特許 6551361 二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6551361

(24)【登録日】2019年7月12日

(45)【発行日】2019年7月31日

(54)【発明の名称】二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20190722BHJP

   H02H 7/18 20060101ALI20190722BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 S

   H02H7/18

【請求項の数】6

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-205788(P2016-205788)

(22)【出願日】2016年10月20日

(62)【分割の表示】特願2015-197219(P2015-197219)の分割

【原出願日】2015年10月2日

(65)【公開番号】特開2017-70204(P2017-70204A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年9月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】窪田 真伍

【審査官】 猪瀬 隆広

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２２０４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５７４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５５７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８７４３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０１９３８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６８３２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３２５３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００４６３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０３４１６３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００− ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４− ７／３６

Ｈ０２Ｈ ７／００； ７／１０− ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

二次電池の負極と、負荷の低電位側電源ノードに接続されるマイナス端子との間の充放電電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路を制御することによって前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記二次電池の正極に接続される電源端子と、
前記二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
前記マイナス端子に接続される入力端子と、
制御信号が入力される制御端子と、
前記制御端子と前記グランド端子との間に接続されたプルダウン抵抗と、
前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧を監視する電圧監視回路と、
前記制御端子の電位と前記入力端子の電位とを比較する電位比較回路と、
前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧が所定の第１の閾値よりも高いことが前記電圧監視回路により検出された場合、前記スイッチ回路に含まれる放電制御トランジスタをオフすることによって前記二次電池の放電を禁止する制御回路とを備え、
放電が停止すると、前記正極から、前記負荷、前記低電位側電源ノードをアノードとする寄生ダイオード、前記制御端子、前記プルダウン抵抗を介して、前記グランド端子の方向に寄生電流の経路が生成され、
前記制御回路は、前記寄生電流が流れることにより前記制御端子の電位が前記入力端子の電位よりも低くなることが前記電位比較回路により検出された場合、前記放電制御トランジスタをオンすることによって前記二次電池の放電を許可する、二次電池保護集積回路。

【請求項2】

前記制御回路は、前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧が前記第１の閾値以下の所定の第２の閾値よりも低いことが前記電圧監視回路により検出された場合、前記放電制御トランジスタをオンすることによって前記二次電池の放電を許可する、請求項１に記載の二次電池保護集積回路。

【請求項3】

前記制御回路は、前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧が前記第１の閾値よりも高いことが前記電圧監視回路により検出された場合、前記スイッチ回路に含まれる充電制御トランジスタをオフすることによって前記二次電池の充電を禁止し、前記寄生電流がながれることにより前記制御端子の電位が前記入力端子の電位よりも低くなることが前記電位比較回路により検出された場合、前記充電制御トランジスタをオンすることによって前記二次電池の充電を許可する、請求項１又は２に記載の二次電池保護集積回路。

【請求項4】

前記制御回路は、前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧が前記第１の閾値以下の所定の第２の閾値よりも低いことが前記電圧監視回路により検出された場合、前記スイッチ回路に含まれる充電制御トランジスタをオンすることによって前記二次電池の充電を許可する、請求項２又は３に記載の二次電池保護集積回路。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一項に記載の二次電池保護集積回路と、前記スイッチ回路とを備える、二次電池保護装置。

【請求項6】

請求項５に記載の二次電池保護装置と、前記二次電池とを備える、電池パック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、二次電池保護集積回路、二次電池保護装置及び電池パックに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、二次電池の負極と、負荷のグランドに接続されるマイナス端子との間の充放電電流経路に挿入される放電ＦＥＴをオフすることによって、前記二次電池を保護する回路が知られている（例えば、特許文献１を参照）。この回路は、制御信号が入力される端子を備え、当該端子に制御信号が入力されると、自身をパワーダウン状態にするとともに前記放電ＦＥＴをオフすることによって、前記二次電池の電力消費を抑制するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−２５７４０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図１は、制御信号が入力される制御端子ＣＮＴを備える二次電池保護集積回路４２０の構成の一例を示す図である。二次電池保護集積回路４２０は、過放電等の異常状態が検出された場合、放電制御トランジスタ３１２をオフすることによって、二次電池５００を過放電等の異常状態から保護する回路の一例である。放電制御トランジスタ３１２及び充電制御トランジスタ３１１は、二次電池５００の負極５０２と、電子機器４３０のグランドに接続されるマイナス端子Ｐ−との間の充放電電流経路に直列に挿入されている。また、電子機器４３０は、抵抗分４５２を有する負荷の一例である。二次電池保護集積回路４２０、二次電池５００、放電制御トランジスタ３１２及び充電制御トランジスタ３１１は、電池パック４００に内蔵されている。電池パック４００は、充放電禁止スイッチ５１０を介して接続される電子機器４３０に電力を供給する。

【0005】

制御端子ＣＮＴには、充放電禁止スイッチ５１０のオン状態又はオフ状態に応じて電圧値が変化する制御信号が入力される。充放電禁止スイッチ５１０がオンすると、制御端子ＣＮＴの電圧は、上昇する。制御端子ＣＮＴの電圧が所定の充放電禁止モード検出閾値を超えたことが検出回路３７０により検出された場合、制御回路３９８は、放電制御トランジスタ３１２及び充電制御トランジスタ３１１をオフする。これにより、二次電池５００の充放電が禁止される。一方、充放電禁止スイッチ５１０がオフすると、制御端子ＣＮＴの電圧は、低下する。制御端子ＣＮＴの電圧が所定の充放電禁止モード復帰閾値以下であることが検出回路３７０により検出された場合、制御回路３９８は、放電制御トランジスタ３１２及び充電制御トランジスタ３１１をオンする。これにより、二次電池５００の充放電が許可される。

【0006】

しかしながら、プルダウン抵抗３７３が、制御端子ＣＮＴとグランド端子ＶＳＳとの間に挿入され、且つ、ダイオード４５１が、制御端子ＣＮＴとマイナス端子Ｐ−との間に寄生している又は静電気対策用に挿入されている場合がある。この場合、放電制御トランジスタ３１２のオフにより二次電池５００の放電が禁止されている状態（放電禁止状態）であっても、二次電池５００からの放電電流４３７が、正極５０１、抵抗分４５２、ダイオード４５１、制御端子ＣＮＴ、プルダウン抵抗３７３、グランド端子ＶＳＳ、負極５０２の経路で流れてしまう。

【0007】

プルダウン抵抗３７３の抵抗値を高くすることで、放電禁止状態での放電電流４３７の増加を抑制することができる。ところが、プルダウン抵抗３７３の抵抗値を高くすると、制御端子ＣＮＴの電圧が放電電流４３７により持ち上がるため、充放電禁止スイッチ５１０がオフされても、放電禁止状態から復帰できないことがある。つまり、制御端子ＣＮＴの電圧の持ち上がりによって、制御端子ＣＮＴの電圧が充放電禁止モード復帰閾値以下であると検出回路３７０により検出されない結果、制御回路３９８は、放電制御トランジスタ３１２及び充電制御トランジスタ３１１をオフ状態からオン状態に切り替えできないことがある。

【0008】

そこで、本発明は、制御端子とマイナス端子との間にダイオードが存在しても、放電禁止状態からの復帰を可能にすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

一つの案では、
二次電池の負極と、負荷の低電位側電源ノードに接続されるマイナス端子との間の充放電電流経路に直列に挿入されるスイッチ回路を制御することによって前記二次電池を保護する二次電池保護集積回路であって、
前記二次電池の正極に接続される電源端子と、
前記二次電池の負極に接続されるグランド端子と、
前記マイナス端子に接続される入力端子と、
制御信号が入力される制御端子と、
前記制御端子と前記グランド端子との間に接続されたプルダウン抵抗と、
前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧を監視する電圧監視回路と、
前記制御端子の電位と前記入力端子の電位とを比較する電位比較回路と、
前記制御端子と前記グランド端子との間の電圧が所定の第１の閾値よりも高いことが前記電圧監視回路により検出された場合、前記スイッチ回路に含まれる放電制御トランジスタをオフすることによって前記二次電池の放電を禁止する制御回路とを備え、
放電が停止すると、前記正極から、前記負荷、前記低電位側電源ノードをアノードとする寄生ダイオード、前記制御端子、前記プルダウン抵抗を介して、前記グランド端子の方向に寄生電流の経路が生成され、
前記制御回路は、前記寄生電流が流れることにより前記制御端子の電位が前記入力端子の電位よりも低くなることが前記電位比較回路により検出された場合、前記放電制御トランジスタをオンすることによって前記二次電池の放電を許可する、二次電池保護集積回路が提供される。

【発明の効果】

【0010】

一態様によれば、制御端子とマイナス端子との間にダイオードが存在しても、放電禁止状態から復帰することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】制御信号が入力される制御端子を備える二次電池保護集積回路の構成の一例を示す図である。

【図2】電池パック及び電子機器の一例を示す構成図である。

【図3】充放電禁止スイッチ、放電制御トランジスタ及び充電制御スイッチがオフされている状態で、ダイオードが存在する場合の等価回路図である。

【図4】制御回路の状態遷移図の一例である。

【図5】電池パック及び電子機器の一例を示す構成図である。

【図6】短絡検出状態でダイオードが存在する場合の等価回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

【0013】

図２は、電池パック１００及び電子機器１３０の一例を示す構成図である。電池パック１００は、プラス端子５とマイナス端子６に接続される電子機器１３０に電力を供給可能な二次電池２００と、二次電池２００を保護する二次電池保護装置１１０とを内蔵して備える。電池パック１００は、電子機器１３０に内蔵されてもよいし、外付けされてもよい。電池パック１００は、充放電禁止スイッチ２１０を介して接続される電子機器１３０に二次電池２００の電力を供給する。

【0014】

電子機器１３０は、電池パック１００の二次電池２００を電源とする負荷の一例である。電子機器１３０の具体例として、携帯可能な携帯端末装置などが挙げられる。携帯端末装置の具体例として、携帯電話、スマートフォン、タブレット型コンピュータ、ゲーム機、テレビ、音楽や映像のプレーヤー、カメラなどの電子機器が挙げられる。

【0015】

二次電池２００の具体例として、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池などが挙げられる。

【0016】

二次電池保護装置１１０は、二次電池２００を電源として動作し、二次電池２００の充放電を制御することによって二次電池２００を過放電等から保護する二次電池保護装置の一例である。二次電池保護装置１１０は、充放電制御回路１４０と、電池正極接続端子３と、電池負極接続端子４と、プラス端子５と、マイナス端子６と、制御入力端子１０とを備える。

【0017】

充放電制御回路１４０は、二次電池２００の充放電を制御することによって二次電池２００を過放電等から保護する充放電制御回路の一例である。充放電制御回路１４０は、スイッチ回路１３と、二次電池保護集積回路１２０と、抵抗１と、キャパシタ２と、抵抗９と、センス抵抗１５とを備える。

【0018】

電池正極接続端子３は、二次電池２００の正極２０１に接続される端子であり、電池負極接続端子４は、二次電池２００の負極２０２に接続される端子である。プラス端子５は、電子機器１３０の機器プラス端子１３１に接続される端子の一例であり、機器プラス端子１３１を介して、電子機器１３０の機器電源経路１４１に接続される。マイナス端子６は、電子機器１３０の機器マイナス端子１３３に接続される端子の一例であり、機器マイナス端子１３３を介して、電子機器１３０の機器グランド１３９に接続される。制御入力端子１０は、電子機器１３０の制御出力端子１３２に接続される端子の一例であり、制御出力端子１３２を介して、電子機器１３０の制御部１３４に接続される。

【0019】

電子機器１３０は、抵抗分１５２を有する負荷の一例である。電子機器１３０は、ダイオード１５１と抵抗分１５２とを有する制御部１３４を有する。ダイオード１５１は、制御出力端子１３２と機器マイナス端子１３３との間に寄生している又は静電気対策用に挿入されている素子である。ダイオード１５１のアノードは、機器マイナス端子１３３に接続され、機器マイナス端子１３３を介して、マイナス端子６及び入力端子９５に接続される。ダイオード１５１のカソードは、制御出力端子１３２に接続され、制御出力端子１３２を介して制御端子９６に接続される。

【0020】

電池正極接続端子３とプラス端子５とは、プラス側電源経路８によって接続され、電池負極接続端子４とマイナス端子６とは、マイナス側電源経路７によって接続される。プラス側電源経路８は、電池正極接続端子３とプラス端子５との間の充放電電流経路の一例であり、マイナス側電源経路７は、電池負極接続端子４とマイナス端子６との間の充放電電流経路の一例である。

【0021】

二次電池保護装置１１０は、スイッチ回路１３を備える。スイッチ回路１３は、第１のマイナス側接続点７ａと第２のマイナス側接続点７ｂとの間のマイナス側電源経路７に直列に挿入される。スイッチ回路１３は、例えば、充電制御トランジスタ１１と放電制御トランジスタ１２とが直列に接続された直列回路である。充電制御トランジスタ１１のオフにより、二次電池２００の充電電流が流れるマイナス側電源経路７が遮断され、二次電池２００の充電電流の流れが禁止される。放電制御トランジスタ１２のオフにより、二次電池２００の放電電流が流れるマイナス側電源経路７が遮断され、二次電池２００の放電電流の流れが禁止される。

【0022】

充電制御トランジスタ１１と放電制御トランジスタ１２は、それぞれ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）である。充電制御トランジスタ１１は、充電制御トランジスタ１１の寄生ダイオードの順方向が二次電池２００の放電電流の流れる方向に一致するようにマイナス側電源経路７に挿入される。放電制御トランジスタ１２は、放電制御トランジスタ１２の寄生ダイオードの順方向が二次電池２００の充電電流の流れる方向に一致するようにマイナス側電源経路７に挿入される。

【0023】

二次電池保護装置１１０は、二次電池保護集積回路１２０を備える。二次電池保護集積回路１２０は、二次電池２００を電源として動作し、二次電池２００の充放電を制御することによって二次電池２００を過電流等から保護する二次電池保護集積回路の一例である。二次電池保護集積回路１２０は、二次電池２００から給電されて二次電池２００を保護する。

【0024】

二次電池保護集積回路１２０は、例えば、電源端子９１と、グランド端子９２と、充電制御端子９３と、放電制御端子９４と、入力端子９５と、制御端子９６と、電流検出端子９７とを備える。

【0025】

電源端子９１は、プラス側接続点８ａ及び電池正極接続端子３を介して二次電池２００の正極２０１に接続される正極側電源端子であり、ＶＤＤ端子と呼ばれることがある。電源端子９１は、例えば、プラス側電源経路８に一端が接続される抵抗１の他端と、マイナス側電源経路７に一端が接続されるキャパシタ２の他端との接続点に接続される。キャパシタ２の一端は、電池負極接続端子４と放電制御トランジスタ１２との間のマイナス側電源経路７に第１のマイナス側接続点７ａで接続される。

【0026】

グランド端子９２は、第１のマイナス側接続点７ａ及び電池負極接続端子４を介して二次電池２００の負極２０２に接続される負極側電源端子であり、ＶＳＳ端子と呼ばれることがある。グランド端子９２は、マイナス側電源経路７に第１のマイナス側接続点７ａで接続され、放電制御トランジスタ１２のソースに接続される。

【0027】

充電制御端子９３は、二次電池２００の充電を禁止する信号を出力する端子であり、ＣＯＵＴ端子と呼ばれることがある。充電制御端子９３は、充電制御トランジスタ１１の制御電極（例えばＭＯＳＦＥＴの場合、ゲート）に接続される。

【0028】

放電制御端子９４は、二次電池２００の放電を禁止する信号を出力する端子であり、ＤＯＵＴ端子と呼ばれることがある。放電制御端子９４は、放電制御トランジスタ１２の制御電極（例えば、ＭＯＳＦＥＴの場合、ゲート）に接続される。

【0029】

入力端子９５は、電子機器１３０の機器グランド１３９に接続されるマイナス端子６に接続される端子であり、Ｖ−端子と呼ばれることがある。入力端子９５は、マイナス端子６と充電制御トランジスタ１１との間のマイナス側電源経路７に抵抗９を介して第２のマイナス側接続点７ｂで接続される。入力端子９５は、抵抗９を介して、充電制御トランジスタ１１のソースに接続される。

【0030】

制御端子９６は、マイナス端子６を基準電位とする制御信号が制御入力端子１０を介して入力される端子であり、ＣＮＴ端子と呼ばれることがある。制御入力端子１０は、制御出力端子１３２に接続される。

【0031】

電流検出端子９７は、二次電池保護集積回路１２０が使用する電流検出端子の一例である。電流検出端子９７は、センス抵抗１５に対して第１のマイナス側接続点７ａとは反対側の第３のマイナス側接続点７ｃでマイナス側電源経路７に接続される端子であり、ＣＳ端子と呼ばれることがある。センス抵抗１５は、マイナス側電源経路７に直列に挿入される電流検出抵抗である。センス抵抗１５の一端は、第１のマイナス側接続点７ａを介して二次電池２００の負極２０２及びグランド端子９２に接続され、センス抵抗１５の他端は、第３のマイナス側接続点７ｃを介してトランジスタ１２のソース及び電流検出端子９７に接続される。

【0032】

二次電池保護集積回路１２０は、二次電池２００の保護動作を行う。二次電池保護集積回路１２０は、異常検出回路２１と、制御回路９８とを備える。異常検出回路２１は、二次電池２００の電流又は電圧の異常を検出する手段の一例である。制御回路９８は、異常検出回路２１による異常検出結果に基づいて、スイッチ回路１３のトランジスタ１１，１２のオンオフを制御するスイッチ制御回路を有する。制御回路９８及びスイッチ制御回路は、例えば、論理回路によって構成される。

【0033】

制御回路９８は、例えば、二次電池２００を過充電から保護する動作（過充電保護動作）を行う。例えば、異常検出回路２１は、電源端子９１とグランド端子９２との間の電圧を検出することによって、二次電池２００の電池電圧（セル電圧）を監視する。異常検出回路２１は、所定の過充電検出電圧Ｖｄｅｔ１以上のセル電圧を検知することにより、二次電池２００の過充電が検出されたとして、過充電検出信号を出力する。

【0034】

過充電検出信号を検知した制御回路９８は、所定の過充電検出遅延時間ｔＶｄｅｔ１の経過を待って、トランジスタ１１をオフさせるローレベルの制御信号を充電制御端子９３から出力する過充電保護動作を実行する。トランジスタ１１がオフされることにより、トランジスタ１２のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池２００の充電が禁止され、二次電池２００が過充電されることを防止することができる。

【0035】

制御回路９８は、例えば、二次電池２００を過放電から保護する動作（過放電保護動作）を行う。例えば、異常検出回路２１は、電源端子９１とグランド端子９２との間の電圧を検出することによって、二次電池２００の電池電圧（セル電圧）を監視する。異常検出回路２１は、所定の過放電検出電圧Ｖｄｅｔ２以下のセル電圧を検知することにより、二次電池２００の過放電が検出されたとして、過放電検出信号を出力する。

【0036】

過放電検出信号を検知した制御回路９８は、所定の過放電検出遅延時間ｔＶｄｅｔ２の経過を待って、トランジスタ１２をオフさせるローレベルの制御信号を放電制御端子９４から出力する過放電保護動作を実行する。トランジスタ１２がオフされることにより、トランジスタ１１のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池２００の放電が禁止され、二次電池２００が過放電されることを防止することができる。

【0037】

一方、異常検出回路２１は、所定の過放電復帰電圧Ｖｒｅｌ２以上のセル電圧を検知することにより、二次電池２００が過放電状態から通常状態に復帰したとして、過放電復帰信号を出力する（「過放電検出信号の出力を停止する」としてもよい）。過放電復帰電圧Ｖｒｅｌ２は、過放電検出電圧Ｖｄｅｔ２よりも高い。

【0038】

過放電復帰信号を検知した制御回路９８は（あるいは、過放電検出信号の出力の停止を検知した制御回路９８は）、トランジスタ１２をオンさせるハイレベルの制御信号を放電制御端子９４から出力する。トランジスタ１２のオンにより、過放電保護動作が終了する。

【0039】

制御回路９８は、例えば、二次電池２００を放電過電流から保護する動作（放電過電流保護動作）を行う。例えば、異常検出回路２１は、センス抵抗１５に流れる電流によって電流検出端子９７とグランド端子９２との間に発生するセンス電圧を検出する。異常検出回路２１は、所定の放電過電流検出電圧Ｖｄｅｔ３以上のセンス電圧を検知することにより、マイナス側電源経路７に二次電池２００の放電方向に流れる異常電流である放電過電流が検出されたことを表す放電過電流検出信号を出力する。

【0040】

放電過電流検出信号を検知した制御回路９８は、所定の放電過電流検出遅延時間ｔＶｄｅｔ３の経過を待って、トランジスタ１２をオフさせるローレベルの制御信号を放電制御端子９４から出力する放電過電流保護動作を実行する。トランジスタ１２がオフされることにより、トランジスタ１１のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池２００の放電が禁止され、二次電池２００を放電する方向に過電流が流れることを防止することができる。

【0041】

制御回路９８は、例えば、二次電池２００を充電過電流から保護する動作（充電過電流保護動作）を行う。例えば、異常検出回路２１は、センス抵抗１５に流れる電流によって電流検出端子９７とグランド端子９２との間に発生するセンス電圧を検出する。異常検出回路２１は、所定の充電過電流検出電圧Ｖｄｅｔ４以下のセンス電圧を検知することにより、マイナス側電源経路７に二次電池２００の充電方向に流れる異常電流である充電過電流が検出されたことを表す充電過電流検出信号を出力する。

【0042】

充電過電流検出信号を検知した制御回路９８は、所定の充電過電流検出遅延時間ｔＶｄｅｔ４の経過を待って、トランジスタ１１をオフさせるローレベルの制御信号を充電制御端子９３から出力する充電過電流保護動作を実行する。トランジスタ１１がオフされることにより、トランジスタ１２のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池２００の充電が禁止され、二次電池２００を充電する方向に過電流が流れることを防止することができる。

【0043】

制御回路９８は、例えば、トランジスタ１２を制御することで二次電池２００を短絡電流から保護する動作（短絡保護動作）を行う。異常検出回路２１は、例えば、所定の第１の短絡検出電圧Ｖｓｈｏｒｔ１以上の電圧を電流検出端子９７とグランド端子９２との間で検知した場合、プラス端子５とマイナス端子６との間の短絡異常が検出されたことを表す短絡検出信号を出力する。或いは、異常検出回路２１は、例えば、所定の第２の短絡検出電圧Ｖｓｈｏｒｔ２以上の電圧を入力端子９５とグランド端子９２との間で検知した場合、プラス端子５とマイナス端子６との間の短絡異常が検出されたことを表す短絡検出信号を出力する。第２の短絡検出電圧Ｖｓｈｏｒｔ２は、第１の短絡検出電圧Ｖｓｈｏｒｔ１よりも十分大きい。

【0044】

短絡検出信号を検知した制御回路９８は、トランジスタ１２をオフさせるローレベルの制御信号を放電制御端子９４から出力する短絡保護動作を実行する。トランジスタ１２がオフされることにより、トランジスタ１１のオン状態及びオフ状態にかかわらず、二次電池２００の放電が禁止され、二次電池２００を放電する方向に短絡電流が流れることを防止することができる。

【0045】

二次電池保護集積回路１２０は、プルダウン抵抗７３と、電圧監視回路７０と、電位比較回路８０とを備える。プルダウン抵抗７３は、制御端子９６とグランド端子９２との間に挿入接続されている。電圧監視回路７０は、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧を監視する。電圧監視回路７０は、例えば、閾値電圧７２を生成する閾値電圧生成回路と、コンパレータ７１とを有する。電位比較回路８０は、制御端子９６の電位と入力端子９５の電位とを比較するコンパレータを有する。

【0046】

制御端子９６には、充放電禁止スイッチ２１０のオン状態又はオフ状態に応じて電圧値が変化する制御信号が入力される。充放電禁止スイッチ２１０がオンすると、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧は、上昇する。制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が充放電禁止モード検出閾値（所定の第１の閾値の一例）を超えたことが電圧監視回路７０のコンパレータ７１により検出された場合、制御回路９８は、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオフする。これにより、二次電池５００の充放電が禁止される。一方、充放電禁止スイッチ２１０がオフすると、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧は、低下する。制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が所定の充放電禁止モード復帰閾値（第１の閾値以下の所定の第２の閾値の一例）以下であることが電圧監視回路７０のコンパレータ７１により検出された場合、制御回路９８は、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオンする。これにより、二次電池５００の充放電が許可される。

【0047】

電子機器１３０のダイオード１５１は、制御出力端子１３２と機器マイナス端子１３３との間に寄生している又は静電気対策用に挿入されている素子である。ダイオード１５１のアノードは、機器マイナス端子１３３に接続され、機器マイナス端子１３３を介して、マイナス端子６及び入力端子９５に接続される。ダイオード１５１のカソードは、制御出力端子１３２に接続され、制御出力端子１３２を介して制御端子９６に接続される。

【0048】

ダイオード１５１が、制御端子９６とマイナス端子６との間に存在しない場合、制御端子９６はプルダウン抵抗７３でグランド端子９２にプルダウンされているので、制御回路９８は、充放電禁止状態から復帰できる。つまり、制御回路９８は、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が所定の充放電禁止モード復帰閾値以下であると電圧監視回路７０のコンパレータ７１により検出されるので、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオンできる。

【0049】

一方、ダイオード１５１が制御端子９６とマイナス端子６との間に存在する場合、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１がオフされている状態では、図３のように、二次電池２００からの放電電流１３７が流れる。

【0050】

図３は、充放電禁止スイッチ２１０、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１がオフされている状態で、ダイオード１５１が存在する場合の等価回路図である。制御端子９６の電圧は、二次電池２００からの放電電流１３７と抵抗１５２とプルダウン抵抗７３とによって決定される。したがって、プルダウン抵抗７３の抵抗値が比較的高いと、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が放電電流１３７により過度に持ち上がる。そのため、充放電禁止スイッチ２１０がオフされても、電圧監視回路７０が、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が充放電禁止モード復帰閾値以下であると検出できないため、充放電禁止状態から復帰できないことがある。しかし、放電電流１３７が流れると、制御端子９６の電位は、入力端子９５又はマイナス端子６の電にに対して、ダイオード１５１の順方向電圧分低い状態となる。

【0051】

そこで、制御回路９８は、制御端子９６の電位が入力端子９５の電位よりも低いことが電位比較回路８０により検出された場合、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオンすることによって二次電池２００の充放電を許可する。これにより、充放電禁止状態から復帰可能となる。

【0052】

図４は、制御回路９８の状態遷移図である。

【0053】

通常状態Ｓ１０で、制御回路９８は、ＣＯＵＴ端子及びＤＯＵＴ端子をハイレベルにすることによって、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオンする。通常状態Ｓ１０で、制御回路９８は、異常検出回路２１が所定の過放電検出電圧Ｖｄｅｔ２よりも低いセル電圧を検知することにより、ＣＯＵＴ端子をハイレベル、ＤＯＵＴ端子をローレベルとする。これにより、制御回路９８の動作状態は、放電制御トランジスタ１２がオフされた過放電検出状態Ｓ２０に遷移する。過放電検出状態Ｓ２０で、制御回路９８は、異常検出回路２１が所定の過放電復帰電圧Ｖｒｅｌ２よりも高いセル電圧を検知することにより、ＣＯＵＴ端子をハイレベル、ＤＯＵＴ端子をハイレベルとする。これにより、制御回路９８の動作状態は、通常状態Ｓ１０に遷移する。

【0054】

通常状態Ｓ１０で、制御端子９６の電圧が充放電禁止モード検出閾値を超えたことが電圧監視回路７０により検出された場合（ＣＮＴ＝Ｈ）、制御回路９８は、ＣＯＵＴ端子及びＤＯＵＴ端子をローレベルにすることによって、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１をオフする。これにより、制御回路９８の動作状態は、充放電禁止状態Ｓ３０に遷移する。

【0055】

充放電禁止状態Ｓ３０で、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が充放電禁止モード復帰閾値以下であることが電圧監視回路７０により検出された場合（ＣＮＴ＝Ｌ）、又は、制御端子９６の電位が入力端子９５の電位よりも低いことが電位比較回路８０により検出された場合（ＣＮＴ＜Ｖ−）、制御回路９８は、ＣＯＵＴ端子及びＤＯＵＴ端子をハイレベルにする。これにより、放電制御トランジスタ１２及び充電制御トランジスタ１１がオンされ、制御回路９８の動作状態は、通常状態Ｓ１０に遷移する。

【0056】

充放電禁止状態Ｓ３０で、制御回路９８は、異常検出回路２１が所定の過放電検出電圧Ｖｄｅｔ２よりも低いセル電圧を検知することにより、ＣＯＵＴ端子をハイレベル、ＤＯＵＴ端子をローレベルとする。これにより、制御回路９８の動作状態は、過放電検出状態Ｓ２０に遷移する。

【0057】

したがって、本実施形態によれば、電子機器１３０側のダイオード１５１の有無にかかわらず、充放電禁止スイッチ２１０のオン又はオフにより、二次電池２００の充放電の許否を制御することができる。また、電子機器１３０側の構成を変えることなく、放電禁止状態からの復帰を可能にすることができ、電池パック１００の消費電流も抑制することができる。

【0058】

また、図５に示されるように、プラス端子５とマイナス端子６との間の短絡異常２１１が検出された場合、上述の通り、制御回路９８は、放電制御トランジスタ１２をオフする（放電禁止状態）。短絡異常２１１による放電禁止状態でも、ダイオード１５１が存在する場合、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧は持ち上がる。そのため、電圧監視回路７０は、制御端子９６とグランド端子９２との間の電圧が充放電禁止モード検出閾値を超えたと検出し、充放電禁止モードを誤検出するおそれがある。

【0059】

しかし、短絡異常２１１による放電禁止状態では、制御端子９６の電位は、ダイオード１５１の順方向電圧分、入力端子９５の電位に対して低くなる（図６参照）。電位比較回路８０によるダイオード検出機能によって、この制御端子９６の電位の低下を検出可能となるので、充放電禁止モードの誤検出がなくなる。

【0060】

以上、二次電池保護集積回路を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

【符号の説明】

【0061】

５ プラス端子
６ マイナス端子
７ マイナス側電源経路
１０ 制御入力端子
１３ スイッチ回路
９１ 電源端子
９２ グランド端子
９５ 入力端子
９６ 制御端子
９８ 制御回路
１００ 電池パック
１１０ 二次電池保護装置
１２０ 二次電池保護集積回路
１３０ 電子機器
１３９ 機器グランド
１４０ 充放電制御回路
２００ 二次電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】