JP2021069157A - 二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び温度検出回路 - Google Patents

二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び温度検出回路 Download PDF

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Abstract

【課題】外部機器の温度検出機能と二次電池用回路の温度検出機能とで感温素子を共用すること。【解決手段】二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路であって、前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、前記変換回路は、第１の端子と第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、二次電池保護回路。【選択図】図１

Description

本開示は、二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び温度検出回路に関する。
電池パック内にＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタを設け、電池パックに接続される充電器等の外部機器へ信号を出力することで、外部機器による温度保護を行う技術が知られている（例えば、特許文献１の図２参照）。高温時にＮＴＣサーミスタの抵抗値が減少するので、外部機器は、ＮＴＣサーミスタの抵抗値がある程度低下した場合には、温度が所定以上になったと判断して、電流を遮断して充電を停止する等の温度保護を行う。
一方、外部機器が温度保護機能を持たない場合、電池パック内にＮＴＣサーミスタを設け、電池パック自身で温度保護を行う技術が知られている（例えば、特許文献１の図１参照）。電池パック内の保護ＩＣは、ＮＴＣサーミスタの抵抗値がある程度低下した場合、充電制御用ＦＥＴをオフ状態として充電を停止する温度保護を行う。
特開２００９−１００６０５号公報
しかしながら、従来の技術では、充電器等の外部機器と二次電池保護回路等の二次電池用回路との両方が温度検出機能を持っている場合、外部機器の温度検出機能と二次電池用回路の温度検出機能とで、ＮＴＣサーミスタのような感温素子を共用できない。
本開示は、外部機器の温度検出機能と二次電池用回路の温度検出機能とで感温素子を共用可能な、二次電池保護回路、二次電池保護装置、電池パック及び温度検出回路を提供する。
本開示は、
二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路であって、
前記スイッチ回路と前記外部機器との間に抵抗を介して接続される検出端子と、
前記外部機器の温度保護用端子に接続される第１の端子と、
前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、二次電池保護回路を提供する。
本開示は、
二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路とを備え、
前記二次電池保護回路は、
前記スイッチ回路と前記外部機器との間に抵抗を介して接続される検出端子と、
前記外部機器の温度保護用端子に接続される第１の端子と、
前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、二次電池保護装置を提供する。
本開示は、
二次電池と、
前記二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路と、
前記スイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路とを備え、
前記二次電池保護回路は、
前記スイッチ回路と前記外部機器との間に抵抗を介して接続される検出端子と、
前記外部機器の温度保護用端子に接続される第１の端子と、
前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、電池パックを提供する。
本開示は、
外部機器に接続される、二次電池の温度検出回路であって、
前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、
前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路とを備え、
前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、択一的にオンする、温度検出回路を提供する。
本開示の技術によれば、外部機器の温度検出機能と二次電池用回路の温度検出機能とで感温素子を共用できる。
電池パックの第１の構成例（外部機器による温度保護モード）を示す図である。 電池パックの第１の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。 外部機器による温度保護動作を例示する図である。 二次電池保護回路による温度保護動作を例示する図である。 電池パックの第２の構成例（外部機器による温度保護モード）を示す図である。 電池パックの第２の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。 電池パックの第３の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。 電池パックの第４の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。 電池パックの第５の構成例を示す図である。 電池パックの第６の構成例を示す図である。 電池パックの第７の構成例を示す図である。 電池パックの第８の構成例を示す図である。 電池パックの第９の構成例を示す図である。 第１のスイッチ部と第２のスイッチ部の構成例を示す図である。
以下、実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、電池パックの第１の構成例（外部機器による温度保護モード）を示す図である。図２は、電池パックの第１の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。図１，２に示す電池パック１００は、二次電池７０と、電池保護装置８０とを内蔵する。
二次電池７０は、充放電可能な電池の一例である。二次電池７０は、プラス端子５（Ｐ＋端子）とマイナス端子６（Ｐ−端子）に接続される負荷（不図示）に電力を供給する。二次電池７０は、プラス端子５とマイナス端子６に接続される充電器等の外部機器９２によって充電されることが可能である。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。電池パック１００は、負荷に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。
外部機器９２は、二次電池７０の温度保護機能を有し、例えば、二次電池７０を充電する充電器である。外部機器９２は、二次電池７０の温度保護機能を有する機器であれば、二次電池７０から電力供給を受ける負荷でもよい。温度保護は、熱保護ともいう。温度保護機能の詳細は後述する。
負荷は、電池パック１００の二次電池７０を電源とする機器である。負荷の具体例として、電動工具などの電動機器や、携帯可能な携帯端末装置など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、テレビ、カメラなどが挙げられる。負荷は、これらの機器に限られない。
電池保護装置８０は、二次電池７０を電源として動作する二次電池保護装置の一例であり、二次電池７０の充放電を制御することによって二次電池７０を過充電や過放電等から保護する。電池保護装置８０は、プラス端子５と、マイナス端子６と、正極端子７（Ｂ＋端子）と、負極端子８（Ｂ−端子）と、モニタ端子４と、スイッチ回路３と、電池保護回路１０Ａとを備える。
プラス端子５は、外部機器９２の高電位側電源端子９４（ＶＣＣ端子）が接続される端子の一例である。マイナス端子６は、外部機器９２の低電位側電源端子９７（ＧＮＤ端子）が接続される端子の一例である。正極端子７は、高電位側電流経路９ａを二次電池７０の正極７１に接続するための端子である。負極端子８は、低電位側電流経路９ｂを二次電池７０の負極７２に接続するための端子である。
二次電池７０の正極７１とプラス端子５とは、高電位側電流経路９ａによって接続され、二次電池７０の負極７２とマイナス端子６とは、低電位側電流経路９ｂによって接続される。高電位側電流経路９ａは、二次電池７０の正極７１とプラス端子５との間の充放電電流経路の一例であり、低電位側電流経路９ｂは、二次電池７０の負極７２とマイナス端子６との間の充放電電流経路の一例である。
スイッチ回路３は、二次電池７０の負極７２と、外部機器９２の低電位側電源端子９７に接続されるマイナス端子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、充電制御トランジスタ１と放電制御トランジスタ２とを備える。充電制御トランジスタ１は、二次電池７０の充電経路を遮断する充電経路遮断部の一例であり、放電制御トランジスタ２は、二次電池７０の放電経路を遮断する放電経路遮断部の一例である。充電制御トランジスタ１は、二次電池７０の充電電流が流れる電流経路９ｂを遮断し、放電制御トランジスタ２は、二次電池７０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、Ｎチャネル型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。
電池保護回路１０Ａは、二次電池保護回路の一例である。電池保護回路１０Ａは、二次電池７０の負極７２と外部機器９２のＧＮＤ端子との間の電流経路９ｂに設けられるスイッチ回路３を用いて二次電池７０の充放電を制御することで、二次電池７０を過放電や過熱などから保護する。電池保護回路１０Ａは、スイッチ回路３をオフにすることによって、二次電池７０の保護動作を行う。電池保護回路１０Ａは、二次電池７０の正極７１と負極７２との間の電池電圧（"セル電圧"とも称する）で動作する集積回路（ＩＣ）である。電池保護回路１０Ａは、例えば、充電制御端子１１（ＣＯＵＴ端子）、放電制御端子１２（ＤＯＵＴ端子）、検出端子１８（Ｖ−端子）、電源端子１５（ＶＤＤ端子）、グランド端子１３（ＶＳＳ端子）、電流検出端子１４（ＣＳ端子）、第１の端子１６（ＴＨＡ端子）及び第２の端子１７（ＴＨＢ端子）とを備える。
ＣＯＵＴ端子は、充電制御トランジスタ１のゲートに接続され、充電制御トランジスタ１をオン又はオフさせる信号を出力する。ＤＯＵＴ端子は、放電制御トランジスタ２のゲートに接続され、放電制御トランジスタ２をオン又はオフさせる信号を出力する。
Ｖ−端子は、マイナス端子６の電位の監視に使用され、マイナス端子６に接続されている。Ｖ−端子は、この例では、制御回路５０が外部機器９２の接続の有無を検出するのに使用され、スイッチ回路３とマイナス端子６との間で電流経路９ｂに抵抗２４を介して接続されている。
ＶＤＤ端子は、電池保護回路１０Ａの電源端子であり、二次電池７０の正極７１及び電流経路９ａに接続されている。ＶＳＳ端子は、電池保護回路１０Ａのグランド端子であり、二次電池７０の負極７２及び電流経路９ｂに接続されている。抵抗２１とキャパシタ２２との直列回路が、二次電池７０に並列に接続されるように、電流経路９ａと電流経路９ｂとの間に接続されている。ＶＤＤ端子は、抵抗２１とキャパシタ２２との間の接続ノードに接続されているので、ＶＤＤ端子における電位の変動を抑制することができる。
ＣＳ端子は、二次電池７０に流れる充電過電流及び放電過電流の検出に使用され、電流検出抵抗２３とスイッチ回路３との間で電流経路９ｂに接続されている。電流検出抵抗２３は、電流経路９ｂに直列に挿入され、一方の端部がＣＳ端子に接続され、他方の端部がＶＳＳ端子に接続されている。
ＴＨＡ端子は、温度保護用の第１の端子の一例であり、外部機器９２の温度保護用端子に接続される。外部機器９２の温度保護用端子には、温度モニタ端子９６（ＴＨ端子）と電圧出力端子９５（ＶＲＥＧ端子）とがある。ＴＨＡ端子は、モニタ端子４に接続されている。モニタ端子４は、ＴＨ端子に接続されるとともに、基準抵抗９３を介してＶＲＥＧ端子に接続される。なお、電池保護回路１０Ａ及び外部機器９２が備える温度保護用の各端子は、温度検出用の端子でもよい。
ＶＲＥＧ端子及びＴＨ端子は、外部機器９２の温度保護機能に使用される。外部機器９２は、一定の基準電圧Ｖｒｅｇを生成する基準電圧源（不図示）を有し、この基準電圧源により生成される一定の基準電圧Ｖｒｅｇは、ＶＲＥＧ端子から出力される。外部機器９２は、ＴＨＡ端子に生ずる温度検出電圧ＶｔｈａをＴＨ端子を介して読み取り、読み取った温度検出電圧Ｖｔｈａの値に対応する電池パック１００の内部温度（例えば、二次電池７０の温度）を測定する。
ＴＨＢ端子は、温度保護用の第２の端子の一例であり、感温素子２５が接続される。
感温素子２５は、一方の端部がＴＨＢ端子に接続され、他方の端部がスイッチ回路３とＧＮＤ端子との間で電流経路９ｂに接続されている。感温素子２５は、二次電池７０の温度変化により物性値（例えば、抵抗値や電圧値など）が変化する。感温素子２５は、例えば、ＮＴＣサーミスタである。ＮＴＣサーミスタは、自己の温度によってその抵抗値が負の温度特性で変化する測温抵抗体である。
電池保護回路１０Ａは、二次電池７０の状態を監視し、二次電池７０の過充電や過熱などの異常状態の検出時に二次電池７０を保護する集積回路である。電池保護回路１０Ａは、放電制御トランジスタ２をオフにすることによって、二次電池７０を過放電等の放電異常や短絡異常から保護する機能と、充電制御トランジスタ１をオフにすることによって、二次電池７０を過充電等の充電異常から保護する機能とを有する。電池保護回路１０Ａは、放電制御トランジスタ２をオフにすることによって、二次電池７０を放電時の過熱異常から温度保護する機能を有する。電池保護回路１０Ａは、充電制御トランジスタ１をオフにすることによって、二次電池７０を充電時の過熱異常から温度保護する機能を有してもよい。また、電池保護回路１０Ａは、制御回路５０、変換回路３０及び比較回路４０を備える。制御回路５０は、信号発生器５１を有する。
制御回路５０は、例えば、二次電池７０の過充電又は充電過電流が所定の検出遅延時間を超えるまで継続的に検出された場合、充電制御トランジスタ１をオンからオフにする信号（例えば、ローレベルのゲート制御信号）をＣＯＵＴ端子から出力する。制御回路５０は、充電制御トランジスタ１をオフさせることによって、二次電池７０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。これにより、二次電池７０の充電が停止し、二次電池７０を過充電又は充電過電流から保護できる。
制御回路５０は、例えば、二次電池７０の過放電又は放電過電流が所定の検出遅延時間を超えるまで継続的に検出された場合、放電制御トランジスタ２をオンからオフにする信号（例えば、ローレベルのゲート制御信号）をＤＯＵＴ端子から出力する。制御回路５０は、放電制御トランジスタ２をオフさせることによって、二次電池７０を放電させる方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。これにより、二次電池７０の放電が停止し、二次電池７０を過放電又は放電過電流から保護できる。
信号発生器５１は、過充電等の誤検出防止のための検出遅延時間の計測に使用され、例えば、入力される所定のパルス信号をカウントするカウンタ回路を有する。信号発生器５１は、電圧レベルがハイレベルとローレベルに周期的に変化する周期信号５２をカウンタ回路から出力する。周期信号５２は、例えば、矩形波信号である。
変換回路３０は、感温素子２５の物性値を二次電池７０の温度変化に対応する電圧に変換して出力する。変換回路３０は、例えば、第１のスイッチ部３１、第２のスイッチ部３２、基準電圧源３３、基準抵抗３４及び抵抗素子３５を有する。
第１のスイッチ部３１は、制御回路５０から出力される切り替え信号５３に従って制御される切り替え回路である。第１のスイッチ部３１は、図１４に示すように、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１と、ＴＨＡ端子と抵抗素子３５を介してＶ−端子との間に設けられるスイッチ３１２とを有する。スイッチ３１１とスイッチ３１２は相補的に動作する。スイッチ３１１がオンのときにＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間が接続され、スイッチ３１１がオフのときにＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間が開放する。スイッチ３１２がオンのときにＴＨＡ端子とＶ−端子との間が接続され、スイッチ３１２がオフのときにＴＨＡ端子とＶ−端子との間が開放する。
図１，２において、第２のスイッチ部３２は、制御回路５０から出力される切り替え信号５３に従って制御される切り替え回路である。第２のスイッチ部３２は、図１４に示すように、比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１と、比較回路４０と抵抗素子３５を介してＶ−端子との間に設けられるスイッチ３２２とを有する。スイッチ３２１とスイッチ３２２は相補的に動作する。スイッチ３２１がオンのときに比較回路４０とＴＨＢ端子との間が接続され、スイッチ３２１がオフのときに比較回路４０とＴＨＢ端子との間が開放する。スイッチ３２２がオンのときに比較回路４０とＶ−端子との間が接続され、スイッチ３２２がオフのときに比較回路４０とＶ−端子との間が開放する。
また、スイッチ３１１とスイッチ３２１も相補的に動作する。スイッチ３１１は、第１のスイッチの一例であり、スイッチ３２１は、第２のスイッチの一例であり、スイッチ３２２は、第３のスイッチの一例であり、スイッチ３１２は、第４のスイッチの一例である。
図１，２において、基準電圧源３３は、一定の基準電圧Ｖｒを生成する。基準抵抗３４は、一方の端部が基準電圧源３３に接続され、他方の端部が比較回路４０の入力部と第２のスイッチ部３２との間のモニタラインに接続される素子である。抵抗素子３５は、一方の端部がＶ−端子に接続され、他方の端部が第１のスイッチ部３１のスイッチ３１２及び第２のスイッチ部３２のスイッチ３２２によりＴＨＡ端子又は比較回路４０の入力部に選択的に接続される素子である。
比較回路４０は、第２のスイッチ部３２を介して変換回路３０から出力される電圧（以下、変換回路３０の出力電圧Ｖｘともいう）を所定の閾値電圧４２と比較器４１により比較し、その比較結果を制御回路５０に対して出力する。比較器４１は、出力電圧Ｖｘが入力される非反転入力部と、閾値電圧４２が入力される反転入力部とを有する。
制御回路５０は、比較回路４０の出力に基づいてスイッチ回路３を制御する。制御回路５０は、閾値電圧４２よりも低い出力電圧Ｖｘが所定の温度検出遅延時間を超えるまで比較回路４０により継続的に検出された場合、放電制御トランジスタ２と充電制御トランジスタ１との少なくとも一方をオフにする。閾値電圧４２よりも低い出力電圧Ｖｘとは、二次電池７０の温度が、閾値電圧４２に対応する検出温度（後述の検出温度Ａ２に相当）よりも高い状態を表す。放電制御トランジスタ２をオフにする場合、二次電池７０の放電が停止し、二次電池７０を放電時の過熱異常から保護できる。充電制御トランジスタ１をオフにする場合、二次電池７０の充電が停止し、二次電池７０を充電時の過熱異常から保護できる。
次に、電池保護回路１０Ａの温度保護動作について、図１，２，１４を参照して、より詳細に説明する。
電池保護回路１０Ａは、外部機器９２による温度保護モード（図１）と電池保護回路１０Ａによる温度保護モード（図２）とを選択的に切り替え可能な構成を備える。
外部機器９２による温度保護モード（図１）で動作する場合、制御回路５０は、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１をオン、比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１をオフに設定する。ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１をオンに設定することで、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子とが接続されるので、外部機器９２のＶＲＥＧ端子とＧＮＤ端子との間には、基準抵抗９３と感温素子２５との直列回路が接続される。これにより、基準抵抗９３と感温素子２５とにより基準電圧Ｖｒｅｇが分圧された電圧（温度検出電圧Ｖｔｈａ）がＴＨ端子に入力される。基準抵抗９３は、温度変化に対する抵抗値変化がほとんど無く、感温素子２５に比べて十分に小さい。外部機器９２は、温度検出電圧ＶｔｈａをＴＨ端子を介して取得し、所定の検出温度Ａ１に対応する閾値電圧よりも低い温度検出電圧Ｖｔｈａが所定の温度検出遅延時間を超えるまで継続的に検出された場合、ＶＣＣ端子からの充電電流の出力を停止する。これにより、二次電池７０の充電が停止し、二次電池７０を充電時の過熱異常から保護できる。検出温度Ａ１に対応する閾値電圧よりも低い温度検出電圧Ｖｔｈａとは、二次電池７０の温度が、検出温度Ａ１よりも高い状態を表す。
一方、外部機器９２による温度保護モード（図１）において、比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１をオフに設定することで、比較回路４０とＴＨＢ端子とが非接続になるので、感温素子２５と比較回路４０との接続を遮断できる。また、制御回路５０は、スイッチ３１１をオンに設定する場合、スイッチ３２１をオフに設定し且つスイッチ３２２をオンに設定することで、比較回路４０を、感温素子２５とは異なる抵抗素子３５に接続する。抵抗素子３５の抵抗値が感温素子２５と同程度の抵抗値に設定されていることによって、比較回路４０に正常温度と認識させることができ、外部機器９２による温度保護モードにおいて、電池保護回路１０Ａが温度保護機能を誤作動させることを防止できる。
電池保護回路１０Ａによる温度保護モード（図２）で動作する場合、制御回路５０は、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１をオフ、比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１をオンに設定する。比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１をオンに設定することで、比較回路４０とＴＨＢ端子とが接続されるので、基準電圧源３３の基準電圧Ｖｒを基準抵抗３４と感温素子２５とにより分圧された電圧（温度検出電圧Ｖｔｈｂ）が比較器４１の非反転入力部に入力される。基準抵抗３４は、温度変化に対する抵抗値変化がほとんど無く、感温素子２５に比べて十分に小さい。制御回路５０は、所定の検出温度Ａ２に対応する閾値電圧４２よりも低い温度検出電圧Ｖｔｈｂが所定の温度検出遅延時間を超えるまで比較回路４０により継続的に検出された場合、放電制御トランジスタ２をオフにする。これにより、二次電池７０の放電が停止し、二次電池７０を放電時の過熱異常から保護できる。
一方、電池保護回路１０Ａによる温度保護モード（図２）において、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１をオフに設定することで、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子とが非接続になるので、感温素子２５と外部機器９２のＶＲＥＧ端子及びＴＨ端子との接続を遮断できる。また、制御回路５０は、スイッチ３２１をオンに設定する場合、スイッチ３１１をオフに設定し且つスイッチ３１２をオンに設定することで、ＴＨＡ端子を、感温素子２５とは異なる抵抗素子３５に接続する。抵抗素子３５の抵抗値が感温素子２５と同程度の抵抗値に設定されていることによって、外部機器９２に正常温度と認識させることができ、電池保護回路１０Ａによる温度保護モードにおいて、外部機器９２が温度保護機能を誤作動させることを防止できる。
Ｖ−端子は、この例では、外部機器９２の接続検出用の検出端子である。制御回路５０は、スイッチ３１２をオンに設定する場合、ＴＨＡ端子を、抵抗素子３５とＶ−端子と抵抗２４を介して、充放電経路９ｂのうちスイッチ回路３と外部機器９２との間の電流経路に接続する。抵抗素子３５は、抵抗値が抵抗２４よりも十分に大きい。
このように、外部機器９２による温度保護と電池保護回路１０Ａによる温度保護とを交互に有効化できるので、一つの感温素子２５を電池保護回路１０Ａの温度保護機能と外部機器９２の温度保護機能とで共用化できる。よって、電池保護回路１０Ａの小型化およびコストダウンを実現できる。
制御回路５０は、ＴＨＡ端子の電圧が第１の電圧Ｖ１の場合、ＴＨＡ端子とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３１１をオン、比較回路４０とＴＨＢ端子との間に設けられるスイッチ３２１をオフに設定することで、外部機器９２による温度保護モードに切り替える。一方、制御回路５０は、ＴＨＡ端子の電圧が第２の電圧Ｖ２の場合、スイッチ３１１をオフ、スイッチ３２１をオンに設定することで、電池保護回路１０Ａによる温度保護モードに切り替える。第２の電圧Ｖ２は、第１の電圧Ｖ１よりも低い（Ｖ２＜Ｖ１）。これにより、制御回路５０は、外部機器９２が基準電圧Ｖｒｅｇを第１の電圧値ｖ１に設定することで、外部機器９２による温度保護モードに切り替えでき、外部機器９２が基準電圧Ｖｒｅｇを第２の電圧値ｖ２に設定することで、電池保護回路１０Ａによる温度保護モードに切り替えできる。第２の電圧値ｖ２は、第１の電圧値ｖ１よりも低く、零でもよい。このように、外部機器９２が基準電圧Ｖｒｅｇの大きさを変化させることで、外部機器９２側から温度保護モードの切り替えを指令できる。
制御回路５０は、周期信号５２から生成される周期信号である切り替え信号５３（あるいは、周期信号５２でもよい）に従って、スイッチ３１１とスイッチ３２１を交互にオンしてもよい。これにより、一定時間ごとに、外部機器９２による温度保護モードと電池保護回路１０Ａによる温度保護モードとが自動で切り替わるので、両方の温度保護を１つの感温素子２５で実現できる。
温度保護機能には、誤動作等防止のために温度検出遅延時間が設けられている。図３は、外部機器による温度保護動作を例示する図である。図４は、二次電池保護回路による温度保護動作を例示する図である。
図３，４において、外部機器９２による温度保護モードの期間をＴ１、電池保護回路１０Ａによる温度保護モードの期間をＴ２、外部機器９２の温度検出遅延時間をＴ３、電池保護回路１０Ａの温度検出遅延時間をＴ４とする。期間Ｔ１は、スイッチ３１１のオン期間に相当し、期間Ｔ２は、スイッチ３２１のオン期間に相当する。
図３において、充電電流が流れることで、電池パック１００内の温度が上昇する（タイミングｔ１）。温度検出遅延時間Ｔ３は、外部機器９２が検出温度Ａ１を超える温度上昇を検出してから二次電池７０に流す充電電流を遮断するまでの時間（ｔ２−ｔ３）に相当する。図４において、放電電流が流れることで、電池パック１００内の温度が上昇する（タイミングｔ４）。温度検出遅延時間Ｔ４は、比較回路４０が検出温度Ａ２を超える温度上昇を検出してから制御回路５０が二次電池７０の放電電流をスイッチ回路３により遮断するまでの時間（ｔ５−ｔ６）に相当する。
図３，４に示すように、Ｔ１はＴ３よりも長く、且つ、Ｔ２はＴ４よりも長くなるように設定されることで、外部機器９２の温度保護機能及び電池保護回路１０Ａの温度保護機能の誤作動を防止できる。
また、制御回路５０は、二次電池７０の過電圧又は過電流（より詳しくは、過充電、過放電、放電過電流又は充電過電流）の検出遅延時間の生成に信号発生器５１を利用する。これにより、温度検出遅延時間Ｔ３，Ｔ４の生成と二次電池７０の過充電、過放電、放電過電流又は充電過電流の検出遅延時間の生成とを、共通の信号発生器５１で兼用できるので、電池保護回路１０Ａを小型化できる。
図５は、電池パックの第２の構成例（外部機器による温度保護モード）を示す図である。図６は、電池パックの第２の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。図５，６において、第１の構成例と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。
図５において、制御回路５０は、外部機器９２による温度保護モードの場合（スイッチ３１１をオンに設定し且つスイッチ３２１をオフに設定する場合）、二次電池７０から比較回路４０に電力を供給する電源ラインに直列に挿入されるスイッチ５４を遮断することにより、当該電源ラインを遮断する。これにより、比較回路４０に流れる電流が抑制されるので、電池保護回路１０Ｂの消費電力を削減できる。スイッチ５４は、第５のスイッチの一例である。また、制御回路５０は、外部機器９２による温度保護モードの場合（スイッチ３１１をオンに設定し且つスイッチ３２１をオフに設定する場合）、比較回路４０と抵抗素子３５との接続をスイッチ３２２のオフにより遮断する。これにより、抵抗素子３５に流れる電流が抑制されるので、二次電池保護回路の消費電力を削減できる。
図６において、制御回路５０は、電池保護回路１０Ｂによる温度保護モードの場合（スイッチ３１１をオフに設定し且つスイッチ３２１をオンに設定する場合）、比較回路４０と電源ラインとをスイッチ５４のオンにより接続する。これにより、電池保護回路１０Ｂによる温度保護を機能させることができる。
図７は、電池パックの第３の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。図８は、電池パックの第４の構成例（二次電池保護回路による温度保護モード）を示す図である。図７，８において、第１の構成例と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。
放電過電流及び充電過電流をＶ−端子に発生する電圧の大きさによって検出するタイプの場合、図７に示すように、電池保護回路１０Ｃによる温度保護モード時に、電池保護回路１０Ｃの内部を第１のスイッチ部３１のスイッチ３１２経由で流れる電流Ｉにより、抵抗２４で発生する電圧降下ΔＶが大きくなる。そのため、Ｖ−端子の電圧が変動し、放電過電流と充電過電流の検出精度に悪影響を与える。
これに対し、図８に示す電池保護回路１０Ｄは、充放電経路９ｂのうちスイッチ回路３と外部機器９２との間の電流経路に接続される補助端子１９（ＴＨＣ端子）を備える。ＴＨＣ端子は、電池保護回路１０Ｄによる温度保護モード時に、電池保護回路１０Ｄの内部を第１のスイッチ部３１のスイッチ３１２経由で流れる電流Ｉの吐き出し口である。制御回路５０は、第２のスイッチ部３２のスイッチ３２１をオンに設定する場合、第１のスイッチ部３１のスイッチ３１２をオンに設定することで、ＴＨＡ端子を、Ｖ−端子を介さずにＴＨＣ端子を介して、充放電経路９ｂのうちスイッチ回路３と外部機器９２との間の電流経路に接続する。これにより、電流ＩによるＶ−端子の電圧変動が抑制されるので、放電過電流と充電過電流の検出精度の低下を抑制できる。
図９は、電池パックの第５の構成例を示す図である。図１０は、電池パックの第６の構成例を示す図である。図９，１０において、第１の構成例と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図９，１０は、電池保護回路１０Ｅ，１０Ｆの内部を経由して感温素子２５に電流が流れ込む経路を切り換える構成が無い形態を示す。
図９の構成の場合、電池保護回路１０Ｅの保護機能が動作するとき（スイッチ回路３がオフ状態のとき）、Ｖ−端子とＶＳＳ端子とが同電位ではなくなるため、電池保護回路１０Ｅの温度保護機能が使用できなくなる。図１０の構成の場合、電池保護回路１０Ｆの温度保護機能は、Ｖ−端子の電位によらず、動作可能である。
図１１は、電池パックの第７の構成例を示す図である。図１２は、電池パックの第８の構成例を示す図である。図１１，１２において、第１の構成例と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１１，１２は、感温素子２５に直列に接続される基準抵抗２８を電池保護回路１０Ｇ，１０Ｅに内蔵した例を示す。図９，１０と同様に、図１１の構成の場合、電池保護回路１０Ｇの保護機能が動作するとき（スイッチ回路３がオフ状態のとき）、Ｖ−端子とＶＳＳ端子とが同電位ではなくなるため、電池保護回路１０Ｇの温度保護機能が使用できなくなる。図１２の場合、電池保護回路１０Ｈの温度保護機能は、Ｖ−端子の電位によらず、動作可能である。
図１３は、電池パックの第９の構成例（外部機器による温度保護モード）を示す図である。図１３において、第１の構成例と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略する。図１３は、電池保護回路１０Ｉによる温度保護モードと外部機器９２による温度保護モードとの切り替え操作を、電池保護回路１０Ｉの内部で生成される周期信号５２から生成される切り替え信号５３ではなく、外部からの切り替え信号５３により行う例を示す。電池保護回路１０Ｉは、切り替え信号５３が外部（例えば、外部機器９２）から供給される切り替え端子２０（ＴＨＤ端子）を備える。
以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。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可能である。
例えば、感温素子は、サーミスタに限られず、ダイオード等の半導体素子によって温度検知する半導体温度センサでもよい。ダイオードの順方向電圧には、負の温度特性があるので、温度が上昇するほど、その物性値である順方向電圧は低下する。この場合、ダイオードには、定電流源により生成される定電流を流す。
また、充電制御トランジスタ１と放電制御トランジスタ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。
また、本開示の技術は、充電制御トランジスタ１及び放電制御トランジスタ２が電流経路９ｂに挿入された形態に適用する場合に限られず、充電制御トランジスタ１及び放電制御トランジスタ２が電流経路９ａに挿入された形態にも適用できる。
また、実施形態は、二次電池保護回路に限られず、外部機器に接続される温度検出回路でもよい。例えば図１等に示す電池保護回路は、二次電池の温度を検出する温度検出回路に置換されてもよい。温度検出回路は、外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、その物性値を二次電池の温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路とを備える。変換回路は、第１の端子と第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、比較回路と第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、択一的にオンする。
３ スイッチ回路
９ａ，９ｂ 電流経路
１０Ａ〜１０Ｉ 電池保護回路
１６ 第１の端子
１７ 第２の端子
１８ 検出端子
２５ 感温素子
３０ 変換回路
３１ 第１のスイッチ部
３２ 第２のスイッチ部
４０ 比較回路
４２ 閾値電圧
５０ 制御回路
５１ 信号発生器
５２ 周期信号
５４ スイッチ
７０ 二次電池
８０ 電池保護装置
９２ 外部機器
１００ 電池パック
３１１，３１２，３２１，３２２ スイッチ

Claims (13)

  1. 二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路であって、
    前記スイッチ回路と前記外部機器との間に抵抗を介して接続される検出端子と、
    前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、
    前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
    前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
    前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
    前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
    前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
    前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、二次電池保護回路。
  2. 前記感温素子は、ＮＴＣサーミスタである、請求項１に記載の二次電池保護回路。
  3. 前記制御回路は、
    前記第１の端子の電圧が第１の電圧の場合、前記第１のスイッチをオン、前記第２のスイッチをオフに設定し、
    前記第１の端子の電圧が前記第１の電圧よりも低い第２の電圧の場合、前記第１のスイッチをオフ、前記第２のスイッチをオンに設定する、請求項１又は２に記載の二次電池保護回路。
  4. 周期信号を発生する信号発生器を有し、
    前記制御回路は、前記周期信号によって、前記第１のスイッチと前記第２のスイッチを交互にオンする、請求項１又は２に記載の二次電池保護回路。
  5. 前記第１のスイッチのオン期間は、前記外部機器が温度上昇を検出してから前記二次電池に流す充電電流を遮断するまでの時間よりも長く、
    前記第２のスイッチのオン期間は、前記比較回路の出力が変化してから前記制御回路が前記二次電池の放電電流を前記スイッチ回路により遮断するまでの時間よりも長い、請求項４に記載の二次電池保護回路。
  6. 前記制御回路は、前記二次電池の過電圧又は過電流の検出遅延時間の生成に前記信号発生器を利用する、請求項４又は５に記載の二次電池保護回路。
  7. 前記制御回路は、前記第１のスイッチをオンに設定する場合、前記第２のスイッチをオフに設定し、前記比較回路と抵抗素子を介して前記検出端子との間に設けられる第３のスイッチをオンに設定する、請求項１から６のいずれか一項に記載の二次電池保護回路。
  8. 前記制御回路は、前記第２のスイッチをオンに設定する場合、前記第１のスイッチをオフに設定し、前記第１の端子と抵抗素子を介して前記検出端子との間に設けられる第４のスイッチをオンに設定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池保護回路。
  9. 前記制御回路は、前記第１のスイッチをオンに設定し、前記第２のスイッチをオフに設定する場合、前記二次電池から前記比較回路に電力を供給する電源ラインに直列に挿入される第５のスイッチを遮断する、請求項１から７のいずれか一項に記載の二次電池保護回路。
  10. 前記充放電経路のうち前記スイッチ回路と前記外部機器との間の電流経路に接続される補助端子を備え、
    前記制御回路は、前記第２のスイッチをオンに設定する場合、前記第１の端子を、前記検出端子を介さずに抵抗素子と前記補助端子を介して、前記電流経路に接続する、請求項１から９のいずれか一項に記載の二次電池保護回路。
  11. 二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路とを備え、
    前記二次電池保護回路は、
    前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、
    前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
    前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
    前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
    前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
    前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
    前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、二次電池保護装置。
  12. 二次電池と、
    前記二次電池と外部機器との間の充放電経路に設けられるスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路を用いて充放電を制御することで、前記二次電池を温度保護する二次電池保護回路とを備え、
    前記二次電池保護回路は、
    前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、
    前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
    前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
    前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路と、
    前記比較回路の出力に基づいて前記スイッチ回路を制御する制御回路とを備え、
    前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
    前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記制御回路によって制御される、電池パック。
  13. 外部機器に接続される、二次電池の温度検出回路であって、
    前記外部機器の温度検出用端子に接続される第１の端子と、
    前記二次電池の温度変化により物性値が変化する感温素子が接続される第２の端子と、
    前記物性値を前記温度変化に対応する電圧に変換して出力する変換回路と、
    前記変換回路の出力電圧と閾値電圧とを比較する比較回路とを備え、
    前記変換回路は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に設けられる第１のスイッチと、前記比較回路と前記第２の端子との間に設けられる第２のスイッチとを有し、
    前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、択一的にオンする、温度検出回路。
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