JP4663591B2

JP4663591B2 - 電池パックおよび電子機器

Info

Publication number: JP4663591B2
Application number: JP2006172571A
Authority: JP
Inventors: 幹隆玉井; 和弘豊田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2026-06-22
Also published as: JP2008005626A

Description

本発明は、二次電池を内蔵した電池パック、並びに上記電池パックとその充電制御回路、およびこの充電制御回路に前記電池パックと共に並列接続された負荷を備えた電子機器に関する。

携帯電話機等の電子機器は、通常、二次電池を内蔵し、機器本体に着脱自在に設けられた電池パックと、上記機器本体に組み込まれた前記二次電池の充電制御回路、および前記機器本体に組み込まれて前記充電制御回路を介して電力供給がなされて作動する負荷（負荷回路）を備えて構成される。尚、負荷は、一般的には前記充電制御回路の電力出力端子に前記電池パックと共に並列接続される。そして充電制御回路を介して外部の充電アダプタ等から電力が供給される場合には、前記負荷は該充電制御回路の出力電力により駆動され、また外部からの電力供給が途絶えたときには、前記負荷は前記電池パックの二次電池に蓄えられた電力エネルギにより駆動される。

図３はこのような電子機器の概略構成を示すもので、１０は電池パック、２０は充電制御回路、３０は負荷（負荷回路）、そして４０は外部電源としての充電アダプタを示している。ちなみに電池パック１０は、一対の充放電端子１１,１２に接続された二次電池１３、この二次電池１３の充放電路に直列に介挿された充電禁止スイッチ１４および放電禁止スイッチ１５からなる保護回路、前記二次電池１３の端子電圧Ｖbatを検出し、前記充電禁止スイッチ１４を遮断（オフ）して二次電池１３の過充電を阻止すると共に、放電禁止スイッチ１５を遮断（オフ）して二次電池１３の過放電を阻止する保護ＩＣ１６、および二次電池１３の温度を検出するサーミスタ等の温度センサ１７とその外部接続端子１８を備えて構成される。

また充電制御回路２０は、前記電池パック１０の充放電端子１１,１２が接続される電力出力端子２１,２２、前記電池パック１０における前記温度センサ１７の外部接続端子１８が接続されるセンサ入力端子２３を備える。この充電制御回路２０はマイクロプロセッサ（制御ＩＣ）２４を主体として構成され、シャント抵抗２５を介して検出される出力電流Ｉが所定の電流閾値Ｉthに満たないとき、および前記温度センサ１７により検出されて前記センサ入力端子２３を介して求められる前記二次電池１３の温度Ｔbatが所定の温度閾値Ｔlimtを超えるとき、そのその出力段に設けられた充電制御スイッチ２６を遮断（オフ）して該充電制御回路２０からの電力出力を禁止する機能を有する。

尚、前記充電制御回路２０は、基本的には二次電池１３の充電開始時には前記充電制御スイッチ２６を高速にオン・オフし、一定電流で二次電池１３をパルス充電または連続充電すると共に、二次電池１３が所定電圧以上まで充電された場合には、前記充電制御スイッチ２６を介して一定電圧を出力して二次電池１３を定電圧充電するように構成される。そして二次電池１３が満充電状態に達し、定電圧充電時における充電電流Ｉが前記所定の電流閾値Ｉthを下回ったとき、これを検出して充電制御スイッチ２６を遮断（オフ）することで二次電池１３の充電を停止する。

このようにして二次電池１３を定電流充電した後、定電圧充電する手法については、例えばリチウムイオン電池の充電制御法として良く知られる通りである（例えば特許文献１を参照）。また前述した保護回路を備えた電池パック１０についても、従来より種々提唱されている通りである（例えば特許文献２を参照）。
特開２００５−１５８２８５号公報特開平９−３２９６５１号公報

ところで前述した如く構成された電子機器の前記充電制御回路２０におけるシャント抵抗２５は、その電力出力端子２１,２２を介して電池パック１０（二次電池１３）および負荷３０への供給電流の総和を検出している。これ故、負荷３０での電力消費量が多い場合には、仮に二次電池１３が満充電状態に達したとしても充電制御回路２０からの出力電流Ｉが前述した電流閾値Ｉthを下回ることがない事態が生じる虞がある。すると充電制御スイッチ２６が導通（オン）したままの状態となるので、電池パック１０における二次電池１３は、その保護回路（充電禁止スイッチ１４）が動作しない限り、常に満充電状態に近い状態で充電し続けられたり、充電が繰り返されることになる。このような状態は二次電池１３の電池性能を劣化させる要因となり、好ましくない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、充電制御回路が備える機能をそのまま活かしながら二次電池の満充電に近い状態での継続的な充電を阻止し、電池性能の安定化を図ることのできる簡易な構成の電池パックおよび電子機器を提供することにある。

本発明に係る電池パックは、二次電池、この二次電池の温度を検出してその検出温度情報を外部接続端子を介して出力する温度センサ、および前記二次電池とその充放電端子との間に設けられて該二次電池の充放電を禁止する保護回路を内蔵したものであって、
特に前記温度センサの外部接続端子を介して該外部接続端子が接続された状態にて所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路を強制的に作動させる駆動回路を備えたことを特徴としている。
更に、本発明に係る電子機器は、このパック電池と、前記充放電端子を介して前記二次電池及び並列接続される負荷に電力を供給する充電制御回路と、前記充電制御回路の電力出力端子からの前記電池パックへの供給電流を検出して、その供給電流が所定の電流閾値に満たないときに前記温度センサの外部接続端子に所定の制御電圧を加える充電電流検出回路とを設けている。

また本発明に係る電子機器は、
<ａ> 二次電池、この二次電池の温度を検出する温度センサ、および前記二次電池の充放電を禁止する保護回路を内蔵した電池パックと、
<ｂ> 前記電池パックの充放電端子が接続される電力出力端子、および前記電池パックにおける前記温度センサの外部接続端子が接続されるセンサ入力端子を具備すると共に、前記電力出力端子を介する出力電流が所定の電流閾値に満たないとき、および前記温度センサにより検出されて前記センサ入力端子を介して求められる前記二次電池の温度が所定の温度閾値を超えるとき、前記電力出力端子を介する電力出力を禁止する充電制御スイッチを備えた充電制御回路と、
<ｃ> この充電制御回路の前記電力出力端子に前記電池パックと共に並列接続される負荷とを備えたものであって［前提条件］、
特に
<ｄ> 前記電池パックに、前記温度センサの外部接続端子を介して該外部接続端子が接続された状態にて所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路を強制的に作動させる駆動回路を組み込むと共に、
<ｅ> 前記充電制御回路の電力出力端子から前記電池パックに供給される電流を検出して、その供給電流が所定の電流閾値に満たないときに前記温度センサの外部接続端子に所定の制御電圧を加える充電電流検出回路を設けたことを特徴としている。

好ましくは前記駆動回路は、前記保護回路における充電禁止スイッチを強制的に作動させるスイッチ素子からなる。また前記充電電流検出回路は、前記充電制御回路の電力出力端子と前記電池パックの充放電端子との間に設けられる外付け回路として、或いは電池パックに組み込まれる内蔵回路として実現されるものである。

上述した構成の電池パックによれば、温度センサの外部接続端子を介して所定の制御電圧が加えられたとき、該二次電池の充放電を禁止する保護回路を強制的に作動させる駆動回路を備えているので、二次電池の使用状態等に応じて強制的に二次電池の充放電を禁止することができる。具体的には二次電池が満充電状態となったことを、その充電制御回路とは独立に検出してその充電を禁止したり、また二次電池の放電が進んだことを、その放電制御回路とは独立に検出してその放電を禁止することが可能となる。つまり温度センサの外部接続端子を利用した外部からの制御により、簡易にその充放電を禁止することができる。

また上述した構成の電子機器によれば、前記充電制御回路の電流検出機能とは独立に、該充電制御回路の電力出力端子から前記電池パックに供給される電流を検出する充電電流検出回路を備えているので、負荷での消費電力量が大きい場合であっても二次電池に対する充電電流を確実に検出することができる。また前記電池パックには、その温度センサの外部接続端子を介して所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路を強制的に作動させる駆動回路を組み込んでおり、充電電流検出回路が所定の電流閾値に満たないを電流を検出したとき、前記温度センサの外部接続端子に所定の制御電圧を加えるので、二次電池が満充電状態に達してその充電電流が減少したとき、それ以上の充電を確実に禁止することができる。この結果、負荷の電力消費の大きさに拘わることなく、簡易にして確実に電池パックが内蔵した二次電池の過充電を防ぐことが可能となる。

特に電池パックにおける温度検出素子の外部接続端子を利用し、該電池パックが内蔵している保護回路を作動させて二次電池に対する充電を禁止するので、電子機器の基本的な構成を変更することなしに、つまり電池パック、充電制御回路、および負荷の接続構成を変更することなしに二次電池の満充電状態に近い状態での繰り返し充放電に伴う電池特性の劣化を効果的に防止することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るパック電池および電子機器について、電池パック１０を装着して用いられる携帯電話機を例に説明する。
図１はこの実施形態に係る電子機器の概略構成を示すもので、基本的には図３に示した電子機器と同様に、外部電源としての充電アダプタ４０から電力が供給される充電制御回路２０と、この充電制御回路２０の電力出力端子２１,２２に接続される電池パック１０および負荷３０を備えて構成される。尚、図３に示す従来の電子機器の構成部品と同じ構成部品には同一符号を付して示す。

特にこの電子機器が特徴とするところは、電池パック１０における保護回路に、前記温度センサ１７の外部接続端子１８を介して所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路の充電禁止スイッチ１４を強制的に遮断（オフ）して二次電池１３の充電を禁止する為の駆動回路（半導体スイッチ）１９を設けると共に、前記充電制御回路２０から電池パック１０への供給電流（充電電流）を検出し、その充電電流Ｉが所定の電流閾値Ｉthに満たないときに前記温度センサ１７の外部接続端子１８に所定の制御電圧を加える充電電流検出回路５０を設けた点にある。

ちなみに上記充電電流検出回路５０は、前記充電制御回路２０の電力出力端子２１と前記電池パック１０の充放電端子１１との間に設けたシャント抵抗５１と、このシャント抵抗５１の両端間に生じる電圧から前記二次電池１３の充電電流Ｉを検出し、所定の電流閾値Ｉthと比較する制御ＩＣ５２とからなる。この制御ＩＣ５２は、電流値に相当するシャント抵抗５１の電圧を検出して、その電流値が所定の電流閾値以下に低下したとき、オン信号であるＨ信号を出力するものであって、基本的には前述した充電制御回路２０における制御ＩＣと同様なものである。また前記駆動回路（半導体スイッチ）１９は、充電禁止スイッチ１４をなすＭＯＳ-ＦＥＴのゲート・ドレイン間に、そのソース・ドレインが並列接続されたＭＯＳ-ＦＥＴからなる。そして半導体スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１９は、制御ＩＣ５２からのオン信号によりそのゲートの所定の制御電圧が印加されたときに導通（オン）し、これによって前記充電禁止スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１４を遮断（オフ）するように機能する。

かくしてこのように構成された電子機器によれば、充電制御回路２０と前記電池パック１０との間に設けた充電電流検出回路５０によって、電池パック１０への供給電流、ひいては二次電池１３に対する充電電流を前記充電制御回路２０とは独立に検出することができる。そして二次電池１３の充電電流が所定の電流閾値以下に低下したときには、前記温度センサ１７の外部接続端子１８を介して電池パック１０の保護回路、特に充電禁止スイッチ１４を作動させて二次電池１３に対する充電を禁止することができる。従って二次電池１３が、満充電状態に近い状態で充放電を繰り返すような不具合を効果的に防止することができ、この満充電状態に近い状態での充放電の繰り返しに伴う前記二次電池１３の電池特性劣化を未然に防ぐことが可能となる。尚、各図面に共通して記載した記号Ｒは、それぞれ抵抗を示している。

また上述した電子機器によれば、電池パック１０が基本的に備えている保護回路の機能を有効に活用して二次電池１３の充電を禁止するだけであり、また電池パック１０における温度センサ１７の外部接続端子１８を利用して前記二次電池１３の充電を禁止する為の制御信号を与えるだけなので、電池パック１０や充電制御回路２０等に新たな端子を設ける必要がない。従って電子機器が有する基本構成をそのまま活かして、満充電状態にある二次電池１３の充電を確実に禁止することができる。

尚、ここでは充電電流検出回路５０を、充電制御回路２０と前記電池パック１０との間に設けた外付け回路として実現する例について示したが、電池パック１０の内臓回路として実現することも勿論可能である。このように構成すれば、充電制御回路２０と前記電池パック１０との接続構造を変更することなく電子機器を実現することができ、図３に示した既存の電子機器に対する回路仕様の変更も容易である。

ところで前述した温度センサ１７の外部接続端子１８を利用して二次電池１３の放電を禁止するように構成することもできる。この場合には、例えば図２に示すように負荷３０から出力される制御信号を用いて、電池パック１０における保護回路の放電禁止スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１５を遮断（オフ）するように構成すれば良い。具体的には放電禁止スイッチ１５をなすＭＯＳ-ＦＥＴのゲート・ドレイン間に、半導体スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１９のソース・ドレインを並列接続し、この半導体スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１９のゲートに外部接続端子１８を介して所定の制御電圧を印加して該ＭＯＳ-ＦＥＴ１９を導通（オン）させ、これによって前記放電禁止スイッチ（ＭＯＳ-ＦＥＴ）１５を遮断（オフ）するように構成すれば良い。このように構成すれば負荷３０の制御の下で、二次電池１３の不本意な放電を容易に防ぐことが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば電池パック１０における保護回路を強制的に作動させて二次電池１３の充電を禁止する駆動回路１９として、前述した半導体スイッチ以外のものを用いることも勿論可能である。また充電電流検出回路５０についても、種々の構成を採用することができる。要は本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一実施形態に係る電子機器の概略構成図。本発明の応用例を示す図。従来一般的な電子機器の概略構成図。

符号の説明

１０電池パック
１３二次電池
１５充電禁止スイッチ（保護回路）
１９半導体スイッチ（駆動回路）
１７温度センサ（サーマスタ）
２０充電制御回路
３０負荷
４０充電アダプタ（外部電源）
５０充電電流検出回路

Claims

二次電池、この二次電池の温度を検出してその検出温度情報を外部接続端子を介して出力する温度センサ、および前記二次電池とその充放電端子との間に設けられて該二次電池の充放電を禁止する保護回路を内蔵した電池パックであって、
更に前記温度センサの外部接続端子を介して該外部接続端子が接続された状態にて所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路を強制的に作動させる駆動回路を備えたことを特徴とするパック電池。
前記駆動回路は、前記保護回路における充電禁止スイッチを強制的に作動させるスイッチ素子からなる請求項１に記載の電池パック。
二次電池、この二次電池の温度を検出する温度センサ、および前記二次電池の充放電を禁止する保護回路を内蔵した電池パックと、
前記電池パックの充放電端子が接続される電力出力端子、および前記電池パックにおける前記温度センサの外部接続端子が接続されるセンサ入力端子を具備すると共に、前記電力出力端子を介する出力電流が所定の電流閾値に満たないとき、および前記温度センサにより検出されて前記センサ入力端子を介して求められる前記二次電池の温度が所定の温度閾値を超えるとき、前記電力出力端子を介する電力出力を禁止する充電制御スイッチを備えた充電制御回路と、
この充電制御回路の前記電力出力端子に前記電池パックと共に並列接続される負荷とを備えた電子機器であって、
前記電池パックに、前記温度センサの外部接続端子を介して該外部接続端子が接続された状態にて所定の制御電圧が加えられたとき、前記保護回路を強制的に作動させる駆動回路を組み込むと共に、
前記充電制御回路の電力出力端子からの前記電池パックへの供給電流を検出して、その供給電流が所定の電流閾値に満たないときに前記温度センサの外部接続端子に所定の制御電圧を加える充電電流検出回路を設けたことを特徴とする電子機器。
前記駆動回路は、前記保護回路における充電禁止スイッチを強制的に作動させるスイッチ素子からなる請求項３に記載の電子機器。
前記充電電流検出回路は、前記充電制御回路の電力出力端子と前記電池パックの充放電端子との間に設けられる外付け回路として、或いは電池パックに組み込まれる内蔵回路として実現されるものである請求項３に記載の電子機器。
請求項１のパック電池と、
前記充放電端子を介して前記二次電池及び並列接続される負荷に電力を供給する充電制御回路と、
前記充電制御回路の電力出力端子からの前記電池パックへの供給電流を検出して、その供給電流が所定の電流閾値に満たないときに前記温度センサの外部接続端子に所定の制御電圧を加える充電電流検出回路とを設けた電子機器。