JP2010124681A - バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置 - Google Patents

バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置 Download PDF

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Abstract

【課題】カスケード接続したバッテリ状態監視回路を使用したバッテリ装置において、回路の最低動作電圧以下の電源電圧下においても確実に充電禁止を行う。
【解決手段】回路の最低動作電圧以下の電圧において、過充電検出信号を送信するための端子に設けられた信号出力トランジスタのゲートに、信号出力トランジスタをオフする電位を与える制御回路を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池の電圧や異常を検知するバッテリ状態監視回路に関し、特に、複数の二次電池を直列に接続した電池パックにおいて、充電と放電を制御することのできるバッテリ状態監視回路に関する。
現在、携帯電話、ノートパソコン、携帯型ゲーム機器などの携帯型電子機器には、その電源として二次電池が用いられている。二次電池のなかでも、リチウムイオン二次電池は、軽量で高エネルギー密度を有することから主流となっている。この二次電池は、過度の充電（過充電）では電池の膨張の結果、電解液の液漏れなどの危険性がある。また、過度の放電（過放電）では電池自体の特性が劣化してしまう。このことから、過充電や過放電から二次電池を保護する保護回路が使用されている。特に、リチウムイオン二次電池は過充電や過放電に弱いため、保護回路を使用することが必要不可欠となっている。
携帯型電子機器のなかでも、ノートパソコンなどには、複数の電池を並列に接続し、さらに直列接続した電池パックが用いられている。電池パックにリチウムイオン二次電池を用いる場合には、直列接続された全ての電池を保護回路で監視する必要がある。ノートパソコンは、ほとんどが３つ（３直）あるいは４つ（４直）の二次電池が直列接続された電池パックを使用している。よって、４つの電池の各々を監視する保護回路を備えた４直用の保護ＩＣが市販されている。
更に、高い電圧で駆動する電動工具においてもリチウムイオン二次電池を使用した製品も発売されてきている。電動工具では、８直の電池パックを使用することも検討されている。
このようなアプリケーションにおいて、一つのバッテリ状態監視回路で充放電の制御を行う場合、バッテリ状態監視回路には高い耐電圧特性が必要とされる。そのため、二次電池毎に充放電監視回路を配置して、バッテリ状態監視回路に耐電圧特性以上の電圧が印加されないような構成をとっている（例えば、特許文献１参照）。
図５に、従来のバッテリ装置の回路の一例を示す。従来のバッテリ装置は、入力端子ＤＣＨＩ及びＣＨＧＩを有するバッテリ状態監視回路を二次電池毎に備え、夫々のバッテリ状態監視回路が監視情報を伝達することで、多数直列接続された二次電池の充放電の制御を行う。
特開2007-218680号公報
しかしながら、従来のバッテリ状態監視回路では、伝達された監視情報と検出した監視情報をＡＮＤ回路５１０や５１６を介して出力端子ＤＣＨＯやＤＣＧＯに出力して、次のバッテリ状態監視回路やドライバ６０５や６０６に伝達している。従って、二次電池の電圧が論理回路の最低動作電圧以下になった場合は、出力端子の電圧は保証されず、充電を禁止することが出来なくなってしまう、という課題があった。
本発明のバッテリ状態監視回及びバッテリ装置は、上記課題を解決するために考案されたものであり、カスケード接続したバッテリ状態監視回を使用したバッテリ装置において、回路の最低動作電圧以下の電圧においても確実に充電を禁止することを可能とした。
従来の課題を解決するために、本発明のカスケード接続したバッテリ状態監視回を使用したバッテリ装置におけるバッテリ状態監視回は、回路の最低動作電圧以下の電圧において、過充電検出信号を送信するための端子に設けられた信号出力トランジスタのゲートに、信号出力トランジスタをオフする電位を与える回路を設けた。
従って、回路が動作しないような電源電圧以下において、充電制御用のトランジスタを確実にオフすることが出来、充電を禁止することが出来る。
本発明のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置によれば、カスケード接続したバッテリ状態監視回路を使用したバッテリ装置において、回路の最低動作電圧以下の電源電圧下においても確実に充電禁止を行うことが出来る、という効果がある。
本発明のバッテリ装置を示す回路図である。 本発明のバッテリ装置を示す回路図である。 本発明の図１のバッテリ装置に用いられるバッテリ状態監視回路を示す回路図である。 本発明の図２のバッテリ装置に用いられるバッテリ状態監視回路を示す回路図である。 従来のバッテリ装置を示す回路図である。
図１は、本発明のバッテリ装置を示す回路図である。図１のバッテリ装置は、バッテリ状態監視回路を複数個カスケード接続した構成である。図１では、説明の簡略化のため４個の直列接続されたバッテリ装置の図である。ここで、４個以上の直列接続されたバッテリ装置においても、複数個のバッテリ状態監視回路をカスケード接続し同様な回路構成となる。
図１のバッテリ装置は、直列接続された４個のバッテリ１０３ａ〜１０３ｄと、各バッテリ１０３ａ〜１０３ｄに対応して個別に設けられた４個のバッテリ状態監視回路１０６ａ〜１０６ｄと、通信端子接続用の抵抗１０７ａ〜１０７ｃ及び１０８ａ〜１０８ｃと、第１トランジスタ（充電用Ｐチャネル型トランジスタ）１０９と、第２トランジスタ（放電用Ｐチャネル型トランジスタ）１１１と、第１抵抗素子（第１バイアス用抵抗素子）１１０と、第２抵抗素子（第２バイアス用抵抗素子）１１２と、第１外部端子１０１及び第２外部端子１０２と、を備えている。
第１トランジスタ１０９及び第２トランジスタ１１１と、バッテリ１０３ａ〜１０３ｄとが第１外部端子１０１と第２外部端子１０２の間に直列接続されている。バッテリ１０３ａ〜１０３ｄには、夫々バッテリ状態監視回路１０６ａ〜１０６ｄが設けられている。そして、バッテリ１０３ａ〜１０３ｄの正極端子と負極端子は、夫々バッテリ状態監視回路１０６ａ〜１０６ｄの第１電圧監視端子ＶＤＤと第２電圧監視端子ＶＳＳに接続されている。第１抵抗素子１１０は、第１トランジスタ１０９のゲート端子と第１外部端子１０１に接続する。第２抵抗素子１１２は、第２トランジスタ１１１のゲート端子とバッテリ１０３ａの正極端子に接続する。
最高電位側のバッテリ状態監視回路１０６ａは、第１送信端子ＣＯを第１トランジスタ１０９のゲート端子に接続し、第２送信端子ＤＯを第２トランジスタ１１１のゲート端子に接続する。バッテリ状態監視回路１０６ｂ〜１０６ｄは、第１送信端子ＣＯと第２送信端子ＤＯを、高電位側のバッテリ状態監視回路の第１受信端子ＣＴＬＣと第２受信端子ＣＴＬＤに接続する。そして、バッテリ状態監視回路１０６ｄは、第１受信端子ＣＴＬＣと第２受信端子ＣＴＬＤを、バッテリ１０３ｄの負極端子に接続する。
バッテリ状態監視回路１０６ａ〜１０６ｄは全て同一の回路構成となっている。従って、回路構成を、共通のバッテリ状態監視回路１０６として、図３を用いて説明する。
バッテリ状態監視回路１０６は、過充電検出回路３０４と、第１ＮＯＲ回路３０６と、第１出力トランジスタ３０７と、第１電流源３０８と、ディプレッション型トランジスタ３０９と、抵抗３１０と、過放電検出回路３０５と、第２ＮＯＲ回路３１１と、第２出力トランジスタ３１２と、第２電流源３１３と、第１電圧監視端子ＶＤＤと、第２電圧監視端子ＶＳＳと、第１送信端子ＣＯと、第２送信端子ＤＯと、第１受信端子ＣＴＬＣと、第２受信端子ＣＴＬＤと、を備えている。
過充電検出回路３０４は、一端が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続され、他端が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続されている。第１ＮＯＲ回路３０６は、入力端子が過充電検出回路３０４の出力端子及び第１受信端子ＣＴＬＣと接続し、出力端子が第１出力トランジスタ３０７のゲート端子と接続する。第１出力トランジスタ３０７は、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子が第１送信端子ＣＯと接続し、ソース端子が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続する。第１電流源３０８は、第１電圧監視端子ＶＤＤと第１受信端子ＣＴＬＣとの間に接続する。ディプレッション型トランジスタ３０９は、ドレイン端子を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に接続し、ゲート端子とソース端子を抵抗３１０で飽和結線し、第２電圧監視端子ＶＳＳと接続する。
過放電検出回路３０５は、一端が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続され、他端が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続されている。第２ＮＯＲ回路３１１は、入力端子が過放電検出回路３０５の出力端子及び第２受信端子ＣＴＬＤと接続し、出力端子が第２出力トランジスタ３１２のゲート端子と接続する。第２出力トランジスタ３１２は、ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子が第２送信端子ＤＯと接続し、ソース端子が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続する。第２電流源３１３は、第１電圧監視端子ＶＤＤと第２受信端子ＣＴＬＤとの間に接続する。
このような構成要素を備えるバッテリ状態監視回路１０６は、１チップのＩＣ（半導体装置）として構成されている。なお、第１ＮＯＲ回路３０６、第１出力トランジスタ３０７、第１電流源３０８は、本発明における過充電情報通信回路を構成する。また、第２ＮＯＲ回路３１１、第２出力トランジスタ３１２、第２電流源３１３は、本発明における過放電情報通信回路を構成する。
次に、バッテリ状態監視回路１０６の動作を説明する。
過充電検出回路３０４は、バッテリ１０３の電圧が過充電電圧以上となった場合に、ハイレベルの信号（過充電検出信号）を出力し、バッテリ１０３の電圧が過充電電圧未満の場合に、ローレベルの信号を出力する。ここで、過充電電圧とは、充電可能な上限電圧を指す。なお、過充電検出回路３０４は、過放電検出回路３０５からハイレベルの過放電検出信号が入力された場合に動作を停止する機能を有する。
第１ＮＯＲ回路３０６は、過充電検出回路３０４の過充電検出信号と、第１受信端子ＣＴＬＣからの信号とを入力とし、これら両信号の否定論理和信号を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に出力する。
過放電検出回路３０５は、バッテリ１０３の電圧が過放電電圧未満となった場合に、ハイレベルの信号（過放電検出信号）を出力し、バッテリ１０３の電圧が過放電電圧以上の場合に、ローレベルの信号を出力する。ここで、過放電電圧とは、放電可能な下限電圧を指す。
第２ＮＯＲ回路３１１は、過放電検出回路３０５の過放電検出信号と、第２受信端子ＣＴＬＤからの信号とを入力とし、これら両信号の否定論理和信号を第２出力トランジスタ３１２のゲート端子に出力する。
このように構成されたバッテリ装置は、第１外部端子１０１と第２外部端子１０２との間に負荷または充電器を接続することにより、放電または充電を行うものである。
上述したようなバッテリ状態監視回路１０６を備えたバッテリ装置は、以下のように動作をして、バッテリ１０３ａ〜１０３ｄの充放電を制御する。
通常状態時、すなわちバッテリ１０３ａ〜１０３ｄの全ての電圧が、過充電電圧未満且つ過放電電圧以上の範囲に含まれている場合について説明する。このような通常状態時において、バッテリ状態監視回路１０６ａの過充電検出回路３０４は、ローレベルの過充電検出信号を第１ＮＯＲ回路３０６に出力する。
この時、バッテリ状態監視回路１０６ｂの第１出力トランジスタ３０７はオンとなっているため（この理由については後述する）、バッテリ状態監視回路１０６ａの、の第１受信端子ＣＴＬＣはローレベルとなる。従って、第１ＮＯＲ回路３０６はハイレベルの信号を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に出力する。これにより、第１出力トランジスタ３０７はオンとなるため、第１送信端子ＣＯはローレベルとなり、第１トランジスタ１０９はオンとなる。
ここで、バッテリ状態監視回路１０６ｂの第１出力トランジスタ３０７がオンとなっている理由について説明する。最下段のバッテリ状態監視回路１０６ｄの第１受信端子ＣＴＬＣはバッテリ１０３ｄの負極端子と接続されているため、第１ＮＯＲ回路３０６の入力端子は常にローレベルである。過充電検出回路３０４は、ローレベルの過充電検出信号を第１ＮＯＲ回路３０６に出力する。これにより、第１ＮＯＲ回路３０６は、ハイレベルの信号を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に出力し、第１出力トランジスタ３０７はオンとなる。バッテリ状態監視回路１０６ｄの第１送信端子ＣＯはローレベルとなる。この信号が順次伝わって、バッテリ状態監視回路１０６ｂの第１出力トランジスタ３０７がオンとなる。
また、バッテリ状態監視回路１０６ａの過放電検出回路３０５は、ローレベルの過放電検出信号を第２ＮＯＲ回路３１１に出力する。この時、バッテリ状態監視回路１０６ｂの第２出力トランジスタ３１２もオンとなっているため、バッテリ状態監視回路１０６ａの第２受信端子ＣＴＬＤはローレベルとなる。従って、第２ＮＯＲ回路３１１はハイレベルの信号を第２出力トランジスタ３１２のゲート端子に出力する。これにより、第２出力トランジスタ３１２はオンとなるため、第２送信端子ＤＯはローレベルとなり、第２トランジスタ１１１はオンとなる。
以上のように通常状態時においては、第１トランジスタ１１０及び第２トランジスタ１１１がオンとなるため、バッテリ装置は充電及び放電可能な状態となる。
次に、過充電状態時、すなわち第１外部端子１０１と第２外部端子１０２との間に充電器が接続されてバッテリ１０３ａ〜１０３ｄが充電され、これらバッテリ１０３ａ〜１０３ｄの少なくとも１つの電圧が過充電電圧以上となった場合について説明する。なお、以下では、バッテリ１０３ｂの電圧が過充電電圧以上となったとして説明する。
この場合、バッテリ状態監視回路１０６ｂの過充電検出回路３０４は、ハイレベルの過充電検出信号を第１ＮＯＲ回路３０６に出力する。従って、第１ＮＯＲ回路３０６はローレベルの信号を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に出力する。これにより、第１出力トランジスタ３０７はオフして、第１送信端子ＣＯはハイインピーダンスとなる。
このとき、バッテリ状態監視回路１０６ａの第１受信端子ＣＴＬＣは、第１電流源３０８によってハイレベルにプルアップされ、第１ＮＯＲ回路３０６にハイレベルの信号が入力される。従って、第１ＮＯＲ回路３０６はローレベルの信号を第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に出力する。そして、第１出力トランジスタ３０７はオフする。
第１出力トランジスタ３０７がオフすると、第１トランジスタ１０９のゲート端子は第１抵抗素子１１０によってハイレベルとなり、第１トランジスタ１０９はオフして充電器からの充電が禁止される。
以上説明したように、過充電状態となったバッテリに対応するバッテリ状態監視回路からの過充電検出信号が、最上段のバッテリ状態監視回路１０６ａまで到達することにより、第１トランジスタ１０９はオフとなり、充電器からの充電が禁止される。
次に、過放電状態時、すなわち第１外部端子１０１と第２外部端子１０２との間に負荷が接続されてバッテリ１０３ａ〜１０３ｄが放電し、これらバッテリ１０３ａ〜１０３ｄの少なくとも１つの電圧が過放電電圧未満となった場合について説明する。なお、以下では、バッテリ１０３ｂの電圧が過放電電圧未満となったとして説明する。
この場合、バッテリ状態監視回路１０６ｂの過放電検出回路３０５は、ハイレベルの過放電検出信号を第２ＮＯＲ回路３１１に出力する。従って、第２ＮＯＲ回路３１１はローレベルの信号を第２出力トランジスタ３１２のゲート端子に出力する。これにより、第２出力トランジスタ３１２はオフし、第２送信端子ＤＯはハイインピーダンスとなる。
このとき、バッテリ状態監視回路１０６ａの第２受信端子ＣＴＬＤは、第２電流源３１３によってハイレベルにプルアップされ、第２ＮＯＲ回路３１１にハイレベルの信号が入力される。従って、第２ＮＯＲ回路３１１はローレベルの信号を第２出力トランジスタ３１２のゲート端子に出力する。そして、第２出力トランジスタ３１２はオフする。
第２出力トランジスタ３１２がオフすると、第２トランジスタ１１１のゲート端子は第２抵抗素子１１２によってハイレベルとなり、第２トランジスタ１１１はオフして負荷への放電が禁止される。
以上説明したように、過放電状態となったバッテリに対応するバッテリ状態監視回路からの過放電検出信号が、最上段のバッテリ状態監視回路１０６ａまで到達することにより、第２トランジスタ１１１はオフして負荷への放電が禁止される。
以上が、バッテリ電圧が回路の動作電圧以上であった場合の動作である。
次に、バッテリ電圧が回路の動作可能な電圧以下の場合において、確実に充電禁止を行う際の動作を説明する。このような回路構成において、トランジスタの駆動能力が十分得られないような電圧まで、電源電圧が下がってくると、回路より出力される信号は不定となってしまう。その結果、第１出力トランジスタ３０７の出力信号も不定となってしまう。
そこで、図３に示すように、第１出力トランジスタ３０７がオフとなるように制御する制御回路として、第１出力トランジスタ３０７のゲート端子に飽和結線したディプレッション型トランジスタ３０９のドレイン端子を接続する。このようにすることで、電源電圧が回路の動作可能な電圧以下の場合において、第１出力トランジスタ３０７のゲート端子をローレベルにすることが出来る。従って、第１出力トランジスタ３０７を確実にオフにすることが出来る。
言うまでもないが、回路が正常に動作しているときには、第１出力トランジスタ３０７のゲート端子をコントロールするために、ディプレッション型トランジスタ３０９よりも第１ＮＯＲ回路３０６の出力段の駆動能力を高く設定をしておく必要がある。
なお、図示はしないが、抵抗３１０によって飽和結線したディプレッション型トランジスタ３０９の代わりに、抵抗素子を設けても同様の効果が期待できる。
次に、充放電を制御する第１トランジスタおよび第２トランジスタにｎチャネル型トランジスタを使用したバッテリ装置の例を説明する。図２は、本発明の他の例のバッテリ装置の回路図である。図２では、説明の簡略化のため４個の直列接続されたバッテリ装置の図である。ここで、４個以上の直列接続されたバッテリ装置においても、複数個のバッテリ状態監視回路をカスケード接続し同様な回路構成となる。
図２のバッテリ装置は、直列接続された４個のバッテリ２０３ａ〜２０３ｄと、各バッテリ２０３ａ〜２０３ｄに対応して個別に設けられた４個のバッテリ状態監視回路２０６ａ〜２０６ｄと、通信端子接続用の抵抗２０７ａ〜２０７ｃ及び２０８ａ〜２０８ｃと、第１トランジスタ（充電用 Ｎチャネル型トランジスタ）２０９と、第２トランジスタ（放電用Ｎチャネル型トランジスタ）２１１と、第１抵抗素子（第１バイアス用抵抗素子）２１０と、第２抵抗素子（第２バイアス用抵抗素子）２１２と、第１外部端子２０１及び第２外部端子２０２と、を備えている。
第１トランジスタ２０９及び第２トランジスタ２１１と、バッテリ２０３ａ〜２０３ｄとが第１外部端子２０１と第２外部端子２０２の間に直列接続されている。バッテリ２０３ａ〜２０３ｄには、夫々バッテリ状態監視回路２０６ａ〜２０６ｄが設けられている。そして、バッテリ２０３ａ〜２０３ｄの正極端子と負極端子は、夫々バッテリ状態監視回路２０６ａ〜２０６ｄの第１電圧監視端子ＶＤＤと第２電圧監視端子ＶＳＳに接続されている。第１抵抗素子２１０は、第１トランジスタ２０９のゲート端子と第２外部端子２０２に接続する。第２抵抗素子２１２は、第２トランジスタ２１１のゲート端子とバッテリ２０３ｄの負極端子に接続する。
最低電位側のバッテリ状態監視回路２０６ｄは、第１送信端子ＣＯを第１トランジスタ２０９のゲート端子に接続し、第２送信端子ＤＯを第２トランジスタ２１１のゲート端子に接続する。バッテリ状態監視回路２０６ａ〜２０６ｃは、第１送信端子ＣＯと第２送信端子ＤＯを、低電位側のバッテリ状態監視回路の第１受信端子ＣＴＬＣと第２受信端子ＣＴＬＤに接続する。そして、バッテリ状態監視回路２０６ａは、第１受信端子ＣＴＬＣと第２受信端子ＣＴＬＤを、バッテリ２０３ａの正極端子に接続する。
バッテリ状態監視回路２０６ａ〜２０６ｄは全て同一の回路構成となっている。従って、回路構成を、共通のバッテリ状態監視回路２０６として、図４を用いて説明する。
バッテリ状態監視回路２０６は、過充電検出回路４０４と、第１ＯＲ回路４０６と、第１出力トランジスタ４０７と、第１電流源４０８と、第１ＩＮＶ回路４１４と、ディプレッション型トランジスタ４０９と、抵抗４１０と、過放電検出回路４０５と、第２ＯＲ回路４１１と、第２出力トランジスタ４１２と、第２電流源４１３と、第２ＩＮＶ回路４１５と、第１電圧監視端子ＶＤＤと、第２電圧監視端子ＶＳＳと、第１送信端子ＣＯと、第２送信端子ＤＯと、第１受信端子ＣＴＬＣと、第２受信端子ＣＴＬＤと、を備えている。
過充電検出回路４０４は、一端が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続され、他端が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続されている。第１ＯＲ回路４０６は、入力端子が過充電検出回路４０４の出力端子及び第１ＩＮＶ回路４１４を介して第１受信端子ＣＴＬＣと接続し、出力端子が第１出力トランジスタ４０７のゲート端子と接続する。第１出力トランジスタ４０７は、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子が第１送信端子ＣＯと接続し、ソース端子が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続する。第１電流源４０８は、第２電圧監視端子ＶＳＳと第１受信端子ＣＴＬＣとの間に接続する。ディプレッション型トランジスタ４０９は、ドレイン端子を第１電圧監視端子ＶＤＤに接続し、ゲート端子とソース端子を抵抗４１０で飽和結線し、第１出力トランジスタ４０７のゲート端子と接続する。
過放電検出回路４０５は、一端が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続され、他端が第２電圧監視端子ＶＳＳと接続されている。第２ＯＲ回路４１１は、入力端子が過放電検出回路４０５の出力端子及び第２ＩＮＶ回路４１５を介して第２受信端子ＣＴＬＤと接続し、出力端子が第２出力トランジスタ４１２のゲート端子と接続する。第２出力トランジスタ４１２は、ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタであり、ドレイン端子が第２送信端子ＤＯと接続し、ソース端子が第１電圧監視端子ＶＤＤと接続する。第２電流源４１３は、第２電圧監視端子ＶＳＳと第２受信端子ＣＴＬＤとの間に接続する。
このような構成要素を備えるバッテリ状態監視回路２０６は、１チップのＩＣ（半導体装置）として構成されている。なお、第１ＯＲ回路４０６、第１出力トランジスタ４０７、第１電流源４０８は、本発明における過充電情報通信回路を構成する。また、第２ＯＲ回路４１１、第２出力トランジスタ４１２、第２電流源４１３は、本発明における過放電情報通信回路を構成する。
次に、バッテリ状態監視回路２０６の動作を説明する。
過充電検出回路４０４は、バッテリ２０３の電圧が過充電電圧以上となった場合に、ハイレベルの信号（過充電検出信号）を出力し、バッテリ２０３の電圧が過充電電圧未満の場合に、ローレベルの信号を出力する。ここで、過充電電圧とは、充電可能な上限電圧を指す。なお、過充電検出回路４０４は、過放電検出回路４０５からハイレベルの過放電検出信号が入力された場合に動作を停止する機能を有する。
第１ＯＲ回路４０６は、過充電検出回路４０４の過充電検出信号と、第１ＩＮＶ回路４１４を介して第１受信端子ＣＴＬＣからの信号とを入力とし、これら両信号の論理和信号を第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に出力する。
過放電検出回路４０５は、バッテリ２０３の電圧が過放電電圧未満となった場合に、ハイレベルの信号（過放電検出信号）を出力し、バッテリ２０３の電圧が過放電電圧以上の場合に、ローレベルの信号を出力する。ここで、過放電電圧とは、放電可能な下限電圧を指す。
第２ＯＲ回路４１１は、過放電検出回路４０５の過放電検出信号と、第２ＩＮＶ回路４１５を介して第２受信端子ＣＴＬＤからの信号とを入力とし、これら両信号の論理和信号を第２出力トランジスタ４１２のゲート端子に出力する。
このように構成されたバッテリ装置は、第１外部端子２０１と第２外部端子２０２との間に負荷または充電器を接続することにより、放電または充電を行うものである。
上述したようなバッテリ状態監視回路２０６を備えたバッテリ装置は、以下のように動作をして、バッテリ２０３ａ〜２０３ｄの充放電を制御する。
通常状態時、すなわちバッテリ２０３ａ〜２０３ｄの全ての電圧が、過充電電圧未満且つ過放電電圧以上の範囲に含まれている場合について説明する。このような通常状態時において、バッテリ状態監視回路２０６ｄの過充電検出回路４０４は、ローレベルの過充電検出信号を第１ＯＲ回路４０６に出力する。
この時、バッテリ状態監視回路２０６ｃの第１出力トランジスタ４０７はオンとなっているため（この理由については後述する）、バッテリ状態監視回路２０６ｄの、の第１受信端子ＣＴＬＣはハイレベルとなる。従って、第１ＯＲ回路４０６はローレベルの信号を第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に出力する。これにより、第１出力トランジスタ４０７はオンとなるため、第１送信端子ＣＯはハイレベルとなり、第１トランジスタ２０９はオンとなる。
ここで、バッテリ状態監視回路２０６ｃの第１出力トランジスタ４０７がオンとなっている理由について説明する。最上段のバッテリ状態監視回路２０６ａの第１受信端子ＣＴＬＣはバッテリ２０３ａの正極端子と接続されているため、第１ＯＲ回路４０６の入力端子は常にローレベルである。過充電検出回路４０４は、ローレベルの過充電検出信号を第１ＯＲ回路４０６に出力する。これにより、第１ＯＲ回路４０６は、ローレベルの信号を第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に出力し、第１出力トランジスタ４０７はオンとなる。バッテリ状態監視回路２０６ａの第１送信端子ＣＯはローレベルとなる。この信号が順次伝わって、バッテリ状態監視回路２０６ｃの第１出力トランジスタ４０７がオンとなる。
また、バッテリ状態監視回路２０６ｄの過放電検出回路４０５は、ローレベルの過放電検出信号を第２ＯＲ回路４１１に出力する。この時、バッテリ状態監視回路２０６ｃの第２出力トランジスタ３１２もオンとなっているため、バッテリ状態監視回路２０６ｄの第２受信端子ＣＴＬＤはハイレベルとなる。従って、第２ＯＲ回路４１１はローレベルの信号を第２出力トランジスタ４１２のゲート端子に出力する。これにより、第２出力トランジスタ４１２はオンとなるため、第２送信端子ＤＯはハイレベルとなり、第２トランジスタ２１１はオンとなる。
以上のように通常状態時においては、第１トランジスタ２０９及び第２トランジスタ２１１がオンとなるため、バッテリ装置は充電及び放電可能な状態となる。
次に、過充電状態時、すなわち第１外部端子２０１と第２外部端子２０２との間に充電器が接続されてバッテリ２０３ａ〜２０３ｄが充電され、これらバッテリ２０３ａ〜２０３ｄの少なくとも１つの電圧が過充電電圧以上となった場合について説明する。なお、以下では、バッテリ２０３ｃの電圧が過充電電圧以上となったとして説明する。
この場合、バッテリ状態監視回路２０６ｃの過充電検出回路４０４は、ハイレベルの過充電検出信号を第１ＯＲ回路４０６に出力する。従って、第１ＯＲ回路４０６はハイレベルの信号を第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に出力する。これにより、第１出力トランジスタ４０７はオフして、第１送信端子ＣＯはハイインピーダンスとなる。
このとき、バッテリ状態監視回路２０６ｄの第１受信端子ＣＴＬＣは、第１電流源４０８によってローレベルにプルダウンされ、第１ＯＲ回路４０６にハイレベルの信号が入力される。従って、第１ＯＲ回路４０６はハイレベルの信号を第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に出力する。そして、第１出力トランジスタ４０７はオフする。
第１出力トランジスタ４０７がオフすると、第１トランジスタ２０９のゲート端子は第１抵抗素子２１０によってローレベルとなり、第１トランジスタ２０９はオフして充電器からの充電が禁止される。
以上説明したように、過充電状態となったバッテリに対応するバッテリ状態監視回路からの過充電検出信号が、最下段のバッテリ状態監視回路２０６ｄまで到達することにより、第１トランジスタ２０９はオフとなり、充電器からの充電が禁止される。
次に、過放電状態時、すなわち第１外部端子２０１と第２外部端子２０２との間に負荷が接続されてバッテリ２０３ａ〜２０３ｄが放電し、これらバッテリ２０３ａ〜２０３ｄの少なくとも１つの電圧が過放電電圧未満となった場合について説明する。なお、以下では、バッテリ２０３ｃの電圧が過放電電圧未満となったとして説明する。
この場合、バッテリ状態監視回路２０６ｃの過放電検出回路４０５は、ハイレベルの過放電検出信号を第２ＯＲ回路４１１に出力する。従って、第２ＯＲ回路４１１はハイレベルの信号を第２出力トランジスタ４１２のゲート端子に出力する。これにより、第２出力トランジスタ４１２はオフし、第２送信端子ＤＯはハイインピーダンスとなる。
このとき、バッテリ状態監視回路２０６ｄの第２受信端子ＣＴＬＤは、第２電流源４１３によってローレベルにプルダウンされ、第２ＯＲ回路４１１にハイレベルの信号が入力される。従って、第２ＯＲ回路４１１はハイレベルの信号を第２出力トランジスタ４１２のゲート端子に出力する。そして、第２出力トランジスタ４１２はオフする。
第２出力トランジスタ４１２がオフすると、第２トランジスタ２１１のゲート端子は第２抵抗素子２１２によってローレベルとなり、第２トランジスタ２１１はオフして負荷への放電が禁止される。
以上説明したように、過放電状態となったバッテリに対応するバッテリ状態監視回路からの過放電検出信号が、最下段のバッテリ状態監視回路２０６ｄまで到達することにより、第２トランジスタ２１１はオフして負荷への放電が禁止される。
以上が、バッテリ電圧が回路の動作電圧以上であった場合の動作である。
次に、バッテリ電圧が回路の動作可能な電圧以下の場合において、確実に充電禁止を行う際の動作を説明する。このような回路構成において、トランジスタの駆動能力が十分得られないような電圧まで、電源電圧が下がってくると、回路より出力される信号は不定となってしまう。その結果、第１出力トランジスタ４０７の出力信号も不定となってしまう。
そこで、図４に示すように、第１出力トランジスタ４０７がオフとなるように制御する制御回路として、第１出力トランジスタ４０７のゲート端子に飽和結線したディプレッション型トランジスタ４０９のソース端子を接続する。このようにすることで、電源電圧が回路の動作可能な電圧以下の場合において、第１出力トランジスタ４０７のゲート端子をハイレベルにすることが出来る。従って、第１出力トランジスタ４０７を確実にオフにすることが出来る。
言うまでもないが、回路が正常に動作しているときには、第１出力トランジスタ４０７のゲート端子をコントロールするために、ディプレッション型トランジスタ４０９よりも第１ＯＲ回路４０６の出力段の駆動能力を高く設定をしておく必要がある。
なお、図示はしないが、抵抗４１０によって飽和結線したディプレッション型トランジスタ４０９の代わりに、抵抗素子を設けても同様の効果が期待できる。
１０１、２０１ 第１外部端子
１０２、２０２ 第２外部端子
１０３ａ〜１０３ｄ、２０３ａ〜２０３ｄ バッテリ
１０６ａ〜１０６ｄ、２０６ａ〜２０６ｄ バッテリ状態監視回路
３０４、４０４ 過充電検出回路
３０５、４０５ 過放電検出回路

Claims (6)

  1. 直列に接続されたバッテリに夫々設けられ、前記バッテリの電圧を監視するとともに、監視結果のデータを送受信する機能を備えたバッテリ状態監視回路であって、
    前記バッテリと接続される第１電圧監視端子及び第２電圧監視端子と、
    第１送信端子と、
    第２送信端子と、
    第１受信端子と、
    第２受信端子と、
    前記第１電圧監視端子と前記第２電圧監視端子との間の電圧に基づいて、前記バッテリが過充電状態か否かを検出し、当該検出結果を示す過充電検出信号を出力する過充電検出回路と、
    前記第１電圧監視端子と前記第２電圧監視端子との間の電圧に基づいて、前記バッテリが過放電状態か否かを検出し、当該検出結果を示す過放電検出信号を出力する過放電検出回路と、
    前記第１受信端子を介して受信した、他のバッテリが過充電状態か否かを示す過充電検出信号と、前記過放電検出回路の過充電検出信号との少なくとも一方が過充電状態を示す場合、過充電状態であることを示す過充電信号を前記第１送信端子から外部に送信する過充電情報通信回路と、
    前記第２受信端子を介して受信した、他のバッテリが過放電状態か否かを示す過放電検出信号と、前記過放電検出回路の過放電検出信号との少なくとも一方が過放電状態を示す場合、過放電状態であることを示す過放電信号を前記第２送信端子から外部に送信する過放電情報通信回路と、を備え、
    前記過充電情報通信回路は、
    前記第１送信端子に前記過充電検出信号を出力する出力トランジスタと、
    前記バッテリの電圧が回路の動作可能な電圧以下の場合において、前記出力トランジスタが前記過充電信号を出力するように制御する制御回路と、を有し、
    １つの半導体装置として構成されていることを特徴とするバッテリ状態監視回路。
  2. 前記出力トランジスタは、オープンドレイン出力のｎチャネル型トランジスタであり、
    前記制御回路は、プルダウン回路である、ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態監視回路。
  3. 前記プルダウン回路は、ゲート端子とソース端子を飽和結線したｎチャネル型ディプレッショントランジスタである、ことを特徴とする請求項２に記載のバッテリ状態監視回路。
  4. 前記出力トランジスタは、オープンドレイン出力のｐチャネル型トランジスタであり、
    前記制御回路は、プルアップ回路である、ことを特徴とする請求項１に記載のバッテリ状態監視回路。
  5. 前記プルアップ回路は、ゲート端子とソース端子を飽和結線したｎチャネル型ディプレッショントランジスタである、ことを特徴とする請求項４に記載のバッテリ状態監視回路。
  6. 負荷または充電器が接続される第１外部端子及び第２外部端子と、
    直列接続された複数のバッテリと、
    前記第１外部端子または前記第２外部端子と、前記直列接続された複数のバッテリと、の間に設けられた充放電制御スイッチと、
    前記複数のバッテリに夫々設けられた請求項１から５のいずれかに記載のバッテリ状態監視回路と、を備えたことを特徴とするバッテリ装置。
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