JP6221685B2 - 二次電池の保護回路、電池保護モジュール、電池パック及び処理方法 - Google Patents
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Description
二次電池(141)から電子機器(150)への放電及び充電装置(160)から前記二次電池(141)への充電のための入出力端子(143、144)と前記二次電池(141)の両端端子との間の充放電経路(P1、P2)の導通/遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路(100)であって、
前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出手段(142)と、
前記温度検出手段(142)により所定の温度が検出された場合に、第1の遅延時間(温度検出遅延時間)の経過後に充電経路(P1、P2)を遮断するように制御し、前記温度検出手段(142)の検出結果に基づき前記充電経路(P1、P2)を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第2の遅延時間(遅延時間1)の経過後に前記充電経路(P1、P2)を導通させるように制御する制御手段と、
前記制御手段が前記充電経路(P1、P2)を導通させるように制御してから、第3の遅延時間(遅延時間2)の経過後に、前記充電経路(P1、P2)を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記第1の遅延時間(温度検出遅延時間)は第1の遅延回路(103)により生成され、前記第2の遅延時間(遅延時間)及び前記第3の遅延時間(遅延時間2)は前記第1の遅延時間(温度検出遅延時間)とは別の第2の遅延回路(106)により生成され、前記第2の遅延時間(遅延時間1)は前記第3の遅延時間(遅延時間2)よりも短いことを特徴とする。
<電池パックの全体構成>
(1)電池パック
図1は、本実施形態に係る電池パック140の全体構成を示す図である。図1に示すように、電池パック140は、二次電池141と、サーミスタ142と、入出力端子143、144と、電池保護モジュール120とを内蔵する。
電池保護モジュール120は、入出力端子143、144と、二次電池141の両端端子との間の充放電経路P1、P2の導通/遮断を切り替える切り替え手段である、NMOSトランジスタ121、122を有する。また、NMOSトランジスタ121、122の切り替え動作を制御する、二次電池141の保護回路としての半導体集積回路(IC)100を有する。更に、半導体集積回路100のそれぞれの端子111〜119には、抵抗123、126、コンデンサ124、125等を介して、二次電池141の両端端子やサーミスタ142の端子、あるいは充放電経路P1、P2が、直接的または間接的に接続されている。
半導体集積回路(IC)100は、二次電池141の温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ142を駆動するための電圧を生成するレギュレータ(REG)104を有する。また、レギュレータ104の電圧をサーミスタ142と温度特性のない抵抗123とで分圧することで得られる電圧と、半導体集積回路(IC)100内部の抵抗107、108で分圧することで得られる電圧とを比較するコンパレータ105を有する。
次に、二次電池141の充電禁止条件について説明する。二次電池141の充電禁止条件は、ロジック部101において、例えば、二次電池141の温度等に基づいて定められている。
次に、ロジック部101において、OV端子118の出力("High"または"Low")を制御することで、NMOSトランジスタ121のオンオフの状態を制御する制御モードについて説明する。図2は、ロジック部101の制御モードを説明するための図である。
次に、電池パック140における処理の流れについて説明する。図3は、電池パック140における処理の流れを示すタイムチャートである。図3において、横軸は時間を表している。また、縦軸は、それぞれ、VDD端子111の電圧値、充放電経路P1、P2における充放電電流値、V−端子119の電圧値、二次電池141の温度、CTH端子115の電圧値、CLD端子116の電圧値、OV端子118の出力値を示している。
a)何も接続されていない状態(オープン状態)
b)充電装置160が接続された状態
c)何も接続されていない状態(オープン状態)
d)負荷150が接続された状態
e)何も接続されていない状態(オープン状態)
オープン状態a)では、充放電経路P1、P2に電流が流れないため、充放電電流値、V−端子119の電圧値はゼロとなっている。また、二次電池141の電圧に変化はないため、VDD端子111の電圧値、CLD端子116の電圧値は一定値となっている。更に、二次電池141が発熱することもないため、二次電池141の温度も一定値となっている。なお、この時点では、二次電池141の温度は、閾値(=40℃)を下回っており、通常モードにあるため、OV端子118の出力はHighとなっている。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック140では、
・温度保護モードにおいて、負荷150が接続された場合に(放電電流が流れた場合に)、充電禁止時負荷接続モードに遷移し、OV端子118をHighにすることで寄生ダイオード121dを介して放電が行われるのを回避する構成とした。
・充電禁止時負荷接続モードに遷移後は、所定時間ごとに、一時的に温度保護モードに遷移することで、NMOSトランジスタ121をオフの状態にする構成とした。
・NMOSトランジスタ121がオフの状態におけるV−端子119の電圧値を監視することで、負荷150が接続されているか否か(放電電流が終了しているか否か)を判定する構成とした。
上記第1の実施形態では、充電禁止時負荷接続モードにおいて負荷150が非接続となりオープン状態e)に推移した状態で、負荷150が非接続となったことを検知する場合の処理について説明した。
図4は、充電禁止時負荷接続モードにおいて、一時的に温度保護モードに遷移するまでの遅延時間2の間に、充電装置160が接続された状態になっているケースの処理の流れを示すタイムチャートである。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック140では、
・充電禁止時負荷接続モードにおいて、充電装置160が接続された場合、一時的に充電電流が流れるといった事象が生じることとなる。
・当該事象の発生を抑えるために、充電禁止時負荷接続モードにおいては、一時的に温度保護モードに遷移するまでの遅延時間2を一定程度以下に抑える構成とした。
・NMOSトランジスタ121の発熱を抑えるために、充電禁止時負荷接続モードにおいて温度保護モードに遷移させるまでの遅延時間2(T2)と、温度保護モードに遷移している遅延時間1(T1)との比率を、T2:T1=10:1以上に設定する構成とした。
上記第1の実施形態では、温度保護モードにおいて、負荷150が接続された場合に、充電禁止時負荷接続モードに遷移する構成としたが、本発明はこれに限定されない。充電禁止条件が成立している場合(すなわち、OV端子118がLowの状態)であれば、温度保護モード以外のモードにおいても同様に適用されうる。
図5は、過充電モードに遷移している状態において、負荷150が接続された場合に、充電禁止時負荷接続モードに遷移する様子を示した図である。以下、図2との相違点を中心に説明する。
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック140では、
・過充電モードにおいて、負荷150が接続された場合に(放電電流が終了してない場合に)、充電禁止時負荷接続モードに遷移し、OV端子118の出力をHighにすることで、寄生ダイオード121dを介して放電が行われるのを回避する構成とした。
・充電禁止時負荷接続モードに遷移後は、所定時間ごとに、一時的に過充電モードに遷移することで、NMOSトランジスタ121をオフの状態にする構成とした。
・NMOSトランジスタ121がオフの状態におけるV−端子119の電圧値を監視することで、負荷150が接続されているか否か(放電電流が終了しているか否か)を判定する構成とした。
上記第1乃至3の実施形態では、コンパレータ105の出力値に対して遅延時間を生成する素子と、V−端子119の電圧値に対して遅延時間を生成する素子とを別々に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、共通の素子を用いて構成してもよい。
101 ロジック部
120 電池保護モジュール
140 電池パック
141 二次電池
142 サーミスタ
143、144 入出力端子
150 負荷
160 充電装置
Claims (8)
- 二次電池から電子機器への放電及び充電装置から前記二次電池への充電のための入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の充放電経路の導通/遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路であって、
前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段により所定の温度が検出された場合に、第1の遅延時間の経過後に充電経路を遮断するように制御し、前記温度検出手段の検出結果に基づき前記充電経路を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第2の遅延時間の経過後に前記充電経路を導通させるように制御する制御手段と、
前記制御手段が前記充電経路を導通させるように制御してから、第3の遅延時間の経過後に、前記充電経路を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記第1の遅延時間は第1の遅延回路により生成され、前記第2の遅延時間及び前記第3の遅延時間は前記第1の遅延回路とは別の第2の遅延回路により生成され、前記第2の遅延時間は前記第3の遅延時間よりも短いことを特徴とする二次電池の保護回路。 - 前記第2の遅延時間と前記第3の遅延時間との比率は、1:10以上であることを特徴とする請求項1に記載の二次電池の保護回路。
- 前記制御手段は、
前記判定手段により、前記検出された放電電流が終了していないと判定された場合、前記充電経路を導通させるように制御することを特徴とする請求項1に記載の二次電池の保護回路。 - 前記制御手段は、
前記判定手段により、前記検出された放電電流が終了していると判定された場合、前記充電経路が遮断した状態を維持するように制御することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の二次電池の保護回路。 - 前記制御手段は、
前記充電経路を遮断している状態で、前記判定手段が前記検出された放電電流が終了していないと判定することで、前記充電経路を導通させるように制御した場合において、前記充電経路を一時的に遮断させる処理を、前記判定手段が、前記検出された放電電流が終了していると判定するまで、繰り返すことを特徴とする請求項3または4に記載の二次電池の保護回路。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の二次電池の保護回路と、
前記入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の前記充放電経路の導通/遮断を切り替える切り替え手段と
を有することを特徴とする電池保護モジュール。 - 請求項6に記載の電池保護モジュールと、
前記二次電池と、
前記入出力端子と
を有することを特徴とする電池パック。 - 二次電池から電子機器への放電及び充電装置から前記二次電池への充電のための入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の充放電経路の導通/遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路における処理方法であって、
前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出工程と、
前記温度検出工程において所定の温度が検出された場合に、第1の遅延時間の経過後に充電経路を遮断するように制御し、前記温度検出工程における検出結果に基づき前記充電経路を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第2の遅延時間の経過後に前記充電経路を導通させるように制御する制御工程と、
前記制御工程において前記充電経路を導通させるように制御してから、第3の遅延時間の経過後に、前記充電経路を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定工程と、を有し、
前記第1の遅延時間は第1の遅延回路により生成され、前記第2の遅延時間及び前記第3の遅延時間は前記第1の遅延回路とは別の第2の遅延回路により生成され、前記第2の遅延時間は前記第3の遅延時間よりも短いことを特徴とする処理方法。
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