KR20110048010A - 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치 Download PDF

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아츠시 사쿠라이
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

(과제) 배터리와 전원 단자 또는 접지 단자의 접속이 해제된 것을 검출할 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공한다.
(해결 수단) 전원 단자와 중간 단자 사이 또는 중간 단자와 중간 단자 사이에 전압 검출 회로를 형성하고, 예를 들어 배터리 (21) 와 전원 단자 (11) 의 접속이 해제된 경우에, 전원 단자 (11) 를 정전류 회로 (15) 에 의하여 제 2 중간 단자 (13) 의 전압으로 풀다운하고, 전압 검출 회로 (34) 에 의하여 검출하도록 구성하였다.

Description

배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치{BATTERY STATE MONITORING CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은 배터리 상태를 감시하는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
종래의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치에 대하여 설명한다. 도 3 은 종래의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
배터리 상태 감시 회로 (10) 는 배터리 장치의 내부에 있는 전지 (21 ∼ 23) 의 전압을 모니터하고 있다. 2 개 이상의 전지가 접속된 경우에 있어서, 정전류 회로 (15 및 16) 가 형성되어 있어, 배터리가 접속 단자로부터 해제된 것을 검출한다. 예를 들어, 단자 (12) 의 접속이 해제되면, 정전류 회로 (16) 에 의하여 단자 (12) 의 전압은 단자 (14) 의 전압이 된다. 따라서, 전원 단자 (11) 와 중간 단자 (12) 의 전압 차이는, 배터리 (21) 의 과충전 전압을 웃돌기 때문에, 과충전 검출 회로 (24) 가 과충전을 검출하여 검출 신호를 출력한다. 제어 회로 (20) 는 검출 신호를 받아 충전 제어 트랜지스터 (27) 를 오프시켜 충전을 정지시킨다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본특허 제3581428호
그러나, 특허문헌 1 에 의하여 개시된 기술에서는, 전원 단자 (11) 또는 접지 단자 (14) 의 접속이 해제된 경우에는 충전을 정지시킬 수 없다. 전원 단자 (11) 의 접속이 해제된 경우에는, 정전류 회로 (15) 에 의하여 중간 단자 (13) 의 전압이 된다. 따라서, 과충전 검출 회로 (24) 는 과충전을 검출하지 않기 때문에 충전을 정지시킬 수 없다. 접지 단자 (14) 의 접속이 해제된 경우에는, 정전류 회로 (16) 에 의하여 중간 단자 (12) 의 전압이 된다. 따라서, 과충전 검출 회로 (26) 는 과충전을 검출하지 않기 때문에 충전을 정지시킬 수 없다.
또, 배터리 (21 ∼ 23) 전압의 합계가 과충전 전압에 미치지 못하는 경우에는, 중간 단자 (12 또는 13) 의 접속이 해제되어도, 과충전 검출 회로 (24 또는 26) 는 과충전을 검출하지 않기 때문에 충전을 정지시킬 수는 없다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 배터리 전압에 관계없이 어느 단자의 접속이 해제된 경우에도, 충전 또는 방전 또는 그 양방을 정지시킬 수 있는 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 직렬로 접속된 복수의 배터리의 상태를 감시하여, 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 배터리 상태 감시 회로로서, 복수의 배터리에 대응하여 형성된 복수의 접속 단자와, 복수의 배터리에 대응하여 형성되고, 대응된 배터리가 접속되는 접속 단자 사이의 전압을 모니터하여 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와, 복수의 접속 단자 중에서 하나의 접속 단자와, 하나의 접속 단자와 인접하는 접속 단자 이외의 다른 접속 단자 사이에 접속되고, 배터리가 하나의 접속 단자와 해제되었을 때, 하나의 접속 단자의 전압을 다른 접속 단자의 전압으로 하는 전류 회로와, 복수의 배터리에 대응하여 형성되고, 대응된 배터리가 접속되는 접속 단자 사이의 전압을 모니터하여, 배터리가 접속 단자와 해제된 것을 검출하는 전압 검출 회로와, 과충전 검출 회로와 전압 검출 회로의 신호를 받아 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 신호를 출력하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로를 제공한다.
본 발명에서는, 전원 단자와 중간 단자 사이 또는 중간 단자와 중간 단자 사이에 전압 검출 회로를 형성함으로써 배터리와 배터리 상태 감시 회로의 전원 단자나 접지 단자가 해제된 경우나, 배터리 전압의 합계가 과충전 전압에 미치지 못하는 전압의 경우에, 충전 제어 또는 방전 제어를 실시할 수 있어 배터리의 안전성을 높일 수 있다.
도 1 은 본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 나타내는 도면.
도 2 는 전압 검출 회로의 일례를 나타내는 회로도.
도 3 은 종래의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 나타내는 도면.
발명을 실시하기 위한 형태
이하, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 설명한다.
먼저, 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치의 구성에 대하여 설명한다. 도 1 은 본 발명의 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치를 나타내는 도면이다.
배터리 장치는 배터리 (21 ∼ 23) 와, 배터리 상태 감시 회로 (10) 와, 충전 제어 트랜지스터 (27) 와, 방전 제어 트랜지스터 (28) 와, 저항 (37 및 38) 을 구비한다. 배터리 상태 감시 회로 (10) 는 전원 단자 (11) 와, 제 1 중간 단자 (12) 와, 제 2 중간 단자 (13) 와, 접지 단자 (14) 와, 제 1 정전류 회로 (15) 와, 제 2 정전류 회로 (16) 와, 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 와, 전압 분할 회로 (17 ∼ 19) 와, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 와, 제어 회로 (20) 와, 충전 제어 단자 (32) 와, 방전 제어 단자 (33) 를 구비한다.
배터리 (21) 는 전원 단자 (11) 와 제 1 중간 단자 (12) 사이에 형성된다. 배터리 (22) 는 제 1 중간 단자 (12) 와 제 2 중간 단자 (13) 사이에 형성된다. 또, 배터리 (23) 는 제 2 중간 단자 (13) 와 접지 단자 (14) 사이에 형성된다. 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 게이트는 충전 제어 단자 (32) 에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 외부 접지 단자 (30) 에 접속되고, 드레인은 방전 제어 트랜지스터 (28) 의 드레인에 접속된다. 저항 (37) 은 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 게이트와 소스 및 백 게이트 사이에 형성된다. 방전 제어 트랜지스터 (28) 의 게이트는 방전 제어 단자 (33) 에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 배터리 (23) 의 접지 단자에 접속되고, 드레인은 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 드레인에 접속된다. 저항 (38) 은 방전 제어 트랜지스터 (28) 의 게이트와 소스 및 백 게이트 사이에 형성된다. 충전기 (29) 는 외부 전원 단자 (31) 와 외부 접지 단자 (30) 사이에 접속된다.
전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 는, 예를 들어 도 2 와 같이 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 로 구성된다. 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 는 전원 단자 Vdd 를 전원 단자 (11) 와 접속하고, 접지 단자 Vss 를 접지 단자 (14) 와 접속한다. 전압 검출 회로 (34) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 는 반전 입력 단자 (1) 를 전원 단자 (11) 에 접속하고, 비반전 입력 단자 (2) 를 제 1 중간 단자 (12) 에 접속하고, 출력 단자 (3) 를 VO1 단자에 접속한다. 전압 검출 회로 (35) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 는 반전 입력 단자 (1) 를 제 1 중간 단자 (12) 에 접속하고, 비반전 입력 단자 (2) 를 제 2 중간 단자 (13) 에 접속하고, 출력 단자 (3) 는 VO2 단자에 접속한다. 전압 검출 회로 (36) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 는 반전 입력 단자 (1) 를 제 2 중간 단자 (13) 에 접속하고, 비반전 입력 단자 (2) 를 접지 단자 (14) 에 접속하고, 출력 단자 (3) 는 VO3 단자에 접속한다.
충전 제어 트랜지스터 (27) 는 배터리 (21 ∼ 23) 의 충전을 제어한다. 방전 제어 트랜지스터 (28) 는 배터리 (21 ∼ 23) 의 방전을 제어한다. 전압 분할 회로 (17) 는 배터리 (21) 의 전압을 분할한다. 전압 분할 회로 (18) 는 배터리 (22) 의 전압을 분할한다. 전압 분할 회로 (19) 는 배터리 (23) 의 전압을 분할한다. 과충전 검출 회로 (24) 는, 전압 분할 회로 (17) 로부터 나오는 전압을 모니터하여 배터리 (21) 의 과충전 상태를 검출한다. 과충전 검출 회로 (25) 는, 전압 분할 회로 (18) 로부터 나오는 전압을 모니터하여, 배터리 (22) 의 과충전 상태를 검출한다. 과충전 검출 회로 (26) 는, 전압 분할 회로 (19) 로부터 나오는 전압을 모니터하여 배터리 (23) 의 과충전 상태를 검출한다. 제 1 정전류 회로 (15) 는, 전원 단자 (11) 가 해제된 경우에 제 2 중간 단자 (13) 의 전압으로 풀다운하고, 제 2 중간 단자 (13) 가 해제된 경우에 전원 단자 (11) 의 전압으로 풀업한다. 제 2 정전류 회로 (16) 는, 제 1 중간 단자 (12) 가 해제된 경우에 접지 단자 (14) 의 전압으로 풀다운하고, 접지 단자 (14) 가 해제된 경우에 제 1 중간 단자 (12) 의 전압으로 풀업한다. 제어 회로 (20) 는, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 의 검출 신호를 받아, 충전 제어 트랜지스터 (27) 를 오프하기 위한 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다. 또, 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 의 검출 신호를 받아, 방전 제어 트랜지스터 (28) 를 오프하기 위한 신호를 방전 제어 단자 (33) 에 출력하고, 충전 제어 트랜지스터 (27) 를 오프하기 위한 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다.
다음으로, 배터리 상태 감시 회로 및 배터리 장치의 동작에 대하여 설명한다.
충전기 (29) 가 배터리 장치에 접속되어 배터리 (21 ∼ 23) 가 충전된다. 과충전 검출 회로 (24) 는, 전압 분할 회로 (17) 를 통하여 배터리 (21) 의 전압을 모니터한다. 배터리 (21) 의 전압이 과충전 전압보다 낮은 동안에는, 과충전 검출 회로 (24) 는 충전 제어 트랜지스터 (27) 를 온하기 위한 신호를 제어 회로 (20) 에 출력하고 있다. 마찬가지로, 과충전 검출 회로 (25) 는 전압 분할 회로 (18) 를 통하여 배터리 (22) 의 전압을 모니터하고, 과충전 검출 회로 (26) 는 전압 분할 회로 (19) 를 통하여 배터리 (23) 의 전압을 모니터한다. 제어 회로 (20) 는, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 가 통상 상태를 검출하고 있으면, 하이 레벨의 전압을 충전 제어 단자 (32) 에 출력하여 충전 제어 트랜지스터를 온한다. 따라서, 배터리 (21 ∼ 23) 는 충전기 (29) 에 의한 충전이 계속된다.
이하에, 상기 서술한 충전 상태에서, 배터리와 접속 단자가 해제된 경우의 검출 동작에 대하여 설명한다.
전원 단자 (11) 와 배터리의 접속이 해제된 경우에는, 전원 단자 (11) 는 제 1 정전류 회로 (15) 에 의하여 제 2 중간 단자 (13) 의 전압으로 풀다운된다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로 (10) 의 내부의 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 와, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 와, 제어 회로 (20) 는 배터리 (23) 의 전압에 의하여 동작을 실시한다. 전압 분할 회로 (17) 가 출력하는 전원 단자 (11) 와 제 1 중간 단자 (12) 사이의 전압의 분할 전압은 과충전 전압 미만이므로, 과충전 검출 회로 (24) 는 검출 신호를 출력하지 않는다. 이 때, 전압 검출 회로 (34) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 의 반전 입력 단자 (1) 의 전압은 제 2 중간 단자 (13) 의 전압이 되고, 제 1 중간 단자 (12) 의 전압으로부터 히스테리시스 전압만큼 밑돌면, 전압 검출 회로 (34) 가 검지하여 검출 신호를 제어 회로 (20) 에 출력한다. 제어 회로 (20) 는, 하이 임피던스의 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다. 충전 제어 단자 (32) 의 전압은 저항 (37) 의 풀다운 기능에 의하여 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 소스 및 백 게이트의 전압과 가까워져, 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 임계값 전압을 밑돌면 오프한다. 따라서, 배터리 (21 ∼ 23) 는 충전기 (29) 에 의한 충전이 정지된다. 이 때 동시에 방전 제어 트랜지스터 (28) 를 오프하여 방전을 정지시켜도 된다.
제 1 중간 단자 (12) 와 배터리의 접속이 해제된 경우에는, 제 1 중간 단자 (12) 는 제 2 정전류 회로 (16) 에 의하여 접지 단자 (14) 의 전압으로 풀다운된다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로 (10) 의 내부의 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 와, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 와, 제어 회로 (20) 는 배터리 (21 ∼ 23) 의 전압에 의하여 동작을 실시한다. 전압 분할 회로 (17) 가 출력하는 전원 단자 (11) 와 제 1 중간 단자 (12) 사이의 전압의 분할 전압이, 과충전 전압 이상이면 과충전 검출 회로 (24) 는 검출 신호를 출력하고, 과충전 전압 미만이면 과충전 검출 회로 (24) 는 검출 신호를 출력하지 않는다. 이 때, 전압 검출 회로 (35) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 의 반전 입력 단자 (1) 의 전압은 접지 단자 (14) 의 전압으로 되고, 제 2 중간 단자 (13) 의 전압으로부터 히스테리시스 전압만큼 밑돌면, 전압 검출 회로 (35) 가 검지하여 검출 신호를 제어 회로 (20) 에 출력한다. 제어 회로 (20) 는 하이 임피던스의 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다. 마찬가지로, 배터리 (21 ∼ 23) 는 충전기 (29) 에 의한 충전이 정지된다. 이 때 동시에 방전 제어 트랜지스터 (28) 를 오프하여 방전을 정지시켜도 된다.
제 2 중간 단자 (13) 와 배터리의 접속이 해제된 경우에는, 제 2 중간 단자 (13) 는 제 1 정전류 회로 (15) 에 의하여 전원 단자 (11) 의 전압으로 풀업된다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로 (10) 의 내부의 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 와, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 와, 제어 회로 (20) 는 배터리 (21 ∼ 23) 의 전압에 의하여 동작을 실시한다. 전압 분할 회로 (19) 가 출력하는 제 2 중간 단자 (13) 와 접지 단자 (14) 사이의 전압의 분할 전압이, 과충전 전압 이상이면 과충전 검출 회로 (26) 는 검출 신호를 출력하고, 과충전 전압 미만이면 과충전 검출 회로 (26) 는 검출 신호를 출력하지 않는다. 이 때, 전압 검출 회로 (35) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 의 비반전 입력 단자 (2) 의 전압은 전원 단자 (11) 의 전압이 되고, 제 1 중간 단자 (12) 의 전압으로부터 히스테리시스 전압만큼 웃돌면, 전압 검출 회로 (35) 가 검지하여 검출 신호를 제어 회로 (20) 에 출력한다. 제어 회로 (20) 는 하이 임피던스의 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다. 마찬가지로, 배터리 (21 ∼ 23) 는 충전기 (29) 에 의한 충전이 정지된다. 이 때 동시에 방전 제어 트랜지스터 (28) 를 오프하여 방전을 정지시켜도 된다.
접지 단자 (14) 와 배터리의 접속이 해제된 경우에는, 접지 단자 (14) 는 제 2 정전류 회로 (16) 에 의하여 제 1 중간 단자 (12) 의 전압으로 풀업된다. 이 때, 배터리 상태 감시 회로 (10) 의 내부의 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 와, 과충전 검출 회로 (24 ∼ 26) 와, 제어 회로 (20) 는 배터리 (21) 의 전압에 의하여 동작을 실시한다. 전압 분할 회로 (19) 가 출력하는 제 2 중간 단자 (13) 와 접지 단자 (14) 사이의 전압의 분할 전압은 과충전 전압 미만이므로, 과충전 검출 회로 (26) 는 검출 신호를 출력하지 않는다. 이 때, 전압 검출 회로 (36) 의 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 의 비반전 입력 단자 (2) 의 전압은 제 1 중간 단자 (12) 의 전압이 되고, 제 2 중간 단자 (13) 의 전압으로부터 히스테리시스 콤퍼레이터 (5) 의 히스테리시스 전압만큼 밑돌면, 전압 검출 회로 (36) 가 검지하여 검출 신호를 제어 회로 (20) 에 출력한다. 제어 회로 (20) 는 하이 임피던스의 신호를 충전 제어 단자 (32) 에 출력한다. 충전 제어 단자 (32) 의 전압은 저항 (37) 의 풀다운 기능에 의하여 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 소스 및 백 게이트의 전압과 가까워져, 충전 제어 트랜지스터 (27) 의 임계값 전압을 밑돌면 오프된다. 따라서 충전기 (29) 에 의한 충전이 정지된다. 이상과 같이 하면, 배터리 상태 감시 회로 (10) 는 배터리 (21) 의 전압에 의하여 동작을 실시하고 있으나, 충전 제어 트랜지스터 (27) 를 오프할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 배터리 상태 감시 회로 (10) 에 있어서, 배터리와 접속 단자 사이에 전압 검출 회로 (34 ∼ 36) 를 형성했기 때문에, 배터리 (21) 와 전원 단자 (11), 배터리 (23) 와 접지 단자 (14) 가 해제된 경우나, 배터리 (21 ∼ 23) 의 전압 합계가 과충전 전압에 미치지 못하는 전압인 경우에 있어서, 충전 정지 또는 방전 정지를 실시할 수 있어 배터리의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 배터리를 3 개로 하여 설명했으나, 2 개 이상의 전지를 구비한 배터리 장치이면 동일한 효과가 얻어진다.
또, 제 1 정전류 회로 (15) 및 제 2 정전류 회로 (16) 는 저항 회로여도 된다.
5 : 히스테리시스 콤퍼레이터
10 : 배터리 상태 감시 회로
11 : 전원 단자
12 : 제 1 중간 단자
13 : 제 2 중간 단자
14 : 접지 단자
15 : 제 1 정전류 회로
16 : 제 2 정전류 회로
17 ∼ 19 : 전압 분할 회로
20 : 제어 회로
21 ∼ 23 : 배터리
24 ∼ 26 : 과충전 검출 회로
27 : 충전 제어 트랜지스터
28 : 방전 제어 트랜지스터
29 : 충전기
30 : 외부 접지 단자
31 : 외부 전원 단자
32 : 충전 제어 단자
33 : 방전 제어 단자
34 ∼ 36 : 전압 검출 회로

Claims (4)

  1. 직렬로 접속된 복수의 배터리의 상태를 감시하여, 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 배터리 상태 감시 회로로서,
    상기 복수의 배터리에 대응하여 형성된 복수의 접속 단자와,
    상기 복수의 배터리에 대응하여 형성되고, 대응된 배터리가 접속되는 접속 단자 사이의 전압을 모니터하여 과충전 상태를 검출하는 과충전 검출 회로와,
    상기 복수의 접속 단자 중에서 하나의 접속 단자와, 상기 하나의 접속 단자와 인접하는 접속 단자 이외의 다른 접속 단자 사이에 접속되고, 상기 배터리가 상기 하나의 접속 단자와 해제되었을 때, 상기 하나의 접속 단자의 전압을 상기 다른 접속 단자의 전압으로 하는 전류 회로와,
    상기 복수의 배터리에 대응하여 형성되고, 대응된 배터리가 접속되는 접속 단자 사이의 전압을 모니터하여, 상기 배터리가 상기 접속 단자와 해제된 것을 검출하는 전압 검출 회로와,
    상기 과충전 검출 회로와 상기 전압 검출 회로의 신호를 받아 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 신호를 출력하는 제어 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류 회로가 저항 회로인 것을 특징으로 하는 배터리 상태 감시 회로.
  3. 외부 전원 단자와 외부 접지 단자 사이에 직렬로 접속된, 복수의 배터리, 충전 제어 트랜지스터 및 방전 제어 트랜지스터와,
    상기 복수의 배터리의 전압을 모니터하여, 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 제 1 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  4. 외부 전원 단자와 외부 접지 단자 사이에 직렬로 접속된, 복수의 배터리, 충전 제어 트랜지스터 및 방전 제어 트랜지스터와,
    상기 복수의 배터리의 전압을 모니터하여, 상기 복수의 배터리의 충방전을 제어하는 제 2 항에 기재된 배터리 상태 감시 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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