JP5974500B2

JP5974500B2 - 保護機能付き充電制御装置および電池パック

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Publication number: JP5974500B2
Application number: JP2012013393A
Authority: JP
Inventors: 順司竹下; 鈴木　大介; 大介鈴木; 源太郎黒川
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-01-25
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2032-01-25
Also published as: JP2013153613A; US9225182B2; CN103227482B; KR20130086562A; CN103227482A; US20130200847A1

Description

本発明は、過充電や過放電などに対する保護機能を備えた二次電池の充電制御装置に関し、例えばリチウムイオン電池パックに内蔵される充電制御装置および充電制御用半導体集積回路に利用して有効な技術に関する。

リチウムイオン電池などの二次電池にあっては、過充電や過放電が発生すると電池寿命が低下するため、従来、携帯電話機などの二次電池においては、電池セルとともに過充電や過放電などに対する保護機能を備えた保護用半導体集積回路（以下、保護ＩＣ）を１つの容器に内蔵した電池パックとして構成することが行われている。

そして、上記のような電池パックを使用する場合、本体機器側に、ＡＣアダプタなどの直流電源（充電用電源）からの電圧により二次電池を充電するための充電制御用半導体集積回路（以下、充電制御ＩＣ）を設けている。このように、保護ＩＣと充電制御ＩＣとから構成した充電制御装置に関する発明としては、例えば特許文献１に開示されているものがある。また、電池パックに、保護ＩＣと充電制御ＩＣを内蔵するようにした発明も提案されている（特許文献２）。

特開２０００−９２７３５号公報（特許第４００３３１１号）特開２００４−２９６１６５号公報

図５に、保護ＩＣを内蔵した従来の電池パックと、該電池パックに対して充電を行う充電制御ＩＣとを備えた充電制御装置の構成例が示されている。
図５の電池パック１００には、過充電や過放電などに対する保護機能を備えた保護ＩＣ１１’の他、充電用電源（ＡＣアダプタ）が接続される端子Ｐ−と二次電池２０の負極側の端子Ｂ−との間に、充電制御用ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）１３と放電制御用ＦＥＴ１４とが直列形態に設けられており、保護ＩＣ１１’は、充電開始後電池電圧が所定の電圧（リチウムイオン電池の場合、約４．２７５Ｖ）以上になると充電制御用ＦＥＴ１３をオフ状態にするようにしている。

また、保護ＩＣ１１’は、過放電状態（リチウムイオン電池の場合、約２．３Ｖ以下）を検出すると放電制御用ＦＥＴ１４をオフ状態にすることで、二次電池を過放電から保護するようにしている。なお、このとき、充電を可能とするため充電制御用ＦＥＴ１３はオン状態とされる。
一方、充電制御ＩＣ３０は、充電用トランジスタ３１と、電圧入力端子Ｖ＋の電圧を監視してＡＣアダプタが接続されているか否か検出するためのコンパレータ３２とを備え、ＡＣアダプタが接続されたことを検出すると充電用トランジスタ３１をオンさせて、電池パック２０に対する充電を開始する。また、充電制御中は外付けのＬＥＤを点灯させて、充電中であることを報知する。
なお、特許文献１に記載されているように、充電開始後、電池電圧が所定の電圧（リチウムイオン電池の場合、約４．２Ｖ）になった場合に、保護ＩＣ１１’から充電制御ＩＣ３０へ信号を送り、充電制御ＩＣ３０が定電流充電から定電圧充電へ制御を切り替えるようにしているものもある。

ところで、従来は一般に、保護ＩＣ１１’が電池の過放電を検出して放電制御用ＦＥＴ１４をオフにしている状態で、充電装置に充電用電源（ＡＣアダプタ）が接続された場合、予備充電で二次電池の電圧が回復するまで（リチウムイオン電池の場合、約２．３Ｖに戻るまで）は放電制御用ＦＥＴ１４がオフされており、その間は放電制御用ＦＥＴ１４のソース・ドレイン間に寄生する基体ダイオード１４ｄを通して電流が流されて充電が行われている。しかるに、このような制御の場合、放電制御用ＦＥＴ１４の基体ダイオード１４ｄのオン抵抗は、ＦＥＴのチャンネルのオン抵抗に比べて大きいため、充電開始初期に電力ロス（発熱）が発生するという課題がある。

また、リチウムイオン電池は、電池電圧が深放電領域（例えば、約１．０Ｖ以下）に達すると、金属リチウムの析出によって内部短絡を起こしてしまうことがあるため、このような状態（深放電状態）で二次電池を充電した場合には、二次電池が損傷してしまうおそれがある。そこで、充電制御ＩＣには、深放電状態の二次電池に対しては充電を行わないようにする機能が求められる。

しかしながら、放電制御用ＦＥＴ１４がオフ状態にされている電池パックは、外部から素電池の電圧を見ることができない。そのため、充電制御ＩＣは、二次電池が深放電状態にあるのか、深放電状態に至る前の過放電状態にあるのかを直接知ることができない。
そこで、充電制御ＩＣ３０には、電池が正常か異常かを判定しながら徐々に充電する電池起こし、救済充電、強制充電などと呼ばれる機能（本充電前の充電フロー）を組み込んでいるものが多い。しかしながら、かかる充電フローによる充電は、二次電池が放電状態にあっても充電電開始初期は小さな電流しか流さないため非常に時間がかかるとともに、フローが複雑であるため、ＩＣの規模が増大しコストアップを招くという課題がある。

この発明は上記のような背景の下になされたもので、その目的とするところは、充電フローに本充電前の充電フローを組み込むことなく深放電状態にある二次電池に対して充電を行わない機能を有し比較的短時間に急速充電を開始することができる充電制御装置および充電制御用半導体集積回路を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、放電状態の二次電池に対する充電開始初期に電力ロス（発熱）が発生するのを回避することができる充電制御装置および充電制御用半導体集積回路を提供することにある。

上記目的を達成するため、この発明は、
二次電池へ充電電流を流すための充電用トランジスタと、
充電用電源が接続されたことを検出した場合に、前記充電用トランジスタが充電電流を流すように制御する充電制御回路と、
前記二次電池の一方の端子と外部端子との間に直列形態に接続された第１制御用スイッチ素子および第２制御用スイッチ素子と、
前記二次電池が過放電状態となった場合に前記第１制御用スイッチ素子をオフさせて放電電流が流れないようにし、前記二次電池が深放電状態となった場合に前記第２制御用スイッチ素子をオフさせて充電電流が流れ込まないようにする保護回路と、
を備えた充電制御装置であって、
前記保護回路は、前記二次電池が深放電状態となった場合に前記充電制御回路へ充電禁止信号を送信し、前記充電制御回路は、前記充電禁止信号を受信している間は充電用電源が接続されたことを検出しても前記充電用トランジスタをオフ状態にして充電電流を流さないように構成した。

上記した手段によれば、充電制御回路は保護回路からの充電禁止信号を受信していなければ充電用電源が接続されたことを検出すると充電用トランジスタをオン状態にして充電電流を流すことができるので、深放電状態にある二次電池に対する充電を禁止する機能を保護回路が有する場合にも、電池が正常か異常かを判定しながら徐々に充電する本充電前の充電フローを充電制御装置に組み込むことなく、充電を開始することができるようになる。

また、望ましくは、前記充電制御回路は、定電流による充電制御と定電圧による充電制御とが可能であり、前記充電禁止信号を受信していない状態で、充電用電源が接続されたことを検出した場合には、定電流による充電制御を開始し、前記二次電池の電圧が所定電位以上になると定電圧による充電制御に切り替えるように構成する。
これにより、充電制御回路は二次電池が深放電状態でなければ直ちに充電を開始することができ、トータルの充電所要時間を短縮できるとともに、二次電池が深放電状態であれば充電を開始しないので深放電状態の二次電池の劣化を回避することができるようになる。

さらに、望ましくは、前記充電制御回路は、充電用電源が接続されたことを検出した場合に前記保護回路へ接続検出信号を送信し、前記保護回路は、前記二次電池が過放電状態となっていても前記接続検出信号を受信した場合に前記第１制御用スイッチ素子をオン状態にさせるように構成する。
これにより、第１制御用スイッチ素子がオフ状態で、該素子に寄生する基体ダイオードを通して充電電流が流れる期間を無くすことができ、充電開始直後に電力ロスが発生するのを回避することができるようになる。

また、望ましくは、前記充電制御回路と前記保護回路は、１つの半導体チップ上に半導体集積回路として形成する。
これにより、充電制御装置と電池セルとを１つの容器に収納して電池パックとして構成することが容易となる。また、充電制御回路と保護回路との間で充電禁止信号や接続検出信号を送受信する場合に、専用の外部端子を設ける必要がないので、充電制御装置の高機能化に伴う外部端子数の増加を回避することができるようになる。

さらに、望ましくは、上記のような構成を有する充電制御装置と、該充電制御装置に接続された電池セルとを１つの容器に収納した電池パックとして構成する。
かかる電池パックによれば、電池が正常か異常かを判定しながら徐々に充電する電池起こし、救済充電、強制充電などと呼ばれる本充電前の充電フローを組み込むことなく充電を開始することができるとともに、容器内に充電制御回路が設けられているため非接触充電が可能となる。また、充電制御装置がサーミスタを備え異常温度を検出した場合に充電を停止する機能を有する場合に、電池パックにサーミスタの状態を示す信号を出力するための端子を設ける必要がないため端子数を減らすことができるようになる。

本発明によると、放電状態の二次電池に対する充電開始初期に電力ロス（発熱）が発生するのを回避することができる充電制御装置（充電制御用半導体集積回路）を実現することができる。
また、本充電前の充電フローを組み込むことなく深放電状態にある二次電池に対して充電を行わない機能を有し比較的短時間に急速充電を開始することができる充電制御装置や充電制御用半導体集積回路を実現することができるという効果がある。

本発明に係る充電制御用ＩＣを内蔵した電池パックの一実施形態を示す回路構成図である。本発明の実施形態の充電制御用ＩＣの動作を説明するためのタイミングチャートである。本発明の実施形態の充電制御用ＩＣの第１の変形例を示す回路構成図である。本発明の実施形態の充電制御用ＩＣの第２の変形例を示す回路構成図である。充電制御ＩＣと保護ＩＣを備えた従来タイプの電池パックの構成例を示す回路図である。充電制御ＩＣと保護ＩＣを備えた従来タイプの電池パックの動作を説明するためのタイミングチャートである。充電制御ＩＣと保護ＩＣを備えた従来タイプの充電制御装置における充電制御ＩＣと保護ＩＣによる充電／保護のための検出電圧の関係を示す説明図である。充電制御装置を構成する充電制御ＩＣの具体例を示す回路図である。充電制御装置を構成する保護ＩＣの具体例を示す回路図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を適用した充電制御装置を内蔵した電池パックの一実施形態を示す。なお、特に限定されるわけではないが、図１において一点鎖線で囲まれている部分の回路を構成する素子は、１個の半導体チップ上に形成され、半導体集積回路（保護機能付き充電制御用ＩＣ）１０として構成される。

この実施形態における電池パック１００は、保護機能付き充電制御用ＩＣ１０と、リチウムイオン電池のような二次電池（以下、電池セル）２０と、温度検出用のサーミスタ４０と、充電中であることを報知するＬＥＤ５０を備えている。
保護機能付き充電制御用ＩＣ１０は、過充電や過放電などに対する保護機能を備えた保護ブロック１１と、電池パック１００の電圧入力端子ＶＩＮと電池セル２０の正極側端子Ｂ＋との間に接続されたＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型電界効果トランジスタ）からなる充電用トランジスタ３１と、該充電用トランジスタ３１を制御する充電制御ブロック３０と、電池セル２０の負極側端子Ｂ−と電池パック１００の負極側端子Ｐ−との間に直列形態に設けられ、保護ブロック１１によって制御されるＮチャネル形ＭＯＳＦＥＴからなる充電制御用ＦＥＴ１３と放電制御用ＦＥＴ１４とを有する。

上記充電制御ブロック３０は、電圧入力端子ＶＩＮに充電用電源（ＡＣアダプタ）が接続されているか否か検出するためのコンパレータ３２を備え、該コンパレータ３２が、ＡＣアダプタが接続されたことを検出すると充電用トランジスタ３１をオンさせて、電池セル２０に対する充電を開始する。コンパレータ３２は、電池パック１００の電圧入力端子ＶＩＮの電圧もしくはそれを分圧した電圧と基準電圧Ｖrefとを比較してＡＣアダプタが接続されているか検出する。

また、充電制御ブロック３０は、充電用トランジスタ３１と直列に設けられた電流検出用のセンス抵抗Ｒｓの端子間電圧を監視しながら定電流で電池セル２０を充電したり、電池セル２０の端子Ｂ＋の電圧が入力される端子ＢＡＴの電圧を監視して定電圧で電池セル２０を充電したりする機能を有する。
具体的には、充電制御ブロック３０は、充電用トランジスタ３１を制御して、リチウムイオン電池の場合、充電開始直後は０．１Ｃ（急速充電時の１０％）の電流値で予備充電を開始して電池電圧が２．９Ｖになると定電流充電（急速充電）に切り替え、さらに電池電圧が４．２Ｖになると定電圧充電に切り替えて充電を継続する。そして、充電完了状態（例えば充電電流が所定値以下となったこと）を検出すると、充電用トランジスタ３１をオフさせて充電を終了する。

さらに、充電制御ブロック３０は、サーミスタ４０にバイアスを与えて温度を検出して異常温度であると判定すると充電を中止する機能や、端子ＢＡＴの電圧に基づいて過電圧状態を検出すると充電を中止する機能を有する。また、充電制御ブロック３０は、センス抵抗Ｒｓが接続される端子ＩＳＮＳの電圧を監視して過充電電流を検出すると充電を中止する機能、充電制御中は外付けのＬＥＤ５０を点灯させて充電中であることを報知する機能なども有する。
また、本実施形態の電池パック１００には、ＡＣアダプタが接続されているか否か検出する上記コンパレータ３２の検出信号ＤＴ１を、充電制御ブロック３０から保護ブロック１１へ伝送するための伝送線Ｌ１が設けられている。

次に、上記保護ブロック１１の機能について説明する。
保護ブロック１１は、充電制御用ＦＥＴ１３をオンさせて充電を開始した後、電池電圧が所定の電圧（リチウムイオン電池の場合、約４．２７５Ｖ）以上になると充電制御用ＦＥＴ１３をオフ状態にさせることで電池を保護する過充電保護機能と、電池パックに負荷が接続されて電池セル２０が放電を開始した後に過放電状態（リチウムイオン電池の場合、約２．３Ｖ以下）を検出すると放電制御用ＦＥＴ１４をオフ状態にさせることで電池を保護する過放電保護機能を備えている。

また、保護ブロック１１は、電池が深放電状態（例えば、約１．０Ｖ以下）になったことを検出すると放電制御用ＦＥＴ１４と充電制御用ＦＥＴ１３とを共にオフ状態にして放電はもちろん充電も禁止する深放電保護機能と、電池が深放電状態になったことを検出すると充電制御ブロック３０に対して充電禁止信号ＣＳを送信する機能も備えている。なお、保護ブロック１１は、単なる過放電状態の場合には、放電制御用ＦＥＴ１４をオフし、充電制御用ＦＥＴ１３をオン状態に制御する。

一方、この実施形態の充電制御ブロック３０は、保護ブロック１１からの充電禁止信号ＣＳを受信すると、充電禁止信号ＣＳが充電を禁止している間は充電用トランジスタ３１をオフ状態に制御するように構成されている。これにより、充電制御用ＩＣ１０は、電池が正常か異常かを判定しながら徐々に充電する救済充電もしくは強制充電と呼ばれる機能（本充電前の充電フロー）を組み込む必要がなく、本充電前の充電フローによる充電が必要ないため、充電開始後すぐに定電流充電による急速充電を実行することができ、充電所要時間を短縮できるとともに、本充電前の充電フローを組み込んだものに比べＩＣのコストを低減することができる。

なお、充電禁止信号ＣＳが充電を禁止している状態はハイレベルでもロウレベルでも良い。充電禁止信号ＣＳが充電を禁止している状態（ハイレベルまたはロウレベル）にある場合を、充電制御ブロックは充電禁止信号ＣＳを受信している状態と定義し、充電禁止信号ＣＳが充電を禁止していない状態（ロウレベルまたはハイレベル）にある場合を、充電制御ブロックは充電禁止信号ＣＳを受信していない状態と定義するものとする。

ところで、図５に示す従来の電池パックの保護ＩＣ１１’は、電池の過放電を検出して放電制御用ＦＥＴ１４をオフにしている状態で、充電制御装置に充電用電源（ＡＣアダプタ）が接続された場合、予備充電で二次電池の電圧が回復するまで（リチウムイオン電池の場合、約２．３Ｖに戻るまで）の間、放電制御用ＦＥＴ１４をオフさせている。そのため、放電制御用ＦＥＴ１４がオフの間は、該ＦＥＴ１４のソース・ドレイン間に寄生する基体ダイオード１４ｄを通して電流が流されて充電が行われる。
そして、図６に示すように、予備充電で二次電池の電圧が回復した時点（リチウムイオン電池の場合、約２．３Ｖに達したタイミングｔ２）で、放電制御用ＦＥＴ１４がオンされ、その後は２．９Ｖに達したタイミングｔ３で定電流充電による急速充電が開始され、４．２Ｖに達したタイミングｔ４で定電圧充電に切り替えて充電を行っている。

これに対し、本実施形態の電池パックにおいては、充電制御ブロック３０に設けられたＡＣアダプタが接続されているか否か検出するためのコンパレータ３２の検出信号ＤＴ１を保護ブロック１１へ伝送するための伝送線Ｌ１が設けられている。そして、保護ブロック１１がＡＣアダプタの接続検出信号ＤＴ１を受けると、図２に示すように、接続検出タイミングｔ１で放電制御用ＦＥＴ１４をオンさせるようになっている。このような制御をしたい場合、放電制御用ＦＥＴ１４のゲート制御信号は、例えば図５の保護ＩＣ１１’から出力される制御信号DOUTと上記接続検出信号ＤＴ１との論理和をとるＯＲゲートを本実施形態の保護ブロック１１に設けて、該ＯＲゲートの出力を放電制御用ＦＥＴ１４のゲート制御信号DOUTとすることで、容易に生成することができる。

図５に示す従来の電池パックでは、図６のｔ１−ｔ２の期間は放電制御用ＦＥＴ１４のソース・ドレイン間に寄生する基体ダイオード１４ｄを通して電流が流れて充電が行われるため、電力ロスが大きくなっていた。
これに対し、本実施形態の電池パックにおいては、図２に示すように、ＡＣアダプタが接続されたタイミングｔ１で保護ブロック１１により放電制御用ＦＥＴ１４がオンされ、該ＦＥＴのチャンネルを通して電流が流れて充電が行われるため、充電開始直後の電力ロスを減らすことができる。

なお、図２（Ｂ）と図６（Ｂ）に示す電圧変化の特性線において、実線は保護ＩＣが監視する電池セルの電圧（Ｂ＋／Ｂ−）、破線は充電制御ＩＣ３０が監視する電池電圧（Ｐ＋／Ｐ−）である。また、図６（Ｂ）に示す両者の差電圧ＶＦは、基体ダイオード１４ｄの順方向電圧に相当する。従来の電池パック（図５）では、セルの電圧（Ｂ＋／Ｂ−）が２．３Ｖになった時点（図６のタイミングｔ２）で放電制御用ＦＥＴ１４がオンされるため、その後に充電制御ＩＣ３０が監視する電池電圧（Ｐ＋／Ｐ−）はセル電圧（Ｂ＋／Ｂ−）と一致する。
一方、本実施形態の電池パックにおいては、ＡＣアダプタが接続された時点（図２のタイミングｔ１）で放電制御用ＦＥＴ１４がオンされるため、ｔ１の直後から充電制御ブロック３０が監視する電池電圧（Ｐ＋／Ｐ−）はセル電圧（Ｂ＋／Ｂ−）と一致することとなる。

図８は、図５に示す充電制御装置を構成する充電制御ＩＣ３０として設計した具体的な回路例を示す。
図８の充電制御ＩＣ３０には、充電用トランジスタ３１、ＡＣアダプタからの電圧が入力される入力端子ＩＮの電圧と基準電圧源３５からの基準電圧Ｖrefとを比較してアダプタの接続を検出するためのコンパレータ３２が設けられている。また、電池セルの端子が接続される端子ＢＡＴの電圧と電源電圧を抵抗分圧した電圧とを比較して充電用トランジスタ３１のゲート電圧を制御する電圧を生成する定電圧充電制御用コンパレータ３６、電流センス抵抗が接続される端子ＩＳＮＳの電圧と電源電圧を抵抗分圧した電圧とを比較して充電用トランジスタ３１のゲート電圧を制御する電圧を生成する定電流充電制御用コンパレータ３７が設けられている。

さらに、図８の充電制御ＩＣ３０には、端子ＢＡＴの電圧を監視して過電圧を検出するコンパレータ３８ａ、再充電を検出するコンパレータ３８ｂ、急速充電開始を検出するコンパレータ３８ｃ、充電開始を検出するコンパレータ３８ｄ、充電完了を検出するコンパレータ３８ｅおよびこれらのコンパレータの出力に基づいて充電用トランジスタ３１を制御する充電制御回路３９、発振器ＯＳＣ、タイマＴＭＲ等が設けられている。
上記実施例（図１）において、充電制御ブロック３０として図８の充電制御ＩＣの回路構成を応用することができ、その場合、充電制御ブロック３０から保護ブロック１１へ送信するアダプタ接続検出信号ＤＴ１は、図８の充電制御ＩＣ３０内のノードＮ１から取り出すことができる。

図９は、図５に示す充電制御装置を構成する保護ＩＣとして設計した具体的な回路例を示す。
図９の保護ＩＣ１１’には、充電用トランジスタ３１、電池セルの電圧が印加される電源端子ＶＣＣの電圧を抵抗分圧した電圧と基準電圧Ｖref1とを比較して電池セルの過充電状態を検出するためのコンパレータ１５ａと、電池セルの過放電状態を検出するためのコンパレータ１５ｂとが設けられている。

また、電源端子ＶＣＣの電圧を抵抗分圧した電圧と基準電圧Ｖref1とを比較して過放電電流状態を検出するコンパレータ１６ａ、短絡状態を検出するコンパレータ１６ｂ、過充電電流状態を検出するコンパレータ１６ｃおよびこれらのコンパレータの出力に基づいて充電制御用ＦＥＴ１３や放電制御用ＦＥＴ１４の制御信号を生成するロジック＆タイマ回路１７、生成された制御信号を端子ＤＯＵＴ，ＣＯＵＴへ出力するバッファ回路１８ａ，１８ｂ、発振器ＯＳＣ、レベルシフト回路１９等が設けられている。
上記実施例（図１）において、保護ブロック１１として図９の保護ＩＣの回路構成を応用することができ、その場合、保護ブロック１１から充電制御ブロック３０へ送信する充電禁止信号ＣＳは、図９の保護ＩＣ１１’内のノードＮ２から取り出すことができる。

本実施形態においては、充電制御回路としての充電制御ブロック３０と保護回路としての保護ブロック１１が、１つの半導体チップ上に半導体集積回路として形成されているため、充電制御装置と電池セルとを１つの容器に収納して電池パックとして構成することが容易となる。また、充電制御回路と保護回路との間で充電禁止信号や接続検出信号を送受信する場合に、専用の外部端子を設ける必要がないので、充電制御装置の高機能化に伴う外部端子数の増加を回避することができる。

また、本実施形態の電池パックによれば、電池が正常か異常かを判定しながら徐々に充電する救済充電もしくは強制充電と呼ばれる本充電前の充電フローを組み込むことなく充電を開始することができるとともに、容器内に充電制御回路が設けられているため非接触充電が可能となる。
さらに、保護ＩＣと電池セルとを容器に収納した従来の電池パックにあっては、サーミスタを備え異常温度を検出した場合に充電制御装置が充電を停止する機能を有する場合に、電池パックにサーミスタの状態を示す信号を出力するための端子を設ける必要があったが、本実施形態の電池パックにあっては、充電制御回路が内蔵されているため、サーミスタの状態を示す信号を出力するための端子が不要となり、パックの端子数を減らすことができるという利点がある。

図３には、本実施形態における電池パック１００の第１の変形例が示されている。図１の実施例の電池パック１００は、電池セル２０の負極端子Ｂ−側にＰチャネル形ＭＯＳＦＥＴからなる充電制御用ＦＥＴ１３と放電制御用ＦＥＴ１４を設けて保護ブロック１１により制御するロウサイド制御方式を適用したものである。これに対し、図３の変形例の電池パック１００は、電池セル２０の正極端子Ｂ＋側に充電制御用ＦＥＴ１３と放電制御用ＦＥＴ１４を設けて電池保護ブロック１１により制御するハイサイド制御方式を適用したものである。充電制御用ＦＥＴ１３と放電制御用ＦＥＴ１４はＮチャネル形ＭＯＳＦＥＴにより構成することも可能である。
この変形例においても、ＡＣアダプタが接続されたことを示す検出信号ＤＴ１が充電制御ブロック３０から保護ブロック１１へ送信されるとともに、充電禁止を示す信号ＣＳが保護ブロック１１から充電制御ブロック３０へ送信されるように構成されている。

また、図３の変形例においては、充電制御ブロック３０が監視する電圧を、電池セル２０の正極側端子Ｂ＋の近傍から取り出している。これにより、充電制御用ＦＥＴ１３や放電制御用ＦＥＴ１４のインピーダンスによってモニタ電圧が低下して、充電開始後充電終了までの充電所要時間が長くなるのを回避することができる。
また、図３の変形例においては、センス抵抗Ｒｓを設ける代わりに、充電制御ブロック３０内に充電用トランジスタ３１とカレントミラー接続されたトランジスタを設け、充電用トランジスタ３１に流れる充電電流に比例した電流をカレントミラー回路に流してその電流値を検出することで電流制御を行うように構成されている。
なお、保護ブロック１１と充電制御ブロック３０の機能は、図１の実施例のものと同じであるので、重複した説明は省略する。

図４には、本実施形態における電池パック１００の第２の変形例が示されている。図１の実施例の電池パック１００は、充電制御ブロック３０がリニア制御方式で充電用トランジスタ３１を制御するようにしている。これに対し、図４の変形例の電池パック１００は、充電用トランジスタ３１と直列にインダクタ（コイル）３３を接続するとともに、充電用トランジスタ３１とインダクタ３３との接続ノードと接地点との間に同期整流用のトランジスタ（ＦＥＴ）３４を設けて、充電用トランジスタ３１と同期整流用のトランジスタ３４を交互にオンさせて充電電流を流すスイッチングレギュレータ方式の充電制御装置として構成したものである。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば前記実施形態では、保護ブロック１１と充電制御ブロック３０および充電制御用ＦＥＴ１３や放電制御用ＦＥＴ１４、充電用トランジスタ３１を１つの半導体チップ上に形成して全体を半導体集積回路として構成したものを示したが、保護ブロック１１と充電制御ブロック３０は別々の半導体集積回路として構成しても良い。また、充電制御用ＦＥＴ１３や放電制御用ＦＥＴ１４、充電用トランジスタ３１、センス抵抗Ｒｓも、オンチップの素子でなく外付けの素子で構成しても良い。

さらに、前記実施形態の電池パック１００は、充電制御ブロック３０と充電用トランジスタ３１を内蔵しており単独で充電可能であるので、パックの端子ＶＩＮ，Ｐ−に非接触充電モジュールを結合して非接触方式で充電を行うシステムとして構成するようにしても良い。
また、前記実施形態では、充電制御ブロック３０によって制御される充電用トランジスタ３１としてＦＥＴを使用しているが、このトランジスタはバイポーラトランジスタであってもよい。

１０充電制御ＩＣ
１１保護ブロック（保護回路）
１３充電制御用ＦＥＴ（第２制御用スイッチ素子）
１４放電制御用ＦＥＴ（第１制御用スイッチ素子）
２０電池セル
３０充電制御ブロック（充電制御回路）
３１充電用トランジスタ
１００電池パック

Claims

二次電池へ充電電流を流すための充電用トランジスタと、
充電用電源が接続されたことを検出した場合に、前記充電用トランジスタが充電電流を流すように制御する充電制御回路と、
前記二次電池の一方の端子と外部端子との間に直列形態に接続された第１制御用スイッチ素子および第２制御用スイッチ素子と、
前記二次電池が過放電状態となった場合に前記第１制御用スイッチ素子をオフさせて放電電流が流れないようにし、前記二次電池が深放電状態となった場合に前記第２制御用スイッチ素子をオフさせて充電電流が流れ込まないようにする保護回路と、
を備えた充電制御装置であって、
前記保護回路は、前記二次電池が深放電状態となった場合に前記充電制御回路へ充電禁止信号を送信し、前記充電制御回路は、前記充電禁止信号を受信している間は充電用電源が接続されたことを検出しても前記充電用トランジスタをオフ状態にして充電電流を流さないようにされ、
前記充電制御回路は、
前記充電用トランジスタを制御して定電流による充電制御と定電圧による充電制御とを実行可能であり、
前記充電禁止信号を受信していない状態で、充電用電源が接続されたことを検出した場合には、定電流による充電制御を開始し、前記二次電池の電圧が所定電位以上になると定電圧による充電制御に切り替え、
充電用電源が接続されたことを検出した場合に前記保護回路へ接続検出信号を送信し、
前記保護回路は、前記二次電池が過放電状態となっていても前記接続検出信号を受信した場合に前記第１制御用スイッチ素子をオン状態にさせるように構成されていることを特徴とする保護機能付き充電制御装置。
前記充電制御回路と前記保護回路は、１つの半導体チップ上に半導体集積回路として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の保護機能付き充電制御装置。
請求項１または２に記載の充電制御装置と、該充電制御装置に接続された二次電池とが１つの容器に収納され、
前記容器には、充電用正極外部端子と放電用正極外部端子と負極外部端子とが設けられ、
前記充電用正極外部端子は前記充電用トランジスタを介して前記二次電池の正極端子に接続され、前記放電用正極外部端子は前記充電用トランジスタを介さずに前記二次電池の正極端子に接続されており、
前記外部端子は、前記充電用正極外部端子または負極外部端子であることを特徴とする電池パック。