JP3713770B2 - 二次電池パック - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池を収納して負荷装置や充電器に接続される二次電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電が可能な電池である２次電池は、電池パックと称される筐体に収納されて使用される場合がある。この電池パックは、予め所定の電池容量が得られるように所定個の二次電池を直列又は並列に接続した状態で収納（場合によっては１個の二次電池だけを収納）させると共に、この収納された二次電池の保護回路を内蔵させて、二次電池の過充電や過放電を防止させると共に、端子部のショートによる二次電池の損傷を防止するように構成してある。
【０００３】
図１６は、従来の二次電池を収納した電池パックを示した図で、電池パック１は、端子２及び３を備え、所定の充電容量の二次電池４の正極側が＋側の端子２と接続してある。そして、−側の端子３と二次電池４の負極側との間には、２個の電界効果トランジスタFET1，FET2が直列に接続してある。この場合、各トランジスタFET1，FET2のゲートは、制御回路５と接続してあり、ソース・ドレイン間の接続方向は、トランジスタFET1とトランジスタFET2とで逆方向としてある。即ちトランジスタFET1は、制御回路５からゲートに得られる信号により、二次電池４から端子３の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。また、トランジスタFET2は、制御回路５からゲートに得られる信号により、端子３から二次電池４の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。この場合、それぞれのトランジスタFET1，FET2には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１，Ｄ２がある状態となっている。
【０００４】
そして、制御回路５は、二次電池４の正極側及び負極側が接続され、このように接続された二次電池４を電源として作動する回路で、何らかの方法により充電状態や放電状態を検出して、その検出した状態に応じてトランジスタFET1，FET2の制御を行う。この制御としては、制御回路５で充電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオン状態とし、トランジスタFET2をオフ状態とし、制御回路５で放電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオフ状態とし、トランジスタFET2をオン状態とする。また、充電・放電のいずれも行われないときには、双方のトランジスタFET1，FET2をオフ状態とする。
【０００５】
このように構成したことで、この電池パック１に充電装置（図示せず）が接続された場合には、制御回路５がこのことを判別してトランジスタFET1をオン状態とすると共にトランジスタFET2をオフ状態とするので、二次電池４の負極側から寄生ダイオードＤ２及びトランジスタFET1を介して端子３に電流が流れるようになり、端子２，３に接続された充電装置からの電流が二次電池４に供給されて、この二次電池４が充電される。
【０００６】
また、電池パック１が何らかの負荷装置（図示せず）に接続された場合には、制御回路５がこのことを判別してトランジスタFET1をオフ状態とすると共にトランジスタFET2をオン状態とするので、端子３から寄生ダイオードＤ１及びトランジスタFET2を介して二次電池４の負極側に電流が流れるようになり、二次電池４からの放電電流が端子２から負荷装置側に流れ、負荷装置に二次電池４から電源を供給できるようになる。
【０００７】
このように２個の電界効果トランジスタFET1，FET2を直列に接続して、その制御を充放電状態の判別に基づいて行うことで、電池パック１内の二次電池４と、外部の装置（充電装置又は負荷装置）との接続状態が適切に制御され、二次電池４を効果的に保護することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の二次電池パック内の制御回路５は、例えばマイクロコンピュータなどの演算回路で構成されるが、制御回路として作動させるためには、二次電池４から供給される電源の電圧が、回路として作動できる電圧以上ある必要がある。このため、何らかの要因により過放電されて二次電池４の残量が少なくなって、二次電池４の正極と負極間の電圧が非常に低くなった場合には、この電池パック１を使用することが不可能になってしまう。
【０００９】
例えば図１６に示す電池パック１として、二次電池４の満充電時の電圧が４．２Ｖとなるものを使用し、制御回路５が作動するために最低２．５Ｖ必要であったとする。このとき、制御回路５は放電時には二次電池４の電圧が２．５Ｖより若干高い電圧（例えば２．７Ｖ）まで低下したとき、放電を停止させる制御を行い、制御回路５が動作できない電圧まで過放電されるのを防止することが考えられる。ところが、例えば電池電圧が２．７Ｖに低下した状態で放電を停止させても、この状態で電池パック１を長期間放置しておくと、二次電池４が自己放電して徐々に電池電圧が低下し、２．５Ｖ以下の電池電圧となってしまう。
【００１０】
このような事態になると、この電池パック１を充電器に接続しても、制御回路５が作動しないので、トランジスタFET1がオン状態にならず、充電させることができなくなり、電池パック１が使用不能になってしまう。
【００１１】
また、このように過放電された場合の他に、電池パック１の＋側の端子２と−側の端子３との間が、何らかの要因によりショートした場合にも、同様に制御回路５に正常な電源が供給されなくなって、トランジスタFET1，FET2をオンさせることが不可能になってしまう。
【００１２】
本発明はこれらの点に鑑み、過放電などの好ましくない状態が発生しても、二次電池が使用できる状態にすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、電池パックの端子部と制御手段との間に接続され、検出手段において二次電池が充電状態であることを検出した時はオン状態とする第１の制御手段電源供給用スイッチング手段と、二次電池の電極と制御手段との間に接続され、検出手段において二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用スイッチング手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
かかる構成によると、充電時には第１の制御手段電源供給用スイッチング手段を導通状態とすることで、外部の充電装置側から供給される電源により制御手段を作動させることができ、この制御手段が充放電制御用スイッチング手段を制御でき、二次電池の残量の有無にかかわらず充電動作が可能になる。
【００１５】
また、放電時には第２の制御手段電源供給用スイッチング手段を導通状態とすることで、二次電池からの電源により制御手段を作動させることができ、この制御手段が充放電制御用スイッチング手段を制御でき、電池パックの端子部の状態にかかわらず放電動作が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
【００１７】
図１は本例の電池パックの構成を示すブロック図で、本例の電池パック１０は、充放電用の端子１０ａ及び１０ｂを備え、所定の充電容量の二次電池１１の正極側が＋側の端子１０ａと接続してある。この場合、二次電池１１としては、リチウムイオン電池を使用する。そして、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET1，FET2とが直列に接続してある。この場合、抵抗器Ｒ０は充放電電流を制御回路１２で検出するための抵抗器である。また、各トランジスタFET1，FET2のゲートは、制御回路１２と接続してあり、ソース・ドレイン間の接続方向は、トランジスタFET1とトランジスタFET2とで逆方向としてある。即ちトランジスタFET1は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、二次電池１１から端子１０ｂの方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。また、トランジスタFET2は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、端子１０ｂから二次電池１１の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。この場合、それぞれのトランジスタFET1，FET2には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１，Ｄ２がある状態となっている。
【００１８】
そして、制御回路１２は、充電状態や放電状態を検出して、その検出した状態に応じてトランジスタFET1，FET2の制御を行う回路で、集積回路で構成される。この場合、制御回路１２の動作用電源としては、端子１０ａ，１０ｂに接続された外部装置（充電器など）又は二次電池１１から供給される電源を使用するようにしてある。即ち、制御回路１２の＋側の電源入力部が、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に接続してある、また、制御回路１２の−側の電源入力部が、接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２の一端側に接続してある。そして、接続スイッチＳＷ１の他端側は端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続してあり、接続スイッチＳＷ２の他端側はトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続してある。それぞれの接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、外部信号検出回路１３により接続状態が制御される。
【００１９】
この外部信号検出回路１３は、電池パック１０の外部から端子１０ｃに供給される信号（この信号は電池パック１０が接続される充電器又は負荷装置から供給される）を検出して、充電状態及び放電状態の検出を行う回路である。即ち、この電池パック１０の端子１０ｃに供給される信号の電位（ここでの電位は端子１０ｂと１０ｃとの間の電位Ｖａ）を外部信号検出回路１３で検出し、その検出状態に応じて充電状態と放電状態との検出を行う。
【００２０】
そして、外部信号検出回路１３が充電状態と検出したときには、スイッチＳＷ１をオン状態とし、放電状態と検出したときには、スイッチＳＷ２をオン状態とする。そして、外部信号検出回路１３が充電状態，放電状態のいずれも検出できないときには、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態とする。
【００２１】
このように制御されることで、充電状態であると検出回路１３が検出したときには、スイッチＳＷ１がオン状態となって、電池パック１０の端子１０ａ，１０ｂに接続された機器（充電器）から供給される電源が、制御回路１２に供給されて、この制御回路１２が作動する。また、放電状態であると検出回路１３が検出したときには、スイッチＳＷ２がオン状態となって、電池パック１０内の二次電池１１から供給される電源が、制御回路１２に供給されて、この制御回路１２が作動する。
【００２２】
そして、このように電源が供給される制御回路１２は、外部信号検出回路１３で検出した充電状態及び放電状態に関する情報が供給され、この情報に基づいて制御回路１２がトランジスタFET1，FET2の制御を行う。即ち、供給される情報で充電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオン状態とし、トランジスタFET2をオフ状態とする。また、供給される情報で放電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオフ状態とし、トランジスタFET2をオン状態とする。また、充電状態と放電状態のいずれの状態の情報も供給されないときには、双方のトランジスタFET1，FET2をオフ状態とする。
【００２３】
次に、このように構成される電池パック１０の充電時及び放電時の動作を、図２のフローチャートに基づいて説明する。まず、この電池パック１０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ１０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ１０２）で、処理が異なる。
【００２４】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ１０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ１０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ１をオン状態とする（ステップ１０５）。このスイッチＳＷ１がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック１０内の制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により充電状態であると判別し、トランジスタFET1をオンさせる（ステップ１０６）。このトランジスタFET1がオン状態となることで、充電器からの電流が二次電池１１に供給されるようになり、充電が開始される（ステップ１０７）。
【００２５】
そして、この充電開始後に、制御回路１２が二次電池１１の正極と負極の間の電位の判断（判断する構成については図示せず）や抵抗器Ｒ０を使用した充電電流の検出などから、満充電状態であると判断したとき、トランジスタFET1をオフ状態に戻して、充電を停止させる。
【００２６】
次にステップ１０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ１０８）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ１０９）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ２をオン状態とする（ステップ１１０）。このスイッチＳＷ２がオン状態となることで、電池パック１０内の二次電池１１から電源が制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により放電状態であると判別し、トランジスタFET2をオンさせる（ステップ１１１）。このトランジスタFET2がオン状態となることで、二次電池１１から電流が端子１０ａ，１０ｂに接続された負荷装置に供給されるようになり、放電が開始される（ステップ１１２）。
【００２７】
そして、この放電開始後に、制御回路１２が二次電池１１の正極と負極の間の電位の判断などから、これ以上放電させるのが好ましくないと判断したとき、トランジスタFET2をオフ状態に戻し、放電を停止させる。
【００２８】
このようにして充電時の制御と放電時の制御が行われることで、本例の電池パック１０は、内蔵された二次電池１１の状態にかかわらず、充電や放電が可能になる。即ち、内蔵された二次電池１１の保護回路である制御回路１２は、動作用の電源が必要であるが、従来は内蔵された二次電池１１から常時電源を供給するようにしてあるため、二次電池１１の自己放電などにより、制御回路１２を作動させるのが困難な程度まで電池１１の端子間電圧が低下したときには、制御回路１２が作動しないので、トランジスタFET1をオンさせて充電を開始させることが出来なくなっていた。これに対し、本例の場合には、充電時には制御回路１２を動作させる電源が、充電器側から供給されるので、内部の二次電池１１の電圧が大幅に低下していても、充電動作を開始させる制御が行え、充電不能となる事故（即ち電池パックが使用不能となる事故）を防止できる。
【００２９】
なお、図１では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する具体的な構成については説明しなかったが、電圧検出に基づいた各種スイッチ制御方式が適用できる。例えば、ツェナーダイオードとトランジスタを組み合わせた構成としても良い。即ち図３に示すように、端子１０ｃをツェナーダイオードＺＤ１と抵抗器Ｒ１との直列回路を介して端子１０ｂに接続し、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗器Ｒ１との接続中点を、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１のベースに接続する。そして、このトランジスタＱ１のエミッタをトランジスタFET1と端子１０ｂとの間に接続する。また、端子１０ｃをツェナーダイオードＺＤ２と抵抗器Ｒ２との直列回路を介してトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続し、ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗器Ｒ２との接続中点を、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２のベースに接続する。そして、このトランジスタＱ２のエミッタをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタを、制御回路１２の−側の電源入力部に接続する。
【００３０】
ここで、抵抗器Ｒ１及びＲ２の抵抗値は、それぞれ充電時及び放電時に端子１０ｃに得られる制御信号の電圧に対応して設定する。
【００３１】
このように構成することで、トランジスタＱ１及びＱ２がスイッチＳＷ１及びＳＷ２として機能する。即ち、充電を行うことを示す電位の制御信号が端子１０ｃに供給される場合には、トランジスタＱ１がオン状態となって、制御回路１２に外部機器（充電器）からの電源が供給されるようになる。また、放電を行うことを示す電位の制御信号が端子１０ｃに供給される場合には、トランジスタＱ２がオン状態となって、制御回路１２に二次電池１１からの電源が供給されるようになる。
【００３２】
なお、この図３の例では、端子１０ｃに得られる制御信号を制御回路１２側に供給する構成については省略してある。
【００３３】
以上説明した構成では、外部から供給される信号に基づいて、直ちに充電や放電を開始させる制御を制御回路１２が行うようにしたが、充電や放電を開始させる前に、二次電池１１の状態を検出するようにしても良い。
【００３４】
この二次電池１１の状態を検出する場合の処理の一例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。この例ではトランジスタFET1又はFET2を、ハイインピーダンス状態として電池電圧を検出して、異常がないときに充電又は放電を開始させるようにしたものである。即ち、この電池パック１０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ２０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ２０２）で、処理が異なる。
【００３５】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ２０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ２０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ１をオン状態とする（ステップ２０５）。このスイッチＳＷ１がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック１０内の制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により充電が行われると判別される。
【００３６】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET1をハイインピーダンス状態にすると共に、トランジスタFET2をオン状態とする（ステップ２０６）。この状態で、二次電池１１の電池電圧を制御回路１２が検出し（ステップ２０７）、通常の充電が可能な電圧（基準電圧）以上あるか否か判断する（ステップ２０８）。ここで、検出した電圧値が基準電圧未満の場合には、ステップ２０６でのトランジスタFET1のハイインピーダンス状態とトランジスタFET2のオン状態とを継続させる。この状態では、二次電池１１への充電電流の流れは、少ない状態となり、長い時間を掛けて徐々に二次電池１１が充電されて電池電圧が上昇し、二次電池１１に対してダメージを与えない状態で徐々に充電される。
【００３７】
そして、ステップ２０８で基準電圧以上の電池電圧を検出した場合には、トランジスタFET1をオン状態とすると共に、トランジスタFET2をオフ状態とし（ステップ２０９）、通常の充電（即ち比較的大きな充電電流による急速充電）を開始させる（ステップ２１０）。
【００３８】
次にステップ２０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ２１１）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ２１２）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ２をオン状態とする（ステップ２１３）。このスイッチＳＷ２がオン状態となることで、二次電池１１からの電源が制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により放電が行われると判別される。
【００３９】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET1をオン状態にすると共に、トランジスタFET2をハイインピーダンス状態とする（ステップ２１４）。この状態で、二次電池１１の出力電圧を制御回路１２が検出し（ステップ２１５）、出力電圧が放電するのに適した電圧（基準電圧）以上であるか否か判断する（ステップ２１６）。ここで、検出した電圧値が基準電圧以上である場合には、トランジスタFET2をオン状態とすると共に、トランジスタFET1をオフ状態とし（ステップ２１７）、放電を開始させる（ステップ２１８）。
【００４０】
そして、ステップ２１６で検出した電圧が基準電圧未満の場合には、所定時間電圧の変化を監視した後（ステップ２１９）、トランジスタFET1及びFET2をオフ状態として、放電を停止させる（ステップ２２０）。
【００４１】
なお、ステップ２１９での電圧変化の監視としては、例えばトランジスタFET2のインピーダンスを変化させて、そのときの電圧変化を検出するようにしても良い。即ち、例えば図５に示すように、二次電池１１の充電残量が正常な範囲内である場合には、放電開始からインピーダンスＺ1 を徐々に低下させたとき、電池の出力電圧Ｖ1 は徐々に上昇する。この電圧Ｖ1 の上昇を検出したときには、電池が放電可能な状態であると判断して放電を続行させても良い。これに対し、インピーダンスＺを徐々に低下させても出力電圧Ｖ1 が上昇しない場合には、二次電池１１の残量が少ないと判断して、放電を停止させる処理を行う。
【００４２】
このように充電や放電が行われる前に、充電や放電を制御するトランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、二次電池１１の状態を検出することで、電池残量が少ない状態での充電や放電が防止され、内蔵された二次電池の劣化を防止することができる。
【００４３】
なお、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態とする代わりに、該当するトランジスタFET1又はFET2を周期的にオン・オフさせて、ハイインピーダンス状態と実質的に同じ状態としても良い。即ち、例えば図６に示すように（この図６のパルスが立ち上がった期間がオン状態で下がった期間がオフ状態を示す）、短時間のオンを短い周期で繰り返し行うことで、ハイインピーダンス状態と同じ状態に制御することができる。
【００４４】
次に、このように構成される電池パック１０の接続状態について説明すると、本例の電池パック１０は例えば図７に示すように、負荷装置９０内に装着させて、電池パック１０の端子１０ａ，１０ｂを、この負荷装置内の常時作動させる必要のある負荷回路９１に直接接続させると共に、選択的に作動させる負荷回路９２にスイッチ９３を介して接続させる。例えば負荷装置９０として携帯電話機（無線電話機）に適用した場合には、着信の待ち受け時に間欠的に作動させる必要のある受信系回路などが、常時作動させる必要のある負荷回路９１に相当し、通話時に作動させる必要のある回路などが、選択的に作動させる負荷回路９２に相当する。そして、この電池パック１０は、例えば負荷装置９０に装着させたままで、負荷装置の端子９０ａ，９０ｂを充電器であるＡＣアダプタ９４に接続させることが考えられる。
【００４５】
このように接続される構成とすることで、例えば電池パック１０内の二次電池１１の残量が少ないとき、ＡＣアダプタ９４で商用交流電源を整流・変圧して得られる直流低圧電源により、二次電池１１を充電させることができる。また、負荷回路９１，９２を電池パック１０内の二次電池１１からの放電で作動させることができると共に、ＡＣアダプタ９４が接続されたままである場合には、ＡＣアダプタ９４からの電源によっても作動させることができる。なお、図１の構成の電池パック１０の場合には、ＡＣアダプタ９４が接続されている場合には、負荷装置９０から電池パック１０の端子１０ｃに、充電を行うことを示す制御信号を供給し、ＡＣアダプタ９４が接続されてない場合には、負荷装置９０から電池パック１０の端子１０ｃに、放電を行うことを示す制御信号を供給する必要がある。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施例を、図８を参照して説明する。この第２の実施例を適用した図８において、上述した第１の実施例を適用した図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００４７】
本例においては、充電状態及び放電状態を電池パック内で検出するようにして、外部から充放電の制御信号を供給する必要をなくしたもので、図８に示すように構成する。この例での電池パック２０は、充放電検出回路１４を設けたもので、この充放電検出回路１４は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００４８】
そして、検出した状態に基づいて、接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２の制御を行う。即ち、充放電検出回路１４で充電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ１を接続状態とする。また、充放電検出回路１４で放電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ２を接続状態とする。
【００４９】
その他の部分は、図１に示す第１の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００５０】
この第２の実施例に示す電池パック２０の場合には、電池パックの内部で充電状態及び放電状態の検出を行うので、外部から充電や放電の制御信号を供給する必要がなくなり、それだけ接続される装置（負荷装置や充電器）側の構成を簡単にすることができると共に、電池パック２０側でも制御信号を受信する端子（図１の端子１０ｃ）が必要なくなり、電池パック側の構成も簡単になる。
【００５１】
なお、この第２の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施例を、図９を参照して説明する。この第３の実施例を適用した図９において、上述した第１の実施例を適用した図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５３】
本例の電池パック３０は、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設けて、この接続スイッチＳＷ０の制御を外部信号検出回路３１の制御に基づいて行うようにしたものである。この場合、外部信号検出回路３１は、端子１０ｃから供給される制御信号の電圧Ｖａを検出して、充電状態を検出したとき、スイッチＳＷ０及びＳＷ１をオン状態とし、放電状態を検出したとき、スイッチＳＷ０及びＳＷ２をオン状態として、制御回路１２に電源を供給するようにしたものである。
【００５４】
その他の部分は、図１に示す第１の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００５５】
この図９に示す電池パック３０として構成することで、上述した第１の実施例の場合と同様に、内蔵された二次電池１１が過放電された場合でも、制御回路１２に電源が供給されて、充電を行うことができる。そして、この第３の実施例に示す電池パック３０の場合には、充電や放電をしない状態の場合には、制御回路１２の電源入力部が、完全に回路から切り離されるので、例えば電池パック３０の端子１０ａ，１０ｂ間がショートするような事故があっても、制御回路１２などを保護することができる。
【００５６】
なお、この第３の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施例を、図１０を参照して説明する。この第４の実施例を適用した図１０において、上述した第１，第２及び第３の実施例を適用した図１，図８及び図９に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５８】
図１０に示す本例の電池パック４０は、第２の実施例を適用した図８に示した電池パック２０に、第３の実施例（図９）で説明したスイッチＳＷ０を設けるようにしたものである。即ち、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設ける。そして、この接続スイッチＳＷ０の制御を、電池パック４０に内蔵された充放電検出回路４１により行う。この充放電検出回路４１は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００５９】
そして、検出した状態に基づいて、接続スイッチＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２の制御を行う。即ち、充放電検出回路４１で充電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０及びＳＷ１を接続状態とする。また、充放電検出回路４１で放電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０及びＳＷ２を接続状態とする。
【００６０】
その他の部分は、図８に示す第２の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００６１】
この第２の実施例に示す電池パック４０の場合には、上述した第２の実施例の場合と同様に、電池パックの内部で充電状態及び放電状態の検出を行うので、電池パックと接続される機器の双方の構成を簡単にすることができると共に、上述した第３の実施例の場合と同様に、電池パック４０の端子１０ａ，１０ｂ間がショートするような事故があっても、制御回路１２などを保護することができる。
【００６２】
なお、この第４の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００６３】
次に、本発明の第５の実施例を、図１１を参照して説明する。この第５の実施例を適用した図１１において、上述した第１及び第３の実施例を適用した図１及び図９に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６４】
図１１に示す本例の電池パック５０は、制御回路１２への電源供給を制御するスイッチＳＷ１及びＳＷ２の代わりに、ダイオードを設けるようにしたものである。即ち、制御回路１２の−側の電源入力部を、ダイオードＤ３及びＤ４のアノードに接続し、ダイオードＤ３のカソードを端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続し、ダイオードＤ４のカソードをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。
【００６５】
そして、外部から端子１０ｃに得られる信号を検出する外部信号検出回路５１は、供給される信号の電圧Ｖａに基づいて充電状態及び放電状態の検出を行う回路で、充電状態又は放電状態の制御信号を検出したとき、スイッチＳＷ０を接続状態として、制御回路１２に電源を供給させる。この場合、充電時にはスイッチＳＷ０とダイオードＤ３を介して電源が供給され、放電時にはスイッチＳＷ０とダイオードＤ４を介して電源が供給されるようになる。そして、外部信号検出回路５１で検出した充電状態又は放電状態の情報を、制御回路１２に供給することで、制御回路１２が対応した状態に基づいたトランジスタFET1，FET2の制御を行うことができる。
【００６６】
その他の部分は、図９に示す第３の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００６７】
この第５の実施例の場合には、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ外部信号検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができる。なお、第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００６８】
なお、この第５の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００６９】
次に、本発明の第６の実施例を、図１２を参照して説明する。この第６の実施例を適用した図１２において、上述した第１，第２及び第５の実施例を適用した図１，図８及び図１１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７０】
図１２に示す本例の電池パック６０は、第５の実施例で説明したダイオードＤ３，Ｄ４をスイッチＳＷ１，ＳＷ２の代わりに接続する構成を、第２の実施例で説明した充放電を内部で検出する電池パックに適用したものである。即ち、本例の電池パック６０は、制御回路１２の−側の電源入力部を、ダイオードＤ３及びＤ４のアノードに接続し、ダイオードＤ３のカソードを端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続し、ダイオードＤ４のカソードをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。
【００７１】
そして、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設ける。そして、この接続スイッチＳＷ０の制御を、電池パック６０に内蔵された充放電検出回路６１により行う。この充放電検出回路６１は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００７２】
そして、検出した状態に基づいた情報を制御回路１２に供給すると共に、充電状態又は放電状態のいずれかの状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０を接続状態とする制御を行う。
【００７３】
その他の部分は、図１１に示す第５の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００７４】
この第６の実施例の場合にも、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路６１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができる。なお、第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００７５】
なお、この第６の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施例を、図１３及び図１４を参照して説明する。この第７の実施例を適用した図１３において、上述した第１及び第５の実施例を適用した図１及び図１１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７７】
図１３に示す本例の電池パック７０は、充放電制御用スイッチング手段である電界効果トランジスタが、制御回路１２の電源供給用スイッチング手段も兼ねるようにしたものである。即ち、図１３に示すように、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET11 ，FET12 とが直列に接続してある。この場合、本例のトランジスタFET11 とFET12 の接続方向は、第１の実施例で説明したトランジスタFET1とFET2との接続方向とは逆方向にしてある。
【００７８】
具体的には、二次電池１１の負極側から順に、抵抗器Ｒ０，トランジスタFET12 ，トランジスタFET11 を介して端子１０ｂに接続してあり、各トランジスタFET11 ，FET12 のソース・ドレイン間の接続方向としては、トランジスタFET11 は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、端子１０ｂから二次電池１１の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある（制御回路１２からのトランジスタFET11 の制御は第１の実施例でのトランジスタFET2の制御と同じ）。
【００７９】
また、トランジスタFET12 は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、二次電池１１から端子１０ｂの方向への電流の流れを制限する状態に接続してある（制御回路１２からのトランジスタFET12 の制御は第１の実施例でのトランジスタFET1の制御と同じ）。この場合、それぞれのトランジスタFET11 ，FET12 には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２がある状態となっている。
【００８０】
そして、両トランジスタFET11 ，FET12 の接続中点を、制御回路１２の−側の電源入力部と接続する。その他の部分は、図１１に示す第５の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００８１】
ここで、この第７の実施例の構成での、充電時及び放電時の制御状態を、図１３のフローチャートに基づいて説明する。まず、電池パック７０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ３０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ３０２）で、処理が異なる。
【００８２】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路５１に供給する（ステップ３０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路５１で判別する（ステップ３０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路５１で検出されるので、スイッチＳＷ０をオン状態とする（ステップ３０５）。このスイッチＳＷ０がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック７０内の制御回路１２に供給されるようになる。即ち、充電器側からの電源が、スイッチＳＷ０とトランジスタFET11 の寄生ダイオードＤ１１を介して制御回路１２に供給されるようになる。そして、この電源の供給による制御回路１２の作動で、検出回路５１からの信号により充電が行われると判別される。
【００８３】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET11 ，FET12 をオフ状態とする（ステップ３０６）。この状態で、二次電池１１の電池電圧を制御回路１２が検出し（ステップ３０７）、通常の充電が可能な電圧（基準電圧）以上あるか否か判断する（ステップ３０８）。そして、基準電圧以上ある場合には、トランジスタFET12 をオン状態として（ステップ３１０）、充電を開始させる（ステップ３１１）。このときには、充電電流が寄生ダイオードＤ１１とトランジスタFET12 を流れるようになる。
【００８４】
そして、ステップ３０８で検出した電圧値が基準電圧未満の場合には、トランジスタFET12 をハイインピーダンス状態とする（ステップ３０９）。この状態でステップ３０７での電池電圧の検出を行い、ステップ３０８の判断で二次電池１１の電池電圧が基準電圧以上になった場合には、ステップ３１０に移って充電を開始させる。
【００８５】
次にステップ３０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路５１に供給する（ステップ３１２）。そして、この制御信号を外部信号検出回路５１で判別する（ステップ３１３）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路５１で検出されるので、スイッチＳＷ０をオン状態とする（ステップ３１４）。このスイッチＳＷ０がオン状態となることで、二次電池１１からの電源が制御回路１２に供給されるようになる。即ち、二次電池１１からの電源が、スイッチＳＷ０とトランジスタFET12 の寄生ダイオードＤ１２を介して制御回路１２に供給されるようになる。そして、この電源の供給による制御回路１２の作動で、検出回路５１からの信号により充電が行われると判別される。
【００８６】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET11 をハイインピーダンス状態とすると共に、トランジスタFET12 をオン状態とする（ステップ３１５）。この状態で、二次電池１１の出力電圧を制御回路１２が検出し（ステップ３１６）、出力電圧が放電するのに適した電圧（基準電圧）以上であるか否か判断する（ステップ３１７）。ここで、検出した電圧値が基準電圧以上である場合には、トランジスタFET11 をオン状態とすると共に、トランジスタFET12 をオフ状態とし（ステップ２１８）、放電を開始させる（ステップ２１９）。
【００８７】
そして、ステップ２１７で検出した電圧が基準電圧未満の場合には、所定時間電圧の変化を監視した後（ステップ２２０）、トランジスタFET1及びFET2をオフ状態として、放電を停止させる（ステップ２２１）。
【００８８】
この第７の実施例の場合には、上述した第５の実施例の場合と同様に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができると共に、ダイオードＤ３，Ｄ４についてもトランジスタの寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２で兼用させたので、より構成を簡単にすることができる。なお、この例でも第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００８９】
次に、本発明の第８の実施例を、図１５を参照して説明する。この第８の実施例を適用した図１５において、上述した第１，第６及び第７の実施例を適用した図１，図１２及び図１３に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９０】
図１５に示す本例の電池パック８０は、第７の実施例と同様に充放電制御用スイッチング手段である電界効果トランジスタが、制御回路１２の電源供給用スイッチング手段も兼ねるようにしたもので、その場合に第６の実施例のように電池パック内の充放電検出回路６１で充放電状態を検出するようにしたものである。即ち、図１５に示すように、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET11 ，FET12 とが直列に接続してある。この場合、本例のトランジスタFET11 とFET12 の接続方向は、第１の実施例で説明したトランジスタFET1とFET2との接続方向とは逆方向にしてある。
【００９１】
そして、充放電検出回路６１で、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出する。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET12 側の電圧の方がトランジスタFET11 側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET11 側の電圧の方がトランジスタFET12 側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００９２】
そして、検出した状態に基づいた情報を制御回路１２に供給すると共に、充電状態又は放電状態のいずれかの状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０を接続状態とする制御を行う。
【００９３】
その他の部分は、図１３に示す第７の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００９４】
この第８の実施例の場合には、上述した第７の実施例の場合と同様に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができると共に、ダイオードＤ３，Ｄ４についてもトランジスタの寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２で兼用させたので、より構成を簡単にすることができる。そして更に、電池パック内部で充放電状態の検出を行うようにしたので、この点からも電池パックの構成を簡単にすることができる。なお、この例でも第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００９５】
なお、上述した各実施例においては、電池パック内に内蔵させる二次電池としてリチウムイオン電池を適用するようにしたが、その他の構造の二次電池を内蔵させるようにしても良い。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によると、充電時には外部からの電源で保護回路を構成する制御手段に電源が供給されるので、内蔵された二次電池の残量の有無にかかわらず充電動作が可能になる。そして、放電時には内蔵された二次電池から制御手段に電源が供給され、放電動作についても良好に行うことが可能になる。
【００９７】
この場合、検出手段での検出状態に応じて制御される別のスイッチ（実施例でのスイッチＳＷ０）を設けることで、制御手段を作動させないときには、制御手段を端子側から完全に切り離すことができ、端子部のショートなどがあっても、制御手段を損傷させることがなくなる。
【００９８】
また、状態検出手段で、外部から得られる信号を検出して、充放電状態の検出を行うようにしたことで、外部からの制御に基づいて、良好に充電と放電の制御が可能になる。
【００９９】
また、状態検出手段で、一方の端子部と二次電池の一方の極との間に生じる電位差の極性を検出して、充放電状態の検出を行うようにしたことで、電池パックの内部での検出処理で充電状態や放電状態の検出ができ、外部から制御信号などを供給する必要がなくなり、簡単な構成で実現できるようになる。
【０１００】
また、充放電制御用スイッチング手段として、二次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１の充放電制御用スイッチング手段と、二次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２の充放電制御用スイッチング手段とで構成したことで、２個の電界効果トランジスタなどのスイッチング手段を使用して、良好に充電と放電の制御ができるようになる。
【０１０１】
また、この場合に状態検出手段で充電状態を検出したとき、第１の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として電池電圧を検出した後、第１の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として充電を行い、状態検出手段で放電状態を検出したとき、第２の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として出力電圧を検出した後、第２の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として放電を行うようにしたことで、電池の状態を正確に判断して充電や放電を行うことが可能になり、過放電や過充電などを良好に防止することができる。
【０１０２】
また、第１及び第２の制御手段電源供給用スイッチング手段の代わりに、ダイオードを接続したことで、スイッチング手段を制御する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施例による充放電開始時の処理を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施例の具体回路例を示す回路図である。
【図４】第１の実施例による充放電開始時の処理（インピーダンス制御時）を示すフローチャートである。
【図５】二次電池の放電時の特性を示す特性図である。
【図６】第１の実施例においてトランジスタをスイッチング動作させる場合の状態を示すタイミング図である。
【図７】実施例による電池パックを接続した例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施例の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施例の構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施例の構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施例の構成を示す構成図である。
【図１３】本発明の第７の実施例の構成を示す構成図である。
【図１４】第７の実施例による充放電開始時の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第８の実施例の構成を示す構成図である。
【図１６】従来の電池パックの構成の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 電池パック
１０ａ ＋側端子
１０ｂ −側端子
１１ 二次電池
１２ 制御回路
１３，３１，５１ 外部信号検出回路
１４，４１，６１ 充放電検出回路
FET1，FET2，FET11 ，FET12 電界効果トランジスタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２ 寄生ダイオード
ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
【発明が属する技術分野】
本発明は、例えばリチウムイオン電池などの二次電池を収納して負荷装置や充電器に接続される二次電池パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電が可能な電池である２次電池は、電池パックと称される筐体に収納されて使用される場合がある。この電池パックは、予め所定の電池容量が得られるように所定個の二次電池を直列又は並列に接続した状態で収納（場合によっては１個の二次電池だけを収納）させると共に、この収納された二次電池の保護回路を内蔵させて、二次電池の過充電や過放電を防止させると共に、端子部のショートによる二次電池の損傷を防止するように構成してある。
【０００３】
図１６は、従来の二次電池を収納した電池パックを示した図で、電池パック１は、端子２及び３を備え、所定の充電容量の二次電池４の正極側が＋側の端子２と接続してある。そして、−側の端子３と二次電池４の負極側との間には、２個の電界効果トランジスタFET1，FET2が直列に接続してある。この場合、各トランジスタFET1，FET2のゲートは、制御回路５と接続してあり、ソース・ドレイン間の接続方向は、トランジスタFET1とトランジスタFET2とで逆方向としてある。即ちトランジスタFET1は、制御回路５からゲートに得られる信号により、二次電池４から端子３の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。また、トランジスタFET2は、制御回路５からゲートに得られる信号により、端子３から二次電池４の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。この場合、それぞれのトランジスタFET1，FET2には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１，Ｄ２がある状態となっている。
【０００４】
そして、制御回路５は、二次電池４の正極側及び負極側が接続され、このように接続された二次電池４を電源として作動する回路で、何らかの方法により充電状態や放電状態を検出して、その検出した状態に応じてトランジスタFET1，FET2の制御を行う。この制御としては、制御回路５で充電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオン状態とし、トランジスタFET2をオフ状態とし、制御回路５で放電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオフ状態とし、トランジスタFET2をオン状態とする。また、充電・放電のいずれも行われないときには、双方のトランジスタFET1，FET2をオフ状態とする。
【０００５】
このように構成したことで、この電池パック１に充電装置（図示せず）が接続された場合には、制御回路５がこのことを判別してトランジスタFET1をオン状態とすると共にトランジスタFET2をオフ状態とするので、二次電池４の負極側から寄生ダイオードＤ２及びトランジスタFET1を介して端子３に電流が流れるようになり、端子２，３に接続された充電装置からの電流が二次電池４に供給されて、この二次電池４が充電される。
【０００６】
また、電池パック１が何らかの負荷装置（図示せず）に接続された場合には、制御回路５がこのことを判別してトランジスタFET1をオフ状態とすると共にトランジスタFET2をオン状態とするので、端子３から寄生ダイオードＤ１及びトランジスタFET2を介して二次電池４の負極側に電流が流れるようになり、二次電池４からの放電電流が端子２から負荷装置側に流れ、負荷装置に二次電池４から電源を供給できるようになる。
【０００７】
このように２個の電界効果トランジスタFET1，FET2を直列に接続して、その制御を充放電状態の判別に基づいて行うことで、電池パック１内の二次電池４と、外部の装置（充電装置又は負荷装置）との接続状態が適切に制御され、二次電池４を効果的に保護することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような構成の二次電池パック内の制御回路５は、例えばマイクロコンピュータなどの演算回路で構成されるが、制御回路として作動させるためには、二次電池４から供給される電源の電圧が、回路として作動できる電圧以上ある必要がある。このため、何らかの要因により過放電されて二次電池４の残量が少なくなって、二次電池４の正極と負極間の電圧が非常に低くなった場合には、この電池パック１を使用することが不可能になってしまう。
【０００９】
例えば図１６に示す電池パック１として、二次電池４の満充電時の電圧が４．２Ｖとなるものを使用し、制御回路５が作動するために最低２．５Ｖ必要であったとする。このとき、制御回路５は放電時には二次電池４の電圧が２．５Ｖより若干高い電圧（例えば２．７Ｖ）まで低下したとき、放電を停止させる制御を行い、制御回路５が動作できない電圧まで過放電されるのを防止することが考えられる。ところが、例えば電池電圧が２．７Ｖに低下した状態で放電を停止させても、この状態で電池パック１を長期間放置しておくと、二次電池４が自己放電して徐々に電池電圧が低下し、２．５Ｖ以下の電池電圧となってしまう。
【００１０】
このような事態になると、この電池パック１を充電器に接続しても、制御回路５が作動しないので、トランジスタFET1がオン状態にならず、充電させることができなくなり、電池パック１が使用不能になってしまう。
【００１１】
また、このように過放電された場合の他に、電池パック１の＋側の端子２と−側の端子３との間が、何らかの要因によりショートした場合にも、同様に制御回路５に正常な電源が供給されなくなって、トランジスタFET1，FET2をオンさせることが不可能になってしまう。
【００１２】
本発明はこれらの点に鑑み、過放電などの好ましくない状態が発生しても、二次電池が使用できる状態にすることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明は、電池パックの端子部と制御手段との間に接続され、検出手段において二次電池が充電状態であることを検出した時はオン状態とする第１の制御手段電源供給用スイッチング手段と、二次電池の電極と制御手段との間に接続され、検出手段において二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用スイッチング手段とを備えたことを特徴としたものである。
【００１４】
かかる構成によると、充電時には第１の制御手段電源供給用スイッチング手段を導通状態とすることで、外部の充電装置側から供給される電源により制御手段を作動させることができ、この制御手段が充放電制御用スイッチング手段を制御でき、二次電池の残量の有無にかかわらず充電動作が可能になる。
【００１５】
また、放電時には第２の制御手段電源供給用スイッチング手段を導通状態とすることで、二次電池からの電源により制御手段を作動させることができ、この制御手段が充放電制御用スイッチング手段を制御でき、電池パックの端子部の状態にかかわらず放電動作が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施例を図１〜図７を参照して説明する。
【００１７】
図１は本例の電池パックの構成を示すブロック図で、本例の電池パック１０は、充放電用の端子１０ａ及び１０ｂを備え、所定の充電容量の二次電池１１の正極側が＋側の端子１０ａと接続してある。この場合、二次電池１１としては、リチウムイオン電池を使用する。そして、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET1，FET2とが直列に接続してある。この場合、抵抗器Ｒ０は充放電電流を制御回路１２で検出するための抵抗器である。また、各トランジスタFET1，FET2のゲートは、制御回路１２と接続してあり、ソース・ドレイン間の接続方向は、トランジスタFET1とトランジスタFET2とで逆方向としてある。即ちトランジスタFET1は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、二次電池１１から端子１０ｂの方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。また、トランジスタFET2は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、端子１０ｂから二次電池１１の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある。この場合、それぞれのトランジスタFET1，FET2には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１，Ｄ２がある状態となっている。
【００１８】
そして、制御回路１２は、充電状態や放電状態を検出して、その検出した状態に応じてトランジスタFET1，FET2の制御を行う回路で、集積回路で構成される。この場合、制御回路１２の動作用電源としては、端子１０ａ，１０ｂに接続された外部装置（充電器など）又は二次電池１１から供給される電源を使用するようにしてある。即ち、制御回路１２の＋側の電源入力部が、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に接続してある、また、制御回路１２の−側の電源入力部が、接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２の一端側に接続してある。そして、接続スイッチＳＷ１の他端側は端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続してあり、接続スイッチＳＷ２の他端側はトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続してある。それぞれの接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２は、外部信号検出回路１３により接続状態が制御される。
【００１９】
この外部信号検出回路１３は、電池パック１０の外部から端子１０ｃに供給される信号（この信号は電池パック１０が接続される充電器又は負荷装置から供給される）を検出して、充電状態及び放電状態の検出を行う回路である。即ち、この電池パック１０の端子１０ｃに供給される信号の電位（ここでの電位は端子１０ｂと１０ｃとの間の電位Ｖａ）を外部信号検出回路１３で検出し、その検出状態に応じて充電状態と放電状態との検出を行う。
【００２０】
そして、外部信号検出回路１３が充電状態と検出したときには、スイッチＳＷ１をオン状態とし、放電状態と検出したときには、スイッチＳＷ２をオン状態とする。そして、外部信号検出回路１３が充電状態，放電状態のいずれも検出できないときには、両スイッチＳＷ１，ＳＷ２をオフ状態とする。
【００２１】
このように制御されることで、充電状態であると検出回路１３が検出したときには、スイッチＳＷ１がオン状態となって、電池パック１０の端子１０ａ，１０ｂに接続された機器（充電器）から供給される電源が、制御回路１２に供給されて、この制御回路１２が作動する。また、放電状態であると検出回路１３が検出したときには、スイッチＳＷ２がオン状態となって、電池パック１０内の二次電池１１から供給される電源が、制御回路１２に供給されて、この制御回路１２が作動する。
【００２２】
そして、このように電源が供給される制御回路１２は、外部信号検出回路１３で検出した充電状態及び放電状態に関する情報が供給され、この情報に基づいて制御回路１２がトランジスタFET1，FET2の制御を行う。即ち、供給される情報で充電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオン状態とし、トランジスタFET2をオフ状態とする。また、供給される情報で放電を行う状態であると判別したとき、トランジスタFET1をオフ状態とし、トランジスタFET2をオン状態とする。また、充電状態と放電状態のいずれの状態の情報も供給されないときには、双方のトランジスタFET1，FET2をオフ状態とする。
【００２３】
次に、このように構成される電池パック１０の充電時及び放電時の動作を、図２のフローチャートに基づいて説明する。まず、この電池パック１０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ１０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ１０２）で、処理が異なる。
【００２４】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ１０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ１０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ１をオン状態とする（ステップ１０５）。このスイッチＳＷ１がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック１０内の制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により充電状態であると判別し、トランジスタFET1をオンさせる（ステップ１０６）。このトランジスタFET1がオン状態となることで、充電器からの電流が二次電池１１に供給されるようになり、充電が開始される（ステップ１０７）。
【００２５】
そして、この充電開始後に、制御回路１２が二次電池１１の正極と負極の間の電位の判断（判断する構成については図示せず）や抵抗器Ｒ０を使用した充電電流の検出などから、満充電状態であると判断したとき、トランジスタFET1をオフ状態に戻して、充電を停止させる。
【００２６】
次にステップ１０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ１０８）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ１０９）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ２をオン状態とする（ステップ１１０）。このスイッチＳＷ２がオン状態となることで、電池パック１０内の二次電池１１から電源が制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により放電状態であると判別し、トランジスタFET2をオンさせる（ステップ１１１）。このトランジスタFET2がオン状態となることで、二次電池１１から電流が端子１０ａ，１０ｂに接続された負荷装置に供給されるようになり、放電が開始される（ステップ１１２）。
【００２７】
そして、この放電開始後に、制御回路１２が二次電池１１の正極と負極の間の電位の判断などから、これ以上放電させるのが好ましくないと判断したとき、トランジスタFET2をオフ状態に戻し、放電を停止させる。
【００２８】
このようにして充電時の制御と放電時の制御が行われることで、本例の電池パック１０は、内蔵された二次電池１１の状態にかかわらず、充電や放電が可能になる。即ち、内蔵された二次電池１１の保護回路である制御回路１２は、動作用の電源が必要であるが、従来は内蔵された二次電池１１から常時電源を供給するようにしてあるため、二次電池１１の自己放電などにより、制御回路１２を作動させるのが困難な程度まで電池１１の端子間電圧が低下したときには、制御回路１２が作動しないので、トランジスタFET1をオンさせて充電を開始させることが出来なくなっていた。これに対し、本例の場合には、充電時には制御回路１２を動作させる電源が、充電器側から供給されるので、内部の二次電池１１の電圧が大幅に低下していても、充電動作を開始させる制御が行え、充電不能となる事故（即ち電池パックが使用不能となる事故）を防止できる。
【００２９】
なお、図１では、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を制御する具体的な構成については説明しなかったが、電圧検出に基づいた各種スイッチ制御方式が適用できる。例えば、ツェナーダイオードとトランジスタを組み合わせた構成としても良い。即ち図３に示すように、端子１０ｃをツェナーダイオードＺＤ１と抵抗器Ｒ１との直列回路を介して端子１０ｂに接続し、ツェナーダイオードＺＤ１と抵抗器Ｒ１との接続中点を、ＮＰＮ型のトランジスタＱ１のベースに接続する。そして、このトランジスタＱ１のエミッタをトランジスタFET1と端子１０ｂとの間に接続する。また、端子１０ｃをツェナーダイオードＺＤ２と抵抗器Ｒ２との直列回路を介してトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続し、ツェナーダイオードＺＤ２と抵抗器Ｒ２との接続中点を、ＮＰＮ型のトランジスタＱ２のベースに接続する。そして、このトランジスタＱ２のエミッタをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。そして、トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタを、制御回路１２の−側の電源入力部に接続する。
【００３０】
ここで、抵抗器Ｒ１及びＲ２の抵抗値は、それぞれ充電時及び放電時に端子１０ｃに得られる制御信号の電圧に対応して設定する。
【００３１】
このように構成することで、トランジスタＱ１及びＱ２がスイッチＳＷ１及びＳＷ２として機能する。即ち、充電を行うことを示す電位の制御信号が端子１０ｃに供給される場合には、トランジスタＱ１がオン状態となって、制御回路１２に外部機器（充電器）からの電源が供給されるようになる。また、放電を行うことを示す電位の制御信号が端子１０ｃに供給される場合には、トランジスタＱ２がオン状態となって、制御回路１２に二次電池１１からの電源が供給されるようになる。
【００３２】
なお、この図３の例では、端子１０ｃに得られる制御信号を制御回路１２側に供給する構成については省略してある。
【００３３】
以上説明した構成では、外部から供給される信号に基づいて、直ちに充電や放電を開始させる制御を制御回路１２が行うようにしたが、充電や放電を開始させる前に、二次電池１１の状態を検出するようにしても良い。
【００３４】
この二次電池１１の状態を検出する場合の処理の一例を、図４のフローチャートに基づいて説明する。この例ではトランジスタFET1又はFET2を、ハイインピーダンス状態として電池電圧を検出して、異常がないときに充電又は放電を開始させるようにしたものである。即ち、この電池パック１０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ２０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ２０２）で、処理が異なる。
【００３５】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ２０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ２０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ１をオン状態とする（ステップ２０５）。このスイッチＳＷ１がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック１０内の制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により充電が行われると判別される。
【００３６】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET1をハイインピーダンス状態にすると共に、トランジスタFET2をオン状態とする（ステップ２０６）。この状態で、二次電池１１の電池電圧を制御回路１２が検出し（ステップ２０７）、通常の充電が可能な電圧（基準電圧）以上あるか否か判断する（ステップ２０８）。ここで、検出した電圧値が基準電圧未満の場合には、ステップ２０６でのトランジスタFET1のハイインピーダンス状態とトランジスタFET2のオン状態とを継続させる。この状態では、二次電池１１への充電電流の流れは、少ない状態となり、長い時間を掛けて徐々に二次電池１１が充電されて電池電圧が上昇し、二次電池１１に対してダメージを与えない状態で徐々に充電される。
【００３７】
そして、ステップ２０８で基準電圧以上の電池電圧を検出した場合には、トランジスタFET1をオン状態とすると共に、トランジスタFET2をオフ状態とし（ステップ２０９）、通常の充電（即ち比較的大きな充電電流による急速充電）を開始させる（ステップ２１０）。
【００３８】
次にステップ２０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路１３に供給する（ステップ２１１）。そして、この制御信号を外部信号検出回路１３で判別する（ステップ２１２）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路１３で検出されるので、スイッチＳＷ２をオン状態とする（ステップ２１３）。このスイッチＳＷ２がオン状態となることで、二次電池１１からの電源が制御回路１２に供給されることになり、この制御回路１２が作動して、検出回路１３からの信号により放電が行われると判別される。
【００３９】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET1をオン状態にすると共に、トランジスタFET2をハイインピーダンス状態とする（ステップ２１４）。この状態で、二次電池１１の出力電圧を制御回路１２が検出し（ステップ２１５）、出力電圧が放電するのに適した電圧（基準電圧）以上であるか否か判断する（ステップ２１６）。ここで、検出した電圧値が基準電圧以上である場合には、トランジスタFET2をオン状態とすると共に、トランジスタFET1をオフ状態とし（ステップ２１７）、放電を開始させる（ステップ２１８）。
【００４０】
そして、ステップ２１６で検出した電圧が基準電圧未満の場合には、所定時間電圧の変化を監視した後（ステップ２１９）、トランジスタFET1及びFET2をオフ状態として、放電を停止させる（ステップ２２０）。
【００４１】
なお、ステップ２１９での電圧変化の監視としては、例えばトランジスタFET2のインピーダンスを変化させて、そのときの電圧変化を検出するようにしても良い。即ち、例えば図５に示すように、二次電池１１の充電残量が正常な範囲内である場合には、放電開始からインピーダンスＺ1 を徐々に低下させたとき、電池の出力電圧Ｖ1 は徐々に上昇する。この電圧Ｖ1 の上昇を検出したときには、電池が放電可能な状態であると判断して放電を続行させても良い。これに対し、インピーダンスＺを徐々に低下させても出力電圧Ｖ1 が上昇しない場合には、二次電池１１の残量が少ないと判断して、放電を停止させる処理を行う。
【００４２】
このように充電や放電が行われる前に、充電や放電を制御するトランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、二次電池１１の状態を検出することで、電池残量が少ない状態での充電や放電が防止され、内蔵された二次電池の劣化を防止することができる。
【００４３】
なお、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態とする代わりに、該当するトランジスタFET1又はFET2を周期的にオン・オフさせて、ハイインピーダンス状態と実質的に同じ状態としても良い。即ち、例えば図６に示すように（この図６のパルスが立ち上がった期間がオン状態で下がった期間がオフ状態を示す）、短時間のオンを短い周期で繰り返し行うことで、ハイインピーダンス状態と同じ状態に制御することができる。
【００４４】
次に、このように構成される電池パック１０の接続状態について説明すると、本例の電池パック１０は例えば図７に示すように、負荷装置９０内に装着させて、電池パック１０の端子１０ａ，１０ｂを、この負荷装置内の常時作動させる必要のある負荷回路９１に直接接続させると共に、選択的に作動させる負荷回路９２にスイッチ９３を介して接続させる。例えば負荷装置９０として携帯電話機（無線電話機）に適用した場合には、着信の待ち受け時に間欠的に作動させる必要のある受信系回路などが、常時作動させる必要のある負荷回路９１に相当し、通話時に作動させる必要のある回路などが、選択的に作動させる負荷回路９２に相当する。そして、この電池パック１０は、例えば負荷装置９０に装着させたままで、負荷装置の端子９０ａ，９０ｂを充電器であるＡＣアダプタ９４に接続させることが考えられる。
【００４５】
このように接続される構成とすることで、例えば電池パック１０内の二次電池１１の残量が少ないとき、ＡＣアダプタ９４で商用交流電源を整流・変圧して得られる直流低圧電源により、二次電池１１を充電させることができる。また、負荷回路９１，９２を電池パック１０内の二次電池１１からの放電で作動させることができると共に、ＡＣアダプタ９４が接続されたままである場合には、ＡＣアダプタ９４からの電源によっても作動させることができる。なお、図１の構成の電池パック１０の場合には、ＡＣアダプタ９４が接続されている場合には、負荷装置９０から電池パック１０の端子１０ｃに、充電を行うことを示す制御信号を供給し、ＡＣアダプタ９４が接続されてない場合には、負荷装置９０から電池パック１０の端子１０ｃに、放電を行うことを示す制御信号を供給する必要がある。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施例を、図８を参照して説明する。この第２の実施例を適用した図８において、上述した第１の実施例を適用した図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００４７】
本例においては、充電状態及び放電状態を電池パック内で検出するようにして、外部から充放電の制御信号を供給する必要をなくしたもので、図８に示すように構成する。この例での電池パック２０は、充放電検出回路１４を設けたもので、この充放電検出回路１４は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００４８】
そして、検出した状態に基づいて、接続スイッチＳＷ１及びＳＷ２の制御を行う。即ち、充放電検出回路１４で充電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ１を接続状態とする。また、充放電検出回路１４で放電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ２を接続状態とする。
【００４９】
その他の部分は、図１に示す第１の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００５０】
この第２の実施例に示す電池パック２０の場合には、電池パックの内部で充電状態及び放電状態の検出を行うので、外部から充電や放電の制御信号を供給する必要がなくなり、それだけ接続される装置（負荷装置や充電器）側の構成を簡単にすることができると共に、電池パック２０側でも制御信号を受信する端子（図１の端子１０ｃ）が必要なくなり、電池パック側の構成も簡単になる。
【００５１】
なお、この第２の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００５２】
次に、本発明の第３の実施例を、図９を参照して説明する。この第３の実施例を適用した図９において、上述した第１の実施例を適用した図１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５３】
本例の電池パック３０は、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設けて、この接続スイッチＳＷ０の制御を外部信号検出回路３１の制御に基づいて行うようにしたものである。この場合、外部信号検出回路３１は、端子１０ｃから供給される制御信号の電圧Ｖａを検出して、充電状態を検出したとき、スイッチＳＷ０及びＳＷ１をオン状態とし、放電状態を検出したとき、スイッチＳＷ０及びＳＷ２をオン状態として、制御回路１２に電源を供給するようにしたものである。
【００５４】
その他の部分は、図１に示す第１の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００５５】
この図９に示す電池パック３０として構成することで、上述した第１の実施例の場合と同様に、内蔵された二次電池１１が過放電された場合でも、制御回路１２に電源が供給されて、充電を行うことができる。そして、この第３の実施例に示す電池パック３０の場合には、充電や放電をしない状態の場合には、制御回路１２の電源入力部が、完全に回路から切り離されるので、例えば電池パック３０の端子１０ａ，１０ｂ間がショートするような事故があっても、制御回路１２などを保護することができる。
【００５６】
なお、この第３の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００５７】
次に、本発明の第４の実施例を、図１０を参照して説明する。この第４の実施例を適用した図１０において、上述した第１，第２及び第３の実施例を適用した図１，図８及び図９に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００５８】
図１０に示す本例の電池パック４０は、第２の実施例を適用した図８に示した電池パック２０に、第３の実施例（図９）で説明したスイッチＳＷ０を設けるようにしたものである。即ち、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設ける。そして、この接続スイッチＳＷ０の制御を、電池パック４０に内蔵された充放電検出回路４１により行う。この充放電検出回路４１は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００５９】
そして、検出した状態に基づいて、接続スイッチＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２の制御を行う。即ち、充放電検出回路４１で充電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０及びＳＷ１を接続状態とする。また、充放電検出回路４１で放電状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０及びＳＷ２を接続状態とする。
【００６０】
その他の部分は、図８に示す第２の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００６１】
この第２の実施例に示す電池パック４０の場合には、上述した第２の実施例の場合と同様に、電池パックの内部で充電状態及び放電状態の検出を行うので、電池パックと接続される機器の双方の構成を簡単にすることができると共に、上述した第３の実施例の場合と同様に、電池パック４０の端子１０ａ，１０ｂ間がショートするような事故があっても、制御回路１２などを保護することができる。
【００６２】
なお、この第４の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００６３】
次に、本発明の第５の実施例を、図１１を参照して説明する。この第５の実施例を適用した図１１において、上述した第１及び第３の実施例を適用した図１及び図９に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００６４】
図１１に示す本例の電池パック５０は、制御回路１２への電源供給を制御するスイッチＳＷ１及びＳＷ２の代わりに、ダイオードを設けるようにしたものである。即ち、制御回路１２の−側の電源入力部を、ダイオードＤ３及びＤ４のアノードに接続し、ダイオードＤ３のカソードを端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続し、ダイオードＤ４のカソードをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。
【００６５】
そして、外部から端子１０ｃに得られる信号を検出する外部信号検出回路５１は、供給される信号の電圧Ｖａに基づいて充電状態及び放電状態の検出を行う回路で、充電状態又は放電状態の制御信号を検出したとき、スイッチＳＷ０を接続状態として、制御回路１２に電源を供給させる。この場合、充電時にはスイッチＳＷ０とダイオードＤ３を介して電源が供給され、放電時にはスイッチＳＷ０とダイオードＤ４を介して電源が供給されるようになる。そして、外部信号検出回路５１で検出した充電状態又は放電状態の情報を、制御回路１２に供給することで、制御回路１２が対応した状態に基づいたトランジスタFET1，FET2の制御を行うことができる。
【００６６】
その他の部分は、図９に示す第３の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００６７】
この第５の実施例の場合には、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ外部信号検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができる。なお、第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００６８】
なお、この第５の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００６９】
次に、本発明の第６の実施例を、図１２を参照して説明する。この第６の実施例を適用した図１２において、上述した第１，第２及び第５の実施例を適用した図１，図８及び図１１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７０】
図１２に示す本例の電池パック６０は、第５の実施例で説明したダイオードＤ３，Ｄ４をスイッチＳＷ１，ＳＷ２の代わりに接続する構成を、第２の実施例で説明した充放電を内部で検出する電池パックに適用したものである。即ち、本例の電池パック６０は、制御回路１２の−側の電源入力部を、ダイオードＤ３及びＤ４のアノードに接続し、ダイオードＤ３のカソードを端子１０ｂとトランジスタFET1との間に接続し、ダイオードＤ４のカソードをトランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との間に接続する。
【００７１】
そして、制御回路１２の＋側の電源入力部と、二次電池１１の正極側と端子１０ａとの間に、接続スイッチＳＷ０を設ける。そして、この接続スイッチＳＷ０の制御を、電池パック６０に内蔵された充放電検出回路６１により行う。この充放電検出回路６１は、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出するものである。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET2側の電圧の方がトランジスタFET1側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET1側の電圧の方がトランジスタFET2側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００７２】
そして、検出した状態に基づいた情報を制御回路１２に供給すると共に、充電状態又は放電状態のいずれかの状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０を接続状態とする制御を行う。
【００７３】
その他の部分は、図１１に示す第５の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００７４】
この第６の実施例の場合にも、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路６１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができる。なお、第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００７５】
なお、この第６の実施例においても、充電開始時や放電開始時に、トランジスタFET1又はFET2をハイインピーダンス状態として、電池の状態を検出するようにしても良い。
【００７６】
次に、本発明の第７の実施例を、図１３及び図１４を参照して説明する。この第７の実施例を適用した図１３において、上述した第１及び第５の実施例を適用した図１及び図１１に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００７７】
図１３に示す本例の電池パック７０は、充放電制御用スイッチング手段である電界効果トランジスタが、制御回路１２の電源供給用スイッチング手段も兼ねるようにしたものである。即ち、図１３に示すように、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET11 ，FET12 とが直列に接続してある。この場合、本例のトランジスタFET11 とFET12 の接続方向は、第１の実施例で説明したトランジスタFET1とFET2との接続方向とは逆方向にしてある。
【００７８】
具体的には、二次電池１１の負極側から順に、抵抗器Ｒ０，トランジスタFET12 ，トランジスタFET11 を介して端子１０ｂに接続してあり、各トランジスタFET11 ，FET12 のソース・ドレイン間の接続方向としては、トランジスタFET11 は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、端子１０ｂから二次電池１１の方向への電流の流れを制限する状態に接続してある（制御回路１２からのトランジスタFET11 の制御は第１の実施例でのトランジスタFET2の制御と同じ）。
【００７９】
また、トランジスタFET12 は、制御回路１２からゲートに得られる信号により、二次電池１１から端子１０ｂの方向への電流の流れを制限する状態に接続してある（制御回路１２からのトランジスタFET12 の制御は第１の実施例でのトランジスタFET1の制御と同じ）。この場合、それぞれのトランジスタFET11 ，FET12 には、電流の流れが制限される方向とは反対方向に電流が流れる寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２がある状態となっている。
【００８０】
そして、両トランジスタFET11 ，FET12 の接続中点を、制御回路１２の−側の電源入力部と接続する。その他の部分は、図１１に示す第５の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００８１】
ここで、この第７の実施例の構成での、充電時及び放電時の制御状態を、図１３のフローチャートに基づいて説明する。まず、電池パック７０が負荷装置又は充電器に接続されることで動作を開始し（ステップ３０１）、接続された場合には充電を行うモードであるのか、又は放電を行うモードであるのか（ステップ３０２）で、処理が異なる。
【００８２】
まず、充電を行うモードである場合には、接続された充電器から充電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路５１に供給する（ステップ３０３）。そして、この制御信号を外部信号検出回路５１で判別する（ステップ３０４）。このときには、充電状態に対応した電位が検出回路５１で検出されるので、スイッチＳＷ０をオン状態とする（ステップ３０５）。このスイッチＳＷ０がオン状態となることで、接続された充電器側からの電源が電池パック７０内の制御回路１２に供給されるようになる。即ち、充電器側からの電源が、スイッチＳＷ０とトランジスタFET11 の寄生ダイオードＤ１１を介して制御回路１２に供給されるようになる。そして、この電源の供給による制御回路１２の作動で、検出回路５１からの信号により充電が行われると判別される。
【００８３】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET11 ，FET12 をオフ状態とする（ステップ３０６）。この状態で、二次電池１１の電池電圧を制御回路１２が検出し（ステップ３０７）、通常の充電が可能な電圧（基準電圧）以上あるか否か判断する（ステップ３０８）。そして、基準電圧以上ある場合には、トランジスタFET12 をオン状態として（ステップ３１０）、充電を開始させる（ステップ３１１）。このときには、充電電流が寄生ダイオードＤ１１とトランジスタFET12 を流れるようになる。
【００８４】
そして、ステップ３０８で検出した電圧値が基準電圧未満の場合には、トランジスタFET12 をハイインピーダンス状態とする（ステップ３０９）。この状態でステップ３０７での電池電圧の検出を行い、ステップ３０８の判断で二次電池１１の電池電圧が基準電圧以上になった場合には、ステップ３１０に移って充電を開始させる。
【００８５】
次にステップ３０２で放電を行うモードである場合には、接続された負荷装置から放電を行うことを示す所定の電位の制御信号を発生させ、この制御信号を端子１０ｃを介して電池パック１０内の外部信号検出回路５１に供給する（ステップ３１２）。そして、この制御信号を外部信号検出回路５１で判別する（ステップ３１３）。このときには、放電状態に対応した電位が検出回路５１で検出されるので、スイッチＳＷ０をオン状態とする（ステップ３１４）。このスイッチＳＷ０がオン状態となることで、二次電池１１からの電源が制御回路１２に供給されるようになる。即ち、二次電池１１からの電源が、スイッチＳＷ０とトランジスタFET12 の寄生ダイオードＤ１２を介して制御回路１２に供給されるようになる。そして、この電源の供給による制御回路１２の作動で、検出回路５１からの信号により充電が行われると判別される。
【００８６】
この判別を行うと、制御回路１２はトランジスタFET11 をハイインピーダンス状態とすると共に、トランジスタFET12 をオン状態とする（ステップ３１５）。この状態で、二次電池１１の出力電圧を制御回路１２が検出し（ステップ３１６）、出力電圧が放電するのに適した電圧（基準電圧）以上であるか否か判断する（ステップ３１７）。ここで、検出した電圧値が基準電圧以上である場合には、トランジスタFET11 をオン状態とすると共に、トランジスタFET12 をオフ状態とし（ステップ２１８）、放電を開始させる（ステップ２１９）。
【００８７】
そして、ステップ２１７で検出した電圧が基準電圧未満の場合には、所定時間電圧の変化を監視した後（ステップ２２０）、トランジスタFET1及びFET2をオフ状態として、放電を停止させる（ステップ２２１）。
【００８８】
この第７の実施例の場合には、上述した第５の実施例の場合と同様に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができると共に、ダイオードＤ３，Ｄ４についてもトランジスタの寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２で兼用させたので、より構成を簡単にすることができる。なお、この例でも第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００８９】
次に、本発明の第８の実施例を、図１５を参照して説明する。この第８の実施例を適用した図１５において、上述した第１，第６及び第７の実施例を適用した図１，図１２及び図１３に対応する部分には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
【００９０】
図１５に示す本例の電池パック８０は、第７の実施例と同様に充放電制御用スイッチング手段である電界効果トランジスタが、制御回路１２の電源供給用スイッチング手段も兼ねるようにしたもので、その場合に第６の実施例のように電池パック内の充放電検出回路６１で充放電状態を検出するようにしたものである。即ち、図１５に示すように、−側の端子１０ｂと二次電池１１の負極側との間には、抵抗器Ｒ０と２個の電界効果トランジスタFET11 ，FET12 とが直列に接続してある。この場合、本例のトランジスタFET11 とFET12 の接続方向は、第１の実施例で説明したトランジスタFET1とFET2との接続方向とは逆方向にしてある。
【００９１】
そして、充放電検出回路６１で、端子１０ｂとトランジスタFET1との接続点の電圧と、トランジスタFET2と抵抗器Ｒ０との接続点の電圧の電位差Ｖｂの極性を検出する。この電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET12 側の電圧の方がトランジスタFET11 側の電圧より高い場合には、充電状態であると検出する。また、電位差Ｖｂの極性として、トランジスタFET11 側の電圧の方がトランジスタFET12 側の電圧より高い場合には、放電状態であると検出する。
【００９２】
そして、検出した状態に基づいた情報を制御回路１２に供給すると共に、充電状態又は放電状態のいずれかの状態を検出したとき、接続スイッチＳＷ０を接続状態とする制御を行う。
【００９３】
その他の部分は、図１３に示す第７の実施例の電池パックと同様に構成する。
【００９４】
この第８の実施例の場合には、上述した第７の実施例の場合と同様に、スイッチＳＷ１及びＳＷ２を設けないので、それだけ充放電検出回路５１で制御するスイッチとしてはスイッチＳＷ０だけで良く、それだけスイッチを制御する構成を簡単にすることができると共に、ダイオードＤ３，Ｄ４についてもトランジスタの寄生ダイオードＤ１１，Ｄ１２で兼用させたので、より構成を簡単にすることができる。そして更に、電池パック内部で充放電状態の検出を行うようにしたので、この点からも電池パックの構成を簡単にすることができる。なお、この例でも第１の実施例で説明したように、スイッチＳＷ０を省略して、制御回路１２の＋側の電源入力部を直接的に二次電池１１の正極側に接続するようにしても良い。
【００９５】
なお、上述した各実施例においては、電池パック内に内蔵させる二次電池としてリチウムイオン電池を適用するようにしたが、その他の構造の二次電池を内蔵させるようにしても良い。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によると、充電時には外部からの電源で保護回路を構成する制御手段に電源が供給されるので、内蔵された二次電池の残量の有無にかかわらず充電動作が可能になる。そして、放電時には内蔵された二次電池から制御手段に電源が供給され、放電動作についても良好に行うことが可能になる。
【００９７】
この場合、検出手段での検出状態に応じて制御される別のスイッチ（実施例でのスイッチＳＷ０）を設けることで、制御手段を作動させないときには、制御手段を端子側から完全に切り離すことができ、端子部のショートなどがあっても、制御手段を損傷させることがなくなる。
【００９８】
また、状態検出手段で、外部から得られる信号を検出して、充放電状態の検出を行うようにしたことで、外部からの制御に基づいて、良好に充電と放電の制御が可能になる。
【００９９】
また、状態検出手段で、一方の端子部と二次電池の一方の極との間に生じる電位差の極性を検出して、充放電状態の検出を行うようにしたことで、電池パックの内部での検出処理で充電状態や放電状態の検出ができ、外部から制御信号などを供給する必要がなくなり、簡単な構成で実現できるようになる。
【０１００】
また、充放電制御用スイッチング手段として、二次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１の充放電制御用スイッチング手段と、二次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２の充放電制御用スイッチング手段とで構成したことで、２個の電界効果トランジスタなどのスイッチング手段を使用して、良好に充電と放電の制御ができるようになる。
【０１０１】
また、この場合に状態検出手段で充電状態を検出したとき、第１の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として電池電圧を検出した後、第１の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として充電を行い、状態検出手段で放電状態を検出したとき、第２の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として出力電圧を検出した後、第２の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として放電を行うようにしたことで、電池の状態を正確に判断して充電や放電を行うことが可能になり、過放電や過充電などを良好に防止することができる。
【０１０２】
また、第１及び第２の制御手段電源供給用スイッチング手段の代わりに、ダイオードを接続したことで、スイッチング手段を制御する必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の構成を示す構成図である。
【図２】第１の実施例による充放電開始時の処理を示すフローチャートである。
【図３】第１の実施例の具体回路例を示す回路図である。
【図４】第１の実施例による充放電開始時の処理（インピーダンス制御時）を示すフローチャートである。
【図５】二次電池の放電時の特性を示す特性図である。
【図６】第１の実施例においてトランジスタをスイッチング動作させる場合の状態を示すタイミング図である。
【図７】実施例による電池パックを接続した例を示す構成図である。
【図８】本発明の第２の実施例の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の第３の実施例の構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の第４の実施例の構成を示す構成図である。
【図１１】本発明の第５の実施例の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の第６の実施例の構成を示す構成図である。
【図１３】本発明の第７の実施例の構成を示す構成図である。
【図１４】第７の実施例による充放電開始時の処理を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の第８の実施例の構成を示す構成図である。
【図１６】従来の電池パックの構成の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 電池パック
１０ａ ＋側端子
１０ｂ −側端子
１１ 二次電池
１２ 制御回路
１３，３１，５１ 外部信号検出回路
１４，４１，６１ 充放電検出回路
FET1，FET2，FET11 ，FET12 電界効果トランジスタ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ１１，Ｄ１２ 寄生ダイオード
ＳＷ０，ＳＷ１，ＳＷ２ スイッチ
Claims (5)
- 負荷装置又は充電装置と接続される一方及び他方の端子部と、
所定の状態で収納され上記一方の端子部と一方の極とが接続された二次電池と、
上記他方の端子部と上記二次電池の他方の極との間に直列に接続される充放電制御用スイッチング手段と、
上記二次電池の充放電状態を検出する状態検出手段と、
上記検出手段での検出状態に応じて上記充放電制御用スイッチング手段を制御する制御手段とを備えた二次電池パックにおいて、
上記一方の端子部と上記制御手段とを接続し、
上記他方の端子部と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が充電状態であることを検出した時はオン状態とする第１の制御手段電源供給用スイッチング手段と、
上記二次電池の他方の極と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用スイッチング手段とを備え、
上記状態検出手段で、外部から得られる信号を検出して、充放電状態の検出を行うようにした
二次電池パック。 - 負荷装置又は充電装置と接続される一方及び他方の端子部と、
所定の状態で収納され上記一方の端子部と一方の極とが接続された二次電池と、
上記他方の端子部と上記二次電池の他方の極との間に直列に接続される充放電制御用スイッチング手段と、
上記二次電池の充放電状態を検出する状態検出手段と、
上記検出手段での検出状態に応じて上記充放電制御用スイッチング手段を制御する制御手段とを備えた二次電池パックにおいて、
上記一方の端子部と上記制御手段とを接続し、
上記他方の端子部と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が充電状態であることを検出した時はオン状態とする第１の制御手段電源供給用スイッチング手段と、
上記二次電池の他方の極と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用スイッチング手段とを備え、
上記充放電制御用スイッチング手段として、
上記二次電池の充電方向の電流をスイッチングする第１の充放電制御用スイッチング手段と、
上記二次電池の放電方向の電流をスイッチングする第２の充放電制御用スイッチング手段とで構成した
二次電池パック。 - 上記第１及び第２の充放電制御用スイッチング手段として、
それぞれ電界効果トランジスタを使用した
請求項２記載の二次電池パック。 - 上記二次電池の一方の極と他方の極との間の電圧検出手段を備え、
上記状態検出手段で充電状態を検出したとき、上記第１の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として、上記電圧検出手段で所定電圧以上の電圧の検出により、上記第１の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として充電を行い、
上記状態検出手段で放電状態を検出したとき、上記第２の充放電制御用スイッチング手段をハイインピーダンス状態として、上記電圧検出手段で所定電圧以上の電圧の検出により、上記第２の充放電制御用スイッチング手段をオン状態として放電を行うようにした
請求項２記載の二次電池パック。 - 上記第１及び第２の制御手段電源供給用スイッチング手段として、上記他方の端子部と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が充電状態であることを検出した時はオン状態とする第１の制御手段電源供給用ダイオード、ならびに、上記二次電池の他方の極と一方の端部を接続した抵抗器の他の端部と上記制御手段との間に接続され、上記検出手段において上記二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用ダイオードとを備え、二次電池が放電状態であることを検出した時はオン状態とする第２の制御手段電源供給用ダイオードとを接続した
請求項１記載の二次電池パック。
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