JP7051529B2 - 充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置 - Google Patents
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Description
本発明は、充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置に関する。
従来の複数の二次電池が並列に接続されたバッテリ装置の保護回路は、二次電池を並列に接続する際に電圧の高い二次電池から電圧の低い二次電池に流れる突入電流を防止し、二次電池を保護するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、従来のバッテリ装置の保護回路においては、二次電池を過電流から保護することは可能であるが、並列に接続された複数の二次電池を夫々適正な充電電流で充電することについては考慮されていない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、並列に接続された複数の二次電池に容量値やインピーダンス値に差があったとしても、均等な充電電流で充電することが可能な充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置を提供することを目的としている。
上記課題を解決するために、本発明の充放電制御回路は、並列に接続された第一及び第二の二次電池の充放電を制御するための充放電制御回路であって、前記第一及び第二の二次電池の正極端子が接続される正極電源端子と、前記第一の二次電池の負極端子が接続される第一の負極電源端子と、前記第二の二次電池の負極端子が接続される第二の負極電源端子と、前記第一の二次電池の充電を制御する信号が出力される第一の充電制御端子と、前記第二の二次電池の充電を制御する信号が出力される第二の充電制御端子と、負荷及び充電器の負極が接続される外部負極端子に接続される電圧モニタ端子と、一端が前記外部負極端子に接続され、前記第一の二次電池の電流が流れる第一の抵抗の他端と接続される第一の電圧入力端子と、一端が前記外部負極端子に接続され、前記第二の二次電池の電流が流れる第二の抵抗の他端と接続される第二の電圧入力端子と、前記正極電源端子、第一の負極電源端子、第二の負極電源端子の電圧によって充放電を制御する制御信号を出力する電圧検出回路と、前記第一の電圧入力端子が第一の入力端子に接続され、前記第二の電圧入力端子が第二の入力端子に接続される差動アンプと、前記差動アンプの出力端子が入力端子に接続され、前記第一の充電制御端子に出力する第一の信号と前記第二の充電制御端子に出力する第二の信号とを出力する出力回路と、前記出力回路の出力する第一の信号及び第二の信号と前記電圧検出回路の出力する制御信号に基づいて、前記第一の充電制御端子及び前記第二の充電制御端子に前記第一及び第二の信号を出力する充電制御回路と、を備え、前記充電制御回路は、前記電圧検出回路から充電を許可する制御信号を受け、且つ前記電圧モニタ端子の電圧によって充電器が接続されていることを検出すると、前記第一の充電制御端子に前記出力回路の出力する前記第一の信号を出力し、前記第二の充電制御端子に前記出力回路の出力する前記第二の信号を出力することを特徴とする。
また、本発明のバッテリ装置は、並列に接続された第一及び第二の二次電池と、前記第一及び第二の二次電池の充放電を制御する請求項１に記載の充放電制御回路と、前記充放電制御回路によって制御される前記第一の二次電池の充電を制御する第一の充電制御ＦＥＴと、前記充放電制御回路によって制御される前記第二の二次電池の充電を制御する第二の充電制御ＦＥＴと、を備えたことを特徴とする。
本発明の充放電制御回路及びこれを備えたバッテリ装置によれば、並列に接続された複数の二次電池にインピーダンス値に差があったとしても、所望の充電電流で充電することが可能となる。また、並列に接続された複数の二次電池にその容量値に応じた充電電流で充電することが出来る。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態のバッテリ装置を示すブロック図である。
本実施形態のバッテリ装置は、二次電池１及び２と、充放電制御回路１０と、放電制御ＦＥＴ１１及び１２と、充電制御ＦＥＴ１３及び１４と、抵抗１５及び１６と、充電器及び負荷（いずれも図示せず）が接続される外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－とを備えている。
図１は、本発明の第１の実施形態のバッテリ装置を示すブロック図である。
本実施形態のバッテリ装置は、二次電池１及び２と、充放電制御回路１０と、放電制御ＦＥＴ１１及び１２と、充電制御ＦＥＴ１３及び１４と、抵抗１５及び１６と、充電器及び負荷（いずれも図示せず）が接続される外部正極端子ＥＢ＋及び外部負極端子ＥＢ－とを備えている。
充放電制御回路１０は、電圧検出回路１０１と、放電制御回路１０２と、充電制御回路１０３と、差動アンプ１０５と、出力回路１０４と、正極電源端子ＶＤＤと、負極電源端子ＶＳＳ１及びＶＳＳ２と、放電制御端子ＤＯ１及びＤＯ２と、充電制御端子ＣＯ１及びＣＯ２と、電圧入力端子ＶＩ１及びＶＩ２、電圧モニタ端子ＶＭとを備えている。
電圧検出回路１０１は、正極電源端子ＶＤＤと負極電源端子ＶＳＳ１及びＶＳＳ２の電圧から二次電池１及び２の過充電及び過放電を監視する。放電制御回路１０２は、電圧検出回路１０１から入力される信号に基づいて、正極電源端子ＶＤＤの電圧と負極電源端子ＶＳＳ１及びＶＳＳ２の電圧によって放電制御ＦＥＴ１１及び１２を制御する。充電制御回路１０３は、電圧検出回路１０１から入力される信号に基づいて、正極電源端子ＶＤＤの電圧と電圧モニタ端子ＶＭの電圧によって充電制御端子ＣＯ１及びＣＯ２を制御する。
ここで、放電制御ＦＥＴ１１及び１２を制御する放電制御回路１０２が出力する信号は、共通であっても、異なっていても良い。
ここで、放電制御ＦＥＴ１１及び１２を制御する放電制御回路１０２が出力する信号は、共通であっても、異なっていても良い。
次に、バッテリ装置の充電動作について以下に説明する。
外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－との間に充電器が接続され、充電制御ＦＥＴ１３及び１４、放電制御ＦＥＴ１１及び１２が全てオンであって、二次電池１と二次電池２に充電電流が流れる。二次電池１に流れる充電電流は、一端が外部負極端子ＥＢ－に接続された抵抗１５を流れ、抵抗１５の他端に電圧を発生する。二次電池２に流れる充電電流は、一端が外部負極端子ＥＢ－に接続された抵抗１６を流れ、抵抗１６の他端に電圧を発生する。この時、抵抗１５と抵抗１６の一端は共通に接続されているので、それらの他端に発生した電圧の差は充電電流の差に等しい。
外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－との間に充電器が接続され、充電制御ＦＥＴ１３及び１４、放電制御ＦＥＴ１１及び１２が全てオンであって、二次電池１と二次電池２に充電電流が流れる。二次電池１に流れる充電電流は、一端が外部負極端子ＥＢ－に接続された抵抗１５を流れ、抵抗１５の他端に電圧を発生する。二次電池２に流れる充電電流は、一端が外部負極端子ＥＢ－に接続された抵抗１６を流れ、抵抗１６の他端に電圧を発生する。この時、抵抗１５と抵抗１６の一端は共通に接続されているので、それらの他端に発生した電圧の差は充電電流の差に等しい。
抵抗１５の他端に発生した電圧は、電圧入力端子ＶＩ１、即ち差動アンプ１０５の非反転入力端子に入力される。抵抗１６の他端に発生した電圧は、電圧入力端子ＶＩ２、即ち差動アンプ１０５の反転入力端子に入力される。差動アンプ１０５は、電圧入力端子ＶＩ１の電圧と電圧入力端子ＶＩ２の電圧を差を増幅して、出力回路１０４に出力する。出力回路１０４は、差動アンプ１０５から入力された信号に応じて、正出力から充電制御ＦＥＴ１４の制御信号を出力し、負出力から充電制御ＦＥＴ１３の制御信号を出力する。
充電制御回路１０３は、電圧検出回路１０１から充電許可の信号が入力されると、正極電源端子ＶＤＤの電圧を充電制御端子ＣＯ１及びＣＯ２に出力し、充電制御ＦＥＴ１３及び充電制御ＦＥＴ１４をオンする。
この時、外部正極端子ＥＢ＋と外部負極端子ＥＢ－との間に充電器が接続されていると、充電制御回路１０３は、正極電源端子ＶＤＤの電圧から出力回路１０４から入力された制御信号に切替えて出力充電制御端子ＣＯ１及びＣＯ２に出力する。
即ち、出力回路１０４が出力する二次電池１及び二次電池２に流れる充電電流に基づいた制御信号によって充電制御ＦＥＴ１３及び充電制御ＦＥＴ１４が制御されるので、二次電池１及び二次電池２に流れる充電電流は等しくなる。
また、充電制御回路１０３は、電圧検出回路１０１から充電禁止の信号が入力されると、電圧モニタ端子ＶＭの電圧を充電制御端子ＣＯ１及びＣＯ２に出力して、充電制御ＦＥＴ１３及び充電制御ＦＥＴ１４をオフする。
以上説明したように、本実施形態によれば、出力回路１０４が出力する二次電池１及び二次電池２に流れる充電電流に基づいた制御信号によって充電制御ＦＥＴ１３及び充電制御ＦＥＴ１４を制御するようにしたので、並列に接続された二次電池に容量値やインピーダンス値に差があったとしても、均等な充電電流で充電することが可能となる。従って、いずれかの二次電池の充電電流が定格を超えてしまう、と言った不具合が発生しない、安全なバッテリ装置を提供することができる。
なお、本実施形態において、差動アンプ１０５が電圧入力端子ＶＩ１と電圧入力端子ＶＩ２の電圧の差を増幅して出力するようにしたが、例えば、コンパレータを用いることもできる。
図２は、本発明の第２の実施形態のバッテリ装置を示すブロック図である。
本実施形態のバッテリ装置は、第１の実施形態のバッテリ装置に対し、以下の点が異なっている。
本実施形態のバッテリ装置は、第１の実施形態のバッテリ装置に対し、以下の点が異なっている。
第２の実施形態のバッテリ装置は、抵抗２５が二次電池１と放電制御ＦＥＴ１１の間に接続され、抵抗２６が二次電池２と放電制御ＦＥＴ１２の間に接続されている。
その他の構成については、図１のバッテリ装置と同一であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、放電制御回路１０２についても省略する。
その他の構成については、図１のバッテリ装置と同一であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、放電制御回路１０２についても省略する。
動作についても、第１の実施形態のバッテリ装置とほぼ同じであるが、抵抗２５と抵抗２６が共通に接続された端子がないので、それらの両端に発生した電圧の差を出力回路１０４に出力する回路が第１の実施形態と異なる。
充放電制御回路２０は、アナログ加算処理回路である、差動アンプ２０１と、差動アンプ２０２と、加算回路２０３とを備えてる。差動アンプ２０１は、抵抗２５の両端の電圧の差を増幅して出力する。差動アンプ２０２は、抵抗２６の両端の電圧の差を増幅して出力する。加算回路２０３は、差動アンプ２０１の出力電圧から差動アンプ２０２の出力電圧を減算して、出力回路１０４に出力する。以降の動作は、第１の実施形態のバッテリ装置と同じである。
かかる構成により、並列に接続された二次電池に容量値やインピーダンス値に差があったとしても、均等な充電電流で充電することが可能となる。
以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
以上のように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
図３に、第２の実施形態の第２の例のバッテリ装置のブロック図を示す。
図３のバッテリ装置は、図２のバッテリ装置に対し、以下の点が異なっている。なお、以下の点以外の構成については、図２のバッテリ装置と同一であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図３のバッテリ装置は、図２のバッテリ装置に対し、以下の点が異なっている。なお、以下の点以外の構成については、図２のバッテリ装置と同一であるため、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
充放電制御回路３０は、電圧差検出回路３０１を備えている。電圧差検出回路３０１は、負極電源端子ＶＳＳ１と電圧入力端子ＶＩ２の間に直列に接続された抵抗Ｒ１及びＲ２と、負極電源端子ＶＳＳ２と電圧入力端子ＶＩ１の間に直列に接続された抵抗Ｒ３及びＲ４と、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点である第一出力端子と、抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４の接続点である第二出力端子とを備えている。第一出力端子は、差動アンプ１０５の反転入力端子に接続され、第二出力端子は、差動アンプ１０５の非反転入力端子に接続される。
以上のように構成された電圧差検出回路３０１は、４つの抵抗の抵抗値は全て等しく、その抵抗値は抵抗２５及び２６の抵抗より十分大きくすると、第一出力端子と第二出力端子の間の電圧Ｖ３０１は、次式で表される。
Ｖ３０１≒（Ｖ２５－Ｖ２６）／２
但し、Ｖ２５は抵抗２５の両端の電圧、Ｖ２６は抵抗２６の両端の電圧である。
Ｖ３０１≒（Ｖ２５－Ｖ２６）／２
但し、Ｖ２５は抵抗２５の両端の電圧、Ｖ２６は抵抗２６の両端の電圧である。
従って、図３の電圧差検出回路３０１によれば、図２よりも簡便な回路構成によって、同様の機能を得ることが出来、回路規模を縮小することが出来るという効果がある。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、二次電池１と二次電池２の容量の比が１：２であった場合には、抵抗２５と抵抗２６の比を２：１にすることで、充電レートを等しくすることが出来る。
例えば、二次電池１と二次電池２の容量の比が１：２であった場合には、抵抗２５と抵抗２６の比を２：１にすることで、充電レートを等しくすることが出来る。
１、２ 二次電池
１０、２０、３０ 充放電制御回路
１１、１２ 放電制御ＦＥＴ
１３、１４ 充電制御ＦＥＴ
１０１ 電圧検出回路
１０２ 放電制御回路
１０３ 充電制御回路
１０４ 出力回路
１０５、２０１、２０２ 差動アンプ
２０３ 加算回路
３０１ 電圧差検出回路
ＣＯ１、ＣＯ２ 充電制御端子
ＤＯ１、ＤＯ２ 放電制御端子
ＥＢ＋ 外部正極端子
ＥＢ－ 外部負極端子
ＶＤＤ 正極電源端子
ＶＳＳ１、ＶＳＳ２ 負極電源端子
ＶＩ１、ＶＩ２ 電圧入力端子
ＶＭ 電圧モニタ端子
１０、２０、３０ 充放電制御回路
１１、１２ 放電制御ＦＥＴ
１３、１４ 充電制御ＦＥＴ
１０１ 電圧検出回路
１０２ 放電制御回路
１０３ 充電制御回路
１０４ 出力回路
１０５、２０１、２０２ 差動アンプ
２０３ 加算回路
３０１ 電圧差検出回路
ＣＯ１、ＣＯ２ 充電制御端子
ＤＯ１、ＤＯ２ 放電制御端子
ＥＢ＋ 外部正極端子
ＥＢ－ 外部負極端子
ＶＤＤ 正極電源端子
ＶＳＳ１、ＶＳＳ２ 負極電源端子
ＶＩ１、ＶＩ２ 電圧入力端子
ＶＭ 電圧モニタ端子
Claims (2)
- 並列に接続された第一及び第二の二次電池の充放電を制御するための充放電制御回路であって、
前記第一及び第二の二次電池の正極端子が接続される正極電源端子と、
前記第一の二次電池の負極端子が接続される第一の負極電源端子と、
前記第二の二次電池の負極端子が接続される第二の負極電源端子と、
前記第一の二次電池の充電を制御する信号が出力される第一の充電制御端子と、
前記第二の二次電池の充電を制御する信号が出力される第二の充電制御端子と、
負荷及び充電器の負極が接続される外部負極端子に接続される電圧モニタ端子と、
一端が前記外部負極端子に接続され、前記第一の二次電池の電流が流れる第一の抵抗の他端と接続される第一の電圧入力端子と、
一端が前記外部負極端子に接続され、前記第二の二次電池の電流が流れる第二の抵抗の他端と接続される第二の電圧入力端子と、
前記正極電源端子、第一の負極電源端子、第二の負極電源端子の電圧によって充放電を制御する制御信号を出力する電圧検出回路と、
前記第一の電圧入力端子が第一の入力端子に接続され、前記第二の電圧入力端子が第二の入力端子に接続される差動アンプと、
前記差動アンプの出力端子が入力端子に接続され、前記第一の充電制御端子に出力する第一の信号と前記第二の充電制御端子に出力する第二の信号とを出力する出力回路と、
前記出力回路の出力する第一の信号及び第二の信号と前記電圧検出回路の出力する制御信号に基づいて、前記第一の充電制御端子及び前記第二の充電制御端子に前記第一及び第二の信号を出力する充電制御回路と、を備え、
前記充電制御回路は、前記電圧検出回路から充電を許可する制御信号を受け、且つ前記電圧モニタ端子の電圧によって充電器が接続されていることを検出すると、前記第一の充電制御端子に前記出力回路の出力する前記第一の信号を出力し、前記第二の充電制御端子に前記出力回路の出力する前記第二の信号を出力する
ことを特徴とする充放電制御回路。 - 並列に接続された第一及び第二の二次電池と、
前記第一及び第二の二次電池の充放電を制御する請求項１に記載の充放電制御回路と、
前記充放電制御回路によって制御される前記第一の二次電池の充電を制御する第一の充電制御ＦＥＴと、
前記充放電制御回路によって制御される前記第二の二次電池の充電を制御する第二の充電制御ＦＥＴと、
を備えたことを特徴とするバッテリ装置。
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| TW107115737A TW201902018A (zh) | 2017-05-26 | 2018-05-09 | 充放電控制電路以及具備該電路的電池裝置 |
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| US20160344205A1 (en) | 2015-05-21 | 2016-11-24 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Battery protection integrated circuit, battery protection apparatus and battery pack |
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