JP3347300B2 - シリーズ接続電池用保護回路及び該保護回路を備えた電池パック並びにバックアップ電源装置 - Google Patents

シリーズ接続電池用保護回路及び該保護回路を備えた電池パック並びにバックアップ電源装置

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  • Tests Of Electric Status Of Batteries (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数個の電池を直
列に接続したシリーズ接続電池用の保護回路及び該保護
回路を備えた電池パック並びにバックアップ電源装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般に
携帯電話やノートパソコン、プレーヤー、デジタルカメ
ラなどの携帯型電子機器には、電源として充電式の複数
のセルを内蔵した電池パックが用いられている。特に携
帯型電子機器においては、通常の商用電源を使用する機
器とは異なり、確実な動作を保証するためには十分な容
量の電池電源が必要である。そのため、電池電源の残容
量を把握して適宜充電することが必要である。しかし、
繰り返し充放電する電池では、充放電の際に過充電、過
放電にならないようにしないと、電池の寿命を低下させ
てしまうだけでなく、電池そのものを壊してしまい電子
機器が作動不能になってしまうという問題がある。
【０００３】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するものであって、シリーズ接続電池を過充電、過放
電から保護し、電源のバックアップを行うものである。
【０００４】そのために本発明は、複数個の電池を直列
に接続したシリーズ接続電池用の保護回路として、第１
のスイッチング素子と発信素子を直列に挿入接続して前
記各電池毎に充電電流をバイパスする複数のバイパス回
路と、前記複数のバイパス回路の各発信素子の信号を受
信する複数の受信素子を直列に接続して充電停止の信号
を生成し送出する過充電保護回路と、前記各電池に対応
する複数の第２のスイッチング素子を並列に接続して放
電停止の信号を生成し送出する過放電保護回路と、過放
電検出端子と過充電検出端子とを有し各電池毎に電圧を
監視して過充電電圧と過放電電圧を検出し、前記過充電
検出端子から出力する過充電検出信号により前記第１の
スイッチング素子をオンに制御し、前記過放電検出端子
から出力する過放電検出信号により前記第２のスイッチ
ング素子をオンに制御する複数の電池電圧監視回路とを
備えことを特徴とし、前記発信素子と受信素子は、発光
素子と受光素子からなるフォトカプラで構成したことを
特徴とするものである。
【０００５】また、電池パックとして、前記シリーズ接
続電池用の保護回路と、さらに前記過充電保護回路から
送出される充電停止の信号により充電を停止させ、前記
過放電保護回路から送出される放電停止の信号により放
電を停止させる充放電制御回路を備えたことを特徴と
し、バックアップ電源装置として、交流を直流に変換し
出力する電源と、該電源により充電される前記電池パッ
クと、該電池パックの出力を定電圧に調整して出力する
電圧変換回路とを有し、前記バックアップ電源装置に使
用する電池は、リチウムイオン電池であり、前記電源
は、商用電源に接続されるＡＣ／ＤＣコンバータである
ことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図１はシリーズ接続電池用保護
回路を備えた電池パックの実施の形態を示す図であり、
１、２は整流素子、３は充放電制御用ＦＥＴ回路、１１
は電池、１２は電池電圧監視回路、１３は過充電防止用
ＦＥＴ、１４、１６は発光ダイオード、１５は光トラン
ジスタ、１７は過放電防止用ＦＥＴ、１８はゲート用ダ
イオード、Ｒ１〜Ｒ３は抵抗を示す。
【０００７】図１において、整流素子１は、充電回路に
おける逆流防止用のダイオードであり、整流素子２は、
放電回路における逆流防止用のダイオードである。電池
１１は、Ｎ個を直列接続（Ｎ直）してシリーズ化し、整
流素子１を通して充電電源回路に、また、整流素子２を
通して電子機器の負荷に給電する、例えばＤＣ／ＤＣコ
ンバータにそれぞれ接続し、一方、充放電制御用ＦＥＴ
回路３に接続して充放電制御用ＦＥＴ回路３により充放
電を制御するように構成したものである。電池電圧監視
回路１２は、各電池１１に並列に接続して電圧を監視
（モニタ）するものであり、電池電圧が充電時に過充電
電圧（例えば４．３±０．０５Ｖ）を上回ったか、放電
時に過放電電圧（例えば２．５±０．０６３Ｖ）を下回
ったかを検出してそれぞれ判定信号をＵＶ、ＬＶの端子
より出力する。
【０００８】過充電防止用ＦＥＴ１３は、電池電圧監視
回路１２において電池１１の電圧が充電時に過充電電圧
を上回ったときの判定信号をＵＶ端子からゲートに入力
してオンするものであり、発光ダイオード１４と抵抗Ｒ
１に直列接続され、それらの直列回路が各電池１１毎に
並列接続されてバイパス回路を構成している。つまり、
電池１１の電圧が充電時に過充電電圧を上回ったとき
（満充電となったとき）、過充電防止用ＦＥＴ１３がオ
ンになり、抵抗Ｒ１を負荷として充電電流をバイパスす
ることにより、その電池１１の過充電を防止しながら他
の電池へ充電電流を供給し続ける。このとき、フォトカ
プラを構成する発光ダイオード１４と光トランジスタ１
５において発光ダイオード１４が発光するので、光トラ
ンジスタ１５がオンになる。各電池１１に対応して設け
られる光トランジスタ１５は、発光ダイオード１６、抵
抗Ｒ３に直列接続され、充放電制御用ＦＥＴ回路３に充
電停止信号を与える回路となっている。したがって、発
光ダイオード１６は、すべての電池１１が過充電電圧に
達したとき、つまり充電が完了したとき点灯する。
【０００９】過放電防止用ＦＥＴ１７は、電池電圧監視
回路１２において電池１１の電圧が放電時の過放電電圧
を下回ったときの判定信号をＬＶ端子からゲート端子に
入力してオンするものであり、それぞれ抵抗Ｒ２とゲー
ト用ダイオード１８に直列接続される。そして、各ゲー
ト用ダイオード１８を共通接続して充放電制御用ＦＥＴ
回路３に放電停止信号を与える回路となっている。つま
り、ゲート用ダイオード１８が充放電制御用ＦＥＴ回路
３の放電停止信号端子に対し論理オア接続され、放電時
において、いずれかの電池１１の電圧が過放電電圧を下
回ると、充放電制御用ＦＥＴ回路３に放電停止信号が与
えられる。
【００１０】したがって、充電時においては、各電池１
１の電圧が過充電電圧を上回るごとに順次過充電防止用
ＦＥＴ１３がオンになることにより光トランジスタ１５
がオンになり、すべての電池１１の電圧が過充電電圧を
上回ったときに、すべての光トランジスタ１５がオンに
なって、充放電制御用ＦＥＴ回路３に充電停止信号を与
える。このとき充放電制御用ＦＥＴ回路３によってすべ
ての充電を停止する。これに対し、放電時においては、
いずれかの電池１１の電圧が過放電電圧を下回った時点
で、充放電制御用ＦＥＴ回路３によってすべての放電を
停止する。
【００１１】以上のように本発明に係るシリーズ接続電
池用保護回路を備えた電池パックでは、シリーズ化した
電池１１毎に電圧監視機能、過充電保護機能、過放電保
護機能を内臓して、構成電池すべての充放電を制御す
る。なお、シリーズ数は原則として無制限であるが、ス
イッチング素子耐圧等に準じる。また、逆流防止用のダ
イオードで構成する入出力の逆流防止機能を内蔵してい
る。
【００１２】過充電保護機能では、各電池毎に電圧を監
視し、例えば４．３±０．０５Ｖに電池電圧が上昇する
と、各保護素子毎に内蔵するバイパス回路を経由して他
の電池へ充電電流をバイパスし、構成上の全電池電圧が
過充電検知電圧を上回ったときに構成電池のすべての充
電を停止する。過放電保護機能では、各電池毎に電圧を
監視し、例えば２．５±０．０６３Ｖにいずれかの電池
電圧が下降すると、構成電池すべての放電を停止する。
【００１３】図２は本発明に係るシリーズ接続電池用保
護回路を備えた電池パックによるバックアップ電源装置
の実施の形態を示す図であり、２１はプラグ、２２はＡ
Ｃ／ＤＣコンバータ、２３はシリーズ接続電池用保護回
路を備えた電池パック、２４はＤＣ／ＤＣコンバータ、
２５は出力負荷端子、２６はダイオード、２７は電源ス
イッチ、２８、２９は表示ランプを示す。
【００１４】図２において、プラグ２１は、ＡＣ１００
Ｖの商用電源のコンセントに接続するプラグであり、Ａ
Ｃ／ＤＣコンバータ２２は、交流を直流に変換し出力す
る電源である。電池パック２３は、図１に示すような複
数個の電池を直列に接続したシリーズ接続電池の保護回
路を備え、各電池が過充電電圧を上回ったか過放電電圧
を下回ったか電圧を監視し、各電池が過充電電圧を上回
ったとき当該電池の充電電流をバイパスすると共にすべ
ての電池が過充電電圧を上回ったときに充電を停止さ
せ、また各電池のいずれかが過放電電圧を下回ったこと
を条件に放電を停止させるものであり、ＡＣ／ＤＣコン
バータ２２により充電される。ＤＣ／ＤＣコンバータ２
４は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２及び電池パック２３の
出力を定電圧、例えば２４Ｖに調整して出力するもので
ある。ダイオード２６は、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２の
出力に直列に挿入接続し、ＡＣ１００Ｖの商用電源が停
電したり、あるいはプラグ２１が不用意に引き抜かれた
ことにより、ＡＣ／ＤＣコンバータ２２の出力がダウン
したときに、電池パック２３をバックアップ電源として
ＤＣ／ＤＣコンバータ２４に給電するものである。電源
スイッチ２７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２４のＡＣ／Ｄ
Ｃコンバータ２２及び電池パック２３からの給電入力回
路をオン／オフするものであり、表示ランプ２８は、電
源スイッチ２７がオンで給電状態にあることを表示す
る、例えば赤色の発光ダイオード、表示ランプ２９は、
ＡＣ／ＤＣコンバータ２２の出力が活きていることを表
示する、例えば緑色の発光ダイオードである。
【００１５】バックアップ電源装置として、上記のよう
に構成することにより、電源スイッチ２７が投入され、
プラグ２１からＡＣ１００Ｖが供給されて正常に動作し
負荷に給電している状態では、赤色の表示ランプ２８、
緑色の表示ランプ２９が点灯する。そして、ＡＣ１００
ＶがダウンしてＡＣ／ＤＣコンバータ２２の出力が落ち
ると、緑色の表示ランプ２９が消える。つまり、電池パ
ック２３からのバックアップ動作状態であることを示
し、この状態で電池パック２３において、例えば数時間
のバックアップを行うが、電池パック２３の過放電保護
機能が動作して放電が停止すると、電池パック２３の出
力も落ちるので、赤色の表示ランプ２８も消える。した
がって、赤色の表示ランプ２８、緑色の表示ランプ２９
とも消えているときは、負荷に給電されていない状態を
示すことになる。
【００１６】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、種々の変形が可能である。例えば上
記実施の形態では、電池パックにコンバータを接続する
構成を示したが、電池パックにコンバータを内蔵するも
のであってもよいことはいうまでもない。
【００１７】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、直列に接続した複数個の電池に対し、各電池
が過充電電圧を上回ったか過放電電圧を下回ったか電圧
を監視する複数の電圧監視回路と、各電池の充電電流を
バイパスするバイパス回路を有し、電圧監視回路による
電圧の監視により過充電電圧を上回ったとき第１のスイ
ッチング素子をオンにしてバイパス回路を動作させる複
数の過充電保護回路と、電圧監視回路による電圧の監視
により過放電電圧を下回ったとき第２のスイッチング素
子をオンにする複数の過放電保護回路とを備え、複数の
過充電保護回路のすべての第１のスイッチング素子がオ
ンになったことを条件に充電を停止させ、複数の過放電
保護回路のいずれかの第２のスイッチング素子がオンに
なったことを条件に放電を停止させるので、直列接続し
た電池パック（シリーズ接続電池）を過充電、過放電か
ら保護することができ、電池パックの長寿命化を図るこ
とができる。
【００１８】また、バックアップ電源装置として、上記
のような電池パックと、交流を直流に変換し電池パック
を充電する電源と、電池パックの出力を定電圧に調整し
て出力する電圧変換回路とを有するので、電源の数時間
のバックアップを確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 シリーズ接続電池用保護回路を備えた電池パ
ックの実施の形態を示す図である。
【図２】 本発明に係るシリーズ接続電池用保護回路を
備えた電池パックによるバックアップ電源装置の実施の
形態を示す図である。
【符号の説明】
１…整流素子、３…充放電制御用ＦＥＴ回路、１１…電
池、１２…電池電圧監視回路、１３…過充電防止用ＦＥ
Ｔ、１４、１６…発光ダイオード、１５…光トランジス
タ、１７…過放電防止用ＦＥＴ、１８…ゲート用ダイオ
ード、Ｒ１〜Ｒ３…抵抗
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−203773（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−165399（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−168183（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−38400（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−19188（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/10 G01R 19/165 G01R 31/36 H01M 10/44

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数個の電池を直列に接続したシリーズ
    接続電池用の保護回路であって、 第１のスイッチング素子と発信素子を直列に挿入接続し
    て前記各電池毎に充電電流をバイパスする複数のバイパ
    ス回路と、 前記複数のバイパス回路の各発信素子の信号を受信する
    複数の受信素子を直列に接続して充電停止の信号を生成
    し送出する過充電保護回路と、 前記各電池に対応する複数の第２のスイッチング素子を
    並列に接続して放電停止の信号を生成し送出する過放電
    保護回路と、 過放電検出端子と過充電検出端子とを有し各電池毎に電
    圧を監視して過充電電圧と過放電電圧を検出し、前記過
    充電検出端子から出力する過充電検出信号により前記第
    １のスイッチング素子をオンに制御し、前記過放電検出
    端子から出力する過放電検出信号により前記第２のスイ
    ッチング素子をオンに制御する複数の電池電圧監視回路
    とを備えことを特徴とするシリーズ接続電池用保護回
    路。
  2. 【請求項２】 前記発信素子と受信素子は、発光素子と
    受光素子からなるフォトカプラで構成したことを特徴と
    する請求項１記載のシリーズ接続電池用保護回路。
  3. 【請求項３】 複数個の電池を直列に接続しシリーズ接
    続電池用保護回路を備えた電池パックであって、 第１のスイッチング素子と発信素子を直列に挿入接続し
    て前記各電池毎に充電電流をバイパスする複数のバイパ
    ス回路と、 前記複数のバイパス回路の各発信素子の信号を受信する
    複数の受信素子を直列に接続して充電停止の信号を生成
    し送出する過充電保護回路と、 前記各電池に対応する複数の第２のスイッチング素子を
    並列に接続して放電停止の信号を生成し送出する過放電
    保護回路と、 過放電検出端子と過充電検出端子とを有し各電池毎に電
    圧を監視して過充電電圧と過放電電圧を検出し、前記過
    充電検出端子から出力する過充電検出信号により前記第
    １のスイッチング素子をオンに制御し、前記過放電検出
    端子から出力する過放電検出信号により前記第２のスイ
    ッチング素子をオンに制御する複数の電池電圧監視回路
    と、 前記過充電保護回路から送出される充電停止の信号によ
    り充電を停止させ、前記過放電保護回路から送出される
    放電停止の信号により放電を停止させる充放電制御回路
    とを備えたことを特徴とするシリーズ接続電池用保護回
    路を備えた電池パック。
  4. 【請求項４】 交流を直流に変換し出力する電源と、該
    電源により充電される請求項３記載の電池パックと、該
    電池パックの出力を定電圧に調整して出力する電圧変換
    回路とを有するバックアップ電源装置。
  5. 【請求項５】 前記バックアップ電源装置に使用する電
    池は、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求
    項４記載のバックアップ電源装置。
  6. 【請求項６】 前記電源は、商用電源に接続されるＡＣ
    ／ＤＣコンバータであることを特徴とする請求項５記載
    のバックアップ電源装置。
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