JP6908842B2 - 二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パック - Google Patents

二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パック Download PDF

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Description

本発明は、二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パックに関する。
従来、並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特開２０１３−０５９２１２号公報
しかしながら、従来の技術では、各セルに流れる電流を制御する素子は、オン状態かオフ状態かの２状態に制御されるにすぎない。そのため、所望の電流を各セルに流すことが難しい。
そこで、本開示では、所望の電流を各セルに流すことができる、二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パックが提供される。
本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記充電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記充電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記充電制御素子に負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路が提供される。
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
前記セルの夫々に対して設けられ、前記放電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記放電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記放電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記放電制御素子に負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路が提供される。
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記充電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記充電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記充電制御素子に負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路が提供される。
また、本開示の一態様では、
並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記放電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記放電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記放電制御素子に負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路が提供される。
また、本開示の一態様では、
前記二次電池保護回路と、前記二次電池とを備える、電池パックが提供される。
本開示によれば、所望の電流を各セルに流すことができる。
電池パックの構成の一例を示す図である。 各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。 各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。 第１の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。 各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。 第２の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。 各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。 第２の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。 各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。 各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。 第１及び第２の実施形態の変形例におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態の説明を行う。
図１は、本発明の一実施形態である電池パック１００の構成図である。電池パック１００は、負荷接続端子５，６に接続される不図示の外部負荷に電力を供給可能な二次電池２００と、二次電池２００を保護する二次電池保護回路８０とを内蔵して備えている。電池パック１００は、外部負荷に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。外部負荷の具体例として、携帯端末（携帯電話、携帯ゲーム機、ＰＤＡ、モバイルパソコン、スマートフォン、タブレット端末、音楽や映像の携帯プレーヤーなど）、コンピュータ、ヘッドセット、カメラなどの電子機器が挙げられる。
二次電池２００は、負荷接続端子５，６に接続される充電器３００によって充電可能である。二次電池２００の具体例として、リチウムイオン電池やニッケル水素電池などが挙げられる。二次電池２００は、２つのセル２０１，２０２が互いに並列に接続されて構成されている。
二次電池保護回路８０は、負荷接続端子５と、負荷接続端子６と、セル接続端子３，１７，２７とを備え、セル接続端子３，１７，２７に接続された二次電池２００を過電流から保護する電池保護装置である。セル接続端子３は、負荷接続端子５に電源経路８を介して繋がる。セル接続端子１７は、負荷接続端子６に電源経路１６を介して繋がり、セル接続端子２７は、負荷接続端子６に電源経路２６を介して繋がる。セル接続端子３は、セル２０１とセル２０１の両方の正極に接続されている。セル接続端子１７は、セル２０２の負極に接続されずに、セル２０１の負極に接続される。セル接続端子２７は、セル２０１の負極に接続されずに、セル２０２の負極に接続される。
二次電池保護回路８０は、トランジスタ１１，１２，２１，２２を備えている。トランジスタ１１は、セル２０１の充電経路を遮断可能な充電経路遮断部であり、トランジスタ１２は、セル２０１の放電経路を遮断可能な放電経路遮断部である。トランジスタ２１は、セル２０２の充電経路を遮断可能な充電経路遮断部であり、トランジスタ２２は、セル２０２の放電経路を遮断可能な放電経路遮断部である。図示の場合、トランジスタ１１は、セル２０１の充電電流が流れる電源経路１６を遮断でき、トランジスタ１２は、セル２０１の放電電流が流れる電源経路１６を遮断できる。トランジスタ２１は、セル２０２の充電電流が流れる電源経路２６を遮断でき、トランジスタ２２は、セル２０２の放電電流が流れる電源経路２６を遮断できる。
トランジスタ１１，１２は、電源経路１６の導通／遮断を切り替え可能なスイッチング素子であり、電源経路１６に直列に挿入されている。トランジスタ２１，２２は、電源経路２６の導通／遮断を切り替え可能なスイッチング素子であり、電源経路２６に直列に挿入されている。
トランジスタ１１，１２，２１，２２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。トランジスタ１１は、トランジスタ１１の寄生ダイオードの順方向がセル２０１の放電方向に一致するように電源経路１６に挿入されている。トランジスタ１２は、トランジスタ１２の寄生ダイオードの順方向がセル２０１の充電方向に一致するように電源経路１６に挿入されている。トランジスタ２１は、トランジスタ２１の寄生ダイオードの順方向がセル２０２の放電方向に一致するように電源経路２６に挿入されている。トランジスタ２２は、トランジスタ２２の寄生ダイオードの順方向がセル２０２の充電方向に一致するように電源経路２６に挿入されている。
なお、トランジスタ１１，１２，２１，２２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やバイポーラトランジスタなどの他の半導体素子でもよい。また、トランジスタ１１，１２，２１，２２のドレイン−ソース間（又は、コレクタ−エミッタ間）にダイオードが追加されてもよい。
二次電池保護回路８０は、抵抗１３，２３を備えている。抵抗１３は、セル２０１に流れる放電電流又は充電電流の電流値を検出するための検出抵抗であり、セル接続端子１７とトランジスタ１１，１２との間における電源経路１６に直列に挿入されている。抵抗２３は、セル２０２に流れる放電電流又は充電電流の電流値を検出するための検出抵抗であり、セル接続端子２７とトランジスタ２１，２２との間における電源経路２６に直列に挿入されている。
二次電池保護回路８０は、キャパシタ１４，２４を備えている。キャパシタ１４は、抵抗１３に並列に接続されている。キャパシタ１４を抵抗１３に並列に接続することによって、抵抗１３を用いた電流検出の精度が向上する。キャパシタ２４は、抵抗２３に並列に接続されている。キャパシタ２４を抵抗２３に並列に接続することによって、抵抗２３を用いた電流検出の精度が向上する。
二次電池保護回路８０は、保護ＩＣ９０を備えている。保護ＩＣ９０は、二次電池２００から給電されて二次電池２００を保護する二次電池保護集積回路である。保護ＩＣ９０は、一つのチップから構成されている。
保護ＩＣ９０は、ＶＤＤ端子と、ＶＳＳ１端子と、ＶＳＳ２端子とを備えている。ＶＤＤ端子は、抵抗１を介して、セル接続端子３又は電源経路８に接続される正側電源端子である。ＶＳＳ１端子は、セル接続端子１７と抵抗１３との間で電源経路１６に接続される負側電源端子である。ＶＳＳ２端子は、セル接続端子２７と抵抗２３との間で電源経路２６に接続される負側電源端子である。
抵抗１は、ＶＤＤ端子に過電流が流れることを防止する電流制限抵抗である。キャパシタ２は、抵抗Ｒ１とＶＤＤ端子との間に接続された一端と、セル接続端子１７と抵抗１３との間で電源経路１６に接続される他端とを有している。抵抗１とキャパシタ２によって構成されたＲＣローパスフィルタは、ＶＤＤ端子とＶＳＳ１端子との間の電源電圧を平滑化できる。
保護ＩＣ９０は、保護ＩＣ９０のＣＯＵＴ１端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ１１をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ１１をオフできる充電制御回路３４を有している。充電制御回路３４は、充電過電流検出回路３２の出力信号と充電電流制御回路３３の出力信号とを選択的に出力する回路である。
また、保護ＩＣ９０は、保護ＩＣ９０のＤＯＵＴ１端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ１２をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ１２をオフできる放電制御回路３７を有している。放電制御回路３７は、放電過電流検出回路３５の出力信号と放電電流制御回路３６の出力信号とを選択的に出力する回路である。
同様に、保護ＩＣ９０は、保護ＩＣ９０のＣＯＵＴ２端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ２１をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ２１をオフできる充電制御回路４４を有している。充電制御回路４４は、充電過電流検出回路４２の出力信号と充電電流制御回路４３の出力信号とを選択的に出力する回路である。
また、保護ＩＣ９０は、保護ＩＣ９０のＤＯＵＴ２端子から、ハイレベルの信号を出力することでトランジスタ２２をオンでき、ローレベルの信号を出力することでトランジスタ２２をオフできる放電制御回路４７を有している。放電制御回路４７は、放電過電流検出回路４５の出力信号と放電電流制御回路４６の出力信号とを選択的に出力する回路である。
二次電池保護回路８０は、並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路の一例である。二次電池保護回路８０は、保護制御部を有する保護ＩＣ９０を備えている。保護制御部は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられ、対応するセルの保護を制御する。保護制御回路３０は、セル２０１に対して設けられ、セル２０１の保護を制御する保護制御部の一例であり、保護制御回路４０は、セル２０２に対して設けられ、セル２０２の保護を制御する保護制御部の一例である。
保護制御回路３０は、電流検出回路３１と、充電過電流検出回路３２と、充電電流制御回路３３と、充電制御回路３４と、放電過電流検出回路３５と、放電電流制御回路３６と、放電制御回路３７と、過充電検出回路３８と、過放電検出回路３９とを備えている。保護制御回路４０は、電流検出回路４１と、充電過電流検出回路４２と、充電電流制御回路４３と、充電制御回路４４と、放電過電流検出回路４５と、放電電流制御回路４６と、放電制御回路４７と、過充電検出回路４８と、過放電検出回路４９とを備えている。
二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた充電電流制御部と、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた放電電流制御部とを有する保護ＩＣ９０を備えている。
充電電流制御回路３３は、セル２０１に対して設けられた充電電流制御部の一例であり、放電電流制御回路３６は、セル２０１に対して設けられた放電電流制御部の一例である。充電電流制御回路３３及び放電電流制御回路３６は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ１端子又はＣＳ１端子との間の電圧を電源電圧として動作する。同様に、充電電流制御回路４３は、セル２０２に対して設けられた充電電流制御部の一例であり、放電電流制御回路４６は、セル２０２に対して設けられた放電電流制御部の一例である。充電電流制御回路４３及び放電電流制御回路４６は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ２端子又はＣＳ２端子との間の電圧を電源電圧として動作する。
また、二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれの充電経路に設けられた充電制御素子と、二次電池に構成された複数のセルそれぞれの放電経路に設けられた放電制御素子とを備えている。
トランジスタ１１は、セル２０１の充電経路である電源経路１６に設けられた充電制御素子の一例であり、トランジスタ１２は、セル２０１の放電経路である電源経路１６に設けられた放電制御素子の一例である。同様に、トランジスタ２１は、セル２０２の充電経路である電源経路２６に設けられた充電制御素子の一例であり、トランジスタ２２は、セル２０２の放電経路である電源経路２６に設けられた放電制御素子の一例である。
充電過電流検出回路３２は、所定の充電過電流検出閾値を超えていない場合、対応するトランジスタ１１をオンさせる（非飽和領域で動作させる）。充電過電流検出回路３２は、所定の充電過電流検出閾値を超えた場合、対応するトランジスタ１１をオフさせる（遮断領域で動作させる）充電過電流検出信号を出力する。充電過電流検出回路４２が、対応するトランジスタ２１を動作させる場合も同様である。
放電過電流検出回路３５は、所定の放電過電流検出閾値を超えていない場合、対応するトランジスタ１２をオンさせる（非飽和領域で動作させる）。放電過電流検出回路３５は、所定の放電過電流検出閾値を超えた場合、対応するトランジスタ１２をオフさせる（遮断領域で動作させる）放電過電流検出信号を出力する。放電過電流検出回路４５が、対応するトランジスタ２２を動作させる場合も同様である。
充電電流制御回路３３は、充電電流制御回路３３に対応するセル２０１に充電電流Ｉ１が流れている充電期間に充電電流Ｉ１が所定の充電電流値Ｉｃｔｈ１に維持されるようにトランジスタ１１を飽和領域で制御する充電電流制御を行う。トランジスタ１１は、充電電流Ｉ１が流れている充電期間に充電電流Ｉ１が充電電流値Ｉｃｔｈ１に維持されるように充電電流制御回路３３の充電電流制御により飽和領域で動作する充電電流制御素子である。トランジスタ１１は、セル２０１の充電方向に流れる充電電流Ｉ１を充電電流値Ｉｃｔｈ１に維持でき、充電電流制御回路３３は、充電電流Ｉ１が充電電流値Ｉｃｔｈ１に維持されるようにトランジスタ１１を飽和領域で動作させる。
したがって、充電電流制御回路３３は、充電電流Ｉ１が充電電流値Ｉｃｔｈ１からずれても、充電電流Ｉ１が充電電流値Ｉｃｔｈ１に維持されるように充電電流Ｉ１の流れを絞りながら、充電電流Ｉ１を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。
同様に、充電電流制御回路４３は、充電電流制御回路４３に対応するセル２０２に充電電流Ｉ２が流れている充電期間に充電電流Ｉ２が所定の充電電流値Ｉｃｔｈ２に維持されるようにトランジスタ２１を飽和領域で制御する充電電流制御を行う。トランジスタ２１は、充電電流Ｉ２が流れている充電期間に充電電流Ｉ２が充電電流値Ｉｃｔｈ２に維持されるように充電電流制御回路４３の充電電流制御により飽和領域で動作する充電電流制御素子である。トランジスタ２１は、セル２０２の充電方向に流れる充電電流Ｉ２を充電電流値Ｉｃｔｈ２に維持でき、充電電流制御回路４３は、充電電流Ｉ２が充電電流値Ｉｃｔｈ２に維持されるようにトランジスタ２１を飽和領域で動作させる。
したがって、充電電流制御回路４３は、充電電流Ｉ２が充電電流値Ｉｃｔｈ２からずれても、充電電流Ｉ２が充電電流値Ｉｃｔｈ２に維持されるように充電電流Ｉ２の流れを絞りながら、充電電流Ｉ２を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。
なお、電源経路８に流れる充電電流Ｉは、セル２０１及び電源経路１６を流れる充電電流Ｉ１と、セル２０２及び電源経路２６を流れる充電電流Ｉ２との和である。また、充電電流値Ｉｃｔｈ１と充電電流値Ｉｃｔｈ２とは、等しい値でもよいし、異なる値でもよい。
このように、充電電流Ｉ１又はＩ２が所定の充電電流値で維持されることによって、セル２０１とセル２０２の容量が互いに異なっていても、両セル間で過剰な充放電電流が流れることを防止できる。そして、互いに異なる容量を有する複数のセルを並列に接続できるため、限られた実装面積を効率的に使用できる。例えば、容量が小さくなるほどセルの体積は小さくなるので、複数のセルが実装される基板に存在する隙間スペースに、それらの複数のセルのうち相対的に小さな容量を有するセルを実装できる。
また、このように、充電電流Ｉ１又はＩ２が所定の充電電流値で維持されることによって、セル２０１とセル２０２との接続時に両セル間の電圧差が大きくても、両セル間で過剰な充放電電流が流れることを防止できる。また、充電電流Ｉ１又はＩ２が所定の充電電流値で維持されることによって、いずれかのセルが満充電になっても、残りのセルに過剰な充電電流が流れることを防止できる。また、充電電流Ｉ１又はＩ２が所定の充電電流値で維持されることによって、いずれかのセルの内部インピーダンスがセルの劣化等により増加しても、残りのセルに過剰な充電電流が流れることを防止できる。
なお、充電電流制御回路３３は、保護ＩＣ９０のＣＯＵＴ１端子とＶ−１端子との間の電圧値をアナログ的に制御することによって、トランジスタ１１のゲート‐ソース間の電圧値をアナログ的に調整できる。よって、充電電流制御回路３３は、充電電流Ｉ１の電流値を増減しながら調整できる。ＣＯＵＴ１端子は、トランジスタ１１のゲートに接続され、Ｖ−１端子は、抵抗１５を介して、トランジスタ１１のソースに接続される。同様に、充電電流制御回路４３は、保護ＩＣ９０のＣＯＵＴ２端子とＶ−２端子との間の電圧値をアナログ的に制御することによって、トランジスタ２１のゲート‐ソース間の電圧値をアナログ的に調整できる。よって、充電電流制御回路４３は、充電電流Ｉ２の電流値を増減しながら調整できる。ＣＯＵＴ２端子は、トランジスタ２１のゲートに接続され、Ｖ−２端子は、抵抗２５を介して、トランジスタ２１のソースに接続される。
一方、放電電流制御回路３６は、放電電流制御回路３６に対応するセル２０１に放電電流Ｉ１が流れている放電期間に放電電流Ｉ１が所定の放電電流値Ｉｄｔｈ１に維持されるようにトランジスタ１２を飽和領域で制御する放電電流制御を行う。放電電流Ｉ１は、ここでは、図示の矢印とは逆向きの電流を表す。トランジスタ１２は、放電電流Ｉ１が流れている放電期間に放電電流Ｉ１が放電電流値Ｉｄｔｈ１に維持されるように放電電流制御回路３６の放電電流制御により飽和領域で動作する放電電流制御素子である。トランジスタ１２は、セル２０１の放電方向に流れる放電電流Ｉ１を放電電流値Ｉｄｔｈ１に維持でき、放電電流制御回路３６は、放電電流Ｉ１が放電電流値Ｉｄｔｈ１に維持されるようにトランジスタ１２を飽和領域で動作させる。
したがって、放電電流制御回路３６は、放電電流Ｉ１が放電電流値Ｉｄｔｈ１からずれても、放電電流Ｉ１が放電電流値Ｉｄｔｈ１に維持されるように放電電流Ｉ１の流れを絞りながら、放電電流Ｉ１を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。
同様に、放電電流制御回路４６は、放電電流制御回路４６に対応するセル２０２に放電電流Ｉ２が流れている放電期間に放電電流Ｉ２が所定の放電電流値Ｉｄｔｈ２に維持されるようにトランジスタ２２を飽和領域で制御する放電電流制御を行う。放電電流Ｉ２は、ここでは、図示の矢印とは逆向きの電流を表す。トランジスタ２２は、放電電流Ｉ２が流れている放電期間に放電電流Ｉ２が放電電流値Ｉｄｔｈ２に維持されるように放電電流制御回路４６の放電電流制御により飽和領域で動作する放電電流制御素子である。トランジスタ２２は、セル２０２の放電方向に流れる放電電流Ｉ２を放電電流値Ｉｄｔｈ２に維持でき、放電電流制御回路４６は、放電電流Ｉ２が放電電流値Ｉｄｔｈ２に維持されるようにトランジスタ２２を飽和領域で動作させる。
したがって、放電電流制御回路４６は、放電電流Ｉ２が放電電流値Ｉｄｔｈ２からずれても、放電電流Ｉ２が放電電流値Ｉｄｔｈ２に維持されるように放電電流Ｉ２の流れを絞りながら、放電電流Ｉ２を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。
なお、電源経路８に流れる放電電流Ｉ（図示の矢印とは逆向きの電流）は、セル２０１及び電源経路１６を流れる放電電流Ｉ１と、セル２０２及び電源経路２６を流れる放電電流Ｉ２との和である。また、放電電流値Ｉｄｔｈ１と放電電流値Ｉｄｔｈ２とは、等しい値でもよいし、異なる値でもよい。
このように、放電電流Ｉ１又はＩ２が所定の放電電流値で維持されることによって、セル２０１とセル２０２の容量が互いに異なっていても、両セル間で過剰な充放電電流が流れることを防止できる。そして、互いに異なる容量を有する複数のセルを並列に接続できるため、限られた実装面積を効率的に使用できる。例えば、容量が小さくなるほどセルの体積は小さくなるので、複数のセルが実装される基板に存在する隙間スペースに、それらの複数のセルのうち相対的に小さな容量を有するセルを実装できる。
また、このように、放電電流Ｉ１又はＩ２が所定の放電電流値で維持されることによって、セル２０１とセル２０２との接続時に両セル間の電圧差が大きくても、両セル間で過剰な充放電電流が流れることを防止できる。特に、充電電流Ｉ１又はＩ２が所定の充電電流値で維持される上述の機能と組み合わされることによって、両セル間で過剰な充放電電流が流れることを更に迅速に防止できる。
また、放電電流Ｉ１又はＩ２が所定の放電電流値で維持されることによって、電源経路８を介して負荷接続端子５に接続される負荷に対して過剰な負荷電流が流れることを防止できる。
なお、放電電流制御回路３６は、保護ＩＣ９０のＤＯＵＴ１端子とＶＳＳ１端子又はＣＳ１端子との間の電圧値をアナログ的に制御することによって、トランジスタ１２のゲート‐ソース間の電圧値をアナログ的に調整できる。よって、放電電流制御回路３６は、放電電流Ｉ１の電流値を増減しながら調整できる。ＤＯＵＴ１端子は、トランジスタ１２のゲートに接続され、ＶＳＳ１端子は、抵抗１３を介して、トランジスタ１２のソースに接続され、ＣＳ１端子は、抵抗１３を介さずに、トランジスタ１２のソースに接続される。同様に、放電電流制御回路４６は、保護ＩＣ９０のＤＯＵＴ２端子とＶＳＳ２端子又はＣＳ２端子との間の電圧値をアナログ的に制御することによって、トランジスタ２２のゲート‐ソース間の電圧値をアナログ的に調整できる。よって、放電電流制御回路４６は、放電電流Ｉ２の電流値を増減しながら調整できる。ＤＯＵＴ２端子は、トランジスタ２２のゲートに接続され、ＶＳＳ２端子は、抵抗２３を介して、トランジスタ２２のソースに接続され、ＣＳ２端子は、抵抗２３を介さずに、トランジスタ２２のソースに接続される。
充電電流Ｉ１の検出値又は放電電流Ｉ１の検出値は、保護ＩＣ９０の電流検出回路３１が保護ＩＣ９０のＶＳＳ１端子とＣＳ１端子との間の電圧を検出することによって取得できる。電流検出回路３１は、例えば、抵抗１３の両端電圧と抵抗１３に流れる電流の向きとを測定することによって、充電電流Ｉ１の検出値又は放電電流Ｉ１の検出値を取得できる。ＶＳＳ１端子は、セル接続端子１７と抵抗１３の一端との間における電源経路１６に接続され、ＣＳ１端子は、抵抗１３の他端とトランジスタ１１，１２との間における電源経路１６に接続される。
同様に、充電電流Ｉ２の検出値又は放電電流Ｉ２の検出値は、保護ＩＣ９０の電流検出回路４１が保護ＩＣ９０のＶＳＳ２端子とＣＳ２端子との間の電圧を検出することによって取得できる。電流検出回路４１は、例えば、抵抗２３の両端電圧と抵抗２３に流れる電流の向きとを測定することによって、充電電流Ｉ２の検出値又は放電電流Ｉ２の検出値を取得できる。ＶＳＳ２端子は、セル接続端子２７と抵抗２３の一端との間における電源経路２６に接続され、ＣＳ２端子は、抵抗２３の他端とトランジスタ２１，２２との間における電源経路２６に接続される。
電流検出回路３１は、セル２０１に対して設けられた電流検出部の一例である。電流検出回路３１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ１端子又はＣＳ１端子との間の電圧を電源電圧として動作する。同様に、電流検出回路４１は、セル２０２に対して設けられた電流検出部の一例である。電流検出回路４１は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ２端子又はＣＳ２端子との間の電圧を電源電圧として動作する。
二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた充電過電流検出部を有する保護ＩＣ９０を備えている。充電過電流検出回路３２は、セル２０１に対して設けられた充電過電流検出部の一例であり、充電過電流検出回路４２は、セル２０２に対して設けられた充電過電流検出部の一例である。
充電過電流検出回路３２は、所定の第１の充電過電流検出閾値以上の充電電流Ｉ１の検出値を電流検出回路３１から取得した場合、セル２０１を充電する方向の過電流（充電過電流）が検出されたと判断する。充電過電流検出回路３２は、セル２０１の充電過電流が検出された場合、セル２０１に充電電流Ｉ１が流れることを禁止する。充電過電流検出回路３２は、セル２０１に充電電流Ｉ１が流れることを禁止する場合、充電禁止信号（充電過電流検出信号）を出力する。
充電過電流検出回路４２も、充電過電流検出回路３２と同様の回路である。充電過電流検出回路４２は、所定の第２の充電過電流検出閾値以上の充電電流Ｉ２の検出値を電流検出回路４１から取得した場合、セル２０２に充電電流Ｉ２が流れることを禁止する充電禁止信号（充電過電流検出信号）を出力する。
なお、第１の充電過電流検出閾値と第２の充電過電流検出閾値は、等しい値でも異なる値でもよい。
二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた放電過電流検出部を有する保護ＩＣ９０を備えている。放電過電流検出回路３５は、セル２０１に対して設けられた放電過電流検出部の一例であり、放電過電流検出回路４５は、セル２０２に対して設けられた放電過電流検出部の一例である。
放電過電流検出回路３５は、所定の第１の放電過電流検出閾値以上の放電電流Ｉ１の検出値を電流検出回路３１から取得した場合、セル２０１を放電する方向の過電流（放電過電流）が検出されたと判断する。放電過電流検出回路３５は、セル２０１の放電過電流が検出された場合、セル２０１に放電電流Ｉ１が流れることを禁止する。放電過電流検出回路３５は、セル２０１に放電電流Ｉ１が流れることを禁止する場合、放電禁止信号（放電過電流検出信号）を出力する。
放電過電流検出回路４５も、放電過電流検出回路３５と同様の回路である。放電過電流検出回路４５は、所定の第２の放電過電流検出閾値以上の放電電流Ｉ２の検出値を電流検出回路４１から取得した場合、セル２０２に放電電流Ｉ２が流れることを禁止する放電禁止信号（放電過電流検出信号）を出力する。
なお、第１の放電過電流検出閾値と第２の放電過電流検出閾値は、等しい値でも異なる値でもよい。
二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた過充電検出部を有する保護ＩＣ９０を備えている。過充電検出回路３８は、セル２０１に対して設けられた過充電検出部の一例であり、過充電検出回路４８は、セル２０２に対して設けられた過充電検出部の一例である。
過充電検出回路３８は、所定の第１の過充電検出閾値以上のセル電圧をセル２０１について検出することにより、セル２０１に過充電が検出されたと判断する充電過電圧検出回路である。過充電検出回路３８は、セル２０１に過充電が検出された場合、セル２０１を充電することを禁止する。過充電検出回路３８は、セル２０１を充電することを禁止した場合、充電禁止信号（過充電検出信号）を出力する。
過充電検出回路４８も、過充電検出回路３８と同様の回路である。過充電検出回路４８は、所定の第２の過充電検出閾値以上のセル電圧をセル２０２について検出された場合、セル２０２を充電することを禁止し、充電禁止信号（過充電検出信号）を出力する。
なお、第１の過充電検出閾値と第２の過充電検出閾値は、等しい値でも異なる値でもよい。
二次電池保護回路８０は、二次電池に構成された複数のセルそれぞれに対して設けられた過放電検出部を有する保護ＩＣ９０を備えている。過放電検出回路３９は、セル２０１に対して設けられた過放電検出部の一例であり、過放電検出回路４９は、セル２０２に対して設けられた過放電検出部の一例である。
過放電検出回路３９は、所定の第１の過放電検出閾値以下のセル電圧をセル２０１について検出することにより、セル２０１に過放電が検出されたと判断する放電過電圧検出回路である。過放電検出回路３９は、セル２０１に過放電が検出された場合、セル２０１を放電することを禁止する。過放電検出回路３９は、セル２０１を放電することを禁止した場合、放電禁止信号（過放電検出信号）を出力する。
過放電検出回路４９も、過放電検出回路３９と同様の回路である。過放電検出回路４９は、所定の第２の過放電検出閾値以上のセル電圧をセル２０２について検出された場合、セル２０２を放電することを禁止する放電禁止信号（過放電検出信号）を出力する。
なお、第１の過放電検出閾値と第２の過放電検出閾値は、等しい値でも異なる値でもよい。
充電制御回路３４は、過充電検出回路３８と充電過電流検出回路３２のうち少なくとも一つの検出回路から充電禁止信号が出力されたとき、トランジスタ１１をオフする。トランジスタ１１のオフにより、セル２０１の充電電流が流れる電源経路１６を遮断できるので、セル２０１に流れる充電電流を停止でき、セル２０１を過充電又は充電過電流から保護できる。過充電検出回路３８と充電過電流検出回路３２とは、セル２０１の充電を禁止する充電異常検出部の一例である。同様に、充電制御回路４４は、過充電検出回路４８と充電過電流検出回路４２のうち少なくとも一つの検出回路から充電禁止信号が出力されたとき、トランジスタ２１をオフする。トランジスタ２１のオフにより、セル２０２の充電電流が流れる電源経路２６を遮断できるので、セル２０２に流れる充電電流を停止でき、セル２０２を過充電又は充電過電流から保護できる。過充電検出回路４８と充電過電流検出回路４２とは、セル２０２の充電を禁止する充電異常検出部の一例である。
放電制御回路３７は、過放電検出回路３９と放電過電流検出回路３５のうち少なくとも一つの検出回路から放電禁止信号が出力されたとき、トランジスタ１２をオフする。トランジスタ１２のオフにより、セル２０１の放電電流が流れる電源経路１６を遮断できるので、セル２０１に流れる放電電流を停止でき、セル２０１を過放電又は放電過電流から保護できる。過放電検出回路３９と放電過電流検出回路３５とは、セル２０１の放電を禁止する放電異常検出部の一例である。同様に、放電制御回路４７は、過放電検出回路４９と放電過電流検出回路４５のうち少なくとも一つの検出回路から放電禁止信号が出力されたとき、トランジスタ２２をオフする。トランジスタ２２のオフにより、セル２０２の放電電流が流れる電源経路２６を遮断できるので、セル２０２に流れる放電電流を停止でき、セル２０２を過放電又は放電過電流から保護できる。過放電検出回路４９と放電過電流検出回路４５とは、セル２０２の放電を禁止する放電異常検出部の一例である。
充電制御回路３４は、セル２０１とセル２０２との間での同極間の電位差ΔＶ及び／又は電流Ｉ１とＩ２に応じて、充電電流制御回路３３によって充電電流制御するのか充電過電流検出回路３２によって電流停止するのか切り替える。セル２０１とセル２０２との間での同極間とは、図示の場合、セル２０１の負極とセル２０２の負極との間を表す。充電制御回路３４は、例えば、充電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが零又は零よりも大きな設定閾値Ｖｔｈ未満の場合、充電電流制御回路３３が充電電流制御することを禁止し、充電過電流検出回路３２が充電電流Ｉ１の流れを停止することを許可する。逆に、充電制御回路３４は、例えば、充電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上の場合、充電電流制御回路３３が充電電流制御することを許可し、充電過電流検出回路３２が充電電流Ｉ１の流れを停止することを禁止する。
充電制御回路３４は、電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定することによって、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れるか否かを判断できる。充電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上の状態は、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れる状態である。そのような状態では、充電過電流が充電過電流検出回路３２によって検出されても、充電電流制御回路３３が充電電流制御することによって、充電電流Ｉ１を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。逆に、充電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ未満の状態は、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れていない状態である。そのような状態では、充電過電流が充電過電流検出回路３２によって検出されれば、充電電流Ｉ１の流れを停止することができる。
充電制御回路４４も、電位差ΔＶ及び／又は電流Ｉ１とＩ２に応じて、充電電流制御回路４３によって充電電流制御するのか充電過電流検出回路４２によって電流停止するのか切り替える。充電制御回路４４も、充電制御回路３４と同様の回路でよいので、その詳細説明を省略するが、充電電流Ｉ２について、充電制御回路３４と同様の効果が得られる。
放電制御回路３７は、電位差ΔＶ及び／又は電流Ｉ１とＩ２に応じて、放電電流制御回路３６によって放電電流制御するのか放電過電流検出回路３５によって電流停止するのか切り替える。放電制御回路３７は、例えば、放電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが零又は零よりも大きな設定閾値Ｖｔｈ未満の場合、放電電流制御回路３６が放電電流制御することを禁止し、放電過電流検出回路３５が放電電流Ｉ１の流れを停止することを許可する。逆に、放電制御回路３７は、例えば、放電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上の場合、放電電流制御回路３６が放電電流制御することを許可し、放電過電流検出回路３５が放電電流Ｉ１の流れを停止することを禁止する。
放電制御回路３７は、電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上であるか否かを判定することによって、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れるか否かを判断できる。放電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ以上の状態は、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れる状態である。そのような状態では、放電過電流が放電過電流検出回路３５によって検出されても、放電電流制御回路３６が放電電流制御することによって、放電電流Ｉ１を零よりも大きな電流値で流し続けることができる。逆に、放電方向を正の方向としたときの電位差ΔＶが設定閾値Ｖｔｈ未満の状態は、セル２０１とセル２０２との間で過剰な充放電電流が流れていない状態である。そのような状態では、放電過電流が放電過電流検出回路３５によって検出されれば、放電電流Ｉ１の流れを停止することができる。
放電制御回路４７も、電位差ΔＶ及び／又は電流Ｉ１とＩ２に応じて、放電電流制御回路４６によって放電電流制御するのか放電過電流検出回路４５によって電流停止するのか切り替える。放電制御回路４７も、放電制御回路３７と同様の回路でよいので、その詳細説明を省略するが、放電電流Ｉ２について、放電制御回路３７と同様の効果が得られる。
なお、電位差ΔＶは、ＶＳＳ１端子とＶＳＳ２端子との間の電圧（又は、セル接続端子１７とセル接続端子２７との間の電圧）が検出されることによって取得できる。また、電流Ｉ１は、抵抗１３の両端電圧が検出されることによって取得でき、電流Ｉ２は、抵抗２３の両端電圧が検出されることによって取得できる。
図２は、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。第１の実施形態における保護ＩＣ９０は、バランス制御部７１を備える。バランス制御部７１は、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とが互いにバランスするように、抵抗１３，２３の夫々により生ずる検出電圧に基づいて、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１１，２１の夫々の飽和領域で制御する。二次電池２００は、充電器３００から供給される一定の充電電流Ｉｃ（ＣＣ）（例えば、５．６Ａ）によって充電される。
バランス制御部７１は、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とのバランスがとれている状態では、トランジスタ１１，２１の夫々を非飽和領域で動作させる。バランス制御部７１は、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とのバランスがとれていない状態（充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間に電流誤差がある状態）では、トランジスタ１１，２１の夫々を飽和領域で動作させる。
例えば、バランス制御部７１は、セル２０１に対して設けられた上述の充電電流制御回路３３と、セル２０２に対して設けられた上述の充電電流制御回路４３とを有する。
充電電流制御回路３３は、抵抗１３に充電電流Ｉ１が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ３１ａによって増幅し、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負帰還をかけることによって、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１１の飽和領域で制御する。充電電流制御回路３３は、例えば、アンプ３１ａと、オペアンプ３３ａとを有する。例えば、アンプ３１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ３１ａは、抵抗１３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。
アンプ３１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ３３ａの反転入力ノードに入力され、基準電圧Ｖｒｅｆは、オペアンプ３３ａの非反転入力ノードに入力される。オペアンプ３３ａの出力電圧は、トランジスタ１１に入力される制御電圧値を調整するための第１のアナログ調整信号であり、充電制御回路３４に供給される。充電制御回路３４は、充電電流制御回路３３から供給される第１のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ１１を飽和領域で動作させる。
同様に、充電電流制御回路４３は、抵抗２３に充電電流Ｉ２が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ４１ａによって増幅し、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負帰還をかけることによって、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ２１の飽和領域で制御する。充電電流制御回路４３は、例えば、アンプ４１ａと、オペアンプ４３ａとを有する。例えば、アンプ４１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ４１ａは、抵抗２３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。
アンプ４１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ４３ａの反転入力ノードに入力され、基準電圧Ｖｒｅｆは、オペアンプ４３ａの非反転入力ノードに入力される。オペアンプ４３ａの出力電圧は、トランジスタ２１に入力される制御電圧値を調整するための第２のアナログ調整信号であり、充電制御回路４４に供給される。充電制御回路４４は、充電電流制御回路４３から供給される第２のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ２１を飽和領域で動作させる。
基準電圧Ｖｒｅｆは、所定電圧の一例である。基準電圧Ｖｒｅｆは、充電電流制御回路３３，４３の夫々で同じ電圧値に設定された電圧であり、上述の充電電流値Ｉｃｔｈ１，Ｉｃｔｈ２（電流制御値）に対応する電圧である。
このように、抵抗１３に生ずる電圧をアンプ３１ａによって増幅し、オペアンプ３３ａとトランジスタ１１によって負帰還をかけることによって、アンプ３１ａの出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、トランジスタ１１のゲート電圧が調整される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆに応じて、充電電流Ｉ１を所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。同様に、抵抗２３に生ずる電圧をアンプ４１ａによって増幅し、オペアンプ４３ａとトランジスタ２１によって負帰還をかけることによって、アンプ４１ａの出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、トランジスタ２１のゲート電圧が調整される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆに応じて、充電電流Ｉ２を所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。
図３は、第１の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。図３では、充電器３００から供給される一定の充電電流Ｉｃ（ＣＣ）が５．６Ａに設定され、電流制御値が２．９Ａに設定されている。横軸は、時間を表す。
アンプ３１ａの出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆを超えないように（つまり、充電電流Ｉ１が電流制御値２．９Ａを超えないように）、トランジスタ１１のゲート電圧が調整される。Ｉｃ（ＣＣ）＝Ｉ１＋Ｉ２という関係が成立する。よって、充電電流Ｉ１が電流制御値２．９Ａを超えないようにトランジスタ１１のゲート電圧が調整されている期間では、充電電流Ｉ２は２．７Ａを超えないように調整されている。セル２０１が満充電状態に近づくと、充電電流Ｉ１は減少し始めるので、電流値が充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とで逆転するとともに、セル接続端子３（図１参照）における二次電池２００の出力電圧ＢＡＴ＋が上昇し始める。充電電流Ｉ２が電流制御値２．９Ａを超えないようにトランジスタ２１のゲート電圧が調整されている期間では、充電電流Ｉ１は２．７Ａを超えないように調整されている。出力電圧ＢＡＴ＋が所定の満充電電圧に到達すると、充電器３００は、充電電流Ｉｃ（ＣＣ）の出力を停止する。
このように、第１の実施形態によれば、充電電流Ｉ１，Ｉ２は、それぞれ、所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。
図４は、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。第１の実施形態における保護ＩＣ９０は、バランス制御部７１を備える。バランス制御部７１は、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２とが互いにバランスするように、抵抗１３，２３の夫々により生ずる検出電圧に基づいて、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１２，２２の夫々の飽和領域で制御する。二次電池２００は、外部負荷３０１へ出力される一定の放電電流Ｉｄ（ＣＣ）（例えば、５．６Ａ）によって放電される。
バランス制御部７１は、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２とのバランスがとれている状態では、トランジスタ１２，２２の夫々を非飽和領域で動作させる。バランス制御部７１は、放電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とのバランスがとれていない状態（放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間に電流誤差がある状態）では、トランジスタ１２，２２の夫々を飽和領域で動作させる。
例えば、バランス制御部７１は、セル２０１に対して設けられた上述の放電電流制御回路３６と、セル２０２に対して設けられた上述の放電電流制御回路４６とを有する。
放電電流制御回路３６は、抵抗１３に放電電流Ｉ１が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ３１ａによって増幅し、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負帰還をかけることによって、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１２の飽和領域で制御する。放電電流制御回路３６は、例えば、アンプ３１ａと、オペアンプ３６ａとを有する。例えば、アンプ３１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ３１ａは、抵抗１３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。放電電流制御回路３６は、充電電流制御回路３３と共通のアンプ３１ａを使用してもよいし、充電電流制御回路３３が使用するアンプとは別のアンプを使用してもよい。
アンプ３１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ３６ａの反転入力ノードに入力され、基準電圧Ｖｒｅｆは、オペアンプ３６ａの非反転入力ノードに入力される。オペアンプ３６ａの出力電圧は、トランジスタ１２に入力される制御電圧値を調整するための第３のアナログ調整信号であり、放電制御回路３７に供給される。放電制御回路３７は、放電電流制御回路３６から供給ｎｉｙｏｒｉｎにされる第３のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ１２を飽和領域で動作させる。
同様に、放電電流制御回路４６は、抵抗２３に放電電流Ｉ２が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ４１ａによって増幅し、基準電圧Ｖｒｅｆに基づいて負帰還をかけることによって、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ２２の飽和領域で制御する。放電電流制御回路４６は、例えば、アンプ４１ａと、オペアンプ４６ａとを有する。例えば、アンプ４１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ４１ａは、抵抗２３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。放電電流制御回路４６は、充電電流制御回路４３と共通のアンプ４１ａを使用してもよいし、充電電流制御回路４３が使用するアンプとは別のアンプを使用してもよい。
アンプ４１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ４６ａの反転入力ノードに入力され、基準電圧Ｖｒｅｆは、オペアンプ４６ａの非反転入力ノードに入力される。オペアンプ４６ａの出力電圧は、トランジスタ２２に入力される制御電圧値を調整するための第４のアナログ調整信号であり、放電制御回路４７に供給される。放電制御回路４７は、放電電流制御回路４６から供給される第４のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ２２を飽和領域で動作させる。
基準電圧Ｖｒｅｆは、所定電圧の一例である。基準電圧Ｖｒｅｆは、放電電流制御回路３６，４６の夫々で同じ電圧値に設定された電圧であり、上述の放電電流値Ｉｄｔｈ１，Ｉｄｔｈ２（電流制御値）に対応する電圧である。
このように、抵抗１３に生ずる電圧をアンプ３１ａによって増幅し、オペアンプ３６ａとトランジスタ１２によって負帰還をかけることによって、アンプ３１ａの出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、トランジスタ１２のゲート電圧が調整される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆに応じて、放電電流Ｉ１を所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。同様に、抵抗２３に生ずる電圧をアンプ４１ａによって増幅し、オペアンプ４６ａとトランジスタ２２によって負帰還をかけることによって、アンプ４１ａの出力電圧が基準電圧Ｖｒｅｆと一致するように、トランジスタ２２のゲート電圧が調整される。つまり、基準電圧Ｖｒｅｆに応じて、放電電流Ｉ２を所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。
図５は、第１の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。図５では、外部負荷３０１へ出力される一定の放電電流Ｉｄ（ＣＣ）が５．６Ａに設定され、電流制御値が２．９Ａに設定されている。横軸は、時間を表す。充電時の場合と同様に、第１の実施形態によれば、放電時では、放電電流Ｉ１，Ｉ２は、それぞれ、所望の電流値（基準電圧Ｖｒｅｆに対応する電流制御値）に設定することができる。
図６は、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。第２の実施形態における保護ＩＣ９０は、バランス制御部７２を備える。バランス制御部７２は、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２とが互いにバランスするように、抵抗１３，２３の夫々により生ずる検出電圧に基づいて、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１１，２１の夫々の飽和領域で制御する。二次電池２００は、充電器３００から供給される一定の充電電流Ｉｃ（ＣＣ）（例えば、５．６Ａ）によって充電される。バランス制御部７２も、バランス制御部７１と同様に、トランジスタ１１，２１の夫々を非飽和領域又は飽和領域で動作させる。
例えば、バランス制御部７２は、セル２０１に対して設けられた上述の充電電流制御回路３３と、セル２０２に対して設けられた上述の充電電流制御回路４３とを有する。
充電電流制御回路３３は、抵抗１３に充電電流Ｉ１が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ３１ａによって増幅し、アンプ４１ａによって増幅された検出電圧に基づいて充電電流Ｉ１，Ｉ２が互いに同じ電流値になるように負帰還をかける。充電電流制御回路３３は、この負帰還をかけることによって、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１１の飽和領域で制御する。一方、充電電流制御回路４３は、抵抗２３に充電電流Ｉ２が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ４１ａによって増幅し、アンプ３１ａによって増幅された検出電圧に基づいて充電電流Ｉ１，Ｉ２が互いに同じ電流値になるように負帰還をかける。充電電流制御回路４３は、この負帰還をかけることによって、充電電流Ｉ１と充電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ２１の飽和領域で制御する。
充電電流制御回路３３は、例えば、アンプ３１ａと、オペアンプ３３ｂとを有する。例えば、アンプ３１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ３１ａは、抵抗１３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。一方、充電電流制御回路４３は、例えば、アンプ４１ａと、オペアンプ４３ｂとを有する。例えば、アンプ４１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ４１ａは、抵抗２３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。
アンプ３１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ３３ｂの反転入力ノード及びオペアンプ４３ｂの非反転入力ノードに入力される。アンプ４１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ４３ｂの反転入力ノード及びオペアンプ３３ｂの非反転入力ノードに入力される。
オペアンプ３３ｂの出力電圧は、トランジスタ１１に入力される制御電圧値を調整するための第１のアナログ調整信号であり、充電制御回路３４に供給される。充電制御回路３４は、充電電流制御回路３３から供給される第１のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ１１を飽和領域で動作させる。オペアンプ４３ｂの出力電圧は、トランジスタ２１に入力される制御電圧値を調整するための第２のアナログ調整信号であり、充電制御回路４４に供給される。充電制御回路４４は、充電電流制御回路４３から供給される第２のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ２１を飽和領域で動作させる。
このような負帰還を行うことによって、アンプ３１ａの出力電圧とアンプ４１ａの出力電圧とが等しくなる。つまり、アンプ３１ａ，４１ａの増幅率に応じて、充電電流Ｉ１，Ｉ２を所望の同じ電流値に設定することができる。
図７は、第２の実施形態におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。図７では、充電器３００から供給される一定の充電電流Ｉｃ（ＣＣ）が５．６Ａに設定されている。横軸は、時間を表す。図６に示されるように、第２の実施形態によれば、充電電流Ｉ１，Ｉ２は、互いに同じ所望の電流値に設定することができる。
図８は、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一例を示す図である。第２の実施形態における保護ＩＣ９０は、バランス制御部７２を備える。バランス制御部７２は、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２とが互いにバランスするように、抵抗１３，２３の夫々により生ずる検出電圧に基づいて、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１２，２２の夫々の飽和領域で制御する。二次電池２００は、外部負荷３０１へ出力される一定の放電電流Ｉｄ（ＣＣ）（例えば、５．６Ａ）によって放電される。バランス制御部７２も、バランス制御部７１と同様に、トランジスタ１２，２２の夫々を非飽和領域又は飽和領域で動作させる。
例えば、バランス制御部７１は、セル２０１に対して設けられた上述の放電電流制御回路３６と、セル２０２に対して設けられた上述の放電電流制御回路４６とを有する。
放電電流制御回路３６は、抵抗１３に放電電流Ｉ１が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ３１ａによって増幅し、アンプ４１ａによって増幅された検出電圧に基づいて放電電流Ｉ１，Ｉ２が互いに同じ電流値になるように負帰還をかける。放電電流制御回路３６は、この負帰還をかけることによって、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ１２の飽和領域で制御する。一方、放電電流制御回路４６は、抵抗２３に放電電流Ｉ２が流れることにより生ずる検出電圧をアンプ４１ａによって増幅し、アンプ３１ａによって増幅された検出電圧に基づいて放電電流Ｉ１，Ｉ２が互いに同じ電流値になるように負帰還をかける。放電電流制御回路４６は、この負帰還をかけることによって、放電電流Ｉ１と放電電流Ｉ２との間の誤差をトランジスタ２２の飽和領域で制御する。
放電電流制御回路３６は、例えば、アンプ３１ａと、オペアンプ３６ｂとを有する。例えば、アンプ３１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ３１ａは、抵抗１３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。一方、放電電流制御回路４６は、例えば、アンプ４１ａと、オペアンプ４６ｂとを有する。例えば、アンプ４１ａの増幅率が１００倍である場合、アンプ４１ａは、抵抗２３の両端電圧を１００倍した検出電圧を出力する。
アンプ３１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ３６ｂの反転入力ノード及びオペアンプ４６ｂの非反転入力ノードに入力される。アンプ４１ａによって増幅された検出電圧は、オペアンプ４６ｂの反転入力ノード及びオペアンプ３６ｂの非反転入力ノードに入力される。
オペアンプ３６ｂの出力電圧は、トランジスタ１２に入力される制御電圧値を調整するための第３のアナログ調整信号であり、放電制御回路３７に供給される。放電制御回路３７は、放電電流制御回路３６から供給される第３のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ１２を飽和領域で動作させる。オペアンプ４６ｂの出力電圧は、トランジスタ２２に入力される制御電圧値を調整するための第４のアナログ調整信号であり、放電制御回路４７に供給される。放電制御回路４７は、放電電流制御回路４６から供給される第４のアナログ調整信号に応じて、トランジスタ２２を飽和領域で動作させる。
このような負帰還を行うことによって、アンプ３１ａの出力電圧とアンプ４１ａの出力電圧とが等しくなる。つまり、アンプ３１ａ，４１ａの増幅率に応じて、放電電流Ｉ１，Ｉ２を所望の同じ電流値に設定することができる。
図９は、第２の実施形態におけるバランス制御部が、各々の放電経路に流れる放電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。図９では、外部負荷３０１へ出力される一定の放電電流Ｉｄ（ＣＣ）が５．６Ａに設定されている。横軸は、時間を表す。充電時の場合と同様に、第２の実施形態によれば、放電時では、放電電流Ｉ１，Ｉ２は、互いに同じ所望の電流値に設定することができる。
図１０は、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第１の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。図１１は、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの第２の実施形態におけるバランス制御部の構成の一変形例を示す図である。
図１０，１１において、アンプ３１ａとアンプ４１ａの増幅率を互いに異なる値に設定することにより、容量の異なるセルに対して電流制御を行うことが可能である。例えば、セル２０１の容量がセル２０２の容量に比べて大きい場合、セル２０１に対応するアンプ３１ａの増幅率を、セル２０２に対応するアンプ４１ａの増幅率よりも小さく設定される。例えば、アンプ３１ａの増幅率は、５０倍に設定され、アンプ４１ａの増幅率は、３００倍に設定する。
なお、図１０において、基準電圧Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は、充電電流制御回路３３，４３の夫々で異なる電圧値に設定された電圧であり、上述の充電電流値Ｉｃｔｈ１，Ｉｃｔｈ２（電流制御値）に対応する電圧である。
図１２は、第１及び第２の実施形態の変形例におけるバランス制御部が、各々の充電経路に流れる充電電流を互いにバランスさせるときの動作波形の一例を示す図である。図１２では、充電器３００から供給される一定の充電電流Ｉｃ（ＣＣ）が３．５Ａに設定され、Ｖｒｅｆ１の電流制御値が３．０Ａに設定され、Ｖｒｅｆ２の電流制御値が０．５Ａに設定されている。横軸は、時間を表す。図１２に示されるように、第１及び第２の実施形態の変形例によれば、充電電流Ｉ１，Ｉ２は、それぞれ、所望の電流値に設定することができる。
なお、図１０〜１２は、充電電流を制御する回路とその動作について示しているが、放電時も同様に、放電電流Ｉ１，Ｉ２は、それぞれ、所望の電流値に設定することができる。
以上、本実施形態によれば、所望の電流を各セルに流すことができるので、例えば、各セルに流れる電流を互いに等しくすることができる。その結果、各セルに流れる電流のばらつきを抑えることができるので、各セルの劣化の進行を抑制できる。
以上、二次電池保護回路、二次電池保護集積回路及び電池パックを実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。
例えば、セルの並列数は、２つに限られず、３つ以上でもよい。
また、充電制御トランジスタと放電制御トランジスタは、Ｎチャネル型に限られず、Ｐチャネル型でもよい。また、例えば、充電制御トランジスタと放電制御トランジスタの配置位置は、図示の位置に対して互いに置換されてもよい。また、充電制御トランジスタと放電制御トランジスタは、保護ＩＣに内蔵されてもよい。
３ 正側セル接続端子
５ 正側負荷接続端子
６ 負側負荷接続端子
８ 正側電源経路
１１，２１ 充電制御用トランジスタ
１２，２２ 放電制御用トランジスタ
１６，２６ 負側電源経路
１７，２７ 負側セル接続端子
３０，４０ 保護制御回路
３１，４１ 電流検出回路
３２，４２ 充電過電流検出回路
３３，４３ 充電電流制御回路
３４，４４ 充電制御回路
３５，４５ 放電過電流検出回路
３６，４６ 放電電流制御回路
３７，４７ 放電制御回路
３８，４８ 過充電検出回路
３９，４９ 過放電検出回路
８０ 二次電池保護回路
９０ 保護ＩＣ
１００ 電池パック
２００ 二次電池
２０１，２０２ セル

Claims (9)

  1. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
    前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
    前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記充電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記充電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記充電制御素子に負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路。
  2. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの充電が前記充電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
    前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
    前記充電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、他の前記検出電圧に基づいて前記充電電流が互いに同じ電流値になるように負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路。
  3. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、前記放電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
    前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
    前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記放電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記放電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記放電制御素子に負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路。
  4. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの放電が前記放電異常検出部より禁止された場合、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子と、
    前記セルの夫々に対して設けられ、前記放電経路に直列に挿入された検出抵抗と、
    前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
    前記放電電流制御部は、前記検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、他の前記検出電圧に基づいて前記放電電流が互いに同じ電流値になるように負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護回路。
  5. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
    前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
    前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記充電電流制御部は、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記充電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記充電制御素子に負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路。
  6. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過充電と充電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの充電経路を遮断する充電制御素子を動作させて、対応するセルの充電を禁止する充電異常検出部と、
    前記充電経路に流れる充電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた充電電流制御部を有し、
    前記充電電流制御部は、前記充電経路に直列に挿入された検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、他の前記検出電圧に基づいて前記充電電流が互いに同じ電流値になるように負帰還をかけることによって、前記充電電流の誤差を前記充電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記充電電流が所定の充電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路。
  7. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
    前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
    前記複数のセルの容量が異なる構成において、前記放電電流制御部は、前記放電経路に直列に挿入された検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、前記放電電流制御部の夫々で前記対応するセルの容量に基づいて異なる電圧値に設定された所定電圧に基づき前記増幅された前記検出電圧に基づいて前記放電制御素子に負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路。
  8. 並列に接続された複数のセルを有する二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
    前記セルの夫々に対して設けられ、対応するセルの過放電と放電過電流の少なくとも一方を検出したとき、対応するセルの放電経路を遮断する放電制御素子を動作させて、対応するセルの放電を禁止する放電異常検出部と、
    前記放電経路に流れる放電電流が互いにバランスするように制御するバランス制御部とを備え、
    前記バランス制御部は、前記セルの夫々に対して設けられた放電電流制御部を有し、
    前記放電電流制御部は、前記放電経路に直列に挿入された検出抵抗により生ずる検出電圧を増幅し、他の前記検出電圧に基づいて前記放電電流が互いに同じ電流値になるように負帰還をかけることによって、前記放電電流の誤差を前記放電制御素子の飽和領域で前記セルの夫々の前記放電電流が所定の放電電流値に維持されるように制御する、二次電池保護集積回路。
  9. 請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池保護回路と、前記二次電池とを備える、電池パック。
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