JP6229952B2 - バッテリー装置およびバッテリー制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、実施例1に係るバッテリー装置の構成を示すブロック図である。図1に示すバッテリー装置10は、充電器Vchgによって2次電池Vbatを充電し、2次電池Vbatから駆動負荷RLに電流を供給する。バッテリー装置10は、第1の高耐圧NMOSトランジスタT1(以下、トランジスタT1と記載する。)と、第2の高耐圧NMOSトランジスタT2(以下、トランジスタT2と記載する。)と、電圧値がVB1である2次電池Vbatと、第1および第2の容量CP1,CP2と、電圧値がVB2である充電器Vchgと、バッテリー制御装置100とを備えている。
以上のような構成において、駆動負荷RLが2次電池Vbatで駆動しているとき、充電器Vchgは端子Nvchgから切り離される。また、充電器Vchgで2次電池Vbatを充電するときは、駆動負荷RLは端子Nvchgに接続されたままであるが、これによって駆動負荷RLは駆動しないようになっている。
(1)容量CP1に電荷を蓄積し、かつ容量CP2からトランジスタT2のゲートに電荷を転送する期間の動作
充電器Vchgからの充電電流Ichによって2次電池Vbatを充電する場合や、2次電池からの放電電流Idchによって駆動負荷RLを駆動する場合、スイッチ部101,102,104の全てのスイッチはスイッチング動作をする。2次電池Vbatを充電するためには、トランジスタT1をONにしなければならない。トランジスタT1のソース端子は2次電池Vbatに接続され、ドレイン端子はトランジスタT2のドレイン端子に接続される。さらに、トランジスタT1のバックゲート端子はソース端子に接続される。
(2)容量CP2に電荷を蓄積し、トランジスタT1のゲート端子に電荷を転送する期間の動作
充電器Vchgからの充電電流Ichによって2次電池Vbatを充電する場合や、2次電池Vbatからの放電電流Idchによって駆動負荷RLを駆動する場合、スイッチ部101,102,104の全てのスイッチはスイッチング動作をする。2次電池Vbatで駆動負荷RLを駆動するためには、トランジスタT2をONにしなければならない。トランジスタT2のソース端子は駆動負荷RLに接続され、ドレイン端子はトランジスタT1のドレイン端子に接続される。さらに、トランジスタT2のバックゲート端子はソース端子に接続される。
充電器Vchgの電圧がバッテリー制御装置100の最小動作電圧未満の時、例えば2次電池Vbatの電圧VB1がほぼ0Vになったとき、スイッチSW3をオン状態にする。これにより、トランジスタT1のゲートと充電器Vchgとが接続され、トランジスタT1をオンさせることができる。オンしたトランジスタT1と、トランジスタT2のボディダイオードを経由して、2次電池Vbatの電圧VB1は充電器Vchgの電圧VB2により徐々に充電される。
例えば、充電器Vchgから2次電池Vbatを充電して2次電池Vbatが満充電状態になった場合や、バッテリー装置10が駆動負荷RLを駆動していたときに、2次電池Vbatが駆動負荷RLを駆動するには十分な電圧がなくなった場合など、充電器Vchgを駆動しないときは、スイッチ部101のスイッチSW1、およびスイッチ部102のスイッチSW2をオン状態にしてトランジスタT1,T2をオフにする。
図2は、実施例2に係るバッテリー装置の構成を示すブロック図である。図1および図2における共通の符号は同一の構成要素を示す。
充電器Vchgからの充電電流Ichによって2次電池Vbatを充電する場合や、2次電池Vbatからの放電電流Idchによって駆動負荷RLを駆動する場合、スイッチ部101,102,104の全てのスイッチはスイッチング動作をする。また、トランジスタT1,T2のゲート端子に昇圧電圧を供給するためのレベルシフト部106に電源電圧を供給するスイッチSW8は常時オン状態にする。
バッテリー装置10の2次電池Vbatを充電器Vchgからの充電電流Ichによって充電する場合や、2次電池Vbatからの放電電流Idchによって駆動負荷RLを駆動する場合、スイッチ部101,102,104の全てのスイッチはスイッチング動作をする。2次電池Vbatで駆動負荷RLを駆動するためには、トランジスタT2をONにする。ここで、トランジスタT2のソース端子の電圧を基準にすると、トランジスタT2の閾値電圧Vth2以上の電圧をゲートに与えなければならない。つまり、VB2+Vth2に昇圧する必要がある。
充電器Vchgの電圧がバッテリー制御装置100の最小動作電圧未満の時、例えば2次電池Vbatの電圧VB1がほぼ0Vになったとき、スイッチSW3をオン状態にする。これにより、トランジスタT1のゲートと充電器Vvhgとが接続され、トランジスタT1をオンさせることができる。オンしたトランジスタT1と、トランジスタT2のボディダイオードを経由して、2次電池Vbatの電圧VB1は充電器Vchgの電圧VB2により徐々に充電される。
例えば、充電器Vchgから2次電池Vbatを充電して2次電池Vbatが満充電状態になった場合や、バッテリー装置10が駆動負荷RLを駆動していたときに、2次電池Vbatが駆動負荷RLを駆動するには十分な電圧がなくなった場合など、充電器Vchgを駆動しないときは、スイッチ部101のスイッチSW1、およびスイッチ部102のスイッチSW2をオン状態にしてトランジスタT1,T2をオフにする。
図3は、実施例3に係るバッテリー装置の構成を示すブロック図である。図1および図3における共通の符号は同一の構成要素を示す。
充電器Vchgからの充電電流Ichによって2次電池Vbatを充電する場合や、2次電池Vbatからの放電電流Idchによって駆動負荷RLを駆動する場合、スイッチ部101のスイッチSW4,SW6,SW7、スイッチ部102のSW10,SW12,SW13はスイッチング動作をするが、スイッチSW1,SW5,SW2,SW11,SW3は常時オフ状態にする。
Vo1=−(VB1−R1×I)×Av1/(1+Av1)
Vo2=−(VB2−R2×I)×Av1/(1+Av1)
と表すことができる。
この期間では、トランジスタT3,T4のゲート・ソース間電圧を、それぞれの閾値電圧Vtp3,Vtp4以上にすること、つまり、ゲートとソースの電圧を同電位にすることが必要である。
充電器Vchgの電圧がバッテリー制御装置100の最小動作電圧未満の時、例えば2次電池Vbatの電圧VB1がほぼ0Vになったとき、スイッチSW14をオン状態にし、トランジスタT4をオンする。オンしたトランジスタT4と、トランジスタT3のボディダイオードを経由して、2次電池Vbatの電圧VB1は充電器Vchgの電圧VB2により徐々に充電される。
例えば、充電器Vchgから2次電池Vbatを充電して2次電池Vbatが満充電状態になった場合や、バッテリー装置10が駆動負荷RLを駆動していたときに、2次電池Vbatが駆動負荷RLを駆動するのに十分な電圧がなくなった場合など、充電器Vchgを駆動しないときは、スイッチ部101のスイッチSW1、およびスイッチ部102のスイッチSW2をオン状態にしてトランジスタT3,T4をオフにする。
100 バッテリー制御装置
101 第1のスイッチ部
102 第2のスイッチ部
103 第3のスイッチ部
105 第1のレベルシフト部
106 第2のレベルシフト部
AMP1 第1のレベルシフト回路
AMP2 第2のレベルシフト回路
AMP3 第3のレベルシフト回路
Vbat 2次電池
Vchg 充電器
CP1 第1の容量
CP2 第2の容量
D1 第1のダイオード
D2 第2のダイオード
RL 駆動負荷(負荷)
T1 第1の高耐圧NMOSトランジスタ(第1のNMOSトランジスタ)
T2 第2の高耐圧NMOSトランジスタ(第2のNMOSトランジスタ)
T3 第1の高耐圧PMOSトランジスタ(第1のPMOSトランジスタ)
T4 第2の高耐圧PMOSトランジスタ(第2のPMOSトランジスタ)
Claims (6)
- 負荷に電流を供給する2次電池と、
前記2次電池を充電する充電器と、
前記充電器から前記2次電池への電流経路の導通制御を行う第1のNMOSトランジスタと、
前記2次電池から前記負荷への電流経路の導通制御を行う第2のNMOSトランジスタと、
アノードが前記2次電池の一端に接続された第1のダイオードと、
アノードが前記充電器の一端に接続され、カソードが前記第1のダイオードのカソードに接続された第2のダイオードと、
前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第1の容量と、
前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第2の容量と、
前記第1および第2の容量への電荷の蓄積、ならびに前記第1および第2のNMOSトランジスタのゲートへの電荷の転送をそれぞれ制御することによって、前記2次電池の充放電を制御するバッテリー制御装置とを備え、
前記バッテリー制御装置は、
前記第1の容量に蓄積するための電荷を出力する第1のレベルシフト回路と、
前記第2の容量に蓄積するための電荷を出力する第2のレベルシフト回路と、
前記第1のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続する第1スイッチおよび第2スイッチと、
前記第2のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続する第3スイッチおよび第4スイッチとを有し、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオン状態として前記第1のレベルシフト回路が前記第1の容量を充電し、かつ前記第2の容量に蓄積された電荷を前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第3スイッチおよび前記第4スイッチをオフ状態として前記第2のレベルシフト回路の動作を停止し、
前記第3スイッチおよび前記第4スイッチをオン状態として前記第2のレベルシフト回路が前記第2の容量を充電し、かつ前記第1の容量に蓄積された電荷を前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオフ状態として前記第1のレベルシフト回路の動作を停止する
ことを特徴とするバッテリー装置。 - 前記バッテリー制御装置は、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチを含み、前記第1の容量に蓄積された電荷を前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送するか否かを制御する第1のスイッチ部と、
前記第3スイッチおよび前記第4スイッチを含み、前記第2の容量に蓄積された電荷を前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送するか否かを制御する第2のスイッチ部と、
一端が前記第1および第2のダイオードのカソード間に接続された第3のスイッチ部とをさらに有する
ことを特徴とする請求項1のバッテリー装置。 - 前記第1乃至第3のスイッチ部は、PMOSトランジスタで構成される
ことを特徴とする請求項2のバッテリー装置。 - 前記バッテリー装置内のレジスタ部からの信号を受けて前記第1のレベルシフト回路または前記第2のレベルシフト回路の動作を停止する
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のバッテリー装置。 - 負荷に電流を供給する2次電池と、
前記2次電池を充電する充電器と、
前記充電器から前記2次電池への電流経路の導通制御を行う第1のNMOSトランジスタと、
前記2次電池から前記負荷への電流経路の導通制御を行う第2のNMOSトランジスタと、
アノードが前記2次電池の一端に接続された第1のダイオードと、
アノードが前記充電器の一端に接続され、カソードが前記第1のダイオードのカソードに接続された第2のダイオードと、
前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第1の容量と、
前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第2の容量と、
前記第1および第2の容量への電荷の蓄積、ならびに前記第1および第2のNMOSトランジスタのゲートへの電荷の転送をそれぞれ制御することによって、前記2次電池の充放電を制御するバッテリー制御装置とを備え、
前記バッテリー制御装置は、
前記第1の容量に蓄積された電荷を前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送するか否かを制御する第1のスイッチ部と、
前記第2の容量に蓄積された電荷を前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送するか否かを制御する第2のスイッチ部と、
一端が前記第1および第2のダイオードのカソード間に接続された第3のスイッチ部と、
前記第3のスイッチ部の他端に接続され、前記第1および第2の容量に蓄積するための電荷を出力する第3のレベルシフト回路を有する第2のレベルシフト部とを有し、
前記第1のスイッチ部は、前記第3のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続し、前記第1の容量に電荷を蓄積するための第1スイッチおよび第2スイッチを有し、
前記第2のスイッチ部は、前記第3のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続し、前記第2の容量に電荷を蓄積するための第3スイッチおよび第4スイッチを有し、
前記第3のレベルシフト回路が前記第1の容量を充電し、かつ前記第2の容量に蓄積された電荷を前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第3スイッチおよび前記第4スイッチをオフ状態とし、
前記第3のレベルシフト回路が前記第2の容量を充電し、かつ前記第1の容量に蓄積された電荷を前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオフ状態とする
ことを特徴とするバッテリー装置。 - 充電器から2次電池への電流経路の導通制御を行う第1のNMOSトランジスタと、
前記2次電池から負荷への電流経路の導通制御を行う第2のNMOSトランジスタと、
前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第1の容量と、
前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送される電荷を蓄積する第2の容量とともに用いられ、
アノードが前記2次電池の一端に接続された第1のダイオードと、
アノードが前記充電器の一端に接続され、カソードが前記第1のダイオードのカソードに接続された第2のダイオードとを備え、
前記第1および第2の容量への電荷の蓄積、ならびに前記第1および第2のNMOSトランジスタのゲートへの電荷の転送をそれぞれ制御することによって、前記2次電池の充放電を制御するバッテリー制御装置であって、
前記第1の容量に蓄積するための電荷を出力する第1のレベルシフト回路と、
前記第2の容量に蓄積するための電荷を出力する第2のレベルシフト回路と、
前記第1のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続する第1スイッチおよび第2スイッチと、
前記第2のレベルシフト回路の電源端子および出力端子にそれぞれ接続する第3スイッチおよび第4スイッチとをさらに備え、
前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオン状態として前記第1のレベルシフト回路が前記第1の容量を充電し、かつ前記第2の容量に蓄積された電荷を前記第2のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第3スイッチおよび前記第4スイッチをオフ状態として前記第2のレベルシフト回路の動作を停止し、
前記第3スイッチおよび前記第4スイッチをオン状態として前記第2のレベルシフト回路が前記第2の容量を充電し、かつ前記第1の容量に蓄積された電荷を前記第1のNMOSトランジスタのゲートに転送しているとき、前記第1スイッチおよび前記第2スイッチをオフ状態として前記第1のレベルシフト回路の動作を停止する
ことを特徴とするバッテリー制御装置。
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