JP3863031B2

JP3863031B2 - バッテリー状態監視回路

Info

Publication number: JP3863031B2
Application number: JP2002038142A
Authority: JP
Inventors: 敦司桜井; 裕康横田
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-12-27
Anticipated expiration: 2022-02-15
Also published as: TW552759B; KR100818850B1; US6867567B2; KR20020067667A; CN1391109A; US20020109484A1; JP2002320324A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電制御用トランジスタゲート接続端子と放電制御用トランジスタゲート接続端子、過電流の電圧検出端子、マイコン用のコントロール端子を備えたバッテリー状態監視回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、バッテリー状態監視回路は、図2に示されるように、各電池電圧モニター用端子５Ａ〜９Ａと充電制御用トランジスタゲート接続端子（以下、ＣＯＰ端子とする）１０Ａ，放電制御用トランジスタゲート接続端子（以下、ＤＯＰ端子とする）１１Ａ、過電流の電圧検出端子（以下、ＶＭＰ端子とする）１２Ａ、マイコン用のコントロール端子（以下、ＣＴＬ端子とする）１３Ａを備えており、バッテリー装置としては、充電制御用トランジスタ１４Ａと放電制御用トランジスタ１６Ａ、ＶＭＰ端子用プルアップ抵抗１８Ａ、二次電池１Ａ〜４Ａとで構成され、ＣＴＬ端子１３Ａにはマイコン２１Ａ、バッテリー装置の外部端子となるＥＢ＋とＥＢ−間に負荷１９Ａや充電器２０Ａが接続される。
【０００３】
ＶＭＰ端子１２Ａはプルアップ抵抗１８Ａにより、通常状態ではＶＤＤにプルアップされている。ＶＭＰ端子１２ＡはＶＤＤ〜ＶＭＰ端子間の電圧をモニターし、ＶＤＤから所望の電圧分下がったことを検出して、ＤＯＰ端子１１Ａに“Ｈ”を出力させる。つまり、ＶＭＰ＝“Ｌ”でＤＯＰ＝“Ｈ”とし、放電制御トランジスタ１６ＡをＯＦＦさせる。
【０００４】
ＣＴＬ端子１３Ａはバッテリー状態監視回路２２Ａとマイコン２１Ａとの間で通信を行うための端子である。従来の図２において、ＣＴＬ端子１３Ａに充電禁止信号（ここでは過充電禁止信号を“Ｈ”とする）が入力されると、ＣＯＰ端子１４Ａに“Ｈ”を出力させる。つまり、ＣＴＬ＝“Ｈ”でＣＯＰ＝“Ｈ”とし、充電制御トランジスタ１４ＡをＯＦＦさせる。ここで、図２に示した矢印は信号の流れを示している。
【０００５】
図４に従来のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置のＣＴＬとＶＭＰとＣＯＰの関係を表わしたタイミングチャート図を示す。図４より、マイコン２１Ａより充電禁止信号がＣＴＬ端子１３Ａに入力されるとＣＯＰ端子１０Ａは“Ｈ”を出力し充電制御トランジスタ１４ＡをＯＦＦさせる。また、過電流等の信号によりＶＭＰ端子電圧が検出電圧に達すると、ＤＯＰ端子は“Ｈ”を出力し放電制御トランジスタ１６ＡをＯＦＦさせる。
【０００６】
つまり、ＣＴＬ＝“Ｈ”のときはＶＭＰ端子１２Ａの信号に関わらず、ＣＯＰ＝“Ｈ”としていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のバッテリー装置では、マイコン２１Ａから充電禁止信号がＣＴＬ端子１３Ａに入力されると、充電制御トランジスタ１４Ａと放電制御トランジスタ１６Ａの両方がＯＦＦとなり、ＥＢ＋とＥＢ−間に負荷が接続されていても、電池電圧を供給できない状態でロックしてしまうという問題点があった。
【０００８】
図２において、マイコン２１Ａから充電禁止信号がＣＴＬ端子１３Ａに入力されるとＣＯＰ端子１０Ａは“Ｈ”を出力し、充電制御トランジスタ１４ＡはＯＦＦする。このとき、ＥＢ＋とＥＢ−間に負荷が接続されていると、電流は充電制御トランジスタ１４Ａの寄生ダイオード１５Ａを介して流れるので、ＶＤＤとＥＢ＋間に寄生ダイオード１５Ａのジャンクション電圧（ＶＦ）分の電圧降下が生じる。ここで、ＶＭＰ端子１２ＡはＶＤＤとＶＭＰ端子間の電圧を監視しているので、前記電圧降下により過電流検出がかかり、ＤＯＰ端子は“Ｈ”を出力し、放電制御トランジスタ１６ＡはＯＦＦする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明はＣＴＬ端子１３Ａに充電禁止信号が入力されても、ＶＭＰ端子１２Ａが過電流検出電圧となった場合、ＣＴＬ端子１３Ａの充電禁止信号をキャンセルする回路を付加することで、充電制御トランジスタ１４Ａと放電制御トランジスタ１６Ａの両方がＯＦＦとなり、負荷に電池電圧を供給できないロックモードを起こさせないようにした。
【００１０】
バッテリー装置の＋端子と−端子からなる外部端子にスイッチ素子を介して直列に接続された二次電池の充放電制御を行うためのバッテリー状態監視回路において、前記二次電池の充電制御用トランジスタゲート接続端子と、前記二次電池の放電制御用トランジスタゲート接続端子と、過電流の電圧検出端子と、マイコン用のコントロール端子と、Ｂｏｘ回路と、を備えており、前記Ｂｏｘ回路は、前記過電流の電圧検出端子が過電流検出電圧となった場合、マイコンから充電禁止信号が前記マイコン用のコントール端子に入力されても、前記充電禁止信号をキャンセルした信号を前記充電制御用トランジスタゲート接続端子に出力する。
【００１１】
前記Ｂｏｘ回路は、ＡＮＤ回路により構成されており、前記ＡＮＤ回路の入力に前記マイコン用コントロール端子と過電流の検出端子が接続されており、前記ＡＮＤ回路の出力に前記二次電池の充電制御用トランジスタゲート接続端子が接続されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明は、バッテリー状態監視回路において、ＣＴＬ端子１３に充電禁止信号が入力されても、ＶＭＰ端子１２が過電流検出電圧となった場合、ＣＴＬ端子１３の充電禁止信号をキャンセルする回路を付加する構成とした。
【００１３】
【実施例】
図１は本発明を適用したバッテリー状態監視回路とこれを用いたバッテリー装置の構成例を示している。以下にこの発明の実施例を図１に基づいて説明する。
【００１４】
図１において、二次電池１〜４（例えばリチウムイオン電池のセル）が複数個直列に接続されている。また、二次電池１の正極は、ＦＥＴ等で構成された放電制御トランジスタ１６に接続されている。放電制御トランジスタ１６と充電制御トランジスタ１４は直列に接続されており、充電制御トランジスタはバッテリー装置の外部端子であるＥＢ＋に直接接続されている。充電制御トランジスタ１４、放電制御トランジスタ１６はバッテリー装置からの放電、充電器からの充電を制御するためのスイッチ素子として使用されている。バッテリー装置への充電を禁止するときには充電制御トランジスタ１４をＯＦＦすれば良い。また、バッテリー装置からの放電を禁止するときには放電制御トランジスタ１６をＯＦＦにすれば良い。
【００１５】
本発明では、ＣＴＬ端子１３に充電禁止信号が入力されても、ＶＭＰ端子１２が過電流検出電圧となった場合、ＣＴＬ端子１３の充電禁止信号をキャンセルする回路構成とする。
【００１６】
図１では一例としてＡＮＤ回路での構成としたが、前記回路構成に当てはまる回路すべてをＢｏｘ回路２３として図１に示している。図１中の矢印は信号の流れを示している。
【００１７】
図３に本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置のＣＴＬとＶＭＰとＣＯＰの関係を表わしたタイミングチャート図を示す。図３より、ＣＴＬ＝“Ｈ”のときＶＭＰ＝“Ｌ”であれば、ＣＯＰ＝“Ｌ”とし、ＣＴＬ＝ＶＭＰ＝“Ｈ”のときのみＣＯＰ＝“Ｈ”としている。
【００１８】
本発明の図１で充放電制御トランジスタ１４，１６はPchトランジスタとしているが、バッテリー状態監視回路の論理を逆転することで、Nchトランジスタも可能である。
【００１９】
図５は本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置の他の例を示したブロック図である。図５は新たに過充電検出回路２５と過電流検出回路２６とが追加されており、またＢｏｘ回路２３にかわりＢｏｘ回路２４が設けられている。その他は図1と同様である。
【００２０】
過充電検出回路２５は電池電圧モニター用端子５〜９が入力として接続されており、二次電池１〜４の各電圧をモニターしている。過充電検出回路２４は二次電池１〜４のいずれかが過充電検出電圧を超えた場合には、Ｂｏｘ回路２４に充電禁止信号を出力する。
【００２１】
過電流検出回路２６は電池電圧モニター用端子５と過電流の電圧検出端子１２とが入力として接続されており、前記２つの入力の電圧差をモニターしている。
放電電流が大きくなって、放電電流と充電制御トランジスタ１４および放電制御トランジスタ１６のチャネル抵抗との積で発生する電圧差が大きくなり過電流検出電圧を超えた場合には、Ｂｏｘ回路２４と放電制御用トランジスタゲート接続端子１１とに放電禁止信号を出力する。
【００２２】
Ｂｏｘ回路２４はマイコン用のコントロール端子１３と過充電検出回路２５からの出力と過電流検出回路２６からの出力とが入力として接続されており、過充電検出回路２５からの充電禁止信号またはマイコンからの充電禁止信号が入力された場合には、充電制御用トランジスタゲート接続端子１０に充電禁止信号を出力する。ただし、過電流検出回路２６から放電禁止信号が出力された場合には、少なくともマイコンからの充電禁止信号をキャンセルする。
【００２３】
図５において、マイコン２１から充電禁止信号がＣＴＬ端子１３を通してＢｏｘ回路２４に入力されると、Ｂｏｘ回路２４は充電制御用トランジスタゲート接続端子１０に充電禁止信号を出力する。すると充電制御トランジスタ１４はＯＦＦする。このとき、ＥＢ＋とＥＢ−間に負荷が接続されていると、電流は充電制御トランジスタ１４の寄生ダイオード１５を介して流れるので、ＶＤＤとＥＢ＋間に寄生ダイオード１５のジャンクション電圧（ＶＦ）分の電圧降下が生じる。するとＶＤＤとＶＭＰ端子間の電圧を監視しているＶＭＰ端子１２の電圧が下がり、過電流検出回路２６は放電禁止信号を出力する。Ｂｏｘ回路２４に放電禁止信号が入力されると、マイコンからの充電禁止信号をキャンセルし、充電制御トランジスタ１４はＯＮする。すると寄生ダイオード１５のジャンクション電圧（ＶＦ）分の電圧降下が生じなくなるため、過電流検出回路２６は放電禁止信号を出力しなくなり、放電制御トランジスタ１６はＯＮのまま保持される。したがって、本発明のバッテリー装置では、ＥＢ＋とＥＢ−間に負荷が接続されている場合にマイコン２１から充電禁止信号がＣＴＬ端子１３に入力されても、充電制御トランジスタ１４と放電制御トランジスタ１６の両方がＯＦＦにはならず、電池電圧を供給し続けることができるようになった。なお、図5では図示していないが、過電流検出回路２６から放電制御用トランジスタゲート接続端子１１へ出力される信号には所定の遅延が設けられている場合がある。
【００２４】
図６は本発明のＢｏｘ回路の例を示したブロック図である。図６はインバータ２７とＮＯＲ２８とＯＲ２９とで構成され、過充電検出回路２５からの入力信号３０とマイコン２１からの入力信号３１と過電流検出回路２６からの入力信号３２とがそれぞれ入力されている。出力信号３３は充電制御用トランジスタゲート接続端子１０に接続される。
過充電検出回路２５からの入力信号３０として充電禁止信号である“Ｈ”が入力された場合には、出力信号３３には充電禁止信号である“Ｈ”が出力される。
マイコン２１からの入力信号３１として充電禁止信号である“Ｈ”が入力され、さらに過電流検出回路２６からの入力信号３２として放電可能信号である“Ｌ”が入力された場合には、出力信号３３には充電禁止信号である“Ｈ”が出力される。
【００２５】
マイコン２１からの入力信号３１として充電禁止信号である“Ｈ”が入力され、さらに過電流検出回路２６からの入力信号３２として放電禁止信号である“Ｈ”が入力された場合には、出力信号３３には充電可能信号である“Ｌ”が出力される。
【００２６】
このように、図６のＢｏｘ回路は本発明の動作を簡単な回路で実現している。
すなわち過電流検出回路２６から放電禁止信号が出力された場合には、少なくともマイコンからの充電禁止信号をキャンセルできる。
【００２７】
図７は、本発明のＢｏｘ回路の他の例を示したブロック図である。図７はＮＯＲ３４，３５と遅延回路３６とで構成され、過充電検出回路２５からの入力信号３０とマイコン２１からの入力信号３１と過電流検出回路２６からの入力信号３２とがそれぞれ入力されている。出力信号３３は充電制御用トランジスタゲート接続端子１０に接続される。遅延回路３６はＮＯＲ３５と出力信号３３との間の信号を所定の時間遅らせる。
【００２８】
過充電検出回路２５からの入力信号３０として充電禁止信号である“Ｈ”が入力されるか、もしくはマイコン２１からの入力信号３１として充電禁止信号である“Ｈ”が入力されて、かつ過電流検出回路２６からの入力信号３２として放電可能信号である“Ｌ”が入力された場合には、遅延回路３６により所定の遅延時間を経て出力信号３３には充電禁止信号である“Ｈ”が出力される。
過充電検出回路２５からの入力信号３０として充電禁止信号である“Ｈ”が入力されるか、もしくはマイコン２１からの入力信号３１として充電禁止信号である“Ｈ”が入力されて、かつ過電流検出回路２６からの入力信号３２として放電禁止信号である“Ｈ”が入力された場合には、遅延回路３６により所定の遅延時間を経て出力信号３３には充電可能信号である“Ｌ”が出力される。
【００２９】
このように、図７のＢｏｘ回路は本発明の動作を簡単な回路で実現している。
すなわち過電流検出回路２６から放電禁止信号が出力された場合には、少なくともマイコンからの充電禁止信号をキャンセルできる。なお、遅延回路３６は図６においても同様のものを設けることができる。
【００３０】
以上のように、本発明はバッテリー状態監視回路において、マイコン用のコントロール端子に充電禁止信号が入力されても、過電流の電圧検出端子が過電流検出電圧となった場合、マイコン用のコントロール端子の充電禁止信号をキャンセルできれば如何なる回路構成をとることもでき、実施例に何ら限定されることはない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明はＥＢ＋とＥＢ−間に負荷が接続されている場合にマイコンから充電禁止信号が入力されても、充電制御トランジスタと放電制御トランジスタの両方がＯＦＦにはならないため、負荷に電圧を供給できないようなロックモードを防止できるという効果を有する。その結果、使用中に電源が供給不能になるような不具合を防止でき、バッテリー装置の信頼性を高められるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置の例を示したブロック図である。
【図２】従来のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置の例を示したブロック図である。
【図３】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置のタイミングチャート図である。
【図４】従来のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置のタイミングチャート図である。
【図５】本発明のバッテリー状態監視回路及びそれを用いたバッテリー装置の他の例を示したブロック図である。
【図６】本発明のＢｏｘ回路の例を示したブロック図である。
【図７】本発明のＢｏｘ回路の他の例を示したブロック図である。
【符号の説明】
１、２、３、４二次電池
５、６、７、８、９電池電圧モニター用端子
１０充電制御用トランジスタゲート接続端子
１１放電制御用トランジスタゲート接続端子
１２過電流の電圧検出端子
１３マイコン用のコントロール端子
１４充電制御トランジスタ
１５充電制御トランジスタ寄生ダイオード
１６放電制御トランジスタ
１７放電制御トランジスタ寄生ダイオード
１８過電流の電圧検出端子用プルアップ抵抗
１９負荷抵抗
２０充電器
２１マイコン
２２バッテリー状態監視回路
２３、２４Ｂｏｘ回路
２５過充電検出回路
２６過電流検出回路
２７インバータ
２８、３４、３５ＮＯＲ
２９ＯＲ
３０過充電検出回路２５からの入力信号
３１マイコン２１からの入力信号
３２過電流検出回路２６からの入力信号
３３出力信号
３６遅延回路

Claims

バッテリー装置の＋端子と−端子からなる外部端子にスイッチ素子を介して直列に接続された二次電池の充放電制御を行うためのバッテリー状態監視回路において、
前記二次電池の過充電を検出する過充電検出回路と、
前記二次電池の過電流を検出する過電流検出回路と、
前記二次電池の充電を制御するための充電制御用トランジスタゲート接続端子と、
前記二次電池の放電を制御するための放電制御用トランジスタゲート接続端子と、
過電流を検出するための電圧検出端子と、
マイコンから充電禁止信号を入力するマイコン用のコントロール端子と、
前記過充電検出回路の出力と、前記過電流検出回路の出力と、前記マイコン用のコントロール端子の充電禁止信号とを入力し、前記充電制御用トランジスタゲート接続端子に制御信号を出力するＢｏｘ回路と、を備えており、
前記Ｂｏｘ回路は、前記過充電検出回路の出力が過充電検出出力ではなく、前記マイコン用のコントール端子に充電禁止信号が入力されたとき、前記過電流検出回路の出力が過電流検出出力となった場合は、前記充電禁止信号を前記過電流検出出力の期間だけキャンセルした信号を前記充電制御用トランジスタゲート接続端子に出力し、過電流の誤検出を防止することを特徴とするバッテリー状態監視回路。
＋端子と−端子とからなる外部端子と、
前記外部端子と直列に接続したスイッチ素子と二次電池と、
前記二次電池の過充電を検出し、前記スイッチ素子の過電流を検出し、前記マイコンから前記充電禁止信号を入力して、前記スイッチ素子を制御する請求項１記載のバッテリー状態監視回路と、からなるバッテリー装置。