JP6030817B2 - バッテリ状態監視回路およびバッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の二次電池の充放電を制御するバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置に関する。

図４に、従来のバッテリ装置の回路図を示す。従来のバッテリ装置は、２次電池として２本の電池３０１と３０２がバッテリ状態監視回路の電源端子＋ＶＢと−ＶＢとの間に直列に挿入されている。また、２本の電池の接続点はバッテリ状態監視回路のＶＩ端子に接続されている。電池３０１の電圧は電圧分割回路３０４により分割され、その分割電圧を電圧検出回路３０５で検出している。電圧検出回路３０５の出力は制御回路３０８に入力されている。制御回路３０８は、各々の電池が過充電状態または過放電状態の時に、２次電池と電源の外部端子との間のスイッチ（図示しない）をＯＦＦする信号Ｖｓを出力する。従って、制御回路３０８は論理回路のみで構成されている。また、電池３０２に対しても、同様に電圧分割回路３０６と電圧検出回路３０７により過充電状態及び過放電状態を検出する構成になっている。この検出結果は、ディジタル信号で制御回路３０８に同様に入力されている。従って、制御回路３０８は電池３０１及び３０２のいずれか１つの電池が過充電状態または過放電状態になると電池と外部電源をきって、過充電及び過放電の進行を止める事ができる。２つの電池の充電特性及び放電特性は全く同じではないので、別々に過放電・過充電を検出制御する必要がある。

特開平８−３０８１１５号公報

しかしながら従来の技術では、二次電池３０１のみが過充電状態または過放電状態になった場合、電圧検出回路３０５によって二次電池３０１のみの電力を消費され、二次電池間の電圧がアンバランスになるという課題があった。アンバランスになった状態で充電すると、他の電池の充電がまだ不十分であっても、一番高い電圧の二次電池が過充電状態になった時に充電を止める。そして放電時は、他の電池の電圧がまだ高い状態であっても、一番低い電圧の二次電池が過放電状態になった時に放電を止めるため、バッテリ装置の寿命が短くなるという課題があった。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、１つの二次電池が過充電状態または過放電状態になった時、電圧検出回路が動作しても１つの二次電池のみの電力を消費することのないバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置を提供するものである。

従来の課題を解決するために、本発明のバッテリ状態監視回路およびバッテリ装置は以下のような構成とした。

複数の二次電池の状態を検出および制御するバッテリ状態監視回路であって、複数の二次電池の各々に設けられ、二次電池の電圧を検出する複数の電圧検出回路と、複数の電圧検出回路の各々に設けられ、電圧検出回路の動作電流をグラウンド端子に流す電流バイパス回路と、を備えたことを特徴とするバッテリ状態監視回路とした。

さらに、そのバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置とした。

本実施形態のバッテリ装置によれば、二次電池に過充電や過放電の検出によって１つの二次電池のみの電力を消費することなく、二次電池間の電圧がアンバランスになる事を防ぎ、バッテリ装置の寿命が短くなることを防止できる。

第一の実施形態のバッテリ状態監視回路の回路図である。 第二の実施形態のバッテリ状態監視回路の回路図である。 本発明のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 従来のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。

図３は、本発明のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。
バッテリ装置は、バッテリ状態監視回路１と、直列接続されたｎ個の二次電池１０１〜１０１ｎと、バッテリ状態監視回路１で制御されるスイッチ２と、を備えている。
以下、本実施形態のバッテリ装置について図面を参照して説明する。

［第一の実施形態］
図１は、第一の実施形態のバッテリ状態監視回路の回路図である。
第一の実施形態のバッテリ状態監視回路は、直列接続されたｎ個の二次電池１０１〜１０１ｎに対応して個別に設けられたｎ個の電圧検出部１２１〜１２１ｎを備えている。

電圧検出部１２１は、定電流回路１０４とＮＭＯＳトランジスタ１０７とからなる電圧検出回路と、ＮＭＯＳトランジスタ１０８、１０９、１１０と、ＰＭＯＳトランジスタ１０５、１０６からなる電流バイパス回路と、備えている。
他の電圧検出部１２１ａ〜１２１ｎは電圧検出部１２１と同じ構成要素で構成されている。

電圧検出部１２１の接続としては、抵抗１０２は一方が二次電池１０１の正極端子（以下ＶＤＤ端子）に接続され、もう一方がＮＭＯＳトランジスタ１０７と１０８のゲートに接続される。抵抗１０３は一方が二次電池１０１の負極端子に接続され、もう一方がＮＭＯＳトランジスタ１０７と１０８のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１０７は、ドレインは出力端子１２０に接続され、ソースは二次電池１０１の負極端子に接続される。定電流回路１０４は一方がＶＤＤ端子に接続され、もう一方が出力端子１２０に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１０８は、ドレインはＰＭＯＳトランジスタ１０５のゲート及びドレインに接続され、ソースは二次電池１０１の負極端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１０５は、ソースはＶＤＤ端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ１０６は、ゲートはＰＭＯＳトランジスタ１０５のゲートに接続され、ドレインはＮＭＯＳトランジスタ１１０のドレインおよびゲートに接続され、ソースはＶＤＤ端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１０は、ソースは二次電池１０１ｎの負極端子（以下グラウンド端子）に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１０９は、ゲートはＮＭＯＳトランジスタ１１０のゲートに接続され、ドレインは二次電池１０１の負極端子に接続され、ソースはグラウンド端子に接続される。

電圧検出部１２１ａの接続として電圧検出部１２１との違いは、抵抗１０２ａの一方の接続を二次電池１０１ａの正極端子へ、二次電池１０１の負極端子を二次電池１０１ａの負極端子変更した点である。また、電圧検出部１２１ｎの接続として電圧検出部１２１との違いは、抵抗１０２ｎの一方の接続を二次電池１０１ｎの正極端子へ、二次電池１０１の負極端子を二次電池１０１ｎの負極端子変更した点である。

次に、第一の実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
二次電池１０１の電圧が上昇し過充電状態になると、過充電検出回路を構成する抵抗１０２、１０３および定電流回路１０４、ＮＭＯＳトランジスタ１０７において、抵抗１０２と抵抗１０３で分圧されたＮＭＯＳトランジスタ１０７のゲート電圧が上昇する。そして、ＮＭＯＳトランジスタ１０７がオンして出力端子１２０の信号がＨからＬに反転する。図示はしないが、この信号を制御回路に入力し、制御回路から二次電池と外部端子の間のスイッチをオフする信号を出力する。こうして過充電保護をかける。ＮＭＯＳトランジスタ１０８のゲートは、抵抗１０２と１０３の接続点に接続されているためＮＭＯＳトランジスタ１０７と同時にオンする。するとカレントミラー回路を構成するＰＭＯＳトランジスタ１０５から１０６へ電流が流れ、同様にカレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ１１０から１０９へ電流が流れる。こうして、ＮＭＯＳトランジスタ１０７に流れる電流の経路ができ、ＮＭＯＳトランジスタ１０７からＮＭＯＳトランジスタ１０９を介してグラウンド端子へ流れていく。この電流経路によってＮＭＯＳトランジスタ１０７を流れる電流は二次電池１０１の負極端子へ流れなくなり、二次電池１０１の電力だけ消費することがなくなる。そして、直列接続した二次電池すべての電力を消費するようになる。

二次電池１０１ａの電圧が上昇し過充電状態になった場合も同様である。ＮＭＯＳトランジスタ１０７ａがオンして出力端子にＬの信号を出力し、ＮＭＯＳトランジスタ１０８ａをオンして電流を流す。この電流はカレントミラー回路を構成するＰＭＯＳトランジスタ１０５ａから１０６ａへ電流が流れ、同様にカレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ１１０ａから１０９ａへ電流が流れる。こうして、ＮＭＯＳトランジスタ１０７ａに流れる電流の経路ができ、ＮＭＯＳトランジスタ１０７ａからＮＭＯＳトランジスタ１０９ａを介してグラウンド端子へ流れていく。この電流経路によってＮＭＯＳトランジスタ１０７ａを流れる電流は二次電池１０１ａの負極端子へ流れなくなり、二次電池１０１ａの電力だけ消費することがなくなる。そして、直列接続した二次電池すべての電力を消費するようになる。この他、全ての二次電池１０１〜１０１ｎに接続した電圧検出部１２１〜１２１ｎにおいて同様の動作をする。

以上説明したように、１つの二次電池が過充電状態を検出しても、一つの二次電池のみの電力を消費するのではなく、直列に接続された全ての二次電池の電力を消費するため、二次電池間の電圧がアンバランスになることなく動作させることができる。そして、バッテリ装置の寿命が短くなることなく動作させることができる。

［第二の実施形態］
図２は、第二の実施形態のバッテリ状態監視回路の回路図である。
図１との違いはＮＭＯＳトランジスタ１０７、１０８、１０７ａ、１０８ａ、１０７ｎ、１０８ｎをＰＭＯＳトランジスタに変更し、ＮＭＯＳトランジスタ２０９、２１０、２０９ａ、２１０ａ、２０９ｎ、２１０ｎを追加した点である。

電圧検出部２２１の接続としては、ＰＭＯＳトランジスタ２０７は、ゲートは抵抗１０２と１０３の接続点およびＰＭＯＳトランジスタ２０８のゲートに接続され、ドレインは出力端子１２０に接続され、ソースはＶＤＤ端子に接続される。ＰＭＯＳトランジスタ２０８は、ドレインはＮＭＯＳトランジスタ２０９のドレイン及びゲートに接続され、ソースはＶＤＤ端子に接続される。定電流回路２０４は一方が出力端子１２０に接続され、もう一方が二次電池１０１の負極端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２０９は、ソースは二次電池１０１の負極端子に接続される。ＮＭＯＳトランジスタ２１０は、ゲートはＮＭＯＳトランジスタ２０９のゲートに接続され、ソースは二次電池１０１の負極端子に接続され、ドレインはＰＭＯＳトランジスタ１０５のゲート及びドレインに接続される。他の接続に関しては図１と同様である。

電圧検出部２２１ａの接続としては、電圧検出部２２１との違いは二次電池１０１の正極端子を二次電池１０１ａの正極端子へ、二次電池１０１の負極端子を二次電池１０１ａの負極端子変更した点である。また、電圧検出部２２１ｎの接続としては、電圧検出部２２１との違いは二次電池１０１の正極端子を二次電池１０１ｎの正極端子へ、二次電池１０１の負極端子を二次電池１０１ｎの負極端子変更した点である。

次に、第二の実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
二次電池１０１の電圧が下降し過放電状態になると、過放電検出回路を構成する抵抗１０２、１０３および定電流回路１０４、ＰＭＯＳトランジスタ２０７において、抵抗１０２と抵抗１０３で分圧されたＰＭＯＳトランジスタ２０７のゲート電圧が下降する。そして、ＰＭＯＳトランジスタ２０７がオンして出力端子１２０の信号がＬからＨに反転する。図示はしないが、この信号を制御回路に入力し、制御回路から二次電池と外部端子の間のスイッチをオフする信号を出力する。こうして過放電保護をかける。ＰＭＯＳトランジスタ２０８のゲートは、抵抗１０２と１０３の接続点に接続されているためＰＭＯＳトランジスタ２０７と同時にオンする。するとカレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ２０９から２１０へ電流が流れ、同様にカレントミラー回路を構成するＰＭＯＳトランジスタ１０５から１０６へ電流が流れる。そして、カレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ１１０から１０９へ電流が流れる。こうして、ＰＭＯＳトランジスタ２０７に流れる電流の経路ができ、ＰＭＯＳトランジスタ２０７からＮＭＯＳトランジスタ１０９を介してグラウンド端子へ流れていく。この電流経路によってＰＭＯＳトランジスタ２０７を流れる電流は二次電池１０１の負極端子へ流れなくなり、二次電池１０１の電力だけ消費することがなくなる。そして、直列接続した二次電池すべての電力を消費するようになる。

二次電池１０１ａの電圧が下降し過放電状態になった場合も同様である。ＰＭＯＳトランジスタ２０７ａがオンして出力端子にＨの信号を出力し、ＰＭＯＳトランジスタ２０８ａをオンして電流を流す。この電流はカレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ２０９ａから２１０ａへ電流が流れ、同様にカレントミラー回路を構成するＰＭＯＳトランジスタ１０５ａから１０６ａへ電流が流れる。そして、カレントミラー回路を構成するＮＭＯＳトランジスタ１１０ａから１０９ａへ電流が流れる。こうして、ＰＭＯＳトランジスタ２０７ａに流れる電流の経路ができ、ＰＭＯＳトランジスタ２０７ａからＮＭＯＳトランジスタ１０９ａを介してグラウンド端子へ流れていく。この電流経路によってＰＭＯＳトランジスタ２０７ａを流れる電流は二次電池１０１ａの負極端子へ流れなくなり、二次電池１０１ａの電力だけ消費することがなくなる。そして、直列接続した二次電池すべての電力を消費するようになる。この他、全ての二次電池１０１〜１０１ｎに接続した電圧検出部２２１〜２２１ｎにおいて同様の動作をする。

以上説明したように、１つの二次電池が過放電状態を検出しても、一つの二次電池のみの電力を消費するのではなく、直列に接続された全ての二次電池の電力を消費するため、二次電池間の電圧がアンバランスになることなく動作させることができる。そして、バッテリ装置の寿命が短くなることなく動作させることができる。

１０１、１０１ａ、１０１ｎ、３０１、３０２ 二次電池
１０４、１０４ａ、１０４ｎ、２０４、２０４ａ、２０４ｎ 定電流回路
１２０、１２０ａ、１２０ｎ 出力端子
３０３ 定電流回路
３０４、３０６ 電圧分割回路
３０５、３０７ 電圧検出回路
３０８ 制御回路

Claims (3)

1. 直列に接続された複数の二次電池の状態を検出および制御するバッテリ状態監視回路であって、
   前記複数の二次電池の各々に設けられ、前記二次電池の過充電を検出する複数の過充電検出回路と、
   前記複数の過充電検出回路の各々に設けられた電流バイパス回路と、を備え
   前記過充電検出回路は、
   前記二次電池の両端に接続された分圧回路と、ＶＤＤ端子に接続された定電流回路と、前記分圧回路の出力端子にゲートが接続され、前記定電流回路にドレインが接続され、前記二次電池の負極にソースが接続され、オンオフすることによって前記二次電池の過充電の検出結果を出力する第一のＮＭＯＳトランジスタと、を備え、
   前記電流バイパス回路は、
   前記二次電池の負極にソースが接続され、前記過充電検出回路の前記第一のＮＭＯＳトランジスタの流す電流に比例した電流を流す第二のＮＭＯＳトランジスタと、
   前記第二のＮＭＯＳトランジスタのドレインと前記ＶＤＤ端子に接続された第一のカレントミラー回路と、
   前記第一のカレントミラー回路とグラウンド端子と前記二次電池の負極に接続され、前記二次電池の負極にドレインが接続された第三のＮＭＯＳトランジスタを有する第二のカレントミラー回路と、を備え、
   前記第三のＮＭＯＳトランジスタは、前記第一のＮＭＯＳトランジスタの流す電流をグラウンド端子に流す
   ことを特徴とするバッテリ状態監視回路。
2. 直列に接続された複数の二次電池の状態を検出および制御するバッテリ状態監視回路であって、
   前記複数の二次電池の各々に設けられ、前記二次電池の過放電を検出する複数の過放電検出回路と、
   前記複数の過放電検出回路の各々に設けられた電流バイパス回路と、を備え
   前記過放電検出回路は、
   前記二次電池の両端に接続された分圧回路と、前記二次電池の負極に接続された定電流回路と、前記分圧回路の出力端子にゲートが接続され、前記定電流回路にドレインが接続され、ＶＤＤ端子にソースが接続され、オンオフすることによって前記二次電池の過放電の検出結果を出力する第一のＰＭＯＳトランジスタと、を備え、
   前記電流バイパス回路は、
   前記ＶＤＤ端子にソースが接続され、前記過放電検出回路の前記第一のＰＭＯＳトランジスタの流す電流に比例した電流を流す第二のＰＭＯＳトランジスタと
   前記第二のＰＭＯＳトランジスタのドレインと前記二次電池の負極に接続された第一のカレントミラー回路と、
   前記第一のカレントミラー回路とＶＤＤ端子に接続された第二のカレントミラー回路と、
   前記第二のカレントミラー回路とグラウンド端子と前記二次電池の負極に接続され、前記二次電池の負極にドレインが接続された第一のＮＭＯＳトランジスタを有する第三のカレントミラー回路と、を備え、
   前記第一のＮＭＯＳトランジスタは、前記第一のＰＭＯＳトランジスタの流す電流をグラウンド端子に流す
   ことを特徴とするバッテリ状態監視回路。
3. 複数の二次電池と、
   前記二次電池の充放電経路に設けられた充放電制御スイッチと、
   前記複数の二次電池の電圧を監視し、前記充放電制御スイッチを開閉することによって前記複数の二次電池の充放電を制御する請求項１または２に記載のバッテリ状態監視回路と、
   を備えたバッテリ装置。

Images