JP3326324B2 - 二次電池の保護回路 - Google Patents
二次電池の保護回路Info
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- JP3326324B2 JP3326324B2 JP07473696A JP7473696A JP3326324B2 JP 3326324 B2 JP3326324 B2 JP 3326324B2 JP 07473696 A JP07473696 A JP 07473696A JP 7473696 A JP7473696 A JP 7473696A JP 3326324 B2 JP3326324 B2 JP 3326324B2
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- battery
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- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/00304—Overcurrent protection
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02J7/00711—Regulation of charging or discharging current or voltage with introduction of pulses during the charging process
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Protection Of Static Devices (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の保護回
路に関し、特に、二次電池を過大充電電流による充電か
ら保護する回路に関する。
路に関し、特に、二次電池を過大充電電流による充電か
ら保護する回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】充放電可能な二次電池、例えば、ニッケ
ルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイ
オン二次電池等にあっては、過大電流により充放電され
ると、電池性能が低下し、ひいては電池寿命が著しく劣
化する。特開昭６３−１５８７４４号公報には、ブレー
カやＰＴＣ素子を用いて二次電池の過電流による放電を
防止する回路が開示されている。
ルカドミウム電池、ニッケル水素電池またはリチウムイ
オン二次電池等にあっては、過大電流により充放電され
ると、電池性能が低下し、ひいては電池寿命が著しく劣
化する。特開昭６３−１５８７４４号公報には、ブレー
カやＰＴＣ素子を用いて二次電池の過電流による放電を
防止する回路が開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、二次電池の
過電流保護は、二次電池の放電のみならず、二次電池の
充電においても必要である。
過電流保護は、二次電池の放電のみならず、二次電池の
充電においても必要である。
【０００４】そこで、本発明は、二次電池の充電時にお
いて、二次電池を過電流充電から保護するものである。
いて、二次電池を過電流充電から保護するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、二次電池と、
内部に寄生ダイオードを有し、この寄生ダイオードが前
記二次電池の充電回路を構成するように前記二次電池と
直接に接続された第１スイッチング手段と、前記二次電
池と直列に接続された第２スイッチング手段と、前記二
次電池の電池電圧を検出し、当該電池電圧が所定電圧以
下になると前記第１スイッチング手段をオフ状態とする
放電制御回路と、前記第１スイッチング手段の両端電圧
を検出し、前記第２スイッチング手段をオンオフ制御す
る充電制御手段とを備え、この充電制御手段は、前記二
次電池に過電流が流れるか、または前記寄生ダイオード
を経て充電電流が流れることによって、前記両端電圧が
第１の所定時間以上にわたって所定電圧以上になると、
前記第２スイッチング手段をオフ状態とすると共に、こ
のオフ状態から第２の所定時間が経過すると前記第２ス
イッチング手段をオン状態に復帰することを特徴とする
ものである。
内部に寄生ダイオードを有し、この寄生ダイオードが前
記二次電池の充電回路を構成するように前記二次電池と
直接に接続された第１スイッチング手段と、前記二次電
池と直列に接続された第２スイッチング手段と、前記二
次電池の電池電圧を検出し、当該電池電圧が所定電圧以
下になると前記第１スイッチング手段をオフ状態とする
放電制御回路と、前記第１スイッチング手段の両端電圧
を検出し、前記第２スイッチング手段をオンオフ制御す
る充電制御手段とを備え、この充電制御手段は、前記二
次電池に過電流が流れるか、または前記寄生ダイオード
を経て充電電流が流れることによって、前記両端電圧が
第１の所定時間以上にわたって所定電圧以上になると、
前記第２スイッチング手段をオフ状態とすると共に、こ
のオフ状態から第２の所定時間が経過すると前記第２ス
イッチング手段をオン状態に復帰することを特徴とする
ものである。
【０００６】
【０００７】
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例である保
護回路を内蔵するパック電池を示す回路図である。この
パック電池は、一対の充放電端子Ｔ１、Ｔ２間に、リチ
ウムイオン二次電池（以下、単に二次電位という）Ｂ
と、放電制御トランジスタＱ１と、充電制御トランジス
タＱ２とを直列接続している。放電制御トランジスタＱ
１と充電制御トランジスタＱ２とはＭＯＳＦＥＴからな
り、各ＭＯＳＦＥＴはドレインが向かい合うように接続
されている。なお、放電制御トランジスタＱ１及び充電
制御トランジスタＱ２に並列に接続されているダイオー
ドＤ１及びＤ２は、ＭＯＳＥＦＴの寄生ダイオードであ
る。
護回路を内蔵するパック電池を示す回路図である。この
パック電池は、一対の充放電端子Ｔ１、Ｔ２間に、リチ
ウムイオン二次電池（以下、単に二次電位という）Ｂ
と、放電制御トランジスタＱ１と、充電制御トランジス
タＱ２とを直列接続している。放電制御トランジスタＱ
１と充電制御トランジスタＱ２とはＭＯＳＦＥＴからな
り、各ＭＯＳＦＥＴはドレインが向かい合うように接続
されている。なお、放電制御トランジスタＱ１及び充電
制御トランジスタＱ２に並列に接続されているダイオー
ドＤ１及びＤ２は、ＭＯＳＥＦＴの寄生ダイオードであ
る。
【０００９】電池電圧検出回路１は、二次電池Ｂの電池
電圧を検出する。第１制御回路２は、電池電圧検出回路
１により検出された電池電圧に基づいて、放電制御トラ
ンジスタＱ１をオンオフ制御する。即ち、第１制御回路
２は、二次電池Ｂの電池電圧が放電停止電圧Ｖｄ（例え
ば、２．３０Ｖ）以上であると、放電制御トランジスタ
Ｑ１をオン状態とするが、電池電圧が放電停止電圧Ｖｄ
以下になると、放電制御トランジスタＱ１をオフ状態と
して、二次電池Ｂの放電を遮断する。
電圧を検出する。第１制御回路２は、電池電圧検出回路
１により検出された電池電圧に基づいて、放電制御トラ
ンジスタＱ１をオンオフ制御する。即ち、第１制御回路
２は、二次電池Ｂの電池電圧が放電停止電圧Ｖｄ（例え
ば、２．３０Ｖ）以上であると、放電制御トランジスタ
Ｑ１をオン状態とするが、電池電圧が放電停止電圧Ｖｄ
以下になると、放電制御トランジスタＱ１をオフ状態と
して、二次電池Ｂの放電を遮断する。
【００１０】第３制御回路３は、電池電圧検出回路１に
より検出された電池電圧に基づいて、二次電池Ｂをパル
ス充電するために、充電制御トランジスタＱ２をオンオ
フ制御する。このために、第３制御回路３は、二次電池
Ｂの電池電圧が充電停止電圧Ｖｃ（例えば、４．１０
Ｖ）を越えると、所定時間経過後にハイレベル信号を出
力する。一方、第３制御回路３は、二次電池Ｂの電池電
圧が充電停止電圧Ｖｃ以下になると、ローレベル信号を
出力する。斯るハイレベル信号及びローレベル信号によ
り、トランジスタ４がオン状態及びオフ状態とされ、そ
の結果、充電制御トランジスタＱ２はオフ状態及びオン
状態となる。
より検出された電池電圧に基づいて、二次電池Ｂをパル
ス充電するために、充電制御トランジスタＱ２をオンオ
フ制御する。このために、第３制御回路３は、二次電池
Ｂの電池電圧が充電停止電圧Ｖｃ（例えば、４．１０
Ｖ）を越えると、所定時間経過後にハイレベル信号を出
力する。一方、第３制御回路３は、二次電池Ｂの電池電
圧が充電停止電圧Ｖｃ以下になると、ローレベル信号を
出力する。斯るハイレベル信号及びローレベル信号によ
り、トランジスタ４がオン状態及びオフ状態とされ、そ
の結果、充電制御トランジスタＱ２はオフ状態及びオン
状態となる。
【００１１】即ち、充電制御トランジスタＱ２は、二次
電池Ｂの電池電圧が充電停止電圧Ｖｃを越えてから所定
時間経過後にオフ状態となって二次電池Ｂの充電を遮断
すると共に、充電遮断後に電池電圧が充電停止電圧Ｖｃ
以下になると二次電池Ｂの充電を再開する。以後、この
動作を繰り返すことによって、二次電池Ｂをパルス充電
する。
電池Ｂの電池電圧が充電停止電圧Ｖｃを越えてから所定
時間経過後にオフ状態となって二次電池Ｂの充電を遮断
すると共に、充電遮断後に電池電圧が充電停止電圧Ｖｃ
以下になると二次電池Ｂの充電を再開する。以後、この
動作を繰り返すことによって、二次電池Ｂをパルス充電
する。
【００１２】二次電池Ｂの正極端子とトランジスタ４の
ベースとの間に接続されたツェナダイオード５は、二次
電池Ｂを過電圧充電から保護するためのものである。即
ち、充放電端子Ｔ１に印加される充電電圧が予め設定さ
れた電圧を越えて異常に大きくなると、ツェナダイオー
ド５が導通してトランジスタ４を強制的にオン状態に保
持する。従って、充電制御トランジスタＱ２はオフ状態
となって、二次電池Ｂの充電を遮断する。
ベースとの間に接続されたツェナダイオード５は、二次
電池Ｂを過電圧充電から保護するためのものである。即
ち、充放電端子Ｔ１に印加される充電電圧が予め設定さ
れた電圧を越えて異常に大きくなると、ツェナダイオー
ド５が導通してトランジスタ４を強制的にオン状態に保
持する。従って、充電制御トランジスタＱ２はオフ状態
となって、二次電池Ｂの充電を遮断する。
【００１３】電圧検出回路６は、二次電池Ｂの充電電流
を検出するために、放電制御トランジスタＱ１の両端電
圧を測定する。そして、第２制御回路７は、電圧検出回
路６による測定結果に基づいて、トランジスタ４（結果
として充電制御トランジスタＱ２）をオンオフ制御す
る。
を検出するために、放電制御トランジスタＱ１の両端電
圧を測定する。そして、第２制御回路７は、電圧検出回
路６による測定結果に基づいて、トランジスタ４（結果
として充電制御トランジスタＱ２）をオンオフ制御す
る。
【００１４】なお、二次電池Ｂの充電電流を検出するた
めに、充電電流検出抵抗を充放電端子Ｔ１、Ｔ２間に直
列接続し、当該抵抗の両端電圧を電圧検出回路６にて検
出するようにしても良いことは言うまでもない。
めに、充電電流検出抵抗を充放電端子Ｔ１、Ｔ２間に直
列接続し、当該抵抗の両端電圧を電圧検出回路６にて検
出するようにしても良いことは言うまでもない。
【００１５】以下、図２のフローチャートを参照して、
電圧検出回路６及び第２制御回路７による制御動作につ
いて説明する。二次電池Ｂの充電は、充放電端子Ｔ１、
Ｔ２間に適宜の充電電圧及び充電電流を出力する充電電
源を接続することにより行われる。
電圧検出回路６及び第２制御回路７による制御動作につ
いて説明する。二次電池Ｂの充電は、充放電端子Ｔ１、
Ｔ２間に適宜の充電電圧及び充電電流を出力する充電電
源を接続することにより行われる。
【００１６】まず、ステップＳ１において、電圧検出回
路６が放電制御トランジスタＱ１の両端電圧ＶＩを測定
する。放電制御トランジスタＱ１は、オン状態であって
もある程度の抵抗値（例えば、３０ｍΩ）を有してい
る。従って、放電制御トランジスタＱ１の両端には、二
次電池Ｂを流れる充電電流Ｉｃに比例する電圧ＶＩ（＝
３０ｍΩ×Ｉｃ）が現れる。
路６が放電制御トランジスタＱ１の両端電圧ＶＩを測定
する。放電制御トランジスタＱ１は、オン状態であって
もある程度の抵抗値（例えば、３０ｍΩ）を有してい
る。従って、放電制御トランジスタＱ１の両端には、二
次電池Ｂを流れる充電電流Ｉｃに比例する電圧ＶＩ（＝
３０ｍΩ×Ｉｃ）が現れる。
【００１７】ステップＳ２において、第２制御回路７
は、電圧検出回路６により検出された電圧ＶＩが、第１
の所定時間Ｔ１以上にわたって所定電圧Ｖｓを越えたか
否かを判断する。所定電圧Ｖｓは、例えば二次電池Ｂを
保護する充電電流Ｉｃの値を３Ａに制限したい場合、
０．０９Ｖに設定される。
は、電圧検出回路６により検出された電圧ＶＩが、第１
の所定時間Ｔ１以上にわたって所定電圧Ｖｓを越えたか
否かを判断する。所定電圧Ｖｓは、例えば二次電池Ｂを
保護する充電電流Ｉｃの値を３Ａに制限したい場合、
０．０９Ｖに設定される。
【００１８】また、第１の所定時間Ｔ１は放電制御トラ
ンジスタＱ１及び充電制御トランジスタＱ２に３Ａ以上
の充電電流Ｉｃが流れても、これらトランジスタＱ１及
びＱ２が破壊されない時間に設定され、例えば、１０ms
ec程度に設定される。なお、第１の所定時間Ｔ１は、充
電電流Ｉｃの大きさに略反比例するように設定されるの
が好ましい。
ンジスタＱ１及び充電制御トランジスタＱ２に３Ａ以上
の充電電流Ｉｃが流れても、これらトランジスタＱ１及
びＱ２が破壊されない時間に設定され、例えば、１０ms
ec程度に設定される。なお、第１の所定時間Ｔ１は、充
電電流Ｉｃの大きさに略反比例するように設定されるの
が好ましい。
【００１９】電圧検出回路６により検出された電圧ＶＩ
が、第１の所定時間Ｔ１以上にわたって所定電圧Ｖｓを
越えたと判断されると、ステップＳ３において、第２制
御回路７はトランジスタ４をオン状態とすることによ
り、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態として、二次
電池Ｂの充電を遮断する。
が、第１の所定時間Ｔ１以上にわたって所定電圧Ｖｓを
越えたと判断されると、ステップＳ３において、第２制
御回路７はトランジスタ４をオン状態とすることによ
り、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態として、二次
電池Ｂの充電を遮断する。
【００２０】ステップＳ４において、第２制御回路７
は、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態としてから、
第２の所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する。第２
の所定時間Ｔ２は、後述のように、充電制御トランジス
タＱ２がオンオフ制御されてパルス状となる過大充電電
流の平均電流により、放電制御トランジスタＱ１及び充
電制御トランジスタＱ２が破壊されない時間に設定さ
れ、例えば、１００msecに設定される。この第２の所定
時間Ｔ２は、充電電流Ｉｃの大きさに略比例するように
設定されるのが好適である。
は、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態としてから、
第２の所定時間Ｔ２が経過したか否かを判断する。第２
の所定時間Ｔ２は、後述のように、充電制御トランジス
タＱ２がオンオフ制御されてパルス状となる過大充電電
流の平均電流により、放電制御トランジスタＱ１及び充
電制御トランジスタＱ２が破壊されない時間に設定さ
れ、例えば、１００msecに設定される。この第２の所定
時間Ｔ２は、充電電流Ｉｃの大きさに略比例するように
設定されるのが好適である。
【００２１】そして、充電制御トランジスタＱ２がオフ
状態とされてから、第２の所定時間Ｔ２が経過したと判
断されると、ステップＳ５において、再び、充電制御ト
ランジスタＱ２がオン状態とされる。その後、処理はス
テップＳ１に戻る。
状態とされてから、第２の所定時間Ｔ２が経過したと判
断されると、ステップＳ５において、再び、充電制御ト
ランジスタＱ２がオン状態とされる。その後、処理はス
テップＳ１に戻る。
【００２２】以上要するに、第２制御回路７は、放電制
御トランジスタＱ１の両端電圧を測定することによって
充電電流の大きさを検出する。そして、二次電池Ｂに所
定値以上の充電電流が第１の所定時間Ｔ１以上流れる
と、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態とする。更
に、第２制御手段７は、充電制御トランジスタＱ２をオ
フ状態としてから第２の所定時間Ｔ２が経過すると、充
電制御トランジスタＱ２をオン状態に復帰する。以後、
二次電池Ｂに流れる充電電流が所定値以下となるまで、
充電制御トランジスタＱ２のオンオフ制御が繰り返され
る（図３の波形図参照）。
御トランジスタＱ１の両端電圧を測定することによって
充電電流の大きさを検出する。そして、二次電池Ｂに所
定値以上の充電電流が第１の所定時間Ｔ１以上流れる
と、充電制御トランジスタＱ２をオフ状態とする。更
に、第２制御手段７は、充電制御トランジスタＱ２をオ
フ状態としてから第２の所定時間Ｔ２が経過すると、充
電制御トランジスタＱ２をオン状態に復帰する。以後、
二次電池Ｂに流れる充電電流が所定値以下となるまで、
充電制御トランジスタＱ２のオンオフ制御が繰り返され
る（図３の波形図参照）。
【００２３】ところで、本実施例によれば、以下のよう
な充電保護を行うことができる。即ち、二次電池Ｂが過
放電された状態にあるとき、二次電池Ｂの特性劣化を防
止するために。充電電流を通常の値（例えば、１Ｃ）の
１／１０程度とする必要がある。このために、従来は充
放電端子Ｔ１、Ｔ２に接続される充電電源（図示してい
ない）において、充電電流を制御していた。
な充電保護を行うことができる。即ち、二次電池Ｂが過
放電された状態にあるとき、二次電池Ｂの特性劣化を防
止するために。充電電流を通常の値（例えば、１Ｃ）の
１／１０程度とする必要がある。このために、従来は充
放電端子Ｔ１、Ｔ２に接続される充電電源（図示してい
ない）において、充電電流を制御していた。
【００２４】本実施例によれば、二次電池Ｂが過放電状
態にあるとき、放電制御トランジスタＱ１はオフ状態と
なっている。この状態では、充電電流は、過放電状態に
ある二次電池Ｂを経て、放電制御トランジスタＱ１の寄
生ダイオードＤ１を流れる。従って、寄生ダイオードＤ
１を流れる充電電流が通常の大きさであっても、電圧検
出回路６が検出する寄生ダイオードＤ１の両端電圧ＶＩ
は、所定電圧Ｖｓを越えるため、図３に示されているよ
うに、充電制御トランジスタＱ２をオンオフすることと
なる。
態にあるとき、放電制御トランジスタＱ１はオフ状態と
なっている。この状態では、充電電流は、過放電状態に
ある二次電池Ｂを経て、放電制御トランジスタＱ１の寄
生ダイオードＤ１を流れる。従って、寄生ダイオードＤ
１を流れる充電電流が通常の大きさであっても、電圧検
出回路６が検出する寄生ダイオードＤ１の両端電圧ＶＩ
は、所定電圧Ｖｓを越えるため、図３に示されているよ
うに、充電制御トランジスタＱ２をオンオフすることと
なる。
【００２５】この結果として、過放電状態にある二次電
池Ｂを流れる充電電流は、図３の如くパルス状となるの
で、平均電流の大きさが小さくなることから、充放電端
子Ｔ１、Ｔ２に接続される充電電源における充電電流の
制御は全く不要となる。
池Ｂを流れる充電電流は、図３の如くパルス状となるの
で、平均電流の大きさが小さくなることから、充放電端
子Ｔ１、Ｔ２に接続される充電電源における充電電流の
制御は全く不要となる。
【００２６】更に、放電制御トランジスタＱ１において
も、その寄生ダイオードＤ１に流れる充電電流がパルス
状となるため、不所望に発熱することがない。
も、その寄生ダイオードＤ１に流れる充電電流がパルス
状となるため、不所望に発熱することがない。
【００２７】
【発明の効果】本発明の二次電池の保護回路は、二次電
池と、内部に寄生ダイオードを有し、この寄生ダイオー
ドが前記二次電池の充電回路を構成するように前記二次
電池と直接に接続された第１スイッチング手段と、前記
二次電池と直列に接続された第２スイッチング手段と、
前記二次電池の電池電圧を検出し、当該電池電圧が所定
電圧以下になると前記第１スイッチング手段をオフ状態
とする放電制御回路と、前記第１スイッチング手段の両
端電圧を検出し、前記第２スイッチング手段をオンオフ
制御する充電制御手段とを備え、この充電制御手段は、
前記二次電池に過電流が流れるか、または前記寄生ダイ
オードを経て充電電流が流れることによって、前記両端
電圧が第１の所定時間以上にわたって所定電圧以上にな
ると、前記第２スイッチング手段をオフ状態とすると共
に、このオフ状態から第２の所定時間が経過すると前記
第２スイッチング手段をオン状態に復帰するように構成
されているため、二次電池の状態に関係なく、不所望に
過大な充電電流が流れることを防止し、二次電池の充電
による劣化を抑制することができる。
池と、内部に寄生ダイオードを有し、この寄生ダイオー
ドが前記二次電池の充電回路を構成するように前記二次
電池と直接に接続された第１スイッチング手段と、前記
二次電池と直列に接続された第２スイッチング手段と、
前記二次電池の電池電圧を検出し、当該電池電圧が所定
電圧以下になると前記第１スイッチング手段をオフ状態
とする放電制御回路と、前記第１スイッチング手段の両
端電圧を検出し、前記第２スイッチング手段をオンオフ
制御する充電制御手段とを備え、この充電制御手段は、
前記二次電池に過電流が流れるか、または前記寄生ダイ
オードを経て充電電流が流れることによって、前記両端
電圧が第１の所定時間以上にわたって所定電圧以上にな
ると、前記第２スイッチング手段をオフ状態とすると共
に、このオフ状態から第２の所定時間が経過すると前記
第２スイッチング手段をオン状態に復帰するように構成
されているため、二次電池の状態に関係なく、不所望に
過大な充電電流が流れることを防止し、二次電池の充電
による劣化を抑制することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
図である。
図である。
【図３】本発明の一実施例の動作を示す信号波形図であ
る。
る。
Ｑ１ 放電制御トランジスタ Ｑ２ 充電制御トランジスタ Ｂ 二次電池 ６ 電圧検出回路 ７ 第２制御回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−79967（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−303728（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−284594（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−225451（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−163612（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−105983（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−19053（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−75430（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02J 7/00 G01R 31/36 H02H 7/18
Claims (1)
- 【請求項１】 二次電池と、内部に寄生ダイオードを有
し、この寄生ダイオードが前記二次電池の充電回路を構
成するように前記二次電池と直接に接続された第１スイ
ッチング手段と、前記二次電池と直列に接続された第２
スイッチング手段と、前記二次電池の電池電圧を検出
し、当該電池電圧が所定電圧以下になると前記第１スイ
ッチング手段をオフ状態とする放電制御回路と、前記第
１スイッチング手段の両端電圧を検出し、前記第２スイ
ッチング手段をオンオフ制御する充電制御手段とを備
え、この充電制御手段は、前記二次電池に過電流が流れ
るか、または前記寄生ダイオードを経て充電電流が流れ
ることによって、前記両端電圧が第１の所定時間以上に
わたって所定電圧以上になると、前記第２スイッチング
手段をオフ状態とすると共に、このオフ状態から第２の
所定時間が経過すると前記第２スイッチング手段をオン
状態に復帰することを特徴とする二次電池の保護回路。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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