JPH1051962A

JPH1051962A - 過充電保護回路及び方法並びに電池パック

Info

Publication number: JPH1051962A
Application number: JP8204455A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Eguchi; 安仁江口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1996-08-02
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】加熱制御ヒューズのヒータへの供給電力の変
化幅を抑えて、ヒータの設計及び製作を容易にするこ
と。【解決手段】充電時、主制御回路５が電圧検出回路６
を介して電池７ａ，７ｂの過電圧を検出して、電流制御
素子３をオフする。何らかの異常により電流制御素子３
がオフしなかった場合、第２保護回路１１が電池７ａ，
７ｂの過電圧を検出すると、電池７ａ、電池７ｂのトー
タルの電圧ＶＢを変調して得たＰＷＭパルス電流を加熱
制御ヒューズ４のヒータに流す。これにより、加熱制御
ヒューズ４の温度ヒューズを溶断して充電電流を遮断す
る。この時、ＰＷＭパルス電流のデューティ比を前記電
圧ＶＢの２乗に反比例するように制御するため、電圧Ｖ
Ｂの大きさに拘らず、前記ヒータへの供給電力を一定と
することができ、ヒータの設計及び製作を容易に行うこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過充電保護回路及び方
法、並びに電池パックに関し、特に、２次電池を充電す
る際の過充電を避ける制御を行う主制御系の不具合を補
助して前記過充電が起きないようにする過充電保護回路
及び方法、並びに電池パックに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からリチウムイオン電池などの２次
電池を充電する際には、過充電保護回路を使用して高精
度な電圧制御を行うことにより、安全なリチウムイオン
電池の使用を確保している。

【０００３】図１０は従来のこの種の電池パックの構成
例を示した機能ブロック図である。図示されない充電器
が端子１、端子２に接続され、端子１から直流電流が入
力されると、この直流電流は電流制御素子３、加熱制御
ヒューズ４を通って、直列接続された２本の電池７ａ，
７ｂ（以降単に電池と称する）に流入し、これら２本の
電池を充電する。この時、例えばマイクロコンピュータ
により構成される主制御回路５は、直列接続された２本
の電池７ａ，７ｂのそれぞれの端子電圧（電池電圧）を
電圧検出回路６により検出して取り込むことにより、電
池７ａ，７ｂが過充電されないような制御を行ってい
る。

【０００４】即ち、主制御回路５は、検出された各電池
の端子電圧が予め設定された第１の基準電圧（２次電池
７ａ，７ｂが過充電状態になるおそれがある電圧）より
高くなると（例えば、充電完了時などにこのような状態
になる）、電流制御素子３を制御して、これをオフにす
ることにより、電池７ａ，７ｂに対するこれ以上の充電
を停止して、電池７ａ，７ｂが過充電されることを防止
する。

【０００５】しかし、電圧検出回路６、主制御回路５及
び電流制御素子３で構成される主制御系による上記した
電池７ａ，７ｂに対する過充電防止制御が主制御回路５
や電流制御素子３の異常により、動作しないような場
合、このままでは電池７ａ，７ｂが充電器電圧まで充電
されて過充電となってしまうため、第２保護回路８が働
いて、加熱制御ヒューズ４を溶断させて、電池７ａ，７
ｂに対する充電を停止する制御が行われる。

【０００６】即ち、第２保護回路８は各電池７ａ，７ｂ
の端子電圧を検出して、これが予め設定された第２の基
準電圧より高くなると、直列接続された２本の電池７
ａ，７ｂに印加されているトータルの電圧を加熱制御ヒ
ューズ４の加熱用のヒータ（図示せず）に印加し、この
ヒータから発生する熱で温度ヒューズ（図示せず）を溶
断させて、２本の電池７ａ，７ｂへの充電を停止する。
ここで、第２の基準電圧は第１の基準電圧より大きな値
に設定されている。

【０００７】加熱制御ヒューズ４は温度ヒューズに近接
してヒータを設けた構成を有している。従って、加熱制
御ヒューズ４を遮断しようとする時は、ヒータに電流を
流して発熱させることにより温度ヒューズを加熱して溶
断し、これにより、充電電流を遮断するようになってい
る。尚、遮断温度を２００℃以上に選んでおくと、温度
ヒューズも基板上にリフロー等で実装することが可能に
なり実用性が増す。

【０００８】しかし、充電される電池７ａ，７ｂは上記
のように２本の場合以外に、１本または直列接続された
３本、４本の場合がある。１本の電池７を過充電保護す
るために設定した前記第２の基準電圧を４．３Ｖとし
て、上記の回路で充電する場合を考察してみる。４本と
も同じように過充電になった場合、直列接続された４本
の電池７の全体にかかる電圧は１７．２（＝４．３×
４）Ｖとなり、４本の電池７の中の１本がショートして
いる場合は、直列接続された４本の電池７の全体にかか
る電圧は１２．９（＝４．３×３）Ｖとなり、２本がシ
ョートしている場合は８．６（＝４．３×２）Ｖとな
り、３本がショートしている場合は４．３Ｖとなる。従
って、これらのいずれの場合にも加熱制御ヒューズ４の
ヒータに通電して充電を遮断しようとすると、電力は電
圧の２乗に比例するため、ヒータに供給される電力の幅
は１：１６にも達してしまう。

【０００９】即ち、４本の電池７の全体にかかる電圧が
４．３Ｖの時に、ヒータに温度ヒューズを溶断するのに
十分な電力が供給されるように設定すると、４本の電池
７の全体にかかる電圧が１７．２Ｖの時はヒータに１６
倍の電力が供給される。例えば、上記した電圧が４．３
Ｖの時のヒータ供給電力を４Ｗ（最低電力）とすると、
上記電圧が１７．２Ｖの時のヒータ供給電力は６４Ｗ
（最高電力）にも達する。

【００１０】ところで、加熱制御ヒューズ４のヒータは
印刷焼成して作るので耐熱温度はそれ程高くなく、しか
も、低消費電力で動作可能とするためにヒータの周辺
（例えば基板）の熱伝導率は低く選んである等の理由
で、供給可能な電力の上限は低く、最低電力の約４倍程
度となっている。このため、上記のような最低電力と最
高電力の比が１：１６もあるような動作環境に耐えるヒ
ータを設計することは極めて困難となっている。なお、
ヒータの動作電力幅が４倍程度であれば、このようなヒ
ータの設計及び製造は現在技術で十分可能である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来、電池
パック等の主制御系の過充電保護が故障等で動作しない
場合、第２保護回路８が加熱制御ヒューズ４のヒータに
通電して、このヒータを発熱さることにより温度ヒュー
ズを溶断させ、これにより電池７ａ，７ｂへの充電電流
を遮断して電池の過充電保護を行っている。しかしなが
ら、直列接続された４本の電池７の中にショート電池が
混入しているような場合、ショート電池の数によっては
ヒータを加熱する電力の最低電力と最高電力の比が１：
１６にもなり、このような広範囲の電力変化に耐えられ
るヒータを設計及び製作することは極めて困難であると
いう課題があった。また、このような設計及び製作が困
難なヒータを有する第２過充電保護回路を搭載した電池
パックはその全体の設計が困難になるか、或いは設計の
余裕度を失ってしまうという課題があった。

【００１２】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、加熱制御ヒューズのヒータの動作電力の
変化幅を抑えて、ヒータの設計及び製作を容易に行うこ
とができるようにすることを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の過充電
保護回路は、直列接続された複数の２次電池への充電電
流を遮断する温度ヒューズ及び前記温度ヒューズを加熱
するヒータとから成るスイッチ手段と、前記スイッチ手
段の前記ヒータを発熱するための電流を流す電流発生手
段とを備える過充電保護回路において、前記電流発生手
段は、前記直列接続された２次電池に印加されるトータ
ルの電圧ＶＢをＰＷＭ変調して前記ヒータに印加するこ
とによりＰＷＭパルス電流を前記ヒータに流し、且つ前
記ＰＷＭパルス電流のデューティ比を前記電圧ＶＢに応
じて変化させることを特徴とする。

【００１４】このような構成により、電流発生手段が２
次電池に印加されるトータルの電圧ＶＢに応じて前記ヒ
ータに流すＰＷＭパルス電流のデューティ比を、例えば
前記電圧ＶＢが高くなるに従って低くする制御を行う
と、このヒータに供給される電力幅は前記電圧ＶＢの変
化幅が大きくても、抑制されて小さくなる。

【００１５】請求項２の発明の過充電保護回路の電流発
生手段は、前記ＰＷＭパルス電流のデューティ比を前記
電圧ＶＢの２乗に反比例するように制御することを特徴
とする。

【００１６】このような構成により、電流発生手段が前
記ヒータに流すＰＷＭパルス電流のデューティ比を、２
次電池に印加されるトータルの電圧ＶＢの２乗に反比例
するように制御すると、このヒータに供給される電力は
前記電圧ＶＢの高低に拘らず一定となる。

【００１７】請求項３の発明の過充電保護回路の前記電
流発生手段は、前記電圧ＶＢの２乗に反比例し、且つ前
記温度ヒューズを溶断するのに必要な最低電力を前記ヒ
ータに供給するために必要な前記ＰＷＭパルス電流の第
１のデューティ比と、前記電圧ＶＢの２乗に反比例し、
且つ前記ヒータを破壊しない範囲の最高電力を前記ヒー
タに供給するために必要な前記ＰＷＭパルス電流の第２
のデューティ比の間にあるいずれかの値をとるように前
記デューティ比を制御することを特徴とする。

【００１８】このような構成により、前記ヒータに供給
する前記最低電力と前記最高電力の比を４倍程度に設定
しておけば、電流発生手段が前記ヒータに流すＰＷＭパ
ルス電流のデューティ比を、２次電池に印加されるトー
タルの電圧ＶＢに応じて、上記した第１の値と第２の値
の間にあるいずれかの値をとるように制御すると、この
ヒータに供給される電力は前記電圧ＶＢがいかに変化し
ても、前記最低電力と最高電力の間に入り、その電力幅
は４倍程度に抑制される。

【００１９】請求項４の発明の過充電保護方法は、直列
接続された複数の２次電池への充電電流を遮断する温度
ヒューズ及びこの温度ヒューズを加熱するヒータとから
成るスイッチの前記ヒータを発熱するための電流を流す
過充電保護方法において、前記直列接続されたトータル
の２次電池に印加される電圧ＶＢをＰＷＭ変調して前記
ヒータに印加することによりＰＷＭパルス電流を前記ヒ
ータに流し、且つこのＰＷＭパルス電流のデューティ比
を前記電圧ＶＢに応じて変化させることを特徴とする。

【００２０】このような構成により、２次電池に印加さ
れるトータルの電圧ＶＢに応じて前記ヒータに流すＰＷ
Ｍパルス電流のデューティ比を、例えば前記電圧ＶＢが
高くなるに従って低くする制御を行うと、このヒータに
供給される電力幅は前記電圧ＶＢの変化幅が大きくて
も、抑制されて小さくなる。

【００２１】請求項５の発明の電池パックは、直列接続
された複数の２次電池と、前記２次電池への充電電流を
遮断する温度ヒューズ及び前記温度ヒューズを加熱する
ヒータとから成るスイッチ手段と、前記直列接続された
２次電池に印加されるトータルの電圧ＶＢをＰＷＭ変調
して前記ヒータに印加することによりＰＷＭパルス電流
を前記ヒータに流し、且つ前記ＰＷＭパルス電流のデュ
ーティ比を前記電圧ＶＢに応じて変化させる電流発生手
段とを備えることを特徴とする。

【００２２】このような構成により、温度ヒューズを加
熱するヒータに、前記複数の２次電池のトータルの電圧
に応じてデューティ比を変化させたＰＷＭパルス電流を
供給するため、前記トータルの電圧の変化幅が大きくて
も、前記ヒータに供給される電力幅が抑制される。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の過充電保護回路を
搭載した電池パックの一実施の形態の構成を示した機能
ブロック図である。図１の実施の形態の基本的な構成
は、図１０に示した例と同様であり、第２保護回路１１
のみが図１０における第２保護回路８と異なっている。

【００２４】尚、図１の全体は電池パックを構成し、第
２保護回路１１と加熱制御ヒューズ４は第２過充電保護
回路を構成している。また、電流制御素子３と主制御回
路５及び電圧検出回路６は主制御系を構成し、加熱制御
ヒューズ４はスイッチ手段を構成し、第２保護回路１１
は電流発生手段を構成している。

【００２５】次に本実施の形態の動作について説明す
る。端子１から入力される図示されない充電器からの直
流電流は、電流制御素子３、加熱制御ヒューズ４を通し
て電池７ａ，７ｂに流入し、これら電池７ａ，７ｂを充
電する。この時、主制御回路５は電圧検出回路６により
検出された各電池７ａ，７ｂの端子電圧を監視し、この
電圧が予め設定された第１の基準電圧を越えた場合、過
充電を避けるため、電流制御素子３をオフとする制御を
行って、電池７ａ，７ｂへの充電を停止する。しかし、
このような場合に、電圧検出回路６、主制御回路５また
は電流制御素子３の異常により、電流制御素子３がオフ
にならないと、電池７ａ，７ｂの端子電圧は上昇する。

【００２６】図２は上記した電流制御素子３の詳細回路
図である。電流制御素子３はＦＥＴ３１，３２が直列接
続され、それぞれのゲートＧが主制御回路５に接続され
ている。図１に示した電池７ａ，７ｂを充電する時、主
制御回路５はＦＥＴ３１，３２のゲートＧを両方ともロ
ーレベルにして、ＦＥＴ３１，３２をオンとすることに
より、入力直流電流をＦＥＴ３１のドレインＤからＦＥ
Ｔ３１、ＦＥＴ３２を通って図１に示した電池７ａ，７
ｂに供給させる。この間、主制御回路５は各電池７ａ，
７ｂの端子電圧を監視し、この端子電圧が予め設定され
た第１の基準電圧を越えた場合、ＦＥＴ３１のゲート電
圧をハイレベルにしてＦＥＴ３１をオフとする。この
時、寄生ダイオードＤ３１は逆バイアスであるため、Ｆ
ＥＴ３１がオフとなることにより、充電電流が遮断され
る。なお、ＦＥＴ３２は電池７ａ，７ｂの放電時の放電
電流を制御するためのもので、本例ではその動作説明を
省略する。

【００２７】一方、第２保護回路１１も上記した電池７
ａ，７ｂへの充電中、各電池７ａ，７ｂの端子電圧が予
め設定してある第２の基準電圧（第１の基準電圧＜第２
の基準電圧）を越えるかどうかを監視しているが、端子
電圧が上記した第１の基準電圧を越えて、更にこの第２
の基準電圧を越えると、ＰＷＭパルス電流を加熱制御ヒ
ューズ４に流し、この加熱制御ヒューズ４を遮断させる
ことにより、電池７ａ，７ｂへの充電を停止して、過充
電を最終的に防止する。電池７ａ，７ｂの端子電圧が第
１の基準電圧より低くなった時、主制御回路５はＦＥＴ
３１を再びオンにする。これにより充電動作が再開され
る。これに対して、加熱制御ヒューズ４を遮断させた時
は加熱制御ヒューズ４を新しいものに交換しない限り、
充電動作は再開することができない。

【００２８】次に上記した第２保護回路１１の動作につ
いて図３を参照して更に詳しく説明する。第２保護回路
１１は各電池７ａ，７ｂの端子電圧を第２の基準電圧と
比較する電圧コンパレータ６１ａ，６１ｂと、電圧コン
パレータ６１ａ，６１ｂの比較結果を、例えば１０秒ほ
ど遅延する遅延回路６２と、遅延回路６２の出力をラッ
チするラッチ回路６３と、このラッチ回路６３にラッチ
された値によってＰＷＭパルス電流を図１の加熱制御ヒ
ューズ４のヒータ（図４を参照して後述する）に流すＰ
ＷＭパルス発生回路６４とから成っている。尚、遅延回
路６２に接続されているコンデンサ６２ａは、遅延時間
を設定するためのものである。

【００２９】電圧コンパレータ６１ａ，６１ｂは電池７
ａ，７ｂの端子電圧を第２の基準電圧と比較し、端子電
圧が第２の基準電圧を越えると、その出力をハイレベル
として、これを遅延回路６２に出力する。遅延回路６２
は入力されたハイレベルの検出信号を１０秒間遅延して
ラッチ回路６３に出力する。この遅延回路６２は上記端
子電圧が何らかの理由で短時間（１０秒以内）だけ第２
の基準電圧を越えた場合の誤動作を避けるために入れて
ある。ラッチ回路６３は入力されたハイレベルの検出信
号をラッチしてＰＷＭパルス発生回路６４に出力する。
ＰＷＭパルス発生回路６４はラッチ回路６３の出力がハ
イレベルとなると、電池７ａ，７ｂに印加されるトータ
ルの電圧ＶＢをＰＷＭ変調することにより、図１の加熱
制御ヒューズ４にＰＷＭパルス電流を流す。

【００３０】ここで、加熱制御ヒューズ４は図４に示す
ような構成を有している。図４（Ａ）は加熱制御ヒュー
ズ４の側面図を、図４（Ｂ）は加熱制御ヒューズ４の平
面図を示している。また、図４（Ｃ）は上記した加熱制
御ヒューズ４の電気的構成を示す回路図である。図４
（Ａ）と図４（Ｂ）に示すように、基板４１上に所定の
間隔を離して電極４２，４３，４４が形成され、電極４
２と４３の間に温度ヒューズ４５ａが、電極４３と４４
の間に温度ヒューズ４５ｂが、それぞれ接続されてい
る。また、これらの温度ヒューズ４５ａ，４５ｂの真下
に近接してヒータ４６ａ，４６ｂが基板４１上に配置さ
れている。ヒータ４６ａ，４６ｂはその一端がヒータド
ライブ電極４８に接続され、その他端が電極４３に接続
される構造を有している。

【００３１】図４（Ｃ）に示すように、ヒータ４６ａ，
４６ｂはヒータドライブ電極４８と電極４３の間で並列
接続されている。電極４２は図１の電流制御素子３側に
接続され、電極４４は図１の電池７ａ側に接続される。
ヒータドライブ電極４８は図３のＰＷＭパルス発生回路
６４に接続される。

【００３２】ＰＷＭパルス発生回路６４から発生される
ＰＷＭパルス電流は温度ヒューズ４５ａ，４５ｂが電気
的に接続される電極４３からヒータ４６ａ，４６ｂの並
列接続回路を通って、ＰＷＭパルス発生回路６４側に流
れ、ヒータ４６ａ，４６ｂから熱が発生する。これによ
り、温度ヒューズ４５ａ，４５ｂが加熱され、所定の温
度を越えると、これら温度ヒューズ４５ａ，４５ｂが溶
断する。

【００３３】ここで、ＰＷＭパルス発生回路６４は入力
される電池７ａ，７ｂのトータルの電圧の大きさに拘り
なく、温度ヒューズ４５ａ，４５ｂに送るＰＷＭパルス
電流の電力Ｐを一定とするような制御を行っている。図
５の抵抗Ｒは温度ヒューズ４５ａ，４５ｂの並列接続回
路の抵抗を示しており、この抵抗ＲにＰＷＭパルス発生
回路６４のドライブＦＥＴ６４１が接続されている。こ
のドライブＦＥＴ６４１のゲートＧに図６に示すような
方形波状のドライブ電圧であるＰＷＭパルス電圧が印加
されると、このドライブＦＥＴ６４１がオンオフし、ヒ
ータ４６ａ，４６ｂにＰＷＭパルス電流が流れることに
なる。この方形波状のＰＷＭパルス電圧において、その
周期をＴ、１周期のハイレベルのパルス幅をｔとする
と、そのデューティ比Ｄはｔ／Ｔになる。ドライブＦＥ
Ｔ６４１がドライブ電圧でオンオフすると、抵抗Ｒに印
加される電池７ａ，７ｂのトータルの電圧ＶＢがＰＷＭ
変調され、この抵抗ＲをＰＷＭパルス電流ｉが流れるこ
とになるため、このＰＷＭパルス電流ｉのデューティ比
Ｄもｔ／Ｔになる。

【００３４】次に、ＰＷＭパルス発生回路６４によりヒ
ータ４６ａ，４６ｂに流すＰＷＭパルス電流ｉの電力Ｐ
を上記した電圧ＶＢに拘らず一定にすることについて考
察する。ヒータ４６ａ，４６ｂに供給される電力は、Ｐ
ＷＭパルス電流ｉのデューティ比をＤとすると、Ｐ＝ｉ
²・Ｒ・Ｄになり、これをｉ＝ＶＢ／Ｒの関係を使って
変形すると、Ｐ＝ＶＢ²・Ｄ／Ｒとなるため、ＰＷＭパ
ルス電流のデューティ比Ｄを、ＰＷＭパルス電流の電
圧、即ち、電池７ａ，７ｂのトータルの電圧ＶＢの２乗
に反比例するように制御すれば、ヒータ４６ａ，４６ｂ
に流すＰＷＭパルス電流の電力Ｐを電圧ＶＢの大きさに
拘らず一定にすることができる。但し、０≦Ｄ≦１であ
る。

【００３５】図７は上記したヒータ４６ａ，４６ｂに流
すＰＷＭパルス電流の電力Ｐを一定に制御した時の電池
７ａ，７ｂのトータルの電圧ＶＢとＰＷＭパルス電流ｉ
のデューティ比Ｄとの関係を示した特性図である。図
中、Ａはヒータ４６ａ，４６ｂの最低電力カーブで、Ｄ
＝１／（ＶＢ／Ｅｍｉｎ）²で示される。Ｂはヒータ４
６ａ，４６ｂの最大電力カーブで、Ｄ＝１／（ＶＢ／Ｅ
ｍａｘ）²で示される。

【００３６】但し、Ｅｍｉｎは上記したデューティ比Ｄ
＝１の時に、温度ヒューズ４５ａ，４５ｂを溶断するこ
とができる最低の電池７ａ，７ｂのトータルの電圧で、
Ｅｍａｘは上記したデューティ比Ｄ＝１の時に、ヒータ
４６ａ，４６ｂを破壊しないで温度ヒューズ４５ａ，４
５ｂを溶断することができる最高の電池７ａ，７ｂのト
ータルの電圧を示している。Ｃは最低電力カーブと最大
電力カーブの中間のカーブで、Ｄ＝１／（ＶＢ／Ｅ）²
で示される。但し、Ｅ＝（Ｅｍａｘ＋Ｅｍｉｎ）／２の
関係がある。

【００３７】従って、ＰＷＭパルス発生回路６４が、例
えばＡのカーブに従うようにヒータ４６ａ，４６ｂにＰ
ＷＭパルス電流を流した場合、電池７ａ，７ｂがいずれ
もショートしていない場合と、いずれか１本がショート
している場合の両方の場合で、ヒータ４６ａ，４６ｂに
供給される電力Ｐは一定となる。なお、ここではヒータ
４６ａ，４６ｂは供給電力が４倍変化しても、破壊され
ず正常動作するものを使用しており、このようなヒータ
は容易に製造できるものである。実際の制御としては、
図７の斜線で示した範囲１００に入るようにＰＷＭパル
ス電流のデューティ比Ｄを電池７ａ，７ｂのトータルの
電圧ＶＢの変化によって制御すれば、ヒータ４６ａ，４
６ｂを破壊することなく、温度ヒューズ４５ａ，４５ｂ
を溶断する動作が行われる。

【００３８】ここで、図１に示した電池パックの構成
で、過充電保護をしなければならない電圧（第２の基準
電圧）がＥｍｉｎである電池を４本直列接続した場合を
考える。この場合も、ＰＷＭパルス発生回路６４はＰＷ
Ｍパルス電流のデューティ比Ｄを４本の電池のトータル
の電圧ＶＢの変化（４．５〜２０Ｖ）に応じて図７の斜
線で示した範囲１００に入るように制御しながらＰＷＭ
パルス電流をヒータ４６ａ，４６ｂに流せば、ヒータ４
６ａ，４６ｂの供給電力は最大でも４倍しか変化しない
ため、ヒータ４６ａ、４６ｂを破壊することなく、温度
ヒューズ４５ａ，４５ｂを溶断することができる。

【００３９】図８はヒータ４６ａ，４６ｂがインダクタ
ンス成分を含む場合の等価回路図である。抵抗Ｒはヒー
タ４６ａ，４６ｂの並列接続回路の抵抗を示し、これに
インダクタンスＬとドライブＦＥＴ６４１が直列接続さ
れている。抵抗ＲとインダクタンスＬの直列接続回路に
はインダクタンスＬで発生する逆起電圧を転流するダイ
オードＤが並列に接続されている。本例のようにヒータ
４６ａ，４６ｂに流れるＰＷＭパルス電流ｉにリップル
分が含まれない場合は、ヒータ４６ａ，４６ｂに供給す
る電力Ｐを一定にするには、ＰＷＭパルス電流ｉのデュ
ーティ比Ｄを電池７ａ，７ｂのトータルの電圧ＶＢに反
比例するように、即ち、図７の破線Ｄ（最低電力カー
ブ）、Ｅ（最大電力カーブ）で示したような関数関係で
制御すればよい。これにより、トータルの電圧ＶＢに拘
らず、ヒータ４６ａ，４６ｂに供給する電力Ｐを一定に
することができる。

【００４０】また、この場合もカーブＤ、Ｅの間の範囲
２００はデューティ比Ｄの制御範囲となり、この範囲２
００でデューティ比Ｄを制御すれば、ヒータ４６ａ，４
６ｂへの供給電力は４倍以内となる。しかも、実線で示
したインダクタンスＬがない場合、デューティ比Ｄの制
御範囲は１乃至１／１６となるのに対して、ヒータ４６
ａ，４６ｂがインダクタンスを含む場合、デューティ比
Ｄの制御範囲は１乃至１／４の範囲で済むことになる。

【００４１】しかし、ＰＷＭパルス電流ｉにリップル分
がある場合には、デューティ比Ｄはトータルの電圧ＶＢ
に反比例させるのではなく、電圧ＶＢの２乗に反比例さ
せる場合と電圧ＶＢに反比例させる場合の中間に制御す
ることになる。

【００４２】図９は上記したＰＷＭパルス発生回路６４
によりヒータ４６ａ，４６ｂに流すＰＷＭパルス電流の
波形とＦＥＴ６４１のドライブ電流波形を示した波形図
である。図９（Ａ）はヒータ４６ａ，４６ｂに流れる電
流での温度波形でヒータ４６ａ，４６ｂが持つ時定数な
どの関係で、３角波形状になっているが、本例では、こ
れを便宜的にＰＷＭパルス温度と称している。図９
（Ａ）に実線で示したＰＷＭパルス温度は、ＦＥＴ６４
１のドライブ電圧周波数が図９（Ｂ）に示すように８０
０Ｈｚ以上の高い場合で、図９（Ａ）の２点鎖線で示し
たＰＷＭパルス温度は、ＦＥＴ６４１のドライブ電圧周
波数が図９（Ｃ）に示すように、８００Ｈｚよりも低い
場合である。

【００４３】ここで、ＦＥＴ６４１のドライブ電流周波
数が例えば８００Ｈｚ以上、即ち、ヒータ４６ａ，４６
ｂに流すＰＷＭパルス電流周波数が８００Ｈｚ以上の
時、図９（Ａ）に示されるように、ヒータ４６ａ，４６
ｂは温度ヒューズ４５ａ，４５ｂを溶断する温度Ｔ０に
達するが、ヒータ４６ａ，４６ｂが破壊される温度Ｔ１
には達しない。しかし、ＦＥＴ６４１のドライブ電流周
波数が８００Ｈｚよりも低い場合、即ち、ヒータ４６
ａ，４６ｂに流すＰＷＭパルス電流周波数が８００Ｈｚ
よりも低い場合、図９（Ａ）に示されるように、ヒータ
４６ａ，４６ｂは温度ヒューズ４５ａ，４５ｂを溶断す
る温度Ｔ０に達するだけでなく、ヒータ４６ａ，４６ｂ
が破壊される温度Ｔ１にも達してしまう。これは、ヒー
タ４６ａ，４６ｂは自身が発熱するので、その温度上昇
時定数は短いが、温度ヒューズ４５ａ，４５ｂは熱抵抗
を介して加熱されるので、その温度上昇時定数が長いた
めである。そこで、ＰＷＭパルス電流周波数を高くし
て、温度上昇時定数の短いヒータ４６ａ，４６ｂの温度
が上がり過ぎないようにして、ヒータ４６ａ，４６ｂが
破壊される温度Ｔ１に達するのを防止することができ
る。

【００４４】本実施の形態の過充電保護回路は、電池７
ａ，７ｂのトータルの電圧ＶＢ（第２基準電圧以上の検
出過電圧）、即ち加熱制御ヒューズ４のヒータ４６ａ，
４６ｂに印加する電圧に応じて、デューティ比Ｄを前記
電圧ＶＢの２乗に反比例するように制御したＰＷＭパル
ス電流をヒータ４６ａ，４６ｂに流すようにしているた
め、前記電圧ＶＢが変化しても、ヒータ４６ａ，４６ｂ
に供給される電力を常に一定にすることができる。これ
により、４本直列接続された電池７を充電する場合、そ
の中にショート電池が含まれていると、上記した電圧Ｖ
Ｂが例えば、４．５乃至２０Ｖまで大幅に変化すること
があるが、このような場合でも、ヒータ４６ａ，４６ｂ
に供給される電力を常に一定とすることができるため、
ヒータ４６ａ，４６ｂの設計及び製造を極めて容易に行
うことができる。

【００４５】また、過充電保護回路は、加熱制御ヒュー
ズ４のヒータ４６ａ，４６ｂに印加する電圧ＶＢに応じ
て、デューティ比Ｄが図７に示した特性図の斜線で示し
た範囲１００または２００に入るように制御したＰＷＭ
パルス電流をヒータ４６ａ，４６ｂに流すことにより、
ヒータ４６ａ，４６ｂに供給される電力の変化幅を最大
でも４倍以内に抑制することができるため、上記と同様
にヒータ４６ａ，４６ｂの設計及び製造を極めて容易に
行うことができる。

【００４６】更に、上記のような過充電保護回路を搭載
した電池パックは、加熱制御ヒューズ４を構成するヒー
タ４６ａ，４６ｂの設計が容易であるため、その分、全
体の設計の自由度を向上させることができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の如く請求項１または４の発明によ
れば、温度ヒューズを加熱するヒータに、２次電池の端
子電圧に応じてデューティ比を制御したＰＷＭパルス電
流を流して、発熱させるようにしたので、前記電圧の変
化幅が大きくても、ヒータへの供給電力の変化幅を抑え
ることができ、ヒータの設計及び製作を容易に行うこと
ができる。

【００４８】請求項２の発明によれば、デューティが端
子電圧の２乗に反比例するように制御するようにしたの
で、前記電圧の変化幅が大きくても、ヒータへの供給電
力変化幅を確実に一定にすることができる。

【００４９】請求項３の発明によれば、第１のデューテ
ィ比と第２のデューティ比の範囲内になるようにデュー
ティ比を制御するようにしたので、前記電圧の変化幅が
大きくても、ヒータへの供給電力変化幅を４倍程度に抑
えることができる。

【００５０】請求項５の発明によれば、温度ヒューズを
加熱するヒータに、２次電池の端子電圧に応じてデュー
ティ比を制御したＰＷＭパルス電流を流して、発熱させ
るようにしたので、過充電保護回路のヒータに印加する
電圧の変化幅が大きくても、ヒータへの供給電力変化幅
を抑えることができ、このヒータの設計及び製作を容易
に行うことができるため、その分、電池パック全体の設
計の余裕度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の過充電保護回路を搭載した電池パック
の一実施の形態の構成を示した機能ブロック図である。

【図２】図１に示した電流制御素子の詳細例を示した回
路図である。

【図３】図１に示した第２保護回路の詳細例を示した機
能ブロック図である。

【図４】図１に示した加熱制御ヒューズの詳細例を示し
た図である。

【図５】図１に示した加熱制御ヒューズのヒータ部分の
等価回路図である。

【図６】図５に示したＦＥＴのゲートに印加されるドラ
イブ電圧波形例を示した波形図である。

【図７】図１に示したヒータに流すＰＷＭパルス電流の
電力を一定に制御した時の電池のトータル電圧とＰＷＭ
パルス電流のデューティ比の関係を示した特性図であ
る。

【図８】図１に示した加熱制御ヒューズのヒータ部分の
他の等価回路図である。

【図９】図３に示したＰＷＭパルス発生回路によりヒー
タに流すＰＷＭパルス電流の波形例とドライブ電圧波形
例を示した波形図である。

【図１０】従来の過充電保護回路を搭載した電池パック
の構成例を示した機能ブロック図である。

【符号の説明】

１，２端子，３電流制御素子，４加熱制御ヒ
ューズ，５主制御回路，６電圧検出回路，７
ａ，７ｂ電池，８，１１第２保護回路，３１，３
２，６４１ＦＥＴ，４１基板，４２，４３，４
４電極，４５ａ，４５ｂ温度ヒューズ，４６ａ，
４６ｂヒータ，４８ヒータドライブ電極，６１
ａ，６１ｂ電圧コンパレータ，６２遅延回路，
６３ラッチ回路，６４ＰＷＭパルス発生回路，Ｄ
３１，３２ダイオード，Ｒ抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｈ０２Ｊ 7/10 Ｐ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】直列接続された複数の２次電池への充電
電流を遮断する温度ヒューズ及び前記温度ヒューズを加
熱するヒータとから成るスイッチ手段と、前記スイッチ手段の前記ヒータを発熱するための電流を
流す電流発生手段とを備える過充電保護回路において、前記電流発生手段は、前記直列接続された２次電池に印
加されるトータルの電圧ＶＢをＰＷＭ変調して前記ヒー
タに印加することによりＰＷＭパルス電流を前記ヒータ
に流し、且つ前記ＰＷＭパルス電流のデューティ比を前
記電圧ＶＢに応じて変化させることを特徴とする過充電
保護回路。
【請求項２】前記電流発生手段は、前記ＰＷＭパルス
電流のデューティ比を前記電圧ＶＢの２乗に反比例する
ように制御することを特徴とする請求項１に記載の過充
電保護回路。
【請求項３】前記電流発生手段は、前記電圧ＶＢの２
乗に反比例し、且つ前記温度ヒューズを溶断するのに必
要な最低電力を前記ヒータに供給するために必要な前記
ＰＷＭパルス電流の第１のデューティ比と、前記電圧Ｖ
Ｂの２乗に反比例し、且つ前記ヒータを破壊しない範囲
の最高電力を前記ヒータに供給するために必要な前記Ｐ
ＷＭパルス電流の第２のデューティ比の間にあるいずれ
かの値をとるように前記デューティ比を制御することを
特徴とする請求項１に記載の過充電保護回路。
【請求項４】直列接続された複数の２次電池への充電
電流を遮断する温度ヒューズ及びこの温度ヒューズを加
熱するヒータとから成るスイッチの前記ヒータを発熱す
るための電流を流す過充電保護方法において、前記直列接続されたトータルの２次電池に印加される電
圧ＶＢをＰＷＭ変調して前記ヒータに印加することによ
りＰＷＭパルス電流を前記ヒータに流し、且つこのＰＷ
Ｍパルス電流のデューティ比を前記電圧ＶＢに応じて変
化させることを特徴とする過充電保護方法。
【請求項５】直列接続された複数の２次電池と、前記２次電池への充電電流を遮断する温度ヒューズ及び
前記温度ヒューズを加熱するヒータとから成るスイッチ
手段と、前記直列接続された２次電池に印加されるトータルの電
圧ＶＢをＰＷＭ変調して前記ヒータに印加することによ
りＰＷＭパルス電流を前記ヒータに流し、且つ前記ＰＷ
Ｍパルス電流のデューティ比を前記電圧ＶＢに応じて変
化させる電流発生手段とを備えることを特徴とする電池
パック。