JP3655171B2 - 充放電制御回路及び二次電池装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯用電子機器に使用される二次電池の充放電制御回路に関するものである。
【０００２】
パソコン等の携帯用電子機器の高性能化に伴い、電池の長寿命化の要請が高まっている。そのため、近年の携帯用電子機器のバッテリーには二次電池であるリチウムイオン電池が広く使用されている。従って、その寿命を延ばすためには、リチウムオン電池の特性上、過放電時には過放電を検出して放電を禁止する放電制御、過充電時には過充電を検出して充電を禁止する充電制御が必要となっている。従って、二次電池を充電するときには、充電制御スイッチ等の充放電制御回路の構成素子が発熱しないようにする必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
図４は、充放電制御回路の従来例を示す。携帯用電子機器に電源を供給するバッテリー１は、二次電池のリチウムイオン電池で構成され、３つのセル２ａ，２ｂ，２ｃを直列に接続して構成される。
【０００４】
このバッテリー１の充放電電流を制御する充放電制御回路は、充放電制御部３と、その制御部３に外付け素子として接続される放電制御スイッチ４と、同じく外付け素子として接続される充電制御スイッチ５ａとで構成される。
【０００５】
前記放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、各々のトランジスタにはソース−ドレイン間に寄生ダイオードが形成される。そして、放電制御スイッチ４のドレインは、充電制御スイッチ５ａのドレインと接続され、前記バッテリー１のプラス側端子は、前記放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａを介して出力端子ｔ１に接続される。
【０００６】
一方、前記バッテリー１のマイナス側端子は、グランドＧＮＤ及び出力端子ｔ２に接続され、前記充放電制御部３の出力信号Ｄｏｕｔに基づいて放電制御スイッチ４が制御され、出力信号Ｃｏｕｔに基づいて充電制御スイッチ５ａが制御される。
【０００７】
前記バッテリー１の各セル２ａ，２ｂ，２ｃは、前記充放電制御部３内のセル電圧検出部６に接続される。すなわち、このセル電圧検出部６は３つの比較器７ａ，７ｂ，７ｃによって構成され、ＢＨ−ＢＭ端子間、ＢＭ−ＢＬ端子間及びＢＬ−ＧＮＤ端子間の各セル電圧を検出する。
【０００８】
また、この比較器７ａ，７ｂ，７ｃの出力信号は、過充電検出部８のプラス側端子及び過放電検出部９のマイナス側端子に入力され、前記過充電検出部８のマイナス側端子は基準電圧ＶTHに設定され、前記過放電検出部９のプラス側端子は基準電圧ＶTLに設定されている。
【０００９】
そして、前記過放電検出部９の出力信号Ｄｏｕｔが、前記放電制御スイッチ４のトランジスタのゲートに入力され、前記過充電検出部８の出力信号Ｃｏｕｔは、前記充電制御スイッチ５ａのトランジスタのゲートに入力される。
【００１０】
また、前記充放電制御部３にはバイアス発生回路１０が備えられ、このバイアス発生回路１０にバッテリー１より電源電圧Ｖｃｃが供給されると、前記制御部３は動作可能となる。
【００１１】
このような充放電制御回路では、いずれか一つのセル電圧が基準電圧ＶTHよりも高い場合、すなわち過充電状態にあるとき、過充電検出部８の出力信号ＣｏｕｔはＨレベル、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＬレベルである。従って、放電制御スイッチ４はオンされるが、充電制御スイッチ５ａはオフされ、充電は禁止される。
【００１２】
この状態では、充電制御スイッチ５ａはオフしているものの該スイッチ５ａの寄生ダイオードにより出力端子ｔ１，ｔ２間は、充電制御スイッチ５ａの寄生ダイオード、放電制御スイッチ４、バッテリー１の導通経路が形成される。
【００１３】
また、出力端子電圧ＶｏｃはＨレベルで、充放電制御部３はバイアスオン状態となり、電源電圧Ｖｃｃがバイアス発生回路１０に供給されて前記制御部３が活性化状態にある。この状態で、出力端子ｔ１，ｔ２に携帯用電子機器が接続されていると、バッテリー１から放電電流が供給され、各セル電圧は低下する。
【００１４】
すべてのセル電圧が基準電圧ＶTHと基準電圧ＶTLの範囲にあるとき、すなわち通常状態のとき、過充電検出部８の出力信号Ｃｏｕｔ及び過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはともにＬレベルとなり、放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａともに導通状態となる。この状態では、各セルからの放電動作及び各セルへの充電動作が可能である。
【００１５】
各セル電圧がこのような状態にあるバッテリー１が充電される場合には、定電流充電が行われる。充電電圧は充電制御スイッチ５ａの閾値よりも十分高いため、充電制御スイッチ５ａのオン抵抗は小さくなる。定電流充電は、定電圧充電と比較すると電流が大きいが、前記オン抵抗が小さいので、前記スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧も小さく、結果的に消費電力が抑えられるため、前記スイッチ５ａが発熱することはない。
【００１６】
一方、いずれか一つのセル電圧が基準電圧ＶTLよりも低い場合、すなわち過放電状態にあるとき、過充電検出部８の出力信号ＣｏｕｔはＬレベル、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＨレベルである。
【００１７】
従って、充電制御スイッチ５ａはオンされるが、放電制御スイッチ４はオフされるため放電は禁止される。
この状態では、放電制御スイッチ４はオフしているものの該スイッチ４の寄生ダイオードにより出力端子ｔ１，ｔ２間に導通経路が形成され、充電を行うことは可能である。従って、出力端子ｔ１，ｔ２に外部充電器等が接続され、過放電状態にあるバッテリー１が充電されると、各セル電圧が上昇して、再度携帯用電子機器に電力を供給できるようになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような充放電制御回路では、セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１が充電される場合には、定電流充電が行われる。従来のリチウムイオン電池の充電は、電源電圧Ｖｃｃが低いときに定電流充電を行い、電源電圧Ｖｃｃが充電器の定電圧充電設定電圧、例えば１２．６Ｖに到達すると定電圧充電に切り換わる方法で行われる。これは、定電流充電は定電圧充電と比較すると、充電電流が大きいため充電を素早く行うことが可能となるためである。
【００１９】
ところが、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが極度に低下していて、Ｖｃｃ≒０であるような過放電状態で行われる定電流充電では、通常状態にあるバッテリー１が充電されているときの定電流充電と比較すると、充電電圧が十分に確保できない。すなわち、一般的に充電器の充電電圧は、定電圧充電時の電圧１２．６Ｖに設定され、定電流充電は、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが低下すると、それに応じて充電電圧も低下するよう制御されている。
【００２０】
従って、例えば過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖであり、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が３Ｖであるとき（通常状態であるとき）、電源電圧Ｖｃｃは９Ｖであり、充電制御スイッチ５ａの閾値電圧４Ｖより十分高い充電電圧になっている。
【００２１】
しかし、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで低下しているとき（過放電状態であるとき）、充電電圧は、充電制御スイッチ５ａをオンすることができる最小のソース−ゲート間電圧、すなわち約４Ｖ程度である。従って、充電制御スイッチ５ａのオン抵抗は大きくなってしまい、放電制御スイッチ４の寄生ダイオードでの電圧降下を１Ｖとすると、前記充電制御スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧は３Ｖとなる。
【００２２】
従って、このとき充電電流が１Ａである場合、前記充電制御スイッチ５ａでの消費電力は３Ｗと大きくなってしまう。
従って、上記のような充放電制御回路では、過放電状態にあるバッテリー１を充電すると、充電制御スイッチ５ａでの消費電力が大きいため、該スイッチが発熱してしまう問題を生じていた。
【００２３】
本発明の目的は、過放電状態にある二次電池を充電する場合に、充電制御スイッチでの消費電力を抑えて、該充電制御スイッチを発熱させることなく充電することができる機能を備えた充放電制御回路を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、図１に示す充放電制御回路では、第１の充電制御スイッチに、第２の充電制御スイッチと電流制限手段との直列回路を並列に接続させた。そして、過放電検出部と過充電検出部の各出力を入力とする論理回路を備えることで、過放電状態での充電では、第１の充電制御スイッチはオフさせ、第２の充電制御スイッチと電流制限手段とに充電電流を流し、定電圧充電を行う構成とした。
【００２５】
図２に示す充放電制御回路では、過放電状態における第１及び第２の充電制御スイッチの制御を、過充電検出部及び過放電検出部と、さらに、二次電池の電圧レベルに応じて制御する低電圧時誤動作防止回路とにより行う構成とした。また、前記過充電検出部、過放電検出部及び低電圧時誤動作防止回路の各出力を入力とする論理回路を備えた。
【００２６】
そして、前記二次電池の電圧が低電圧時誤動作防止回路の閾値以下での充電では、第１の充電制御スイッチはオフさせ、第２の充電制御スイッチと電流制限手段とに充電電流を流し、定電圧充電を行うこととした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第一の実施の形態）
図１は、この発明を具体化した充放電制御回路の第一の実施の形態を示す。尚、説明の便宜上、前記従来例と同一構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
前記第１の充電制御スイッチ５ａには、第２の充電制御スイッチ５ｂ及び電流制限手段としての抵抗Ｒとの直列回路が並列接続されている。この第２の充電制御スイッチ５ｂは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、そのソース−ドレイン間には前記第２の充電制御スイッチ５ｂのソース側をカソードとする寄生ダイオードが形成されている。
【００２９】
前記第２の充電制御スイッチ５ｂを介して行う充電は、該スイッチ５ｂに充電電流が流れると前記抵抗Ｒでの電圧降下の発生により、充電電圧を定電圧充電設定電圧まで上昇させる定電圧充電である。すなわち、前記抵抗Ｒでの電圧降下分が定電圧充電設定電圧よりも大きくなるように、前記抵抗Ｒの抵抗値が設定されている。
【００３０】
前記過充電検出部８の出力信号は、ＯＲ回路１１ａ，１１ｂに入力される。また、前記過放電検出部９の出力信号は、前記放電制御スイッチ４のゲート及び前記ＯＲ回路１１ａに入力されるとともに、インバータ回路１２を介して前記ＯＲ回路１１ｂに入力される。
【００３１】
前記ＯＲ回路１１ａの出力信号Ｃｏｕｔは前記第１の充電制御スイッチ５ａのゲートに入力され、前記ＯＲ回路１１ｂの出力信号ＰｒｅＣｏｕｔは前記第２の充電制御スイッチ５ｂのゲートに入力される。従って、前記過放電検出部９からＨレベルの信号が出力されたときのみ、ＯＲ回路１１ｂからはＬレベルの信号が出力され、第２の充電制御スイッチ５ｂがオンされる。
【００３２】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
充放電制御部３内のセル電圧検出部６は、各セル２ａ，２ｂ，２ｃのＢＨ−ＢＭ端子間、ＢＭ−ＢＬ端子間及びＢＬ−ＧＮＤ端子間の各端子間電圧を検出し、その出力信号は前記過充電検出部８及び過放電検出部９に入力される。
【００３３】
そして、前記各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかのセル電圧が前記過充電検出部８の基準電圧ＶTHを越えている場合、該過充電検出部８から過充電状態を検出するＨレベルの信号が出力され、そのＨレベルの信号がＯＲ回路１１ａ，１１ｂに入力される。
【００３４】
一方、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＬレベルであり、放電制御スイッチ４はオンされるとともに、そのＬレベルの信号はＯＲ回路１１ａ及びインバータ回路１２に入力される。そして、インバータ回路１２で反転されてＨレベルの信号がＯＲ回路１１ｂに入力される。
【００３５】
従って、ＯＲ回路１１ａ，１１ｂの出力信号Ｃｏｕｔ，ＰｒｅＣｏｕｔはＨレベルとなり第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂは、ともにオフされて充電は禁止される。
【００３６】
そして、出力端子ｔ１，ｔ２に携帯用電子機器が接続されると、放電電流が放電制御スイッチ４を介して第１の充電制御スイッチ５ａの寄生ダイオードに流れ、バッテリー１から携帯用電子機器に電源電圧Ｖｃｃ及び放電電流が供給される。
【００３７】
次いで、放電が進み電源電圧Ｖｃｃが低下して、すべてのセル２ａ，２ｂ，２ｃのセル電圧が、過充電検出部８の基準電圧ＶTHと過放電検出部９の基準電圧ＶTLの範囲内、すなわち通常状態にあるとき、前記過充電検出部８及び過放電検出部９からは、Ｌレベルの信号が出力される。
【００３８】
従って、ＯＲ回路１１ａからはＬレベルの信号、ＯＲ回路１１ｂからはＨレベルの信号が出力され、第２の充電制御スイッチ５ｂはオフされるが、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａはオンされる。
【００３９】
ここで、出力端子ｔ１，ｔ２に充電器が接続されると、充電電流が第１の充電制御スイッチ５ａ及び放電制御スイッチ４に流れて定電流充電が行われる。ここで、例えば前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖであり、各セル電圧が３Ｖで電源電圧Ｖｃｃは９Ｖとすると、通常状態での定電流充電における充電電圧は、それより少し高い１０Ｖ程度になる。一方、前記第１の充電制御スイッチ５ａの閾値電圧は４Ｖ程度である。
【００４０】
従って、第１の充電制御スイッチ５ａのソース−ゲート間電圧１０Ｖは、該スイッチ５ａの閾値電圧４Ｖよりも十分高いので、オン抵抗は小さくなる。すなわち、第１の充電制御スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧は小さくなるため、該スイッチ５ａでの消費電力は抑えられ、該スイッチ５ａが発熱することなく充電が行われる。
【００４１】
そして、定電圧充電設定電圧を例えば１２．６Ｖとし、充電が進み、電源電圧Ｖｃｃが前記定電圧充電設定電圧１２．６Ｖに達すると、定電圧充電に切り換わる。
【００４２】
次に、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかのセル電圧が前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLより低くなった場合、該過放電検出部９から過放電状態を検出するＨレベルの信号が出力され、放電制御スイッチ４はオフされ放電は禁止される。
【００４３】
このとき、ＯＲ回路１１ａからはＨレベルの信号が出力され、ＯＲ回路１１ｂからはＬレベルの信号が出力されるので、第２の充電制御スイッチ５ｂのみが導通状態となる。ここで、放電制御スイッチ４はオフしているものの出力端子ｔ１，ｔ２間には、第２の充電制御スイッチ５ｂ、抵抗Ｒ、放電制御スイッチ４の寄生ダイオード、バッテリー１の導通経路が形成されて充電が行われる。
【００４４】
従って、過放電状態で電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで低下していて、そのため充電電圧が低い場合でも、充電電流が第２の充電制御スイッチ５ｂに流れると、抵抗Ｒで電圧降下が発生するため、充電電圧を直ちに定電圧充電設定電圧１２．６Ｖまで上昇させる。
【００４５】
すなわち、過放電状態では１２．６Ｖの定電圧充電が行われる。この定電圧充電では、第２の充電制御スイッチ５ｂのソース−ゲート間電圧は、ほぼ定電圧充電設定電圧１２．６Ｖであり、該スイッチ５ｂの閾値電圧４Ｖより十分高いものとなる。
【００４６】
すなわち、第２の充電制御スイッチ５ｂのオン抵抗は小さく、該スイッチ５ｂのソース−ドレイン間電圧は小さくなる。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂでの消費電力は抑えられ、該スイッチ５ｂが発熱することなく充電が行われる。
【００４７】
そして、この充電により過放電状態にあったセルのセル電圧が上昇し、すべてのセル電圧が基準電圧ＶTLよりも高くなると、前記のように過充電検出部８及び過放電検出部９は、セル２ａ，２ｂ，２ｃの通常状態を検出し、ともにＬレベルの信号を出力する。すると、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａが、ともにオン状態になると同時に、第２の充電制御スイッチ５ｂがオフして、再度定電流充電が行われるようになる。
【００４８】
上記のように構成した充放電制御回路では、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１が充電されると、充電電流は第２の充電制御スイッチ５ｂを介して、該スイッチ５ｂに直列接続した抵抗Ｒに流れる。従って、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで極端に低下している場合にも、前記抵抗Ｒでの電圧降下により充電電圧を定電圧充電設定電圧の１２．６Ｖまで直ちに上昇させる。すなわち、１２．６Ｖの定電圧充電を行うことで、第２の充電制御スイッチ５ｂの消費電力を小さくして、該スイッチ５ｂが発熱することなく充電することができる。
【００４９】
（２）抵抗Ｒで発生する電圧降下は、定電圧充電設定電圧１２．６Ｖより大きくなるように設定した。すなわち、第２の充電制御スイッチ５ｂを介しての定電圧充電時に流れる充電電流は、定電流充電値として設定された充電電流よりも小さい電流値に制限される。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂが発熱することなく充電することができる。
【００５０】
（３）第２の充電制御スイッチ５ｂと抵抗Ｒとの直列回路を、第１の充電制御スイッチ５ａに並列接続させた。この構成にすれば、過放電状態にあるバッテリー１と、通常状態にあるバッテリー１とを別々のスイッチによって、充電を切り換えることができる。従って、過放電状態、通常状態のいずれの充電時においても、スイッチ素子が発熱するのを防止することができる。
【００５１】
（４）直列に接続された３つのセル２ａ，２ｂ，２ｃが不均衡な状態、すなわち、前記３つのセルのうち、一つの電池が過放電状態にあり、一つあるいは二つの電池が過充電状態にある場合でも、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂをともにオフさせて、それ以上の充電を禁止することができる。
【００５２】
（５）スイッチ素子を発熱させることなく充電が行える機能を二次電池装置に備えることが可能であるため、二次電池を充電する外部充電回路の簡素化、部品点数の削減に貢献できる。
（第二の実施の形態）
図２は、第二の実施の形態を示す。
【００５３】
この実施の形態は、前記第一の実施の形態のバイアス発生回路１０に低電圧時誤動作防止回路１３が接続されたものである。この低電圧時誤動作防止回路１３には閾値電圧が設定され、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１の電源電圧Ｖｃｃが前記閾値電圧より高いときＨレベルの信号が出力され、該閾値電圧より低いときＬレベルの信号が出力される。
【００５４】
前記低電圧時誤動作防止回路１３の出力信号はインバータ回路１４に入力され、そのインバータ回路１４の出力信号はＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５に入力される。従って、前記低電圧時誤動作防止回路１３の出力信号によって前記第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂが制御される。
【００５５】
また、過充電検出部８の出力信号はＯＲ回路１１ｃに入力され、過放電検出部９の出力信号Ｄｏｕｔは放電制御スイッチ４に入力されるとともにＮＯＲ回路１５に入力される。そして、ＯＲ回路１１ｃの出力信号Ｃｏｕｔは第１の充電制御スイッチ５ａに入力され、ＮＯＲ回路１５の出力信号ＰｒｅＣｏｕｔは第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。
【００５６】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
さて、過充電状態にあるときは、低電圧時誤動作防止回路１３はＨレベルの信号を出力し、そのＨレベルの信号はインバータ回路１４によって反転されると、Ｌレベルの信号が出力される。また、過充電検出部８からはＨレベルの信号が出力され、過放電検出部９からはＬレベルの信号が出力される。すると、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５からは、ともにＨレベルの信号が出力され、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂはともにオフする。従って、放電制御スイッチ４のみがオンされるので、充電は禁止され、放電のみが行われる。
【００５７】
また、通常状態にあるときも、低電圧時誤動作防止回路１３はＨレベルの信号を出力する。そして、前記過充電検出部８及び過放電検出部９ともにＬレベルの信号を出力する。従って、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａのみがオンするので、放電もしくは充電が行われ、充電時には定電流充電が行われる。
【００５８】
次いで、過放電状態にあるときは、過充電検出部８からＬレベル、過放電検出部９からはＨレベルの信号が出力され、前記放電制御スイッチ４はオフして放電は行われない。
【００５９】
ここで、例えば低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧が４Ｖに設定されていて、前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖ、各セル電圧が１Ｖで電源電圧Ｖｃｃが３Ｖのとき、すなわち電源電圧Ｖｃｃが前記回路１３の閾値より低いとき、該回路１３からはＬレベルの信号が出力される。
【００６０】
そして、前記Ｌレベルの信号がインバータ回路１４で反転されて、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５に入力されると、Ｈレベルの出力信号Ｃｏｕｔ、Ｌレベルの出力信号ＰｒｅＣｏｕｔとなる。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂのみがオンするので、充電時には抵抗Ｒに充電電流が流れて定電圧充電が行われる。
【００６１】
一方、前記基準電圧ＶTLが２．５Ｖ、各セル電圧が２Ｖで電源電圧Ｖｃｃが６Ｖのとき、すなわち過放電状態ではあるが、電源電圧Ｖｃｃが前記低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧４Ｖより高いとき、前記回路１３からはＨレベルの信号が出力される。従って、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５からは、ともにＬレベルの信号が出力されるため第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂがともにオンする。
【００６２】
この状態で充電を行うと、充電電流は低インピーダンスである第１の充電制御スイッチ５ａの経路に流れるため、過放電状態ではあるが定電流充電が行われる。
【００６３】
従って、上記のように構成した充放電制御回路では前記第一の実施の形態における（１），（２），（３）及び（５）の作用効果に加え、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）低電圧時誤動作防止回路１３を設けたことにより、過放電状態において、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂの同時オン期間を設定することができる。従って、定電圧充電から定電流充電へ移行するとき、すなわち第１の充電制御スイッチ５ａから第２の充電制御スイッチ５ｂへの切り替わり時における、瞬間的な同時オフによる充電電圧上昇を防止することができる。
（２）第２の充電制御スイッチ５ｂを介して行う定電圧充電時間を極力抑え、過放電状態においても、電源電圧Ｖｃｃが０Ｖ付近にまで極度に低下していない場合には、第１の充電制御スイッチ５ａを介して定電流充電を行った。すなわち、過放電状態においても、第１の充電制御スイッチ５ａが発熱しない程度にまで、充電電圧が確保できる場合には、該スイッチ５ａを介して定電流充電を行った。この構成にすれば、スイッチ素子が発熱することなく充電を行うことができるとともに、充電時間を短縮することができる。
（３）低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧を変更することによって、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂの制御電圧を任意に設定可能である。
（第三の実施の形態）
図３は、第三の実施の形態を示す。
【００６４】
この実施の形態は、前記第二の実施の形態にさらにＯＲ回路１１ｄを導入したものであり、前記ＮＯＲ回路１５の出力信号及び過充電検出部８の出力信号が前記ＯＲ回路１１ｄに入力される。
【００６５】
そして、前記ＯＲ回路１１ｄの出力が出力信号ＰｒｅＣｏｕｔとして第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。従って、本実施形態では過充電検出部８から出力される信号がＯＲ回路１１ｃを介して第１の充電制御スイッチ５ａに、ＯＲ回路１１ｄを介して第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。
【００６６】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
なお、この実施の形態では、通常状態及び過放電状態において、前記第二の実施の形態と同様の動作が行われる。
【００６７】
さて、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過充電状態にあるとき、過充電検出部８からはＨレベルの信号が出力され、そのＨレベルの出力信号はＯＲ回路１１ｃ，１１ｄに入力される。従って、前記ＯＲ回路１１ｃ，１１ｄの出力信号はＨレベルであり、このとき第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂは、ともにオフする。
【００６８】
従って、上記のように構成した充放電制御回路では前記第一の実施の形態における（１）〜（５）及び第二の実施の形態における（１）〜（３）の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００６９】
尚、前記各実施の形態は、以下のように実施してもよい。
○論理回路の構成は、前記各実施の形態におけるものに限定されるものではない。すなわち、前記各実施の形態での出力信号Ｃｏｕｔ及び出力信号ＰｒｅＣｏｕｔが得られる構成であればよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述してきたように、本発明によれば、過放電状態にある二次電池を充電する場合に、充電制御スイッチでの消費電力を抑えて、該充電制御スイッチを発熱させることなく充電することができる機能を備えた充放電制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一の実施の形態を示す回路図である。
【図２】 第二の実施の形態を示す回路図である。
【図３】 第三の実施の形態を示す回路図である。
【図４】 従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
４ 放電制御スイッチ
５ａ 第１の充電制御スイッチ
５ｂ 第２の充電制御スイッチ
８ 過充電検出部
９ 過放電検出部
Ｒ 電流制限手段（抵抗）
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯用電子機器に使用される二次電池の充放電制御回路に関するものである。
【０００２】
パソコン等の携帯用電子機器の高性能化に伴い、電池の長寿命化の要請が高まっている。そのため、近年の携帯用電子機器のバッテリーには二次電池であるリチウムイオン電池が広く使用されている。従って、その寿命を延ばすためには、リチウムオン電池の特性上、過放電時には過放電を検出して放電を禁止する放電制御、過充電時には過充電を検出して充電を禁止する充電制御が必要となっている。従って、二次電池を充電するときには、充電制御スイッチ等の充放電制御回路の構成素子が発熱しないようにする必要がある。
【０００３】
【従来の技術】
図４は、充放電制御回路の従来例を示す。携帯用電子機器に電源を供給するバッテリー１は、二次電池のリチウムイオン電池で構成され、３つのセル２ａ，２ｂ，２ｃを直列に接続して構成される。
【０００４】
このバッテリー１の充放電電流を制御する充放電制御回路は、充放電制御部３と、その制御部３に外付け素子として接続される放電制御スイッチ４と、同じく外付け素子として接続される充電制御スイッチ５ａとで構成される。
【０００５】
前記放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、各々のトランジスタにはソース−ドレイン間に寄生ダイオードが形成される。そして、放電制御スイッチ４のドレインは、充電制御スイッチ５ａのドレインと接続され、前記バッテリー１のプラス側端子は、前記放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａを介して出力端子ｔ１に接続される。
【０００６】
一方、前記バッテリー１のマイナス側端子は、グランドＧＮＤ及び出力端子ｔ２に接続され、前記充放電制御部３の出力信号Ｄｏｕｔに基づいて放電制御スイッチ４が制御され、出力信号Ｃｏｕｔに基づいて充電制御スイッチ５ａが制御される。
【０００７】
前記バッテリー１の各セル２ａ，２ｂ，２ｃは、前記充放電制御部３内のセル電圧検出部６に接続される。すなわち、このセル電圧検出部６は３つの比較器７ａ，７ｂ，７ｃによって構成され、ＢＨ−ＢＭ端子間、ＢＭ−ＢＬ端子間及びＢＬ−ＧＮＤ端子間の各セル電圧を検出する。
【０００８】
また、この比較器７ａ，７ｂ，７ｃの出力信号は、過充電検出部８のプラス側端子及び過放電検出部９のマイナス側端子に入力され、前記過充電検出部８のマイナス側端子は基準電圧ＶTHに設定され、前記過放電検出部９のプラス側端子は基準電圧ＶTLに設定されている。
【０００９】
そして、前記過放電検出部９の出力信号Ｄｏｕｔが、前記放電制御スイッチ４のトランジスタのゲートに入力され、前記過充電検出部８の出力信号Ｃｏｕｔは、前記充電制御スイッチ５ａのトランジスタのゲートに入力される。
【００１０】
また、前記充放電制御部３にはバイアス発生回路１０が備えられ、このバイアス発生回路１０にバッテリー１より電源電圧Ｖｃｃが供給されると、前記制御部３は動作可能となる。
【００１１】
このような充放電制御回路では、いずれか一つのセル電圧が基準電圧ＶTHよりも高い場合、すなわち過充電状態にあるとき、過充電検出部８の出力信号ＣｏｕｔはＨレベル、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＬレベルである。従って、放電制御スイッチ４はオンされるが、充電制御スイッチ５ａはオフされ、充電は禁止される。
【００１２】
この状態では、充電制御スイッチ５ａはオフしているものの該スイッチ５ａの寄生ダイオードにより出力端子ｔ１，ｔ２間は、充電制御スイッチ５ａの寄生ダイオード、放電制御スイッチ４、バッテリー１の導通経路が形成される。
【００１３】
また、出力端子電圧ＶｏｃはＨレベルで、充放電制御部３はバイアスオン状態となり、電源電圧Ｖｃｃがバイアス発生回路１０に供給されて前記制御部３が活性化状態にある。この状態で、出力端子ｔ１，ｔ２に携帯用電子機器が接続されていると、バッテリー１から放電電流が供給され、各セル電圧は低下する。
【００１４】
すべてのセル電圧が基準電圧ＶTHと基準電圧ＶTLの範囲にあるとき、すなわち通常状態のとき、過充電検出部８の出力信号Ｃｏｕｔ及び過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはともにＬレベルとなり、放電制御スイッチ４及び充電制御スイッチ５ａともに導通状態となる。この状態では、各セルからの放電動作及び各セルへの充電動作が可能である。
【００１５】
各セル電圧がこのような状態にあるバッテリー１が充電される場合には、定電流充電が行われる。充電電圧は充電制御スイッチ５ａの閾値よりも十分高いため、充電制御スイッチ５ａのオン抵抗は小さくなる。定電流充電は、定電圧充電と比較すると電流が大きいが、前記オン抵抗が小さいので、前記スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧も小さく、結果的に消費電力が抑えられるため、前記スイッチ５ａが発熱することはない。
【００１６】
一方、いずれか一つのセル電圧が基準電圧ＶTLよりも低い場合、すなわち過放電状態にあるとき、過充電検出部８の出力信号ＣｏｕｔはＬレベル、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＨレベルである。
【００１７】
従って、充電制御スイッチ５ａはオンされるが、放電制御スイッチ４はオフされるため放電は禁止される。
この状態では、放電制御スイッチ４はオフしているものの該スイッチ４の寄生ダイオードにより出力端子ｔ１，ｔ２間に導通経路が形成され、充電を行うことは可能である。従って、出力端子ｔ１，ｔ２に外部充電器等が接続され、過放電状態にあるバッテリー１が充電されると、各セル電圧が上昇して、再度携帯用電子機器に電力を供給できるようになる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような充放電制御回路では、セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１が充電される場合には、定電流充電が行われる。従来のリチウムイオン電池の充電は、電源電圧Ｖｃｃが低いときに定電流充電を行い、電源電圧Ｖｃｃが充電器の定電圧充電設定電圧、例えば１２．６Ｖに到達すると定電圧充電に切り換わる方法で行われる。これは、定電流充電は定電圧充電と比較すると、充電電流が大きいため充電を素早く行うことが可能となるためである。
【００１９】
ところが、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが極度に低下していて、Ｖｃｃ≒０であるような過放電状態で行われる定電流充電では、通常状態にあるバッテリー１が充電されているときの定電流充電と比較すると、充電電圧が十分に確保できない。すなわち、一般的に充電器の充電電圧は、定電圧充電時の電圧１２．６Ｖに設定され、定電流充電は、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが低下すると、それに応じて充電電圧も低下するよう制御されている。
【００２０】
従って、例えば過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖであり、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの電圧が３Ｖであるとき（通常状態であるとき）、電源電圧Ｖｃｃは９Ｖであり、充電制御スイッチ５ａの閾値電圧４Ｖより十分高い充電電圧になっている。
【００２１】
しかし、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで低下しているとき（過放電状態であるとき）、充電電圧は、充電制御スイッチ５ａをオンすることができる最小のソース−ゲート間電圧、すなわち約４Ｖ程度である。従って、充電制御スイッチ５ａのオン抵抗は大きくなってしまい、放電制御スイッチ４の寄生ダイオードでの電圧降下を１Ｖとすると、前記充電制御スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧は３Ｖとなる。
【００２２】
従って、このとき充電電流が１Ａである場合、前記充電制御スイッチ５ａでの消費電力は３Ｗと大きくなってしまう。
従って、上記のような充放電制御回路では、過放電状態にあるバッテリー１を充電すると、充電制御スイッチ５ａでの消費電力が大きいため、該スイッチが発熱してしまう問題を生じていた。
【００２３】
本発明の目的は、過放電状態にある二次電池を充電する場合に、充電制御スイッチでの消費電力を抑えて、該充電制御スイッチを発熱させることなく充電することができる機能を備えた充放電制御回路を提供することにある。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、図１に示す充放電制御回路では、第１の充電制御スイッチに、第２の充電制御スイッチと電流制限手段との直列回路を並列に接続させた。そして、過放電検出部と過充電検出部の各出力を入力とする論理回路を備えることで、過放電状態での充電では、第１の充電制御スイッチはオフさせ、第２の充電制御スイッチと電流制限手段とに充電電流を流し、定電圧充電を行う構成とした。
【００２５】
図２に示す充放電制御回路では、過放電状態における第１及び第２の充電制御スイッチの制御を、過充電検出部及び過放電検出部と、さらに、二次電池の電圧レベルに応じて制御する低電圧時誤動作防止回路とにより行う構成とした。また、前記過充電検出部、過放電検出部及び低電圧時誤動作防止回路の各出力を入力とする論理回路を備えた。
【００２６】
そして、前記二次電池の電圧が低電圧時誤動作防止回路の閾値以下での充電では、第１の充電制御スイッチはオフさせ、第２の充電制御スイッチと電流制限手段とに充電電流を流し、定電圧充電を行うこととした。
【００２７】
【発明の実施の形態】
（第一の実施の形態）
図１は、この発明を具体化した充放電制御回路の第一の実施の形態を示す。尚、説明の便宜上、前記従来例と同一構成部分については同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００２８】
前記第１の充電制御スイッチ５ａには、第２の充電制御スイッチ５ｂ及び電流制限手段としての抵抗Ｒとの直列回路が並列接続されている。この第２の充電制御スイッチ５ｂは、ＰチャネルＭＯＳトランジスタで構成され、そのソース−ドレイン間には前記第２の充電制御スイッチ５ｂのソース側をカソードとする寄生ダイオードが形成されている。
【００２９】
前記第２の充電制御スイッチ５ｂを介して行う充電は、該スイッチ５ｂに充電電流が流れると前記抵抗Ｒでの電圧降下の発生により、充電電圧を定電圧充電設定電圧まで上昇させる定電圧充電である。すなわち、前記抵抗Ｒでの電圧降下分が定電圧充電設定電圧よりも大きくなるように、前記抵抗Ｒの抵抗値が設定されている。
【００３０】
前記過充電検出部８の出力信号は、ＯＲ回路１１ａ，１１ｂに入力される。また、前記過放電検出部９の出力信号は、前記放電制御スイッチ４のゲート及び前記ＯＲ回路１１ａに入力されるとともに、インバータ回路１２を介して前記ＯＲ回路１１ｂに入力される。
【００３１】
前記ＯＲ回路１１ａの出力信号Ｃｏｕｔは前記第１の充電制御スイッチ５ａのゲートに入力され、前記ＯＲ回路１１ｂの出力信号ＰｒｅＣｏｕｔは前記第２の充電制御スイッチ５ｂのゲートに入力される。従って、前記過放電検出部９からＨレベルの信号が出力されたときのみ、ＯＲ回路１１ｂからはＬレベルの信号が出力され、第２の充電制御スイッチ５ｂがオンされる。
【００３２】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
充放電制御部３内のセル電圧検出部６は、各セル２ａ，２ｂ，２ｃのＢＨ−ＢＭ端子間、ＢＭ−ＢＬ端子間及びＢＬ−ＧＮＤ端子間の各端子間電圧を検出し、その出力信号は前記過充電検出部８及び過放電検出部９に入力される。
【００３３】
そして、前記各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかのセル電圧が前記過充電検出部８の基準電圧ＶTHを越えている場合、該過充電検出部８から過充電状態を検出するＨレベルの信号が出力され、そのＨレベルの信号がＯＲ回路１１ａ，１１ｂに入力される。
【００３４】
一方、過放電検出部９の出力信号ＤｏｕｔはＬレベルであり、放電制御スイッチ４はオンされるとともに、そのＬレベルの信号はＯＲ回路１１ａ及びインバータ回路１２に入力される。そして、インバータ回路１２で反転されてＨレベルの信号がＯＲ回路１１ｂに入力される。
【００３５】
従って、ＯＲ回路１１ａ，１１ｂの出力信号Ｃｏｕｔ，ＰｒｅＣｏｕｔはＨレベルとなり第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂは、ともにオフされて充電は禁止される。
【００３６】
そして、出力端子ｔ１，ｔ２に携帯用電子機器が接続されると、放電電流が放電制御スイッチ４を介して第１の充電制御スイッチ５ａの寄生ダイオードに流れ、バッテリー１から携帯用電子機器に電源電圧Ｖｃｃ及び放電電流が供給される。
【００３７】
次いで、放電が進み電源電圧Ｖｃｃが低下して、すべてのセル２ａ，２ｂ，２ｃのセル電圧が、過充電検出部８の基準電圧ＶTHと過放電検出部９の基準電圧ＶTLの範囲内、すなわち通常状態にあるとき、前記過充電検出部８及び過放電検出部９からは、Ｌレベルの信号が出力される。
【００３８】
従って、ＯＲ回路１１ａからはＬレベルの信号、ＯＲ回路１１ｂからはＨレベルの信号が出力され、第２の充電制御スイッチ５ｂはオフされるが、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａはオンされる。
【００３９】
ここで、出力端子ｔ１，ｔ２に充電器が接続されると、充電電流が第１の充電制御スイッチ５ａ及び放電制御スイッチ４に流れて定電流充電が行われる。ここで、例えば前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖであり、各セル電圧が３Ｖで電源電圧Ｖｃｃは９Ｖとすると、通常状態での定電流充電における充電電圧は、それより少し高い１０Ｖ程度になる。一方、前記第１の充電制御スイッチ５ａの閾値電圧は４Ｖ程度である。
【００４０】
従って、第１の充電制御スイッチ５ａのソース−ゲート間電圧１０Ｖは、該スイッチ５ａの閾値電圧４Ｖよりも十分高いので、オン抵抗は小さくなる。すなわち、第１の充電制御スイッチ５ａのソース−ドレイン間電圧は小さくなるため、該スイッチ５ａでの消費電力は抑えられ、該スイッチ５ａが発熱することなく充電が行われる。
【００４１】
そして、定電圧充電設定電圧を例えば１２．６Ｖとし、充電が進み、電源電圧Ｖｃｃが前記定電圧充電設定電圧１２．６Ｖに達すると、定電圧充電に切り換わる。
【００４２】
次に、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかのセル電圧が前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLより低くなった場合、該過放電検出部９から過放電状態を検出するＨレベルの信号が出力され、放電制御スイッチ４はオフされ放電は禁止される。
【００４３】
このとき、ＯＲ回路１１ａからはＨレベルの信号が出力され、ＯＲ回路１１ｂからはＬレベルの信号が出力されるので、第２の充電制御スイッチ５ｂのみが導通状態となる。ここで、放電制御スイッチ４はオフしているものの出力端子ｔ１，ｔ２間には、第２の充電制御スイッチ５ｂ、抵抗Ｒ、放電制御スイッチ４の寄生ダイオード、バッテリー１の導通経路が形成されて充電が行われる。
【００４４】
従って、過放電状態で電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで低下していて、そのため充電電圧が低い場合でも、充電電流が第２の充電制御スイッチ５ｂに流れると、抵抗Ｒで電圧降下が発生するため、充電電圧を直ちに定電圧充電設定電圧１２．６Ｖまで上昇させる。
【００４５】
すなわち、過放電状態では１２．６Ｖの定電圧充電が行われる。この定電圧充電では、第２の充電制御スイッチ５ｂのソース−ゲート間電圧は、ほぼ定電圧充電設定電圧１２．６Ｖであり、該スイッチ５ｂの閾値電圧４Ｖより十分高いものとなる。
【００４６】
すなわち、第２の充電制御スイッチ５ｂのオン抵抗は小さく、該スイッチ５ｂのソース−ドレイン間電圧は小さくなる。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂでの消費電力は抑えられ、該スイッチ５ｂが発熱することなく充電が行われる。
【００４７】
そして、この充電により過放電状態にあったセルのセル電圧が上昇し、すべてのセル電圧が基準電圧ＶTLよりも高くなると、前記のように過充電検出部８及び過放電検出部９は、セル２ａ，２ｂ，２ｃの通常状態を検出し、ともにＬレベルの信号を出力する。すると、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａが、ともにオン状態になると同時に、第２の充電制御スイッチ５ｂがオフして、再度定電流充電が行われるようになる。
【００４８】
上記のように構成した充放電制御回路では、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１が充電されると、充電電流は第２の充電制御スイッチ５ｂを介して、該スイッチ５ｂに直列接続した抵抗Ｒに流れる。従って、電源電圧Ｖｃｃの電圧レベルが０Ｖ付近にまで極端に低下している場合にも、前記抵抗Ｒでの電圧降下により充電電圧を定電圧充電設定電圧の１２．６Ｖまで直ちに上昇させる。すなわち、１２．６Ｖの定電圧充電を行うことで、第２の充電制御スイッチ５ｂの消費電力を小さくして、該スイッチ５ｂが発熱することなく充電することができる。
【００４９】
（２）抵抗Ｒで発生する電圧降下は、定電圧充電設定電圧１２．６Ｖより大きくなるように設定した。すなわち、第２の充電制御スイッチ５ｂを介しての定電圧充電時に流れる充電電流は、定電流充電値として設定された充電電流よりも小さい電流値に制限される。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂが発熱することなく充電することができる。
【００５０】
（３）第２の充電制御スイッチ５ｂと抵抗Ｒとの直列回路を、第１の充電制御スイッチ５ａに並列接続させた。この構成にすれば、過放電状態にあるバッテリー１と、通常状態にあるバッテリー１とを別々のスイッチによって、充電を切り換えることができる。従って、過放電状態、通常状態のいずれの充電時においても、スイッチ素子が発熱するのを防止することができる。
【００５１】
（４）直列に接続された３つのセル２ａ，２ｂ，２ｃが不均衡な状態、すなわち、前記３つのセルのうち、一つの電池が過放電状態にあり、一つあるいは二つの電池が過充電状態にある場合でも、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂをともにオフさせて、それ以上の充電を禁止することができる。
【００５２】
（５）スイッチ素子を発熱させることなく充電が行える機能を二次電池装置に備えることが可能であるため、二次電池を充電する外部充電回路の簡素化、部品点数の削減に貢献できる。
（第二の実施の形態）
図２は、第二の実施の形態を示す。
【００５３】
この実施の形態は、前記第一の実施の形態のバイアス発生回路１０に低電圧時誤動作防止回路１３が接続されたものである。この低電圧時誤動作防止回路１３には閾値電圧が設定され、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過放電状態にあるバッテリー１の電源電圧Ｖｃｃが前記閾値電圧より高いときＨレベルの信号が出力され、該閾値電圧より低いときＬレベルの信号が出力される。
【００５４】
前記低電圧時誤動作防止回路１３の出力信号はインバータ回路１４に入力され、そのインバータ回路１４の出力信号はＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５に入力される。従って、前記低電圧時誤動作防止回路１３の出力信号によって前記第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂが制御される。
【００５５】
また、過充電検出部８の出力信号はＯＲ回路１１ｃに入力され、過放電検出部９の出力信号Ｄｏｕｔは放電制御スイッチ４に入力されるとともにＮＯＲ回路１５に入力される。そして、ＯＲ回路１１ｃの出力信号Ｃｏｕｔは第１の充電制御スイッチ５ａに入力され、ＮＯＲ回路１５の出力信号ＰｒｅＣｏｕｔは第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。
【００５６】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
さて、過充電状態にあるときは、低電圧時誤動作防止回路１３はＨレベルの信号を出力し、そのＨレベルの信号はインバータ回路１４によって反転されると、Ｌレベルの信号が出力される。また、過充電検出部８からはＨレベルの信号が出力され、過放電検出部９からはＬレベルの信号が出力される。すると、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５からは、ともにＨレベルの信号が出力され、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂはともにオフする。従って、放電制御スイッチ４のみがオンされるので、充電は禁止され、放電のみが行われる。
【００５７】
また、通常状態にあるときも、低電圧時誤動作防止回路１３はＨレベルの信号を出力する。そして、前記過充電検出部８及び過放電検出部９ともにＬレベルの信号を出力する。従って、放電制御スイッチ４及び第１の充電制御スイッチ５ａのみがオンするので、放電もしくは充電が行われ、充電時には定電流充電が行われる。
【００５８】
次いで、過放電状態にあるときは、過充電検出部８からＬレベル、過放電検出部９からはＨレベルの信号が出力され、前記放電制御スイッチ４はオフして放電は行われない。
【００５９】
ここで、例えば低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧が４Ｖに設定されていて、前記過放電検出部９の基準電圧ＶTLが２．５Ｖ、各セル電圧が１Ｖで電源電圧Ｖｃｃが３Ｖのとき、すなわち電源電圧Ｖｃｃが前記回路１３の閾値より低いとき、該回路１３からはＬレベルの信号が出力される。
【００６０】
そして、前記Ｌレベルの信号がインバータ回路１４で反転されて、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５に入力されると、Ｈレベルの出力信号Ｃｏｕｔ、Ｌレベルの出力信号ＰｒｅＣｏｕｔとなる。従って、第２の充電制御スイッチ５ｂのみがオンするので、充電時には抵抗Ｒに充電電流が流れて定電圧充電が行われる。
【００６１】
一方、前記基準電圧ＶTLが２．５Ｖ、各セル電圧が２Ｖで電源電圧Ｖｃｃが６Ｖのとき、すなわち過放電状態ではあるが、電源電圧Ｖｃｃが前記低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧４Ｖより高いとき、前記回路１３からはＨレベルの信号が出力される。従って、ＯＲ回路１１ｃ及びＮＯＲ回路１５からは、ともにＬレベルの信号が出力されるため第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂがともにオンする。
【００６２】
この状態で充電を行うと、充電電流は低インピーダンスである第１の充電制御スイッチ５ａの経路に流れるため、過放電状態ではあるが定電流充電が行われる。
【００６３】
従って、上記のように構成した充放電制御回路では前記第一の実施の形態における（１），（２），（３）及び（５）の作用効果に加え、次に示す作用効果を得ることができる。
（１）低電圧時誤動作防止回路１３を設けたことにより、過放電状態において、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂの同時オン期間を設定することができる。従って、定電圧充電から定電流充電へ移行するとき、すなわち第１の充電制御スイッチ５ａから第２の充電制御スイッチ５ｂへの切り替わり時における、瞬間的な同時オフによる充電電圧上昇を防止することができる。
（２）第２の充電制御スイッチ５ｂを介して行う定電圧充電時間を極力抑え、過放電状態においても、電源電圧Ｖｃｃが０Ｖ付近にまで極度に低下していない場合には、第１の充電制御スイッチ５ａを介して定電流充電を行った。すなわち、過放電状態においても、第１の充電制御スイッチ５ａが発熱しない程度にまで、充電電圧が確保できる場合には、該スイッチ５ａを介して定電流充電を行った。この構成にすれば、スイッチ素子が発熱することなく充電を行うことができるとともに、充電時間を短縮することができる。
（３）低電圧時誤動作防止回路１３の閾値電圧を変更することによって、第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂの制御電圧を任意に設定可能である。
（第三の実施の形態）
図３は、第三の実施の形態を示す。
【００６４】
この実施の形態は、前記第二の実施の形態にさらにＯＲ回路１１ｄを導入したものであり、前記ＮＯＲ回路１５の出力信号及び過充電検出部８の出力信号が前記ＯＲ回路１１ｄに入力される。
【００６５】
そして、前記ＯＲ回路１１ｄの出力が出力信号ＰｒｅＣｏｕｔとして第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。従って、本実施形態では過充電検出部８から出力される信号がＯＲ回路１１ｃを介して第１の充電制御スイッチ５ａに、ＯＲ回路１１ｄを介して第２の充電制御スイッチ５ｂに入力される。
【００６６】
次に、上記のように構成された充放電制御回路の動作を説明する。
なお、この実施の形態では、通常状態及び過放電状態において、前記第二の実施の形態と同様の動作が行われる。
【００６７】
さて、各セル２ａ，２ｂ，２ｃの少なくともいずれかが過充電状態にあるとき、過充電検出部８からはＨレベルの信号が出力され、そのＨレベルの出力信号はＯＲ回路１１ｃ，１１ｄに入力される。従って、前記ＯＲ回路１１ｃ，１１ｄの出力信号はＨレベルであり、このとき第１及び第２の充電制御スイッチ５ａ，５ｂは、ともにオフする。
【００６８】
従って、上記のように構成した充放電制御回路では前記第一の実施の形態における（１）〜（５）及び第二の実施の形態における（１）〜（３）の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
【００６９】
尚、前記各実施の形態は、以下のように実施してもよい。
○論理回路の構成は、前記各実施の形態におけるものに限定されるものではない。すなわち、前記各実施の形態での出力信号Ｃｏｕｔ及び出力信号ＰｒｅＣｏｕｔが得られる構成であればよい。
【００７０】
【発明の効果】
以上詳述してきたように、本発明によれば、過放電状態にある二次電池を充電する場合に、充電制御スイッチでの消費電力を抑えて、該充電制御スイッチを発熱させることなく充電することができる機能を備えた充放電制御回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第一の実施の形態を示す回路図である。
【図２】 第二の実施の形態を示す回路図である。
【図３】 第三の実施の形態を示す回路図である。
【図４】 従来例を示す回路図である。
【符号の説明】
４ 放電制御スイッチ
５ａ 第１の充電制御スイッチ
５ｂ 第２の充電制御スイッチ
８ 過充電検出部
９ 過放電検出部
Ｒ 電流制限手段（抵抗）
Claims (7)
- 定電流定電圧充電を行う二次電池の充放電制御回路であって、
一つ以上のセルで構成された二次電池のセル電圧の下限値を検出して過放電状態を検出する過放電検出部と、
前記セル電圧の上限値を検出して過充電状態を検出する過充電検出部と、
前記過放電検出部の出力信号に基づいて、前記過放電状態では、オフとなる放電制御スイッチと、
前記放電制御スイッチと直列接続され、前記過放電検出部及び過充電検出部の出力信号に基づいて、前記過放電状態では、オフとなる第１の充電制御スイッチと、
前記第１の充電制御スイッチと並列接続され、前記過放電検出部及び過充電検出部の出力信号に基づいて、前記過放電状態では、オンとなる第２の充電制御スイッチと、
前記第２の充電制御スイッチの二次電池側に直列に接続し、充電時における電圧降下分を定電圧充電設定電圧に比べ大きく設定した電流制限手段と
を備え、前記第２の充電制御スイッチを介して行う充電は、前記第２の充電制御スイッチのソース−ゲート間電圧をほぼ前記定電圧充電設定電圧とする定電圧充電としたことを特徴とする充放電制御回路。 - 前記過充電検出部及び過放電検出部の出力部には、その出力信号を入力信号とする複数からなる論理回路を構成し、その論理回路の出力信号に基づいて、前記第１及び第２の充電制御スイッチを制御したことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
- 定電流定電圧充電を行う二次電池の充放電制御回路であって、
一つ以上のセルで構成された二次電池のセル電圧の下限値を検出して過放電状態を検出する過放電検出部と、
前記セル電圧の上限値を検出して過充電状態を検出する過充電検出部と、
前記二次電池の電圧レベルが所定値より低い場合には低電圧時状態を検出する低電圧時誤動作防止回路と、
前記過放電検出部の出力信号に基づいて、前記過放電状態では、オフとなる放電制御スイッチと、
前記放電制御スイッチと直列接続され、前記過充電検出部及び前記低電圧時誤動作防止回路の出力信号に基づいて、前記過充電状態または前記低電圧時状態では、オフとなる第１の充電制御スイッチと、
前記第１の充電制御スイッチと並列接続され、前記過放電検出部及び前記低電圧時誤動作防止回路の出力信号に基づいて、前記過放電状態または前記低電圧時状態では、オンとなる第２の充電制御スイッチと、
前記第２の充電制御スイッチの二次電池側に直列に接続して、充電時における電圧降下分を定電圧充電設定電圧に比べ大きく設定した電流制限手段と
を備え、前記第２の充電制御スイッチを介して行う充電は、前記第２の充電制御スイッチのソース−ゲート間電圧をほぼ前記定電圧充電設定電圧とする定電圧充電としたことを特徴とする充放電制御回路。 - 前記低電圧時誤動作防止回路には、前記過放電状態にある前記二次電池の電圧レベルに対し閾値を設定して、該閾値を可変させることにより、前記第１の充電制御スイッチのオン、オフの切換え電圧を任意に設定可能としたことを特徴とする請求項３に記載の充放電制御回路。
- 前記過充電検出部、前記過放電検出部及び前記低電圧時誤動作防止回路の出力部には、その出力信号を入力信号とする複数からなる論理回路を構成し、その論理回路の出力信号に基づいて、前記第１及び第２の充電制御スイッチを制御したことを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の充放電制御回路。
- 前記論理回路の出力は、前記セルのいずれかが前記過充電状態のときには、前記第１及び第２の充電制御スイッチともに非導通状態とし、前記セルのいずれかが前記過放電状態のときには、少なくとも第２の充電制御スイッチを導通状態とし、前記セルのいずれもが前記過充電状態及び過放電状態に該当しないときには、第１の充電制御スイッチのみを導通状態とする構成にしたことを特徴とする請求項２又は５のいずれかに記載の充放電制御回路。
- 請求項１乃至６のいずれかに記載の充放電制御回路を搭載したことを特徴とする二次電池装置。
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