JP2024052966A - 充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】二次電池を電源とする外部のコントローラからの制御信号によりパワーダウン状態に移行する際に、確実にパワーダウン状態に移行することが可能な充放電制御回路を提供する。【解決手段】外部のコントローラ14からの制御信号によって制御可能な充放電制御回路11であって、パワーダウン状態に移行するパワーダウン制御信号がコントローラ14から入力されると、パワーダウン制御信号をラッチするとともに、二次電池SCからコントローラ14への放電経路を遮断する制御回路112を有する充放電制御回路11である。【選択図】図1

Description

本発明は、充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置に関する。
一般に、バッテリ装置は、二次電池を保護するために、過放電、過充電などを検出し、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路を備えている。この充放電制御回路は、過放電を検出した場合には二次電池から負荷への放電経路を遮断し、過充電を検出した場合には充電器から二次電池への充電経路を遮断する。
この充放電制御回路には、バッテリ装置が接続された製品を出荷してから動作させるまでに二次電池が放電しないように、当該回路内部の消費電流を低減するパワーダウン機能を有するものがある(例えば、特許文献1参照)。さらに、このような充放電制御回路にコントローラを接続することにより、充放電制御回路を充放電可能な「通常状態」から、内部回路などを停止させて消費電流を低減する「パワーダウン状態」に外部から移行させるものがある。
図4は、充放電制御回路とコントローラとを有する従来のバッテリ装置のブロック図である。
従来のバッテリ装置50は、二次電池SCと、二次電池SCに接続された充放電制御回路51と、放電制御FET52と、充電制御FET53と、パワーダウン状態に移行する信号を充放電制御回路51に出力可能なコントローラ54と、抵抗55,56と、コンデンサ57と、外部正極端子EB+と、外部負極端子EB-とを有する。負荷LDは、外部正極端子EB+及び外部負極端子EB-の間に接続されている。
このコントローラ54は、二次電池SCを電源としており、パワーダウン状態に移行する信号を充放電制御回路51に出力すると、制御回路512を介して放電制御FET52がオフになるため、二次電池SCからの放電経路を自ら遮断する。
充放電制御回路51は、充放電監視回路511と、制御回路512と、検出器513と、スイッチ514,515と、正極電源端子VDDと、負極電源端子VSSと、放電制御端子DOと、充電制御端子COと、外部負電圧入力端子VMと、制御信号入力端子CTLとを備えている。
各回路及び各端子は、図4のように接続されている。
バッテリ装置50は、コントローラ54がパワーダウン状態に移行するパワーダウン制御信号を制御信号入力端子CTLに出力すると、パワーダウン制御信号を検出器513が検出し、制御回路512が放電制御端子DOを介して放電制御FET52をオフにする。すると、二次電池SCから負荷LD及びコントローラ54への放電経路を遮断するとともに、外部負電圧入力端子VMが負荷LD及び抵抗56を通じてプルアップし、外部正極端子EB+、即ち二次電池SCの正極端子の電圧近くまで上昇する。充放電監視回路511は、外部負電圧入力端子VMがプルアップしたことを判定する所定の電圧(以下、「パワーダウンしきい値電圧」と称する。)を超えたことを検出すると、制御回路512にプルアップ信号を出力する。プルアップ信号を入力された制御回路512は、スイッチ514,515をオフにして、二次電池SCから充放電監視回路511及び検出器513への放電経路も遮断する。
このように、従来のバッテリ装置50は、コントローラ54がパワーダウン制御信号を制御信号入力端子CTLに出力すると、負荷LD、コントローラ54、充放電監視回路511及び検出器513への放電経路を遮断して消費電流を低減したパワーダウン状態に移行することができる。
特開2012-257407号公報
しかしながら、図4に示したバッテリ装置50においては、以下のような問題が発生する場合がある。
コントローラ54がパワーダウン制御信号を制御信号入力端子CTLに出力して、放電制御FET52をオフにすると、負荷LDだけでなくコントローラ54への放電経路が遮断される。このとき、コントローラ54の負極端子は、外部負極端子EB-に接続されていることから、負荷LDを通じて二次電池SCの正極端子の電位にプルアップされる。すると、コントローラ54は、自身の電源を十分確保できなくなり、最低動作電圧以下になると動作が不安定になるため、通常状態に移行する通常制御信号を誤って出力してしまうおそれがある。特に、コントローラ54と並列に接続されている負荷LDの容量が大きいとその容量の放電時間が長くなる。このため、コントローラ54は、最低動作電圧以下の状態が長く続くことになり、動作が不安定な時間が長くなる場合がある。すると、意図せず通常状態に移行したバッテリ装置50では、製品を出荷してから初めて動作させるまでに二次電池が放電してしまうという問題が発生する場合がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の一つの側面では、二次電池を電源とする外部のコントローラからの制御信号によりパワーダウン状態に移行する際に、確実にパワーダウン状態に移行することが可能な充放電制御回路を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の一実施形態における充放電制御回路は、
外部のコントローラからの制御信号によって制御可能な充放電制御回路であって、
パワーダウン状態に移行するパワーダウン制御信号が前記コントローラから入力されると、前記パワーダウン制御信号をラッチするとともに、前記二次電池から前記コントローラの放電経路を遮断する制御回路を有する。
本発明の一つの側面では、二次電池を電源とする外部のコントローラからの制御信号によりパワーダウン状態に移行する際に、確実にパワーダウン状態に移行することが可能な充放電制御回路を提供することができる。
本発明の一実施形態におけるバッテリ装置を示すブロック図である。 本実施形態におけるラッチ部を示すブロック図である。 本実施形態におけるバッテリ装置の変形例を示すブロック図である。 充放電制御回路とコントローラとを有する従来のバッテリ装置のブロック図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態におけるバッテリ装置を示すブロック図である。
本実施形態のバッテリ装置10は、二次電池SCと、二次電池SCに接続された充放電制御回路11と、放電制御FET12と、充電制御FET13と、制御信号を出力可能なコントローラ14と、抵抗15,16と、コンデンサ17と、外部正極端子EB+と、外部負極端子EB-とを有する。外部正極端子EB+及び外部負極端子EB-の間には、バッテリ装置10が接続された製品を動作させるための負荷LDが接続されている。また、充放電制御回路11及びコントローラ14は、負荷LDと同様に、二次電池SCを電源として動作する。
なお、二次電池SCを充電する場合には、充電器は、負荷LDの代わりに又は負荷LDと並列に、外部正極端子EB+及び外部負極端子EB-の間に接続される。
充放電制御回路11は、充放電監視回路111と、制御回路112と、検出器113と、スイッチ114,115と、VM検出器116と、正極電源端子VDDと、負極電源端子VSSと、放電制御端子DOと、充電制御端子COと、外部負電圧入力端子VMと、制御信号入力端子CTLとを備えている。
正極電源端子VDDは、静電破壊の発生及び電源変動を抑制するための抵抗15を介して、二次電池SCの正極及び外部正極端子EB+に接続されている。負極電源端子VSSは、二次電池SCの負極及びグランド電位に接続されている。
正極電源端子VDD及び負極電源端子VSSの間には、充放電監視回路111、制御回路112及び検出器113が並列に接続されている。充放電監視回路111、制御回路112及び検出器113を動作させるために、VDD-VSS間の電圧がそれぞれ印加される。これらのうち、充放電監視回路111及び検出器113は、制御回路112によりオンオフ制御可能なスイッチ114,115を介して、VDD-VSS間の電圧がそれぞれ印加される。このスイッチ114,115は、通常状態からパワーダウン状態に移行する際にオンからオフにされ、パワーダウン状態から通常状態に移行する際にオフからオンにされる。
ここで、バッテリ装置10において、「通常状態」とは、二次電池SCが充放電可能な状態であって、充放電監視回路111、制御回路112、検出器113及びVM検出器116を動作させている状態をいう。「パワーダウン状態」とは、二次電池SCの放電経路を遮断するとともに、スイッチ114,115により充放電監視回路111及び検出器113の動作を停止させて消費電流を低減させている状態をいう。
なお、コンデンサ17は、VDD-VSS間の電圧変動を抑制するために、一端が正極電源端子VDDに接続され、他端が負極電源端子VSSに接続されている。
充放電監視回路111は、二次電池SCの過充電を検出して制御回路112に過充電検出信号を出力する。また、充放電監視回路111は、二次電池SCの過放電を検出して制御回路112に過放電検出信号を出力する。
制御信号入力端子CTLは、コントローラ14からのパワーダウン制御信号が入力される端子であり、検出器113と接続している。
検出器113は、コントローラ14から入力されたパワーダウン制御信号をラッチ部112aに出力する。この検出器113は、例えば、シュミットトリガを用いたバッファとすると、入力されるパワーダウン制御信号の電圧レベルがノイズなどで揺らいでも、より確実にパワーダウン制御信号をラッチ部112aに出力することができる。
外部負電圧入力端子VMは、外部負極端子EB-の電圧を検出するための端子であり、静電破壊の発生及び充電器を逆に接続したときのダメージを抑制するための抵抗16を介して、外部負極端子EB-に接続されている。
VM検出器116は、所定の電圧値(「パワーダウン検出しきい値」と称することがある。)を基準として外部負電圧入力端子VMの電圧を検出することにより、外部負電圧入力端子VMがプルアップしたか否かを検出する。VM検出器116は、外部負電圧入力端子VMがプルアップしたことを検出すると、制御回路112のラッチ部112aにプルアップ信号(本実施形態ではLレベルの非リセット信号)を出力する。また、VM検出器116は、外部負電圧入力端子VMに充電器が接続され、外部負電圧入力端子VMが別の所定の電圧値(「パワーダウン解除しきい値」と称することがある。)以下になりプルアップしていないことを検出すると、制御回路112のラッチ部112aにプルアップ解除信号(本実施形態ではHレベルのリセット信号)を出力する。VM検出器116としては、検出器113と同様に、例えば、シュミットトリガを用いたバッファとすると、入力されるプルアップ信号又はプルアップ解除信号の電圧レベルがノイズなどで揺らいでも、各信号をラッチ部112aに出力することができる。
このように、充放電監視回路111、検出器113及びVM検出器116は、それぞれ出力した信号を制御回路112に入力する。
制御回路112は、充放電監視回路111から過充電検出信号が入力されると、充電制御FET13をオフにして充電を禁止する充電禁止信号を充電制御端子COに出力する。また、制御回路112は、二次電池SCの充電を許可する場合には、充電制御FET13をオンにして充電を許可する充電許可信号を充電制御端子COに出力する。
制御回路112は、充放電監視回路111から過放電検出信号が入力されると、放電制御FET12をオフにして放電を禁止する放電禁止信号を放電制御端子DOに出力する。また、制御回路112は、二次電池SCの放電を許可する場合には、放電制御FET12をオンにして放電を許可する放電許可信号を放電制御端子DOに出力する。
このように、制御回路112は、充放電監視回路111からの信号に基づき、放電制御FET12及び充電制御FET13を用いて、二次電池SCの充放電を制御することができる。
この制御回路112は、検出器113からパワーダウン制御信号を入力された後、最低動作電圧以下になったコントローラ14の誤動作によりパワーダウン制御信号以外の信号を入力されてもパワーダウン状態に移行することができるように、ラッチ部112aと、ドライバ112bとを備えている。
ラッチ部112aは、検出器113からパワーダウン制御信号が入力されると、パワーダウン制御信号をラッチする。これにより、制御回路112は、パワーダウン状態に移行する途中で誤動作したコントローラ14から検出器113を介してパワーダウン制御信号以外の信号がラッチ部112aに入力されても、信号を受けつけず、より確実にパワーダウン状態に移行することができる。
特に、コントローラ14と並列に接続されている負荷LDの容量が大きい場合、二次電池SCの放電経路を遮断してからコントローラ14への放電時間が長くなるため、コントローラ14は、最低動作電圧以下の状態が長く続き、動作が不安定な時間が長くなる場合がある。このような場合であっても、制御回路112は、より確実にパワーダウン状態に移行することができる。
また、ラッチ部112aは、パワーダウン制御信号をラッチするとともに、パワーダウン制御信号に応じたラッチ信号をドライバ112bに出力する。
ドライバ112bは、ラッチ部112aから入力されたラッチ信号に応じて、放電制御端子DO及び充電制御端子COをそれぞれオンオフ制御する。ドライバ112bは、パワーダウン制御信号に応じたラッチ信号をラッチ部112aから入力されると、放電制御FET12をオフにする放電禁止信号を出力する。
放電制御FET12がオフになり放電経路を遮断すると、ラッチ部112aは、外部負電圧入力端子VMがプルアップしたと判定したVM検出器116からプルアップ信号を入力される。すると、制御回路112は、スイッチ114,115をオフにするスイッチオフ信号をスイッチ114,115にそれぞれ出力する。これにより、充放電制御回路11は、充放電監視回路111及び検出器113での消費電流を低減するパワーダウン状態に移行することができる。
パワーダウン状態に移行したバッテリ装置10は、充電器が接続されると、外部負電圧入力端子VMがプルアップしていないと判定したVM検出器116がラッチ部112aにプルアップ解除信号を出力して、パワーダウン状態から充放電が可能な通常状態に移行することができる。
放電制御FET12は、一端が充電制御FET13に接続され、他端が二次電池SCの負極に接続されている。放電制御FET12は、ゲートが放電制御端子DOに接続されており、ドライバ112bから出力される放電制御信号によりオンオフ制御される。放電制御信号には、放電禁止信号及び放電許可信号の2種がある。
充電制御FET13は、一端が外部負極端子EB-に接続され、他端が放電制御FET12の一端に接続されている。充電制御FET13は、ゲートが充電制御端子COに接続されており、ドライバ112bから出力される充電制御信号によりオンオフ制御される。充電制御信号には、充電禁止信号及び充電許可信号の2種がある。
コントローラ14は、パワーダウン制御信号及び通常制御信号を出力することができる。このコントローラ14は、本実施形態では、充放電制御回路11にパワーダウン制御信号を出力すると、充放電制御回路11により二次電池SCからの放電経路を遮断されるため、外部負電圧入力端子VMがプルアップされる。これにより、コントローラ14は、自身の電源を十分確保できなくなり、最低動作電圧以下に低下した際に動作が不定になると、誤動作により通常制御信号を出力してしまうおそれがあるものとする。
図2は、本実施形態におけるラッチ部を示すブロック図である。
ラッチ部112aは、2つのORゲートA,Bと、2つのSRラッチ回路C,Dとを備えている。2つのSRラッチ回路C,Dは、遅延回路をそれぞれ備えているため、遅延付きラッチ回路と称する場合もある。
ORゲートAは、図1で示した検出器113の出力端子及びSRラッチ回路CのQ端子が入力端子にそれぞれ接続されている。ORゲートAの出力端子は、SRラッチ回路CのS端子に接続されている。
SRラッチ回路Cは、R端子がSRラッチ回路DのQ端子と接続されており、また前述のとおり、S端子がORゲートAの出力端子と接続されている。SRラッチ回路CのQ端子は、ORゲートAの入力端子、ORゲートBの入力端子及びSRラッチ回路DのS端子に接続されている。
SRラッチ回路Dは、R端子が図1で示したVM検出器116の出力端子と接続されており、また前述のとおり、S端子がSRラッチ回路CのQ端子と接続されている。SRラッチ回路DのQ端子は、ORゲートBの入力端子と接続されており、また前述のとおり、SRラッチ回路CのR端子にも接続されている。
ORゲートBは、前述のとおり、SRラッチ回路CのQ端子及びSRラッチ回路DのQ端子が入力端子にそれぞれ接続されている。ORゲートBの出力端子は、図1で示したドライバ112bの入力端子に接続されている。
次に、通常状態からパワーダウン状態に移行する際のバッテリ装置10の動作について、図1及び図2を参照しながら説明する。
ここでは、製品出荷時において、外部正極端子EB+と外部負極端子EB-との間に負荷LDが接続されている状態で、コントローラ14からパワーダウン制御信号を出力して、バッテリ装置10を通常状態からパワーダウン状態にする動作について説明する。
なお、二次電池SCは、過充電電圧を超えない程度の電圧に充電され、放電制御FET12と充電制御FET13の両方をオンにしているものとする。
充放電制御回路11は、コントローラ14から制御信号入力端子CTLに出力されたパワーダウン制御信号を、検出器113を通じて制御回路112で受ける。制御回路112は、ラッチ部112aにより、パワーダウン制御信号をラッチするとともにドライバ112bにパワーダウン制御信号に応じたラッチ信号を出力する。ドライバ112bは、ラッチ信号に応じて、放電制御端子DOを介して放電制御FET12をオフにする。
次に、このときのラッチ部112aの動作について図2を参照しながら詳細に説明する。
ラッチ部112aのSRラッチ回路Cは、図1で示した検出器113からのパワーダウン制御信号を、ORゲートAを介してS端子で受けると、ORゲートAの入力端子に戻してラッチする。さらに、SRラッチ回路Cは、ORゲートBを介して放電制御FET12をオフにする信号(Hレベル)をドライバ112bに出力するとともに、SRラッチ回路DのS端子にも出力する。
SRラッチ回路Dは、SRラッチ回路Cからの信号(Hレベル)をS端子で受け、図1で示したVM検出器116からのプルアップ信号(Lレベルの非リセット信号)を受ける。すると、SRラッチ回路Dは、セット信号(Hレベル)を出力する。このセット信号は、引き続き放電制御FET12をオフにする信号(Hレベル)であり、ORゲートBを介してドライバ112bに出力されると共に、SRラッチ回路CのR端子にも入力される。これにより、SRラッチ回路CのQ端子は、リセットされる(Lレベル)。
図1に戻り、放電制御FET12がオフになると、二次電池SCから負荷LD及びコントローラ14への放電経路が遮断される。このとき、外部負電圧入力端子VMの電圧が二次電池SCの正極端子の電圧近くまで上昇すると、コントローラ14への印加電圧が最低動作電圧以下に低下して動作が不定になり、パワーダウン制御信号を出力した後に通常制御信号を出力してしまう場合がある。特に負荷LDの容量が大きいと、二次電池SCの放電経路を遮断してからコントローラ14への放電時間が長くなるため、コントローラ14は、最低動作電圧以下の状態が長く続き、動作が不安定な時間が長くなる場合がある。このような場合であっても、本実施形態のバッテリ装置10は、ラッチ部112aによりパワーダウン制御信号をラッチするため、より確実にパワーダウン状態に移行することができる。
また、二次電池SCからの放電経路が遮断されると、外部負電圧入力端子VMは、負荷LD及び抵抗16を通じて二次電池SCの正極端子の電圧近くまでプルアップする。VM検出器116は、外部負電圧入力端子VMの電圧が所定の電圧値を超えたことを検出すると、制御回路112にプルアップ信号を出力する。制御回路112は、プルアップ信号が入力されると、スイッチ114,115をオフにして、充放電監視回路111及び検出器113をパワーダウン状態にする。
なお、バッテリ装置10に充電器が接続され、パワーダウン状態から通常状態に移行する際には、図2で示したSRラッチ回路Dは、VM検出器116からプルアップ解除信号を受けると、ラッチを解除する信号(Lレベル)をSRラッチ回路CのR端子及びORゲートBにそれぞれ出力して放電制御FET12をオンにする。これとともに、制御回路112は、スイッチ114、115をオンにして充放電監視回路111及び検出器113を動作させることで通常状態へ移行する。
以上のように、本実施形態の充放電制御回路11によれば、コントローラ14からパワーダウン制御信号を入力されると、パワーダウン制御信号をラッチするとともに、二次電池SCからコントローラ14への放電経路を遮断する制御回路112を有する。これにより、充放電制御回路11は、放電経路を遮断されて最低動作電圧以下に低下したコントローラ14の誤動作により通常制御信号が入力されても、確実にパワーダウン状態に移行することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更や組み合わせが可能であることは言うまでもない。
本実施形態では、放電制御FET12及び充電制御FET13を二次電池SCの負極側に接続したが、例えば、図3に示す変形例のように、二次電池SCの正極側に接続するようにしてもよい。また、放電制御FET12及び充電制御FET13をNchとしたが、これに限ることなく、Pchとしてもよい。
10 バッテリ装置
11 充放電制御回路
111 充放電監視回路
112 制御回路
112a ラッチ部
112b ドライバ
113 検出器(バッファ)
114,115 スイッチ
116 VM検出器
12 放電制御FET
13 充電制御FET
VDD 正極電源端子
VSS 負極電源端子
DO 放電制御端子
CO 充電制御端子
VM 外部負電圧入力端子
CTL 制御信号入力端子
EB+ 外部正極端子
EB- 外部負極端子
SC 二次電池
LD 負荷

Claims (4)

  1. 二次電池及び容量を含む負荷がそれぞれ並列に接続されている外部のコントローラからの制御信号によって制御可能な充放電制御回路であって、
    パワーダウン状態に移行するパワーダウン制御信号が前記コントローラから入力されると、前記パワーダウン制御信号をラッチするとともに、前記二次電池と前記負荷及び前記コントローラとの共通の放電経路を遮断する制御回路を有することを特徴とする充放電制御回路。
  2. 前記制御回路は、前記二次電池と前記コントローラとの間に接続されている放電制御FETをオフにする放電禁止信号を出力し、前記放電経路を遮断する請求項1に記載の充放電制御回路。
  3. 前記制御回路は、
    前記コントローラから入力された前記パワーダウン制御信号をラッチするとともに、ラッチした前記パワーダウン制御信号に応じたラッチ信号を出力するラッチ部と、
    前記ラッチ部から前記ラッチ信号を入力されると、前記放電禁止信号を出力するドライバと、
    を備える請求項2に記載の充放電制御回路。
  4. 二次電池と、
    前記二次電池に接続されている、容量を含む負荷と、
    前記二次電池と接続され、パワーダウン状態に移行するパワーダウン制御信号を出力するコントローラと、
    前記二次電池及び前記コントローラの間において、前記二次電池と前記負荷及び前記コントローラとの共通の放電経路に接続されている放電制御FETと、
    前記二次電池に対して前記コントローラと並列に接続されている請求項1から3のいずれかに記載の充放電制御回路と、
    を有することを特徴とするバッテリ装置。

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