JPH11307138A - バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置 - Google Patents
バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置Info
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- JPH11307138A JPH11307138A JP10114810A JP11481098A JPH11307138A JP H11307138 A JPH11307138 A JP H11307138A JP 10114810 A JP10114810 A JP 10114810A JP 11481098 A JP11481098 A JP 11481098A JP H11307138 A JPH11307138 A JP H11307138A
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
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- G—PHYSICS
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置
において高精度で過電流を検出すること、及び充放電制
御用スイッチ素子の発振を防せぐこと。 【解決手段】 センス抵抗を用いて過電流を検出する回
路、及び検出信号を保持する回路を設ける。
において高精度で過電流を検出すること、及び充放電制
御用スイッチ素子の発振を防せぐこと。 【解決手段】 センス抵抗を用いて過電流を検出する回
路、及び検出信号を保持する回路を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は二次電池の電圧や充
放電電流などのバッテリー状態監視が要求される回路と
該バッテリー状態監視回路とバッテリー装置外への外部
接続端子とスイッチ素子と二次電池とセンス抵抗とを含
むバッテリー装置(以下バッテリーパックと呼ぶ)に関す
る。
放電電流などのバッテリー状態監視が要求される回路と
該バッテリー状態監視回路とバッテリー装置外への外部
接続端子とスイッチ素子と二次電池とセンス抵抗とを含
むバッテリー装置(以下バッテリーパックと呼ぶ)に関す
る。
【０００２】さらに本発明は、過電流検出の高精度化
と、センス抵抗の両端の電圧を検出して放電電流を制御
するバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置に関
する。
と、センス抵抗の両端の電圧を検出して放電電流を制御
するバッテリー状態監視回路およびバッテリー装置に関
する。
【０００３】
【従来の技術】従来のバッテリー状態監視回路として
は、図２に回路ブロック図を示すような装置が知られて
いた。例えば、特開平９−３１２１７２号公報「バッテ
リパック、充電器、および充電システム、並びに充電方
法」にこのような構造が開示されている。これはスマー
トバッテリーシステム（Smart Battery System）などと
呼ばれるバッテリーパックに関するものである。即ちマ
イクロコンピュータを用いて二次電池の電圧や充放電電
流を監視する機能を有し、充電器、あるいはコンピュー
タ等の負荷との間で通信を行うバッテリーパックであ
る。この様に構成されたバッテリーパックを用いると、
充電器、パソコン内マイコンあるいは負荷等と通信によ
ってバッテリー状態を認識することが可能になる。この
情報を用いると、電池の残量表示や充電の停止などを正
確に行えるようになる。
は、図２に回路ブロック図を示すような装置が知られて
いた。例えば、特開平９−３１２１７２号公報「バッテ
リパック、充電器、および充電システム、並びに充電方
法」にこのような構造が開示されている。これはスマー
トバッテリーシステム（Smart Battery System）などと
呼ばれるバッテリーパックに関するものである。即ちマ
イクロコンピュータを用いて二次電池の電圧や充放電電
流を監視する機能を有し、充電器、あるいはコンピュー
タ等の負荷との間で通信を行うバッテリーパックであ
る。この様に構成されたバッテリーパックを用いると、
充電器、パソコン内マイコンあるいは負荷等と通信によ
ってバッテリー状態を認識することが可能になる。この
情報を用いると、電池の残量表示や充電の停止などを正
確に行えるようになる。
【０００４】図２に従来のバッテリー状態監視回路１８
Ａおよび、少なくともバッテリー状態監視回路１８Ａと
充電器等を接続する＋端子1Aと−端子2Aで構成される外
部端子と放電電流を制御するスイッチ素子１１Ａで構成
されるバッテリー装置を示す。従来のバッテリー状態監
視回路１８Ａおよびバッテリー装置ではスイッチ素１１
Ａ（例えばMOS-FET）の両端の電圧Vbをマイコンで検出
してスイッチ素子１１Ａをオフし、充電式電池６Ａ〜8A
が過大な電流を流すのを防いでいる。尚、3AはOPアンプ
であり、5Aはバッテリー状態監視回路１８Ａと通信を行
って充電式電池６Ａ〜8Aの残量を計算するためのマイコ
ンであり、16Aはバッテリー装置につながれた負荷であ
り、17Aはバッテリー装置につながれた充電器であり、1
9Aはバッテリー状態監視回路１８Ａにより充電式電池６
Ａ〜8Aの充放電電流パスを遮断するための遮断回路であ
り、20Aは充電式電池６Ａ〜8Aの中からどの電池を選択
するかを決める選択回路である。
Ａおよび、少なくともバッテリー状態監視回路１８Ａと
充電器等を接続する＋端子1Aと−端子2Aで構成される外
部端子と放電電流を制御するスイッチ素子１１Ａで構成
されるバッテリー装置を示す。従来のバッテリー状態監
視回路１８Ａおよびバッテリー装置ではスイッチ素１１
Ａ（例えばMOS-FET）の両端の電圧Vbをマイコンで検出
してスイッチ素子１１Ａをオフし、充電式電池６Ａ〜8A
が過大な電流を流すのを防いでいる。尚、3AはOPアンプ
であり、5Aはバッテリー状態監視回路１８Ａと通信を行
って充電式電池６Ａ〜8Aの残量を計算するためのマイコ
ンであり、16Aはバッテリー装置につながれた負荷であ
り、17Aはバッテリー装置につながれた充電器であり、1
9Aはバッテリー状態監視回路１８Ａにより充電式電池６
Ａ〜8Aの充放電電流パスを遮断するための遮断回路であ
り、20Aは充電式電池６Ａ〜8Aの中からどの電池を選択
するかを決める選択回路である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来のバッテリー状態
監視回路１８Ａおよびバッテリー装置の場合、スイッチ
素１１Ａ（例えばMOS-FET）のオン抵抗（通電時の抵
抗）は製造ばらつき、（ゲート）電圧依存、温度特性、
等が悪いため過電流検出精度が悪いという問題点があ
る。
監視回路１８Ａおよびバッテリー装置の場合、スイッチ
素１１Ａ（例えばMOS-FET）のオン抵抗（通電時の抵
抗）は製造ばらつき、（ゲート）電圧依存、温度特性、
等が悪いため過電流検出精度が悪いという問題点があ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決するために、センス抵抗を用い、センス抵抗の両端の
電圧を検出して過電流検出を行う。
決するために、センス抵抗を用い、センス抵抗の両端の
電圧を検出して過電流検出を行う。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明はセンス抵抗の両端の電圧
を検出して過電流検出を行うバッテリー状態監視回路お
よびバッテリー装置である。さらに過電流検出信号を保
持する手段を備えることによってスイッチ素子が発振す
るのを防いでいる。
を検出して過電流検出を行うバッテリー状態監視回路お
よびバッテリー装置である。さらに過電流検出信号を保
持する手段を備えることによってスイッチ素子が発振す
るのを防いでいる。
【０００８】
【実施例】図１に本発明のバッテリー状態監視回路１３
およびバッテリー装置１５を示す。センス抵抗３の両端
の電圧Vaが所望の値（過電流検出電圧）を超えると過電
流検出回路１１の出力が反転する。これを過電流検出回
路１１の検出と呼び、この時の信号を検出信号と呼び、
この検出動作のみを遅延させる回路を検出遅延回路と呼
ぶ。この検出信号でスイッチ素子５をオフし、充電式電
池４が過大な電流を流すのを防ぐ。スイッチ素子５がオ
フした後センス抵抗３に流れる電流がゼロとなるので過
電流検出回路１１の出力信号が反転し、過電流検出回路
１１はセンス抵抗３の両端の電圧Vaがゼロの時と同じ電
圧を出力する。これを過電流検出回路１１の解除と呼
び、この時の信号を解除信号と呼び、この解除動作のみ
を遅延させる回路を解除遅延回路と呼ぶ。センス抵抗３
に流れる電流がゼロとなることによって過電流検出回路
１１は再びスイッチ素子５をオンしようとするので、ラ
ッチ回路１２を設け検出信号を保持しスイッチ素子５が
オンとオフを繰り返すのを防ぐ。
およびバッテリー装置１５を示す。センス抵抗３の両端
の電圧Vaが所望の値（過電流検出電圧）を超えると過電
流検出回路１１の出力が反転する。これを過電流検出回
路１１の検出と呼び、この時の信号を検出信号と呼び、
この検出動作のみを遅延させる回路を検出遅延回路と呼
ぶ。この検出信号でスイッチ素子５をオフし、充電式電
池４が過大な電流を流すのを防ぐ。スイッチ素子５がオ
フした後センス抵抗３に流れる電流がゼロとなるので過
電流検出回路１１の出力信号が反転し、過電流検出回路
１１はセンス抵抗３の両端の電圧Vaがゼロの時と同じ電
圧を出力する。これを過電流検出回路１１の解除と呼
び、この時の信号を解除信号と呼び、この解除動作のみ
を遅延させる回路を解除遅延回路と呼ぶ。センス抵抗３
に流れる電流がゼロとなることによって過電流検出回路
１１は再びスイッチ素子５をオンしようとするので、ラ
ッチ回路１２を設け検出信号を保持しスイッチ素子５が
オンとオフを繰り返すのを防ぐ。
【０００９】図１における過電流検出回路１１はセンス
抵抗３の両端の電圧Vaが所望の値（例えば0.2V）を越え
た時に、出力電圧を変化させる手段全般であり、本発明
はその構成要素により限定されるものでは無い。また、
図１におけるラッチ回路１２はセンス抵抗３の両端の電
圧Vaが所望の値（例えば0.2V）を越えた時の過電流検出
回路１１の出力信号を保持する手段全般であり、その構
成要素により限定されるものでは無い。
抵抗３の両端の電圧Vaが所望の値（例えば0.2V）を越え
た時に、出力電圧を変化させる手段全般であり、本発明
はその構成要素により限定されるものでは無い。また、
図１におけるラッチ回路１２はセンス抵抗３の両端の電
圧Vaが所望の値（例えば0.2V）を越えた時の過電流検出
回路１１の出力信号を保持する手段全般であり、その構
成要素により限定されるものでは無い。
【００１０】図１の実施例ではスイッチ素子５にPch-MO
S-FETを用い充電式電池４のプラス極側に設け、センス
抵抗３を充電式電池４のマイナス極側に設けているが、
スイッチ素子５にNch-MOS-FETを用い充電式電池４のマ
イナス極側に設けても良いし、センス抵抗３を充電式電
池４のプラス極側に設けても良い。また図１の実施例で
は検出遅延回路を設けていないが、検出遅延回路を設け
ても良い。さらに図１の実施例では放電電流を制御する
ためのスイッチ素子５が一つだけだが、例えば充電を制
御するため等の他の複数のスイッチ素子を設けても良
い。
S-FETを用い充電式電池４のプラス極側に設け、センス
抵抗３を充電式電池４のマイナス極側に設けているが、
スイッチ素子５にNch-MOS-FETを用い充電式電池４のマ
イナス極側に設けても良いし、センス抵抗３を充電式電
池４のプラス極側に設けても良い。また図１の実施例で
は検出遅延回路を設けていないが、検出遅延回路を設け
ても良い。さらに図１の実施例では放電電流を制御する
ためのスイッチ素子５が一つだけだが、例えば充電を制
御するため等の他の複数のスイッチ素子を設けても良
い。
【００１１】図３にセンス抵抗とスイッチ素子（例えば
MOS-FET）のオン抵抗の比較図を示す。センス抵抗は製
造ばらつきで±5%以下なのに対しスイッチ素子（例えば
MOS-FET）のオン抵抗の製造ばらつきは約±30%もある。
さらにセンス抵抗は（ゲート）電圧依存が無いのに対し
スイッチ素子（例えばMOS-FET）のオン抵抗は（ゲー
ト）電圧依存がある。また温度係数を比較するとセンス
抵抗は約300ppm/℃なのに対し、スイッチ素子（例えばM
OS-FET）のオン抵抗は約10000 ppm/℃と約30倍もの差が
ある。よって過電流検出にセンス抵抗を用いる方がスイ
ッチ素子（例えばMOS-FET）のオン抵抗を用いる場合よ
り精度が良い。
MOS-FET）のオン抵抗の比較図を示す。センス抵抗は製
造ばらつきで±5%以下なのに対しスイッチ素子（例えば
MOS-FET）のオン抵抗の製造ばらつきは約±30%もある。
さらにセンス抵抗は（ゲート）電圧依存が無いのに対し
スイッチ素子（例えばMOS-FET）のオン抵抗は（ゲー
ト）電圧依存がある。また温度係数を比較するとセンス
抵抗は約300ppm/℃なのに対し、スイッチ素子（例えばM
OS-FET）のオン抵抗は約10000 ppm/℃と約30倍もの差が
ある。よって過電流検出にセンス抵抗を用いる方がスイ
ッチ素子（例えばMOS-FET）のオン抵抗を用いる場合よ
り精度が良い。
【００１２】図４および図５に図１に示す検出回路１１
とラッチ回路１２を具体化した例を示す。図４および図
５における過電流検出回路１１は基準電圧１７とコンパ
レータ１８で構成され、センス抵抗３の両端の電圧Vaが
基準電圧１７を越えるとコンパレータ１８の出力が反転
し、スイッチ素子５をオフさせる。図４におけるラッチ
回路１２はトランジスタと抵抗（定電流源でも良い）で
構成され、スイッチ素子５への信号Ａをトランジスタ２
１のゲートにフィードバックし、トランジスタ２２とト
ランジスタ２３で構成されるインバータの入力電圧Ｂを
Lowに保持することによってスイッチ素子５への信号Ａ
をHighに保持する。
とラッチ回路１２を具体化した例を示す。図４および図
５における過電流検出回路１１は基準電圧１７とコンパ
レータ１８で構成され、センス抵抗３の両端の電圧Vaが
基準電圧１７を越えるとコンパレータ１８の出力が反転
し、スイッチ素子５をオフさせる。図４におけるラッチ
回路１２はトランジスタと抵抗（定電流源でも良い）で
構成され、スイッチ素子５への信号Ａをトランジスタ２
１のゲートにフィードバックし、トランジスタ２２とト
ランジスタ２３で構成されるインバータの入力電圧Ｂを
Lowに保持することによってスイッチ素子５への信号Ａ
をHighに保持する。
【００１３】図５におけるラッチ回路１２は解除遅延回
路２４と基準電圧２５とコンパレータ２６とOR回路２７
で構成され、スイッチ素子５がオフしたことをコンパレ
ータ２６で検出し、コンパレータ２６の検出信号でスイ
ッチ素子５のオフを保持する。スイッチ素子５がオフし
たことはスイッチ素子５の両端の電圧Vbが基準電圧２５
を越えることによって判定する。過電流検出はセンス抵
抗３の両端の電圧Vaが基準電圧１７を越えたことで行
い、検出回路１１の出力信号の保持はスイッチ素子５が
オフしたことをコンパレータ２６で判定して行う。スイ
ッチ素子５がオフしてからコンパレータ２６がスイッチ
素子５のオフを検出するまでにタイムラグがあるので、
検出回路１１の出力に解除遅延回路２４を設け、スイッ
チ素子５がオフしてからコンパレータ２６がスイッチ素
子５のオフを検出するまでの間検出信号を保持する。
路２４と基準電圧２５とコンパレータ２６とOR回路２７
で構成され、スイッチ素子５がオフしたことをコンパレ
ータ２６で検出し、コンパレータ２６の検出信号でスイ
ッチ素子５のオフを保持する。スイッチ素子５がオフし
たことはスイッチ素子５の両端の電圧Vbが基準電圧２５
を越えることによって判定する。過電流検出はセンス抵
抗３の両端の電圧Vaが基準電圧１７を越えたことで行
い、検出回路１１の出力信号の保持はスイッチ素子５が
オフしたことをコンパレータ２６で判定して行う。スイ
ッチ素子５がオフしてからコンパレータ２６がスイッチ
素子５のオフを検出するまでにタイムラグがあるので、
検出回路１１の出力に解除遅延回路２４を設け、スイッ
チ素子５がオフしてからコンパレータ２６がスイッチ素
子５のオフを検出するまでの間検出信号を保持する。
【００１４】図５ではスイッチ素子５のオフの検出を基
準電圧２５とコンパレータ２６で行っているが、図６の
ようにトランジスタ２８と抵抗２９をもちいても良い。
さらに図７のように図６の抵抗の代わりに定電流源３０
を用いても良い。また本実施例では、バッテリー状態監
視回路１３の機能のうち過電流検出機能だけをとりあげ
て説明した。本来リチウムイオン２次電池等のバッテリ
ー状態監視回路とは、これに過充電制御機能や過放電制
御機能等を含まれるものであるが、ここではその説明を
省略した。
準電圧２５とコンパレータ２６で行っているが、図６の
ようにトランジスタ２８と抵抗２９をもちいても良い。
さらに図７のように図６の抵抗の代わりに定電流源３０
を用いても良い。また本実施例では、バッテリー状態監
視回路１３の機能のうち過電流検出機能だけをとりあげ
て説明した。本来リチウムイオン２次電池等のバッテリ
ー状態監視回路とは、これに過充電制御機能や過放電制
御機能等を含まれるものであるが、ここではその説明を
省略した。
【００１５】
【発明の効果】本発明により、精度良く過電流検出を行
うことができる。
うことができる。
【図１】本発明のバッテリー状態監視回路とバッテリー
装置の回路構成図である。
装置の回路構成図である。
【図２】従来のバッテリー状態監視回路とバッテリー装
置の回路構成図である。
置の回路構成図である。
【図３】センス抵抗とスイッチ素子（例えばMOS-FET）
のオン抵抗の比較図である。
のオン抵抗の比較図である。
【図４】検出回路とラッチ回路を具体化した本発明のバ
ッテリー状態監視回路とバッテリー装置の回路構成図で
ある。
ッテリー状態監視回路とバッテリー装置の回路構成図で
ある。
【図５】検出回路とラッチ回路を具体化した本発明のバ
ッテリー状態監視回路とバッテリー装置の回路構成図で
ある。
ッテリー状態監視回路とバッテリー装置の回路構成図で
ある。
【図６】スイッチ素子のオフの検出にトランジスタと抵
抗を用いた本発明のバッテリー状態監視回路とバッテリ
ー装置の回路構成図である。
抗を用いた本発明のバッテリー状態監視回路とバッテリ
ー装置の回路構成図である。
【図７】スイッチ素子のオフの検出にトランジスタと定
電流源を用いた本発明のバッテリー状態監視回路とバッ
テリー装置の回路構成図である。
電流源を用いた本発明のバッテリー状態監視回路とバッ
テリー装置の回路構成図である。
1 プラス側充電器接続端子 2 マイナス側充電器接続端子 3 センス抵抗 4 充電式電池 5 スイッチ素子 6 充電式電池マイナス極接続端子 7 充電式電池プラス極接続端子 8 スイッチ素子制御端子 9 充電器接続モニター端子 １０ センス抵抗モニター端子 １１ 過電流検出回路 １２ ラッチ回路 １３ 本発明のバッテリー状態監視回路 １８ 本発明のバッテリー装置 １５ 従来のバッテリー状態監視回路 １６ 従来のバッテリー装置 １７ 基準電圧 １８ コンパレータ １９ 抵抗 ２０,２１,２２,２３ トランジスタ ２４ 解除遅延回路 １４ 基準電圧 ２６ コンパレータ ２７ OR回路 ２８ トランジスタ ２９ 抵抗 ３０ 定電流源 Ｖａ センス抵抗の両端の電圧 Ｖｂ スイッチ素子の両端の電圧 Ａ スイッチ素子への信号 Ｂ インバータへの信号
Claims (4)
- 【請求項１】 センス抵抗の両端の電圧を検出する手段
と、該検出信号を保持する手段を備えることを特徴とし
たバッテリー状態監視回路。 - 【請求項２】 充電式電池とセンス抵抗と該センス抵抗
の両端の電圧を検出する手段と、該検出信号を保持する
手段と、該検出信号で充放電を制御する少なくとも一つ
以上のスイッチ素子を備えることを特徴としたバッテリ
ー装置。 - 【請求項３】 該検出信号を保持する手段として「該検
出信号の解除動作を遅延させる手段」と「放電を制御す
る少なくとも一つ以上のスイッチ素子が電流を遮断した
ことを検出する手段」を備えることを特徴とした請求項
１記載のバッテリー状態監視回路。 - 【請求項４】 該検出信号を保持する手段として「該検
出信号の解除動作を遅延させる手段」と「放電を制御す
る少なくとも一つ以上のスイッチ素子が電流を遮断した
ことを検出する手段」を備えることを特徴とした請求項
２記載のバッテリー装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114810A JPH11307138A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置 |
| US09/450,158 US6239581B1 (en) | 1998-04-24 | 1999-11-29 | Battery state monitoring circuit and battery device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10114810A JPH11307138A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置 |
| US09/450,158 US6239581B1 (en) | 1998-04-24 | 1999-11-29 | Battery state monitoring circuit and battery device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11307138A true JPH11307138A (ja) | 1999-11-05 |
Family
ID=26453474
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10114810A Pending JPH11307138A (ja) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | バッテリー状態監視回路及びバッテリー装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6239581B1 (ja) |
| JP (1) | JPH11307138A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| KR100886041B1 (ko) * | 2001-02-20 | 2009-02-26 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 충방전 제어기 |
| KR100907360B1 (ko) * | 2001-01-05 | 2009-07-10 | 세이코 인스트루 가부시키가이샤 | 배터리 상태 감시회로 및 배터리 장치 |
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Families Citing this family (12)
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|---|---|---|---|---|
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| GB0510066D0 (en) | 2005-05-17 | 2005-06-22 | Goodrich Control Sys Ltd | A controller for a permanent magnet generator and a generator in combination with such a controller |
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