JPH07135030A

JPH07135030A - 二次電池の充電回路および放電回路

Info

Publication number: JPH07135030A
Application number: JP6201655A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ichihara; 正貴市原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1993-09-17
Filing date: 1994-08-26
Publication date: 1995-05-23

Abstract

(57)【要約】【目的】複数個の二次電池の充電回路および放電回路に
おいて、過充電および過放電を防止する。【構成】複数個の二次電池の全ての端子を内部で接続せ
ず、外部に取り出した二次電池パックを構成し、各々の
二次電池に対して定電圧回路および定電流回路からなる
専用充電回路を用いて充電する。放電時には、上記二次
電池パックにおいて、複数個の二次電池を、電流供給す
る装置内部で直列に接続し、個々の二次電池毎に過放電
を防止するための電圧検出器を設け、さらに過放電を警
告する手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直列接続した複数個の
二次電池の充電回路および放電回路に関し、特に複数個
の二次電池から成る二次電池パックの充電回路および放
電回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、リチウムイオン二次電池は、単位
体積、重量あたりのエネルギー密度がニッケルカドミウ
ム電池やニッケル水素電池に比べて高く、また、電圧が
ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池の１．２Ｖ
と比較して２．５〜４．２Ｖ程度と高いため今後携帯電
話、超小型パーソナルコンピュータおよび、小型ビデオ
カメラ等への利用の拡大が期待されている。

【０００３】しかしながら、リチウムイオン二次電池を
４．２Ｖの上限電圧以上の電圧で過充電したり、２．５
Ｖの下限電圧以下まで過放電すると、電極に金属リチウ
ムが析出して水と反応し、発火するという課題がある。

【０００４】また、リチウムイオン二次電池は、複数個
直列接続して使用する場合が多く、この際、上記発火の
可能性が大きなり、深刻な問題となる。

【０００５】従来においては、上述した問題を解決する
ために、１９９２年１１月１９日公開の特開平０４−３
３１４２５号公報（文献１）に示されるように、直列接
続したリチウムイオン二次電池の各々の端子間電圧を検
出することにより、過充電を防止し、前述の直列接続し
たリチウムイオン二次電池の両端の端子間電圧を検出す
ることにより、過放電を防止する回路を有するリチウム
イオン二次電池の充放電回路が一般的に用いられてい
る。

【０００６】図３は、上述した従来の直列接続されたリ
チウムイオン二次電池の充放電回路を示すブロック図で
ある。

【０００７】図において、リチウムイオン二次電池パッ
ク１４は直列接続された個々のリチウムイオン二次電池
１４Ａおよび１４Ｂから構成されている。各々のリチウ
ムイオン二次電池１４Ａおよび１４Ｂには、端子間電圧
を検出する電圧検出器１７および１８が接続され、さら
にリチウムイオン二次電池パック１４の両端にも、両端
の端子間電圧を検出する電圧検出器１９が接続されてい
る。共通端子１１および充電端子１３間には、リチウム
イオン二次電池パック１４と直列にスイッチ手段１６が
接続され、さらに共通端子１１および放電端子１２間に
も、リチウムイオン二次電池パック１４と直列にスイッ
チ手段２０が接続されている。電圧検出器１７および１
８の検出信号は、リチウムイオン二次電池の上限電圧を
越えた過充電の状態を監視する制御回路（ＮＯＲ回路）
１５に入力され、この制御回路（ＮＯＲ回路）１５の出
力である制御信号は、充電の有無を決定するスイッチ手
段１６に入力されている。また、電圧検出器１９の検出
信号は、放電の有無を決定するスイッチ手段２０に入力
されている。

【０００８】次に、動作について説明する。まず、リチ
ウムイオン二次電池パック１４が充電を行っている時、
直列接続した個々のリチウムイオン二次電池１４Ａまた
は１４Ｂのそれぞれの端子間電圧のうち、少なくとも一
方の端子間電圧が４．２Ｖの上限電圧を越えたならば、
その対応するリチウムイオン二次電池１４Ａまたは１４
Ｂに接続された電圧検出器１７または１８が検出信号を
出力する。制御回路（ＮＯＲ回路）１５は、この検出信
号に応答して、スイッチ手段１６をオフにし、充電電流
を遮断する。

【０００９】上述した動作により、個々のリチウムイオ
ン二次電池に、上限電圧を上回って電圧が供給されるこ
とがなく、リチウムイオン二次電池の過充電を防止する
ことができる。

【００１０】次に、リチウムイオン二次電池パック１４
が放電を行っている時は、リチウムイオン二次電池パッ
ク１４の両端の端子間電圧が５．０Ｖの下限電圧（２個
のリチウムイオン二次電池を直列に接続しているため
５．０Ｖとなる）を下回ったならば、リチウムイオン二
次電池パック１４に接続された電圧検出器１９が検出信
号出力し、この検出信号に応じ、スイッチ手段２０がオ
フになり、放電電流を遮断する。

【００１１】従ってリチウムイオン二次電池パックの下
限電圧を下回って電池が放電されることなく、リチウム
イオン二次電池の過放電を防止することができる。

【００１２】また、文献１以外の二次電池の充放電回路
としては、１９９０年３月２０日公開の特開平０２−７
９７３０号公報（文献２）記載の回路が用いられてい
る。

【００１３】文献２記載の回路は、複数個の二次電池と
複数個のスイッチを備え、スイッチを制御することによ
り、複数個の二次電池を直列に接続し、負荷に電流を供
給する第一の状態と、二次電池を各々単独の二次電池に
分離して自動車用バッテリーから充電する第二の状態と
が選択可能となっている。

【００１４】図４は、文献２記載の二次電池の充放電回
路を示すブロック図である。

【００１５】図において、８Ｖの第１および第２の二次
電池３２、３３の負極と正極とはトランジスタ３１を介
して、スイッチ３４により直列接続されている。負荷２
５の一端は前記第１の二次電池３２の正極にトランジス
タ２６を介して接続され、他端は第２の二次電池３３の
負極に接続されている。また、自動車バッテリ４２の正
極は、スイッチ４１により抵抗３９とダイオード３５を
介して、第１の二次電池３２の正極に接続され、二次電
池３２の負極はダイオード３６を介して自動車バッテリ
４２の負極に接続されている。同様にして、自動車バッ
テリ４２と第２の二次電池３３とはスイッチ４１により
抵抗４０とダイオード３７、３８を介して接続されてい
る。トランジスタ２６のベースは、負荷２５の一端と抵
抗２７を介して接続されるとともに、抵抗３９とダイオ
ード２８を介して自動車バッテリ４２の正極と接続され
ている。同様にして、トランジスタ３１のベースは、負
荷２５の一端と抵抗３０を介して接続されるとともに、
抵抗３９とダイオード２９を介して自動車バッテリ４２
の正極と接続されている。

【００１６】次に動作について説明する。負荷２５に電
流を供給するときは、充電用スイッチであるスイッチ４
１は開いた状態で回路のメインスイッチ３４を閉じる。
この状態で、トランジスタ３１には抵抗３０によりバイ
アス電流が流れるため、導通状態となる。一方、トラン
ジスタ２６にも抵抗２７によりバイアス電流が流れるた
め、導通状態となる。トランジスタ２６と３１とが導通
状態になると、第１と第２の二次電池３２、３３は直列
接続され、１６Ｖの電流がトランジスタ２６を介して負
荷２５に供給される。

【００１７】一方、第１および第２の二次電池３２、３
３を充電する場合は、充電用スイッチ４１を遮断じ、回
路のメインスイッチ３４を開放する。この状態で、バッ
テリ４２の電圧は、抵抗３９、ダイオード２８を介し、
トランジスタ２６のベースに印可されるため、トランジ
スタ２６は非導通状態となる。他方のトランジスタ３１
にも自動車バッテリ４２からの電圧が抵抗３９、ダイオ
ード２９を通してトランジスタ３１のベースに加えられ
るため、トランジスタ３１も非導通状態となる。トラン
ジスタ２６と３１が非導通状態になっているため、二次
電池３２、３３はお互いに独立した状態にあり、自動車
バッテリ４２からの電流が抵抗３９、ダイオード３５を
介し、二次電池３２に供給される。他方、二次電池３３
には、抵抗４０、ダイオード３７を介し、自動車バッテ
リ４２からの電流が供給され、二次電池３２および３３
が充電される。なお、抵抗３９、４０は充電時の電流を
制限する抵抗である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、文献２
記載の二次電池の充放電回路では、充放電時に、複数個
の二次電池の各々の端子間電圧および両端の端子間電圧
を検出しておらず、充電時に過充電、さらに放電時に過
放電を引き起こす危険があるという問題がある。さらに
また、電池交換をする際に、電池と充放電回路とが一体
として形成されているため、コストパフォーマンスに不
利をきたす。

【００１９】また、文献１記載の回路では、放電時に複
数のリチウムイオン二次電池の端子間電圧を検出してい
るものの、個々のリチウムイオン二次電池の端子間電圧
を測定していないため、複数のリチウムイオン二次電池
のうち、いずれか一つの端子間電圧が２．５Ｖの下限電
圧を下回っても対処できず、過放電状態を引き起こす危
険を回避できないという問題がある。さらに、充電時に
は、複数のリチウムイオン二次電池の各々の端子間電圧
を検出しているため、過充電を防止することはできるも
のの、複数のリチウムイオン二次電池のうち、いずれか
が過充電になると充電が停止してまうため、過充電とな
っていない電池が充電されないという新たな問題が生じ
てしまう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、上述し
た課題を解決し、過充電および過放電を防止し、全ての
二次電池を確実に充電でき、さらにコスト的に優れた二
次電池の放放電回路を提供することにある。

【００２１】上述した目的を達成するために、本発明に
よる二次電池の充電回路および放電回路では、二次電池
パックとして複数の二次電池を内蔵し、この電池パック
内部では個々の二次電池の正極と負極とを接続せず、個
別に外部端子として取り出す。

【００２２】充電する際には、定電流回路および定電圧
回路とから構成される専用充電器により、複数個の二次
電池を個別に充電する。

【００２３】放電する際には、放電回路を有する携帯電
話装置等の内部で、個々の二次電池を直列接続し、過放
電状態を防止する回路を個々の二次電池毎に設け、さら
に過放電状態を警報する手段を設ける。

【００２４】

【作用】本発明では、上述した構成を採用したため、二
次電池の寿命時の交換の際には、充放電回路を内部に含
まない二次電池パックを交換するため、コストパフォー
マンスの改善を図ることができる。

【００２５】また、充電の際には、専用の充電回路によ
り定電流、定電圧で充電するため、過充電されることな
く、確実に充電することができる。

【００２６】さらに、放電時には、複数個の二次電池各
々に過放電を防止する回路を設けるため、複数個の二次
電池の内一つでも、過放電電圧に達したならば、放電を
停止し、過放電を警報する。

【００２７】

【実施例】次に本発明について図面を参照して詳細に説
明する。

【００２８】図１は本発明に用いる二次電池パックのブ
ロック図である。図において、二次電池パック１は個々
の二次電池１Ａおよび１Ｂを内蔵しており、これらの二
次電池１Ａおよび１Ｂの各端子２Ａ、３Ａおよび２Ｂ、
３Ｂは二次電池パック１のパッケージ内部で接続せず、
個別に外部端子として取り出されている。

【００２９】図２Ａは、本発明の一実施例を示す充電回
路のブロック図である。図２Ａにおいて、二次電池１Ａ
専用の充電回路６Ａは、二次電池１Ａの上限電圧、例え
ば、４．２Ｖを出力する定電圧回路４Ａと充電電流を供
給する定電流回路５Ａから構成され、二次電池１Ａに対
して二次電池１Ａの端子２Ａおよび３Ａを介して直列に
接続されている。一方、二次電池１Ｂ専用の充電回路６
Ｂも同様にして、二次電池１Ｂの上限電圧４．２Ｖを出
力する定電圧回路４Ｂと、充電電流を供給する定電流回
路５Ｂとから構成され、二次電池１Ｂに対して二次電池
１Ｂの端子２Ｂおよび３Ｂを介して直列に接続されてい
る。また、定電圧回路４Ａ、４Ｂおよび定電流回路５
Ａ、５Ｂは、直流電源７より電力が供給されている。

【００３０】次に、図２Ａの動作について説明する。ま
ず、二次電池パックを充電器に端子２Ａ、３Ａおよび２
Ｂ，３Ｂを介して装着すると、直流電源７により個々の
二次電池１Ａおよび１Ｂのそれぞれ専用の充電回路６Ａ
および６Ｂに電力が供給される。この電力は充電回路６
Ａおよび６Ｂを構成する定電圧回路４Ａ、４Ｂおよび、
定電流回路５Ａ、５Ｂにより一定電圧、一定電流に変換
される。このとき二次電池１Ａおよび１Ｂはそれぞれの
専用充電回路６Ａおよび６Ｂにより個別に充電され、ど
ちらか一方の二次電池が充電不足ということにならず、
各々に上限電圧４．２Ｖまで十分に充電される。また、
定電圧回路４Ａ、４Ｂおよび定電流回路５Ａ、５Ｂを用
いて一定電圧、一定電流で充電するため、上限電圧を越
えた電圧は個々の二次電池には供給されない。

【００３１】図２Ｂは、本発明の一実施例を示す放電回
路のブロック図である。図２Ｂにおいて、二次電池パッ
ク１を構成する個々の二次電池１Ａおよび１Ｂの端子３
Ａと２Ｂは二次電池１Ａおよび１Ｂを直列接続するた
め、接続される。二次電池１Ａの端子２Ａ、３Ａには二
次電池１Ａの電圧を検出するための電圧検出器２２が接
続されている。同様に、二次電池１Ｂの端子２Ｂ，３Ｂ
にも電圧検出器２３が接続されている。これらの電圧検
出器２２および２３からの検出信号は、例えば、ＮＯＲ
回路から構成される制御回路２１に入力される。この電
圧検出器２２および２３からの検出信号のうちいずれか
一方が二次電池の下限電圧を下回った電圧であるか否か
を判断する制御回路２１からの制御信号は携帯電話等の
負荷８への電流供給の有無を決定するスイッチ手段２０
および電流供給の停止を警告する警報手段２４に入力さ
れる。また携帯電話等の負荷８は電池パック１に対して
直列に接続されている。

【００３２】次に、図２Ｂに示した二次電池パック１を
携帯電話等の装置に装着し、二次電池を放電する方法を
説明する。スイッチ手段２０が閉じられると二次電池１
Ａおよび１Ｂは負荷８と端子２Ａ、３Ａおよび２Ｂ、３
Ｂを介して直列接続されているため、負荷８に高い電圧
を供給しながら放電する。この放電時において、個々の
二次電池１Ａおよび１Ｂの放電電圧をそれぞれの電圧検
出器２２および２３が検出しているため、二次電池１Ａ
および１Ｂのうち少なくともどちらか一方が下限電圧例
えば、２．５Ｖを下回る過放電状態にある時、この二次
電池に対応する電圧検出器２２および２３はこの下限電
圧を下回った電圧を検出する。この検出信号が制御回路
２１に入力されると、制御回路２１は、電圧検出器２２
および２３のうちいずれかが下限電圧を下回った電圧を
検出したとして制御信号を出力し、この制御信号により
スイッチ手段２０は開放されて負荷８への電池パック１
からの電流供給を停止する。また、これと同時に制御回
路２１の制御信号は警報手段２４に入力され、この警報
手段２４は、二次電池パック１が過放電状態にあること
をアラーム信号により警告音を発生し、放電の終了をう
ながす。なお、警告音以外に過放電状態を表示する手段
を設けることも可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による二次
電池の放電回路および放電回路は、複数の二次電池から
二次電池パックを構成し、携帯電話等の内部装置に組み
込まれた充放電回路と切り放して二次電池パックを構成
しているため、電池寿命時の交換の際に、コストパフォ
ーマンスの面で利点がある。

【００３４】また、電池の充電時には、専用の充電回路
で定電流、定電圧で充電するため、二次電池が、過充電
されることなく、充電不足ということもなく、確実に充
電することができる。

【００３５】さらに、二次電池パックを携帯電話装置等
の内部回路に接続し、放電を行う際には、二次電池パッ
クを構成する個々の二次電池を、装置内部で直列に接続
し、装置に高い電圧を供給するとともに、過放電状態を
防止する回路を個々の二次電池毎に設け、さらに過放電
状態を警告する手段を設けているため、過放電に伴う事
故を防止することができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いる電池パックのブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示す充放電回路のブロック
図。

【図３】従来の直列接続したリチウムイオン二次電池の
充放電回路を示すブロック図。

【図４】従来の別の二次電池の充放電回路を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１・・・本発明に用いる二次電池パック１Ａ、１Ｂ、３２、３３・・・二次電池２Ａ・・・二次電池１Ａの正極２Ｂ・・・二次電池１Ｂの正極３Ａ・・・二次電池１Ａの負極３Ｂ・・・二次電池１Ｂの負極４Ａ、４Ｂ・・・定電圧回路５Ａ、５Ｂ・・・定電流回路６Ａ・・・二次電池１Ａ専用充電回路６Ｂ・・・二次電池１Ｂ専用充電回路７・・・直流電源８、２５・・・二次電池パックを装着する装置の
負荷１１・・・共通端子１２・・・放電端子１３・・・充電端子１４・・・従来のリチウムイオン二次電池パ
ック１４Ａ、１４Ｂ・・・リチウムイオン二次電池１５、２１・・・制御回路（ＮＯＲ回路）１６、２０、３４、４１・・・スイッチ手段１７、１８、１９、２２、２３・・・電圧検出器２４・・・警報手段２６、３１・・・トランジスタ２７、３０、３９、４０・・・抵抗２８、２９、３５、３６、３７、３８・・・ダイオ
ード４２・・・自動車バッテリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の二次電池の放電回路において、
個々の二次電池毎に過放電を防止する制御手段を含むこ
とを特徴とする二次電池の放電回路。
【請求項２】前記制御手段が、個々の二次電池毎に放
電電流を検出する電圧検出器と、前記電圧検出器の検出
信号が入力する論理和回路と、前記論理和回路の出力信
号により開閉されるスイッチ手段とを含むことを特徴と
する請求項１記載の二次電池の放電回路。
【請求項３】前記論理和回路が、ＮＯＲ回路から構成
されることを特徴とする請求項２記載の二次電池の放電
回路。
【請求項４】前記制御手段が、前記論理和回路の制御
信号が入力すると警報を促す警告手段を含むことを特徴
とする請求項１記載の二次電池の放電回路。
【請求項５】前記警告手段が、過放電を音により警告
することを特徴とする請求項３記載の二次電池の放電回
路。
【請求項６】複数個の二次電池の充電回路において、
個々の二次電池毎が、専用の充電回路により充電され、前記専用の充電回路が、電源を供給する電源回路と、前
記電源回路に接続され、定電流を供給する定電流回路
と、前記電源回路に接続され、定電圧を供給する定電圧
回路とから構成されることを特徴とする二次電池の充電
回路。
【請求項７】前記複数個の二次電池の各正負の端子が
接続されてないように二次電池パックを構成し、前記二
次電池パックを構成する複数個の二次電池の各々の正負
の端子が、前記それぞれ専用のの充電回路に接続される
ことにより、前記複数個の二次電池が充電されることを
特徴とする請求項６記載の二次電池の充電回路。