JP4359740B2

JP4359740B2 - 二次電池の保護回路

Info

Publication number: JP4359740B2
Application number: JP2000375503A
Authority: JP
Inventors: 泰博徳丸; 幸弘寺田
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2000-12-11
Filing date: 2000-12-11
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2020-12-11
Also published as: JP2002176731A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の過放電および過電流の何れか一方を検出した際に所定の遅延時間をもって前記二次電池の出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路に関し、特に、充電器を逆接続した際の過電流防止動作を安定させることができる二次電池の保護回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
充電可能な電池（二次電池）のうち、特にリチウムイオン電池は、過放電または過充電のみならず、負荷を接続する外部接続端子の短絡などにより生じる過電流も、電池の劣化、回路の構成素子である電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の破壊を引き起こすので、これらの状態を検出した際に外部接続端子との接続をオフして電池を保護している。
【０００３】
例えば、図２に示される電池パック１００では、二次電池１１が、グラウンド電位「−Ｂ」に対してバッテリ電圧「＋Ｂ」を発生し、これらが正極端子「＋」および負極端子「−」を有する外部接続端子に接続される。従って、二次電池１１は外部接続端子に負荷（図示を省略）を接続して放電電流を供給するために使用される。
【０００４】
図示される電池パック１００は、充電制御部１２と、並列接続されるスイッチングトランジスタおよび寄生ダイオードで放電電流供給回路に形成される放電制御用スイッチＱ３と、放電制御用スイッチＱ３を用いて二次電池１１に対する過電流を検出する過電流検出部１３とを備えている。放電制御用スイッチＱ３は、一方を二次電池１１の「＋」電極、他方を、出力段を形成する充電制御部１２を介して外部接続端子の正極端子「＋」それぞれに接続し、スイッチングトランジスタがオフされた際には寄生ダイオードが見えるので負荷へ流れる放電電流が阻止される。
【０００５】
過電流検出部１３は、周知のリチウムイオン保護ＩＣ（集積回路）であり、放電制御用スイッチＱ３の両端に接続して放電制御用スイッチＱ３の降下電圧ＶＱ３を検出する。また、過電流検出部１３は、二次電池１１の「＋」電極と抵抗を介して接続する端子ＶＣＣ、放電制御用スイッチＱ３の出力段接続側に抵抗を介して接続する端子ＣＳ、および放電制御用スイッチＱ３のオン／オフを制御する端子ＤＣＨＧを有する。
【０００６】
過電流検出部１３は、内部に、過電流検出を解除する過電流解除用トランジスタＱ４、過電流検出用のしきい値電圧を設定するためのツェナーダイオードＺＤ、および、ツェナーダイオードＺＤを介した端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃと端子ＣＳの電圧Ｖｃｓとを比較し端子ＣＳの電位Ｖｃｓが電圧差「Ｖｃｃ−Ｖｚｄ」より小さくなった際に放電電流制御用スイッチＱ３をオフする信号を端子ＤＣＨＧに出力するコンパレータＣＯＮを有する。電圧ＶｚｄはツェナーダイオードＺＤの降下電圧値である。
【０００７】
例えば、外部接続端子間が短絡されるかまたは充電器が逆接続されて太い矢印方向に放電電流の過電流状態が発生した場合、放電制御用スイッチＱ３の降下電圧値ＶＱ３は過電流検出部１３のツェナーダイオードＺＤによる降下電圧ＶＺＤを超える。従って、端子ＶＣＣと端子ＣＳとの間の電圧差によりコンパレータＣＯＮは端子ＤＣＨＧに信号を出力して放電制御用スイッチＱ３をオフにする。この結果、放電電流は放電制御用スイッチＱ３の寄生ダイオードにより電流を阻止され、電池パック１００で用いられる素子の発熱および破損を防止することができる。
【０００８】
また、過電流を検出した際に過電流検出部１３では、過電流解除用トランジスタＱ４をオンとして端子ＶＣＣおよび端子ＣＳの間を、抵抗を介した通電路に形成して、端子ＣＳから過電流解除用トランジスタＱ４の電流が流出し、外部端子「＋Ｂ」および「−Ｂ」へ流れる。この結果、過電流が停止、または外部端子「＋Ｂ」および「−Ｂ」間のインピーダンスが高くなった際には、電流ＣＳにより端子ＣＳの電圧Ｖｃｓは上昇する。電圧差「Ｖｃｃ−Ｖｚｄ」が電圧Ｖｃｓより小さくなった場合には過電流検出部１３のコンパレータＣＯＮがこれを検出して過電流検出を解除する。すなわち、コンパレータＣＯＮが放電制御用スイッチＱ３をオンすることにより太い矢印による放電電流路が形成され、正常な状態に復帰できる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図２を参照して説明した従来の二次電池１００の保護回路では、過電流状態が発生した場合、端子ＶＣＣと端子ＣＳとの間の電圧差によりコンパレータＣＯＮは端子ＤＣＨＧに信号を出力して放電制御用スイッチＱ３をオフにするので、放電電流は放電制御用スイッチＱ３の寄生ダイオードにより電流を阻止される。
【００１０】
また、充電器を逆接続した際には、過電流検出部１３では端子ＧＮＤに充電器の「＋」電極が接続しているので端子ＣＳに充電器の「−」電極が接続される。これにより、過電流検出部１３を形成するリチウムイオン保護ＩＣの内部に寄生するダイオードがオンし他の素子に影響を及ぼすことにより誤動作し機能が正常に働かない事態を生じるという問題点がある。
【００１１】
本発明の課題は、外部接続端子に充電器を逆接続して放電電流路に充電器の「−」電極が接続された際でも、過電流検出部の端子ＣＳと端子ＧＮＤとの間に充電器の充電電圧を印加させることのない二次電池の保護回路を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明による二次電池の保護回路は、二次電池の「＋」電極から外部接続される「＋」端子に接続される負荷へ放電制御用スイッチを介して放電電流を流す放電電流供給回路に対し、当該放電制御用スイッチの前記二次電池「＋」電極側端子に第１の抵抗を介して接続する端子ＶＣＣ、かつ外部接続「＋」端子側端子に第２の抵抗を介して接続する端子ＣＳそれぞれを有して前記放電制御用スイッチと並列接続して備えられ、当該放電制御用スイッチの電圧降下を所定のしきい値電圧と比較して監視する過電流検出部が、当該放電制御用スイッチを流れる放電電流の過電流を検出の際には前記放電制御用スイッチをオフして過電流を阻止し、前記端子ＣＳにおける電圧ＶＣＳを監視し当該電圧ＶＣＳが所定の電位まで上昇して外部接続負荷が正常に復帰したことを検出した際には前記放電制御用スイッチをオンして通常状態とすることにより前記二次電池を保護する回路に関する。
【００１４】
上記保護回路は、前記第２の抵抗と前記放電制御用スイッチの前記外部接続「＋」端子側と接続する接続路に挿入される誤動作防止用トランジスタを更に備え、当該トランジスタが、前記放電電流供給回路にドレインを接続し、前記端子ＣＳに接続する前記第２の抵抗にソースを接続し、かつ前記二次電池の「−」電極にゲートを接続して、当該ゲートに前記第２の抵抗を介して接続される前記端子ＣＳの電位を、二次電池の「−」電極に接続する過電流検出部の端子ＧＮＤに対して「＋」電位とすることを特徴とする。
【００１５】
このような構成により、上記「＋」電極を正極のバッテリ電位、「−」電極を負極のグラウンド電位とするので、放電制御用スイッチがオフ状態になった際には、過電流検出部において、放電制御用スイッチの外部接続端子側に接続する端子ＣＳがグラウンド端子ＧＮＤに対して誤動作防止用トランジスタのゲート電位により、「＋」電位にすることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。図には、本発明に関する部分のみの概略を示し、本発明に特に関係しない部分については省略している。
【００１８】
図示される電池パック１０は、従来同様、二次電池１１が、グラウンド電位「−Ｂ」に対してバッテリ電圧「＋Ｂ」を発生し、正極端子「＋」および負極端子「−」を有する外部接続端子に負荷（図示を省略）を接続して、この負荷に対応する放電電流を供給するものである。
【００１９】
また図示される電池パック１０は、二次電池１１と、充電制御部１２と、放電制御用スイッチＱ３と、過電流解除用トランジスタＱ４を含む過電流検出部１３と、更に誤動作防止用トランジスタＱ５とを備えるものとする。
【００２０】
ここで、図１が上述した図２と相違する点は、誤動作防止用トランジスタＱ５が追加されていることである。これ以外の構成要素は、原理的には従来と同一の機能を有している。
【００２１】
放電制御用スイッチＱ３は、Ｐチャネル電界効果トランジスタによるスイッチであり、等価的に寄生ダイオードを内蔵しているので、一方を二次電池１１の「＋」電極、他方を充電制御用スイッチＱ２それぞれに接続している。
【００２２】
また、放電制御用スイッチＱ３は、一方に二次電池１１の「＋」電極、他方に出力段を形成する充電制御部１２を介して外部接続端子の正極端子「＋」それぞれを接続し、過電流検出部１３からゲートに受けるハイレベル信号によりスイッチングトランジスタがオフされるものとする。スイッチングトランジスタがオフとなった際には、寄生ダイオードにより放電電流が阻止される。
【００２３】
過電流検出部１３は、周知のリチウムイオン保護ＩＣ（集積回路）であり、ツェナーダイオードＺＤ、コンパレータＣＯＮ、および過電流解除用トランジスタＱ４を内蔵して、放電制御用スイッチＱ３の両端に接続して放電制御用スイッチＱ３の降下電圧ＶＱ３を検出する。また、過電流検出部１３は、二次電池１１の「＋」電極と抵抗を介して接続する端子ＶＣＣ、放電制御用スイッチＱ３の出力段接続側の放電電流路に抵抗および誤動作防止用トランジスタＱ５を介して接続する端子ＣＳ、および放電制御用スイッチＱ３のオン／オフを制御する端子ＤＣＨＧを有する。
【００２４】
ツェナーダイオードＺＤは過電流を検出するためのしきい値電圧を設定する。コンパレータＣＯＮは、ツェナーダイオードＺＤを介した端子ＶＣＣの電圧Ｖｃｃと端子ＣＳの電圧Ｖｃｓとを比較し端子ＣＳの電位Ｖｃｓが電圧差「Ｖｃｃ−Ｖｚｄ」より小さくなった際に放電制御用スイッチＱ３をオフするハイレベル信号を端子ＤＣＨＧに出力する。過電流解除用トランジスタＱ４は、通常時ではオフ状態とし、過電流を検出の際にオン状態となる。
【００２５】
例えば、外部接続端子間が短絡されるか、または充電器が逆接続されて矢印方向に放電電流の過電流状態が発生した場合、放電制御用スイッチＱ３の降下電圧値ＶＱ３は過電流検出部１３のツェナーダイオードＺＤによる降下電圧値ＶＺＤを超える。従って、端子ＶＣＣと端子ＣＳとの間の電圧差によりコンパレータＣＯＮは端子ＤＣＨＧにハイレベル信号を出力して放電制御用スイッチＱ３をオフにする。この結果、従来同様、過大な放電電流は放電制御用スイッチＱ３の寄生ダイオードにより流れを阻止され、電池パック１０で用いられる素子の発熱および破損を防止することができる。
【００２６】
また、過電流を検出した際に過電流検出部１３では、過電流解除用トランジスタＱ４をオンとして電流ＣＳが端子ＣＳから流出する。これは、過電流検出部１３が、過電流を検出した際に、過電流状態から正常状態に復帰したことを検出するためである。
【００２７】
この状態で、誤動作防止用トランジスタＱ５では放電電流路に接続するドレインと抵抗を介して過電流検出部１３の端子ＣＳに接続するソースとの間に電流ＣＳを流す。すなわち、ゲートには過電流検出部１３の端子ＧＮＤに接続される二次電池１１の「−」電極が接続され、過電流検出部１３の端子ＣＳの電位は誤動作防止用トランジスタＱ５のゲート・ソース間の降下電圧ＶＧＳとほぼ同一になる。
【００２８】
従って、過電流検出部１３では、端子ＣＳの電位が端子ＧＮＤに対して「＋」電位となる。すなわち、端子ＣＳには充電器の充電電圧が直接接続されることがなく、端子ＧＮＤに対して端子ＣＳが「−」電位とはならないので、リチウムイオン保護ＩＣにより形成される過電流検出部１３の誤動作は回避される。
【００２９】
一方、過電流が停止または復旧した際、つまり、外部接続端子である正極端子「＋」および負極端子「−」の間がハイインピーダンスになった際、従来同様、電流ＣＳにより端子ＣＳの電圧Ｖｃｓは上昇する。この電圧Ｖｃｓが電圧差「Ｖｃｃ−Ｖｚｄ」より大きくなった場合にはコンパレータＣＯＮがこれを検出して過電流検出を解除する。すなわち、コンパレータＣＯＮが放電制御用スイッチＱ３をオンすることにより放電電流路が形成され、正常な状態に復帰できる。
【００３０】
上記説明では、ブロックにより機能を図示しているが、電池パックのグラウンド側を「＋」電極として極性をすべて逆にした回路構成であってもよく、また、機能の分離併合は上記機能を満たす限り自由であり、上記説明が本発明を限定するものではない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、過電流検出部の端子ＣＳと外部接続端子の正極端子「＋」に接続する放電電流路との間に、ゲートに過電流検出部の端子ＧＮＤを接続した誤動作防止用トランジスタＱ５を挿入した二次電池の保護回路が得られる。この結果、二次電池の「＋」電極に接続して発生する過電流検出用しきい値電圧と比較する端子ＣＳの電位を、端子ＣＳにソースを接続する誤動作防止用トランジスタＱ５のゲートに端子ＧＮＤを接続して生じる降下電圧ＶＧＳによって、端子ＧＮＤに対し「＋」電位とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。
【図２】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１０電池パック
１１二次電池
１２充電制御部
１３過電流検出部
Ｑ３放電制御用スイッチ
Ｑ５誤動作防止用トランジスタ

Claims

二次電池の「＋」電極から外部接続される「＋」端子に接続される負荷へ放電制御用スイッチを介して放電電流を流す放電電流供給回路に対し、当該放電制御用スイッチの前記二次電池「＋」電極側端子に第１の抵抗を介して接続する端子ＶＣＣ、かつ外部接続「＋」端子側端子に第２の抵抗を介して接続する端子ＣＳそれぞれを有して前記放電制御用スイッチと並列接続して備えられ、当該放電制御用スイッチの電圧降下を所定のしきい値電圧と比較して監視する過電流検出部が、当該放電制御用スイッチを流れる放電電流の過電流を検出の際には前記放電制御用スイッチをオフして過電流を阻止し、前記端子ＣＳにおける電圧ＶＣＳを監視し当該電圧ＶＣＳが所定の電位まで上昇して外部接続負荷が正常に復帰したことを検出した際には前記放電制御用スイッチをオンして通常状態とすることにより前記二次電池を保護する回路において、
前記第２の抵抗と前記放電制御用スイッチの前記外部接続「＋」端子側と接続する接続路に挿入される誤動作防止用トランジスタを更に備え、当該トランジスタが、前記放電電流供給回路にドレインを接続し、前記端子ＣＳに接続する前記第２の抵抗にソースを接続し、かつ前記二次電池の「−」電極にゲートを接続して、当該ゲートに前記第２の抵抗を介して接続される前記端子ＣＳの電位を、二次電池の「−」電極に接続する過電流検出部の端子ＧＮＤに対して「＋」電位とすることを特徴とする二次電池の保護回路。
請求項１において、前記放電制御用スイッチがスイッチングトランジスタと放電電流の逆流を防止する寄生ダイオードとの並列回路であり、前記過電流検出部は、二次電池の「＋」電極から第３の抵抗を介して接続する端子ＶＣＣ、前記スイッチングトランジスタにオン／オフ信号を供給する端子ＤＣＨＧ、及び第４の抵抗を介して前記スイッチングトランジスタの外部接続「＋」端子側に接続する端子ＣＳ、ツェナーダイオードＺＤ、コンパレータＣＯＮ、および過電流解除用トランジスタを有し、コンパレータＣＯＮ入力の一方にはツェナーダイオードＺＤを介して前記端子ＶＣＣを接続し他方には第５の抵抗及び前記過電流解除用トランジスタの直列回路を介した前記端子ＶＣＣと端子ＣＳとを接続し、コンパレータＣＯＮ出力には前記端子ＤＣＨＧを接続する、二次電池の保護回路。