JP4141047B2 - 放電カット回路を備えるパック電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の二次電池を備えるパック電池の放電カット方法と、放電カット回路を備えるパック電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、放電カット回路を備える従来のパック電池の回路図を示す。この図のパック電池は、各々の電池電圧を検出する保護回路２と、保護回路２でオンオフにスイッチングされるスイッチング素子３と、電池電圧が低下してスイッチング素子３をオフにする時間を遅延させるためのコンデンサー４とを備えている。
【０００３】
保護回路２は、全ての二次電池１の電圧が設定電圧よりも高いときにオン状態にあり、電池を出力端子５に接続する。この状態でパック電池は放電できる状態となる。いずれかの電池電圧が設定電圧よりも低くなると、保護回路２がこのことを検出して、スイッチング素子３をオフに切り換える。保護回路２は、いずれかの電池の電圧が設定電圧よりも低下しても、直ちにスイッチング素子３をオフに切り換えない。電池電圧が設定電圧よりも低くなって一定の時間経過すると、スイッチング素子３をオフに切り換える。電池電圧が設定電圧よりも低くなっても、遅延時間が経過するまでは、スイッチング素子３はオフに切り換えない。スイッチング素子３をオフに切り換えるこの遅延時間は、遅延時間入力端子６に接続しているコンデンサー４の容量で決定される。保護回路２は、いずれかの電池電圧が設定電圧よりも低くなると、コンデンサー４の放電を開始する。放電されるコンデンサー４は、遅延時間入力端子６の電圧を次第に低下させる。遅延時間入力端子６の電圧が設定電圧よりも低くなると、保護回路２はスイッチング素子３をオフに切り換える。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１の回路を内蔵するパック電池は、出力電圧が使用できる電圧であるときに、スイッチング素子がオフになって放電できなくなることがある。それは、いずれかひとつの電池電圧が設定電圧よりも低くなると、スイッチング素子がオフに切り換えられるからである。
【０００５】
複数の二次電池を直列に接続しているパック電池は、全ての電池電圧を等しくして充放電させるのが極めて難しい。複数の電池は、電気的な特性の相違によって、電池電圧がアンバランスになる。とくに、出力電圧の高いリチウムイオン二次電池においては、電池電圧がアンバランスになりやすい。
【０００６】
電池電圧に差があるパック電池は、いずれかひとつの電池電圧が設定電圧よりも低下すると、トータル電池電圧が高いにもかかわらず、スイッチング素子がオフになって放電カットしてしまう。この状態で放電カットされると、パック電池の容量を十分に使いきれないばかりでなく、電源がカットされてしまう不都合がある。
【０００７】
本発明は、このような欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、複数の電池電圧がバランス状態にあるパック電池に加えて、複数の電池電圧がアンバランスになったパック電池も十分に放電させて効率よく使用できる放電カット方法と、この放電カット回路を備えるパック電池を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の参考例のパック電池の放電カット方法は、互いに直列に接続された複数の二次電池１の各々の電池電圧を保護回路２で検出し、各々の電池電圧を設定電圧に比較して、放電カット用のスイッチング素子３を制御する。さらに、放電カット方法は、保護回路２でもって、各々の電池電圧と複数の二次電池１のトータル電池電圧の両方を検出している。トータル電池電圧が設定電圧よりも低いときに、各々の電池電圧が設定電圧よりも低下するとスイッチング素子３をオフにして放電カットし、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときには、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなってもスイッチング素子３をオン状態に保持して放電カットしないように制御している。
【０００９】
さらに、本発明の放電カット回路を備えるパック電池は、二次電池１とパック電池の出力端子５との間に接続されてなる放電カット用のスイッチング素子３と、複数の二次電池１の各々の電池電圧を検出してスイッチング素子３をオフにするオフ信号を出力する保護回路２とを備える。保護回路２は、各々の電池電圧と複数の二次電池１のトータル電池電圧の両方を検出している。トータル電池電圧が設定電圧よりも低くて、各々の電池電圧とトータル電池電圧の両方が設定電圧よりも低い状態においては、保護回路２がオフ信号を出力してスイッチング素子３をオフとし、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときは、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなっても、保護回路２がオフ信号を出力しないように構成している。
【００１０】
さらに、本発明の放電カット回路を備えるパック電池は、保護回路２が、各々の電池電圧が設定電圧よりも低下したときに、オフ信号を出力する時間を遅延させる遅延時間入力端子６を有する。保護回路２は、この遅延時間入力端子６に、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときにプルアップ電圧を出力するレギュレータ回路７を接続している。パック電池のトータル電池電圧が高いときに、レギュレータ回路７が遅延時間入力端子６にプルアップ電圧を出力して、オフ信号の出力を阻止するようにしている。
【００１１】
さらに、本発明の放電カット回路を備えるパック電池は、レギュレータ回路７がリセット回路１３を備える。
【００１２】
さらに、本発明の放電カット回路を備えるパック電池は、レギュレータ回路７が差動アンプ１２を備える。このパック電池は、差動アンプ１２の一方の入力端子にトータル電池電圧を入力し、別の入力端子に変化できる基準電圧を入力している。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための放電カット方法と放電カット回路を備えるパック電池を例示するものであって、本発明は放電カット方法とパック電池を以下のものに特定しない。
【００１４】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。
【００１５】
図２に示す回路図のパック電池は、複数の二次電池１と、これ等の二次電池１とパック電池の出力端子５との間に接続されてなる放電カット用のスイッチング素子３と、二次電池１の電池電圧を検出してスイッチング素子３をスイッチングする保護回路２と、保護回路２の遅延時間入力端子６に接続して、保護回路２がスイッチング素子３をオフに切り換える時間を遅延させるコンデンサー４と、遅延時間入力端子６の電圧をプルアップしてスイッチング素子３がオフに切り換えられるのを阻止するレギュレータ回路７とを備える。
【００１６】
図のパック電池は、４個の二次電池１を内蔵しているが、本発明の放電カット方法とこの放電カット回路を備えるパック電池は、内蔵する二次電池を４個に特定せず、二次電池の個数を２〜３個、あるいは５個以上とすることもできる。
【００１７】
パック電池に内蔵される二次電池１は、リチウムイオン二次電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電できる電池である。リチウムイオン二次電池を内蔵するパック電池は、小型で大容量にできるが、電池電圧がアンバランスになりやすいので、本発明の放電カット方法が特に有効である。ニッケル−水素電池やニッケル−カドミウム電池を内蔵するパック電池は、大電流充電し、また大電流放電できる特長がある。
【００１８】
保護回路２は、各々の電池電圧を検出して、いずれかの電池電圧が設定電圧よりも低くなると、オン状態にあるスイッチング素子３をオンからオフにスイッチングする。この保護回路２は、全ての電池電圧が設定電圧よりも高いときには、スイッチング素子３をオン状態に保持する。
【００１９】
図に示す保護回路２は、各々の電池電圧を検出する電圧検出回路８と、この電圧検出回路８でオンオフにスイッチングされる充電スイッチ９と、充電スイッチ９に接続しているコンデンサー４の電圧を検出してスイッチング素子３をオフにするオフ信号を出力する制御回路１０とを備える。充電スイッチ９は、コンデンサー４を接続する遅延時間入力端子６と電圧検出回路８とに接続されて、オン状態でコンデンサー４を充電する。電圧検出回路８は、充電スイッチ９がオンのときにコンデンサー４を充電できるように、充電スイッチ９を電池に接続している。さらに、遅延時間入力端子６にはコンデンサー４を放電させる放電抵抗１１を接続している。
【００２０】
電圧検出回路８は、各々の電池電圧を検出して、検出した各々の電池電圧を設定電圧に比較する。そして、いずれかの電池電圧が設定電圧よりも低くなったことを検出すると、充電スイッチ９をオフに切り換える。全ての電池電圧が設定電圧よりも高いときは、充電スイッチ９をオンとして、遅延時間入力端子６に接続しているコンデンサー４を一定の電圧までチャージする。
【００２１】
充電スイッチ９がオフになると、コンデンサー４の電荷が放電抵抗１１を介して放電される。したがって、遅延時間入力端子６の電圧は次第に低下する。遅延時間入力端子６の電圧は、コンデンサー４の静電容量と放電抵抗１１の抵抗値を大きくするとゆっくりと低下する。反対に、コンデンサー４の静電容量と放電抵抗１１を小さくすると、電圧の低下は速くなる。制御回路１０は、遅延時間入力端子６の電圧が設定電圧まで低下するとオフ信号を出力するので、コンデンサー４の静電容量を大きくして、放電抵抗１１の抵抗値を大きくすると、制御回路１０がオフ信号を出力するまでの遅延時間は長くなる。
【００２２】
保護回路２の遅延時間入力端子６には、コンデンサー４とレギュレータ回路７を接続している。レギュレータ回路７は、トータル電池電圧を検出して、パック電池のトータル電池電圧が設定電圧よりも高いときに、遅延時間入力端子６にプルアップ電圧を入力して、保護回路２がオフ信号を出力するのを阻止する。
【００２３】
レギュレータ回路７は、差動アンプ１２とリセット回路１３を備えている。リセット回路１３はリセットスイッチ１４を接続している。差動アンプ１２は＋側入力端子にトータル電池電圧を入力し、−側入力端子に基準電圧を入力して、トータル電池電圧を基準電圧に比較する。トータル電池電圧は、図示しないが、抵抗で分圧して差動アンプ１２に入力することもできる。差動アンプ１２に入力される基準電圧は変化できる。基準電圧を変化させると、差動アンプ１２が”Ｌ”信号を出力する設定電圧を変化できる。基準電圧は、スイッチング素子３をオフにスイッチングする設定電圧、すなわち放電カット電圧を特定する。したがって、基準電圧は、パック電池をトータル電池電圧で放電カットする電圧に設定される。
【００２４】
リセット回路１３は、差動アンプ１２から”Ｌ”信号が入力されると、”Ｌ”信号を出力する。さらに、リセット回路１３は、”Ｌ”信号を出力する状態になると、差動アンプ１２から”Ｈ”信号が入力されても、出力信号を”Ｌ”信号に保持する。差動アンプ１２から”Ｈ”信号が入力される状態で、リセットスイッチ１４が押されると、リセット回路１３は出力信号を”Ｈ”にリセットする。
【００２５】
以上の放電カット回路は、図３に示す状態で放電カットする。参考として比較するために、従来の放電カット回路の動作を図４に示している。本発明の放電カット回路は、図３に示すように、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときには、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなっても、放電できる状態に保持されて放電カットされない。図４に示す従来の放電カット回路は、トータル電池電圧が設定電圧よりも高くても、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなると、放電カットする。さらに、図３に示す動作をする放電カット回路は、トータル電池電圧が設定電圧よりも低くなるときには、図４に示す従来の回路と同じように、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなると放電カットし、各々の電池電圧が設定電圧よりも高いときには放電カットしない。図３に示す動作をする放電カット回路は、トータル電池電圧が設定電圧よりも低く、各々の電池電圧が設定電圧よりも高いとき、放電できる状態としているが、この状態で放電カットすることもできる。
【００２６】
以上の動作をする放電カット回路は、以下の動作をしてパック電池を放電カットし、あるいは放電できる状態に制御する。
▲１▼ パック電池のトータル電池電圧が設定電圧よりも高いとき
この状態において、差動アンプ１２は”Ｈ”信号を出力する。差動アンプ１２に入力されるトータル電池電圧が、基準電圧よりも高くなるからである。差動アンプ１２から出力される”Ｈ”信号は、リセット回路１３を通過して保護回路２の遅延時間入力端子６に入力される。遅延時間入力端子６に入力される”Ｈ”信号は、遅延時間入力端子６の電圧をプルアップする。遅延時間入力端子６にプルアップ電圧が入力されると、制御回路１０はオフ信号を出力しない。制御回路１０が、遅延時間入力端子６の電圧が低下したことを検出してオフ信号を出力するからである。
したがって、トータル電池電圧が設定電圧よりも高い状態において、保護回路２は、たとえ各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなって、充電スイッチ９がオフになっても、遅延時間入力端子６の電圧は低下しない。遅延時間入力端子６の電圧が、レギュレータ回路７から入力される”Ｈ”信号でプルアップされるからである。遅延時間入力端子６の電圧が低下しないので、制御回路１０はオフ信号を出力せず、スイッチング素子３がオフに切り換えられることはない。
【００２７】
▲２▼ パック電池のトータル電池電圧が設定電圧よりも低くなるとき
この状態において、差動アンプ１２は”Ｌ”信号を出力する。差動アンプ１２に入力されるトータル電池電圧が、基準電圧よりも低くなるからである。差動アンプ１２から出力される”Ｌ”信号は、リセット回路１３を通過して保護回路２の遅延時間入力端子６に入力される。遅延時間入力端子６に入力される”Ｌ”信号は、遅延時間入力端子６の電圧をプルアップしなくなる。
この状態で、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなると、電圧検出回路８は、充電スイッチ９をオンからオフに切り換える。充電スイッチ９がオンのときにチャージされて電圧が高くなっていたコンデンサー４は、充電スイッチ９がオフになると放電抵抗１１を介して電荷を放電して次第に電圧を低下させる。コンデンサー４の放電が進行するにしたがって、コンデンサー４の電圧、すなわち、遅延時間入力端子６の電圧が低下する。遅延時間入力端子６の電圧が低下すると、制御回路１０がオフ信号を出力して、スイッチング素子３をオフに切り換える。このため、パック電池の放電がカットされる。
【００２８】
リセット回路１３は、”Ｌ”信号を出力する状態になると、この状態を保持する。したがって、パック電池のトータル電池電圧が設定電圧よりも高くなっても、リセットスイッチ１４が操作されるまで放電カット状態に保持する。リセットスイッチ１４を操作して、リセット回路１３をリセットすると、リセット回路１３はリセットされて、”Ｈ”信号が入力されるときに、”Ｈ”信号を出力する。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の参考例の放電カット方法と放電カット回路を備えるパック電池は、複数の電池電圧がバランス状態にあるパック電池に加えて、複数の電池電圧がアンバランスになったパック電池も十分に放電させて効率よく使用できる特長がある。それは、本発明の参考例の放電カット方法と放電カット回路を備えるパック電池が、保護回路で複数の二次電池の各々の電池電圧と、複数の二次電池のトータル電池電圧の両方を検出しており、トータル電池電圧が設定電圧よりも低いときに、各々の電池電圧が設定電圧よりも低下するとスイッチング素子をオフにして放電カットし、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときには、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなってもスイッチング素子をオン状態に保持して放電カットしないように制御しているからである。本発明の参考例の放電カット方法と放電カット回路を備えるパック電池は、パック電池全体の出力電圧が設定電圧よりも高い電圧であるときには、いずれかひとつの電池電圧が設定電圧より低下しても、スイッチング素子がオフに切り換えられることがない。したがって、電池電圧がアンバランスになったパック電池であっても十分に放電させて、パック電池の容量を効率よく十分に使用できる特長がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の放電カット回路を備えるパック電池の回路図
【図２】本発明の実施例の放電カット回路を備えるパック電池の回路図
【図３】本発明の実施例にかかる放電カット回路の動作を示す図
【図４】従来の放電カット回路の動作を示す図
【符号の説明】
１…二次電池
２…保護回路
３…スイッチング素子
４…コンデンサー
５…出力端子
６…遅延時間入力端子
７…レギュレータ回路
８…電圧検出回路
９…充電スイッチ
１０…制御回路
１１…放電抵抗
１２…差動アンプ
１３…リセット回路
１４…リセットスイッチ

Claims (3)

1. 二次電池(1)とパック電池の出力端子(5)との間に接続されてなる放電カット用のスイッチング素子(3)と、複数の二次電池(1)の各々の電池電圧を検出してスイッチング素子(3)をオフにするオフ信号を出力する保護回路(2)とを備えるパック電池において、
   保護回路(2)が、各々の電池電圧と複数の二次電池(1)のトータル電池電圧の両方を検出し、トータル電池電圧が設定電圧よりも低くて、各々の電池電圧とトータル電池電圧の両方が設定電圧よりも低い状態においては、保護回路(2)がオフ信号を出力してスイッチング素子(3)をオフとし、
   トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときは、各々の電池電圧が設定電圧よりも低くなっても、保護回路(2)がオフ信号を出力しないように構成し、
   保護回路 (2) が、各々の電池電圧が設定電圧よりも低下したときに、オフ信号を出力する時間を遅延させる遅延時間入力端子 (6) を有し、この遅延時間入力端子 (6) に、トータル電池電圧が設定電圧よりも高いときにプルアップ電圧を出力するレギュレータ回路 (7) を接続しており、
   パック電池のトータル電池電圧が高いときに、レギュレータ回路 (7) が遅延時間入力端子 (6) にプルアップ電圧を出力して、オフ信号の出力を阻止するようにしてなることを特徴とする放電カット回路を備えるパック電池。
2. レギュレータ回路(7)がリセット回路(13)を備える請求項１に記載される放電カット回路を備えるパック電池。
3. レギュレータ回路(7)が差動アンプ(12)を備え、差動アンプ(12)の一方の入力端子にトータル電池電圧を入力し、別の入力端子に変化できる基準電圧を入力している請求項１に記載される放電カット回路を備えるパック電池。

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