JPH0823639A - 電池の電圧検出回路 - Google Patents
電池の電圧検出回路Info
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Abstract
電池ユニットに適した電圧検出回路を提供すること。 【構成】 過充電検出回路13−1、13−2と過放電
検出回路14−1、14−2の2種類の検出回路のうち
少なくとも前記過充電検出回路に、その動作タイミング
を規定する時間t1の第1のタイミング信号を供給する
タイミング信号発生回路14と、前記第1のタイミング
信号により動作した前記過充電検出回路の出力信号を処
理して過充電の有無を判定し、過充電と判定した時にス
イッチS11をオフとするデータ処理部15とを接続し
た。
Description
リチウムイオン電池を備えた電池ユニットに関し、特に
電池の過充電や過放電を検出して該電池を保護する電圧
検出回路に関する。
オン電池は、過充電、過放電に弱いため、過充電状態、
過放電状態を検出して充電、放電を禁止する保護回路が
不可欠である。
ムイオン電池による電池ユニットについて説明する。こ
の電池ユニット40は、ここでは直列接続した2個のリ
チウムイオン電池41,42(以下、電池と呼ぶ)のみ
が図示されているが、電池は1個あるいは3個以上の場
合もある。いずれにしても、各電池41,42にはそれ
ぞれ、過充電検出回路43−1,43−2と過放電検出
回路44−1,44−2が並列に接続されている。
ぞれ、電池41,42の端子電圧を第1の基準電圧と比
較し、第1の基準電圧よりも高くなると過充電と判定し
てスイッチS1をオフとすることにより、端子P1,P
2に接続された充電装置との接続を断として充電を禁止
する。
はそれぞれ、電池41,42の端子電圧を第2の基準電
圧と比較し、第2の基準電圧よりも低くなると過放電と
判定してスイッチS2をオフとすることにより、端子P
1,P2に接続された負荷との接続を断として放電を禁
止する。
−2、過放電検出回路44−1,44−2のいずれにお
いても、電圧の比較は図5に示すような比較回路により
行われている。この比較回路は、定電流源51に接続し
た基準電圧発生用のツェナーダイオードZD1、ブリー
ダ抵抗R1,R2、コンパレータ52により構成されて
いる。この比較回路による検出精度は、基準電圧の精
度、ブリーダ抵抗R1,R2の抵抗比、コンパレータ5
2のオフセット電圧より決まる。
合には、ツェナーダイオードZD1として、バンドギャ
ップツェナーダイオードを使用することが多い。加え
て、要求される検出電圧の精度は、製造工程に起因する
バラツキの範囲より狭いので、周知のように、トリミン
グ技術により絶対値の合わせ込みを行うと共に、製造過
程でのバラツキを低減させるための回路やパターニング
時の工夫が施されている。
スタに関しては、例えばコンパレータ52を構成する差
動対用のトランジスタのマッチング精度を向上させるた
めに、トランジスタサイズを大きくする。また、形状の
影響、ストレスの影響を低減させるために、トランジス
タを交互に配置するというように、配置に工夫してい
る。抵抗については、パターンの長さ、幅を均一にした
り、配置に工夫している。
るためには、抵抗のパターン幅を大きくした方が精度が
上がるが、消費電流を低減するには高抵抗を必要する。
高抵抗を得るために抵抗のパターン幅を大きくすると、
IC内での専有面積が増加するデメリットが発生する。
とは言え、この種の電池ユニットでは、サイズよりも消
費電力の低減化に重きがおかれており、従来の比較回路
では、消費電流を低減することを優先させて高抵抗を使
用するようにしている。
電力の低減化を図ることのできる電池ユニットに適した
電圧検出回路を提供することにある。
能な電池を備え、該電池には過充電検出回路と過放電検
出回路を接続すると共に、これらの検出回路が過充電、
過放電を検出するとオフとされるスイッチを接続して成
る電池ユニットにおいて、前記二つの検出回路のうち少
なくとも前記過充電検出回路に、その動作タイミングを
規定する時間t1の第1のタイミング信号を供給するタ
イミング信号供給手段と、前記第1のタイミング信号に
より動作した前記過充電検出回路の出力信号を処理して
過充電の有無を判定し、過充電と判定した時に前記スイ
ッチをオフとする処理回路とを接続して成ることを特徴
とする電池の電圧検出回路が得られる。
供給手段は、時間間隔t0で前記第1のタイミング信号
を定期的に供給し、t1<<t0である電池の電圧検出
回路が得られる。
に、前記処理回路に対してその動作タイミングを規定す
る時間t2の第2のタイミング信号を供給し、該第2の
タイミング信号は前記第1のタイミング信号の供給時間
内に供給されると共に、立上がり及び立下がりのタイミ
ングがそれぞれ前記第1のタイミング信号の立上がり及
び立下がりとずれるようにされていることを特徴とする
電池の電圧検出回路が得られる。
回数が複数回連続した時に前記スイッチをオフとしても
良い。
が定周期で短時間だけオンとされて過充電検出動作を行
うことにより、保護回路における消費電力は大幅に低減
される。
いて説明する。図1において、電池ユニット1は、ここ
では2個の直列接続されたリチウムイオン電池(以下、
電池と呼ぶ)11,12を備えており、これらのそれぞ
れに電圧検出回路を構成する要素として、第1の基準電
圧による電圧監視を行う過充電検出回路13−1,13
−2と第2の基準電圧による電圧監視を行う過放電検出
回路14−1,14−2が並列接続されている。これら
の過充電検出回路13−1,13−2、過放電検出回路
14−1,14−2は、図4に示された従来のものと同
じでも良い。
13−2における消費電力を低減させる手段として、保
護回路10にタイミング信号発生回路15とデータ処理
部15とを備えたことを特徴とする。タイミング信号発
生回路15は、過充電検出回路13−1,13−2にそ
れぞれ、それらの動作タイミングを規定する時間t1
(例えば、0.2ms)の第1のタイミング信号を定周
期で発生して供給すると共に、データ処理部15に対し
てはその動作タイミングを規定する時間t2の第2のタ
イミング信号を定周期で発生して供給する。特に、第1
のタイミング信号と第2のタイミング信号の発生は、図
2に示すように、t1>t2とすると共に、第2のタイ
ミング信号の立上がりが第1のタイミング信号の立上が
りよりも遅く、かつ第2のタイミング信号の立下がりが
第1のタイミング信号の立下がりよりも早くなるように
している。これは、過充電検出回路13−1,13−2
の動作時間の前後は不安定要素があることを考慮して、
データ処理部15における過充電検出回路13−1,1
3−2からのデータ取り込みに禁止時間Δtを設定する
ためである。
−2は、タイミング発生回路14からの第1のタイミン
グ信号により動作状態となって、定周期で時間t1だけ
過充電の検出動作を行い、過充電を検出するとそれを表
わす過充電検出信号をデータ処理部15に出力する。一
方、データ処理部15では、第2のタイミング信号によ
り過充電検出回路13−1,13−2が動作状態となっ
ている時間t1のうちの時間t2に過充電検出回路13
−1,13−2からの過充電検出信号の有無を監視し、
過充電検出回路13−1,13−2の少なくとも一方か
ら過電流検出信号を受けるとFETによるスイッチS1
1にこれをオフとするゲート制御信号を出力する。この
ことにより、電池11,12は端子P11,P12に接
続された充電装置から切り離され、充電が禁止される。
ては、従来同様、電池11,12の電圧を常時監視し、
その電圧が第2の基準電圧よりも低くなると過放電と判
定してハイレベルの過放電検出信号を出力する。ここで
は、過放電検出回路14−1,14−2の出力を2入力
アンドゲート16を通してスイッチS12に接続してい
ることにより、2つの過放電検出回路14−1,14−
2の少なくとも一方からローレベルの過放電検出信号が
出力された時にスイッチS12がオフとなり、電池1
1,12が端子P11,P12に接続された負荷から切
り離され、放電が禁止される。過放電検出信号をローレ
ベルで規定しているのは、過放電検出回路14−1,1
4−2はそれぞれ、過放電検出時に動作を停止して電力
消費量をできるだけ少なくするように構成されているか
らである。
ップICで実現しており、電池ユニット1内の各部との
接続のために、端子VH,VL,GND,GD,CS,
GCを有している。
充電検出回路の動作時間t1と動作停止時間、すなわち
待機時間t0との関係をt1<<t0とするので、図3
に示すように動作時の消費電流をかなり大きくとっても
平均の消費電流は大幅に低減される。これは、過充電検
出器13−1,13−2が動作している時の消費電流を
大きくできるので、比較回路に従来のような高抵抗を使
用する必要が無くなることを意味する。
1,13−2側のみを周期的にオン、オフ動作させるよ
うにしているが、これは過充電検出回路13−1,13
−2は過放電検出回路14−1,14−2に比べて高精
度が要求されるので、消費電力が大きく、周期的なオ
ン、オフ動作による消費電力の低減効果が大きいからで
ある。過放電検出回路14−1,14−2側は高抵抗を
使用して消費電流を小さくすることで消費電力の低減化
を図れるが、過放電検出回路14−1,14−2もタイ
ミング信号発生回路14、データ処理部15と同様の構
成により周期的にオン、オフ動作させるようにしても良
い。
間t2内に過電流検出信号を受けるとスイッチS11を
オフとするようにしているが、待機時間t0(例えば、
10ms)を利用して不感応時間の設定も可能となる。
すなわち、データ処理部15はある時間t1において過
電流検出信号を受けても過充電状態とは判定せず、次の
時間t1においても引き続き過電流検出信号を受けた場
合に過充電状態と判定してスイッチS11をオフとする
ようにしても良い。勿論、過充電状態の判定を何回の過
充電検出信号の受信で行うかは任意である。
み合わせて使用する場合には、マイコン等からのクロッ
ク信号の利用が可能であるので、タイミング信号発生回
路14を省略することができる。
ず、過充電や過放電からの保護を必要とする充電可能な
電池全般に適用可能である。
ば保護回路における過充電検出回路、過放電検出回路の
うち少なくとも消費電力の大きい過充電検出回路に対し
て周期的に短時間だけオンとなるように動作させること
により、検出に伴なう消費電力を大幅に低減させること
ができる。このことにより、電池ユニット未使用時の電
池容量低下を抑制することができ、その分負荷側での使
用容量を増やすことができる。
成図である。
充電検出回路とデータ処理部に供給される第1、第2の
タイミング信号の波形を示した図である。
流を説明するための波形図である。
回路を示した図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 充電可能な電池を備え、該電池には過充
電検出回路と過放電検出回路を接続すると共に、これら
の検出回路が過充電、過放電を検出するとオフとされる
スイッチを接続して成る電池ユニットにおいて、前記二
つの検出回路のうち少なくとも前記過充電検出回路に、
その動作タイミングを規定する時間t1の第1のタイミ
ング信号を供給するタイミング信号供給手段と、前記第
1のタイミング信号により動作した前記過充電検出回路
の出力信号を処理して過充電の有無を判定し、過充電と
判定した時に前記スイッチをオフとする処理回路とを接
続して成ることを特徴とする電池の電圧検出回路。 - 【請求項2】 請求項1記載の電圧検出回路において、
前記タイミング信号供給手段は、時間間隔t0で前記第
1のタイミング信号を定期的に供給し、t1<<t0で
あることを特徴とする電池の電圧検出回路。 - 【請求項3】 請求項1あるいは2記載の電圧検出回路
において、前記タイミング信号供給手段は更に、前記処
理回路に対してその動作タイミングを規定する時間t2
の第2のタイミング信号を供給し、該第2のタイミング
信号は前記第1のタイミング信号の供給時間内に供給さ
れると共に、立上がり及び立下がりのタイミングがそれ
ぞれ前記第1のタイミング信号の立上がり及び立下がり
とずれるようにされていることを特徴とする電池の電圧
検出回路。 - 【請求項4】 請求項3記載の電圧検出回路において、
前記処理回路は、前記過充電の判定回数が複数回連続し
た時に前記スイッチをオフとすることを特徴とする電池
の電圧検出回路。
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