JP6834527B2 - 充放電装置 - Google Patents
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Description
(充放電装置2の構成;図1)
図1に示す充放電装置2は、外部電源4から二次電池10への充電、及び、二次電池10から外部の負荷8への放電を行うための装置である。充放電装置2は、例えば、携帯用の情報タグリーダ端末に備えられる充放電装置である。この充放電装置2は、二次電池10と、入出力端子20と、センス抵抗30と、第1抵抗40と、第2抵抗50と、第3抵抗60と、第4抵抗70と、基準電圧電源80と、第1トランジスタ90と、第1ダイオード92と、第2トランジスタ100と、第2ダイオード102と、トランジスタ間抵抗110と、第1オペアンプ200と、第2オペアンプ300と、制御電圧出力装置400と、残量計測装置500と、を備える。
Vout1=Gain×I+Vref・・・(式1)
続いて、図1の充放電装置2の動作を説明する。以下では、充放電装置2を用いて二次電池10への充電を開始し、その後充電を終了し、負荷8への放電を開始する場合の動作を説明する。
二次電池10への充電を開始する場合、入出力端子20に外部電源4を接続した状態(即ち、図1のスイッチ6を導通状態に切り替えた状態)で、制御電圧出力装置400は、基準電圧Vrefよりも小さい所定値Vc1の制御電圧を出力する。この時点では、電流Iは流れていない(即ち0Aである)ため、第1オペアンプ200の出力電圧Vout1(即ち、第2オペアンプ300の反転入力端子への入力電圧)はVrefである。この場合、第2オペアンプ300の出力電圧Vout2は0Vである。これにより、第1トランジスタ90のソース−ドレイン間に電圧Vsd(即ち外部電源4から出力される電圧)が印加され、ゲートに0Vが印加される状態になる。同様に、第2トランジスタ100のドレイン−ソース間に電圧Vds(即ち外部電源4から出力される電圧)が印加され、ゲートに0Vが印加される状態になる。そのため、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100がオンされ、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100に電流(即ち充電電流)が流れ始める。これにより、外部電源4から、第2トランジスタ100、第1トランジスタ90、センス抵抗30、二次電池10の順で充電電流が流れ、二次電池10への充電が開始される。図2及び図3に示すように、センス抵抗30には負の電流I(即ち、充電電流)が流れ始める(即ち、所定の負の電流値(この例では−0.5A)に向かって電流値が増加し始める)。
その後、制御電圧出力装置400は、引き続き制御電圧Vc1を出力する。センス抵抗30に負の電流Iが流れ始めることにより、第1オペアンプ200の反転入力端子に入力される電圧値は、非反転入力端子に入力される電圧値より大きくなる。センス抵抗30における電圧降下のため、センス抵抗30のうちの充電電流の流れる方向における上流側(第1トランジスタ90側)には、下流側(二次電池10側)に比べて大きい電圧が印加されるためである。そのため、第1オペアンプ200の出力電圧Vout1(即ち、第2オペアンプの反転入力端子に入力される電圧値)は、基準電圧Vrefよりも小さい所定の目標値であるV1(図2参照)に低下し、V1で安定する。V1の値は、この時点の制御電圧Vc1(即ち、第2オペアンプの非反転入力端子に入力される電圧値)よりわずかに小さくなる。本実施例では、充電時に制御電圧出力装置400が出力する制御電圧の値Vc1は、V1より小さくなる値に設定されている。これにより、第2オペアンプ300の出力電圧Vout2は比較的小さい所定の正の値Vo1となる。これにより、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100に流れる電流は、上記の電流開始時点よりも低くなる(絞られる)。この結果、図2及び図3に示すように、センス抵抗30を流れる電流Iは、所定の目標値である−0.5Aで安定する。以後、充電が行われている間、充電電流(即ち電流I)は、−0.5Aで安定する。この結果、二次電池10への充電電流は一定値で安定することになる。以後、この状態で二次電池10への充電が継続される。
例えば、所定時間の充電が行われた結果、残量計測装置500が、二次電池10に十分な電力が蓄えられたことを計測する場合、制御電圧出力装置400は、出力する制御電圧の値を、Vc1から、Vrefより大きい所定値Vc2に変化させる。この結果、第2オペアンプ300の非反転入力端子に入力される電圧の値(即ちVc2)は、第2オペアンプ300の反転入力端子に入力される電圧の値(即ちV1)よりも大きくなる。そのため、第2オペアンプ300のゲインによって、第2オペアンプ300の出力電圧Vout2は、非常に大きい値Vo2に変化する。第2オペアンプ300の出力電圧Vout2がVo2に変化することにより、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100がオフされる。この結果、外部電源4から二次電池10に向かう電流が流れなくなり、充電が停止(終了)する。
充電の終了後、負荷8への放電を開始する場合、入出力端子20に外部電源4が接続されていない状態(即ち、図1のスイッチ6を切断状態に切り替えた状態)で、制御電圧出力装置400は、基準電圧Vrefよりも小さい所定値Vc3の制御電圧を出力する。この時点では、電流Iは流れていない(即ち0Aである)ため、第1オペアンプ200の出力電圧Vout1(即ち、第2オペアンプ300の反転入力端子への入力電圧)はVrefである。そして、第2オペアンプ300の出力電圧Vout2は0Vである。これにより、第1トランジスタ90のドレイン−ソース間に電圧Vds(即ち二次電池10から出力される電圧)が印加され、ゲートに0Vが印加される状態になる。同様に、第2トランジスタ100のソース−ドレイン間に電圧Vsd(即ち二次電池10から出力される電圧)が印加され、ゲートに0Vが印加される状態になる。そのため、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100がオンされ、第1トランジスタ90及び第2トランジスタ100に電流(即ち放電電流)が流れ始める。センス抵抗30にも正の電流Iが流れ始める。これにより、二次電池10から、センス抵抗30、第1トランジスタ90、第2トランジスタ100、負荷8の順で放電電流が流れ、負荷8への放電が開始される。
その後、制御電圧出力装置400は、引き続き制御電圧Vc3を出力する。センス抵抗30に正の電流Iが流れ始める(即ち、二次電池10の電圧がセンス抵抗30に印加される)ことにより、第1オペアンプ200の反転入力端子に入力される電圧値は、非反転入力端子に入力される電圧値より小さくなる。センス抵抗30における電圧降下(即ち、二次電池10によって印加される電圧の電圧降下)のため、センス抵抗30のうちの放電電流の流れる方向における下流側(第1トランジスタ90側)には、上流側(二次電池10側)に比べて小さい電圧が印加されるためである。そのため、第1オペアンプ200の出力電圧Vout1(即ち、第2オペアンプの反転入力端子に入力される電圧値)は、基準電圧Vrefよりも大きく、負荷8の要求電力に応じた値(即ち、センス抵抗30に流れる電流I及び印加される電圧に応じた値)であるV2(図2参照)になる。この場合も、第2オペアンプ300の出力電圧Vout2は引き続き0Vである。従って、二次電池10から負荷8に向かって、負荷8の要求電力に応じた大きさの正の電流(図2の例では1A)が継続して流される(放電が継続される)。
以上、本実施例の充放電装置2の構成及び動作を説明した。上記の通り、本実施例の充放電装置2によると、入出力端子20に外部電源4を接続して、制御電圧出力装置400から基準電圧Vrefより小さい制御電圧Vc1を出力することで、二次電池10への充電を行うことができ、入出力端子20に外部電源4を接続しない状態で入出力端子20に負荷8を接続して、制御電圧出力装置400から基準電圧Vrefより小さい制御電圧Vc3を出力することで、二次電池10から負荷8への放電を行うことができる。また、充電中に制御電圧を基準電圧Vref以上のVc2に上げることで、充電を停止することもできる。即ち、一つの回路で充電と放電の両方を行うことができる。また、本実施例によると、残量計測装置500によって第1オペアンプの出力電圧Vout1を監視することで、充電電流及び放電電流の値を監視することもできる。また、本実施例の充放電装置2によると、充電時には、充電電流を一定の大きさに保つこともできる。従って、本実施例の充放電装置2によると、放電及び充電電流を監視するための機能と、充電電流を一定値にするための機能と、を共通する一つの回路で実現することができるため、両機能をそれぞれ別個の回路で実現していた従来の構成と比べて、装置の実装面積を小さくすることができる。
4:外部電源
6:スイッチ
8:負荷
10:二次電池
20:入出力端子
30:センス抵抗
40:第1抵抗
50:第2抵抗
60:第3抵抗
70:第4抵抗
80:基準電圧電源
90:第1トランジスタ
92:第1ダイオード
100:第2トランジスタ
102:第2ダイオード
110:トランジスタ間抵抗
200:第1オペアンプ
300:第2オペアンプ
400:制御電圧出力装置
500:残量計測装置
Claims (2)
- 充放電装置であって、
二次電池と、
外部の充電用電源及び外部の負荷に接続可能な入出力端子と、
前記入出力端子と前記二次電池の正極との間に設けられるトランジスタと、
前記トランジスタと前記二次電池の前記正極との間に接続される検出用抵抗と、
基準電圧を出力するための基準電圧出力手段と、
第1オペアンプと、
第1抵抗と、
第2抵抗と、
第3抵抗と、
第4抵抗と、
第2オペアンプと、
前記入出力端子と前記二次電池との間に流れる電流の大きさを制御するための制御電圧を出力する制御電圧出力手段と、
を備え、
前記トランジスタのソースが前記入出力端子と前記二次電池に接続されており、
前記第1抵抗は、前記第1オペアンプの第1反転入力端子と、前記検出用抵抗及び前記トランジスタの接続点との間に接続され、
前記第2抵抗は、前記第1反転入力端子及び前記第1抵抗の接続点と、前記第1オペアンプの第1出力端子と、の間に接続され、
前記第3抵抗は、前記第1オペアンプの第1非反転入力端子と、前記検出用抵抗及び前記電池の前記正極の接続点との間に接続され、
前記第4抵抗は、前記第1非反転入力端子及び前記第3抵抗の接続点と、前記基準電圧出力手段との間に接続され、
前記第2オペアンプの第2反転入力端子は、前記第2抵抗及び前記第1出力端子の接続点と接続され、
前記第2オペアンプの第2非反転入力端子は、前記制御電圧出力手段と接続され、
前記第2オペアンプの第2出力端子は、前記トランジスタのゲートに接続され、
前記第1のオペアンプと、前記第1抵抗と、前記第2抵抗と、前記第3抵抗と、前記第4抵抗と、前記検出用抵抗は、差動増幅回路を含む電流センス回路を形成しており、
前記入出力端子から前記二次電池に電流が流れる場合には、前記制御電圧出力手段は、前記基準電圧より小さい第1の電圧を出力し、
前記入出力端子から前記二次電池に電流が流れる場合には、前記電流センス回路によって、前記第1出力端子の電圧は、前記基準電圧よりも小さい電圧に調整され、
前記二次電池から前記入出力端子に電流が流れる場合には、前記制御電圧出力手段は、前記基準電圧より小さい第2の電圧を出力し、
前記二次電池から前記入出力端子に電流が流れる場合には、前記電流センス回路によって、前記第1出力端子の電圧は、前記基準電圧よりも大きい電圧に調整される、
充放電装置。 - 前記第1出力端子と接続され、前記第1出力端子の出力電圧値を監視することによって前記二次電池の残量を計測する残量計測手段をさらに備える、
請求項1に記載の充放電装置。
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Family Applications (1)
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2017
- 2017-01-24 JP JP2017010640A patent/JP6834527B2/ja active Active
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