CN1532988A - 具有充电控制功能的电池组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有充电控制功能的电池组，该具有充电控制功能的电池组只在电池组一侧控制充电控制IC及充电保护IC。具有：充电保护电路(200)，该充电保护电路在通过放电控制开关(40)的开/关控制从二次电池(70)流向负载的放电电流的同时通过充电控制开关(30)的开/关控制从充电器(500)流向所述二次电池(70)的充电电流；充电控制电路(600)，该充电控制电路具有在异常电压输入时通过所述充电控制开关(30)的开/关停止由所述充电器(500)进行的对所述二次电池(70)的充电的功能。

Description

具有充电控制功能的电池组
技术领域
本发明涉及电池组，特别涉及在电池组内具有充电控制功能以及充电保护功能的带充电控制功能电池组。
背景技术
在可充电电池(二次电池)中，特别是锂离子电池，因为过放电、过充电性能弱，因此用于检测过放电状态、过充电状态、保护二次电池不被过放电状态及过充电状态损坏的保护电路(充电保护IC)是不可缺少的。也就是说，保护电路(充电保护IC)要具有过放电防止机构和过充电防止机构。此外，在该保护电路(充电保护IC)中，还有检测二次电池的放电中的过电流状态、保护二次电池不受过电流损坏的电路。在这种场合，保护电路(充电保护IC)具有过放电防止机构和过充电防止机构和过电流防止机构。不过，以下对具有过放电防止机构和过充电防止机构的二次电池的保护电路(充电保护IC)进行说明。
具有这样的保护电路(充电保护IC)的电池单元被称为电池组。另一方面，二次电池成为过放电状态的话，需要中止这一放电，使用“充电器”对二次电池充电。充电器具有附加电源和充电控制电路(充电控制IC)。也就是说，历来，电池组只内置保护电路(充电保护IC)，充电器具有充电控制电路(充电控制IC)。
图2表示内置充电保护IC200以及充电控制IC600的现有技术的电池模块800’。
图示电池模块800’具有放电用正极端子801、负极端子802、和充电用正极端子803。放电用正极端子801和负极端子802之间连接负载400，在充电用正极端子803和负极端子802之间连接为市售充电器的附加电源700。此外，负极端子802被称为GND端子。
电池模块800’具有二次电池300、充电保护IC200、充电控制IC600、其外围电路(功率晶体管Tr，二极管D，以及电流检测电阻R)、作为放电控制开关动作的第一场效应晶体管FET1、和作为充电控制开关动作的第二场效应晶体管FET2。
充电保护IC200连接在放电用正极端子801和二次电池300的阴极(-极)之间。充电控制IC600和其外围电路连接在充电用正极端子803和二次电池300的阴极(-极)之间。
通过这样的结构，应该能够使用只由附加电源(アダプタ)700构成的装置作为充电器。
下面，参考图3及图4说明现有技术的电池组100’以及现有技术的充电器500’。图3是表示现有技术的电池组和在其上装备的保护电路(充电保护IC)的构成的方框图，图4是表示现有技术的充电器和在其上装备的充电控制电路(充电控制IC)的构成的方框图。
首先参考图3说明现有技术的电池组100’。此外，这样的电池组例如在下面的专利文献1中作为“充电式电源电路”公开。下面根据该专利文献1的记载，说明现有技术的电池组100’。此外，在该专利文献1中，关于控制装置的具体的构成未用图表示，但是在下面的说明中，根据其说明书的记载推断其控制装置的结构，以图说明。
如图3所示，电池组100’具有正极端子101和负极端子102。正极端子101和负极端子102也被称为外部连接端子。在正极端子101和负极端子102之间连接负载400或者充电器500’(后面说明)。
图示的电池组100’具有至少包含一个锂离子电池(单位电池)301的二次电池300。二次电池300发生电池电压Vcc(ba)。在该二次电池300上并联保护电路(充电保护IC)200。保护电路(充电保护IC)200的主要功能是过放电保护功能和过充电保护功能。保护电路(充电保护IC)200具有执行过放电保护功能的过放电控制电路210和执行过充电保护功能的过充电控制电路220。
在过放电控制电路210上设定有过放电检测门限值电压Vth(od)。也就是说过放电控制电路210比较电池电压Vcc(ba)和过放电检测门限值电压Vth(od)，如果电池电压Vcc比过放电检测门限值电压Vth(od)低的话，则判定为过放电，输出逻辑低电平的过放电检测信号。虽然图中没有表示，但是过放电控制电路210具有用于产生与过放电检测门限值电压Vth(od)对应的过放电检测用基准电压的齐纳二极管、由串联连接的对电池电压Vcc进行分压的分压电阻组成的过放电用电阻分压电路、比较从该过放电用电阻分压电路发生的过放电用分压电压和过放电检测用基准电压的过放电检测比较器、和连接在该过放电检测比较器的输出端和非反向输入端之间的过放电用磁滞电路。
过放电用分压电压变得比过放电检测用基准电压低(也就是说，电池电压Vcc(ba)变得比过放电检测门限值电压Vth(od)低)的话，过放电检测比较器输出逻辑低电平的过放电检测信号。另一方面，电池电压Vcc(ba)变得比在过放电检测门限值电压Vth(od)上加通过过放电用磁滞电路规定的过放电用磁滞电压Vhy(od)而得到的过放电恢复电压(Vth(od)+Vhy(od))高的话，过放电检测比较器输出逻辑高电平的过放电保护解除信号。
同样，在过充电控制电路220上设定有过充电检测门限值电压Vth(oc)。也就是说，过充电控制电路220比较电池电压Vcc(ba)和过充电检测门限值电压Vth(oc)，如果电池电压Vcc变得比过充电检测门限值电压Vth(oc)高的话，则判定为过充电，输出逻辑低电平的过充电检测信号。虽然图中没有表示，但是过充电控制电路220具有用于发生与过充电检测门限值电压Vth(oc)对应的过充电检测用基准电压的齐纳二极管、由串联连接的对电池电压Vcc(ba)进行分压的分压电阻组成的过充电用电阻分压电路、比较从该过充电用电阻分压电路发生的过充电用分压电压和过充电检测用基准电压的过充电检测比较器、和连接在该过充电检测用比较器的输出端和反向输入端之间的过充电用磁滞电路。
过充电用分压电压变得比过充电检测用基准电压高(也就是说，电池电压Vcc(ba)变得比过充电检测门限值电压Vth(oc)高)的话，过充电检测比较器输出逻辑低电平的过充电检测信号。另一方面，电池电压Vcc(ba)变得比从过充电检测门限值电压Vth(oc)中减去由过充电用磁滞电路规定的过充电用磁滞电压Vhy(oc)而得到的过充电恢复电压(Vth(oc)-Vhy(od))低的话，过充电检测比较器输出逻辑高电平的过充电保护解除信号。
此外，在二次电池300的阴极(-极)和负极端子102之间串联连接有第一及第二场效应晶体管FET1以及FET2。第一场效应晶体管FET1作为放电控制开关动作，第二场效应晶体管FET2作为充电控制开关动作。
向第一场效应晶体管FET1的栅极供给来自过放电控制电路210的逻辑低电平的过放电检测信号的话，第一场效应晶体管FET1截止。另一方面，向第一场效应晶体管FET1的栅极供给来自过放电控制电路210的逻辑高电平的过放电保护解除信号的话，第一场效应晶体管FET1导通。同样，给第二场效应晶体管FET2的栅极供给来自过充电控制电路220的逻辑低电平的过充电检测信号的话，第二场效应晶体管FET2截止。给第二场效应晶体管FET2的栅极供给来自过充电控制电路220的逻辑高电平的过充电保护解除信号的话，第二场效应晶体管FET2导通。
如在上述专利文献1中记载的那样，第一场效应晶体管FET1具有寄生二极管Dp1，其正向连接为二次电池300的充电方向。另外，第二场效应晶体管FET2具有寄生二极管Dp2，其正向连接为二次电池300的放电方向。因此，第一场效应晶体管FET1即使成为截止状态，也可以通过它的寄生二极管Dp1充电。另外，第二场效应晶体管FET2即使成为截止状态，也可以通过它的寄生二极管Dp2放电。
下面参考图4对充电器500’进行说明。充电器500’具有正极端子501和负极端子502。充电器500’的正极端子501和负极端子502分别与电池组100’的正极端子101和负极端子102连接。
图示的充电器500’包含附加电源(アダプタ)700，该附加电源(アダプタ)700发生附加电源电压Vcc(ad)。充电控制电路(充电控制IC)600通过功率晶体管Tr、二极管D、以及电流检测电阻R与该附加电源700并联连接。该充电控制电路(充电控制IC)600的主要功能是恒流充电功能、恒压充电功能、和一次侧过电压检测功能。充电控制电路(充电控制IC)600具有执行恒流充电功能的恒流控制电路610、执行恒压充电功能的恒压控制电路620、执行一次侧过电压检测功能的一次侧过电压检测电路630。
恒流控制电路610是为了使电流检测电阻R两端的电位差保持一定，用于控制功率晶体管Tr、以恒流对电池组100’进行充电的电路。恒压控制电路620是用于检测二次电池300的电池电压Vcc(ba)，控制功率晶体管Tr以便该电池电压Vcc(ba)不能达到一定电压以上，对电池组100’进行充电的电路。一次侧过电压检测电路630是用于检测一次侧(附加电源)电压Vcc(ad)，在该一次侧电压Vcc(ad)为过电压以上的场合，使功率晶体管Tr截止、停止充电的电路。
此外，功率晶体管Tr、二极管D和电流检测电阻R以该顺序串联连接在附加电源700的正极(+极)和正极端子501之间。
这样，现有技术的电池组100’只内置充电保护IC200，现有技术的充电器500’内置充电控制IC600。也就是说，现有技术的充电器500’是专用来对电池组100’进行充电的充电器。换言之，作为充电器500’不能使用市售充电器。因此，为能够使用市售充电器作为充电器，也就是说，为了能够使用只由附加电源700组成的装置作为充电器，必须考虑使电池组侧内置充电控制IC600及其外围电路。
[专利文献1]
特许第2872365号说明书
这里，现有的电池保护有防止过充电时电池发火或防止电池劣化的功能，或者有抑制由于放电时引起的电池的劣化及发热的功能，但是即使是单个电池单元，也追求安全性，不至于发火的实例几乎没有。但是，抑制电池劣化的愿望还很强烈是现实。
然而，上述现有技术的电池模块800’必须要有控制充电的元件，即图3的功率晶体管Tr和作为充电控制开关动作的第二场效应晶体管FET2这两个元件。这里，由于功率晶体管Tr和第二场效应晶体管FET2分别内置于充电器和电池组内，增加了制造成本。另外，由于在充电器侧和电池组侧两方进行充电控制及控制充电保护，因此电池保护功能的控制复杂(充电控制功能及充电保护功能)。
另外，由于从上述两个元件产生的热量使上述控制很困难。
发明内容
因此，本发明的任务是提供能够解除上述问题并且能够以简单且低成本发挥电池保护功能的二次电池充电控制电路。
根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，具有：充电保护电路(200)，该充电保护电路通过放电控制开关(40)的开/关控制从二次电池(70)流向负载的放电电流同时通过充电控制开关(30)的开/关控制从充电器(500)流向所述二次电池(70)的充电电流；充电控制电路(600)，该充电控制电路具有在输入异常电压时通过所述充电控制开关(30)的开/关停止由所述充电器(500)进行的对所述二次电池(70)的充电的功能。
进一步，根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，所述放电控制开关是具有栅极作为控制端子的放电控制场效应晶体管(40)，所述充电控制开关是具有栅极作为控制端子的充电控制场效应晶体管(30)。
进一步，根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，在所述放电控制场效应晶体管(40)控制所述充电保护电路(200)的过放电控制电路(210)、所述充电控制场效应晶体管(30)控制所述充电保护电路(200)的过充电控制电路(220)的同时，控制所述充电控制电路(600)。
进一步，根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，所述充电控制场效应晶体管(30)的特性是可以通过栅极电压的控制调整漏极电流，以便能够通过该一个充电控制场效应晶体管(30)进行充电控制和过充电控制两方的控制。
进一步，根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，在充电保护电路(200)中包含有温度检测装置(50)。
进一步，根据本发明，可以得到一种具有充电控制功能的电池组(100)，其特征在于，温度检测装置(50)进行通过所述放电控制开关(40)进行的放电控制中的温度检测，和通过所述充电控制开关(30)进行的充电控制中的温度检测。
上述括弧内的符号是为了容易理解本发明所附的，不过是一个例子，自然不能限定于此。
附图说明
图1是表示根据本发明的一个实施例的具有充电控制功能的电池组的构成的方框图。
图2是表示现有技术的电池模块的构成的方框图。
图3是表示现有技术的电池组和配置在该电池组上的保护电路(充电保护IC)的构成的方框图。
图4是表示现有技术的充电器和配置在该充电器上的充电控制电路(充电控制IC)的构成的方框图。
具体实施方式
下面参照图1对本发明的一个实施例所涉及的二次电池充电控制电路进行说明。此外，图示的电池组100内的充电控制IC600和充电保护IC200具有与图3所示的现有技术的充电控制IC600和充电保护IC200同样的构成。因此，对于具有与图3所示的元件同样功能的元件附与同样的参照符号，为简化说明省略对其的说明。另外，在本实施例中，在上述现有技术中说明与第一场效应晶体管FET1连接的其正方向为二次电池的充电方的寄生二极管Dp1和与第二场效应晶体管FET2连接的其正方向为二次电池的放电方向的寄生二极管Dp2也在图中省略。
如图1所示，电池组100具有：包含充电控制IC600、充电保护IC200、以及温度检测装置50的电池保护IC20；二次电池(锂离子电池)70；串联连接在二次电池70的阴极(-极)和充电器500的负极端子之间的充电控制晶体管FET30及放电控制晶体管FET40。
这里，充电保护IC200的主要功能是过放电保护功能和过充电保护功能。充电保护IC200具有如图3所示的执行过放电保护功能的过放电控制电路210和执行过充电保护功能的过充电控制电路220。关于充电保护IC200的功能，因为已在上述现有技术中详细说明，这里只说明与本发明相关联的地方，省略对其以外部分的说明。
如图4所示，充电控制IC600具有执行恒流充电功能的恒流控制电路610、执行恒压充电功能的恒压控制电路620、和执行一次侧过电压检测功能的一次侧过电压检测电路630。
放电控制晶体管FET40只作为放电控制开关动作，充电控制晶体管FET30在作为充电控制开关动作以外有以下功能。
充电控制晶体管FET30通过恒流控制电路610控制电流检测电阻R的两端的电位差使其保持一定，通过恒压控制电路620检测二次电池70的电池电压Vcc(ba)并对其进行控制以便该电池电压Vcc(ba)不成为一恒定电压以上。
在这一场合，充电控制晶体管FET30接受从恒流控制电路610输出的控制信号，被进行电流控制，但是，需要决定充电控制晶体管FET30的晶体管特性以便能够进行希望的恒流控制。例如，在进行恒流控制时设定从恒流控制电路610输出的控制信号电压使充电控制晶体管FET30的漏极电流成为预先规定的值。关于恒压控制也是一样的。
另外，在一次侧电压Vcc(ad)为过电压以上的场合，通过一次侧过电压检测电路630检测一次侧(附加电源)电压Vcc(ad)，充电控制晶体管FET30截止，停止充电。即使在该充电停止控制中，也需要在设定晶体管特性的同时进行来自过电压检测电路的控制信号电压的设定，以便和上述恒流控制和上述过充电控制同时正确地进行上述动作。
另一方面，在过充电控制中，在从过充电控制电路220向充电控制晶体管FET30的栅极供给逻辑低电平的过充电检测信号的场合，需要决定充电控制晶体管FET30的特性，以便使充电控制晶体管FET30截止。就是说，在恒流控制及过充电控制这两种控制中，需要在设定晶体管特性的同时进行控制信号的电压的设定，以便充电控制晶体管FET30正确进行上述动作。
这里，相当于包含在图4的充电器500’中的功率晶体管Tr的是充电控制晶体管FET30。也就是说，本发明的最大的特征是使充电控制晶体管FET30具有控制过充电控制电路210的功能和通过充电控制IC600遮断流向充电器500的电流的功能。就是说，本发明通过上述构成，可以由为充电控制元件的充电控制晶体管FET30一个进行充电控制以及过充电控制这两种控制。
此外，把充电控制晶体管FET以及放电控制晶体管FET内置于IC内的形态，例如采用多芯片IC的话，可以进一步提高温度检测水平，更加提高安全性。根据这种结构，不仅进行充电控制的温度检测，而且能够进行放电控制的温度检测并进行控制。
从以上的说明可以明白，根据本发明，使充电控制晶体管FET具有控制过充电控制电路的功能和执行充电控制IC的恒流控制以及恒压控制的功能这两种功能为最大的特征。就是说，因为本发明通过上述构成可以由为充电控制元件的充电控制晶体管FET30一个进行充电控制以及过充电控制这两种控制，因此结构变得简单，可以抑制制造成本。
另外，通过把具有温度检测功能的温度计内置在电池组内，不需要外附现有技术中必需的温度计。
另外，通过使发热的元件成为1个元件，也可以减少由于现有技术的外附的两个元件发热引起的对控制的恶劣影响。

Claims (7)

1、一种具有充电控制功能的电池组，其特征在于，具有：充电保护电路，该充电保护电路在通过放电控制开关的开/关控制从二次电池流向负载的放电电流的同时，通过充电控制开关的开/关控制从充电器流向所述二次电池的充电电流；充电控制电路，该充电控制电路具有在异常电压输入时通过所述充电控制开关的开/关停止由所述充电器进行的对所述二次电池的充电的功能。
2、如权利要求1所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，所述放电控制开关是具有栅极作为控制端子的放电控制场效应晶体管，所述充电控制开关是具有栅极作为控制端子的充电控制场效应晶体管。
3、如权利要求2所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，在所述放电控制场效应晶体管控制所述充电保护电路的过放电控制电路、所述充电控制场效应晶体管控制所述充电保护电路的过充电控制电路的同时，控制所述充电控制电路。
4、权利要求3所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，所述充电控制场效应晶体管的特性是可以通过栅极电压的控制调整漏极电流，以便能够通过该一个充电控制场效应晶体管进行充电控制和过充电控制两方的控制。
5、权利要求1所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，在充电保护电路中包含温度检测装置。
6、权利要求5所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，所述温度检测装置进行通过所述放电控制开关进行的放电控制中的温度检测，和通过所述充电控制开关进行的充电控制中的温度检测。
7、权利要求6所述的具有充电控制功能的电池组，其特征在于，所述温度检测装置是温度计。
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