KR20140109307A - 배터리 장치 - Google Patents

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KR20140109307A
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circuit
discharge
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effect transistor
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KR1020140024532A
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다카시 오노
도시유키 고이케
사토시 아베
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 과전류 검출의 정밀도를 향상시켜, 안전성이 높은 배터리 장치를 제공한다.
[해결 수단] 배터리 상태 감시 회로의 과전류 검출 단자를, 방전 제어 스위치와 충전 제어 스위치의 접속점에 저항을 개재하여 접속해 구성한 배터리 장치.

Description

배터리 장치{BATTERY DEVICE}
본 발명은, 이차 전지의 전압이나 이상을 검지하는 배터리 장치에 관한 것이다.
도 3에, 종래의 배터리 장치의 회로도를 도시한다. 종래의 배터리 장치는, 이차 전지(11)와, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)와, 배터리 상태 감시 회로(14)와, 저항(22, 31)과, 용량(32)과, 외부 단자(20, 21)로 구성되어 있다. 배터리 상태 감시 회로(14)는, 제어 회로(15)와, 방전 과전류 검출 회로(16)와, 충전 과전류 검출 회로(116)와, 과전류 검출 단자(19)와, 충전 제어 신호 출력 단자(41)와, 방전 제어 신호 출력 단자(42)와, 양극 전원 단자(44)와, 음극 전원 단자(43)로 구성되어 있다. 방전 과전류 검출 회로(16)는, 비교 회로(18)와, 기준 전압 회로(17)로 구성되어 있다. 충전 과전류 검출 회로(116)는, 비교 회로(118)와, 기준 전압 회로(117)로 구성되어 있다.
제어 회로(15)는, 저항(504, 505, 506, 507, 518)과, 기준 전압 회로(509, 516)와, 비교 회로(501, 508, 514)와, 발진 회로(502)와, 카운터 회로(503)와, 논리 회로(510, 520)와, 레벨 시프트 회로(511)와, 지연 회로(512)와, NMOS 트랜지스터(517, 519)로 구성되어 있다.
다음에, 종래의 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다. 외부 단자(20, 21) 사이에 부하가 접속되어, 방전 전류가 흐르면 외부 단자(21)의 전압이 상승한다. 방전 전류에 의해 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)와 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13) 각각의 드레인 단자와 소스 단자 사이에 전압이 발생하고, 그 합계의 전압이 방전 과전류 검출 회로(16)에 입력된다. 방전 전류를 I1, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 온 저항값을 R12로 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 온 저항값을 R13으로 하면, 음극 전원 단자(43)와 외부 단자(21) 사이에 발생하는 전압은 I1×(R12＋R13)으로 표시된다. I1×(R12＋R13)이 기준 전압 회로(17)의 출력을 웃돌면 비교 회로(18)의 출력을 반전시켜, 방전 과전류 검출 신호를 제어 회로(15)에 출력한다.
과전류 검출 단자(19)의 전압은 외부 단자(21)의 전압과 동일하기 때문에, 방전 과전류가 흘러 외부 단자(21)의 전압이 상승하면, 과전류 검출 단자(19)의 전압 I1×(R12＋R13)이 기준 전압 회로(516)의 출력 전압 또는 기준 전압 회로(17)의 출력 전압 이상까지 상승한다. 그리고, 비교 회로(514), 또는 비교 회로(514, 18)의 모두가 반전해 방전 과전류 또는 단락을 검출하여, 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)를 오프시키는 신호를 출력한다. 이렇게 하여, 방전 과전류 또는 단락을 검출하여 배터리 장치를 방전 과전류로부터 보호한다. 기준 전압 회로(17)의 출력 전압이 방전 과전류 검출 전압, 기준 전압 회로(516)의 전압이 단락 검출 전압이 된다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
일본국 특허 공개 2004-104956호 공보
그러나 종래의 기술에서는, 방전 과전류 검출시는 배터리의 내부 저항에 의해 배터리 전압이 저하하기 때문에, 배터리 전압이 방전 과전류 검출 회로(16)의 최저 동작 전압을 밑돌아 비교 회로(18)가 정상적으로 동작하지 않고, 배터리 장치의 안전성을 저하시킨다고 하는 과제가 있었다. 또, 외부 단자(20, 21) 사이에 전류가 흐르면, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 게이트 소스 사이 전압이 변동하여 온 저항도 변동하기 때문에, 과전류 검출의 정밀도가 저하된다고 하는 과제도 있었다.
본 발명은, 이상의 과제를 해결하기 위해 고안된 것이며, 배터리 상태 감시 회로의 과전류 검출의 정밀도를 향상시켜, 안전성이 높은 배터리 장치를 제공하기 위한 것이다.
종래의 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 했다.
배터리 상태 감시 회로의 과전류 검출 단자를, 방전 제어 스위치와 충전 제어 스위치의 접속점에 저항을 개재해 접속하여 구성한 배터리 장치.
본 발명에 의하면, 과전류 검출 전압을 저하시킬 수 있기 때문에 과전류 검출 회로의 최저 동작 전압을 저하시킬 수 있고, 과전류 검출 회로의 오동작을 방지하여 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또, 과전류에 의한 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터의 온 저항의 변동을 무시할 수 있게 되기 때문에, 과전류 검출의 정밀도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
도 2는 제2 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
도 3은 종래의 배터리 장치의 회로도이다.
이하, 본 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
<실시 형태 1>
도 1은, 제1 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
제1 실시 형태의 배터리 장치는, 이차 전지(11)와, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)와, 배터리 상태 감시 회로(14)와, 저항(23, 31)과, 용량(32)과, 외부 단자(20, 21)로 구성되어 있다. 배터리 상태 감시 회로(14)는, 제어 회로(15)와, 방전 과전류 검출 회로(16)와, 충전 과전류 검출 회로(116)와, 과전류 검출 단자(19)와, 충전 제어 신호 출력 단자(41)와, 방전 제어 신호 출력 단자(42)와, 양극 전원 단자(44)와, 음극 전원 단자(43)로 구성되어 있다. 방전 과전류 검출 회로(16)는, 비교 회로(18)와, 기준 전압 회로(17)로 구성되어 있다. 충전 과전류 검출 회로(116)는, 비교 회로(118)와, 기준 전압 회로(117)로 구성되어 있다.
이차 전지(11)는, 양극은 외부 단자(20)와 저항(31)에 접속되고, 음극은 용량(32)과 음극 전원 단자(43)와 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 소스 및 백 게이트에 접속된다. 양극 전원 단자(44)는, 저항(31)과 용량(32)의 접속점에 접속된다. Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)는, 게이트는 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 접속되고, 드레인은 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 드레인과 저항(23)의 접속점에 접속된다. 저항(23)의 다른쪽 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속된다. Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)는, 게이트는 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 외부 단자(21)에 접속된다. 비교 회로(18)는, 반전 입력 단자는 기준 전압 회로(17)에 접속되고, 비반전 입력 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속되며, 출력 단자는 제어 회로(15)에 접속된다. 기준 전압 회로(17)의 다른쪽 단자는 음극 전원 단자(43)에 접속된다. 비교 회로(118)는, 비반전 입력 단자는 기준 전압 회로(117)에 접속되고, 반전 입력 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속되며, 출력 단자는 제어 회로(15)에 접속된다. 기준 전압 회로(117)의 다른쪽 단자는 음극 전원 단자(43)에 접속된다. 제어 회로(15)는, 제1 입력 단자는 양극 전원 단자(44)에 접속되고, 제2 입력 단자는 음극 전원 단자(43)에 접속되며, 제1 출력은 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 접속되고, 제2 출력은 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 접속된다.
다음에, 제1 실시 형태의 배터리 장치의 동작에 대해 설명한다.
이차 전지(11)가 과충전 검출 전압 이하 또한 과방전 검출 전압 이상일 때, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)는 온하도록 제어된다.
이 상태로 외부 단자(20, 21) 사이에 부하가 접속되어, 방전 전류가 흐르면 이차 전지(11)의 음극과 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 드레인 단자 사이에 전압이 발생하고, 과전류 검출 단자(19)에 입력된다. 이 전압은, 방전 전류의 전류량(I1), Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 온 저항값(R12)에 의해 결정되고, I1×R12로 표시된다. 과전류 검출 단자(19)에 입력되는 전압 I1×R12가 기준 전압 회로(17)의 출력 전압을 웃돌면, 방전 과전류 검출 회로(16)는 출력을 반전시켜 방전 과전류 검출 신호를 제어 회로(15)에 출력한다. 제어 회로(15)는 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)를 오프시키는 신호를 출력하여, 방전 과전류로부터 배터리 장치를 보호한다.
외부 단자(20, 21)에 충전기가 접속된 경우는, 방전 전류와는 역방향으로 전류량(I2)의 충전 전류가 흘러, 과전류 검출 단자(19)에 I2×R12로 표시되는 전압이 입력된다. I2×R12가 기준 전압 회로(117)의 출력 전압을 밑돌면, 충전 과전류 검출 회로(116)는 출력을 반전시켜 충전 과전류 검출 신호를 제어 회로(15)에 출력한다. 제어 회로(15)는 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)를 오프시키는 신호를 출력하여, 충전 과전류로부터 배터리 장치를 보호한다.
부하가 접속된 경우에, 과전류 검출 단자(19)에 입력되는 전압은, 방전 전류의 전류량(I1), Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 온 저항값(R12)에만 의해 결정된다. 따라서, 음극 전원 단자(43)와 과전류 검출 단자(19)의 전위차가 작아도 방전 과전류를 검출할 수 있다. 즉, 방전 과전류 검출 회로(16)는, 최저 동작 전압을 낮게 설계할 수 있게 된다. 이렇게 하여, 방전 과전류 검출시에 배터리의 내부 저항에 의해 배터리 전압이 저하되었다고 해도, 방전 과전류 검출 회로(16)를 정상적으로 동작시킬 수 있고 배터리 장치의 안전성을 높일 수 있다.
또, 방전 과전류 검출, 충전 과전류 검출 모두 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 온 저항을 이용하지 않기 때문에, 과전류가 흐름으로써 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 온 저항이 변동하는 영향이 없어져, 정밀도 좋게 과전류를 검출할 수 있다.
또한, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)와 Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 드레인에 저항을 접속하여 과전류를 검출하는 구성을 이용하여 설명했는데, 이 구성에 한정하지 않고, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 드레인으로부터 과전류를 검출할 수 있는 구성이면 어떠한 구성이어도 된다.
이상에 의해, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)의 온 저항만으로 과전류를 검출함으로써 비교 회로(18)의 최저 동작 전압을 낮게 설정할 수 있고, 방전 과전류 검출시에 배터리의 내부 저항에 의해 배터리 전압이 저하되었다고 해도, 방전 과전류 검출 회로(16)의 오동작을 방지하여 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 온 저항을 이용하지 않기 때문에, 과전류가 흐름으로써 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)의 온 저항이 변동하는 영향이 없어져, 정밀도 좋게 과전류를 검출할 수 있다.
<실시 형태 2>
도 2는, 제2 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다. 도 1과의 차이는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(12)와 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(13)를 Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)와 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)로 변경한 점이다.
접속에 대해 설명한다. 이차 전지(11)는, 음극은 외부 단자(21)와 저항(31)에 접속되고, 양극은 용량(32)과 양극 전원 단자(44)와 Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 소스 및 백 게이트에 접속된다. 음극 전원 단자(43)는, 저항(31)과 용량(32)의 접속점에 접속된다. Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)는, 게이트는 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 접속되고, 드레인은 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)의 드레인과 저항(23)의 접속점에 접속된다. 저항(23)의 다른쪽 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속된다. Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)는, 게이트는 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 외부 단자(20)에 접속된다. 비교 회로(18)는, 반전 입력 단자는 기준 전압 회로(17)에 접속되고, 비반전 입력 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속되며, 출력 단자는 제어 회로(15)에 접속된다. 기준 전압 회로(17)의 다른쪽 단자는 양극 전원 단자(44)에 접속된다. 비교 회로(118)는, 비반전 입력 단자는 기준 전압 회로(117)에 접속되고, 반전 입력 단자는 과전류 검출 단자(19)에 접속되며, 출력 단자는 제어 회로(15)에 접속된다. 기준 전압 회로(117)의 다른쪽 단자는 양극 전원 단자(44)에 접속된다. 제어 회로(15)는, 제1 입력 단자는 양극 전원 단자(44)에 접속되고, 제2 입력 단자는 음극 전원 단자(43)에 접속되며, 제1 출력은 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 접속되고, 제2 출력은 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 접속된다.
다음에, 동작에 대해 설명한다. 이차 전지(11)가 과충전 검출 전압 이하 또한 과방전 검출 전압 이상일 때, Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212), Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)는 온하도록 제어된다. 이 상태로 외부 단자(20, 21) 사이에 부하가 접속되어, 방전 전류가 흐르면 이차 전지(11)의 양극과 Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 드레인 단자 사이에 전압이 발생하여, 과전류 검출 단자(19)에 입력된다. 이 전압은, 외부 단자(20, 21) 사이에 흐른 전류량(I1), Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 온 저항값(R212)에 의해 결정되고, I1×R212로 표시된다. 과전류 검출 단자(19)에 입력되는 전압 I1×R212가 기준 전압 회로(17)의 출력 전압을 밑돌면 방전 과전류 검출 회로(16)의 출력을 반전시켜 방전 과전류 검출 신호를 제어 회로(15)에 출력한다. 제어 회로(15)는 방전 제어 신호 출력 단자(42)에 Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)를 오프시키는 신호를 출력하여, 방전 과전류로부터 배터리 장치를 보호한다.
외부 단자(20, 21)에 충전기가 접속된 경우는, 부하가 접속된 경우와는 역방향으로 충전 전류(I2)가 흘러, 과전류 검출 단자(19)에 I2×R212로 표시되는 전압이 입력된다. I2×R212가 기준 전압 회로(117)의 출력 전압을 웃돌면, 충전 과전류 검출 회로(116)는 출력을 반전시켜 충전 과전류 검출 신호를 제어 회로(15)에 출력한다. 제어 회로(15)는 충전 제어 신호 출력 단자(41)에 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)를 오프시키는 신호를 출력하여, 충전 과전류로부터 배터리 장치를 보호한다.
부하가 접속된 경우에 과전류 검출 단자(19)에 입력되는 전압은 외부 단자(20, 21) 사이에 흐른 전류량(I1), Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 온 저항값(R212)에만 의해 결정되기 때문에, 양극 전원 단자(44)와 과전류 검출 단자(19)의 전위차가 작아도 과전류를 검출할 수 있다. 방전 과전류를 검출하기 위해 필요한 전위차가 작기 때문에 방전 과전류 검출 회로(16)는 최저 동작 전압을 낮게 설계할 수 있게 된다. 이렇게 하여, 방전 과전류 검출시에 배터리의 내부 저항에 의해 배터리 전압이 저하되었다고 해도, 방전 과전류 검출 회로(16)를 정상적으로 동작시킬 수 있고 배터리 장치의 안전성을 높일 수 있다.
또, 방전 과전류 검출, 충전 과전류 검출 모두 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)의 온 저항을 이용하지 않기 때문에, 과전류가 흐름으로써 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)의 온 저항이 변동하는 영향이 없어져, 정밀도 좋게 과전류를 검출할 수 있다.
또한, Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)와 Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 드레인에 저항을 접속하여 과전류를 검출하는 구성을 이용해 설명했는데, 이 구성에 한정하지 않고, Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 드레인으로부터 과전류를 검출할 수 있는 구성이면 어떠한 구성이어도 된다.
이상에 의해, Pch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(212)의 온 저항만으로 과전류를 검출함으로써 방전 과전류 검출 회로(16)는 최저 동작 전압을 낮게 할 수가 있으며, 방전 과전류 검출시에 배터리의 내부 저항에 의해 배터리 전압이 저하되었다고 해도, 방전 과전류 검출 회로(16)의 오동작을 방지하여 배터리 장치의 안전성을 향상시킬 수 있다. 또, Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)의 온 저항을 이용하지 않기 때문에, 과전류가 흐름으로써 Pch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(213)의 온 저항이 변동하는 영향이 없어져, 정밀도 좋게 과전류를 검출할 수 있다.
11: 이차 전지 14: 배터리 상태 감시 회로
15: 제어 회로 16: 방전 과전류 검출 회로
116: 충전 과전류 검출 회로 17, 117: 기준 전압 회로
18, 118: 비교 회로 19: 과전류 검출 단자
20, 21: 외부 단자 41: 충전 제어 신호 출력 단자
42: 방전 제어 신호 출력 단자 43: 음극 전원 단자
44: 양극 전원 단자

Claims (1)

  1. 제1 외부 단자 및 제2 외부 단자와,
    상기 제1 외부 단자와 상기 제2 외부 단자 사이에 접속된 이차 전지와,
    상기 이차 전지와 상기 제2 외부 단자 사이에 설치된 방전 제어 스위치 및 충전 제어 스위치와,
    제1 및 제2 전원 단자와, 방전 제어 단자 및 충전 제어 단자와, 과전류 검출 단자를 가지고, 상기 이차 전지의 양단이 상기 제1 및 제2 전원 단자에 접속되며, 상기 방전 제어 스위치가 상기 방전 제어 단자에 접속되고, 상기 충전 제어 스위치가 상기 충전 제어 단자에 접속되며, 상기 과전류 검출 단자가 상기 방전 제어 스위치와 상기 충전 제어 스위치의 접속점에 저항을 개재하여 접속된 배터리 상태 감시 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
KR1020140024532A 2013-03-04 2014-02-28 배터리 장치 KR20140109307A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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