JP2006351384A - Charging control system - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、リチウムイオン電池の充電を制御する充電制御システムに関するものである。 The present invention relates to a charge control system that controls charging of a lithium ion battery.
リチウムイオン電池は、いわゆるセルの形式では扱われず、電池パックの形式で扱われる。そして、リチウムイオン電池は、過充電に至ると爆発等の危険があるので、電池パックには、保護機能が搭載されている。 Lithium ion batteries are not handled in the so-called cell format, but in the form of a battery pack. And since a lithium ion battery has danger, such as an explosion, when it overcharges, the battery pack is equipped with the protection function.
ところで、近年では、海賊版の電池パックが市場に出回るようになってきている。この海賊版では、廉価対応のために、保護機能がない場合や、保護機能があっても不十分な場合がある。 By the way, in recent years, pirated battery packs are on the market. In this pirated version, there are cases where there is no protection function or a protection function is not sufficient for a low price.
しかしながら、リチウムイオン電池の充電は、通常、電池パックを定電圧定電流制御機能を有するいわゆる充電器である充電制御ICに接続して行うが、リチウムイオン電池の電圧、温度のみを検出して充電を行う方式であり、電池パックが正規品でも海賊版でも同様に充電を開始するので、充電対象の電池パックが海賊版である場合は、充電する際に爆発等の危険性が高まるという問題がある。 However, charging of a lithium ion battery is usually performed by connecting the battery pack to a charging control IC that is a so-called charger having a constant voltage and constant current control function. However, charging is performed by detecting only the voltage and temperature of the lithium ion battery. Since charging is started in the same way regardless of whether the battery pack is a genuine product or a pirated version, if the battery pack to be charged is a pirated version, there is a problem that the risk of explosion or the like increases when charging.
これに対処するには、例えば電池パックに認証機能ICをも搭載し、電池パックと充電制御ICとの間に介在させるマイコンによって充電対象の電池パックが正規品であるか海賊版であるかを認識し、充電対象の電池パックが正規品である場合は通常通りの充電を行い、海賊版である場合は充電をしないなどの措置を採ることが考えられるが、これだとマイコンおよび認証機能ICが必要となり、充電制御システムが高価なものになる。 In order to cope with this, for example, an authentication function IC is also mounted on the battery pack, and a microcomputer interposed between the battery pack and the charge control IC recognizes whether the battery pack to be charged is genuine or pirated. However, if the battery pack to be charged is a genuine product, it may be charged as usual, and if it is a pirated version, measures such as not charging may be taken, but this requires a microcomputer and an authentication function IC. Thus, the charge control system becomes expensive.
この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、リチウムイオン電池パックの保護機能有無を簡易な方式で判別することにより、安全な充電が低価格で実現できる充電制御システムを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a charge control system capable of realizing safe charging at a low price by determining the presence or absence of a protective function of a lithium ion battery pack by a simple method. To do.
上述した目的を達成するために、この発明にかかる充電制御システムは、充電対象のリチウムイオン電池パックに適用する充電条件を発行する制御手段と、前記制御手段からの指示に従って前記リチウムイオン電池パックに充電を行う充電手段とを備え、前記制御手段は、前記リチウムイオン電池パック内の保護機能の有無を擬似充電動作の過程で得られる電圧上昇変化に基づき検出する検出手段と、前記検出手段が検出した保護機能の有無に応じて前記充電条件を設定する設定手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a charging control system according to the present invention includes a control unit that issues a charging condition to be applied to a lithium-ion battery pack to be charged, and the lithium-ion battery pack according to an instruction from the control unit. Charging means for performing charging, and the control means detects the presence or absence of a protective function in the lithium ion battery pack based on a voltage rise change obtained in the course of a pseudo-charging operation, and the detection means detects And setting means for setting the charging condition in accordance with the presence or absence of the protective function.
この発明によれば、リチウムイオン電池パックが保護機能を有する場合にその電池パック内のリチウムイオン電池の充電路を遮断した状態で微少電流を流す擬似充電動作が可能である点に着目し、そのときの電圧上昇変化に基づき検出した保護機能の有無に応じた適切な充電制御を行うことができる。 According to the present invention, when a lithium ion battery pack has a protection function, paying attention to the fact that a pseudo charge operation that allows a minute current to flow while the charging path of the lithium ion battery in the battery pack is shut off is possible. It is possible to perform appropriate charging control according to the presence or absence of the protective function detected based on the voltage rise change at the time.
この発明によれば、リチウムイオン電池パックの保護機能有無を簡易な方式で判別することができるので、安全な充電を低価格で実現できるという効果を奏する。 According to the present invention, the presence / absence of the protection function of the lithium ion battery pack can be determined by a simple method, so that it is possible to realize safe charging at a low price.
以下に図面を参照して、この発明にかかる充電制御システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a charge control system according to the present invention will be explained below in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による充電制御システムの構成を示すブロック図である。図1では、電池パック1を充電制御IC2に接続した状態が示されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a charge control system according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1 shows a state where the battery pack 1 is connected to the
正規品の電池パック1は、一般には、リチウムイオン電池3と、保護機能である保護IC4、充電用トランジスタ(図示例ではFETである)5aおよび放電用トランジスタ(図示例ではFETである)5bとが搭載されている。なお、充電用トランジスタ5aおよび放電用トランジスタ5bには、寄生ダイオードが並列に存在している。
The genuine battery pack 1 generally includes a
そして、外部端子として、正電源端子6と負電源端子7とを備えている。正電源端子6は、リチウムイオン電池3の正極端に接続されている。負電源端子7は、充電用トランジスタ5aと放電用トランジスタ5bの直列回路を介してリチウムイオン電池3の負極端に接続されている。保護機能のない海賊版の電池パックでは、リチウムイオン電池3の負極端が直接負電源端子7に接続されることになる。
In addition, a positive
保護IC4は、リチウムイオン電池3の電圧や電流をモニタし、その電圧や電流が規定値以外である場合に、充電用トランジスタ5aと放電用トランジスタ5bの対応するものをオフ動作させて充電路ないしは放電路を遮断し、爆発等の危険性からの保護を図っている。
The
このような正規品の電池パック1において、この実施の形態1では、充電用トランジスタ5aおよび放電用トランジスタ5bの制御電極(図示例ではゲート電極)と保護ICとの間に抵抗素子8a,8bを挿入し、外部端子として制御端子9を設け、この制御端子9に充電用トランジスタ5aのゲート電極を接続している。保護機能のない海賊版の電池パックでは、この制御端子9は存在しないことになる。
In such a regular battery pack 1, in the first embodiment,
次に、充電制御IC2は、一般に、定電圧定電流制御回路11を備え、外部機器として充電スイッチ12と電流検出用抵抗器13とを備えている。また、外部端子として、接地端子14と、電圧監視端子15と、制御端子16と、電圧監視端子17,18とを備えている。
Next, the
接地端子14は、内部で接地されているが、電池パック1を接続したとき、負電源端子7と共に接地ライン20に接続される。電圧監視端子15は、定電圧定電流制御回路11に接続されるとともに、充電スイッチ12の一端に接続されている。充電スイッチ12の一端は、電池パック1を接続したとき、充電ライン21を介して電池パック1の正電源端子6に接続される。充電スイッチ12の制御端は、制御端子16を介して定電圧定電流制御回路11に接続されている。充電スイッチ12の他端は、電流検出用抵抗器13を介して充電ライン22に接続される。電流検出用抵抗器13の両端は、電流監視端子17,18を介して定電圧定電流制御回路11に接続されている。
The
定電圧定電流制御回路11は、一般には、電池パック1の接続を検出すると、充電スイッチ12を閉路操作して充電を開始し、充電スイッチ12の一端での電圧と、電流検出用抵抗器13に流れる電流とに基づく定電圧定電流制御によって電池パック1の充電を行ういわゆる充電器である。
In general, when the constant voltage constant
このような充電制御IC2において、この実施の形態1では、電圧変化検出回路24と保護スイッチ制御回路25とが追加され、また外部端子として制御端子26が追加されている。そして、定電圧定電流制御回路11は、この実施の形態1では、保護スイッチ制御回路25の制御下に、上記した通常の充電動作に加え、後述する各種の充電動作を行うようになっている。
In such a
電圧変化検出回路24は、保護スイッチ制御回路25の制御下に、電圧監視端子15を介して充電スイッチ12の一端での電圧を取り込み、一定時間内での電圧上昇変化を検出し、それを保護スイッチ制御回路25に与える。
The voltage change detection circuit 24 takes in the voltage at one end of the charge switch 12 via the
保護スイッチ制御回路25は、制御端子26に充電禁止と解除の制御信号を出力し、正規品の電池パック1における充電用トランジスタ5aをオン・オフ動作制御してリチウムイオン電池3の充電路を強制的に開閉する機能と、制御端子26に充電禁止の制御信号を出力したとき定電圧定電流制御回路11に微少電流を供給させて擬似充電動作を実現する機能と、擬似充電動作の過程で電圧変化検出回路24から入力される電圧上昇値から電池パック1の保護機能有無を判定する機能と、判定結果に基づき定電圧定電流制御回路11に通常の充電動作を行わせるか、充電停止あるいは特別な充電(微少電流充電、短時間充電など)を行わせるかの充電条件を設定し定電圧定電流制御回路11を制御する機能とを備えている。
The protection
次に、以上のように構成される実施の形態1による充電制御システムの動作について説明する。充電制御IC2に電池パック1が接続されると、それを検出した保護スイッチ制御回路25は、充電開始前に、定電圧定電流制御回路11に充電スイッチ12の閉路操作のみを行わせて停止状態にし、まず制御端子26に充電禁止信号を出力する。電池パック1が正規品であれば、充電禁止信号が制御端子26に接続される制御端子9を通して充電用トランジスタ5aをオフ動作させてリチウムイオン電池3の充電路を開路させる。電池パック1が海賊版であれば、リチウムイオン電池3の充電路を開路させる動作は行われない。
Next, the operation of the charge control system according to Embodiment 1 configured as described above will be described. When the battery pack 1 is connected to the
その後、定電圧定電流制御回路11に微少電流の供給を指示し、また電圧変化検出回路24に検出動作の開始を指示し、電圧変化検出回路24からの入力を待機する。電池パック1が正規品であれば、リチウムイオン電池3は充電路が開路しているので、見かけ上その正極端電圧が上昇する。一方、電池パック1が海賊版であれば、リチウムイオン電池3は充電路が閉路しているので、微少電流による充電が行われ、そのような電圧上昇は殆ど無い。
Thereafter, the constant voltage / constant
そこで、保護スイッチ制御回路25は、電圧変化検出回路24から入力する電圧上昇値と予め用意した判定用の所定値との大小比較を行い、電圧上昇値が所定値を超える場合は電池パック1に保護機能有りと判定する。この場合は、保護スイッチ制御回路25は、制御端子26に充電禁止解除の制御信号を出力し、充電用トランジスタ5aをオン動作させてリチウムイオン電池3の充電路を閉路状態に戻す操作をした後に、定電圧定電流制御回路11に通常の充電動作を指示する。
Therefore, the protection
一方、電圧変化検出回路24から入力する電圧上昇値が超えない場合はその超えない程度に応じて電池パック1に保護機能無し、あるいは保護機能は有るが不十分と判定する。この場合は、保護スイッチ制御回路25は、制御端子26に充電禁止解除の制御信号を出力し、定電圧定電流制御回路11に充電停止(充電スイッチ12の開路操作)、あるいは特別の充電(微少電流充電、短時間充電など)を指示する。
On the other hand, when the voltage increase value input from the voltage change detection circuit 24 does not exceed, it is determined that the battery pack 1 has no protection function or has a protection function but is insufficient, depending on the extent of not exceeding. In this case, the protection
このように、実施の形態1によれば、電池パック内の保護機能有無に応じて充電動作を調整することができるので、安全な充電が可能である。また、マイコンや認証機能ICは不要であり、電池パックも従来構成品に小変更を加えるだけで対応可能であるので、安価に充電制御システムが実現できる。 As described above, according to the first embodiment, the charging operation can be adjusted according to the presence or absence of the protection function in the battery pack, so that safe charging is possible. In addition, since a microcomputer and an authentication function IC are not required and the battery pack can be handled by making a small change to the conventional component, a charge control system can be realized at a low cost.
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2による充電制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図2では、図1(実施の形態1)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態2に関わる部分を中心に説明する。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a charge control system according to
図2に示すように、実施の形態2による充電制御システムでは、図1(実施の形態1)に示した構成において、電池パック1に代えて電池パック30が設けられている。電池パック30では、図1に示した電池パック1において、抵抗素子8a,8bを削除し、保護IC2を制御部31が追加された保護IC32としている。充電用トランジスタ5aと放電用トランジスタ5bの各ゲート電極は制御部31に接続されている。
As shown in FIG. 2, in the charge control system according to the second embodiment, a battery pack 30 is provided instead of the battery pack 1 in the configuration shown in FIG. 1 (first embodiment). In the battery pack 30, the
制御部31には、制御端子9に印加される充電禁止とその解除の制御信号を受けて、充電用トランジスタ5aをオン・オフ動作制御し、リチウムイオン電池3の充電路を強制的に開閉するようになっている。
The
ここで、擬似充電動作において実施の形態1では、保護スイッチ制御回路25が充電用トランジスタ5aをオン・オフ動作制御する電圧信号を生成して、リチウムイオン電池3の充電路の強制的な開閉を実現しているが、素子特性にはばらつきがあるので、一般的な電圧信号レベルを設定するのは困難であり、充電用トランジスタ5aを確実にオン・オフ動作制御できない場合が起こりうる。
Here, in the first embodiment in the pseudo charge operation, the protection
これに対してこの実施の形態2によれば、保護スイッチ制御回路25は制御部31に対して設定容易な2値のレベル信号を出力するだけでよいので、保護スイッチ制御回路25での回路構成の容易化が図れる。また、充電用トランジスタ5aを確実にオン・オフ動作制御できるので、より安全な制御が可能になる。
On the other hand, according to the second embodiment, the protection
実施の形態3.
図3は、この発明の実施の形態3による充電制御システムの構成を示すブロック図である。なお、図3では、図2(実施の形態2)に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態3に関わる部分を中心に説明する。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a charge control system according to
図3に示すように、実施の形態3による充電制御システムでは、図2(実施の形態2)に示した構成において、充電制御IC2に代えて充電制御IC34が設けられている。充電制御IC34では、図2に示した充電制御IC2において、電圧変化検出回路24を削除し、電流監視端子17,18側に電圧変化検出回路36が設けられている。符号を変えた定電圧定電流制御回路36は、電圧変化検出回路36の検出電圧から電流情報を得るようになっている。
As shown in FIG. 3, the charge control system according to the third embodiment is provided with a charge control IC 34 instead of the
電圧変化検出回路36は、擬似充電動作の開始に伴い保護スイッチ制御回路25から動作開始の指示を受け、電流検出用抵抗器13に電流が流れたときの降下電圧から一定時間内の電圧上昇変化を検出し、それを保護スイッチ制御回路25に与える。
The voltage
また、電圧変化検出回路36は、通常の充電動作の開始に伴い保護スイッチ制御回路25から動作開始の指示を受け、電流検出用抵抗器13に電流が流れたときの降下電圧を逐一定電圧定電流制御回路36に与える。
The voltage
ここで、擬似充電動作において、実施の形態1,2では、電池電圧の増加レベルを検出しているが、この電池電圧の増加レベルは電池パックの特性に依存する場合がある。具体的には、例えば保護機能無しの電池パックでは、リチウムイオン電池3の内部抵抗の大小によって、微少電流を流すことによる一定時間内に上昇する電圧値が変化する。そのため保護スイッチ制御回路25での判定用所定値として一定時間内の電圧上昇分を正確に設定することが困難である。
Here, in the pseudo charge operation, in the first and second embodiments, the increase level of the battery voltage is detected, but the increase level of the battery voltage may depend on the characteristics of the battery pack. Specifically, for example, in a battery pack without a protection function, the voltage value that rises within a certain time due to flowing a minute current changes depending on the internal resistance of the
これに対して実施の形態3では、設定値である微少定電流が電流検出用抵抗器13に電流が流れたときの降下電圧から一定時間内の電圧上昇変化を検出するので、電池パックの特性に依存しない電圧上昇値が得られる。したがって、それに対する判定用所定値は正確に定めることができる。
On the other hand, in the third embodiment, since a small constant current as a set value detects a voltage increase change within a certain time from a voltage drop when a current flows through the
なお、念のため注記すれば、擬似充電動作においては、正規品の電池パックではリチウムイオン電池3の充電路は開路しているので、充電電流は流れない。これに対して、海賊版の電池パックではリチウムイオン電池3の充電路は閉路しているので、充電電流は流れる。したがって、保護スイッチ制御回路25での所定値との大小比較は、実施の形態1,2とは、逆の関係になる。
It should be noted that in the pseudo charge operation, the charging path of the
以上のように、この発明にかかる充電制御システムは、リチウムイオン電池の安全な充電を低価格で実現するのに有用である。 As described above, the charge control system according to the present invention is useful for realizing safe charging of a lithium ion battery at a low price.
1 電池パック
2 充電制御IC
3 リチウムイオン電池
4 保護IC
5a 充電用トランジスタ(電池パック内のスイッチ)
5b 放電用トランジスタ
6 正電源端子
7 負電源端子
8a,8b 抵抗素子
9 制御端子
11 定電圧定電流制御回路
12 充電スイッチ
13 電流検出用抵抗器
14 接地端子
15 電圧監視端子
16 制御端子
17,18 電流監視端子
20 接地ライン
21,22 充電ライン
24 電圧変化検出回路
25 保護スイッチ制御回路
30 電池パック
31 制御部
32 保護IC
34 充電制御IC
35 電圧変化検出回路
36 定電圧定電流制御回路
1
3
5a Charging transistor (switch in battery pack)
34 Charge control IC
35 Voltage
Claims (4)
前記制御手段からの指示に従って前記リチウムイオン電池パックに充電を行う充電手段とを備え、
前記制御手段は、
前記リチウムイオン電池パック内の保護機能の有無を擬似充電動作の過程で得られる電圧上昇変化に基づき検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した保護機能の有無に応じて前記充電条件を設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする充電制御システム。 Control means for issuing charging conditions to be applied to the lithium-ion battery pack to be charged;
Charging means for charging the lithium ion battery pack according to an instruction from the control means,
The control means includes
Detecting means for detecting the presence or absence of a protective function in the lithium ion battery pack based on a voltage increase change obtained in the process of a pseudo-charging operation;
Setting means for setting the charging condition according to the presence or absence of the protection function detected by the detection means;
A charge control system comprising:
前記リチウムイオン電池パック内において当該リチウムイオン電池の充電路に挿入してあるスイッチを直接制御して、または前記リチウムイオン電池パック内に設けた前記スイッチを制御する手段に指示を出して、前記スイッチに開路動作を行わせる手段と、
その後に、前記充電手段に対して微少電流による充電を行わせる指示を出して前記リチウムイオン電池パックが接続される充電ラインの電圧上昇変化を検出する、または前記充電ラインに挿入した電流検出用抵抗器での降下電圧から電圧上昇変化を検出する手段と、
検出された前記電圧上昇値と所定値との大小関係を比較し、前記電圧上昇値が前記所定値を超えるときは、当該リチウムイオン電池パックは正規の保護機能を有すると判断し、超えないときは、当該リチウムイオン電池パックは保護機能を有しない、あるいは保護機能は有するが不十分であると判断する手段と、
を備えていることを特徴とする請求項1に記載の充電制御システム。 The detection means includes
Directly controlling a switch inserted in the charging path of the lithium ion battery in the lithium ion battery pack or giving an instruction to a means for controlling the switch provided in the lithium ion battery pack, the switch Means for performing an open circuit operation,
Thereafter, the charging means is instructed to perform charging with a minute current to detect a voltage rise change of a charging line to which the lithium ion battery pack is connected, or a current detecting resistor inserted in the charging line Means for detecting a voltage rise change from the voltage drop at the container;
When the detected voltage increase value is compared with a predetermined value, and the voltage increase value exceeds the predetermined value, it is determined that the lithium ion battery pack has a normal protection function, and the voltage increase value does not exceed the predetermined value. Means to determine that the lithium ion battery pack has no protective function, or has a protective function but is insufficient,
The charging control system according to claim 1, further comprising:
前記検出手段が正規の保護機能を有すると判断したときは通常行われている充電条件を設定し、前記検出手段が保護機能を有しないと判断したとき、あるいは保護機能は有するが不十分であると判断したときは充電停止、あるいは特別な充電条件を設定し、それぞれの充電条件による指示を前記充電手段に出力する、
ことを特徴とする請求項1に記載の充電制御システム。 The setting means includes
When it is determined that the detection means has a normal protection function, a normal charging condition is set. When it is determined that the detection means does not have a protection function, or the protection means has a protection function, it is insufficient. When it is determined that charging is stopped, or a special charging condition is set, an instruction according to each charging condition is output to the charging means.
The charge control system according to claim 1.
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