JP4379558B2 - 二次電池の保護回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に所定の遅延時間をもって前記二次電池の出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路に関し、特に、放電電流のオン/オフ動作が安定してできる二次電池の保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
充電可能な電池(二次電池)のうち、特にリチウムイオン電池は、過放電または過充電に弱いため、過放電状態または過充電状態に進む状態を検出し外部回路との接続をオフして電池を保護している。また、負荷を接続する外部接続端子の短絡などにより生じる過電流も、電池を破壊するので、過電流を検出した際にも外部回路との接続をオフして電池を保護している。
【0003】
例えば、図5に示される電池パック100では、二次電池101が、グラウンド電位に対してバッテリ電圧Vccを発生し、出力部102を介して正極端子および負極端子の外部接続端子に負荷を接続する。この負荷に対応して二次電池101が放電し負荷電流を負荷に供給する。この結果、二次電池101が消耗してバッテリ電圧Vccの低下を生じる。
【0004】
検出部103の過放電検出回路は、過放電検出しきい値を有しており、バッテリ電圧Vccが過放電検出しきい値より低い状態になった際には過放電状態として過放電検出信号を出力する。一方、充電などにより、バッテリ電圧Vccが所定の過放電復旧検出しきい値より高くなった場合には、過放電検出回路は過放電検出解除信号を出力する。
【0005】
また、検出部103の過電流検出回路は、過電流検出しきい値を有しており、二次電池101に流れる放電電流を計測しており、過電流検出しきい値より大きな状態になった際には過電流状態として過電流検出信号の所定電圧を出力する。一方、外部接続端子から負荷を外すなどして、放電電流がが所定の過電流復帰検出しきい値より低くなった場合には、過電流検出回路は過電流検出信号の電圧出力を停止する。
【0006】
しかしながら、検出部103が一つのしきい値により単純に検出信号の発生または停止を行う場合には出力部102におけるオン/オフ動作が不安定となる。これを解決するために、発生および復帰それぞれの検出に対するしきい値の決定にヒステリシス特性を用いたものがあるが、図5に示された例では、遅延用キャパシタC104を用いた遅延回路105が備えられている。従って、検出部103が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタC104に接続される。
【0007】
遅延回路105はコンパレータCOを有する。コンパレータCOは、二次電池101のバッテリ電圧Vccを一方の入力端子に接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部103の出力電圧をキャパシタC104と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に出力部102へオフ信号を出力して出力部102の放電電流をオフする。
【0008】
上述したように、検出部103が出力する検出信号の所定電圧は遅延用キャパシタC104に接続されるので、検出部103が過放電または過電流を検出した際にはキャパシタC104の電圧Vcが時間の経過と共に上昇する。従って、コンパレータCOで設定されるしきい値電圧は予定する異常検出までの遅延時間が得られる値である。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の二次電池の保護回路では、遅延回路におけるコンパレータの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Vが、電源電圧である二次電池のバッテリ電圧Vccを基準としているため、負荷に応じて変動することが避けられない。
【0010】
ここで、図2を参照すれば、図5における電源電圧Vで所望する遅延時間Taを得るために、コンパレータの一方の入力端子に接続される電源電圧Vが所定の基準電圧Vaを作成する必要がある。しかし、図2に示されるように、電源電圧Vが高い場合には、コンパレータにより生成される遅延時間は所望する遅延時間Taより長くなる。したがって、このような状況では、過電流状態が長引いた場合、構成素子に与えるダメージが大きいという問題点がある。
【0011】
本発明の課題は、キャパシタを用いて遅延時間を設定する構成で、このような問題点を解決し、過電流状態でも電源電圧の変動に依存せずに安定した遅延時間を得ることができる二次電池の保護回路を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明による二次電池の保護回路は、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に検出信号の所定電圧が印加された遅延用キャパシタCの電圧Vcが時間とともに上昇し所定の遅延時間をもって所定のしきい値電圧に達した際に前記二次電池の外部へ出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路において、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する検出部と、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧Vcを作成する遅延用キャパシタCと、この変化する電圧Vcと前記二次電池のバッテリ電圧を基準として作成された第1の基準電圧を閾値とした第1のしきい値電圧とを比較し前記第1のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第1の遅延回路と、前記変化する電圧Vcと前記二次電池のグランド電位を基準として作成された第2の基準電圧を閾値とした第2のしきい値電圧とを比較し前記第2のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第2の遅延回路と、前記第1および第2の遅延回路が出力するオフ信号を選択して出力する選択回路と、この選択回路のオフ信号出力を受けて前記二次電池の放電電流をオフとする出力部とを備えることを特徴としている。
【0014】
このような構成は、二次電池の一方の電極がグラウンド電位となるため、このグラウンド電位の側の基準電源は安定したものとなる。また、上記構成は、二次電池の過放電および過電流の何れも発生していない場合にのみ二次電池の外部へ出力する放電電流をオンとする作用と同一である。
【0016】
検出部は二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する。遅延用キャパシタは、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧を作成する。
【0017】
第1の遅延回路は、この変化する電圧を、前記二次電池のバッテリ電圧正極側と接続して設定される基準電圧と比較し所定の電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する。第2の遅延回路は、前記変化する電圧を、グラウンド電位となる前記二次電池の負極側と接続して設定される基準電圧と比較し所定の電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する。
【0018】
選択回路は、前記第1および第2の遅延回路が出力するオフ信号で安定した側の信号を選択して出力する。この選択回路では、過放電状態で電源電圧が低下の状況では前記第1の遅延回路の出力を選択し、過電流検出の際に高い電源電圧の状況では前記第2の遅延回路の出力を選択することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0020】
図1は本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。図1に示された電池パック10における二次電池11の保護回路では、出力部12で外部に供給する放電電流のオン/オフを制御するため、検出部13、遅延用キャパシタ14、遅延回路A15、遅延回路B16、および選択回路17を備えている。
【0021】
図1が上述した図5と相違する点は、遅延回路B16および選択回路17か追加されていることである。これ以外の構成要素は、原理的には従来と同一の機能を有している。
【0022】
二次電池11は、負電極のグラウンド電位に対して正電極にバッテリ電圧Vccを発生し、出力部12を介して正極端子および負極端子の外部接続端子に接続される負荷に負荷電流を供給する。この結果、二次電池11が消耗してバッテリ電圧Vccの低下が生じる。
【0023】
出力部12は、通常、外部接続端子に負荷が接続された際に二次電池11の負荷に放電電流を供給し、過放電または過電流を検出したような異常の際に選択回路17から異常検出信号を受けて放電電流の供給をオフするものとする。
【0024】
検出部13は過放電検出回路および過電流検出回路を有している。
【0025】
検出部13の過放電検出回路は、過放電検出しきい値を有しており、バッテリ電圧Vccが過放電検出しきい値より低い状態になった際には過放電状態として過放電検出信号の所定電圧を出力する。一方、充電などにより、バッテリ電圧Vccが所定の過放電復旧検出しきい値より高くなった場合には、過放電検出回路は過放電検出復帰信号を出力する。
【0026】
また、検出部13の過電流検出回路は、過電流検出しきい値を有しており、二次電池11に流れる放電電流を計測しており、過電流検出しきい値より大きな状態になった際には過電流状態として過電流検出信号の所定電圧を出力する。一方、外部接続端子から負荷を外すなどして、放電電流が所定の過電流復帰検出しきい値より高くなった場合には、過電流検出回路は過電流復帰信号を出力する。
【0027】
しかしながら、検出部13が一つのしきい値により単純に検出信号の発生または停止を行う場合には出力部12におけるオン/オフ動作が不安定となる。これを解決するために、遅延用キャパシタC14および遅延回路A15、B16が備えられている。従って、検出部13が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタC14に接続される。
【0028】
遅延回路A15はコンパレータCOaを有する。コンパレータCOaは、二次電池11のバッテリ電圧Vccを一方の入力端子に基準電圧Vaとして接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部13の出力電圧をキャパシタC14と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に選択回路17へオフ信号を出力する。
【0029】
また、遅延回路B16はコンパレータCObを有している。コンパレータCObは、二次電池11のグラウンド電位を一方の入力端子に基準電圧Vbとして接続して所定のしきい値電圧を設定し、検出部13の出力電圧をキャパシタC14と共に他方の入力端子に接続してこのしきい値電圧と比較し、一致した際に選択回路17へオフ信号を出力する。
【0030】
従って、コンパレータCOa,CObそれぞれの一方の入力端子は、検出部13の出力端子と遅延用キャパシタC14の一方の端子とを共通に接続している。
【0031】
上述したように、検出部13が出力する検出信号の所定電圧は、遅延用キャパシタC14に接続されるので、検出部13が過放電または過電流を検出した際には、キャパシタC14の電圧Vcが時間の経過と共に上昇する。従って、コンパレータCOa,CObそれぞれで設定されるしきい値電圧は所望する異常検出までの遅延時間が得られる値でなければならない。
【0032】
ここで、図2に図1を併せ参照して遅延回路A15から出力される検出遅延時間特性について説明する。
【0033】
遅延回路A15におけるコンパレータCOaの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Vaは、電源電圧である二次電池11のバッテリ電圧Vccを基準としている。従って、図2に示される所望の遅延時間Taを得るために電源電圧Vに基準電圧Vaを必要とする場合は、バッテリ電圧Vccから基準電圧Vaを作成してコンパレータCOaの入力端子に接続する。
【0034】
遅延回路A15は、図2に示されるように、基準電圧Vaをバッテリ電圧Vccから作成しているため、バッテリ電圧Vccの変動によりコンパレータCOaの検出に用いるしきい値電圧が変化する。すなわち、電源電圧Vの上昇に伴って検出遅延時間が長くなる。このことは、過放電のように電源電圧Vが低下する場合はよいが、過電流の際における高い電源電圧Vによる検出遅延時間の増大は避けねばならない。
【0035】
次に、図3に図1を併せ参照して遅延回路B16から出力される検出遅延時間特性について説明する。
【0036】
遅延回路B16におけるコンパレータCObの一方の入力端子に接続され所望の遅延時間を得るためのしきい値を決定する基準電圧Vbは、グラウンド電位を基準としている。従って、図3に示される所望の遅延時間Tbを得るために電源電圧Vに基準電圧Vbを必要とする場合は、グラウンド電位から基準電圧Vbを作成してコンパレータCObの入力端子に接続する。
【0037】
遅延回路B16は、図3に示されるように、基準電圧Vbをグラウンド電位から作成しているため、バッテリ電圧Vccの変動があってもコンパレータCObの検出に用いるしきい値電圧は変化しない。すなわち、過電流の際に高い電源電圧Vが生じても検出遅延時間Tbは変化しないので、出力部12のオフ制御に問題を生じない。しかし、過放電のように電源電圧Vが低下する場合には、不安定となることが避けられないが大幅な乱れはない。
【0038】
次に、図4は、遅延回路A,Bの両者を併用した場合の検出遅延時間特性の一実施例について示す説明図である。
【0039】
図2および図3を参照して説明したように、過放電状態では遅延回路A15の検出出力を採用し、過電流状態では遅延回路B16の検出出力を採用することが望まれる。従って、図4に示されるように、検出遅延時間Tにより遅延回路A15,B16両者の最も早い検出遅延時間Ta,Tbで出力部12の放電電流をオフすればよい。すなわち、過放電状態では遅延回路A15の検出遅延時間Ta、また、過電流状態では遅延回路B16の検出遅延時間Tbそれぞれに基づく放電電流のオフ信号が出力部12へ通知されることがよい。この選択を選択回路17が実行する。
【0040】
図1に戻り、遅延回路A15,B16それぞれが出力するオフ信号はハイレベルであるものとする。また、選択回路17は論理回路構成であるとする。
【0041】
出力部12が上述したようにハイレベルの信号を受けて放電電流をオフする回路の場合には、選択回路17は遅延回路A15,B16のいずれか一方からハイレベルのオフ信号を受けた際にハイレベルの選択信号を出力部12へ送る。従って、選択回路17には論理和回路が採用できる。
【0042】
また、出力部12がハイレベルの信号を受けて放電電流をオンする回路の場合には、選択回路17は遅延回路A15,B16の両者からローレベルのオフ信号を受けている間、ハイレベルの選択信号を出力部12へ送る。従って、この場合には選択回路17に否定的論理積回路が採用できる。
【0043】
上記説明では、ブロックにより機能を図示しているが、機能の分離併合は上記機能を満たす限り自由であり、上記説明が本発明を限定するものではない。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、二つのうち一方の遅延回路におけるコンパレータの基準電圧をグラウンド電位として安定させ、このコンパレータの出力を過電流状態で選択することによって、過電流状態検出の際に高い電源電圧であってもこの電源電圧とは無関係に一定の遅延時間を出力することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図である。
【図2】図1の遅延回路Aにおける検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図3】図1の遅延回路Bにおける検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図4】図1の遅延回路A,Bを総合した検出遅延時間特性の一形態を示す説明図である。
【図5】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
10 電池パック
11 二次電池
12 出力部
13 検出部
14 遅延用キャパシタ
15 遅延回路A
16 遅延回路B
17 選択回路
Claims (2)
- 二次電池の過放電および過電流の何れかを検出した際に検出信号の所定電圧が印加された遅延用キャパシタCの電圧Vcが時間とともに上昇し所定の遅延時間をもって所定のしきい値電圧に達した際に前記二次電池の外部へ出力する放電電流をオフする二次電池の保護回路において、二次電池の過放電および過電流の何れかを検出して所定の検出電圧を出力する検出部と、一方にこの検出電圧を受け他方にグラウンド電位となる前記二次電池の一方の電極と接続し所定の時定数をもって変化する電圧Vcを作成する遅延用キャパシタCと、この変化する電圧Vcと前記二次電池のバッテリ電圧を基準として作成された第1の基準電圧を閾値とした第1のしきい値電圧とを比較し前記第1のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第1の遅延回路と、前記変化する電圧Vcと前記二次電池のグランド電位を基準として作成された第2の基準電圧を閾値とした第2のしきい値電圧とを比較し前記第2のしきい値電圧に到達した際に前記放電電流のオフ信号を出力する第2の遅延回路と、前記第1および第2の遅延回路が出力するオフ信号を選択して出力する選択回路と、この選択回路のオフ信号出力を受けて前記二次電池の放電電流をオフとする出力部とを備えることを特徴とする二次電池の保護回路。
- 請求項1において、前記選択回路は、前記第1の遅延回路と前記第2の遅延回路の出力との論理和を出力する回路であることを特徴とする二次電池の保護回路。
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