CN106329613A - 充放电控制电路、充放电控制装置及电池装置 - Google Patents

充放电控制电路、充放电控制装置及电池装置 Download PDF

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Abstract

本发明的课题为：在进行多个串联连接的二次电池的充放电的充放电控制装置及电池装置中，抑制部件件数的增加。其解决方案为：第1充放电控制电路接受基于放电控制开关截止而生成的过放电信号，基于此生成停电信号而使第1电池电压监视电路停电，第2充放电控制电路接受上述停电信号，基于此使第2电池电压监视电路停电。

Description

充放电控制电路、充放电控制装置及电池装置
技术领域
本发明关于能够控制二次电池的充放电的充放电控制电路、充放电控制装置及具备它的电池装置。
背景技术
作为现有的具备充放电控制装置的电池装置，提出具备了在二次电池的电压成为比既定电压还低的过放电状态的情况下抑制二次电池进一步的电压下降的停电（powerdown）电路的电池装置（例如，参照专利文献1）。依据所涉及的停电电路，能够降低充放电控制装置自身的消耗电流。
在这样的现有的电池装置中，串联连接超过充放电控制装置的耐压的数量的二次电池的情况下，会配置多个充放电控制装置。
图3示出基于现有技术的具备多个二次电池的电池装置300的电路图。
现有的电池装置300具备：连接充电器或负载的外部端子401及402；串联连接在外部端子401及402之间的2个二次电池403－1及403－2；放电控制开关404、充电控制开关405；与二次电池403－1及403－2分别连接的充放电控制电路301－1及301－2。
充放电控制电路301－1具备电池电压监视电路30－1、输出控制电路31－1、和停电电路33－1而构成，同样地，充放电控制电路301－2具备电池电压监视电路30－2、输出控制电路31－2、和停电电路33－2而构成。
充放电控制电路301－1如以下那样进行动作。
电池电压监视电路30－1监视二次电池403－1的电压，将表示二次电池403－1处于过放电状态或过充电状态的检测信号向输出控制电路31－1输出。在输出表示二次电池403－1处于过放电的检测信号的情况下，输出控制电路31－1使放电控制开关404截止，在输出表示二次电池403－1处于过充电的检测信号的情况下，使充电控制开关405截止。停电电路33－1接受基于二次电池403－1成为过放电、放电控制开关404截止而生成的过放电信号ODC－1，将停电信号向电池电压监视电路30－1输出。而且，电池电压监视电路30－1在接受从停电电路33－1输出的停电信号时，停止自身的动作。由此，降低充放电控制电路301－1的消耗电流。
充放电控制电路301－2的动作与充放电控制电路301－1同样，因此省略说明。
接着，对于生成用于使停电电路33－1及33－2分别产生停电信号的过放电信号ODC－1及ODC－2进行说明。
电池装置300还具备：连接在外部端子401与402之间的Nch晶体管310、311、316及317；Pch晶体管312、315、318及320；电阻314、319、321及322；以及齐纳二极管313。
若二次电池403－1成为过放电、放电控制开关404截止，则因连接在外部端子401及402之间的负载（未图示）而外部端子402的电压以成为与外部端子401相等的方式进行动作。即，外部端子402的电压上升。若外部端子402的电压上升，则Nch晶体管311及Pch晶体管315成为导通，Nch晶体管316成为截止，Pch晶体管310及312成为截止。由此，过放电信号ODC－1被提高到二次电池403－1的正电源电压。进而，因为Nch晶体管317成为截止，Pch晶体管318成为导通，Pch晶体管320成为截止，所以过放电信号ODC－2被提高到二次电池403－2的正电源电压。
另外，在二次电池403－2成为过放电的情况下，各晶体管也与二次电池403－1成为过放电时同样进行动作，因此分别地过放电信号ODC－1被提高到二次电池403－1的正电源电压、过放电信号ODC－2被提高到二次电池403－2的正电源电压。
如以上那样，现有的电池装置中，在串联连接多个二次电池而使用的情况下，即使是多个二次电池的任一个成为过放电，也都能使多个充放电控制电路各自的停电电路动作，降低消耗电流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－229774号公报。
发明内容
发明要解决的课题
然而，在图3所示的现有的电池装置300中，为了生成使充放电控制电路301－1及301－2各自的停电电路33－1及33－2动作的过放电信号ODC－1及ODC－2，使用多个晶体管等的元件，因而部件件数有必要成为多数。而且，二次电池的数量越增加，该部件件数就会越进一步增大。另外，存在的问题是：考虑因所连接的二次电池的数量变化的耐压而使用耐压高的高价的晶体管；需要与耐压匹配的电路结构等，用于构成电池装置的成本高且电路会复杂。
因此，本发明的目的在于在进行多个串联连接的二次电池的充放电的充放电控制装置及电池装置中，削减部件件数，并通过廉价且简单的电路结构来实现降低消耗电流。
用于解决课题的方案
为了解决上述课题，依据本发明的充放电控制电路，其特征在于，包括：电池电压监视电路，监视二次电池的电压，输出表示所述二次电池是过放电还是过充电的检测信号；输出控制电路，接受所述检测信号，并响应所述检测信号表示过放电的情况而输出用于使放电控制开关截止的放电控制信号，响应所述检测信号表示过充电的情况而输出用于使充电控制开关截止的充电控制信号；上拉电路，从输入端子接受第1停电信号，输出将所述第1停电信号上拉到所述二次电池的正电源电压而得到的上拉信号；以及停电电路，基于所述上拉信号输出第2停电信号。
另外，依据本发明的充放电控制装置是控制串联连接在第1及第2外部端子之间的第1及第2二次电池、放电控制开关及充电控制开关的充放电控制装置，其特征在于：具备与所述第1及第2二次电池分别对应地设置的第1及第2充放电控制电路，所述第1充放电控制电路包括：第1电池电压监视电路，监视所述第1二次电池的电压，输出表示所述第1二次电池是过放电还是过充电的第1检测信号；第1输出控制电路，接受所述第1检测信号，并响应所述第1检测信号表示过放电的情况而输出用于使所述放电控制开关截止的第1放电控制信号，响应所述第1检测信号表示过充电的情况而输出用于使所述充电控制开关截止的第1充电控制信号；第1上拉电路，接受基于所述第1放电控制信号生成的过放电信号或外部停电信号，并输出将所述过放电信号或外部停电信号上拉到所述第1充放电控制电路的正电源电压而得到的第1上拉信号；以及第1停电电路，基于所述第1上拉信号，输出使所述第1电池电压监视电路停止的第1停电信号，所述第2充放电控制电路包括：第2电池电压监视电路，监视所述第2二次电池的电压，输出表示所述第2二次电池是过放电还是过充电的第2检测信号；第2输出控制电路，接受所述第2检测信号，并响应所述第2检测信号表示过放电的情况而输出用于使所述放电控制开关截止的第2放电控制信号，响应所述第2检测信号表示过充电的情况而输出用于使所述充电控制开关截止的第2充电控制信号；第2上拉电路，接受所述第1停电信号，并输出将所述第1停电信号上拉到所述第2充放电控制电路的正电源电压而得到的第2上拉信号；以及第2停电电路，基于所述第2上拉信号，输出使所述第2电池电压监视电路停止的第2停电信号。
另外，依据本发明的电池装置，其特征在于，具备：第1及第2外部端子；串联连接在所述第1及第2外部端子之间的第1及第2二次电池、放电控制开关及充电控制开关；以及所述充放电控制装置，所述第1及第2二次电池、所述放电控制开关及所述充电控制开关被所述充放电控制装置控制。
发明效果
依据本发明，在第1充放电控制装置中，基于过放电信号生成第1停电信号，其中过放电信号是基于第1放电控制信号而生成的，另一方面，在第2充放电控制装置中，基于由第1充放电控制装置生成的第1停电信号生成第2停电信号。即，无需生成用于生成第2停电信号的过放电信号。因而，只要具有为仅生成用于生成第1停电信号的过放电信号而所需要的数量的晶体管等的元件就足够，能够防止部件件数的增大。
因而，能够提供即使所连接的二次电池的数量增加也不会使电路复杂、且能够抑制成本的充放电控制装置及具备它的电池装置。
附图说明
【图1】是示出具备依据本发明的实施方式的充放电控制装置的电池装置的电路图。
【图2】是示出本发明实施方式中的上拉电路的结构的一个例子的电路图。
【图3】是示出现有的电池装置的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出依据本发明的实施方式的电池装置200的电路图。
依据本发明的实施方式的电池装置200，具备：连接有充电器或负载的外部端子201及202；串联连接在外部端子201及202之间的2个二次电池203－1及203－2、由Nch晶体管构成的放电控制开关204及充电控制开关205；以及充放电控制装置100。充放电控制装置100具备与二次电池203－1及203－2分别连接的充放电控制电路101－1及101－2。
充放电控制电路101－1具备电池电压监视电路10－1、输出控制电路11－1、上拉电路12－1、和停电电路13－1而构成，同样地，充放电控制电路101－2具备电池电压监视电路10－2、输出控制电路11－2、上拉电路12－2、和停电电路13－2而构成。
另外，充放电控制装置100进一步具备：Nch晶体管110及111；Pch晶体管112；齐纳二极管113；以及电阻114。
Pch晶体管112及Nch晶体管111的栅极电极被共同连接，串联连接在充放电控制电路101－1的正电源连接端子102－1与负电源连接端子103－1之间。Nch晶体管110的栅极电极连接在Pch晶体管112及Nch晶体管111的连接点，漏极电极与充放电控制电路101－1的输入端子108－1连接，源极电极与负电源连接端子103－1连接。齐纳二极管113的阴极与Nch晶体管111的栅极电极连接，阳极与Nch晶体管111的源极电极和块体（bulk）连接。电阻114的一端与齐纳二极管113的阴极连接，另一端与电池装置200的外部端子202连接。
接着，对充放电控制电路101－1及101－2的动作进行说明。
首先，在充放电控制电路101－1中，电池电压监视电路10－1经由正电源连接端子102－1及负电源连接端子103－1监视二次电池203－1的电压，向输出控制电路11－1输出表示二次电池203－1处于过放电状态或过充电状态的检测信号DT－1。在检测信号DT－1表示二次电池203－1的过放电的情况下，输出控制电路11－1经由输出端子104－1向放电控制开关204输出放电控制信号DC－1，从而使放电控制开关204截止。在检测信号DT－1表示二次电池203－1的过充电的情况下，输出控制电路11－1经由输出端子105－1向充电控制开关205输出充电控制信号CC－1，从而使充电控制开关205截止。
在充放电控制电路101－2中，电池电压监视电路10－2经由正电源连接端子102－2及负电源连接端子103－2监视二次电池203－2的电压，向输出控制电路11－2输出表示二次电池203－2处于过放电状态或过充电状态的检测信号DT－2。在检测信号DT－2表示二次电池203－2的过放电的情况下，输出控制电路11－2输出放电控制信号DC－2。所输出的放电控制信号DC－2经由输出端子104－2及充放电控制电路101－1的输入端子106－1向输出控制电路11－1输入，并作为放电控制信号DC－1经由输出端子104－1向放电控制开关204输出。由此，放电控制开关204成为截止。在检测信号DT－2表示二次电池203－2的过充电的情况下，输出控制电路11－2输出充电控制信号CC－2。所输出的充电控制信号CC－2经由输出端子105－2及充放电控制电路101－1的输入端子107－1向输出控制电路11－1输入，作为充电控制信号CC－1经由输出端子105－1向充电控制开关205输出。由此，充电控制开关205成为截止。
而且，当二次电池203－1及203－2的任一个（或双方）成为过放电、放电控制开关204截止时，因连接在外部端子201及202之间的负载（未图示）而外部端子202的电压以成为与外部端子201相等的方式进行动作。即，外部端子202的电压上升。若外部端子202的电压上升，则Nch晶体管111成为导通，Pch晶体管112成为截止，Nch晶体管110成为截止。由此，作为Nch晶体管110的漏极电极的信号的过放电信号ODC成为浮动（floating）状态（Hi－Z）。所涉及的过放电信号ODC经由输入端子108－1向上拉电路12－1输入。所输入的过放电信号ODC在上拉电路12－1中被提高到二次电池203－1的正电源电压。被提高到该正电源电压的上拉信号PU－1向停电电路13－1输入。停电电路13－1基于上拉信号PU－1，向电池电压监视电路10－1输出停电信号PD－1。此时，停电电路13－1也向输出控制电路11－1输出停电信号PD－1。若接受从停电电路13－1输出的停电信号PD－1，则电池电压监视电路10－1停止自身的动作。由此，充放电控制电路101－1的消耗电流减少。
另一方面，在充放电控制电路101－2中，若二次电池203－1及203－2的任一个（或双方）成为过放电状态且放电控制开关204成为截止，则在充放电控制电路101－1中因上述动作而生成的停电信号PD－1从输出控制电路11－1经由输出端子109－1而输出。所输出的停电信号PD－1向充放电控制电路101－2的输入端子108－2输入。此外，输入端子108－2为与充放电控制电路101－1的输入端子108－1对应的端子，但是输入端子108－1上被输入过放电信号ODC，与之相对输入端子108－2上被输入停电信号PD－1。
停电信号PD－1为被提高到二次电池203－1的正电源电压的信号，因此在充放电控制电路101－2中相当于二次电池203－2的负电源电压。因此，停电信号PD－1在上拉电路12－2中被提高到二次电池203－2的正电源电压。被提高到该正电源电压的上拉信号PU－2输入停电电路13－2。停电电路13－2基于上拉信号PU－2，向电池电压监视电路10－2输出停电信号PD－2。若接受从停电电路13－2输出的停电信号PD－2，则电池电压监视电路10－2停止自身的动作。由此，充放电控制电路101－2的消耗电流减少。
这样，即使在二次电池203－1成为过放电的情况和二次电池203－2成为过放电的情况中的任一种情况下，也都能使充放电控制电路101－1和充放电控制电路101－2双方的动作停止，抑制充放电控制装置100的消耗电流。
此时，依据本实施方式，对于充放电控制电路101－1生成用于电池电压监视电路10－1停止动作的停电信号PD－1而言，虽然需要使用几个晶体管等的元件，但是对于充放电控制电路101－2生成用于电池电压监视电路10－2停止动作的停电信号PD－2而言，能够使用在充放电控制电路101－1中生成的停电信号PD－1。即，停电信号PD－2的生成不需要晶体管等的元件。因此，作为充放电控制装置100及包含它的电池装置整体，能够防止部件件数的增大。
图2是示出本发明的实施方式中的上拉电路12（12－1、12－2）的结构的一个例子的电路图。
上拉电路12具备连接在输入端子108（108－1、108－2）与充放电控制电路101（101－1、101－2）的二次电池203（203－1、203－2）的正电源电压之间的恒流源CCS（CCS－1、CCS－2），将在恒流源CCS与输入端子108的连接点得到的信号作为上拉信号PU（PU－1、PU－2）输出。
通过所涉及的结构，能够将输入到输入端子108－1的过放电信号ODC上拉至充放电控制电路101－1的正电源电压、即二次电池203－1的正电源电压，并能将输入到输入端子108－2的停电信号PD－1上拉至充放电控制电路101－2的正电源电压、即二次电池203－2的正电源电压。
如以上说明的那样，依据本发明的实施方式的充放电控制装置及电池装置，在充放电控制电路101－1中，基于过放电信号ODC生成停电信号PD－1，其中过放电信号ODC是基于放电控制信号DC－1生成的，另一方面，在充放电控制电路101－2中，基于由充放电控制电路101－1生成的停电信号PD－1能够生成停电信号PD－2。即，无需另行生成用于生成停电信号PD－2的过放电信号。因而，只要具有为仅生成用于生成停电信号PD－1的过放电信号而所需要的数量的晶体管等的元件就足够，因而，能够减少部件件数，能设为廉价且简单的电路结构。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不局限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内可进行各种变更这一点是无需赘述的。
例如，在上述实施方式中，示出了具备包括二级充放电控制电路的充放电控制装置的电池装置，但是依据本发明的充放电控制装置按照二次电池的数量或控制它的充放电控制电路的耐压，还能具备三级以上的充放电控制电路。作为一个例子，在设充放电控制电路为三级的情况下，即，在图1所示的充放电控制装置进一步具备第3充放电控制电路（未图示，但称为101－3）的情况下，如以下那样构成充放电控制装置即可。
首先，向外部端子201与二次电池203－2之间插入第3二次电池（203－3），对此连接第3充放电控制电路（101－3）。然后，构成为将充放电控制电路101－2的输出端子109－2连接到第3充放电控制电路（101－3）的输入端子（108－3），以向第3充放电控制电路（101－3）的上拉电路（12－3）输入作为输出控制电路11－2的输出的停电信号PD－2。进而，构成为使从第3充放电控制电路（101－3）的输出控制电路（11－3）输出的放电控制信号（DC－3）及充电控制信号（CC－3）分别输入到充放电控制电路101－2的输入端子106－2及107－2。
依据所涉及的构成，关于第一级的充放电控制电路101－1，虽然为了生成停电信号PD－1而需要几个晶体管等的元件，但是关于用于使第二级的充放电控制电路101－2的电池电压监视电路10－2的动作停止的停电信号PD－2、及用于使第三级的充放电控制电路（101－3）的电池电压监视电路（10－3）的动作停止的停电信号（PD－3）的生成，能够分别使用在充放电控制电路101－1及充放电控制电路101－2中生成的停电信号PD－1及PD－2。即，不仅是在停电信号PD－2的生成，而且在生成用于电池电压监视电路（10－3）停止动作的停电信号（PD－3）中，也不需要晶体管等的元件。因而，即使充放电控制电路增加到多级（四级、五级・・・）的情况下，也能将部件件数的增加抑制到最小限度。
另外，设为停电电路13－1及13－2向输出控制电路11－1及11－2分别输出停电信号PD－1及PD－2，将它向输出端子109－1及109－2输出，但是也可以设为从停电电路13－1及13－2分别向输出端子109－1及109－2直接输出。
另外，本实施方式以二次电池在过放电状态时进行停电的动作进行了说明，但是即使是从外部输入停电信号的构成也能得到同样的效果。即，本实施方式的过放电信号ODC既可为过放电信号和外部停电信号的逻辑和，也可仅为外部停电信号，并不局限于该充放电控制电路。
标号说明
10－1、10－2 电池电压监视电路；11－1、11－2 输出控制电路；12－1、12－2 上拉电路；13－1、13－2 停电电路；100 充放电控制装置；101－1、101－2 充放电控制电路；102－1、102－2 正电源连接端子；103－1、103－2 负电源连接端子；104－1、104－2、105－1、105－2、109－1、109－2 输出端子；106－1、106－2、107－1、107－2、108－1、108－2 输入端子；110、111 Nch晶体管；112 Pch晶体管；113 齐纳二极管；114 电阻；200 电池装置；201、202 外部端子；203－1、203－2 二次电池；204 放电控制开关；205 充电控制开关；CC－1、CC－2 充电控制信号；CCS－1 恒流源；DC－1、DC－2 放电控制信号；DT－1、DT－2检测信号；ODC 过放电信号；PD－1、PD－2 停电信号；PU－1、PU－2 上拉信号。

Claims (5)

1.一种充放电控制电路，其特征在于，包括：
电池电压监视电路，监视二次电池的电压，输出表示所述二次电池是过放电还是过充电的检测信号；
输出控制电路，接受所述检测信号，并响应所述检测信号表示过放电的情况而输出用于使放电控制开关截止的放电控制信号，响应所述检测信号表示过充电的情况而输出用于使充电控制开关截止的充电控制信号；
上拉电路，从输入端子接受第1停电信号，输出将所述第1停电信号上拉到所述二次电池的正电源电压而得到的上拉信号；以及
停电电路，基于所述上拉信号输出第2停电信号。
2.一种充放电控制装置，控制串联连接在第1及第2外部端子之间的第1及第2二次电池、放电控制开关及充电控制开关，其特征在于：
具备与所述第1及第2二次电池分别对应地设置的第1及第2充放电控制电路，
所述第1充放电控制电路包括：
第1电池电压监视电路，监视所述第1二次电池的电压，输出表示所述第1二次电池是过放电还是过充电的第1检测信号；
第1输出控制电路，接受所述第1检测信号，并响应所述第1检测信号表示过放电的情况而输出用于使所述放电控制开关截止的第1放电控制信号，响应所述第1检测信号表示过充电的情况而输出用于使所述充电控制开关截止的第1充电控制信号；
第1上拉电路，接受基于所述第1放电控制信号生成的过放电信号或外部停电信号，并输出将所述过放电信号或外部停电信号上拉到所述第1充放电控制电路的正电源电压而得到的第1上拉信号；以及
第1停电电路，基于所述第1上拉信号，输出使所述第1电池电压监视电路停止的第1停电信号，
所述第2充放电控制电路包括：
第2电池电压监视电路，监视所述第2二次电池的电压，输出表示所述第2二次电池是过放电还是过充电的第2检测信号；
第2输出控制电路，接受所述第2检测信号，并响应所述第2检测信号表示过放电的情况而输出用于使所述放电控制开关截止的第2放电控制信号，响应所述第2检测信号表示过充电的情况而输出用于使所述充电控制开关截止的第2充电控制信号；
第2上拉电路，接受所述第1停电信号，并输出将所述第1停电信号上拉到所述第2充放电控制电路的正电源电压而得到的第2上拉信号；以及
第2停电电路，基于所述第2上拉信号，输出使所述第2电池电压监视电路停止的第2停电信号。
3.如权利要求2所述的充放电控制装置，其特征在于：
所述第1上拉电路具有连接在第1输入端子与所述第1充放电控制电路的正电源端子之间的第1恒流源，将在所述第1输入端子与所述第1恒流源的连接点得到的信号作为所述第1上拉信号而输出，
所述第2上拉电路具有连接在第2输入端子与所述第2充放电控制电路的正电源端子之间的第2恒流源，将在所述第2输入端子与所述第2恒流源的连接点得到的信号作为所述第2上拉信号而输出。
4.一种电池装置，其特征在于，具备：
第1及第2外部端子；
串联连接在所述第1及第2外部端子之间的第1及第2二次电池、放电控制开关及充电控制开关；以及
如所述权利要求2或3所记载的充放电控制装置，
所述第1及第2二次电池、所述放电控制开关及所述充电控制开关被所述充放电控制装置控制。
5.如权利要求4所述的电池装置，其特征在于：
所述充放电控制装置还具有Pch晶体管和第1及第2 Nch晶体管，
所述Pch晶体管和所述第1 Nch晶体管各自的栅极电极共同连接到所述第2外部端子，且串联连接在所述第1二次电池的正电源连接端子与负电源连接端子之间，
所述第2 Nch晶体管的栅极电极连接在所述Pch晶体管与所述第1 Nch晶体管的连接点，源极电极与所述负电源连接端子连接，
所述过放电信号是在所述第2 Nch晶体管的漏极电极产生的信号。
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