JP2006340450A

JP2006340450A - 電池保護回路

Info

Publication number: JP2006340450A
Application number: JP2005160140A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Nakano; 一樹中野; Kazuhiro Oshita; 和洋大下; Daisuke Kimura; 大輔木村
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2005-05-31
Filing date: 2005-05-31
Publication date: 2006-12-14
Also published as: US20060267557A1; US7541777B2

Abstract

【課題】電池の異常状態を検出し、電池と負荷と間に接続されたスイッチをオフする電池保護回路に関し、電池が接続される電池側端子又は負荷が接続される負荷側端子のいずれか一方が開放されたときに電池の保護動作を復帰させることができる電池保護回路を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、電池の異常状態を検出する異常検出回路（Ｒ21、３１、３２、３３）と、異常検出回路（Ｒ21、３１、３２、３３）で異常状態が検出されたときに、電池（１１）と負荷（１３）と間に接続された保護スイッチ（２２）をオフする制御回路（３４、３５、３６）とを有する電池保護回路において、制御回路（３４、３５、３６）は、電池（１１）より電圧が印加されたときに、保護スイッチ（２２）をオンに復帰させる復帰回路（１３１、１３２）を有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は電池保護回路に係り、特に、電池の異常状態を検出し、電池と負荷と間に接続されたスイッチをオフする電池保護回路に関する。

電池から負荷に供給される電流を検出して、過電流状態を検出すると、電池と負荷との間を切断して、電池を保護する保護回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図２は従来の電池保護システムの一例のブロック構成図を示す。

従来の電池保護システム１は、電池１１、電池保護装置１２、負荷１３から構成されている。

電池１１は、マンガン電池、アルカリ電池などの１次電池やニッカド電池、リチウムイオン電池などの２次電池などから構成されている。電池１１の正電極は電池保護装置１２の端子ＴB+に接続され、電池１１の負電極は電池保護装置１２の端子ＴB-に接続されている。

電池保護装置１２は、電池保護回路２１、スイッチ２２、復帰スイッチ２３、抵抗Ｒ11、キャパシタＣ11、Ｃ12から構成されており、端子ＴL-の電圧に応じて異常状態、例えば、過電流あるいはショート状態を検出して、異常状態が検出されたときスイッチ２２をオフすることにより、電池１１を過電流状態あるいはショート状態から保護する。

端子ＴB+は、復帰スイッチ２３を介して端子ＴL+に接続されるとともに、抵抗Ｒ11及びキャパシタＣ11を介して端子ＴB-に接続されている。また、端子ＴB-は、スイッチ２２を介して端子ＴL-に接続されている。

電池保護回路２１は、端子Ｔdd、Ｔss、Ｔin、Ｔout、Ｔctから構成されている。端子Ｔddは、抵抗Ｒ11とキャパシタＣ11との接続点に接続されている。これにより、抵抗Ｒ11により降圧され、キャパシタＣ11により平滑化された電圧が駆動電圧ＶDDとして電池保護回路２１に印加される。

端子Ｔssは、端子ＴB-に接続されている。端子Ｔinは、端子ＴL-に接続されている。端子Ｔoutは、スイッチ２２を構成するトランジスタのゲートに接続されている。端子Ｔctは、キャパシタＣ12を介して端子ＴB-に接続されている。

電池保護回路２１は、検出用抵抗Ｒ21、過電流検出回路３１、遅延回路３２、ショート検出回路３３、出力回路３４、ロジック回路３５、スイッチ３６から構成されている。

検出用抵抗Ｒ21は、一端がスイッチ３６を介して端子Ｔinに接続されており、スイッチ３６がオンしているときに、端子Ｔinから流れ込む電流に応じた電圧を発生する。検出用抵抗Ｒ21で発生した電圧は、過電流検出回路３１及びショート検出回路３３に供給される。

過電流検出回路３１は、コンパレータ４１、基準電圧源４２から構成されている。抵抗Ｒ21で発生した電圧は、コンパレータ４１の反転入力端子に供給されている。コンパレータ４１の非反転入力端子には、基準電圧源４２から第１の基準電圧が印加されている。

コンパレータ４１は、抵抗Ｒ21の電圧が基準電圧源４２からの第１の基準電圧より大きければ、過電流状態であると判断して、出力をローレベルとするし、抵抗Ｒ21の電圧が基準電圧源４２からの第１の基準電圧より小さければ、正常状態であると判断して、出力をハイレベルとする。コンパレータ４１の出力は遅延回路３２に供給される。

遅延回路３２は、定電流源５１、スイッチ５２、コンパレータ５３、基準電圧源５４、キャパシタＣ21から構成されている。

定電流源５１は、定電流をスイッチ５２の一端に供給する。スイッチ５２は、他端がキャパシタＣ21の一端に接続されており、過電流検出回路３１の出力となるコンパレータ４１の出力が過電流状態であるローレベルのときにオンし、正常状態であるハイレベルのときにオフする。キャパシタＣ21の一端はコンパレータ５３の非反転入力端子に接続されるとともに、端子Ｔctに接続されている。端子Ｔctは、キャパシタＣ12を介して端子ＴB-に接続されている。

スイッチ５２がオンすると、キャパシタＣ12及びキャパシタＣ21が充電される。キャパシタＣ12及びキャパシタＣ21の充電電圧は、コンパレータ５３の非反転入力端子に印加されている。コンパレータ５３は、反転入力端子に基準電圧源５４から第２の基準電圧が印加されている。

コンパレータ５３は、過電流状態が連続することにより、キャパシタＣ12及びキャパシタＣ21の充電電圧が基準電圧源５４からの第２の基準電圧より大きくなると出力をハイレベルとする。コンパレータ５３の出力は、出力回路３４に供給される。

ショート検出回路３３は、コンパレータ６１及び基準電圧源６２から構成される。コンパレータ６１は、非反転入力端子には抵抗Ｒ21で発生した電圧が印加されており、反転入力端子には基準電圧源６２からの第３の基準電圧が印加されている。コンパレータ６１は、端子ＴL+と端子ＴL-との間がショート状態となり、端子Ｔinの電圧が基準電圧源６２からの第３の基準電圧より大きくなると出力をハイレベルとする。コンパレータ６１の出力は、出力回路３４に供給される。

出力回路３４は、ＮＯＲ回路から構成されており、過電流検出回路３１の出力とショート検出回路６１の出力とのＮＯＲ論理を出力する。出力回路３４は、過電流状態が連続して、遅延回路３２の出力がハイレベル、あるいは、端子ＴL+と端子ＴL-とがショートされ、ショート検出回路３３の出力がハイレベルとなると、出力をローレベルとし、遅延回路３２の出力が非過電流状態を示すローレベル、あるいは、端子ＴL+と端子ＴL-とがショートされ、ショート検出回路３３の出力が非ショート状態を示すローレベルのときには、出力をハイレベルとする。

出力回路３４の出力は、端子Ｔoutに供給される。端子Ｔoutはスイッチ２２を構成するｎチャネルＭＯＳ電界効果トランジスタのゲートに供給される。スイッチ２２は、過電流状態でも、ショート状態でもなく、出力回路３４の出力がハイレベルのときにオンし、電池１１から負荷１３に電流が供給される。

また、スイッチ２２は、過電流或いはショート状態で出力回路３４の出力がローレベルのときにオフし、端子ＴB-と端子ＴL-との接続を切断し、電池１１から負荷１３に電流が供給されないようにする。これによって、過電流及びショート状態から電池１１及び負荷１３を保護する。

ロジック回路３５は、端子Ｔdd、及び、端子Ｔoutに接続されており、端子Ｔdd、及び、端子Ｔoutの出力電圧に応じてスイッチ３６をスイッチングする。ロジック回路３５は、過電流状態、及び、ショート状態となり、端子Ｔoutの出力電圧がローレベルになると、スイッチ３６をオフする。また、ロジック回路３５は、端子Ｔddに印加される駆動電圧ＶDDが所定電圧より大きくなるとオンして、過電流状態及びショート状態を検出可能な状態とする。

なお、電池保護システム１において、非常保護がかかり、スイッチ２２がオフした場合に、スイッチ２２をオン状態に復帰させる場合、復帰用スイッチ２３をオフする。復帰用スイッチ２３は、一端が端子ＴB+と抵抗Ｒ11の一端との接続点に接続され、他端が端子ＴL+に接続されている。復帰用スイッチ２３をオフすることにより、負荷１３が電池保護回路２１から切断され、端子Ｔinに電流が流れ込まなくなるので、過電流、及び、ショート状態を解消できる。これによって、スイッチ２２がオンする。
特開平６−３０３７２８号公報

しかるに、従来の電池保護回路では、異常状態によりスイッチ２２がオフした場合、負荷１３を切断しない限り、スイッチ２２がオフ状態を維持し、通常の駆動状態には復帰できなかった。このため、復帰用スイッチ２３の接続位置が限定され、設計の自由度が制限されるなどの問題点があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、電池が接続される電池側端子又は負荷が接続される負荷側端子のいずれか一方が開放されたときに電池の保護動作を復帰させることができる電池保護回路を提供することを目的とする。

本発明は、電池の異常状態を検出する異常検出回路（Ｒ21、３１、３２、３３）と、異常検出回路（Ｒ21、３１、３２、３３）で異常状態が検出されたときに、電池（１１）と負荷（１３）と間に接続された保護スイッチ（２２）をオフする制御回路（３４、３５、３６）とを有する電池保護回路において、制御回路（３４、３５、３６）は、電池（１１）より電圧が印加されたときに、保護スイッチ（２２）をオンに復帰させる復帰回路（１３１、１３２）を有することを特徴とする。

復帰回路（１３１、１３２）は、電池電圧によりリセット信号を出力するパワーオンリセット回路（１３１）と、パワーオンリセット回路（１３１）から出力されるリセット信号により出力をリセットするラッチ回路（１３２）とを有し、制御回路（３４、３５、３６）は、ラッチ回路（１３２）の出力がリセットされたときに保護スイッチ（２２）をオン状態に復帰させることを特徴とする。

異常検出回路（Ｒ21、３１、３２、３３）は、負荷（１３）に流れる電流に応じた電流が引き込まれ、負荷（１３）に流れる電流に応じた電圧を発生する電流検出用抵抗（Ｒ21）と、電流検出用抵抗（Ｒ21）に発生した電圧と第１の基準電圧とを比較し、電流検出用抵抗（Ｒ21）に発生した電圧が過電流電圧であるときに異常信号を出力する過電流検出回路（３１）と、過電流検出回路（３１）から過電流信号が供給されたときに、キャパシタ（Ｃ12、Ｃ21）を充電し、キャパシタ（Ｃ12、Ｃ21）の充電電圧が第２の基準電圧に達したときに異常信号を出力する遅延回路（３２）と、電流検出用抵抗（Ｒ21）に発生した電圧と第３の基準電圧とを比較し、電流検出用抵抗（Ｒ21）に発生した電圧がショート電圧であるときに異常信号を出力するショート検出回路（３３）と、遅延回路（３２）又はショート検出回路（３３）から異常信号が供給されたときに保護スイッチ（２２）をオフさせる出力回路（３４）とを有し、制御回路（３４、３５、３６）は、負荷（１３）から電流検出用抵抗（Ｒ21）に引き込まれる電流をスイッチングする検出停止スイッチ（３６）と、出力回路（３４）の出力により保護スイッチ（２２）がオフされたとき、検出停止スイッチ（３６）をオフするロジック回路（３５）とを有することを特徴とする。

ロジック回路（３５）は、駆動電圧を検出し、駆動電圧が検出されたときに、検出停止スイッチ（３６）をオンに復帰させることを特徴とする。

電池（１１）から復帰回路（１３１、１３２）に供給される電圧をスイッチングする復帰用スイッチ（１３１）を有することを特徴とする電池保護回路。

なお、上記参照符号はあくまでも参考であり、これによって、特許請求の範囲の記載が限定されるものではない。

本発明によれば、制御回路に電池より電圧が印加されたときに、保護スイッチをオンに復帰させることにより負荷を切断するだけでなく、電池の電圧を切断することによっても保護スイッチをオン状態に復帰させることが可能となり、復帰用スイッチの配置に自由度を持たせることが可能となる。

図１は本発明の一実施例のブロック構成図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施例の電池保護システム１００は、電池保護装置１１２を構成する電池保護回路１２１の構成が図２とは相違する。

本実施例の電池保護回路１２１は、例えば、ＩＣから構成され、図２に示す電池保護回路２１の構成にパワーオンリセット回路１３１、ラッチ回路１３２を追加した構成とされている。

パワーオンリセット回路１３１は、端子Ｔddに印加される駆動電圧ＶDDを監視しており、駆動電圧ＶDDが所定電圧に達するとリセット信号を出力する。パワーオンリセット回路１３１から出力されたリセット信号は、ラッチ回路１３２及びロジック回路３５に供給される。

ラッチ回路１３２は、遅延回路３２の出力端と出力回路３４の入力端との間に接続されている。ラッチ回路１３２は、パワーオンリセット回路１３１から出力されるリセット信号に応じて出力をローレベルにリセットされる。ラッチ回路１３２の出力は、出力回路３４に供給されている。このとき、スイッチ３６はオフ状態を維持しており、ショート検出回路３３の出力はローレベルとされている。

出力回路３４は、ショート検出回路３３の出力がローレベルとされ、ラッチ回路１３２の出力がローレベルとされているため、出力がハイレベルとなる。出力回路３４の出力がハイレベルになるとスイッチ２２がオンする。スイッチ２２がオンすることにより、電池１１から負荷１３に電源が供給可能となる。

ロジック回路３５は、スイッチ２２がオンした後に、遅れてスイッチ３６をオンさせる。このように、端子Ｔddに印加される駆動電圧ＶDDを切断することによっても、スイッチ２２をオン状態に復帰させることが可能となる。

本実施例によれば、復帰用スイッチ２３だけでなく、一端が端子ＴB+に接続され、他端が抵抗Ｒ11とスイッチ２３との接続点に接続された復帰用スイッチ１３１によってもスイッチ２２をオン状態に復帰させることが可能となる。

このため、復帰用スイッチを端子ＴB+と抵抗Ｒ11との間、或いは、端子ＴL-と抵抗Ｒ11との間の両方或いはいずれか一方に設けることができるので、復帰用スイッチ設置の自由度を向上させることが可能となる。

〔変形例〕
本実施例では、電池保護回路１２１とスイッチ２２とを異なる部品で構成したが、電池保護回路１２１とスイッチ２２とを同一の半導体チップ上に搭載してもよい。

〔適用例〕
本実施例の電池保護装置１１２は、過電流検出機能により、二次電池の過放電検出を行なうことも可能である。

また、電池保護装置１１２を電池ボックスにセットで搭載する構成としてもよい。このとき、電池保護装置１１２をＣＯＢモジュールとしてもよい。

なお、負荷１３は、ＤＣモータ、電球、メモリなどを用いたいわゆるシリコンオーディオシステムなどであってもよい。

さらに、ブレーカ、電流計など過電流が流れる可能性が高い、機器のヒューズの代用として適用することも可能である。

本発明の一実施例のブロック構成図である。従来の一例のブロック構成図である。

符号の説明

１００電池保護システム
１１電池、１２１電池保護装置、１３負荷
３１過電流検出回路、３２遅延回路、３３ショート検出回路、３４出力回路
３５ロジック回路、３６スイッチ

Claims

電池の異常状態を検出する異常検出回路と、該異常検出部で異常状態が検出されたときに、該電池と負荷と間に接続された保護スイッチをオフする制御回路とを有する電池保護回路において、
前記制御回路は、前記電池より電圧が印加されたときに、前記保護スイッチをオン状態に復帰させる復帰回路を有することを特徴とする電池保護回路。
前記復帰回路は、前記電池電圧によりリセット信号を出力するパワーオンリセット回路と、
前記パワーオンリセット回路から出力される前記リセット信号により出力をリセットするラッチ回路とを有し、
前記制御回路は、前記ラッチ回路の出力がリセットされたときに前記保護スイッチをオン状態に復帰させることを特徴とする請求項１記載の電池保護回路。
前記異常検出回路は、前記負荷に流れる電流に応じた電流が引き込まれ、前記負荷に流れる電流に応じた電圧を発生する電流検出用抵抗と、
前記電流検出用抵抗に発生した電圧と第１の基準電圧とを比較し、前記電流検出用抵抗に発生した電圧が過電流電圧であるときに異常信号を出力する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路から過電流信号が供給されたときに、キャパシタを充電し、該キャパシタの充電電圧が第２の基準電圧に達したときに異常信号を出力する遅延回路と、
前記電流検出用抵抗に発生した電圧と第３の基準電圧とを比較し、前記電流検出用抵抗に発生した電圧がショート電圧であるときに異常信号を出力するショート検出回路と、
前記遅延回路又は前記ショート検出回路から前記異常信号が供給されたときに、前記保護スイッチをオフさせる出力回路とを有し、
前記制御回路は、前記負荷から前記電流検出用抵抗に引き込まれる電流をスイッチングする検出停止スイッチと、
前記出力回路の出力により前記保護スイッチがオフされたとき、前記検出停止スイッチをオフするロジック回路とを有することを特徴とする請求項１又は２記載の電池保護回路。
前記ロジック回路は、前記駆動電圧を検出し、前記駆動電圧が検出されたときに、前記検出停止スイッチをオン状態に復帰させることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の電池保護回路。
前記電池から前記復帰回路に供給される電圧をスイッチングする復帰用スイッチを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項記載の電池保護回路。