JPH09257841A - 二次電池の過電流検出回路 - Google Patents
二次電池の過電流検出回路Info
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- JPH09257841A JPH09257841A JP8072521A JP7252196A JPH09257841A JP H09257841 A JPH09257841 A JP H09257841A JP 8072521 A JP8072521 A JP 8072521A JP 7252196 A JP7252196 A JP 7252196A JP H09257841 A JPH09257841 A JP H09257841A
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Abstract
ットの電子機器に対する抜き差しではなく、電子機器の
電源の再投入または電子機器のリセットによって再度使
用可能にする過電流検出回路を提供する。 【解決手段】 コンパレータ11は、ツェナーダイオー
ドZDから発生された基準電圧VREF と入力抵抗RINを
介して入力した放電制御スイッチFET1での低抵抗R
F1での電圧降下VF1とを比較して、比較結果信号を出力
する。出力段12は、比較結果信号に応答して過電流検
出信号Docを出力する。コンパレータ11の入力端
(−)は、抵抗RS とバイポーラトランジスタQ1を介
して接地されている。制御回路13は、過電流検出信号
Docに応答して、放電制御スイッチFET1がオフした
後の所定のタイミングで制御信号Sc をバイポーラトラ
ンジスタQ1のベースに供給してバイポーラトランジス
タQ1をオンさせる。
Description
イオン電池のような、充電可能な電池(二次電池)を備
えた電池ユニットに用いられ、二次電池の過電流を検出
する過電流検出回路に関する。
にリチウムイオン電池は、過放電、過充電に弱いため、
過放電状態、過充電状態を検出する検出装置が不可欠で
ある。また、この検出装置は、二次電池の放電中におけ
る過電流状態をも検出している。すなわち、検出装置
は、過放電検出回路と過充電検出回路と過電流検出回路
とを備えている。
リチウムイオン電池による電池ユニットについて説明す
る。電池ユニットは電池パックとも呼ばれる。図示の電
池ユニットは、直列接続した2個のリチウムイオン電池
(単位電池)21、22からなる二次電池20を含む。
単位電池の個数は1個あるいは3個以上でも良い。ここ
では、接地端子の側から順番に単位電池21、22をそ
れぞれ第1及び第2の単位電池と呼ぶことにする。この
二次電池20に検出装置10が並列に接続されている。
検出装置100は、第1及び第2の過放電検出回路3
1、32と、第1及び第2の過充電検出回路41、42
と、過電流検出回路10´とを有する。第1及び第2の
過放電検出回路31、32と、第1及び第2の過充電検
出回路41、42とは、それぞれ、第1及び第2の単位
電池21、22に並列に接続されている。第1及び第2
の単位電池21、22は、その電池電圧として、それぞ
れ、第1及び第2のセル電圧VL 、VH を発生してい
る。二次電池20はバッテリ電圧VBAT を発生してい
る。
の各々には、過放電検出用基準電圧が設定されている。
第1及び第2の過放電検出回路31、32は、それぞ
れ、第1及び第2のセル電圧VL 、VH と過放電検出用
基準電圧とを比較し、セル電圧が過放電検出用基準電圧
よりも低くなると過放電と判定して、論理ローレベルの
第1及び第2の過放電検出信号を出力する。これら第1
及び第2の過放電検出信号は、後述する過電流検出信号
と共に、第1の論理積ゲートG1で論理積をとられた
後、最終過放電/過電流検出信号として放電制御スイッ
チとして動作する第1の電界効果トランジスタFET1
に供給される。最終過放電/過電流検出信号に応答し
て、第1の電界効果トランジスタFET1がオフし、端
子P1,P2に接続された電子機器などの負荷50との
接続を断として放電を禁止する。なお、過放電検出用基
準電圧は、例えば、満充電時におけるセル電圧の数十パ
ーセント程度に設定される。過放電検出回路31、32
と第1の電界効果トランジスタFET1と第1の論理積
ゲートG1との組み合わせは過放電防止装置として働
く。
の各々には、過充電検出用基準電圧が設定されている。
第1及び第2の過充電検出回路41、32は、それぞ
れ、第1及び第2のセル電圧VL 、VH と過充電検出用
基準電圧とを比較し、セル電圧が過充電検出用基準電圧
よりも高くなると過充電と判定して、論理ローレベルの
第1及び第2の過充電検出信号を出力する。これら第1
及び第2の過充電検出信号は第2の論理積ゲートG2で
論理積がとられた後、最終過充電検出信号として充電制
御スイッチとして動作する第2の電界効果トランジスタ
FET2に供給される。最終過充電検出信号に応答し
て、第2の電界効果トランジスタFET2がオフし、端
子P1、P2に接続された充電装置(図示せず)との接
続を断として充電を禁止する。過充電検出回路41、4
2と第2の電界効果トランジスタFET2と第2の論理
積ゲートG2との組み合わせは過充電検出防止装置とし
て働く。
における等価回路を示す。すなわち、半導体スイッチで
ある放電制御スイッチFET1および充電制御スイッチ
FET2は、それらがオン状態の時に、等価的にそれぞ
れ第1及び第2の低抵抗RF1およびRF2として表すこと
ができる。これら第1及び第2の低抵抗RF1およびRF2
の各々の抵抗値は、負荷50の抵抗値RL より非常に低
く、50mΩ〜200mΩの範囲である。
電制御スイッチ(第1の電界効果トランジスタ)FET
1の電圧降下VF1に基づいて等価的に負荷電流(放電電
流)IL を検出している。この第1の低抵抗RF1の電圧
降下VF1を利用して、過電流検出回路10´は負荷50
を流れる負荷電流IL を監視している(IL =VF1/R
F1)。
を示す。過電流検出回路10´は入力抵抗RINを介して
電圧降下VF1を入力電圧として入力している。従来の過
電流検出回路10´は、過電流検出用基準電圧VREF を
発生するためのツェナーダイオードZDと、入力電圧V
INと過電流検出用基準電圧VREF とを比較するコンパレ
ータ11と、出力段12と、抵抗RS ,R1,R2と、
バイポーラトランジスタQ1,Q2とから構成されてい
る。入力抵抗RINの一端は放電制御スイッチFET1と
充電制御スイッチFET2との接続点に接続され、他端
はコンパレータ11の反転入力端(−)に接続されると
共に、抵抗RS およびバイポーラトランジスタQ1を介
して接地されている。コンパレータ11の反転入力端
(−)に供給される入力電圧をVINで示してある。一
方、コンパレータ11の非反転入力端(+)には、抵抗
R1を介してツェナーダイオードZDから過電流検出用
基準電圧VREF が供給される。コンパレータ11の非反
転入力端(+)に供給される入力基準電圧をVINR で示
してある。コンパレータ11の非反転入力端(+)は、
さらに、抵抗R2およびバイポーラトランジスタQ2を
介して接地されている。コンパレータ11の出力端は出
力段12に接続されている。出力段12はバイポーラト
ランジスタQ1およびQ2のベースに接続されている。
よる放電制御スイッチFET1の電圧降下VF1(=RF1
×IL )が過電流検出用基準電圧VREF より高くなる
(VF1>VREF )と、過電流検出回路10´は過電流と
判断して、コンパレータ11の出力が反転(すなわち、
論理ハイレベルから論理ローレベルへ遷移)し、出力段
12を介して放電を停止するための上記過電流検出信号
Docを出力する。この過電流検出信号Docは、第1の論
理積ゲートG1へ送出される。これにより、放電制御ス
イッチFET1(図2)がオフし、端子P1,P2に接
続された負荷50との接続を断として放電を禁止し、二
次電池20を保護している。
過電流検出回路10´では、上述した保護動作を解除す
るには、端子P1,P2(電池パックの両端)間のイン
ピーダンスを、一旦、高く(数MΩ〜数十MΩ)する必
要がある。換言すれば、電池パックを、一度、電子機器
から取り外して、再度、電池パックを電子機器にセット
し直さなければならない。
を参照して詳細に説明する。放電制御スイッチFET1
をオフして二次電池50の放電を停止させた場合、放電
制御スイッチFET1は、図4(B)に示すように、等
価的に接地端子GNDから負荷50へ順方向に接続され
たダイオードDとみなすことができる。したがって、前
述したように、二次電池20の放電時の放電制御スイッ
チFET1は、低抵抗RF1(RF1<<RL )であるが、
二次電池20の放電停止時は、放電制御スイッチFET
1はハイインピーダンスとなる。すなわち、ダイオード
Dの逆方向抵抗Roff は負荷抵抗RL に比較して非常に
高くなる(Roff >>RL )。
VF1>VREF となった時点で放電制御スイッチFET1
をオフすると共に、出力段12から論理ハイレベルの第
1の制御信号Sc1をバイポーラトランジスタQ1のベー
スへ供給してバイポーラトランジスタQ1をオンとして
いる。これは、負荷50が端子P1,P2から外された
か否かを検出するためである。すなわち、バイポーラト
ランジスタQ1をオンとすることにより、端子P2か
ら、入力抵抗RINおよび抵抗RS を介して接地端子GN
Dに至る電流パスを形成している。
P1,P2間に接続されている場合、放電制御スイッチ
FET1のソース−ドレイン間電圧VF1は下記の数式1
で表される。
RF2が、入力抵抗RINおよび抵抗RS より非常に低いと
き、すなわち、RL <<RIN,RL <<RS でかつRF2
<<RIN,RF2<<RS のとき、上記数式1は下記の数
式2のように近似できる。
と、換言すれば、負荷50を端子P1,P2から外す
と、上記放電制御スイッチFET1のソース−ドレイン
間電圧VF1は、下記の数式3で示すようにほぼ零にな
る。
(すなわち、論理ローレベルから論理ハイレベルへ遷
移)し、出力段12からは過電流検出信号Docが出力さ
れない(過電流検出信号Docが論理ハイレベルとなる)
ので、放電制御スイッチFET1がオンとなる。と同時
に、出力段12から論理ローレベルの第1の制御信号S
c1が出力されて、バイポーラトランジスタQ1はオフと
される。この後、本電池パックを電子機器(負荷50)
にセット、換言すれば、負荷50を端子P1,P2に接
続すれば良い。このように、過電流検出回路10´の保
護動作を解除するためには、電池ユニット(電池パッ
ク)を電子機器(負荷50)に対して抜き差しする必要
がある。
F2による電圧降下は、電子機器側から見ると電圧損失と
して働くので、第1及び第2の低抵抗RF1およびRF2と
してはできるだけ低抵抗のものが要求される。従って、
通常の使用条件下では、第1の低抵抗RF1での電圧降下
は低い為、過電流検出用基準電圧VREF は100mV〜
200mV程度に設定されている。
制御スイッチFET1がオフになる前にバイポーラトラ
ンジスタQ1をオンとしている。従って、過電流検出前
では、入力電圧VINは放電制御スイッチFET1での電
圧降下VF1に等しい。すなわち、下記の数式4が成り立
つ。
は、入力電圧VINは、下記の数式5で表される。
電流検出回路10´では、バイポーラトランジスタQ1
をオンとすると同時にバイポーラトランジスタQ2もオ
ンとしている。これにより、入力基準電圧VINR のレベ
ルも下記の数式6
電流検出回路10´では、入力抵抗RINの抵抗値は、抵
抗RS の抵抗値に依存することになる。
く設定した場合(例えば、50mV)には、バイポーラ
トランジスタQ2の飽和電圧が問題となる。すなわち、
バイポーラトランジスタQ2の飽和電圧(コレクタ−エ
ミッタ間電圧)をVCEQ2とすると、上記数式6は実際に
は下記の数式8で表される。
トランジスタQ2のコレクタ−エミッタ間電圧VCEQ2よ
り非常に高い場合(VREF >>VCEQ2)に限り、上記数
式6が成立する。
除を、電池ユニット(電池パック)の電子機器に対する
抜き差しではなく、電子機器の電源の再投入または電子
機器のリセットによって再度使用可能にした、二次電池
の過電流検出回路を提供することにある。
制約がない、二次電池の過電流検出回路を提供すること
にある。
な、二次電池の過電流検出回路を提供することにある。
基準電圧を低く設定しても動作可能な、二次電池の過電
流検出回路を提供することにある。
池から負荷に流れる放電電流を、半導体スイッチである
放電制御スイッチでの電圧降下によって監視して、電圧
降下が所定の基準電圧より高くなったときに、過電流状
態であると判断して放電制御スイッチの制御端子へ過電
流検出信号を送出することにより放電制御スイッチをオ
フさせる二次電池の過電流検出回路において、所定の基
準電圧を発生する基準電圧発生手段と;電圧降下を入力
抵抗を介して入力電圧として入力する第1の入力端と、
所定の基準電圧を入力する第2の入力端とを持ち、入力
電圧と所定の基準電圧とを比較して、比較結果信号を出
力するコンパレータと;比較結果信号に応答して過電流
検出信号を出力する出力段と;コンパレータの第1の入
力端に一端が接続された抵抗と;この抵抗の他端と接地
端子との間に一対の主端子が接続されたスイッチング手
段)と;過電流検出信号に応答して、放電制御スイッチ
がオフした後の所定のタイミングで制御信号をスイッチ
ング手段の制御端子に供給してスイッチング手段をオン
させる制御回路とを有することを特徴とする二次電池の
過電流検出回路が得られる。
一実施形態による二次電池の過電流検出回路について説
明する。
流検出回路10は、過電流検出用基準電圧VREF を発生
するためのツェナーダイオードZDと、コンパレータ1
1と、出力段12と、制御回路13と、抵抗RS と、バ
イポーラトランジスタQ1とから構成されている。すな
わち、過電流検出回路10は、従来の過電流検出回路1
0´中の抵抗R1,R2およびバイポーラトランジスタ
Q2を削除し、その代わりに制御回路13を備えてい
る。
電流検出用基準電圧VREF が、直接、コンパレータ11
の非反転入力端(+)に供給されている。出力段12か
ら出力される過電流検出信号Docは第1の論理積ゲート
G1ばかりでなく、制御回路13にも供給されている。
過電流検出信号に応答して、制御回路13は後述するよ
うにトランジスタQ1のオン/オフを制御するための制
御信号Sc をバイポーラトランジスタQ1のベースへ送
出する。
して、図1に示した過電流検出回路10の動作について
説明する。
流)IL が大量に流れ、放電制御スイッチFET1の電
圧降下VF1(=RF1×IL )が、第1の時点t1 で、過
電流検出用基準電圧VREF より高くなった(VF1>V
REF )とする。すると、過電流検出回路10は過電流と
判断して、コンパレータ11の出力が反転(すなわち、
論理ハイレベルから論理ローレベルへ遷移)し、出力段
12を介して放電を停止するための過電流検出信号Doc
を出力する。この過電流検出信号Docは、第1の論理積
ゲートG1を介して放電制御スイッチFET1へ送出さ
れると共に、制御回路13へも送出される。ここで、過
電流検出信号Docは、図2のDocで示すように、その出
力電圧はハイレベルからローレベルへと徐々に低下す
る。過電流検出信号Docの出力電圧の傾きは容量性負荷
と出力電流によって決定される。過電流検出信号Docの
出力電圧がゲートオン電圧に達したとき、すなわち、第
1の時点t1 から第1の遅延時間ΔτF 経過後に、放電
制御スイッチFET1はオフとなる。これにより、端子
P1,P2に接続された負荷50との接続を断として放
電を禁止し、二次電池20を保護する。
ocの出力電圧が立ち下がる第1の時点t1 から、上記第
1の遅延時間ΔτF よりも長い第2の遅延時間ΔτQ 経
過した第2の時点t2 で、バイポーラトランジスタQ1
をオンとするための制御信号Sc をバイポーラトランジ
スタQ1のベースに供給する。この制御信号Sc に応答
して、バイポーラトランジスタQ1がオン状態となる。
このような制御回路13は、過電流検出信号Docの出力
電圧がゲートオン電圧よりも低い所定の電圧になった時
点を検出する回路により容易に実現することができる。
これにより、放電制御スイッチFET1のバラツキや出
力の能力に関係なく、確実にタイミング差を作ることが
できる。
´では、図2の点線で示すように、放電制御スイッチF
ET1がオフする前の第1の時点t1 で、バイポーラト
ランジスタQ1をオンさせていた。
ンジスタQ1をオンとするタイミングを、放電制御スイ
ッチFET1がオフとなった後となるように、制御回路
13により制御している。換言すれば、放電制御スイッ
チFET1の抵抗が、第1の低抵抗RF1からハイインピ
ーダンス(すなわち、ダイオードDの逆方向抵抗)R
off になった後で、コンパレータ11の反転入力端
(−)に供給される入力電圧VINのレベルを下記の数式
9
ッチFET1での電圧降下(電位)VF1は、放電制御ス
イッチFET1の抵抗値が無限大である(Roff=∞)
と見做せるので、下記の数式10で表される。
の第2の低抵抗RF2は、抵抗RとS と入力抵抗RINとの
合成抵抗(RS +RIN)に比較して非常に低い(RL <
<(RS +RIN),RF2<<(RS +RIN))ので、放
電制御スイッチFET1での電位VF1は、ほぼバッテリ
電圧VBAT に等しい。すなわち、下記の数式11が成り
立つ。
F1は過電流検出用基準電圧VREF より非常に高くなる
(VF1>>VREF )ので、従来のように、コンパレータ
11の非反転入力端(+)に供給する入力基準電圧V
INR を保護動作前と保護動作後とで変えることなく、常
に、過電流検出回路10の動作を安定化させることがで
きる。
の保護動作状態から復帰させるための条件について考え
る。一般に、過電流検出回路10を復帰させる為には、
コンパレータ11の非反転入力端(+)に供給すべき入
力基準電圧VINR が下記の数式12を満足する必要があ
る。
10´では上記数式8で表されるのに対して、本実施の
形態の過電流検出回路10では、下記の数式13で表さ
れる。
を電子機器(負荷50)に対して抜き差しすることな
く、電子機器の電源を再投入または電子機器をリセット
するによって、二次電池20の保護動作を解除でき、過
電流検出回路10を再度使用することが可能である。ま
た、過電流検出回路10においては、入力抵抗RINの抵
抗値に制約がなく、過電流検出用基準電圧VREF を低く
設定しても動作可能である。
明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更・変形が可能で
ある。たとえば、本発明は、リチウムイオン電池に限ら
ず、過電流からの保護を必要とする二次電池全般に適用
可能であることはいうまでもない。
は、放電制御スイッチをオフとした後に、コンパレータ
の入力電圧を所定の電圧に設定するためのスイッチング
手段をオンするように制御しているので、二次電池の保
護動作の解除を、電池ユニット(電池パック)の電子機
器に対する抜き差しではなく、電子機器の電源の再投入
または電子機器のリセットによって再度使用可能にする
ことができる。また、コンパレータの入力端に供給する
入力基準電圧を保護動作前と保護動作後とで変えること
なく、常に、過電流検出回路の動作を安定化させること
ができる。さらに、入力抵抗の抵抗値に制約がなく、基
準電圧を低く設定しても動作可能である。
検出回路の構成を示すブロック図である。
示すタイムチャートである。
リチウムイオン電池による電池ユニットの構成を示すブ
ロック図である。
(A)は放電時における等価回路を示し、(B)は放電
停止時における等価回路を示す。
すブロック図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 二次電池(20)から負荷(50)に流
れる放電電流(IL)を、半導体スイッチである放電制
御スイッチ(FET1)での電圧降下(VF1)によって
監視して、前記電圧降下が所定の基準電圧(VREF )よ
り高くなったときに、過電流状態であると判断して前記
放電制御スイッチの制御端子へ過電流検出信号を送出す
ることにより前記放電制御スイッチをオフさせる二次電
池の過電流検出回路(10)において、 前記所定の基準電圧を発生する基準電圧発生手段(Z
D)と、 前記電圧降下を入力抵抗(RIN)を介して入力電圧(V
IN)として入力する第1の入力端と、前記所定の基準電
圧を入力する第2の入力端とを持ち、前記入力電圧と前
記所定の基準電圧とを比較して、比較結果信号を出力す
るコンパレータ(11)と、 前記比較結果信号に応答して前記過電流検出信号を出力
する出力段(12)と、 前記コンパレータの前記第1の入力端に一端が接続され
た抵抗(RS )と、 該抵抗の他端と接地端子との間に一対の主端子が接続さ
れたスイッチング手段(Q1)と、 前記過電流検出信号に応答して、前記放電制御スイッチ
がオフした後の所定のタイミングで制御信号(Sc )を
前記スイッチング手段の制御端子に供給して前記スイッ
チング手段をオンさせる制御回路(13)とを有するこ
とを特徴とする二次電池の過電流検出回路。 - 【請求項2】 前記放電制御スイッチが電界効果トラン
ジスタである、請求項1に記載の二次電池の過電流検出
回路。 - 【請求項3】 前記基準電圧発生手段がツェナーダイオ
ードである、請求項1に記載の二次電池の過電流検出回
路。 - 【請求項4】 前記スイッチング手段がバイポーラトラ
ンジスタである、請求項1に記載の二次電池の過電流検
出回路。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP07252196A JP3622806B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二次電池の過電流検出回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07252196A JP3622806B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二次電池の過電流検出回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09257841A true JPH09257841A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3622806B2 JP3622806B2 (ja) | 2005-02-23 |
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ID=13491726
Family Applications (1)
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| JP07252196A Expired - Fee Related JP3622806B2 (ja) | 1996-03-27 | 1996-03-27 | 二次電池の過電流検出回路 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3622806B2 (ja) |
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-
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- 1996-03-27 JP JP07252196A patent/JP3622806B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP3622806B2 (ja) | 2005-02-23 |
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