JP6966864B2 - バッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、充放電制御回路およびバッテリ装置に関する。

従来、二次電池の第１電極に接続される第１電源端子と、二次電池の第２電極に接続される第２電源端子と、二次電池への充電を制御する充電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される充電制御端子と、二次電池からの放電を制御する放電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される放電制御端子と、二次電池への過充電を検出する過充電検出回路と、二次電池からの過放電を検出する過放電検出回路と、充電器が接続されているか否かを検出するための充電器検出端子とを備える充放電制御回路を有するバッテリ装置が知られている（例えば、特許文献１の図１および図５を参照）。なお、特許文献１には明記されていないが、このようなバッテリ装置では、一般に、充電器検出端子は、バッテリ装置に接続される負荷の状態を監視するための端子としても用いられる。
また、過電流検出端子と過電流検出回路とを有する充放電制御回路を備え、一端が二次電池の第２電極に接続され、他端が放電制御ＦＥＴのソース端子と過電流検出端子に接続された抵抗を設け、抵抗に流れる電流によって抵抗の両端に発生する電位差を検出することにより、放電過電流や充電過電流の検出精度を向上させたバッテリ装置も知られている（例えば、特許文献２を参照）。
一方、異常な充電器が接続されることにより発生する充電過電流と、接続された負荷が異常であることにより発生する放電過電流とでは、一般に、放電過電流の方が大きくなることが多い。そのため、放電制御ＦＥＴとしては、電流耐性の高いものが必要となり、充電制御ＦＥＴとしては、それよりも電流耐性が低いものを使用することが可能である。したがって、充電経路と放電経路とを分離し（例えば、特許文献１の図４を参照）、充電制御ＦＥＴに、電流耐性の低い、安価なＦＥＴを使用することができるようにバッテリ装置を構成することが可能な充放電制御回路への要求が高まっている。

特許第５４３７７７０号公報 特開２０１４−１６６０７１号公報

しかしながら、充電経路と放電経路とを分離したバッテリ装置を、特許文献１に示されているような充電器の接続状態の検出と、特許文献１に示されているような精度の高い過電流検出との両方が可能となるように構成すると、以下のような問題が生じる。
すなわち、充電器により二次電池への充電が行われ、二次電池の電圧が過充電電圧以上の電圧となって、充放電制御回路が充電制御ＦＥＴをオフしている過充電検出状態において、バッテリ装置に接続された負荷が異常な状態となり、大電流が流れた場合に、放電過電流を検出して放電制御ＦＥＴをオフする放電過電流検出状態となると、負荷の状態を監視するための端子（充電器検出端子）が負荷から切り離された状態であるため、負荷の状態を監視できない。したがって、異常な負荷の接続が解除されても、充電器が外されたことを検出し、かつ、二次電池の電圧が過充電電圧を下回って充電制御ＦＥＴがオンするまで、放電過電流状態から復帰することができなくなってしまう。

したがって、本発明は、充電経路と放電経路とを分離したバッテリ装置において、過充電検出状態となった後、放電過電流検出状態となり、放電過電流検出の原因となった異常な負荷の接続が解除された場合に、負荷の状態を監視することが可能な充放電制御回路およびバッテリ装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態は、充電経路と放電経路を分離したバッテリ装置に用いられる充放電制御回路であって、二次電池の第１電極に接続される第１電源端子と、前記二次電池の第２電極に接続される第２電源端子と、前記二次電池への充電を制御する充電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される充電制御端子と、前記二次電池からの放電を制御する放電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される放電制御端子と、前記放電制御ＦＥＴのソース端子に接続される過電流検出端子と、充電器に接続されると共に、前記充電制御ＦＥＴを介して負荷に接続される充電器検出端子と、前記充電制御端子および前記放電制御端子に制御信号を出力する制御回路と、前記第１電源端子と前記第２電源端子とに接続され、前記二次電池の充放電を監視し、前記二次電池が過充電または過放電となったことを検出すると、前記制御回路に前記充電制御ＦＥＴまたは前記放電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を出力する充放電監視回路と、前記過電流検出端子に接続され、前記過電流検出端子の電圧に基づいて放電過電流を検出すると、前記制御回路に前記放電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を出力する過電流検出回路と、前記充電器検出端子に接続され、前記充電器検出端子の電圧に基づいて前記充電器が接続されていないことを検出すると、前記制御回路に前記充電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を出力する充電器検出回路と、前記充電器検出端子に接続され、前記充電器検出端子の電圧に基づき前記充電器検出端子に接続される前記負荷が正常な状態であることを検出すると、前記制御回路に前記放電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を出力する負荷開放検出回路とを備える充放電制御回路と、前記二次電池と、前記二次電池の第１電極に接続された充放電端子と、一端が前記二次電池の第２電極に接続された抵抗と、ソース端子が前記抵抗の他端に接続された前記放電制御ＦＥＴと、ドレイン端子が前記放電制御ＦＥＴのドレイン端子に接続された前記充電制御ＦＥＴと、前記充電制御ＦＥＴのソース端子に接続された充電端子と、前記充電制御ＦＥＴと前記放電制御ＦＥＴとの接続点に接続された放電端子とを備え、前記制御回路は、前記充電器検出回路から前記充電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を受けると、前記充放電監視回路から前記充電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を受けて前記充電制御ＦＥＴをオフさせている場合でも、前記充電制御ＦＥＴをオンさせ、前記充電器が前記充放電端子と前記充電端子との間に接続され、前記負荷が前記充放電端子と前記放電端子との間に接続される、バッテリ装置である。

本発明によれば、バッテリ装置を上記充電制御回路を含み、充電経路と放電経路とを分離した構成とした場合に、過充電検出状態となった後、放電過電流検出状態となり、放電過電流検出の原因となった異常な負荷の接続が解除されたとき、制御回路が充電器検出回路から充電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を受けると、充放電監視回路から充電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を受けて充電制御ＦＥＴをオフさせている場合でも、充電制御ＦＥＴをオンさせることから、負荷開放検出回路が充電器検出端子およびオンとなった充電制御ＦＥＴを介して負荷に接続できるようになり、負荷の状態を監視することが可能となる。したがって、異常な負荷の接続が解除されていれば、放電制御ＦＥＴをオンさせ、放電過電流状態から復帰することができる。

一実施形態の充放電制御回路を備えたバッテリ装置を示す図である。 図１に示す充電器検出回路の一例を示す回路図である。 図１に示す負荷開放検出回路の一例を示す回路図である。

以下、図を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態の充放電制御回路１を備えたバッテリ装置１０を示す図である。
バッテリ装置１０は、充放電制御回路１と、二次電池２と、充放電端子Ｐ＋と、放電端子ＤＩＳ−と、充電端子ＣＨＡ−と、充電制御ＦＥＴ３と、放電制御ＦＥＴ４と、抵抗５とを備えている。充電制御ＦＥＴ３は、二次電池２への充電を制御する。放電制御ＦＥＴ４は、二次電池２からの放電を制御する。
充放電端子Ｐ＋は、二次電池２の第１電極２ａに接続されている。抵抗５の一端は、二次電池２の第２電極２ｂに接続されている。放電制御ＦＥＴ４のソース端子は、抵抗５の他端に接続されている。充電制御ＦＥＴ３のドレイン端子は、放電制御ＦＥＴ４のドレイン端子に接続されている。充電端子ＣＨＡ−は、充電制御ＦＥＴ３のソース端子に接続されている。放電端子ＤＩＳ−は、充電制御ＦＥＴ３と放電制御ＦＥＴ４との接続点（両ＦＥＴのドレイン端子）に接続されている。
充電器２０は、充放電端子Ｐ＋と充電端子ＣＨＡ−との間に接続される。負荷３０は、充放電端子Ｐ＋と放電端子ＤＩＳ−との間に接続される。
このように、バッテリ装置１０は、充電経路と放電経路とを分離した構成となっている。

充放電制御回路１は、第１電源端子１Ａと、第２電源端子１Ｂと、充電制御端子１Ｃと、放電制御端子１Ｄと、過電流検出端子１Ｅと、充電器検出端子１Ｆとを備えている。また、充放電制御回路１は、充放電監視回路１ａと、制御回路１ｂと、過電流検出回路１ｃと、充電器検出回路１ｄと、負荷開放検出回路１ｅとを備えている。充放電監視回路１ａは、第１電源端子１Ａと第２電源端子１Ｂとに接続され、二次電池２の充放電状態を監視する。制御回路１ｂは、充電制御ＦＥＴ３および放電制御ＦＥＴ４を制御する。過電流検出回路１ｃは、二次電池２からの放電過電流および二次電池２への充電過電流を検出する。充電器検出回路１ｄは、充電器２０の接続状態を検出する。
第１電源端子１Ａは、二次電池２の第１電極２ａに接続され、これにより、第１電源電圧ＶＤＤを充放電制御回路１内の各回路に供給する。第２電源端子１Ｂは、二次電池２の第２電極２ｂに接続され、これにより、第２電源電圧ＶＳＳを充放電制御回路１内の各回路に供給する。制御回路１ｂは、充放電監視回路１ａと、過電流検出回路１ｃと、充電器検出回路１ｄと、負荷開放検出回路１ｅとに接続されている。また、制御回路１ｂは、充電制御端子１Ｃに接続されている。充電制御端子１Ｃは、充電制御ＦＥＴ３のゲート端子に接続されている。また、制御回路１ｂは、放電制御端子１Ｄに接続されている。放電制御端子１Ｄは、放電制御ＦＥＴ４のゲート端子に接続されている。過電流検出回路１ｃは、過電流検出端子１Ｅに接続されている。過電流検出端子１Ｅは、抵抗５の他端に接続されている。充電器検出回路１ｄおよび負荷開放検出回路１ｅは、充電器検出端子１Ｆに接続されている。充電器検出端子１Ｆは、充電制御ＦＥＴ３のソース端子に接続されている。
なお、充電器検出端子１Ｆは、バッテリ装置１０に接続される負荷の状態を監視するための端子としても用いられる。

かかる構成のバッテリ装置１０は、以下のように動作する。
まず、充電器２０が充放電端子Ｐ＋と充電端子ＣＨＡ−との間に接続されると、充電器２０により、二次電池２へ充電が行われる。二次電池２への充電が続けられ、二次電池２の電圧が過充電電圧以上の電圧となると、充放電監視回路１ａは、制御回路１ｂに充電制御ＦＥＴ３をオフさせることを指示する信号を出力する。これを受けて制御回路１ｂは、充電制御ＦＥＴ３をオフさせ、過充電検出状態となる。
かかる過充電検出状態において、負荷３０が充放電端子Ｐ＋と放電端子ＤＩＳ−との間に接続され、この負荷３０が異常な状態となり、大電流が流れると、抵抗５の両端に発生する電位差が大きくなり、これが放電過電流と判定する電圧を超えると、過電流検出回路１ｃは、放電過電流を検出し、制御回路１ｂに放電制御ＦＥＴ４をオフさせることを指示する信号を出力する。これを受けて制御回路１ｂは、放電制御ＦＥＴ４をオフする。
こうして、バッテリ装置１０は、充電も放電も禁止された状態となる。

その後、充電器２０が外されると、充電器検出回路１ｄは、充電端子ＣＨＡ−に接続された充電器検出端子１Ｆの電圧に基づいて、充電器２０が接続されていないことを検出し、制御回路１ｂに充電制御ＦＥＴ３をオンさせることを指示する信号を出力する。このとき、制御回路１ｂは、上述のとおり、充放電監視回路１ａからの指示に基づき、充電制御ＦＥＴ３をオフさせているが、制御回路１ｂは、充電器検出回路１ｄからの充電制御ＦＥＴ３をオンさせることを指示する信号を優先し、充電制御ＦＥＴ３をオンさせる。
なお、二次電池２が過充電状態であっても、充電器２０が外されれば、二次電池２の電圧がそれ以上上昇することはないため、制御回路１ｂが充電制御ＦＥＴ３をオンさせても問題は生じない。
このようにして、充電制御ＦＥＴ３がオンすると、充電器検出端子１Ｆは、充電制御ＦＥＴ３を介して負荷３０に接続された状態となる。これにより、負荷開放検出回路１ｅは、充電器検出端子１Ｆの電圧に基づき負荷３０の状態を検出することができるようになる。そして、異常な負荷３０の接続が解除されている、すなわち、負荷３０が正常な状態に戻っている、あるいは負荷３０が外されていると、負荷開放検出回路１ｅが負荷３０が正常な状態である、あるいは負荷３０が接続されていないことを検出し、制御回路１ｂに放電制御ＦＥＴ４をオンさせることを指示する信号を出力する。これに基づき、制御回路１ｂは、放電制御ＦＥＴ４をオンさせる。
こうして、バッテリ装置１０は、充電も放電も許可された状態に戻る。

このように、本実施形態によれば、充放電制御回路１が充電制御ＦＥＴ３をオフしている過充電検出状態において、バッテリ装置１０に接続された負荷３０が異常な状態となり大電流が流れて放電制御ＦＥＴ４をオフする放電過電流検出状態となった後、異常な負荷の接続が解除された場合に、充電器２０が外されたことに基づいて、充電制御ＦＥＴ３をオンさせるため、負荷開放検出回路１ｅが異常な負荷の接続が解除されたことを検出することが可能となる。したがって、充電器２０が外されたことを検出すれば、二次電池２の電圧が過充電電圧を下回って充電制御ＦＥＴ３がオンされることを待たずに、放電過電流状態から復帰することができる。

図２は、図１に示す充電器検出回路１ｄの一例を示す回路図である。
本例の充電器検出回路１ｄは、定電流源１ｄ１と、ＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２とを備えている。
定電流源１ｄ１は、一端が第１電源端子１Ａの電圧である第１電源電圧ＶＤＤを受けている。ＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２は、ドレイン端子が定電流源１ｄ１の他端に接続され、ゲート端子が第２電源端子１Ｂの電圧である第２電源電圧ＶＳＳを受け、ソース端子が充電器検出端子１Ｆに接続されている。そして、定電流源１ｄ１とＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２のドレイン端子との接続点が充電器検出回路１ｄの出力となる。

かかる構成の充電器検出回路１ｄは、以下のように、充電器検出端子１Ｆの電圧に基づいて、充電器２０が接続されているか否かを判定する。
充電器２０の電圧は、二次電池２の電圧より大きい。そのため、充電器２０が充放電端子Ｐ＋と充電端子ＣＨＡ−との間に接続されている場合、充電器検出端子１Ｆの電圧は、第２電源電圧ＶＳＳよりも低くなる。その結果、ＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２がオンし、充電器検出回路１ｄは、充電器２０が接続されていることを示すＬレベルの信号を制御回路１ｂに出力する。
一方、充電器２０が充放電端子Ｐ＋と充電端子ＣＨＡ−との間に接続されていない場合、充電器検出端子１Ｆの電圧が第２電源電圧ＶＳＳとなり、ＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２のゲート端子の電圧と同じ電圧となるため、ＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２がオフする。これにより、充電器検出回路１ｄは、充電器２０が接続されていないことを示すＨレベルの信号を制御回路１ｂに出力する。

図３は、図１に示す負荷開放検出回路１ｅの一例を示す回路図である。
本例の負荷開放検出回路１ｅは、抵抗１ｅ１と、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２と、コンパレータ１ｅ３と、基準電圧源１ｅ４とを備えている。
抵抗１ｅ１の一端と、コンパレータ１ｅ３の非反転入力端子とは、充電器検出端子１Ｆに接続されている。ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２は、ドレイン端子が抵抗１ｅ１の他端に接続され、ゲート端子が制御回路１ｂの出力を受け、ソース端子が第２電源電圧ＶＳＳを受けている。コンパレータ１ｅ３の反転入力端子には、基準電圧源１ｅ４の電圧が供給されている。そして、コンパレータ１ｅ３の出力が負荷開放検出回路１ｅの出力となる。基準電圧源１ｅ４の電圧は、充電器検出端子１Ｆに接続される負荷３０が異常であるか否かを判定する基準となる電圧値に設定される。

かかる構成の負荷開放検出回路１ｅは、以下のように、充電器検出端子１Ｆの電圧に基づいて、負荷３０が異常な状態であるか否かを判定する。
放電制御ＦＥＴ４がオフしている場合、制御回路１ｂは、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２のゲート端子にＨレベルの信号を供給する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２がオンする。放電制御ＦＥＴ４がオフしていることから、充電器検出端子１Ｆは、充電制御ＦＥＴ３および負荷３０を介して充放電端子Ｐ＋に接続された状態となる。したがって、充電器検出端子１Ｆの電圧は、充放電端子Ｐ＋の電圧と第２電源電圧ＶＳＳとの電圧差を負荷３０と抵抗１ｅ１との抵抗比で分圧された電圧となる。
このとき、負荷３０が異常な状態であると、充電器検出端子１Ｆの電圧は上昇し、ほぼ充放電端子Ｐ＋の電圧となる。よって、コンパレータ１ｅ３は、負荷３０が異常であることを示すＨレベルの信号を制御回路１ｂに出力する。これに基づき、制御回路１ｂは、放電制御ＦＥＴ４のオフ状態を維持する。
一方、負荷３０が正常な状態である、あるいは負荷３０が外されていると、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２がオンしていることにより、充電器検出端子１Ｆの電圧は第２電源電圧ＶＳＳとなり、基準電圧源１ｅ４の電圧を下回る。よって、コンパレータ１ｅ３は、負荷３０が正常状態である、または負荷が接続されていないことを示すＬレベルの信号を制御回路１ｂに出力する。これに基づき。制御回路１ｂは、オフしていた放電制御ＦＥＴ４をオンさせる。
また、放電制御ＦＥＴ４がオンしている場合は、制御回路１ｂは、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２のゲート端子にＬレベルの信号を供給する。これにより、ＮＭＯＳトランジスタ１ｅ２がオフする。放電制御ＦＥＴ４がオンしていることから、充電器検出端子１Ｆは、充電制御ＦＥＴ３、放電制御ＦＥＴ４、および抵抗５を介して二次電池２の第２電極２ｂに接続された状態となる。したがって、充電器検出端子１Ｆの電圧は、第２電源電圧ＶＳＳとなる。よって、コンパレータ１ｅ３は、負荷３０が正常であることを示すＬレベルの信号を制御回路１ｂに出力する。したがって、制御回路１ｂは、放電制御ＦＥＴ４のオン状態を維持する。

以上、本発明の実施形態およびその変形を説明したが、これらの実施形態およびその変形は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態およびその変形は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態およびその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同時に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。また、上述した各実施形態およびその変形は、互いに適宜組み合わせることができる。

例えば、本発明の充放電制御回路は、充電経路と放電経路とを分離したバッテリ装置に用いることにより所期の効果を奏するものであるため、上記実施形態では、充電経路と放電経路とが分離されたバッテリ装置１０に本発明の充放電制御回路を用いた例のみを示したが、本発明の充放電制御回路は、充電経路と放電経路とが共通なバッテリ装置に用いることもできる。すなわち、本発明の充放電制御回路は、充電経路と放電経路とを分離したバッテリ装置と、充電経路と放電経路とが共通なバッテリ装置との両方に適用することが可能であり、汎用性の高いものである。

また、図２には、定電流源１ｄ１とＮＭＯＳトランジスタ１ｄ２とによって充電器検出回路１ｄを構成した例を示したが、代わりに、コンパレータを用いて充電器検出回路１ｄを構成してもよい。

１…充放電制御回路
１Ａ…第１電源端子
１Ｂ…第２電源端子
１Ｃ…充電制御端子
１Ｄ…放電制御端子
１Ｅ…過電流検出端子
１Ｆ…充電器検出端子
２…二次電池
１０…バッテリ装置
Ｐ＋…充放電端子
ＤＩＳ−…放電端子
ＣＨＡ−…充電端子
２０…充電器
３０…負荷

Claims (1)

1. 充電経路と放電経路を分離したバッテリ装置に用いられる充放電制御回路であって、
   二次電池の第１電極に接続される第１電源端子と、
   前記二次電池の第２電極に接続される第２電源端子と、
   前記二次電池への充電を制御する充電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される充電制御端子と、
   前記二次電池からの放電を制御する放電制御ＦＥＴのゲート端子に接続される放電制御端子と、
   前記放電制御ＦＥＴのソース端子に接続される過電流検出端子と、
   充電器に接続されると共に、前記充電制御ＦＥＴを介して負荷に接続される充電器検出端子と、
   前記充電制御端子および前記放電制御端子に制御信号を出力する制御回路と、
   前記第１電源端子と前記第２電源端子とに接続され、前記二次電池の充放電を監視し、前記二次電池が過充電または過放電となったことを検出すると、前記制御回路に前記充電制御ＦＥＴまたは前記放電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を出力する充放電監視回路と、
   前記過電流検出端子に接続され、前記過電流検出端子の電圧に基づいて放電過電流を検出すると、前記制御回路に前記放電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を出力する過電流検出回路と、
   前記充電器検出端子に接続され、前記充電器検出端子の電圧に基づいて前記充電器が接続されていないことを検出すると、前記制御回路に前記充電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を出力する充電器検出回路と、
   前記充電器検出端子に接続され、前記充電器検出端子の電圧に基づき前記充電器検出端子に接続される前記負荷が正常な状態であることを検出すると、前記制御回路に前記放電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を出力する負荷開放検出回路とを備える充放電制御回路と、
   前記二次電池と、
   前記二次電池の第１電極に接続された充放電端子と、
   一端が前記二次電池の第２電極に接続された抵抗と、
   ソース端子が前記抵抗の他端に接続された前記放電制御ＦＥＴと、
   ドレイン端子が前記放電制御ＦＥＴのドレイン端子に接続された前記充電制御ＦＥＴと、
   前記充電制御ＦＥＴのソース端子に接続された充電端子と、
   前記充電制御ＦＥＴと前記放電制御ＦＥＴとの接続点に接続された放電端子とを備え、
   前記制御回路は、前記充電器検出回路から前記充電制御ＦＥＴをオンさせることを指示する信号を受けると、前記充放電監視回路から前記充電制御ＦＥＴをオフさせることを指示する信号を受けて前記充電制御ＦＥＴをオフさせている場合でも、前記充電制御ＦＥＴをオンさせ、
   前記充電器が前記充放電端子と前記充電端子との間に接続され、
   前記負荷が前記充放電端子と前記放電端子との間に接続される、
   バッテリ装置。

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