JP3072459B2

JP3072459B2 - 二次電池パックの入出力端子回路構造及びその充電器の入出力端子構造

Info

Publication number: JP3072459B2
Application number: JP6277332A
Authority: JP
Inventors: 明裕村石
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1994-11-11
Filing date: 1994-11-11
Publication date: 2000-07-31
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JPH08140276A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば携帯電話機や携
帯無線機等の携帯電子機器に使用される二次電池パック
の入出力端子回路構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】携帯電話機や携帯無線機等を動作させる
ための電源としては、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）
電池やニッケル水素（Ｎｉ−ＭＨ）電池、さらにはリチ
ウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池のような二次電池がよ
く用いられている。これは、電池容量、重量、放電電流
容量、充電回路の容易さ等の面から判断して、鉛シール
電池等の二次電池と比較した場合の利点が大きいためで
ある。この場合、これらの二次電池の部分を独立させて
モールドパック化して用いることが多いが、これは予備
の電池を複数個用意しておいて、電池パックだけを適宜
交換できるような便利さと使い易さが要請されているか
らである。

【０００３】上述のような二次電池パックを充電する際
には、電池の種類、電圧、放電容量等の仕様・特性に応
じた専用の充電器を用いて充電するが、通常は携帯電話
機や携帯無線機等に装着された状態のまま充電する場合
と、予備用の電池パック単体を充電する場合の２通りが
あり、充電器はそのどちらでも対応できるように複数の
充電スロットを設けている場合が多い。これらの機能仕
様を満足させるには、電池パック側の信号インターフェ
イス接点（入出力回路接点）を、充電器側と携帯電話機
や携帯無線機等の側に分けて考える必要があり、特に充
電器側の接点は、電池パック単体でも本体装着時でも同
じように充電できるように、本体装着時に外部に露出す
る位置に設ける必要がある。また、本体側の接点は、本
体に対し電源や信号を供給する必要性から、本体装着時
に本体と密着するような面、すなわち装着時に外部に露
出しない位置に設けるようにする必要がある。

【０００４】次に、二次電池と充電器を組み合わせて充
放電する場合の機能乃至特質について簡単に説明する。
二次電池が特にニッケルカドミウム電池やニッケル水素
電池の場合、放電終止電圧近くまで完全に放電されてい
ない電池を充電器で充電する時、その繰り返し回数が多
くなるにつれて、見かけ上の放電容量の低下がおこり、
これが実質的な電池の寿命低下を来すようになる。この
放電容量の低下は、電極の活物質の不活性化に起因する
化学現象で、メモリ効果として一般に知られている。こ
のメモリ効果を減少させるには、常時規定容量での充放
電を繰り返す必要があり、そのため、放電が完全でない
電池パックを放電させるためのリフレッシュ回路と呼ば
れる回路が充電器に内蔵されていることが多い。これ
は、一般には単なる抵抗器を用いて電池の放電終止電圧
まで放電させるものであり、放電開始のスイッチが設け
られている場合もある。通常は、このリフレッシュ回路
は、予備電池パック単体に関してのみ機能するもので、
本体に装着された電池パックには適用されないようにな
っている。その理由は、本体装着の電池パックは、充電
の途中でも本体装置を使用する場合があるからで、もし
この時に丁度放電が完了するタイミングであったとする
と、本体が使用できないので、不都合だからである。

【０００５】図３は従来の二次電池パックの入出力端子
回路構造の一構成を示す回路説明図である。図３の左側
位置に示す各端子が充電器と接続する接点で、右側位置
の各端子が携帯電話機や携帯無線機等に接続する接点で
ある。なお、以後は説明の簡単化のために、二次電池パ
ックの種類を３素子型ニッケル水素電池の場合、装着す
る機器（ないし用途）として携帯電話機を例にとって説
明する。勿論、他の種類の電池でもよく、また他の機器
ないし用途に対しても、適用可能であることは言うまで
もない。

【０００６】図３において、まず、電池パックの充電の
際には、電池パック１の左側の各端子を充電器（図示せ
ず）の対応する各端子と接続する。そして、充電器を作
動すると、＋ＶｃｃとＥ端子との間に充電器より充電電
圧が印加され、定電流方式等により充電が行われる。こ
の状態で電池電圧が規定値になったことを充電器内の検
出器が検出すると、充電が終了したと判断し、充電動作
を停止するようになっている。すなわち、電池パック１
の充電が完了する。次に、携帯電話機に電池パック１を
装着し使用する場合は、電池パック１の右側の各端子を
携帯電話機（図示せず）の対応する各端子と接続する。
すると、右側の＋Ｖｃｃ端子から電池パック１の直流電
源電圧が携帯電話機本体に供給され、携帯電話機が駆動
可能の状態になる。図３に見られるように、電池パック
１の内部では、上述の左右の＋Ｖｃｃ端子が直結されて
おり、この線が内部の二次電池構成素子すなわち２次電
池（単セル）ＢＡＴの正電極に接続されているので、こ
れら端子が充電と電源供給の両方に共通使用されてい
る。なお、Ｅはグラウンド端子（負電位）である。

【０００７】ここで、後述する本発明による実施例の動
作には直接関係しないが、図３の電池パック１に設けら
れている他の信号接点及び電池パック内部構成要素につ
いて説明する。まず、充電器側のＴＨ端子はＥ（グラウ
ンド）端子すなわち接地端子との間に配設しているサー
ミスタＲＴの出力端子であり、充電器側から供給される
定電圧を印加することにより、電池パック１の内部温度
を正確に測定するのに使用されるものである。図４を参
照してこの部分の動作を簡単に説明する。図４に示すよ
うに、充電器の内部には、安定化された定電圧電源Ｖ
と、精密な抵抗器Ｒとがあり、これらが直列に接続され
ていて、ＴＨ端子に接続されるようになっている。充電
器に電池パック１が接続されると、ＴＨ端子からさらに
サーミスタＲＴが直列につながり、Ｅ（グランド）端子
を介して回路閉ループを構成している。サーミスタＲＴ
は、温度によりその抵抗値が変化する温度検知素子で、
例えば温度の変化に対し一次の逆比例特性をもってい
て、温度が上昇すると抵抗値が下がるような素子であ
る。この時、ある温度ＴtempにおけるサーミスタＲＴの
値をＲＴtempとすると、充電器の内部の固定抵抗器Ｒの
両端に生ずる電圧ＶR はＶR ＝｛Ｖ／（Ｒ＋ＲＴtem
p）｝×Ｒに示される式で表され、温度に依存する一義
的な値をとる。この電圧値から電池パック１の内部温度
を測定することができる。

【０００８】図３に見られるＴはサーモスタットであ
り、所定の温度以上になると、回路を開き、温度が下が
ると、再び回路を閉じるような温度感知素子である。ま
た、ＰＴＣはポリスイッチと呼ばれる素子で、ある所定
電流値以上の電流が流れると回路を開き、電流が所定電
流値以下になると再び回路を閉じるような一種の電流ブ
レーカー素子である。これらのＲＴ、Ｔ、ＰＴＣの各素
子は、電池パック１が異常に高温になったり、規定値以
上の過大電流が流れた場合に作動し、電池パック１の安
全性を確保するために実装されているものである。ＢＡ
Ｔは、ニッケル水素電池の単セルであり、図３の例では
２次電池ＢＡＴを３本直列に接続した構成としているの
で、、公称電圧３．６Ｖの電池パック１を構成してい
る。

【０００９】また、充電器側及び携帯電話機側の両方に
設けられ、内部で直結されている端子ＤＣは、携帯電話
機本体が充電器に設置されているかいないかを検出する
ための付属機能の端子である。この端子の機能につい
て、図５の全体接続概念図を用いて、簡単に説明する。（イ）まず、電池パック１が取り付けられた携帯電話機
本体２が充電器３の上に置かれると、充電器３の充電用
の各端子接点と電池パック１の各入力端子接点が接続
し、充電が行われる。そして、充電器３内のＤＣ＋５Ｖ
信号が２個の抵抗器（４．７ｋΩ，１０ｋΩ）を通して
携帯電話機本体２内のトランジスタのベース端子に印加
される。この時、ベース電位はほぼ＋５Ｖとなり、この
トランジスタはオン状態となる。トランジスタがオン状
態なので、電話機制御用ＬＳＩの充電器検出端子４はほ
ぼ０Ｖとなり、論理Ｌと判定し、電話機が充電器３に置
かれていると認識する。（ロ）次に、電話機の発信や着信を行う（すなわち電話
機を使用する）ために、携帯電話機本体２を充電器３か
ら取り上げると、トランジスタのベース端子と充電器３
内のＤＣ（直流）＋５Ｖ信号が切り離されるため、ベー
ス電位はほぼ０Ｖとなりトランジスタはオフ状態とな
る。この時は、電話機制御用ＬＳＩの充電器検出端子４
には５０ｋΩのプルアップ抵抗を通して＋３Ｖが印加
し、論理Ｈと判定して、携帯電話機本体２が充電器３か
ら取り上げられた状態と認識する。（ハ）上述の２通りの認識状態を電話機制御用ＬＳＩは
常時監視しているので、例えば（イ）から（ロ）の状態
に変化した場合には、電話機の通話開始ボタンを操作し
なくても自動的に通話状態にすることができる。（ニ）前項（ハ）と反対動作によって、（ロ）から
（イ）の状態に変化した場合、すなわち携帯電話機本体
２が充電器３に置かれた場合には、電話機の通話終了ボ
タンをを操作することなく、通話を終了させることが可
能となる。以上、（イ）〜（ニ）で説明したように、電池パック１
内で直結させた２つのＤＣ端子を有効に利用することに
より、電話機の機能を有意義に拡大することができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の二
次電池パックの入出力端子回路構造では、充電器からの
充電端子＋Ｖｃｃと電話機側への電源供給端子＋Ｖｃｃ
とが共通で、なおかつ電池パックを携帯電話機本体へ装
着したままの状態で充電ができるように、＋Ｖｃｃの端
子の片方は、電池パックを携帯電話機本体へ装着した状
態で外部に露出する部分に配置することが必須となる。
この＋Ｖｃｃ端子は、メモリ効果を回復させるためのリ
フレッシュ回路への出力端子としても使用するので、電
池パック内部の２次電池（ニッケル水素電池セル）ＢＡ
Ｔと直結する必要がある。

【００１１】上述の前提条件を勘案して、従来型の電池
パックを使用する場合を想定すると、もし万一携帯電話
機の外部の＋Ｖｃｃ端子とＥ端子とを何等かの方法で誤
って短絡してしまった場合には、電池に過大電流が流
れ、発熱や発煙乃至発火というような重大な事故につな
がる危険性を孕んでいた。そこで、このような短絡に関
する対策に重点をおいて、図６の他の従来例に示すよう
に、充電器側の＋Ｖｃｃ端子と２次電池ＢＡＴとの間に
逆流防止用のダイオードＣＤを挿入し、万が一の短絡の
場合には、過大電流がながれないように工夫していた。
なお、１ａは内部にダイオードＣＤを有する電池パック
である。しかし、その場合には、メモリ効果を回復させ
るためのリフレッシュ回路が適用できないという問題が
あった。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る二次電池パ
ックの入出力端子回路構造は、携帯電子機器内に着脱自
在に装着され、携帯電子機器に装着された状態又は分離
状態で充電可能な二次電池パックの入出力端子回路構造
において、充電専用端子と、携帯電子機器に電源電圧を
供給する電源電圧供給端子と、二次電池パックのメモリ
効果回復用のリフレッシュ回路に接続されている放電専
用端子とがそれぞれ独立して設置され、上述の３種類の
端子のうち、少なくとも放電専用の端子は、二次電池パ
ックが携帯電子機器に装着された状態においては外部に
露出しない位置に配置され、充電専用の端子と二次電池
パック内の二次電池セルとの間に、逆流防止用のダイオ
ードが順方向に接続されているものである。この場合、
電源電圧供給端子と前記放電専用端子とを独立して設置
する代りに、共通にして放電専用端子と前記電源電圧供
給端子と兼用するするようにしてもよい。

【００１３】また、本発明に係る充電器の入出力端子構
造は、上述の２つのタイプの二次電池パックの単体充電
時、いずれも充電器内のリフレッシュ回路に接続される
ようになっているものである。

【００１４】

【作用】本発明においては、二次電池パックの充電側端
子と電池パック内の二次電池セルとの間に順方向にダイ
オードを挿入・接続し、同時に電池パックのメモリ効果
を回復させるためのリフレッシュ回路に接続される放電
端子を電池パックが携帯電子機器に装着された状態では
外部に露出しない場所に配置し、さらに二次電池パック
から携帯電子機器本体に電源電圧を供給するための電源
供給端子をそれぞれに独立して配置した端子回路構造と
したから、万一、電池パックの外部に露出する端子例え
ば充電端子とグラウンド端子とが短絡しても、大電流が
流れないようになる。また、いま述べた端子回路構造に
より、電池パックを携帯電子機器に装着したままの充電
や、電池パック単体でのリフレッシュ操作が可能な、二
次電池パックの入出力端子回路構造となる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明による二次電池パックの入出力
端子回路構造の一実施例を示す模式ブロック図による回
路説明図である。図１において、１１、＋Ｖ及び＋Ｖ１
以外の各部分符号は図３の従来例で示した部分符号と同
じであるので、その説明を省略する。なお、本発明の実
施例の説明においては、電池パックの種類をニッケル水
素電池（３素子、３．６Ｖ）、さらに電池パックの用途
を携帯電話機に限定して説明する。この場合、他の種類
の電池パックでも、また他の用途においても、本発明が
適用可能であることは言うまでもない。

【００１６】図１において、まず、内部に配設されてい
る２次電池ＢＡＴが満充電に近い状態であるような電池
パック１１が携帯電話機本体に装着されて、電話機が使
用状態にある場合について説明する。電池パック１１か
ら携帯電話機本体への電源電圧の供給は、電話機本体電
源出力端子＋Ｖを介して行われる。そして、本実施例に
おいては、電話機本体電源出力端子＋Ｖの外に、携帯電
話機本体側に、この電話機本体電源出力端子＋Ｖのライ
ンから別の放電専用端子＋Ｖ１を付設している。この時
に、充電入力端子＋Ｖｃｃを誤って短絡させても電池パ
ック１１内部のダイオードＣＤの作用により、外部への
過大電流は流れないようになっている。また、メモリ効
果を回復させるためのリフレッシュ回路に接続されるよ
うになっている放電専用端子＋Ｖ１は、後述するよう
に、電池パック１１を携帯電話機本体に装着した状態で
は外部に露出していないため、誤って短絡させるような
ことはない。

【００１７】次に、電池パック１１が例えば長期間の使
用によって放電状態となり、充電器３等を用いて充電す
る場合は、充電入力端子＋Ｖｃｃから順方向の電流によ
りダイオードＣＤを通して電池パック１１を構成する３
個の２次電池ＢＡＴが充電される。これは、電池パック
１１が携帯電話機本体２に装着された状態でも、電池パ
ック１１単体で充電される場合であっても同様である。

【００１８】さらに、メモリ効果を生じて特性が劣化し
ている単体の電池パックを、リフレッシュ回路を適用し
て回復させる場合の作用について説明する。リフレッシ
ュ回路で内部の２次電池ＢＡＴを放電するための放電専
用端子＋Ｖ１は、これまで説明してきた通り、電池パッ
ク１１を携帯電話機本体２に装着した状態では、外部に
露出しない場所に設置されている。これも前述のよう
に、携帯電話機本体２に装着された電池パック１１を装
着したまま放電させることは、電話機の使用上都合が悪
いからで、リフレッシュ放電回路を適用するのは、二次
電池パック単体の状態に限られている。単体の二次電池
パックを充電するための充電器３の充電スロットには、
放電専用端子＋Ｖ１が嵌合するような受け側の端子（図
示せず）が配設されていて、リフレッシュ放電回路（後
述の図２の符号１３参照）へと接続されている。

【００１９】いま、リフレッシュ動作が必要な劣化状態
の電池パック１１を単体電池パック充電用スロット（図
示せず）に挿着して放電する場合についてのべる。通
常、充電器３内の充電回路に接続されている充電入力端
子＋Ｖｃｃは、リフレッシュ開始トリガボタンを操作す
ることにより、充電回路から切り離され、逆に放電専用
端子＋Ｖ１とリフレッシュ放電回路１３とが接続され
て、電池パック１１の放電動作が開始される。電池パッ
ク１１が放電し、規定の放電終止電圧に達すると、充電
器３内部の電池電圧検出素子（図示せず）がこの放電終
止電圧を検知し、リフレッシュ放電回路１３を電池パッ
ク１１から切り離して放電を停止させると共に、再び充
電回路と電池パック１１とを接続し、電池パック１１を
所定の電圧まで滿充電させる。この充電により、メモリ
効果によって劣化していたニッケル水素型の２次電池Ｂ
ＡＴはリフレッシュされ、劣化する前の本来の二次電池
としての性能に回復される。なお、上述の実施例の説明
で、言及しなかった電池パック内部のその他の構成要素
や端子の機能に関しては、従来技術の説明の項で詳細に
説明した内容と同じであるから、ここでの説明は省略す
る。

【００２０】図２は本発明の他の実施例を示す模式ブロ
ック図による回路説明図である。図１において、１２及
び１３以外の各部分符号は図１の実施例で示した部分符
号と同じであるので、その説明を省略する。図２の実施
例において、図１の実施例と異なる点は、メモリ効果に
よる電池パック１２の性能劣化を回復させるためのリフ
レッシュ放電回路１３への接続端子として、図１に示し
たような放電専用端子＋Ｖ１を設けないで、携帯電話機
本体側への電源電圧供給用端子＋Ｖを兼用して放電端子
として使用するようにしたことである。すなわち、電池
パック１２を充電器３の予備電池パック充電用スロット
に挿着した場合、携帯電話機本体２側への電源電圧供給
用端子＋Ｖを、充電器２のメモリ効果回復用の放電端子
に丁度嵌合するようにそれぞれの端子を形成して配置さ
せたものである。従って、携帯電話機本体２から切り離
して単体の電池パック１２として取り出した場合、充電
器３に電源電圧供給用端子＋Ｖを挿着できるようにして
いるので、電源電圧供給用端子＋Ｖを介して、リフレッ
シュ放電回路１３に接続されるようになっている。な
お、この実施例の充放電やその他の動作は、図１の実施
例の動作と同じであるから、説明は省略する。

【００２１】以上実施例によって示したように、例えば
携帯電話機に使用する二次電池パックの入出力端子回路
構造の接点として、充電用接点と放電用接点とを別個に
設け、また充電用接点からみた二次電池パックの内部に
は逆流防止用のダイオードを直列接続し、上記の放電用
接点は二次電池パックを携帯電話機に装着した場合に
は、外部に露出しない構造としたので、携帯電話機の使
用中に誤って放電用端子を短絡させたりすることによる
発熱、発煙もしくは発火というような重大な事故を防止
できるようになった。また、その上に従来型の二次電池
パックと同様に、メモリ効果を回復させるためのリフレ
ッシュ回路を適用することが可能となった。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、携帯電話機や携帯無線機等の各種携帯電子機器に使
用する二次電池パックの入出力端子回路構造の接点とし
て、充電用接点と放電用接点とを別個に設け、また充電
用接点からみた二次電池パックの内部には逆流防止用の
ダイオードを直列接続し、上記の放電用接点は二次電池
パックを携帯電子機器に装着した場合には、外部に露出
しない構造としたので、携帯電子機器等の使用中に誤っ
て放電用端子を短絡させたりすることによる発熱、発煙
もしくは発火というような重大な事故を防止できる効果
が得られた。また、その上に従来型の二次電池パックと
同様に、メモリ効果を回復させるためのリフレッシュ回
路を適用することが可能であるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す模式ブロック図による
回路説明図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す模式ブロック図によ
る回路説明図である。

【図３】従来の二次電池パックの入出力端子回路構造の
構成を示す回路説明図である。

【図４】従来の電池パック内の温度検出の動作説明図で
ある。

【図５】従来の二次電池パックの入出力端子回路構造の
全体接続概念を示す回路説明図である。

【図６】逆流防止機能付き電池パックの入出力端子回路
構造の他の従来例を示す説明図である。

【符号の説明】

１，１ａ，．１１，１２電池パック２携帯電話機本体３充電器４電話機制御用ＬＳＩの充電器検出端子１３リフレッシュ放電回路＋Ｖｃｃ充電入力端子Ｅグラウンド端子ＤＣ充電器接続検出端子ＴＨ電池パック温度検出端子＋Ｖ電話機本体電源出力端子＋Ｖ１放電専用端子ＢＡＴ２次電池ＲＴサーミスタＣＤダイオードＴサーモスタットＰＴＣポリスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/10 H02J 7/34 - 7/35 H01M 2/10 H01M 10/42 - 10/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】携帯電子機器内に着脱自在に装着され、
前記携帯電子機器に装着された状態又は分離状態で充電
可能な二次電池パックの入出力端子回路構造において、充電専用端子と、前記携帯電子機器に電源電圧を供給す
る電源電圧供給端子と、前記二次電池パックのメモリ効
果回復用のリフレッシュ回路に接続されている放電専用
端子とがそれぞれ独立して設置され、前記の３種類の端子のうち、少なくとも前記放電専用の
端子は、前記二次電池パックが前記携帯電子機器に装着
された状態においては外部に露出しない位置に配置さ
れ、前記充電専用の端子と前記二次電池パック内の二次電池
セルとの間に、逆流防止用のダイオードが順方向に接続
されていることを特徴とする二次電池パックの入出力端
子回路構造。
【請求項２】前記電源電圧供給端子と前記放電専用端
子とを共通にして放電専用端子を前記電源電圧供給端子
と兼用することを特徴とする請求項１記載の二次電池パ
ックの入出力端子回路構造。
【請求項３】請求項１記載の放電専用端子は、二次電
池パックの単体充電時、充電器内のリフレッシュ回路に
接続されることを特徴とする充電器の入出力端子構造。
【請求項４】請求項２記載の放電専用端子は、二次電
池パックの単体充電時、充電器内のリフレッシュ回路に
接続されることを特徴とする充電器の入出力端子構造。