JP2009303406A - 充電制御回路 - Google Patents

Abstract

【課題】充電制御回路を提供する。
【解決手段】
本発明の充電制御回路は、複数の電池ユニットを直列に接続してなる電池組に対する充電に用い、充電回路、制御回路、保護回路を含む。該充電回路と制御回路は、それぞれ複数の開閉ユニットとエネルギー消耗ユニットを含む。該保護回路は、各電池ユニットの内圧をモニタリングすることに用い、任意の２つの電池の内圧の差異が特定値を超える時、保護回路が制御回路の開閉ユニットと充電回路の開閉ユニットを切り換え、電池組の充電電流を減少し、同時に内圧が比較的高い電池ユニットの充電電流を分流し、電池組の各電池ユニットに迅速に充電飽和状態を達成させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、充電制御回路に関し、特に、複数の二次電池ユニットの直列接続からなる電池組の各電池ユニットに対して均等充電を行う充電制御回路に関する。

現在の大多数の携帯式デジタル製品は、何れも充電電池に頼り電気エネルギーを提供し、そのうち、二次電池は、そのエネルギー密度が高く、循環使用できる特長を有し、広範囲の応用を獲得している。

二次電池充電過程中、過度の充電と過度の放電が二次電池に対して損傷を起こすことを防止するため、二次電池の充電制御回路は、通常過充電保護機能及び過放電保護機能を有する。過充電保護は、充電過程中、二次電池の内圧が所定の電圧値（過充保護電圧値）まで上昇する時、その充電制御回路の保護ＩＣが電力開閉を切断し、充電を停止する。過放電保護は、電池放電過程中、その内圧が所定の電圧値（過放保護電圧値）より低い時、保護ＩＣが電力開閉を切断し、放電を停止し、二次電池を保護する目的を達成する。

単一の二次電池が提供できる電圧は有限であるので、大多数の電力消耗設備の需要を満足することができず、実際の応用中、通常は、複数の二次電池ユニット直列接続してなる電池組の方式を採用しデジタル製品に電力を供給する。

しかしながら、電池組中の各電池ユニット内に残された電量が均等ではない場合、電池組に対する充電の過程において、残留電量が多い電池ユニットは、比較的早く充電飽和状態に達する。この時、充電飽和に達した二次電池は、過充電保護機能を起動し、充電回路が継続して電池組に充電することを阻止する。従って、充電終了時、電池組中に充電飽和状態に達していない電池ユニットを有し、電池組の充電が完成した後の電力供給時間を短縮させる。
特開平９−２８５０３４号公報

本発明の目的は、上記従来技術に存在する欠陥に対して充電制御回路を提供し、該充電制御回路は、二次電池を直列に接続してなる電池組の各電池ユニットは、充電平衡の状態を効率的に達成することである。

本発明は、充電制御回路を提供し、該充電制御回路は、充電電源の充電電力端の間に接続し、複数の電池ユニットが直列接続してなる電池組に対して充電し、該充電制御回路は、保護回路、充電回路、制御回路を含み、該保護回路は、複数のモニタリングポート及び複数の制御ポートを有し、該モニタリングポートは、電池ユニットの対応する両端に接続することに用い、各電池ユニットの電圧をモニタリングする。該充電回路は、前記電池ユニットの両端に接続することに用いる複数の分流回路を含み、各分流回路は、開閉ユニットと、該開閉ユニットと直列接続するエネルギー消耗ユニットを含み、該開閉ユニットは、それぞれ制御端を有し、該制御端は、それぞれ前記保護回路の相応する制御ポート上に接続する。該制御回路の一端は、前記充電電源と接続することに用い、他端は、前記充電回路に接続し、該制御回路は、２つの並列回路を含み、その１つの回路は、エネルギー消耗ユニットを含み、もう１つの回路は、エネルギー消耗ユニットと該エネルギー消耗ユニットと直列接続する開閉ユニットを含み、該開閉ユニットは、制御端を有し、該制御端は、前記充電回路に接続する。
該保護回路は、モニタリングした各電池ユニットの電圧値に基づき、分流回路の開閉ユニットに対応するオンまたはオフを制御し、充電回路は、分流回路の開閉ユニットのオンまたはオフに基づき、前記制御回路の開閉ユニットのオンまたはオフを制御する。

すなわち、本発明の充電制御回路は下記の特徴を有する。
（１）充電電源の充電電力端の間に接続し、複数の電池ユニットが直列接続してなる電池組に対して充電する充電制御回路であって、該充電制御回路は、保護回路、充電回路、制御回路を含み、
該保護回路は、複数のモニタリングポート及び複数の制御ポートを有し、該モニタリングポートは、電池ユニットの対応する両端に接続することに用い、各電池ユニットの電圧をモニタリングし、
該充電回路は、前記電池ユニットの両端に接続することに用いる複数の分流回路を含み、各分流回路は、開閉ユニットと、該開閉ユニットと直列接続するエネルギー消耗ユニットを含み、該開閉ユニットは、それぞれ制御端を有し、該制御端は、それぞれ前記保護回路の相応する制御ポート上に接続し、
該制御回路の一端は、前記充電電源と接続することに用い、他端は、前記充電回路に接続し、該制御回路は、２つの並列回路を含み、その１つの回路は、エネルギー消耗ユニットを含み、もう１つの回路は、エネルギー消耗ユニットと該エネルギー消耗ユニットと直列接続する開閉ユニットを含み、該開閉ユニットは、制御端を有し、該制御端は、前記充電回路に接続し、
該保護回路は、モニタリングした各電池ユニットの電圧値に基づき、分流回路の開閉ユニットに対応するオンまたはオフを制御し、充電回路は、分流回路の開閉ユニットのオンまたはオフに基づき、前記制御回路の開閉ユニットのオンまたはオフを制御する充電制御回路。
（２）前記充電回路の分流回路のエネルギー消耗ユニットは、それぞれ論理ＯＲ回路を並列して有し、論理ＯＲ回路は、制御回路の開閉ユニットの制御端と接続する（１）記載の充電制御回路。
（３）前記充電回路の分流回路のエネルギー消耗ユニットの両端は、それぞれフォトカップラーと接続し、フォトカップラーは、発光ダイオードと感光三極管を含み、前記感光三極管のエミッタ電極は接地され、そのコレクタ電極は、エネルギー消耗抵抗によって安定電源に接続し、且つ該コレクタ電極と前記制御回路の開閉ユニットの制御端との間に電子開閉を接続する（１）記載の充電制御回路。
（４）前記電子開閉は、三極管であり、該三極管のエミッタ電極は接地され、そのコレクタ電極は、抵抗ユニットによって充電電源に接続し、前記制御回路の開閉ユニットの制御単歯、抵抗によって前記三極管のコレクタ電極と接続する（３）記載の充電制御回路。
（５）前記充電回路と制御回路の間に２つの単一方向導通機能を有する単一方向開閉を対応設置し、前記２つの単一方向開閉は、それぞれ制御端を有し、前記保護回路の制御ポートは、それぞれ該２つの単一方向開閉の制御端に接続し、それぞれ該２つの単一方向開閉のオンまたはオフを制御する（１）記載の充電制御回路。
（６）前記２つの単一方向開閉は、フィールドエフェクト三極管であり、該２つのフィールドエフェクト三極管のドレイン電極は１つに接続され、そのソース電極は、それぞれ充電電源の充電端と充電回路の開閉ユニット上に接続し、ゲート電極は、それぞれ前記保護回路の制御ポート上に接続する（５）記載の充電制御回路。

上記のように、本発明の充電制御回路を利用して充電を行う過程中、該制御回路の開閉ユニットによって電池組に対して充電電流の大きさを制御し、且つ該充電回路の開閉ユニットの制御及びエネルギー消耗ユニットによって電池組の各電池ユニットの充電電流に対して分流調節を行い、電池ユニットを保護する前提において、電池組の各電池ユニットに充電平衡を達成し、充電効率を向上させる。

本発明の技術的内容、達成する目的及び効果を詳細に説明する為、実施例を挙げ、図面に合わせて説明する。

図１は、本発明の充電制御回路の実施例の回路図である。本発明の充電制御回路は、受電電源１０と接続し、電池組２０に対して充電を行う。該充電電源１０は、正充電端１１と負充電端１２を有する。電池組２０は、１つに直列接続してなる複数の電池ユニットから組成される。本実施例中、該電池組２０は、第１電池ユニット２１と第２電池ユニット２２が直列接続されてなる。

前記充電制御回路は、保護回路３０、充電回路４０、制御回路５０を含み、そのうち、制御回路５０の一端は、充電電源１０の正充電端１１に接続し、もう一端は、充電回路４０に接続する。

保護回路３０は、二次電池保護機能を実現できる芯片であり、電圧モニタリング機能と制御機能を有し、従来技術の多種の芯片を選択することができ、例えば、型番が ＯＺ８９０の保護芯片等である。保護回路３０のＶｃｃ端は、上記制御回路５０と充電回路４０の間に接続し、保護回路３０が必要とする作動電圧を提供し、Ｖｓｓ端は、接地してなる。該保護回路３０は、複数のモニタリングポートと複数の制御ポートを有し、本実施例中、該モニタリングポートの符号は、それぞれ３１−３３であり、該制御ポートの符号は、それぞれ３６−３９である。

充電回路４０は、直列接続する第１分流回路４１と第２分流回路４４を含む。第１分流回路４１は、エネルギー消耗ユニット４２と開閉ユニット４３を含み、第２分流回路４４は、エネルギー消耗ユニット４５と開閉ユニット４６を含み、該エネルギー消耗ユニット４２，４５は、抵抗ユニットであり、該開閉ユニット４３，４６は、Ｎチャネル型のフィールドエフェクト三極管である。そのうち、第１分流回路４１のエネルギー消耗ユニット４２の一端は、制御回路５０と接続し、もう一端は、開閉ユニット４３のドレイン電極に接続し、該開閉ユニット４３のソース電極は、第２分流回路４４のエネルギー消耗ユニット４５の一端に接続する。第二分流回路４４のエネルギー消耗回路４５のもう一端は、開閉ユニット４６のドレイン電極と接続し、開閉ユニット４６のソース電極は、一組の保護回路６０（詳細は後で記載する）を介して充電電源１０の負充電端１２上に接続する。該２つの開閉ユニット４３，４６のゲート電極は、それぞれ保護回路３０の制御ポート３６，３７上に接続し、これにより、保護回路３０の開閉ユニット４３，４６の開閉状態に対する制御を実現する。

前記電池組２０の第１電池ユニット２１は、第１分流回路４１の両端に接続し、第２電池ユニット２２は、第２分流回路４４の両端に接続し、且つ該第１電池ユニット２１、第２電池ユニット２２は、それぞれ保護回路３０のモニタリングポート３１，３２及び３２，３３の間に接続し、これにより、保護回路３０の第１電池ユニット２１、第２電池ユニット２２の電池内圧に対するモニタリングを実現する。

前記充電回路４０のエネルギー消耗ユニット４２，４５の両端は、それぞれ論理ＯＲ回路４７に接続し、開閉ユニット４３，４６の開閉状態の変更時に、前記制御回路５０に電気信号を発送することに用いる。本実施例中、２つの論理ＯＲ回路４７は、それぞれフォトカップラーである。

第１分流回路４１を例としてフォトカップラーの接続を説明する。フォトカップラー内に発光ダイオード４７ａと感光三極管４７ｂを集め、そのうち、発光ダイオード４７ａの２つの接続ピンは、それぞれエネルギー消耗ユニット４２の両端に接続し、感光三極管４７ｂのコレクタ電極は、エネルギー消耗抵抗４９を介して独立設置された定圧電源に接続し、フォトカップラーの作動電圧を提供し、感光三極管４７ｂのエミッタ電極は、接地される。発光ダイオード４７ａ中に電流通過、発光を有する時、感光三極管４７ｂのコレクタ電欲とエミッタ電極間のＰＮが導通され、定圧電源、フォトカップラーとアースとの間のループ回路を形成させる。第２分流回路４４のフォトカップラーの接続方式と上記方法は、同一であり、ここでは再度記載しない。

前記制御回路５０は、並列な２つの回路を含み、そのうち、第１回路は、エネルギー消耗ユニット５１を含み、該エネルギー消耗ユニット５１の一端は、充電電源１０の正充電端１１に接続し、もう一端は、それぞれ前記保護回路３０のＶｃｃ端とエネルギー消耗ユニット４２の一端と接続する。第２回路は、第１回路の両端に接続し、エネルギー消耗ユニット５２と該エネルギー消耗ユニット４２と直列接続する開閉ユニット５３と接続する。前記エネルギー消耗ユニット５１，５２は、それぞれ抵抗ユニットであり、開閉ユニット５３は、Ｐチャネル型のフィールドエフェクト三極管であり、且つ該フィールドエフェクト三極管のソース電極は、充電電源１０の正充電端１１に接続し、ドレイン電極は、消耗エネルギーユニット５２と接続し、ゲート電極は、抵抗ユニット５４を介して正充電端１１と接続し、且つ該ゲート電欲は、分圧抵抗５５と電子開閉５６を介して接地される。

前記電子開閉５６は、ＮＰＮ型の三極管であり、該三極管のコレクタ電極は、分圧抵抗５５と接続し、エミッタ電極は、接地され、且つベース電極は、充電回路４０のエネルギー消耗抵抗４９の一端及び該２つのフォトカップラーの感光三極管４７ｂのコレクタ電極と接続し、論理ＯＲ回路４７が発送する電気信号は、電子開閉５６の切り替えを介して、開閉ユニット５３のオンまたはオフ状態の制御を実現する。

前記保護開閉６０は、充電回路と充電電源１０の負充電端１２の間に直列接続し、相互に突き合わせ接合する２つの単一方向通導機能を有する単一方向開閉６１，６２を含む。本実施例中、２つの単一方向開閉６１，６２は、何れもＮチャネル型のフィールドエフェクト三極管であり、該２つのフィールドエフェクト三極管の２つのドレイン電極は、１つに接続し、２つのソース電極は、それぞれ充電電源１０の負充電端１２と充電回路４０の開閉ユニット４６のソース電極上に接続し、且つ２つのゲート電極は、それぞれ保護回路３０の制御ポート３８，３９上に接続し、保護回路３０の該２つの単一方向開閉６１，６２に対するオンまたはオフ状態の制御を実現する。そのうち、単一方向開閉６１は、過放電保護開閉であり、単一方向開閉６２は、過充電保護開閉であり、２つの開閉は、充電または放電過程中、同時にオン状態であり、電池組２０が充電または放電でき、電池組２０の任意の１つの電池ユニットが過放電状態の時、単一方向開閉６１を切断し、任意の１つの電池ユニットは、過充電状態である時、単一方向開閉６２を切断し、電池ユニットを保護する作用を実現する。

本発明の充電制御回路を利用し、電池組２０に対して充電を行う過程を以下に説明する：
充電過程中、保護回路３０は、第１電池ユニット２１と第２電池ユニット２２の内圧の差異が某特定値（例えば、０．０２〜０．０１Ｖ）より小さい値をモニタリングした時、保護回路３０は、充電回路４０の開閉ユニット４３，４６を切断する。この時、論理ＯＲ回路４７の感光三極管４７ｂは、開閉状態にあり、前記の安定電源は、エネルギー消耗抵抗４９を介して電圧を制御回路５０の電子開閉５６のベース電極に印加し、電子開閉５６をオンにする。電子開閉５６が導通した後、充電電源１０の正充電端１１、抵抗ユニット５４、分圧抵抗５５及び電子開閉５６がループ回路を構成し、開閉ユニット５３のソース電欲は、ゲート電極電圧より高くなり、開閉ユニット５３を通洞させる。この時、充電電源１０は、並列なエネルギー消耗ユニット５１，５２を介して電池組２０に対して充電し、エネルギー消耗ユニット５１，５２が並列であるので、充電制御回路の抵抗値を減少でき、充電電流を増大し、電池組２０の充電速度を向上できる。

保護回路３０が電池組２０の１つの電池ユニットが先ず所定の電圧値（過充電保護機能を起動する電圧値よりやや低い）に達し、且つ電池組２０の２つの電池ユニット２１，２２の間の電量の差異が前記の特定値を超過するのをモニタリングした場合、保護回路３０は、該電量が比較的高い電池ユニットと並列接続した開閉ユニットを導通し、該電池ユニットの充電電流の分流と電池組２０の充電時間の延長の目的を達成する。第１電位ユニット２１の電量が比較的硬い場合を例として説明を行う。

この時、保護回路３０は、開閉ユニット４３を導通し、エネルギー消耗ユニット４２に第１電池ユニット２１中の充電電流を分流させる。同時、部分電流が発光ダイオード４７ａを経由しそれを発光させ、感光三極管４７ｂを導通する。これにより、前記の安定電源、エネルギー消耗抵抗４９、論理ＯＲ回路４７とアースとの間に電流経路を形成し、該電子開閉５６のオフを制御する。電子開閉５６がオフであるので、充電電源１０の正充電端１１、抵抗ユニット５４、分圧抵抗５５、電子開閉５６及びアースとの間の通路も切断され、制御回路５０の開閉ユニット５３は、そのゲート電極とソース電極が電圧を通洞できないことによりオフ状態に変換する。この時、充電電源１０は、エネルギー消耗ユニット５１を介して電池組２０を充電し、第１電池ユニット２１の充電電流を減少する。また、第１分流４１のエネルギー消耗ユニット４２の分流作用によって、更に第１電池ユニット２１を充電する電流を減少し、全体の電池組２０の充電時間を延長し、第２電池ユニット２２も継続充電して飽和状態に達するようにすることができる。

電池組２０の各電池ユニットは、何れも充電飽和後、保護回路３０は、保護開閉６０の単一方向開閉６２のオフを制御し、充電過程を終了する。電池組２０が放電時、保護回路３０が電池組２０の任意の１つの電池ユニットの内圧が某所定の電圧値まで低下したのをモニタリングした時、単一方向開閉６１を即切断し、放電過程を終了する。これによって電池組２０が過充電または過放電により損壊することを回避する。

上記のように、本発明の充電制御回路を利用して充電する時、制御回路５０の開閉ユニット５３及びエネルギー消耗ユニット５１，５２によって電池組２０に対して充電電流の大きさを制御し、且つ充電回路３０の開閉ユニット４３，４６のオンまたはオフを介して電池組２０の各電池ユニット２１，２２の充電電流に対して分流調節を行い、電池ユニット２１，２２を保護する前提の下、電池組の各電池ユニット２１，２２に充電平衡を達成させ、充電効率を向上させる。

なお、本発明では好ましい実施例を前述の通り開示したが、これらは決して本発明に限定するものではなく、当該技術を熟知する者なら誰でも、本発明の精神と領域を脱しない均等の範囲内で各種の変動や潤色を加えることができることは勿論である。

本発明の充電制御回路の実施例の回路図である。

符号の説明

１０ 充電電源
１１ 正充電端
１２ 負充電端
２０ 電池組
２１ 第１電池ユニット
２２ 第２電池ユニット
３０ 保護回路
３１−３３ モニタリングポート
３６−３９ 制御ポート
４０ 充電回路
４１ 第１分流回路
４４ 第２分流回路
４２，４５，５１，５２ エネルギー消耗ユニット
４３，４６，５３ 開閉ユニット
４７ 論理ＯＲ回路
４７ａ 発光ダイオード
４７ｂ 感光三極管
４９ エネルギー消耗抵抗
５０ 制御回路
５４ 抵抗ユニット
５５ 分圧抵抗
５６ 電子開閉
６０ 保護開閉
６２，６２ 単一方向開閉

Claims (6)

1. 充電電源の充電電力端の間に接続し、複数の電池ユニットが直列接続してなる電池組に対して充電する充電制御回路であって、該充電制御回路は、保護回路、充電回路、制御回路を含み、
   該保護回路は、複数のモニタリングポート及び複数の制御ポートを有し、該モニタリングポートは、電池ユニットの対応する両端に接続することに用い、各電池ユニットの電圧をモニタリングし、
   該充電回路は、前記電池ユニットの両端に接続することに用いる複数の分流回路を含み、各分流回路は、開閉ユニットと、該開閉ユニットと直列接続するエネルギー消耗ユニットを含み、該開閉ユニットは、それぞれ制御端を有し、該制御端は、それぞれ前記保護回路の相応する制御ポート上に接続し、
   該制御回路の一端は、前記充電電源と接続することに用い、他端は、前記充電回路に接続し、該制御回路は、２つの並列回路を含み、その１つの回路は、エネルギー消耗ユニットを含み、もう１つの回路は、エネルギー消耗ユニットと該エネルギー消耗ユニットと直列接続する開閉ユニットを含み、該開閉ユニットは、制御端を有し、該制御端は、前記充電回路に接続し、
   該保護回路は、モニタリングした各電池ユニットの電圧値に基づき、分流回路の開閉ユニットに対応するオンまたはオフを制御し、充電回路は、分流回路の開閉ユニットのオンまたはオフに基づき、前記制御回路の開閉ユニットのオンまたはオフを制御する充電制御回路。
2. 前記充電回路の分流回路のエネルギー消耗ユニットは、それぞれ論理ＯＲ回路を並列して有し、論理ＯＲ回路は、制御回路の開閉ユニットの制御端と接続する請求項１記載の充電制御回路。
3. 前記充電回路の分流回路のエネルギー消耗ユニットの両端は、それぞれフォトカップラーと接続し、フォトカップラーは、発光ダイオードと感光三極管を含み、前記感光三極管のエミッタ電極は接地され、そのコレクタ電極は、エネルギー消耗抵抗によって安定電源に接続し、且つ該コレクタ電極と前記制御回路の開閉ユニットの制御端との間に電子開閉を接続する請求項１記載の充電制御回路。
4. 前記電子開閉は、三極管であり、該三極管のエミッタ電極は接地され、そのコレクタ電極は、抵抗ユニットによって充電電源に接続し、前記制御回路の開閉ユニットの制御単歯、抵抗によって前記三極管のコレクタ電極と接続する請求項３記載の充電制御回路。
5. 前記充電回路と制御回路の間に２つの単一方向導通機能を有する単一方向開閉を対応設置し、前記２つの単一方向開閉は、それぞれ制御端を有し、前記保護回路の制御ポートは、それぞれ該２つの単一方向開閉の制御端に接続し、それぞれ該２つの単一方向開閉のオンまたはオフを制御する請求項１記載の充電制御回路。
6. 前記２つの単一方向開閉は、フィールドエフェクト三極管であり、該２つのフィールドエフェクト三極管のドレイン電極は１つに接続され、そのソース電極は、それぞれ充電電源の充電端と充電回路の開閉ユニット上に接続し、ゲート電極は、それぞれ前記保護回路の制御ポート上に接続する請求項５記載の充電制御回路。

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