JPH09182282A - 二次電池保護回路 - Google Patents
二次電池保護回路Info
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- JPH09182282A JPH09182282A JP7352118A JP35211895A JPH09182282A JP H09182282 A JPH09182282 A JP H09182282A JP 7352118 A JP7352118 A JP 7352118A JP 35211895 A JP35211895 A JP 35211895A JP H09182282 A JPH09182282 A JP H09182282A
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- Japan
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- circuit
- voltage
- battery
- secondary battery
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- 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
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/00308—Overvoltage protection
Abstract
(57)【要約】
【課題】 安全性を確保しつつ、使い勝手を良くした二
次電池保護回路を提供する。 【解決手段】 二次電池の保護回路において、電池電圧
の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、上記二次電池
の負荷側の負極端子の浮き上がりを第２の電圧検出回路
で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出信号によりラ
ッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検出回路の検出
信号により上記ラッチ回路をセットし、かかるラッチ回
路のリセット出力により上記二次電池の負極側の電流経
路に直列に挿入された過充電保護スイッチをオフ状態に
し、上記ラッチ回路のセット出力によりオン状態に復帰
させ、上記充電スイッチの両端には充電時の電流方向と
は逆方向に電流を流すようにされた一方向性素子を設け
る。
次電池保護回路を提供する。 【解決手段】 二次電池の保護回路において、電池電圧
の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、上記二次電池
の負荷側の負極端子の浮き上がりを第２の電圧検出回路
で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出信号によりラ
ッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検出回路の検出
信号により上記ラッチ回路をセットし、かかるラッチ回
路のリセット出力により上記二次電池の負極側の電流経
路に直列に挿入された過充電保護スイッチをオフ状態に
し、上記ラッチ回路のセット出力によりオン状態に復帰
させ、上記充電スイッチの両端には充電時の電流方向と
は逆方向に電流を流すようにされた一方向性素子を設け
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、二次電池保護回
路に関し、過充電と過放電の保護回路としてリチュウム
（Ｌｉ）イオン電池とともに電池パックに搭載されるも
のに利用して有効な技術に関するものである。
路に関し、過充電と過放電の保護回路としてリチュウム
（Ｌｉ）イオン電池とともに電池パックに搭載されるも
のに利用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】携帯型の電子機器に用いられる二次電池
としてＬｉイオン二次電池がある。このＬｉイオン二次
電池は、過充電を行うと金属Ｌｉが析出して事故につな
がる。また、過放電を行うと繰り返し充放電使用回数が
極端に悪くなる。このため、過充電や過放電を検出する
と、電池と機器本体とを切り離すパワーＭＯＳＦＥＴ等
からなる保護用のスイッチが設けられる。このようなＬ
ｉイオン二次電池に関しては、日経マグロウヒル社、１
９９５年１１月２０日付「日経エレクトロニクス」第１
００頁〜第１１７頁がある。
としてＬｉイオン二次電池がある。このＬｉイオン二次
電池は、過充電を行うと金属Ｌｉが析出して事故につな
がる。また、過放電を行うと繰り返し充放電使用回数が
極端に悪くなる。このため、過充電や過放電を検出する
と、電池と機器本体とを切り離すパワーＭＯＳＦＥＴ等
からなる保護用のスイッチが設けられる。このようなＬ
ｉイオン二次電池に関しては、日経マグロウヒル社、１
９９５年１１月２０日付「日経エレクトロニクス」第１
００頁〜第１１７頁がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】Ｌｉイオン二次電池
は、充電器の設計不良や性能不良等のような何らかの原
因により過充電が行われると、電池パックに搭載された
保護回路が作動して電池と充電器又（負荷としての機器
本体）とを切り離す内蔵のパワーＭＯＳＦＥＴをオフ状
態にさせる。しかしながら、このような二次電池の機能
を知らないユーザーにおいては、それに負荷である機器
本体を接続して使用しようとしても、上記パワーＭＯＳ
ＦＥＴがオフ状態のままであるので、十分な電圧や電流
が得られなく、電池パックそのもの性能が劣化してしま
ったと誤解させてしまうという問題が生じて使い勝手が
悪くなる。
は、充電器の設計不良や性能不良等のような何らかの原
因により過充電が行われると、電池パックに搭載された
保護回路が作動して電池と充電器又（負荷としての機器
本体）とを切り離す内蔵のパワーＭＯＳＦＥＴをオフ状
態にさせる。しかしながら、このような二次電池の機能
を知らないユーザーにおいては、それに負荷である機器
本体を接続して使用しようとしても、上記パワーＭＯＳ
ＦＥＴがオフ状態のままであるので、十分な電圧や電流
が得られなく、電池パックそのもの性能が劣化してしま
ったと誤解させてしまうという問題が生じて使い勝手が
悪くなる。
【０００４】この発明の目的は、安全性を確保しつつ、
使い勝手を良くした二次電池保護回路を提供することに
ある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。
使い勝手を良くした二次電池保護回路を提供することに
ある。この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な
特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかにな
るであろう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路におい
て、電池電圧の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、
上記二次電池の負荷側の負極端子の浮き上がりを第２の
電圧検出回路で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出
信号によりラッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検
出回路の検出信号により上記ラッチ回路をセットし、か
かるラッチ回路のリセット出力により上記二次電池の負
極側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチ
をオフ状態にし、上記ラッチ回路のセット出力によりオ
ン状態に復帰させ、上記充電スイッチの両端には充電時
の電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向
性素子を設ける。
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路におい
て、電池電圧の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、
上記二次電池の負荷側の負極端子の浮き上がりを第２の
電圧検出回路で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出
信号によりラッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検
出回路の検出信号により上記ラッチ回路をセットし、か
かるラッチ回路のリセット出力により上記二次電池の負
極側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチ
をオフ状態にし、上記ラッチ回路のセット出力によりオ
ン状態に復帰させ、上記充電スイッチの両端には充電時
の電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向
性素子を設ける。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１には、この発明に係る二次電
池保護回路の一実施例の回路図が示されている。同図に
おいて、点線で囲まれた部分に形成された各回路は、公
知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコン
のような１つの半導体基板上において形成される。
池保護回路の一実施例の回路図が示されている。同図に
おいて、点線で囲まれた部分に形成された各回路は、公
知の半導体集積回路の製造技術により、単結晶シリコン
のような１つの半導体基板上において形成される。
【０００７】特に制限されないが、電池はＬｉイオン二
次電池である。かかる電池の両端の電圧は、保護回路を
構成する半導体集積回路装置ＩＣの端子Ｔ１とＴ２に供
給され、動作電圧としても利用される。上記二次電池の
正極側の電極は、そのまま正側の電池パック端子＋に接
続される。上記二次電池の負極側の電極と負側の電池パ
ック端子−との間には、保護用のスイッチＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１とＱ２とが直列形態に接続される。スイッチＭＯＳ
ＦＥＴＱ１は放電保護のスイッチであり、スイッチＭＯ
ＳＦＥＴＱ２は充電保護用のスイッチである。かかるス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ２のソースは基板（チャン
ネル）に接続される。それ故、ドレインとチャンネル間
のＰＮ接合が寄生ダイオードＤ１とＤ２として、上記ス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ２にそれぞれ並列形態に設
けられる。
次電池である。かかる電池の両端の電圧は、保護回路を
構成する半導体集積回路装置ＩＣの端子Ｔ１とＴ２に供
給され、動作電圧としても利用される。上記二次電池の
正極側の電極は、そのまま正側の電池パック端子＋に接
続される。上記二次電池の負極側の電極と負側の電池パ
ック端子−との間には、保護用のスイッチＭＯＳＦＥＴ
Ｑ１とＱ２とが直列形態に接続される。スイッチＭＯＳ
ＦＥＴＱ１は放電保護のスイッチであり、スイッチＭＯ
ＳＦＥＴＱ２は充電保護用のスイッチである。かかるス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ２のソースは基板（チャン
ネル）に接続される。それ故、ドレインとチャンネル間
のＰＮ接合が寄生ダイオードＤ１とＤ２として、上記ス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１とＱ２にそれぞれ並列形態に設
けられる。
【０００８】上記半導体集積回路装置ＩＣにおいて、端
子Ｔ１とＴ２の両端の電池電圧ＶＣＣは、直列抵抗Ｒ１
〜Ｒ６により分圧され、特に制限されないが、抵抗Ｒ１
とＲ２の接続点における分圧電圧は、電圧比較回路ＣＯ
ＭＰ１の一方の入力端子＋に供給される。かかる電圧比
較回路ＣＯＭＰ１の他方の入力端子−には、図示しない
基準電圧発生回路で形成された基準電圧Ｖ１が供給され
る。この電圧検出回路ＣＯＭＰ１は、第１の電圧検出回
路を構成する。かかる第１の電圧検出回路の検出信号
は、ラッチ回路ＬＴ１のリセット端子Ｒに供給される。
上記ラッチ回路ＬＴ１の出力信号Ｑは、セット状態のと
きにハイレベルにされ、リセット状態のときにロウレベ
ルにされる。この出力信号Ｑは、端子Ｔ４介して上記充
電保護のスイッチであるＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに供
給される。
子Ｔ１とＴ２の両端の電池電圧ＶＣＣは、直列抵抗Ｒ１
〜Ｒ６により分圧され、特に制限されないが、抵抗Ｒ１
とＲ２の接続点における分圧電圧は、電圧比較回路ＣＯ
ＭＰ１の一方の入力端子＋に供給される。かかる電圧比
較回路ＣＯＭＰ１の他方の入力端子−には、図示しない
基準電圧発生回路で形成された基準電圧Ｖ１が供給され
る。この電圧検出回路ＣＯＭＰ１は、第１の電圧検出回
路を構成する。かかる第１の電圧検出回路の検出信号
は、ラッチ回路ＬＴ１のリセット端子Ｒに供給される。
上記ラッチ回路ＬＴ１の出力信号Ｑは、セット状態のと
きにハイレベルにされ、リセット状態のときにロウレベ
ルにされる。この出力信号Ｑは、端子Ｔ４介して上記充
電保護のスイッチであるＭＯＳＦＥＴＱ２のゲートに供
給される。
【０００９】特に制限されないが、抵抗Ｒ４とＲ５の接
続点における分圧電圧は、電圧比較回路ＣＯＭＰ２の一
方の入力端子−に供給される。かかる電圧比較回路ＣＯ
ＭＰ２の他方の入力端子＋には、図示しない基準電圧発
生回路で形成された基準電圧Ｖ２が供給される。この電
圧比較回路ＣＯＭＰ２の出力信号は、オア（論理和）ゲ
ート回路Ｇ１を通して上記ラッチ回路ＬＴ１のセット端
子Ｓに供給される。上記基準電圧Ｖ２は、電池の充電動
作を指示する規定の電圧に対応したものとされる。つま
り、分圧電圧（電池電圧）が上記規定の基準電圧Ｖ２よ
り低下すると、電圧比較回路ＣＯＭＰ２の出力信号がハ
イレベルに変化し、上記ラッチ回路ＬＴ１をセットし、
かかるラッチ回路ＬＴ１の出力信号Ｑにより上記過充電
保護のスイッチＭＯＳＦＥＴＱ２をオン状態にさせる。
続点における分圧電圧は、電圧比較回路ＣＯＭＰ２の一
方の入力端子−に供給される。かかる電圧比較回路ＣＯ
ＭＰ２の他方の入力端子＋には、図示しない基準電圧発
生回路で形成された基準電圧Ｖ２が供給される。この電
圧比較回路ＣＯＭＰ２の出力信号は、オア（論理和）ゲ
ート回路Ｇ１を通して上記ラッチ回路ＬＴ１のセット端
子Ｓに供給される。上記基準電圧Ｖ２は、電池の充電動
作を指示する規定の電圧に対応したものとされる。つま
り、分圧電圧（電池電圧）が上記規定の基準電圧Ｖ２よ
り低下すると、電圧比較回路ＣＯＭＰ２の出力信号がハ
イレベルに変化し、上記ラッチ回路ＬＴ１をセットし、
かかるラッチ回路ＬＴ１の出力信号Ｑにより上記過充電
保護のスイッチＭＯＳＦＥＴＱ２をオン状態にさせる。
【００１０】この実施例では、誤って過電圧されたと
き、上記電圧比較回路ＣＯＭＰ１がこれを検出し、上記
ラッチ回路ＬＴ１をリセットして上記過充電保護のスイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱ２をオフ状態にさせる。本願発明に
おいては、上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ２は過充電によ
って、上記Ｌｉが析出されてしまうことによる発熱等に
より事故を防ぐためであり、それに負荷をつなげて放電
させることには何ら問題ないし、むしろ放電させて正常
状態に戻すことが望ましいことに着目し、次のような負
荷接続を検出する機能が付加される。
き、上記電圧比較回路ＣＯＭＰ１がこれを検出し、上記
ラッチ回路ＬＴ１をリセットして上記過充電保護のスイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱ２をオフ状態にさせる。本願発明に
おいては、上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ２は過充電によ
って、上記Ｌｉが析出されてしまうことによる発熱等に
より事故を防ぐためであり、それに負荷をつなげて放電
させることには何ら問題ないし、むしろ放電させて正常
状態に戻すことが望ましいことに着目し、次のような負
荷接続を検出する機能が付加される。
【００１１】上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ２の出力側、
言い換えるならば、電池パック端子−の電位がＶＭが端
子Ｔ５を介して半導体集積回路ＩＣの内部に取り込ま
れ、電圧比較回路ＣＯＭＰ３の入力端子＋に供給され
る。この電圧比較回路ＣＯＭＰ３の他方の入力端子−に
は、基準電圧Ｖ３が供給される。この基準電圧Ｖ３は、
上記寄生ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆを検出するた
めの比較的低い電位にされる。上記電圧比較回路ＣＯＭ
Ｐ３は、第２の電圧検出回路を構成する。
言い換えるならば、電池パック端子−の電位がＶＭが端
子Ｔ５を介して半導体集積回路ＩＣの内部に取り込ま
れ、電圧比較回路ＣＯＭＰ３の入力端子＋に供給され
る。この電圧比較回路ＣＯＭＰ３の他方の入力端子−に
は、基準電圧Ｖ３が供給される。この基準電圧Ｖ３は、
上記寄生ダイオードＤ２の順方向電圧Ｖｆを検出するた
めの比較的低い電位にされる。上記電圧比較回路ＣＯＭ
Ｐ３は、第２の電圧検出回路を構成する。
【００１２】上記過充電によりラッチ回路ＬＴ１がリセ
ットされてしまい、その結果ＭＯＳＦＥＴＱ２がオフ状
態にされた状態で、電池パック端子＋と−との間に負荷
（電気機器）を接続させると、上記のような過電圧状態
では上記ＭＯＳＦＥＴＱ２と直列形態に接続された過放
電保護用はスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１がオン状態である
ために、端子Ｔ２を基準にした回路の接地電位に対して
寄生ダイオードＤ２を介して電池の負極側に電流が流れ
込んで、上記電池パック端子−の電位が上記寄生ダイオ
ードＤ２の順方向電圧Ｖｆだけ浮き上がる。
ットされてしまい、その結果ＭＯＳＦＥＴＱ２がオフ状
態にされた状態で、電池パック端子＋と−との間に負荷
（電気機器）を接続させると、上記のような過電圧状態
では上記ＭＯＳＦＥＴＱ２と直列形態に接続された過放
電保護用はスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１がオン状態である
ために、端子Ｔ２を基準にした回路の接地電位に対して
寄生ダイオードＤ２を介して電池の負極側に電流が流れ
込んで、上記電池パック端子−の電位が上記寄生ダイオ
ードＤ２の順方向電圧Ｖｆだけ浮き上がる。
【００１３】上記電圧比較回路ＣＯＭＰ３は、上記のよ
うな放電経路が形成されたこと、言い換えるならば、電
池パック端子＋と−の間に負荷としての電子機器が接続
されて、上記電池パック端子−の電位の浮き上がりを端
子Ｔ５からの電圧ＶＭにより検出し、その出力信号をロ
ウレベルからハイレベルに変化させる。これにより、オ
アゲート回路Ｇ１を介して上記リセット状態のラッチ回
路ＬＴ１がセット状態に反転させられるために、その出
力信号Ｑがロウレベルからハイレベルに変化して上記Ｍ
ＯＳＦＥＴＱ２が再びオン状態になり、上記負荷に対し
て電流供給を行うようにすることができる。このような
負荷の接続による放電動作によって、自動的に過充電状
態も開放されて電圧比較回路ＣＯＭＰ１の出力もロウレ
ベルに復帰する。上記抵抗Ｒ７は、端子Ｔ５での静電破
壊防止等のために付加されているが、省略してもよい。
うな放電経路が形成されたこと、言い換えるならば、電
池パック端子＋と−の間に負荷としての電子機器が接続
されて、上記電池パック端子−の電位の浮き上がりを端
子Ｔ５からの電圧ＶＭにより検出し、その出力信号をロ
ウレベルからハイレベルに変化させる。これにより、オ
アゲート回路Ｇ１を介して上記リセット状態のラッチ回
路ＬＴ１がセット状態に反転させられるために、その出
力信号Ｑがロウレベルからハイレベルに変化して上記Ｍ
ＯＳＦＥＴＱ２が再びオン状態になり、上記負荷に対し
て電流供給を行うようにすることができる。このような
負荷の接続による放電動作によって、自動的に過充電状
態も開放されて電圧比較回路ＣＯＭＰ１の出力もロウレ
ベルに復帰する。上記抵抗Ｒ７は、端子Ｔ５での静電破
壊防止等のために付加されているが、省略してもよい。
【００１４】図２には、上記過放電保護用のスイッチＭ
ＯＳＦＥＴＱ１を制御する保護回路の一実施例の回路図
が示されている。このスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１は、過
放電を禁止するためのものである。このような過放電の
判定にあたっては、図３に示すように、電池電圧ＶＣＣ
が放電動作を停止させるべき終止電圧に近くなると、そ
の電圧マージンが小さくなり、急激な負荷変動、言い換
えるならば負荷に対する過電流が流れると、電池の持つ
内部インピーダンスにより一時的に電池電圧ＶＣＣが終
止電圧以下となり、誤って放電電圧そのものが終止電圧
以下になったと判定させられてしまう。
ＯＳＦＥＴＱ１を制御する保護回路の一実施例の回路図
が示されている。このスイッチＭＯＳＦＥＴＱ１は、過
放電を禁止するためのものである。このような過放電の
判定にあたっては、図３に示すように、電池電圧ＶＣＣ
が放電動作を停止させるべき終止電圧に近くなると、そ
の電圧マージンが小さくなり、急激な負荷変動、言い換
えるならば負荷に対する過電流が流れると、電池の持つ
内部インピーダンスにより一時的に電池電圧ＶＣＣが終
止電圧以下となり、誤って放電電圧そのものが終止電圧
以下になったと判定させられてしまう。
【００１５】このような誤動作を防止して、電池の有す
る終止電圧まで放電動作を継続できるようにするため、
言い換えるならば、実質的な電池寿命を長くするため
に、次のようなタイマー回路が設けられる。
る終止電圧まで放電動作を継続できるようにするため、
言い換えるならば、実質的な電池寿命を長くするため
に、次のようなタイマー回路が設けられる。
【００１６】電圧比較回路ＣＯＭＰ４は、前記のような
抵抗回路で形成された分圧電圧ＶＣＣ／Ｎと、かかる分
圧電圧との関係で上記終止電圧に対応させた基準電圧Ｖ
４とを比較し、電池電圧ＶＣＣが終止電圧以下になった
ときに、ロウレベルの検出信号を形成する。この検出信
号は、上記のような一時的な過電流にも応答して形成さ
れる。
抵抗回路で形成された分圧電圧ＶＣＣ／Ｎと、かかる分
圧電圧との関係で上記終止電圧に対応させた基準電圧Ｖ
４とを比較し、電池電圧ＶＣＣが終止電圧以下になった
ときに、ロウレベルの検出信号を形成する。この検出信
号は、上記のような一時的な過電流にも応答して形成さ
れる。
【００１７】この検出信号により直ちに過放電保護のス
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオフ状態にさせるのではな
く、タイマー回路により設定された一定期間継続して上
記検出信号が形成されるか否かが判定される。タイマー
回路は、内蔵の発振回路により形成された発振パルスを
分周カウンタに供給することより時間信号を形成する。
上記分周カウンタは、上記電圧比較回路の出力信号がリ
セット端子に供給されており、正常時には強制的にリセ
ット状態にされている。
イッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオフ状態にさせるのではな
く、タイマー回路により設定された一定期間継続して上
記検出信号が形成されるか否かが判定される。タイマー
回路は、内蔵の発振回路により形成された発振パルスを
分周カウンタに供給することより時間信号を形成する。
上記分周カウンタは、上記電圧比較回路の出力信号がリ
セット端子に供給されており、正常時には強制的にリセ
ット状態にされている。
【００１８】上記電圧比較回路ＣＯＭＰ４により、電池
電圧ＶＣＣが終止電圧以下にされたと判定されたなら、
その間検出信号がロウレベルにされて分周カウンタのリ
セットが解除されて、上記発振パルスの計数動作を行
う。分周カウンタの計数出力は、デコーダを構成するゲ
ート回路Ｇ３に供給され、ここで設定された時間に相当
する計数動作の判定が行われる。上記計数値に達する前
に上記電池電圧ＶＣＣがもとの状態に復帰すると、リセ
ット信号が発生されて分周カウンタは計数途中でリセッ
ト状態にされる。したがって、上記デコーダでの計数設
定を負荷変動を校了して比較的長い時間に設定すれば、
かかる負荷変動に対応して電池電圧ＶＣＣが一時的に終
止電圧以下にされても無視される。
電圧ＶＣＣが終止電圧以下にされたと判定されたなら、
その間検出信号がロウレベルにされて分周カウンタのリ
セットが解除されて、上記発振パルスの計数動作を行
う。分周カウンタの計数出力は、デコーダを構成するゲ
ート回路Ｇ３に供給され、ここで設定された時間に相当
する計数動作の判定が行われる。上記計数値に達する前
に上記電池電圧ＶＣＣがもとの状態に復帰すると、リセ
ット信号が発生されて分周カウンタは計数途中でリセッ
ト状態にされる。したがって、上記デコーダでの計数設
定を負荷変動を校了して比較的長い時間に設定すれば、
かかる負荷変動に対応して電池電圧ＶＣＣが一時的に終
止電圧以下にされても無視される。
【００１９】上記負荷変動は、かかる電池パックが使用
される電子機器に搭載される各種電子回路に対応して種
々である。例えば、モータドライバを搭載した電子機器
では、そのモータの性能に対応してモータ起動時に要す
る時間が判っているので、かかる負荷が接続される電池
パックに搭載されるタイマー回路においては、それより
も長い時間に設定される。このように負荷に応じて、電
池電圧が一時的に低下する時間がさまざまであるので、
上記デコーダを構成するゲート回路Ｇ３の入力と、分周
カウンタの出力との間は、特に制限されないが、マスタ
ースライス方式により負荷に合わせて、言い換えるなら
ば、電池パックの用途に合わせてプログラマブルに設定
可能にされる。
される電子機器に搭載される各種電子回路に対応して種
々である。例えば、モータドライバを搭載した電子機器
では、そのモータの性能に対応してモータ起動時に要す
る時間が判っているので、かかる負荷が接続される電池
パックに搭載されるタイマー回路においては、それより
も長い時間に設定される。このように負荷に応じて、電
池電圧が一時的に低下する時間がさまざまであるので、
上記デコーダを構成するゲート回路Ｇ３の入力と、分周
カウンタの出力との間は、特に制限されないが、マスタ
ースライス方式により負荷に合わせて、言い換えるなら
ば、電池パックの用途に合わせてプログラマブルに設定
可能にされる。
【００２０】上記のような時間設定の自由度をより高く
するために、言い換えるならば、保護用のＩＣを形成し
た後でも設定可能にするために、ポリシリコン層等から
なるヒューズに電流を流して選択的に切断するような回
路を搭載し、その選択的な切断により時間設定を行うよ
うにしてもよい。あるいは、時間設定用の外部端子を設
けておいて、かかる外部端子にハイレベル／ロウレベル
を供給することにより時間設定を行うようにしてもよ
い。
するために、言い換えるならば、保護用のＩＣを形成し
た後でも設定可能にするために、ポリシリコン層等から
なるヒューズに電流を流して選択的に切断するような回
路を搭載し、その選択的な切断により時間設定を行うよ
うにしてもよい。あるいは、時間設定用の外部端子を設
けておいて、かかる外部端子にハイレベル／ロウレベル
を供給することにより時間設定を行うようにしてもよ
い。
【００２１】上記タイマー回路は、上記電圧比較回路Ｃ
ＯＭＰ４の出力信号とその遅延信号とを論理回路に供給
して、上記遅延時間内での出力信号を無効にする回路に
することも考えられる。しかしながら、このような回路
においては、遅延信号を形成するために比較的大きな時
定数回路を半導体集積回路に形成しなければならず、キ
ャパシタ等の外付部品点数が増加してしまう等の問題が
ある。キャパシタを内蔵させると、設定時間が固定化さ
れてしまい複数種類の保護用ＩＣを用意しなければなら
なくなる。
ＯＭＰ４の出力信号とその遅延信号とを論理回路に供給
して、上記遅延時間内での出力信号を無効にする回路に
することも考えられる。しかしながら、このような回路
においては、遅延信号を形成するために比較的大きな時
定数回路を半導体集積回路に形成しなければならず、キ
ャパシタ等の外付部品点数が増加してしまう等の問題が
ある。キャパシタを内蔵させると、設定時間が固定化さ
れてしまい複数種類の保護用ＩＣを用意しなければなら
なくなる。
【００２２】上記デコーダの出力信号は、特に制限され
ないが、ラッチ回路ＬＴ２のクロック端子ＣＫに供給さ
れる。このラッチ回路ＬＴ２の入力には、定常的にハイ
レベルの電源電圧ＶＣＣが供給されており、上記クロッ
クＣＫが入力された時点でセット状態にされる。このラ
ッチ回路ＬＴ２の出力信号Ｑは、上記セット状態により
ハイレベルに変化し、ドライバとしてのインバータ回路
ＩＶ１と外部端子Ｔ３を介して過放電保護のスイッチＭ
ＯＳＦＥＴＱ１のゲートをロウレベルにし、かかるスイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオフ状態にさせる。上記ラッチ
回路ＬＴ２のリセット端子Ｒには、上記電圧比較回路Ｃ
ＯＭＰ４の出力信号が供給され、充電動作によりＶＣＣ
が終止電圧以上に回復すると、リセット状態にされる。
上記ラッチ回路ＬＴ２がリセットされるまでの充電電流
は、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフ状態であるで、ドレインと
ソース間の寄生ダイオードＤ１を介して流れるようにさ
れる。
ないが、ラッチ回路ＬＴ２のクロック端子ＣＫに供給さ
れる。このラッチ回路ＬＴ２の入力には、定常的にハイ
レベルの電源電圧ＶＣＣが供給されており、上記クロッ
クＣＫが入力された時点でセット状態にされる。このラ
ッチ回路ＬＴ２の出力信号Ｑは、上記セット状態により
ハイレベルに変化し、ドライバとしてのインバータ回路
ＩＶ１と外部端子Ｔ３を介して過放電保護のスイッチＭ
ＯＳＦＥＴＱ１のゲートをロウレベルにし、かかるスイ
ッチＭＯＳＦＥＴＱ１をオフ状態にさせる。上記ラッチ
回路ＬＴ２のリセット端子Ｒには、上記電圧比較回路Ｃ
ＯＭＰ４の出力信号が供給され、充電動作によりＶＣＣ
が終止電圧以上に回復すると、リセット状態にされる。
上記ラッチ回路ＬＴ２がリセットされるまでの充電電流
は、ＭＯＳＦＥＴＱ１がオフ状態であるで、ドレインと
ソース間の寄生ダイオードＤ１を介して流れるようにさ
れる。
【００２３】上記分周カウンタでの電流消費を低減させ
るために、分周カウンタのキャリー信号により入力部に
設けられたゲート回路Ｇ２がゲートを閉じるよう制御さ
れる。これにより、発振パルスが分周カウンタに入力さ
れることが停止させられる。つまり、電池電圧ＶＣＣが
終止電圧以下になって分周カウンタが最大計数動作を行
うと、それ以後の無駄な計数動作が停止させられるの
で、消費電流の削減を図ることができる。
るために、分周カウンタのキャリー信号により入力部に
設けられたゲート回路Ｇ２がゲートを閉じるよう制御さ
れる。これにより、発振パルスが分周カウンタに入力さ
れることが停止させられる。つまり、電池電圧ＶＣＣが
終止電圧以下になって分周カウンタが最大計数動作を行
うと、それ以後の無駄な計数動作が停止させられるの
で、消費電流の削減を図ることができる。
【００２４】上記の実施例から得られる作用効果は、下
記の通りである。すなわち、 （１） 二次電池の保護回路において、電池電圧の過電
圧を第１の電圧検出回路で検出し、上記二次電池の負荷
側の負極側の浮き上がりを第２の電圧検出回路で検出
し、上記第１の電圧検出回路の検出信号によりラッチ回
路をリセットし、上記第２の電圧検出回路の検出信号に
より上記ラッチ回路をセットし、かかるラッチ回路のリ
セット出力により上記二次電池の負極側の電流経路に直
列に挿入された過充電保護スイッチをオフ状態にし、上
記ラッチ回路のセット出力によりオン状態に復帰させ、
上記充電スイッチの両端には充電時の電流方向とは逆方
向に電流を流すようにされた一方向性素子を設けること
により、過充電保護のスイッチがオフ状態のときでも負
荷を接続することができるという効果が得られる。
記の通りである。すなわち、 （１） 二次電池の保護回路において、電池電圧の過電
圧を第１の電圧検出回路で検出し、上記二次電池の負荷
側の負極側の浮き上がりを第２の電圧検出回路で検出
し、上記第１の電圧検出回路の検出信号によりラッチ回
路をリセットし、上記第２の電圧検出回路の検出信号に
より上記ラッチ回路をセットし、かかるラッチ回路のリ
セット出力により上記二次電池の負極側の電流経路に直
列に挿入された過充電保護スイッチをオフ状態にし、上
記ラッチ回路のセット出力によりオン状態に復帰させ、
上記充電スイッチの両端には充電時の電流方向とは逆方
向に電流を流すようにされた一方向性素子を設けること
により、過充電保護のスイッチがオフ状態のときでも負
荷を接続することができるという効果が得られる。
【００２５】（２） 上記第２の電圧検出回路の検出信
号は、電池電圧が規定の電圧以下とされたときの充電動
作を指示する検出信号とともにオアゲート回路を通して
上記ラッチ回路を上記他方のレベルに反転させることに
より、上記共通のラッチ回路により正常時には過充電保
護のスイッチＭＯＳＦＥＴをオン状態にさせることがで
きるという効果が得られる。
号は、電池電圧が規定の電圧以下とされたときの充電動
作を指示する検出信号とともにオアゲート回路を通して
上記ラッチ回路を上記他方のレベルに反転させることに
より、上記共通のラッチ回路により正常時には過充電保
護のスイッチＭＯＳＦＥＴをオン状態にさせることがで
きるという効果が得られる。
【００２６】（３） 上記保護回路を電池パックとして
リチュウムイオン電池と一体的に組み込まれるものとす
ることにより安全性と使い勝手を良くすることができる
という効果が得られる。
リチュウムイオン電池と一体的に組み込まれるものとす
ることにより安全性と使い勝手を良くすることができる
という効果が得られる。
【００２７】（４） 上記充電スイッチに電池側に放電
スイッチを直列形態に接続し、かかる放電スイッチを二
次電池の終止電圧を検出する第３の電圧検出回路の検出
信号に基づいてオフ状態にすることにより、過充電とと
もに過放電の保護を図ることができるという効果が得ら
れる。
スイッチを直列形態に接続し、かかる放電スイッチを二
次電池の終止電圧を検出する第３の電圧検出回路の検出
信号に基づいてオフ状態にすることにより、過充電とと
もに過放電の保護を図ることができるという効果が得ら
れる。
【００２８】以上本発明者よりなされた発明を実施例に
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、スイ
ッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴの他にバイポーラ型トランジ
スタや他のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。上
記ＭＯＳＦＥＴの場合には、ドレインとソース間の寄生
ダイオードを利用することができるが、このような寄生
ダイオードが無いときには、それと同等な電流を流すよ
うなダイオードを各スイッチに並列的に設けるようにす
ればよい。
基づき具体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限
定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種
々変更可能であることはいうまでもない。例えば、スイ
ッチ素子は、ＭＯＳＦＥＴの他にバイポーラ型トランジ
スタや他のスイッチ素子を用いるようにしてもよい。上
記ＭＯＳＦＥＴの場合には、ドレインとソース間の寄生
ダイオードを利用することができるが、このような寄生
ダイオードが無いときには、それと同等な電流を流すよ
うなダイオードを各スイッチに並列的に設けるようにす
ればよい。
【００２９】上記電圧検出回路は、前記のような電圧比
較回路を用いるもの他、例えば寄生ダイオードＤ２の順
方向電圧に対応した電池パックの負極端子−の浮き上が
りを検出するものは、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧を利
用するものであってもよい。つまり、寄生ダイオードＤ
２の順方向電圧より低いしきい値電圧を持つようにされ
たＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴのゲートに上記端子５の
電圧ＶＭ供給し、ソースに電池の負極電位に対応した回
路の接地電位を供給し、かかるＭＯＳＦＥＴのドレイン
からオン状態／オフ状態に対応したロウレベル／ハイレ
ベルの検出信号を形成し、それをインバータ回路で反転
させて上記セット信号に用いるようにしてもよい。
較回路を用いるもの他、例えば寄生ダイオードＤ２の順
方向電圧に対応した電池パックの負極端子−の浮き上が
りを検出するものは、ＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧を利
用するものであってもよい。つまり、寄生ダイオードＤ
２の順方向電圧より低いしきい値電圧を持つようにされ
たＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴのゲートに上記端子５の
電圧ＶＭ供給し、ソースに電池の負極電位に対応した回
路の接地電位を供給し、かかるＭＯＳＦＥＴのドレイン
からオン状態／オフ状態に対応したロウレベル／ハイレ
ベルの検出信号を形成し、それをインバータ回路で反転
させて上記セット信号に用いるようにしてもよい。
【００３０】電圧比較回路に供給される基準電圧は、共
通化された１つの定電圧であってもよい。これを基準に
して、電池電圧ＶＣＣを分圧抵抗回路により分圧し、そ
の分圧比の設定により、上記過充電、ラッチ回路のセッ
トをさせる規定電圧、放電動作を停止させる終止電圧の
それぞれに対応した分圧電圧を形成するようにすればよ
い。この発明は、過充電の保護を行う必要のある各種二
次電池保護回路として広く利用することができる。
通化された１つの定電圧であってもよい。これを基準に
して、電池電圧ＶＣＣを分圧抵抗回路により分圧し、そ
の分圧比の設定により、上記過充電、ラッチ回路のセッ
トをさせる規定電圧、放電動作を停止させる終止電圧の
それぞれに対応した分圧電圧を形成するようにすればよ
い。この発明は、過充電の保護を行う必要のある各種二
次電池保護回路として広く利用することができる。
【００３１】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路におい
て、電池電圧の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、
上記二次電池の負荷側の負極側の浮き上がりを第２の電
圧検出回路で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出信
号によりラッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検出
回路の検出信号により上記ラッチ回路をセットし、かか
るラッチ回路のリセット出力により上記二次電池の負極
側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチを
オフ状態にし、上記ラッチ回路のセット出力によりオン
状態に復帰させ、上記充電スイッチの両端には充電時の
電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向性
素子を設けることにより、過充電保護のスイッチがオフ
状態のときでも負荷を接続することができる。
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記の通りである。すなわち、二次電池の保護回路におい
て、電池電圧の過電圧を第１の電圧検出回路で検出し、
上記二次電池の負荷側の負極側の浮き上がりを第２の電
圧検出回路で検出し、上記第１の電圧検出回路の検出信
号によりラッチ回路をリセットし、上記第２の電圧検出
回路の検出信号により上記ラッチ回路をセットし、かか
るラッチ回路のリセット出力により上記二次電池の負極
側の電流経路に直列に挿入された過充電保護スイッチを
オフ状態にし、上記ラッチ回路のセット出力によりオン
状態に復帰させ、上記充電スイッチの両端には充電時の
電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向性
素子を設けることにより、過充電保護のスイッチがオフ
状態のときでも負荷を接続することができる。
【図１】この発明に係る二次電池保護回路の一実施例を
示す回路図である。
示す回路図である。
【図２】図１の過放電保護用のスイッチＭＯＳＦＥＴＱ
１を制御する保護回路の一実施例を示す回路図である。
１を制御する保護回路の一実施例を示す回路図である。
【図３】上記スイッチＭＯＳＦＥＴＱ１を制御する保護
回路の動作を説明するための特性図である。
回路の動作を説明するための特性図である。
Ｒ１〜Ｒ７…抵抗、ＬＴ１，ＬＴ２…ラッチ回路、Ｇ１
〜Ｇ３…論理ゲート回路、ＩＶ１…インバータ回路、Ｃ
ＯＭＰ１〜ＣＰＭＰ４…電圧比較回路、Ｑ１〜Ｑ２…Ｍ
ＯＳＦＥＴ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
〜Ｇ３…論理ゲート回路、ＩＶ１…インバータ回路、Ｃ
ＯＭＰ１〜ＣＰＭＰ４…電圧比較回路、Ｑ１〜Ｑ２…Ｍ
ＯＳＦＥＴ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 伸児 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株 式会社日立マイコンシステム内 (72)発明者 横浜 武久 東京都小平市上水本町５丁目22番１号 株 式会社日立マイコンシステム内 (72)発明者 松政 栄二 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内 (72)発明者 堀崎 浩一 大阪府茨木市丑寅一丁目１番88号 日立マ クセル株式会社内
Claims (4)
- 【請求項１】 二次電池の両端の電圧を受け、かかる電
池電圧で動作させられる二次電池保護回路であって、 上記電池電圧の過電圧を検出する第１の電圧検出回路
と、 上記二次電池の負荷側の負極端子側の電位を受け、その
浮き上がりを検出する第２の電圧検出回路と、 上記第１の電圧検出回路の検出信号により一方のレベル
に安定し、上記第２の電圧検出回路の検出信号により他
方のレベルに反転させられるラッチ回路と、 上記ラッチ回路の一方のレベルでの安定状態における出
力信号によりオフ状態にされ、上記他方のレベルでの安
定状態における出力信号によりオン状態にされ、かつ上
記二次電池の負極側の電流経路に直列に挿入された過充
電保護スイッチと、 上記過充電保護スイッチの両端に設けられ、充電動作時
の電流方向とは逆方向に電流を流すようにされた一方向
性素子とを含むことを特徴とする二次電池保護回路。 - 【請求項２】 上記第２の電圧検出回路の検出信号は、
電池電圧が規定の電圧以下とされたときの充電動作を指
示する検出信号とともにオアゲート回路を通して上記ラ
ッチ回路を上記他方のレベルに反転させるものであるこ
とを特徴とする請求項１の二次電池保護回路。 - 【請求項３】 上記保護回路は、電池パックとしてリチ
ュウムイオン電池と一体的に組み込まれるものであるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２の二次電池保護回
路。 - 【請求項４】 上記過充電保護スイッチには、電池側に
過放電保護スイッチが直列形態に接続され、かかる過放
電スイッチは、二次電池の終止電圧を検出する第３の電
圧検出回路の検出信号に基づいてオフ状態にされるもの
であることを特徴とする請求項３の二次電池保護回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35211895A JP3597617B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二次電池保護回路 |
| US08/777,965 US5896025A (en) | 1995-12-27 | 1996-12-24 | Secondary battery protection device from overcharge/overdischarge |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35211895A JP3597617B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二次電池保護回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09182282A true JPH09182282A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3597617B2 JP3597617B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=18421901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35211895A Expired - Lifetime JP3597617B2 (ja) | 1995-12-27 | 1995-12-27 | 二次電池保護回路 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5896025A (ja) |
| JP (1) | JP3597617B2 (ja) |
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