KR102439642B1 - 배터리 장치 - Google Patents

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후미히코 마에타니
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에이블릭 가부시키가이샤
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Abstract

방전 과전류 검출 상태에 들어간 후, 통상 상태로 복귀하기 쉽고, 안전성이 높으며, 사용하기 편리한 배터리 장치를 제공한다.
제1 충방전 제어 트랜지스터와, 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제1 충방전 제어 회로를 갖는 제1 충방전 제어 장치와, 제1 충방전 제어 트랜지스터를 통해 외부 단자와 접속된 제2 충방전 제어 트랜지스터와, 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제2 충방전 제어 회로를 갖는 제2 충방전 제어 장치를 구비하고, 제2 충방전 제어 회로의 과전류 검출 단자와 외부 단자의 사이에 스위치 회로를 구비하며, 스위치 회로는, 제2 충방전 제어 회로의 방전 정지 신호에 의해 하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.

Description

배터리 장치{BATTERY DEVICE}
본 발명은, 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 장치를 구비한 배터리 장치에 관한 것이다.
도 3에, 종래의 배터리 장치의 회로도를 나타낸다.
종래의 배터리 장치는, 2차 전지(11)와, 충방전 제어 장치(23)와, 외부 양극 단자(24)와, 외부 음극 단자(25)를 구비하고 있다. 충방전 제어 장치(23)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)와, 충방전 제어 회로(14)와, 저항(12, 15)과, 용량(13)을 구비하고 있다. 충방전 제어 회로(14)는, 양극 전원 단자(18)와, 음극 전원 단자(19)와, 방전 제어 신호 출력 단자(20)와, 충전 제어 신호 출력 단자(21)와, 과전류 검출 단자(22)를 구비하고 있다.
충방전 제어 회로(14)는, 양극 전원 단자(18), 음극 전원 단자(19)의 사이에 인가되는 전압에 의해 2차 전지(11)의 전압을 감시하고 있다. 2차 전지(11)의 전압이 과충전 검출 전압을 상회한 경우에, 충전 제어 신호 출력 단자(21)로부터 충전 금지 신호를 출력하여, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)를 오프시켜, 충전을 정지한다. 이것을 과충전 검출 기능이라고 부른다. 2차 전지(11)의 전지 전압이 과방전 검출 전압을 하회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시켜, 방전을 정지한다. 이것을 과방전 검출 기능이라고 부른다.
또, 충방전 제어 회로(14)는, 과전류 검출 단자(22)의 전압에 의해 배터리 장치에 흐르는 전류를 감시하고 있다. 과전류 검출 단자(22)의 전압이 방전 과전류 검출 전압을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시켜, 방전을 정지한다. 이것을 방전 과전류 검출 기능이라고 부른다. 과전류 검출 단자(22)의 전압이 충전 과전류 검출 전압을 하회한 경우에, 충전 제어 신호 출력 단자(21)로부터 충전 금지 신호를 출력하여, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)를 오프시켜, 충전을 정지한다. 이것을 충전 과전류 검출 기능이라고 부른다.
현재는, 더욱 안전한 배터리 장치를 제공하기 위해, 충방전 제어 장치를 2개 구비한 배터리 장치가 자주 이용되고 있다. 배터리 장치는, 충방전 제어 장치를 2개 설치함으로써, 만일, 제1 충방전 제어 장치를 동작할 수 없었던 경우에 있어서도, 제2 충방전 제어 장치가 동작하므로, 배터리 장치의 안전성을 높일 수 있다.
일본국 특허공개 2002-34163호 공보
그러나, 종래의 충방전 제어 장치를 2개 구비한 배터리 장치에서는, 제2 충방전 제어 장치가 방전 과전류 검출을 한 후에, 제1 충방전 제어 장치가 과방전 검출하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터가 오프하여 버리므로, 방전 과전류의 원인이 된 부하를 제거해도 제2 충방전 제어 장치의 과전류 검출 단자의 전압에 변화가 일어나지 않으므로, 통상 상태로 복귀할 수 없는 경우가 있다는 과제가 있었다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
제1 충방전 제어 트랜지스터와, 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제1 충방전 제어 회로를 갖는 제1 충방전 제어 장치와, 제1 충방전 제어 트랜지스터를 통해 외부 단자와 접속된 제2 충방전 제어 트랜지스터와, 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제2 충방전 제어 회로를 갖는 제2 충방전 제어 장치를 구비하고, 제2 충방전 제어 회로의 과전류 검출 단자와 외부 단자의 사이에 스위치 회로를 구비하며, 스위치 회로는, 제2 충방전 제어 회로의 방전 정지 신호에 의해 온되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
본 발명에 의하면, 제2 충방전 제어 회로가 방전 과전류 검출한 경우에, 외부 음극 단자와 제2 충방전 제어 회로의 과전류 검출 단자가 동전압이 되도록 하여, 과전류 검출 단자의 전압이 방전 과전류 해제 회로의 역치를 상회함으로써, 방전 과전류의 원인이 된 부하를 제거한 경우에, 방전 과전류 해제 회로의 역치를 하회하여, 통상 상태로 복귀할 수 있게 되어, 안전성이 높고, 사용하기에 편리한 배터리 장치의 제공이 가능해진다.
도 1은, 본 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
도 2는, 본 실시 형태의 배터리 장치의 다른 예를 도시하는 회로도이다.
도 3은, 종래의 배터리 장치의 회로도이다.
이하, 본 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
본 실시 형태의 배터리 장치는, 2차 전지(11)와, 제1 충방전 제어 장치(23)와, 제2 충방전 제어 장치(43)와, 외부 양극 단자(24)와, 외부 음극 단자(25)와, 스위치 회로(53)를 구비하고 있다.
제1 충방전 제어 장치(23)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)와, 충방전 제어 회로(14)와, 저항(12 및 15)과, 용량(13)을 구비하고 있다. 충방전 제어 회로(14)는, 양극 전원 단자(18)와, 음극 전원 단자(19), 방전 제어 신호 출력 단자(20)와, 충전 제어 신호 출력 단자(21)와, 과전류 검출 단자(22)를 구비하고 있다. 스위치 회로(53)는 Pch 전계 효과 트랜지스터(51, 52)로 구성되어 있다.
충방전 제어 회로(14)는, 제어 회로(26)와, 방전 과전류 검출 회로(27)와, 방전 과전류 해제 회로(28)를 구비하고 있다.
제2 충방전 제어 장치(43)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)와, 충방전 제어 회로(34)와, 저항(32, 35)과, 용량(33)을 구비하고 있다. 충방전 제어 회로(34)는, 양극 전원 단자(38)와, 음극 전원 단자(39), 방전 제어 신호 출력 단자(40)와, 충전 제어 신호 출력 단자(41)와, 과전류 검출 단자(42)를 구비하고 있다. 충방전 제어 회로(34)는, 제어 회로(46)와, 방전 과전류 검출 회로(47)와, 방전 과전류 해제 회로(48)를 구비하고 있다.
2차 전지(11)는, 양극은 외부 양극 단자(24)와 저항(12, 32)에 접속되고, 음극은 용량(33)과 음극 전원 단자(39)와 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)의 소스 및 백 게이트에 접속된다. 양극 전원 단자(38)는, 저항(32)과 용량(33)의 접속점에 접속된다. Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)는, 게이트는 방전 제어 신호 출력 단자(40)에 접속되고, 드레인은 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)의 드레인에 접속된다. Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)는, 게이트는 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 용량(13)과 음극 전원 단자(19)와 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)의 소스 및 백 게이트, 및 저항(35)의 한쪽의 단자(노드(60)라고 칭한다)에 접속된다. 저항(35)의 다른 쪽의 단자는, 과전류 검출 단자(42)와 Pch 전계 효과 트랜지스터(51)의 소스 및 백 게이트에 접속된다. Pch 전계 효과 트랜지스터(51)의 게이트는 방전 제어 신호 출력 단자(40)와 Pch 전계 효과 트랜지스터(52)의 게이트에 접속된다. Pch 전계 효과 트랜지스터(51)의 드레인은, Pch 전계 효과 트랜지스터(52)의 드레인과 접속된다. Pch 전계 효과 트랜지스터(52)의 소스 및 백 게이트는, 외부 음극 단자(25), 저항(15)의 한쪽의 단자, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 소스 및 백 게이트에 접속된다. 저항(15)의 다른 쪽의 단자는, 과전류 검출 단자(22)와 접속된다. 양극 전원 단자(18)는, 저항(12)과 용량(13)의 접속점에 접속된다. Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)의 게이트는, 방전 제어 신호 출력 단자(20)와 접속되고, 드레인은 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 드레인과 접속된다. Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 게이트는, 충전 제어 신호 출력 단자(21)와 접속된다.
다음에, 본 실시 형태의 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
2차 전지(11)가 과충전 검출 전압 이하이고 또한 과방전 검출 전압 이상일 때, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16, 36)와 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17, 37)는 온되도록 제어된다. 이 상태로, 외부 양극 단자(24)와 외부 음극 단자(25)의 사이에 접속된 부하에 방전 전류가 흐르면, 음극 전원 단자(19)와 외부 음극 단자(25)의 사이에 전압차가 발생한다. 제1 충방전 제어 장치(23)는, 이 전압차를 과전류 검출 단자(22)에 의해 감시하여, 방전 과전류 검출 회로(27)에서 설정한 방전 과전류 검출 전압을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시켜, 방전 과전류 보호를 행한다.
제어 회로(26)는, 방전 과전류 상태에서는 방전 과전류 검출 단자(22)와 음극 전원 단자(19)를 쇼트하여, 방전 과전류의 원인이 된 부하가 제거되었을 때에, 과전류 검출 단자(22)의 전압이 저하하도록 하고 있다. 방전 과전류 해제 회로(28)는, 역치를 방전 과전류 검출 전압보다 높은 값으로 설정하고 있다. 과전류 검출 단자(22)의 전압이 방전 과전류 해제 회로(28)의 역치를 상회하고 있지 않은 경우는, 방전 과전류 상태의 해제는 방전 과전류 검출 전압을 하회함으로써 행해진다. 과전류 검출 단자(22)의 전압이 방전 과전류 해제 회로(28)의 역치를 상회하면, 방전 과전류 해제 회로(28)가 동작하여, 방전 과전류 상태를 방전 과전류 해제 회로(28)의 역치에서 해제한다. 따라서, 부하가 제거된 경우에 통상 상태로 복귀하기 쉽도록 제어하고 있다.
방전 과전류 보호 기능이 동작하여 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)가 오프하면, 외부 음극 단자(25) 및 과전류 검출 단자(22)의 전압은, 부하에 의해 외부 양극 단자(24)에 가까운 값이 된다. 이 때, 과전류 검출 단자(22)의 전압은 방전 과전류 해제 회로(28)의 역치를 상회하므로, 부하가 제거되었을 때에 높은 전압인 방전 과전류 해제 회로(28)의 역치에서 방전 과전류 상태를 해제하므로 사용하기 편리해진다.
다음에, 제2 충방전 제어 장치(43)의 방전 과전류 보호가 행해진 경우에 대해 생각한다. 제2 충방전 제어 장치(43)는, 음극 전원 단자(39)와 노드(60)의 사이에 발생하는 전압차를 과전류 검출 단자(42)에 의해 감시하여, 방전 과전류 검출 회로(47)에서 설정한 방전 과전류 검출 전압을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(40)로부터 방전 정지 신호를 출력하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)를 오프시켜, 방전 과전류 보호를 행한다.
제2 충방전 제어 회로(34)가 방전 정지 신호를 출력하였을 때에, 스위치 회로(53)가 온되어, 제2 충방전 제어 회로(34)의 과전류 검출 단자(42)와 외부 음극 단자(25)를 동일한 전압으로 한다. 이렇게 함으로써, 제2 충방전 제어 장치(43)의 방전 과전류 보호가 작용한 경우에, 과전류 검출 단자(42)는 방전 과전류 해제 회로(48)의 역치를 확실하게 상회할 수 있어, 방전 과전류의 원인이 된 부하를 제거한 경우에 높게 설정한 방전 과전류 해제 회로(48)의 역치에 의해 방전 과전류 상태를 해제할 수 있게 되므로, 통상 상태로 복귀하기 쉽고 사용하기 편리한 배터리 장치의 제공이 가능해진다.
또한, Pch 전계 효과 트랜지스터(51)의 소스 및 백 게이트는, 제2 충방전 제어 회로(34)의 과전류 검출 단자(42)에 접속되는 것으로 하였지만, 노드(60)에 접속해도 된다. 또, 배터리의 방전 전류만의 제어를 행하는 경우에도 본 발명을 이용할 수 있는 것은 자명하다.
이상에 의해, 본 실시 형태의 배터리 장치는 제2 충방전 제어 장치가 방전 과전류 검출한 경우에, 외부 음극 단자와 제2 충방전 제어 회로의 과전류 검출 단자를 동전압으로 하는 스위치 회로를 설치함으로써, 원인이 된 부하를 제거하였을 때에, 방전 과전류 상태를 해제하여 통상 상태로 복귀할 수 있어, 안전성이 높고, 사용하기 편리한 배터리 장치로 할 수 있다.
도 2는, 본 실시 형태의 배터리 장치의 다른 예를 도시하는 회로도이다. 도 1의 배터리 장치와의 차이는, 제2 충방전 제어 장치의 과전류 검출을 저항에 전류가 흘러 발생하는 전압을 감시하도록 한 것이다. 제2 충방전 제어 장치(63)에 저항(49)을, 제2 충방전 제어 회로(34)의 과전류 검출 단자(50)를 추가한 것과, 과전류 검출 단자(42)를 외부 전압 입력 단자(62)로 한 것이다.
저항(49)은, 한쪽의 단자는 2차 전지(11)의 음극 단자와 용량(33)과 음극 전원 단자(39)의 접속점에 접속되고, 다른 쪽의 단자는 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)의 소스 및 백 게이트와 과전류 검출 단자(50)에 접속된다. 과전류 검출 단자(50)는, 제어 회로(46), 방전 과전류 검출 회로(47)에 접속되고, 외부 전압 입력 단자(62)는 방전 과전류 해제 회로(48)와 제어 회로(46)에 접속된다. 그 외는, 도 1의 배터리 장치와 동일한 접속이다.
다음에, 도 2의 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
제1 충방전 제어 장치(23)에 의한 방전 과전류 보호의 동작은 도 1의 배터리 장치의 동작과 동일하다.
제2 충방전 제어 장치(63)의 방전 과전류 보호가 행해진 경우에 대해 생각한다. 제2 충방전 제어 장치(63)는, 저항(49)의 양단에 발생하는 전압차를 과전류 검출 단자(50)에 의해 감시하여, 방전 과전류 검출 회로(47)에서 설정한 방전 과전류 검출 전압을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(40)로부터 방전 정지 신호를 출력하여, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)를 오프시켜, 방전 과전류 보호를 행한다. 제2 충방전 제어 회로(54)가 방전 정지 신호를 출력하였을 때에, 스위치 회로(53)가 온되어, 제2 충방전 제어 회로(54)의 외부 전압 입력 단자(62)와 외부 음극 단자(25)를 동전압으로 한다. 이렇게 함으로써, 제2 충방전 제어 장치(63)의 방전 과전류 보호가 작용한 경우에, 외부 전압 입력 단자(62)는 방전 과전류 해제 회로(48)의 역치를 확실하게 상회할 수 있어, 방전 과전류의 원인이 된 부하를 제거한 경우에 높게 설정한 방전 과전류 해제 회로(48)의 역치에 의해 방전 과전류 상태를 해제할 수 있게 되므로, 통상 상태로 복귀하기 쉽고 사용하기 편리한 배터리 장치의 제공이 가능해진다.
또한, Pch 전계 효과 트랜지스터(51)의 소스 및 백 게이트는, 외부 전압 입력 단자(62)에 접속되는 것으로 하였지만, 노드(60)에 접속해도 된다.
저항에 전류가 흐름으로써 발생하는 전압차에 의해 과전류 검출을 하는 충방전 제어 장치를 제2 충방전 제어 장치만으로 하였지만, 제1 충방전 제어 장치도, 저항에 전류가 흐름으로써 발생하는 전압차에 의해 과전류 검출을 하는 충방전 제어 장치로 해도 된다.
또, 배터리의 방전 전류만의 제어를 행하는 경우에도 본 발명을 이용할 수 있는 것은 자명하다.
이상에 의해, 본 실시 형태의 배터리 장치는 제2 충방전 제어 장치가 방전 과전류 검출한 경우에, 외부 음극 단자와 제2 충방전 제어 회로의 외부 전압 입력 단자를 동전압으로 하는 스위치 회로를 설치함으로써, 원인이 된 부하를 제거하였을 때에, 방전 과전류 상태를 해제하여 통상 상태로 복귀할 수 있어, 안전성이 높고, 사용하기 편리한 배터리 장치로 할 수 있다.
11: 2차 전지 14, 34: 충방전 제어 회로
23, 43, 63: 충방전 제어 장치 26, 46: 제어 회로
27, 47: 방전 과전류 검출 회로 28, 48: 방전 과전류 해제 회로
53: 스위치 회로

Claims (1)

  1. 2차 전지와,
    제1 충방전 제어 트랜지스터와, 상기 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제1 충방전 제어 회로를 갖는 제1 충방전 제어 장치와,
    상기 제1 충방전 제어 트랜지스터를 통해 외부 단자와 접속된 제2 충방전 제어 트랜지스터와, 상기 2차 전지의 전압을 검지하여 충방전을 제어하는 제2 충방전 제어 회로를 갖는 제2 충방전 제어 장치
    를 구비한 배터리 장치로서,
    상기 제2 충방전 제어 회로의 과전류 검출 단자와 상기 외부 단자의 사이에 스위치 회로를 구비하고, 상기 스위치 회로는, 상기 제2 충방전 제어 회로의 방전 정지 신호에 의해 온되는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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