JPH09205726A - 過放電防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 過放電検出後の漏れ電流による電池放電を無
くすと共に、出力遮断時の電池出力の発振を防止する。 【解決手段】 電圧監視部４の電源供給路に第２のス
イッチ回路５を設け、過電圧検出時にこれをオフするこ
とで、電源監視部４の電力供給を遮断するようにする。
又、定電圧素子６を用いて第１のスイッチ回路２を駆動
するための第１の駆動回路３の駆動経路を形成し、電池
出力遮断の際、上記第２のスイッチ回路５がオフする前
に定電圧素子６をオフさせて駆動経路を断ち、第一の駆
動回路３をオフに固定するような回路構成とする。従っ
て、過放電検出で電源監視部４の電力供給が遮断され、
その出力Ｄout のレベルが不安定になっても、第１の駆
動回路３がオフに固定されているため、第１のスイッチ
回路２が再びオンすることはなく、電池出力は発振しな
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、二次電池の過放電
防止装置に関し、特に、過放電検出後の漏れ電流を無く
し、電池の寿命向上を図った過放電防止装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、二次電池は過度の放電を繰り
返すと電池性能が急激に劣化する場合が多い。このよう
なことから、特に二次電池を使用した電池パック等には
過放電防止機構が付加されている。

【０００３】ところで、図６は二次電池１１の電圧を監
視する電圧監視部１４と、この二次電池１１に直列に接
続されたスイッチ回路１２と、これを駆動する駆動回路
１３から構成されている従来公知の過放電防止装置の一
例である。係る構成では、放電が進んで電池電圧が所定
電圧（放電下限電圧）を下回ると電圧監視部４が作動
し、駆動回路１３を介して上記スイッチ回路１２をオフ
状態に制御して負荷Ｚに流れ込む放電電流Ｉを遮断する
ことで二次電池１１の過放電を防止するというものであ
る。

【０００４】しかしながら、上記構成では過放電防止機
構が作動して負荷Ｚへの電力供給が停止されても、図
中、破線で示すように二次電池（＋）から電圧監視部１
４への電流経路が存在し、負荷切り離し後もこの漏れ電
流Ｉ0 による電池放電が継続されるため、過放電となる
恐れがあった。

【０００５】図７は上記不都合に鑑みて改良された過放
電防止装置である。本装置は、電圧監視部１４への電力
供給路に第２の駆動回路１６によって作動する第２のス
イッチ回路１５を設け、過放電検出時に、この第２のス
イッチ回路１５をオフして上記電圧監視部１４を通して
形成される二次電池の放電経路を遮断するというもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな構成では、電圧監視部１４の電力供給が停止された
瞬間、電圧監視部１４自体が動作不安定となって、電池
出力が一時的に発振し、これと接続されているコンピュ
ータ等が誤動作するといった不都合（例えば、保存すべ
きデータが破壊される）が生じる。

【０００７】即ち、図５のシーケンスに基づいて、電池
出力遮断時の動作を説明すれば、放電が進んで電池電圧
が所定の電圧値（放電下限電圧ＶL ）を下回り、電圧監
視部１４の出力Ｄout が“Ｈ”から“Ｌ”に変化すると
第１の駆動回路１３がオフされ、第１のスイッチ回路１
２がオフとなって放電電流Ｉが遮断される。

【０００８】この結果、出力電圧は０Ｖに向かって低下
していき、第２の駆動回路１６のスレッシュホールドレ
ベルＶthを下回るとこれがオフとなるため、第２のスイ
ッチ回路１５がオフして電圧監視部１４の電源供給が遮
断される。その結果、電圧監視部１４は制御不能となっ
て出力Ｄout に“Ｈ”レベルが発生し（の部分）、こ
れによって再び第１の駆動回路１３がオンされ、出力の
電圧が復帰する（の部分）。負荷を開放された電池電
圧は幾分上昇する（の部分）ため、再び放電される。
放電が進んで電池電圧が再び放電下限電圧ＶL に達する
と、電圧監視部１４が再度過放電を検出して電池出力を
遮断する。

【０００９】上記現象は、電池出力が回路素子の最低動
作電圧以下に降下するまで繰り返されるため、０Ｖへの
過渡期に電池出力が発振状態となる。

【００１０】本発明の目的は、上述した過放電検出後の
不都合を解消した信頼性の高い過放電防止装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明では、二次
電池（１）の過放電を防止するための過放電防止装置で
あって、前記二次電池（１）に直列に接続され、放電電
流（Ｉ）をオン／オフする第１のスイッチ回路（２）
と、前記第１のスイッチ回路（２）のオン／オフを制御
する第１の駆動回路（３）と、前記二次電池（１）の電
圧を監視し、所定の電圧を検出すると前記第１の駆動回
路（３）をオフ状態に制御する電圧監視部（４）と、前
記電圧監視部（４）に直列に接続され、この電圧監視部
（４）の電力供給をオン／オフする第２のスイッチ回路
（５）と、この第２のスイッチ回路（５）を駆動する第
２の駆動回路（６）と、前記電圧監視部（４）の出力
（Ｄout ）と電源出力端子（Ｔ１）間に接続され、前記
第１の駆動回路（３）を駆動するための電流経路を構成
する定電圧素子（７）とで構成される。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の過放
電防止装置の実施形態について説明する。

【００１３】図１はその基本構成を示すブロック図であ
る。図中、１は充電可能な電池（二次電池）で、その正
極側（＋）と負極（−）側が放電電流Ｉをオン／オフす
る第１のスイッチ回路２を介して出力端子Ｔ1 とＴ2 に
引き出されており、この出力端子間に負荷Ｚを接続する
ことによって二次電池１（＋）〜第１のスイッチ回路２
〜出力端子Ｔ1 〜負荷装置Ｚ〜グランド端子Ｔ2 〜二次
電池１（−）の放電経路が形成される。尚、Ｔ1 は電源
端子、Ｔ2 はグランド端子である。

【００１４】３は上記第一のスイッチ回路２を駆動する
ための第１の駆動回路であって、その出力がこの第一の
スイッチ回路２に接続されている。又、第１の駆動回路
３の入力には二次電池１の電圧を監視する電圧監視部４
の出力Ｄout が接続されると共に第１のスイッチ回路２
の出力との間に定電圧素子７で構成された上記第１の駆
動回路３の駆動電流経路がＯＲ（オア）接続されてい
る。

【００１５】又、二次電池１の正極に接続される電圧監
視部４の電源ラインＶccには、この電圧監視部４の電力
供給をオン／オフする第２のスイッチ回路５が接続され
ており、その入力には第２の駆動回路６が接続さてい
る。

【００１６】ところで、図２は図１に示したブロック構
成に対応した具体的な電子回路である。

【００１７】本図によれば、上述の第１のスイッチ回路
２はＭＯＳ−ＦＥＴＱu に、第２のスイッチ回路５はＭ
ＯＳ−ＦＥＴＱ1 に対応し、第１の駆動回路３がトラン
ジスタ（Ｑt ）に、第２の駆動回路６がトランジスタＱ
S に夫々対応している。

【００１８】定電圧素子７はツェナーダイオードＤ1 で
あって、そのツェナー電圧は、後述する第２の駆動回路
６のスレッシュホールドレベルよりも高く設定されてい
る。又、電圧監視部４は例えばコンパレータが使用さ
れ、Ｖccが駆動用電源、Ｖddが監視電源である。本実施
形態では、この電源監視部４の駆動電源電圧がそのまま
監視されるといった回路構成である。

【００１９】以上が本発明の過放電防止装置が付加され
た二次電池パックの構成であり、次に図５のシーケンス
図に基づき、その動作・制御について詳細を説明する。
尚、図中、破線で示した動作タイミングは既述した従来
型の場合で、本願のタイミングは実線部分である。

【００２０】出力電源端子Ｔ１とグランド端子Ｔ２間に
所望の負荷Ｚが接続されると二次電池１の放電が開始す
る。この時、第１の駆動回路３はオンであるため、第１
のスイッチ回路２がオン状態とされて二次電池１からの
放電電流Ｉが第１のスイッチ回路２を通して負荷Ｚ側に
流れ込む。この状態で第２の駆動回路６はオン状態を維
持しているため、次段の第２のスイッチ回路５もオンと
され、電源監視部４には電源Ｖcc、Ｖddが供給されてい
る。この時、電源Ｖdd電圧は所定値（放電下限電圧ＶL
）以上であるため、その出力ＤOUT は”Ｈ“状態を維
持している。

【００２１】放電が進むに連れて電池電圧が徐々に降下
し、Ｖddが所定電圧値ＶL を下回ると電源監視部４がこ
れを検出し、その出力Ｄout が“Ｈ”から“Ｌ”に変化
して第１の駆動回路３をオフにすると共に、その出力の
“Ｈ”によって、第１のスイッチ回路２がオフ状態とさ
れ、負荷Ｚへの電流供給が遮断される。

【００２２】放電電流Ｉが遮断されると、出力電圧Ｖは
０Ｖに向かって低下していくが、この時、出力電圧Ｖが
定電圧素子６（ツェナーダイオードＤ1 ）のツェナー電
圧ＶZ を下回ると定電圧素子６はオフして第一の駆動回
路３の駆動電流が遮断されるため、第１の駆動回路３が
オフに固定されて次段の第１のスイッチ回路２のオフ状
態が確立される。

【００２３】更に出力電圧Ｖが低下して、第２の駆動回
路６の入力電位（トランジスタＱsのベース電位）がス
レッシュホールドレベルを下回ると、第２の駆動回路６
がオフとなって次段の第２のスイッチ回路５がオフされ
るため、図中、破線で示す電流Ｉ0 の経路が遮断され、
過放電検出後の電池の過放電は完全に防止される。

【００２４】本構成では、第２のスイッチ回路５のオフ
によって電圧監視部４への電力供給が停止され、その出
力Ｄout のレベルが不安定になっても、既に定電圧素子
６がオフして第１の駆動回路３がオフに固定されている
ため、従来回路のように第２の駆動回路が再度オンして
一時的に電池出力が発振するといったトラブルが防止さ
れる。

【００２５】ところで、図３は、図２の回路構成に電圧
監視部４の過充電検出出力Ｃout でオン／オフ制御され
るスイッチ回路（ＭＯＳ−ＦＥＴＱv ）を付加して過充
電防止機構とした過充電防止装置の実施形態であり、図
４は図３に於いて、複数個の二次電池Ｂ1 〜Ｂn を直列
に接続させた場合の実施形態である。何れの場合も過放
電防止装置の応用例であって、勿論、本発明が適用可能
である。

【００２６】以上、本発明の過放電防止装置について説
明したが、本構成の過放電止装置と図６に示した従来構
成の過放電防止装置の過放電検出後の消費電流を表１に
示し、夫々の過放電防止効果について対比した。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１によれば、従来例の場合では、過放下
限電圧ＶL に達した時の二次電池の残存容量が７５ｍAh
以下であると、１年後に電池は完全に放電されてしま
い、電池劣化の原因となるが、本構成では過放電検出後
の電力消費が０であることから、このような劣化の問題
は全く発生しない。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
圧監視部の電源供給路に第２のスイッチ回路を設け、過
電圧検出時にこれをオフして、電源監視部の電力供給を
遮断するようにしたので、過電圧検出後の漏れ電流が無
くなり、電池の過放電が防止されて電池の寿命が向上す
る。

【００３０】更に、過電圧検出時には、定電圧素子を用
いて第１のスイッチ回路を駆動する第一の駆動回路をオ
フに固定するようにしたので、従来回路のように電源遮
断時に電池出力が一時的に発振するといったトラブルが
無くなり、これを接続したコンピュータ等の誤動作が防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の過電圧防止装置の基本構成を示すブロ
ック図である。

【図２】図１のブロック図に対応した過電圧防止装置の
電子回路図である。

【図３】図２とは別の過電圧防止装置の電子回路図であ
る。

【図４】図３とは別の過電圧防止装置の電子回路図であ
る。

【図５】過電圧防止装置のシーケンスを示す図である。

【図６】従来の過電圧防止装置の基本構成を示すブロッ
ク図である。

【図７】同、図６とは別の過電圧防止装置の基本構成を
示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 二次電池 ２、Ｑu 第１のスイッチ回路 ３、Ｑt 第１の駆動回路 ４ 電圧監視部 ５、Ｑ1 第２のスイッチ回路 ６、Ｑs 第２の駆動回路 ７、Ｄ1 定電圧素子 Ｄout 電圧監視部の出力 Ｉ 放電電流 Ｔ1 、Ｔ2 電源出力端子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若尾 正一 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内 (72)発明者 大石 浩二 東京都港区新橋５丁目36番11号 富士電気 化学株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 二次電池（１）の過放電を防止するため
   の過放電防止装置であって、 前記二次電池（１）に直列に接続され、放電電流（Ｉ）
   をオン／オフする第１のスイッチ回路（２）と、 前記第１のスイッチ回路（２）のオン／オフを制御する
   第１の駆動回路（３）と、 前記二次電池（１）の電圧を監視し、所定の電圧を検出
   すると前記第１の駆動回路（３）をオフ状態に制御する
   電圧監視部（４）と、 前記電圧監視部（４）に直列に接続され、この電圧監視
   部（４）への電力供給をオン／オフする第２のスイッチ
   回路（５）と、 この第２のスイッチ回路（５）を駆動する第２の駆動回
   路（６）と、 前記電圧監視部（４）の出力（Ｄout ）と電源出力端子
   （Ｔ１）間に接続され、前記第１の駆動回路（３）を駆
   動するための電流経路を構成する定電圧素子（７）とで
   構成される過放電防止装置。