲートの電位も降下する。

監視電圧Ｖｍがクランプ電圧Ｖｃを超えようとすると、ＰＭＯＳトランジスタ３１のドレイン電流が低下し、ＰＭＯＳトランジスタ３２のゲート電位は更に降下する。すると、ＰＭＯＳトランジスタ３２のドレイン電流及びソース電流が増加するので、ＰＭＯＳトランジスタ３２は、監視端子１８から電流を引き込む。これにより、監視電圧Ｖｍは、電源電圧Ｖｄｄ以下のクランプ電圧Ｖｃにクランプされる。

図２は、クランプ回路の動作の一例を示すタイミングチャートである。

監視電圧Ｖｍが上昇している期間では、ＰＭＯＳトランジスタ３２がオフ状態であることにより、監視端子１８はハイインピーダンスとなる。したがって、監視電圧Ｖｍは、負荷接続端子６（Ｐ−端子）の電位が上昇すると、Ｐ−端子と略同じ電圧値で共に上昇する。

そして、監視電圧Ｖｍがクランプ電圧Ｖｃ（＝Ｖｄｄ−Ｖｔｈ）を超えようとすると、監視電圧Ｖｍは、クランプ電圧Ｖｃでクランプされる。Ｐ−端子の電位が更に上昇しても、監視電圧Ｖｍは、クランプ電圧Ｖｃでクランプされて、クランプ電圧Ｖｃを超えて上昇しない。監視端子１８には、負荷接続端子６と監視端子１８との電位差に応じた端子電流ＩＶ−が流れ、端子電流ＩＶ−の電流値は、抵抗１４の抵抗値（例えば、１０メガオーム）で制限される。

ここで、図１において、負荷９０が負荷接続端子５，６に接続されている状態でトランジスタ１又はトランジスタ２がオフになると、負荷接続端子６（Ｐ−端子）の電位は、負荷９０によって上昇する。例えば、クランプ回路３０及び保護素子３４が保護ＩＣ１０に無ければ、Ｐ−端子の電位は、負荷９０によって負荷接続端子５（Ｐ＋端子）の電位まで上昇してしまうので、監視端子１８は、電源端子１５の電圧を超える過電圧が印加されることになる。直列に接続される組電池の数が多くなるほど、この過電圧は高くなるので、保護ＩＣ１０の故障を防ぐ何らかの過電圧防止手段が必要となる。

この過電圧防止手段の一例として、監視端子１８と電源端子１５との間に接続される保護素子３４が考えられる。保護素子３４は、例えば、ゲートとソースが監視端子１８に接続され、ドレインが電源端子１５に接続されるＰＭＯＳトランジスタである。保護素子３４は、アノードが監視端子１８に接続されカソードが電源端子１５に接続されるダイオードとして機能する。

クランプ回路３０が無く保護素子３４がある構成では、負荷９０が接続されている状態でスイッチ回路３がオフになることにより、Ｐ−端子の電位が上昇しても、監視電圧Ｖｍの上昇は、「電源電圧Ｖｄｄ＋保護素子３４の順方向電圧Ｖｆ」で制限される。ただし、組電池７２の正極、Ｐ＋端子、負荷９０、Ｐ−端子、抵抗１４、監視端子１８、保護素子３４、電源端子１５、組電池７２の負極の順に、電流が流れる。その結果、組電池７２が組電池７１よりも多く放電されるので、組電池７１と組電池７２との間で電池電圧のバランスが崩れるおそれがある。また、監視電圧Ｖｍが電源電圧Ｖｄｄよりも高くなるため、保護ＩＣ１０内の寄生素子による誤動作が懸念される。

これに対し、本実施形態では、保護素子３４の有無にかかわらず、監視電圧Ｖｍはクランプ回路３０により電源電圧Ｖｄｄ以下に制限されるので、監視端子１８を過電圧から保護することができる。また、クランプ回路３０が保護ＩＣ１０に内蔵されているので、監視端子１８を過電圧から保護する回路が保護ＩＣ１０の外側にある構成に比べて、低コスト化が可能となる。

また、本実施形態によれば、ＰＭＯＳトランジスタ３２のドレインがグランド端子１３に接続されているため、端子電流ＩＶ−は、図１に示されるように、組電池７１，７２の全セルに均一に流れる。つまり、端子電流ＩＶ−は、組電池７２の正極、Ｐ＋端子、負荷９０、Ｐ−端子、抵抗１４、監視端子１８、ＰＭＯＳトランジスタ３２、グランド端子１３、組電池７１の負極の順に流れる。したがって、組電池７１と組電池７２との間で電池電圧のバランスが崩れにくい。

また、本実施形態では、電源電圧Ｖｄｄ以下に監視電圧Ｖｍが制限されるため、保護ＩＣ１０内の寄生素子による誤動作を防ぐことができる。また、直列に接続される組電池の数が変わっても、抵抗１４の抵抗値を変えるだけで、共通のクランプ回路で対応することができるので、コストがほとんど変わらない。

なお、図１に示される形態では、回路の共通化によるコスト削減を図るため、保護ＩＣ１０，２０は、互いに同じ回路構成を備える。すなわち、保護ＩＣ２０は、クランプ回路３０と同じ構成のクランプ回路４０と、保護素子３４と同じ構成の保護素子４４とを備える。クランプ回路４０は、２つのＰＭＯＳトランジスタ４１，４２と定電流源４３とを有する。

しかしながら、負荷９０が接続されている状態でスイッチ回路３がオフになることにより、Ｐ−端子の電位が上昇しても、保護ＩＣ２０の監視端子２８の電圧は上昇しない。したがって、クランプ回路４０は、無くてもよい。

図３は、第２の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。第２の実施形態に関して、第１の実施形態と同様の構成及び効果の説明については、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。第２の実施形態は、保護ＩＣが多段積みされていない点で、第１の実施形態と異なる。第２の実施形態における電池パック１０１は、二次電池である組電池７１と、組電池７１を保護する保護モジュール８１とを備える。保護モジュール８１は、一つの保護ＩＣ１０を備える。

図３に示されるように、充電器９１が負荷接続端子５，６に逆極性で接続されると、充放電制御部１９は、放電過電流を検出するので、トランジスタ２をオフさせる信号を端子１２から出力する。トランジスタ２がオフすると、Ｐ−端子の電圧は、組電池７１の電池電圧Ｖ１と充電器９１の電圧とを加算した電圧まで上昇する。

しかし、本実施形態によれば、保護素子３４の有無にかかわらず、監視電圧Ｖｍはクランプ回路３０により電源電圧Ｖｄｄ以下に制限されるので、監視端子１８を過電圧から保護することができる。また、端子電流ＩＶ−は、（充電器９１の電圧−保護素子３４の順方向電圧Ｖｆ）／（抵抗１４の抵抗値）で決まる電流値で制限される。

図４は、第３の実施形態における電池パックの構成の一例を示す図である。第３の実施形態に関して、第１及び第２の実施形態と同様の構成及び効果の説明については、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。第３の実施形態は、クランプ回路が異なる回路構成を有する点で、第１の実施形態と異なる。

第３の実施形態における保護ＩＣ１０は、クランプ回路５０を備える。クランプ回路５０は、電源端子１５の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）と監視端子１８の電圧（監視電圧Ｖｍ）とをモニタする。クランプ回路５０は、そのモニタ結果に応じて、監視電圧Ｖｍを電源電圧Ｖｄｄ以下に制限する。これにより、監視端子１８の電圧が電源端子１５の電圧を超えることを防止することができるので、監視端子１８を過電圧から保護することができる。

クランプ回路５０は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ５１を備える。ＰＭＯＳトランジスタ５１は、電位が電源端子１５の電位に連動するソースと、電位が監視端子１８の電位に連動するゲートとを備える。したがって、クランプ回路５０は、ＰＭＯＳトランジスタ５１を用いて、電源端子１５の電圧と監視端子１８の電圧とをモニタできる。

クランプ回路５０は、例えば、ＰＭＯＳトランジスタ５１と、ＮＭＯＳトランジスタ５２と、定電流源５３と、オペアンプ５４と、ダイオード５５とを備える。

本実施形態では、ＰＭＯＳトランジスタ５１は、電源端子１５に接続されるソースと、オペアンプ５４の非反転入力端子に接続されるゲートと、定電流源５３を介してグランド端子１３に接続されるドレインとを備える。オペアンプ５４の反転入力端子は、監視端子１８に接続され、オペアンプ５４の出力端子は、ＮＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ５２は、監視端子１８に接続されるドレインと、ダイオード５５を介してグランド端子１３に接続されるソースとを有する。

ダイオード５５は、ＮＭＯＳトランジスタ５２のソースに接続されるアノードと、グランド端子１３に接続されるカソードとを有する。ダイオード５５は、組電池７１を充電する電流がグランド端子１３から保護ＩＣ１０内に流入して監視端子１８から流出するパスの発生を防ぐ。

定電流源５３は、ＰＭＯＳトランジスタ５１のドレインに接続される一端と、グランド端子１３に接続される他端とを有し、ＰＭＯＳトランジスタ５１のドレインに定電流ＩＲＥＦを流す。定電流源５３は、抵抗に置換されてもよい。

クランプ回路５０は、このような構成を有するので、監視端子１８の電圧を、電源端子１５の電圧以下のクランプ電圧Ｖｃにクランプする。本実施形態では、クランプ電圧Ｖｃは、電源端子１５の電圧（電源電圧Ｖｄｄ）からＰＭＯＳトランジスタ５１の閾値電圧Ｖｔｈを引いた電圧（Ｖｄｄ−Ｖｔｈ）になる。クランプ回路５０は、図２に示されるような動作回路特性を有する。

なお、図４に示される形態では、回路の共通化によるコスト削減を図るため、保護ＩＣ１０，２０は、互いに同じ回路構成を備える。すなわち、保護ＩＣ２０は、クランプ回路５０と同じ構成のクランプ回路６０と、保護素子３４と同じ構成の保護素子４４とを備える。クランプ回路６０は、ＰＭＯＳトランジスタ６１と、ＮＭＯＳトランジスタ６２と、定電流源６３と、オペアンプ６４と、ダイオード６５とを有する。

しかしながら、負荷９０が接続されている状態でスイッチ回路３がオフになることにより、Ｐ−端子の電位が上昇しても、保護ＩＣ２０の監視端子２８の電圧は上昇しない。したがって、クランプ回路６０は、無くてもよい。

以上、二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パックを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、二次電池７０に構成される組電池の直列数が２つの場合を例示したが、３つ以上場合も同様に考えることができる。また、トランジスタ１，２の配置位置は、図示の位置に対して互いに置換されてもよい。

３ スイッチ回路
１０，２０ 保護ＩＣ
１３ グランド端子
１５ 電源端子
１８ 監視端子
３０，４０，５０，６０ クランプ回路
７０ 二次電池
７１，７２ 組電池
８０，８１ 保護モジュール
９０ 負荷
９１ 充電器
１００，１０１ 電池パック

Claims (11)

1. 二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路をオフにすることによって、前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
   前記二次電池の正極に接続可能な電源端子と、
   前記二次電池の負極に接続可能なグランド端子と、
   前記マイナス端子に抵抗を介して接続可能であり、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
   前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、二次電池保護集積回路。
2. 前記クランプ回路は、前記監視端子から電流を引き込むことによって、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限する、請求項１に記載の二次電池保護集積回路。
3. 前記クランプ回路は、前記監視端子の電圧を、前記電源端子の電圧以下のクランプ電圧にクランプし、
   前記クランプ回路が前記監視端子に接続される部分は、前記監視端子の電圧が前記クランプ電圧よりも低いとき、ハイインピーダンスである、請求項１又は２に記載の二次電池保護集積回路。
4. 前記クランプ回路は、電位が前記電源端子の電位に連動するソースと、電位が前記監視端子の電位に連動するゲートとを有するトランジスタを備え、
   前記クランプ回路は、前記トランジスタを用いて、前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタする、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路。
5. 前記クランプ回路は、前記監視端子の電圧を、前記電源端子の電圧から前記トランジスタの閾値電圧を引いた電圧以下に制限する、請求項４に記載の二次電池保護集積回路。
6. 前記クランプ回路は、
   電位が前記電源端子の電位に連動するソースと、電位が前記監視端子の電位に連動するゲートとを有する第１のＰＭＯＳトランジスタと、
   電位が前記監視端子の電位に連動するソースと、電位が前記第１のＰＭＯＳトランジスタのドレインに連動するゲートとを有する第２のＰＭＯＳトランジスタとを備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路。
7. 前記第１のＰＭＯＳトランジスタのドレインは、電流源又は抵抗を介して前記グランド端子に接続され、
   前記第２のＰＭＯＳトランジスタのドレインは、前記グランド端子に接続される、請求項６に記載の二次電池保護集積回路。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路と、前記スイッチ回路とを備える、二次電池保護装置。
9. 直列に接続される複数の二次電池のうち最下位の二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
   前記スイッチ回路をオフにすることによって前記複数の二次電池を保護する複数の二次電池保護集積回路とを備える二次電池保護装置であって、
   前記複数の二次電池保護集積回路のうち、前記最下位の二次電池に対して設けられる二次電池保護集積回路は、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路である、二次電池保護装置。
10. 二次電池と、
    前記二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路をオフにすることによって、前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路とを備える電池パックであって、
    前記二次電池保護集積回路は、
    前記二次電池の正極に接続される電源端子と、
    前記二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
    前記マイナス端子に抵抗を介して接続され、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
    前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、電池パック。
11. 直列に接続される複数の二次電池と、
    前記複数の二次電池のうち最下位の二次電池の負極と、負荷又は充電器のグランドに接続されるマイナス端子との間の電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路をオフにすることによって前記複数の二次電池を保護する複数の二次電池保護集積回路とを備える電池パックであって、
    前記複数の二次電池保護集積回路のうち、前記最下位の二次電池に対して設けられる二次電池保護集積回路は、
    前記最下位の二次電池の正極に接続される電源端子と、
    前記最下位の二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
    前記マイナス端子に抵抗を介して接続され、前記マイナス端子の電位の監視に使用される監視端子と、
    前記電源端子の電圧と前記監視端子の電圧とをモニタし、前記監視端子の電圧を前記電源端子の電圧以下に制限するクランプ回路とを備える、電池パック。

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