JP5974873B2 - Battery pack - Google Patents

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Description

本発明は放電電流の放電制御及び保護制御を行うＦＥＴの動作を高速化し、ＦＥＴの過渡熱破壊を抑制する電池パックに関するものである。   The present invention relates to a battery pack that speeds up the operation of an FET that performs discharge control and protection control of a discharge current and suppresses transient thermal destruction of the FET.

従来の電池パックは、一般的に電池部１００に保護回路部２００を接続する構成であり、図３にその構成をしめす。その保護回路部２００は、出力端子間でショートしても火花が発生しないように出力端子への出力を高速遮断する短絡保護回機能がある（例えば、特許文献１参照）。また、高出力が要望されている場合、多直列多並列の電池ブロック１０１を構成し、出力電圧が高いことから放置時に出力がでないようにＰｃｈ（Ｐチャネル） Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ制御している。そして、このような電池パックは、本体側の機器から出力要求があった時にＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３によって、出力制御をＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行させ、電力を本体機器へ供給する。   Conventional battery packs generally have a configuration in which the protection circuit unit 200 is connected to the battery unit 100, and the configuration is shown in FIG. The protection circuit unit 200 has a short-circuit protection circuit function that shuts off the output to the output terminals at high speed so that no spark is generated even if the output terminals are short-circuited (see, for example, Patent Document 1). When a high output is required, a multi-series multi-parallel battery block 101 is configured, and the Pch (P channel) Power MOS FET 203 is controlled to be OFF so that no output is left when left because the output voltage is high. . In such a battery pack, when there is an output request from the device on the main body side, the output control is shifted from the OFF state to the ON state by the Pch POWER MOS FET 203, and power is supplied to the main device.

多直列多並列の電池パックは、本体側の負荷が大きなトルクを必要とするＬ負荷の場合、例えば、１０直列６並列の電池パックでＬ負荷の場合、突入電流は１００Ａを超える電流が本体側の機器からの出力要求時に流れる。さらに、本体負荷モータ側が短絡されている場合、５００Ａから６００Ａの電流が電池ブロック１０１からＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を介して本体側へ電流が流れ、保護回路部２００の制御ＩＣ２０１が短絡状態を認識し、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ制御するまで電流が流れる。このような本体機器の場合、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は通常ＯＦＦ状態であるため、ＯＦＦ状態である非常に高抵抗の状態から、ＯＮ状態である非常に低抵抗へ移行する際、電流の大きさとその移行時間によってはＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱ストレスによる熱破壊に至る可能性がある。   In the case of a multi-series multi-parallel battery pack, when the load on the main body side is an L load that requires a large torque, for example, when the L load is a 10-series 6-parallel battery pack, the inrush current exceeds 100 A. It flows at the time of output request from the equipment. Furthermore, when the main body load motor side is short-circuited, a current of 500A to 600A flows from the battery block 101 to the main body side via the Pch POWER MOS FET 203, and the control IC 201 of the protection circuit unit 200 recognizes the short-circuit state, A current flows until the Pch POWER MOS FET 203 is turned off. In the case of such a main device, the Pch POWER MOS FET 203 is normally in an OFF state. Therefore, when a transition is made from a very high resistance state in the OFF state to a very low resistance state in the ON state, Depending on the transition time, the Pch POWER MOS FET 203 may be thermally destroyed due to thermal stress.

図３を用いて、従来の保護回路のさらに詳細な説明をする。   A more detailed description of the conventional protection circuit will be given with reference to FIG.

まず、従来の保護回路は、大きく２つに分かれる。本体負荷モータ等を動かすため１０直列６並列にしている高電圧な電池部１００に、電池部１００を制御する保護回路部２００を備えた構成である。   First, the conventional protection circuit is roughly divided into two. In order to move the main body load motor and the like, a high voltage battery unit 100 arranged in 10 series and 6 in parallel is provided with a protection circuit unit 200 for controlling the battery unit 100.

電池部１００は、本体負荷がモータ等を動作させるため、電池を１０直列６並列の高電圧の電池ブロック１０１を有する構成とする。   The battery unit 100 has a configuration in which a battery has a high-voltage battery block 101 of 10 series and 6 parallel, so that the main body load operates a motor or the like.

保護回路部２００は、制御用端子２０２の信号よって、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を駆動させ、電池ブロック１０１の放電制御や保護制御を行う。   The protection circuit unit 200 drives the Pch POWER MOS FET 203 according to a signal from the control terminal 202 to perform discharge control and protection control of the battery block 101.

電池ブロック１０１と保護回路部２００の接続関係は、電池ブロック１０１の電池正極部と保護回路部２００のＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース側と接続される構成であり、また、電池ブロック１０１の電池負極１０３は、保護回路部２００の電流検出用抵抗２０５に接続される構成とする。   The connection relationship between the battery block 101 and the protection circuit unit 200 is a configuration in which the battery positive electrode unit of the battery block 101 and the source side of the Pch POWER MOS FET 203 of the protection circuit unit 200 are connected. Is configured to be connected to the current detection resistor 205 of the protection circuit unit 200.

その放電制御は、例えば、本体側が外部端子２０６をＧＮＤレベルへ接続することで、制御ＩＣ２０１が、本体側からの出力要求を認識し、制御用端子２０２の信号によって、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲートをＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース電位に対して（−１６〜−８）Ｖとなるよう制御される。そして、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３はＯＮ状態となり、電池ブロック１０１のエネルギーを本体側へと出力する。   For example, when the main body side connects the external terminal 206 to the GND level on the main body side, the control IC 201 recognizes the output request from the main body side, and the gate of the Pch POWER MOS FET 203 is controlled by a signal from the control terminal 202. It is controlled to be (−16 to −8) V with respect to the source potential of the Pch POWER MOS FET 203. And Pch POWER MOS FET203 will be in ON state, and will output the energy of the battery block 101 to the main body side.

Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は、ゲート閾値電圧値より低くなる事で、ＯＦＦ状態である高抵抗状態からＯＮ状態である低抵抗状態となる。   When the Pch POWER MOS FET 203 becomes lower than the gate threshold voltage value, the Pch POWER MOS FET 203 changes from the high resistance state which is the OFF state to the low resistance state which is the ON state.

また、その保護制御は、例えばＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３が通常ＯＦＦ状態で放置されており、本体側で出力端が短絡状態であったとすると、このままでは、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦしているため、電流は流れない。しかし、本体側の出力要求を外部端子２０６がＧＮＤレベルに落とされることで、制御ＩＣが本体から出力要求があったと認識し、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へと移行させる。しかしながら、本体出力短が短絡しているため、電流検出用抵抗２０５に大電流が流れ、その両端の電位差によって流れている電流の大きさを制御ＩＣ２０１が認識し、制御ＩＣ２０１にあらかじめ設定された許容電位差に達すると制御用端子２０２によって、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態にし、放電を禁止するといった保護制御をする。   For example, if the Pch POWER MOS FET 203 is normally left in an OFF state and the output terminal is short-circuited on the main body side, the protection control is performed because the Pch POWER MOS FET 203 is turned OFF. Does not flow. However, when the external terminal 206 is lowered to the GND level in response to the output request on the main body side, the control IC recognizes that there is an output request from the main body and shifts the Pch POWER MOS FET 203 to the ON state. However, since the output short of the main body is short-circuited, a large current flows through the current detection resistor 205, and the control IC 201 recognizes the magnitude of the current flowing due to the potential difference between the two ends, and the control IC 201 sets a preset tolerance. When the potential difference is reached, the control terminal 202 performs protection control such that the Pch POWER MOS FET 203 is turned off and discharge is prohibited.

このＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＦＦ状態からＯＮ状態へと移行する際、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３が、電池部のエネルギーを本体側へ流さないような非常に高抵抗状態から低抵抗状態へと移行する。   When the Pch POWER MOS FET 203 shifts from the OFF state to the ON state, the Pch POWER MOS FET 203 shifts from a very high resistance state that does not flow the energy of the battery unit to the main body side to a low resistance state.

Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３が、高抵抗状態から低抵抗状態へ移行する速度とその時に流れる電流によっては、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱損失が大きくなるため、過渡熱破壊を起こす場合がある。   Depending on the speed at which the Pch POWER MOS FET 203 shifts from the high resistance state to the low resistance state and the current flowing at that time, the heat loss of the Pch POWER MOS FET 203 becomes large, which may cause transient thermal destruction.

Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱損失Ｗ（℃）は、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３に流れる電流Ｉ（Ａ）の二乗に、その電流が流れている時のＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の抵抗値Ｒ（Ω）を乗算することで求められる。   The heat loss W (° C.) of the Pch POWER MOS FET 203 is obtained by multiplying the square of the current I (A) flowing through the Pch POWER MOS FET 203 by the resistance value R (Ω) of the Pch POWER MOS FET 203 when the current flows. Is required.

言いかえれば、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３に電流Ｉ（Ａ）が流れた時のＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソースとドレイン間の両端電圧Ｖ（Ｖ）（電流Ｉ（Ａ）×抵抗値Ｒ（Ω））に、そのとき流れた電流を乗算し、さらにＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱抵抗Ａ（℃／Ｗ）を乗算することよって求められる。   In other words, the voltage V (V) between the source and drain of the Pch POWER MOS FET 203 when the current I (A) flows through the Pch POWER MOS FET 203 (current I (A) × resistance value R (Ω)). It is obtained by multiplying the current flowing at that time and further multiplying by the thermal resistance A (° C./W) of the Pch POWER MOS FET 203.


Ｗ（℃） ＝ Ｉ（Ａ）２ × Ｒ（Ω） × Ａ（℃／Ｗ） ・・・ （式１）
＝ Ｉ（Ａ） × Ｖ（Ｖ） × Ａ（℃／Ｗ）

従来の保護回路のＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の両端電圧Ｖ（Ｖ）（ソース−ドレイン間電圧）とその時流れた電流Ｉ（Ａ）を測定した。
W (° C.) = I (A) 2 × R (Ω) × A (° C./W) (Formula 1)
= I (A) × V (V) × A (° C / W)

The both-ends voltage V (V) (source-drain voltage) of the Pch POWER MOS FET 203 of the conventional protection circuit and the current I (A) flowing at that time were measured.

その結果が図４である。   The result is shown in FIG.

Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のＯＦＦ状態とは、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース電位とゲート電位が同電位である状態である。また、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＮ状態とは、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース電位に対して、ゲート電位が、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値より上回った状態である。   The OFF state of the Pch POWER MOS FET 203 is a state in which the source potential and the gate potential of the Pch POWER MOS FET 203 are the same potential. Further, the Pch POWER MOS FET 203 being in the ON state is a state in which the gate potential is higher than the gate threshold voltage value of the Pch POWER MOS FET 203 with respect to the source potential of the Pch POWER MOS FET 203.

Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行する時間は、約８０［μｓ］と比較的長いため、電力損失が５２７．６［Ｗ］発生し、また、部品の温度を部品の温度係数から計算すると、温度上昇を１７．９［Ｋ］となる。   Since the time for the Pch POWER MOS FET 203 to transition from the OFF state to the ON state is relatively long, about 80 [μs], power loss is generated 527.6 [W], and the temperature of the component is calculated from the temperature coefficient of the component. When calculated, the temperature rise is 17.9 [K].

特開平１０−３２１２６３号公報JP-A-10-32263

しかしながら、前記従来の構成では、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行させる速度が遅いため、熱損失が大きくなり、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の過渡熱破壊を招く恐れがある。また、このような大電流を出力制御するために、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は多並列使用が必要となる。例えば、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を４並列使用の場合にはゲート−ソース間容量は６０，０００ｐＦ（１５０，０００ｐＦ×４個）と非常に大きなものになり、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行速度をさらに遅くするため、熱損失もさらに大きくなる傾向にある。   However, in the conventional configuration, the speed at which the Pch POWER MOS FET 203 is shifted from the OFF state to the ON state is slow, so that heat loss increases, and there is a possibility that the Pch POWER MOS FET 203 may be transiently destroyed. Moreover, in order to control the output of such a large current, the Pch POWER MOS FET 203 needs to be used in multiple parallels. For example, when four Pch POWER MOS FETs 203 are used in parallel, the gate-source capacitance is as large as 60,000 pF (150,000 pF × 4), and the Pch POWER MOS FET 203 is switched from the OFF state to the ON state. In order to further reduce the transition speed, heat loss also tends to increase.

特に、本体出力側が短絡されている場合は、本体からの駆動要求時に大電流が流れ、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱損失が大きいとＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の過渡熱破壊でＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をショート破壊となる可能性もあり、その場合、電流を遮断できなり、回路基板及び電池パックの発熱発火を起こす危険性がある。   In particular, when the main body output side is short-circuited, a large current flows at the time of driving request from the main body, and if the heat loss of the Pch POWER MOS FET 203 is large, the Pch POWER MOS FET 203 is transiently destroyed by the Pch POWER MOS FET 203 and short circuit destruction In such a case, the current cannot be cut off, and there is a risk that the circuit board and the battery pack may be heated and ignited.

また、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴは、ＯＮ状態の抵抗値がＮｃｈに比べて高く、同じ電流値に対する熱損失が高くなる。更に、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴは、製造工程が複数ステップであるのためＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴに比べて高価である。   In addition, the Pch POWER MOS FET has a higher ON-state resistance value than Nch, and heat loss for the same current value is high. Further, the Pch POWER MOS FET is more expensive than the Nch POWER MOS FET because the manufacturing process has a plurality of steps.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、Ｐｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴをＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴに変更し、更に、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、安価で熱損失による過渡熱破壊を抑制すること電池パックの提供を目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems. The Pch POWER MOS FET is changed to an Nch POWER MOS FET, and further, the operation of the Nch POWER MOS FET in the ON state is speeded up. It aims at providing the battery pack which suppresses the transient thermal destruction by.

前記従来の課題を解決するために、本発明の電池パックは、電池部の放電電流を保護制御する第１のＮチャネルＦＥＴを有する保護制御部と、前記第１のＮチャネルＦＥＴの動作を加速化させる第２のＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴを有する加速部を備える電池パックであって、前記第１のＮチャネルＦＥＴは、ドレインが前記電池部の正極と接続され、ソースが外部端子に接続され、ゲートが第１の抵抗を介して前記電池部の正極に接続され、更に、前記第１の抵抗より抵抗値が小さい第２の抵抗を介して制御部の制御端子に接続され、前記第２のＮチャネルＦＥＴは、ソースが前記第１のＮチャネルＦＥＴのソースと接続され、ドレインが第３の抵抗を介して前記電池部の電圧を昇圧する昇圧部の出力端子と接続され、ゲートが前記制御端子に接続され、前記ＰチャネルＦＥＴは、ソースが前記昇圧部の出力端子と接続され、ドレインが前記第２の抵抗に接続され、ゲートが前記第３の抵抗を介して前記昇圧部の出力端子と接続される。   In order to solve the conventional problems, the battery pack according to the present invention accelerates the operation of the protection control unit having the first N-channel FET for protecting and controlling the discharge current of the battery unit, and the first N-channel FET. A battery pack comprising an accelerating portion having a second N-channel FET and a P-channel FET, wherein the first N-channel FET has a drain connected to a positive electrode of the battery portion and a source connected to an external terminal And the gate is connected to the positive electrode of the battery unit via a first resistor, and further connected to the control terminal of the control unit via a second resistor having a resistance value smaller than that of the first resistor. The second N-channel FET has a source connected to the source of the first N-channel FET, a drain connected to the output terminal of the boosting unit that boosts the voltage of the battery unit via a third resistor, and a gate Previous The P-channel FET is connected to the control terminal, the source is connected to the output terminal of the booster, the drain is connected to the second resistor, and the gate is connected to the output of the booster via the third resistor. Connected to terminal.

本構成によって、第２のＮチャネルＦＥＴ、ＰチャネルＦＥＴが即座にＯＮ状態になり、第１のＮチャネルＦＥＴのゲート電圧を急速に閾値電圧よりも低くすることができるので、第１のＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することができる。   With this configuration, the second N-channel FET and the P-channel FET are immediately turned on, and the gate voltage of the first N-channel FET can be rapidly lowered below the threshold voltage. It is possible to speed up the operation of the FET to the ON state.

本発明の電池パックによれば、第１のＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、安価で熱損失による過渡熱破壊を抑制することができる。   According to the battery pack of the present invention, transient thermal breakdown due to heat loss can be suppressed at a low cost by speeding up the operation of the first N-channel FET to the ON state.

本発明の実施の形態１における電池パックの回路ブロック図Circuit block diagram of the battery pack in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態１における電池パックを用いて、本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフThe graph which shows the electrical property when the main body load motor side is short-circuited using the battery pack in Embodiment 1 of the present invention. 従来の電池パックの回路ブロック図Circuit block diagram of conventional battery pack 従来の電池パックの回路を用いて本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフGraph showing electrical characteristics when the main body load motor side is short-circuited using a conventional battery pack circuit

以下本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における電池パックの回路図である。 (Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of a battery pack according to Embodiment 1 of the present invention.

図１において、本発明の電池パックは、大きく３つに分かれており、本体負荷モータ等を動かすため１０直列６並列にしている高電圧（２５Ｖ以上）かつ、高電流（３００Ａ以上）を出力する電池部１００と、電池部１００を放電制御や保護制御を行う保護回路部２００と、電池部１００から本体負荷モータ側への出力制御を高速化するため、保護回路部２００の動作を加速させる加速回路部３００を備えた構成である。   In FIG. 1, the battery pack of the present invention is roughly divided into three, and outputs a high voltage (25 V or more) and a high current (300 A or more) in 10 series and 6 parallel to move the main body load motor and the like. Battery unit 100, protection circuit unit 200 that performs discharge control and protection control on battery unit 100, and acceleration that accelerates the operation of protection circuit unit 200 in order to speed up output control from battery unit 100 to the main body load motor side. The circuit unit 300 is provided.

本発明の構成を図１でさらに詳細に説明する。   The configuration of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

電池部１００は、定格４．２Ｖの１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン電池６０個を１０直列６並列で電気的に接続した電池ブロック１０１で構成されている。   The battery unit 100 includes a battery block 101 in which 60 cylindrical lithium ion batteries having a rating of 4.2 V and 18650 size are electrically connected in 10 series and 6 parallel.

保護回路部２００は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２からの信号よって、出力制御用の４個のＮｃｈ（Ｎチャネル）Ｐｏｗｅｒ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を駆動させ、電池ブロック１０１の放電制御や保護制御を行う。   The protection circuit unit 200 drives the four Nch (N-channel) Power MOS FETs 203 for output control according to a signal from the control terminal 202 of the control IC 201 to perform discharge control and protection control of the battery block 101.

保護回路部２００において、抵抗２０７はＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート・ソース間に接続されており、また、抵抗２０８はＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲートに接続されている。抵抗２０７の抵抗値が抵抗２０８、抵抗２０９の抵抗値の少なくとも１００倍以上である。例えば、抵抗２０７の抵抗値が１ＭΩで、抵抗２０８、抵抗２０９の抵抗値が４７０Ωである。   In the protection circuit unit 200, the resistor 207 is connected between the gate and the source of the Nch POWER MOS FET 203, and the resistor 208 is connected to the gate of the Pch POWER MOS FET 203. The resistance value of the resistor 207 is at least 100 times the resistance value of the resistors 208 and 209. For example, the resistance value of the resistor 207 is 1 MΩ, and the resistance values of the resistors 208 and 209 are 470Ω.

保護回路部２００の放電制御は、例えば、本体負荷モータ側が制御ＩＣ２０１の外部端子２０６をＧＮＤレベルへ接続することで、制御ＩＣ２０１は本体負荷モータが操作された事を検出し、制御用端子２０２から信号を出力して、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にし、電池ブロック１０１のエネルギーを出力制御する。   For example, when the main body load motor side connects the external terminal 206 of the control IC 201 to the GND level, the control IC 201 detects that the main body load motor has been operated. A signal is output, the Nch POWER MOS FET 203 is turned on, and the output of the energy of the battery block 101 is controlled.

本発明の電池ブロック１０１では本体側に大電流を流すために、ゲート閾値電圧が高いＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を使用している。Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧は１０Ｖ〜１３Ｖで、温度係数は０．０１〜０．２である。そして、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は、本体連続許容電力および短絡時に流れる電流のため４個の並列接続としている。   In the battery block 101 of the present invention, an Nch POWER MOS FET 203 having a high gate threshold voltage is used in order to flow a large current to the main body side. The gate threshold voltage of the Nch POWER MOS FET 203 is 10V to 13V, and the temperature coefficient is 0.01 to 0.2. The Nch POWER MOS FET 203 has four parallel connections because of the main body continuous permissible power and the current that flows during a short circuit.

また、保護回路部２００の保護制御は、例えば、電池ブロック１０１から大電流が流れるとき、制御ＩＣ２０１は電流検出用抵抗２０５の両端の電位差によって流れている電流の大きさを認識し、制御ＩＣ２０１に予め設定されている閾値電位差に達すると制御用端子２０２からＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態にし、放電を禁止する保護制御を行う。   For example, when a large current flows from the battery block 101, the control IC 201 recognizes the magnitude of the current flowing due to the potential difference between both ends of the current detection resistor 205, and controls the control IC 201. When a preset threshold potential difference is reached, the Nch POWER MOS FET 203 is turned off from the control terminal 202 to perform protection control for prohibiting discharge.

また、保護回路部２００は、出力端子の電圧を昇圧するチャージポンプ(昇圧回路)で構成された昇圧部２１１を有している。昇圧部２１１は、制御ＩＣ２０１経由で電池ブロック１０１の正極の電圧を入力し、電池ブロック１０１の正極の電圧を昇圧した後、ＦＥＴ制御部２１２と加速回路部３００へ出力することができる。昇圧部２１１の出力端子から昇圧した電圧が加速回路部３００へ常時供給されている。制御ＩＣ２０１の制御によって、ＦＥＴ制御部２１２がＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を駆動させるため、制御用端子２０２からＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲートへ外部出力端子の電圧を出力する。これにより、加速回路部３００のＮｃｈ ＦＥＴ３０１、Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５が保護回路部２００のＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３よりも先に駆動する。   Further, the protection circuit unit 200 includes a boosting unit 211 configured by a charge pump (boost circuit) that boosts the voltage of the output terminal. The boosting unit 211 can input the positive voltage of the battery block 101 via the control IC 201, boost the positive voltage of the battery block 101, and then output the boosted voltage to the FET control unit 212 and the acceleration circuit unit 300. The boosted voltage is constantly supplied to the acceleration circuit unit 300 from the output terminal of the boosting unit 211. Under the control of the control IC 201, the FET controller 212 drives the Nch POWER MOS FET 203, so that the voltage of the external output terminal is output from the control terminal 202 to the gate of the Nch POWER MOS FET 203. As a result, the Nch FET 301 and the Pch FET 305 of the acceleration circuit unit 300 are driven before the Nch POWER MOS FET 203 of the protection circuit unit 200.

加速回路部３００は、保護回路部２００の制御用端子２０２及びＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲートと加速回路部３００内の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のゲート及びダイオード３０８のカソード側とを接続する構成とする。更に、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のソースは、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソースと接続されている。また、抵抗３０３、コンデンサ３０９、小信号Ｐｃｈ（Ｐチャネル） ＦＥＴ３０５のソース側は、昇圧部２１１の出力端子から出力された昇圧された電圧に接続する構成とする。   The acceleration circuit unit 300 is configured to connect the control terminal 202 of the protection circuit unit 200 and the gate of the Nch POWER MOS FET 203 to the gate of the small signal Nch FET 301 in the acceleration circuit unit 300 and the cathode side of the diode 308. Further, the source of the small signal Nch FET 301 is connected to the source of the Nch POWER MOS FET 203. The source side of the resistor 303, the capacitor 309, and the small signal Pch (P channel) FET 305 is connected to the boosted voltage output from the output terminal of the booster 211.

加速回路部３００内の構成は、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のドレインは抵抗３０２の一方に接続され、抵抗３０２のもう一方は抵抗３０３の一方及び抵抗３１１の一方に接続される。抵抗３１１のもう一方は、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲートとコンデンサ３０９の一方に接続される。ダイオード３０８の一方は、抵抗２０８、抵抗２０９、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のゲートに接続され、もう一方はコンデンサ３０６と抵抗３０７の一方に接続され、コンデンサと抵抗３０７は並列の構成とする。コンデンサ３０６と抵抗３０７のもう一方は、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のドレインに接続される構成とする。   In the configuration of the acceleration circuit unit 300, the drain of the small signal Nch FET 301 is connected to one of the resistors 302, and the other of the resistors 302 is connected to one of the resistors 303 and one of the resistors 311. The other end of the resistor 311 is connected to the gate of the small signal Pch FET 305 and one of the capacitors 309. One of the diodes 308 is connected to the resistor 208, the resistor 209, and the gate of the small signal Nch FET 301, the other is connected to one of the capacitor 306 and the resistor 307, and the capacitor and the resistor 307 are configured in parallel. The other of the capacitor 306 and the resistor 307 is connected to the drain of the small signal Pch FET 305.

保護回路部２００のＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３と、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のそれぞれの用途とＯＮ状態のソースに対するゲート電位とその周辺部品について下記に説明する。   The use of each of the Nch POWER MOS FET 203 of the protection circuit unit 200, the small signal Nch FET 301 and the small signal Pch FET 305 of the acceleration circuit unit 300, the gate potential with respect to the source in the ON state, and its peripheral components will be described below.

Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は、電池部１００のエネルギーを本体側に供給するための電流が流せ、また、本体側出力側の短絡時などに大電流が流れる事も考慮している。Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が＋１０Ｖ以上とする。   The Nch POWER MOS FET 203 allows a current for supplying the energy of the battery unit 100 to the main body side to flow, and also considers that a large current flows when the main body side output side is short-circuited. The gate threshold voltage value at which the Nch POWER MOS FET 203 is turned on is set to a gate potential of +10 V or more with respect to the source potential.

小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１は、制御ＩＣ２０１のＯＮ信号で駆動し、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５をＯＮ状態にさせるために、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲート電位を印加するためである。小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が＋３Ｖ以上とする。   The small signal Nch FET 301 is driven by the ON signal of the control IC 201 to apply the gate potential of the small signal Pch FET 305 in order to turn on the small signal Pch FET 305. The gate threshold voltage value for turning on the small signal Nch FET 301 is set to a gate potential of +3 V or more with respect to the source potential.

抵抗３０２と抵抗３０３の抵抗値は、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＯＮ状態となり、電池部１００の電圧が印加されたときに、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲート・ソースの電圧の耐圧を越えないように抵抗分圧している。   The resistance values of the resistors 302 and 303 are set so that the small signal Nch FET 301 is in an ON state and the voltage of the battery unit 100 is applied so that the breakdown voltage of the gate / source voltage of the small signal Pch FET 305 is not exceeded. Pressure.

また、抵抗３１１は小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲート保護のための電流制限抵抗である。   The resistor 311 is a current limiting resistor for protecting the gate of the small signal Pch FET 305.

小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５は、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＯＮ状態で駆動し、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート電位を電池負極１０３とほぼ同電位にする。小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のＯＮ状態とするゲート閾値電圧値は、ソース電位に対して、ゲート電位が−３Ｖ以上とする。   The small signal Pch FET 305 is driven while the small signal Nch FET 301 is in an ON state, and the gate potential of the Nch POWER MOS FET 203 is made substantially the same as that of the battery negative electrode 103. The gate threshold voltage value at which the small signal Pch FET 305 is turned on has a gate potential of −3 V or more with respect to the source potential.

コンデンサ３０９は、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のＯＮ状態になる速度調整用コンデンサである。コンデンサ３０９の値を大きくすると、ＯＮ状態になる速度は遅くなる。コンデンサ３０９の静電容量の選定は、本体への接続時のリンギング電圧によるＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の誤動作と短絡時のＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の熱損失による熱破壊にいたらないように、０．００１μＦ、０．０４７μＦ、０．０１μＦ、０．１μＦの中から、０．０１μを選定した。   The capacitor 309 is a speed adjusting capacitor that turns on the small signal Pch FET 305. When the value of the capacitor 309 is increased, the speed at which the capacitor 309 is turned on decreases. The capacitance of the capacitor 309 is selected to be 0.001 μF, 0 so as not to cause a malfunction of the Nch POWER MOS FET 203 due to a ringing voltage when connected to the main body and a thermal breakdown due to heat loss of the Nch POWER MOS FET 203 at the time of a short circuit. 0.01μ was selected from 0.047 μF, 0.01 μF, and 0.1 μF.

例えば、ゲート閾値電圧値は、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は１０Ｖで完全にＯＮ状態となり、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１及び小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５は−３ＶでＯＮ状態となり、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３と比較すると、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１の方が先に完全ＯＮ状態になる。   For example, the gate threshold voltage value is 10V for the Nch POWER MOS FET 203, and the small signal Nch FET 301 and the small signal Pch FET 305 are turned on at -3V. Is completely turned on first.

制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２からの信号によりＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３が単独でＯＮ状態へ移行するより、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１と小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５が動作して、加速回路部３００がＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へと移行させる方が、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をより早くＯＮ状態へ完全に移行させる事ができる。つまり、加速回路部３００はＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のＯＮ状態への速度向上させる事ができる。   Since the Nch POWER MOS FET 203 is turned on by the signal from the control terminal 202 of the control IC 201 alone, the small signal Nch FET 301 and the small signal Pch FET 305 of the acceleration circuit unit 300 operate, and the acceleration circuit unit 300 If the POWER MOS FET 203 is shifted to the ON state, the Nch POWER MOS FET 203 can be completely shifted to the ON state earlier. That is, the acceleration circuit unit 300 can increase the speed of the Nch POWER MOS FET 203 to the ON state.

次に、加速回路部３００による本発明の電池パックのＯＮ−ＯＦＦ動作について詳細に説明する。   Next, the ON / OFF operation of the battery pack of the present invention by the acceleration circuit unit 300 will be described in detail.

本体負荷モータ側の制御により制御ＩＣ２０１の外部端子２０６がＧＮＤレベルになることで、制御ＩＣ２０１は電池ブロック１０１から電流出力の開始要求があったと判断する。そして、本体負荷モータ側へのＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にさせるため、制御ＩＣ２０１は、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート電圧が、ソース電位に対して（＋１０〜＋１３）Ｖとなるように制御用端子２０２の電圧を制御する。   When the external terminal 206 of the control IC 201 becomes the GND level by the control on the main body load motor side, the control IC 201 determines that the battery block 101 has requested to start current output. In order to turn on the Nch POWER MOS FET 203 to the main body load motor side, the control IC 201 controls the terminal so that the gate voltage of the Nch POWER MOS FET 203 is (+10 to +13) V with respect to the source potential. The voltage of 202 is controlled.

つまり、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を高速に完全にＯＮ状態へ移行させるためには、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値よりも、ソース電位に対してゲート電圧を高速に上昇させる必要がある。   That is, in order to shift the Nch POWER MOS FET 203 to the ON state completely at high speed, it is necessary to increase the gate voltage at a higher speed than the gate threshold voltage value of the Nch POWER MOS FET 203 at a higher speed.

制御ＩＣ２０１は、制御用端子２０２からの信号によって、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮさせるため、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース電位に対して、ゲート電圧を上昇させ始める。   The control IC 201 starts raising the gate voltage with respect to the source potential of the Nch POWER MOS FET 203 in order to turn on the Nch POWER MOS FET 203 by a signal from the control terminal 202.

Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート閾値電圧値（＋１０Ｖ）より、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１のゲート閾値電圧値（＋３Ｖ）の方が小さいため、この小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３より先にＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる。   Since the gate threshold voltage value (+ 3V) of the small signal Nch FET 301 of the acceleration circuit unit 300 is smaller than the gate threshold voltage value (+ 10V) of the Nch POWER MOS FET 203, the small signal Nch FET 301 is prior to the Nch POWER MOS FET 203. Switch from OFF state to ON state.

小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１は、ソース電圧に対してゲート電圧がゲート閾値電圧値に達すると完全にＯＮ状態となる。すると、電池ブロック１０１の電池正極１０２から、保護回路部２００のダイオード２０４、加速回路部３００の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１、抵抗３０２、抵抗３０３を介して、電池負極１０３へとつながる閉回路となる。   The small signal Nch FET 301 is completely turned on when the gate voltage reaches the gate threshold voltage value with respect to the source voltage. Then, a closed circuit is connected from the battery positive electrode 102 of the battery block 101 to the battery negative electrode 103 via the diode 204 of the protection circuit unit 200, the small signal Nch FET 301, the resistor 302, and the resistor 303 of the acceleration circuit unit 300.

抵抗３０２と抵抗３０３の関係は、小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＯＮした時に、電池部１００の電圧を抵抗３０２と抵抗３０３に分圧する事になるため、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲートとソース間の電圧の耐圧（±２０Ｖ）を超えないように抵抗分圧させる設計としている。   The relationship between the resistor 302 and the resistor 303 is that when the small signal Nch FET 301 is turned on, the voltage of the battery unit 100 is divided into the resistor 302 and the resistor 303. Therefore, the withstand voltage of the voltage between the gate and the source of the small signal Pch FET 305 is reduced. The resistance is divided so that it does not exceed (± 20V).

小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＯＮする事で、抵抗３０２と抵抗３０３の接続部の小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲート電位３０４は、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のソース電位より高くなるため、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５をＯＮさせる。   When the small signal Nch FET 301 is turned on, the gate potential 304 of the small signal Pch FET 305 at the connection portion between the resistor 302 and the resistor 303 becomes higher than the source potential of the small signal Pch FET 305, so that the small signal Pch FET 305 is turned on.

小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５がＯＮ状態となると、電池ブロック１０１の電池正極１０２から、保護回路部２００の抵抗２０７、抵抗２０８を介して、加速回路部３００のダイオード３０８、コンデンサ３０６、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５、電池負極１０３へとつながる閉回路となる。   When the small signal Pch FET 305 is turned on, the diode 308 of the acceleration circuit unit 300, the capacitor 306, the small signal Pch FET 305, the battery from the battery positive electrode 102 of the battery block 101 through the resistor 207 and resistor 208 of the protection circuit unit 200. A closed circuit connected to the negative electrode 103 is formed.

コンデンサ３０６は、電池ブロック１０１より供給されるエネルギーにより、過渡的に電荷が貯まる。   The capacitor 306 transiently accumulates charges due to the energy supplied from the battery block 101.

Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲートの電位、つまり、抵抗２０７、抵抗２０８の接続部２１０の電位は、抵抗２０７の抵抗値が抵抗２０８の抵抗値の１００倍以上であるため、例えば抵抗２０７が１ＭΩで、抵抗２０８が４７０Ωであるため、電池負極１０３の電位付近のほぼ０Ｖの電圧になる。   The potential of the gate of the Nch POWER MOS FET 203, that is, the potential of the connection portion 210 of the resistor 207 and the resistor 208 is 100 times or more the resistance value of the resistor 208, so that the resistor 207 is 1 MΩ, for example. Since the resistance 208 is 470Ω, the voltage is approximately 0 V near the potential of the battery negative electrode 103.

これらにより、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３は、完全ＯＮ状態にすることができるゲート閾値電圧値１０Ｖを十分上回る電位差が発生するため、完全ＯＮ状態へ移行する。   As a result, the Nch POWER MOS FET 203 has a potential difference that sufficiently exceeds the gate threshold voltage value 10V that can be set to the complete ON state, and thus shifts to the complete ON state.

小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１がＯＮ状態になるまでに１〜３［μｓ］、小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５がＯＮ状態になるまでに２〜６［μｓ］、その後Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＮになるまでには合計３〜９［μｓ］の時間が必要となるが、従来のようにＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３が単独で駆動する場合の８０［μｓ］に比べて１０分の１以下の時間で駆動することができる。   1 to 3 [μs] before the small signal Nch FET 301 is turned on, 2 to 6 [μs] before the small signal Pch FET 305 is turned on, and then 3 in total until the Nch POWER MOS FET 203 is turned on. Although a time of .about.9 [.mu.s] is required, it can be driven in a time of 1/10 or less as compared with 80 [.mu.s] when the Nch POWER MOS FET 203 is driven alone as in the prior art.

そして、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のＯＮ状態が続くと、コンデンサ３０６に電荷が貯まると、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート３１０は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２の電位と同電位になる。   Then, if the Nch POWER MOS FET 203 continues to be in the ON state, when charge is accumulated in the capacitor 306, the gate 310 of the Nch POWER MOS FET 203 becomes the same potential as the potential of the control terminal 202 of the control IC 201.

その後、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のゲート３１０は、制御ＩＣ２０１の制御用端子２０２によって、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３のソース電位に対して（＋１０〜＋１３）Ｖとなるように制御される。   Thereafter, the gate 310 of the Nch POWER MOS FET 203 is controlled by the control terminal 202 of the control IC 201 to be (+10 to +13) V with respect to the source potential of the Nch POWER MOS FET 203.

また、コンデンサ３０６の電荷は、次回のＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態にする時のために、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＦＦに切替えられると、抵抗３０７を介して消費される。   In addition, the charge of the capacitor 306 is consumed via the resistor 307 when the Nch POWER MOS FET 203 is switched off for the next time when the Nch POWER MOS FET 203 is turned on.

最後に、本発明の電池パックの異常動作時の保護制御について説明する。例えば、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３がＯＮ状態になった後に、本体負荷モータ側が短絡されていることがわかった場合を図１で説明する。   Finally, protection control during abnormal operation of the battery pack of the present invention will be described. For example, a case where it is found that the main body load motor side is short-circuited after the Nch POWER MOS FET 203 is turned on will be described with reference to FIG.

本体負荷モータ側が短絡され、外部端子２０６がＧＮＤレベルになった場合、制御ＩＣ２０１は使用者が起動したと認識し、制御用端子２０２の電圧を（＋１０〜＋１３）Ｖにすることにより、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＮ状態へ移行させる。   When the main body load motor side is short-circuited and the external terminal 206 is at the GND level, the control IC 201 recognizes that the user has started up, and sets the voltage of the control terminal 202 to (+10 to +13) V, so that Nch POWER The MOS FET 203 is shifted to the ON state.

しかしながら、本体負荷モータ側が短絡されているため、電流検出用抵抗２０５によって制御ＩＣ２０１が過大な電流を認識し、制御用端子２０２がＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦさせる。   However, since the main body load motor side is short-circuited, the control IC 201 recognizes an excessive current through the current detection resistor 205, and the control terminal 202 turns off the Nch POWER MOS FET 203.

制御ＩＣ２０１は外部端子２０６がＧＮＤレベルに接続されたことを認識し、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３をＯＦＦ状態からＯＮ状態へ移行させる動作の加速化をさせることと短絡保護動作が機能し、ＯＮ状態からＯＦＦ状態とした時の結果を図２にしめす。   The control IC 201 recognizes that the external terminal 206 is connected to the GND level, accelerates the operation of shifting the Nch POWER MOS FET 203 from the OFF state to the ON state, and the short-circuit protection operation functions. FIG. 2 shows the result when the state is obtained.

図２は、本発明の実施の形態１における電池パックを用いて、本体負荷モータ側を短絡した時の電気特性を示すグラフである。横軸に制御ＩＣがＯＮになってからの時間、縦軸にＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の両端電圧（ソース−ドレイン間電圧）を実線で、その時流れた電流を破線で示している。   FIG. 2 is a graph showing electrical characteristics when the main body load motor side is short-circuited using the battery pack according to Embodiment 1 of the present invention. The horizontal axis indicates the time after the control IC is turned on, and the vertical axis indicates the voltage across the Nch POWER MOS FET 203 (source-drain voltage) with a solid line, and the current flowing at that time is indicated with a broken line.

図２に示すように、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の 両端電圧が低下して、ＯＦＦ状態からＯＮ状態へと切り替わる時間が約５［μｓ］と短いため、その間に発生する切替え時の電力損失が３９．６［Ｗ］しか発生しない。そして、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３の温度係数から計算した温度上昇が０．９１［Ｋ］に抑制することができたことがわかった。   As shown in FIG. 2, since the voltage at both ends of the Nch POWER MOS FET 203 decreases and the time for switching from the OFF state to the ON state is as short as about 5 [μs], the power loss at the time of switching occurring during that time is 39. Only 6 [W] occurs. Then, it was found that the temperature increase calculated from the temperature coefficient of the Nch POWER MOS FET 203 could be suppressed to 0.91 [K].

かかる構成によれば、保護回路部のＮｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴのゲート電圧の上昇を加速回路部の小信号Ｎｃｈ ＦＥＴと小信号Ｎｃｈ ＦＥＴとで加速させることで、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ２０３を高速にＯＮ状態にすることができ、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴのＯＮ状態への切替え時の温度上昇を抑制することができる。   According to this configuration, the increase in the gate voltage of the Nch POWER MOS FET in the protection circuit unit is accelerated by the small signal Nch FET and the small signal Nch FET in the acceleration circuit unit, so that the Nch POWER MOS FET 203 is turned on at high speed. It is possible to suppress the temperature rise when the Nch POWER MOS FET is switched to the ON state.

なお、本実施の形態において、電池ブロック１０１を定格４．２Ｖの１８６５０サイズの円筒形リチウムイオン電池６０個を１０直列６並列で電気的に接続しているものとしたが、高電圧、高電流の出力が可能な電池であれば、リチウムイオン電池以外のニッケル水素電池やニッカド電池であってもよい。   In the present embodiment, 60 block 18650 size cylindrical lithium ion batteries with a rating of 4.2 V are electrically connected in 10 series and 6 parallel in this embodiment. As long as the battery is capable of output, a nickel hydride battery or a nickel cadmium battery other than the lithium ion battery may be used.

なお、加速回路部３００に小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ３０１と小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５を用いたが、Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴやＰｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴを用いても同様の効果を得ることが可能である。   Although the small signal Nch FET 301 and the small signal Pch FET 305 are used in the acceleration circuit unit 300, the same effect can be obtained even if an Nch POWER MOS FET or a Pch POWER MOS FET is used.

なお、本実施の形態において、昇圧部２１１は制御ＩＣ２０１に内蔵するとしたが、昇圧部２１１は制御ＩＣ２０１の外に配置するとしてもよい。その場合は、電池ブロック１０１の電圧を制御ＩＣ２０１を経由しないで直接入力し、昇圧して加速回路部３００に出力する。   In the present embodiment, the booster 211 is built in the control IC 201, but the booster 211 may be arranged outside the control IC 201. In that case, the voltage of the battery block 101 is directly input without going through the control IC 201, boosted and output to the acceleration circuit unit 300.

本発明にかかる電池パックは、ＮチャネルＦＥＴのＯＮ状態への動作を高速化することで、熱損失による過渡熱破壊を抑制することができるので、放電電流の放電制御及び保護制御を行うＦＥＴの過渡熱破壊を抑制する電池パック等として有用である。   The battery pack according to the present invention can suppress the transient thermal destruction due to heat loss by speeding up the operation of the N-channel FET to the ON state, so that the FET that performs discharge control and protection control of the discharge current can be suppressed. It is useful as a battery pack that suppresses transient thermal destruction.

１００ 電池部
１０１ 電池ブロック
１０２ 電池正極
１０３ 電池負極
２００ 保護回路部
２０１ 制御ＩＣ
２０２ 制御用端子
２０３ Ｎｃｈ ＰＯＷＥＲ ＭＯＳ ＦＥＴ
２０４ ダイオード
２０５ 電流検出用抵抗
２０６ 外部端子
２０７ 抵抗
２０８ 抵抗
２０９ 抵抗
２１０ 接続部
２１１ 昇圧部
２１２ ＦＥＴ制御部
３００ 加速回路部
３０１ 小信号Ｎｃｈ ＦＥＴ
３０２ 抵抗
３０３ 抵抗
３０４ 小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ３０５のゲート電位
３０５ 小信号Ｐｃｈ ＦＥＴ
３０６ コンデンサ
３０７ 抵抗
３０８ ダイオード
３０９ コンデンサ
３１０ ゲート
３１１ 抵抗 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Battery part 101 Battery block 102 Battery positive electrode 103 Battery negative electrode 200 Protection circuit part 201 Control IC
202 Control terminal 203 Nch POWER MOS FET
204 Diode 205 Current detection resistor 206 External terminal 207 Resistor 208 Resistor 209 Resistor 210 Connection unit 211 Boosting unit 212 FET control unit 300 Acceleration circuit unit 301 Small signal Nch FET
302 Resistor 303 Resistor 304 Small Signal Pch FET 305 Gate Potential 305 Small Signal Pch FET
306 Capacitor 307 Resistance 308 Diode 309 Capacitor 310 Gate 311 Resistance

Claims (4)

電池部の放電電流を保護制御する第１のＮチャネルＦＥＴを有する保護制御部と、前記第１のＮチャネルＦＥＴの動作を加速化させる第２のＮチャネルＦＥＴとＰチャネルＦＥＴを有する加速部を備える電池パックであって、
前記第１のＮチャネルＦＥＴは、
ドレインが前記電池部の正極と接続され、
ソースが外部端子に接続され、
ゲートが第１の抵抗を介して前記電池部の正極に接続され、更に、前記第１の抵抗より抵抗値が小さい第２の抵抗を介して制御部の制御端子に接続され、
前記第２のＮチャネルＦＥＴは、
ソースが前記第１のＮチャネルＦＥＴのソースと接続され、
ドレインが第３の抵抗を介して前記電池部の電圧を昇圧する昇圧部の出力端子と接続され、
ゲートが前記制御端子に接続され、
前記ＰチャネルＦＥＴは、
ソースが前記昇圧部の出力端子と接続され、
ドレインが前記第２の抵抗に接続され、
ゲートが前記第３の抵抗を介して前記昇圧部の出力端子と接続される電池パック。 A protection control unit having a first N-channel FET for protecting and controlling the discharge current of the battery unit; and an acceleration unit having a second N-channel FET and a P-channel FET for accelerating the operation of the first N-channel FET. A battery pack comprising:
The first N-channel FET is
The drain is connected to the positive electrode of the battery unit,
The source is connected to the external terminal,
The gate is connected to the positive electrode of the battery unit through a first resistor, and further connected to the control terminal of the control unit through a second resistor having a resistance value smaller than that of the first resistor.
The second N-channel FET is
A source connected to the source of the first N-channel FET;
The drain is connected to the output terminal of the boosting unit that boosts the voltage of the battery unit via a third resistor,
A gate is connected to the control terminal;
The P-channel FET is
A source is connected to the output terminal of the booster;
A drain connected to the second resistor;
A battery pack in which a gate is connected to an output terminal of the boosting unit via the third resistor. 前記ＰチャネルＦＥＴのゲートと前記昇圧部の出力端子とに接続された第１のコンデンサを有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。   The battery pack according to claim 1, further comprising a first capacitor connected to a gate of the P-channel FET and an output terminal of the boosting unit. 前記第２のＮチャネルＦＥＴのドレインと前記第３の抵抗との間、かつ、前記第２のＮチャネルＦＥＴのドレインと前記ＰチャネルＦＥＴのゲートの間に接続される第４の抵抗を有し、
前記第３の抵抗と前記第４の抵抗の抵抗値比率が、前記電池部の電圧を分圧した前記ＰチャネルＦＥＴのゲート電圧が限界耐圧以下になる比率であることを特徴とする請求項１に記載の電池パック。 A fourth resistor connected between the drain of the second N-channel FET and the third resistor and between the drain of the second N-channel FET and the gate of the P-channel FET; ,
2. The resistance value ratio between the third resistor and the fourth resistor is a ratio in which a gate voltage of the P-channel FET obtained by dividing the voltage of the battery unit is equal to or lower than a limit withstand voltage. The battery pack described in 1. 前記ＰチャネルＦＥＴと前記第２の抵抗との間に、第２のコンデンサと第５の抵抗の並
列回路を有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
Between the front Symbol the second resistor and the P-channel FET, battery pack according to claim 1, characterized in that it comprises a second capacitor parallel circuit of a fifth resistor.
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