JP2004336994A - バッテリーパック及び該バッテリーパックを内蔵するバッテリーチャージ/ディスチャージ回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明によるバッテリーパックは、少なくとも一つのバッテリーと、前記バッテリーセルをチャージ/ディスチャージするための電源または負荷に対し前記バッテリーの選択的な接続を可能するように構成された第1および第2のバッテリーセレクタスイッチと、スイッチコントローラとを備える。前記スイッチコントローラは、最小チャージ/ディスチャージ電流レベルが得られたときに前記バッテリーセルのチャージ/ディスチャージを可能とするために前記スイッチの双方を閉じる。このようなバッテリーパックを備えたバッテリーチャージ/ディスチャージ回路、及びバッテリーパックにおけるセルのチャージ及びディスチャージを制御する方法もまた提供される。
【選択図】 図1
Description
従って、充電式の電子装置において、構成部品が少なく且つ効率的な電力伝送を可能にするバッテリー充電回路の接続形態に対する要請がある。
ここで、図1および図2に図示される代表的実施形態に関連して、本発明による代表的な回路の動作を説明する。上述のように、スイッチ16の状態はチャージコントロール回路30によって制御される。チャージの場合、ACアダプタ12が存在し、そしてチャージコントロール回路30が、スイッチ16を閉じてアダプタ12に対しチャージ経路を供給し、バックコンバータ24に電力を供給し、これにより、バッテリーパック20,22へのチャージ電流を発生する。スイッチ18は、チャージコントロール回路30によって開いた状態(即ち非導通)に保持され、そしてボディダイオード29はサプライ(supply)からバッテリーパックへのリーク電流を防止する。
ディスチャージの場合、ACアダプタ12が存在せず、そしてチャージコントロール回路30は、スイッチ18を閉じてバッテリーパック20,22に対するチャージ経路を提供し、コンバータ14に電力を供給する。スイッチ16は、開いた状態(即ち非導通)を維持してもよい。バッテリーパックのスイッチコントローラ40は、スイッチ36を閉じ、ディスチャージ信号に応答してボディダイオード62およびスイッチ36を通じたディスチャージを可能としてもよい。
14 システムDC/DCコンバータ
16,18 スイッチ
20,22 バッテリーパック
30 チャージコントロール回路
Claims (50)
- 少なくとも一つのバッテリーセルと、
前記バッテリーセルと該バッテリーセルをディスチャージするための負荷との選択的な接続を可能にすると共に、前記バッテリーセルと該バッテリーセルをチャージするための電源との選択的な接続を可能にする第1および第2スイッチと、
前記スイッチの一方または双方を閉じて、前記セルを流れるディスチャージ電流が所定の最小ディスチャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのディスチャージを可能とすると共に、前記スイッチの一方または双方を閉じて、前記セルを流れるチャージ電流が所定の最小チャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのチャージを可能とするように構成されたスイッチコントローラと、
を備えたバッテリーパック。 - 前記バッテリーパックは、複数の前記バッテリーセルを備えたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記第1スイッチは第1トランジスタを備えると共に、前記第2スイッチは第2トランジスタを備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記第1および第2トランジスタを導通状態にすることにより前記第1および第2スイッチを閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリーパックは、前記第1トランジスタに対し並列な第1ダイオードと、前記第2トランジスタに対し並列な第2ダイオードとを更に備えたことを特徴とする請求項3記載のバッテリーパック。
- 前記第1ダイオードは、前記少なくとも一つのバッテリーセルで逆バイアスされ、且つ前記第2ダイオードは、前記少なくとも一つのバッテリーセルで順バイアスされたことを特徴とする請求項4記載のバッテリーパック。
- 前記第1および第2トランジスタは、電界効果型トランジスタ(FET)であり、前記第1トランジスタのソースは、前記第2トランジスタのソースに接続されたことを特徴とする請求項5記載のバッテリーパック。
- 前記第1トランジスタのドレインは、正のバッテリー端子に接続され、且つ、前記第2トランジスタのドレインは、前記少なくとも一つのバッテリーセルに接続されたことを特徴とする請求項6記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、第1および第2出力を提供するように構成され、前記第1出力は、前記第1トランジスタの導通状態を制御するために該第1トランジスタのゲートに接続され、且つ、前記第2出力は、前記第2トランジスタの導通状態を制御するために該第2トランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項7記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ電流および前記チャージ電流をモニタするためのバッテリー電流モニタを備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記バッテリー電流モニタの出力に応答して前記スイッチを閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリー電流モニタは、ディスチャージ参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルに対し直列なセンスインピーダンスをはさんだ電圧とを比較するように構成された第1コンパレータと、チャージ参照電圧と前記センスインピーダンスをはさんだ前記電圧とを比較するように構成された第2コンパレータとを備えたことを特徴とする請求項9記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、ディスチャージ信号およびチャージ信号を入力するように構成され、前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ電流が前記ディスチャージ電流レベルに達しないときに前記ディスチャージ信号に応答して前記スイッチのうちの第1スイッチを閉じると共に、前記セルを流れる前記ディスチャージ電流が前記所定のレベルに達したときに前記スイッチの双方を閉じ、且つ、前記スイッチコントローラは、前記チャージ電流が前記所定のレベルに達しないときに前記チャージ信号に応答して前記スイッチのうちの第2スイッチを閉じると共に、前記セルを流れる前記チャージ電流が前記チャージ電流レベルに達したときに前記スイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ信号および前記チャージ信号を供給するためのチャージ/ディスチャージ回路を備えたことを特徴とする請求項11記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリーパックは、前記セルをはさんだ前記電圧をモニタすると共に最大セル電圧に達したときを示す出力を供給するためのプロテクション回路を備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記セルを流れる前記チャージ電流が前記最小チャージ電流レベルに達したとき且つ前記最大セル電圧に達していないときに、前記スイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記出力は、参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルの電圧とを比較するように構成されたコンパレータの出力を含むことを特徴とする請求項13記載のバッテリーパック。
- 前記バッテリーパックは、前記ディスチャージ電流をモニタすると共に最大ディスチャージ電流に達したときを示す出力を供給するためのプロテクション回路を備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記セルを流れる前記ディスチャージ電流が前記ディスチャージ電流レベルに達したとき且つ前記最大ディスチャージ電流に達していないときに、前記スイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項1記載のバッテリーパック。
- 前記出力は、参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルに対し直列なセンスインピーダンスをはさんだ電圧とを比較するように構成されたコンパレータの出力を含むことを特徴とする請求項15記載のバッテリーパック。
- 少なくとも一つのバッテリーセルと、
前記バッテリーセルと該バッテリーセルをディスチャージするための負荷との選択的な接続を可能とすると共に、前記バッテリーセルと該バッテリーセルをチャージするための電源との選択的な接続を可能とする第1および第2トランジスタと、
前記第1トランジスタに対し並列であると共に前記バッテリーセルで逆バイアスされた第1ダイオード、および、前記第2トランジスタに対し並列であると共に前記バッテリーセルで順バイアスされた第2ダイオードと、
ディスチャージ信号およびディスチャージ電流信号に応答して前記バッテリーセルのディスチャージを可能とするために前記第1および第2トランジスタを導通させるように構成され、前記ディスチャージ電流信号は、前記セルを流れるディスチャージ電流が所定の最小ディスチャージ電流レベルに達したことを示すバッテリー電流モニタの第1出力を含むスイッチコントローラとを備え、
前記スイッチコントローラは、チャージ信号およびチャージ電流信号に応答して前記バッテリーセルのチャージを可能とするために前記第1および第2トランジスタを導通させるように更に構成され、前記チャージ電流信号は、前記セルを流れるチャージ電流が所定の最小チャージ電流レベルに達したことを示す前記バッテリー電流モニタの第2出力を含むバッテリーパック。 - 前記バッテリーパックは、複数の前記バッテリーセルを備えたことを特徴とする請求項17記載のバッテリーパック。
- 前記第1および第2トランジスタは、電界効果型トランジスタ(FET)であり、且つ、前記第1トランジスタのソースは、前記第2トランジスタのソースに接続されたことを特徴とする請求項17記載のバッテリーパック。
- 前記第1トランジスタのドレインは、正のバッテリー端子に接続され、前記第2トランジスタのドレインは、前記少なくとも一つのバッテリーセルに接続されたことを特徴とする請求項19記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、第1および第2出力を提供するように構成され、前記第1出力は、前記第1トランジスタの導通状態を制御するために該第1トランジスタのゲートに接続され、前記第2出力は、前記第2トランジスタの導通状態を制御するために該第2トランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項20記載のバッテリーパック。
- 前記第1出力は、ディスチャージ参照電圧と、前記少なくとも一つのバッテリーセルに対し直列なセンスインピーダンスをはさんだ電圧とを比較するように構成された第1コンパレータの出力を含み、且つ、前記第2出力は、チャージ参照電圧と、前記センスインピーダンスをはさんだ前記電圧とを比較するように構成された第2コンパレータの出力を含むことを特徴とする請求項21記載のバッテリーパック。
- 前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ信号および前記チャージ信号を供給するためのチャージ/ディスチャージ回路を備えたことを特徴とする請求項17記載のバッテリーパック。
- 複数のバッテリーパックと、
前記バッテリーパックをディスチャージするためのディスチャージ経路に沿って前記バッテリーパックを負荷に選択的に接続するためのディスチャージスイッチと、
チャージ経路に沿って前記バッテリーパックを電源に選択的に接続するためのチャージスイッチと、を備え、
前記バッテリーパックのそれぞれは、
少なくとも一つのバッテリーセルと、
前記バッテリーセルをディスチャージするために該バッテリーセルを前記負荷に選択的に接続することを可能とすると共に、前記バッテリーセルをチャージするために該バッテリーセルを前記電源に選択的に接続することを可能とするように構成された第1および第2バッテリーセレクタスイッチと、
前記第1および第2バッテリーセレクタスイッチを閉じて、前記セルを流れるディスチャージ電流が所定の最小ディスチャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのディスチャージを可能とすると共に、前記第1および第2バッテリーセレクタスイッチを閉じて、前記セルを流れるチャージ電流が所定の最小チャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのチャージを可能とするように構成されたスイッチコントローラと、
を備えたバッテリーチャージ/ディスチャージ回路。 - 前記回路は、前記電源の存在を示す制御信号に応答して前記ディスチャージスイッチおよび前記チャージスイッチの導通状態を選択的に制御するように構成されたチャージコントロール回路を更に備えたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記チャージスイッチは、第1トランジスタと該第1トランジスタに対し並列な第1ダイオードとを備え、前記第1ダイオードは前記電源で逆バイアスされ、且つ、前記ディスチャージスイッチは、第2トランジスタと該第2トランジスタに対し並列な第2ダイオードとを備え、前記第2ダイオードは前記電源で逆バイアスされたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記電源は、AC/DCアダプタを備えたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記チャージ経路は、前記電源からDCチャージ電流を発生するためのコンバータ回路を備えたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記コンバータ回路はバックコンバータ回路を備え、該バックコンバータ回路は、前記チャージスイッチおよび前記バッテリーパックに接続されたインダクタと、前記インダクタおよび前記バッテリーパックに接続されたキャパシタと、前記インダクタおよび前記チャージスイッチに接続されたダイオードとを備えたことを特徴とする請求項28記載の回路。
- 前記バッテリーパックの少なくとも一つは、複数の前記バッテリーセルを備えたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記第1バッテリーセレクタスイッチは第1トランジスタを備えると共に、前記第2バッテリーセレクタスイッチは第2トランジスタを備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記第1および第2トランジスタを導通状態にすることにより、前記第1および第2バッテリーセレクタスイッチを閉じるように構成されたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記バッテリーパックのそれぞれは、前記第1トランジスタに対し並列な第1ダイオードと、前記第2トランジスタに対し並列な前記第2ダイオードとを更に備えたことを特徴とする請求項31記載の回路。
- 前記第1ダイオードは、前記少なくとも一つのバッテリーセルで逆バイアスされ、且つ、前記第2のダイオードは、前記少なくとも一つのバッテリーセルで順バイアスされたことを特徴とする請求項32記載の回路。
- 前記第1および第2トランジスタは、電界効果型トランジスタ(FET)であり、且つ、前記第1トランジスタのソースは前記第2トランジスタのソースに接続されたことを特徴とする請求項33記載の回路。
- 前記第1トランジスタのドレインは、正のバッテリー端子に接続され、且つ、前記第2トランジスタのドレインは前記少なくとも一つのバッテリーセルに接続されたことを特徴とする請求項34記載の回路。
- 前記スイッチコントローラは、第1および第2出力を提供するように構成され、前記第1出力は、前記第1トランジスタの導通状態を制御するために該第1トランジスタのゲートに接続され、且つ、前記第2出力は、前記第2トランジスタの導通状態を制御するために該第2トランジスタのゲートに接続されたことを特徴とする請求項35記載の回路。
- 前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ電流および前記チャージ電流をモニタするためのバッテリー電流モニタを備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記バッテリー電流モニタの出力に応答して前記バッテリーセレクタスイッチを閉じるように構成されたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記バッテリー電流モニタは、ディスチャージ参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルに対し直列なセンスインピーダンスをはさんだ電圧とを比較するように構成された第1コンパレータと、チャージ参照電圧と前記センスインピーダンスをはさんだ前記電圧とを比較するように構成された第2コンパレータとを備えたことを特徴とする請求項37記載の回路。
- 前記スイッチコントローラは、ディスチャージ信号およびチャージ信号を入力するように構成され、且つ、前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ電流が前記ディスチャージ電流レベルに達していないときに前記ディスチャージ信号に応答して前記バッテリーセレクタスイッチのうちの第1バッテリーセレクタスイッチを閉じると共に、前記セルを流れる前記ディスチャージ電流が前記所定のレベルに達したときに前記バッテリーセレクタスイッチの双方を閉じるように構成され、且つ、前記スイッチコントローラは、前記チャージ電流が前記所定のレベルに達していないときに前記チャージ信号に応答して前記バッテリーセレクタスイッチのうちの第2バッテリーセレクタスイッチを閉じると共に、前記セルを流れる前記チャージ電流が前記チャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセレクタスイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記スイッチコントローラは、前記ディスチャージ信号および前記チャージ信号を供給するためのチャージ/ディスチャージ回路を備えたことを特徴とする請求項39記載の回路。
- 前記バッテリーパックの少なくとも一つは、前記セルをはさんだ前記電圧をモニタすると共に最大セル電圧に達したときを示す出力を供給するためのプロテクション回路を備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記セルを流れる前記チャージ電流が前記最小チャージ電流レベルに達したとき且つ前記最大セル電圧に達していないときに、前記バッテリーセレクタスイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記出力は、参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルの電圧とを比較するように構成されたコンパレータの出力を含むことを特徴とする請求項41記載の回路。
- 前記バッテリーパックの少なくとも一つは、前記ディスチャージ電流をモニタすると共に最大ディスチャージ電流に達したときを示す出力を供給するためのプロテクション回路を備え、且つ、前記スイッチコントローラは、前記セルを流れる前記ディスチャージ電流が前記ディスチャージ電流レベルに達したとき且つ前記最大ディスチャージ電流に達していないときに、前記バッテリーセレクタスイッチの双方を閉じるように構成されたことを特徴とする請求項24記載の回路。
- 前記出力は、参照電圧と前記少なくとも一つのバッテリーセルに対し直列なセンスインピーダンスをはさんだ電圧とを比較するように構成されたコンパレータの出力を含むことを特徴とする請求項43記載の回路。
- バッテリーパックにおけるバッテリーセルのチャージおよびディスチャージを制御する方法であって、
前記バッテリーパックに第1および第2バッテリーセレクタスイッチを提供するステップと、
前記第1および第2バッテリーセレクタスイッチを閉じて、前記バッテリーセルを流れる所定のチャージ電流に達したときに前記バッテリーパックをチャージするステップと、
前記第1および第2バッテリーセレクタスイッチを閉じて、前記バッテリーセルを流れる所定のディスチャージ電流に達したときに前記バッテリーパックをディスチャージするステップと、
を備えた方法。 - 前記方法は、前記第1スイッチに対し並列な第1ダイオードおよび前記第2スイッチに対し並列な第2ダイオードを提供するステップを更に備え、前記第1ダイオードは、前記バッテリーセルで順バイアスされると共に、前記第2ダイオードは、前記バッテリーセルで逆バイアスされたことを特徴とする請求項45記載の方法。
- 前記第1スイッチは第1トランジスタを備えると共に、前記第2スイッチは第2トランジスタを備えたことを特徴とする請求項45記載の方法。
- 前記第1および第2トランジスタは、電界効果型トランジスタ(FET)であり、前記第1トランジスタのソースは、前記第2トランジスタのソースに接続されたことを特徴とする請求項47記載の方法。
- 前記第1トランジスタのドレインは、正のバッテリー端子に接続され、且つ、前記第2トランジスタのドレインは、前記少なくとも一つのバッテリーセルに接続されたことを特徴とする請求項48記載の方法。
- 少なくとも一つのバッテリーセルと、
前記バッテリーセルをディスチャージするための負荷に前記バッテリーセルを選択的に接続すると共に、前記バッテリーセルをチャージするための電源に前記バッテリーセルを選択的に接続することを可能とするためのバッテリーセレクタスイッチ手段と、
前記バッテリーセレクタスイッチ手段を閉じて、前記セルを流れるディスチャージ電流が所定のディスチャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのディスチャージを可能とすると共に、前記バッテリーセレクタスイッチ手段を閉じて、前記セルを流れるチャージ電流が所定のチャージ電流レベルに達したときに前記バッテリーセルのチャージを可能とするためのスイッチコントローラ手段と、
を備えたバッテリーパック。
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