JP3940508B2

JP3940508B2 - 二次電池の保護回路装置

Info

Publication number: JP3940508B2
Application number: JP33101498A
Authority: JP
Inventors: 和夫向; 浩一疋田; 和弥森下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP2000166108A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の保護回路装置に係り、特に過充電保護機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、二次電池を使用した電池パックでは、二次電池を過充電や過放電から保護する保護回路装置が内蔵されている。この保護回路装置は、具体的には二次電池の充放電路、すなわち二次電池と充電器や負荷が接続される外部接続端子との間に、ＭＯＳ−ＦＥＴからなる充電制御スイッチ素子と放電制御用スイッチ素子を直列に挿入し、充電時に電池電圧が充電禁止電圧に達したとき、充電制御スイッチ素子をオフ状態にして充電を停止し、放電時には電池電圧が放電禁止電圧に達したとき、放電制御用スイッチ素子をオフ状態にして放電を停止させるように構成される。
【０００３】
このような二次電池の保護回路装置において、従来では過充電防止を防止するために、電池電圧を充電禁止電圧に相当する基準電圧（以下、充電禁止基準電圧という）と比較する電圧比較器（過充電検出用電圧比較器）を設け、この電圧比較器の出力によって、電池電圧が充電禁止基準電圧に達したとき充電制御スイッチ素子をオフ状態にするようにしている。また、この過充電検出用電圧比較器にヒステリシスを持たせ、電池電圧が充電禁止基準電圧より低い充電禁止解除電圧まで低下した場合に、この電圧比較器の出力によって充電制御スイッチ素子を再度オン状態にして充電を開始させるようにしている。
【０００４】
過充電検出用電圧比較器にヒステリシスを持たせない場合は、電池電圧が充電禁止基準電圧に達して充電制御スイッチ素子がオフ状態になり、電池電圧が充電禁止基準電圧より低くなると充電制御スイッチ素子がオン状態となって充電が再開するという充電制御スイッチ素子のオン／オフ動作が短時間で繰り返され、過充電禁止動作のチャタリングが起こる。過充電検出用電圧比較器にヒステリシスを持たせれば、充電制御スイッチ素子が一旦オフ状態になると、充電禁止解除電圧まで低下しない限りオフ状態を保持するので、このような充電禁止動作のチャタリングが防止される。
【０００５】
二次電池がリチウムイオン電池の場合を例にとると、例えば、充電禁止基準電圧は４．３５Ｖ、過充電検出用電圧比較器のヒステリシス（充電禁止基準電圧と充電解除電圧との差）は通常、数ｍＶ〜３００ｍＶ程度にそれぞれ設定される。しかし、現実にはこのヒステリシスが有効でない条件が存在し、そのような条件では過充電禁止動作のチャタリングを避けることができない。
【０００６】
通常、パーソナルコンピュータなどの機器の電源として使用される二次電池は専用の充電器によって充電される。ところが、充電禁止解除電圧より十分に低い電圧の二次電池に対して、例えば自動車用蓄電池（カーバッテリ）を充電用電源として用いて、通常の充電器による充電電圧・充電電流の２倍以上の高電圧・大電流で充電を行うと、電池電圧が急激に上昇し、瞬時に充電禁止電圧に達して充電制御スイッチ素子がオフ状態となり、充電が停止される。
【０００７】
このように自動車用蓄電池などの高電圧、大電流の充電用電源を二次電池にせ接続すると、充電開始後に瞬時に充電電流が遮断されるため、実際の積算充電量は非常に僅かであり、充電電流が遮断されると電池電圧は瞬時に元の値に戻ってしまう。電池電圧が元の値に戻り、充電禁止解除電圧以下になると充電が再開されるが、瞬時に充電禁止電圧に達して再び充電電流が遮断されるという動作が繰り返されることになり、過充電検出用電圧比較器にヒステリシスを持たせても、過充電禁止動作のチャタリングが起こる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来の二次電池の保護回路装置では、通常の充電器より充電電圧・充電電流が極端に大きい充電用電源によって二次電池の誤充電を行った場合には、ヒステリシスを有する過充電検出用電圧比較器を用いても、過充電禁止動作のチャタリングを防止することができない。従って、充電制御スイッチ素子が大電流で高速のスイッチング動作を強いられるため、素子の発熱が起こり、条件によっては素子が破壊されたり、発火に至る可能性がある。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、通常の充電器より充電電圧・充電電流が極端に大きい充電用電源によって二次電池の誤充電を行った場合でも、過充電充電禁止動作のチャタリングを確実に防止できる二次電池の保護回路装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は二次電池の充電時に電池電圧が充電禁止基準電圧に達し、充電制御用スイッチ素子をオフ状態として充電電流を遮断している状態のとき、充電用電源の電圧と電池電圧との電圧差が所定値以上の場合には、本来の充電器で使用される充電用電源と異なる高電圧、大電流の充電用電源が接続されていると判断して、充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持することにより、充電禁止動作のチャタリングを防止するようにしたものである。
【００１１】
第１の態様によると、本発明に係る二次電池の保護回路装置は、二次電池と充電用電源との間の充電路に挿入される充電制御用スイッチ素子と、二次電池の電圧を充電禁止基準電圧と比較する電圧比較手段と、この電圧比較手段の出力に基づいて、二次電池の電圧が充電禁止基準電圧より高い場合に充電制御用スイッチ素子をオフ状態にするスイッチ駆動手段と、充電制御用スイッ素子がオフ状態のときの充電用電源の電圧と二次電池の電圧との電圧差を検出し、この電圧差が所定値以上のときオン状態となることにより、充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持する電圧差検出用スイッチ素子とを有する。
【００１２】
充電制御用スイッチ素子としては、例えばドレインが二次電池側に接続され、ソースが充電用電源側に接続された第１のＦＥＴが用いられる。電圧差検出用スイッチ素子は、例えばドレインが第１のＦＥＴのゲートに接続され、ソースが第１のＦＥＴのソースに接続され、ゲートがスイッチ駆動手段の出力端子および第１のＦＥＴのドレインに接続された第２のＦＥＴが用いられる。
【００１３】
また、充電制御用スイッチ素子として、例えばドレインが二次電池側に接続され、ソースが充電用電源側に接続されたＦＥＴを用い、電圧差検出用スイッチ素子は、例えばコレクタがＦＥＴのゲートに接続され、エミッタがＦＥＴのソースに接続され、ベースがスイッチ駆動手段の出力端子およびＦＥＴのドレインに接続されたバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００１４】
第２の態様によると、本発明に係る二次電池の保護回路装置は、二次電池と充電用電源との間の充電路に挿入される充電制御用スイッチ素子と、この充電制御用スイッチ素子の制御端子と充電用電源側の端子との間に接続され、制御端子が充電制御用スイッチ素子の二次電池側の端子に接続された電圧差検出用スイッチ素子と、二次電池の電圧を充電禁止基準電圧と比較する電圧比較手段と、この電圧比較手段の出力に基づいて、二次電池の電圧が充電禁止基準電圧より高い場合に電圧差検出用スイッチ素子をオン状態にするスイッチ駆動手段とを有し、電圧差検出用スイッチ素子は、充電制御用スイッチ素子がオフ状態のときの充電用電源の電圧と二次電池の電圧との電圧差が所定値以上のときオン状態となることにより、充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持することを特徴とする。
【００１５】
ここで、充電制御用スイッチ素子としては、例えばドレインが二次電池側に接続され、ソースが充電用電源側に接続された第１のＦＥＴが用いられる。電圧差検出用スイッチ素子は、例えばドレインが第１のＦＥＴのゲートに接続され、ソースが第１のＦＥＴのソースに接続され、ゲートがスイッチ駆動手段の出力端子および第１のＦＥＴのドレインに接続された第２のＦＥＴが用いられる。
【００１６】
また、充電制御用スイッチ素子として、例えばドレインが二次電池側に接続され、ソースが充電用電源側に接続されたＦＥＴを用い、電圧差検出用スイッチ素子として、例えばコレクタがＦＥＴのゲートに接続され、エミッタがＦＥＴのソースに接続され、ベースがスイッチ駆動手段の出力端子およびＦＥＴのドレインに接続されたバイポーラトランジスタを用いてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る二次電池の保護回路装置の構成を示す図である。図１において、保護回路装置１Ａは電池接続端子２ａ，２ｂと外部接続端子３ａ，３ｂを有し、電池接続端子２ａ，２ｂ間に二次電池４が接続され、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５が接続される。二次電池４は、例えばリチウムイオン電池であり、その端子電圧を３．８Ｖとする。外部装置５としては、二次電池４の充電時には充電用電源として専用の充電器が接続され、放電時には負荷、つまり二次電池４を電源として使用する各種の電子機器がそれぞれ接続される。
【００１８】
次に、保護回路装置１Ａの詳細な構成について説明する。
まず、二次電池４のマイナス側の充放電路である外部接続端子３ｂと電池接続端子２ｂとの間に、充電制御用スイッチ素子であるＦＥＴ（以下、充電制御用ＦＥＴという）１１と、放電制御用スイッチ素子であるＦＥＴ（以下、放電制御用ＦＥＴという）１２が直列に接続されている。この例では充電制御用ＦＥＴ１１および放電制御用ＦＥＴ１２に、ＮチャネルＭＯＳ−ＦＥＴを用いている。すなわち、充電制御用ＦＥＴ１１のソースはマイナス側の外部接続端子３ｂに接続され、ドレインは放電制御用ＦＥＴ１２のドレインに接続され、放電制御用ＦＥＴ１２のソースはマイナス側の電池接続端子２ｂに接続される。
【００１９】
Ｄ１１，Ｄ１２はそれぞれ充電制御用ＦＥＴ１１、放電制御用ＦＥＴ１２のドレイン・ソース間の寄生ダイオードであり、充電制御用ＦＥＴ１１および放電制御用ＦＥＴ１２は、二次電池４からの放電電流の方向が寄生ダイオードＤ１１の順方向となり、二次電池４への充電電流の方向が寄生ダイオードＤ１２の順方向となるように接続される。
【００２０】
また、電圧差検出用スイッチ素子であるＦＥＴ（以下、電圧差検出用ＦＥＴという）１３が設けられている。この電圧差検出用ＦＥＴ１３は、充電器（充電用電源）の電圧と二次電池４の電圧（以下、電池電圧という）Ｖｂとの電圧差を検出し、この電圧差が所定値以上のときオン状態となって充電制御用ＦＥＴ１１をオフ状態に保持するものであり、そのゲートは保護用抵抗２０を介して充電制御用ＦＥＴ１１のドレインに接続され、ソースは充電制御用ＦＥＴ１１のソースに接続され、ドレインは充電制御用ＦＥＴ１１のゲートに接続されている。
【００２１】
制御ＩＣ１０Ａは、充電制御用ＦＥＴ１１および放電制御用ＦＥＴ１２を制御する回路であり、過充電検出用電圧比較器１４、過放電検出用電圧比較器１５、ＦＥＴ駆動回路１６および１７によって構成される。充電制御用ＦＥＴ１１は、過充電検出用電圧比較器１４の出力に従ってＦＥＴ駆動回路１６により駆動され、放電制御用ＦＥＴ１２は、過放電検出用電圧比較器１５の出力に従ってＦＥＴ駆動回路１７により駆動される。
【００２２】
過充電検出用電圧比較器１４は、電池電圧Ｖｂと二次電池４に対して予め定められた充電禁止基準電圧Ｖ１（例えば、Ｖ１＝４．３５Ｖ）を比較し、電池電圧Ｖｂが充電禁止基準電圧Ｖ１以上になると出力が低レベルから高レベルに反転するように構成される。ＦＥＴ駆動回路１６は、その出力端子が抵抗１８を介して充電制御用ＦＥＴ１１のゲートに接続されており、過充電検出用電圧比較器１４の出力が高レベルになると出力端子が高レベルから低レベルに反転することにより、充電制御用ＦＥＴ１１をオフ状態にする。
【００２３】
また、過充電検出用電圧比較器１４はヒステリシス特性を持っており、電池電圧Ｖｂが充電禁止基準電圧Ｖ１に達して、その出力が低レベルから高レベルに転じた後、充電禁止基準電圧Ｖ１より低い充電禁止解除電圧（例えば、４．０５Ｖ）まで低下したとき、出力が高レベルから低レベルに反転するように構成されている。
【００２４】
一方、過放電検出用電圧比較器１５は、電池電圧Ｖｂと二次電池４に意思手予め定められた放電禁止基準電圧Ｖ２（例えば、Ｖ２＝２．３Ｖ）を比較し、電池電圧Ｖｂが放電禁止基準電圧Ｖ２以下になると出力が低レベルから高レベルに反転するように構成されている。ＦＥＴ駆動回路１７は、その出力端子が抵抗１９を介して放電制御用ＦＥＴ１２のゲートに接続され、過放電検出用電圧比較器１５の出力が高レベルになると出力端子が高レベルから低レベルに反転することにより、放電制御用ＦＥＴ１２をオフ状態にする。
【００２５】
次に、本実施形態における保護回路装置１Ａの動作を説明する。
［通常の過充電保護動作］
二次電池４の充電時には、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５として充電器が接続される。この場合、充電制御用ＦＥＴ１１および放電制御用ＦＥＴ１２は通常オン状態であり、「充電器の＋側出力端子→端子３ａ→端子２ａ→二次電池４→端子２ｂ→放電制御用ＦＥＴ１２→充電制御用ＦＥＴ１１→充電器の−側出力端子」の経路で充電電流Ｉｃが流れる。
【００２６】
この充電中に電池電圧Ｖｂが上昇し、充電禁止基準電圧Ｖ１に達すると、過充電検出用電圧比較器１４の出力が高レベルとなり、ＦＥＴ駆動回路１６の出力が低レベルとなるため、充電制御用ＦＥＴ１１がオフ状態となって、充電電流が遮断され、二次電池４の過充電保護が行われる。
【００２７】
また、過充電検出用電圧比較器１４はヒステリシス特性を持っており、電池電圧Ｖｂがいったん充電禁止基準電圧Ｖ１に達すると、この充電禁止基準電圧Ｖ１より低い充電禁止解除電圧まで低下しない限り出力が反転しないため、電池電圧Ｖｂが充電禁止基準電圧Ｖ１の前後で充電制御用ＦＥＴ１１がオン・オフを繰り返す現象、すなわち充電禁止動作のチャタリングが防止される。
【００２８】
さらに、充電制御用ＦＥＴ１１がオフ状態になった時点では、二次電池４は充電禁止電圧まで充電されており、電池電圧Ｖｂは外部装置５として接続された充電用電源の電圧とほぼ同じであるから、電圧差検出用ＦＥＴ１３はゲート・ソース間電圧がほぼ０でオフ状態を保つ。従って、放電などによって電池電圧Ｖｂが充電禁止解除電圧まで低下すると、過充電検出用電圧比較器１４の出力が低レベルとなり、ＦＥＴ駆動回路１６の出力が高レベルとなるため、充電制御用ＦＥＴ１１はオン状態となり、充電が可能となる。
【００２９】
［過放電保護動作］
二次電池４の放電時には、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５として負荷が接続される。この場合、充電制御用ＦＥＴ１１および放電制御用ＦＥＴ１２は通常オン状態であり、「二次電池４の＋側電極→端子２ａ→端子３ａ→負荷→端子３ｂ→充電制御用ＦＥＴ１１→放電制御用ＦＥＴ１２→二次電池４の−側電極」の経路で放電電流Ｉｄが流れる。
【００３０】
この放電中に電池電圧Ｖｂが低下し、放電禁止基準電圧Ｖ２に達すると、過放電検出用電圧比較器１５の出力が高レベルとなり、ＦＥＴ駆動回路１７の出力が低レベルとなるため、放電制御用ＦＥＴ１２がオフ状態となって、放電電流が遮断され、二次電池４の過放電保護が行われる。
【００３１】
［高電圧による誤充電に対する過充電保護動作］
次に、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５として、二次電池４であるリチウムイオン電池用の充電器に比較して充電電圧・充電電流の大きい充電用電源、例えば自動車用鉛蓄電池（出力電圧１２Ｖ）を誤って接続した場合を考える。
【００３２】
この場合、外部接続端子３ａ，３ｂに自動車用鉛蓄電池を接続すると、二次電池４に大電流の充電電流が流れる。そして、電池電圧Ｖｂは直ちに充電禁止基準電圧Ｖ１に達し、過充電検出用電圧比較器１４の出力が高レベルになるので、ＦＥＴ駆動回路１６の出力が低レベルとなって充電制御用ＦＥＴ１１がオフ状態となり、充電電流が遮断される。
【００３３】
このようにして充電開始後、直ぐに充電電流が遮断されると、二次電池４は極めて僅かな充電量しか充電されないため、電池電圧Ｖｂは瞬時にほぼ充電前の値に戻る。従って、充電電流が遮断されると、電池電圧Ｖｂと外部装置５として接続された充電用電源との間の大きな電圧差が現れる。この電圧差が保護用抵抗２０を介して電圧差検出用ＦＥＴ１３のゲート・ソース間に印加されることにより、ＦＥＴ１３がオン状態となる。
【００３４】
電圧差検出用ＦＥＴ１３がオン状態になると、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間電圧が０となるため、充電制御用ＦＥＴ１１はオフ状態を保持する。すなわち、二次電池４の充電電流が遮断されることにより、電池電圧Ｖｂが低下し、充電禁止解除電圧まで下がると、過充電検出用電圧比較器１４の出力は低レベルとなり、ＦＥＴ駆動回路１６の出力は高レベルとなるが、電圧差検出用ＦＥＴ１３がオン状態であるために、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間に電圧が加わらず、充電制御用ＦＥＴ１１はオフ状態を依然として保持する。
【００３５】
このように、外部装置５として自動車用鉛蓄電池のような高電圧・大電流の充電用電源を誤って接続した場合、電圧差検出用ＦＥＴ１３によって充電制御用ＦＥＴ１１をオフ状態に保持することができ、充電制御用ＦＥＴ１１のチャタリングが防止される。
【００３６】
そして、外部装置５である自動車用鉛蓄電池のような充電用電源を保護回路装置１Ａから取り外すと、電圧差検出用ＦＥＴ１３のソース電位はゲート・ソース間の漏れ電流によってゲート電位と同じになるため、電圧差検出用ＦＥＴ１３はオフ状態となる。これによりＦＥＴ駆動回路１６の出力（高レベル）によって充電制御用ＦＥＴ１１はオン状態となり、再び充電が可能な状態となる。
【００３７】
（第２の実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第２の実施形態を説明する。
本実施形態の保護回路装置１Ｂは、電圧差検出用ＦＥＴ２３がＦＥＴ駆動回路２１と共に充電制御用ＦＥＴ１１の駆動系を兼ねている例である。
【００３８】
すなわち、電圧差検出用ＦＥＴ２３はドレインが充電制御用ＦＥＴ１１のゲートに接続されるとともに、プルアップ用抵抗２４を介してプラス側の充放電路に接続され、ソースが充電制御用ＦＥＴ１１のソースに接続され、ゲートがＦＥＴ駆動回路２１の出力端子および充電制御用ＦＥＴ１１のドレインに接続されている。
【００３９】
また、本実施形態における制御ＩＣ１０Ｂ内のＦＥＴ駆動回路２１は、第１の実施形態におけるＦＥＴ駆動回路１６とは異なり、出力段がオープンコレクタ形式であり、出力が負論理となるように構成されている。すなわち、このＦＥＴ駆動回路２１は、過充電検出用電圧比較器１４において電池電圧Ｖｂが充電禁止電圧Ｖ１に達して出力が低レベルから高レベルに反転したとき、出力が低レベルから高レベルに反転するように構成されている。
【００４０】
次に、本実施形態における保護回路装置１Ｂの動作を説明する。
［通常の過充電保護動作］
本実施形態における通常の充電時の動作は基本的に同様であるが、充電制御用ＦＥＴ１１が電圧差検出用ＦＥＴ２３を介してＦＥＴ駆動回路２１により駆動される点が異なっている。
【００４１】
すなわち、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５として充電器が接続され、二次電池４が充電されている間に、電池電圧Ｖｂが充電禁止基準電圧Ｖ１に達して過充電検出用電圧比較器１４の出力が高レベルとなると、ＦＥＴ駆動回路２１の出力が高レベルとなる。これにより電圧差検出用ＦＥＴ２３がオン状態となって、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間電圧が０となるため、充電制御用ＦＥＴ１１がオフ状態となって充電電流が遮断され、二次電池４の過充電保護が行われる。また、過充電検出用電圧比較器１４のヒステリシス特性により、充電禁止動作のチャタリングが防止される。
【００４２】
［過放電保護動作］
本実施形態における通常の放電時の動作は第１の実施形態と全く同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
［高電圧による誤充電に対する過充電保護動作］
一方、外部接続端子３ａ，３ｂ間に外部装置５として、通常の充電器に比較して充電電圧・充電電流の大きい例えば自動車用鉛蓄電池のような電源を誤って充電用電源として接続した場合、二次電池４に大電流の充電電流が流れ、電池電圧Ｖｂは直ちに充電禁止基準電圧Ｖ１に達し、過充電検出用電圧比較器１４の出力が高レベル、ＦＥＴ駆動回路２１の出力が高レベルとなる。これにより電圧差検出用ＦＥＴ２３がオン状態となって、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間電圧が０となるために、充電制御用ＦＥＴ１１がオフ状態となって充電電流が遮断される。
【００４４】
このようにして充電開始後、直ぐに充電電流が遮断されると、二次電池４は極めて僅かな充電量しか充電されないため、電池電圧Ｖｂは瞬時に充電前の値に戻る。従って、充電電流が遮断されると、電池電圧Ｖｂと外部装置５として接続された充電用電源との間の大きな電圧差が現れる。この電圧差が抵抗２２を介して電圧差検出用ＦＥＴ２３のゲート・ソース間に印加されることにより、ＦＥＴ２３がオン状態となる。
【００４５】
電圧差検出用ＦＥＴ２３がオン状態になると、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間電圧が０となるため、充電制御用ＦＥＴ１１はオフ状態を保持する。すなわち、二次電池４の充電電流が遮断されることにより、電池電圧Ｖｂが低下し、充電禁止解除電圧まで下がると、過充電検出用電圧比較器１４の出力は低レベルとなり、ＦＥＴ駆動回路２１の出力も低レベルとなるが、電圧差検出用ＦＥＴ２３がオン状態であるために、充電制御用ＦＥＴ１１のゲート・ソース間電圧が０となり、充電制御用ＦＥＴ１１はオフ状態を依然として保持する。
【００４６】
このように外部装置５として自動車用鉛蓄電池のような高電圧・大電流の充電用電源を誤って接続した場合、電圧差検出用ＦＥＴ２３によって第１の実施形態と同様に充電制御用ＦＥＴ１１をオフ状態に保持することができ、充電制御用ＦＥＴ１１のチャタリングを防止することができる。
【００４７】
そして、外部装置５である自動車用鉛蓄電池のような充電用電源を保護回路装置１Ｂから取り外すと、電圧差検出用ＦＥＴ２３のソース電位はゲート・ソース間の漏れ電流によってゲート電位と同じになるため、電圧差検出用ＦＥＴ２３はオフ状態となる。電圧差検出用ＦＥＴ２３がオフ状態になると、充電制御用ＦＥＴ１１はゲートがプルアップ用抵抗２４を介して高レベルとなるためにオン状態となり、再び充電が可能な状態となる。
【００４８】
ところで、本実施形態のようにオープンコレクタ形式で負論理出力のＦＥＴ駆動回路２１を用いる構成の保護回路装置において、従来では本実施形態における電圧差検出用ＦＥＴ２３に相当するＦＥＴを論理反転用として用い、このＦＥＴとＦＥＴ駆動回路とで充電制御用ＦＥＴの駆動系を構成している。その場合、従来ではＦＥＴ２３に相当する論理反転用ＦＥＴのソースを充電制御用ＦＥＴのドレインと接続している。
【００４９】
これに対して、本実施形態では電圧差検出用ＦＥＴ２３のソースを充電制御用ＦＥＴ１１のソースに接続することにより、ＦＥＴ２３が論理反転と電圧差検出の両方の機能を兼ねるようにしている。従って、本実施形態によるとて素子数を増やすことなく、所期の目的を達成することができ、回路の簡単化を図ることが可能となる。
【００５０】
次に、図３および図４を用いて本発明の効果について説明する。
図３は、本発明による二次電池の保護回路装置、例えば第１の実施形態で説明した保護回路装置１Ａを用いた場合の充電禁止動作時の電池電圧と充電電流の時間波形を示す図であり、図４は同様に、従来の保護回路装置を用いた場合の充電禁止動作時の電池電圧と充電電流の時間波形を示す図である。測定条件は、二次電池としてリチウムイオン電池を２本直列にして使用し、充電用電源には自動車用鉛蓄電池と同電圧の１２Ｖ定電圧電源を使用した。ただし、電流は安全のため１Ａに制限したが、効果の確認には影響はない。
【００５１】
図４では、充電電流が周期的にオン／オフしながら流れ続けている。これは充電制御用スイッチのチャタリングによるものである。これに対し、図３では充電電流が一旦遮断されるとその状態が維持され、再度充電状態に移行しないことが分かる。すなわち、充電禁止動作のチャタリングは生じない。
【００５２】
自動車用鉛蓄電池のような高電圧、大電流の電源を充電用電源として接続すると、充電電流は正しく制御されずに数十Ａも流れるため、従来の保護回路装置では前述のように充電禁止動作のチャタリングが発生する結果、充電制御用ＦＥＴの発熱や発火の問題が発生するが、本発明による保護回路装置では、このような大電流下でのチャタリングを防止できるため、充電制御用ＦＥＴの発熱や発火は起こらない。
【００５３】
なお、上記各実施形態では充電制御用ＦＥＴ１１と放電制御用ＦＥＴ１２を二次電池４のマイナス側の充放電路に挿入したが、プラス側の充放電路に挿入してもよい。その場合、電圧差検出用ＦＥＴ１３，２１の接続も変える必要があることはいうまでもない。
【００５４】
また、上記各実施形態では過充電保護と過放電保護の両方の機能を有する保護回路装置について述べたが、過充電保護の機能のみを有する保護回路装置にも本発明を適用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば二次電池の充電時に電池電圧が充電禁止基準電圧に達し、充電制御用スイッチ素子をオフ状態として充電電流を遮断している状態のとき、充電用電源の電圧と電池電圧との電圧差を検出して、この電圧差が所定値以上の場合に、充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持することにより、対象とする二次電池のための充電器で使用される充電用電源と異なる高電圧、大電流の充電用電源が接続されている場合において、従来問題となっていた充電禁止動作のチャタリングを防止することができる。
【００５６】
従って、充電制御用スイッチ素子である例えばＦＥＴが大電流の下でオン／オフを繰り返すことによる素子の発熱や発火の問題を避けることが可能となり、保護回路装置としての信頼性が大きく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る二次電池の保護回路装置の構成を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る二次電池の保護回路装置の構成を示す図
【図３】本発明による過充電禁止動作を説明するための図
【図４】従来の二次電池の保護回路装置による過充電禁止動作を説明するための図
【符号の説明】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…保護回路装置
２ａ，２ｂ…電池接続端子
３ａ，３ｂ…外部接続端子
４…二次電池
５…外部装置（充電用電源または負荷）
１１…充電制御用ＦＥＴ
１２…放電制御用ＦＥＴ
１３…電圧差検出用ＦＥＴ
１４…過充電検出用電圧比較器
１５…過放電検出用電圧比較器
１６…充電制御用ＦＥＴの駆動回路
１７…放電制御用ＦＥＴの駆動回路
１８，１９…抵抗
２０…保護用抵抗
２１…電圧差検出用ＦＥＴの駆動回路
２２…抵抗
２３…電圧差検出用ＦＥＴ
２４…プルアップ用抵抗

Claims

二次電池と充電用電源との間の充電路に挿入される充電制御用スイッチ素子と、
前記二次電池の電圧を充電禁止基準電圧と比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段の出力に基づいて、前記二次電池の電圧が前記充電禁止基準電圧より高い場合に前記充電制御用スイッチ素子をオフ状態にするスイッチ駆動手段と、
前記充電制御用スイッ素子がオフ状態のときの前記充電用電源の電圧と前記二次電池の電圧との電圧差を検出し、この電圧差が所定値以上のときオン状態となることにより、前記充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持する電圧差検出用スイッチ素子と、
を有することを特徴とする二次電池の保護回路装置。
前記充電制御用スイッチ素子は、ドレインが前記二次電池側に接続され、ソースが前記充電用電源側に接続された第１のＦＥＴであり、
前記電圧差検出用スイッチ素子は、ドレインが前記第１のＦＥＴのゲートに接続され、ソースが前記第１のＦＥＴのソースに接続され、ゲートが前記第１のＦＥＴのドレインに接続された第２のＦＥＴであることを特徴とする請求項１記載の二次電池の保護回路装置。
前記充電制御用スイッチ素子は、ドレインが前記二次電池側に接続され、ソースが前記充電用電源側に接続されたＦＥＴであり、
前記電圧差検出用スイッチ素子は、コレクタが前記ＦＥＴのゲートに接続され、エミッタが前記ＦＥＴのソースに接続され、ベースが前記ＦＥＴのドレインに接続されたバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１記載の二次電池の保護回路装置。
二次電池と充電用電源との間の充電路に挿入される充電制御用スイッチ素子と、
前記充電制御用スイッチ素子の制御端子と前記充電用電源側の端子との間に接続され、制御端子が前記充電制御用スイッチ素子の前記二次電池側の端子に接続された電圧差検出用スイッチ素子と、
前記二次電池の電圧を充電禁止基準電圧と比較する電圧比較手段と、
前記電圧比較手段の出力に基づいて、前記二次電池の電圧が前記充電禁止基準電圧より高い場合に前記電圧差検出用スイッチ素子をオン状態にするスイッチ駆動手段とを有し、
前記電圧差検出用スイッチ素子は、前記充電制御用スイッチ素子がオフ状態のときの前記充電用電源の電圧と前記二次電池の電圧との電圧差を検出し、この電圧差が所定値以上のときオン状態となることにより、前記充電制御用スイッチ素子をオフ状態に保持することを特徴とする二次電池の保護回路装置。
前記充電制御用スイッチ素子は、ドレインが前記二次電池側に接続され、ソースが前記充電用電源側に接続された第１のＦＥＴであり、前記電圧差検出用スイッチ素子は、ドレインが前記第１のＦＥＴのゲートに接続され、ソースが前記第１のＦＥＴのソースに接続され、ゲートが前記スイッチ駆動手段の出力端子および前記第１のＦＥＴのドレインに接続された第２のＦＥＴであることを特徴とする請求項４記載の二次電池の保護回路装置。
前記充電制御用スイッチ素子は、ドレインが前記二次電池側に接続され、ソースが前記充電用電源側に接続されたＦＥＴであり、
前記電圧差検出用スイッチ素子は、コレクタが前記ＦＥＴのゲートに接続され、エミッタが前記ＦＥＴのソースに接続され、ベースが前記スイッチ駆動手段の出力端子および前記ＦＥＴのドレインに接続されたバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項４記載の二次電池の保護回路装置。