JP2014239608A - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池電圧のバランスが崩れバッテリ装置の寿命を短くすることのなく、中間端子外れが検出できる充放電制御回路及びバッテリ装置を提供する。【解決手段】直列に接続された複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、各二次電池の正極端子と負極端子の間に設けられ、間欠的に等しい検出電流で各中間端子の中間端子外れを検出する中間端子外れ検出回路を備える。【選択図】図１
Description
本発明は直列に接続された複数の二次電池と、二次電池との接続が外れたことを検出する中間端子外れ検出回路を備えた充放電制御回路及びバッテリ装置に関する。
直列に接続された複数の二次電池を備えたバッテリ装置において、二次電池と充放電制御回路の接続部分の断線（以降、中間端子外れと呼ぶ）が生じると、二次電池の充放電制御ができなくなる。すなわち、過充電、あるいは過放電の二次電池であるにもかかわらず、それが検出できなくなり、二次電池に多大なストレスを与えてしまうという課題があった。そのため、中間端子外れを検出することで二次電池の安全性を高める目的で、中間端子外れ検出回路を備えたバッテリ装置が提案されている。
図３に従来の中間端子外れ検出回路を搭載したバッテリ装置の回路図を示す。従来の中間端子外れ検出回路を搭載したバッテリ装置は、二次電池１０７ａ、１０７ｂと、充電制御用ＦＥＴ１０６と、放電制御用ＦＥＴ１０５と、外部端子１１２、１１３と、充放電制御回路２０１とを備えている。
充放電制御回路２０１は、二次電池１０７ａの正電源が接続される正電源接続端子１０８と、二次電池１０７ａの負電源と二次電池１０７ｂの正電源の接続点に接続される中間端子１０９と、二次電池１０７ｂの負電源が接続される負電源接続端子１１０と、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間の電圧を監視する電圧検出回路１０２と、中間端子１０９と負電源接続端子１１０との間の電圧を監視する電圧検出回路１０３と、電圧検出回路１０２、１０３の出力をうけ充電制御用ＦＥＴ１０６と放電制御用ＦＥＴ１０５を制御する信号を出力する制御回路２０４と、中間端子外れ検出回路２１１とで構成されている。
次に、従来のバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子１１２と外部端子１１３の間に充電器等の電圧発生器が接続され二次電池１０７ａ、１０７ｂが充電されると、二次電池１０７ａの電圧が電圧検出回路１０２で設定された所定の電圧以上となった場合、電圧検出回路１０２が検出信号を制御回路２０４に出力する。そして、その信号を受けた制御回路２０４が充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする信号を出力し、充電制御用ＦＥＴ１０６がオフすることによって充電電流が流れなくなり、二次電池１０７ａが過充電とならないよう制御する。
外部端子１１２と外部端子１１３の間に充電器等の電圧発生器が接続され二次電池１０７ａ、１０７ｂが充電されると、二次電池１０７ａの電圧が電圧検出回路１０２で設定された所定の電圧以上となった場合、電圧検出回路１０２が検出信号を制御回路２０４に出力する。そして、その信号を受けた制御回路２０４が充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする信号を出力し、充電制御用ＦＥＴ１０６がオフすることによって充電電流が流れなくなり、二次電池１０７ａが過充電とならないよう制御する。
外部端子１１２と１１３の間に抵抗等の負荷が接続され二次電池１０７ａ、１０７ｂが放電されると、二次電池１０７ａの電圧が電圧検出回路１０２で設定された別の所定の電圧以下となった場合、電圧検出回路１０２が検出信号を制御回路２０４に出力する。そして、その信号を受けた制御回路２０４が放電制御用ＦＥＴ１０５をオフする信号を出力し、放電制御用ＦＥＴ１０５がオフすることによって放電電流が流れなくなり、二次電池１０７ａが過放電とならないよう制御する。
中間端子外れ検出回路２１１は、電圧検出回路１０２に流れる電流よりも多い電流を流すように設定されている。中間端子１０９と二次電池１０７との接続が外れたとき、中間端子外れ検出回路２１１により中間端子１０９の電圧がプルアップされる。従って、中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間の電圧差が大きくなる。電圧検出回路１０３で設定された所定の電圧以上になると、電圧検出回路１０３は中間端子外れを検出して信号を制御回路２０４に出力する。このようにして、中間端子外れ検出回路２１１を備えることで、中間端子外れを検出することが出来るので、安全性の高いバッテリ装置を提供することが出来る（例えば、特許文献１図１参照）。
しかしながら、従来の充放電制御回路及びバッテリ装置では、二次電池１０７ａが消費する電流と二次電池１０７ｂが消費する電流は、中間端子外れ検出回路２１１に流れる電流分で差分が生じる。この電流の差分は、接続される二次電池にとってアンバランス電流となり、電池電圧のバランスが崩れる原因となるので、バッテリ装置の寿命を短くしてしまうという課題があった。
本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、電池電圧のバランスが崩れバッテリ装置の寿命を短くすることのなく中間端子はずれが検出できる充放電制御回路及びバッテリ装置を実現するものである。
従来の課題を解決する為に、本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置は以下のような構成とした。
少なくとも、直列に接続された複数の二次電池の正極端子と電池間接続端子と負極端子がそれぞれ接続される正電源接続端子と中間端子と負電源接続端子と、正電源接続端子と中間端子の間と、隣接する中間端子の間と、中間端子と負電源接続端子の間に、所定の時間毎に切り替えて検出電流を流す中間端子外れ検出回路と、複数の二次電池にそれぞれ並列に接続される複数の電圧検出回路と、複数の電圧検出回路の出力が入力される制御回路と、中間端子外れ検出回路を制御する中間端子外れ制御回路と、を備えた。
少なくとも、直列に接続された複数の二次電池の正極端子と電池間接続端子と負極端子がそれぞれ接続される正電源接続端子と中間端子と負電源接続端子と、正電源接続端子と中間端子の間と、隣接する中間端子の間と、中間端子と負電源接続端子の間に、所定の時間毎に切り替えて検出電流を流す中間端子外れ検出回路と、複数の二次電池にそれぞれ並列に接続される複数の電圧検出回路と、複数の電圧検出回路の出力が入力される制御回路と、中間端子外れ検出回路を制御する中間端子外れ制御回路と、を備えた。
本発明によれば、中間端子外れ検出回路をスイッチにより一定時間ごとに切り替え、各二次電池に中間端子外れ検出回路が接続されている時間を同一にすることで、各二次電池にとってのアンバランス電流が流れる時間が同じになり、結果として時間平均で全ての二次電池にとってのアンバランス電流を相殺できる。そして、電池電圧のバランスが崩れる事を防止しバッテリ装置の寿命が短くなる事を防ぐことができる。
以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は、二次電池１０７ａ、１０７ｂと、充電制御用ＦＥＴ１０６と、放電制御用ＦＥＴ１０５と、外部端子１１２、１１３と、充放電制御回路１０１を備えている。充放電制御回路１０１は、正電源接続端子１０８と、中間端子１０９と、負電源接続端子１１０と、中間端子外れ検出回路１２５と、中間端子外れ検出回路１１８と、電圧検出回路１０２と、電圧検出回路１０３と、中間端子外れ制御回路１１５を有する制御回路１０４と、を備えている。中間端子外れ検出回路１２５は、定電流源１１１とスイッチ１１６で構成される。中間端子外れ検出回路１１８は、定電流源１１４とスイッチ１１７で構成される。
＜第一の実施形態＞
図１は、第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は、二次電池１０７ａ、１０７ｂと、充電制御用ＦＥＴ１０６と、放電制御用ＦＥＴ１０５と、外部端子１１２、１１３と、充放電制御回路１０１を備えている。充放電制御回路１０１は、正電源接続端子１０８と、中間端子１０９と、負電源接続端子１１０と、中間端子外れ検出回路１２５と、中間端子外れ検出回路１１８と、電圧検出回路１０２と、電圧検出回路１０３と、中間端子外れ制御回路１１５を有する制御回路１０４と、を備えている。中間端子外れ検出回路１２５は、定電流源１１１とスイッチ１１６で構成される。中間端子外れ検出回路１１８は、定電流源１１４とスイッチ１１７で構成される。
二次電池１０７ａは、正電源が外部端子１１２と正電源接続端子１０８に接続され、負電源が中間端子１０９に接続される。二次電池１０７ｂは、正電源が中間端子１０９に接続され、負電源が負電源接続端子１１０と放電制御用ＦＥＴ１０５に接続される。電圧検出回路１０２は、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。電圧検出回路１０３は、中間端子１０９と負電源接続端子１１０との間に接続される。制御回路１０４は、電圧検出回路１０２と１０３の出力が入力され、出力が充電制御用ＦＥＴ１０６のゲートと放電制御用ＦＥＴ１０５のゲートに接続される。充電制御用ＦＥＴ１０６と放電制御用ＦＥＴ１０５は、二次電池１０７ｂの負電源と外部端子１１３の間に接続される。中間端子外れ検出回路１２５は、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。中間端子外れ検出回路１１８は、中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間に接続される。
電圧検出回路１０２は、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間の電圧を監視する。電圧検出回路１０３は、中間端子１０９と負電源接続端子１１０との間の電圧を監視する。制御回路１０４は、電圧検出回路１０２、１０３の出力をうけて充電制御用ＦＥＴ１０６と放電制御用ＦＥＴ１０５を制御する信号を出力する。中間端子外れ制御回路１１５は、制御信号によってスイッチ１１６、１１７のオン、オフを制御する。定電流源１１１は、中間端子１０９と二次電池の接続が外れた、すなわち中間端子外れが生じたときに、中間端子１０９をプルアップする。定電流源１１４は、中間端子１０９と二次電池の接続が外れた、すなわち中間端子外れが生じたときに、中間端子１０９をプルダウンする。定電流源１１１と１１４は、等しい電流を流す。
次に、第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
充放電制御回路１０１により二次電池１０７ａ、１０７ｂの電圧を監視しているとき、中間端子外れ制御回路１１５はスイッチ１１６とスイッチ１１７を所定の時間交互にオンするように制御する。スイッチ１１６がオンし、スイッチ１１７がオフすることで、定電流源１１１は正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。また、スイッチ１１６がオフし、スイッチ１１７がオンすることで、定電流源１１４は中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間に接続される。
充放電制御回路１０１により二次電池１０７ａ、１０７ｂの電圧を監視しているとき、中間端子外れ制御回路１１５はスイッチ１１６とスイッチ１１７を所定の時間交互にオンするように制御する。スイッチ１１６がオンし、スイッチ１１７がオフすることで、定電流源１１１は正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。また、スイッチ１１６がオフし、スイッチ１１７がオンすることで、定電流源１１４は中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間に接続される。
中間端子１０９と二次電池の接続が外れた、すなわち中間端子外れが生じたときに、スイッチ１１６がオンすると、中間端子１０９は定電流源１１１によりプルアップされ、中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間の電圧差が大きくなる。従って、電圧検出回路１０３は、端子間電圧が所定の電圧以上になると中間端子外れを検出して、充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする。また、中間端子外れが生じたときに、スイッチ回路１１７がオンすると、中間端子１０９は定電流源１１４によりプルダウンされ、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間の電圧差が大きくなる。従って、電圧検出回路１０２は、端子間電圧が所定の電圧以上になると中間端子外れを検出して、充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする。
以上説明したように、定電流源１１１と定電流源１１４の電流を等しくして、スイッチ１１６とスイッチ１１７のオンする時間を等しくしたので、二次電池１０７ａと二次電池１０７ｂから流れる電流が等しくなり、中間端子外れ検出回路による各二次電池への影響を等しくすることが出来る。
なお、スイッチ１１６、１１７を共にオフする期間を設けて、すなわち所定の間隔を空けてスイッチ１１６、１１７をオンするように制御してもよい。このように制御することで、アンバランス電流が流れる時間を更に低減し、スイッチ１１６、１１７の切り替えでアンバランス電流を時間平均で相殺できる。このとき、スイッチ１１６とスイッチ１１７がオンする所定の時間や、間隔は適宜設計されて良い。
また、各中間端子外れ検出回路が、等しい定電流源と等しいオン時間を有するとして説明を行ったが、流れる検出電流の総量が等しければ、どのように設定してもよい。
また、中間端子をプルアップ、プルダウンする手段として定電流源を用いたが、これに限定されるものではない。さらに、二つの二次電池を接続した場合を説明したが、二次電池の数は制限されるものではない。
また、中間端子をプルアップ、プルダウンする手段として定電流源を用いたが、これに限定されるものではない。さらに、二つの二次電池を接続した場合を説明したが、二次電池の数は制限されるものではない。
以上説明したように、第一の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は、中間端子外れ検出回路によるアンバランス電流を時間平均で相殺することができ、電池電圧のアンバランスを解消してバッテリ装置の寿命を長くすることができる。
＜第二の実施形態＞
図２は、第二の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。第二の実施形態の中間端子外れ検出回路１２３は、定電流源１２４と、スイッチ１１９、１２０、１２１、１２２を備えている。
図２は、第二の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の回路図である。第二の実施形態の中間端子外れ検出回路１２３は、定電流源１２４と、スイッチ１１９、１２０、１２１、１２２を備えている。
スイッチ１１９は、一方の端子が正電源接続端子１０８に接続され、他方の端子が定電流源１２４の一方の端子に接続される。定電流源１２４の他方の端子は、スイッチ１２２の一方の端子に接続される。スイッチ１２２の他方の端子は、負電源接続端子１１０と接続される。スイッチ１２１は、一方の接続端子がスイッチ１１９と定電流源１２４の接続点に接続され、他方の端子が中間端子１０９に接続される。スイッチ１２０は、一方の接続端子がスイッチ１２２と定電流源１２４の接続点に接続され、他方の端子が中間端子１０９に接続される。
次に、第二の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置の動作について説明する。
充放電制御回路１０１により二次電池１０７ａ、１０７ｂの電圧を監視しているとき、中間端子外れ制御回路１１５はスイッチ１１９、１２０とスイッチ１２１、１２２を所定の時間交互にオンするように制御する。スイッチ１１９、１２０がオンし、スイッチ１２１、１２２がオフすることで、定電流源１２４は正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。また、スイッチ１１９、１２０がオフし、スイッチ１２１、１２２がオンすることで、定電流源１２４は中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間に接続される。
充放電制御回路１０１により二次電池１０７ａ、１０７ｂの電圧を監視しているとき、中間端子外れ制御回路１１５はスイッチ１１９、１２０とスイッチ１２１、１２２を所定の時間交互にオンするように制御する。スイッチ１１９、１２０がオンし、スイッチ１２１、１２２がオフすることで、定電流源１２４は正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間に接続される。また、スイッチ１１９、１２０がオフし、スイッチ１２１、１２２がオンすることで、定電流源１２４は中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間に接続される。
中間端子１０９と二次電池の接続が外れた、すなわち中間端子外れが生じたときに、スイッチ１１９、１２０がオンすると、中間端子１０９は定電流源１２４によりプルアップされ、中間端子１０９と負電源接続端子１１０の間の電圧差が大きくなる。従って、電圧検出回路１０３は、端子間電圧が所定の電圧以上になると中間端子外れを検出して、充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする。また、中間端子外れが生じたときに、スイッチ回路１２１、１２２がオンすると、中間端子１０９は定電流源１２４によりプルダウンされ、正電源接続端子１０８と中間端子１０９の間の電圧差が大きくなる。従って、電圧検出回路１０２は、端子間電圧が所定の電圧以上になると中間端子外れを検出して、充電制御用ＦＥＴ１０６をオフする。
以上説明したように、共通の定電流源１２４によって、スイッチ１１９、１２０とスイッチ１２１、１２２のオンする時間を等しくして中間端子外れを検出するようにしたので、二次電池１０７ａと二次電池１０７ｂから流れる電流が等しくなり、中間端子外れ検出回路１２３による各二次電池への影響を等しくすることが出来る。
なお、各スイッチを所定の間隔を空けてオンするように制御してもよい。このように制御することで、アンバランス電流が流れる時間を更に低減し、アンバランス電流を時間平均で相殺できる。このとき、各スイッチがオンする所定の時間や、間隔は適宜設計されて良い。
また、各中間端子外れ検出回路が、等しい定電流源と等しいオン時間を有するとして説明を行ったが、流れる検出電流の総量が等しければ、どのように設定してもよい。
また、中間端子をプルアップ、プルダウンする手段として定電流源を用いたが、これに限定されるものではない。さらに、二つの二次電池を接続した場合を説明したが、二次電池の数は制限されるものではない。
また、中間端子をプルアップ、プルダウンする手段として定電流源を用いたが、これに限定されるものではない。さらに、二つの二次電池を接続した場合を説明したが、二次電池の数は制限されるものではない。
以上説明したように、第二の実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置は、中間端子外れ検出回路によるアンバランス電流を時間平均で相殺することができ、電池電圧のアンバランスを解消してバッテリ装置の寿命を長くすることができる。
１０７ａ、１０７ｂ 二次電池
１０８ 正電源接続端子
１０９ 中間端子
１１０ 負電源接続端子
１０５ 放電制御用ＦＥＴ
１０６ 充電制御用ＦＥＴ
１０１、１２５、２０１ 充放電制御回路
１０２、１０３ 電圧検出回路
１０４ ２０４ 制御回路
１１５ 中間端子外れ制御回路
１０８ 正電源接続端子
１０９ 中間端子
１１０ 負電源接続端子
１０５ 放電制御用ＦＥＴ
１０６ 充電制御用ＦＥＴ
１０１、１２５、２０１ 充放電制御回路
１０２、１０３ 電圧検出回路
１０４ ２０４ 制御回路
１１５ 中間端子外れ制御回路
Claims (4)
- 少なくとも、直列に接続された複数の二次電池の正極端子と電池間接続端子と負極端子がそれぞれ接続される正電源接続端子と中間端子と負電源接続端子と、
前記正電源接続端子と前記中間端子の間と、隣接する前記中間端子の間と、前記中間端子と前記負電源接続端子の間に、所定の時間毎に切り替えて検出電流を流す中間端子外れ検出回路と、
前記複数の二次電池にそれぞれ並列に接続される複数の電圧検出回路と、
前記複数の電圧検出回路の出力が入力される制御回路と、
前記中間端子外れ検出回路を制御する中間端子外れ制御回路と、
を備えた事を特徴とする充放電制御回路。 - 前記中間端子外れ検出回路は、前記中間端子外れ制御回路からの信号で制御され、前記検出電流を流さない期間を有する事を特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
- 前記中間端子外れ検出回路は、前記複数の電圧検出回路にそれぞれ並列に複数設けたことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
- 直列に接続された複数の二次電池と、
前記複数の二次電池の充放電を制御する請求項１に記載の充放電制御回路と、
前記充放電制御回路によって制御される充放電制御スイッチと、
を備えるバッテリ装置。
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