JP2009159811A - バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリ装置の製造コストが低いバッテリ状態監視回路及びそのバッテリ装置を提供する。
【解決手段】充放電制御トランジスタは、バッテリの電圧に基づいた電源電圧ＶＤＤよりも低いボルテージレギュレータの電圧に基づいたハイレベル信号、及び接地電圧ＶＳＳに基づいたローレベル信号動作する構成とした。従って、充放電制御トランジスタは、ゲートに印加される電圧が低くなるので、低耐圧用の素子を使用することが可能となる。充放電制御トランジスタのコストが低くなり、バッテリ装置の製造コストも低くなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個のバッテリの状態を監視するバッテリ状態監視回路、及び、バッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置に関する。

従来のバッテリ装置について説明する。図２は、バッテリ装置を示すブロック図である。

バッテリ状態監視回路６０は、バッテリ７１の状態を監視する。検出回路６１は、バッテリ７１の過充電状態及び過放電状態を検出する。遅延回路６２は、検出回路６１から信号が入力すると、所定の遅延時間経過後に、その信号を出力する。制御回路６４は、所定の時、充電経路が遮断されるよう動作する。充電制御トランジスタ８１は、オフすることにより、充電器（図示せず）からバッテリ７１への充電経路を遮断する。また、制御回路６４は、所定の時、放電経路が遮断されるよう動作する。放電制御トランジスタ８２は、オフすることにより、バッテリ７１から負荷（図示せず）への放電経路を遮断する（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１９５３０３号公報

ここで、バッテリ装置は、図２ではバッテリを１個有しているが、バッテリを複数個有することがある。この時、制御回路６４に電源として供給される電圧は、複数個のバッテリの電圧に基づいた電源電圧ＶＤＤになり、制御回路６４は、その電源電圧ＶＤＤに基づいたハイレベル信号及び接地電圧ＶＳＳに基づいたローレベル信号を充電制御トランジスタ８１及び放電制御トランジスタ８２のゲートに出力することになる。

また、充電制御トランジスタ８１及び放電制御トランジスタ８２の耐圧は、ゲートに印加される電圧に基づいて回路設計されている。

よって、充電制御トランジスタ８１及び放電制御トランジスタ８２は、ゲートに印加される電圧が高くなるので、高耐圧用の素子が使用されることになる。よって、充電制御トランジスタ８１及び放電制御トランジスタ８２の製造コストが高くなり、バッテリ装置の製造コストも高くなってしまう。

本発明は、このような点に鑑みてなされ、バッテリ装置の製造コストが低くなるバッテリ状態監視回路及びそのバッテリ装置を提供する。

本発明は、上記課題を解決するため、バッテリの充放電状態を検出し、その状態を示す検出信号を出力する検出回路と、検出信号を入力し、所定の遅延時間経過後に、検出信号を出力する遅延回路と、複数個のバッテリの電圧に基づいた電源電圧を入力し、電源電圧よりも低い定電圧を出力するボルテージレギュレータと、検出信号が入力すると、接地電圧に基づいたローレベル信号と、前記ボルテージレギュレータが出力する定電圧に基づいたハイレベル信号とを、充放電制御用トランジスタのゲートに出力する制御回路と、を備えることを特徴とするバッテリ状態監視回路を提供する。

また、本発明は、上記バッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置を提供する。

本発明では、充電制御トランジスタ及び放電制御トランジスタは、複数個のバッテリの電圧に基づいた電源電圧よりも低いボルテージレギュレータの出力電圧に基づいたハイレベル信号に基づいて動作する。従って、充電制御トランジスタ及び放電制御トランジスタは、ゲートに印加される電圧が低くなるので、低耐圧用の素子を使用することが出来る。よって、充電制御トランジスタ及び放電制御トランジスタの製造コストが低くなり、バッテリ装置の製造コストも低くなる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

まず、バッテリ装置の構成について説明する。図１は、バッテリ装置を示すブロック図である。

バッテリ装置は、バッテリ２１〜２４、バッテリ状態監視回路１０、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２を備えている。また、バッテリ装置は、外部端子ＥＢ＋及び外部端子ＥＢ−を備えている。

バッテリ状態監視回路１０は、検出回路１１、遅延回路１２、ボルテージレギュレータ１３及び制御回路１４を有している。また、バッテリ状態監視回路１０は、モニタ端子Ｖ１〜Ｖ５、制御端子ＣＯ及び制御端子ＤＯを有している。

バッテリ２１〜２４は直列接続され、バッテリ２１は外部端子ＥＢ＋に接続され、バッテリ２４は放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２に接続されている。バッテリ２１の＋端子はモニタ端子Ｖ１に接続され、バッテリ２２の＋端子はモニタ端子Ｖ２に接続され、バッテリ２３の＋端子はモニタ端子Ｖ３に接続され、バッテリ２４の＋端子はモニタ端子Ｖ４に接続され、バッテリ２４の−端子はモニタ端子Ｖ５に接続されている。充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１は、放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２と外部端子ＥＢ−との間に設けられている。充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１のゲートは制御端子ＣＯに接続され、放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートは制御端子ＤＯに接続されている。

検出回路１１は、モニタ端子Ｖ１〜Ｖ５及び遅延回路１２に接続されている。遅延回路１２は、モニタ端子Ｖ１、モニタ端子Ｖ５及び制御回路１４に接続されている。ボルテージレギュレータ１３は、モニタ端子Ｖ１、モニタ端子Ｖ５及び制御回路１４に接続されている。制御回路１４は、モニタ端子Ｖ５、制御端子ＣＯ及び制御端子ＤＯに接続されている。

ここで、バッテリ状態監視回路１０は、バッテリ２１〜２４の状態を監視する。検出回路１１は、バッテリ２１〜２４の過充電状態及び過放電状態を検出する。遅延回路１２は、検出回路１１から信号が入力すると、所定の遅延時間経過後に、その信号を出力する。ボルテージレギュレータ１３は、一定の出力電圧を出力する。制御回路１４は、所定の時、充電経路が遮断されるよう動作する。充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１は、オフすることにより、充電器（図示せず）からバッテリ２１〜２４への充電経路を遮断する。また、制御回路１４は、所定の時、放電経路が遮断されるよう動作する。放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２は、オフすることにより、バッテリ２１〜２４から負荷（図示せず）への放電経路を遮断する。

また、ボルテージレギュレータ１３の出力電圧は、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２の耐圧電圧未満に回路設計されている。

次に、バッテリ装置の動作について説明する。

［充電器がバッテリを充電し、バッテリが過充電状態になる場合］充電器がバッテリ装置に接続され、充電が開始される。ボルテージレギュレータ１３は、バッテリ２１〜２４の電圧に基づいた電源電圧ＶＤＤに基づき、電源電圧ＶＤＤよりも低い一定の出力電圧を出力する。

バッテリ２１〜２４の中のいずれか１個のバッテリが過充電状態になると、検出回路１１は、そのバッテリの過充電状態を検出してその旨を示す過充電検出信号を遅延回路１２に出力する。遅延回路１２は、所定の遅延時間経過後に、過充電検出信号を制御回路１４に出力する。すると、制御回路１４はボルテージレギュレータ１３の出力電圧に基づいたハイレベル信号を放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートに出力し、放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２はオンする。また、制御回路１４は接地電圧ＶＳＳに基づいたローレベル信号を充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１のゲートに出力し、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１はオフする。充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１がオフすると、寄生ダイオードによって放電電流は流れるが、充電電流は流れなくなる。よって、充電器からバッテリ２１〜２４への充電経路が遮断され、充電が禁止される。

［バッテリが負荷に放電し、バッテリが過放電状態になる場合］負荷がバッテリ装置に接続され、放電が開始される。ボルテージレギュレータ１３は、バッテリ２１〜２４の電圧に基づいた電源電圧ＶＤＤに基づき、電源電圧ＶＤＤよりも低い一定の出力電圧を出力している。

バッテリ２１〜２４の中のいずれか１個のバッテリが過放電状態になると、検出回路１１は、そのバッテリの過放電状態を検出してその旨を示す過放電検出信号を遅延回路１２に出力する。遅延回路１２は、所定の遅延時間経過後に、過放電検出信号を制御回路１４に出力する。すると、制御回路１４はハイレベル信号を充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１のゲートに出力し、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１はオンする。また、制御回路１４はローレベル信号を放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートに出力し、放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２はオフする。放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２がオフすると、寄生ダイオードによって充電電流は流れるが、放電電流は流れなくなる。よって、バッテリ２１〜２４から負荷への放電経路が遮断され、放電が禁止される。

このようにすると、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２は、バッテリ２１〜２４の電圧に基づいた電源電圧ＶＤＤでなくてボルテージレギュレータ１３の出力電圧に基づいたハイレベル信号及び接地電圧ＶＳＳに基づいたローレベル信号に基づいて動作する。よって、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２は、ゲートに印加される電圧が低くなるので、耐圧が低くても良くなり、高耐圧用の素子が使用されなくても良くなる。よって、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２の製造コストが低くなり、バッテリ装置の製造コストも低くなる。

また、制御回路１４は、電源電圧ＶＤＤでなくてボルテージレギュレータ１３の出力電圧が供給され、電源として供給される電圧が低くなるので、耐圧が低くても良くなり、高耐圧用の素子が使用されなくても良くなり、面積が小さくなる。また、制御回路１４は、電源として供給される電圧が低くなるので、消費電力が少なくなる。

また、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートに印加される電圧は、ボルテージレギュレータ１３の出力電圧であるので、一定である。よって、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のオン抵抗が一定になる。

また、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートに印加される電圧は、ボルテージレギュレータ１３の出力電圧であるので、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２の耐圧電圧未満である。よって、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２の耐圧を保護するための部品がバッテリ装置に不要になるので、バッテリ装置の製造コストが低くなる。

なお、充電経路を遮断する素子及び放電経路を遮断する素子は、バッテリ２４と外部端子ＥＢ−との間に設けられる充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２であるが、バッテリ２１と外部端子ＥＢ＋との間に設けられる充電制御ＰＭＯＳトランジスタ（図示せず）及び放電制御ＰＭＯＳトランジスタ（図示せず）でもよい。ここで、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２のゲートにボルテージレギュレータ１３の出力電圧と接地電圧ＶＳＳとの間の電圧が印加され、充電制御ＰＭＯＳトランジスタ（図示せず）及び放電制御ＰＭＯＳトランジスタ（図示せず）のゲートに電源電圧ＶＤＤとボルテージレギュレータ１３の出力電圧との間の電圧が印加されるように、制御回路１４は適宜回路設計される。

また、遅延回路１２に電源として供給される電圧は、電源電圧ＶＤＤと接地電圧ＶＳＳとの間の電圧であるが、ボルテージレギュレータ１３の出力電圧と接地電圧ＶＳＳとの間の電圧でもよいし、電源電圧ＶＤＤとボルテージレギュレータ１３の出力電圧との間の電圧でもよい。

すると、遅延回路１２は、電源として供給される電圧が低くなるので、耐圧が低くても良くなり、高耐圧用の素子が使用されなくても良くなり、面積が小さくなる。また、遅延回路１２は、電源として供給される電圧が低くなるので、消費電力が少なくなる。

また、バッテリ装置のバッテリ数は、４個になっているが、４個未満でも５個以上でも良い。

また、バッテリ状態監視回路１０は１個の半導体装置であって充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２はＦＥＴであるが、バッテリ状態監視回路１０、充電制御ＮＭＯＳトランジスタ３１及び放電制御ＮＭＯＳトランジスタ３２が１個の半導体装置であってもよい。

バッテリ装置を示すブロック図である。 従来のバッテリ装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ バッテリ状態監視回路
１１ 検出回路
１２ 遅延回路
１３ ボルテージレギュレータ
１４ 制御回路
２１〜２４ バッテリ
３１ 充電制御ＮＭＯＳトランジスタ
３２ 放電制御ＮＭＯＳトランジスタ
ＥＢ＋ 外部端子
ＥＢ− 外部端子
Ｖ１〜Ｖ５ モニタ端子
ＣＯ 制御端子
ＤＯ 制御端子
ＶＤＤ 電源電圧
ＶＳＳ 接地電圧

Claims (2)

1. 直列に接続された複数個のバッテリの状態を監視するバッテリ状態監視回路において、
   前記バッテリの充放電状態を検出し、その状態を示す検出信号を出力する検出回路と、
   前記検出信号を入力し、所定の遅延時間経過後に、前記検出信号を出力する遅延回路と、
   前記複数個のバッテリの電圧に基づいた電源電圧を入力し、前記電源電圧よりも低い定電圧を出力するボルテージレギュレータと、
   前記検出信号が入力すると、接地電圧に基づいたローレベル信号と、前記ボルテージレギュレータが出力する定電圧に基づいたハイレベル信号とを、充放電制御用トランジスタのゲートに出力する制御回路と、
   を備えることを特徴とするバッテリ状態監視回路。
2. 複数個のバッテリと、
   充放電制御用トランジスタと、
   前記複数個のバッテリの充放電状態を監視し、前記充放電制御用トランジスタを制御する請求項１に記載のバッテリ状態監視回路と、
   を備えることを特徴とするバッテリ装置。

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