KR20140107216A - 충방전 제어 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

복잡한 테스트 장치를 필요로 하지 않는, 셀프 테스트 기능을 구비한 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것. 2 차 전지가 접속되는 단자에 풀업/풀다운 회로를 형성하고, 셀프 테스트 개시 신호가 입력되어 셀프 테스트 상태가 되면, 셀프 테스트 제어 회로가 풀업/풀다운 회로를 제어하여, 2 차 전지가 접속되는 단자에 형성된 전압 검출 회로의 테스트를 실시하고, 셀프 테스트가 종료되면, 다음 단계의 충방전 제어 회로에 셀프 테스트 개시 신호를 출력함으로써, 캐스케이드 접속된 충방전 제어 회로의 전압 검출 회로의 테스트를 순차적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로로 구성한 배터리 장치.

Description

충방전 제어 회로 및 배터리 장치{CHARGING AND DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND BATTERY DEVICE}
본 발명은, 2 차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 2 차 전지의 전압을 검출하는 전압 검출 회로의 셀프 테스트 기능을 구비한 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
배터리 장치는, 다양한 전자 기기의 회로의 전압 공급원으로서 이용되고 있다. 최근에는, 자동차나 전기 공구의 전원용으로서 높은 전압을 출력할 것이 요구되고 있다. 따라서, 복수의 2 차 전지를 직렬로 접속하여, 그 충방전을 제어하는 복수의 캐스케이드 접속된 충방전 제어 회로로 이루어지는 배터리 장치가 필요해졌다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
도 4 에, 종래의, 직렬로 접속된 2 차 전지와 그것을 제어하는 캐스케이드 접속된 충방전 제어 회로로 이루어지는 배터리 장치의 블록도를 나타낸다.
종래의 배터리 장치는, 복수의 캐스케이드 접속된 충방전 제어 회로 (401a ∼ 401n) 와, 직렬로 접속된 복수의 2 차 전지 (402a ∼ 402n) 와, 충전 제어 FET (403) 와, 방전 제어 FET (404) 와, 충전 제어 단자 (CO) 와 충전 제어 신호 입력 단자 (CTLC) 를 접속하는 저항 (405a ∼ 405n) 과, 방전 제어 단자 (DO) 와 방전 제어 신호 입력 단자 (CTLD) 를 접속하는 저항 (406a ∼ 406n) 을 구비하고 있다.
종래의 배터리 장치는, 충방전 제어 회로 (401a ∼ 401n) 가, 충전 제어 단자 (CO) 와 충전 제어 신호 입력 단자 (CTLC) 로 접속되고, 방전 제어 단자 (DO) 와 방전 제어 신호 입력 단자 (CTLD) 로 접속되어, 각각이 통신할 수 있도록 되어 있다. 이와 같이 하여, 복수의 충방전 제어 회로가 직렬로 접속할 수 있기 때문에, 고전압을 출력하는 데에 필요한 수의 직렬 접속된 2 차 전지를 제어하는 것이 가능하다.
일본 공개특허공보 2009-17732호
그러나, 상기 서술한 배터리 장치에서는, 2 차 전지의 수에 따라 전압 검출 회로의 수도 증가한다. 따라서, 배터리 장치로서 조립된 상태에서는, 각 전압 검출 회로를 테스트하는 장치도 복잡해진다는 결점이 있었다.
본 발명은, 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 고안된 것으로, 복잡한 테스트 장치를 필요로 하지 않는, 셀프 테스트 기능을 구비한 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 하였다.
직렬로 접속된 복수의 2 차 전지의 전압을 검출하는 검출 회로의 기능을 테스트하는 셀프 테스트 회로를 형성하고, 그 셀프 테스트 회로는, 2 차 전지가 접속되는 단자에 형성된 풀업/풀다운 회로와, 풀업/풀다운 회로를 제어하는 셀프 테스트 제어 회로를 구비하고, 테스트가 종료되면, 다음 단계의 충방전 제어 회로에 셀프 테스트 개시 신호를 출력하도록 구성한 충방전 제어 회로.
또한, 복수 캐스케이드 접속한 충방전 제어 회로와, 그 충방전 제어 회로에 접속된 복수의 2 차 전지를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
본 발명의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 의하면, 복잡한 테스트 장치를 필요로 하지 않는, 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공할 수 있다.
도 1 은 본 실시형태의 충방전 제어 회로의 회로도이다.
도 2 는 본 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다.
도 3 은 본 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 타이밍 차트이다.
도 4 는 종래의 배터리 장치의 블록도이다.
이하, 본 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1 은 본 실시형태의 충방전 제어 회로의 회로도이다.
본 실시형태의 충방전 제어 회로 (10) 는, 전류원과 스위치 회로를 포함하는 풀업/풀다운 회로 (11a ∼ 11e) 와, 분압 회로 (12a ∼ 12e) 와, 기준 전압 회로 (13a ∼ 13e) 와, 비교 회로 (14a ∼ 14e) 와, 지연 회로 (15) 와, CO 제어 회로 (16) 와, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 를 구비하고 있다. 또한, 전원 단자 (VDD) 와, 2 차 전지가 접속되는 단자 (VC1 ∼ VC5 및 VSS) 와, 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 와, 클록 신호 출력 단자 (CLKO) 와, 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 와, 충전 제어 신호 입력 단자 (CTLC) 와, 리셋 신호 입력 단자 (RSTI) 와, 리셋 신호 출력 단자 (RSTO) 와, 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자 (CAI) 와, 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 를 구비하고 있다. 또한, 도시는 하지 않지만, 과충전 검출 회로 등도 구비하고 있다.
단자 (VC1 ∼ VC5 및 VSS) 에는, 분압 회로 (12a ∼ 12e) 와 기준 전압 회로 (13a ∼ 13e) 가 접속되어 있다. 비교 회로 (14a ∼ 14e) 는, 분압 회로 (12a ∼ 12e) 가 출력하는 분압 전압과 기준 전압 회로 (13a ∼ 13e) 가 출력하는 기준 전압을 비교한다. 지연 회로 (15) 는, 비교 회로 (14a ∼ 14e) 의 출력 신호를 소정 시간만큼 지연시켜, CO 제어 회로 (16) 에 출력한다. CO 제어 회로 (16) 는, 충전 제어 신호 입력 단자 (CTLC) 에 입력된 다음 단계의 충전 제어 신호를 입력하고, 지연 회로 (15) 의 출력 신호와 함께 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 에 출력한다. 즉, CO 제어 회로 (16) 는 셀프 테스트 결과 통신 회로로서의 기능을 갖는다.
셀프 테스트 제어 회로 (17) 는, 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 에 입력된 클록 신호와, 리셋 신호 입력 단자 (RSTI) 에 입력된 리셋 신호를 입력하여 셀프 테스트를 개시하고, 풀업/풀다운 회로 (11a ∼ 11e) 를 제어하여 셀프 테스트를 실행한다. 또한, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 는, 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자 (CAI) 로부터 다음 단계의 셀프 테스트 상태 신호를 입력하고, 셀프 테스트 상태 신호를 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 에 출력하고, 리셋 신호를 리셋 신호 출력 단자 (RSTO) 에 출력하고, 클록 신호를 클록 신호 출력 단자 (CLKO) 에 출력함으로써, 셀프 테스트를 제어한다. 또한, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 는, 셀프 테스트를 개시하면, 지연 회로 (15) 에 신호를 출력하여, 그 지연 시간을 단축한다.
도 2 는 본 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다. 본 실시형태의 배터리 장치는, 도 1 로 나타낸 충방전 제어 회로 (10a, 10b (···10n)) 와, 직렬로 접속된 2 차 전지 (20a, 20b (···20n)) 와, 방전 제어 FET (21) 와, 충전 제어 FET (22) 와, 외부 단자 (EB＋ 및 EB-) 를 구비하고 있다.
2 차 전지 (20a 및 20b) 는, 각각 저항을 통하여 충방전 제어 회로 (10a 및 10b) 의 단자 (VDD, VC1 ∼ VC5, VSS) 에 접속되어 있다. 충전 제어 신호 입력 단자 (CTLC) 는, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10x) 의 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 와 접속되어 있다. 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자 (CAI) 는, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10x) 의 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 와 접속되어 있다. 클록 신호 출력 단자 (CLKO) 는, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10x) 의 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 와 접속되어 있다. 리셋 신호 출력 단자 (RSTO) 는, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10x) 의 리셋 신호 입력 단자 (RSTI) 와 접속되어 있다. 처음 단계의 충방전 제어 회로 (10a) 의 리셋 신호 입력 단자 (RSTI) 에는 셀프 테스트를 개시하기 위한 리셋 신호가 입력되고, 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 에는 클록 신호가 입력된다. 또한, 처음 단계의 충방전 제어 회로 (10a) 의 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 는 셀프 테스트 상태 신호를 출력하고, 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 는 충전 제어 FET (22) 를 제어하는 신호와 셀프 테스트의 결과를 나타내는 신호를 출력한다. 즉, 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 는, 과충전 검출 신호의 통신 단자와 셀프 테스트 결과 신호의 통신 단자의 기능을 갖는다.
여기서, 리셋 신호 및 클록 신호는, 외부로부터의 신호에 의해 배터리 장치의 내부에서 만들어져도 되고, 배터리 장치에 접속된 외부 기기로부터 공급되어도 된다. 또한, 출력되는 셀프 테스트 상태 신호 및 셀프 테스트 결과 신호는, 배터리 장치의 내부에 형성된 회로에 의해 검출되어도 되고, 배터리 장치에 접속된 외부 기기에 그대로 출력되어도 된다.
상기 서술한 바와 같은 충방전 제어 회로 (10) 를 복수 구비한 배터리 장치는, 이하와 같이 동작하여 셀프 테스트를 실시하는 기능을 갖는다.
도 3 은 본 실시형태의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치의 타이밍 차트이다.
먼저, 충방전 제어 회로 (10a) 의 리셋 입력 단자 (RSTI) 에 리셋 신호와 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 에 클록 신호가 입력된다.
충방전 제어 회로 (10) 는, 리셋 입력 단자 (RSTI) 에 리셋 신호가 입력된 경우, 리셋이 해제 후에 클록 신호에 동기하여 셀프 테스트를 실시한다. 즉, 클록 신호는 셀프 테스트 개시 신호로서 기능한다. 리셋 입력 단자 (RSTI) 에 입력된 리셋 신호는, 리셋 출력 단자 (RSTO) 로부터 출력되어, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10) 의 리셋 입력 단자 (RSTI) 에 입력된다. 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 에 입력된 클록 신호는, 셀프 테스트가 종료될 때까지 클록 신호 출력 단자 (CLKO) 로부터 출력되지 않는다. 따라서, 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10) 는, 리셋 신호가 입력되어도, 셀프 테스트를 실시하지 않는다. 이와 같이 하여, 충방전 제어 회로 (10) 는, 순차적으로 셀프 테스트를 실시한다.
충방전 제어 회로 (10a) 는, 리셋 신호가 해제되면, 클록 신호에 동기하여 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 로부터 셀프 테스트 상태 신호를 출력한다.
이 셀프 테스트 상태 신호는, 파형에 의해 어느 충방전 제어 회로 (10) 가 셀프 테스트 상태에 있는지를 나타낼 수 있도록 셀프 테스트 제어 회로 (17) 에 의해 제어된다. 다음 단계의 충방전 제어 회로 (10) 가 셀프 테스트 상태가 되면, 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자 (CAI) 에 입력된 셀프 테스트 상태 신호는, 동일하게 클록 신호에 동기하여 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 로부터 셀프 테스트 상태 신호를 출력한다. 즉, 1 클록 신호분만큼 파형의 변화가 늦어짐으로써, 처음 단계의 충방전 제어 회로 (10a) 가 출력하는 셀프 테스트 상태 신호에 의해, 몇 단째의 충방전 제어 회로 (10) 가 셀프 테스트를 실시하고 있는지를 검출할 수 있다.
셀프 테스트 상태가 된 충방전 제어 회로 (10a) 는, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 에 의해 풀업/풀다운 회로 (11a ∼ 11e) 가 순차적으로 제어된다.
본 실시형태의 충방전 제어 회로 (10) 는, 예를 들어, 단자 (VC2) 에 풀업/풀다운 회로 (11a) 가 접속되고, 단자 (VC3) 에 풀업/풀다운 회로 (11b 와 11c) 가 접속되고, 단자 (VC4) 에 풀업/풀다운 회로 (11d) 가 접속되고, 단자 (VC5) 에 풀업/풀다운 회로 (11e) 가 접속된다. 풀업/풀다운 회로는, 모든 비교 회로 (14a ∼ 14e) 가 테스트되면, 어떠한 형태, 배치여도 되고, 이 실시형태에 한정되지 않는다.
셀프 테스트를 개시하면, 최초의 클록 신호에 동기하여, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 로부터 전압 (V11a) 이 출력되고, 풀업/풀다운 회로 (11a) 가 단자 (VC2) 의 전압을 풀다운한다. 여기서, 단자 (VC1) 와 단자 (VC2) 사이의 전압이 비교 회로 (14a) 의 검출 전압보다 커지도록, 전류원의 전류치를 설계한다. 따라서, 비교 회로 (14a) 는, 정상이면 검출 전압 (H) 를 출력하고, 이상이 있으면 검출 전압 (H) 를 출력하지 않는다. 또한, 다음의 클록 신호에 동기하여, 셀프 테스트 제어 회로 (17) 로부터 전압 (V11b) 이 출력되고, 풀업/풀다운 회로 (11b) 가 단자 (VC3) 의 전압을 풀다운한다.
이와 같이 하여, 클록 신호에 동기하여, 모든 비교 회로 (14a ∼ 14e) 가 테스트되고, 그 결과가 충전 제어 신호 출력 단자 (CO) 로부터 출력된다.
셀프 테스트가 종료되면, 마지막 클록 신호에 동기하여, 리셋 신호를 리셋 출력 단자 (RSTO) 로부터 출력하고, 충방전 제어 회로 (10b) 의 리셋 입력 단자 (RSTI) 에 입력한다. 그리고, 다음의 클록 신호로부터 클록 신호 출력 단자 (CLKO) 를 통하여 충방전 제어 회로 (10b) 의 클록 신호 입력 단자 (CLKI) 에 입력한다. 리셋 신호와 클록 신호가 입력된 충방전 제어 회로 (10b) 는, 클록 신호에 동기하여 셀프 테스트를 개시한다. 여기서, 충방전 제어 회로 (10b) 에 재차 리셋 신호를 입력하였지만, 최초의 리셋 신호에 의해 셀프 테스트 상태가 되어 있기 때문에, 특별히 필요가 없으면 이 기능은 삭제해도 된다.
충방전 제어 회로 (10b) 는, 최초의 클록 신호에 동기하여 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 로부터 셀프 테스트 상태 신호를 충방전 제어 회로 (10a) 의 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자 (CAI) 에 출력한다. 충방전 제어 회로 (10a) 는, 충방전 제어 회로 (10b) 로부터 입력된 셀프 테스트 상태 신호를 다음의 클록 신호로 변화시켜, 1 클록 신호분만큼 파형의 변화가 느린 셀프 테스트 상태 신호를 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자 (CAO) 로부터 출력한다.
이상과 같이, 충방전 제어 회로 (10a ∼ 10n) 는, 순차적으로 셀프 테스트를 실시하여, 셀프 테스트 상태 신호와 검출 결과를 출력한다. 따라서, 배터리 장치 내, 혹은 외부에 접속되는 전자 기기에 의해, 이들 신호를 검출함으로써, 모든 충방전 제어 회로 (10a ∼ 10n) 의 모든 전압 검출 회로를 테스트할 수 있다.
본 실시형태의 배터리 장치에 형성되는 충방전 보호 회로는, 충방전 제어 회로 (10a ∼ 10n) 로 기재한 바와 같이, 도 3 의 타이밍 차트에 나타낸 셀프 테스트 상태 신호의 비트 수를 적절히 설정하는 것에 의해, 한정되는 것은 아니다.
이상 기재한 바와 같이, 본 실시형태의 충방전 보호 회로를 이용하면, 복잡한 테스트 장치를 필요로 하지 않는, 셀프 테스트 기능을 구비한 배터리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 도시는 하지 않지만, 셀프 테스트가 실시되고 있지 않을 때에는, 풀업/풀다운 회로 (11a ∼ 11e) 나 셀프 테스트 제어 회로 (17) 등의 셀프 테스트의 통신에 관한 회로를 파워다운하여, 통상 동작시의 소비 전력을 증가시키지 않도록 할 수 있다.
10, 10a, 10b ; 충방전 제어 회로
20a, 20b ; 2 차 전지
11a ∼ e ; 풀업/풀다운 회로
12a ∼ e ; 분압 회로
13a ∼ e ; 기준 전압 회로
14a ∼ e ; 비교 회로
15 ; 지연 회로
16 ; CO 제어 회로
17 ; 셀프 테스트 제어 회로

Claims (9)

  1. 직렬로 접속된 복수의 2 차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로로서,
    상기 2 차 전지가 접속되는 단자에 각각 형성된 전압 검출 회로와,
    상기 전압 검출 회로의 검출 신호를 출력하는 검출 신호 출력 단자와,
    셀프 테스트 개시 신호를 받은 후에, 상기 전압 검출 회로의 기능을 셀프 테스트하는 셀프 테스트 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀프 테스트 회로는,
    상기 2 차 전지가 접속되는 단자에 형성된 풀업/풀다운 회로와,
    상기 풀업/풀다운 회로를 제어하여, 상기 전압 검출 회로의 테스트를 하는 셀프 테스트 제어 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는, 셀프 테스트 개시 신호 입력 단자와, 셀프 테스트 개시 신호 출력 단자를 구비하고,
    상기 셀프 테스트 제어 회로는,
    상기 셀프 테스트 개시 신호 입력 단자로부터 상기 셀프 테스트 개시 신호가 입력되면, 셀프 테스트를 개시하고,
    셀프 테스트가 종료되면, 상기 셀프 테스트 개시 신호 출력 단자에 상기 셀프 테스트 개시 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는, 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자와, 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자를 구비하고,
    상기 셀프 테스트 제어 회로는,
    셀프 테스트의 상태를 나타내는 셀프 테스트 상태 신호와, 상기 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자에 입력된 셀프 테스트 상태 신호를 상기 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자에 출력하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀프 테스트 제어 회로는,
    상기 셀프 테스트 상태 신호 입력 단자로 수신한 셀프 테스트 상태 신호를, 소정 시간 지연시킨 후, 상기 셀프 테스트 상태 신호 출력 단자에 출력하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는, 셀프 테스트 결과 신호 입력 단자와, 셀프 테스트 결과 신호 출력 단자와, 셀프 테스트 결과 통신 회로를 구비하고,
    상기 셀프 테스트 결과 통신 회로는, 상기 전압 검출 회로로부터 출력된 셀프 테스트의 결과를 나타내는 셀프 테스트 결과 신호와, 상기 셀프 테스트 결과 신호 입력 단자로 수신한 셀프 테스트 결과 신호를 상기 셀프 테스트 결과 신호 출력 단자로부터 출력하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는, 상기 셀프 테스트 결과 신호 출력 단자를 상기 검출 신호 출력 단자가 겸하고, 상기 전압 검출 회로와 상기 검출 신호 출력 단자 사이에 지연 회로를 구비하고,
    상기 셀프 테스트 제어 회로는,
    셀프 테스트 동안, 상기 지연 회로의 지연 시간을 단축하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 충방전 제어 회로는,
    셀프 테스트를 실시하고 있지 않은 통상 동작시에는, 적어도 상기 풀업/풀다운 회로가 전류를 소비하지 않도록 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  9. 복수 캐스케이드 접속한 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 충방전 제어 회로와,
    상기 충방전 제어 회로에 접속된 복수의 2 차 전지를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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