JP4922419B2

JP4922419B2 - 二次電池

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Publication number: JP4922419B2
Application number: JP2010037368A
Authority: JP
Inventors: 榮濬金
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2012-04-25
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Description

本発明は、二次電池に関し、特に、二次電池用内蔵充電回路および当該二次電池用内蔵充電回路を備える二次電池に関する。

近年、電子、通信およびコンピュータ産業の急速な発展につれて、例えば携帯用電子機器の需要が増えている。また、携帯用電池機器の電源には、再充電の可能な二次電池が主に用いられている。

現在、パック形態の電池が二次電池として広く用いられている。パック形態の電池は、電気エネルギーを蓄えて提供するベアセルと、ベアセルの充放電を制御する保護回路部が一つのユニットとして統合された形態である。

携帯用コンピュータのような携帯用電子機器に用いられる二次電池は、携帯用電子機器に装着された状態で充電されるように構成される。最近では、二次電池が携帯用電子機器から分離された状態でも充電が可能なように、充電回路を内蔵させた二次電池も用いられている。しかしながら、二次電池に内蔵された従来の充電回路は、逆充電接続による電流により損傷する恐れがあるという問題がある。

図１は、従来の充電回路の内蔵された二次電池のブロック図である。図１に示すように、二次電池４０は、ベアセル２０と、保護回路部３０と、充電回路部４０とを備える。充電回路部４０は、二次電池１０が携帯用電子機器（図示せず）から分離された状態で充電が可能なように形成されたものである。充電回路部４０は、入力電圧が出力電圧より高いステップダウン（ｓｔｅｐｄｏｗｎ）方式で動作するように、陽極充電端子４１と接続した第１スイッチング素子４２と、陰極充電端子４３と接続した逆電流防止素子４４とを備える。第１スイッチング素子４２のデューティー比（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）がパルス幅変調（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御器４５により調節されて、所望の充電電圧を得る。第１スイッチング素子４２を介して得た所定の充電電圧は、チョークコイル４６に蓄えられて保護回路部３０に印加される。逆電流防止素子４４は、充電電流が陰極端子４３に流れるのを防止する。第１スイッチング素子４２がオフ（ＯＦＦ）になったとき、逆電流防止素子４４のＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ。電界効果トランジスタ）４８は、オン（ＯＮ）になってチョークコイル４６に蓄えられたエネルギーは、逆電流防止素子４４のダイオード４７の順方向経路を通じて放出される。

二次電池１０は、携帯用電子機器に装着された状態でも充電が可能である。これは、保護回路部４０と接続した陽極充放電端子３１と陰極充放電端子３２とを介してなされる。ところが、陽極充放電端子３１と陰極充放電端子３２とが携帯用電子機器に逆に接続される場合、逆充電が行われる。この場合、保護回路部４０は、これを感知して充電スイッチング素子３３と放電スイッチング素子３４とをオフ（ＯＦＦ）して、保護回路部４０を保護する。しかしながら、充電回路４０には、望ましくない電流Ｉが図１の破線にて示すように発生するようになる。この電流Ｉは、陰極充電端子４３、逆電流防止素子４４、チョークコイル４６および陽極充放電端子３１を順に通過するようになる。この電流Ｉにより、逆電流防止素子４４が発熱し、これにより逆電流防止素子４４が破損することが生じうる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、逆充電による部品の損傷を防止することが可能な、新規かつ改良された二次電池を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、ベアセルと、上記ベアセルと、負荷に接続する陽極端子および陰極端子とに接続される保護回路部と、陽極充電端子および陰極充電端子と接続され、上記保護回路部を介して上記ベアセルと接続される充電回路部とを備え、上記充電回路部は、充電電流が上記陰極充電端子に流れることを防止する第１逆電流防止部と、上記陽極端子と上記陰極端子との逆充電による逆電流が上記第１逆電流防止部に流れることを防止し、上記逆電流による上記第１逆電流防止部の損傷を防止する第２逆電流防止部とを備える二次電池が提供される。

また、上記第２逆電流防止部は、上記第１逆電流防止部と上記陰極充電端子との間に形成され、上記逆電流が発生すると、上記第１逆電流防止部を介した電流の流れを防止してもよい。

また、上記第２逆電流防止部は、上記保護回路が接続される電極端子のうちの何れか一つと接続されたゲートを有するトランジスタを備え、上記逆電流が発生すると、上記トランジスタがターンオフされて、上記第１逆電流防止部を介した電流の流れを防止してもよい。

また、上記トランジスタのゲートは、上記陽極端子に接続されてもよい。

また、上記第１逆電流防止部は、トランジスタを備えてもよい。

また、上記第１逆電流防止部は、上記トランジスタに並列に接続された寄生ダイオードを備えてもよい。

また、上記第１逆電流防止部は、ダイオードを含んでもよい。

また、上記充電回路部は、上記ベアセルと上記陽極充電端子との間に形成された充電制御スイッチと、電荷格納素子とを備え、上記ベアセルに伝達される電荷を制御してもよい。

また、上記第１逆電流防止部は、上記電荷格納素子と陰極充電端子との間に位置し、上記陰極充電端子に対する放電電流の流れを制御してもよい。

また、上記充電回路部は、上記陽極充電端子への上記逆電流の流れを防止する第３逆電流防止部をさらに備えてもよい。

また、上記第３逆電流防止部は、上記陽極充電端子と第１逆電流防止部との間に形成されたダイオードを備えてもよい。

また、上記目的を達成するために、本発明の第１の観点によれば、ベアセルと、上記ベアセルと負荷に接続する端子との間を接続し、上記ベアセルの充電状態を制御する保護回路と、陽極充電端子および陰極充電端子と接続され、上記保護回路を介して上記ベアセルを充電させる充電回路とを備え、上記充電回路は、上記陽極充電端子および上記保護回路の間に延びた陽の充電経路を定義し、第１スイッチング素子と電荷格納素子とが上記陽の充電経路上に位置し、上記充電回路は、上記格納素子と上記陰極充電端子との間に格納エネルギー放電経路を定義し、第１逆電流防止素子が上記エネルギー放電経路に沿って位置し、上記充電回路は、上記負荷に接続する上記保護回路の端子における逆充電による、上記第１逆電流防止素子の損傷を防止する第２逆電流防止素子を備える二次電池が提供される。

また、上記第２逆電流防止素子は、上記第１逆電流防止素子と上記陰極充電端子との間に形成され、上記逆充電が発生すると、上記第１逆電流防止素子を介した電流の流れを防止してもよい。

また、上記第２逆電流防止素子は、上記保護回路が接続された陽極端子または陰極端子のうちの何れか一つと接続したゲートを有するトランジスタを備え、上記逆電流が発生すると、上記トランジスタをターンオフさせて、上記第１逆電流防止素子を介した電流の流れを防止してもよい。

また、上記トランジスタのゲートは、上記陽極端子に電気的に接続されてもよい。

また、上記第１逆電流防止素子は、トランジスタを備えてもよい。

また、上記第１逆電流防止素子は、上記トランジスタに並列に接続された寄生ダイオードを備えてもよい。

また、上記第１逆電流防止素子は、ダイオードを備えてもよい。

また、上記第１逆電流防止素子は、上記電荷格納素子と上記陰極充電端子との間に配置されて、上記陰極充電端子への放電電流の流れを制御してもよい。

また、上記充電回路は、上記陽極充電端子への上記逆電流の流れを防止する第３逆電流防止素子を含んでもよい。

上記第３逆電流防止素子は、上記陽極充電端子と上記第２逆電流防止素子との間に形成されたダイオードを備えてもよい。

本発明によれば、逆充電による部品の損傷を防止することができる。具体的に説明すると、本発明によれば、逆充電によって充電回路に望ましくない電流が発生するのを防止する逆電流防止部が備えられるので、充電回路の部品損傷を防止することができるという効果を奏する。

内蔵された充電回路を備える従来の二次電池を示すブロック図である。本発明の実施形態に係る内蔵された充電回路を備える二次電池の一例を示すブロック図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図２は、本発明の実施形態に係る内蔵された充電回路を備える二次電池の一例を示すブロック図である。

図２に示すように、二次電池１００は、ベアセル１１０と、保護回路部１２０（保護回路）と、保護回路部１２０に電気的に接続された陽極充放電端子１３０ａおよび陰極充放電端子１３０ｂと、充電回路部１４０（充電回路）と、充電回路部１４０に電気的に接続された陽極充電端子１５０ａおよび陰極充電端子１５０ｂとを備える。

ベアセル１１０は、電気エネルギーを蓄え外部に提供する構成として、陽極１１１と陰極１１２とを備える。ベアセル１１０は、例えば、リチウムイオン電池またはリチウムポリマー電池でありうる。ここで、図２では、ベアセル１１０が一つ示されているが、本発明の実施形態に係る二次電池は、これに制限されるものではない。例えば、ベアセル１１０は、複数のセルが直列、並列または直列と並列との組み合わせで接続されて構成されていてもよい。

保護回路部１２０は、充放電スイッチング部１２１と、充放電制御部１２４と、電流検出部１２７とを備える。保護回路部１２０は、ベアセル１１０の充放電を含んだ諸作動を制御する。

充放電スイッチング部１２１は、充電スイッチング素子１２２と、放電スイッチング素子１２３と、を備える。充放電スイッチング部１２１は、充電および放電による電流の方向を設定する。

充電スイッチング素子１２２は、充電ＦＥＴ１２２ａおよび充電ＦＥＴ１２２ａに並列に接続された充電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２２ｂを備える。充電ＦＥＴ１２２ａは、ドレインとソースとがベアセル１１０の大電流経路１０上に置かれるように設置される。本発明の実施形態において大電流経路１０は、ベアセル１１０の充放電電流の流れる経路を意味する。充電ＦＥＴ１２２ａは、ゲートを介して充放電制御部１２４から入力される制御信号を受けて、オンまたはオフされる。充電ＦＥＴ１２２ａは、充電時にオンになってベアセル１１０に充電電流を印加させる機能を果たす。

充電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２２ｂは、充電電流の方向に対して逆方向に接続される。充電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２２ｂは、充電ＦＥＴ１２２ａがオフになったとき、充電電流を遮断し放電電流の経路を提供する。

放電スイッチング素子１２３は、放電ＦＥＴ１２３ａおよび放電ＦＥＴ１２３ａに並列に接続した放電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２３ｂを備える。

放電ＦＥＴ１２３ａは、ドレインとソースとがベアセル１１０の大電流経路１０上に置かれるように設置される。放電ＦＥＴ１２３ａは、ゲートを介して充放電制御部１２４から入力される制御信号を受けて、オンまたはオフされる。放電ＦＥＴ１２３ａは、放電時にオンになって陽極充放電端子１３０ａおよび陰極充放電端子１３０ｂを介して外部負荷（図示せず）にベアセル１１０の放電電流を印加させる機能を果たす。

放電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２３ｂは、放電電流方向に対して逆方向に接続される。放電ＦＥＴ用寄生ダイオード１２３ｂは、放電ＦＥＴ１２３ａがオフになったとき、放電電流を遮断し充電電流の経路を提供する。

充放電制御部１２４は、アナログフロントエンド（ＡＦＥ：ＡｎａｌｏｇＦｒｏｎｔＥｎｄ）１３１とマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ：Ｍｉｃｒｏ−ＰｒｏｃｅｓｓｏｒＵｎｉｔ）１３２とを備える。

アナログフロントエンド１３１は、ベアセル１１０の陽極１１１と陰極１１２とにそれぞれ電気的に接続される。また、アナログフロントエンド１３１は、充電ＦＥＴ１２２ａのゲートと、放電ＦＥＴ１２３ａのゲートとに電気的に接続される。アナログフロントエンド１３１は、ベアセル１１０の陽極１１１と陰極１１２との電圧差である開路電圧を検出して、ベアセル１１０の過放電モード、満放電モード、満充電モードおよび過充電モードを判断し、それぞれのモードに応じて充放電スイッチング部１２０の充電ＦＥＴ１２２ａおよび放電ＦＥＴ１２３ａをオンまたはオフさせる。この場合、アナログフロントエンド１３１には、充放電スイッチング部１２０を制御するために、例えば電力制御回路が内蔵される。

アナログフロントエンド１３１は、例えば注文型半導体（ＡＳＩＣ：ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）であり、バッテリー１１０の開路電圧を即時に検出して充放電スイッチング部１２０を駆動させるための電力駆動型回路素子である。したがって、アナログフロントエンド１３１は、それぞれのモードに応じて、極めて速い応答速度で充放電スイッチング部１２０の充電ＦＥＴ１２２ａおよび放電ＦＥＴ１２３ａをオンまたはオフさせて、ベアセル１１０を一次的に保護する機能を果たす。

マイクロプロセッサユニット１３２は、例えば、マイクロプロセッサ（図示せず）と、マイクロプロセッサと電気的に接続された受動素子（図示せず）と、能動素子（図示せず）と、メモリ（図示せず）とを含んで形成される。マイクロプロセッサユニット１３２は、アナログフロントエンド１３１と電気的に接続されて、ベアセル１１０の開路電圧情報を受け取り、ベアセル１１０の開路電圧を検出する。また、マイクロプロセッサユニット１３２は、アナログフロントエンド１３１に設定される過放電、満放電、満充電および過充電モードの設定電圧を変更させることができる。また、マイクロプロセッサユニット１３２は、アナログフロントエンド１３１に制御信号を出力して、充放電スイッチング部１２０を制御することができる。また、マイクロプロセッサユニット１３２は、ベアセル１１０の充電電流および放電電流を計算する。この場合、マイクロプロセッサユニット１３２は、例えば、電流検出素子１２７の両端と電気的に接続され、電流検出素子１４０の陽端の電圧差の変化程度を測定して電流を計算する。

電流検出素子１２７は、大電流経路１０上に設置される。電流検出素子１２７の両端がマイクロプロセッサユニット１２６に電気的に接続される。本発明の実施形態の場合、電流検出素子１２７は、センスレジスタ（ＳｅｎｓｅＲｅｓｉｓｔｏｒ）で形成される。マイクロプロセッサユニット１２６は、電流検出素子１２７の両端の電圧差を測定することによって、大電流経路１０上に流れる充電電流および放電電流を計算する。

陽極充放電端子１３０ａと陰極充放電端子１３０ｂとは、保護回路部１２０と電気的に接続される。陽極充放電端子１３０ａと陰極充放電端子１３０ｂとは、二次電池１００が携帯用コンピュータのような携帯用電子機器（図示せず）に装着されるとき、二次電池１００が当該携帯用電子機器と電気的に接続する部分である。陽極充放電端子１３０ａは、大電流経路１０上においてベアセル１１０の陽極１１１と電気的に接続される。陰極充放電端子１３０ｂは、大電流経路１０上においてベアセル１１０の陰極１１２と電気的に接続される。陰極充放電端子１３０ｂは、回路上接地された状態である。陽極充放電端子１３０ａおよび陰極充放電端子１３０ｂを介してベアセル１１０の充電および放電が可能である。

充電回路部１４０は、二次電池１００が携帯用電子機器（図示せず）から分離された状態でも便利に充電が可能なように二次電池１００に内蔵されて形成されたものである。充電回路部１４０は、陽極充電端子１５０ａと陰極充電端子１５０ｂとを介して印加された入力電圧を通常のステップダウン（ｓｔｅｐｄｏｗｎ）方式で降圧して、出力電圧を保護回路部１２０に印加する。充電回路部１４０は、第１スイッチング素子１４１（充電制御スイッチ）と、第１逆電流防止素子１４２（第１逆電流防止部）と、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御器１４３と、第２逆電流防止素子１４４（第２逆電流防止部）と、第３逆電流防止素子１４５（第３逆電流防止部）と、チョークコイル１４６（電荷格納素子）とを備える。充電回路部１４０は、陽極充電端子１５０ａと陽極充放電端子１３０ａとを接続する第１経路１６０（陽の充電経路）、および第１経路１６０上の第１支点１６１と接地された陰極充電端子１３０ｂを接続する第２経路１７０（格納エネルギー放電経路）上に形成される。第１経路１６０上において第１支点１６１から陽極充電端子１５０ａ側に第１スイッチング素子１４１と第３逆電流防止素子１４５とが順に位置し、第１経路１６０上において第１支点１６１から陽極充放電端子１３０ａ側にチョークコイル１４６が位置する。第２経路１７０上において第１支点１６１から陰極充電端子１５０ｂ側に第１逆電流防止素子１４２と、第２逆電流防止素子１４４とが順に位置する。

第１スイッチング素子１４１は、第１ＦＥＴ１４１ａを備える。第１ＦＥＴ１４１ａは、ソースとドレインとが陽極充電端子１５０ａと保護回路部１２０とを接続する第１経路１６０上に置かれるように設置される。第１ＦＥＴ１４１ａは、ゲートを介してＰＷＭ制御器１４３から入力される制御信号を受けてオンまたはオフになって、第１ＦＥＴ１４１ａのデューティー比（ｄｕｔｙｒａｔｉｏ）が調節される。それにより、陽極充電端子１５０ａと陰極充電端子１５０ｂとを介して印加された入力電圧が充電電圧に降圧される。

第１逆電流防止素子１４２は、第１経路１６０上の第１支点１６１と陰極充電端子１４４ｂとの間を電気的に接続する第２経路１７０上に設置される。第１逆電流防止素子１４２は、第２ＦＥＴ１４２ａと、第２ＦＥＴ１４２ａに並列に接続した第２ＦＥＴ用寄生ダイオード１４２ｂとを備える。第２ＦＥＴ１４２ａは、ソースとドレーンとが第２経路１７０上に置かれるように設置される。第２ＦＥＴ１４２ａは、ＰＷＭ制御器１４３から入力される制御信号を受けて、オンまたはオフされる。第２ＦＥＴ１４２ａのオン／オフ動作は、第１スイッチング素子１４１の第１ＦＥＴ１４１ａの動作と反対になされる。すなわち、第１ＦＥＴ１４１ａがオン状態であるときには、第２ＦＥＴ１４２ａはオフ状態で、第１ＦＥＴ１４１ａがオフ状態であるときには、第１ＦＥＴ１４２ａはオン状態である。それにより、第１ＦＥＴ１４１ａがオフ状態であるときのみに、第２経路１７０を介してチョークコイル１４６に蓄えられたエネルギーが放出されるようになる。

第２ＦＥＴ用寄生ダイオード１４２ｂは、第１支点１６１から陰極充電端子１５０ｂに向かう方向に対して逆方向に接続される。第２ＦＥＴ用寄生ダイオード１４２ｂは、保護回路部１２０に印加されなければならない充電電流が陰極充電端子１５０ｂに流れるのを防止し、第１ＦＥＴ１４２ａがオフ状態であるとき、チョークコイル１４６に格納されたエネルギーを放出することが可能な経路をさらに提供する。

本発明の実施形態では、第１逆電流防止素子１４２が、寄生ダイオード１４２ｂを備えるＦＥＴ１４２ａであると説明したが、本発明の実施形態は、これに制限されるものではない。例えば、第１逆電流防止素子１４２は、第１支点１６１から陰極充電端子１５０ｂに向かう方向に対して逆方向に接続したダイオードのみから構成される構成であってもよい。ダイオードのみでも充電電流が陰極充電端子１５０ｂに流れるのを防止し、第１ＦＥＴ１４２ａがオフ状態であるとき、チョークコイル１４６に格納されたエネルギーを放出することが可能な経路を形成するという目的を達成することができる。

ＰＷＭ制御器１４３は、ＰＷＭ信号を生成し、生成したＰＷＭ信号を第１スイッチング素子１４１の第１ＦＥＴ１４１ａおよび第１逆電流防止素子１４２の第２ＦＥＴ１４２ａに提供する。ＰＷＭ制御器１４３は、第２ＦＥＴ１４２ａの動作が第１ＦＥＴ１４１ａの動作と反対になるように、第１ＦＥＴ１４１ａに送信する第１制御信号と反対である第２制御信号を第２ＦＥＴ１４２ａに送信する。

第２逆電流防止素子１４４は、第２経路１７０上に設置される。第２逆電流防止素子１４４は、陽極充放電端子１３０ａと陰極充放電端子１３０ｂとが逆充電接続されたとき、第１逆電流防止素子１４２を流れる逆電流が発生することを防止する。第２逆電流防止素子１４４は、第３ＦＥＴ１４４ａを備える。第３ＦＥＴ１４４ａは、ソースとドレインとが第２経路１７０に置かれるように設置される。第３ＦＥＴ１４４ａのゲート１４４ｂは、陽極充放電端子１３０ａに電気的に接続される。したがって、第３ＦＥＴ１４４ａの動作は、陽極充放電端子１３０ａの極性状態に応じて左右される。第３ＦＥＴ１４４ａのゲート１４４ｂに正（＋）の電圧が印加されると、第３ＦＥＴ１４４ａがオンになり、第３ＦＥＴ１４４ａのゲート１４４ｂに０（ゼロ）または負（−）の電圧が印加されると、第３ＦＥＴ１４４ａがオフになる。このような動作が可能なように、第３ＦＥＴ１４４ａとしては、例えば、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴが用いられうる。

なお、図２では、第３ＦＥＴ１４４ａのゲート１４４ｂが、陽極充放電端子１３０ａに電気的に接続される構成を示しているが、本発明の実施形態に係る二次電池の構成は、図２に限られない。例えば、第３ＦＥＴ１４４ａのゲート１４４ｂは、陰極充放電端子１３０ｂに電気的に接続される構成であってもよい。つまり、本発明の実施形態に係る二次電池は、保護回路１２０が接続される電極端子（陽極充放電端子１３０ａ、陰極充放電端子１３０ｂ）のうちの何れか一つと接続されたゲートを有するトランジスタを備える、第２逆電流防止素子を備える構成をとることができる。

第３逆電流防止素子１４５は、第１経路１６０上にて第１スイッチング素子１４１と陽極充電端子１５０ａとの間に位置するダイオードである。第３逆電流防止素子１４５は、第１スイッチング素子１４１から陽極充電端子１５０ａに向かう方向に対して逆方向に設置されて、電流が第１スイッチング素子１４１から陽極充電端子１５０ａ側に流れることを防止する。

チョークコイル１４６は、第１スイッチング素子１４１から出力された充電電圧から高周波ノイズなどを除去して、最終的な充電電圧を保護回路部１２０に印加する。第１スイッチング素子１４１がオフ状態であるとき、チョークコイル１４６に蓄えられたエネルギーは、第２経路１７０を介して放出されるようになる。

以下、図２を参照して、図２に示された二次電池の充電作用を詳細に説明する。

まず、二次電池１００が携帯用コンピュータのような携帯用電子機器（図示せず）に逆充電接続状態で装着されたときの充電作用を説明する。逆充電接続状態は、陽極充放電端子１３０ａと陰極充放電端子１３０ｂとに携帯用電子機器のコネクターが反対極性に接続されたことを意味する。すなわち、二次電池１００の陽極充放電端子１３０ａに携帯用電子機器の陰極端子が接続され、二次電池１００の陰極充放電端子１３０ｂに携帯用電子機器の陽極端子が接続された状態である。

逆充電接続状態では、保護回路部１２０に逆電流が流れるようになるが、ＭＰＵ１２６は、電流検出素子１２７を介してこれを感知し、逆充電接続状態を感知するようになる。逆充電接続状態を感知したＭＰＵ１２６は、ＡＦＥ１２５を介して充放電スイッチング部１２１の充電ＦＥＴ１２２ａと放電ＦＥＴ１２３ａとをオフさせる。したがって、保護回路部１２０に逆電流が流れることが防止され、保護回路部１２０の回路部品は保護される。また、充電回路部１４０の第２逆電流防止素子１４４ａは、ゲート１４４ｂが逆充電接続状態によって負（−）の電圧が印加された陽極充放電端１３０ａに接続されているので、オフ状態となる。したがって、第１逆電流防止素子１４２に逆電流が流れることが防止されて、第１逆電流防止素子１４２を保護することができる。

また、二次電池１００が携帯用電子機器に正常的な状態で装着されると、保護回路部１２０の作用によりベアセル１１０が正常に充電され、充電回路部１４０には、第１逆電流防止素子１４２の第２ＦＥＴ用寄生ダイオード１４２ｂと第３逆電流防止素子１４５とにより充電電流が流れることが防止される。

次に、二次電池１００が携帯用電子機器から分離されて充電回路１４０を介して充電される時の充電作用を詳細に説明する。

陽極充電端子１５０ａおよび陰極充電端子１５０ｂを介して直流の入力電圧が充電回路１４０に印加される。この入力電圧は、通常、ＡＣ（ＡｌｔｅｒｎａｔｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔ）アダプタを介して印加される。印加された入力電圧は、ＰＷＭ制御器１４３によりデューティー比が調節される第１スイッチング素子１４１により充電電圧に降圧され、第１スイッチング素子１４１により降圧された電圧は、チョークコイル１４６から高周波ノイズなどが除去されて、最終的な充電電圧として保護回路部１２０に印加される。第２逆電流防止素子１４４の第３ＦＥＴ１４４ａは、ゲート１４４ｂが陽極充放電素子１３０ａに電気的に接続されているので、正（＋）の電圧が印加されて常にオン状態を維持するようになる。このとき、第１スイッチング素子１４１の第１ＦＥＴ１４１ａがオン状態である場合には、第１逆電流防止素子１４２の第２ＦＥＴ１４２ａがオフとなって、第２経路１７０は遮断される。また、第１スイッチング素子１４１の第１ＦＥＴ１４１ａがオフ状態である場合には、第１逆電流防止素子１４２の第２ＦＥＴ１４２ａがオンとなる。このとき、第２逆電流防止素子１４４の第３ＦＥＴ１４４ａがオン状態であるから、チョークコイル１４６に格納されたエネルギーは、第２経路１７０を介して正常に放出されるようになる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１００二次電池
１１０ベアセル
１２０保護回路部
１４０充電回路部

Claims

ベアセルと；
前記ベアセルと、負荷に接続する陽極端子および陰極端子とに接続される保護回路部と；
陽極充電端子および陰極充電端子と接続され、前記保護回路部を介して前記ベアセルと接続される充電回路部と；
を備え、
前記充電回路部は、
充電電流が前記陰極充電端子に流れることを防止する第１逆電流防止部と；
前記陽極端子と前記陰極端子との逆充電による逆電流が前記第１逆電流防止部に流れることを防止し、前記逆電流による前記第１逆電流防止部の損傷を防止する第２逆電流防止部と；
を備えることを特徴とする、二次電池。
前記第２逆電流防止部は、前記第１逆電流防止部と前記陰極充電端子との間に形成され、前記逆電流が発生すると、前記第１逆電流防止部を介した電流の流れを防止することを特徴とする、請求項１に記載の二次電池。
前記第２逆電流防止部は、前記保護回路が接続される電極端子のうちの何れか一つと接続されたゲートを有するトランジスタを備え、前記逆電流が発生すると、前記トランジスタがターンオフされて、前記第１逆電流防止部を介した電流の流れを防止することを特徴とする、請求項２に記載の二次電池。
前記トランジスタのゲートは、前記陽極端子に接続されることを特徴とする、請求項３に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止部は、トランジスタを備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止部は、前記トランジスタに並列に接続された寄生ダイオードを備えることを特徴とする、請求項５に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止部は、ダイオードを含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記充電回路部は、
前記ベアセルと前記陽極充電端子との間に形成された充電制御スイッチと；
電荷格納素子と；
を備え、
前記ベアセルに伝達される電荷を制御することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止部は、前記電荷格納素子と陰極充電端子との間に位置し、前記陰極充電端子に対する放電電流の流れを制御することを特徴とする、請求項８に記載の二次電池。
前記充電回路部は、前記陽極充電端子への前記逆電流の流れを防止する第３逆電流防止部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第３逆電流防止部は、前記陽極充電端子と第１逆電流防止部との間に形成されたダイオードを備えることを特徴とする、請求項１０に記載の二次電池。
ベアセルと；
前記ベアセルと負荷に接続する端子との間を接続し、前記ベアセルの充電状態を制御する保護回路と；
陽極充電端子および陰極充電端子と接続され、前記保護回路を介して前記ベアセルを充電させる充電回路と；
を備え、
前記充電回路は、前記陽極充電端子および前記保護回路の間に延びた陽の充電経路を定義し、第１スイッチング素子と電荷格納素子とが前記陽の充電経路上に位置し、
前記充電回路は、前記格納素子と前記陰極充電端子との間に格納エネルギー放電経路を定義し、第１逆電流防止素子が前記エネルギー放電経路に沿って位置し、
前記充電回路は、前記負荷に接続する前記保護回路の端子における逆充電による、前記第１逆電流防止素子の損傷を防止する第２逆電流防止素子を備えることを特徴とする、二次電池。
前記第２逆電流防止素子は、前記第１逆電流防止素子と前記陰極充電端子との間に形成され、前記逆充電が発生すると、前記第１逆電流防止素子を介した電流の流れを防止することを特徴とする、請求項１２に記載の二次電池。
前記第２逆電流防止素子は、前記保護回路が接続された陽極端子または陰極端子のうちの何れか一つと接続したゲートを有するトランジスタを備え、前記逆電流が発生すると、前記トランジスタをターンオフさせて、前記第１逆電流防止素子を介した電流の流れを防止することを特徴とする、請求項１３に記載の二次電池。
前記トランジスタのゲートは、前記陽極端子に電気的に接続されることを特徴とする、請求項１４に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止素子は、トランジスタを備えることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止素子は、前記トランジスタに並列に接続された寄生ダイオードを備えることを特徴とする、請求項１６に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止素子は、ダイオードを備えることを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第１逆電流防止素子は、前記電荷格納素子と前記陰極充電端子との間に配置されて、前記陰極充電端子への放電電流の流れを制御することを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記充電回路は、前記陽極充電端子への前記逆電流の流れを防止する第３逆電流防止素子を含むことを特徴とする、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の二次電池。
前記第３逆電流防止素子は、前記陽極充電端子と前記第２逆電流防止素子との間に形成されたダイオードを備えることを特徴とする、請求項２０に記載の二次電池。