JP3221868B2

JP3221868B2 - 電池保護回路

Info

Publication number: JP3221868B2
Application number: JP20976699A
Authority: JP
Inventors: 芳宣祝園
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-07-23
Filing date: 1999-07-23
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2019-07-23
Also published as: JP2001037096A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池等の二次電池を過充電から保護する電池保護回路
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】二次電池においては、適正な充電条件を
越えての過充電は、電解液の分解に伴うガスの発生や発
熱を生じて電池性能の劣化や破損等をまねくことにな
る。特に、リチウム二次電池系では、一定範囲の電圧を
超えての作動は電池の劣化や損傷を受ける度合いが大き
く、誤った電池使用から二次電池を保護するために電池
保護装置が設けられる。

【０００３】前記電池保護装置は、ＰＴＣや電流遮断弁
として電池自体に装備されるものと、二次電池の充放電
回路を異常状態に応じて遮断する保護回路として構成さ
れる。前記ＰＴＣは、二次電池の充放電回路に直列に接
続され、過大電流によって自己発熱し、温度上昇による
抵抗値の急増により過大電流を阻止するもので、比較的
大型の二次電池では、電池の封口部内に配設される。ま
た、電流遮断弁は、二次電池の封口部内に装備されるも
ので、電池内に発生したガスによる内圧の上昇によって
変形し、許容値を超える内圧が加わったときに破断して
ガスを放出すると共に、破断によって充放電回路への通
電電流を遮断する。このＰＴＣ及び電流遮断弁は、比較
的大型で円筒形のリチウムイオン二次電池においては電
池自体が備える機構として周知のところである。

【０００４】また、前記保護回路は、特許２８７２３６
５号公報等に開示されたものが知られており、図６に示
すように構成されている。制御手段３３によって二次電
池３０の電圧を検出し、充電可能電圧以上の電圧が検出
されたとき、充放電回路に直列に接続されたＭＯＳＦＥ
Ｔ３１を遮断状態に制御し、充放電回路を遮断して充電
電流を阻止する。また、放電可能電圧以下の電圧が検出
されたとき、充放電回路に直列に接続されたＭＯＳＦＥ
Ｔ３２を遮断状態に制御し、充放電回路を遮断して放電
電流を阻止する。この制御により、二次電池３０は過充
電や過放電による破損や劣化から防御することができ
る。

【０００５】しかし、保護回路が正常に動作しなかった
とき、特に過充電防止の制御が正常に機能しなかったと
き、二次電池３０は過充電状態の進行によって電解液が
分解し、温度上昇と共にガスの発生によって破裂に至る
恐れがある。そこで、図７に示すように、過充電、過放
電及び過電流を防止する制御を行う制御手段３４と、こ
の制御手段３４に動作異常が生じたときに過充電状態を
停止させる過充電制御手段３６とを設けた保護回路の構
成が提案されている。

【０００６】この構成では、制御手段３４によって過充
電、過放電及び過電流を防止する制御を行い、この制御
手段３４の過充電防止の制御機能に故障や誤動作等の動
作異常が発生したとき、過充電制御手段３６によって過
充電状態に対応する電圧が検出されるので、過充電制御
手段３６はＭＯＳＦＥＴ３５を導通状態に制御する。こ
のＭＯＳＦＥＴ３５の導通により、抵抗器１８は発熱し
て熱カップリングされた温度ヒューズ１９を溶断させ、
二次電池３０の充放電回路を遮断する。

【０００７】また、特開平８−１１６６２７号公報、特
開平１０−５１９６２号公報には、過充電から二次電池
を二重に保護する保護回路の構成が開示されており、上
記構成と同様に、過充電に対して二重に制御手段を設
け、第１の制御手段に不具合が生じたとき、第２の制御
手段によって温度ヒューズ等の非復帰の遮断手段により
二次電池の充放電回路を遮断して過充電の進行を防止し
ている。

【０００８】これらの構成によって、二次電池３０が最
も過酷な状態に陥る過充電の継続状態から回避すること
ができ、過充電を阻止する構成が二重に設けられること
になり、過充電状態の継続によるガス発生が防止される
ので、前述した機械的に通電回路を遮断する電流遮断弁
を廃止することも可能となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来構成による二重に設けられた過充電の防止回路は、過
充電状態の継続による電池破壊を防止するのに有効と考
えられるが、第１の制御手段に不具合が生じたときに動
作する第２の制御手段は非復帰の遮断手段を動作させる
ため、その動作を検査することができず、個々の動作状
態を検査することにより確実な動作を確保して信頼性を
得るに至らないものであった。過充電の保護回路はリチ
ウムイオン二次電池等のエネルギー密度の高い二次電池
では確実な動作が不可欠であり、二次電池もしくは電池
パック個々に、保護回路の動作を検査して信頼性を確保
できるものが必要である。

【００１０】また、温度ヒューズや加熱手段等は、集積
回路に組み込むことが不可能なパーツであり、それらの
配設スペースが必要となるため、小型の二次電池を用い
てコンパクトな電池パックを構成したり、二次電池に保
護回路を一体化させた保護回路付きの二次電池を構成す
るのに障害となる。

【００１１】本発明が目的とするところは、過充電を防
止するための二重の保護回路をコンパクトに構成した電
池保護回路を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本願の第１発明に係る電池保護回路は、二次電池の正
負両極間の電圧を検出して、検出電圧が第１の充電禁止
電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続さ
れた第１のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出
電圧が前記第１の充電禁止電圧以上となったとき前記第
１のスイッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、
第１の充電解除電圧以下となるまで遮断状態を保持する
主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出し
て、検出電圧が前記第１の充電禁止電圧を越える第２の
充電禁止電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直
列接続された第２のスイッチング手段を導通状態に制御
し、検出電圧が前記第２の充電禁止電圧以上になったと
き前記第２のスイッチング手段の充電方向を遮断状態に
制御する副保護回路とを具備してなる。そして、副保護
回路は、第２の充電禁止電圧の検出により第２のスイッ
チング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を
第２の充電解除電圧が検出されるまで保持するように構
成する、もしくは、副保護回路は、第２の充電禁止電圧
の検出により第２のスイッチング手段の充電方向を遮断
状態に制御した後、遮断状態を固定するように構成する
ことを特徴とする。

【００１３】上記構成によれば、主保護回路に故障、誤
動作等の不具合が生じて過充電の阻止動作がなされなか
ったときには、副保護回路が過充電を検出して二次電池
の充放電回路を遮断する。この構成によって二重の過充
電保護回路が構成され、二次電池の過充電は確実に阻止
され、二次電池の破壊につながる過充電の進行が防止さ
れる。この二重の過充電保護の構成は、その動作を電池
保護回路毎に検査することができ、信頼性の高い電池保
護が可能となる。また、二重の過充電保護回路は過充電
を確実に防止できるので、過充電に伴うガス発生がな
く、ガス発生による電池内の異常内圧を放出するガス排
出弁等の機構を廃止することも可能となり、ガス排出弁
等を設けるスペースを得難い小型の二次電池の構成が容
易となる。また、半導体素子による回路構成が可能であ
るため、保護回路を集積回路として構成することがで
き、電池パックの小型化や二次電池内に保護回路を収容
することも可能となる。

【００１４】上記構成において、副保護回路は、第２の
充電禁止電圧の検出により第２のスイッチング手段の充
電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を第２の充電解除
電圧が検出されるまで保持するように構成することがで
きる。即ち、第２の充電解除電圧を第１の充電禁止電圧
以下に設定することによって、副保護回路による第２の
スイッチング手段の遮断状態により充電を不可能にする
ことができる。また、第２のスイッチング手段による遮
断動作によって充電回路が開放されたときの電池電圧の
低下により遮断状態から導通状態に復帰して過充電保護
の状態が開放されてしまうことを防止することもでき
る。

【００１５】また、副保護回路は、第２の充電禁止電圧
の検出により第２のスイッチング手段の充電方向を遮断
状態に制御した後、遮断状態を固定するように構成する
ことによって、過充電検出による第２のスイッチング手
段の遮断状態を固定して、主保護回路の故障による電池
保護機能の喪失から二次電池を保護することができる。

【００１６】また、第１及び第２の各スイッチング手段
が、その内部に寄生ダイオードを有するパワーＭＯＳＦ
ＥＴであり、前記寄生ダイオードの順方向が二次電池の
放電方向になるように接続して構成することにより、過
充電状態の検出によって第１及び第２の各スイッチング
手段が遮断状態となっても、寄生ダイオードを通じた放
電が可能となり、過充電の阻止機能が動作した状態にて
も二次電池の使用が可能となる。

【００１７】また、上記目的を達成するための本願の第
２発明に係る電池保護回路は、二次電池の正負両極間の
電圧及び放電電流を検出して、検出電圧が第１の充電禁
止電圧以下で第１の放電禁止電圧以上であるとき二次電
池の充放電回路に直列接続された第１のスイッチング素
子を導通状態に制御し、検出電流が所定値以上であると
き前記第１のスイッチング素子を遮断状態に制御し、検
出電圧が第１の充電禁止電圧以上になったとき前記第１
のスイッチング素子を充電方向遮断／放電方向導通の状
態に制御し、検出電圧が放電禁止電圧以下になったとき
前記第１のスイッチング素子を放電方向遮断／充電方向
導通の状態に制御する主保護回路と、二次電池の正負両
極間の電圧を検出して、検出電圧が第２の充電禁止電圧
以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された
第２のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧
が前記第２の充電禁止電圧以上であるとき前記第２のス
イッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状
態を第２の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保
護回路とを具備してなることを特徴とする。

【００１８】上記構成によれば、主制御回路は二次電池
の電圧及び放電電流を検出して、正常時はスイッチング
素子を導通状態に制御して二次電池を使用可能な状態に
制御するが、異常状態に応じて第１のスイッチング手段
を遮断状態もしくは充電のみ可能、放電のみ可能な状態
に制御する。この主保護回路に故障、誤動作等の不具合
が生じて過充電の阻止動作がなされなかったときには、
副保護回路が過充電を検出して二次電池の充放電回路を
遮断するので、二重の過充電保護回路が構成され、二次
電池の過充電は確実に阻止され、二次電池の破壊状態に
つながる過充電の進行が防止される。この二重の過充電
保護の構成は、その動作を個々に検査することができ、
信頼性の高い電池保護が可能となる。また、二重の過充
電保護回路は過充電を確実に防止できるので、過充電に
伴うガス発生がなく、ガス発生による電池内の異常内圧
を放出するガス排出弁等の機構を廃止することも可能と
なり、ガス排出弁等を設けるスペースを得難い小型の二
次電池の構成が容易となる。また、半導体素子による回
路構成が可能であるため、保護回路を集積回路として構
成することができ、電池パックの小型化や二次電池内に
保護回路を収容することも可能となる。

【００１９】上記構成において、第１のスイッチング素
子は、その内部に寄生ダイオードの無いＦＥＴであり、
そのゲート電圧によって各状態になるもので、１つのＦ
ＥＴによって過充電、過放電及び過電流の阻止動作に制
御することができ、電池保護回路を小型化することが可
能となる。

【００２０】また、上記目的を達成するための本願の第
３発明に係る電池保護回路は、二次電池の充放電回路に
直列接続されたＰＴＣ素子に加熱手段を熱カップリング
させ、この加熱手段への通電を制御する第１のスイッチ
ング手段を設け、二次電池の正負両極間の電圧を検出し
て、検出電圧が第１の規定電圧以下であるとき前記第１
のスイッチング手段を遮断状態に制御し、検出電圧が前
記第１の規定電圧以上であるとき前記第１のスイッチン
グ手段を導通状態に制御して前記加熱手段に通電し、こ
の導通状態を第１の解除電圧が検出されるまで保持する
主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出し
て、検出電圧が前記第１の規定電圧を越える第２の規定
電圧以下であるとき二次電池の充放電回路に直列接続さ
れた第２のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出
電圧が前記第２の規定電圧以上であるとき前記第２のス
イッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状
態を第２の解除電圧が検出されるまで保持する副保護回
路とを具備してなることを特徴とする。

【００２１】上記構成によれば、主保護回路は二次電池
の電圧から過充電状態が検出されたとき、第１のスイッ
チング手段を導通状態に制御して加熱手段に通電し、二
次電池の充放電回路に直列接続されたＰＴＣ素子を加熱
手段によって加熱する。ＰＴＣ素子は温度上昇によって
急激に抵抗値を増加させて、二次電池への充電電流を規
制し、二次電池を過充電状態から保護する。この主保護
回路に故障、誤動作等の不具合が生じて過充電の阻止動
作がなされなかったときには、副保護回路が過充電を検
出して二次電池の充放電回路を遮断するので、二重の過
充電保護回路が構成され、二次電池の過充電は確実に阻
止され、二次電池の破壊状態につながる過充電の進行が
防止される。この二重の過充電保護の構成は、その動作
を個々に検査することができ、信頼性の高い電池保護が
可能となる。また、二重の過充電保護回路は過充電を確
実に防止できるので、過充電に伴うガス発生がなく、ガ
ス発生による電池内の異常内圧を放出するガス排出弁等
の機構を廃止することも可能となり、ガス排出弁等を設
けるスペースを得難い小型の二次電池の構成が容易とな
る。また、半導体素子による回路構成が可能であるた
め、保護回路を集積回路として構成することができ、電
池パックの小型化や二次電池内に保護回路を収容するこ
とも可能となる。

【００２２】上記構成において、加熱手段はＰＴＣ素子
に熱カップリングされた第２のＰＴＣ素子によって構成
することができる。ＰＴＣ素子は平板状に形成すること
ができ、２つのＰＴＣ素子を面接合して熱カップリング
が良好な状態をえることができ、第２のＰＴＣ素子に通
電することによる温度上昇によってＰＴＣ素子を加熱
し、その抵抗値を増加させて充電電流を規制する構造を
コンパクトに構成することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の実施形態について説明し、本発明の理解に供する。
尚、以下に示す実施形態は本発明を具体化した一例であ
って、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

【００２４】図１は、本発明の第１の実施形態に係る電
池保護回路の構成を示すもので、リチウムイオン二次電
池として構成された二次電池３を過充電、過放電及び過
電流から保護する主保護回路Ａと、二次電池３を過充電
から前記主保護回路Ａに併せて二重に保護する副保護回
路Ｂとを備えて構成されている。

【００２５】図１において、二次電池３の負極側とマイ
ナス入出力端子５との間には、主保護回路Ａを構成する
第１のＦＥＴ（第１のスイッチング手段）１１及び第２
のＦＥＴ１２と、副保護回路Ｂを構成する第３のＦＥＴ
（第２のスイッチング手段）１３が直列に接続されてい
る。第１〜第３の各ＦＥＴ１１〜１３は、それぞれパワ
ーＭＯＳＦＥＴを用いて構成され、第１及び第２の各Ｆ
ＥＴ１１、１２は主制御手段１によって、それぞれ導通
／遮断の２状態に制御され、第３のＦＥＴ１３は副制御
手段２によって導通／遮断の２状態に制御される。これ
らは二次電池３の正常な充放電条件下においては、いず
れも導通状態に制御されて二次電池３の負極とマイナス
入出力端子５との間を導通状態に接続し、プラス入出力
端子４とマイナス入出力端子５との間に二次電池３が接
続された状態とする。

【００２６】前記主制御手段１は、二次電池３の正負両
極間の電圧を検出して、これが予め設定された過充電状
態と判定される第１の充電禁止電圧（例えば、４．３０
Ｖ）以上になったとき、第１のＦＥＴ１１を遮断状態に
制御して充電電流を遮断し、二次電池３を過充電から保
護する。二次電池３は過充電によって電解液が分解さ
れ、これに伴うガス発生による電池破損や、内部短絡の
発生を生じる恐れがあるが、この過充電防止の機能によ
り、二次電池３の損傷が防止できる。主制御手段１によ
る第１のＦＥＴ１１の遮断状態は、第１の充電禁止電圧
より低い第１の充電解除電圧が検出されるまで保持され
る。

【００２７】また、主制御手段１は、二次電池３の正負
両極間の電圧を検出して、これが予め設定された過放電
状態と判定される放電禁止電圧（例えば、２．６０Ｖ）
以下になったとき、第２のＦＥＴ１２を遮断状態に制御
して放電電流を遮断し、二次電池３を過放電から保護す
る。二次電池３は過放電によって電池性能の劣化を来す
が、この過放電防止の機能により、二次電池３の劣化が
防止できる。主制御手段１による第２のＦＥＴ１２の遮
断状態は、放電禁止電圧より高い放電解除電圧が検出さ
れるまで保持される。

【００２８】更に、主制御手段１は、第２のＦＥＴ１２
の両端電圧を検出して、これが予め設定された過大な放
電電流に対応する電圧以上になったとき、第１及び第２
の各ＦＥＴ１１、１２を遮断状態に制御して放電電流を
遮断し、二次電池３を過大な放電電流による損傷から保
護する。プラス入出力端子４とマイナス入出力端子５と
の間、あるいはこれらに接続する機器側で短絡が生じた
ような場合に、二次電池３は過大な放電電流に曝される
ことになるが、このとき第２のＦＥＴ１２の僅かな内部
抵抗（２０〜５０ｍΩ）によっても過大な放電電流によ
って、その両端電圧が上昇するので、これを検出して過
電流を遮断することができる。

【００２９】上記のように第１の主保護回路Ａは、過充
電、過放電、過電流を阻止する機能を備えているので、
これを二次電池３と共に電池パックの形態に構成するこ
とによって、二次電池３は機器の故障や誤った使用によ
る損傷から保護される。しかし、主保護回路Ａに動作異
常が生じたとき、二次電池３は著しい損傷を受けること
になる。この動作異常は、主保護回路Ａが故障した場合
に二次電池３は過充電の進行と共に温度上昇し、電解液
の分解によるガス発生は電池内圧の異常上昇をまねき、
やがては破裂の事態に陥ることになる。このような電池
内圧の異常上昇に備えて前述した電流遮断弁が装備され
るが、二次電池３が小型化され、薄型化されたものであ
るとき、電流遮断弁を電池内に構成することが困難とな
り、確実な動作を期待できない状態となる。過充電が確
実に阻止できれば、前記電流遮断弁を廃止することも可
能であり、小型化、薄型化された二次電池３の保護がな
されることになる。

【００３０】前記副保護回路Ｂは、過充電から二次電池
を二重に保護するために設けられたもので、主保護回路
Ａによる過充電の阻止機能が正常になされなかったと
き、この副保護回路Ｂによって過充電が阻止される。副
保護回路Ｂは、副制御手段２によって二次電池３の電圧
を検出し、主制御手段１が過充電防止の目的で検出する
充電禁止電圧より高い第２の充電禁止電圧（例えば、
４．４５Ｖ）以上の電圧が検出されたとき、第３のＦＥ
Ｔ１３を遮断状態に制御し、第２の充電解除電圧が検出
されるまで遮断状態を保持して充電電流を遮断する。

【００３１】図２は、過充電状態が継続されたときの二
次電池３の電圧変化と温度変化とを測定した試験データ
を示すもので、主保護回路Ａによって過充電の阻止動作
が正常になされなかったとき、過充電状態の進行ととも
に電池電圧は徐々に上昇し、電池温度は急激な上昇を迎
えることが示されている。電池温度が急激に上昇しはじ
めたときの電池電圧は５Ｖを越えていることから、副保
護回路Ｂの副制御手段２において第２の充電禁止電圧を
前記のように４．４５Ｖに設定しておくことによって、
この第２の充電禁止電圧が検出されたとき、副制御手段
２によって第３のＦＥＴ１３が遮断状態に制御され、電
池温度が急激に上昇しはじめる以前に充電電流は遮断さ
れ、過充電状態の継続による電池破損は防止される。

【００３２】以上説明した第１の実施形態に係る電池保
護回路に用いられた第１〜第３の各ＦＥＴ１１、１２、
１３は、図３に示すように、それぞれドレイン−ソース
間に寄生ダイオードＤを有するもので、過充電防止のた
めに第１のＦＥＴ１１または第３のＦＥＴ１３が遮断状
態に制御されたときにも、第１及び第３の各ＦＥＴ１
１、１３の寄生ダイオードＤの順方向が放電電流方向に
なるように接続されていることにより、二次電池３から
の放電は可能となる。また、過放電防止のために第２の
ＦＥＴ１２が遮断状態に制御されたときにも、第２のＦ
ＥＴ１２の寄生ダイオードＤの順方向が充電電流方向に
なるように接続されていることにより、二次電池３への
充電は可能となる。

【００３３】次に、本発明の第２の実施形態について説
明する。図４は、第２の実施形態に係る電池保護回路の
構成を示すもので、第２の実施形態に係る電池保護回路
は、主保護回路Ｃと副保護回路Ｂとを備えて構成されて
いる。副保護回路Ｂは第１の実施形態に示したものと共
通する構成であり、構成要素と共に同一の符号で示して
おり、その説明は省略する。

【００３４】図４において、主保護回路Ｃは、主制御手
段６と第１のＦＥＴ１４とを集積回路チップとして構成
したもので、第１のＦＥＴ１４は主制御手段６から印加
されるゲート電圧によって、導通状態、遮断状態、
充電方向導通／放電方向遮断、充電方向遮断／放電
方向導通の４状態に動作する。この主制御手段６と第１
のＦＥＴ１４とによる主保護回路Ｃの構成は、Ｕｎｉｔ
ｒｏｄｅ社製の集積回路チップとして市販されており、
ＵＳ特許５５８１１７０号として開示されているもので
ある。

【００３５】前記第１のＦＥＴ１４は、第１の実施形態
における第１及び第２の各ＦＥＴ１１、１２のように寄
生ダイオードＤを有するものでなく、また、１つのスイ
ッチング素子として、そのゲート電圧の変化によって上
記のように４状態に動作する。

【００３６】導通状態は、二次電池３が正常な使用状
態にある場合で、第２の主制御手段６が検出する二次電
池３の電圧が正常な充放電条件下にある状態である。ま
た、遮断状態は、二次電池３の充放電回路に直列接続
された第１のＦＥＴ１４の両端電圧から許容値以上の過
大な放電電流が検出されたとき、充放電回路を遮断して
過大電流から二次電池３を保護する。また、充電方向
導通／放電方向遮断は、主制御手段６によって二次電池
３の過放電状態に対応する電圧が検出されたとき、放電
解除電圧が検出されるまで放電方向を遮断状態にして放
電を停止し、充電方向の導通状態により充電は可能とす
る。また、充電方向遮断／放電方向導通は、主制御手
段６によって二次電池３の過充電状態に対応する電圧が
検出されたとき、充電解除電圧が検出されるまで充電方
向を遮断状態にして充電を停止し、放電方向の導通状態
により放電は可能とする。

【００３７】この主保護回路Ｃの構成によって、二次電
池３は過充電、過放電及び過電流から保護される。しか
し、この主保護回路Ｃにおいても第１の実施形態におい
て述べたように、誤動作や故障等の動作異常が生じたと
き、二次電池３は著しい損傷を受けることになる。なか
でも過充電の防止機能が停止した場合には、二次電池３
は過充電の進行と共に温度上昇し、電解液の分解による
ガス発生は電池内圧の異常上昇をまねき、やがては破裂
の事態に陥ることになる。そこで、図４に示すように、
上記構成になる主保護回路Ｃに副保護回路Ｂを併設する
ことによって、二次電池３が最も過酷な破損状態に陥り
やすい過充電から二重に保護されることになり、電池保
護回路は確実な二次電池３の保護をなし得ることにな
る。尚、副保護回路Ｂの構成及び動作は第１の実施形態
と同様なので、その説明は省略する。

【００３８】次いで、本発明の第３の実施形態について
説明する。図５は、第３の実施形態に係る電池保護回路
を示すもので、第３の実施形態に係る電池保護回路は、
主保護回路Ｅと副保護回路Ｂとを備えて構成され、副保
護回路Ｂは第１及び第２の各実施形態に示したものと共
通する構成であり、構成要素と共に同一の符号で示し、
その説明は省略する。

【００３９】図５において、二次電池３の正極側は、主
保護回路Ｅを構成する第１のＰＴＣ２１を介してプラス
入出力端子４に接続され、この第１のＰＴＣ２１には第
２のＰＴＣ（加熱手段）２２が熱カップリングされた状
態にして保護素子１０が構成されている。ＰＴＣ（Ｐｏ
ｓｉｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｏｅｆｆｉ
ｃｉｅｎｔ）は、周知のように電流が流れることによる
自己発熱もしくは加熱による温度上昇によって所定温度
以上になったとき、その抵抗値が急激に増加する正特性
サーミスタに属するもので、所定温度以下の平常時には
微小な抵抗値により通電による電圧降下は僅少にして充
放電回路に支障を与えることがない。

【００４０】前記保護素子１０は、板状に形成された第
１のＰＴＣ２１と第２のＰＴＣ２２とを電極板を介して
面接合することにより、第２のＰＴＣ２２の温度が第１
のＰＴＣ２１に伝導しやすい熱カップリング状態に形成
される。尚、第２のＰＴＣ２２は、抵抗器あるいはヒー
タ等の電流によって速やかに温度上昇する加熱手段とす
ることもできる。

【００４１】また、二次電池３の負極側は、副保護回路
Ｂを構成する第３のＦＥＴ１３を介してマイナス入出力
端子５に接続されており、二次電池３が正常な充放電条
件下にある状態では、第３のＦＥＴ１３は副制御手段２
により導通状態に制御され、二次電池３の負極側をマイ
ナス入出力端子５に接続した状態となっている。

【００４２】主保護回路Ｅは、主制御手段７によって二
次電池３の正負両極間の電圧を検出して、これが予め設
定された過充電状態と判定される第１の充電禁止電圧
（例えば、４．３０Ｖ）以下であるときには、第１のＦ
ＥＴ１５を遮断状態に制御する。過充電により前記第１
の充電禁止電圧を越える電圧が検出されたときには、主
制御手段７は第１のＦＥＴ１５を第１の充電禁止電圧よ
り低い第１の充電解除電圧が検出されるまで導通状態に
制御する。第１のＦＥＴ１５の導通により、第２のＰＴ
Ｃ２２の通電回路が形成され、その発熱によって熱カッ
プリングされた第１のＰＴＣ２１が加熱される。この加
熱によって第１のＰＴＣ２１は、抵抗値が急増するトリ
ップ状態となり、その増大した抵抗値によって二次電池
３の充放電回路に流れる電流を規制し、二次電池３の過
充電状態を阻止する。

【００４３】しかし、この主保護回路Ｅにおいても第１
及び第２の各実施形態において述べたように、誤動作や
故障等の動作異常が生じたとき、二次電池３は著しい損
傷を受けることになる。なかでも過充電の防止機能が停
止した場合には、二次電池３は過充電の進行と共に温度
上昇し、電解液の分解によるガス発生は電池内圧の異常
上昇をまねき、やがては破裂の事態に陥ることになる。
そこで、図５に示すように、上記構成になる主保護回路
Ｅに副保護回路Ｂを併設することによって、二次電池３
が最も過酷な破損状態に陥りやすい過充電から二重に保
護されることになり、電池保護回路は確実な二次電池３
の保護をなし得ることになる。尚、副保護回路Ｂの構成
及び動作は第１の実施形態と同様なので、その説明は省
略する。

【００４４】以上説明した各実施形態における電池保護
回路は、従来技術になる過充電から二重に保護する構成
においては、非復帰の遮断手段を副保護回路として構成
していたことにより、その動作が正常になされるか否か
を検査できないことから信頼性が低下する欠点を改良す
ることができる。即ち、副保護回路Ｂは副制御手段２に
第２の充電禁止電圧以下の電圧を印加して、第３のＦＥ
Ｔ１３が導通状態となり、第２の充電禁止電圧以上の電
圧を印加して、第３のＦＥＴ１３が遮断状態になること
を検査することができ、信頼性の高い電池保護回路を構
成することができる。

【００４５】また、各実施形態における電池保護回路
は、要部を集積回路として構成することができ、使用す
る電子部品の点数も少ないので、小型化、薄型化された
二次電池３と共にコンパクトに電池パックを構成するこ
とができる。更には、二次電池３内に保護回路を収容し
て保護回路を内装した二次電池３として構成することも
可能となる。また、二重の過充電阻止機能を備えている
ことによって、過充電によるガス発生が抑止されるの
で、内圧放出のための電流遮断弁を廃止することも可能
であり、小型化、薄型化されて機械的構造の電流遮断弁
の設置スペースが得難い場合にも、過充電による電池破
損の防止を図ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上の説明の通り本発明によれば、過充
電を阻止する機能が二重に設けられるので、過充電によ
る電池破壊を電気的に防止することができる。従って、
過充電による電池破壊を防止する構成を機械的な電流遮
断手段でなく、電気的に行うことができるので、電流遮
断の機械的構成を配設するスペースが少ない小型の二次
電池にも容易に適用することができる。

【００４７】また、主保護回路に併設された副保護回路
は温度ヒューズ等の非復帰の回路遮断手段を用いること
なく復帰タイプの構成なので、過充電状態が解除された
ときには正常時の状態に復帰させることも可能であり、
非復帰タイプでは不可能であった副保護回路の動作を検
査することができるので、電池保護回路が確実に動作す
ることを個々に検査して製品出荷することができ、信頼
性の高い電池保護回路を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係る電池保護回路の構成を示
すブロック図。

【図２】過充電状態が継続されたときの電池電圧と電池
温度との変化を示すグラフ。

【図３】ＭＯＳＦＥＴに内蔵される寄生ダイオードを示
すＦＥＴ回路図。

【図４】第２の実施形態に係る電池保護回路の構成を示
すブロック図。

【図５】第３の実施形態に係る電池保護回路の構成を示
すブロック図。

【図６】従来技術に係る電池保護回路の構成を示すブロ
ック図。

【図７】従来技術に係る電池保護回路の構成を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

Ａ、Ｃ、Ｅ主保護回路Ｂ副保護回路Ｄ寄生ダイオード１、６、７主制御手段２副制御手段３二次電池１１、１４、１５第１のＦＥＴ（第１のスイッチング
手段）１２第２のＦＥＴ１３第３のＦＥＴ（第２のスイッチング手段）２１ＰＴＣ素子２２第２のＰＴＣ素子（加熱手段）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】二次電池の正負両極間の電圧を検出し
て、検出電圧が第１の充電禁止電圧以下であるとき二次
電池の充放電回路に直列接続された第１のスイッチング
手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記充電禁止電圧
以上となったとき前記第１のスイッチング手段の充電方
向を遮断状態に制御し、遮断状態を充電禁止電圧を下回
る第１の充電解除電圧以下となるまで遮断状態を保持す
る主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前
記第１の充電禁止電圧を上回る第２の充電禁止電圧以下
であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第２
のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前
記第２の充電禁止電圧以上になったとき前記第２のスイ
ッチング手段の充電方向を遮断状態に制御する副保護回
路とを具備し、前記副保護回路は、第２の充電禁止電圧の検出により第
２のスイッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、
遮断状態を第２の充電解除電圧が検出されるまで保持す
ることを特徴とする電池保護回路。
【請求項２】二次電池の正負両極間の電圧を検出し
て、検出電圧が第１の充電禁止電圧以下であるとき二次
電池の充放電回路に直列接続された第１のスイッチング
手段を導通状態に制御し、検出電圧が前記充電禁止電圧
以上となったとき前記第１のスイッチング手段の充電方
向を遮断状態に制御し、遮断状態を充電禁止電圧を下回
る第１の充電解除電圧以下となるまで遮断状態を保持す
る主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前
記第１の充電禁止電圧を上回る第２の充電禁止電圧以下
であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第２
のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前
記第２の充電禁止電圧以上になったとき前記第２のスイ
ッチング手段の充電方向を遮断状態に制御する副保護回
路とを具備し、前記副保護回路は、第２の充電禁止電圧の検出により第
２のスイッチング手段の充電方向を遮断状態に制御した
後、遮断状態を固定することを特徴とする電池保護回
路。
【請求項３】第１及び第２の各スイッチング手段が、
その内部に寄生ダイオードを有するパワーＭＯＳＦＥＴ
であり、前記寄生ダイオードの順方向が二次電池の放電
方向になるように接続されてなる請求項１〜２いずれか
一項に記載の電池保護回路。
【請求項４】二次電池の正負両極間の電圧及び放電電
流を検出して、検出電圧が第１の充電禁止電圧以下で第
１の放電禁止電圧以上であるとき二次電池の充放電回路
に直列接続された第１のスイッチング素子を導通状態に
制御し、検出電流が所定値以上であるとき前記第１のス
イッチング素子を遮断状態に制御し、検出電圧が第１の
充電禁止電圧以上になったとき前記第１のスイッチング
素子を充電方向遮断／放電方向導通の状態に制御して、
この状態を第１の充電禁止電圧を下回る第１の充電解除
電圧が検出されるまで保持し、検出電圧が放電禁止電圧
以下になったとき前記第１のスイッチング素子を放電方
向遮断／充電方向導通の状態に制御して、この状態を第
１の放電禁止電圧を上回る第１の放電解除電圧が検出さ
れるまで保持する主保護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前
記第１の充電禁止電圧を上回る第２の充電禁止電圧以下
であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第２
のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前
記第２の充電禁止電圧以上になったとき前記第２のスイ
ッチング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態
を第２の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保護
回路とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。
【請求項５】第１のスイッチング素子が、その内部に
寄生ダイオードの無いＦＥＴであり、そのゲート電圧に
よって各状態となる請求項４記載の電池保護回路。
【請求項６】二次電池の充放電回路に直列接続された
ＰＴＣ素子に加熱手段を熱カップリングさせ、この加熱
手段への通電を制御する第１のスイッチング手段を設
け、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧
が第１の充電禁止電圧以下であるとき前記第１のスイッ
チング手段を遮断状態に制御し、検出電圧が前記第１の
充電禁止電圧以上であるとき前記第１のスイッチング手
段を導通状態に制御して前記加熱手段に通電し、導通状
態を第１の充電解除電圧が検出されるまで保持する主保
護回路と、二次電池の正負両極間の電圧を検出して、検出電圧が前
記第１の充電禁止電圧を越える第２の充電禁止電圧以下
であるとき二次電池の充放電回路に直列接続された第２
のスイッチング手段を導通状態に制御し、検出電圧が前
記第２の充電禁止電圧以上であるとき前記第２のスイッ
チング手段の充電方向を遮断状態に制御し、遮断状態を
第２の充電解除電圧が検出されるまで保持する副保護回
路とを具備してなることを特徴とする電池保護回路。
【請求項７】加熱手段が、ＰＴＣ素子に熱カップリン
グされた第２のＰＴＣ素子である請求項６記載の電池保
護回路。