JP3731951B2 - リチウムイオン電池保護回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池を過充電から保護する機能をもったリチウムイオン電池保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源としてリチウムイオン電池を用いたリチウムイオン電源装置（リチウムイオン電池パックともいう）には、通常、リチウムイオン電池を過電流、過放電、あるいは、過充電から保護するリチウムイオン電池保護回路が内蔵される。
【０００３】
以下、このリチウムイオン電池保護回路について、直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置に内蔵されるものを例にとって従来技術を説明する。
【０００４】
図３は直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置のブロック図であって、１０１、１０２はリチウムイオン電池、１０３はリチウムイオン電池１０１、１０２の充電を可能な状態と、不可能な状態とに切り換えるための充電制御ＦＥＴ、１０４は充電制御ＦＥＴ１０３のＯＮ、ＯＦＦを制御する充電制御ＦＥＴ制御回路、１０５、１０６はそれぞれリチウムイオン電源装置の＋端子、−端子、１０７、１０８は抵抗、１０９は容量素子として設けられたチップコンデンサ、１１０’は２つのリチウムイオン電池１０１、１０２のそれぞれを過充電から保護するリチウムイオン電池保護回路、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５はそれぞれリチウムイオン電池保護回路１１０’の端子である。
【０００５】
そして、直列接続された２つのリチウムイオン電池の高電位側は＋端子１０５に接続されるとともに、抵抗１０７を介して端子Ｔ１に接続されており、また、直列接続点は抵抗１０８を介して端子Ｔ２に接続されており、また、低電位側は充電制御ＦＥＴ１０３を介して−端子１０６に接続されるとともに、端子Ｔ３に接続されている。尚、端子Ｔ３はリチウムイオン電池保護回路１１０’内で接地されており、２つの直列接続されたリチウムイオン電池の低電位側はグランドレベルとなる。充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は入力が端子Ｔ４に、出力が充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに、それぞれ接続されている。チップコンデンサ１０９の一端は端子Ｔ５に接続されており、他端は接地されている。
【０００６】
以下、リチウムイオン電池保護回路１１０’について説明する。リチウムイオン電池保護回路１１０’は、過充電検出回路１と、遅延時間設定回路７とからなっており、まず、過充電検出回路１は２つの比較器１１、１２と、出力電圧がそれぞれＶref1、Ｖref2の２つの定電圧源１３、１４と、ＯＲ回路１５とで構成されており、比較器１１の非反転入力端子（＋）は端子Ｔ１に接続されており、一方、反転入力端子（−）はその低電位側が端子Ｔ２に接続された定電圧源１３の高電位側に接続されている。また、比較器１２の非反転入力端子（＋）は端子Ｔ２に接続されており、一方、反転入力端子（−）は低電位側が接地された定電圧源１４の高電位側に接続されている。そして、ＯＲ回路１５は比較器１１、１２のそれぞれの出力を入力しており、ＯＲ回路１５の出力が過充電検出回路１の出力となっている。
【０００７】
以上の接続関係により、リチウムイオン電池１０１、１０２のどちらか一方でも、その電圧が所定電圧（リチウムイオン電池１０１はＶref1、リチウムイオン電池１０２はＶref2）よりも大きくなる、すなわち、過充電になると、過充電検出回路１の出力はハイレベルになる（以下、このハイレベル出力を過充電検出信号と表現する）。
【０００８】
次に、遅延時間設定回路７は比較器７１と、定電流源７２、７６と、ＮＰＮ型トランジスタ７３と、反転回路７４と、出力電圧Ｖ0の定電圧源７５とで構成されており、定電流源７２は、端子Ｔ５及びトランジスタ７３のコレクタに接続されているとともに、過充電検出信号を受けてＯＮするようになっている。また、反転回路７４の入力は過充電検出回路１の出力に、出力はトランジスタ７３のベースに、それぞれ接続されている。また、トランジスタ７３のエミッタは接地されている。また、比較器７１の非反転入力端子（＋）は、定電流源７２と端子Ｔ５とトランジスタ７３のコレクタとの接続点に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、その低電位側が接地された定電圧源７５の高電位側に接続されている。そして、定電流源７６は端子Ｔ４に接続されているとともに、比較器７１のハイレベル出力によってＯＮするようになっている。
【０００９】
以上の接続関係により、過充電検出信号を受けると、ＮＰＮ型トランジスタ７３がＯＦＦとなり、定電流源７２から端子Ｔ５に電流が供給され、端子Ｔ５に接続されたチップコンデンサ１０９が充電され、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧Ｖ0よりも高くなると、比較器７１の出力はハイレベルになり、定電流源７６から端子Ｔ４へ所定電流が出力される（以下、この所定電流を充電禁止信号と表現する）。つまり、遅延時間設定回路７は過充電検出信号に対して、定電流源７２の出力電流Ｉ0とチップコンデンサ１０９の容量Ｃと定電圧源７５の出力電圧Ｖ0とによって決定する所定の遅延時間ｔ（ｔ＝ＣＶ0／Ｉ0）を設けた後、充電禁止信号を出力する。
【００１０】
そして、端子Ｔ４には充電制御ＦＥＴ制御回路１０４の入力が接続されており、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は充電禁止信号を受けて充電制御ＦＥＴ１０３をＯＦＦさせる構成になっているので、リチウムイオン電池１０１、１０２が＋端子１０５と−端子１０６との間に接続される充電装置とは遮断され、リチウムイオン電池１０１、１０２の充電は不可能な状態になり、過充電の促進が防止される。
【００１１】
尚、以上のように、過充電を検出してからリチウムイオン電池の充電を不可能な状態にするまでに遅延時間を設けているが、これは外部ノイズによる過充電検出回路１の誤動作をキャンセルするためである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記リチウムイオン電源装置は、図４に示すように、チップコンデンサ１０９、リチウムイオン電池保護回路１１０’などの図３に示した各構成要素を１つの基板上に組み込んだハイブリッドＩＣであり、チップコンデンサ１０９のクラック、基板の配線パターンの不良、あるいは、その他の何らかの原因により、チップコンデンサ１０９が短絡してしまう場合がある。
【００１３】
しかしながら、上記従来のリチウムイオン電池保護回路１１０’では、チップコンデンサ１０９が短絡してしまうと、過充電検出回路１が過充電検出信号を出力しても、遅延時間設定回路７内の比較器７１の非反転入力端子（＋）の電圧はグランドレベルに固定され、比較器７１の出力はハイレベルになり得ないので、遅延設定回路７から充電禁止信号が出力されず、リチウムイオン電池１０１、１０２の充電が続行され、発煙、発火などの危険な状態に陥ってしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、過充電の検出に対して設定する遅延時間を決定する要素の１つである容量素子が短絡しても、過充電検出の際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができるリチウムイオン電池保護回路を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路では、リチウムイオン電池の過充電を検出すると、容量素子を用いて所定の遅延時間を設けた後、リチウムイオン電池の充電を禁止するリチウムイオン電池保護回路において、過充電を検出しているときに前記容量素子の短絡を検出する手段を有し、前記容量素子の短絡を検出すると、リチウムイオン電池の充電を禁止する。
【００１６】
以上の構成により、過充電を検出した際に、容量素子の短絡を検出すると、過充電の検出に対して遅延時間を設けることなく、直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００１７】
また、請求項２に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記容量素子に電圧を印加する手段と、前記容量素子の電圧を検出する手段と、過充電を検出しているときに前記容量素子の電圧が所定電圧よりも低くなるとリチウムイオン電池の充電を禁止する手段とを有している。
【００１８】
容量素子が短絡している場合には、その電圧は常にゼロに固定されているので、以上の構成により、過充電を検出すると遅延時間を設けることなく、直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００１９】
また、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路の具体例である、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路では、過充電を検出していないときは前記容量素子に所定電圧Ｖ2を印加するオフセット設定回路と、過充電を検出しているときは前記容量素子に所定電流を供給する容量素子充電回路と、第１入力電圧の方が第２入力電圧よりも高くなると出力がハイレベルになる第１比較器、第２比較器と、該第１比較器、第２比較器の出力のどちらか一方でもハイレベルになると出力がハイレベルになるＯＲ回路とを有し、過充電を検出していないときは、第１比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ2を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として所定電圧Ｖ2を、それぞれ与え、過充電を検出しているときは、第１比較器に、第１入力として前記容量素子の電圧を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として前記容量素子の電圧を、それぞれ与え、前記所定電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の関係がＶ1＞Ｖ2＞Ｖ3であり、前記ＯＲ回路のハイレベル出力によってリチウムイオン電池の充電を禁止する。
【００２０】
また、請求項４に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記第２比較器の第１入力の前記所定電圧Ｖ 3 は、定電流源とダイオードとからなる直列回路の一端から生成される構成である。
【００２１】
また、請求項５に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記第１比較器の第２入力の前記所定電圧Ｖ 1 は、定電流源と抵抗との接続点により生成される構成である。
【００２２】
以上の構成により、容量素子が短絡しておらず正常な場合は、過充電の検出に対して、容量素子の容量Ｃ、容量素子充電回路の供給電流Ｉ、及び、所定電圧Ｖ1、Ｖ2によって決定する遅延時間ｔ（ｔ＝Ｃ（Ｖ1−Ｖ2）／Ｉ）を設定した後、リチウムイオン電池の充電を禁止し、一方、容量素子が短絡している場合は、過充電を検出すると直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路１１０を内蔵した、直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置であって、２は容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路である。尚、従来技術と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、第１比較器２１と、第２比較器２２と、定電流源２３、３０と、スイッチ回路２４、２８、３１と、出力電圧がそれぞれＶ1、Ｖ2、Ｖ3（ただし、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3）である定電圧源２５、２６、２７と、ＯＲ回路２９とで構成されており、まず、定電流源２３はスイッチ回路２４を介して端子Ｔ５に接続されており、スイッチ回路２４は過充電検出信号でＯＮするようになっている。
【００２５】
次に、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）は、スイッチ回路２４を介した定電流源２３と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、スイッチ回路２８を介して低電位側が接地された定電圧源２６の高電位側に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、低電位側が接地された定電圧源２５の高電位側に接続されている。
【００２６】
次に、第２比較器２２の非反転入力端子（＋）は、低電位側が接地された定電圧源２７の高電位側に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、スイッチ回路２４を介した定電流源２３と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、スイッチ回路２８を介して低電位側が接地された定電圧源２６の高電位側に接続されている。尚、スイッチ回路２８は過充電検出信号でＯＦＦするようになっている。
【００２７】
そして、定電流源３０はスイッチ回路３１を介して端子Ｔ４に接続されており、スイッチ回路３１は、第１比較器２１の出力、及び、第２比較器２２の出力を入力するＯＲ回路２９の出力がハイレベルになるとＯＮするようになっている。
【００２８】
以上の接続関係により、まず、過充電検出信号を受けていない場合は、スイッチ回路２４がＯＦＦ、スイッチ回路２８がＯＮであるから、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）の電圧はＶ2、反転入力端子（−）の電圧はＶ1であり、第２比較器２２の非反転入力端子（＋）の電圧はＶ2、反転入力端子（−）の電圧はＶ3であり、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3であるから、第１比較器２１の出力、第２比較器２２の出力はともにローレベルであり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がローレベルであるので、定電流源３０から端子Ｔ４へ所定電流は供給されない。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号を受けていない場合、チップコンデンサ１０９が短絡している、いないに拘らず、充電禁止信号を出力することはない。
【００２９】
次に、過充電検出信号を受けると、スイッチ回路２４がＯＮ、スイッチ回路２８がＯＦＦになり、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）の電圧、及び、第２比較器２２の反転入力端子（−）の電圧は、チップコンデンサ１０９の電圧になるが、まず、チップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は、チップコンデンサ１０９が定電流源２３からの供給電流により充電されて、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧Ｖ1より高くなった時点で、第１比較器２１の出力がハイレベルになり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がハイレベルになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して、定電流源２３の供給電流Ｉと、チップコンデンサの容量Ｃと、定電圧源２５、２６の出力電圧Ｖ1、Ｖ2とで決まる所定の遅延時間ｔ（ｔ＝Ｃ（Ｖ1−Ｖ2）／Ｉ）を設けた後、充電禁止信号を出力する。尚、この場合、チップコンデンサ１０９の電圧はＶ2に予め充電されているので、第２比較器２２の出力は常にローレベルである。
【００３０】
一方、チップコンデンサ１０９が短絡している場合は、チップコンデンサ１０９の電圧はグランドレベルに固定されているので、第２比較器２２の出力がハイレベルになり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がハイレベルになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して遅延時間を設けることなく直ちに充電禁止信号を出力する。尚、この場合、第１比較器２１の出力は常にローレベルである。
【００３１】
以下に、上記容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２のより具体的な構成例を図２に示す。同図において、４１、４２、４６、４７、６０、６２、６７はＰＮＰ型トランジスタ、４３、４４、４８、４９、５８、６３、６４、６８はＮＰＮ型トランジスタ、４５、５０、５１、５３、５５、５９、６１は定電流源、５２、５６はスイッチ回路、５４、５７、６５は抵抗、６６は定電圧源である。
【００３２】
まず、トランジスタ４１、４２は差動対を形成しており、トランジスタ４１のベースは、スイッチ回路５２を介した定電流源５１と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、後出のトランジスタ５８のコレクタに接続されており、トランジスタ４２のベースは、定電流源５３と抵抗５４との接続点に接続されている。また、トランジスタ４１、４２のエミッタは定電流源４５に接続されており、コレクタはトランジスタ４３、４４で構成されたカレントミラー回路の入力側、出力側にそれぞれ接続されている。尚、定電流源４５、５３から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、スイッチ回路５２は過充電検出信号によりＯＮするようになっている。
【００３３】
次に、トランジスタ４６、４７は差動対を形成しており、トランジスタ４６のベースはトランジスタ６０のエミッタに接続されており、トランジスタ４７のベースはトランジスタ６２のエミッタに接続されている。また、トランジスタ４６、４７のエミッタは定電流源５０に接続されており、コレクタはトランジスタ４８、４９で構成されたカレントミラー回路の入力側、出力側にそれぞれ接続されている。尚、定電流源５０から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、トランジスタ４６には電流増幅率がトランジスタ４７のそれのＮ倍（Ｎ＞１）であるものを採用している。
【００３４】
次に、トランジスタ６０のベースは、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されており、トランジスタ６２のベースは、スイッチ回路５２を介した定電流源５１と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、後出のトランジスタ５８のコレクタに接続されている。また、トランジスタ６０、６２のエミッタはそれぞれ定電流源５９、６１に接続されており、コレクタはそれぞれ、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されている。
【００３５】
次に、トランジスタ５８のベースはスイッチ回路５６を介した定電流源５５と抵抗５７との接続点に、コレクタは端子Ｔ５に、エミッタはエミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに、それぞれ接続されている。尚、定電流源５５から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、スイッチ回路５６は過充電検出信号によりＯＦＦするようになっている。
【００３６】
次に、トランジスタ６３のベースは、トランジスタ４２、４４のコレクタ同士の接続点に、トランジスタ６４のベースは、トランジスタ４７、４９のコレクタ同士の接続点に、それぞれ接続されている。また、トランジスタ６３、６４のコレクタはそれぞれ、抵抗６５を負荷として定電圧源６６に接続されている。また、トランジスタ６３、６４のエミッタはそれぞれ、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されている。
【００３７】
そして、トランジスタ６７のベースは、抵抗６５とトランジスタ６３、６４のコレクタとの接続点に、コレクタは端子Ｔ４に、エミッタは定電圧源６６に、それぞれ接続されている。
【００３８】
以上の接続関係により、ダイオード接続されたトランジスタ６８の電圧をＶD、抵抗５４の電圧をＶRとすると、過充電信号を受けていない場合は、スイッチ回路５２がＯＦＦ、スイッチ回路５６がＯＮであるから、トランジスタ４１のベース電圧は略ＶD、トランジスタ４２のベース電圧はＶR＋ＶDであり、トランジスタ６３はＯＦＦになる。また、トランジスタ６０、６２のベース電圧はともにＶDであり、トランジスタ４６、４７のベース電圧は同一であるが、トランジスタ４６の電流増幅率の方がトランジスタ４７のそれよりも大きいので、トランジスタ６４はＯＦＦになる。このように、トランジスタ６３、６４ともにＯＦＦであるので、トランジスタ６７はＯＦＦになり、充電禁止信号は出力されない（端子Ｔ４へ電流は供給されない）。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号を受けていない場合、チップコンデンサ１０９が短絡している、いないに拘らず、充電禁止信号を出力することはない。
【００３９】
そして、過充電検出信号を受けると、スイッチ回路５２がＯＮ、スイッチ回路５６がＯＦＦであるから、トランジスタ５８がＯＦＦになり、トランジスタ４１のベース電圧、及び、トランジスタ６２のベース電圧はチップコンデンサ１０９の電圧になるが、まず、チップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は、チップコンデンサ１０９が定電流源５１からの供給電流により充電されて、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧ＶR＋ＶDより高くなった時点で、トランジスタ６３がＯＮになり、これによって、トランジスタ６７もＯＮになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して所定の遅延時間ｔ’（ｔ’＝ＣＶR／Ｉ’、Ｉ’は定電流源５１の供給電流）を設けた後、充電禁止信号を出力する。尚、この場合、チップコンデンサ１０９の電圧はＶDにオフセットされているので、トランジスタ６４は常にＯＦＦである。
【００４０】
一方、チップコンデンサ１０９が短絡している場合は、トランジスタ６０のベース電圧がＶDであるのに対して、トランジスタ６２のベース電圧であるチップコンデンサの電圧はグランドレベルに固定されているので、トランジスタ６４がＯＮになり、これによって、トランジスタ６７もＯＮになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して遅延時間を設けることなく直ちに充電禁止信号を出力する。尚、この場合、トランジスタ６３は常にＯＦＦである。また、トランジスタ４６の電流値をトランジスタ４７のそれよりも大きくしてはいるが、トランジスタ６２のベース電圧がグランドレベル付近になったときには、トランジスタ６４がＯＮするように設定してある。
【００４１】
尚、図２に示す容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２において、ダイオード接続されたトランジスタ６８は１個であるが、これを複数個にしても良いし、ダイオード接続されたトランジスタ６８の代わりにダイオード、あるいは、抵抗を設けた構成にしても良い。また、リチウムイオン電池保護回路としては、過充電の他に、過電流、過放電からリチウムイオン電池を保護する回路を有する構成であっても良い。
【００４２】
また、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は、ＮＰＮ型トランジスタ８１、抵抗８２、８３、８４、定電圧源８５からなっており、トランジスタ８１のベースは直列接続された抵抗８２、８３の接続点に接続されており、コレクタは抵抗８４を介して定電圧源８５に接続された構成であって、抵抗８２の一端が端子Ｔ４に、抵抗８３の一端及びトランジスタ８１のエミッタが充電制御ＦＥＴ１０３と−端子１０６との間に、トランジスタ８１のコレクタと抵抗８４との接続点が充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに、それぞれ接続されている。そして、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２の出力に定電流源３０を使用しているのは、異常時に充電制御ＦＥＴ制御回路１０４内のトランジスタ８１を介して−端子１０６に大電流が流れ込むのを防止するためである。したがって、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４を排し、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２内のＯＲ回路２９の出力を反転回路を介するなどして充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに直接与えるようにしても良い。
【００４３】
以上のように、上記実施形態のリチウムイオン電池保護回路によれば、過充電検出信号に対して遅延時間を設けるための構成要素であるチップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は勿論のこと、チップコンデンサ１０９が何らかの原因で短絡しても、過充電検出の際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリチウムイオン電池保護回路によれば、過充電の検出に対して遅延時間を設けるための構成要素である容量素子が短絡しても、過充電を検出した際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路１１０を内蔵したリチウムイオン電源装置のブロック図。
【図２】 図１に示すリチウムイオン電池保護回路１１０内の容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２の具体例を示す図。
【図３】 従来のリチウムイオン電池保護回路１１０’を内蔵したリチウムイオン電源装置のブロック図。
【図４】 リチウムイオン電源装置のハイブリッドＩＣ構造を示す図。
【符号の説明】
１ 過充電検出回路
２ 容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路
７ 遅延時間設定回路
１１、１２ 比較器
１３、１４ 定電圧源
１５ ＯＲ回路
２１ 第１比較器
２２ 第２比較器
２３ 定電流源
２４ スイッチ回路
２５、２６、２７ 定電圧源
２８ スイッチ回路
２９ ＯＲ回路
３０ 定電流源
３１ スイッチ回路
４１、４２ ＰＮＰ型トランジスタ
４３、４４ ＮＰＮ型トランジスタ
４５ 定電流源
４６、４７ ＰＮＰ型トランジスタ
４８、４９ ＮＰＮ型トランジスタ
５０、５１ 定電流源
５２ スイッチ回路
５３ 定電流源
５４ 抵抗
５５ 定電流源
５６ スイッチ回路
５７ 抵抗
５８ ＮＰＮ型トランジスタ
５９ 定電流源
６０ ＰＮＰ型トランジスタ
６１ 定電流源
６２ ＰＮＰ型トランジスタ
６３、６４ ＮＰＮ型トランジスタ
６５ 抵抗
６６ 定電圧源
６７ ＰＮＰ型トランジスタ
６８ ＮＰＮ型トランジスタ（ダイオード接続）
７１ 比較器
７２ 定電流源
７３ ＮＰＮ型トランジスタ
７４ 反転回路
７５ 定電圧源
７６ 定電流源
８１ ＮＰＮ型トランジスタ
８２、８３、８４ 抵抗
８５ 定電圧源
１０１、１０２ リチウムイオン電池
１０３ 充電制御ＦＥＴ
１０４ 充電制御ＦＥＴ制御回路
１０５ ＋端子
１０６ −端子
１０７、１０８ 抵抗
１０９ チップコンデンサ
１１０ 本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路
１１０’ 従来のリチウムイオン電池保護回路
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５ リチウムイオン電池保護回路の端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、リチウムイオン電池を過充電から保護する機能をもったリチウムイオン電池保護回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電源としてリチウムイオン電池を用いたリチウムイオン電源装置（リチウムイオン電池パックともいう）には、通常、リチウムイオン電池を過電流、過放電、あるいは、過充電から保護するリチウムイオン電池保護回路が内蔵される。
【０００３】
以下、このリチウムイオン電池保護回路について、直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置に内蔵されるものを例にとって従来技術を説明する。
【０００４】
図３は直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置のブロック図であって、１０１、１０２はリチウムイオン電池、１０３はリチウムイオン電池１０１、１０２の充電を可能な状態と、不可能な状態とに切り換えるための充電制御ＦＥＴ、１０４は充電制御ＦＥＴ１０３のＯＮ、ＯＦＦを制御する充電制御ＦＥＴ制御回路、１０５、１０６はそれぞれリチウムイオン電源装置の＋端子、−端子、１０７、１０８は抵抗、１０９は容量素子として設けられたチップコンデンサ、１１０’は２つのリチウムイオン電池１０１、１０２のそれぞれを過充電から保護するリチウムイオン電池保護回路、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５はそれぞれリチウムイオン電池保護回路１１０’の端子である。
【０００５】
そして、直列接続された２つのリチウムイオン電池の高電位側は＋端子１０５に接続されるとともに、抵抗１０７を介して端子Ｔ１に接続されており、また、直列接続点は抵抗１０８を介して端子Ｔ２に接続されており、また、低電位側は充電制御ＦＥＴ１０３を介して−端子１０６に接続されるとともに、端子Ｔ３に接続されている。尚、端子Ｔ３はリチウムイオン電池保護回路１１０’内で接地されており、２つの直列接続されたリチウムイオン電池の低電位側はグランドレベルとなる。充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は入力が端子Ｔ４に、出力が充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに、それぞれ接続されている。チップコンデンサ１０９の一端は端子Ｔ５に接続されており、他端は接地されている。
【０００６】
以下、リチウムイオン電池保護回路１１０’について説明する。リチウムイオン電池保護回路１１０’は、過充電検出回路１と、遅延時間設定回路７とからなっており、まず、過充電検出回路１は２つの比較器１１、１２と、出力電圧がそれぞれＶref1、Ｖref2の２つの定電圧源１３、１４と、ＯＲ回路１５とで構成されており、比較器１１の非反転入力端子（＋）は端子Ｔ１に接続されており、一方、反転入力端子（−）はその低電位側が端子Ｔ２に接続された定電圧源１３の高電位側に接続されている。また、比較器１２の非反転入力端子（＋）は端子Ｔ２に接続されており、一方、反転入力端子（−）は低電位側が接地された定電圧源１４の高電位側に接続されている。そして、ＯＲ回路１５は比較器１１、１２のそれぞれの出力を入力しており、ＯＲ回路１５の出力が過充電検出回路１の出力となっている。
【０００７】
以上の接続関係により、リチウムイオン電池１０１、１０２のどちらか一方でも、その電圧が所定電圧（リチウムイオン電池１０１はＶref1、リチウムイオン電池１０２はＶref2）よりも大きくなる、すなわち、過充電になると、過充電検出回路１の出力はハイレベルになる（以下、このハイレベル出力を過充電検出信号と表現する）。
【０００８】
次に、遅延時間設定回路７は比較器７１と、定電流源７２、７６と、ＮＰＮ型トランジスタ７３と、反転回路７４と、出力電圧Ｖ0の定電圧源７５とで構成されており、定電流源７２は、端子Ｔ５及びトランジスタ７３のコレクタに接続されているとともに、過充電検出信号を受けてＯＮするようになっている。また、反転回路７４の入力は過充電検出回路１の出力に、出力はトランジスタ７３のベースに、それぞれ接続されている。また、トランジスタ７３のエミッタは接地されている。また、比較器７１の非反転入力端子（＋）は、定電流源７２と端子Ｔ５とトランジスタ７３のコレクタとの接続点に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、その低電位側が接地された定電圧源７５の高電位側に接続されている。そして、定電流源７６は端子Ｔ４に接続されているとともに、比較器７１のハイレベル出力によってＯＮするようになっている。
【０００９】
以上の接続関係により、過充電検出信号を受けると、ＮＰＮ型トランジスタ７３がＯＦＦとなり、定電流源７２から端子Ｔ５に電流が供給され、端子Ｔ５に接続されたチップコンデンサ１０９が充電され、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧Ｖ0よりも高くなると、比較器７１の出力はハイレベルになり、定電流源７６から端子Ｔ４へ所定電流が出力される（以下、この所定電流を充電禁止信号と表現する）。つまり、遅延時間設定回路７は過充電検出信号に対して、定電流源７２の出力電流Ｉ0とチップコンデンサ１０９の容量Ｃと定電圧源７５の出力電圧Ｖ0とによって決定する所定の遅延時間ｔ（ｔ＝ＣＶ0／Ｉ0）を設けた後、充電禁止信号を出力する。
【００１０】
そして、端子Ｔ４には充電制御ＦＥＴ制御回路１０４の入力が接続されており、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は充電禁止信号を受けて充電制御ＦＥＴ１０３をＯＦＦさせる構成になっているので、リチウムイオン電池１０１、１０２が＋端子１０５と−端子１０６との間に接続される充電装置とは遮断され、リチウムイオン電池１０１、１０２の充電は不可能な状態になり、過充電の促進が防止される。
【００１１】
尚、以上のように、過充電を検出してからリチウムイオン電池の充電を不可能な状態にするまでに遅延時間を設けているが、これは外部ノイズによる過充電検出回路１の誤動作をキャンセルするためである。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記リチウムイオン電源装置は、図４に示すように、チップコンデンサ１０９、リチウムイオン電池保護回路１１０’などの図３に示した各構成要素を１つの基板上に組み込んだハイブリッドＩＣであり、チップコンデンサ１０９のクラック、基板の配線パターンの不良、あるいは、その他の何らかの原因により、チップコンデンサ１０９が短絡してしまう場合がある。
【００１３】
しかしながら、上記従来のリチウムイオン電池保護回路１１０’では、チップコンデンサ１０９が短絡してしまうと、過充電検出回路１が過充電検出信号を出力しても、遅延時間設定回路７内の比較器７１の非反転入力端子（＋）の電圧はグランドレベルに固定され、比較器７１の出力はハイレベルになり得ないので、遅延設定回路７から充電禁止信号が出力されず、リチウムイオン電池１０１、１０２の充電が続行され、発煙、発火などの危険な状態に陥ってしまう。
【００１４】
そこで、本発明は、過充電の検出に対して設定する遅延時間を決定する要素の１つである容量素子が短絡しても、過充電検出の際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができるリチウムイオン電池保護回路を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路では、リチウムイオン電池の過充電を検出すると、容量素子を用いて所定の遅延時間を設けた後、リチウムイオン電池の充電を禁止するリチウムイオン電池保護回路において、過充電を検出しているときに前記容量素子の短絡を検出する手段を有し、前記容量素子の短絡を検出すると、リチウムイオン電池の充電を禁止する。
【００１６】
以上の構成により、過充電を検出した際に、容量素子の短絡を検出すると、過充電の検出に対して遅延時間を設けることなく、直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００１７】
また、請求項２に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記容量素子に電圧を印加する手段と、前記容量素子の電圧を検出する手段と、過充電を検出しているときに前記容量素子の電圧が所定電圧よりも低くなるとリチウムイオン電池の充電を禁止する手段とを有している。
【００１８】
容量素子が短絡している場合には、その電圧は常にゼロに固定されているので、以上の構成により、過充電を検出すると遅延時間を設けることなく、直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００１９】
また、請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路の具体例である、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路では、過充電を検出していないときは前記容量素子に所定電圧Ｖ2を印加するオフセット設定回路と、過充電を検出しているときは前記容量素子に所定電流を供給する容量素子充電回路と、第１入力電圧の方が第２入力電圧よりも高くなると出力がハイレベルになる第１比較器、第２比較器と、該第１比較器、第２比較器の出力のどちらか一方でもハイレベルになると出力がハイレベルになるＯＲ回路とを有し、過充電を検出していないときは、第１比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ2を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として所定電圧Ｖ2を、それぞれ与え、過充電を検出しているときは、第１比較器に、第１入力として前記容量素子の電圧を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として前記容量素子の電圧を、それぞれ与え、前記所定電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の関係がＶ1＞Ｖ2＞Ｖ3であり、前記ＯＲ回路のハイレベル出力によってリチウムイオン電池の充電を禁止する。
【００２０】
また、請求項４に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記第２比較器の第１入力の前記所定電圧Ｖ 3 は、定電流源とダイオードとからなる直列回路の一端から生成される構成である。
【００２１】
また、請求項５に記載のリチウムイオン電池保護回路では、請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路において、前記第１比較器の第２入力の前記所定電圧Ｖ 1 は、定電流源と抵抗との接続点により生成される構成である。
【００２２】
以上の構成により、容量素子が短絡しておらず正常な場合は、過充電の検出に対して、容量素子の容量Ｃ、容量素子充電回路の供給電流Ｉ、及び、所定電圧Ｖ1、Ｖ2によって決定する遅延時間ｔ（ｔ＝Ｃ（Ｖ1−Ｖ2）／Ｉ）を設定した後、リチウムイオン電池の充電を禁止し、一方、容量素子が短絡している場合は、過充電を検出すると直ちにリチウムイオン電池の充電を禁止することになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路１１０を内蔵した、直列接続された２つのリチウムイオン電池を有するリチウムイオン電源装置であって、２は容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路である。尚、従来技術と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００２４】
容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、第１比較器２１と、第２比較器２２と、定電流源２３、３０と、スイッチ回路２４、２８、３１と、出力電圧がそれぞれＶ1、Ｖ2、Ｖ3（ただし、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3）である定電圧源２５、２６、２７と、ＯＲ回路２９とで構成されており、まず、定電流源２３はスイッチ回路２４を介して端子Ｔ５に接続されており、スイッチ回路２４は過充電検出信号でＯＮするようになっている。
【００２５】
次に、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）は、スイッチ回路２４を介した定電流源２３と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、スイッチ回路２８を介して低電位側が接地された定電圧源２６の高電位側に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、低電位側が接地された定電圧源２５の高電位側に接続されている。
【００２６】
次に、第２比較器２２の非反転入力端子（＋）は、低電位側が接地された定電圧源２７の高電位側に接続されており、一方、反転入力端子（−）は、スイッチ回路２４を介した定電流源２３と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、スイッチ回路２８を介して低電位側が接地された定電圧源２６の高電位側に接続されている。尚、スイッチ回路２８は過充電検出信号でＯＦＦするようになっている。
【００２７】
そして、定電流源３０はスイッチ回路３１を介して端子Ｔ４に接続されており、スイッチ回路３１は、第１比較器２１の出力、及び、第２比較器２２の出力を入力するＯＲ回路２９の出力がハイレベルになるとＯＮするようになっている。
【００２８】
以上の接続関係により、まず、過充電検出信号を受けていない場合は、スイッチ回路２４がＯＦＦ、スイッチ回路２８がＯＮであるから、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）の電圧はＶ2、反転入力端子（−）の電圧はＶ1であり、第２比較器２２の非反転入力端子（＋）の電圧はＶ2、反転入力端子（−）の電圧はＶ3であり、Ｖ1＞Ｖ2＞Ｖ3であるから、第１比較器２１の出力、第２比較器２２の出力はともにローレベルであり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がローレベルであるので、定電流源３０から端子Ｔ４へ所定電流は供給されない。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号を受けていない場合、チップコンデンサ１０９が短絡している、いないに拘らず、充電禁止信号を出力することはない。
【００２９】
次に、過充電検出信号を受けると、スイッチ回路２４がＯＮ、スイッチ回路２８がＯＦＦになり、第１比較器２１の非反転入力端子（＋）の電圧、及び、第２比較器２２の反転入力端子（−）の電圧は、チップコンデンサ１０９の電圧になるが、まず、チップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は、チップコンデンサ１０９が定電流源２３からの供給電流により充電されて、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧Ｖ1より高くなった時点で、第１比較器２１の出力がハイレベルになり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がハイレベルになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して、定電流源２３の供給電流Ｉと、チップコンデンサの容量Ｃと、定電圧源２５、２６の出力電圧Ｖ1、Ｖ2とで決まる所定の遅延時間ｔ（ｔ＝Ｃ（Ｖ1−Ｖ2）／Ｉ）を設けた後、充電禁止信号を出力する。尚、この場合、チップコンデンサ１０９の電圧はＶ2に予め充電されているので、第２比較器２２の出力は常にローレベルである。
【００３０】
一方、チップコンデンサ１０９が短絡している場合は、チップコンデンサ１０９の電圧はグランドレベルに固定されているので、第２比較器２２の出力がハイレベルになり、したがって、ＯＲ回路２９の出力がハイレベルになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して遅延時間を設けることなく直ちに充電禁止信号を出力する。尚、この場合、第１比較器２１の出力は常にローレベルである。
【００３１】
以下に、上記容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２のより具体的な構成例を図２に示す。同図において、４１、４２、４６、４７、６０、６２、６７はＰＮＰ型トランジスタ、４３、４４、４８、４９、５８、６３、６４、６８はＮＰＮ型トランジスタ、４５、５０、５１、５３、５５、５９、６１は定電流源、５２、５６はスイッチ回路、５４、５７、６５は抵抗、６６は定電圧源である。
【００３２】
まず、トランジスタ４１、４２は差動対を形成しており、トランジスタ４１のベースは、スイッチ回路５２を介した定電流源５１と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、後出のトランジスタ５８のコレクタに接続されており、トランジスタ４２のベースは、定電流源５３と抵抗５４との接続点に接続されている。また、トランジスタ４１、４２のエミッタは定電流源４５に接続されており、コレクタはトランジスタ４３、４４で構成されたカレントミラー回路の入力側、出力側にそれぞれ接続されている。尚、定電流源４５、５３から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、スイッチ回路５２は過充電検出信号によりＯＮするようになっている。
【００３３】
次に、トランジスタ４６、４７は差動対を形成しており、トランジスタ４６のベースはトランジスタ６０のエミッタに接続されており、トランジスタ４７のベースはトランジスタ６２のエミッタに接続されている。また、トランジスタ４６、４７のエミッタは定電流源５０に接続されており、コレクタはトランジスタ４８、４９で構成されたカレントミラー回路の入力側、出力側にそれぞれ接続されている。尚、定電流源５０から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、トランジスタ４６には電流増幅率がトランジスタ４７のそれのＮ倍（Ｎ＞１）であるものを採用している。
【００３４】
次に、トランジスタ６０のベースは、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されており、トランジスタ６２のベースは、スイッチ回路５２を介した定電流源５１と端子Ｔ５との接続点に接続されているとともに、後出のトランジスタ５８のコレクタに接続されている。また、トランジスタ６０、６２のエミッタはそれぞれ定電流源５９、６１に接続されており、コレクタはそれぞれ、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されている。
【００３５】
次に、トランジスタ５８のベースはスイッチ回路５６を介した定電流源５５と抵抗５７との接続点に、コレクタは端子Ｔ５に、エミッタはエミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに、それぞれ接続されている。尚、定電流源５５から供給される電流は、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに流れ込むようになっている。また、スイッチ回路５６は過充電検出信号によりＯＦＦするようになっている。
【００３６】
次に、トランジスタ６３のベースは、トランジスタ４２、４４のコレクタ同士の接続点に、トランジスタ６４のベースは、トランジスタ４７、４９のコレクタ同士の接続点に、それぞれ接続されている。また、トランジスタ６３、６４のコレクタはそれぞれ、抵抗６５を負荷として定電圧源６６に接続されている。また、トランジスタ６３、６４のエミッタはそれぞれ、エミッタが接地された、ダイオード接続のトランジスタ６８のコレクタに接続されている。
【００３７】
そして、トランジスタ６７のベースは、抵抗６５とトランジスタ６３、６４のコレクタとの接続点に、コレクタは端子Ｔ４に、エミッタは定電圧源６６に、それぞれ接続されている。
【００３８】
以上の接続関係により、ダイオード接続されたトランジスタ６８の電圧をＶD、抵抗５４の電圧をＶRとすると、過充電信号を受けていない場合は、スイッチ回路５２がＯＦＦ、スイッチ回路５６がＯＮであるから、トランジスタ４１のベース電圧は略ＶD、トランジスタ４２のベース電圧はＶR＋ＶDであり、トランジスタ６３はＯＦＦになる。また、トランジスタ６０、６２のベース電圧はともにＶDであり、トランジスタ４６、４７のベース電圧は同一であるが、トランジスタ４６の電流増幅率の方がトランジスタ４７のそれよりも大きいので、トランジスタ６４はＯＦＦになる。このように、トランジスタ６３、６４ともにＯＦＦであるので、トランジスタ６７はＯＦＦになり、充電禁止信号は出力されない（端子Ｔ４へ電流は供給されない）。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号を受けていない場合、チップコンデンサ１０９が短絡している、いないに拘らず、充電禁止信号を出力することはない。
【００３９】
そして、過充電検出信号を受けると、スイッチ回路５２がＯＮ、スイッチ回路５６がＯＦＦであるから、トランジスタ５８がＯＦＦになり、トランジスタ４１のベース電圧、及び、トランジスタ６２のベース電圧はチップコンデンサ１０９の電圧になるが、まず、チップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は、チップコンデンサ１０９が定電流源５１からの供給電流により充電されて、その電圧は時間の経過とともに上昇し、電圧ＶR＋ＶDより高くなった時点で、トランジスタ６３がＯＮになり、これによって、トランジスタ６７もＯＮになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して所定の遅延時間ｔ’（ｔ’＝ＣＶR／Ｉ’、Ｉ’は定電流源５１の供給電流）を設けた後、充電禁止信号を出力する。尚、この場合、チップコンデンサ１０９の電圧はＶDにオフセットされているので、トランジスタ６４は常にＯＦＦである。
【００４０】
一方、チップコンデンサ１０９が短絡している場合は、トランジスタ６０のベース電圧がＶDであるのに対して、トランジスタ６２のベース電圧であるチップコンデンサの電圧はグランドレベルに固定されているので、トランジスタ６４がＯＮになり、これによって、トランジスタ６７もＯＮになって充電禁止信号が出力される。つまり、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２は、過充電検出信号に対して遅延時間を設けることなく直ちに充電禁止信号を出力する。尚、この場合、トランジスタ６３は常にＯＦＦである。また、トランジスタ４６の電流値をトランジスタ４７のそれよりも大きくしてはいるが、トランジスタ６２のベース電圧がグランドレベル付近になったときには、トランジスタ６４がＯＮするように設定してある。
【００４１】
尚、図２に示す容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２において、ダイオード接続されたトランジスタ６８は１個であるが、これを複数個にしても良いし、ダイオード接続されたトランジスタ６８の代わりにダイオード、あるいは、抵抗を設けた構成にしても良い。また、リチウムイオン電池保護回路としては、過充電の他に、過電流、過放電からリチウムイオン電池を保護する回路を有する構成であっても良い。
【００４２】
また、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４は、ＮＰＮ型トランジスタ８１、抵抗８２、８３、８４、定電圧源８５からなっており、トランジスタ８１のベースは直列接続された抵抗８２、８３の接続点に接続されており、コレクタは抵抗８４を介して定電圧源８５に接続された構成であって、抵抗８２の一端が端子Ｔ４に、抵抗８３の一端及びトランジスタ８１のエミッタが充電制御ＦＥＴ１０３と−端子１０６との間に、トランジスタ８１のコレクタと抵抗８４との接続点が充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに、それぞれ接続されている。そして、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２の出力に定電流源３０を使用しているのは、異常時に充電制御ＦＥＴ制御回路１０４内のトランジスタ８１を介して−端子１０６に大電流が流れ込むのを防止するためである。したがって、充電制御ＦＥＴ制御回路１０４を排し、容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２内のＯＲ回路２９の出力を反転回路を介するなどして充電制御ＦＥＴ１０３のゲートに直接与えるようにしても良い。
【００４３】
以上のように、上記実施形態のリチウムイオン電池保護回路によれば、過充電検出信号に対して遅延時間を設けるための構成要素であるチップコンデンサ１０９が短絡しておらず正常である場合は勿論のこと、チップコンデンサ１０９が何らかの原因で短絡しても、過充電検出の際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のリチウムイオン電池保護回路によれば、過充電の検出に対して遅延時間を設けるための構成要素である容量素子が短絡しても、過充電を検出した際には、リチウムイオン電池の充電を禁止し、リチウムイオン電池を過充電から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路１１０を内蔵したリチウムイオン電源装置のブロック図。
【図２】 図１に示すリチウムイオン電池保護回路１１０内の容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路２の具体例を示す図。
【図３】 従来のリチウムイオン電池保護回路１１０’を内蔵したリチウムイオン電源装置のブロック図。
【図４】 リチウムイオン電源装置のハイブリッドＩＣ構造を示す図。
【符号の説明】
１ 過充電検出回路
２ 容量素子短絡検出機能付き遅延時間設定回路
７ 遅延時間設定回路
１１、１２ 比較器
１３、１４ 定電圧源
１５ ＯＲ回路
２１ 第１比較器
２２ 第２比較器
２３ 定電流源
２４ スイッチ回路
２５、２６、２７ 定電圧源
２８ スイッチ回路
２９ ＯＲ回路
３０ 定電流源
３１ スイッチ回路
４１、４２ ＰＮＰ型トランジスタ
４３、４４ ＮＰＮ型トランジスタ
４５ 定電流源
４６、４７ ＰＮＰ型トランジスタ
４８、４９ ＮＰＮ型トランジスタ
５０、５１ 定電流源
５２ スイッチ回路
５３ 定電流源
５４ 抵抗
５５ 定電流源
５６ スイッチ回路
５７ 抵抗
５８ ＮＰＮ型トランジスタ
５９ 定電流源
６０ ＰＮＰ型トランジスタ
６１ 定電流源
６２ ＰＮＰ型トランジスタ
６３、６４ ＮＰＮ型トランジスタ
６５ 抵抗
６６ 定電圧源
６７ ＰＮＰ型トランジスタ
６８ ＮＰＮ型トランジスタ（ダイオード接続）
７１ 比較器
７２ 定電流源
７３ ＮＰＮ型トランジスタ
７４ 反転回路
７５ 定電圧源
７６ 定電流源
８１ ＮＰＮ型トランジスタ
８２、８３、８４ 抵抗
８５ 定電圧源
１０１、１０２ リチウムイオン電池
１０３ 充電制御ＦＥＴ
１０４ 充電制御ＦＥＴ制御回路
１０５ ＋端子
１０６ −端子
１０７、１０８ 抵抗
１０９ チップコンデンサ
１１０ 本発明の一実施形態であるリチウムイオン電池保護回路
１１０’ 従来のリチウムイオン電池保護回路
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５ リチウムイオン電池保護回路の端子
Claims (5)
- リチウムイオン電池の過充電を検出すると、容量素子を用いて所定の遅延時間を設けた後、リチウムイオン電池の充電を禁止するリチウムイオン電池保護回路において、
過充電を検出しているときに前記容量素子の短絡を検出する手段を有し、
前記容量素子の短絡を検出すると、リチウムイオン電池の充電を禁止することを特徴とするリチウムイオン電池保護回路。 - 前記容量素子に電圧を印加する手段と、
前記容量素子の電圧を検出する手段と、
過充電を検出しているときに前記容量素子の電圧が所定の電圧よりも低くなるとリチウムイオン電池の充電を禁止する手段とを有することを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路。 - 過充電を検出していないときは前記容量素子に所定電圧Ｖ2を印加するオフセット設定回路と、
過充電を検出しているときは前記容量素子に所定電流を供給する容量素子充電回路と、
第１入力電圧の方が第２入力電圧よりも高くなると出力がハイレベルになる第１比較器、第２比較器と、
該第１比較器、第２比較器の出力のどちらか一方でもハイレベルになると出力がハイレベルになるＯＲ回路とを有し、
過充電を検出していないときは、第１比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ2を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として所定電圧Ｖ2を、それぞれ与え、
過充電を検出しているときは、第１比較器に、第１入力として前記容量素子の電圧を、第２入力として所定電圧Ｖ1を、それぞれ与え、第２比較器に、第１入力として所定電圧Ｖ3を、第２入力として前記容量素子の電圧を、それぞれ与え、前記所定電圧Ｖ1、Ｖ2、Ｖ3の関係がＶ1＞Ｖ2＞Ｖ3であり、前記ＯＲ回路のハイレベル出力によってリチウムイオン電池の充電を禁止することを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池保護回路。 - 前記第２比較器の第１入力の前記所定電圧Ｖ 3 は、定電流源とダイオードとからなる直列回路の一端から生成されることを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路。
- 前記第１比較器の第２入力の前記所定電圧Ｖ 1 は、定電流源と抵抗との接続点より生成されることを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン電池保護回路。
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