【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は急速充電可能な二次電池を有する充電式の電
源装置に関し、特に、過放電防止機構と、過充電防止機
能とを備えた電源装置に関する。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rechargeable power supply device having a fast-chargeable secondary battery, and more particularly, to a power supply having an overdischarge prevention mechanism and an overcharge prevention function. Related to the device.
［従来の技術］ ポータブル機器の発達に伴い、ラジオ，ラジオ付きカ
セットテープレコーダ，ポータブルVTR,ポータブルコン
ピュータ等の電子機器，携帯電話等の通信機器，ポータ
ブル電動工具等の動力機器の電源に、一次電池および二
次電池が広く使われるようになっている。特に、近年、
二次電池の使用が著しく増加している。[Prior art] With the development of portable equipment, primary batteries are used as power supplies for power equipment such as radios, cassette tape recorders with radios, portable VTRs, portable computers and other electronic equipment, mobile phones and other communication equipment, and portable electric tools. And secondary batteries have been widely used. Especially in recent years,
The use of secondary batteries has increased significantly.
一般の二次電池においては、適正な充電条件を越えて
過充電を行うと電解液の分解に伴ってガスが発生する。In a general secondary battery, when overcharging is performed beyond proper charging conditions, gas is generated along with decomposition of the electrolytic solution.
開放型または排出型の電池においては、発生したガス
は逃がすことができるが、この過充電の結果としてその
電極は多少の損傷を受ける。In an open or exhausted battery, the gas evolved can escape, but the electrode is somewhat damaged as a result of this overcharging.
一方、密閉型の電池では、内部でガス圧が高まって爆
発事故を起こす。このため密閉型電池においては過充電
に対して安全弁を設けることによりガス圧の上昇に対処
しているものがあるが、これらの安全弁を設けた電池で
あってはガス抜きを確実に行えない場合も生じるため信
頼性の面で問題があった。さらに、この安全弁の作動に
より腐食性の高いガスが放出されたときには、電池が組
み込まれた機器を腐食させるという欠点もあった。On the other hand, in a sealed battery, an explosion occurs due to an increase in gas pressure inside. For this reason, some sealed batteries provide a safety valve against overcharging to cope with the increase in gas pressure.However, batteries with these safety valves cannot reliably release gas. Therefore, there is a problem in reliability. Further, when highly corrosive gas is released by the operation of the safety valve, there is a disadvantage that the device in which the battery is incorporated is corroded.
また、過充電が酷い場合には、電池の内部で短絡が起
こり、電池が破裂に至る場合もあった。In addition, when overcharging is severe, a short circuit occurs inside the battery, and the battery may be ruptured.
それ故、電池が正常な充電条件を越えて充電されるの
を防止する装置が必要となる。Therefore, there is a need for a device that prevents the battery from being charged beyond normal charging conditions.
一般に市販されている二次電池では、サーモスタット
もしくは温度フューズ等を電池に直列に接続し、適切な
充電条件を越えて過充電されたときにはその電池の発熱
を検知し、充電回路を遮断することにより以上のような
問題を解決しようとしている。Generally, secondary batteries are commercially available by connecting a thermostat or temperature fuse in series with the battery, detecting overheating of the battery when it is overcharged beyond appropriate charging conditions, and shutting off the charging circuit. We are trying to solve the above problems.
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、サーモスタットもしくは温度フューズ
のように過充電の際の発熱を検知し、充電回路を遮断す
るような装置では、その検知時には電池は既に適正な充
電条件を越えて過充電が進行しており、電池の性能の劣
化のみならず、漏液、破裂等の異常状態が発生している
場合が多々あった。[Problems to be Solved by the Invention] However, in a device such as a thermostat or a temperature fuse that detects heat generation at the time of overcharge and shuts off a charging circuit, at the time of the detection, the battery already exceeds an appropriate charging condition. Overcharge has progressed, and in many cases, not only the performance of the battery has deteriorated, but also an abnormal state such as liquid leakage or rupture has occurred.
また、充電式の電源装置を機器に装着して使用する場
合には、しばしば、電源装置を機器に装着した状態で長
期間放置し、電源装置内の二次電池を完全に放電せしめ
る場合があった。In addition, when a rechargeable power supply is mounted on a device and used, it is often the case that the power supply is left attached to the device for a long time to completely discharge the secondary batteries in the power supply. Was.
このように、二次電池を完全に放電せしめた場合、多
くの二次電池では性能の劣化が著しく、繰り返しの使用
に耐えない。しかも、多くの機器には、電源装置の過放
電を防止する機器を有しておらず、様々な機器で使用さ
れる脱着式の充電式電源装置においては、機器に装着さ
れたままの状態で長期間放置され、電源装置内の電池が
過放電に至ることがしばしば起こっている。As described above, when the secondary battery is completely discharged, the performance of many secondary batteries is significantly deteriorated, and the secondary battery cannot withstand repeated use. Moreover, many devices do not have a device for preventing over-discharge of the power supply device, and a detachable rechargeable power supply device used in various devices has a state in which the device remains attached to the device. The battery in the power supply device is often left for a long time, resulting in overdischarge.
特に、非水系二次電池では、一端、過放電に至ると、
その後の充電で電池内部で短絡が生じて、性能の劣化ば
かりではなく、破裂に至るというような安全上重大な問
題を引き起こすことがあった。この場合、特に過放電の
後の充電で過充電に至ると、この危険性はさらに高くな
る。In particular, in the case of non-aqueous secondary batteries, once the overdischarge occurs,
Subsequent charging may cause a short circuit inside the battery, causing serious safety problems such as not only deterioration of performance but also rupture. In this case, the danger is further increased, particularly when overcharging is caused by charging after overdischarging.
本発明の目的は以上のような問題を解消するために、
充電式の電源装置において、機器に装着した状態で放置
した場合に、当該充電式の電源装置内の二次電池の過放
電を防止し、かつ、充電装置が故障したり、専用充電装
置以外の充電装置で充電されたりした場合にも、当該充
電式の電源装置の内の二次電池を過充電から保護し、二
次電池の性能の劣化を防止するとともに、二次電池を過
充電によって危険な状態に至らしめない充電式の電源装
置を提供することにある。The object of the present invention is to solve the above problems,
In a rechargeable power supply, when left attached to a device, the secondary battery in the rechargeable power supply is prevented from being over-discharged, and the charger is damaged or other than the dedicated charger. Even if the battery is charged by the charging device, the secondary battery in the rechargeable power supply device is protected from overcharging, preventing the performance of the secondary battery from deteriorating. It is an object of the present invention to provide a rechargeable power supply device that does not reach a stable state.
［課題を解決するための手段］ 以上の目的を達成するために、本発明は、充電可能な
電池と、内部に寄生ダイオードを有する第１および第２
のスイッチ素子が直列接続されたスイッチ手段と、前記
電池の両端電圧を検出して前記スイッチ手段を制御する
制御手段とを備え、前記第１のスイッチ素子はその寄生
ダイオードの順方向が前記電池の放電方向になるよう
に、前記第２のスイッチ素子はその寄生ダイオードの順
方向が前記電池の充電方向となるように前記電池に接続
され、前記制御手段は、前記電池の電圧が充電可能電圧
の近傍の第１の電圧より下がったとき前記第１のスイッ
チ素子を導通させ、前記電池の電圧が前記充電可能電圧
の近傍であって前記第１の電圧より高い第２の電圧より
上がったとき前記第１のスイッチ素子を非導通状態に
し、前記電池の電圧が放電可能電圧の近傍の第３の電圧
より上がったとき前記第２のスイッチ素子を導通させ、
前記電池の電圧が前記放電可能電圧の近傍であって前記
第３の電圧よりも低い第４の電圧より下がったとき前記
第２のスイッチ素子を非導通状態にすることを特徴とす
るものである。Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention provides a rechargeable battery and first and second batteries having a parasitic diode therein.
And a control means for detecting the voltage between both ends of the battery and controlling the switch means, wherein the first switch element has a forward direction of a parasitic diode of the battery. The second switch element is connected to the battery so that the forward direction of the parasitic diode is in the charging direction of the battery so that the discharging direction is the discharging direction. When the voltage drops below a first voltage in the vicinity, the first switch element is turned on. When the voltage of the battery rises above a second voltage near the chargeable voltage and higher than the first voltage, Making the first switch element non-conductive, and turning on the second switch element when the voltage of the battery rises above a third voltage near a dischargeable voltage;
When the voltage of the battery is close to the dischargeable voltage and lower than a fourth voltage lower than the third voltage, the second switch element is turned off. .
［作用］ 本発明によれば、電池の残容量が放電可能電圧以下に
少なくなったことを、制御手段が検出するとスイッチ手
段を制御して放電回路を遮断し、また、電池の充電が充
電可能電圧以上になったことを、制御手段が検出すると
スイッチ手段を制御して充電回路を遮断する。さらに、
スイッチ手段を構成するスイッチ素子を、内部に寄生ダ
イオードを有する素子に選びその寄生ダイオードを用い
て放電回路および充電回路を構成することによって回路
の簡素化を図ることができる。According to the present invention, when the control means detects that the remaining capacity of the battery has decreased to the dischargeable voltage or less, the control means controls the switch means to cut off the discharge circuit, and the battery can be charged. When the control means detects that the voltage has exceeded the voltage, the control means controls the switch means to cut off the charging circuit. further,
By selecting a switch element constituting the switch means as an element having a parasitic diode therein, and configuring the discharging circuit and the charging circuit using the parasitic diode, the circuit can be simplified.
［実施例］ 以下、本発明による過充電防止機能と過充電防止機能
とを具備した電源装置の実施例を図面により説明する。Hereinafter, an embodiment of a power supply device having an overcharge prevention function and an overcharge prevention function according to the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の基本的構成を示すブロック図であ
る。第１図に示すように、負荷もしくは充電器１は、電
源装置２に接続される。電源装置２は、電池３、スイッ
チ手段４および制御手段５から構成される。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of the present invention. As shown in FIG. 1, a load or a charger 1 is connected to a power supply device 2. The power supply device 2 includes a battery 3, switch means 4, and control means 5.
ここで、本発明でいう電池とは、単一の電池のみなら
ず、複数の電池を互いに接続した組電池、短絡等にかか
わる安全装置、残容量表示等の機能が付加された電池お
よび組電池をも包含する。Here, the battery in the present invention means not only a single battery but also an assembled battery in which a plurality of batteries are connected to each other, a safety device for short-circuiting, a battery with an added function of displaying remaining capacity, and an assembled battery. Is also included.
なお、本発明でいうスイッチ手段を構成するスイッチ
素子としては、電力損失が小さく、かつ、通常の使用状
態での消費電力を小さくするために電圧駆動型のスイッ
チであることが好ましい。この条件を満足するデバイス
として、電界効果型のトランジスター（FET）が好まし
い条件を備えているが、その中でもデバイスの内部に寄
生ダイオードを有するMOS FETを使用すると回路を著し
く簡略化、および、小型化することができる。The switch element constituting the switch means in the present invention is preferably a voltage-driven switch in order to reduce power loss and reduce power consumption in a normal use state. As a device that satisfies this condition, a field-effect transistor (FET) is preferred. Among them, the use of a MOS FET with a parasitic diode inside the device significantly simplifies the circuit and reduces the size. can do.
すなわち、スイッチ素子を２個直列接続して電池に接
続し、この２個のスイッチ素子を各々、過放電防止用の
放電回路の遮断スイッチ（SWOD）、および、過充電防止
用の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）として独立に使用
する。That is, two switch elements are connected in series and connected to a battery, and these two switch elements are respectively connected to a cutoff switch (SWOD ) of a discharge circuit for preventing overdischarge, and a charging circuit for preventing overcharge. Independently used as cut-off switch (SWOC ).
このとき過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ（SW
OD）は、過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ（S
WOD）内部の寄生ダイオードが充電電流が順方向になる
ように、また、過充電防止用の充電回路の遮断スイッチ
（SWOC）は、過充電防止用の充電回路の遮断スイッチ
（SWOC）内部の寄生ダイオードが放電電流に順方向にな
るようにして、過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ
（SWOD）と過充電防止用の充電回路の遮断スイッチ（SW
OC）を直列に接続して二次電池と接続する。このように
接続すれば、スイッチ素子の内部の寄生ダイオードを電
源装置の充電回路または放電回路の一部として使用する
ことができ、電源装置内の充電回路および放電回路の一
部を省略でき、しかも、従来の電源装置と同じように２
端子の部品として使用することができる。ここで、電源
装置内の制御手段を外部からコントロールするための第
３の端子等は必ずしも必要としない。At this time, the cutoff switch (SW
OD ) is a disconnection switch (S
WOD ) The internal parasitic diode ensures that the charging current is in the forward direction, and the charge circuit cut-off switch (SWOC ) for the overcharge prevention charge circuit is a switch for the overcharge prevention charge circuit (SWOC ). With the internal parasitic diode in the forward direction to the discharge current, the cutoff switch (SWOD ) of the discharge circuit to prevent overdischarge and the cutoff switch (SW) of the charge circuit to prevent overcharge
OC ) is connected in series and connected to the secondary battery. With this connection, the parasitic diode inside the switch element can be used as a part of a charging circuit or a discharging circuit of the power supply device, and a part of the charging circuit and the discharging circuit in the power supply device can be omitted. , Just like a conventional power supply
Can be used as terminal parts. Here, a third terminal or the like for externally controlling the control means in the power supply device is not necessarily required.
次に、第２図に過充電防止機能と過充電防止機能とを
具備した電源装置の一実施例を示す。第２図に示すよう
にスイッチ手段としては、過放電防止用の放電回路の遮
断スイッチ（SWOD）として内部寄生ダイオード41Aを有
するMOS FET41を、過充電防止用の充電回路の遮断スイ
ッチ（SWOC）として内部寄生ダイオード42Aを有するMOS
FET42を用いる。電池３は単電池もしくは、直列または
並列に接続された組電池からなる。Next, FIG. 2 shows an embodiment of a power supply device having an overcharge prevention function and an overcharge prevention function. The switch means as shown in FIG. 2, the MOS FET 41 having an internal parasitic diode 41A as cutoff switch of the discharge circuit for preventing overdischarge (SWOD), cut-off switch of the charging circuit for preventing overcharge (SWOC MOS with internal parasitic diode 42A)
Use FET42. The battery 3 is a single cell or a battery pack connected in series or in parallel.
制御手段５は、コンパレータと基準電圧回路等から構
成することが可能であり、第２図に示す回路図のように
電源入力と信号入力を兼ねる反転入力端（V-）を電池３
の負極端子に、非反転入力端子（V+）を電池３の負極端
子に接続する。制御手段５は、過放電防止用の放電回路
の遮断スイッチ（SWOD）への出力（VODOUT）をMOS FET4
1のゲートに供給し、過充電防止用の充電回路の遮断ス
イッチ（SWOC）への出力（VOCout）をMOS FET42のゲー
トに供給する。Control means 5, it is possible to configure the comparator and the reference voltage circuit, an inverting input terminal serving as a power input and signal type circuit diagram shown in FIG. 2 (V-) of the battery 3
And the non-inverting input terminal (V+ ) is connected to the negative terminal of the battery 3. The control means 5 outputs the output (VODOUT ) to the cutoff switch (SWOD ) of the discharge circuit for preventing overdischarge from the MOS FET 4
The output (VOCout ) to the cutoff switch (SWOC ) of the charging circuit for preventing overcharge is supplied to the gate of the MOS FET 42.
電池３の負極はMOS FET42のドレインに接続し、MOS F
ET42のソースはMOS FET41のソースに接続し、MOS FET41
のドレインは電源装置２の負極端子７に接続し、電池３
の正極は電源装置２の正極端子６に接続する。なお、MO
S FET41とMOS FET42は極性を変えなければ、位置を入れ
替えても差し支えない。The negative electrode of the battery 3 is connected to the drain of the MOS FET 42,
The source of ET42 is connected to the source of MOS FET41,
Is connected to the negative terminal 7 of the power supply 2 and the battery 3
Is connected to the positive terminal 6 of the power supply device 2. In addition, MO
As long as the polarity of the S FET 41 and the MOS FET 42 is not changed, the positions may be interchanged.
制御手段５の出力パターンの例を第３図に示す。第３
図の（ａ）および（ｂ）に過放電防止用の放電回路の遮
断スイッチ（SWOD）への出力（VODOUT）のパターンの例
を示す。また、第３図の（ｃ）および（ｄ）に過充電防
止用の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）への出力（VOC
out）のパターンの例を示す。FIG. 3 shows an example of the output pattern of the control means 5. Third
(A) and (b) of the figure show examples of patterns of output (VODOUT ) to a cutoff switch (SWOD ) of a discharge circuit for preventing overdischarge. 3 (c) and 3 (d)show the output (VOC ) to the cutoff switch (SWOC ) of the charging circuit for preventing overcharge.
out )).
第３図に示すように、制御手段５の２つの出力（VOD
out，VOCout）は、オン時（VODout(on)，VOCout(on)）
においては、共にMOS FETのゲートカットオフ電圧（V
GS(off)）よりも高く、しかも、制御手段５の２つの出
力（VODout，VOCout）は、オフ時（（VODout(off)，VOC
out(off)）においては、共にMOS FETのゲートカットオ
フ電圧（VGS(off)）よりも低いことが必要である。しか
し、過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）へ
のオン時の出力電圧（VODout(on)）は、第３図の（ａ）
または（ｂ）のどちらの出力形式であっても差し支えな
い。また同様に、過充電防止用の充電回路の遮断スイッ
チ（SWOC）へのオン時の出力電圧（VOCout(on)）は、第
３図の（ｃ）または（ｄ）のどちらの出力形式であって
も差し支えない。As shown in FIG. 3, the two outputs (VOD
out , VOCout ) is ON (VODout (on) , VOCout (on) )
In both cases, the gate cutoff voltage (V
GS (off) ) and the two outputs (VODout , VOCout ) of the control means 5 are off ((VODout (off) , VOCout)
out (off) ) needs to be lower than the gate cut-off voltage (VGS (off) ) of the MOS FET. However, the output voltage (VODout (on) ) when the discharge circuit for overdischarge is turned on to the cutoff switch (SWOD ) is shown in FIG.
Alternatively, either output format (b) may be used. Similarly, the output voltage (VOCout (on) ) when the cut-off switch (SWOC ) of the charging circuit for overcharge prevention is turned on is determined by the output voltage of either (c) or (d) in FIG. It can be in the form.
以上の構成によれば、電池３の両端電圧がある一定の
電圧（第３図における（VODoff）以下になると、過放電
防止用の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）への制御手段
５の出力電圧（VODout）がVGS(off)以上からVGS(off)以
下になり、MOS FET41が導通状態から遮断状態になって
電池３の放電回路を遮断する。According to the above configuration, when the voltage between both ends of the battery 3 falls below a certain voltage ((VODoff ) in FIG. 3), the control means 5 for controlling the cutoff switch (SWOD ) of the discharge circuit for preventing over-discharge. Output voltage (VODout ) goes from VGS (off) or more to VGS (off) or less, the MOS FET 41 changes from the conductive state to the cut-off state, and the discharge circuit of the battery 3 is cut off.
そして、MOS FET41の寄生ダイオード41Aを介した充電
によって電池３の両端電圧が前記VODoffよりも高い電圧
（第３図におけるVODon）以上になると、過放電防止用
の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）への制御手段５の出
力電圧がオフ状態からオン状態になり、MOS FET41が遮
断状態から導通状態になり、通常の（低損失の）充電が
行われる。When the voltage across the battery 3 becomes higher than the voltage VODoff (VODon in FIG. 3) or more due to charging through the parasitic diode 41A of the MOS FET 41, a cutoff switch of a discharge circuit for preventing over-discharge. The output voltage of the control means 5 to (SWOD ) changes from the OFF state to the ON state, the MOS FET 41 changes from the cut-off state to the conductive state, and normal (low-loss) charging is performed.
同様に、電池３の両端電圧がある一定の電圧（第３図
におけるVOCoff）以上になると、過充電防止用の充電回
路の遮断スイッチ（SWOC）への制御手段５の出力電圧が
VOC(off)以上からVOCGS(off)以下になり、MOS FET42が
導通状態から遮断状態になって電池３の充電回路を遮断
する。Similarly, when the voltage across the battery 3 exceeds a certain voltage (VOCoff in FIG. 3), the output voltage of the control means 5 to the cutoff switch (SWOC ) of the charging circuit for preventing overcharge is changed.
From VOC(off) or more to VOCGS (off) or less, the MOS FET 42 changes from the conductive state to the cut-off state, and the charging circuit of the battery 3 is cut off.
そして、MOS FET42の寄生ダイオード42Aを介した放電
によって電池３の両端電圧が前記VOCoffよりも低い電圧
（第３図におけるVOCon）以下になると、過充電防止用
の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）への電圧検知手段５
の出力電圧がオフ状態からオン状態になり、MOS FET42
が遮断状態から導通状態になり、通常の（低損失の）放
電が行われる。Then, when the voltage across the battery 3 becomes lower than the voltage VOCoff (VOCon in FIG. 3) or less due to the discharge through the parasitic diode 42A of the MOS FET 42, the cut-off switch of the charging circuit for preventing overcharge. (SWOC ) Voltage detection means 5
Output voltage changes from off to on and the MOS FET42
From the cut-off state to the conductive state, and normal (low-loss) discharge is performed.
ところで、放電可能電圧をVLOW、充電可能電圧をV
Highとし、後述するヒステリシスの大きさを考慮する
と、VODoff≦VLOW＜VODon＜VHigh，VLOW＜VOCon＜VHigh
≦VOCoffとなるように設定すれば、通常、MOS FET41とM
OS FET42が同時に、遮断状態となることはない。By the way, the dischargeable voltage is VLOW and the chargeable voltage is V
AndHigh, considering the amount of hysteresis to be describedlater, V OD off ≦ V LOW < V OD on <V High, V LOW <V OC on <V High
≤ VOCoff , normally, MOS FET 41 and M
The OS FET 42 will not be shut off at the same time.
なお、第２図および第３図に示したスイッチ素子の位
置と制御手段の出力パターンは、Ｎ−チャンネル型のMO
S FETに対応するものであって、他のスイッチ素子を用
いる場合には、そのスイッチ素子の特性に応じた配置と
制御手段の出力パターンを選ぶ必要がある。The positions of the switch elements and the output patterns of the control means shown in FIGS. 2 and 3 are N-channel type MO.
When using another switch element, which corresponds to the SFET, it is necessary to select an arrangement and an output pattern of the control means according to the characteristics of the switch element.
ここで、充電回路および放電回路の遮断スイッチとし
て使用するMOS FETを検討した結果、MOS FETとしては、
ドレイン・ソース間のオン抵抗（RDS(on)）が小さいも
のほど好ましく、ドレイン・ソース間のオン抵抗（R
DS(on)）は電源装置内の電池の内部抵抗と同程度、もし
くは、それよりも小さいことが必要であることがわかっ
た。もちろん、MOS FETは並列に使用しても差し支えな
く、この場合は、MOS FETのドレイン・ソース間のオン
抵抗（RDS(on)）の合成抵抗値が電源装置内の電池の内
部抵抗と同程度、もしくは、それよりも小さいことが必
要である。Here, as a result of studying the MOS FET used as a cutoff switch of the charging circuit and the discharging circuit,
It is preferable that the on-resistance (RDS (on) ) between the drain and the source is small.
DS (on) ) was found to be required to be equal to or smaller than the internal resistance of the battery in the power supply. Of course, MOS FETs can be used in parallel. In this case, the combined resistance value of the on-resistance (RDS (on) ) between the drain and source of the MOS FET is the same as the internal resistance of the battery in the power supply. It needs to be of degree or smaller.
MOS FETのドレイン・ソース間のオン抵抗（RDS(on)）
が電源装置内の電池の内部抵抗に比べて大きい場合は、
MOS FETによる電力損失が大きくなるばかりではなく、
その結果、電源装置内の温度偏差が著しく大きくなり好
ましくない。ON resistance between drain and source of MOS FET (RDS (on) )
Is greater than the internal resistance of the battery in the power supply,
Not only does the power loss due to the MOS FET increase,
As a result, the temperature deviation inside the power supply device becomes extremely large, which is not preferable.
なお、スイッチ素子としては、内部に寄生ダイオード
を有するデバイスであれば内部に寄生ダイオードを有す
るMOS FETと同じように寄生ダイオードを充電回路もし
くは放電回路の一部として使用することによってMOS FE
Tと同様に電源装置内の回路を簡略化することができ
る。As a switch element, if a device has a parasitic diode inside, a MOSFET is used as a part of a charging circuit or a discharging circuit by using a parasitic diode in the same manner as a MOS FET having a parasitic diode inside.
As in T, the circuit in the power supply device can be simplified.
さらに、制御手段は、２つの独立した出力を有し、そ
の１つは過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ（S
WOD）の入力に接続し、他方は過充電防止用の充電回路
の遮断スイッチ（SWOD）の入力に接続する。Further, the control means has two independent outputs, one of which is a cutoff switch (S) of a discharge circuit for preventing overdischarge.
WOD ), and the other is connected to the input of the cutoff switch (SWOD ) of the overcharge prevention charging circuit.
そして、過放電防止用の放電回路の遮断スイッチ（SW
OD）への制御手段の出力（VODout）は、過放電検出電圧
（VODoff）すなわち過放電防止用の放電回路の遮断スイ
ッチ（SWOD）をオフする検知電圧よりも高いリセット電
圧（VODon）を有することが必要であり、ヒステリシス
の大きさ（VODon−VODoff）は0.05V〜5.0V程度あること
が好ましい。Then, the cutoff switch (SW) of the discharge circuit to prevent overdischarge
Output of the control means to theOD) (VODout) is the over-discharge detection voltage (VODoff) That cutoff switch (SWOD) off detecting voltage higher reset voltage than the discharge circuit for preventing overdischarge ( VODon) is required to have a size of hysteresis (VODon -VODoff) is preferably in the order of 0.05V～5.0V.
0.05Vよりも小さなヒステリシスでは、放電電流の遮
断による電池端子間電圧の回復によって、再びリセット
電圧（VODon）を越えてしまい、その結果、過放電防止
用の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）がオンして、電源
装置は断続的に放電を行うことになるので、ヒステリシ
スが小さすぎるのは好ましくない。With a hysteresis smaller than 0.05 V, the reset voltage (VODon ) isexceeded again due to the recovery of the voltage between the battery terminals due to the cut off of the discharge current. As a result, the cut off switch (SWOD) of the discharge circuit for preventing overdischarge. ) Is turned on and the power supply device discharges intermittently, so it is not preferable that the hysteresis is too small.
一方、ヒステリシスが5.0Vよりも大きな場合は、電源
装置が放電遮断状態から充電に入った場合、電源装置内
の電池の電圧がリセット電圧（VODon）を越えず、過放
電防止用の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）への制御手
段の出力（VODout）がリセットされないので、過放電防
止用の放電回路の遮断スイッチ（SWOD）がオフ状態のま
ま、充電電流は過放電防止用の遮断スイッチ（SWOD）の
寄生ダイオードのみを流れるので、過放電防止用の遮断
スイッチ（SWOD）での電力損失が大きい状態が続く。従
って、ヒステリシスが大きすぎるのは好ましくなく、充
電開始による電池電圧の上昇によって、ただちに過放電
防止用の遮断スイッチ（SWOD）への制御手段の出力（V
ODout）がリセットされる程度のヒステリシスの大きさ
でなければならない。On the other hand, when the hysteresis is larger than 5.0 V, when the power supply starts charging from the discharge cutoff state, the voltage of the battery in the power supply does not exceed the reset voltage (VODon ), and the discharge for overdischarge prevention. Since the output (VODout ) of the control means to the cutoff switch (SWOD ) of the circuit is not reset, the charge current is prevented from being overdischarged while the cutoff switch (SWOD ) of the discharge circuit for overdischarge is kept off. Since only the parasitic diode of the cutoff switch (SWOD ) flows through the switch, the state in which the power loss in the cutoff switch (SWOD ) for preventing overdischarge is large continues. Therefore, it is not preferable that the hysteresis is too large, and the output (VOD ) of the control means to the cut-off switch (SWOD ) for preventing overdischarge is immediately generated by the rise of the battery voltage due to the start of charging.
ODout ) must be large enough to reset hysteresis.
以上を考慮すると、ヒステリシスの大きさは0.05V〜
5.0V程度あることが好ましい。Taking the above into consideration, the magnitude of the hysteresis is 0.05V ~
It is preferable to have about 5.0V.
同様に、過充電防止用の充電回路の遮断スイッチ（SW
OD）への制御手段の出力（VOCout）は、過充電検出電圧
（VOCoff）すなわち過充電防止用の充電回路の遮断スイ
ッチ（SWOC）をオフする検知電圧よりも低いリセット電
圧（VOCon）を有することが必要であり、ヒステリシス
の大きさ（VOCoff−（VOCon）は0.05V〜5.0V程度あるこ
とが好ましい。Similarly, the charging circuit cutoff switch (SW
Output of the control means to theOD) (VOCout) is overcharge detection voltage (VOCoff) That cutoff switch (SWOC) off sensing voltage lower reset voltage than the charging circuit for preventing overcharge ( VOCon ), and the magnitude of the hysteresis (VOCoff − (VOCon )) is preferably about 0.05 V to 5.0 V.
0.05Vよりも小さなヒステリシスでは、充電電流の遮
断による電池端子間電圧の低下によって、再びリセット
電圧（VOCon）を下回ってしまい、その結果、過充電防
止用の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）がオンして、電
源装置は断続的に充電が継続されてしまうので、ヒステ
リシスが小さすぎるのは好ましくない。If the hysteresis is less than 0.05 V, the voltage across the battery terminals drops due to the interruption of the charging current, and the voltage drops again below the reset voltage (VOCon ). As a result, the interruption switch (SWOC ) Is turned on, and the power supply is intermittently charged, so that it is not preferable that the hysteresis is too small.
一方、ヒステリシスが5.0Vよりも大きな場合は、電源
装置が充電遮断状態から放電に入った場合、電源装置内
の電池の電圧がリセット電圧（VOCon）を下回らず、過
充電防止用の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）への制御
手段の出力（VOCout）がリセットされないので、過充電
防止用の充電回路の遮断スイッチ（SWOC）がオフ状態の
まま、放電電流は過充電防止用の遮断スイッチ（SWOC）
の寄生ダイオードのみを流れるので、過充電防止用の遮
断スイッチ（SWOC）での電力損失が大きい状態が続く。
従って、ヒステリシスが大きすぎるでは好ましくなく、
放電開始による電池電圧の低下によって、ただちに過充
電防止用の遮断スイッチ（SWOC）への電圧検知手段の出
力（VOCout）がリセットされる程度のヒステリシスの大
きさでなければならない。以上を考慮すると、ヒステリ
シスの大きさは0.05V〜5.0V程度あることが好ましい。On the other hand, if the hysteresis is greater than 5.0 V, the battery voltage in the power supply does not fall below the reset voltage (VOCon ) when the power supply enters the discharge mode from the charge cutoff state. Since the output (VOCout ) of the control means to the cut-off switch (SWOC ) of the circuit is not reset, the discharge current is prevented from overcharging while the cut-off switch (SWOC ) of the charging circuit for preventing overcharge remains off. Shutdown switch (SWOC )
Since only the parasitic diode flows, the state in which the power loss in the overcharge prevention cutoff switch (SWOC ) is large continues.
Therefore, it is not preferable if the hysteresis is too large,
The hysteresis must be large enough to immediately reset the output (VOCout ) of the voltage detection means to the overcharge prevention cut-off switch (SWOC ) due to the drop in the battery voltage due to the start of discharging. In consideration of the above, the magnitude of the hysteresis is preferably about 0.05 V to 5.0 V.
なお、電池３の使用電圧範囲が、VLOW≦Ｖ≦VHighで
あるとすると、通常、VODoff≦VLOW＜VODon＜VHigh，V
LOW＜VOCon＜VHigh≦VOCoffと設定することが必要であ
る。When the operating voltage range of the battery 3 is VLOW ≦ V ≦ VHigh , normally, VODoff ≦ VLOW <VODon <VHigh , V
It is necessary to setLOW <VOCon <VHigh ≦ VOCoff .
ところで、制御手段として使用する電子回路は、バイ
ポーラIC,MOS IC,CMOS IC,Bi−MOS IC、および、バイブ
リッドIC等で構成することができるが、消費電流が小さ
いほうが好ましく、少なくとも、充電式の電源装置内の
二次電池の自己放電電流よりも小さいことが望ましい。
特に、脱着可能な充電式の電源装置では、充電した状態
で電池を保存した場合、使用しないで放置しているだけ
で、充電式の電源装置の残存容量が著しく短期間になく
なってしまうのでは実用には堪え難い。By the way, the electronic circuit used as the control means can be constituted by a bipolar IC, a MOS IC, a CMOS IC, a Bi-MOS IC, a hybrid IC, or the like. Is desirably smaller than the self-discharge current of the secondary battery in the power supply device.
In particular, in the case of a detachable rechargeable power supply device, if the battery is stored in a charged state, the remaining capacity of the rechargeable power supply device will be significantly reduced in a short time just by leaving it unused. It is hard to put into practical use.
つぎに、電池３として特開昭62−90863号の二次電池
を使用した場合について具体的に説明する。以下は、電
池３として二次電池を２個直列に組み合わせた場合につ
いて詳述する。Next, the case where a secondary battery disclosed in JP-A-62-90863 is used as the battery 3 will be specifically described. Hereinafter, a case where two secondary batteries are combined in series as the battery 3 will be described in detail.
電池の標準的な動作電圧範囲は、１セルあたり2.75V
〜4.2Vであり、電池を２個直列に組み合わせた場合は、
5.5V〜8.4Vになる。The standard operating voltage range of the battery is 2.75V per cell
~ 4.2V, and when two batteries are combined in series,
5.5V to 8.4V.
本例ではビデオムービーの電源用として2.0Ahの容量
を有する電源装置を試作した。試作した電源装置は90mm
×46mm×26mmの大きさを有し、0.15Ω〜0.30Ωの内部抵
抗を持つ。なお、電池３の単セルの内部抵抗は、0.02Ω
〜0.08Ωであり、25℃での自己放電電流は200μＡ程度
である。In this example, a power supply device having a capacity of 2.0 Ah was prototyped for powering a video movie. 90mm prototype power supply
It has a size of × 46mm × 26mm and has an internal resistance of 0.15Ω to 0.30Ω. The internal resistance of the single cell of the battery 3 is 0.02Ω
0.08Ω, and the self-discharge current at 25 ° C. is about 200 μA.
ここで、電池３は単セルの端子間の電圧が約0.5V以下
になると、通常のサイクル劣化より大きな性能の低下を
引き起こすばかりではなく、セル内部短絡の要因が発生
する。従って、電池を２個直列に組み合わせた場合は、
電源装置の電圧が少なくとも1V以下にならないようにす
ることが安全上必要である。Here, when the voltage between the terminals of the single cell of the battery 3 becomes about 0.5 V or less, not only does the performance drop than the normal cycle deterioration, but also a short circuit inside the cell occurs. Therefore, when two batteries are combined in series,
It is necessary for safety that the voltage of the power supply does not fall below at least 1V.
また、電池３は単セルの端子間の電圧が約4.5V以上に
なると、通常のサイクル劣化より大きな性能の低下を引
き起こすばかりではなく、安全上好ましくない。さら
に、4.8Vを越えると異常発熱を引き起こし、危険な状態
になる。従って、電池を２個直列に組み合わせた場合
は、充電時に電源装置の電圧が少なくとも9.0V以上にな
らないようにすることが安全上必要である。In addition, when the voltage between the terminals of the single cell is about 4.5 V or more, the battery 3 not only causes a large decrease in performance than normal cycle deterioration, but is not preferable in terms of safety. In addition, if the voltage exceeds 4.8V, abnormal heat generation will occur, resulting in a dangerous state. Therefore, when two batteries are combined in series, it is necessary for safety that the voltage of the power supply device does not become at least 9.0 V or more during charging.
ここで使用するスイッチ素子としては例えば2SK1286
（NEC）,2SK1136（三菱）,2SK1137（三菱）,2SK1114
（東芝）等のMOS FETを使用すれば、MOS FETのドレイン
・ソース間のオン抵抗（RDS(on)）は、0.04Ω〜0.12Ω
にすることができる。もちろん、より定格の大きなMOS
FETを使用すれば、さらに、MOS FETのドレイン・ソース
間のオン抵抗（RDS(on)）を小さくすることが可能であ
る。The switching element used here is, for example, 2SK1286
(NEC), 2SK1136 (Mitsubishi), 2SK1137 (Mitsubishi), 2SK1114
If a MOS FET such as (Toshiba) is used, the on-resistance (RDS (on) ) between the drain and source of the MOS FET is 0.04Ω to 0.12Ω
Can be Of course, the higher rated MOS
If an FET is used, it is possible to further reduce the on-resistance (RDS (on) ) between the drain and the source of the MOS FET.
また、制御手段５はコンパレータと基準電圧回路等を
用い、過放電防止用の検出回路と過充電防止用の検出回
路を、各々、シュミット回路で構成すればよい。このよ
うな回路で、放電遮断電圧（VODoff）を5.2V〜5.5Vに、
充電遮断電圧（VOCoff）を8.5V〜8.8Vに設定する。さら
に、制御手段５はCMOS IC等で構成すれば、電圧検知手
段５の平均消費電流を、100μＡ以下に抑えるのは容易
である。また、電源装置を外部で短絡した場合、MOS FE
Tの遮断状態時の電源装置の外部回路にリークする電流
（IDSS）は1.0μＡ以下である。Further, the control means 5 may use a comparator, a reference voltage circuit, and the like, and each of the detection circuit for preventing overdischarge and the detection circuit for preventing overcharge may be configured by a Schmitt circuit. With such a circuit, the discharge cutoff voltage (VODoff ) is set to 5.2V to 5.5V,
Set the charge cutoff voltage (VOCoff ) to 8.5V to 8.8V. Further, if the control means 5 is constituted by a CMOS IC or the like, it is easy to suppress the average current consumption of the voltage detection means 5 to 100 μA or less. If the power supply is short-circuited externally, the MOS FE
The current (IDSS ) leaking to the external circuit of the power supply in the cutoff state of T is 1.0 μA or less.
以上のような構成にすれば、この電源装置の動作電圧
域（5.5V〜8.4V）では、単に、電池を２個直列に接続し
た場合と全く同じように使用することが可能であり、MO
S FETにおける電力損失は、電源装置の電力容量の５％
以下程度に抑えることができる。With the above configuration, in the operating voltage range (5.5 V to 8.4 V) of the power supply device, it is possible to use the power supply device in exactly the same manner as when two batteries are connected in series.
Power loss in the SFET is 5% of the power capacity of the power supply
It can be suppressed to the following level.
ここで、電源装置の外部端子間に５Ωの抵抗器を１週
間接続し、電源装置内の電池を放電させ、その前後の容
量を従来の電池と比較するというテストの方法で過放電
に対する効果の評価を行った。Here, a 5 Ω resistor is connected between the external terminals of the power supply for one week, the battery in the power supply is discharged, and the capacity before and after the discharge is compared with that of the conventional battery. An evaluation was performed.
その結果、従来、二次電池を単に２個直列に接続した
場合には、５％〜80％の容量の低下が認められていた
が、試作した電源装置では全く容量の低下はなかった。
また、電源装置と従来の電池を放電させた後に、１ケ月
間ビデオムービーに装着したままの状態で放置した場合
にも、従来の二次電池を単に２個直列に接続した場合に
は、２％〜50％の容量の低下が認められていたが、試作
した電源装置では全く容量の低下は認められなかった。As a result, conventionally, when two secondary batteries were simply connected in series, a decrease in capacity of 5% to 80% was recognized, but the capacity of the prototype power supply device did not decrease at all.
Also, when the power supply device and the conventional battery are discharged and left for one month while being attached to the video movie, if two conventional secondary batteries are simply connected in series, 2 Although a reduction in capacity of 50% to 50% was observed, no reduction in capacity was observed in the prototype power supply device.
さらに、電源装置２が正常な充電条件（充電電流は2A
以下で、かつ、電源装置２の端子間電圧が8.4V以下の定
電圧充電）を越えて充電が行われた場合には、この電源
装置２内の電池３の端子間電圧が充電遮断電圧
（VOCoff）を越えれば、ただちに、充電回路が遮断され
て、電源装置２内の電池３が危険な状態に至るのを未然
に防止できる。Furthermore, the power supply device 2 is operated under normal charging conditions (charging current is 2 A
When the charging is performed at a voltage lower than the voltage of the power supply device 2 and the voltage between the terminals of the power supply device 2 is equal to or less than 8.4 V, the voltage between the terminals of the battery 3 in the power supply device 2 is changed to the charging cutoff voltage ( If VOCoff ) is exceeded, the charging circuit is immediately shut off, and the battery 3 in the power supply device 2 can be prevented from reaching a dangerous state.
例えば、二次電池を２個直列に接続した組電池とこの
電源装置２を、2.0Aの定電流充電を行った場合で比較す
れば、電池を２個直列に接続した組電池では、端子間の
電圧が9.6Vを越えたあたりから異常発熱を始め、ついに
は破裂に至る。特に、一旦、過放電された後に過充電に
至った場合、9.6Vよりも低い電圧で異常発熱し、突然破
裂する場合がある。For example, comparing a battery pack in which two secondary batteries are connected in series and this power supply device 2 when a constant current charging of 2.0 A is performed, the battery pack in which two batteries are connected in series has a When the voltage exceeds 9.6V, abnormal heat generation starts, and eventually it explodes. In particular, if the battery is once overcharged and then overcharged, the battery may abnormally generate heat at a voltage lower than 9.6 V and suddenly burst.
ところが、この電源装置２では電源装置２内の電池３
の端子間電圧が充電遮断電圧（VOCoff）を越えれば、た
だちに、充電回路が遮断されるので危険な状態を未然に
防ぐことができる。すなわち、通常の充電に比べれば、
特性の劣化は数％大きくなる場合もあるが、破裂等の危
険な状態は回避され、その後も安全に使用できる。However, in this power supply device 2, the battery 3 in the power supply device 2
If the voltage between the terminals exceeds the charging cut-off voltage (VOCoff ), the charging circuit is immediately cut off, so that a dangerous state can be prevented beforehand. That is, compared to normal charging,
Although the deterioration of the characteristics may be increased by several percent, a dangerous state such as rupture is avoided, and the device can be used safely thereafter.
特に本発明に係る脱着可能は充電式の電源装置におい
ては、どのような装置で、どのような使用のされ方をし
た場合でも、当該電源装置内の二次電池の過放電を防止
し、かつ、専用充電装置以外の充電装置で充電された場
合においても、当該電源装置内の二次電池の過充電を防
止することができる。In particular, in the detachable and rechargeable power supply device according to the present invention, in any device, no matter how it is used, it prevents overdischarge of the secondary battery in the power supply device, and Also, even when the battery is charged by a charging device other than the dedicated charging device, overcharge of the secondary battery in the power supply device can be prevented.
［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、非常に簡単な構
成で、通常の二次電池と全く同じように使用でき、しか
も、正常な放電条件を越えて電池が過放電される以前に
電源装置の放電回路を遮断して電池を過放電から保護
し、かつ、正常な充電条件を越えて電池が過充電される
以前に、電源装置の充電回路を遮断して電池を過充電か
ら保護することができて、過放電および過充電による危
険や特性の劣化の虞をなくすることができる。[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, with a very simple configuration, it can be used in the same manner as a normal secondary battery, and the battery is overdischarged beyond normal discharge conditions. Before the battery is over-discharged by shutting off the discharge circuit of the power supply, and before the battery is overcharged beyond normal charging conditions, the charge circuit of the power supply is shut off and the battery is overcharged. It is possible to protect the battery from charging, and it is possible to eliminate danger and deterioration of characteristics due to overdischarging and overcharging.
第１図は本発明の基本的構成を示すブロック図、 第２図は本発明の一実施例の回路図、 第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は制御手段の出
力パターンの例を示す図である。 １…負荷または充電器、２…電源装置、３…電池、４…
スイッチ手段、５…制御手段、６…正極端子、７…負極
端子、41,42…MOS FET、41A,42A…寄生ダイオード。FIG. 1 is a block diagram showing a basic configuration of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of an embodiment of the present invention, and FIGS. 3 (a), (b), (c) and (d) are control means. FIG. 6 is a diagram showing an example of the output pattern of FIG. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Load or charger, 2 ... Power supply device, 3 ... Battery, 4 ...
Switch means, 5 ... control means, 6 ... positive terminal, 7 ... negative terminal, 41,42 ... MOS FET, 41A, 42A ... parasitic diode.
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02J 7/00 - 7/31 H01M 10/44Continuation of front page (58) Field surveyed (Int.Cl.6 , DB name) H02J 7/00-7/31 H01M 10/44
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