JP2016019387A - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】回路面積の小さい充放電制御回路、及びコンパクトなバッテリ装置を提供する。
【解決手段】定電流回路１３１、１３２と外部抵抗３０を電圧監視端子１０２に接続し、外部入力により端子電圧をＰｕｌｌｕｐまたはＰｕｌｌｄｏｗｎさせる。また、外部入力によりコンパレータの出力論理と過充電検出と過放電検出を切り替える。この結果、一つあたりのセル数につきコンパレータと抵抗回路を削減できるので、回路面積を小さくすることが出来る。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の電圧や異常を検知する充放電制御回路及びバッテリ装置に関し、
特に過充電と過放電を検出する回路に関する。

バッテリ装置は、主に携帯用の電子機器（負荷）を駆動するための電源として用いられている。バッテリ装置は、充電により負荷に接続される二次電池の電圧が増加して過充電検出電圧（以下、ＶＣＵ）を超えた時に、過充電から電池を保護する過充電保護機能を備えている。また、放電により二次電池の電圧が減少して過放電検出電圧（以下、ＶＤＬ）を下回った時に、過放電から電池を保護する過放電保護機能を備えている（例えば特許文献１参照）。

図３は、従来のバッテリ装置を示す回路図である。従来のバッテリ装置は、直列に接続された二次電池１０、１１と、充放電制御回路１００と、充電制御用ＦＥＴ２１と、放電制御用ＦＥＴ２２と、負荷接続端子２３、２４を備えている。充放電制御回路１００は、制御回路１１０と、出力回路１１１、１１２と、コンパレータ１１３、１１４、１１５、１１６と、基準電圧回路１１７、１１８と、抵抗回路１２０、１２１、１２２、１２３、１２４、１２５、１２６、１２７を備えている。コンパレータ１１３、１１４は、過充電を検出する。コンパレータ１１５、１１６は、過放電を検出する。

従来のバッテリ装置は、以下のように動作して、二次電池の充放電を制御する。
二次電池１０の電圧、即ち電圧監視端子１０１-１０２間電圧がＶＣＵ未満の時、充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４はＨｉｇｈを出力し、充電制御用ＦＥＴ２１をＯＮする。従って、二次電池１０、１１は、充電可能な状態である。電圧監視端子１０１-１０２間電圧がＶＣＵ以上の時、充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４はＬｏｗを出力し、充電制御用ＦＥＴ２１をＯＦＦする。従って、二次電池１０、１１は、充電が禁止された状態にあり、過充電から保護される。二次電池１１の電圧、即ち電圧監視端子１０２-１０３間電圧においても同様に検出かつ制御する。

二次電池１０の電圧、即ち電圧監視端子１０１-１０２間電圧がＶＤＬを上回る時、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５はＨｉｇｈを出力し、放電制御用ＦＥＴ２２をＯＮする。従って、二次電池１０、１１は放電が可能な状態にあり、負荷接続端子２３-２４間に接続された負荷を駆動することが出来る。二次電池１０の電圧、即ち電圧監視端子１０１-１０２間電圧がＶＤＬ以下の時、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５はＬｏｗを出力し、放電制御用ＦＥＴ２２をＯＦＦする。従って、二次電池１０、１１充電が禁止された状態にあり、過放電から保護される。二次電池１１の電圧、即ち電圧監視端子１０２-１０３間電圧においても同様に検出かつ制御する。

特開２００２−２０４５３２号公報

しかしながら、上述の充放電制御回路は、セル数が一つ増加するにつれ基準電圧回路、過充電検出用のコンパレータと抵抗回路、過放電検出用のコンパレータと抵抗回路が追加され、セル数の増加に伴い回路の面積が大きくなる、と言う課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、回路面積の小さい充放電制御回路、及びコンパクトなバッテリ装置を提供するものである。

従来の課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は以下のような構成とした。
セル数と同数のコンパレータ、抵抗回路、さらに外部入力により動作する定電流回路と、電圧監視端子をＰｕｌｌｕｐまたは、Ｐｕｌｌｄｏｗｎさせるための抵抗を備えたバッテリ装置。

本発明のバッテリ装置によれば、一つあたりのセル数につきコンパレータと抵抗回路を削減できるので、回路面積を小さくすることが出来る。従って、回路面積の小さい充放電制御回路、及びコンパクトなバッテリ装置を提供することが出来る。

本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置のブロック図である。 本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置のタイミングチャートである。 従来の充放電制御回路を備えたバッテリ装置のブロック図である。

以下、本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置のブロック図である。

本実施形態のバッテリ装置は、直列に接続された二次電池１０、１１と、充放電制御回路２００と、充電制御用ＦＥＴ２１と、放電制御用ＦＥＴ２２と、外部抵抗３０と、負荷接続端子２３、２４、を備えている。充放電制御回路２００は、制御回路１１０と、出力回路１１１、１１２と、コンパレータ１１３、１１４と、基準電圧回路１１７、１１８と、抵抗回路１２０、１２１、１２２、１２３と、定電流回路１３１、１３２と、スイッチ１３３、１３４と、を備えている。また充放電制御回路２００は、電圧監視端子１０１、１０２、１０３と、充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４と、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５と、入力端子１０６、１０７と、を備えている。電圧監視端子１０１は第一電源端子を兼ねて、電圧監視端子１０３は第二電源端子を兼ねている。

二次電池１０は、正極端子が負荷接続端子２３と電圧監視端子１０１に接続され、負極端子が外部抵抗３０の一端と二次電池１１の正極端子に接続されている。二次電池１１は、負極端子が放電制御用ＦＥＴ２２のソースと電圧監視端子１０３に接続される。外部抵抗３０は、他端が電圧監視端子１０２に接続されている。充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４には充電制御用ＦＥＴ２１のゲートが接続され、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５には放電制御用ＦＥＴ２２のゲートが接続される。充電制御用ＦＥＴ２１は、ドレインが放電制御用ＦＥＴ２２のドレインに接続され、ソースが負荷接続端子２４に接続されている。

抵抗１２０と１２１は、直列に電圧監視端子１０１―１０２間に接続される。抵抗１２２と１２３は、直列に電圧監視端子１０２―１０３間に接続される。スイッチ１３４と定電流回路１３２は、直列に第一電源端子―電圧監視端子１０２間に接続される。スイッチ１３３と定電流回路１３１は、直列に電圧監視端子１０２―第二電源端子間に接続される。コンパレータ１１３は、反転入力端子が基準電圧回路１１７を介して電圧監視端子１０２に接続され、非反転入力端子が抵抗１２０と１２１の接続点に接続される。コンパレータ１１４は、反転入力端子が基準電圧回路１１８を介して電圧監視端子１０３に接続され、非反転入力端子が抵抗１２２と１２３の接続点に接続される。制御回路１１０は、入力端子にコンパレータ１１３とコンパレータ１１４の出力端子と入力端子１０６、１０７が接続され、出力端子が出力回路１１１と１１２の入力端子に接続され、制御端子がコンパレータ１１３、１１４と、スイッチ１３３、１３４に接続される。

次に、本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
充放電制御回路２００は、例えば、入力端子１０６、１０７にＬｏｗの制御信号が入力されると、二次電池１０、１１の過充電を監視し、過充電検出電圧（以下、ＶＣＵ）を超えた時に過充電から電池を保護する。また、充放電制御回路２００は、例えば、入力端子１０６にＨｉｇｈ、入力端子１０７にＬｏｗの制御信号が入力されると、二次電池１０の過放電を監視し、過放電検出電圧（以下、ＶＤＬ）を下回った時に、過放電から電池を保護する。具体的には、制御回路１１０は、入力端子１０６、１０７に入力される制御信号に応じて、コンパレータ１１３、１１４と、スイッチ１３３、１３４の動作をコントロールし、過充電と過放電を切り替えて監視する。

［二次電池の過充電を監視する場合］
制御回路１１０は、入力端子１０６、１０７にＬｏｗの制御信号が入力されると、スイッチ１３３、１３４がＯｐｅｎするように制御する。コンパレータ１１３は、電圧監視端子１０１-１０２間電圧が抵抗１２０と１２１で分圧された電圧と基準電圧回路１１７の基準電圧を比較する。コンパレータ１１４は、電圧監視端子１０２-１０３間電圧が抵抗１２２と１２３で分圧された電圧と基準電圧回路１１８の基準電圧を比較する。

コンパレータ１１３とコンパレータ１１４は、制御回路１１０からの制御信号によって出力論理は正論理に設定されている。コンパレータ１１３とコンパレータ１１４は、非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧以上になると、即ち二次電池の電圧がＶＣＵ以上になると、Ｈｉｇｈの信号を出力する。

制御回路１１０は、コンパレータ１１３またはコンパレータ１１４からＨｉｇｈの信号を入力すると、二次電池が過充電充状態であると判断して、出力回路１１１にＨｉｇｈの信号を出力し、充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４からＬｏｗの信号を出力することによって充電制御用ＦＥＴ２１をＯＦＦして、二次電池１０、１１への充電を禁止する。

制御回路１１０は、コンパレータ１１３とコンパレータ１１４からＬｏｗの信号を入力すると、二次電池が過充電充状態でないと判断して、出力回路１１１にＬｏｗの信号を出力し、充電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０４からＨｉｇｈの信号を出力することによって充電制御用ＦＥＴ２１をＯＮして、二次電池１０、１１への充電を許可する。

［二次電池の過放電を監視する場合］
充放電制御回路２００、入力端子１０６にＨｉｇｈ、入力端子１０７にＬｏｗの制御信号が入力されると、二次電池１０の過放電を監視し、入力端子１０６にＬｏｗ、入力端子１０７にＨｉｇｈの制御信号が入力されると、二次電池１１の過放電を監視する。

制御回路１１０は、入力端子１０６にＨｉｇｈ、入力端子１０７にＬｏｗの制御信号が入力されると、スイッチ１３３をＳｈｏｒｔ、スイッチ１３４をＯｐｅｎするように制御する。即ち、電圧監視端子１０２は、定電流回路１３１によりＰｕｌｌｄｏｗｎされ、二次電池１１から外部抵抗３０を介して定電流が流れる。

定電流回路１３１が流す電流値をＩＰＤ、外部抵抗３０の抵抗値をＲとすると、電圧監視端子１０１-１０２間電圧は二次電池１０の電圧に電圧ＩＰＤ×Ｒが加算された値になる。従って、コンパレータ１１３は、電圧監視端子１０１-１０２間電圧が抵抗１２０と１２１で分圧された電圧と基準電圧回路１１７の基準電圧を比較すると、ＶＤＬ＝ＶＣＵ−ＩＰＤ×Ｒを検出することになる。

コンパレータ１１３は、制御回路１１０からの制御信号によって出力論理は負論理に設定されている。コンパレータ１１３は、非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧未満になると、即ち二次電池１０の電圧がＶＤＬ未満になると、Ｈｉｇｈの信号を出力する。

制御回路１１０は、コンパレータ１１３からＨｉｇｈの信号を入力すると、二次電池１０が過放電充状態であると判断して、出力回路１１２にＨｉｇｈの信号を出力し、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５からＬｏｗの信号を出力することによって放電制御用ＦＥＴ２２をＯＦＦして、二次電池１０、１１からの放電を禁止する。

制御回路１１０は、入力端子１０６にＬｏｗ、入力端子１０７にＨｉｇｈの制御信号が入力されると、スイッチ１３３をＯｐｅｎ、スイッチ１３４をＳｈｏｒｔするように制御する。即ち、電圧監視端子１０２は、定電流回路１３２によりＰｕｌｌｕｐされ、外部抵抗３０を介して二次電池１０へ定電流が流れる。

従って、コンパレータ１１４は、電圧監視端子１０２-１０３間電圧が抵抗１２２と１２３で分圧された電圧と基準電圧回路１１８の基準電圧を比較すると、ＶＤＬ＝ＶＣＵ−ＩＰＤ×Ｒを検出することになる。

充放電制御回路２００は二次電池１１の過放電を監視し、ＶＤＬを下回った時に、過放電から電池を保護する。定電流回路１３２が流す電流値をＩＰＵとすると、ＶＤＬはＶＣＵ−ＩＰＵ×Ｒとなる。

コンパレータ１１４は、制御回路１１０からの制御信号によって出力論理は負論理に設定されている。コンパレータ１１４は、非反転入力端子の電圧が反転入力端子の電圧未満になると、即ち二次電池１１の電圧がＶＤＬ未満になると、Ｈｉｇｈの信号を出力する。

制御回路１１０は、コンパレータ１１３からＨｉｇｈの信号を入力すると、二次電池１１が過放電充状態であると判断して、出力回路１１２にＨｉｇｈの信号を出力し、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５からＬｏｗの信号を出力することによって放電制御用ＦＥＴ２２をＯＦＦして、二次電池１０、１１からの放電を禁止する。

また、制御回路１１０は、コンパレータ１１３及びコンパレータ１１４からＬｏｗの信号を入力すると、二次電池１０及び二次電池１１が過放電充状態でないと判断して、出力回路１１２にＬｏｗの信号を出力し、放電制御用ＦＥＴゲート接続端子１０５からＨｉｇｈの信号を出力することによって放電制御用ＦＥＴ２２をＯＮして、二次電池１０、１１からの放電を許可する。

二次電池の過放電を監視する場合、入力端子１０６と入力端子１０７にＬｏｗとＨｉｇｈの制御信号を切り替えて入力することによって、時分割で監視する。そして、過放電の検出後は、入力端子１０６、１０７を共にＬｏｗになっても検出状態を変化させず、即ち出力回路１１２への出力信号を維持する。

以上説明したように、本実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置によれば、過充電過放電を検出すべき二次電池に対して、コンパレータと抵抗回路による電圧検出回路が１組あれば、過充電と過放電を検出できるので、回路面積を小さくすることができる。

なお、本実施形態のバッテリ装置は、２つの二次電池１０、１１と、それらの電圧を監視するための電圧監視端子１０１、１０２、１０３を備えた充放電制御回路で構成した例で説明したが、二次電池は複数であれば二つに限定されるものではない。

また、本実施形態では、入力端子１０６、１０７を備えて、制御信号が入力されるように構成したが、その信号の論理や構成はこれに限定されるものではなく、例えば充放電制御回路がその機能を備えていても良い。

また、コンパレータ１１３、１１４の出力論理を制御回路１１０が制御信号によって切り替えるように構成したが、これに限定されるものではなく、例えば制御回路１１０でコンパレータ１１３、１１４の出力論理を切り替えて判断するように構成してもよい。
また、外部抵抗３０を備える構成としたが、電圧監視端子１０２の内部に抵抗を設けても良い。

２１ 充電制御用ＦＥＴ
２２ 放電制御用ＦＥＴ
１００、２００ 充放電制御回路
１１０ 制御回路
１１１、１１２ 出力回路
１１３、１１４、１１５、１１６ コンパレータ
１１７、１１８ 基準電圧回路
１３１、１３２ 定電流回路

Claims (3)

1. 第一及び第二二次電池が接続される第一電圧監視端子、第二電圧監視端子、第三電圧監視端子と、
   前記第一電圧監視端子と前記第二電圧監視端子の間に接続された第一抵抗回路と、
   前記第二電圧監視端子と前記第三電圧監視端子の間に接続された第二抵抗回路と、
   前記第二電圧監視端子に接続される第一基準電圧回路と、
   前記第三電圧監視端子に接続される第二基準電圧回路と、
   第一入力端子に前記第一抵抗回路の出力端子が接続され、第二入力端子に前記第一基準電圧回路の出力端子が接続される第一コンパレータと、
   第一入力端子に前記第二抵抗回路の出力端子が接続され、第二入力端子に前記第二基準電圧回路の出力端子が接続される第二コンパレータと、
   第一及び第二入力端子に前記第一及び第二コンパレータの出力端子が接続され、前記第一及び第二入力端子に入力される信号によって前記二次電池の状態を監視する制御回路と、
   前記第一電圧監視端子と前記第二電圧監視端子の間に接続され、前記制御回路の第一制御信号によってオンオフが制御される第一定電流回路と、
   前記第二電圧監視端子と前記第三電圧監視端子の間に接続され、前記制御回路の第二制御信号によってオンオフが制御される第二定電流回路と、
   前記第一及び第二二次電池の接続点と前記第一定電流回路と前記第二定電流回路の接続点との間に設けられた抵抗と、を備え、
   前記制御回路は、前記第一及び第二定電流回路をオフして前記第一及び第二二次電池の過充電を監視し、前記第二定電流回路をオンして前記第一二次電池の過放電を監視し、前記第一定電流回路をオンして前記第二二次電池の過放電を監視することを特徴とする充放電制御回路。
2. 前記第一及び第二コンパレータは、前記制御回路の制御信号によって出力論理を切り替えることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 請求項１または２に記載の充放電制御回路と、
   前記第一電圧監視端子と前記第二電圧監視端子の間に接続された第一二次電池と、
   前記第二電圧監視端子と前記第三電圧監視端子の間に接続された第二二次電池と、
   を備えたバッテリ装置。

Images