JP4398432B2 - 充放電制御回路および充電式電源装置 - Google Patents

Description

本発明は，充放電制御回路および充電式電源装置の試験時間を短縮する技術に関する。

従来の二次電池からなる充電式電源装置としては、図２に回路ブロック図を示すような電源装置が知られている。（例えば、特許文献１参照）。即ち外部端子−Ｖ０及び＋Ｖ０にスイッチ回路１０２を介して二次電池１０１が接続されている。さらに、二次電池１０１に並列に充放電制御回路１１０が接続されている。充放電制御回路１１０は、二次電池１０１の電圧を検出する機能を備えている。二次電池１０１が過充電状態（電池が所定の電圧値より高い状態。以降、この状態を過充電保護状態と呼ぶ）、または過放電状態（電池が所定の電圧値より低い状態。以降、この状態を過放電保護状態と呼ぶ）のいずれかの場合は、スイッチ回路１０２がＯＦＦするように充放電制御回路１１０から信号が出力される。また、外部端子＋Ｖ０がある電圧に達した時にスイッチ回路１０２がＯＦＦするようにして、負荷に過大な電流が流れた時に放電を停止（過電流制御）することができる。以降、この状態の事を過電流保護状態と呼ぶ。これらの状態から電池を保護するのが充放電制御回路の役割である。

スイッチ回路１０２は、ＦＥＴ等の入力信号により電流を停止できる素子で構成可能である。また、このとき図３のように充放電制御回路１１０に電圧を供給するための電源端子１０と二次電池１０１の電圧を検出するための電圧検出端子２０を別に設ける場合がある。充放電制御回路１１０の電源端子には、一般に二次電池の充放電による電源変動が充放電制御回路１１０の誤動作を引き起こさないように、フィルタとして抵抗２００と容量２１０を接続する場合がある。このようなときでも、電源端子１０を別に設けることで充放電制御回路１１０の消費電流が電圧検出端子２０を流れないようにし、消費電流と、抵抗２００により発生する電圧降下によって充放電制御回路１１０検出電圧に誤差が発生しないようにすることができる。このように構成すると二次電池１０１がどのような状態かを検知する検出精度をあげることができる。

また、リチウムイオン電池の充放電を制御する場合、リチウムイオン電池を過充電から保護するため、端子電圧が所定レベル以上となったことが検出された場合遅延回路により与えられる所定の遅延時間後にスイッチ回路のスイッチ素子をオフにして、充電を禁止する構成が一般に採用されている。この結果、過渡的な電池電圧の変化に応答することなく、過充電状態を確実に検出して二次電池が過充電状態となることがないよう二次電池への充電が制御される。充放電制御回路では、このほか、過放電を検出して二次電池から負荷への電流供給を停止させる制御、及び二次電池から負荷への過電流を検出して二次電池から負荷への電流供給を停止させる制御も同様に行われるが、これらの制御においても同様の理由で遅延回路がそれぞれ用いられている。例えば、リチウムイオン電池の充放電を制御するには、数ｍＳｅｃから数Ｓｅｃの遅延時間が必要である。
特開平４−７５４３０号

しかしながら、遅延回路を内蔵した充放電制御回路の場合、回路の端子数の制限により遅延時間を外部から変更できる端子を準備できない場合がある。この場合には、過充電検出電圧や過放電検出電圧の試験を行うと、それぞれの試験毎に遅延時間以上の時間待たないと出力信号が出力されない。出力信号を確認するためにはそれぞれの遅延時間以上の時間待つ必要があり、充放電制御回路の試験時間を延ばし回路製造コストおよびその充放電制御回路を用いた充電式電源装置の製造コストを上げてしまう。

そこで、本発明は従来のこのような課題を解決するため、充放電制御回路に電源端子と電圧検出端子の間に電圧検出回路を設け、電圧検出回路が普段はほぼ同じ電圧である両端子間に一定以上の電圧を検出した場合に、内部制御回路の遅延時間を短くするテストモードに入るように構成した。

このような構成とすることにより、充放電制御回路の試験時間を短縮し製造コストを下げることが可能となる。

上記したように本発明の充放電制御回路は、制御端子を追加することなく、内部制御回路の遅延時間を短くするテストモードに入れることにより、試験時間を短縮し製造コストを下げる効果がある。

本発明の第１の実施例を図１に示す。図１は、本発明の充放電制御回路を含む充電式電源装置のブロック図である。

以下、図１に基づいて第一の実施例を説明する。外部電源端子＋ＶＯと−ＶＯの間に、スイッチ回路１０２を介して二次電池１０１が接続されている。充放電制御回路１１０は、二次電池１０１と並列に接続されている。二次電池１０１の正極は、充放電制御回路１１０の電圧検出端子２０と、抵抗２００を介して電源端子１０に接続されている。電源端子１０には、二次電池１０１の負極との間に容量２１０と接続され、二次電池１０１の短時間の電源変動により充放電制御回路１１０が誤動作等の影響を受けないように構成されている。

充放電制御回路１１０は、過充電検出コンパレータ１１３、過充電検出コンパレータ１１３の入力端子に所定の基準電圧Ｖｒを与えるための基準電圧回路１１６、二次電池１０１の電圧を分圧する電圧分割回路１１１、内部制御回路１２０、内部遅延回路１２１を備えている。スイッチ回路１０２のオンオフの制御端子は、充放電制御回路１１０のスイッチ制御端子３０と接続され、スイッチ回路１０２のオンオフは充放電制御回路１１０の検出結果に応じて制御される。

外部電源端子＋ＶＯと−ＶＯとの間に、二次電池１０１へ充電を行うための充電器１０４もしくは二次電池１０１によって駆動される負荷１０３が接続される。

過充電検出コンパレータ１１３は、二次電池１０１の端子電圧を電圧分割回路１１１の抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ１で分圧した分圧出力を基準電圧回路１１６の基準電圧Ｖｒと比較して過充電状態を検出する機能を備えている。過充電検出コンパレータ１１３はその正相入力端子に入力されている前記分圧出力電圧のレベルが基準電圧Ｖｒより大きくなったときにその出力が高レベルとなる。電圧検出回路１３０は、電源端子１０と電圧検出端子２０の電圧差を監視し、電源端子１０と電圧検出端子２０の電位差が、ある電圧以上になった場合検出信号を内部遅延回路１２１に出力する。内部制御回路１２０は過充電検出コンパレータ１１３と電圧検出回路１３０の出力とを入力信号として、内部遅延回路１２１に信号を出力する。内部遅延回路１２１は内部制御回路１２０の出力を入力信号として、定められた遅延時間の後にスイッチ回路１０２を制御する信号をスイッチ制御端子３０に出力する。

二次電池１０１が過充電状態になると、過充電検出コンパレータ１１３が過充電状態を検出し、内部制御回路１２０は内部遅延回路１２１に制御信号を出力する。このとき、電源端子１０と電圧検出端子２０の電圧がほぼ等しいと、内部遅延回路１２１は図４のように過充電検出コンパレータ１１３の出力電圧を入力信号として仕様上規定された遅延時間ｔ１の後にスイッチ回路１０２を制御する信号をスイッチ制御端子３０に出力する。

また、電圧検出回路１３０は、電源端子１０と電源検出端子２０の電位差が一定電圧以上になると内部制御回路１２０に信号を出力する。内部制御回路１２０は、電圧検出回路１３０の信号を入力すると、内部遅延回路１２１に遅延時間が短くなるような制御信号を出力する。このとき過充電検出コンパレータ１１３が過充電状態を検出すると、内部遅延回路１２１は過充電検出コンパレータ１１３の出力電圧を入力信号として、仕様上規定された遅延時間ｔ１よりも短い遅延時間ｔ２の後にスイッチ回路１０２を制御する信号をスイッチ制御端子３０に出力する。図５に、電源端子１０と電源検出端子２０の電位差が一定電圧以上の時の信号波形を示す。

その後に電源端子１０と電源検出端子２０の電位差が規定電圧以下に下がると、電圧検出回路１３０は内部制御回路１２０に内部遅延回路１２１の遅延時間を規定の長さに戻すような制御信号を出し、内部遅延回路１２１は遅延時間を通常の遅延時間ｔ１とする。通常使用時は、電源端子１０と電源検出端子２０の電圧はほぼ同電位となっているため、通常時にテストモードに入ることは無い。

図１のブロック図は、過充電検出回路および周辺回路のみを記しているが、過放電検出回路や過電流検出回路も同様に構成して制御することが可能である。

また、図５は電源端子１０の電圧が電源検出端子２０の電圧より規定電圧以上大きくなるように記述しているが、電源検出端子２０の電圧が電源端子１０の電圧より規定電圧以上大きくなると遅延時間を短縮するように回路構成することも可能である。

図６に、本発明の第２の実施例の充放電制御回路を含む充電式電源装置のブロック図を示す。

第１の実施例の充放電制御回路に、電圧検出回路１３０と内部制御回路１２０の間にラッチ回路１４０を設けた構成である。このように構成することによって、電源端子１０と電源検出端子２０の電位差をパルス状に一旦規定の電圧以上にするだけで、内部遅延回路１２１の遅延時間をｔ１からｔ２に変更することが可能となる。

内部遅延回路１２１の遅延時間をｔ２からｔ１に復帰させるには、ラッチ回路１４０をリセットする必要がある。ラッチ回路１４０のリセットは例えば、電源電圧を下げる、電源端子１０と電源検出端子２０の電位差を検出させるときと逆符号にする、または電流スイッチ回路１０２の制御信号が反転したことを利用しラッチ回路１４０を復帰させる信号を発生させる、など方法を取ることによって可能である。

また、図７は電源端子１０の電圧が電源検出端子２０の電圧より規定電圧以上大きくなるように記述しているが、電源検出端子２０の電圧が電源端子１０の電圧より規定電圧以上大きくなると、遅延時間を短縮するように回路構成することも同様に可能である。

本発明の第１の実施例の充放電制御回路を含む充電式電源装置のブロック図である。 従来の充電式電源装置のブロック図である。 従来の充電式電源装置のブロック図である。 充放電制御回路の動作を示す波形図である。 本発明の第１の実施例の充放電制御回路の動作を示す波形図である。 本発明の第２の実施例の充放電制御回路を含む充電式電源装置のブロック図である。 本発明の第２の実施例の充放電制御回路の動作を示す波形図である。

符号の説明

１０ 電源端子
２０ 電源検出端子
３０ スイッチ制御端子
１０１ 二次電池
１０２ スイッチ回路
１０３ 負荷
１０４ 充電器
１１０ 充放電制御回路
１１１ 電圧分圧回路
１１３ 電圧検出コンパレータ
１１６ 基準電圧
１２０ 内部制御回路
１２１ 内部遅延回路
１３０ 電圧検出回路
１４０ 出力ラッチ回路
２００ 抵抗
２１０ 容量

Claims (4)

1. 二次電池の電圧を電源として入力する電源端子と、
   前記二次電池の電圧を検出するために入力する電圧検出端子と、
   前記電圧検出端子の電圧を分圧する分圧回路と、
   基準電圧回路と、
   前記分圧回路の出力と基準電圧回路の出力を入力して比較する電圧比較回路と、
   前記電圧検出端子の電圧を検出する電圧検出回路と、
   前記電圧比較回路の出力信号と前記電圧検出回路の出力信号を入力して検出信号を出力する内部制御回路と、
   前記検出信号を遅延してスイッチ制御信号を出力する遅延回路とから成る充放電検出回路であって、前記電圧検出回路が前記電圧検出端子の電圧が規定電圧以上になったことを検出すると、前記遅延回路の遅延時間を短くすることを特徴とした充放電制御回路。
2. 前記電圧比較回路は、二次電池の過放電を検出する回路である請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 前記電圧比較回路は、二次電池の過充電を検出する回路である請求項１に記載の充放電制御回路。
4. 充電器もしくは負荷を接続する外部端子と、
   前記外部端子にスイッチ回路を介して接続した二次電池と、
   前記二次電池に前記電源端子および前記電圧検出端子を接続し、前記スイッチ回路の制御端子にスイッチ制御信号出力端子を接続した請求項１から３のいずれかに記載の充放電制御回路とから成る充電式電源装置。

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