JPH10312831A - バッテリパック及び電気・電子機器 - Google Patents

バッテリパック及び電気・電子機器

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JPH10312831A JP9120449A JP12044997A JPH10312831A JP H10312831 A JPH10312831 A JP H10312831A JP 9120449 A JP9120449 A JP 9120449A JP 12044997 A JP12044997 A JP 12044997A JP H10312831 A JPH10312831 A JP H10312831A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気・電子機器本体のヒューズを切断するこ
となくバッテリパックに対して確実に過電圧防止を行う
ことができるバッテリパック及び電気・電子機器を提供
する。 【解決手段】 バッテリパック20は、リチウムイオン
2次電池等の電池セル21、充電電流防止用FET1、
放電電流防止用FET2、放電電流検出用の抵抗R2、
FET1及びFET2を制御するためのFETコントロ
ール回路22を備え、抵抗R2の両端電圧から電池セル
21を流れる電流の大きさを検出し、この放電電流Idi
schrgeが電流値Ith以上になると、放電電流防止用FE
T2をオフするとともに、充電電流防止用FET1をオ
フする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン電
池等の電池セルを用いたバッテリパック及び電気・電子
機器に係り、特に、バッテリに過電圧がかからないよう
にするためのOVP(Over Voltage Protection)回路
を備えたバッテリパック及び電気・電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術】携帯性を考慮して小型軽量に構成された
ノートブック型コンピュータ等の電気・電子機器が広範
に普及してきている。このような電気・電子機器では、
商用電源の利用できない場所でも作動させるためにパッ
ケージ化されたバッテリ(以下、バッテリパックとい
う)を装着可能にしたものが多い。ノートブック型コン
ピュータに装着されたバッテリパックは、ノートブック
型コンピュータが商用電源に接続されているときはAC
アダプタ等を介して充電される。
【0003】バッテリパックの充放電は、ノートブック
型コンピュータに内蔵されたチャージコントローラによ
って制御される。チャージコントローラは、例えばバッ
テリパックの放電電流を積算し、バッテリパックの残存
容量が所定値以下になったと判断したときに充電を開始
するとともに、充電時にはバッテリパックへの充電電流
を積算しバッテリパックが満充電状態になったと判断し
たときに充電を停止させる。充電されたバッテリパック
は、ノートブック型コンピュータが商用電源から切り離
された場合にノートブック型コンピュータの主電源とな
り、本体各部に電力を供給する。
【0004】ところで、最近では、上記バッテリパック
の電池セルとして、リチウムイオン電池が主流になりつ
つある。これはリチウムイオン電池が、重量あたり及び
体積あたり高いエネルギ密度を持つため、携帯型機器の
小型化・軽量化の動向に合致するからである。しかし、
リチウムイオン電池は、過電圧で充電されると性能が劣
化するなど、安全性に問題が生じることがあるため、充
電器や過充電保護回路の設計が重要となる。
【0005】図4はバッテリパックが装着される電気・
電子機器の電源回路の構成を示すブロック図である。
【0006】図4において、10は商用電源を所定の直
流電圧に変換するACアダプタ、11はリチウムイオン
バッテリパック、12はACアダプタ10から直流電圧
が供給されているときリチウムイオンバッテリパック1
1を満充電状態まで充電させる充電器、13,14は逆
流防止用ダイオード、15はACアダプタ10からの直
流電圧またはリチウムイオンバッテリパック11からの
直流電圧を、本体で使用する所定レベルの直流電圧(例
えば、5V、3.3V)に変換して本体に供給するDC
/DCコンバータ、17はリチウムイオンバッテリパッ
ク11に過電圧がかからないようにするためのOVP
(Over Voltage Protection)回路である。また、18
はACアダプタ10を本体に接続する端子、19はリチ
ウムイオンバッテリパック11を本体に接続するための
端子である。なお、図示を省略しているが実際には端子
18は接地用電源端子を、端子19は、給電用電源端
子、接地用電源端子、充放電制御を行うためのコントロ
ール端子を備えている。図5は上記OVP回路17の一
例を示す回路図である。
【0007】図5において、OVP回路17は、SCR
(silicon controlled rectifier)1、定電圧ダイオー
ドZD1、抵抗R1、及びヒューズF1から構成され
る。
【0008】バッテリパック11のプラス端子には、S
CR1のアノード及びZD1のカソードが接続されると
ともに、SCR1のカソードはヒューズF1を介してバ
ッテリパック11のマイナス端子に接続され、またZD
1アノードは抵抗R1及びヒューズF1を介してバッテ
リパック11のマイナス端子に接続される。SCR1の
ゲート端子は、ZD1と抵抗R1の間(A点)に接続さ
れ、ZD1と抵抗R1の間の電位レベルがSCR1のゲ
ート端子に供給される。
【0009】以上の構成において、バッテリパック11
に過電圧(Over Voltage)が印加された時は、定電圧ダ
イオードZD1がオンしてA点の電位レベルが上昇し、
A点の電位レベルの上昇によりSCR1がオンする。S
CR1がオンすることによりバッテリパック11からの
放電電流Iが流れ、ヒューズF1を溶断して、バッテリ
パック11を過電圧状態から保護するようにしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来のOVP回路を備えた本体システム及びバッテリ
パックにあっては、以下のような問題点があった。
【0011】すなわち、ヒューズF1を溶断して過電圧
を防止するため確実な過電圧防止はできるものの、OV
P回路が切断動作を行う度にヒューズF1が溶断される
ことになるので、次に本体システムを使用するためには
ヒューズF1を交換する必要がある。一般に、このヒュ
ーズF1の交換は、本体修理となるためサービスセンタ
に送る等の手間及び費用を要することになる。ところ
が、上述した過電圧は、本来的な故障以外の要因、例え
ば半田ボールや異物等が一時的に端子部分に接触した場
合にも発生することがある。このような場合にも一律に
故障扱いとなるため、修理センタ及びユーザの双方にと
って負担となっていた。
【0012】また、ヒューズF1を溶断するためにバッ
テリパックからの大電流を取り出す必要があり、内部の
電池セルに悪影響を与える可能性があった。
【0013】本発明は、電気・電子機器本体のヒューズ
を切断することなくバッテリパックに対して確実に過電
圧防止を行うことができるバッテリパック及び電気・電
子機器を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明のバッテリパック
は、電池セルと、該電池セルの充放電を制御するための
電気回路と、電気回路により制御され電池セルに流れる
充電電流を阻止する充電阻止用スイッチと、電気回路に
より制御され電池セルからの放電電流を阻止する放電阻
止用スイッチと、放電電流を検出する手段とを一体的に
パッケージ化してなるバッテリパックにおいて、電気回
路は、バッテリパックに過電圧が印加され、該過電圧に
基づく放電電流が検出手段により検出されたとき、放電
阻止用スイッチをオフするとともに、充電阻止用スイッ
チをオフすることを特徴とする。
【0015】上記充電阻止用スイッチ及び放電阻止用ス
イッチは、FETであってもよい。
【0016】本発明の電気・電子機器は、請求項1記載
のバッテリパックが装着される電気・電子機器であっ
て、装着されたバッテリパックに過電圧が供給されたこ
とを検出し、該過電圧検出時にはバッテリパックからの
放電電流によりヒューズを溶断してバッテリパックへの
充電を阻止する過電圧阻止回路を備え、ヒューズが溶断
するための放電電流値は、バッテリパックにおいて過電
圧に基づいて検出される放電電流の値より所定以上大き
いことを特徴とする。
【0017】
【発明の実施の形態】本発明に係るバッテリパックは、
ノートブック型コンピュータ等の電気・電子機器に用い
られるバッテリパックに適用することができる。
【0018】図1は本発明の実施形態に係るバッテリパ
ック及び電気・電子機器のOVP回路の構成を示すブロ
ック図である。なお、本実施形態に係るバッテリパック
及び電気・電子機器の説明にあたり図5に示すバッテリ
パック及び電気・電子機器と同一構成部分には同一符号
を付している。
【0019】図1において、20はバッテリパック、3
0は電気・電子機器本体内部のOVP回路であり、バッ
テリパック20及びOVP回路30はプラス端子40,
マイナス端子41及びコミュニケーション用端子43を
介して接続される。バッテリパック20は、リチウムイ
オン2次電池等の電池セル21、充電電流防止用FET
1、放電電流防止用FET2、放電電流検出用の抵抗R
2、FET1及びFET2を制御するためのFETコン
トロール回路22から構成される。
【0020】抵抗R2の両端はFETコントロール回路
22に接続されており、バッテリパック20の放電時に
電池セル21を流れる電流の大きさを電圧レベルの信号
として検出する。
【0021】充電電流防止用FET1は、充電防止用の
FETであり、FETコントロール回路22によりオフ
されると電池セル21には充電電流が流れない。
【0022】放電電流防止用FET2は、放電防止用の
FETであり、FETコントロール回路22によりオフ
されると電池セル21から放電電流を流すことができな
い。
【0023】FET1及びFET2のゲート端子はFE
Tコントロール回路22に接続され、FETコントロー
ル回路22によりオン/オフ制御される。
【0024】また、FETコントロール回路22には、
バッテリパック20の状態を本体に通知するためのコミ
ュニケーション用端子43が接続されている。
【0025】FETコントロール回路22は、充放電を
制御するための電気回路により構成され、検出した放電
電流Idischargeの値を基にFET1及びFET2をオ
ン/オフ制御する。この制御については図2及び図3に
より後述する。本実施形態では、FETコントロール回
路22を、充放電制御用の電気回路で構成しているが、
マイクロプロセッサを用いたコントローラを使用しプロ
グラムにより実行する態様でもよい。このようなコント
ローラの主な機能は、充放電の開始・終了時期や過去の
履歴等を管理することや、本体側にコミュニケーション
用端子43を通して通知することにある。このようなコ
ントローラの機能として本FETオン/オフ制御を組み
込むものでもよい。
【0026】一方、OVP回路30は、SCR1、定電
圧ダイオードZD1、抵抗R1、及びヒューズF1から
構成される。
【0027】バッテリパック20のプラス端子40(B
点)には、SCR1のアノード及びZD1のカソードが
接続されるとともに、SCR1のカソードはヒューズF
1を介してバッテリパック20のマイナス端子(C点)
に接続され、またZD1アノードは抵抗R1及びヒュー
ズF1を介してバッテリパック20のマイナス端子41
に接続される。SCR1のゲート端子は、ZD1と抵抗
R1の間(A点)に接続され、ZD1と抵抗R1の間の
電位レベルがSCR1のゲート端子に供給される。
【0028】なお、リチウムイオン電池用のバッテリパ
ックには、充放電防止制御等のため、上記FET1、F
ET2、電圧変換用抵抗R2、FETコントロール回路
に対応する回路が挿入されているのが一般的である。し
かし、従来のバッテリパックはあくまで充電電流防止の
ときはFET1を、また放電電流防止のときはFET2
をオフするもので、本実施形態で説明するようなFET
コントロールを行うものではない。
【0029】以下、上述のように構成されたバッテリパ
ック及び電気・電子機器の動作を説明する。
【0030】いま、システムの充電器の誤動作等により
バッテリパック20のプラス端子40(B点)に過電圧
が印加されたことを考える。
【0031】B点に印加された過電圧がZD1の降伏電
圧を超えると、ZD1は導通状態となりA点の電位が上
昇し、A点の電位レベルの上昇によりSCR1はオンし
て図中Iに示す電流が流れる。従来例では、この放電電
流Iにより単純にヒューズF1を溶断していた。
【0032】本実施形態では、この時、すなわちヒュー
ズF1を溶断する前に、FETコントロール回路22が
抵抗R2の両端電圧から電池セル21を流れる電流の大
きさを検出し、この電流の大きさが所定の電流値以上に
なると放電電流防止用FET2をオフする。このよう
に、バッテリパック20が電気・電子機器本体に装着さ
れている場合には、FETコントロール回路22は、常
時、抵抗R2の両端電圧を検出しており電池セル21を
流れる電流の大きさが所定の電流値以上になると、ヒュ
ーズF1が溶断する前に放電電流防止用FET2をオフ
する。また、FET2をオフすると同時に充電電流防止
用FET1をもオフする。これにより、過電圧状態が発
生してもFET1がオフしているので、バッテリパック
20を電気・電子機器本体から電気的に切り離すことが
できるため、バッテリパックは過電圧状態にさらされな
くなる。
【0033】上記動作を図2及び図3を用いてさらに詳
細に説明する。
【0034】図2はFETコントロール回路におけるF
ETオン/オフ制御を示すフローチャトであり、図中S
Tはフローのステップを示す。
【0035】まず、ステップST1で抵抗R2の両端電
圧から電池セル21を流れる電流の大きさを検出し、こ
の放電電流Idischargeが所定の電流値Ithか否かを判
別する。放電電流Idischargeが所定の電流値Ith以上
になると、ステップST2で放電電流防止用FET2を
オフし、ステップST3で充電電流防止用FET1をオ
フする。
【0036】上記電流値IthとヒューズF1を溶断させ
る電流との関係は図3に示される。
【0037】図3はヒューズF1の溶断特性の概要を示
す図であり、縦軸は電流の大きさを横軸は時間を示す。
図3の太実線はヒューズF1の溶断特性を表し、例えば
5Aの電流が10μsec流れると溶断するように設計
されている。このヒューズF1の溶断特性に対して上記
電流値Ithは図3の破線に示すようにして少ない電流値
または時間を持つように設定する。したがって、放電電
流Idischargeが所定の電流値Ith以上になると、ヒュ
ーズF1が溶断する前にFET2及びFET1がオフす
ることになる。実際には、図3に示す特性に基づいてあ
る特定の電流値Ithを、放電電流Idischargeと比較す
る態様でもよい。
【0038】図2に戻って、ステップST4でバッテリ
パック20が電気・電子機器本体の外にあるか(外され
たか)否かを判別し、バッテリパック20が電気・電子
機器本体の外にあるときはリセットを行ってFET2及
びFET1をオン状態にしバッテリパック20をノーマ
ル状態に戻す。バッテリパック20が電気・電子機器本
体の外にあるか否かの判断は、バッテリパック20の装
着を示すスイッチのオン/オフまたはコミュニケーショ
ン用端子43を通して知ることができる。なお、本実施
形態ではバッテリパック20を電気・電子機器本体から
外したときに上記リセットをするようにしているが、バ
ッテリパック20にリセットスイッチを設け、バッテリ
パック20が本体から外され且つリセットスイッチが押
された時に上記リセットを行うようにしてもよい。
【0039】その後、バッテリパック20を、再び電気
・電子機器本体に装着し、再度、上記過電圧防止制御が
あったときは本体修理の可能性が高まるが、正常に動作
した場合にはそのまま使用することが可能になる。
【0040】ところで、前述したようにリチウムイオン
電池用のバッテリパックには、充放電防止制御等のた
め、上記FET1、FET2、電圧変換用抵抗R2、F
ETコントロール回路に対応する回路が通常入っている
が、従来のバッテリパックは単に充電電流防止のときは
FET1を、また放電電流防止のときはFET2をオフ
するだけものであり、本実施形態で説明した効果を得る
ことを目的としたものではない。
【0041】例えば、従来のものにおいて、ヒューズF
1が溶断する前にFET2をオフにすることを想定した
としてもFET1がオンである限りは、本体側から電池
セル21に充電をすることは可能であり、潜在的に電池
セル21が過充電になる可能性があった。本実施形態で
は、バッテリパックにおける充放電防止制御ではなく、
本体システム内部のヒューズF1交換をできるだけ回避
し、本体修理が必要となる可能性をできるだけ減らすこ
と、及びバッテリパック20に過電圧が印加されるのを
防ぐことを目的としたFET1及びFET2の制御であ
る。したがって、本体システム内部のヒューズF1が切
れる前にFET2をオフにすること、及びFET2をオ
フする時に同時にFET1をオフするように制御するこ
とが特徴となる。このような制御によりヒューズF1を
切ることなくバッテリパックにとって最適な電流でOV
Pを行うことができる。
【0042】以上説明したように、本実施形態に係るバ
ッテリパック20は、リチウムイオン2次電池等の電池
セル21、充電電流防止用FET1、放電電流防止用F
ET2、放電電流検出用の抵抗R2、FET1及びFE
T2を制御するためのFETコントロール回路22を備
え、抵抗R2の両端電圧から電池セル21を流れる電流
の大きさを検出し、この放電電流Idischargeが電流値
Ith以上になると、放電電流防止用FET2をオフする
とともに、充電電流防止用FET1をオフするようにし
たので、電気・電子機器本体のヒューズF1を切断する
ことなくバッテリパック20に対して確実に充電電流の
流入を防止することができ、バッテリパック20に過電
圧が印加されるのを防ぐことができる。
【0043】したがって、半田ボールや異物等が一瞬端
子部分に接触した場合のように一時的に過電圧が発生し
た場合に、ヒューズF1を溶断せずにバッテリパック2
0側で過電圧を防止することができるため、従来のよう
に一律に本体の故障扱いとする事態が減り、修理センタ
及びユーザの双方にとって手間がなくなる効果を得るこ
とができる。また、ヒューズF1を溶断するための大電
流の発生がなくなるため、電池セル21に悪影響を与え
ることはない。
【0044】なお、本実施形態では、リチウムイオンバ
ッテリパックに適用した例を説明したが、これに限ら
ず、バッテリパック化されたものであればどのような電
池にでも本発明を適用できる。
【0045】また、本実施形態では、FET1及びFE
T2を同時にオフするようにしているが、制御の例は一
例であることは言うまでもない。要は、電気・電子機器
本体のOVP回路が作動してヒューズ切断等を行って本
体修理を要する事態になる前に、バッテリパックへ過電
圧が印加されるのを防ぐための充電電流の流入を阻止す
るものであればどのような態様であってもよい。
【0046】さらに、上記バッテリパックやOVP回路
を構成するFET、電気回路等の種類、数などは上述し
た実施形態に限られないことは言うまでもない。
【0047】
【発明の効果】本発明に係るバッテリパックでは、電気
回路は、バッテリパックに過電圧が印加され、該過電圧
に基づく放電電流が検出されたとき、放電阻止用スイッ
チをオフするとともに、充電阻止用スイッチをオフし、
電気・電子機器では、装着されたバッテリパックが過電
圧状態にさらされたことを検出し、該過電圧検出時には
バッテリパックからの放電電流によりヒューズを溶断し
てバッテリパックへの充電電流を防止する過電圧阻止回
路を備え、ヒューズが溶断するための放電電流値は、バ
ッテリパックにおいて過電圧に基づいて検出される放電
電流の値より所定以上大きいように構成しているので、
電気・電子機器本体のヒューズを切断することなくバッ
テリパックに対して確実に過電圧防止を行うことがで
き、バッテリパックに悪影響を与えることを防止するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した実施形態に係るバッテリパッ
ク及び電気・電子機器のOVP回路の構成を示すブロッ
ク図である。
【図2】上記バッテリパックのFETコントロール回路
におけるFETオン/オフ制御を示すフローチャトであ
る。
【図3】上記電気・電子機器のOVP回路のヒューズの
溶断特性の概要を示す図である。
【図4】従来の電気・電子機器の電源回路の構成を示す
ブロック図である。
【図5】従来のOVP回路の構成を示す図である。
【符号の説明】
20 バッテリパック、21 電池セル、22 FET
コントロール回路、30 VP回路、40 プラス端
子、41 マイナス端子、43 コミュニケーション用
端子、FET1 充電電流防止用FET、FET2 放電
電流防止用FET、R2 放電電流検出用の抵抗、SC
R1 サイリスタ、ZD1 定電圧ダイオード、R1
抵抗、F1 ヒューズ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池セルと、該電池セルの充放電を制御
    するための電気回路と、前記電気回路により制御され電
    池セルに流れる充電電流を阻止する充電阻止用スイッチ
    と、前記電気回路により制御され電池セルからの放電電
    流を阻止する放電阻止用スイッチと、前記放電電流を検
    出する手段とを一体的にパッケージ化してなるバッテリ
    パックにおいて、 前記電気回路は、バッテリパックに過電圧が印加され、
    該過電圧に基づく放電電流が前記検出手段により検出さ
    れたとき、前記放電阻止用スイッチをオフするととも
    に、前記充電阻止用スイッチをオフすることを特徴とす
    るバッテリパック。
  2. 【請求項2】 前記充電阻止用スイッチ及び前記放電阻
    止用スイッチは、FETであることを特徴とする請求項
    1記載のバッテリパック。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のバッテリパックが装着さ
    れる電気・電子機器であって、 装着されたバッテリパックに過電圧が供給されたことを
    検出し、該過電圧検出時には前記バッテリパックからの
    放電電流によりヒューズを溶断してバッテリパックへの
    充電を阻止する過電圧阻止回路を備え、 前記ヒューズが溶断するための放電電流値は、 前記バッテリパックにおいて過電圧に基づいて検出され
    る放電電流の値より所定値以上大きいことを特徴とする
    電気・電子機器。
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