JP2607370Y2

JP2607370Y2 - 充放電制御回路

Info

Publication number: JP2607370Y2
Application number: JP1992053981U
Authority: JP
Inventors: 泰久東島; 匡三万城目
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1992-07-31
Publication date: 2001-07-09
Anticipated expiration: 2007-07-31
Also published as: JPH0617336U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は充放電制御回路に係り、
特に二次電池の充放電制御回路に関する。本考案になる
充放電制御回路はこれまでに知られていなかった回路装
置であり、二次電池の充電容量及び放電容量を制御する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、放電及び充電を繰り返して使
用出来るニッカド（Ｎｉ−Ｃｄ）二次電池、リチウムバ
ナジウム（ＶＬｉ）二次電池（以下、リチウム電池と記
す）等の二次電池が知られている。リチウム電池はエネ
ルギ密度が高く、自己放電が極めて少なく、また、少容
量の充放電に対してはサイクル寿命が長いという優れた
特長を有するため、ＳＲＡＭ（スタチック・ランダム・
アクセス・メモリ）等のバックアップ電源として最適で
あり、広く一般に使用されている。

【０００３】従来、二次電池（以下、電池と記す）の充
電は定電圧電源より高抵抗を介して定電流充電する場合
と、定電流電源により定電流充電する場合とがあった。
前者の場合には、高抵抗と直列に逆流防止用のダイオー
ドを接続することがあった。そして、電池の充電が進ん
で電池の出力電圧（以下、バッテリ電圧と記す）が定格
出力電圧に達すると、例えば発光ダイオード等を点灯さ
せて充電終了を知らせることが行われていた。

【０００４】また、従来、電池を使用する際は動作させ
たい負荷回路等のみを接続するのが一般的な使用法であ
っが、バッテリ電圧を監視して、電池の放電が進んでバ
ッテリ電圧が所定の電圧に低下すると、例えば発光ダイ
オード等を点灯させて放電の進行を知らせることが行わ
れていた。また、バッテリ電圧を監視し、バッテリ電圧
が低下すると負荷回路に含まれるＣＰＵ（セントラル・
プロセッシング・ユニット；中央演算処理装置）等をリ
セットすることにより負荷回路の誤動作を防ぐ電圧監視
回路が接続されることがあったが、ただしこれは電池か
ら負荷への電源の供給を停止するものではなかった。

【０００５】このように、電池の充放電の進行状態を発
光ダイオード等により知らせることは行われていたが、
これらは充電時、放電時夫々別の回路によって行われる
ものであり、充電容量及び放電容量を一つの回路装置に
より、且つ正確に制御する技術は従来知られていなかっ
た。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】しかるに、上記した従
来の技術によれば、使用者が発光ダイオード等の表示に
すぐに気づかない場合、充電時には過充電の恐れがあ
り、放電時には過放電の恐れがあった。このために、例
えば上記リチウム電池の充放電を繰り返し行うとその寿
命を縮めてしまう問題があった。

【０００７】上記の点に鑑み本考案では、充電時には充
電容量を所定容量に制御し、放電時には放電容量を所定
容量に制御して、少容量の充放電に対しては寿命の長い
例えばリチウム電池等を長寿命とすることの出来る二次
電池の充放電制御回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題は以下のとお
り構成することにより解決される。

【０００９】本発明は、二次電池（２）の充放電を制御
する充放電制御回路において、入力端子（１）と前記二
次電池（２）との間に設けられ、前記二次電池（２）の
電圧に応じて該入力端子（１）から前記二次電池（２）
への充電を制御する充電制御回路（４）と、前記二次電
池（２）と出力端子（６ａ）との間に設けられ、前記二
次電池（２）から該出力端子（６ａ）への放電を制御す
る放電スイッチ回路（２２）と、前記二次電池（２）の
電圧を監視する監視回路（２４）と、前記監視回路（２
４）の監視結果、前記二次電池（２）の電圧が基準電圧
（Ｖz2）より大きいときには、第１及び第２の電流を出
力し、前記二次電池（２）の電圧が基準電圧（Ｖz2）よ
り小さいときには、該第１及び第２の電流の出力が停止
されるカレントミラー回路（２５）と、前記カレントミ
ラー回路（２５）からの前記第１の電流により駆動さ
れ、前記放電スイッチ回路（２２）の出力電圧（ＶO）
に応じて前記放電スイッチ回路（２２）を制御するスイ
ッチ制御回路（２７）と、前記二次電池（２）と前記監
視回路（２４）との間に設けられ、前記カレントミラー
回路（２５）からの前記第２の電流に応じて前記二次電
池（２）から前記監視回路（２４）に駆動電源を供給す
る動作制御スイッチ回路（２３）とを具備してなる。

【００１０】

【００１１】

【作用】上記構成の本考案によれば、二次電池２のバッ
テリ出力電圧Ｖ_Bが第１の所定の電圧となると充電制御
回路４の所定の直流電流Ｉ_Cの生成が停止されて定電流
充電が終了するよう作用し、また、例えば二次電池２が
放電してバッテリ出力電圧Ｖ_Bが第２の所定の電圧に低
下すると、放電制御回路５からの出力電圧Ｖｏ，Ｖｏ′
の生成が停止されて二次電池２から外部負荷７への電源
の供給が停止されて二次電池２の放電を終了するよう制
御されるよう作用する。また、本考案によれば、二次電
池の過放電が検出されると、放電制御スイッチ手段及び
カレントミラー回路の動作が停止され、二次電池の過放
電を防止できるとともに、消費電流を低減できる。

【００１２】

【実施例】図１、図２は本考案の一実施例の回路構成図
である。

【００１３】図に示す充放電制御回路１０は１チップ半
導体集積回路により構成され、入力端子１、バッテリ端
子３、及び出力端子６ａ，６ｂは外部接続端子である。
入力端子１は充電制御回路４に、出力端子６ａ，６ｂは
放電制御回路５に、また、バッテリ端子３は充電制御回
路４及び放電制御回路５に共通接続される。

【００１４】入力端子１には外部より所定の直流電圧で
ある直流電源電圧Ｖ_CCが入来し、バッテリ端子３には外
部より二次電池２が接続されて充電制御回路４を介して
充電電流Ｉ_Cにより定電流充電される。出力端子６ａに
は図示しない外部負荷が接続されており、放電制御回路
５を介してリチウ電池である電池（二次電池）２のバッ
テリ出力電圧Ｖ_Bに応じた出力電圧Ｖｏが供給されて動
作する。

【００１５】充電制御回路４は、基準電圧生成回路１１
と、基準電圧生成回路１１により駆動される定電流源Ｊ
₁と、定電流制御回路１２からなる。また、放電制御回
路５は夫々トランジスタＱ₈またはＱ₉により構成され
るスイッチ回路２２及び２３、監視回路２４、カレント
ミラー回路２５、及び、差動増幅器２６により構成され
るスイッチ駆動回路２７からなる。

【００１６】以下、図２、及び充放電制御回路１０の動
作を示す図３の動作説明図に基づいて、各回路の動作に
ついて説明する。なお、図３は充電放電制御回路１０の
計算機によるシミュレーシュン結果を示したものであ
る。

【００１７】図３において横軸は時間、縦軸は回路各部
の電圧及び電流を表し、実線Ｉは直流電源電圧Ｖ_CC、破
線IIはバッテリ出力電圧Ｖ_B, 実線III は出力電圧Ｖ
ｏ、実線IVは充電電流Ｉ_Cを夫々示し、図中時刻ｔ₂乃
至時刻ｔ₅においては破線IIと実線III は後述の如くほ
ぼ重なっている。

【００１８】バッテリ端子３から見たインピーダンスは
図２から明らかなようにハイインピーダンスとされてお
り、回路の電源投入の際の直流電源電圧Ｖ_CC（図３中、
実線Ｉ）の立ち上がりにおいて、電池２から入力端子１
側に電流が流れることがない。直流電源電圧Ｖ_CCが０ボ
ルトから次第に上昇して時刻ｔ₁においてバッテリ出力
電圧Ｖ_B（＝約２ボルト、図３中、破線II）を越える
と、充電制御回路４の出力トランジスタＱ₃のエミッタ
からコレクタへの所定の直流電流である出力電流Ｉ_C(
図３中、実線IV）が図示の如く漸増する。

【００１９】基準電圧生成回路１１の比較器１２は、ツ
ェナーダイオードＤ_Z1が電流源Ｊ₂より電流を供給され
て生成する基準電圧Ｖ_Z1（＝１．２５Ｖ）と、直列接続
された抵抗Ｒ₁,Ｒ₂が電流源Ｊ₃より電流を供給されて
生成する分圧電圧Ｖ_R1とを比較する。直流電源電圧Ｖ_CC
がさらに上昇して時刻ｔ₂において分圧電圧Ｖ_R1が基準
電圧Ｖ_Z1を越えると基準電圧Ｖ_Z（＝３．２７５Ｖ）を
出力する。同時に、比較器１２は電流源Ｊ₁を駆動して
放電制御回路５の動作を開始させると共に、定電流制御
回路１２は後述の如く電池２を定電流駆動する。

【００２０】すなわち、電流源Ｊ₁が生成する定電流Ｉ
₁（制御信号）によって放電制御回路５のトランジスタ
Ｑ₁₁を駆動源とするカレントミラー回路２５が駆動され
ると、トランジスタＱ₁₀はスイッチ駆動回路２７を駆動
して増幅器₂₆によりスイッチ回路２２のトランジスタＱ
₈をオンさせる。また同時に、トランジスタＱ₁₂はスイ
ッチ回路２３のトランジスタＱ₉をオンさせる。

【００２１】この結果、外部負荷にはバッテリ出力電圧
Ｖ_BよりトランジスタＱ₈のＶ_CES（コレクタエミッタ
間飽和電圧）だけ低い出力電圧Ｖｏ（図３中、実線III)
が出力端子６ａから供給される。トランジスタＱ₈のＶ
_CESは約０．１Ｖであり、図３中の一定の期間おいて、
実線III はバッテリ出力電圧Ｖ_Bを示す破線IIとほぼ重
なっている。また、トランジスタＱ₉のコレクタを電源
端子とされる監視回路２４には、バッテリ出力電圧Ｖ_B
よりトランジスタＱ₉のＶ_CESだけ低い出力電圧である
電源電圧Ｖｏ′をトランジスタＱ₉から供給されて動作
を開始し、電源電圧Ｖｏ′を監視可能な状態となって放
電制御回路５の各回路が起動される。

【００２２】さらに、比較器１２より基準電圧Ｖ_Z（＝
３．２７５Ｖ）が出力されると、比較器１３はバッテリ
端子３よりのバッテリ出力電圧Ｖ_Bと基準電圧Ｖ_Zとを
比較してその出力はハイレベルとされる。これにより、
駆動回路１４は出力トランジスタＱ₃と電流検出回路１
５のトランジスタＱ₄とを駆動する。出力トランジスタ
Ｑ₃とトランジスタＱ₄は、一定のコレクタ電流比とな
って駆動されるよう構成されており、例えば出力トラン
ジスタＱ₃のコレクタ電流（所定の直流電流である充電
電流Ｉ_C）に対してトランジスタＱ₄のコレクタ電流は
１／５０（＝ｋとする）とされている。

【００２３】電流検出回路１５はカレントミラー接続さ
れたトランジスタＱ₅，Ｑ₆を有しており、トランジス
タＱ₅の共通接続されたベースコレクタには定電流源Ｊ
_Sより所定の基準電流Ｉ_Sが流入し、トランジスタＱ₆
のコレクタには、トランジスタＱ₄のコレクタと検出ト
ランジスタＱ₆のベースが接続されている。

【００２４】したがって、上記の充電電流Ｉ_Cに対して
ｋＩ_CとされたトランジスタＱ₄のコレクタ電流と基準
電流Ｉ_Sが等しくなる様に、トランジスタＱ₇が駆動回
路１４のダーリントン接続された駆動トランジスタ
Ｑ₁，Ｑ₂のベース電流を制御することにより、充電電
流Ｉ_Cを一定にする。よって、時刻ｔ₂以降は充電電流
Ｉ_Cは図３に示す如く約４．３ｍＡのほぼ定電流とされ
る。

【００２５】このようにして電池の定電流充電が続行さ
れ、バッテリ出力電圧Ｖ_Bが２ボルトから上昇して次第
に電池の定格出力電圧値に近づくと、図３に示すとおり
に充電電流Ｉ_Cは徐々に減少して定電圧充電に切り換え
られる。

【００２６】すなわち、時刻ｔ₃においてバッテリ出力
電圧Ｖ_Bが比較器１２の出力する基準電圧Ｖ_Zを越える
と、比較器１３はこれを検出してその出力をローレベル
とする。よって、ダーリントン接続された駆動トランジ
スタＱ₁，Ｑ₂はオフとなるため、出力トランジスタＱ
₃及びトランジスタＱ₄は駆動されず定電流充電は終了
する。

【００２７】このようにして、バッテリ出力電圧Ｖ_Bが
基準電圧Ｖ_Z（第１の所定の電圧）になると定電流充電
を停止するよう充電制御回路４により制御されるため、
電池の充電容量を正確に制御することが出来て過充電と
なることがない。

【００２８】なお、図３において時刻ｔ₄以降は、負荷
電流を強制的に増大させて電池の放電を早めるようシミ
ュレーシュンした結果を示している。電池２の放電が進
むと、時刻ｔ₄以降バッテリ出力電圧Ｖ_Bは次第に低下
する。

【００２９】放電制御回路５は、監視回路２４によって
バッテリ出力電圧Ｖ_Bに応じた電源電圧Ｖｏ′を監視
し、電池２の放電が進んでバッテリ出力電圧Ｖ_Bが第２
の所定の電圧、例えば２ボルトに低下するとトランジス
タＱ₈及びＱ₉をオフさせて出力端子６ａ，６ｂよりの
出力を停止しするよう動作する。

【００３０】すなわち、監視回路２４において、直列接
続された抵抗Ｒ₃,Ｒ₄がトランジスタＱ₉のコレクタ電
圧（電源電圧Ｖｏ′）を分圧して生成する分圧電圧Ｖ_R2
と、ツェナーダイオードＤ_Z2が電流源Ｊ₄より電流を供
給されて生成する基準電圧Ｖ_Z2とが、比較器２８により
比較される。そして、電池２が放電してバッテリ出力電
圧Ｖ_Bが時刻ｔ₅において２．０Ｖに低下し、これに応
じてトランジスタＱ₉のコレクタからの出力電圧Ｖｏ′
が低下して分圧電圧Ｖ_R2が基準電圧Ｖ_Z2よりも低くなる
と、比較器２８の出力はローレベルとなる。

【００３１】これによりカレントミラー回路２５は駆動
されなくなり、出力トランジスタ駆動回路２７及びスイ
ッチ回路２２、２３には電流が供給されないため、出力
トランジスタＱ₈及びトランジスタＱ₉は夫々オフとな
って動作を停止する。したがって、出力端子６ａから外
部負荷への出力電圧Ｖｏの供給が停止されると共に、監
視回路２４への出力電圧Ｖｏ′の供給も停止されて監視
回路２４も動作を停止する。

【００３２】以上のように、電池２のバッテリ出力電圧
Ｖ_Bが第２の所定の電圧に低下すると放電制御回路５の
全ての回路が動作を停止し、またこの時、バッテリ端子
３にはオフ状態のトランジスタＱ₈及びＱ₉の各エミッ
タが接続され、これらは非常に高いインピーダンスとさ
れているために消費電流をほぼ零とすることが出来、電
池２の過放電を防止することが出来る。なお、放電制御
回路５の起動は前述の通りである。

【００３３】したがって、電池２のバッテリ出力電圧Ｖ
_Bが第２の所定の電圧である２．ＯＶ以下に低下するこ
とがないので、この電圧値を電池２の少量の放電に対し
て設定することにより、少量の充放電に対して寿命の長
いリチウム電池等には極めて有効である。

【００３４】以上説明したとおり本実施例によれば、充
電制御回路４と放電制御回路５とが１チップ化されさて
いて充電電流Ｉ_Cの制御とバッテリ出力電圧Ｖ_B低下時
の外部負荷への出力の制御を行うことが出来、バッテリ
出力電圧Ｖ_Bが第１の所定の電圧（基準電圧Ｖ_Z）とな
ると充電を停止するので過充電の恐れがなく、また、直
流電源電圧Ｖ_CCの立ち上がり時に電池２から入力端子１
側に電流が流れることがなく、充電が開始された後でな
ければ放電制御回路５は起動されることがなく、且つ、
バッテリ出力電圧Ｖ_Bが第２の所定の電圧（２Ｖ）に低
下すると電池２から外部負荷への電源供給が停止さると
共に放電制御回路５は動作を停止して電流を消費するこ
とがないので、過充電の恐れもない。

【００３５】したがって、二次電池使用時の放電容量と
充電時の充電容量とを正確に管理出来て、少容量の充放
電に対して長寿命の、例えばリチウム二次電池等に対し
て極めて有効であり、二次電池の寿命を長寿命とするこ
とが出来る。

【００３６】なお、上記実施例では、トランジスタＱ₈
のコレクタに出力端子６ａを介して外部負荷を接続し、
トランジスタＱ₉のコレクタに監視回路２４を接続する
構成としたので、外部負荷からの雑音や外部負荷の短絡
等の事故の影響を受けることなくバッテリ出力電圧Ｖ_B
を監視してその低下を安定に検出することが出来、ま
た、出力端子６ｂに雑音除去用のコンデンサを接続する
ことにより、監視回路２４の検出レベルをより安定なも
のとすることが可能である。監視回路２４をトランジス
タＱ₈のコレクタに外部負荷と共に接続する構成とし
て、バッテリ出力電圧Ｖ_Bを監視しても構わない。

【００３７】さらに、上記実施例では半導体集積回路に
より各回路を構成したが、ディスクリート部品によって
上記実施例の回路と同様の回路構成としても、上記実施
例と同様の効果を得ることが出来ることは勿論である。

【００３８】

【考案の効果】上述の如く本考案によれば、二次電池の
充電時にはバッテリ出力電圧が第１の所定の電圧となる
と定電流充電が終了するよう制御されるので二次電池の
過充電のおそれがなく、また、二次電池の放電時にして
バッテリ出力電圧が第２の所定の電圧に低下すると、二
次電池から外部負荷への電源の供給が停止されて二次電
池の放電が終了するよう制御されるので過放電のおそれ
もなく充電容量及び放電容量を制御出来て、特に少容量
の充放電に対しては寿命の長い二次電池を長寿命とする
ことが出来、二次電池の繰り返し使用回数を増大させる
ことが出来る特長がある。また、本考案によれば、二次
電池の過放電が検出されると、放電制御スイッチ手段及
びカレントミラー回路の動作が停止され、二次電池の過
放電を防止できるとともに、消費電流を低減できる等の
特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の原理図である。

【図２】本考案の一実施例の回路構成図である。

【図３】本考案の一実施例の動作説明図である。

【符号の説明】１入力端子２二次電池３バッテリ端子４充電制御回路５放電制御回路６，６ａ，６ｂ出力端子７外部負荷１０充放電制御回路Ｃ制御信号Ｉ₁ 定電流（制御信号）Ｉ_C 充電電流（所定の直流電流）Ｖ_B バッテリ出力電圧Ｖ_CC 直流電源電圧（所定の直流電圧）Ｖｏ出力電圧Ｖｏ′電源電圧（出力電圧）Ｖ_Z 基準電圧（第１の所定の電圧）

フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−135340（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−272830（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−62321（ＪＰ，Ａ) 特開平４−96650（ＪＰ，Ａ) 実開平１−146744（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】二次電池の充放電を制御する充放電制御
回路において、入力端子と前記二次電池との間に設けられ、前記二次電
池の電圧に応じて該入力端子から前記二次電池への充電
を制御する充電制御回路と、前記二次電池と出力端子との間に設けられ、前記二次電
池から該出力端子への放電を制御する放電スイッチ回路
と、前記二次電池の電圧を監視する監視回路と、前記監視回路の監視結果、前記二次電池の電圧が基準電
圧より大きいときには、第１及び第２の電流を出力し、
前記二次電池の電圧が基準電圧より小さいときには、該
第１及び第２の電流の出力を停止させるカレントミラー
回路と、前記カレントミラー回路からの前記第１の電流により駆
動され、前記放電スイッチ回路の出力電圧とを比較し、
該比較結果に応じて前記放電スイッチ回路を制御するス
イッチ制御回路と、前記二次電池と前記監視回路との間に設けられ、前記カ
レントミラー回路からの前記第２の電流に応じて前記二
次電池の電圧を前記監視回路に供給する動作制御スイッ
チ回路とを具備してなる充放電制御回路。
【請求項２】半導体集積回路により構成された請求項
１記載の充放電制御回路。