JP6221685B2 - 二次電池の保護回路、電池保護モジュール、電池パック及び処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の保護回路、電池保護モジュール、電池パック及び処理方法に関する。

近年、二次電池を用いた電池パックにより駆動される電子機器が普及してきており、当該電池パックの構成についても、これまで種々の提案がなされてきている（例えば、特許文献１等参照）。

例えば、図６（ａ）は、特許文献１等において開示されてきた電池パックの全体構成を簡略化して示した図である。図６（ａ）に示すように、電池パック６４０には、二次電池６４１と、電子機器６５０及び／または充電装置と接続される入出力端子６４２、６４３と、二次電池６４１の温度を検出するためのサーミスタ６４４と、電池保護モジュール６３０とが配されている。また、電池保護モジュール６３０には、二次電池６４１の正極及び負極と入出力端子６４２、６４３の正極及び負極との間をそれぞれ同極間で接続する、二次電池の保護回路としての半導体集積回路（ＩＣ）６１０が内蔵されている。

更に、半導体集積回路６１０に対しては、充電のオンオフを切り替える切り替え手段である第１のＦＥＴ６３１と、放電のオンオフを切り替える切り替え手段である第２のＦＥＴ６３２とがそれぞれ直列に接続されている。

図６（ａ）に示す電池パック６４０によれば、例えば、二次電池６４１の温度が所定の閾値以上になった場合に、第１のＦＥＴ６３１をオフの状態にし、二次電池の充電を禁止するよう制御することで、二次電池６４１の発熱を抑えることができる。

特許第５１１０１６８号

しかしながら、電池パック６４０により駆動される電子機器６５０が、例えば、電動工具のような機器であった場合、二次電池６４１の温度が所定の閾値以上となることで充電禁止となっている状態で、当該電池パックを電動工具に接続させ、電動工具を駆動させるといった使用方法が想定される。この場合、電池パック６４０では、二次電池６４１の温度が所定の閾値以上になっているため、第１のＦＥＴ６３１がオフの状態で放電が行われることとなる。

ここで、電池パック６４０の場合、第１のＦＥＴ６３１がオフの状態では、放電は、第１のＦＥＴ６３１の寄生ダイオード６３１ｄを経由して行われる（図６（ｂ）の点線矢印参照）。このため、第１のＦＥＴ６３１の消費電力が増加し、切り替え手段であるＦＥＴが発熱することとなる。

一方で、第１のＦＥＴ６３１がオフの状態で、第１のＦＥＴ６３１の寄生ダイオード６３１ｄを経由することなく放電を行うためには、図６（ｃ）に示すように、充放電経路を分けるといった方法が考えられる。しかしながら、このような方法の場合、電子機器６５０側のシステム変更を伴うため、コスト増が不可避である。

このようなことから、電池パックでは、発熱等により二次電池の充電が禁止されている状態で電子機器が接続された場合であっても、放電に伴う発熱を極力抑えることができる構成を、電子機器側のシステム変更を伴うことなく実現することが望まれている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、二次電池を用いた電池パックにおいて放電に伴う発熱を抑制することを目的とする。

本発明の実施形態に係る二次電池の保護回路は、以下のような構成を有する。すなわち、
二次電池（１４１）から電子機器（１５０）への放電及び充電装置（１６０）から前記二次電池（１４１）への充電のための入出力端子（１４３、１４４）と前記二次電池（１４１）の両端端子との間の充放電経路（Ｐ１、Ｐ２）の導通／遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路（１００）であって、
前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出手段（１４２）と、
前記温度検出手段（１４２）により所定の温度が検出された場合に、第１の遅延時間（温度検出遅延時間）の経過後に充電経路（Ｐ１、Ｐ２）を遮断するように制御し、前記温度検出手段（１４２）の検出結果に基づき前記充電経路（Ｐ１、Ｐ２）を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第２の遅延時間（遅延時間１）の経過後に前記充電経路（Ｐ１、Ｐ２）を導通させるように制御する制御手段と、
前記制御手段が前記充電経路（Ｐ１、Ｐ２）を導通させるように制御してから、第３の遅延時間（遅延時間２）の経過後に、前記充電経路（Ｐ１、Ｐ２）を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定手段と、を有し、
前記第１の遅延時間（温度検出遅延時間）は第１の遅延回路（１０３）により生成され、前記第２の遅延時間（遅延時間）及び前記第３の遅延時間（遅延時間２）は前記第１の遅延時間（温度検出遅延時間）とは別の第２の遅延回路（１０６）により生成され、前記第２の遅延時間（遅延時間１）は前記第３の遅延時間（遅延時間２）よりも短いことを特徴とする。

本発明の各実施形態によれば、二次電池を用いた電池パックにおいて放電に伴う発熱を抑制することが可能となる。

実施形態に係る電池パックの全体構成を示す図である。 電池パックを構成する電池保護モジュールに内蔵された半導体集積回路（ＩＣ）の制御モードを示す図である。 電池パックにおける処理の流れを示すタイムチャートである。 電池パックにおける処理の流れを示すタイムチャートである。 電池パックを構成する電池保護モジュールに内蔵された半導体集積回路（ＩＣ）の制御モードを示す図である。 従来の電池パックの全体構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くものとする。

［第１の実施形態］
＜電池パックの全体構成＞
（１）電池パック
図１は、本実施形態に係る電池パック１４０の全体構成を示す図である。図１に示すように、電池パック１４０は、二次電池１４１と、サーミスタ１４２と、入出力端子１４３、１４４と、電池保護モジュール１２０とを内蔵する。

二次電池１４１には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、電気二重層キャパシタ等が含まれる。サーミスタ１４２は、二次電池１４１の温度を検出するために用いられる。入出力端子１４３、１４４は、二次電池１４１を電源とする負荷（電動工具等の電子機器）への放電及び充電装置１６０による二次電池１４１の充電を行うための接続部である。

（２）電池保護モジュール
電池保護モジュール１２０は、入出力端子１４３、１４４と、二次電池１４１の両端端子との間の充放電経路Ｐ１、Ｐ２の導通／遮断を切り替える切り替え手段である、ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２を有する。また、ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２の切り替え動作を制御する、二次電池１４１の保護回路としての半導体集積回路（ＩＣ）１００を有する。更に、半導体集積回路１００のそれぞれの端子１１１〜１１９には、抵抗１２３、１２６、コンデンサ１２４、１２５等を介して、二次電池１４１の両端端子やサーミスタ１４２の端子、あるいは充放電経路Ｐ１、Ｐ２が、直接的または間接的に接続されている。

ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２は、二次電池１４１の負極と負極の入出力端子１４４との間の充放電経路Ｐ２の導通／遮断の切り替えが可能なように直列に接続されている。なお、図１の例では、ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２を、二次電池１４１の負極と負極の入出力端子１４４との間に設ける構成としているが、二次電池１４１の正極と正極の入出力端子１４３との間に設ける構成であってもよい。

ＮＭＯＳトランジスタ１２１は、充放電経路Ｐ２を充電方向に流れる二次電池１４１の充電電流（つまり充電経路）の導通／遮断を切り替え可能な切り替え手段である。また、ＮＭＯＳトランジスタ１２２は、充放電経路Ｐ２を放電方向に流れる二次電池１４１の放電電流（つまり、放電経路）の導通／遮断を切り替え可能な切り替え手段である。

ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオンの状態になると二次電池１４１の充電が許可され、オフの状態になると二次電池１４１の充電が禁止される。また、ＮＭＯＳトランジスタ１２２がオンの状態になると二次電池１４１の放電が許可され、オフの状態になると二次電池の放電が禁止される。

ＮＭＯＳトランジスタ１２１は、その寄生ダイオード１２１ｄの順方向が二次電池１４１の放電方向になる向きで、二次電池の負極と負極の入出力端子１４４との間に配置される。ＮＭＯＳトランジスタ１２２は、その寄生ダイオード１２２ｄの順方向が二次電池１４１の充電方向になる向きで、二次電池の負極と負極の入出力端子１４４との間に配置される。なお、ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２は、ＩＧＢＴやバイポーラトランジスタであって、そのコレクタエミッタ間に図示の向きに寄生ダイオードが構成されたものであってもよい。

（３）半導体集積回路
半導体集積回路（ＩＣ）１００は、二次電池１４１の温度に応じて抵抗値が変化するサーミスタ１４２を駆動するための電圧を生成するレギュレータ（ＲＥＧ）１０４を有する。また、レギュレータ１０４の電圧をサーミスタ１４２と温度特性のない抵抗１２３とで分圧することで得られる電圧と、半導体集積回路（ＩＣ）１００内部の抵抗１０７、１０８で分圧することで得られる電圧とを比較するコンパレータ１０５を有する。

また、コンパレータ１０５からの出力を遅延させたうえで出力する遅延回路１０３を有する。また、入出力端子１４３、１４４に負荷１５０が接続されたことに伴って流れる放電電流を検出するためのコンパレータ１０２と、コンパレータ１０２からの出力を遅延させたうえで出力する遅延回路１０６とを有する。更に、遅延回路１０３からの出力及び遅延回路１０６からの出力に基づいて、ＯＶ端子１１８及びＤＣＨＧ端子１１７の出力のＨｉｇｈ、Ｌｏｗを制御し、ＮＭＯＳトランジスタ１２１、１２２のオンオフを制御するロジック部（Ｌｏｇｉｃ）１０１を有する。

なお、遅延回路１０３、１０６は、それぞれ、ＣＴＨ端子１１５、ＣＬＤ端子１１６の電圧値が所定の閾値に到達するまでの時間分、出力を遅延させることで、遅延回路を形成し、ノイズによる誤検出を防止している。

コンパレータ１０５は、サーミスタ１４２と抵抗１２３とで分圧することで得られる電圧の方が大きい場合にＨレベルの出力を行う。つまり、レギュレータ１０４の電圧を半導体集積回路（ＩＣ）１００内部の抵抗１０７、１０８で分圧することで得られる電圧値が、温度検出の閾値（例えば、５０℃）に相当する。換言すると、半導体集積回路（ＩＣ）１００内部の抵抗１０７、１０８により、温度検出の閾値が決定される。

遅延回路１０３は、コンパレータ１０５からのＨレベルの出力があってから所定の遅延時間（温度検出遅延時間）経過後に、閾値（例えば、５０℃）以上であることを示す出力をロジック部１０１に対して行う。また、コンパレータ１０５からのＬレベルの出力があってから所定の遅延時間（温度検出遅延時間）経過後に、閾値（例えば、４０℃）を下回ったことを示す出力をロジック部１０１に対して行う。

ロジック部１０１は、二次電池１４１の充電禁止条件が成立している場合には、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオフの状態にし、充電経路を遮断する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ１２２のオンオフの状態に関わらず、二次電池１４１を充電する充電電流が流れてしまうといった事態を防止することができる。また、二次電池１４１の放電禁止条件が成立している場合には、ＮＭＯＳトランジスタ１２２をオフにし、放電経路を遮断する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ１２１のオンオフの状態に関わらず、二次電池１４１の放電する放電電流が流れてしまうといった事態を防止できる。

ＯＶ端子１１８は、ＮＭＯＳトランジスタ１２１を制御する制御信号を出力する端子であり、ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈの場合、ＮＭＯＳトランジスタ１２１はオンの状態となる。一方、ＯＶ端子１１８の出力がＬｏｗの場合、ＮＭＯＳトランジスタ１２１はオフの状態となる。

同様に、ＤＣＨＧ端子１１７は、ＮＭＯＳトランジスタ１２２を制御する制御信号を出力する端子であり、ＤＣＨＧ端子１１７の出力がＨｉｇｈの場合、ＮＭＯＳトランジスタ１２２はオンの状態となる。一方、ＤＣＨＧ端子１１７の出力がＬｏｗの場合、ＮＭＯＳトランジスタ１２２は、オフの状態となる。

Ｖ−端子１１９は、抵抗１２６を介して負極の入出力端子１４４と接続され、負極の入出力端子１４４の電圧が入力される。負荷１５０が接続され放電電流が流れることでＶ−端子１１９に入力される電圧が所定値以上になると、コンパレータ１０２では、遅延回路１０６に対して出力を行う。

遅延回路１０６は、Ｖ−端子１１９に入力される電圧が所定値以上になってから所定の遅延時間（遅延時間１）経過後に、負荷１５０が接続されたことを示す出力をロジック部１０１に対して行う。また、Ｖ−端子１１９に入力される電圧が所定値以上になった後、変化前の電圧に戻ってから所定の遅延時間（遅延時間２）経過後に、一定時間が経過したことを示す出力をロジック部１０１に対して行う。

＜充電禁止条件の説明＞
次に、二次電池１４１の充電禁止条件について説明する。二次電池１４１の充電禁止条件は、ロジック部１０１において、例えば、二次電池１４１の温度等に基づいて定められている。

具体的には、ロジック部１０１では、コンパレータ１０５からのＨレベルの出力があってから所定の遅延時間が経過すると、二次電池１４１の充電を禁止する温度条件が成立していると判定する。これにより、ＯＶ端子１１８の出力をＬｏｗにし、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオフの状態にする。また、コンパレータ１０５からのＬレベルの出力があってから所定の遅延時間が経過すると、二次電池１４１の充電を禁止する温度条件が不成立であると判定する。これにより、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにし、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオンの状態にする。

このように、本実施形態に係る電池パック１４０の場合、温度に基づく充電禁止条件を設定することで、特定の温度領域で充電されることによる、二次電池１４１の劣化進行を遅らせることができる。

＜ロジック部における制御モードの説明＞
次に、ロジック部１０１において、ＯＶ端子１１８の出力（"Ｈｉｇｈ"または"Ｌｏｗ"）を制御することで、ＮＭＯＳトランジスタ１２１のオンオフの状態を制御する制御モードについて説明する。図２は、ロジック部１０１の制御モードを説明するための図である。

図２に示すように、ロジック部１０１の制御モードには、"通常モード"と、"温度保護モード"と、"充電禁止時負荷接続モード"とが含まれる。

通常モードとは、二次電池１４１の温度が閾値（例えば、閾値＝４０℃）を下回っている状態における制御モードである。通常モードでは、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなる。

温度保護モードとは、二次電池１４１の温度が閾値（例えば、閾値＝５０℃）以上となっている状態における制御モードである（矢印２１１）。温度保護モードでは、ＯＶ端子１１８の出力はＬｏｗとなる。

なお、温度保護モードに遷移した状態で、二次電池１４１の温度が閾値（例えば、閾値＝４０℃）を下回ると、通常モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなる（矢印２２１）。

一方、温度保護モードに遷移した後、二次電池１４１の温度が、閾値（例えば、閾値＝４０℃）以上を維持していた場合には、温度保護モードが継続され、ＯＶ端子１１８の出力はＬｏｗのままとなる。

充電禁止時負荷接続モードとは、温度保護モードが継続されている状態において、負荷（例えば、電動工具等の電子機器）１５０が接続された場合における制御モードである（矢印２２２）。充電禁止時負荷接続モードでは、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなる。

このように、温度保護モードにおいて、二次電池１４１の充電を禁止する温度条件が成立している場合であっても、負荷１５０が接続された場合には、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにする。これにより、本実施形態に係る電池パック１４０によれば、寄生ダイオード１２１ｄを経由して放電が行われるといった事態を回避することができる。この結果、放電に伴う電池パック１４０全体の発熱を抑えることが可能となる。

一方、充電禁止時負荷接続モードに遷移した状態で、所定の遅延時間（遅延時間２）経過後は、温度保護モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力を再びＬｏｗにする（矢印２３１）。

また、充電禁止時負荷接続モードに遷移した状態で、二次電池１４１の温度が、閾値（例えば、閾値＝４０℃）を下回った場合には、通常モードに遷移する（矢印２３２）。この場合、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈのままとなる。

＜電池パックにおける処理の流れ＞
次に、電池パック１４０における処理の流れについて説明する。図３は、電池パック１４０における処理の流れを示すタイムチャートである。図３において、横軸は時間を表している。また、縦軸は、それぞれ、ＶＤＤ端子１１１の電圧値、充放電経路Ｐ１、Ｐ２における充放電電流値、Ｖ−端子１１９の電圧値、二次電池１４１の温度、ＣＴＨ端子１１５の電圧値、ＣＬＤ端子１１６の電圧値、ＯＶ端子１１８の出力値を示している。

なお、図３のタイムチャートの例は、入出力端子１４３、１４４の接続状態が以下のように推移した場合を示している。
ａ）何も接続されていない状態（オープン状態）
ｂ）充電装置１６０が接続された状態
ｃ）何も接続されていない状態（オープン状態）
ｄ）負荷１５０が接続された状態
ｅ）何も接続されていない状態（オープン状態）
オープン状態ａ）では、充放電経路Ｐ１、Ｐ２に電流が流れないため、充放電電流値、Ｖ−端子１１９の電圧値はゼロとなっている。また、二次電池１４１の電圧に変化はないため、ＶＤＤ端子１１１の電圧値、ＣＬＤ端子１１６の電圧値は一定値となっている。更に、二次電池１４１が発熱することもないため、二次電池１４１の温度も一定値となっている。なお、この時点では、二次電池１４１の温度は、閾値（＝４０℃）を下回っており、通常モードにあるため、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなっている。

充電装置１６０が接続された状態ｂ）に推移すると、充放電経路Ｐ１、Ｐ２に電流が流れ、二次電池１４１の充電が開始されるため、ＶＤＤ端子１１１の電圧値は、時間の経過とともに上がっていく。また、充放電電流値は、充電電流の値となる。更に、二次電池１４１が発熱するため、二次電池１４１の温度が時間の経過とともに上昇していく。

ここで、二次電池１４１の温度が、閾値（＝５０℃）以上になると（ステップＳ３０１）、ＣＴＨ端子１１５の電圧値は徐々に上がっていく。そして、ＣＴＨ端子１１５の電圧値が所定値（Ｖｒｅｆ／２）に到達すると（つまり、所定の温度検出遅延時間が経過すると）、遅延回路１０３がロジック部１０１に対して、二次電池１４１の温度が閾値以上であることを示す出力を行う（ステップＳ３０２）。

これにより、ロジック部１０１は、温度保護モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＬｏｗにする（ステップＳ３０３）。この結果、二次電池１４１の充電が停止するため、ＶＤＤ端子１１１の電圧値は一定値となり、充放電電流値はゼロになる。また、充電装置１６０が接続されているため、Ｖ−端子１１９の電圧値はマイナスとなる。

オープン状態ｃ）では、Ｖ−端子１１９の電圧値がゼロになる（ステップＳ３０４）。それ以外は、充電装置１６０が接続された状態ｂ）において温度保護モードに遷移した後の状態と同じである。ただし、充電が停止しているため二次電池１４１の温度は、時間の経過とともに下降していく。

その後、負荷１５０が接続された状態ｄ）に推移すると、Ｖ−端子１１９の電圧値が上がる（ステップＳ３０５）とともに、充放電電流値が放電電流の値となる。これに伴って、ＣＬＤ端子１１６の電圧値が徐々に低下していき、所定値に到達すると（遅延時間１が経過すると）、遅延回路１０６がロジック部１０１に対して、負荷１５０が接続されたことを示す出力を行う（ステップＳ３０６）。

ロジック部１０１では、充電禁止時負荷接続モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにする（ステップＳ３０７）。これにより、放電は寄生ダイオード１２１ｄを介することなく行われることとなる。なお、ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈになり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオンの状態になると、Ｖ−端子１１９の電圧値が低下する。

つまり、負荷１５０が接続されたことは、放電電流によりＶ−端子１１９の電圧値が上がることで検知することができる。ただし、Ｖ−端子１１９の電圧値の当該変化は、ＣＬＤ端子１１６の電圧値が所定値に到達し、ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈになるまでの遅延時間１の間だけ顕在化する。

負荷１５０が接続された状態ｄ）の間、放電が継続するため、ＶＤＤ端子１１１の電圧値は、時間の経過とともに低下していく。また、ＮＭＯＳトランジスタ１２１の発熱は抑えられているため、二次電池１４１の温度も、時間の経過とともに下降していく。

一方、ＣＬＤ端子１１６の電圧値は時間の経過とともに徐々に上がっていき、所定値（Ｖｒｅｆ／２）に到達すると（所定の遅延時間２が経過すると）、遅延回路１０６がロジック部１０１に対して、所定時間が経過したことを示す出力を行う（ステップＳ３０９）。これにより、ロジック部１０１は、一旦、温度保護モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＬｏｗにする（ステップＳ３１０）。

ＯＶ端子１１８の出力がＬｏｗになり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの状態になると、放電電流によりＶ−端子１１９の電圧値が上がる。つまり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフになることで、負荷が接続されていることが、Ｖ−端子１１９の電圧値として顕在化する（ステップＳ３１１）。

このとき、ＣＬＤ端子１１６の電圧値は徐々に低下していく（ステップＳ３１２〜Ｓ３１３）。そして、ＣＬＤ端子１１６の電圧値が所定値（Ｖｒｅｆ／２）に到達すると（所定の遅延時間１が経過すると）、遅延回路１０６がロジック部１０１に対して、所定時間が経過したことを示す出力を行う（ステップＳ３１３）。これにより、ロジック部１０１では、再び、充電禁止負荷接続モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにする（ステップＳ３１４）。ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈになり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオンの状態になると、Ｖ−端子１１９の電圧値が低下する（ステップＳ３１５）。

つまり、充電禁止時負荷接続モードでは、遅延時間２経過後、一時的に、温度保護モードに遷移させ、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオフの状態にすることで、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定する。負荷１５０が接続されていれば、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの間、放電電流によりＶ−端子１１９の電圧値が上がる。このため、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの間のＶ−端子１１９の電圧値の変化を監視することで、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定することができる。

以降、二次電池１４１の温度が、所定の閾値（図３の例では、４０℃）を下回らないかぎり、負荷１５０が接続された状態ｄ）が継続している間は、充電禁止時負荷接続モードを維持する。そして、所定時間経過ごとに、一時的に、温度保護モードに遷移させることで、負荷が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定する処理を繰り返す。

続いて、負荷１５０が非接続となり、オープン状態ｅ）に推移すると、充放電電流値がゼロになるとともに、ＶＤＤ端子１１１の電圧値が一定値となる。なお、この時点では、ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈになっているため、Ｖ−端子１１９の電圧値は変化せず、ロジック部１０１では、負荷１５０が非接続となったことを検知することはできない。

一方、遅延時間２が経過すると（ステップＳ３２１）、一時的に、温度保護モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＬｏｗにする（ステップＳ３２２）。ＯＶ端子１１８の出力がＬｏｗになり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの状態になると、Ｖ−端子１１９の電圧値に基づいて、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定することが可能となる。

この時点では、既に負荷１５０が非接続となっているため、Ｖ−端子１１９の電圧値は上がることはなく、低下したままである（ステップＳ３２３）。このため、ＣＬＤ端子１１６の電圧値も変化せず、Ｖｒｅｆの電圧を維持する（ステップＳ３２４）。さらに、温度保護モードが継続し、ＯＶ端子１１８の出力もＬｏｗを維持する。つまり、遅延時間２が経過するごとに、一時的に、温度保護モードに遷移させる処理は、負荷１５０が接続されたことが検出できなくなるまで、繰り返される。

その後、オープン状態ｅ）が継続し、二次電池１４１の温度が、所定の閾値（例えば、４０℃）を下回ると、ＣＴＨ端子１１５の電圧値が徐々に低下していく（ステップＳ３３１）。そして、所定値に到達すると（温度検出遅延時間が経過すると）、遅延回路１０３がロジック部１０１に対して、二次電池１４１の温度が閾値を下回ったことを示す出力を行う（ステップＳ３３２）。

これにより、ロジック部１０１は、通常モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにする（ステップＳ３３３）。

＜まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック１４０では、
・温度保護モードにおいて、負荷１５０が接続された場合に（放電電流が流れた場合に）、充電禁止時負荷接続モードに遷移し、ＯＶ端子１１８をＨｉｇｈにすることで寄生ダイオード１２１ｄを介して放電が行われるのを回避する構成とした。
・充電禁止時負荷接続モードに遷移後は、所定時間ごとに、一時的に温度保護モードに遷移することで、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオフの状態にする構成とした。
・ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの状態におけるＶ−端子１１９の電圧値を監視することで、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定する構成とした。

これにより、温度保護モードにおいて負荷１５０が接続された場合において、ＮＭＯＳトランジスタ１２１の寄生ダイオード１２１ｄを介して放電が行われる時間が短くなり、電池パック１４０の発熱を抑えることが可能となる。つまり、二次電池を用いた電池パックにおいて、放電に伴う発熱を抑制することができる。

［第２の実施形態］
上記第１の実施形態では、充電禁止時負荷接続モードにおいて負荷１５０が非接続となりオープン状態ｅ）に推移した状態で、負荷１５０が非接続となったことを検知する場合の処理について説明した。

しかしながら、充電禁止時負荷接続モードにおいて、一時的に温度保護モードに遷移するまでの時間（遅延時間２）が長い場合、充電禁止時負荷接続モードであるにも関わらず、充電装置１６０が接続された状態になっているといったケースも想定される。

そこで、以下では、充電禁止時負荷接続モードにおいて、充電装置１６０が接続された状態になっているケースの処理について説明する。

＜電池パックにおける処理の流れ＞
図４は、充電禁止時負荷接続モードにおいて、一時的に温度保護モードに遷移するまでの遅延時間２の間に、充電装置１６０が接続された状態になっているケースの処理の流れを示すタイムチャートである。

なお、図４に示すタイムチャートのうち、オープン状態ａ）、充電装置１６０が接続された状態ｂ）、オープン状態ｃ）、負荷１５０が接続された状態ｄ）、オープン状態ｅ）までの処理は、図３と同じであるため、ここでは説明を省略する。

図３との相違点は、オープン状態ｅ）の時間が短く、ただちに充電装置１６０が接続された状態ｆ）に推移している点である。

充電装置１６０が接続された状態ｆ）に推移すると、この時点では、ＯＶ端子１１８の出力がＨｉｇｈであり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオンの状態にあるため、充放電経路Ｐ１、Ｐ２に充電電流が流れ、二次電池１４１の充電が行われる。

これにより、ＶＤＤ端子１１１の電圧値は、時間の経過とともに上がっていく。また、充放電電流値は、充電電流の値となる（ステップＳ４０１）。更に、二次電池１４１が発熱するため、二次電池１４１の温度が時間の経過とともに上昇していく。

ここで、ＣＬＤ端子１１６の電圧値が徐々に上がっていき、所定値（Ｖｒｅｆ／２）に到達すると（遅延時間２が経過すると）、遅延回路１０６がロジック部１０１に対して、所定時間が経過したことを示す出力を行う（ステップＳ４０２）。これにより、ロジック部１０１は、一旦、温度保護モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＬｏｗにする（ステップＳ４０３）。

ＯＶ端子１１８の出力がＬｏｗになり、ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの状態になると、二次電池１４１の充電が停止する。これにより、ＶＤＤ端子１１１の電圧値が一定値になるとともに、充放電電流値がゼロになる（ステップＳ４０４）。

このように、充電禁止時負荷接続モードにおいて、一時的に温度保護モードに遷移するまでの周期が長い場合、充電装置１６０が接続されることで、一時的に、充電電流が流れることとなる。しかしながら、このような事象は、充電禁止時負荷接続モード時に生じる事象であるため（つまり、負荷１５０が接続されることで、一旦、放電が行われた後に生じる事象であるため）、短時間、充電電流が流れたとしても過充電状態に至る可能性は低い。

また、例えば、本実施形態のように、負荷１５０として電動工具等を想定している場合にあっては、負荷１５０と充電装置１６０とが同時に接続されることはなく、その点においても、過充電状態に至る可能性は低いといえる。

なお、上記事象は、充電禁止時負荷接続モードにおいて、一時的に温度保護モードに遷移するまでの遅延時間２を短くすることで、発生確率を低減させることが可能である。しかしながら、当該遅延時間２を短くした場合、ＮＭＯＳトランジスタ１２１の放電に伴う発熱を抑える効果が低減する。

このため、充電禁止負荷接続モードにおいて、温度保護モードに遷移させるまでの遅延時間２（Ｔ２）と、温度保護モードに遷移させている遅延時間１（Ｔ１）との比率は、例えば、Ｔ２：Ｔ１＝１０：１以上に設定されることが望ましい。

＜まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック１４０では、
・充電禁止時負荷接続モードにおいて、充電装置１６０が接続された場合、一時的に充電電流が流れるといった事象が生じることとなる。
・当該事象の発生を抑えるために、充電禁止時負荷接続モードにおいては、一時的に温度保護モードに遷移するまでの遅延時間２を一定程度以下に抑える構成とした。
・ＮＭＯＳトランジスタ１２１の発熱を抑えるために、充電禁止時負荷接続モードにおいて温度保護モードに遷移させるまでの遅延時間２（Ｔ２）と、温度保護モードに遷移している遅延時間１（Ｔ１）との比率を、Ｔ２：Ｔ１＝１０：１以上に設定する構成とした。

これにより、本実施形態によれば、二次電池を用いた電池パックにおいて、過充電状態に至る可能性を低減させつつ、放電に伴う発熱を抑制することができる。

［第３の実施形態］
上記第１の実施形態では、温度保護モードにおいて、負荷１５０が接続された場合に、充電禁止時負荷接続モードに遷移する構成としたが、本発明はこれに限定されない。充電禁止条件が成立している場合（すなわち、ＯＶ端子１１８がＬｏｗの状態）であれば、温度保護モード以外のモードにおいても同様に適用されうる。

＜ロジック部における制御モードの説明＞
図５は、過充電モードに遷移している状態において、負荷１５０が接続された場合に、充電禁止時負荷接続モードに遷移する様子を示した図である。以下、図２との相違点を中心に説明する。

図５に示すように、ロジック部１０１において、ＮＭＯＳトランジスタ１２１を制御するためのモードには、"通常モード"と、"温度保護モード"と、"充電禁止時負荷接続モード"に加え、"過充電モード"が含まれる。

過充電モードとは、過充電が検出された状態における制御モードである（矢印２１２）。過充電モードではＯＶ端子１１８はＬｏｗとなる。

過充電モードに遷移した状態で、過充電状態が解除されると、通常モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなる（矢印５１１）。

一方、過充電モードに遷移した状態で、負荷１５０が接続されると充電禁止時負荷接続モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力はＨｉｇｈとなる（矢印５１２）。これにより、寄生ダイオード１２１ｄを経由して放電が行われるといった事態を回避することが可能となる。この結果、電池パック１４０において、放電に伴う発熱を抑えることが可能となる。

一方、充電禁止時負荷接続モードに遷移した状態で、所定の遅延時間（遅延時間２）経過後は、過充電モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力を再びＬｏｗにする（矢印２３３）。

なお、充電禁止時負荷接続モードでは、所定時間経過ごとに、過充電モードに遷移し、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定し、接続されていれば充電禁止時負荷接続モードに遷移し、非接続であれば、過充電モードを維持する。

＜まとめ＞
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る電池パック１４０では、
・過充電モードにおいて、負荷１５０が接続された場合に（放電電流が終了してない場合に）、充電禁止時負荷接続モードに遷移し、ＯＶ端子１１８の出力をＨｉｇｈにすることで、寄生ダイオード１２１ｄを介して放電が行われるのを回避する構成とした。
・充電禁止時負荷接続モードに遷移後は、所定時間ごとに、一時的に過充電モードに遷移することで、ＮＭＯＳトランジスタ１２１をオフの状態にする構成とした。
・ＮＭＯＳトランジスタ１２１がオフの状態におけるＶ−端子１１９の電圧値を監視することで、負荷１５０が接続されているか否か（放電電流が終了しているか否か）を判定する構成とした。

これにより、過充電モードにおいて負荷１５０が接続された場合において、ＮＭＯＳトランジスタ１２１の寄生ダイオード１２１ｄを介して放電が行われる時間が短くなり、電池パック１４０の発熱を抑えることが可能となる。この結果、二次電池を用いた電池パックにおいて、放電に伴う発熱を抑制することができる。

［第４の実施形態］
上記第１乃至３の実施形態では、コンパレータ１０５の出力値に対して遅延時間を生成する素子と、Ｖ−端子１１９の電圧値に対して遅延時間を生成する素子とを別々に設ける構成としたが、本発明はこれに限定されない。例えば、共通の素子を用いて構成してもよい。

また、上記第１乃至第３の実施形態では、二次電池１４１のセルの数を３つとしたが、本発明はこれに限定されず、１または２つであっても、４つ以上であってもよい。

上記実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１００ 半導体集積回路
１０１ ロジック部
１２０ 電池保護モジュール
１４０ 電池パック
１４１ 二次電池
１４２ サーミスタ
１４３、１４４ 入出力端子
１５０ 負荷
１６０ 充電装置

Claims (8)

1. 二次電池から電子機器への放電及び充電装置から前記二次電池への充電のための入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の充放電経路の導通／遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路であって、
   前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により所定の温度が検出された場合に、第１の遅延時間の経過後に充電経路を遮断するように制御し、前記温度検出手段の検出結果に基づき前記充電経路を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第２の遅延時間の経過後に前記充電経路を導通させるように制御する制御手段と、
   前記制御手段が前記充電経路を導通させるように制御してから、第３の遅延時間の経過後に、前記充電経路を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定手段と、を有し、
   前記第１の遅延時間は第１の遅延回路により生成され、前記第２の遅延時間及び前記第３の遅延時間は前記第１の遅延回路とは別の第２の遅延回路により生成され、前記第２の遅延時間は前記第３の遅延時間よりも短いことを特徴とする二次電池の保護回路。
2. 前記第２の遅延時間と前記第３の遅延時間との比率は、１：１０以上であることを特徴とする請求項１に記載の二次電池の保護回路。
3. 前記制御手段は、
   前記判定手段により、前記検出された放電電流が終了していないと判定された場合、前記充電経路を導通させるように制御することを特徴とする請求項１に記載の二次電池の保護回路。
4. 前記制御手段は、
   前記判定手段により、前記検出された放電電流が終了していると判定された場合、前記充電経路が遮断した状態を維持するように制御することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路。
5. 前記制御手段は、
   前記充電経路を遮断している状態で、前記判定手段が前記検出された放電電流が終了していないと判定することで、前記充電経路を導通させるように制御した場合において、前記充電経路を一時的に遮断させる処理を、前記判定手段が、前記検出された放電電流が終了していると判定するまで、繰り返すことを特徴とする請求項３または４に記載の二次電池の保護回路。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の二次電池の保護回路と、
   前記入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の前記充放電経路の導通／遮断を切り替える切り替え手段と
   を有することを特徴とする電池保護モジュール。
7. 請求項６に記載の電池保護モジュールと、
   前記二次電池と、
   前記入出力端子と
   を有することを特徴とする電池パック。
8. 二次電池から電子機器への放電及び充電装置から前記二次電池への充電のための入出力端子と前記二次電池の両端端子との間の充放電経路の導通／遮断の切り替え動作を制御する二次電池の保護回路における処理方法であって、
   前記二次電池の所定の温度を検出する温度検出工程と、
   前記温度検出工程において所定の温度が検出された場合に、第１の遅延時間の経過後に充電経路を遮断するように制御し、前記温度検出工程における検出結果に基づき前記充電経路を遮断している状態で放電電流が検出された場合に、第２の遅延時間の経過後に前記充電経路を導通させるように制御する制御工程と、
   前記制御工程において前記充電経路を導通させるように制御してから、第３の遅延時間の経過後に、前記充電経路を一時的に遮断させることで、前記検出された放電電流が終了しているか否かを判定する判定工程と、を有し、
   前記第１の遅延時間は第１の遅延回路により生成され、前記第２の遅延時間及び前記第３の遅延時間は前記第１の遅延回路とは別の第２の遅延回路により生成され、前記第２の遅延時間は前記第３の遅延時間よりも短いことを特徴とする処理方法。

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