JPH11215716A

JPH11215716A - 電池管理装置，電池パック及び電子機器

Info

Publication number: JPH11215716A
Application number: JP10023891A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Hasegawa; 広和長谷川; Takashi Matsuda; 考史松田; Katsuyuki Shirasawa; 勝行白澤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】コストダウン及びスケールダウンの要求
を満足させつつ２次電池の安全性，信頼性を向上するこ
と【解決手段】電池管理装置において、過熱制御部１
１，充放電制御部１２，電流制御部１３を設けて、熱，
過充放電，過電流のすべてについて対策すると共に、入
念なスイッチ素子（Ｍ１，Ｍ２）の破壊防止対策を施
し、かつ全回路をＩＣ化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池管理装置、電
池パック及び電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】２次電池（充電可能な電池）の市場は急
速に拡大しており、なかでも非水系２次電池、例えばリ
チウムイオン２次電池は、ノート型パソコンや携帯電話
などの携帯型電子機器におけるバッテリーとして広く使
用されるようになった。

【０００３】リチウムイオン２次電池は、過充電，過放
電によって安全性の低下や品質の劣化などが生じるの
で、安全性や信頼性を維持するために、過充電や過放電
を防止するための制御回路（周辺回路）を搭載して電池
電圧を管理するのが一般的である。

【０００４】また、近年、電池（電池パック）の長寿命
化やコストダウンが望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した電池電圧の管
理のみでは、リチウムイオン２次電池を用いた製品の安
全性や信頼性の面で必ずしも十分とはいえない。例え
ば、電池パックの出力端子間のショートによって過電流
が流れ、電池自体や、電池の充放電を制御するためのＭ
ＯＳＦＥＴが過度に発熱することも考えられる。すなわ
ち、安全性や信頼性を向上させるという観点からは、
「電池電圧」のみならず、「電流」や「熱」に対する対
策も重要である。

【０００６】さらに、電池パックの寿命をのばすことは
市場の要求に応える点において、きわめて重要である
が、一時的な発熱によって上述のＭＯＳＦＥＴの接合破
壊が生じてしまったのでは、その後に発熱がおさまって
電池パックの安全使用が可能な状態になっても電池パッ
クはもはや使用不能であり、電池パックの長寿命化及び
信頼性の点からは問題がある。すなわち、「ＭＯＳＦＥ
Ｔを破壊から保護すること」も重要である。

【０００７】このように、安全性や信頼性の向上，長寿
命化のためには周辺回路の高機能化は望ましいが、一
方、市場における激しい価格競争に打ち勝つために、い
っそうのコストダウンが要求される。また、携帯機器の
小型化に追従して、いっそうのスケールダウンも要求さ
れる。

【０００８】本発明は上述の考察，現状に基づいてなさ
れたものであり、コストダウン及びスケールダウンの要
求を満足させつつ、電池の安全性や信頼性のいっそうの
向上を図ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１記載の電池管理装置の発明は、電池の一
極が接続される第１の端子と負荷の一極が接続される第
２の端子との間にソース・ドレイン経路が直列に接続さ
れる第１及び第２のスイッチ素子と、この第１及び第２
のスイッチ素子と熱的に結合した過熱検出手段と、この
過熱検出手段によって過熱が検出されると、前記第１又
は第２のスイッチ素子の少なくとも一つをオフさせる過
熱制御手段と、を有する構成とした。

【００１０】この構成により、「過熱」を検出して充放
電電流の経路を遮断すること（サーマルシャットダウ
ン）が可能となり、スイッチ素子の保護はもちろんのこ
と、電池の発熱，発火も確実に阻止でき、電池の安全
性，信頼性が向上する。特に、過熱検出手段を発熱の可
能性が大きいスイッチ素子と熱的に結合させることによ
って、スイッチ素子の熱破壊を確実に防止でき、有効な
サーマルシャットダウンを行える。ここでスイッチ素子
は、請求項１に示すように、電池の一極が接続される第
１の端子と負荷の一極が接続される第２の端子との間に
配置すればよいので、電池の正極側に配置しても負極側
に配置しても良いが、後に示す実施の形態においては、
負極側に配置している。

【００１１】これは、負極側にスイッチ素子を配置する
ことで、スイッチ素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合
にｎチャネルＭＯＳを用いることが可能となり、ｐチャ
ネルＭＯＳを用いる場合に比べて安価であり、またオン
抵抗が小さいので省電力化に寄与することができるため
である。

【００１２】請求項２記載の電池管理装置の発明は、請
求項１記載の発明において、前記過熱検出手段を、前記
電池とも熱的に結合させた構成とした。

【００１３】この構成により、電池の熱暴走も確実に防
止できる。

【００１４】請求項３記載の電池管理装置の発明は、請
求項１又は請求項２において、前記過熱検出手段を、前
記第１及び第２のスイッチ素子と共に同一のＩＣパッケ
ージ内に収納する構成とした。

【００１５】この構成により、過熱検出手段をスイッチ
素子に熱的に結合させることが可能となる。また、ＩＣ
化によってスケールダウンやコストダウンを図れる。

【００１６】請求項４記載の電池管理装置の発明は、電
池の一極が接続される第１の端子と負荷の一極が接続さ
れる第２の端子との間にソース・ドレイン経路が直列に
接続される第１及び第２のスイッチ素子と、前記電池の
過充電又は過放電を検出する電池電圧検出手段と、前記
電池の充電又は放電を検出する充放電検出手段と、前記
電池電圧検出手段によって過充電又は過放電が検出され
ると前記第１又は第２のスイッチ素子をオフさせると共
に、そのオフ状態が継続している期間において前記充放
電検出手段により放電又は充電の開始が検出されると、
そのオフしているスイッチ素子をオンさせる充放電制御
手段と、を有する構成とした。

【００１７】例えば、スイッチ素子として寄生ダイオー
ドを備えたＭＯＳＦＥＴを用いており、スイッチ素子を
オフしている間は寄生ダイオードを介してトリクル電流
（微少電流）を流している構成としている際などには特
にジュール熱の発生による一時的な発熱によってＭＯＳ
ＦＥＴの接合破壊が生じやすい。

【００１８】そこで、請求項４記載の発明のように、過
充電が検出されると過充電禁止用のスイッチ素子をオフ
し、一方、その状態で放電の開始が検出されるとそのオ
フしているスイッチ素子をすぐにオンさせ、寄生ダイオ
ードを介することなくすみやかに放電電流を流すと、過
充電（又は過放電）が検出された後に、その状態から脱
する過程において、寄生ダイオードに電流が流れること
によるジュール熱の発生（スイッチ素子の発熱，熱破
壊）が防止されると共に、高速な放電（充電）による過
充電状態（過放電状態）のすみやかな解除が可能とな
る。

【００１９】請求項５記載の電池管理装置の発明は、請
求項４の発明において、前記電池電圧検出手段は、過充
電の検出及びその解除を異なるしきい値電圧との比較に
よって判定すると共に過放電及びその解除を異なるしき
い値電圧との比較によって判定し、また、前記充放電制
御手段は、前記電池電圧検出手段からの過充電・過放電
の検出信号又はその解除を示す信号が所定時間継続して
いることを検出した場合に、過充電，過放電状態が発生
した又はそれらの状態が解除されたとみなして前記第１
又は第２のスイッチ素子をオフさせる構成とした。

【００２０】この構成により、過充電状態（過放電状
態）の発生とその解除の検出においてヒステリシスをも
たせることができ、これによって誤判定が防止される。
また、過充電（過放電）を検出するためのしきい値電圧
を超える（下回る）状態が所定時間継続していることを
もって過充電（過放電）状態の発生やその解除を検出す
ることによって、過渡的なノイズによる誤判定も防止さ
れる。

【００２１】請求項６記載の電池管理装置の発明は、電
池の一極が接続される第１の端子と負荷の一極が接続さ
れる第２の端子との間にソース・ドレイン経路が直列に
接続される第１及び第２のスイッチ素子と、前記電池の
充電電流又は放電電流の双方について過電流を検出し、
その過電流検出後であって検出された電流値に対応した
遅延時間が経過した後において前記第１又は第２のスイ
ッチ素子の少なくとも一つをオフさせる電流制御手段
と、を有する構成とした。

【００２２】この構成によって、充電，放電の双方につ
いて過電流保護が可能となるため電池の安全性，信頼性
が向上する。また、検出された電流値に応じて充放電経
路を開放するまで（スイッチ素子をオフするまで）の時
間を変化させることにより、実状に即した柔軟かつ最適
な過電流保護を行え、スイッチ素子の破壊や発熱等を確
実に防止できる。

【００２３】請求項７記載の電池管理装置の発明は、請
求項６の発明において、過電流に対する前記遅延時間の
設定カーブが、常に前記第１及び第２のスイッチ素子の
安全動作領域（ＡＳＯ）カーブの内側に位置する構成と
した。

【００２４】この構成により、たとえ過電流保護手段の
特性のばらつきによってスイッチ素子をオフさせるまで
の時間（遅延時間）にばらつきが生じても、スイッチ素
子の安全動作領域（ＡＳＯ）を逸脱することがなく、よ
ってスイッチ素子の破壊や過熱が確実に防止でき、信頼
性，安全性が向上する。

【００２５】請求項８記載の電池管理装置の発明は、請
求項６において、前記電流制御手段は、充電器又は負荷
の解放を条件として前記第１又は第２のスイッチ素子の
オフ状態を解除する構成とした。

【００２６】過電流発生の主要な原因は、充電器や負荷
の欠陥（内部ショート等）であるので、その過電流発生
の原因となった充電器や負荷の開放をもって過電流保護
の解除条件とすることとした。この構成により、実効あ
る過電流保護を行え、電池パックや、電池を使用する電
子機器の安全性，信頼性を向上させることができる。

【００２７】請求項９記載の電池管理装置の発明は、請
求項１乃至請求項８のいずれか記載の発明において、過
熱，過充電，過放電，過電流のいずれかが検出された場
合に、そのことを通知する信号を外部に出力するための
インタフェース回路をさらに具備する構成とした。

【００２８】この構成により、電池の異常状態を電子機
器側に通知する機能が、電池側に付加されることにな
り、電子機器側における電池の管理が容易となる。

【００２９】請求項１０記載の電池管理装置の発明は、
電池の一極が接続される第１の端子と負荷の一極が接続
される第２の端子との間にソース・ドレイン経路が直接
に接続される第１及び第２のスイッチ素子と、この第１
及び第２のスイッチ素子を駆動する昇圧回路と、を有す
る構成とした。

【００３０】昇圧回路の出力でスイッチ素子を駆動する
ことにより、スイッチ素子のオン抵抗を下げることがで
き、これによってスイッチ素子の電流を流す能力が向上
するため、スイッチ素子のサイズを縮小することができ
ると共に、スイッチ素子のサイズの適切な設定によって
発熱を抑制することも可能となる。スイッチ素子のサイ
ズの縮小により、ＩＣ化が容易となり、かつコストダウ
ンが図れ、しかも発熱の抑制によって安全性も向上す
る。

【００３１】請求項１１記載の電池管理装置の発明は、
請求項１０の発明において、前記第１及び第２のスイッ
チ素子はＭＯＳＦＥＴであり、また、前記昇圧回路はチ
ャージポンプ回路であってその昇圧出力を前記第１及び
第２のスイッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートを
駆動するために使用する構成とした。

【００３２】この構成によって、スイッチ素子を構成す
るパワーＭＯＳＦＥＴのオン時のソース・ドレイン抵抗
を低減でき、そのチップサイズを縮小することができ
る。よって、一つのＩＣ中にパワーＭＯＳＦＥＴを取り
込むことができ、また、ＩＣのチップサイズの低減が図
られてコストダウンも達成できる。また、チップサイズ
の最適設計によってジュール熱の発生も抑制でき、パワ
ーＭＯＳＦＥＴの発熱や破壊の防止効果も高まる。

【００３３】請求項１２記載の電池管理装置は、請求項
１０の発明において、前記チャージポンプ回路は、この
チャージポンプ回路の入力信号端子に接続されたインバ
ータと、電池電圧（ＶＤＤ）と昇圧出力電圧との間で動
作する２つのＣＭＯＳインバータを交差結合して構成さ
れたフリップフロップと、このフリップフロップの第１
の出力端と前記チャージポンプ回路の入力端子との間に
設けられた第１のコンデンサと、前記フリップフロップ
の第２の出力端と前記インバータの出力端との間に設け
られた第２のコンデンサと、前記昇圧出力端子に一極が
接続された第３のコンデンサとを有する構成とした。

【００３４】これにより、ブートストラップコンデンサ
（第１及び第２のコンデンサ）を２つのＣＭＯＳインバ
ータからなるフリップフロップを利用して充放電し、ま
た、ブートストラップコンデンサを出力段のホールディ
ングコンデンサ（第３のコンデンサ）に結合することに
よる電荷の移動（チャージシェアリング）を複数回行っ
て少しずつ電荷のポンピングを行うことができ、所望の
昇圧電圧を無理なく得ることができる。

【００３５】請求項１３記載の電池管理装置の発明は、
電池の一極が接続される第１の端子と負荷の一極が接続
される第２の端子との間にソース・レイン経路が直列に
接続される第１及び第２のスイッチ素子と、請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の過熱検出手段及び過熱制
御手段と、請求項４又は請求項５に記載の電池電圧検出
手段，充放電検出手段及び充放電制御手段と、請求項６
乃至請求項８のいずれかに記載の電流制御手段と、請求
項１０乃至請求項１２のいずれかに記載の昇圧回路及び
スイッチ素子を有する構成とした。

【００３６】この構成により、過熱，過充電，過放電，
過電流のすべてに対する保護機能を有し、かつ、スイッ
チ素子も内蔵する、高機能かつ小型で低価格の電池管理
装置が実現される。

【００３７】請求項１４記載の電池管理装置の発明は、
前記第１及び第２のスイッチ素子と、前記過熱検出手段
及び過熱制御手段と、前記電池電圧検出手段，充放電検
出手段及び充放電制御手段と、前記電流制御手段と、前
記昇圧回路とは一つのＩＣとして集積回路化されている
構成とした。

【００３８】これにより、主要な電池管理機能を一つの
ＩＣに実現でき、きわめて小型かつローコストで、電池
のすべての異常に対する万全の保護を行える信頼性の高
い電池管理装置が提供される。特に、入念な過電流対策
及びスイッチ素子の発熱防止対策がなされているため、
電流ヒューズや温度ヒューズなどの外付け部品を用いる
ことなく電池の安全性，信頼性を確保できる。

【００３９】請求項１５記載の電池管理装置は、請求項
１３又は請求項１４の発明において、請求項９記載のイ
ンタフェース回路を、さらに具備する構成とした。

【００４０】これにより、電子機器に対して電池の異常
情報を出力する機能が付加され、電子機器側からみた利
便性が向上する。

【００４１】請求項１６記載の電池パックの発明は、２
次電池と、この２次電池に接続された請求項１乃至請求
項１５のいずれかに記載の電池管理装置と、を有する構
成とした。

【００４２】これにより、きわめて高い安全性，信頼性
を有し、かつ長寿命で何回も使用できる電池パックが提
供される。

【００４３】請求項１７記載の電池パックの発明は、請
求項１６の発明において、前記２次電池としてリチウム
イオン電池を用いる。

【００４４】これにより、出力エネルギー密度が高く、
携帯機器への搭載に適したリチウムイオン２次電池を用
いた電池パックの安全性，信頼性をさらに向上できる。

【００４５】請求項１８記載の電子機器の発明は、請求
項１６又は請求項１７記載の電池パックを搭載した電子
機器である。

【００４６】電池パックの異常は、その電池パックが組
み込まれる電子機器の破損等の二次災害にもつながるの
で、電池パックに万全の安全対策を施すことは、電子機
器の安全性，信頼性を高めることにもなる。

【００４７】請求項１９記載の電子機器の発明は、請求
項９記載のインタフェース回路の出力信号を受けて過
熱，過充電，過放電，過電流のいずれかの状態の発生を
表示する表示手段を、さらに具備する構成とした。

【００４８】これによって、電池（バッテリー）の異常
を電子機器上で表示することができ、電子機器のユーザ
ーインタフェース機能および電池管理機能が強化され
る。

【００４９】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）次に、本発明の
実施の形態１について図面を参照して説明する。本実施
の形態においては、スイッチ素子として、トリクル充電
に用いる寄生ダイオードを備えたｎチャネルＭＯＳＦＥ
Ｔを用いており、負極側に配置している。

【００５０】図１は本発明の実施の形態１に係る電池管
理装置（および電池パック）の構成例を示すブロック図
である。

【００５１】図示される通り、電池パック２は、電池管
理装置１と非水系２次電池（例えばリチウムイオン２次
電池である。以下、リチウムイオン２次電池を用いるも
のとして説明を行う）３とからなり、リチウムイオン２
次電池３は、電池管理装置１の電池電圧端子４，５に接
続され、一方、電池管理装置１の出力電圧端子（負荷接
続端子）１９，２１にはノート型パソコン等の機器本体
（負荷）２２が接続される。機器本体２２は充電器２３
を内蔵しており、リチウムイオン２次電池３を適宜に充
電することができる。

【００５２】図１４に、リチウムイオン２次電池３の構
造例の概略が示される。活物質として正極にＬｉＣｏＯ
2８１，負極にはグラファイト構造を有するカーボン８
３が用いられ、各活物質は、正極についてはＡｌ集電体
８０，負極についてはＣｕ集電体８２により保持されて
いる。正負活物質はセパレータ８５を介して対向し、各
活物質間には有機電解液８４が充填されている。

【００５３】このリチウムイオン２次電池の充放電エネ
ルギーは電池の両極に与えられる電圧と強い相関関係を
有しているため、図１の端子４と端子５との間の電圧が
常に設計値内となるように厳格に管理する必要がある。

【００５４】図１の電池管理装置１は、リチウムイオン
２次電池の電池電圧（端子４，５間の電圧）の管理機
能，発熱防止機能，内蔵するＭＯＳＦＥＴの破壊防止機
能等を備えている。

【００５５】そして、その構成要素として、電池電圧を
測定して過充電及び過放電を検出する過充電・過放電検
出回路（電池電圧検出回路）６と、過熱検出回路７と、
充電/放電の判別（及び負荷や充電器の開放の判別）を
行う充放電検出回路８と、充電および放電の双方につい
て過電流保護を行う電流保護回路９と、種々の信号の処
理を行う論理回路１０と、放電禁止用のＭＯＳＦＥＴ
（スイッチ素子）Ｍ１と、充電禁止用ＭＯＳＦＥＴ（ス
イッチ素子）Ｍ２と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）のゲ
ートを駆動するチャージポンプ回路（昇圧回路）１５
と、電池パック２の状態（正常／異常）を端子２０を介
して外部に通知する機能をもつ状態信号出力回路１８
と、を具備する。これらの各回路は集積回路化され、一
つのＩＣとなっている。

【００５６】なお、充放電検出回路８は、充電，放電を
検出するためのコンパレータ１７，１６を有し、また、
論理回路１０は、過熱制御部１１，充放電制御部１２，
電流制御部１３，制御信号出力部（以下、単に出力部と
いう）１４を有している。また、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，
Ｍ２）はそれぞれ寄生ダイオードＤ１，Ｄ２を具備す
る。

【００５７】また、図１中、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ
２）及び２次電池３から過熱検出回路７に太い点線の矢
印がのびているが、これは、過熱検出回路７が、ＭＯＳ
ＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）及び２次電池３に熱的に結合して
いることを意味する。

【００５８】以下、各部の構成と動作について具体的に
説明する。

【００５９】図２（ａ）〜（ｃ）は過充電・過放電検出
回路６の構成を説明するための図である。

【００６０】図２（ａ）に示すように、過充電・過放電
検出回路６は、リチウムイオン２次電池３が接続される
端子４，５に接続された抵抗ラダー（Ｒ１〜Ｒ５）と、
ヒステリシス回路２４，２５と、過放電検出用コンパレ
ータ２６と、過充電検出用のコンパレータ２７とを有し
ている。コンパレータ２６の非反転端子２６およびコン
パレータ２７の反転端子には基準電圧源２８が接続され
ており、各コンパレータは抵抗ラダーによる分圧電圧と
基準電圧とを比較して過充電，過放電を検出し、その検
出信号を論理回路１０内の充放電制御回路１２に送出す
る。

【００６１】図２（ｂ）に示すようにヒステリシス回路
２５は、コントロール端子（Ｃ）をもつ電圧切り換え用
のスイッチ２９からなっている。過充電が検出される前
にはスイッチ２９はＬ側に切り換えられており、コンパ
レータ２７には電圧Ｖ１が与えられており、過充電が検
出されるとコンパレータ２７の出力はローレベルからハ
イレベルに変化すると共に、そのハイレベル出力がコン
トロール端子（Ｃ）に供給されてスイッチ２９がＨ側に
切り換えられる。

【００６２】この結果として電圧Ｖ２がコンパレータ２
７に供給されるが、この電圧Ｖ２は電池電圧が過充電検
出時の電圧に復帰したときでも基準電圧源２８の発生電
圧（基準電圧）よりも高いため、コンパレータ２７の出
力はハイレベルに維持される。すなわち、電池電圧が十
分に低くなってはじめてコンパレータ２７の出力がハイ
レベルからローレベルに変化することになる。よって、
過充電検出のためのしきい値電圧と、その解除を検出す
るためのしきい値電圧とに差を設けてヒステリシス特性
をもたせることができ、これによって誤判定を防止でき
る。

【００６３】図２（ｃ）に示すように、ヒステリシス回
路２４も同様の構成をしており、過放電検出前はスイッ
チ３０はＨ側になっていてコンパレータ２６には電圧Ｖ
４が供給されているが、いったん過放電が検出されると
スイッチ３０はＬ側に切り換えられ、電圧Ｖ３がコンパ
レータ２６に供給されるようになる。これによって、過
放電の検出およびその解除を判定するためのしきい値電
圧についてもヒステリシスをもたせることができる。

【００６４】次に、充放電制御部１２（図１の論理回路
１０の内部に構築される）の構成と動作について説明す
る。この充放電制御部１２は、コンパレータ２６，２７
からの過充電，過放電の検出出力を受けてＭＯＳＦＥＴ
（Ｍ１，Ｍ２）をオフさせ、過充電，過放電に対する保
護を行う。

【００６５】図３の上側には、充放電制御部１２におけ
る過充電に対する保護回路の構成例が示されている。な
お、充放電制御部１２には、過放電に対する保護回路も
同様に設けられているが、その構成と動作は過充電に対
する保護回路と同様であるので、図３では省略してあ
る。

【００６６】充放電制御部１２における過充電に対する
保護回路は、所定の電流を供給する定電流源３０と、上
述の過充電検出用コンパレータ２７のハイレベル出力に
より閉状態となり、そのローレベル出力により開状態と
なるスイッチ３１と、所定の容量をもつコンデンサ３２
と、コンパレータ３３と、基準電圧源３４と、コンパレ
ータ３３の出力（過充電の検出信号）を一時的に保持す
ると共に充放電検出回路（図１の符号８）から送出され
る放電検出信号を受けると直ちにその保持データをリセ
ットするラッチ３５と、を有している。

【００６７】定電流源３０の電流でコンデンサ３２を充
電し、このコンデンサ３２の電圧が基準電圧源３４の電
圧（基準電圧）を越えるとコンパレータ３３の出力がハ
イレベルに変化し、これによって初めて本来の過充電状
態が生じたものと判定される。このような構成とするの
は、単に過充電判定用のしきい値電圧を越えたことによ
る判断だけでは過渡的なノイズを区別できないため、し
きい値電圧を越える状態が所定期間継続すること（つま
り、スイッチ３１が所定時間だけ閉状態となること）を
過充電状態の検出の最終的な条件としたためである。

【００６８】コンパレータ３３の出力がローレベルから
ハイレベルに変化すると、そのハイレベル信号はラッチ
回路３５により一時的に記憶される。そして、ラッチ回
路３５にセットされたハイレベルデータに基づき出力部
１４から過充電禁止用のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（スイ
ッチ素子）Ｍ２をオフさせるための制御信号（グランド
レベルの信号）が出力され、その制御信号はチャージポ
ンプ回路１５を介してｎチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）
のゲートに伝達され、その結果、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）
はオフする。これによってリチウムイオン２次電池３へ
の充電経路が遮断され、充電が禁止されて充電禁止モー
ドとなる。

【００６９】この充電禁止モードの継続状態において、
放電が開始されると、そのことを充放電検出回路（図１
の符号８）が検出し、その放電検出信号がラッチ回路３
５に入力される。

【００７０】すると、ラッチ回路３５はリセットされ、
その出力がローレベルからハイレベルへと変化する。こ
の結果、オフしていたＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）はオンし、
ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）を介した正規のルート（つ
まり、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）の寄生ダイオードＤ２を介
さないルート）ですみやかな放電が行われる。

【００７１】このことによって、寄生ダイオードＤ２を
介して放電電流が流れる時間を短縮でき、ジュール熱の
発生を抑制できると共に、過充電状態のすみやかな解除
が可能となる。特に、寄生ダイオードＤ２におけるジュ
ール熱の抑制は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）の熱によ
る破壊防止に寄与する。

【００７２】以上、本実施の形態における過充電に対す
る保護について説明したが、その動作をまとめると図４
（ｂ）のようになる。なお、図４（ａ）は比較例の動作
を示す。また、図４（ａ），（ｂ）において、ＳＷ１，
ＳＷ２はそれぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１），ＭＯＳＦＥ
Ｔ（Ｍ２）を示す。

【００７３】図４（ｂ）に示すように、本実施の形態で
は、時刻ｔ１前は、ＭＯＳＦＥＴ１１，１２は共にオン
（ＯＮ）している。時刻ｔ１において、電池電圧がしき
い値電圧Ｖ２を越え、その越えている状態が時間Ｔ１だ
け継続すると、時刻ｔ２にＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）がオフ
（ＯＦＦ）して充電が禁止される。そして、時刻ｔ３に
放電が検出されるとオフしていたＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）
がオンしてすみやかに放電が行われる。時刻ｔ６におい
て電池電圧がしきい値電圧Ｖ１以下となり、その状態が
所定期間Ｔ２経過した時刻ｔ７において、過充電状態の
解除が検出される。

【００７４】ここで、図４（ａ）の比較例のように、Ｍ
ＯＳＦＥＴ（Ｍ２）がオフした後に寄生ダイオードＤ２
を介した放電のみで過充電状態を解除しようとすると、
時刻ｔ３から時刻ｔ５までの期間Ｔ３において、ダイオ
ードの順方向電圧（ＶF）によるエネルギー損失（＝ＶF
・Ｉ）が発生し、その値が大きい場合にはＭＯＳＦＥＴ
（Ｍ２）の熱破壊の危険が生じる。

【００７５】これに対し、本実施の形態では、時刻ｔ３
でＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）をオンさせるのでジュール熱の
発生が抑制され、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）の熱破壊の危険
性が除去され、また、過充電状態が解除されるまでに要
する時間も短縮される。

【００７６】以上、過充電に対する保護について説明し
たが、過放電に対する保護も同様に行われる。

【００７７】図５（ｂ）は本実施の形態における過放電
に対する保護動作を示すタイミングチャートであり、同
図（ａ）は比較例の動作を示すタイミングチャートであ
る。図５（ａ），（ｂ）において、ＳＷ１，ＳＷ２はそ
れぞれ、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１），ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ２）
を意味する。

【００７８】図５（ｂ）に示すように、本実施の形態で
は、時刻ｔ６に電池電圧がしきい値Ｖ３以下となり、そ
の状態が所定期間Ｔ４だけ継続した時刻ｔ７においてＭ
ＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオフして放電禁止モードとなる。

【００７９】その後、充放電検出回路（図１の符号８）
により充電の開始が検出されると、時刻ｔ８にオフして
いたＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）がオンし、寄生ダイオードＤ
１の経路ではなく正規のルートを介して急速に充電を行
う。これにより、時刻ｔ１１に電池電圧がしきい値電圧
Ｖ４を越え、その状態が所定時間Ｔ５だけ継続した時刻
ｔ１２において過放電状態の解除が検出される。

【００８０】これに対し、図５（ａ）の比較例のよう
に、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１）のオフ後（時刻ｔ７）、その
オフ状態が継続すると、時刻ｔ８（充電開始）から時刻
ｔ１０（放電状態の解除が検出される時点）までの期間
Ｔ６において寄生ダイオードＤ１を介して充電電流が流
れることになり、大きなエネルギー損失が生じてＭＯＳ
ＦＥＴ（Ｍ１）が熱破壊する危険性がある。また、過放
電状態が解除されるまでの時間も長くなってしまう。

【００８１】以上説明したように本実施の形態では、過
充電状態または過放電状態が生じた場合に、その状態を
すみやかに解除して電池の発熱や劣化を防止し、さら
に、その際にパワーＭＯＳＦＥＴの熱破壊が生じないよ
うにするための工夫が施されている。したがって、電池
の安全性，信頼性が向上し、また電池パックの長寿命化
も図れる。

【００８２】次に、過電流に対する保護について説明す
る。図６は、図１に示される電流保護回路９の具体的構
成例を示す図である。

【００８３】この電流保護回路９は、充電，放電の双方
について、所定値以上の電流が流れたときに、その電流
値に応じて設定された遅延時間の後にＭＯＳＦＥＴ（ス
イッチ素子）Ｍ１，Ｍ２を共にオフさせて電流を遮断
し、主に、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）の破壊を防止す
る働きをする。

【００８４】過電流値に対応させて遅延時間を設定する
のは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）のＡＳＯ（安全動作
領域）を決して越えないようにしてＭＯＳＦＥＴ（Ｍ
１，Ｍ２）の熱破壊を確実に防止するためである（この
点は、図７（ａ），（ｂ）を用いて後述する）。

【００８５】図６に示されるように、電流保護回路９
は、機器本体の接続端子２１の近辺の電位と接地電位と
の差電圧を増幅する差動増幅回路４４と、この差動増幅
回路４４の出力電圧に応じて電流値が制御される可変電
流源４５と、過電流を検出するためのコンパレータ４
６，４７と、可変電流源４５から供給される電流によっ
て充電されるコンデンサ４８と、コンパレータ４６，４
７によって過電流が検出されるときのみ閉状態となるス
イッチ４９と、コンデンサ４８のリセット用スイッチ５
０と、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）をオフさせるための
タイミング信号を送出するコンパレータ５１と、基準電
圧源５２とを有している。

【００８６】コンパレータ４６が充電時の過電流を検出
するとその出力がハイレベルに変化し、また、コンパレ
ータ４７が放電時の過電流を検出するとその出力がハイ
レベルに変化する。

【００８７】スイッチ４９は、コンパレータ４６または
コンパレータ４７の出力がハイレベルになっているとき
のみ閉状態となり、これによってコンデンサ４８は充電
可能状態となる。

【００８８】可変電流源の電流値は、原則として、差動
増幅回路４４の出力電圧が高いほど（つまり充電，放電
の電流値が大きいほど）その電流値が大きくなるように
設定されていて、しかもその設計値は、回路特性のばら
つき等を考慮して常にＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）の安
全動作領域（ＡＳＯ）を越えないように慎重に設定され
ている。

【００８９】そして、その可変電流源４５の出力電流に
よってコンデンサ４８が充電され、コンデンサ４８の電
圧が基準電圧源５２の発生電圧（基準電圧）を越えた時
点でコンパレータ５１の出力がローレベルからハイレベ
ルに変化する。

【００９０】このハイレベルに変化するタイミングが、
ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）をオフさせるタイミングを
示しており、これをうけて論理回路１０内の電流制御部
１３は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）を共にオフさせる
ための信号を出力し、これによって両ＦＥＴがオフして
電流経路が遮断される。このとき、過電流値が大きくな
れば、それに応じてＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）をオフ
させるタイミングも早くなる。

【００９１】このような制御によって、図７（ｂ）に示
されるように、過電流が検出されてからＭＯＳＦＥＴ
（Ｍ１，Ｍ２）がオフするまでの時間（遅延時間）のカ
ーブ（Ｅ，Ｄ）は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）のＡＳ
Ｏ（安全動作領域）のカーブ（Ａ，Ｂ）と同様の特性
（形状）をもってその内側に位置しており、しかも、回
路特性の変動によって遅延時間が多少ばらついても決し
てＡＳＯを越えないように所定の余裕（マージン）が設
けられている。よって、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）の
過電流による破壊が確実に防止される。

【００９２】図７（ａ）は比較例の特性を示す図であ
る。この比較例の場合、放電側のみに過電流保護回路が
設けられており、また、過電流（Ｉｘ）が検出されてか
らＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）をオフさせるまでの遅延
時間は一律の値（ｔｘ）に設定されている。

【００９３】したがって、この比較例では、充電側の過
電流についてはまったく無防備であると共に、回路特性
のばらつきによって遅延時間のカーブ（特性線Ｃ）が右
方向や上方向にシフトした場合には、図中、斜線で示さ
れるようなＡＳＯを越える領域ＡＲ１，ＡＲ２が生じる
場合があり、したがって、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）
の破壊が生じることも想定される。

【００９４】これに対し、本実施の形態では、図７
（ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴのオフまでの遅延時
間を電流値に応じてきめ細かく可変し、十分なマージン
をもつ、ＡＳＯカーブと類似の形状の特性線をつくりだ
すので、比較例のようなＡＳＯを越える事態がけっして
生じない。また、充電側と放電側とで過充電保護の特性
を異ならせて最適な保護を行うこともできる。

【００９５】したがって、ＭＯＳＦＥＴの破壊が確実に
防止され、電池の安全性や信頼性が向上し、また、電池
パックの長寿命化も図れる。

【００９６】なお、いったん過電流が検出されて過電流
保護モードになった後、その過電流保護モードを解除す
る（つまり、ＭＯＳＦＥＴをオンさせる）のは、その過
電流の原因となった負荷もしくは充電器が電池パックか
ら取り外されることを条件とする。負荷や充電器の解放
は、図１に示される充放電検出回路８の出力によって判
定することができる。

【００９７】次に、熱に対する保護について説明する。

【００９８】図１および図３の下側に示すように、本実
施の形態の電池管理装置１には過熱検出回路７が設けら
れていて、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）や２次電池（リ
チウムイオン２次電池）３の過熱を検出し、過熱制御部
１１の制御によってＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）を共に
オフさせる。これによって、発熱によるＭＯＳＦＥＴの
破壊が防止され、また、電池の充放電時の熱暴走も防止
することができる。

【００９９】図３の下側に示されるように、過熱検出回
路７は、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）と同一のＩＣパッ
ケージに収納されていることにより、両ＦＥＴと熱的に
結合している。

【０１００】また、上述のＩＣはシリコーン樹脂４３の
ような熱伝導性良好な接着剤を介して２次電池（リチウ
ムイオン２次電池）３と接着されていることから、過熱
検出回路７は２次電池３とも熱的に結合している。図３
の下側において、過熱検出回路７とＭＯＳＦＥＴ（Ｍ
１，Ｍ２）及び２次電池３とが太い矢印により結ばれて
いるのは、これらが熱的に結合していることを示してい
る。

【０１０１】過熱検出回路７は、ＰＮ接合ダイオードの
順方向電圧がもつ負の温度係数を利用してチップの過熱
を検出する過熱検出部３６と、同様の構成をもち、過熱
状態の解除を検出する過熱解除検出部３７とを具備す
る。

【０１０２】過熱検出部３６は、バンドギャップ回路の
ような温度特性補償がなされた電圧源を利用して構成さ
れた、温度特性をもたない定電流源３８と、ＰＮ接合ダ
イオード３９，４０等と、過熱状態の発生を検出するコ
ンパレータ４１と、バンドギャップ回路のような温度特
性補償された基準電圧源４２とを有している。

【０１０３】コンパレータ４１は、基準電圧源４２の発
生電圧とＰＮ接合ダイオード３９のアノードの電圧とを
比較することにより過熱状態の発生を検出する。

【０１０４】すなわち、正常な動作状態では、コンパレ
ータ４１の反転端子の入力レベルは基準電圧よりも高
く、ゆえに、コンパレータ４１の出力はローレベルであ
る。ところが周囲温度が高くなると、ＰＮ接合ダイオー
ドの順方向電圧（ＶF）は負の温度係数をもつことか
ら、ＰＮ接合ダイオード３９のアノードの電位は低下し
ていき、やがて基準電圧源４２の電圧を下まわるように
なる。これにより、コンパレータ４１の出力はローレベ
ルからハイレベルに変化し、過熱状態の発生が検出され
る。

【０１０５】コンパレータ４１の検出出力は過熱制御部
１１に入力され、過熱制御部１１はただちにＭＯＳＦＥ
Ｔ（Ｍ１，Ｍ２）をオフさせる制御信号を送出し、これ
によってＭＯＳＦＥＴ（Ｍ１，Ｍ２）がオフしてＦＥＴ
の熱破壊が防止され、また、充放電時の電池３の熱暴走
が防止される。これによって、電池及び電池パックの安
全性，信頼性が向上し、また、電池パックの長寿命化も
図れる。

【０１０６】なお、上述の例では、ＭＯＳＦＥＴがオフ
して過熱保護モードになった後、そのモードの解除は、
温度の低下を検出して行うこととしているが、この場合
には、再びＭＯＳＦＥＴをオンさせると温度が再上昇し
て過熱保護モードになり、その後、温度が低下してまた
保護モードが解除されるという事態が繰り返されて、機
器本体に悪影響を与えることがある。このような事態が
懸念される場合には、温度の低下に加えて、充電器また
は負荷の取り外しを、過熱保護モードを解除するための
条件とすれば良い。

【０１０７】以上、具体的に説明したように、本実施の
形態の電池管理装置は、過熱保護，過電流保護，過充電
保護，過放電保護の４つの保護機能を有しており、これ
ら４つの機能はすべてＩＣ化された制御回路による電気
的な制御により実現され、そして、これら４つの機能が
相互に連係して電池及び電池パックの安全性，信頼性を
格段に向上させている。

【０１０８】上述の機能のうちで最も重要なのは熱に対
する保護機能であり、本来、万全を期すのならば電流ヒ
ューズや温度ヒューズの使用も考えられるのであるが、
部品点数の増大や工数増加を考慮して、本実施の形態で
は、ヒューズを用いることなく電気的な制御のみでサー
マルシャットダウンを実現している。但し、電気的なシ
ャットダウンは、最終的にパワーＭＯＳＦＥＴ（スイッ
チ素子）のオフにより実現されるので、このパワーＭＯ
ＳＦＥＴ自体が壊れて制御不能になったのでは有効な保
護が行えない。

【０１０９】そこで、上述の通り、過充電，過放電時に
おける寄生ダイオードを介さない放電，充電の実現によ
るＦＥＴの発熱防止や、充電及び放電の双方における過
電流保護ならびにＡＳＯ内における動作の確保等の入念
な対策を行うことによって、ＦＥＴを破壊から守ってい
るのである。

【０１１０】これによって、過電流，過充電，過放電の
すべてに対策しつつ、さらに最後の砦として過熱に対す
る保護機能が付与されることになり、よって、万全の電
池管理が実現される。また、結果的に、ＦＥＴの破壊防
止による電池パックの長寿命化も図れる。

【０１１１】以上、説明した本実施の形態の電池管理装
置の諸機能をまとめると、図８のようになる。図８は、
動作モード（動作状態）の種類と、各モードのオン条件
ならびに解除条件の一例を示すものである。

【０１１２】図示される通り、通常の使用状態（モード
６０）において過充電が検出されると過充電の禁止状態
（モード６１）となり、その状態で放電が開始されると
放電許可状態（モード６２）となり、このときに過電流
が検出されれば過電流保護状態（モード６３）となる。
そして、放電の結果として過充電が解消すれば通常状態
（モード６０）に復帰する。

【０１１３】一方、通常動作状態（モード６０）におい
て過放電が検出されると過放電禁止状態（モード６４）
となり、この状態で充電器がとりはずされればパワーダ
ウン状態（モード６５）となる。また、通常動作状態
（モード６０）において過電流が検出されれば過電流保
護状態（モード６６）となり、充電器や負荷の解放を条
件として通常状態（モード６０）に復帰する。

【０１１４】そして、これらの各モードの上位に、最後
の砦として機能する温度保護モード（モード６７）が作
用し、万全の保護が図られている。

【０１１５】次に、チャージポンプ回路（図１の符号１
５）の役割と、その構成，動作を説明する。

【０１１６】上述のように、本実施の形態の電池管理装
置は、パワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチ素子）を制御回路
と共にワンチップ化して構成されている。このワンチッ
プ化に際し、耐圧が要求されるパワーＭＯＳＦＥＴのス
ケールダウンは、チップ面積の削減やコストダウンの面
からみて重要な課題である。

【０１１７】チャージポンプ回路（図１の符号１５）
は、このような観点から採用された回路であり、制御回
路の出力を昇圧し、その昇圧出力でパワーＭＯＳＦＥＴ
を駆動することによってＦＥＴがオンした時の抵抗を低
減し、もってＦＥＴの実質的な電流能力を向上させ、Ｆ
ＥＴサイズの縮小を可能とするものである。

【０１１８】図９に、チャージポンプ回路の採用による
ＦＥＴのソース・ドレイン抵抗（ＲDS）の低減効果を示
す。図中、特性線Ａ（実線）がチャージポンプを採用し
ない場合であり、特性線Ｂ（点線）が採用した場合を示
す。

【０１１９】チャージポンプ回路を採用したことによっ
て、特性線Ｂの場合には、電池電圧の広い範囲にわたっ
て、ソース・ドレイン抵抗が低く抑えられていることが
わかる。

【０１２０】図１０はチャージポンプ回路１５の具体的
な構成例を示す回路図である。

【０１２１】このチャージポンプ回路は、２つのＣＭＯ
Ｓインバータ（ＭＯＳトランジスタＰ１とＮ１、Ｐ２と
Ｎ２からなる）をクロスカップルして構成されるフリッ
プフロップと、インバータ（ＩＮＶ）と、ダイオードＤ
３と、ブートストラップコンデンサＣ１，Ｃ２と、ホー
ルディングコンデンサＣAとを具備している。なお、ダ
イオードＤ４〜Ｄ７は寄生ダイオードである。

【０１２２】入力端子７０には、論理回路１０内の出力
部１４から出力される、図示されるようなパルス信号が
入力され、ホールディングコンデンサＣAの一極から昇
圧が得られるようになっている。

【０１２３】以下、図１１を参照しつつ、図１０のチャ
ージポンプ回路の昇圧動作を説明する。図１１には、図
１０におけるＡ点〜Ｄ点の電位の変化および出力電圧Ｖ
OUTとの関係が示されている。

【０１２４】初期状態では、コンデンサＣ２は電圧ＶＬ
１となっている。まず、時刻ｔ１には、Ａ点は「Ｌ」，
Ｂ点は「Ｈ」である。このとき、コンデンサＣ１は、寄
生ダイオードＤ４を介する電流によって充電され、Ｃ点
の電圧はＶＬ１（＝ＶＤＤ−ＶFD4）となる。出力ＶOUT
は、同じくＶＬ１（＝ＶＤＤ−ＶFD3）となっている。
この状態ではすべてのトランジスタはオフしている。

【０１２５】時刻ｔ２では、Ａ点は「Ｈ」となり、Ｂ点
は「Ｌ」となる。このため、Ｃ点の電圧はＶＬ１+Ｈと
なる。すると、寄生ダイオードＤ５がオンしてコンデン
サＣ１の電荷はホールディングコンデンサＣAへと移動
する（チャージシェアリング）。この結果、Ｃ点の電圧
はＶＬ４となり、一方、出力ＶOUTはＶＬ３に昇圧され
る。この状態ではすべてのトランジスタはオフしてい
る。

【０１２６】時刻ｔ３では、Ａ点は「Ｌ」，Ｂ点は
「Ｈ」となる。このため、Ｄ点の電圧はＶＬ１+Ｈとな
る。すると、寄生ダイオードＤ７がオンしてコンデンサ
Ｃ２の電荷はホールディングコンデンサＣAに移動す
る。この結果として、Ｄ点の電圧はＶＬ６となり、一
方、ＶOUTはＶＬ５に昇圧される。このとき、Ｄ点の電
圧によってＮＭＯＳトランジスタＮ１がオンし、これに
よってＣ点の電圧は、ほぼＶＤＤ（＝ＶＬ２）となり、
コンデンサＣ１が充電される。

【０１２７】時刻ｔ４では、Ａ点は「Ｈ」，Ｂ点は
「Ｌ」となる。すると、Ｃ点の電圧は、ＶＬ２+Ｈとな
る。そして、コンデンサＣ２の電荷は寄生ダイオードＤ
５を介してホールディングコンデンサＣＡに移動する。
このときのＣ点の電圧によりＮＭＯＳトランジスタＮ２
がオンし、Ｄ点の電圧は電池電圧ＶＤＤとなる。する
と、ＰＭＯＳトランジスタＰ１がオンし、これによって
出力電圧ＶOUTはＣ点の電圧と等しくなってＶＬ６に昇
圧される。このとき、ＰＭＯＳトランジスタＰ２とＮＭ
ＯＳトランジスタＮ１とはオフしている。

【０１２８】時刻ｔ５では、Ａ点は「Ｌ」，Ｂ点は
「Ｈ」となる。これによって、今度はＰＭＯＳトランジ
スタＰ２とＮＭＯＳトランジスタＮ１がオンし、Ｐ１と
Ｎ２はオフする。コンデンサＣ１は再びＶＤＤ電圧に充
電されてＣ点の電圧はＶＬ２となり、一方、出力電圧Ｖ
OUTはＶＬ７に昇圧される。

【０１２９】このように、ブートストラップコンデンサ
Ｃ１，Ｃ２を２つのＣＭＯＳインバータからなるフリッ
プフロップ（およびその寄生ダイオード）を利用して充
放電し、また、ブートストラップコンデンサＣ１，Ｃ２
を出力段のホールディングコンデンサＣAに結合するこ
とによる電荷の移動（チャージシェアリング）を複数回
行い、少しずつ電荷のポンピングを行うことにより、所
望の昇圧電圧を無理なく得ることができる。

【０１３０】次に、異常状態を外部に出力するための状
態信号出力回路（図１の符号１８）について説明する。

【０１３１】近年、ノート型パソコンのような携帯型コ
ンピュータの分野では、ＯＳ（オペレーティングシステ
ム）が電池管理機能をもつことが望ましいとされてい
る。

【０１３２】状態信号の出力回路１８はこの要求に応え
るものであり、図１２に示すように、正常動作時には、
例えば、Ｈレベルを出力し、異常検出時（時刻ｔ１以
降）にはＬレベルを出力する。これによって、機器本体
側では電池（バッテリー）の異常を知ることができ、電
池の管理が容易となる。

【０１３３】なお、機器本体側のＤＣレベルと電池パッ
クにおける直流レベルが一致しないときは、状態信号出
力回路１８は、レベルシフト回路としても機能するもの
である。

【０１３４】上述の通り、本実施の形態の電池管理装置
１は、過熱，過電流，過充電，過放電のすべてを検出で
きるので、これらの異常検出情報を機器本体側に通知す
ることにより、機器本体の電池管理が容易となり、ま
た、２次災害の発生も防止され、ゆえに機器本体の安全
性，信頼性も向上する。（実施の形態２）図１３のノート型パソコン７０では、
バッテリー挿入口７３を介して機器本体に搭載される電
池パック２の異常を、表示画面７１の右下にリアルタイ
ムで表示する構成としている。

【０１３５】これによって、ユーザーは電池パックの異
常をリアルタイムで認識してすばやく対策を実行するこ
ともでき、コンピュータの利便性，安全性および信頼性
が向上する。

【０１３６】以上の説明では、リチウムイオン２次電池
を例にとっているが、２次電池としてニッケル水素電池
やリチウムポリマー電池等の他の種類の電池を用いた場
合でも、本発明を適宜に変形して適用することができ
る。また、上述の説明で用いている「電池パック」とい
う用語は、広義の「バッテリーパック」と同じ意味で使
用している。

【０１３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コストダウン及びスケールダウンの要求を満足させつ
つ、電池，電池パックおよび電池が搭載される機器の安
全性，信頼性のいっそうの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る電池管理装置の構
成を示すブロック図

【図２】（ａ）実施の形態１における過充電・過放電
検出回路の構成を示す回路図（ｂ）過充電の検出とその解除の判定に使用されるヒ
ステリシス回路の構成例を示す回路図（ｃ）過放電の検出とその解除の判定に使用されるヒ
ステリシス回路の構成例を示す回路図

【図３】実施の形態１における充放電制御部，過熱検出
回路および過熱制御部の構成例を示す回路図

【図４】（ａ）比較例の過充電検出時の動作を説明す
るための波形図（ｂ）実施の形態１に係る電池管理装置の、過充電検
出時の動作を説明するための波形図

【図５】（ａ）比較例の過放電検出時の動作を説明す
るための波形図（ｂ）実施の形態１に係る電池管理装置の、過放電検
出時の動作を説明するための波形図

【図６】実施の形態１に係る電流保護回路の構成例を示
す回路図

【図７】（ａ）比較例の過電流保護の特性を示す特性
図（ｂ）実施の形態１に係る過電流保護回路の保護特性
を示す特性図

【図８】実施の形態１に係る電池管理装置の保護モード
（動作モード）と、各モードのオン条件および解除条件
の一例を示す図

【図９】実施の形態１に係るチャージポンプ回路による
ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗（ソース・ドレイン抵抗）の低
減効果を示す図

【図１０】実施の形態１に係るチャージポンプ回路の構
成例を示す回路図

【図１１】実施の形態１に係るチャージポンプ回路の動
作を示す電圧波形図

【図１２】実施の形態１に係る状態信号出力回路の出力
信号のレベルを示す図

【図１３】実施の形態２に係るパーソナルコンピュータ
の電池管理機能の一例を示す斜視図

【図１４】リチウムイオン２次電池の構成の概要を示す
図

【符号の説明】

１電池管理装置２電池パック３２次電池４電池電圧端子（正極）５電池電圧端子（負極）６過充電・過放電検出回路７過熱検出回路８充放電検出回路９電流保護回路１０論理回路１１過熱制御部１２充放電制御部１３電流制御部１４出力部１５チャージポンプ回路１６，１７コンパレータ１８状態信号出力回路１９，２１負荷接続端子（正極，負極）２０状態信号出力端子２２機器本体２３充電器Ｍ１，Ｍ２パワーＭＯＳＦＥＴＤ１，Ｄ２寄生ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電池の一極が接続される第１の端子と負
荷の一極が接続される第２の端子との間にソース・ドレ
イン経路が直列に接続される第１及び第２のスイッチ素
子と、この第１及び第２のスイッチ素子と熱的に結合し
た過熱検出手段と、この過熱検出手段によって過熱が検
出されると、前記第１又は第２のスイッチ素子の少なく
とも一つをオフさせる過熱制御手段と、を有することを
特徴とする電池管理装置。
【請求項２】前記過熱検出手段は、前記電池とも熱的
に結合していることを特徴とする請求項１記載の電池管
理装置。
【請求項３】前記過熱検出手段は、前記第１及び第２
のスイッチ素子と共に同一のＩＣパッケージ内に収納さ
れていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の
電池管理装置。
【請求項４】電池の一極が接続される第１の端子と負
荷の一極が接続される第２の端子との間にソース・ドレ
イン経路が直列に接続される第１及び第２のスイッチ素
子と、前記電池の過充電又は過放電を検出する電池電圧
検出手段と、前記電池の充電又は放電を検出する充放電
検出手段と、前記電池電圧検出手段によって過充電又は
過放電が検出されると前記第１又は第２のスイッチ素子
をオフさせると共に、そのオフ状態が継続している期間
において前記充放電検出手段により放電又は充電の開始
が検出されると、そのオフしているスイッチ素子をオン
させる充放電制御手段と、を有することを特徴とする電
池管理装置。
【請求項５】前記電池電圧検出手段は、過充電の検出
及びその解除を異なるしきい値電圧との比較によって判
定すると共に過放電及びその解除を異なるしきい値電圧
との比較によって判定し、また、前記充放電制御手段
は、前記電池電圧検出手段からの過充電・過放電の検出
信号又はその解除を示す信号が所定時間継続しているこ
とを検出した場合に、過充電，過放電状態が発生した又
はそれらの状態が解除されたとみなして前記第１又は第
２のスイッチ素子をオフ又はオンさせることを特徴とす
る請求項４記載の電池管理装置。
【請求項６】電池の一極が接続される第１の端子と負
荷の一極が接続される第２の端子との間にソース・ドレ
イン経路が直列に接続される第１及び第２のスイッチ素
子と、前記電池の充電電流又は放電電流の双方について
過電流を検出し、その過電流検出後であって検出された
電流値に対応した遅延時間が経過した後において前記第
１又は第２のスイッチ素子の少なくとも一つをオフさせ
る電流制御手段と、を有することを特徴とする電池管理
装置。
【請求項７】過電流に対する前記遅延時間の設定カー
ブが、常に前記第１及び第２のスイッチ素子の安全動作
領域（ＡＳＯ）カーブの内側に位置することを特徴とす
る請求項６記載の電池管理装置。
【請求項８】前記電流制御手段は、充電器又は負荷の
解放を条件として前記第１又は第２のスイッチ素子のオ
フ状態を解除することを特徴とする請求項６記載の電池
管理装置。
【請求項９】過熱，過充電，過放電，過電流のいずれ
かが検出された場合に、そのことを通知する信号を外部
に出力するためのインタフェース回路をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記
載の電池管理装置。
【請求項１０】電池の一極が接続される第１の端子と
負荷の一極が接続される第２の端子との間にソース・ド
レイン経路が直接に接続される第１及び第２のスイッチ
素子と、この第１及び第２のスイッチ素子を駆動する昇
圧回路と、を有することを特徴とする電池管理装置。
【請求項１１】前記第１及び第２のスイッチ素子はＭ
ＯＳＦＥＴであり、また、前記昇圧回路はチャージポン
プ回路であってその昇圧出力は前記第１及び第２のスイ
ッチ素子を構成するＭＯＳＦＥＴのゲートを駆動するた
めに使用されることを特徴とする電池管理装置。
【請求項１２】前記チャージポンプ回路は、このチャ
ージポンプ回路の入力信号端子に接続されたインバータ
と、電池電圧（ＶＤＤ）と昇圧出力電圧（ＶＯＵＴ）と
の間で動作する２つのＣＭＯＳインバータを交差結合し
て構成されたフリップフロップと、このフリップフロッ
プの第１の出力端と前記チャージポンプ回路の入力端子
との間に設けられた第１のコンデンサと、前記フリップ
フロップの第２の出力端と前記インバータの出力端との
間に設けられた第２のコンデンサと、前記昇圧出力端子
に一極が接続された第３のコンデンサとを有することを
特徴とする請求項１０記載の電池管理装置。
【請求項１３】電池の一極が接続される第１の端子と
負荷の一極が接続される第２の端子との間にソース・ド
レイン経路が直列に接続される第１及び第２のスイッチ
素子と、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の過熱
検出手段及び過熱制御手段と、請求項４又は請求項５に
記載の電池電圧検出手段，充放電検出手段及び充放電制
御手段と、請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の電
流制御手段と、請求項１０乃至請求項１２のいずれかに
記載の昇圧回路及びスイッチ素子と、を有することを特
徴とする電池管理装置。
【請求項１４】前記第１及び第２のスイッチ素子と、
前記過熱検出手段及び過熱制御手段と、前記電池電圧検
出手段，充放電検出手段及び充放電制御手段と、前記電
流制御手段と、前記昇圧回路とは一つのＩＣとして集積
回路化されていることを特徴とする請求項１３記載の電
池管理装置。
【請求項１５】請求項９記載のインタフェース回路
を、さらに具備することを特徴とする請求項１３又は請
求項１４記載の電池管理装置。
【請求項１６】２次電池と、この２次電池に接続され
た請求項１乃至請求項１５のいずれかに記載の電池管理
装置と、を有することを特徴とする電池パック。
【請求項１７】前記２次電池はリチウムイオン電池で
あることを特徴とする請求項１６記載の電池パック。
【請求項１８】請求項１６又は請求項１７記載の電池
パックを搭載した電子機器。
【請求項１９】請求項９記載のインタフェース回路の
出力信号を受けて過熱，過充電，過放電，過電流のいず
れかの状態の発生を表示する表示手段を、さらに具備す
ることを特徴とする請求項１８記載の電子機器。