JPH08168183A - 過放電防止電池パック - Google Patents

過放電防止電池パック

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JPH08168183A
JPH08168183A JP31291594A JP31291594A JPH08168183A JP H08168183 A JPH08168183 A JP H08168183A JP 31291594 A JP31291594 A JP 31291594A JP 31291594 A JP31291594 A JP 31291594A JP H08168183 A JPH08168183 A JP H08168183A
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JP
Japan
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voltage
battery
cmp
overdischarging
battery pack
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Pending
Application number
JP31291594A
Other languages
English (en)
Inventor
Hidetoshi Yano
秀俊 矢野
Mitsuo Saeki
充雄 佐伯
Tadashi Okumura
匡史 奥村
Hidekiyo Ozawa
秀清 小澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】Li+二次電池やNiMH電池に関し、過放電を防止
すると同時に、充電された電力を有効に使用することを
目的とする。 【構成】充電可能な電池において、放電時に電池の電圧
が第1の所定電圧になったことを検出して警告信号を送
出する遮断予告手段と、放電時に電池の電圧が第1の所
定電圧より低い第2の所定電圧になったことを検出して
出力を遮断する過放電防止手段とを内蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池パックに関す
る。リチウム・イオン二次電池、ニッケル水素電池等は
過放電に弱いため過放電を防止することが重要である
が、それと同時に、充電された電力を有効に使用するこ
とが要求される。
【0002】
【従来の技術】携帯型電子機器においては、装置の電源
として、内蔵する二次電池と内蔵または外付けのACア
ダプタのどちらでも使える2電源方式とすることが多
い。また、その場合、ACアダプターを接続するだけで
簡単に装置内蔵の二次電池に対して充電ができるよう
に、充電回路も内蔵している例が多い。
【0003】装置に内蔵する二次電池には、運用コスト
や瞬間的に放電可能な電流容量等の関係で、ニッケルカ
ドミュウム電池、ニッケル水素電池およびリチウム・イ
オン二次電池(以下、Nicad / NiMH /Li+ と記す) が一
般的に使用される。これらの電池の内、今後の主流とな
ると考えられる Li+二次電池や、NiMH電池は、 Nicad電
池と異なり過放電に弱く、装置側で何の対策もせずに過
放電させた場合、回復不能な劣化が起こるため、放電中
に電池の電圧が所定の電圧(放電限界電圧)にまで下が
ったことを検出すると出力を遮断する過放電防止回路を
内蔵した電池パックとして構成するようになった。
【0004】一方、装置側で、電池の消耗状態を判断し
て、電池の出力が限度以下に低下する前に動作を終了し
停止状態にすることにより、装置のデータ破壊等が発生
しないように制御しているものもある。例えば、ノート
パソコン等の情報処理機器においては、電池がなくなる
と処理中のデータが消滅するため、早めにフロッピー・
ディスク等の不揮発記録媒体へのデータの退避させ、ま
た動作中のフロッピー・ディスク等は途中で動作不能に
ならないように早めに終了させる。
【0005】図3は従来の過放電防止方式の構成概念図
である。この例では電池パック100は電池セル1(E1〜E
3)を3個直列接続してある。過放電防止回路として、
電池セル1に対応して基準電圧源2(e1)と電圧比較器
3(CMP)とをもち、出力をON/OFFするスイッチト
ランジスタ4(FET)を有する。e1は電池セルの放電限界
電圧(これ以上放電を続けると過放電になる電圧)を示
す基準電圧である。電池セルE1は電圧比較器CMP1によっ
て基準電圧e1と比較される。電圧比較器CMP1は、電池セ
ルE1の電圧が基準電圧e1より高いとき、 Lowレベルを出
力し、低いときはHighレベルを出力する。電池セルE1
電圧が基準電圧e1より高いときこのセルは正常状態であ
り、基準電圧e1より低いときは過放電状態である。従っ
て、電圧比較器CMP1はセルが正常であるとき Lowレベル
を出力し、過放電状態になるとHighレベルを出力する。
電池セル E2, E3 についても同様である。
【0006】OR回路9(OR)は、CMP1〜CMP3の全てが L
owレベルのとき Lowレベルを出力してスイッチトランジ
スタFET をONにし、CMP1〜CMP3のいずれかがHighレベ
ルであるとき、Highレベルを出力してスイッチトランジ
スタFET をOFFにする。従って、直列に接続された電
池セルE1〜E3の全てが基準電圧e1より高いときスイッチ
トランジスタFET はON状態であるが、どれか1つでも
基準電圧e1以下になるとスイッチトランジスタFET はO
FFになる。
【0007】すなわち、それぞれの電池セルの電圧が基
準電圧e1と電圧比較器3(CMP)により比較され、どれか
が基準電圧e1より低くなるとスイッチトランジスタ4
(FET)をOFFにして出力端子5への出力を遮断する。
【0008】一方、装置200 側では、抵抗R1,R2,基準電
圧源202(e3),電圧比較器203(CMP4)で構成される回路に
より電池パックの出力電圧を監視する。電池パック内の
電池セルE1〜E3の総和である全体の電圧を抵抗R1,R2 で
1/3に分圧し、電圧比較器CMP4により基準電圧e3と比
較して、その電圧が基準電圧e3に等しいかそれよりも低
いとき、電池電圧が放電限界電圧に近いことを検知して
警告信号ALを得て動作終了処理に入る。
【0009】過放電防止回路を内蔵した電池パック100
を使用する場合、電池の過放電防止回路が作動すると完
全に電圧がゼロとなるため、装置200 側ではその前に、
データの退避、媒体の定常状態への復帰等の終了処理
(退避動作)を行い、再開時に支障がないようにしなけ
ればならない。従って、装置200 では、電池パック100
の過放電防止回路が作動するより少し余裕をもって、す
なわち、終了処理を行うに足る電力が残っている段階
で、電池使用の限界と判断するように監視回路を設定す
る必要がある。しかし、電池の容量、過放電防止回路の
作動電圧等にそれぞれバラツキがあるため、実際にはか
なり余裕をもった設定にせざるを得ない。すなわち、e1
<< e3である。
【0010】特に、装置側で監視できる電圧は、電池パ
ック内で複数の電池セルが直列に接続されている場合は
その総和電圧である。しかし、放電による電圧の低下の
程度は個々の電池セル毎に異なる。過放電状態は電池セ
ルの電圧が所定値以下になることと規定される。電池パ
ック内で直列に接続される個々の電池セルが完全にバラ
ンスしている場合は、電池セル個々の電圧でなく全体の
電圧を監視して総和電圧が過放電の下限電圧になったと
きに過放電防止回路を動作させれば良い。しかし、実際
には個々の電池セルの容量にはバラツキがあり、10%
程度異なるのは普通である。また、この容量差は、充放
電のサイクル数が進むに従って、各セルでの劣化状態に
よるバラツキの差が加わって、さらに大きくなる。従っ
て、電池パック100 に内蔵される過放電防止回路は、電
池セル個々の電圧を監視して、どれか1個でも電池セル
が放電限界電圧に達したときに、出力遮断を行うように
構成されている。
【0011】電池パック側では、電池セル個々の電圧を
監視して過放電防止回路により電池出力を遮断するのに
対し、装置側では電池パック全体の電圧を監視すること
で、過放電防止回路が動作するのを事前に察知しなけれ
ばならないため、十分なマージンを見込んだ電圧により
監視する必要がある。しかし、余りマージンが大き過ぎ
ると電池残量がまだ十分にある段階で電池の放電終了が
近いと判断するため、電池の使用効率が悪くなる。逆
に、マージンが少な過ぎると電池の放電終了が近いこと
を知らずに装置が動作を続けることとなり、装置動作中
に電池出力が遮断されデータ破壊等の問題を引き起こす
危険がある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、過
放電防止回路が作動する電圧になる直前に、回路遮断が
発生することを、電池パックが装置に事前警告すること
により、過放電防止と電池の電力の有効利用とを両立さ
せることを目的としている。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、充電可能な電
池(二次電池)において、放電時に、電池の電圧が第1
の所定電圧になったことを検出して警告信号を送出する
遮断予告手段と、放電時に、電池の電圧が第1の所定電
圧より低い第2の所定電圧になったことを検出して出力
を遮断する過放電防止手段とを内蔵して電池パックとす
る。
【0014】図1は本発明の原理構成図である。電池パ
ックは、電池セル1(E)の他に遮断予告手段と過放電
防止手段とを有する。遮断予告手段は例えば基準電圧源
と電圧比較器7(CMP5)とよりなり、電池セルEの電圧が
所定の基準電圧(図1ではe1+e2)より低くなったことを
検出する。過放電防止手段は例えば基準電圧源と電圧比
較器3(CMP1)とスイッチトランジスタ4(FET) とよりな
り、電池セルEの電圧が基準電圧e1よりも低くなったこ
とを検出し、出力を遮断する。
【0015】図2は本発明の請求項2の発明に対応する
実施例の構成図である。この場合は充電可能な複数の電
池セルを直列に接続して構成した電池であって、放電時
に、いずれかの電池セルの電圧が第1の所定電圧になっ
たことを検出して警告信号を送出する遮断予告手段と、
放電時に、いずれかの電池セルの電圧が第1の所定電圧
より低い第2の所定電圧になったことを検出して出力を
遮断する過放電防止手段とを内蔵して電池パックとす
る。
【0016】図において、E1〜E3は電池パック内の個々
の電池セルを表す。図2の例では3個の電池セル1が直
列に接続されていることを示している。遮断予告手段
は、電池セル毎に基準電圧源(e1+e2) と電圧比較器7(C
MP5 〜CMP7) をもち、その出力をOR回路10(OR2) によ
って警告信号ALとして端子8から出力する。過放電防止
手段は、電池セル毎に基準電圧源2(e1)と電圧比較器3
(CMP1 〜CMP3) をもち、その出力をOR回路9(OR1) に
よってスイッチトランジスタ4(FET) に伝え、出力のO
N/OFFを制御する。
【0017】
【作用】遮断予告手段は、電池セル1の内1つでも電圧
が所定の基準電圧(e1+e2)より低くなったことを検出す
ると警告信号ALを出力する。装置はこの信号により終了
処理に移行すればよい。また、電池セル1の内1つでも
その電圧よりさらに低い基準電圧e1の値になると過放電
防止手段がスイッチトランジスタFET により出力を遮断
して、それ以上放電することを防止する。このように構
成することにより、基準電圧e1と基準電圧e2とを適切に
設定する(基準電圧e2の値を充分低い値とする)ことが
でき、過放電を防止すると共に電池の電力を最大限まで
使用するようにできる。
【0018】
【実施例】図2によって、本発明の一実施例を説明す
る。図において、E1〜E3は電池パック内の個々の電池セ
ル1を表す。この例では3本の電池セルが直列に接続さ
れていることを示している。
【0019】CMP1〜CMP3は電池パック内で直列に接続さ
れる個々の電池セルの電圧を監視するための電圧比較器
であり、電池セルの放電限界電圧を示す基準電圧e1と比
較する。OR1 はCMP1〜CMP3のいずれかが High を出力し
たときに High を出力するためのOR回路である。FET
は出力を遮断して電池放電を禁止するための過放電防止
スイッチ回路である。以上は図3の回路と同じである。
【0020】CMP5〜CMP7は電池パック内で直列に接続さ
れる個々の電池セルの電圧を監視して、各電池セルの放
電限界電圧を示す基準電圧 e1 よりも e2 だけ高い電圧
を検出するための電圧比較器である。 e2 は電圧比較器
CMP5 〜CMP7用の基準電圧を与えるための基準電圧であ
る。
【0021】OR2 はCMP5〜CMP7のいずれかが High を出
力したときに High を出力するためのOR回路である。
電池セルE1は電圧比較器CMP1によって基準電圧e1と比較
されると同時に電圧比較器CMP5によって基準電圧e1+e2
とも比較される。電圧比較器CMP5は電池セルE1の電圧が
放電により、放電限界電圧を示す基準電圧e1よりもe2だ
け高い電圧以下になると、Highレベルを出力する。この
とき電圧比較器 CMP1 は未だ Lowを出力している。さら
に放電が進んで基準電圧e1より低くなると電圧比較器CM
P1は High レベルを出力する。
【0022】電池セルE1の電圧が基準電圧e1+e2 よりも
充分に高いときは、電圧比較器CMP1/ CMP5は共にLow を
出力する。従って、電池セルE1の電圧が正常であるとき
電圧比較器 CMP1/ CMP5 は共に Lowレベルを出力し、放
電限界電圧を示す基準電圧e1よりもe2だけ高い電圧まで
下がると電圧比較器CMP5は High を出力し、更に放電が
進んでe1以下の電圧になり過放電状態になると電圧比較
器CMP1も High を出力する。
【0023】電池セルE2,E3 についても同様である。O
R回路OR2 は電圧比較器CMP5〜CMP7のいずれかが High
であるとき High を出力する。これが警告信号ALとして
警告信号出力端子8から出力される。従って、直列に接
続される電池セルE1〜E3の全ての電圧が放電限界電圧を
示す基準電圧e1よりe2だけ高いときOR回路OR2 は Low
信号を出力して電池が正常であることを示すが、どれか
1個でも放電限界電圧を示す基準電圧e1よりe2だけ高い
電圧以下になると、OR回路OR2 はHigh信号を出力して
放電限界に近づいたことを示す。
【0024】この時、OR回路OR1 はまだ Low信号を出
力しているため過放電防止用のスイッチトランジスタFE
T はON状態のままである。従って、装置側は終了処理
(退避動作)を行うことができる。
【0025】リチウム・イオン電池の場合、公称定格値
が3.6Vであり、セルの放電限界電圧を示す基準電圧
e1は、通常2.5Vである。警告電圧(e1+e2 )は2.
6〜2.7V(e2 =0.1 〜0.2 V) 程度でよい。3個の
セルを直列にしたときバラツキを考慮すると、従来方式
で装置側で警告信号を得るには、e3=2.85V以上に
する必要があるので、使用可能電力は10%以上改善さ
れる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電池パックが過放電防止のために出力遮断を行う前に適
切な警告信号を出力する。特に複数の電池セルから構成
されている場合、個々の電池セルの電圧を監視し、過放
電防止回路が作動する電圧との差が規定値以下になった
電池セルが1つでもあることを検出すると警告信号を送
出する。装置は警告信号により対処を開始すればよく、
電池パックの過放電防止回路による回路遮断が発生する
以前に、確実に終了処理(退避動作)を完了することが
できる。従って、装置側で余分なマージンをもって退避
動作に入る必要がなく、電池パックの残存電力の限界近
くまで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 原理構成図
【図2】 実施例の構成図
【図3】 従来の過放電防止方式の構成概念図
【符号の説明】
100 電池パック 200 装置 1 電池セル(E,E1, E2, E3 ) 2,6 基準電圧(e1,e2) 3,7 電圧比較器 (CMP) 4 スイッチトランジスタ(FET ) 9,10 OR回路(OR) 5 電池の出力端子 8 警告信号出力端子 AL 警告信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 匡史 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 小澤 秀清 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 充電可能な電池であって、 放電時に、電池の電圧が第1の所定電圧になったことを
    検出して警告信号を送出する遮断予告手段と、 放電時に、電池の電圧が第1の所定電圧より低い第2の
    所定電圧になったことを検出して出力を遮断する過放電
    防止手段とを内蔵したことを特徴とする過放電防止電池
    パック。
  2. 【請求項2】 充電可能な複数の電池セルを直列に接続
    して構成した電池であって、 放電時に、いずれかの電池セルの電圧が第1の所定電圧
    になったことを検出して警告信号を送出する遮断予告手
    段と、 放電時に、いずれかの電池セルの電圧が第1の所定電圧
    より低い第2の所定電圧になったことを検出して出力を
    遮断する過放電防止手段とを内蔵したことを特徴とする
    過放電防止電池パック。
JP31291594A 1994-12-16 1994-12-16 過放電防止電池パック Pending JPH08168183A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001045670A (ja) * 1999-07-30 2001-02-16 Fujitsu Ltd バッテリパック

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001045670A (ja) * 1999-07-30 2001-02-16 Fujitsu Ltd バッテリパック

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20020806