JPH09266014A - 電池パック - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電池パックにおいて、ラッシュカレントに対
して過放電保護機能が作用しないようにする。 【解決手段】 電池１Ａ、１Ｂの＋極あるいは−極と、
１対の電極端子Ｔ11、Ｔ12の一方との間に、スイッチ素
子Ｑ11、Ｑ12を直列接続する。電池１Ａ、１Ｂの端子電
圧を検出する検出回路２１、２４と、電池１Ａ、１Ｂの
端子電圧の一時的な低下に対して、検出回路２１、２２
の動作を無効にする回路３とを設ける。電池１Ａ、１Ｂ
の端子電圧が規定値まで低下したとき、検出回路２１、
２２の出力信号にしたがってスイッチ素子Ｑ11、Ｑ12を
オフにする。電池１Ａ、１Ｂの端子電圧の一時的な低下
のときには、検出回路２１、２２の動作を無効にする回
路３によりスイッチ素子Ｑ11、Ｑ12をオフにしない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電池パックに関
する。

【０００２】

【従来の技術】リチウムイオン電池は、容量のわりに軽
いので、業務用のポータブル電子機器、例えば取材用Ｖ
ＴＲの電源などとして広く利用されている。そして、業
務用などに使用されるリチウムイオン電池の中には、パ
ック化されるとともに、保護回路が一体化されたものが
ある。

【０００３】図４において、符号１０は、そのようなリ
チウムイオン電池パックの一例を示す。すなわち、この
例においては、２つのリチウムイオン電池１Ａ、１Ｂが
直列接続されるとともに、その＋極がヒューズＦ11を通
じて＋側電極端子Ｔ11に接続され、その−極が、電流検
出用の小さな値の抵抗器Ｒ11と、スイッチ用のＦＥＴ
（Ｑ11、Ｑ12）のドレイン・ソース間との直列回路を通
じて−側電極端子Ｔ12に接続される。

【０００４】また、符号２は充放電の保護回路を示す。
この保護回路２は、Ａ／Ｄコンバータ回路２１、電圧検
出回路２２、２３、論理回路２４、タイマ回路２５およ
びクロック発振回路２６などから構成されているととも
に、これらの回路２１〜２６が１チップＩＣ化されてい
る。なお、このようなＩＣ（保護回路２）として、シリ
コニクス社の「PRD1041D」、ミツミ電機の「MM1302AFB
E」、日本モトローラ社の「SC371013FER」などがある。

【０００５】そして、電池１Ａの＋極がＩＣ保護用の抵
抗器Ｒ13およびＶDD端子Ｔ22を通じてＡ／Ｄコンバータ
２１に接続され、電池１Ａと電池１Ｂとの接続点が、抵
抗器Ｒ12およびＶＣ端子（接続ピン）Ｔ21を通じてＡ／
Ｄコンバータ２１に接続され、電池１Ｂの−極がＩＣ保
護用の抵抗器Ｒ14およびＶSS端子Ｔ24を通じてＡ／Ｄコ
ンバータ２１に接続されるとともに、検出回路２２、２
３に接続される。

【０００６】また、抵抗器Ｒ11とＦＥＴ（Ｑ11）との接
続点が、抵抗器Ｒ15およびＩＳ端子Ｔ25を通じて検出回
路２３に接続されるとともに、端子Ｔ22と端子Ｔ24との
間にノイズ除去用のコンデンサＣ11が接続され、端子Ｔ
24と端子Ｔ25との間に、ノイズ除去用のコンデンサＣ12
が接続される。

【０００７】さらに、端子Ｔ12が、抵抗器Ｒ16およびＶ
Ｍ端子Ｔ23を通じて検出回路２２に接続され、回路２１
〜２３の出力が論理回路２４に供給される。また、この
とき、論理回路２４にタイマ回路２５が接続されるとと
もに、このタイマ回路２５には、Ｃ端子Ｔ26を通じて時
定数用のコンデンサＣ13が接続され、論理回路２４の動
作のタイミングが制御される。また、クロック発振回路
２６から回路２１、２４にクロックが供給される。

【０００８】そして、論理回路２４の出力が、ＤＣＯ端
子Ｔ27を通じてＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）のゲートに供給さ
れる。また、端子Ｔ22と端子Ｔ24との間の電圧が、回路
２１〜２５の動作電圧として使用される。

【０００９】このような構成において、端子Ｔ11、Ｔ12
を充電装置（図示せず）に接続すると、端子Ｔ11と端子
Ｔ12との間に、充電電圧が供給されるとともに、この電
圧が、（端子Ｔ11を基準電位点にして）検出回路２２に
より検出され、その検出出力が論理回路２４に供給され
る。

【００１０】この結果、論理回路２４の出力信号により
ＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオンとされ、端子Ｔ11、Ｔ12の
充電電圧が電池１Ａ、１Ｂの直列回路に供給され、電池
１Ａ、１Ｂは充電される。

【００１１】そして、充電の終了は、本来は充電装置に
より実行されるが、過充電状態になると、このとき、電
池１Ａ、１Ｂの端子電圧が規定値よりも上昇するととも
に、これに対応して端子Ｔ22と端子Ｔ24との間の電圧も
規定値よりも上昇する。

【００１２】すると、これがＡ／Ｄコンバータ２１を通
じて論理回路２４により検出される。この結果、論理回
路２４の出力信号によりＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフと
されて端子Ｔ11、Ｔ12の充電電圧は電池１Ａ、１Ｂに供
給されなくなり、電池１Ａ、１Ｂは過充電から保護され
る。

【００１３】一方、端子Ｔ11、Ｔ12に負荷（図示せず）
を接続すると、端子Ｔ12は端子Ｔ11と同電位となり、こ
れが端子Ｔ23を通じて検出回路２２により検出されると
ともに、その検出出力が論理回路２４に供給される。

【００１４】この結果、論理回路２４の出力信号により
ＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオンとされ、電池１Ａ、１Ｂの
電圧が、端子Ｔ11と端子Ｔ12との間に出力され、負荷に
供給される。

【００１５】そして、電池１Ａ、１Ｂの電圧が負荷に供
給されている場合に、なんらかの理由により、負荷に流
れる電流が規定値よりも大きくなると、抵抗器Ｒ11にお
ける降下電圧が大きくなるととともに、この降下電圧の
大きくなったことが検出回路２３により検出され、その
検出結果が論理回路２４に供給される。

【００１６】この結果、論理回路２４の出力信号により
ＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフとされて電池１Ａ、１Ｂの
電圧は負荷に供給されなくなり、電池１Ａ、１Ｂは過負
荷による過大電流から保護される。

【００１７】また、リチウムイオン電池パック１０の使
用につれて電池１Ａ、１Ｂの残量が規定値まで減少する
と、すなわち、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が終止電圧ま
で低下すると、端子Ｔ22と端子Ｔ24との間の電圧が低下
するとともに、これがＡ／Ｄコンバータ２１を通じて論
理回路２４により検出される。そして、この論理回路２
４の出力信号によりＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフとされ
て電池１Ａ、１Ｂの電圧は負荷に供給されなくなり、電
池１Ａ、１Ｂは過放電から保護される。

【００１８】以上のように、図４のリチウムイオン電池
パック１０においては、リチウムイオン電池１Ａ、１Ｂ
がパック化されているとともに、そのリチウムイオン電
池１Ａ、１Ｂを過充電、過大電流あるいは過放電から保
護する保護回路２が一体化されている。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、電
子機器は、電源投入時、定常時よりも大きいラッシュカ
レントが流れるが、上述したリチウムイオン電池パック
１０を使用する機器においても、電源投入時、かなりの
ラッシュカレントが流れる。

【００２０】図５は、そのようなラッシュカレントの測
定例を示すもので、この例においては、リチウムイオン
電池パック１０の電池１Ａ、１Ｂはそれぞれ２本のリチ
ウムイオン電池を直列接続してある場合であり、すなわ
ち、全体としては、４本のリチウムイオン電池が直列接
続してある場合である。したがって、公称出力電圧は、
14.4Ｖ（＝3.6Ｖ×４）であるが、図５の場合、満充電
されているので、その端子電圧は16.9Ｖとなっている。
また、負荷は放送局の取材用ＶＴＲである。

【００２１】そして、この測定結果によれば、定常時の
負荷電流は1.1Ａ程度であるが、電源投入時（ｔ＝０）
のラッシュカレントは約30.7Ａに達し、その後、負荷電
流は次第に減少して15m秒後あたりから定常値になって
いる。

【００２２】ところが、電池１Ａ、１Ｂは、１本あたり
0.06〜0.1Ω程度の内部抵抗を有する。

【００２３】したがって、負荷電流が流れると、電池１
Ａ、１Ｂの内部抵抗に電圧降下を生じるが、電源投入時
には、7.4Ｖ（≒0.06Ω×４×30.7Ａ）の電圧降下を生
じてしまう。この結果、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧は、
図５に示すように、満充電時には、16.9Ｖであっても、
電源投入時には、9.3Ｖ（≒16.9Ｖ−7.4Ｖ）まで低下し
てしまう。

【００２４】そして、このように電池１Ａ、１Ｂの端子
電圧が大きく低下すると、上述のように、保護回路２の
過放電保護機能によりＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフとな
ってしまう。つまり、電源投入時、ラッシュカレントに
より保護回路２の過放電保護機能が作用し、端子Ｔ11、
Ｔ12の出力電圧は得られなくなってしまう。

【００２５】この発明は、このような問題点を解決しよ
うとするものである。

【００２６】

【課題を解決するための手段】このため、この発明にお
いては、充電式の電池と、この電池の端子電圧が供給さ
れる１対の電極端子と、上記電池の＋極あるいは−極
と、上記１対の電極端子の一方との間に直列接続された
スイッチ素子と、上記電池の端子電圧を検出する検出回
路と、上記電池の端子電圧の一時的な低下に対して、上
記検出回路の動作を無効にする回路とを有し、上記電池
の端子電圧が規定値まで低下したとき、上記検出回路の
出力信号にしたがって上記スイッチ素子をオフにする
が、上記電池の端子電圧の一時的な低下のときには、上
記検出回路の動作を無効にする回路により上記スイッチ
素子をオフにしないようにした電池パックとするもので
ある。

【００２７】この結果、ラッシュカレントによる一時的
な電池電圧の低下に対して、過放電保護機能が非動作状
態となり、電池電圧の出力が続行される。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１において、リチウムイオン電
池１Ａ、１Ｂおよび保護回路２などが上記のように接続
されてリチウムイオン電池パック１０が構成される。

【００２９】さらに、保護回路２のＶDD端子Ｔ22と、電
池１Ｂの−極との間に、コンデンサＣ14が接続され、抵
抗器Ｒ13およびコンデンサＣ14により、時定数回路３が
構成される。なお、この場合、一例として、 Ｒ13＝220Ω（図４の電池パックでは、100Ω） Ｃ14＝4.7μＦ とされる。

【００３０】このような構成によれば、通常の充電およ
び放電が上述のように実行されるとともに、過充電に対
する保護も上述のように実行される。

【００３１】そして、負荷の電源投入時には、ラッシュ
カレントが流れるので、例えば図５に示すように、電池
１Ａ、１Ｂの端子電圧は一時的に大きく低下する。

【００３２】しかし、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧は、抵
抗器Ｒ13を通じて保護回路２の端子Ｔ22に供給されると
ともに、この端子Ｔ22には、コンデンサＣ14が接続され
ているので、ラッシュカレントにより電池１Ａ、１Ｂの
端子電圧が一時的に低下しても、これはコンデンサＣ14
により吸収され、端子Ｔ22の電圧はほとんど低下しな
い。

【００３３】したがって、電源投入時、ラッシュカレン
トにより電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が一時的に低下して
も、これを保護回路２が過放電と判断して保護動作に入
ることがなく、すなわち、ＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフ
になることがなく、この結果、端子Ｔ11、Ｔ12の出力電
圧が遮断されることがない。

【００３４】なお、リチウムイオン電池パック１０を使
用することにより、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が次第に
低下したときには、この低下に追従して端子Ｔ22の電圧
も低下し、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が規定値まで低下
すると、上述のように保護回路２が作用してＦＥＴ（Ｑ
11、Ｑ12）がオフとなり、電池１Ａ、１Ｂは過放電から
保護される。

【００３５】こうして、このリチウムイオン電池パック
１０によれば、負荷の電源投入時、大きなラッシュカレ
ントが流れることにより電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が低
下しても、端子Ｔ11、Ｔ12に出力電圧を得ることができ
る。しかし、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が使用につれて
低下したときには、保護回路２の保護作用により電池１
Ａ、１Ｂの過放電を防止することができる。

【００３６】しかも、そのためには、コンデンサＣ14を
追加して時定数回路３を構成するだけでよく、コストの
上昇を最少に抑えることができる。

【００３７】図２は、この発明の他の形態を示し、論理
回路２４の出力信号Ｓ24がオア回路２７を通じてＤＣＯ
端子Ｔ27に取り出される。また、タイマ回路２５から所
定の信号Ｓ25が取り出される。すなわち、電池１Ａ、１
Ｂの端子電圧が終止電圧まで低下し、これがＡ／Ｄコン
バータ２１を通じて論理回路２４により検出された時点
から所定の期間τにわたって“１”レベルとなる信号Ｓ
25が取り出される。そして、この信号Ｓ25がオア回路２
７に供給される。

【００３８】なお、期間τは、電源投入時のラッシュカ
レントによって電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が規定値以下
に低下している期間よりも、わずかに長い時間、例えば
数ｍ秒〜数100ｍ秒とされる。また、コンデンサＣ14は
接続されない。

【００３９】このような構成において、任意の時点に負
荷の電源を投入すると、ラッシュカレントにより、図３
Ａに示すように（波形は誇張してある）、電池１Ａ、１
Ｂの端子電圧が低下し、時点ｔ1に規定値以下となり、
上述のように、この電圧の低下が、Ａ／Ｄコンバータ２
１を通じて論理回路２４により検出され、論理回路２４
の出力信号Ｓ24は、図３Ｂに示すように、時点ｔ1から
“０”レベルとなる。

【００４０】しかし、このＳ24＝“０”になったことに
より、図３Ｃに示すように、時点ｔ1からＳ25＝“１”
となり、この信号Ｓ25がオア回路２７に供給されている
ので、図３Ｄに示すように、ＤＣＯ端子Ｔ27は、時点ｔ
1以後も“１”レベルの状態を続ける。したがって、Ｆ
ＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）は、時点ｔ1以後もオンの状態を続
ける。

【００４１】そして、時点ｔ2（ｔ2＞ｔ1＋τ）になる
と、ラッシュカレントが減少して電池１Ａ、１Ｂの端子
電圧が規定値以上に復帰するので、Ｓ24＝“１”とな
り、この時点ｔ2以後は、信号Ｓ24によりＦＥＴ（Ｑ1
1、Ｑ12）のオン状態が続けられる。なお、時点ｔ1から
期間τが経過した時点にＳ25＝“０”となる。

【００４２】したがって、電源投入時、大きなラッシュ
カレントが流れも保護回路２が過放電と判断して保護動
作に入ることがなく、ＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ12）がオフにな
ることがない。

【００４３】一方、リチウムイオン電池パック１０の使
用につれて電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が次第に低下し、
図３Ａの時点ｔ3に電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が規定値
以下となった場合には、時点ｔ1の場合と同様、時点ｔ3
からＳ24＝“０”となるとともに、Ｓ25＝“１”とな
る。

【００４４】しかし、この場合には、電池１Ａ、１Ｂの
端子電圧は、電源投入時のように回復しないで、低下す
る一方なので、時点ｔ3から期間τ後の時点ｔ4になて
も、Ｓ24＝“０”のままであるとともに、Ｓ25＝“０”
となる。したがって、時点ｔ4から、ＤＣＯ端子Ｔ27は
“０”レベルとなるので、これによりＦＥＴ（Ｑ11、Ｑ
12）がオフとなり、電池１Ａ、１Ｂは過放電から保護さ
れる。

【００４５】こうして、この図２のリチウムイオン電池
パック１０においても、負荷の電源投入時、大きなラッ
シュカレントが流れることにより電池１Ａ、１Ｂの端子
電圧が低下しても、端子Ｔ11、Ｔ12に出力電圧を得るこ
とができる。しかし、電池１Ａ、１Ｂの端子電圧が使用
につれて低下したときには、保護回路２の保護作用によ
り電池１Ａ、１Ｂの過放電を防止することができる。

【００４６】しかも、そのためには、オア回路２７を追
加するだけでよく、保護回路２に一体にＩＣ化すること
もできる。

【００４７】

【発明の効果】この発明によれば、過放電から電池を保
護できるとともに、ラッシュカレントに対して、その過
放電の保護機能を非動作状態にすることができる。しか
も、そのための構成が簡単であり、安価である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一形態を示す接続図である。

【図２】この発明の他の形態を示す接続図である。

【図３】図２の回路の動作を説明するための波形図であ
る。

【図４】この発明を説明するための接続図である。

【図５】図４の回路の動作を説明するための特性図であ
る。

【符号の説明】

１Ａ＝リチウムイオン電池、１Ｂ＝リチウムイオン電
池、２＝保護回路、３＝時定数回路、１０＝リチウムイ
オン電池パック、２１＝Ａ／Ｄコンバータ、２２＝検出
回路、２３＝検出回路、２４＝論理回路、２５＝タイマ
回路、２６＝クロック発振回路、２７＝オア回路、Ｒ11
＝電流検出用抵抗器、Ｃ14＝電圧変動の吸収用コンデン
サ、Ｒ13＝電圧変動の吸収用抵抗器、Ｑ11＝スイッチ用
ＦＥＴ、Ｑ12＝スイッチ用ＦＥＴ、Ｔ11＝＋側電極端
子、Ｔ12＝−側電極端子

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】充電式の電池と、 この電池の端子電圧が供給される１対の電極端子と、 上記電池の＋極あるいは−極と、上記１対の電極端子の
   一方との間に直列接続されたスイッチ素子と、 上記電池の端子電圧を検出する検出回路と、 上記電池の端子電圧の一時的な低下に対して、上記検出
   回路の動作を無効にする回路とを有し、 上記電池の端子電圧が規定値まで低下したとき、上記検
   出回路の出力信号にしたがって上記スイッチ素子をオフ
   にするが、 上記電池の端子電圧の一時的な低下のときには、上記検
   出回路の動作を無効にする回路により上記スイッチ素子
   をオフにしないようにした電池パック。
2. 【請求項２】請求項１に記載の電池パックにおいて、 上記検出回路の動作を無効にする回路が、上記検出回路
   の入力側に設けられて上記電池の端子電圧の一時的な低
   下を吸収する時定数回路により構成されるようにした電
   池パック。
3. 【請求項３】請求項２に記載の電池パックにおいて、 上記検出回路の動作を無効にする回路が、上記検出回路
   の出力側に設けられてその出力を無効にする回路により
   構成されるようにした電池パック。
4. 【請求項４】請求項２に記載の電池パックにおいて、 上記１対の電極端子の電圧を検出する別の検出回路を有
   し、 この別の検出回路が、上記１対の電極端子に充電電圧の
   供給されたことを検出したとき、その検出出力にしたが
   って上記スイッチ素子をオンとして上記１対の電極端子
   に供給された充電電圧を上記電池に供給するようにした
   電池パック。
5. 【請求項５】請求項４に記載の電池パックにおいて、 上記電池がリチウムイオン電池であるようにした電池パ
   ック。