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JP7101851B1 - 充電制御回路、充電制御装置、及びバッテリ装置 - Google Patents

充電制御回路、充電制御装置、及びバッテリ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】組み立て時に保護回路が誤ってヒューズ回路を溶断することを防止した充電制御回路、充電制御装置、およびバッテリ装置を提供すること。【解決手段】組電池２の端子が接続される複数の入力端子間の電圧を監視する電池接続検出回路１０と、複数の二次電池の過電圧を監視する過電圧検出回路２０と、電池接続検出回路１０の出力する信号が入力される第一のラッチ回路１７と、過電圧検出回路２０の出力する信号が入力される第二のラッチ回路２７と、充電制御回路１が起動したときに第一のラッチ回路１７及び第二のラッチ回路２７に信号を出力するリセット回路３９と、第二のラッチ回路２７の出力する信号を受けて組電池２を過電圧から保護する信号を出力する制御回路１９を備え、制御回路１９は第一のラッチ回路１７に電池接続検出回路１０の検出信号が入力されるまではヒューズを溶断する信号を出力しないことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、充電制御回路、充電制御装置、およびバッテリ装置に関し、詳しくは保護回路に関する。
図４は、従来の保護回路を備えたバッテリ装置である。
図４のバッテリ装置は、複数の二次電池が直列に接続された組電池４２と、各二次電池の過電圧を検知する電圧監視ＩＣ４１と、二次電池の異常な過電圧時に充電経路を遮断する保護回路であるＭＯＳトランジスタ４３、抵抗４４、及びヒューズ４５を備えている。
従来のバッテリ装置は、電圧監視ＩＣ４１がいずれかの二次電池の異常電圧を検知するとＭＯＳトランジスタ４３をオンして、抵抗４４が発熱することによりヒューズ４５を溶断する。このように、二次電池の異常な過電圧となった時に充電経路を遮断することによって、二次電池と接続されている電子機器の安全を確保することが出来る（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１５－０５３７８０号公報
従来の保護回路を備えたバッテリ装置は、組み立て時に、複数の二次電池が直列に接続された組電池の各端子と保護回路の各入力端子を接続していく。この時、指定された順序で端子を接続しない場合や、端子に接続不良があった場合に、電圧監視ＩＣ４１が過電圧を誤検出して、ヒューズ４５を溶断しまう可能性が有る。従って、従来の保護回路を備えたバッテリ装置は、組み立て時に保護回路が過電圧を誤検出してヒューズを溶断することによって使用できなくなる、という課題があった。
本発明は上記課題に鑑みて為され、組み立て時に保護回路が誤ってヒューズを溶断することを防止した充電制御回路、充電制御装置、およびバッテリ装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の充電制御回路は、充電経路のヒューズを溶断することで、複数の二次電池が直列に接続された組電池を保護する充電制御回路であって、前記組電池の正極端子と複数の中間端子と負極端子が接続される複数の入力端子と、前記複数の入力端子に接続され、前記入力端子間の電圧を監視することで前記組電池の全ての端子が前記複数の入力端子に接続されたことを検出する電池接続検出回路と、前記複数の入力端子に接続され、前記複数の二次電池の過電圧を監視する過電圧検出回路と、前記電池接続検出回路の出力する信号が入力される第一のラッチ回路と、前記過電圧検出回路の出力する信号が入力される第二のラッチ回路と、前記充電制御回路が起動したときに前記第一のラッチ回路及び前記第二のラッチ回路に信号を出力するリセット回路と、前記第二のラッチ回路の出力する信号を受けて、前記組電池を過電圧から保護する信号を出力する制御回路と、を備え、前記制御回路は、前記第一のラッチ回路に前記電池接続検出回路の検出信号が入力されるまでは前記ヒューズを溶断する信号を出力しないことを特徴とする。
本発明の充電制御回路によれば、電池接続検出回路を備えたため、組み立て時に保護回路が二次電池の過電圧を誤検出することを防止することが可能となる。
本実施形態の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。 本実施形態の他の例の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。 本実施形態の他の例の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。 従来の保護回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
以下、本発明の充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、本実施形態の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
図１のバッテリ装置において、充電制御回路１は、例えば組電池２の直列に接続された４つの二次電池の各々の電圧を監視して、過電圧を検出した場合にヒューズ回路５を溶断して、二次電池と外部端子の間に接続された電子機器を保護する半導体装置である。
図１の充電制御回路を備えたバッテリ装置は、充電制御回路１と、複数の二次電池が直列に接続された組電池２と、ＮＭＯＳトランジスタ３と、抵抗４と、ヒューズ回路５と、外部端子を備えている。充電制御回路１は、電池接続判定回路１０と、過電圧検出回路２０と、遅延回路１６と、ラッチ回路１７と、ＡＮＤ回路３５と、遅延回路２６と、ラッチ回路２７と、制御回路１９と、リセット回路３９を備えている。電池接続判定回路１０は、直列に接続された電池電圧検出回路１１～１４と、ＡＮＤ回路１５を備えている。過電圧検出回路２０は、直列に接続された電池電圧検出回路２１～２４と、ＯＲ回路２５を備えている。リセット回路３９は、例えばＵＶＬＯ回路やＰＯＣ回路で構成され、入力端子に二次電池が接続されて充電制御回路１に電圧が印加され充電制御回路１が起動したときにＨレベルの１ショットパルスを出力する。組電池２は、正極端子と３つの中間端子と負極端子を有している。
充電制御回路１は、入力端子Ｖ１～Ｖ５が組電池２の５つの出力端子に接続され、出力端子がＮＭＯＳトランジスタ３のゲート端子に接続されている。ヒューズ回路５は、一方の外部端子と組電池２の間の充電経路に接続され、制御端子が抵抗４を介してＮＭＯＳトランジスタ３のドレイン端子に接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ３のソース端子は、他方の外部端子に接続されている。
電池電圧検出回路１１は、入力端子が入力端子Ｖ１及びＶ２と接続され、出力端子がＡＮＤ回路１５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路１２は、入力端子が入力端子Ｖ２及びＶ３と接続され、出力端子がＡＮＤ回路１５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路１３は、入力端子が入力端子Ｖ３及びＶ４と接続され、出力端子がＡＮＤ回路１５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路１４は、入力端子が入力端子Ｖ４及びＶ５と接続され、出力端子がＡＮＤ回路１５の入力端子と接続されている。
電池電圧検出回路２１は、入力端子が入力端子Ｖ１及びＶ２と接続され、出力端子がＯＲ回路２５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路２２は、入力端子が入力端子Ｖ２及びＶ３と接続され、出力端子がＯＲ回路２５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路２３は、入力端子が入力端子Ｖ３及びＶ４と接続され、出力端子がＯＲ回路２５の入力端子と接続されている。電池電圧検出回路２４は、入力端子が入力端子Ｖ４及びＶ５と接続され、出力端子がＯＲ回路２５の入力端子と接続されている。
ＡＮＤ回路１５の出力端子は、遅延回路１６の入力端子に接続されている。ラッチ回路１７は、セット端子Ｓに遅延回路１６の出力端子が接続され、リセット端子Ｒにリセット回路３９の出力端子が接続され、出力端子Ｑは制御回路１９の第一の入力端子に接続されている。ＯＲ回路２５の出力端子は、ＡＮＤ回路３５の入力端子に接続されている。ＡＮＤ回路３５は、もう一方の入力端子がラッチ回路１７の出力端子Ｑに接続され、出力端子が遅延回路２６の入力端子に接続されている。ラッチ回路２７は、セット端子Ｓに遅延回路２６の出力端子が接続され、リセット端子Ｒにリセット回路３９の出力端子が接続され、出力端子Ｑは制御回路１９の第二の入力端子に接続されている。制御回路１９の出力端子は、充電制御回路１の出力端子に接続されている。制御回路１９は、第一の入力端子及び第二の入力端子にＨレベルの信号Ｑ１及びＱ２が入力されると出力端子にＨレベルの信号を出力する。
上述のように構成された充電制御回路１を備えたバッテリ装置は、以下のように動作する。ここで、過電圧検出回路２０の電池電圧検出回路２１～２４は、検出電圧が二次電池の過電圧に設定されている。また、電池接続判定回路１０の電池電圧検出回路１１～１４は、二次電池が接続されたことを検出できれば良いので、検出電圧が過電圧検出回路２０よりも低く、例えば製造後の二次電池の電圧の最小値に設定されている。
充電制御回路１の入力端子に組電池２のいずれかの端子が接続されて電圧が入力されると、先ずリセット回路３９が起動して、出力端子からリセット信号ＲＳを出力する。ラッチ回路１７及びラッチ回路２７は、リセット端子Ｒにリセット信号ＲＳが入力されると、夫々の出力端子ＱからＬレベルの信号Ｑ１及びＱ２を出力する。制御回路１９は、第一の入力端子及び第二の入力端子にＬレベルの信号Ｑ１及びＱ２が入力されるので、出力端子にＬレベルの信号を出力する。
充電制御回路１の入力端子Ｖ１～Ｖ５の全てに二次電池の端子が接続されていない状態では、過電圧検出回路２０が誤検出をして、過電圧検出信号を出力する可能性がある。ここで、電池電圧検出回路２１～２４のいずれかがＨレベルの過電圧検出信号を出力すると、ＯＲ回路２５は出力端子からＨレベルの過電圧検出信号をＡＮＤ回路３５の入力端子に出力する。ＡＮＤ回路３５は、もう一方の入力端子にＬレベルの信号Ｑ１が入力されているので、Ｈレベルの過電圧検出信号を出力しない。即ち、ＡＮＤ回路３５は、過電圧検出信号のマスク回路である。
従って、ラッチ回路１７及びラッチ回路２７は、セット端子ＳにＬレベルの信号が入力されるので、出力端子ＱからＬレベルの信号Ｑ１を出力し続ける。従って、制御回路１９が出力端子にＬレベルの信号を出力するため、ヒューズ回路５は誤って溶断されることはない。
次に、充電制御回路１の入力端子Ｖ１～Ｖ５の全てに二次電池の端子が接続されると、電池接続判定回路１０は、電池電圧検出回路１１～１４の全てがＨレベルの検出信号を出力する。ＡＮＤ回路１５は、全ての入力信号がＨレベルになるので、Ｈレベルの信号を出力する。ラッチ回路１７は、セット端子Ｓに遅延回路１６を介してＨレベルの信号が入力されるので、出力端子ＱからＨレベルの信号Ｑ１を出力する。
Ｈレベルの信号Ｑ１は、ＡＮＤ回路３５の入力端子と制御回路１９の第一の入力端子に入力される。ＡＮＤ回路３５は、ここでＯＲ回路２５が出力するＨレベルの過電圧検出信号を出力することが出来るようになる。また、制御回路１９は、第一の入力端子にＨレベルの信号Ｑ１が入力されているので、第二の入力端子に過電圧検出信号であるＨレベルの信号Ｑ２が入力されると、出力端子からＨレベルの信号を出力してヒューズ回路５を溶断する。
また、ラッチ回路１７が出力する信号Ｑ１は、電池接続判定回路１０の電池電圧検出回路１１～１４に入力されている。電池電圧検出回路１１～１４は、信号Ｑ１がＨレベルになると動作を停止するように構成されている。従って、充電制御回路１は、入力端子Ｖ１～Ｖ５の全てに二次電池の端子が接続されると、電池接続判定回路１０は動作を停止して消費電流を低減することが出来る。
以上説明したように、図１の充電制御回路を備えたバッテリ装置は、全ての二次電池端子が接続されたことを検出する電池接続判定回路１０を備えたので、組み立て過程において過電圧検出回路２０が誤検出をしても、ヒューズ回路５が誤って溶断されるのを防止することが出来る。
図２は、本実施形態の他の例の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
図２の充電制御回路１は、図１の充電制御回路１において遅延回路１６と遅延回路２６を共通にして、検出信号入力用のＯＲ回路２９と、遅延信号分離用のＡＮＤ回路１８及びＡＮＤ回路２８を備えている。その他の回路構成及び動作は、図１の充電制御回路１と同様のため、説明は省略する。
図２のように構成した充電制御回路１は、遅延回路を共通にすることで回路規模を小さくすることが出来る。
図３は、本実施形態の他の例の充電制御回路を備えたバッテリ装置を示すブロック図である。
図３の充電制御回路１は、図２の充電制御回路１において電池接続判定回路１０と過電圧検出回路２０の代わりにそれらの機能を併せた持った検出回路３０を備えている。検出回路３０は、直列に接続された電池電圧検出回路３１～３４を備えている。検出回路３０は、ラッチ回路１７の出力端子Ｑのレベルによって、電圧検出の閾値を変更するように構成されている。その他の回路構成は、図２の充電制御回路１と同様のため、説明は省略する。
上述のように構成された充電制御回路１を備えたバッテリ装置は、以下のように動作する。
充電制御回路１の入力端子に組電池２のいずれかの端子が接続されて電圧が入力されると、先ずリセット回路３９が起動して、出力端子からリセット信号ＲＳを出力する。ラッチ回路１７及びラッチ回路２７は、リセット端子Ｒにリセット信号ＲＳが入力されると、夫々の出力端子ＱからＬレベルの信号Ｑ１及びＱ２を出力する。制御回路１９は、第一の入力端子及び第二の入力端子にＬレベルの信号Ｑ１及びＱ２が入力されるので、出力端子にＬレベルの信号を出力する。
検出回路３０は、信号Ｑ１がＬレベルの時、電池接続判定回路として機能するように設定される。従って、電池電圧検出回路３１～３４のいずれかがＨレベルの検出信号を出力するので、ＯＲ回路２５はＨレベルの信号をＡＮＤ回路３５に出力する。ＡＮＤ回路３５は、他方の入力端子にはＬレベルの信号Ｑ１が入力されているので出力はＬレベルを維持する。
充電制御回路１の入力端子Ｖ１～Ｖ５の全てに二次電池の端子が接続されると、検出回路３０は、電池電圧検出回路３１～３４の全てがＨレベルの検出信号を出力する。ＡＮＤ回路１５は、全ての入力信号がＨレベルになるので、Ｈレベルの信号を出力する。ＡＮＤ回路１５のＨレベルの信号は、ＯＲ回路２９、遅延回路２６、ＡＮＤ回路１８を介してラッチ回路１７のセット端子Ｓに入力される。従って、ラッチ回路１７は、出力端子ＱからＨレベルの信号Ｑ１を出力する。
検出回路３０は、信号Ｑ１がＨレベルの時、過電圧検出回路として機能するように設定される。ＡＮＤ回路３５は、入力端子にＨレベルの信号Ｑ１が入力されるので、ＯＲ回路２５からＨレベルの信号が入力されると、Ｈレベルの信号を出力する。従って、検出回路３０がいずれかの二次電池の過電圧を検出すると、ＡＮＤ回路３５はＨレベルの信号を出力する。
ＡＮＤ回路３５はＨレベルの信号は、ＯＲ回路２９、遅延回路２６、ＡＮＤ回路２８を介してラッチ回路２７のセット端子Ｓに入力される。従って、ラッチ回路２７は、出力端子ＱからＨレベルの信号Ｑ２を出力する。
制御回路１９は、第一の入力端子にＨレベルの信号Ｑ１が入力されているので、第二の入力端子に過電圧検出信号であるＨレベルの信号Ｑ２が入力されると、出力端子からＨレベルの信号を出力してヒューズ回路５を溶断する。
以上説明したように、図３の充電制御回路を備えたバッテリ装置は、信号Ｑ１のレベルによって電池接続判定回路または過電圧検出回路として機能する検出回路３０を備えたので、機能は同様でありながら回路規模を小さくすることが出来る。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。例えば、ラッチ回路のセットとリセットや出力などの論理や接続関係は、設計事項であるのでこの回路に限定されることはない。
また、ＡＮＤ回路３５がＯＲ回路２５の出力端子に接続されるとしたが、ラッチ回路１７がセットされるまでラッチ回路２７が誤ってセットされないことを満足すれば、この構成に限定されない。例えば、ラッチ回路２７は、リセット端子Ｒにラッチ回路１７の出力端子Ｑの信号の反転信号が入力されるようにしても良い。また、制御回路１９は、ラッチ回路１７のＨレベルの信号Ｑ１が入力されるまで出力端子からヒューズを溶断する信号を出力しないようにしても良い。その場合は、制御回路１９は、Ｈレベルの信号Ｑ１を受けるとラッチ回路２７をリセットするように構成すればよい。
また、制御回路１９は、必要でなければラッチ回路１７の出力端子Ｑは接続されなくても良い。また、図１の充電制御回路１は、ＡＮＤ回路１５の出力信号を遅延する必要が無ければ、遅延回路１６が無くても良い。図３の充電制御回路１においても同様に、ＡＮＤ回路１５の出力をラッチ回路１７のセット端子Ｓに直接入力しても良い。その場合は、ＡＮＤ回路１８、２８及びＯＲ回路２９は不要である。
１ 充電制御回路
２ 組電池
３ ＮＭＯＳトランジスタ
４ 抵抗
５ ヒューズ回路
１０ 電池接続検出回路
１５、１８、２８、３５ ＡＮＤ回路
１６、２６ 遅延回路
１７、２７ ラッチ回路
１９ 制御回路
２０ 過電圧検出回路
２５、２９ ＯＲ回路
３０ 検出回路
３９ リセット回路

Claims (7)

  1. 充電経路のヒューズを溶断することで、複数の二次電池が直列に接続された組電池を保護する充電制御回路であって、
    前記組電池の正極端子と複数の中間端子と負極端子が接続される複数の入力端子と、
    前記複数の入力端子に接続され、前記入力端子間の電圧を監視することで前記組電池の全ての端子が前記複数の入力端子に接続されたことを検出する電池接続検出回路と、
    前記複数の入力端子に接続され、前記複数の二次電池の過電圧を監視する過電圧検出回路と、
    前記電池接続検出回路の出力する信号が入力される第一のラッチ回路と、
    前記過電圧検出回路の出力する信号が入力される第二のラッチ回路と、
    前記充電制御回路が起動したときに前記第一のラッチ回路及び前記第二のラッチ回路に信号を出力するリセット回路と、
    前記第二のラッチ回路の出力する信号を受けて、前記組電池を過電圧から保護する信号を出力する制御回路と、を備え
    前記制御回路は、前記第一のラッチ回路に前記電池接続検出回路の検出信号が入力されるまでは前記ヒューズを溶断する信号を出力しないことを特徴とする充電制御回路。
  2. 前記電池接続検出回路は、前記複数の二次電池に対応して直列に接続された複数の電池電圧検出回路と、
    前記複数の電池電圧検出回路の出力信号が入力されるＡＮＤ回路と、
    を備えたことを特徴とする請求項１に記載の充電制御回路。
  3. 前記第一のラッチ回路の出力信号で制御されるマスク回路を備え、
    前記過電圧検出回路の出力する信号が前記マスク回路を介して前記第二のラッチ回路に入力される
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の充電制御回路。
  4. 前記電池接続検出回路は、前記第一のラッチ回路の出力信号で動作停止が制御される
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の充電制御回路。
  5. 前記電池接続検出回路と前記過電圧検出回路が、前記第一のラッチ回路の出力信号で前記電池接続検出回路と前記過電圧検出回路の機能を切換えて動作する検出回路に置き換えられた
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の充電制御回路。
  6. 請求項１から５のいずれかに記載の充電制御回路と、
    前記充電制御回路の出力端子にゲートが接続されたＭＯＳトランジスタと、
    前記ＭＯＳトランジスタに接続されたヒューズ回路と、
    を備えたことを特徴とする充電制御装置。
  7. 複数の二次電池が直列に接続された組電池と、
    前記組電池を過電圧から保護する請求項６に記載の充電制御装置と、
    を備えたことを特徴とするバッテリ装置。
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