JPH11185824A - Primary battery compatible battery pack - Google Patents

Primary battery compatible battery pack

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JPH11185824A
JPH11185824A JP9342980A JP34298097A JPH11185824A JP H11185824 A JPH11185824 A JP H11185824A JP 9342980 A JP9342980 A JP 9342980A JP 34298097 A JP34298097 A JP 34298097A JP H11185824 A JPH11185824 A JP H11185824A
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JP
Japan
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voltage
battery
lithium ion
secondary battery
ion secondary
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JP9342980A
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Japanese (ja)
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Fumiya Sato
文哉 佐藤
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a secondary battery that is compatible with a conventional, multipurpose primary battery and has high energy density. SOLUTION: In a battery pack that has a lithium ion secondary battery 2 in its insulating case 1 and is provided with an external terminal composed of a positive electrode terminal Ta and a negative electrode terminal Tb on the outer surface of the insulating case 1, a voltage converter 3 to regulate voltage during charging and discharging of the lithium ion secondary battery 2 and a protective element 4 to prevent overcharging and overdischarging of the lithium ion secondary battery are electrically connected in between the lithium ion secondary battery 2 and the external terminals Ta, Tb.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ケースにリチ
ウムイオン二次電池が内蔵され、該絶縁ケースの外表面
に正極端子と負極端子とからなる外部端子が設けられた
バッテリーパックに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery pack in which a lithium ion secondary battery is incorporated in an insulating case, and an external terminal comprising a positive terminal and a negative terminal is provided on the outer surface of the insulating case.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、玩具や携帯用の電子機器の電
源として、汎用の一次電池が広く用いられている。この
ような汎用の一次電池としては、単一〜単五のマンガン
乾電池やアルカリ乾電池が一般的である。
2. Description of the Related Art Conventionally, general-purpose primary batteries have been widely used as power supplies for toys and portable electronic devices. As such general-purpose primary batteries, single to single manganese dry batteries or alkaline dry batteries are generally used.

【0003】ところが、これらの汎用のマンガン乾電池
やアルカリ乾電池は、原理的に充電できないために、使
用後には再利用できず廃棄処分せざるを得ず、単位電気
量コストが高くなり、また、地球環境保全の見地からも
好ましくないという問題がある。
However, these general-purpose manganese dry batteries and alkaline dry batteries cannot be charged in principle, so they cannot be reused after use and must be disposed of. There is a problem that it is not preferable from the viewpoint of environmental protection.

【0004】このため、これらの汎用の一次電池に代え
て、充放電可能な二次電池を使用することが広く行われ
るようになっている。
[0004] For this reason, a secondary battery that can be charged and discharged has been widely used in place of these general-purpose primary batteries.

【0005】従来、広く用いられている二次電池として
は、ニッカド電池やニッケル水素電池、あるいはリチウ
ムイオン二次電池が知られている。
Hitherto, as a widely used secondary battery, a nickel cadmium battery, a nickel hydride battery, or a lithium ion secondary battery has been known.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ニッカ
ド電池やニッケル水素電池は、出力電圧が汎用の一次電
池(約1.0V〜1.5V)とほぼ同じであるので互換
性があるが、メモリー効果を有しているので、完全に放
電しないで充電すると初期の放電容量が半減する欠点を
持っている。このため、完全に放電することが少ない実
際の使用状況下では、放電容量が低下するという問題が
ある。また、ニッカド電池やニッケル水素電池は、エネ
ルギー密度が十分でなく、更にエネルギー密度を向上さ
せることが求められている。
However, nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries are compatible because the output voltage is almost the same as that of general-purpose primary batteries (about 1.0 V to 1.5 V). Therefore, when the battery is charged without completely discharging, the initial discharge capacity is reduced by half. For this reason, there is a problem that the discharge capacity is reduced under actual use conditions in which the discharge is less likely to occur. Further, the nickel cadmium battery and the nickel hydride battery do not have a sufficient energy density, and there is a demand for further improving the energy density.

【0007】一方、リチウムイオン二次電池は、出力電
圧が約3.0V〜4.2Vと高く、ニッカド電池やニッ
ケル水素電池よりもエネルギー密度が高く、放電容量を
より大きくすることができるという利点を有する。ま
た、リチウムイオン二次電池は、ニッカド電池やニッケ
ル水素電池より軽量化できるという利点を有する。しか
し、汎用の一次電池の出力電圧よりもかなり高いので、
汎用の一次電池の互換電池として実際に使用することが
できなかった。
On the other hand, the lithium ion secondary battery has an advantage that the output voltage is as high as about 3.0 V to 4.2 V, the energy density is higher than that of a nickel cadmium battery or a nickel hydride battery, and the discharge capacity can be further increased. Having. Further, the lithium ion secondary battery has an advantage that the weight can be reduced as compared with the nickel cadmium battery or the nickel hydride battery. However, since it is considerably higher than the output voltage of general-purpose primary batteries,
It could not be used as a general-purpose primary battery compatible battery.

【0008】本発明は、以上の従来の技術の課題を解決
しようとするものであり、従来の汎用の一次電池に互換
でき且つ放電容量が大きい二次電池を提供することを目
的とする。
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a secondary battery which is compatible with a conventional general-purpose primary battery and has a large discharge capacity.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明者は、正極及び負
極のそれぞれに対応する外部端子が設けられた絶縁ケー
スに、エネルギー密度の高いリチウムイオン二次電池、
充放電時の電圧を制御するための電圧変換器、及び過充
電と過放電とを防止するための保護素子を設けることに
より、上述の問題を解決できることを見出し、本発明を
完成させるに至った。
Means for Solving the Problems The present inventor has provided a lithium ion secondary battery having a high energy density in an insulating case provided with external terminals corresponding to each of a positive electrode and a negative electrode.
By providing a voltage converter for controlling the voltage at the time of charging and discharging, and a protection element for preventing overcharging and overdischarging, the inventors have found that the above-mentioned problems can be solved, and have completed the present invention. .

【0010】即ち、本発明は、絶縁ケースにリチウムイ
オン二次電池が内蔵され、該絶縁ケースの外表面に正極
端子と負極端子とからなる外部端子が設けられたバッテ
リーパックであって、リチウムイオン二次電池と外部端
子との間に、リチウムイオン二次電池の充電・放電時に
電圧を調整するための電圧変換器と、リチウムイオン二
次電池の過充電と過放電とを防止するための保護素子と
が設けられていることを特徴とする一次電池互換バッテ
リーパックを提供する。
That is, the present invention relates to a battery pack in which a lithium ion secondary battery is incorporated in an insulating case and an external terminal comprising a positive terminal and a negative terminal is provided on the outer surface of the insulating case. Between the secondary battery and the external terminal, a voltage converter for adjusting the voltage when charging and discharging the lithium ion secondary battery, and protection for preventing overcharging and overdischarging of the lithium ion secondary battery And a primary battery compatible battery pack provided with an element.

【0011】本発明の一次電池互換バッテリーパックに
内蔵されているリチウムイオン二次電池のセル電圧は約
3.0V〜4.2Vであり、汎用一次電池であるアルカ
リ電池の外部端子の出力電圧(約1.0V〜1.5V)
よりも倍以上高い。そこで、本発明においては、リチウ
ムイオン二次電池の放電時のセル電圧(約3.0V〜
4.2V)を約1.0V〜1.4Vに変換し、外部端子
側に出力する機能を有する電圧変換器を絶縁ケース内に
内蔵させる。電圧変換器は放電時の外部端子電圧を約
1.0V〜1.4Vに調整する。このような電圧変換器
は、リチウムイオン二次電池の電圧を3分の1にする際
に必然的に電流を3倍にする機能を有する。
The cell voltage of the lithium ion secondary battery built in the primary battery compatible battery pack of the present invention is about 3.0 V to 4.2 V, and the output voltage of the external terminal of the alkaline battery which is a general-purpose primary battery ( About 1.0V to 1.5V)
More than twice as high. Therefore, in the present invention, the cell voltage (about 3.0 V-
4.2 V) is converted to about 1.0 V to 1.4 V, and a voltage converter having a function of outputting to the external terminal side is built in the insulating case. The voltage converter adjusts the external terminal voltage at the time of discharge to about 1.0 V to 1.4 V. Such a voltage converter has a function to inevitably triple the current when the voltage of the lithium ion secondary battery is reduced to one third.

【0012】また、一般にニッカド電池やニッケル水素
電池の充電電圧は約1.5Vである。そこで、本発明に
おいては、ニッカド電池やニッケル水素電池の充電器を
用いて充電できるようにするために、ニッカド電池やニ
ッケル水素電池の充電器を用いた場合の充電時の外部端
子電圧の約1.5Vを約3.0V〜4.2Vに変換し、
リチウムイオン二次電池側に出力する機能を有する電圧
変換器を内蔵させることが好ましい。電圧変換器として
は、充電時のリチウムイオン二次電池側電圧を4.2V
以下に調整するものを内蔵させることが好ましい。
The charge voltage of a nickel-cadmium battery or a nickel-metal hydride battery is generally about 1.5V. Therefore, in the present invention, in order to allow charging using a NiCd battery or a nickel-metal hydride battery charger, the external terminal voltage at the time of charging using a NiCd battery or a nickel-metal hydride battery charger is about 1%. 0.5V to about 3.0V to 4.2V,
It is preferable to incorporate a voltage converter having a function of outputting to the lithium ion secondary battery side. As the voltage converter, the lithium ion secondary battery side voltage at the time of charging was 4.2 V
It is preferable to incorporate what is adjusted below.

【0013】従って、本発明において電圧変換器として
は、放電時にはリチウムイオン二次電池の電圧を略3分
の1に変換して外部端子側に出力し、充電時には外部端
子側の電圧を略3倍に変換してリチウムイオン二次電池
側に出力するための第1の電圧変換素子と、充電時にリ
チウムイオン二次電池側の電圧が約4.2Vを超えない
ように制御するための第2の電圧変換素子と、放電時に
外部端子側の電圧が1.5Vを超えないように制御する
ための第3の電圧変換素子とから構成することが好まし
い。
Therefore, in the present invention, the voltage converter converts the voltage of the lithium ion secondary battery to approximately one third at the time of discharging and outputs the voltage to the external terminal side, and at the time of charging, converts the voltage of the external terminal side to approximately three. A first voltage conversion element for converting the voltage to twice and outputting the same to the lithium ion secondary battery, and a second voltage conversion element for controlling the voltage of the lithium ion secondary battery to not exceed about 4.2 V during charging. And a third voltage conversion element for controlling the voltage on the external terminal side not to exceed 1.5 V during discharging.

【0014】また、本発明においては、リチウムイオン
二次電池側の電圧が約4.2Vを超えないようにする過
電圧充電の保護機能とリチウムイオン二次電池側の電圧
が約3Vを下回らないようにする過電圧放電の保護機能
とを有する保護素子を設ける。
Further, in the present invention, an overvoltage charging protection function for preventing the voltage on the lithium ion secondary battery side from exceeding about 4.2 V, and a function for preventing the voltage on the lithium ion secondary battery side from falling below about 3 V. A protection element having an overvoltage discharge protection function is provided.

【0015】本発明において、絶縁ケースとして汎用の
一次電池と同じ外形寸法のケースを使用した場合、汎用
の一次電池として使用することができる。例えば、単三
電池の代わりに使用することができる。
In the present invention, when a case having the same outer dimensions as a general-purpose primary battery is used as the insulating case, it can be used as a general-purpose primary battery. For example, it can be used instead of AA batteries.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一次電池互換バッ
テリーパックの実施態様を詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the primary battery compatible battery pack of the present invention will be described in detail.

【0017】図1(a)に示すように、この一次電池互
換バッテリーパック10は、汎用の電池と同じ外形寸法
でプラスチックなどの絶縁材料からなる絶縁ケ−ス1
に、銅やニッケル合金などの良導体からなる正極端子T
aと負極端子Tbとが設けられた外観を有している。そ
の内部構成は、リチウムイオン二次電池2、リチウムイ
オン二次電池2の充電・放電時に電圧を調整するための
電圧変換器3、及びリチウムイオン二次電池の過充電と
過放電とを防止するための保護素子4を内蔵した構成と
なっている(図1(b))。
As shown in FIG. 1A, this primary battery compatible battery pack 10 has the same outer dimensions as a general-purpose battery and an insulating case 1 made of an insulating material such as plastic.
The positive electrode terminal T made of a good conductor such as copper or nickel alloy
a and a negative electrode terminal Tb. Its internal configuration prevents overcharge and overdischarge of the lithium ion secondary battery 2, the voltage converter 3 for adjusting the voltage when charging and discharging the lithium ion secondary battery 2, and the lithium ion secondary battery. (See FIG. 1 (b)).

【0018】バッテリーパック10に内蔵された電圧変
換器3は、図2に示すように、放電時に、リチウムイオ
ン二次電池2の出力電圧を3分の1に変換して外部端子
側に出力し、且つ充電時に、外部端子側からの入力電圧
を3倍に変換し、リチウムイオン二次電池2に出力する
ための第1の電圧変換素子3aと、充電時にリチウムイ
オン二次電池2側の電圧が4.2Vを超えないように制
御するための第2の電圧変換素子3bと、更に放電時に
外部端子側の電圧が約1.5Vを超えないように制御す
るための第3の電圧変換素子3cとから構成する。
As shown in FIG. 2, the voltage converter 3 incorporated in the battery pack 10 converts the output voltage of the lithium ion secondary battery 2 to one third at the time of discharging and outputs it to the external terminal side. And a first voltage conversion element 3a for converting the input voltage from the external terminal side to three times during charging and outputting the converted voltage to the lithium ion secondary battery 2, and a voltage on the lithium ion secondary battery 2 side during charging. Voltage conversion element 3b for controlling the voltage not to exceed 4.2 V, and a third voltage conversion element for controlling the voltage of the external terminal to not exceed about 1.5 V during discharging. 3c.

【0019】なお、保護素子4は、具体的には充電時に
リチウムイオン二次電池2側の電圧が約4.2Vを超え
ないようにする過電圧充電の保護機能と、放電時にリチ
ウムイオン二次電池側の電圧が約3Vを下回らないよう
にする過電圧放電の保護機能とを有する。
The protection element 4 has a protection function of overvoltage charging for preventing the voltage on the lithium ion secondary battery 2 side from exceeding about 4.2 V during charging, and a protection function for lithium ion secondary battery during discharging. Overvoltage discharge protection function to prevent the voltage on the side from falling below about 3V.

【0020】以上のような電圧変換器3あるいは各電圧
変換素子(3a、3b、3c)や保護素子4は、公知の
素子を利用することができる。
As the voltage converter 3 or each of the voltage conversion elements (3a, 3b, 3c) and the protection element 4 described above, known elements can be used.

【0021】図2のバッテリーパック10は、それを電
子機器本体5に接続し、本体5の電源をON状態とする
と放電を開始する。また、バッテリーパック10を充電
器6に接続し、充電器の電源をON状態とすると充電を
開始する。以下に、バッテリーパックの放電操作及び充
電操作とともに、各構成要素の作用について詳細に説明
する。先ず、バッテリーパックの放電操作及び充電操作
について説明する。
The battery pack 10 shown in FIG. 2 starts discharging when the battery pack 10 is connected to the electronic device main body 5 and the power supply of the main body 5 is turned on. When the battery pack 10 is connected to the charger 6 and the power of the charger is turned on, charging starts. Hereinafter, the operation of each component will be described in detail along with the discharging operation and the charging operation of the battery pack. First, the discharging operation and the charging operation of the battery pack will be described.

【0022】(1)放電時の操作 バッテリーパック10を負荷となる電子機器本体5に接
続し、本体5の電源をON状態とする。するとリチウム
イオン二次電池2の電圧(約4.2V)が第1の電圧変
換素子3aにより電圧を3分の1に且つ電流が3倍に変
換され、約1.4Vの電圧が出力される。次に、第3の
電圧変換器3cにより出力電圧が約1.5V以下に制御
され、外部端子TaとTbとに出力される。
(1) Operation at Discharge The battery pack 10 is connected to the electronic device main body 5 serving as a load, and the power of the main body 5 is turned on. Then, the voltage (about 4.2 V) of the lithium ion secondary battery 2 is reduced to one third and the current is tripled by the first voltage conversion element 3 a, and a voltage of about 1.4 V is output. . Next, the output voltage is controlled to about 1.5 V or less by the third voltage converter 3c and output to the external terminals Ta and Tb.

【0023】(2)充電時の操作 バッテリーパック10を専用の充電器6に接続する。充
電器6から約1.5Vの電圧が外部端子TaとTbとの
間に印加され、第1の電圧変換素子3aにより充電電圧
が3倍に変換されて約4.5Vの電圧が出力される。次
に、第2の電圧変換器3bにより電圧が約4.2Vに変
換され、リチウムイオン二次電池2に充電される。従っ
て、バッテリーパック10をニッカド電池用の充電器に
接続すると、充電器の出力電圧が約1.5Vであるた
め、専用の充電器と同様に充電することができる。
(2) Operation during Charging The battery pack 10 is connected to the dedicated charger 6. A voltage of about 1.5 V is applied between the external terminals Ta and Tb from the charger 6, and the charging voltage is tripled by the first voltage conversion element 3a to output a voltage of about 4.5V. . Next, the voltage is converted to about 4.2 V by the second voltage converter 3b, and the lithium ion secondary battery 2 is charged. Therefore, when the battery pack 10 is connected to a charger for a nickel-cadmium battery, the output voltage of the charger is about 1.5 V, so that the battery can be charged in the same manner as a dedicated charger.

【0024】次に、バッテリーパックを構成する各素子
の作用について詳細に説明する。
Next, the operation of each element constituting the battery pack will be described in detail.

【0025】(a)第1の電圧変換素子の作用 第1の電圧変換素子3aは、外部端子側の電圧が1.1
V以下、または1.5V以上になった定められたある時
間の間、リチウムイオン二次電池の電圧(約4.2V)
を3分の1(約1.4V)にし且つ電流を3倍に変換す
る。図3に示すように、電圧の変換は、リチウムイオン
電池側では直列接続3個のコンデンサ(C1、C2、C
3)を、それぞれ外部端子側に直接に接続することによ
り行う。このため、電圧は3分の1に、電流容量は3倍
になる。第1の電圧変換素子3aは、外部端子側の電圧
が1.1V〜1.5Vの時には電圧変換の動作を停止
し、余分な電流を消費しないようにする。
(A) Function of First Voltage Conversion Element The first voltage conversion element 3a has an external terminal voltage of 1.1.
Voltage of the lithium ion secondary battery (about 4.2 V) for a certain period of time when the voltage is below V or above 1.5 V.
Is reduced to one third (approximately 1.4 V) and the current is tripled. As shown in FIG. 3, voltage conversion is performed by connecting three capacitors (C1, C2, C
3) is performed by directly connecting each to the external terminal side. Therefore, the voltage is reduced to one third and the current capacity is tripled. The first voltage conversion element 3a stops the operation of voltage conversion when the voltage on the external terminal side is 1.1 V to 1.5 V, so that no extra current is consumed.

【0026】なお、第1の電圧変換素子3aは、充電時
も放電時も同じ作用に基づいて電圧を変換するので、充
電時と放電時とで動作を切り替える必要がない。
The first voltage conversion element 3a converts the voltage during charging and discharging based on the same action, so that there is no need to switch the operation between charging and discharging.

【0027】このような第1の電圧変換素子3aの放電
時の作用について、図3を参照しながらより詳細に説明
する。なお、スイッチングの制御は、公知の制御回路で
行うことができる。
The operation of the first voltage conversion element 3a at the time of discharging will be described in more detail with reference to FIG. The switching control can be performed by a known control circuit.

【0028】(第1の電圧変換素子3aの放電時の作
用)バッテリーパックを本体に接続し、放電開始する
と、外部端子電圧が1.1V以下となり、制御回路が電
圧変換のためのスイッチSW1〜SW4の動作を次のよ
うに起動する。まず、スイッチSW1をオン状態とする
と、リチウムイオン二次電池の電圧約4.2Vが直列接
続されたコンデンサC1、コンデンサC2及びコンデン
サC3に印加され、それぞれのコンデンサの両側にはそ
れぞれ約1.4Vの電位差が生ずる。従って、リチウム
イオン二次電池の電圧(約4.2V)が3分の1に変換
され、コンデンサC1、コンデンサC2及びコンデンサ
C3の電圧がそれぞれ約1.4Vとなる。
(Operation at the time of discharging the first voltage conversion element 3a) When the battery pack is connected to the main body and the discharge is started, the external terminal voltage becomes 1.1V or less, and the control circuit switches the switches SW1 to SW1 for voltage conversion. The operation of SW4 is started as follows. First, when the switch SW1 is turned on, a voltage of about 4.2 V of the lithium ion secondary battery is applied to the capacitors C1, C2, and C3 connected in series, and about 1.4V is applied to both sides of each capacitor. Is generated. Accordingly, the voltage of the lithium ion secondary battery (about 4.2 V) is converted to one third, and the voltages of the capacitors C1, C2, and C3 become about 1.4 V, respectively.

【0029】次に、スイッチSW1をオフ状態とした後
にスイッチSW2をオン状態とすると、コンデンサC1
の電圧(約1.4V)がコンデンサC5に印加され、そ
の電圧が約1.4Vになる。
Next, when the switch SW2 is turned on after the switch SW1 is turned off, the capacitor C1
(Approximately 1.4V) is applied to the capacitor C5, and the voltage becomes approximately 1.4V.

【0030】次に、スイッチSW2をオフ状態とした後
にスイッチSW3をオン状態とすると、コンデンサC2
の電圧(約1.4V)がコンデンサC5に印加され、そ
の電圧が約1.4Vになる。
Next, when the switch SW3 is turned on after the switch SW2 is turned off, the capacitor C2
(Approximately 1.4V) is applied to the capacitor C5, and the voltage becomes approximately 1.4V.

【0031】次に、スイッチSW3をオフ状態とした後
にスイッチSW4をオン状態とすると、コンデンサC3
の電圧(約1.4V)がコンデンサC5に印加され、そ
の電圧が約1.4Vになる。
Next, when the switch SW4 is turned on after the switch SW3 is turned off, the capacitor C3
(Approximately 1.4V) is applied to the capacitor C5, and the voltage becomes approximately 1.4V.

【0032】次にスイッチSW4をオフ状態とする。こ
の後、最初から同じ動作を繰り返す。
Next, the switch SW4 is turned off. Thereafter, the same operation is repeated from the beginning.

【0033】(第1の電圧変換素子3aの充電時の作
用)バッテリーパックを充電器に接続すると、外部端子
電圧が1.5V以上となり、制御回路が電圧変換のため
のスイッチSW1〜SW4の動作を次のように起動す
る。先ず、スイッチSW2をオン状態とすると、外部端
子側のコンデンサC5の電圧(約1.5V)がコンデン
サC1に印加される。このとき、コンデンサC1の電圧
は約1.5Vになる。次に、スイッチSW2がオフ状態
になった後、スイッチSW3がオン状態になり、外部端
子側のコンデンサC5の電圧約1.5VがコンデンサC
2に印加される。このとき、コンデンサC2の電圧は約
1.5Vになる。
(Operation at the time of charging the first voltage conversion element 3a) When the battery pack is connected to the charger, the external terminal voltage becomes 1.5 V or more, and the control circuit operates the switches SW1 to SW4 for voltage conversion. Is started as follows. First, when the switch SW2 is turned on, the voltage (about 1.5 V) of the capacitor C5 on the external terminal side is applied to the capacitor C1. At this time, the voltage of the capacitor C1 becomes about 1.5V. Next, after the switch SW2 is turned off, the switch SW3 is turned on, and the voltage of the external terminal side capacitor C5 of about 1.5 V
2 is applied. At this time, the voltage of the capacitor C2 becomes about 1.5V.

【0034】次に、スイッチSW3がオフ状態になった
後、スイッチSW4がオン状態になり、外部端子側のコ
ンデンサC5の電圧約1.5VがコンデンサC3に印加
される。このとき、コンデンサC3の電圧は約1.5V
になる。
Next, after the switch SW3 is turned off, the switch SW4 is turned on, and a voltage of about 1.5 V of the capacitor C5 on the external terminal side is applied to the capacitor C3. At this time, the voltage of the capacitor C3 is about 1.5 V
become.

【0035】次に、スイッチSW4をオフ状態とした後
にスイッチSW1をオン状態とし、直列接続されたコン
デンサC1、コンデンサC2及びコンデンサC3の全体
の両側に電圧約4.5VがコンデンサC4とリチウムイ
オン二次電池側に印加される。このことは、コンデンサ
C1、コンデンサC2及びコンデンサC3のそれぞれに
印加された電圧(約1.5V)が3倍になったことを意
味する。
Next, after the switch SW4 is turned off, the switch SW1 is turned on, and a voltage of about 4.5 V is applied to both sides of the series-connected capacitors C1, C2, and C3. Applied to the next battery side. This means that the voltage (about 1.5 V) applied to each of the capacitors C1, C2, and C3 has tripled.

【0036】次に、スイッチSW1をオフ状態とする。
この後、最初から同じ動作を繰り返す。
Next, the switch SW1 is turned off.
Thereafter, the same operation is repeated from the beginning.

【0037】(第2の電圧変換素子3bの作用)第1の
電圧変換素子3aのリチウムイオン電池側の電圧が約
4.2Vよりも大きい場合、リチウムイオン二次電池側
の電圧が約4.2Vを超えないようにするため、図4に
示すように、充電電流を制御回路でオン・オフ制御す
る。即ち、リチウムイオン二次電池側の電圧が約4.2
Vよりも大きくなった場合、FETのゲート電圧を0V
にして、充電電流を遮断する。従って、充電末期には、
リチウムイオン二次電池の電圧が約4.2Vに安定し、
満充電状態になるまでFETはオン・オフ動作を周期的
に繰り返す。
(Operation of Second Voltage Conversion Element 3b) When the voltage of the first voltage conversion element 3a on the lithium ion battery side is higher than about 4.2 V, the voltage on the lithium ion secondary battery side is about 4. In order not to exceed 2 V, as shown in FIG. 4, the charging current is controlled on / off by a control circuit. That is, the voltage on the lithium ion secondary battery side is about 4.2
When it becomes larger than V, the gate voltage of the FET is set to 0V.
To shut off the charging current. Therefore, at the end of charging,
The voltage of the lithium ion secondary battery stabilizes at about 4.2V,
The FET periodically repeats the on / off operation until it is fully charged.

【0038】(第3の電圧変換素子3cの作用)第1の
電圧変換器3aの外部端子側の電圧が約1.5Vよりも
大きい場合、外部端子側の電圧が約1.5Vを超えない
ようにするため、図5に示すように、放電電流を制御回
路でオン・オフ制御する。即ち、第1の電圧変換器3a
が故障し、外部端子側の電圧が約1.5Vを超えるよう
になった場合、FETのゲート電圧を0Vにして、放電
電流を遮断する。従って、第1の電圧変換器3aが故障
し、第1の電圧変換器3aの外部端子側の電圧が約1.
5Vより大きい場合、FETはオン・オフ動作を周期的
に繰り返す。
(Operation of Third Voltage Conversion Element 3c) When the voltage at the external terminal of the first voltage converter 3a is higher than about 1.5 V, the voltage at the external terminal does not exceed about 1.5 V. In order to achieve this, as shown in FIG. 5, the control circuit controls the on / off of the discharge current. That is, the first voltage converter 3a
When the voltage of the external terminal exceeds about 1.5 V, the discharge voltage is cut off by setting the gate voltage of the FET to 0 V. Therefore, the first voltage converter 3a breaks down and the voltage on the external terminal side of the first voltage converter 3a becomes about 1.
If it is higher than 5V, the FET periodically repeats the on / off operation.

【0039】(b)保護素子の作用 (過充電保護機能)リチウムイオン二次電池の電圧が約
4.2Vよりも大きい場合、リチウムイオン二次電池側
の電圧を約4.2V以下にするため、図6に示すよう
に、充電電流を遮断する。仮に第2の電圧変換素子3b
が故障して、リチウムイオン二次電池側の電圧が約4.
2Vを超えてしまった場合、充電電流遮断用のFET1
のゲート電圧を0Vにすることにより充電電流を遮断す
る。
(B) Function of protection element (overcharge protection function) When the voltage of the lithium ion secondary battery is higher than about 4.2 V, the voltage on the lithium ion secondary battery side is set to about 4.2 V or less. As shown in FIG. 6, the charging current is cut off. If the second voltage conversion element 3b
Failed and the voltage on the lithium ion secondary battery side was about 4.
If it exceeds 2V, FET1 for charging current interruption
The charging current is cut off by setting the gate voltage at 0 V to 0 V.

【0040】(過放電保護機能)リチウムイオン電池の
電圧が約3Vよりも小さい場合、放電を停止するため、
放電電流を遮断する。仮に、放電末期にリチウムイオン
二次電池側の電圧が約3Vよりも小さくなった場合、放
電電流遮断用のFET2のゲート電圧を0Vにして、放
電電流を遮断する。
(Overdischarge protection function) When the voltage of the lithium ion battery is smaller than about 3 V, the discharge is stopped.
Cut off the discharge current. If the voltage on the lithium ion secondary battery side becomes lower than about 3 V at the end of discharge, the gate voltage of the discharge current interrupting FET 2 is set to 0 V, and the discharge current is interrupted.

【0041】以上、本発明の一次互換バッテリーパック
について説明したが、本発明は以上の態様に制限されな
い。例えば、外部端子電圧がリチウムイオン二次電池よ
りも高いバッテリーパックへ応用することができる。例
えば、リチウムイオン二次電池の電圧を2倍以上に変換
する電圧変換器を内蔵すれば、1個のセルでリチウムイ
オン二次電池のセル電圧3〜4Vよりも高い出力電圧の
外部端子のバッテリーパックを実現することができる。
例えば、1個のセルで9Vの箱形一次電池006Pと互
換性のあるバッテリーパックを実現することができる。
Although the primary compatible battery pack of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment. For example, the present invention can be applied to a battery pack having an external terminal voltage higher than that of a lithium ion secondary battery. For example, if a voltage converter for converting the voltage of a lithium ion secondary battery to more than twice is built in, a battery of an external terminal having an output voltage higher than a cell voltage of 3 to 4 V in one cell in one cell Pack can be realized.
For example, a battery pack compatible with a 9 V box-shaped primary battery 006P can be realized with one cell.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の一次電池互換バッテリーパック
は、ニッケル水素電池に比べ高い出力電圧を有し且つ高
いエネルギー密度のリチウムイオン二次電池を内蔵して
いるにも関わらず、電圧変換器と保護素子とを備えてい
るので、汎用の一次電池であるアルカリ単三電池などと
互換することができ、ニッケル水素電池用の一般的な充
電器を使用して充電することができる。
The primary battery compatible battery pack of the present invention has a higher output voltage than a nickel-metal hydride battery and has a built-in lithium ion secondary battery having a high energy density. Since the battery is provided with the protection element, it can be compatible with a general-purpose primary battery, such as an alkaline AA battery, and can be charged using a general charger for a nickel-metal hydride battery.

【0043】また、一次電池互換バッテリーパックに内
蔵されているリチウムイオン二次電池は、ニッケル水素
電池のようなメモリー効果を有していない。従って、本
発明のバッテリーパックは、放電途中から充電しても満
充電し、十分な放電容量を確保することが可能である。
A lithium ion secondary battery built in a primary battery compatible battery pack does not have a memory effect unlike a nickel hydrogen battery. Therefore, the battery pack of the present invention can be fully charged even if charged during the course of discharging, and can secure a sufficient discharging capacity.

【0044】また、リチウムイオン二次電池は、ニッケ
ル水素電池よりも自己放電量が少ない。従って、本発明
のバッテリーパックは、充電後における容量保持特性に
優れている。また、リチウムイオン二次電池はニッケル
水素電池よりも比重が小さく、軽量化することができ
る。
The self-discharge amount of the lithium ion secondary battery is smaller than that of the nickel hydrogen battery. Therefore, the battery pack of the present invention has excellent capacity retention characteristics after charging. In addition, a lithium ion secondary battery has a lower specific gravity than a nickel hydride battery, and can be reduced in weight.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一次電池互換バッテリーパックの外観
図(同図(a))と内部構成図(同図(b))である。
FIG. 1 is an external view (FIG. 1 (a)) and an internal configuration diagram (FIG. 1 (b)) of a primary battery compatible battery pack of the present invention.

【図2】本発明で使用する電圧変換器のブロック図であ
る。
FIG. 2 is a block diagram of a voltage converter used in the present invention.

【図3】本発明で使用する電圧変換器を構成する第1の
電圧変換素子の回路図である。
FIG. 3 is a circuit diagram of a first voltage conversion element constituting a voltage converter used in the present invention.

【図4】本発明で使用する電圧変換器を構成する第2の
電圧変換素子の回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram of a second voltage conversion element constituting a voltage converter used in the present invention.

【図5】本発明で使用する電圧変換器を構成する第3の
電圧変換素子の回路図である。
FIG. 5 is a circuit diagram of a third voltage conversion element constituting a voltage converter used in the present invention.

【図6】本発明で使用する保護素子の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a protection element used in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁ケース、2 リチウムイオン二次電池、3 電
圧変換器、4 保護素子
1. Insulation case, 2. Lithium ion secondary battery, 3. Voltage converter, 4. Protective element

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁ケースにリチウムイオン二次電池が
内蔵され、該絶縁ケースの外表面に正極端子と負極端子
とからなる外部端子が設けられたバッテリーパックであ
って、リチウムイオン二次電池と外部端子との間に、リ
チウムイオン二次電池の充電・放電時に電圧を調整する
ための電圧変換器と、リチウムイオン二次電池の過充電
と過放電とを防止するための保護素子とが設けられてい
ることを特徴とする一次電池互換バッテリーパック。
1. A battery pack in which a lithium ion secondary battery is built in an insulating case, and an external terminal comprising a positive terminal and a negative terminal is provided on an outer surface of the insulating case. A voltage converter for adjusting the voltage during charging and discharging of the lithium ion secondary battery and a protection element for preventing overcharging and overdischarging of the lithium ion secondary battery are provided between the external terminals. A primary battery compatible battery pack characterized in that:
【請求項2】 放電時にはリチウムイオン二次電池の電
圧を略3分の1に変換して外部端子側に出力し、充電時
には外部端子側の電圧を略3倍に変換してリチウムイオ
ン二次電池側に出力するための第1の電圧変換素子と、
充電時にリチウムイオン二次電池側の電圧が約4.2V
を超えないように制御するための第2の電圧変換素子
と、放電時に外部端子側の電圧が1.5Vを超えないよ
うに制御するための第3の電圧変換素子とから構成され
ている請求項1記載の一次電池互換バッテリーパック。
2. The method according to claim 1, further comprising: converting a voltage of the lithium ion secondary battery to approximately one-third during discharging and outputting the voltage to an external terminal; A first voltage conversion element for outputting to the battery side;
When charging, the voltage on the lithium ion secondary battery side is about 4.2V
And a third voltage conversion element for controlling the voltage of the external terminal during discharge so as not to exceed 1.5 V. Item 1. A primary battery compatible battery pack according to Item 1.
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