JP6133784B2 - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の充放電を制御する充放電制御回路及びバッテリ装置に関し、より詳しくは、二次電池の電圧を検出する電圧検出回路のセルフテスト機能を備えた充放電制御回路及びバッテリ装置に関する。

バッテリ装置は、様々な電子機器の回路の電圧供給源として用いられている。近年では、自動車や電気工具の電源用として高い電圧を出力することが要求されている。従って、複数の二次電池を直列に接続して、その充放電を制御する複数のカスケード接続された充放電制御回路からなるバッテリ装置が必要になっている（例えば、特許文献１参照）。

図４に、従来の、直列に接続された二次電池とそれを制御するカスケード接続された充放電制御回路からなるバッテリ装置のブロック図を示す。

従来のバッテリ装置は、複数のカスケード接続された充放電制御回路４０１ａ〜４０１ｎと、直列に接続された複数の二次電池４０２ａ〜４０２ｎと、充電制御ＦＥＴ４０３と、放電制御ＦＥＴ４０４と、充電制御端子ＣＯと充電制御信号入力端子ＣＴＬＣとを接続する抵抗４０５ａ〜４０５ｎと、放電制御端子ＤＯと放電制御信号入力端子ＣＴＬＤとを接続する抵抗４０６ａ〜４０６ｎと、を備えている。

従来のバッテリ装置は、充放電制御回路４０１ａ〜ｎが、充電制御端子ＣＯと充電制御信号入力端子ＣＴＬＣとで接続され、放電制御端子ＤＯと放電制御信号入力端子ＣＴＬＤとで接続され、夫々が通信することが出来るようなっている。このようにして、複数の充放電制御回路が直列に接続することが出来るので、高電圧を出力するのに必要な数の直列接続された二次電池を制御することが可能である。

特開２００９-１７７３２号公報

しかしながら、上述のバッテリ装置では、二次電池の数に応じて電圧検出回路の数も増加する。従って、バッテリ装置として組立てられた状態では、各電圧検出回路をテストする装置も複雑になってしまうという欠点があった。

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、複雑なテスト装置を必要としない、セルフテスト機能を備えた充放電制御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、本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置は以下のような構成とした。

直列に接続された複数の二次電池の電圧を検出する検出回路の機能をテストするセルフテスト回路を設け、そのセルフテスト回路は、二次電池が接続される端子に設けられたプルアップ／プルダウン回路と、プルアップ／プルダウン回路を制御するセルフテスト制御回路と、を備え、テストが終了すると、次段の充放電制御回路にセルフテスト開始信号を出力する、ように構成した充放電制御回路。

また、複数カスケード接続した充放電制御回路と、その充放電制御回路に接続された複数の二次電池と、を備えたことを特徴とするバッテリ装置。

本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置によれば、複雑なテスト装置を必要としない、充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが出来る。

本実施形態の充放電制御回路の回路図である。 本実施形態のバッテリ装置のブロック図である。 本実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置のタイミングチャートである。 従来のバッテリ装置のブロック図である。

以下、本実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の充放電制御回路の回路図である。
本実施形態の充放電制御回路１０は、電流源とスイッチ回路を含むプルアップ／プルダウン回路１１ａ〜１１ｅと、分圧回路１２ａ〜１２ｅと、基準電圧回路１３ａ〜１３ｅと、比較回路１４ａ〜１４ｅと、遅延回路１５と、ＣＯ制御回路１６と、セルフテスト制御回路１７と、を備えている。また、電源端子ＶＤＤと、二次電池が接続される端子ＶＣ１〜ＶＣ５およびＶＳＳと、クロック信号入力端子ＣＬＫＩと、クロック信号出力端子ＣＬＫＯと、充電制御信号出力端子ＣＯと、充電制御信号入力端子ＣＴＬＣと、リセット信号入力端子ＲＳＴＩと、リセット信号出力端子ＲＳＴＯと、セルフテスト状態信号入力端子ＣＡＩと、セルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯと、を備えている。また、図示はしないが、過充電検出回路なども備えている。

端子ＶＣ１〜ＶＣ５およびＶＳＳには、分圧回路１２ａ〜１２ｅと基準電圧回路１３ａ〜１３ｅとが接続されている。比較回路１４ａ〜１４ｅは、分圧回路１２ａ〜１２ｅが出力する分圧電圧と基準電圧回路１３ａ〜１３ｅが出力する基準電圧とを比較する。遅延回路１５は、比較回路１４ａ〜１４ｅの出力信号を所定の時間だけ遅延して、ＣＯ制御回路１６に出力する。ＣＯ制御回路１６は、充電制御信号入力端子ＣＴＬＣに入力された次段の充電制御信号を入力し、遅延回路１５の出力信号とともに充電制御信号出力端子ＣＯに出力する。すなわち、ＣＯ制御回路１６はセルフテスト結果通信回路としての機能を有する。

セルフテスト制御回路１７は、クロック信号入力端子ＣＬＫＩに入力されたクロック信号と、リセット信号入力端子ＲＳＴＩに入力されたリセット信号と、を入力してセルフテストを開始し、プルアップ／プルダウン回路１１ａ〜１１ｅを制御してセルフテストを実行する。また、セルフテスト制御回路１７は、セルフテスト状態信号入力端子ＣＡＩから次段のセルフテスト状態信号を入力し、セルフテスト状態信号をセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯに出力し、リセット信号をリセット信号出力端子ＲＳＴＯに出力し、クロック信号をクロック信号出力端子ＣＬＫＯに出力することで、セルフテストを制御する。また、セルフテスト制御回路１７は、セルフテストを開始すると、遅延回路１５に信号を出力して、その遅延時間を短縮する。

図２は、本実施形態のバッテリ装置のブロック図である。本実施形態のバッテリ装置は、図１で示した充放電制御回路１０ａ、１０ｂ（・・・１０ｎ）と、直列に接続された二次電池２０ａ、２０ｂ（・・・２０ｎ）と、放電制御ＦＥＴ２１と、充電制御ＦＥＴ２２と、外部端子ＥＢ＋及びＥＢ−を備えている。

二次電池２０ａ及び２０ｂは、夫々抵抗を介して充放電制御回路１０ａ及び１０ｂの端子ＶＤＤ、ＶＣ１〜ＶＣ５、ＶＳＳに接続されている。充電制御信号入力端子ＣＴＬＣは、次段の充放電制御回路１０ｘの充電制御信号出力端子ＣＯと接続されている。セルフテスト状態信号入力端子ＣＡＩは、次段の充放電制御回路１０ｘのセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯと接続されている。クロック信号出力端子ＣＬＫＯは、次段の充放電制御回路１０ｘのクロック信号入力端子ＣＬＫＩと接続されている。リセット信号出力端子ＲＳＴＯは、次段の充放電制御回路１０ｘのリセット信号入力端子ＲＳＴＩと接続されている。初段の充放電制御回路１０ａのリセット信号入力端子ＲＳＴＩにはセルフテストを開始するためのリセット信号が入力され、クロック信号入力端子ＣＬＫＩにはクロック信号が入力される。また、初段の充放電制御回路１０ａのセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯはセルフテスト状態信号を出力し、充電制御信号出力端子ＣＯは充電制御ＦＥＴ２２を制御する信号と、セルフテストの結果を示す信号を出力する。すなわち、充電制御信号出力端子ＣＯは、過充電検出信号の通信端子とセルフテスト結果信号の通信端子の機能を有する。

ここで、リセット信号及びクロック信号は、外部からの信号によってバッテリ装置の内部で作られてもよいし、バッテリ装置に接続された外部機器から供給されてもよい。また、出力されるセルフテスト状態信号及びセルフテスト結果信号は、バッテリ装置の内部に設けられた回路によって検出されてもよいし、バッテリ装置に接続された外部機器にそのまま出力されてもよい。

上述したような充放電制御回路１０を複数備えたバッテリ装置は、以下のように動作してセルフテストを実施する機能を有する。
図３は、本実施形態の充放電制御回路及びバッテリ装置のタイミングチャートである。
先ず、充放電制御回路１０ａのリセット入力端子ＲＳＴＩにリセット信号とクロック信号入力端子ＣＬＫＩにクロック信号が入力される。

充放電制御回路１０は、リセット入力端子ＲＳＴＩにリセット信号が入力した場合、リセットが解除後にクロック信号に同期してセルフテストを実施する。すなわち、クロック信号はセルフテスト開始信号として機能する。リセット入力端子ＲＳＴＩに入力されたリセット信号は、リセット出力端子ＲＳＴＯから出力され、次段の充放電制御回路１０のリセット入力端子ＲＳＴＩに入力される。クロック信号入力端子ＣＬＫＩに入力されたクロック信号は、セルフテストが終了するまでクロック信号出力端子ＣＬＫＯから出力されない。従って、次段の充放電制御回路１０は、リセット信号が入力されても、セルフテストを実施しない。このようにして、充放電制御回路１０は、順次セルフテストを実施する。

充放電制御回路１０ａは、リセット信号が解除されると、クロック信号に同期してセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯからセルフテスト状態信号を出力する。

このセルフテスト状態信号は、波形によってどの充放電制御回路１０がセルフテスト状態にあるかを示すことが出来るようにセルフテスト制御回路１７によって制御される。次段の充放電制御回路１０がセルフテスト状態になると、セルフテスト状態信号入力端子ＣＡＩに入力されたセルフテスト状態信号は、同様にクロック信号に同期してセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯからセルフテスト状態信号を出力する。すなわち、１クロック信号分だけ波形の変化が遅れることによって、初段の充放電制御回路１０ａが出力するセルフテスト状態信号によって、何段目の充放電制御回路１０がセルフテストを実施しているかを検出することが出来る。

セルフテスト状態になった充放電制御回路１０ａは、セルフテスト制御回路１７によってプルアップ／プルダウン回路１１ａ〜１１ｅが順次制御される。

本実施形態の充放電制御回路１０は、例えば、端子ＶＣ２にプルアップ／プルダウン回路１１ａが接続され、端子ＶＣ３にプルアップ／プルダウン回路１１ｂと１１ｃが接続され、端子ＶＣ４にプルアップ／プルダウン回路１１ｄが接続され、端子ＶＣ５にプルアップ／プルダウン回路１１ｅが接続される。プルアップ／プルダウン回路は、すべての比較回路１４ａ〜１４ｅがテストされれば、どのように形態、配置でもよく、この実施形態に限定されない。

セルフテストを開始すると、最初のクロック信号に同期して、セルフテスト制御回路１７から電圧Ｖ１１ａが出力され、プルアップ／プルダウン回路１１ａが端子ＶＣ２の電圧をプルダウンする。ここで、端子ＶＣ１と端子ＶＣ２の間の電圧が比較回路１４ａの検出電圧より大きくなるように、電流源の電流値を設計する。従って、比較回路１４ａは、正常であれば検出電圧Ｈを出力し、異常であれば検出電圧Ｈを出力しない。また、次のクロック信号に同期して、セルフテスト制御回路１７から電圧Ｖ１１ｂが出力され、プルアップ／プルダウン回路１１ｂが端子ＶＣ３の電圧をプルダウンする。

このようにして、クロック信号に同期して、すべての比較回路１４ａ〜１４ｅがテストされ、その結果が充電制御信号出力端子ＣＯから出力される。

セルフテストが終了すると、最後のクロック信号に同期して、リセット信号をリセット出力端子ＲＳＴＯから出力し、充放電制御回路１０ｂのリセット入力端子ＲＳＴＩに入力する。そして、次のクロック信号からクロック信号出力端子ＣＬＫＯを介して充放電制御回路１０ｂのクロック信号入力端子ＣＬＫＩに入力する。リセット信号とクロック信号を入力された充放電制御回路１０ｂは、クロック信号に同期してセルフテストを開始する。ここで、充放電制御回路１０ｂに再度リセット信号を入力したが、最初のリセット信号によってセルフテスト状態になっているので、特に必要がなければこの機能は削除してもよい。

充放電制御回路１０ｂは、最初のクロック信号に同期してセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯからセルフテスト状態信号を充放電制御回路１０ａのセルフテスト状態信号入力端子ＣＡＩに出力する。充放電制御回路１０ａは、充放電制御回路１０ｂから入力されたセルフテスト状態信号を次のクロック信号で変化させて、１クロック信号分だけ波形の変化が遅れたセルフテスト状態信号をセルフテスト状態信号出力端子ＣＡＯから出力する。

以上のように、充放電制御回路１０ａ〜１０ｎは、順次セルフテストを実施して、セルフテスト状態信号と検出結果を出力する。従って、バッテリ装置内、もしくは外部に接続される電子機器によって、これらの信号を検出することで、すべての充放電制御回路１０ａ〜１０ｎのすべての電圧検出回路をテストすることが出来る。

本実施形態のバッテリ装置に設けられる充放電保護回路は、充放電制御回路１０ａ〜１０ｎと記載したように、図３のタイミングチャートに示したセルフテスト状態信号のビット数を適宜設定することによって、限定されるものではない。

以上記載したように、本実施形態の充放電保護回路を用いれば、複雑なテスト装置を必要としない、セルフテスト機能を備えたバッテリ装置を提供することが出来る。

なお、図示はしないが、セルフテストが行われていないときは、プルアップ／プルダウン回路１１ａ〜１１ｅやセルフテスト制御回路１７などのセルフテストの通信に関する回路をパワーダウンして、通常動作時の消費電力を増加させないようにすることが出来る。

１０、１０ａ、１０ｂ 充放電制御回路
２０ａ、２０ｂ 二次電池
１１ａ〜ｅ プルアップ／プルダウン回路
１２ａ〜ｅ 分圧回路
１３ａ〜ｅ 基準電圧回路
１４ａ〜ｅ 比較回路
１５ 遅延回路
１６ ＣＯ制御回路
１７ セルフテスト制御回路

Claims (8)

1. 直列に接続された複数の二次電池の充放電を制御する充放電制御回路であって、
   前記二次電池が接続される端子に夫々設けられた電圧検出回路と、
   前記電圧検出回路の検出信号を出力する検出信号出力端子と、
   セルフテスト開始信号を受けた後に、前記電圧検出回路の機能をセルフテストし、セルフテストが終了すると、前記セルフテスト開始信号を出力するセルフテスト回路と、
   を備え、
   前記セルフテスト回路は、
   前記二次電池が接続される端子に設けられたプルアップ／プルダウン回路と、
   前記プルアップ／プルダウン回路を制御して、前記電圧検出回路のテストをするセルフテスト制御回路と、
   を備えたことを特徴とする充放電制御回路。
2. 前記充放電制御回路は、セルフテスト開始信号入力端子と、セルフテスト開始信号出力端子と、を備え、
   前記セルフテスト制御回路は、
   前記セルフテスト開始信号入力端子から前記セルフテスト開始信号が入力されると、セルフテストを開始し、
   セルフテストが終了すると、前記セルフテスト開始信号出力端子に前記セルフテスト開始信号を出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 前記充放電制御回路は、セルフテスト状態信号入力端子と、セルフテスト状態信号出力端子と、を備え、
   前記セルフテスト制御回路は、
   セルフテストの状態を示すセルフテスト状態信号と、前記セルフテスト状態信号入力端子に入力されたセルフテスト状態信号と、を前記セルフテスト状態信号出力端子に出力する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の充放電制御回路。
4. 前記セルフテスト制御回路は、
   前記セルフテスト状態信号入力端子で受信したセルフセルフテスト状態信号を、所定の時間遅延させてから、前記セルフテスト状態信号出力端子に出力する、
   ことを特徴とする請求項３に記載の充放電制御回路。
5. 前記充放電制御回路は、セルフテスト結果信号入力端子と、セルフテスト結果信号出力端子と、セルフテスト結果通信回路と、を備え、
   前記セルフテスト結果通信回路は、前記電圧検出回路から出力されたセルフテストの結果を示すセルフテスト結果信号と、前記セルフテスト結果信号入力端子で受信したセルフセルフテスト結果信号と、を前記セルフテスト結果信号出力端子から出力する、
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の充放電制御回路。
6. 前記充放電制御回路は、前記セルフテスト結果信号出力端子を前記検出信号出力端子が兼ね、前記電圧検出回路と前記検出信号出力端子の間に遅延回路を備え、
   前記セルフテスト制御回路は、
   セルフテストの間、前記遅延回路の遅延時間を短縮する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の充放電制御回路。
7. 前記充放電制御回路は、
   セルフテストを実施していない通常動作時は、少なくとも前記プルアップ／プルダウン回路が電流を消費しないように動作を停止する、
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の充放電制御回路。
8. 複数カスケード接続した請求項１から７のいずれかに記載の充放電制御回路と、
   前記充放電制御回路に接続された複数の二次電池と、
   を備えたことを特徴とするバッテリ装置。

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