KR101079125B1

KR101079125B1 - 2차전지의 충전 제어 회로 및 이것을 사용한 충전 제어 장치

Info

Publication number: KR101079125B1
Application number: KR1020097021863A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 키무라; 코이치 야마구치; 이와오 키타무라
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2011-11-02
Also published as: US20100176768A1; JP2009017703A; KR20090122305A; JP2012196137A; US8860376B2; JP5201281B2; WO2009005097A1

Abstract

입력된 검출전압으로부터 2차전지의 온도를 검출하는 온도 검출 단자와, 4개의 기준온도에 대응하는 4개의 임계값 전압을 갖고, 이 4개의 임계값 전압과 상기 온도 검출 단자에 입력된 상기 검출전압을 비교하고, 상기 검출전압의 온도범위를 나타내는 온도 영역 신호를 출력하는 온도 비교부와, 이 온도 비교부로부터 출력된 상기 온도 영역 신호에 기초하여 충전전류 및/또는 충전전압을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

검출전압, 온도 검출 단자, 기준온도, 임계값 전압, 온도 비교부, 온도 영역 신호, 충전전류, 충전전압, 2차전지, 충전 제어 회로, 기판, 충전 제어 장치.

Description

2차전지의 충전 제어 회로 및 이것을 사용한 충전 제어 장치{SECONDARY BATTERY RECHARGE CONTROL CIRCUIT AND RECHARGE CONTROL DEVICE USING THE SAME}

본 발명은 2차전지의 충전 제어 회로 및 이것을 사용한 충전 제어 장치에 관한 것으로, 특히, 2차전지의 온도를 검출하고, 이것에 기초하여 충전전류 및/또는 충전전압을 제어하는 2차전지의 충전 제어 회로 및 이것을 사용한 충전 제어 장치에 관한 것이다.

종래부터, 정전압원에 접속되고, 정전압원의 전원전압에 의해 2차전지를 충전하는 충전 회로로서, 2차전지의 온도를 저항값의 변화로서 검출하는 서미스터와, 서미스터의 일단의 전압이 소정의 저전압 이하로 강하한 것을 검출하는 전압 검출부를 갖고, 전압 검출부가 소정의 저전압 이하로 강하한 것을 검출했을 때, 정전압 전원의 전원전압에 의한 2차전지의 충전을 정지하는 충전 회로가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본 특개 2004-274871호 공보

(발명의 개시)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

그렇지만, 상기의 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 서미스터의 일단의 전압이 소정의 정전압 이하로 강하했을 때, 즉 2차전지의 고온을 검출했을 때에 충전을 정지하는 제어밖에 행할 수 없기 때문에, 2차전지의 과충전이나 가열의 방지밖에 대응할 수 없어, 2차전지의 온도변화에 따른 미세한 제어를 행할 수 없었다.

그래서, 본 발명은, 2차전지의 온도에 기초하여 미세한 제어를 행할 수 있고, 충전시의 안전성을 확보함과 아울러, 온도범위에 따른 적절한 제어를 행하여, 2차전지의 충전효율을 높일 수 있는 충전 제어 회로 및 이것을 사용한 충전 제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위하여, 제 1 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로는 입력된 검출전압으로부터 2차전지의 온도를 검출하는 온도 검출 단자와,

4개의 기준온도에 대응하는 4개의 임계값 전압을 갖고, 이 4개의 임계값 전압과 상기 온도 검출 단자에 입력된 상기 검출전압을 비교하고, 상기 검출전압의 온도범위를 나타내는 온도 영역 신호를 출력하는 온도 비교부와,

이 온도 비교부로부터 출력된 상기 온도 영역 신호에 기초하여 충전전류 및/또는 충전전압을 제어하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 4개의 기준온도를 마련함으로써, 2차전지의 온도에 따라 미세한 충전 제어를 행할 수 있다.

제 2 발명은, 제 1 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로에 있어서,

상기 온도 비교부는, 입력단자의 일방이 상기 온도 검출 단자에 병렬로 접속되고, 입력단자의 타방이 분압 회로로 이루어지는 임계값 전압 설정 회로에 접속된 4개의 컴퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 간소한 회로구성으로 온도 검출 단자에 입력된 검출전압을 4개의 임계값 전압과 동시에 비교할 수 있어, 온도에 따른 적절한 충전 제어를 행하는 것이 가능하게 된다.

제 3 발명은, 제 2 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로에 있어서,

상기 2차전지의 단자전압을 검출하고, 이 단자전압의 전압범위를 나타내는 전지전압 신호를 출력하는 전지전압 검출부를 포함하고,

상기 제어부는, 이 전지전압 검출부로부터 출력되는 상기 전지전압 신호와, 상기 온도 비교부로부터 출력되는 상기 온도 영역 신호가 입력되고, 이들 신호에 기초하여 제어신호를 출력하는 로직부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 2차전지의 단자전압에 기초하여 행해지는 통상의 정전류 제어 및/또는 정전압 제어와, 본 발명의 2차전지의 온도에 기초하는 제어를 조합한 제어를 행할 수 있어, 2차전지의 단자전압과 온도 쌍방의 패러미터를 고려하여, 최적의 2차전지의 충전 제어를 행할 수 있다.

제 4 발명은, 제 3 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로에 있어서,

상기 4개의 기준온도는, 가장 높은 기준온도와 2번째로 높은 기준온도 사이에서 소정의 고온도 영역, 가장 낮은 기준온도와 2번째로 낮은 기준온도 사이에서 소정의 저온도 영역, 상기 2번째로 높은 기준온도와 상기 2번째로 낮은 기준온도 사이에서 소정의 표준온도 영역을 정하도록 각각 설정되고,

상기 제어부는, 상기 온도 영역 신호가 고온도 영역 또는 상기 저온도 영역에 있을 때에는, 상기 충전전류를 소정의 소전류로 하는 전류 제어를 행하고, 상기 온도 영역 신호가 상기 표준온도 영역에 있을 때에는, 상기 충전전류를 소정의 대전류로 하는 전류 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 2차전지의 온도가 고온도 영역 또는 저온도 영역에 있을 때에는, 2차전지의 부담이 적은 소전류로 충전을 행하고, 2차전지의 온도가 표준온도 영역에 있을 때에는, 2차전지에 대한 부담을 고려할 필요가 없기 때문에, 대전류로 충전을 행하는 충전전류 제어를 행할 수 있어, 2차전지의 부담과 효율을 최대한으로 고려한 적절한 충전 제어를 행할 수 있다.

제 5 발명은, 제 4 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로에 있어서,

상기 제어부는, 상기 온도 영역 신호가 상기 고온도 영역보다 높은 범위에 있을 때, 또는 상기 저온도 영역보다 낮은 범위에 있을 때에는, 상기 충전전류의 공급을 정지하는 전류 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 2차전지의 충전가능 온도 영역 외에서는 확실하게 충전을 정지할 수 있어, 2차전지에 과도한 부담을 끼치는 상태를 확실하게 막을 수 있어, 2차전지의 수명을 연장시킬 수 있다.

제 6 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 장치는, 제 1 발명에 따른 2차전지의 충전 제어 회로를 기판 상에 갖고,

이 기판을 수용하는 패키지를 갖는 것을 특징으로 한다.

이것에 의해, 충전 제어 회로의 반송이나 여러 전자기기로의 조립 및 설치를 용이하게 행할 수 있어, 전자기기로의 탑재가 용이하게 된다.

(발명의 효과)

본 발명에 의하면, 충전 제어를 2차전지의 온도에 따라 세밀하게 행할 수 있어, 2차전지의 부담과 충전효율을 고려한 적절한 충전 제어를 행할 수 있다.

도 1은 본 발명을 적용한 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 이것을 사용한 충전 제어 장치(100)의 전체 구성도이다.

도 2는 전지온도와 충전전압 및 충전전류의 안전 영역과의 관계를 나타낸 도면이다.

도 3은 전지전압에 기초하는 정전류 제어 및 정전압 제어의 각 전류 및 각 전압의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 3(a)는 AC 어댑터 전원전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 3(b)는 2차전지(81)의 전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 3(c)는 충전전류의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 3(d)는 LED의 점등 패턴의 시간변화를 나타낸 도면이다.

도 4는 2차전지(81)의 전지온도에 기초하는 충전 제어의 1 예를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 4(a)는 VDD1 단자에 입력되는 충전기 전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 4(b)는 BAT 단자로부터 검출되는 전지전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 4(c)는 온도 검출 단자(TDET)의 단자전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 4(d)는 전지온도의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 4(e)는 충전전류의 시간변화를 나타낸 도면이다. 도 4(f)는 LED의 점등 패턴의 시간변화를 나타낸 도 면이다.

(부호의 설명)

TDET 온도 검출 단자 10 온도 비교부

11, 12, 13, 14 컴퍼레이터 15 레귤레이터

R0, R1, R2, R3, R4, R5 저항 20 제어부

21 로직부 22 출력 컨트롤부

30 전지전압 검출부 40 과열 보호부

50 충전 제어 회로 60 기판

70 패키지 80 전지 팩

81 2차전지 82 서미스터

90 충전기 100 충전 제어 장치

(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)

이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태의 설명을 행한다.

도 1에서, 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50)는 온도 검출 단자(TDET)와, 온도 비교부(10)와, 제어부(20)를 구비한다. 또, 본 실시예에 따른 충전 제어 장치(100)는, 충전 제어 회로(50)를 기판(60) 상에 구비하고, 기판(60)을 수용하는 패키지(70)를 더 구비한다. 기판(60)은, 예를 들면, 반도체 기판이어도 되고, 기판(60)을 패키지(70)에 수용한 충전 제어 장치(70)는, 예를 들면, 충전 제어용의 반도체 집적회로 장치로서 구성되어도 된다.

본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 이것을 사용한 충전 제어 장치(100)는 VDD1 단자와, VREG 단자와, BAT 단자와, GND 단자를 구비해도 된다. VDD1 단자에는, AC 어댑터(도시 생략)를 탑재한 충전기(90)가 접속되고, 충전 제어 회로(50)에 전원전압이 공급된다. BAT 단자에는, 전지 팩(80)에 수용된 2차전지(81)의 정(正) 단자가 접속되어, BAT 단자로부터 2차전지(81)에 충전전류를 공급할 수 있게 구성되어 있다. VREG 단자는 기준전압을 출력하는 단자로, 온도 검출 단자(TDET)에 기준전압을 공급한다. GND 단자는 접지되어 어스 전위(0V)를 충전 제어 회로(50)에 공급하는 단자이다.

온도 검출 단자(TDET)는, 2차전지(81)의 온도를 검출하는 단자로, 전지 팩(80) 내에 수용된 2차전지(81)의 부(負) 단자에 접속된 서미스터(82)에 접속된다. 서미스터(82)는 2차전지(81)의 온도를 검출하는 온도센서로, 온도의 변화에 따라, 그 저항값이 변화된다. 본 실시예에서는, 온도가 상승함에 따라 저항값이 내려가는, 부의 온도계수를 갖는 NTC(Negative Temperature Coefficient) 서미스터를 예로 들어 설명하는데, 다른 태양이어도 적용 가능하다. 또한, 통상은, 전지 팩(80) 내에 서미스터(82)가 내장되어 있고, 전지 팩(80)에 설치된 서미스터 단자(TH)에 온도 검출 단자(TDET)를 접속함으로써, 온도 검출 단자(TDET)를 서미스터(82)에 접속할 수 있게 구성되어 있다.

온도 검출 단자(TDET)는 저항(R5)을 통하여 VREG 단자에도 접속되어 있고, VREG 단자에서 공급되는 기준전압에 대하여, 저항(R5)과 서미스터(82)로 분압 회로를 구성하고, 서미스터(82)의 양단에 인가되는 분압 전압을 검출하도록 접속되어 있다. 전술한 바와 같이, 서미스터(82)에 NTC 서미스터를 적용한 경우, 서미스터(82)의 저항값은 온도가 상승함에 따라 낮아지므로, 그것에 따라 온도 검출 단자(TEDT)로 검출하는 검출전압도 낮아진다. 이와 같이, 2차전지(81)의 온도가 변화되면, 서미스터(82)의 저항값도 변화되고, 그것에 의해 온도 검출 단자(TEDT)에 입력되는 검출전압도 변화되므로, 온도 검출 단자(TEDT)는 입력되는 검출전압에 기초하여 2차전지(81)의 온도를 검출할 수 있다.

온도 비교부(10)는 온도 검출 단자(TDET)에 입력된 검출전압을, 4개의 기준온도에 대응하여 설정된 임계값 전압과 비교하고, 검출전압이 포함되는 온도범위를 나타내는 신호를 출력하는 처리를 행하는 회로부이다.

온도 비교부(10)의 구성요소는 4개의 컴퍼레이터(11∼14)와, 레귤레이터(15)와, 저항(R0∼R4)이다. 4개의 컴퍼레이터(11∼14)는 온도 검출 단자(TDET)에 입력된 검출전압을 4개의 임계값 전압과 비교를 행하기 위한 비교 수단이다. 컴퍼레이터(11∼14)는 각각 1개의 임계값 전압과의 비교만을 행하지만, 그것들은 동시에 행해지는 것이 바람직하므로, 4개의 컴퍼레이터(11∼14)의 입력단자의 일방은 모두 온도 검출 단자(TDET)와 병렬로 접속된다. 이것에 의해, 한번에 4개의 기준전압과의 비교를 행할 수 있다.

레귤레이터(15)는 소정의 기준전압을 발생시키기 위한 수단으로, VREG 단자 로부터 출력되는 기준전압의 전압원으로서의 역할과, 컴퍼레이터(11∼14)에 임계값 전압을 공급하기 위한 전압원으로서의 역할을 수행한다.

저항(R0∼R4)은 컴퍼레이터(11∼14)에서 행해지는 비교에 있어서, 기준이 되는 임계값 전압을 설정하기 위한 분압 회로를 구성하는 분압 저항이다. 임계값 전압은 온도 검출 단자(TDET)에 입력되는 검출전압의 온도 환산값을 고려하여, 적절한 4개의 기준온도가 설정되도록, 이것에 대응한 임계값 전압의 설정이 행해진다. 레귤레이터(15)로부터 인가되는 기준전압(Vref)에 의해, 각 저항(R0∼R4)에 일정 전류(I)=Vref/(R0+R1+R2+R3+R4)가 흐르므로, 컴퍼레이터(11)의 임계값 전압은 (R1+R2+R3+R4)·I, 컴퍼레이터(12)의 임계값 전압은 (R2+R3+R4)·I, 컴퍼레이터(13)의 임계값 전압은 (R3+R4)·I, 컴퍼레이터(14)의 임계값 전압은 R4·I로 각각 설정된다. 서미스터(82)는, 온도가 높아짐에 따라 저항값이 낮아지고, 온도가 낮은 상태에서는 저항값이 높아 그 검출전압은 큰 상태이므로, 컴퍼레이터(11)의 임계값 전압이 가장 낮은 기준온도에 대응하고, 컴퍼레이터(14)의 임계값 전압은 가장 높은 기준온도에 대응한다. 마찬가지로, 컴퍼레이터(12)의 임계값 전압은 2번째로 낮은 온도에 대응하고, 컴퍼레이터(13)의 임계값 전압은 2번째로 높은 기준온도에 대응하게 된다. 이, 4개의 기준온도의 설정에 대해서는 뒤에 상세히 설명한다.

저항(R0∼R4)으로 구성된 분압 회로에 의해 설정된 각 컴퍼레이터(11∼14)의 임계값 전압은, 각 컴퍼레이터(11∼14)의, 검출전압이 입력되어 있지 않은 쪽의 입력단자에 입력되어, 검출전압의 비교대상의 임계값 전압으로 된다. 또한, 각 컴퍼 레이터(11∼14)에 입력되는 검출전압과 임계값 전압은, 일방이 반전 입력단자에 입력되고, 타방이 비반전 입력단자에 입력되는데, 어느 쪽이 반전 입력단자 또는 비반전 단자에 입력될지는 용도에 따라 정해도 된다. 즉, 검출전압이 임계값 전압을 초과했을 때에, 하이레벨의 신호를 출력할지 로 레벨의 신호를 출력할지는, 적당히 용도에 따라 정할 수 있다.

또, 노이즈 등의 영향을 막기 위하여, 각 컴퍼레이터(11∼14)에는 히스테리시스를 갖게 하도록 해도 된다. 이것에 의해, 헌팅 등의 상태를 방지할 수 있다.

이러한 온도 비교부(10)에서의 처리에 의해, 검출전압이 포함되는 온도 영역을 나타내는 온도 영역 신호가 출력되어, 2차전지(82)의 온도가 4개의 기준온도와의 관계에서 어느 온도 영역에 있는지를 판정할 수 있다.

제어부(20)는 로직부(21)와 출력 컨트롤부(충전전류 제어부)(22)를 포함하고, 온도 비교부(10)의 컴퍼레이터(11∼14)로부터 출력된 온도 영역 신호에 기초하여, 충전전류 및/또는 충전전압의 제어를 행한다.

로직부(21)는 로직 회로를 포함하고, 온도 영역 신호에 기초하여 검출된 온도 영역에 따른 충전전류 및/또는 충전전압의 제어를 행하는 출력지령 신호를 출력한다. 이러한 충전전류 및/또는 충전전압의 제어는, 온도 영역에 따라, 소정의 소전류 또는 대전류를 출력하는 지령을 냄으로써 행해도 된다. 리튬 이온 등을 사용한 2차전지(81)는, 충전시, 2차전지(81) 자신의 온도에 따라 대전류를 흘리는 것이 가능한 온도 영역과, 대전류를 흘릴 수 없고, 소전류밖에 흘릴 수 없는 온도 영역과, 전류를 전혀 흘릴 수 없는 온도 영역이 존재한다. 따라서, 로직부(21)는 입력 된 온도 영역 신호가 어떤 충전전류를 흘리는 것이 적절한 것인지를 로직 회로에 의해 판정하고, 적절한 레벨의 충전전류를 흘리는 출력지령을 내는 제어를 행한다.

출력 컨트롤부(22)는 트랜지스터 소자를 포함하고, 로직부(21)로부터의 출력지령 신호에 따라, 이것에 따른 충전전류를 출력한다. 예를 들면, 로직부(21)로부터 소정의 저전류 또는 소정의 고전류를 출력하는 지령을 받은 경우에는, 지령에 따른 소정의 저전류 또는 고전류 등의 정전류를 출력한다.

또한, 로직부(21)는 온도 영역 신호뿐만 아니라, 2차전지(81)의 전지전압에 기초하는 충전 제어를 행할 수 있도록 구성해도 된다. 구체적으로는, 예를 들면, 도 1에서, 2차전지(81)의 정 단자에 접속되어 있는 BAT 단자는, 전지전압 검출부(30)에 접속되고, 전지전압 검출부(30)의 출력신호가 로직부(21)에 입력되도록 구성되어 있다. 전지전압 검출부(30)는 BAT 단자로부터 2차전지(81)의 단자전압을 검출할 수 있고, 그 단자전압의 크기의 범위를 검출할 수 있다. 즉, 전지전압 검출부(30)는, 예를 들면, 그 내부에는, 온도 비교부(10)와 같이, 컴퍼레이터에 의해 비교의 대상이 되는 임계값 전압이 설정되고, 검출된 전지전압이 임계값 전압을 초과했는지 아닌지를 판정할 수 있도록 구성되어도 된다. 이것에 의해, 2차전지(81)의 전지전압을 로직 회로의 패러미터의 대상에 부가할 수 있어, 전지전압의 크기를 고려하면서 충전전류 및/또는 충전전압의 제어를 행할 수 있다.

본 실시예에서, 예를 들면, 2차전지(81)가 리튬 이온 전지인 경우에는, 2차전지(81)의 열화를 막기 위하여, 그 단자전압의 크기에 따라, 충전전류를 소전류로 공급할 필요가 있는 것인지, 대전류로 공급해도 되는지의 판정을 행하고, 이것에 기초하여 충전전류 제어를 행할 필요가 있다. 그러한 충전전류의 충전 제어를, 로직부(21)는 아울러 행해도 된다. 예를 들면, 2차전지(81)의 단자전압이 소정 전압보다 낮은 경우에는, 충전전류를 소전류로 제어하여 충전을 행할 필요가 있다. 한편, 소정전압을 초과해 있는 경우에는, 대전류로 충전을 행해도 문제는 없다. 따라서, 제어부(20)는 2차전지(81)의 단자전압에 따라, 소정의 저전류로 충전을 행하거나, 소정의 고전류로 충전을 행하거나 하는 2단계의 정전류 충전 제어를 행한다. 이것에 의해, 2차전지(81)의 단자전압에 따른 적절한 충전전류 제어를 실현할 수 있어, 2차전지(81)의 열화를 막을 수 있는데, 이러한 전지전압에 기초하는 충전전류 제어를, 로직부(21)가 행함으로써, 2차전지(81)의 온도 및 전지전압 쌍방을 고려한 적절한 제어를 행할 수 있다.

또한, 2단계의 정전류 제어는 출력 컨트롤부(22)에 출력하는 신호를 소정의 2단계의 정전류에 대응하는 지령 신호를 출력함으로써 실행되어도 된다.

또, 로직부(21)는 전지전압에 기초하는 정전압 제어를 실행할 수 있게 구성되어도 된다. 전술한 바와 같이, 2차전지(81)가 소정 전압보다 높은 경우에는, 고전류에 의한 정전류 충전 제어를 행하지만, 2차전지(81)가 만충전에 근접하고, 만충전에 가까운 소정의 전압을 초과한 경우에는, 정전류 충전 제어로부터, 정전압 충전 제어로 전환하는 것이 바람직하다. 전지전압 검출부(30)에서, 그러한 만충전 부근의 소정의 전압을 임계값 전압으로서 설정해 두고, 이것을 초과했을 때 대응하는 전지전압 신호를 출력하고, 로직부(21)에서, 이러한 전지전압 신호가 출력되면, 정전압 제어로 전환하는 것과 같은 로직 회로를 구비하고 있으면, 이러한 정전압 제어를 실행할 수 있다.

과열 보호부(40)는, 충전 제어 회로(50) 또는 충전 제어 장치(100) 자체의 온도가 상승하여 일정 온도 이상의 과열 상태로 되었을 때, 로직부(21)에 충전전류의 출력을 정지하는 신호를 출력하는 회로부이며, 안전을 위해 설치되어도 된다.

다음에, 이러한 구성을 갖는 충전 제어 회로(50) 및 이것을 사용한 충전 제어 장치(100)에서, 온도 비교부(10)에서 행해지는 4개의 기준온도의 설정방법에 대하여 설명한다.

도 2는, 전지온도와 충전전압 및 충전전류의 안전 영역의 관계를 나타낸 도면이다. 도 2(a)는 전지온도에 대한 충전전류의 관계를 나타낸 도면으로, 횡축이 전지온도 종축이 충전전류를 나타내고 있다.

도 2(a)에서, 4개의 기준온도(T1∼T4)가 표시되어 있다. 온도범위(T1∼T4)가 충전가능한 온도 영역이며, 온도범위(T1∼T2)가 저온도 영역, 온도범위(T2∼T3)가 표준온도 영역, 온도범위(T3∼T4)이 고온도 영역을 나타내고 있다.

표준온도 영역(T2∼T3)에서는, 2차전지(81)의 온도조건으로서는 안전 영역에 있으므로, 충전전류는 대전류로 설정해도 된다. 한편, 저온도 영역(T1∼T2) 및 고온도 영역(T3∼T4)에서는, 안전 영역이라고는 할 수 없으므로, 소전류로 설정한다. 또한, 저온도 영역(T1∼T2)의 하한(T1)보다 낮은 온도범위, 및 고온도 영역(T3∼T4)의 상한(T4)보다 높은 온도범위에서는, 충전가능 영역에는 없으므로, 충전전류를 제로로 설정하고 있다.

이와 같이, 4개의 기준온도를 마련한 설정에 의해, 2차전지(81)의 특성과 안 전성을 고려하여 2차전지(81)의 수명을 연장시킴과 아울러, 충전효율도 높은 세밀한 충전 제어를 행할 수 있다.

도 2(b)는 전지온도에 대한 충전전압의 관계를 나타낸 도면으로, 횡축이 전지온도, 종축이 충전전압을 나타내고 있다. 도 2(b)에서는, 표준온도 영역(T2∼T3) 사이에, 또한 권장온도 영역(T5∼T6)이 표시되어 있다.

도 2(b)에서도, 안전 영역인 표준온도 영역(T2∼T3)에서는, 가장 높은 충전전압(V3)으로 충전하고, 고온도 영역(T3∼T4)에서는, 그것보다도 낮은 충전전압(V2)으로 충전하고, 저온도 영역(T1∼T2)에서는 더욱 낮은 충전전압(V1)으로 충전을 행하고 있다. 또, 저온도 영역의 하한(T1)보다도 낮은 온도범위 및 고온도 영역의 상한(T4)보다도 높은 온도범위에서는, 충전가능 온도 영역에 없으므로, 충전을 행하지 않는 것으로 하고 있다.

또한, 권장온도 영역(T5∼T6)에서는, 특히 표준 영역(T2∼T3)의 외측부분과 상이한 충전전압의 설정을 행하지 않았지만, 필요에 따라, 권장온도 영역(T5∼T6)에는 더욱 높은 충전전압을 설정하는 등의, 더욱 세밀한 기준온도 및 이것에 대응하는 임계값 전압의 설정을 행하도록 해도 된다. 2차전지(81)의 특성에 따른, 최적의 충전전압 제어의 실현을 기대할 수 있다.

이와 같이, 충전전압에서도, 온도 영역에 따른 기준온도를 4개 이상 설정함으로써, 2차전지(81)의 안전성을 충분히 고려한 충전 제어를 행할 수 있다.

다음에 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 이것을 사용하여 충전 제어 장치(100)의 충전 제어의 구체적인 제어의 일례에 대하여 설명한다.

우선, 이해를 쉽게 하기 위해, 종래부터 행해지고 있는 2차전지(81)의 전지전압에 기초하는 제어예에 대하여 설명한다. 도 3은, 전지전압에 기초하는 정전류 제어 및 정전압 제어의 각 전류 및 각 전압의 변화를 나타내는 타이밍 차트이다. 도 3(a)는 VDD1 단자로부터 공급되는 AC 어댑터 전원전압의 시간변화, 도 3(b)는 2차전지(81)의 전압의 시간변화, 도 3(c)는 충전전류의 시간변화, 도 3(d)는 LED의 점등 패턴의 시간변화를 각각 나타낸 도면이다. 횡축은 모두 시간을 나타낸다.

도 3에서, 시각(t1)일 때, 단자(VDD1)로부터 5V의 AC 어댑터 전압이 공급된다. 이 때, BAT 단자로부터 전지전압 검출부(30)에 의해 검출되는 전지전압은 소전류(I1)로 충전가능한 임계값 전압 V10=1.54V 이하이지만, 첫회 접속시는, 첫회 접속시 지연시간을 거치고 나서, 시각(t2)에서 충전전류가 소전류(I1)의 설정값인 45mA 흐른다. 이 때, LED는 ON으로 되어 점등되고, 충전중인 것을 표시한다.

그 후, 시각(t3)에서 전지전압은 소전류(I1)로 충전가능한 임계값 전압 V10=1.54V로 상승하고, 전압 검출 지연시간을 거쳐, 시각(t4)에서 소전류(I1)가 45mA 흐른다. 이어서, 전지전압은 계속 올라가고, 시각(t5)에서, 대전류(I2)에 의한 충전이 가능한 임계값 전압 V20=3.10V에 달한다. 이 때, 동시에 시각(t5)에서 충전전류는 대전류(I2)=450mA로 전환되고 있다. 이러한 전환 제어는 제어부(20)의 로직부(21)에서 행해지고, 대전류의 출력은 출력 컨트롤부(22)에서 이루어진다.

그 후, 전지전압은 계속해서 상승하고, 시각(t6)에서 만충전의 상한전압인 V4=4.20V에 달한다. 이 때, 충전 제어는 정전압 제어로 전환되고, V40=4.20V를 유지하는 것과 같은 정전압 제어가 행해진다. 또, 충전전류는 대전류I2=450mA로부터 서서히 감소하기 시작하고, 시각(t7)에서 충전 종료의 임계값인 I0=38mA보다도 감소한다. 충전전류가 충전 종료의 임계값(I0) 이하로 되어 소정의 전류 지연시간이 경과하면, 시각(t8)에서 충전을 완료된다. 이와 같이, 최후의 충전 종료는, 충전전류가 소정의 임계값 이하로 되어 소정 시간 경과하고나서 행하는 제어로 해도 된다. 또한, 이러한 제어는, 정전압 제어로 전환된 이후는, 출력 컨트롤부(22)에서 충전전류를 검출하고, 이것을 로직부(21)에 입력하고, 로직부(21)에서 제어 지령을 출력하도록 해도 된다.

시각(t8)에서 충전 완료하면, 충전전류의 공급을 정지함과 아울러, LED를 OFF로 하여 소등하고, 충전중이 아닌 것을 표시하는데, 전지전압의 감시는 전지전압 검출부(30)에 의해 계속한다. 전지전압이 감소하고, 시각(t9)에서 재충전 개시의 임계값 V30=3.99V 이하의 상태가 되고, 소정의 재충전 지연이 경과하면, 시각(t1)0에서 재충전을 개시한다. 이 경우에는, 전지전압은 당연히 대전류 공급 가능 임계값의 V20=3.10V 이상이므로, 대전류(I2)로 재충전을 행해도 된다. 또, LED를 ON으로 하여 점등시키고, 충전중인 것을 표시한다.

시각(t10)으로부터 대전류의 충전을 재개하고, 전지전압이 만충전의 상한 임계값 전압 V40=4.20V에 시각(t11)에 달하면, 그 후는 충전전류가 감소해 간다. 이 때의 충전전류는 출력 컨트롤부(22)에 의해 감시되고, 충전전류가, 충전 종료의 임계값인 I0=38mA 이하로 되어 소정의 전류 검출 지연시간이 경과하면, 시각(t13)에서 충전완료로 되고, 충전전류의 공급도 정지한다. 도 3의 타이밍 차트는 여기에서 종료되지만, 이하, 동일한 제어를 반복해도 된다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 충전 제어 장치(100)는, 2차전지(81)의 전지전압에 기초하는 정전류 제어 및/또는 정전압 제어도 가능하게 구성해도 된다. 이와 같이 구성함으로써, 2차전지(81)의 전지전압에 기초하는 충전 제어와, 온도에 기초하는 제어를 조합하여, 보다 안전하고 적절한 충전 제어를 행할 수 있다.

다음에, 도 4를 사용하여, 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 이것을 사용한 충전 제어 장치(100)에 의해 실행되는, 전지온도에 기초하는 충전 제어의 일례를 설명한다.

도 4는 2차전지(81)의 전지온도에 기초하는 충전 제어의 1 예를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 4(a)는 VDD1 단자에 입력되는 충전기 전압의 시간변화를 나타낸 도면이고, 도 4(b)는 BAT 단자로부터 검출되는 전지전압의 시간변화를 나타낸 도면이며, 도 4(c)는 온도 검출 단자(TDET)의 단자전압의 시간변화를 나타낸 도면이다. 또, 도 4(d)는 전지온도의 시간변화, 도 4(e)는 충전전류의 시간변화, 도 4(f)는 LED의 점등 패턴의 시간변화를 나타낸 도면이다. 또한, 도 4(a)∼(f)의 횡축은 모두 시간을 나타낸다.

또한, 도 4(d)는 온도 검출 단자(TDET)에서 검출되는 검출전압에 기초하여 이것을 전지의 온도로 환산한 타이밍 차트이므로, 도 4(c)의 전압변화와 역의 관계가 된다. 즉, 온도 검출 단자(TDET)에 입력된 검출전압이 증가하면 전지온도는 감소하고, 검출전압이 감소하면 전지온도는 증가하게 된다. 따라서, 전지온도의 가장 낮은 기준온도(T1)는, 온도 검출 단자(TDET)의 검출전압의 가장 높은 임계값 전 압(V1)에 대응하고, 전지온도의 가장 높은 기준온도(T4)는 온도 검출 단자(TDET)의 검출전압의 가장 낮은 임계값 전압(V4)에 대응한다. 마찬가지로, 전지온도의 2번째로 낮은 기준온도(T2)는 온도 검출 단자(TDET)의 검출전압의 2번째로 높은 임계값 전압(V2)에 대응하고, 전지온도의 2번째로 높은 기준온도(T3)는 온도 검출 단자(TDET)의 검출전압의 2번째로 낮은 임계값 전압(V3)에 대응한다. 이러한 관계를 근거로 하여, 이하, 충전 제어의 내용은, 이해와 설명을 쉽게 하기 위해, 온도 검출 단자(TDET)의 검출전압이 아니고, 전지온도에 기초하여 설명하는데, 전지전압으로 표현해도 동일한 내용을 설명할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.

도 4에서, 전지온도가 최초에 표준온도 영역(T2∼T3)의 범위 내에 있을 때에는, 충전전류는 대전류I2=450mA로 공급되고 있다. 또, VDD1 단자의 충전기 전압은 처음부터 안정되어 5V가 공급되고, BAT 단자의 전지전압은, 도 3에서 설명한 전지전압에 기초하는 제어에 있어서의 소전류 공급 가능 임계값인 V20=3.1V 이상의 전압값을 나타내고 있다. 이 때, LED는 ON이고, 점등하여 충전중을 표시하고 있다.

시간이 경과하여, 시각(t1)에 달하고, 전지온도가 고온도 영역(T3∼T4)의 범위 내에 들어갔을 때에는, 충전전류는 소전류인 I1=45mA의 공급으로 전환된다. 이러한 전환 제어는, 온도 비교부(10)의 컴퍼레이터(11∼14)의 출력에 기초하여 로직부(21)에서 전환의 지시가 이루어지고, 출력 컨트롤부(22)에서 소전류 공급이 행해져 실행되어도 된다.

전지온도가 계속 상승하고, 시각(t2)에서, 전지온도가 충전가능 범위인 온도 영역을 초과한 경우에는, 소정의 충전 정지 검출 시간 경과 후, 시각(t3)에서 충전 전류의 공급을 정지한다. 또, LED도 OFF로 되어 소등되고, 충전중이 아닌 것을 나타낸다. 이 때, BAT 단자의 전지전압은 소전류(I1)의 충전전류 가능한 범위 내에 있지만, 전지온도의 조건이 충전가능 조건을 충족시키고 있지 않으므로, 충전을 정지한다. 이와 같이, 전지전압이 충전가능한 범위 내이어도, 전지온도가 온도조건을 충족시키고 있지 않을 때는, 안전성의 관점에서 충전을 정지한다. 이와 같이, 안전성에 관계되는 전지온도에 기초하는 제어를, 전지전압에 기초하는 제어보다도 우선시킴으로써, 충전시의 안전성을 높여, 2차전지(81)의 수명을 확실하게 연장시킬 수 있다.

다음에 전지온도가 또 내려가, 시각(t4)에서 전지온도가 고온도 영역(T3∼T4)의 범위에 들어가고, 소정의 충전 정지 해제 지연시간이 경과하면, 시각(t5)에서 충전을 재개하고, 소전류(I1)로 충전전류를 공급한다. 동시에, LED를 ON으로 하여 점등시켜, 충전중인 것을 표시한다. 이와 같이, 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 충전 제어 장치(100)에서는, 전지온도가 충전가능한 온도 영역에 들어간 경우에도, 고온도 영역(T3∼T4)에 있는 경우에는, 소전류(I1)로 충전을 행한다. 이것에 의해, 세밀하게 신중을 기하는 충전 제어를 행할 수 있어, 안전성을 향상시켜, 2차전지(81)의 수명을 오래 간직할 수 있는 적절한 충전 제어를 행할 수 있다.

전지온도가 계속 내려가, 시각(t6)에서 전지온도가 표준온도 영역(T2∼T3)에 들어갔을 때에는, 대전류(I2)에 의한 충전전류 제어를 개시한다. 이것에 의해, 2차전지(81)의 온도상태가 양호한 경우에는, 대전류(I2)로 충전을 행할 수 있어, 안전성을 고려하면서 충전효율을 높일 수 있다.

전지전압이 계속 내려가, 시각(t7)에서 전지온도가 저온도 영역(T1∼T2)으로 들어오면, 충전전류를 소전류(I1)로 전환하는 제어를 행한다. 저온도 영역(T1∼T2)도, 고온도 영역(T3∼T4)과 마찬가지로 소전류(I1)에 의한 충전전류의 공급을 행하는 온도 영역이므로, 충전전류를 소전류(I1)로 전환하여 공급한다. 이것에 의해, 저온도 영역(T1∼T2)에서도, 충전의 안전성을 높일 수 있다.

전지온도가 계속 내려가, 시각(t8)에서 전지온도가 저온도 영역(T1∼T2)의 하한온도(T1) 이하가 되고, 소정의 충전 정지 검출 지연시간이 경과하면, 시각(t9)에서 충전전류의 공급을 정지하고, LED도 OFF로 하여 소등한다. 충전가능 온도범위를 하회한 상태이므로, 충전을 정지하고, 2차전지(81)를 보호하는 제어를 행한다.

전지온도가 상승하고, 시각(t10)에서 전지온도가 저온도 영역(T1∼T2)의 범위 내에 들어가면, 소정의 충전 정지 해제 지연시간 경과 후, 시각(t11)에서 충전전류의 공급을 개시하고, LED를 점등시킨다. 이때의 전지온도는, 저온도 영역(T1∼T2)이므로, 소전류(I1)의 충전전류의 공급을 행한다.

전지온도가 계속 상승하고, 시각(t12)에서 전지온도가 표준온도 영역에 들어가면, 충전전류의 공급을 대전류(I2)로 전환하여, 급속충전을 행한다.

이와 같이, 본 실시예에 따른 충전 제어 회로(50) 및 충전 제어 장치(100)에서는, 4개의 기준온도(T1∼T4)와, 이것에 대응하는 4개의 임계값 전압(V1∼V4)을 설정하고, 검출된 전지온도가 어느 온도범위에 있는지에 의해 제어내용을 전환하고, 전지의 안전성을 고려한 세밀한 제어를 행할 수 있다.

또, 도 3에서 설명한 전지온도에 기초하는 제어도 조합한 충전 제어를 행함으로써, 더욱 세밀한 안전성과 충전효율이 높은 제어를 행할 수 있다. 본 실시예에서는, 전지온도에 기초하는 정전류 제어도, 전지온도에 기초하는 정전압 제어도,대전류(I2)와 소전류(I1)의 값을 동일하게 하고 있으므로, 전지전압에 기초하는 충전 제어와 전지온도에 기초하는 충전 제어를 조합시켜도, 정전류 제어의 출력은 로직부(21) 내의 출력의 전환 제어를 행하는 것만으로 되므로, 로직 회로 구성을 간소하게 할 수 있다.

또한, 도 3 및 도 4에서, 구체적인 전류값이나 전압값을 예로 들어 설명했지만, 어디까지나 일례에 지나지 않으며, 용도에 따라 여러 설정이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 본 실시예에서는, 4개의 기준온도 및 이것에 대응하는 4개의 임계값 전압을 설정하는 예에 대하여 설명했는데, 보다 많이 기준온도 및 임계값 전압을 설정하여, 더욱 미세한 충전 제어를 행하도록 해도 된다. 또, 본 실시예에서는, 전지온도가 저온도 영역(T1∼T2)과 고온도 영역(T3∼T4)에 있을 때에는, 동일한 값의 소전류(I1)를 사용했지만, 전지의 특성에 의해, 소전류(I1)의 값을, 저온도 영역(T1∼T2)과 고온도 영역(T3∼T4)에서 상이한 값으로 해도 된다. 이것에 의해, 2차전지(81)의 특성에 맞추어, 더욱 세밀하고 적절한 제어를 기대할 수 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기한 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 범위를 일탈하지 않고, 상기한 실시예에 여러 변형 및 치환을 가할 수 있다.

본 국제출원은 2007년 7월 5일에 출원된 일본 특허출원 2007-177465호에 기 초하는 우선권을 주장하는 것으로, 2007-177465호의 전체 내용을 여기에 본 국제출원에 원용한다.

Claims

입력된 검출전압으로부터 2차전지의 온도를 검출하는 온도 검출 단자와,

4개의 기준온도에 대응하는 4개의 임계값 전압을 갖고, 이 4개의 임계값 전압과 상기 온도 검출 단자에 입력된 상기 검출전압을 비교하여, 상기 검출전압의 온도범위를 나타내는 온도 영역 신호를 출력하는 온도 비교부와,

이 온도 비교부로부터 출력된 상기 온도 영역 신호에 기초하여, 충전전류 및/또는 충전전압을 제어하는 제어부를 구비하고 있고,

상기 4개의 기준온도는 가장 높은 기준온도와 2번째로 높은 기준온도 사이에서 소정의 고온도 영역, 가장 낮은 기준온도와 2번째로 낮은 기준온도 사이에서 소정의 저온도 영역, 상기 2번째로 높은 기준온도와 상기 2번째로 낮은 기준온도 사이에서 소정의 표준 영역을 정하도록 각각 설정되고,

상기 제어부는, 상기 온도 영역 신호가 상기 고온도 영역보다 높은 범위에 있을 때는 상기 충전전류의 공급을 정지하고,

상기 온도 영역 신호가 고온도 영역에 있을 때는 상기 충전전류를 소정의 제1 소전류로 하는 전류 제어를 행하고,

상기 온도 영역 신호가 표준 영역에 있을 때는 상기 충전전류를 소정의 대전류로 하는 전류 제어를 행하고,

상기 온도 영역 신호가 저온도 영역에 있을 때는 상기 충전전류를 소정의 제2 소전류로 하는 전류 제어를 행하고,

상기 온도 영역 신호가 상기 저온도 영역보다 낮은 범위에 있을 때는, 상기 충전전류의 공급을 정지하는 전류 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 충전 제어 회로.
제 1 항에 있어서, 상기 온도 비교부는, 입력단자의 일방이 상기 온도 검출 단자에 병렬로 접속되고, 입력단자의 타방이 분압 회로로 이루어지는 임계값 전압 설정 회로에 접속된 4개의 컴퍼레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 충전 제어 회로.
제 2 항에 있어서, 상기 2차전지의 단자전압을 검출하고, 이 단자전압의 전압범위를 나타내는 전지전압 신호를 출력하는 전지전압 검출부를 포함하고,

상기 제어부는, 이 전지전압 검출부로부터 출력되는 상기 전지전압 신호와, 상기 온도 비교부로부터 출력되는 상기 온도 영역 신호가 입력되고, 이들 신호에 기초하여 제어신호를 출력하는 로직부를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지의 충전 제어 회로.
삭제
삭제
제 1 항에 기재된 2차전지의 충전 제어 회로를 기판 상에 갖고,

이 기판을 수용하는 패키지를 갖는 것을 특징으로 하는 2차전지의 충전 제어 장치.