JP6955173B2

JP6955173B2 - 二次電池保護集積回路

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Publication number: JP6955173B2
Application number: JP2018191964A
Authority: JP
Inventors: 浩平柴田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2021-10-27
Anticipated expiration: 2037-12-08
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Description

本発明は、二次電池保護集積回路に関する。

従来、二次電池の過放電が検出されることにより二次電池の放電を停止させ、その後、二次電池に接続される負荷の開放が検出された場合、二次電池の放電停止を解除する、半導体集積回路が知られている。このような半導体集積回路は、負荷又は充電器のグランドに抵抗を介して接続される負荷開放検出用端子を備える（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０５５７５９号公報

負荷開放検出用端子を備える従来の半導体集積回路は、過放電が検出されると、放電制御トランジスタをオフにして二次電池の放電を停止させるとともに、負荷の開放を検出できるように負荷開放検出用端子をプルダウン抵抗を介してＶＳＳ端子にプルダウンする。

しかしながら、負荷の開放がされないまま負荷が接続され続けると、二次電池の正極、負荷、負荷開放検出用端子、プルダウン抵抗、ＶＳＳ端子、二次電池７０の負極の順路で、微小電流が流れ続けてしまう。

そこで、本開示は、過放電状態で二次電池から微小電流が流れ続けることを防止する、二次電池保護集積回路を提供する。

本開示は、
二次電池の一方の電極と、負荷又は充電器の一方の端子との間の電流経路に直列に挿入される放電制御トランジスタをオフにすることによって、前記二次電池を過放電から保護する二次電池保護集積回路であって、
前記二次電池の過放電及び前記二次電池の過放電からの復帰を検出する検出回路と、
前記二次電池の過放電保護時に前記負荷の開放の有無を監視する負荷監視モードと、前記負荷監視モードよりも消費電力が少なく且つ前記二次電池の過放電保護時に前記充電器の接続の有無を監視する充電器監視モードと、前記二次電池の過放電保護が解除された通常モードとを切り替える制御回路とを備える、二次電池保護集積回路を提供する。

本開示によれば、過放電状態の二次電池から微小電流が流れ続けることを防止することができる。

電池パックの構成の一例を示す図である。二次電池保護集積回路の制御方法の一具体例を示すフローチャートである。図２の制御方法で二次電池保護集積回路を制御したときの第１の動作例を示すタイミングチャートである。図２の制御方法で二次電池保護集積回路を制御したときの第２の動作例を示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、電池パックの構成の一例を示す図である。図１に示される電池パック１００は、二次電池７０と、電池保護装置８０とを内蔵して備える。

二次電池７０は、充放電可能な電池の一例である。二次電池７０は、プラス端子５（Ｐ＋端子）とマイナス端子６（Ｐ−端子）に接続される負荷９０に電力を供給できる。二次電池７０は、プラス端子５とマイナス端子６に接続される充電器９１によって充電されることが可能である。二次電池７０の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。電池パック１００は、負荷９０に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。

負荷９０は、電池パック１００の二次電池７０を電源とする負荷の一例である。負荷９０の具体例として、電動工具などの電動機器や、携帯可能な携帯端末装置などの電子機器が挙げられる。電子機器の具体例として、携帯電話、スマートフォン、コンピュータ、ゲーム機、テレビ、カメラなどが挙げられる。負荷９０は、これらの機器に限られない。

電池保護装置８０は、二次電池７０を電源として動作する二次電池保護装置の一例であり、二次電池７０の充放電を制御することによって二次電池７０を過充電や過放電等から保護する。電池保護装置８０は、プラス端子５と、マイナス端子６と、スイッチ回路３と、電池保護回路１０とを備える。

プラス端子５は、負荷９０又は充電器９１の電源端子が接続され得る端子の一例である。マイナス端子６は、負荷９０又は充電器９１のグランドが接続され得る端子の一例である。

二次電池７０の正極とプラス端子５とは、プラス側電流経路９ａによって接続され、二次電池７０の負極とマイナス端子６とは、マイナス側電流経路９ｂによって接続される。プラス側電流経路９ａは、二次電池７０の正極とプラス端子５との間の充放電電流経路の一例であり、マイナス側電流経路９ｂは、二次電池７０の負極とマイナス端子６との間の充放電電流経路の一例である。

スイッチ回路３は、二次電池７０の負極と、負荷９０又は充電器９１のグランドに接続され得るマイナス端子６との間の電流経路９ｂに直列に挿入される。

スイッチ回路３は、例えば、充電制御トランジスタ１と放電制御トランジスタ２とを備える。充電制御トランジスタ１は、二次電池７０の充電経路を遮断する充電経路遮断部の一例であり、放電制御トランジスタ２は、二次電池７０の放電経路を遮断する放電経路遮断部の一例である。図１の場合、充電制御トランジスタ１は、二次電池７０の充電電流が流れる電流経路９ｂを遮断し、放電制御トランジスタ２は、二次電池７０の放電電流が流れる電流経路９ｂを遮断する。トランジスタ１，２は、電流経路９ｂの導通／遮断を切り替えるスイッチング素子であり、電流経路９ｂに直列に挿入されている。トランジスタ１，２は、例えば、Ｎチャネル型のＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）トランジスタである。

電池保護回路１０は、二次電池保護集積回路の一例である。電池保護回路１０は、スイッチ回路３をオフにすることによって、二次電池７０の保護動作を行う。電池保護回路１０は、二次電池７０の正極と負極との間の電池電圧（"セル電圧"とも称する）で動作する集積回路（ＩＣ）である。電池保護回路１０は、例えば、充電制御端子１１（ＣＯＵＴ端子）、放電制御端子１２（ＤＯＵＴ端子）、監視端子１８（Ｖ−端子）、電源端子１５（ＶＤＤ端子）及びグランド端子１３（ＶＳＳ端子）を備える。

ＣＯＵＴ端子は、充電制御トランジスタ１のゲートに接続され、充電制御トランジスタ１をオン又はオフさせる信号を出力する。ＤＯＵＴ端子は、放電制御トランジスタ２のゲートに接続され、放電制御トランジスタ２をオン又はオフさせる信号を出力する。

Ｖ−端子は、マイナス端子６の電位の監視に使用され、マイナス端子６に接続されている。Ｖ−端子は、例えば、制御回路３２が負荷９０又は充電器９１の接続の有無を監視するのに使用され、トランジスタ１，２とマイナス端子６との間でマイナス側電流経路９ｂに抵抗１４を介して接続されている。

ＶＤＤ端子は、電池保護回路１０の電源端子であり、二次電池７０の正極及びプラス側電流経路９ａに接続されている。ＶＳＳ端子は、電池保護回路１０のグランド端子であり、二次電池７０の負極及びマイナス側電流経路９ｂに接続されている。

電池保護回路１０は、例えば、制御回路３２、出力回路３３、タイマー３１、検出回路２０及びモニタ回路３４を備える。

制御回路３２は、例えば、二次電池７０の過充電又は充電過電流が検知された場合、所定の遅延時間経過後に、充電制御トランジスタ１をオンからオフにする信号（例えば、ローレベルのゲート制御信号）を出力回路３３を介してＣＯＵＴ端子から出力する。制御回路３２は、充電制御トランジスタ１をオフさせることによって、二次電池７０を充電する方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。これにより、二次電池７０の充電が停止し、二次電池７０を過充電又は充電過電流から保護できる。

制御回路３２は、例えば、二次電池７０の過放電又は放電過電流が検知された場合、所定の遅延時間経過後に、放電制御トランジスタ２をオンからオフにする信号（例えば、ローレベルのゲート制御信号）を出力回路３３を介してＤＯＵＴ端子から出力する。制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオフさせることによって、二次電池７０を放電させる方向の電流が電流経路９ｂに流れることを禁止する。これにより、二次電池７０の放電が停止し、二次電池７０を過放電又は放電過電流から保護できる。

制御回路３２は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）を使用せずにアナログの複数の論理回路を用いて形成される。

出力回路３３は、スイッチ回路３を駆動する回路であり、より具体的には、充電制御トランジスタ１を駆動する駆動回路部と、放電制御トランジスタ２を駆動する駆動回路部とを有する。

タイマー３１は、遅延時間の計測に使用され、例えば、入力される所定のパルス信号をカウントするカウンタ回路を含む。

検出回路２０は、ＶＤＤ端子とＶＳＳ端子との間の電圧である電源電圧Ｖｄをモニタする。ＶＤＤ端子は二次電池７０の正極に接続され、ＶＳＳ端子は二次電池７０の負極に接続されているため、電源電圧Ｖｄは、二次電池７０のセル電圧に略等しい。したがって、検出回路２０は、電源電圧Ｖｄをモニタすることによって、二次電池７０のセル電圧を検出できる。

検出回路２０は、所定の過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出された場合、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出されたことを表す過放電検出信号を出力する。また、検出回路２０は、所定の過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出された場合、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出されたことを表す過放電復帰検出信号を出力する。過放電検出電圧Ｖｄｅｔは、過放電検出用の閾値であり、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌは、過放電復帰検出用の閾値である。過放電復帰電圧Ｖｒｅｌは、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも高い電圧値に設定される。

検出回路２０は、例えば、抵抗２１，２２と、基準電圧生成部２４と、コンパレータ２３とを有する。コンパレータ２３は、後述のスイッチ２５がオン状態において、抵抗２１，２１により生成される電源電圧Ｖｄの分圧電圧と基準電圧生成部２４により生成される基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し、その比較結果を制御回路３２に出力する。過放電検出電圧Ｖｄｅｔ及び過放電復帰電圧Ｖｒｅｌは、抵抗２１，２２及び基準電圧Ｖｒｅｆにより設定される。

モニタ回路３４は、Ｖ−端子の電位をモニタし、そのモニタ結果を制御回路３２に出力する。モニタ回路３４は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary ＭＯＳ）インバータである。モニタ回路３４は、Ｖ−端子の電位をコンパレータを用いてモニタする回路でもよい。

電池保護回路１０は、例えば、第１のスイッチＳＷ１及びプルダウン抵抗３６を備え、第１のスイッチＳＷ１及びプルダウン抵抗３６は、Ｖ−端子とＶＳＳ端子との間の電流経路に直列に挿入される。第１のスイッチＳＷ１が制御回路３２によりオンされると、Ｖ−端子は、プルダウン抵抗３６を介してＶＳＳ端子にプルダウンされる。第１のスイッチＳＷ１が制御回路３２によりオフされると、Ｖ−端子がプルダウン抵抗３６を介してＶＳＳ端子にプルダウンされた状態が解除される。

また、電池保護回路１０は、例えば、第２のスイッチＳＷ２及びプルアップ抵抗３５を備え、第２のスイッチＳＷ２及びプルアップ抵抗３５は、Ｖ−端子とＶＤＤ端子との間の電流経路に直列に挿入される。第２のスイッチＳＷ２が制御回路３２によりオンされると、Ｖ−端子は、プルアップ抵抗３５を介してＶＤＤ端子にプルアップされる。第２のスイッチＳＷ２が制御回路３２によりオフされると、Ｖ−端子がプルアップ抵抗３５を介してＶＤＤ端子にプルアップされた状態が解除される。

本実施形態において、制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出された場合、放電制御トランジスタ２をオフにすることにより、二次電池７０の放電を停止させる。これにより、過放電状態の二次電池７０の放電を禁止することができる。また、制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出された場合、第１のスイッチＳＷ１をオンにすることにより、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンする。制御回路３２は、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンして、負荷９０の接続の有無を監視する。

二次電池７０の過放電が検出されている状態では、充電器９１は接続されていないはずである。ここで、放電制御トランジスタ２のオフにより二次電池７０の放電が停止し且つ第１のスイッチＳＷ１のオンによりＶ−端子がＶＳＳ端子にプルダウンされている状態を、"プルダウン状態ｓ１"と定義する。プルダウン状態ｓ１は、第１の状態の一例である。プルダウン状態ｓ１では、Ｖ−端子の電位は、抵抗１４及び負荷９０により、ＶＤＤ端子の電位に上昇している。このプルダウン状態ｓ１において、負荷９０が開放されると（より具体的には、負荷９０がＰ−端子とＰ＋端子の少なくとも一方から外されると）、Ｖ−端子がＶＳＳ端子にプルダウンされているので、Ｖ−端子の電位は、ＶＳＳ端子の電位に低下する。したがって、制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、Ｖ−端子の電位が所定の基準電位Ｖｖｍよりも低下したことをモニタ回路３４によって検出した場合、負荷９０が開放されたと判定できる。基準電位Ｖｖｍは、ＶＳＳ端子よりも大きくＶＤＤ端子よりも小さな電位に設定される。

しかしながら、プルダウン状態ｓ１において負荷９０が開放されなければ、二次電池７０の正極、Ｐ＋端子、負荷９０、Ｐ−端子、抵抗１４、Ｖ−端子、プルダウン抵抗３６、ＶＳＳ端子、二次電池７０の負極の順路で、微小電流が流れ続けてしまう。

そこで、一実施形態における制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが所定の時間ｔｓが経過するまでに検出回路２０により検出されない場合、第１のスイッチＳＷ１をオフにする。これにより、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンすることが解除されるので、上述のような微小電流が流れる経路が遮断される。したがって、過放電状態の二次電池７０から微小電流が流れ続けることを防止することができる。

また、一実施形態における制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが所定の時間ｔｓが経過するまでに検出回路２０により検出されないとする。この場合、制御回路３２は、Ｖ−端子をＶＳＳ端子へのプルダウンからＶＤＤ端子へのプルアップに変更してもよい。すなわち、制御回路３２は、第１のスイッチＳＷ１をオフにし且つ第２のスイッチＳＷ２をオンにすることにより、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンすることからＶＤＤ端子にプルアップすることに切り替えてもよい。

ここで、放電制御トランジスタ２のオフにより二次電池７０の放電が停止し且つ第２のスイッチＳＷ２のオンによりＶ−端子がＶＤＤ端子にプルアップされている状態を、"プルアップ状態ｓ２"と定義する。プルアップ状態ｓ２は、第２の状態の一例である。プルアップ状態ｓ２では、Ｖ−端子の電位は、第２のスイッチＳＷ２のオンにより、ＶＤＤ端子の電位に上昇している。このプルアップ状態ｓ２において、Ｐ＋端子とＰ−端子との間に充電器９１が接続されると、Ｖ−端子の電位は、ＶＳＳ端子の電位以下に低下する。したがって、制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、Ｖ−端子の電位が所定の基準電位Ｖｖｍよりも低下したことをモニタ回路３４によって検出した場合、充電器９１が接続されたと判定できる。

また、一実施形態における制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、充電器９１の接続がＶ−端子の電位に基づき検出され且つ過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されたとする。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオンにすることにより二次電池７０の放電停止を解除するとともに、Ｖ−端子をＶＤＤ端子にプルアップすることを解除してもよい。これにより、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電を許可することができる。

一方、一実施形態における制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが所定の時間ｔｓが経過するまでに検出回路２０により検出されたとする。この場合、制御回路３２は、Ｖ−端子の電位に基づいて負荷９０の接続の有無をモニタ回路３４によりモニタしてもよい。これにより、負荷９０の接続有無のモニタを所定の時間ｔｓの経過を待たずに開始することができる。

例えば、制御回路３２は、負荷９０の非接続がＶ−端子の電位に基づきモニタ回路３４により検出されたとする。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオンにすることにより二次電池７０の放電停止を解除するとともに、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンすることを解除してもよい。これにより、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電を許可することができる。一方、制御回路３２は、負荷９０の非接続がＶ−端子の電位に基づきモニタ回路３４により検出されないとする。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオフ状態に維持する。これにより、負荷９０の非接続が検出されなければ（負荷９０が外されなければ）、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電が許可されないようにすることができる。

図２は、電池保護回路１０の制御方法の一具体例を示すフローチャートである。次に、図１を参照して、図２について説明する。

ステップＳ１１にて、制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄ（"セル電圧"でもよい）が検出回路２０により検出されたか否かを判定する。制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出された場合、ステップＳ１３の処理を実行する。一方、制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されない場合、ステップＳ１１の判定処理を再実行する。

ステップＳ１３にて、制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されてから所定の過放電検出遅延時間ｔｄｅｔが経過したか否かを判定する。過放電検出遅延時間ｔｄｅｔの経過は、タイマー３１によりカウントされる。制御回路３２は、過放電検出遅延時間ｔｄｅｔが経過していないと判定した場合、ステップＳ１１の判定処理を再実行する。一方、制御回路３２は、過放電検出遅延時間ｔｄｅｔが経過したと判定した場合、ステップＳ１５の処理を実行する。

ステップＳ１５にて、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオフにする信号を出力することにより二次電池７０の放電を停止させるとともに、第１のスイッチＳＷ１をオンにする信号を出力することによりＶ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンする。放電制御トランジスタ２のオフにより、過放電状態の二次電池７０の放電は禁止される。制御回路３２は、Ｖ−端子をＶＳＳ端子にプルダウン（接続）して、負荷９０の接続の有無を監視する。

制御回路３２は、ステップＳ１５にてＶ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンして接続することで、電池保護回路１０の動作モードを、負荷９０の接続の有無を監視する負荷監視モードに遷移させる（ステップＳ１７）。

ステップＳ１９にて、制御回路３２は、負荷監視モードにおいて、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄ（"セル電圧"でもよい）が検出回路２０により検出されたか否かを判定する。制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されない場合、ステップＳ２７の処理を実行する。一方、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出された場合、ステップＳ２１の処理を実行する。

ステップＳ２７にて、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されていないと判定してから所定のパワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過したか否かを判定する。パワーセーブ移行時間ｔｐｓは、上述の所定の時間ｔｓの一具体例である。パワーセーブ移行時間ｔｐｓの経過は、タイマー３１によりカウントされる。制御回路３２は、パワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過していないと判定した場合、ステップＳ１９の判定処理を再実行する。一方、制御回路３２は、パワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過したと判定した場合、電池保護回路１０の動作モードを、電池保護回路１０の消費電力を低減するパワーセーブモードに遷移させる（ステップＳ２９）。

ステップＳ２９において、制御回路３２は、Ｖ−端子をＶＳＳ端子へのプルダウンからＶＤＤ端子へのプルアップに変更するとともに、検出回路２０の電源をスイッチ２５により遮断する。つまり、制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄがパワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過するまでに検出されない場合、Ｖ−端子をＶＤＤ端子にプルアップし且つ検出回路２０の電源を遮断する。制御回路３２は、Ｖ−端子をＶＤＤ端子へプルアップすることによって、充電器９１の接続有無を判定できるようになる。また、制御回路３２は、検出回路２０の電源を遮断することによって、電池保護回路１０の消費電力を低減できる。ステップＳ２９では、プルダウン状態ｓ１からプルアップ状態ｓ２に遷移する。

ステップＳ３１にて、制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、充電器９１の接続がＶ−端子の電位に基づき検出されるか否かを判定する。制御回路３２は、充電器９１の接続が検出されるまで、充電器９１の接続がＶ−端子の電位に基づき検出されるか否かを判定する。制御回路３２は、充電器９１の接続が検出されると、パワーセーブモードを解除する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３にて、制御回路３２は、スイッチ２５をオンにすることによって、検出回路２０の電源遮断を解除する。これにより、パワーセーブモードは解除される。制御回路３２は、電池保護回路１０の動作モードを、パワーセーブモードから負荷監視モードに切り替え（ステップＳ１７）、ステップＳ１９の判定処理を再実行する。

ステップＳ１９にて、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されない場合、ステップＳ２７の処理を実行する。一方、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出された場合、ステップＳ２１の処理を実行する。

ステップＳ２１にて、制御回路３２は、モニタ回路３４により検知されるＶ−端子の電位に基づいて、負荷９０の非接続を判定する。制御回路３２は、負荷９０が接続されていると判定された場合、ステップＳ１９の判定処理を再実行する。一方、制御回路３２は、負荷９０が接続されていないと判定された場合、ステップＳ２３の処理を実行する。

ステップＳ２３にて、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されてから（或いは、負荷９０が接続されていないと判定されてから）所定の過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌが経過したか否かを判定する。過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌの経過は、タイマー３１によりカウントされる。制御回路３２は、過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌが経過していないと判定した場合、ステップＳ１９の判定処理を再実行する。一方、制御回路３２は、過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌが経過したと判定した場合、ステップＳ２５の処理を実行する。

ステップＳ２５において、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオンにすることにより二次電池７０の放電停止を解除するとともに、Ｖ−端子をＶＤＤ端子にプルアップすることを解除する。制御回路３２は、ステップＳ２５の処理を実行することで、二次電池７０の放電を許可し、電池保護回路１０の動作モードを負荷監視モードから通常モードへ復帰させる。

図３は、図２の制御方法で電池保護回路１０を制御したときの第１の動作例を示すタイミングチャートである。次に、図１，２を参照して、図３について説明する。

制御回路３２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが検出されてから過放電検出遅延時間ｔｄｅｔが経過するまで、過放電検出電圧Ｖｄｅｔよりも低い電源電圧Ｖｄが継続的に検出されたとする（ステップＳ１３Ｙｅｓ）。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオフにする信号を出力することにより二次電池７０の放電を停止させるとともに、第１のスイッチＳＷ１をオンにする信号を出力することによりＶ−端子をＶＳＳ端子にプルダウンする。放電制御トランジスタ２のオフにより、過放電状態の二次電池７０の放電は禁止される（ステップＳ１５）。放電制御トランジスタ２が少なくともオフすると、Ｖ−端子の電位は、抵抗１４及び負荷９０により、ＶＤＤ端子の電位に上昇する。また、第１のスイッチＳＷ１のオンにより、負荷監視モードが開始する（ステップＳ１７）。

ここで、二次電池７０の放電中の電源端子ＶＤＤの電位は、二次電池７０から出力される放電電流と二次電池７０の内部インピーダンスによる電圧降下分、実際よりも低くなる。そのため、過放電が検出されて放電が停止すると、その電圧降下分が無くなるため、電源端子ＶＤＤの電位は、図３のように上昇する。

図３は、放電停止時の電源端子ＶＤＤの電位上昇により、電源電圧Ｖｄが過放電復帰電圧Ｖｒｅｌまでは上昇しない場合を示す。制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄがパワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過するまでに検出回路２０により検出されない場合、Ｖ−端子のＶＳＳ端子へのプルダウンを解除する（ステップＳ２７Ｙｅｓ）。図３では、制御回路３２は、第１のスイッチＳＷ１をオフにし且つ第２のスイッチＳＷ２をオンにすることで、プルダウン状態ｓ１をプルアップ状態ｓ２に遷移させる。また、制御回路３２は、電池保護回路１０の動作モードを、パワーセーブモードに遷移させる（ステップＳ２９）。例えば、制御回路３２は、スイッチ２５をオフにすることにより、検出回路２０の電源を遮断して、電池保護回路１０の消費電流ＩＤＤ（ＶＤＤ端子から入力されてＶＳＳ端子から出力される電流）を低減する。パワーセーブモードへの遷移により、電池保護回路１０の消費電流ＩＤＤは、図３のように、ほとんど零アンペアまで低減する。

そして、制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、Ｖ−端子の電位が基準電位Ｖｖｍよりも低下することがモニタ回路３４により検出された場合、充電器９１が接続されたと判定する（ステップＳ３１Ｙｅｓ）。制御回路３２は、パワーセーブモードを解除する（ステップＳ３３）。例えば、制御回路３２は、スイッチ２５をオンにすることにより、検出回路２０の電源遮断を解除する。これにより、電池保護回路１０の消費電流ＩＤＤは上昇する。また、検出回路２０の電源遮断の解除により（電源供給の再開により）、検出回路２０は、電源電圧Ｖｄをモニタすることが再び可能になる。

充電器９１が接続されると、二次電池７０は充電されるので、負荷９０が外されていれば、電源電圧Ｖｄは上昇する。したがって、負荷監視モード（ステップＳ１７）での制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄを検出回路２０により検出されることになる（ステップＳ１９Ｙｅｓ）。制御回路３２は、プルアップ状態ｓ２において、Ｖ−端子の電位が基準電位Ｖｖｍよりも低下することがモニタ回路３４により検出されるので、負荷９０は非接続であると判定する（ステップＳ２１Ｙｅｓ）。

そして、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出されてから過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌが経過するまで、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが継続的に検出されたとする（ステップＳ２３Ｙｅｓ）。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオンにする信号を出力することにより二次電池７０の放電停止を解除するとともに、第２のスイッチＳＷ２をオフにする信号を出力する。放電制御トランジスタ２のオンにより、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電は許可される（ステップＳ２５）。

図４は、図２の制御方法で電池保護回路１０を制御したときの第２の動作例を示すタイミングチャートである。次に、図１，２を参照して、図４について説明する。

ここで、二次電池７０の放電中の電源端子ＶＤＤの電位は、二次電池７０から出力される放電電流と二次電池７０の内部インピーダンスによる電圧降下分、実際よりも低くなる。そのため、過放電が検出されて放電が停止すると、その電圧降下分が無くなるため、電源端子ＶＤＤの電位は、図４のように上昇する。

図４は、放電停止時の電源端子ＶＤＤの電位上昇により、電源電圧Ｖｄが過放電復帰電圧Ｖｒｅｌを超えて上昇する場合を示す。制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄがパワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過するまでに検出回路２０により検出される（ステップＳ１９Ｙｅｓ）。負荷９０が外されると、Ｖ−端子の電位は、基準電位Ｖｖｍよりも低下する。したがって、制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、Ｖ−端子の電位が基準電位Ｖｖｍよりも低下することがモニタ回路３４により検出されるので、負荷９０は非接続であると判定する（ステップＳ２１Ｙｅｓ）。

そして、制御回路３２は、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出されてから過放電復帰遅延時間ｔｒｅｌが経過するまで、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが継続的に検出されたとする（ステップＳ２３Ｙｅｓ）。この場合、制御回路３２は、放電制御トランジスタ２をオンにする信号を出力することにより二次電池７０の放電停止を解除するとともに、第１のスイッチＳＷ１をオフにする信号を出力する。放電制御トランジスタ２のオンにより、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電は許可される（ステップＳ２５）。

また、放電停止時の電源端子ＶＤＤの電位上昇により電源電圧Ｖｄが過放電復帰電圧Ｖｒｅｌを超えた後、電源電圧Ｖｄが過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも低下する場合（図４の後半部分参照）がある。この場合、制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄが検出回路２０により検出されないと判定する（ステップＳ１９Ｎｏ）。制御回路３２は、プルダウン状態ｓ１において、過放電復帰電圧Ｖｒｅｌよりも高い電源電圧Ｖｄがパワーセーブ移行時間ｔｐｓが経過するまでに検出回路２０により検出されない場合、Ｖ−端子のＶＳＳ端子へのプルダウンを解除する（ステップＳ２７Ｙｅｓ）。これ以降の動作は、図３と同様のため、その説明を省略する。

このように、本実施形態によれば、負荷９０が外されないと、過放電状態から復帰した二次電池７０の放電を許可することができない。そのため、過放電復帰電圧と電源電圧との比較のみで過放電状態からの復帰を判定する場合に比べて、過放電復帰の検出と解除とが繰り返されることを防止することができる。また、過放電時の消費電流を低減しつつ、効率良く二次電池７０の電荷を使い切ることができる。

以上、二次電池保護集積回路、二次電池保護装置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、充電制御トランジスタ１と放電制御トランジスタ２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１及び放電制御トランジスタ２がマイナス側電流経路９ｂに挿入された形態に限られず、充電制御トランジスタ１及び放電制御トランジスタ２がプラス側電流経路９ａに挿入されてもよい。

２放電制御トランジスタ
３スイッチ回路
６マイナス端子
１０電池保護回路
１３グランド端子
１５電源端子
１８監視端子
２０検出回路
３２制御回路
３３出力回路
７０二次電池
８０電池保護装置
１００電池パック

Claims

二次電池の一方の電極と、負荷又は充電器の一方の端子との間の電流経路に直列に挿入される放電制御トランジスタをオフにすることによって、前記二次電池を過放電から保護する二次電池保護集積回路であって、
前記二次電池の過放電及び前記二次電池の過放電からの復帰を検出する検出回路と、
前記二次電池の過放電保護時に前記負荷の開放の有無を監視する負荷監視モードと、前記負荷監視モードよりも消費電力が少なく且つ前記二次電池の過放電保護時に前記充電器の接続の有無を監視する充電器監視モードと、前記二次電池の過放電保護が解除された通常モードとを切り替える制御回路とを備える、二次電池保護集積回路。
前記制御回路は、前記負荷監視モードにおいて所定時間内に前記二次電池の過放電からの復帰電圧が検出されない場合、前記負荷監視モードから前記充電器監視モードに遷移させる、請求項１に記載の二次電池保護集積回路。
前記制御回路は、前記負荷監視モードにおいて所定時間内に前記二次電池の過放電からの復帰電圧が検出され且つ前記負荷の開放が検出された場合、前記負荷監視モードから前記通常モードに復帰させる、請求項１又は２に記載の二次電池保護集積回路。
前記一方の端子に接続される入力端子の電位に基づいて前記充電器の接続を検出する充電器検出回路を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路。
前記充電器検出回路は、前記入力端子を電源端子にプルアップした状態で前記入力端子の電位の低下を検出することで、前記充電器の接続を検出する、請求項４に記載の二次電池保護集積回路。
前記一方の端子に接続される入力端子の電位に基づいて前記負荷の開放を検出する負荷開放検出回路を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路。
前記負荷開放検出回路は、前記入力端子をグランド端子にプルダウンした状態で前記入力端子の電位の低下を検出することで、前記負荷の開放を検出する、請求項６に記載の二次電池保護集積回路。