JP4014099B2 - 充電保護回路付き電池パック - Google Patents

Description

本発明は、充電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用充電器以外の接続を識別し保護する回路を備えた充電保護回路付き電池パックに関する。

小型化、軽量化を進めている電子機器や携帯機器の電源として、リチウムイオン電池が使われ、その需要の拡大と共に開発、改良も積極的に推進されている。一般にリチウムイオン電池を内蔵した電池パックには、繰り返し充電をして利用するが、定格から外れた電圧での充電や過充電を繰り返し行うと、性能劣化や破壊が生じやすくなるため、専用の充電器が用意される（例えば、特許文献１、２参照）。
特開平１１−９８７１４号公報 特開平１１−１８７５８８号公報

従来の専用充電器もしくは専用本体により電圧検出、充電状態の検出、制御を行い充電停止の動作を行うためには、電池パックを取り外して充電を行う場合、保護ＩＣを内蔵した単体であれば、間違って別の機器により充放電されても、内蔵した保護ＩＣの動作により電池を保護することができる。しかし、保護ＩＣを内蔵した電池パックでは、保護ＩＣが電力を消費し、部品点数もそれなりに多くコストも高くなるなどの問題を有している。さらに保護回路を内臓した単体以外では、取り外しを行うと、間違って別の機器により充放電されても電池を保護することができないため、別の機器により充放電される恐れから分離独立することができなかった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、電力を消費する保護ＩＣを使うことなく、無電力化して簡単な回路で部品点数を低減し、小型化、低コスト化を図りつつ充電保護を行えるようにするものである。

そのために本発明は、充電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用充電器以外の接続を識別し保護する回路を備えた充電保護回路付き電池パックであって、抵抗に並列に第１のスイッチ回路を接続し、前記リチウムイオン電池の端子間に前記抵抗とオープン端子対と第２のスイッチ回路との直列回路を接続して、前記抵抗によるバイアスを前記充電制御用スイッチに供給し、前記専用充電器に接続する制御端子として、前記第１のスイッチ回路と前記第２のスイッチ回路のオン／オフを制御する各バイアス供給端子及び前記抵抗とオープン端子対との接続点の引き出し端子を備えたことを特徴とするものである。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、充電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し専用充電器以外の接続を識別し保護する回路を備えた充電保護回路付き電池パックであって、抵抗に並列に第１のスイッチ回路を接続し、リチウムイオン電池の端子間に抵抗とオープン端子対と第２のスイッチ回路との直列回路を接続して、抵抗によるバイアスを充電制御用スイッチに供給し、専用充電器に接続する制御端子として、第１のスイッチ回路と第２のスイッチ回路のオン／オフを制御する各バイアス供給端子及び抵抗とオープン端子対との接続点の引き出し端子を備えたので、部品点数を少なくした簡単な回路構成で専用充電器を接続してはじめてバイアスを供給し充電制御用スイッチのオン／オフを制御できるようにし、専用充電器の非接続状態では、充電保護回路を無電力化とすることができ、専用充電器からバイアスの供給により簡単に充電制御用スイッチのオン／オフの制御、過充電の保護を行うことができる。したがって、電力を消費する保護ＩＣを使うことなく、専用充電器からの電源を利用して動作することにより、理想上の無電力化が可能となり、無電力化して簡単な回路で部品点数を低減し、小型化、低コスト化を図りつつ充電保護を行うことができる。

本発明によれば、専用充電器でのみスイッチの開閉を行う方式を用いることで、本体から分離独立しても安全性を確保した状態が可能になり、小型、省電力、低価格化を可能とする回路の提供が可能になった。

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は本発明に係る充電保護回路付き電池パックの実施の形態を示す図、図２はトランジスタによりスイッチ回路を構成した例を示す図であり、１は電池パック部、２は専用充電器、Ｂはリチウムイオン電池、ＦＥＴは充電制御用スイッチ、Ｓ１、Ｓ２はスイッチ回路、Ｔｒ１、Ｔｒ２はトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ７は抵抗、Ｐｃ１〜Ｐｃ３は制御端子を示す。

図１において、電池パック部１は、充電制御用スイッチＦＥＴを直列に接続したリチウムイオン電池Ｂを内蔵し、スイッチ回路Ｓ１、Ｓ２と抵抗Ｒ１〜Ｒ７からなり専用充電器以外の接続を識別し保護する回路を備えた充電保護回路付き電池パックである。充電制御用スイッチＦＥＴは、電界効果トランジスタからなるスイッチであり、リチウムイオン電池Ｂの端子間に接続されている抵抗Ｒ１とスイッチ回路Ｓ２からなる直列回路により動作バイアスが供給されている。

スイッチ回路Ｓ１は、充電制御用スイッチＦＥＴにバイアスを印加する回路の抵抗Ｒ１を短絡する回路であり、制御端子Ｐｃ１を介して専用充電器２からバイアスが供給されてオン／オフが制御される。スイッチ回路Ｓ２は、制御端子Ｐｃ２を介して専用充電器２側の一方の充電ラインとの間に抵抗Ｒ４又はＲ５を通してバイアスが供給されてオン／オフが制御されるるものである。

抵抗Ｒ２、Ｒ３は、動作電圧を制限するものであり、所定の抵抗値を用いることにより、専用充電器２側から供給されるバイアス電圧が低い場合には、スイッチ回路Ｓ１、Ｓ２の動作を制限する。この抵抗Ｒ２、Ｒ３は、非線形抵抗素子やツェナーダイオードなどの定電圧素子を用いることにより、より安定した動作の制限を行うことができ、不良専用充電器２による充電から電池パックの充電を保護することができる。

したがって、充電制御用スイッチＦＥＴは、スイッチ回路Ｓ２と抵抗Ｒ１によりバイアス回路が形成されるとオンになって充電回路を形成し、スイッチ回路Ｓ１がオンになってバイアスが短絡され、あるいはスイッチ回路Ｓ２がオフになってバイアスが遮断されるとオフになって充電回路を遮断する。

スイッチ回路Ｓ１及びＳ２に代えてトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２で構成した充電保護回路を構成した具体的な例で示したのが図２である。図２に示す回路では、専用充電器２が電池パック部１に接続されると、制御端子Ｐｃ３を通して抵抗Ｒ１とＲ５がリチウムイオン電池Ｂの端子間に直列接続されて充電制御用スイッチＦＥＴにバイアスが供給され、充電制御用スイッチＦＥＴがオンすることにより、充放電端子Ｐ＋、Ｐ−間の充電回路が形成される。そして、制御端子Ｐｃ１を介して専用充電器２からトランジスタＴｒ１のベースにバイアスが供給されてトランジスタＴｒ１がオンになると、抵抗Ｒ１が短絡されて充電制御用スイッチＦＥＴがオフになり、充電回路は遮断される。

また、抵抗Ｒ５の回路を使用しない場合には、オープン端子対Ｐｏ間を電池パック部１で短絡し、あるいはこれらのオープン端子対Ｐｏ間を外部まで引き出して専用充電器２に接続し、専用充電器２側に短絡回路を設けることにより、専用充電器２が電池パック部１に接続されると、トランジスタＴｒ２に抵抗Ｒ５を通して専用充電器２側からベースバイアスを供給して、トランジスタＴｒ２をオンにするように構成してもよい。

上記のように本実施形態では、回路自体に電源を持てなくても、専用充電器２から供給する電力を利用し、スイッチ回路を外部制御にするシステムと保護動作内蔵の専用充電器２を認識して、スイッチを開閉することにより充電保護を行っている。

本発明によれば、充電制御用スイッチＦＥＴのゲートをオフにラッチしつつ、ゲート駆動用の抵抗を充電器もしくは本体に端子経由で接続する。この時に接続する端子の方式を、単純な接続、抵抗分圧による定数方式、端子部の一定電圧化でのみ駆動するツェナーなど、複数の方式を組み合わせることにより、複雑な端子配分となりより確実に本体を特定することが可能となる。また、ゲート部を外部から強制的にオフ状態へ引き上げるスイッチなどにより充電器もしくは本体から強制的に充電の停止を行うことが可能となる。この他にはも、スイッチを電界効果型やリレーによる方法、端子部をＩＣなどの特定信号検出素子で行うことも可能である。

本発明に係る充電保護回路付き電池パックの実施の形態を示す図である。 トランジスタによりスイッチ回路を構成した例を示す図である。

符号の説明

１…電池パック部、２…専用充電器、Ｂ…リチウムイオン電池、ＦＥＴ…充電制御用スイッチ、Ｓ１、Ｓ２…スイッチ回路、Ｔｒ１、Ｔｒ２…トランジスタ、Ｒ１〜Ｒ７…抵抗、Ｐｃ１〜Ｐｃ３…制御端子

Claims (1)

1. 充電制御用スイッチを直列に接続したリチウムイオン電池を内蔵し、専用充電器以外の接続を識別し保護する回路を備えた充電保護回路付き電池パックであって、抵抗に並列に第１のスイッチ回路を接続し、前記リチウムイオン電池の端子間に前記抵抗とオープン端子対と第２のスイッチ回路との直列回路を接続して、前記抵抗によるバイアスを前記充電制御用スイッチに供給し、前記専用充電器に接続する制御端子として、前記第１のスイッチ回路と前記第２のスイッチ回路のオン／オフを制御する各バイアス供給端子及び前記抵抗とオープン端子対との接続点の引き出し端子を備えたことを特徴とする充電保護回路付き電池パック。

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