JPH0681426B2 - 再充電可能な電池の過放電保護回路 - Google Patents

再充電可能な電池の過放電保護回路

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JPH0681426B2
JPH0681426B2 JP4277598A JP27759892A JPH0681426B2 JP H0681426 B2 JPH0681426 B2 JP H0681426B2 JP 4277598 A JP4277598 A JP 4277598A JP 27759892 A JP27759892 A JP 27759892A JP H0681426 B2 JPH0681426 B2 JP H0681426B2
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rechargeable battery
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voltage
battery
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ジョン・レオ・スターマン
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、電池の内部に化学的変
化及び物理的変化が生じ、電池を充分に再充電すること
ができなくなる電圧以下にまで放電しないように、電
池、特に、再充電可能な電池を保護することに関する。
【０００２】
【従来の技術】再充電可能な電池は高価である。そし
て、電池の容量が増加すると、値段も高くなる。再充電
可能なニッケル・カドミウム電池及びリチウム電池は、
貯蔵寿命が長く、容量が大きく、ラップコンピュータ、
ポータブル電気工具、及び、高輝度ランプに使った場
合、使い易いという特徴を有する。リチウム電池は、も
しも、その容量を超えて使用すると、爆発する傾向にあ
る。ニッケル・カドミウム電池は、もしも、しきい値以
下まで放電すると、極牲が逆になる。
【０００３】もしも、再充電する前に、あまりに多くの
エネルギーを取り出すと、再充電可能な電池は、取り返
しのつかない程、こわれてしまう。もしも、電池のエネ
ルギーレベルが、あるしきい値以下になってから、電力
を取り出すと、内部に、化学的変化及び物理的変化が生
じる。
【０００４】従来の技術で用いられていた回路は、電池
と負荷に直列に接続した通常開いている接点を有し、負
荷に直列又は並列に接続したリレーを含む。リレーを作
動状態に保持するために、電池を充分に充電している
間、電池は負荷に結合される。リレーの特性に依存する
値以下に電圧がさがると、リレーは開放され、電池と負
荷の間の回路を開放する。この装置は、リレーのコイル
で、電力量を消費し過ぎる。したがって、この装置に適
したリレーは高価である。長い間保持されているリレー
は、保持する傾向にあり、リレー素子が磁化されている
ために、充分な電力が供給されないときは、開放するこ
とができない。
【０００５】他の従来の技術で用いられていた回路は、
多数の回路素子を使用した固体回路を有し、加えられた
電圧を検知し、検知された電圧が、予め決められた値に
なったとき、スイッチ（通常はトランジスタ）を動作さ
せる。回路そのものは電力を消費するが、充電可能な電
池の動作時間を短かくしている。
【０００６】米国特許第４，３４２，９５３号明細書に
は、再充電可能な電池の過放電を防止するための電池の
保護回路が示されている。再充電可能な電池によって供
給され、遮断電圧に近づくにしたがって、薄暗くなる光
を生じさせる検知段が備えられている。
【０００７】米国特許第４，０５６，７６５号明細書に
は、電池の充電と関係のある出力電圧を検知する３個の
モニタ回路が示されている。第１モニタ回路は、ツェナ
ーダイオードを使って、非常に低い電池の電圧を検知し
ている。第２モニタ回路は、非常に低い電源電圧を検知
している。第３モニタ回路は、非常に高い充電電圧を検
知している。これらのモニタ回路は、電圧を制御しない
で、単に、さまざまな状態を表示している。
【０００８】米国特許第４，７８５，２２９号明細書に
は、モニタされた電圧が、予めきめられたしきい値以下
になったとき、電力を遮断するための電池の保護回路が
示されている。
【０００９】米国特許第４，６９８，５７８号明細書に
は、電池から負荷への電力の供給を制御するための回路
が示されている。電池に残っているエネルギーが、きめ
られた値にまで低下したということを、回路が検知する
と、オペレータに通知される。
【００１０】米国特許第４，２９１，２６６号明細書に
は、例えば、理想ダイオード、すなわち、実際のダイオ
ードの順方向電圧降下を除いたダイオード、として動作
する太陽電池から電池を充電する回路が示されている。
これは、電子腕時計のような低電流回路の損失を減らし
ている。
【００１１】米国特許第４，３０２，７９１号明細書に
は、保護装置に正及び負の電圧を、同時に加えたり、又
は、加えなかったりするためのスイッチとして、一対の
ＭＯＳＦＥＴトランジスタを使った回路が示されてい
る。これは、演算増幅器に電力を順番に供給するとき、
例えば、電力供給装置の一つが中断されるか異常になっ
たとき、電力の供給された装置を異常でアンバランスな
電力供給状態にするのに役立つ。
【００１２】米国特許第４，５４６，３０２号明細書
は、電流により制御された電池の充電回路を、逆極牲回
路又は短絡回路による損傷から保護するための回路に関
する。
【００１３】米国特許第４，９８０，７４６号明細書に
は、バックアップ電力を供給している電池を隔離するた
めの集積回路で構成されたダイオードが示されている。
その結果、第１次電力の供給が行われている間は、電池
を充電することができない。この発明は、基板上にダイ
オードを構成し、小数のキャリア拡散が起こらないよう
にしている。
【００１４】米国特許第４，８４５，３９１号明細書に
は、低い順方向電圧降下を有し、早いスイッチング速度
を実現した三端子スイッチング電力供給装置が示されて
いる。その回路は、一極牲のゲート電圧によって開閉す
ることができるサイリスタ又はトライアックのように動
作することができる。
【００１５】米国特許第４，７０４，５４２号明細書に
は、待機状態にある電力供給回路が示されている。そし
て、この回路は、電池の電圧が与えられた電圧以下に低
下したとき、電池を切り離す。
【００１６】米国特許第３，７２１，８８７号明細書に
は、双安定回路が示されている。そして、この回路は、
交流供給装置によって、制御されていない電力供給装置
に電力が供給され、電力を負荷に供給する。交流供給装
置が停止すると、負荷は、電池のバックアップ供給装置
に結合される。電池の電圧がしきい値以下に低下したと
き、負荷は電池から切り離される。交流供給装置が回復
したときのみ、負荷に電力を再供給することができる。
【００１７】米国特許第４，８５７，９８５号明細書に
は、集積回路を逆極牲の電圧から保護するための集積回
路の一部としてＦＥＴが示されている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、その目的を
達成するために、従来の技術で用いられていた回路は、
電圧を検知し、スイッチを制御するのに複雑な回路を使
っている。その回路そのものは、電力を消費し，異常な
状態のもとで、破損又は損傷を受け易い。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）は、そのゲート及びソース
が、再充電可能な電池の端子に接続されている。そし
て、そのドレイン及びゲートは、負荷に接続されてい
る。ソース・ゲート間の電圧が、ＦＥＴの特性に依存す
る、あるしきい値を越えると、電池は、効果的に負荷に
接続される。再充電可能な電池によって供給された電圧
が、ある値（すなわち、ＦＥＴをターンオンするのに必
要な電圧）以下になると、ＦＥＴは導通しなくなり、効
果的に電池を負荷から切り離し、電池が、さらに放電す
るのを防止する。
【００２０】通常、どんな応用にも適する型のＦＥＴが
存在するので、異なった特性を有するＦＥＴが容易に得
られる。重要な特性は、ＦＥＴをターンオンするのに必
要なゲート・ソース間電圧と電力の評価である。ＭＯＳ
ＦＥＴは、漏洩電流が少ないので、この応用に適した有
効なスイッチになる。
【００２１】再充電可能な電池を保護する回路が簡単で
あることは、ラップトップコンピュータからフラッシュ
ライトまでに使われる再充電可能な電池を有する回路
を、一般的に使い易くしている。
【００２２】
【実施例】図面を参照することにより、本発明を詳細に
説明する。図面は、本発明の実施例を示しており、ここ
では、同じ番号は、同じ素子を表している。
【００２３】本発明は、第１端子と第３端子との間の電
圧が、与えられたしきい値を越えている間、第１端子か
ら第２端子へ電流を流す特性を有し、再充電可能な電池
と負荷を接続する三端子装置を使っている。その結果、
再充電可能な電池の電圧がしきい値よりも小さくなる電
圧で、再充電可能な電池が放電するとき、電池を負荷か
ら切り離し、さらに、放電するのを防止する。
【００２４】電界効果トランジスタの特徴は、ゲートと
ソース間に遮断電圧を有することである。本発明を構成
する際、その遮断電圧は、そのようなトランジスタを役
立つものとしている。金属酸化物半導体電界効果トラン
ジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）の特性は、特に、この発明に適
している。なぜならば、遮断特性に加えて、ゲートは無
視し得るほど小さな電流を引き出し、したがって、バイ
ポーラトランジスタの場合のように、遮断後付加的な電
流は流れない。
【００２５】図１の回路において、ＭＯＳＦＥＴ１７の
ゲート端子が、再充電可能な電池１１の負の端子に接続
され、そして、ＭＯＳＦＥＴ１７のソース端子が再充電
可能な電池１１の正の端子に接続されることにより、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１７が順方向にバイアスされている間は、Ｍ
ＯＳＦＥＴ１７は、再充電可能な電池１１から負荷１５
に電流を流すように接続される。
【００２６】再充電可能な電池１１の電圧が、ＭＯＳＦ
ＥＴ１７のゲート・ソース間の遮断電圧の値又はそれよ
りも下の電圧になるまで放電すると、ＭＯＳＦＥＴ１７
は、効果的に再充電可能な電池１１を負荷１５から切り
離し、再充電可能な電池１１が、さらに放電するのを防
止する。
【００２７】ＭＯＳＦＥＴ１７のゲート電流は非常に少
ないので、再充電可能な電池１１は、これ以上放電しな
い。
【００２８】前記目的に適し、典型的に商業上利用でき
るＭＯＳＦＥＴは、モトローラＭＴＰ３Ｎ４０である。
これは、遮断電圧が約４ボルトである。
【００２９】もしも、必要ならば、図２に示された実施
例に説明されているように、遮断電圧を分圧器によって
セットすることができる。ＭＯＳＦＥＴ１７のゲート端
子が抵抗２１と抵抗２３によって形成された分圧器に接
続されていること以外は、再充電可能な電池１１、負荷
１５、及び、ＭＯＳＦＥＴ１７は、前述のように動作す
る。この技術分野においてよく知られた方法で抵抗値を
選ぶことにより、ＭＯＳＦＥＴ１７の遮断電圧を、予め
きめられた値にセットすることができる。ＭＴＰ３Ｎ４
０の場合では、再充電可能な電池１１によって供給され
た電圧が６ボルト以下になったとき、ＭＯＳＦＥＴ１７
を遮断するようにバイアスすることができる。
【００３０】本発明では、本発明の好ましい実施例を参
照して、特に示され、そして、記述されたので、本発明
の趣旨及び範囲から離れることなく、形及び細部に種々
の変更及び修正をすることができるということを、この
分野に精通した技術者は理解するであろう。
【００３１】
【発明の効果】本発明により、再充電可能な電池によっ
て供給された電圧がある値以下になると効果的に電池を
負荷から切り離し、電池がさらに放電するのを防止する
簡単な回路構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】 １１ 再充電可能な電池 １５ 負荷 １７ ＭＯＳＦＥＴ ２１，２３ 抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 米国特許5049805（ＵＳ，Ａ)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】電力供給源に接続するための第１端子手段
    と第２端子手段を有する負荷手段と、 前記負荷手段に電力を供給するための第１端子手段と第
    ２端子手段を有する再充電可能な電池手段であって、前
    記再充電可能な電池手段に致命的な損傷が起こらないよ
    うにするためにしきい値電圧以下の放電から保護される
    前記再充電可能な電池手段と、 前記再充電可能な電池手段の第１端子手段に前記負荷手
    段の第１端子手段を接続するための手段と、 前記再充電可能な電池手段の第２端子手段に前記負荷手
    段の第２端子手段を接続するためのソース端子手段、ゲ
    ート端子手段、及び、ドレイン端子手段を有する電界効
    果トランジスタ手段と、 前記再充電可能な電池手段の前記第１端子手段に前記ゲ
    ート端子手段を接続するための手段と、 前記再充電可能な電池手段の第２端子手段に前記ソース
    端子手段を接続するための手段と、 前記再充電可能な電池手段が電界効果トランジスタ手段
    のソース−ゲート特性によってきめられた電圧を越える
    電圧を供給している間、負荷手段に電力を供給するため
    の前記負荷手段の第２端子手段に前記ドレイン端子手段
    を接続するための手段とからなる再充電可能な電池の過
    放電保護回路。
  2. 【請求項２】前記負荷手段の第１端子手段及び第２端子
    手段間に接続された分圧器手段、並びに、前記再充電可
    能な電池手段の第１端子手段の代わりに前記分圧器手段
    の中心に、前記ゲート手段を接続するための手段を含む
    請求項１記載の再充電可能な電池の過放電保護回路。
JP4277598A 1991-11-13 1992-10-16 再充電可能な電池の過放電保護回路 Expired - Lifetime JPH0681426B2 (ja)

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US791812 1991-11-13
US07/791,812 US5179337A (en) 1991-11-13 1991-11-13 Over-discharge protection for rechargeable batteries

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JPH06105473A JPH06105473A (ja) 1994-04-15
JPH0681426B2 true JPH0681426B2 (ja) 1994-10-12

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EP (1) EP0542365B1 (ja)
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