KR20160129747A - 배터리 장치 - Google Patents

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후미히코 마에타니
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에스아이아이 세미컨덕터 가부시키가이샤
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Abstract

[과제]충방전 경로의 저항값의 상승과 제조 코스트의 상승을 억제한 과전류 검출 전류 정밀도가 고정밀인 배터리 장치를 제공한다.
[해결 수단]제1 충방전 제어 장치는 충방전 제어 스위치의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하고, 제2 충방전 제어 장치는 전류 센스 저항의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하는 구성으로 하고, 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터를 원하는 온 저항값으로 선별하고, 제1 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는 원하는 온 저항값의 전계 효과 트랜지스터에 의해서 구성하고, 제2 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는 원하는 온 저항값 이외의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성한다.

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(24)와, 외부 양극 단자(25)와, 외부 음극 단자(26)를 구비하고 있다. 충방전 제어 장치(24)는, 충방전 제어 회로(14)와, 저항(12, 15)과, 용량(13)과, Nch 충방전 제어 스위치(23)를 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. Nch 충방전 제어 스위치(23)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)로 구성되어 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 출력하고, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)를 오프시키고, 충전을 정지한다. 이것을 과충전 검출 기능이라고 한다. 2차 전지(11)의 전지 전압이 과방전 검출 전압을 하회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하고, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시키고, 방전을 정지한다. 이것을 과방전 검출 기능이라고 한다.
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 출력하고, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시키고, 방전을 정지한다. 이것을 방전 과전류 검출 기능이라고 한다. 과전류 검출 단자(22)의 전압이 충전 과전류 검출 전압을 하회한 경우에, 충전 제어 신호 출력 단자(21)로부터 충전 금지 신호를 출력하고, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)를 오프시키고, 충전을 정지한다. 이것을 충전 과전류 검출 기능이라고 한다.
현재는, 더 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 동작하기 때문에, 배터리 장치의 안전성을 높일 수 있다.
도 4에, 안전성을 높인 배터리 장치의 회로도를 나타낸다.
도 4의 배터리 장치는, 2차 전지(11)와, 두 개의 충방전 제어 장치(24)와, 외부 양극 단자(25)와, 외부 음극 단자(26)를 구비하고 있다. 충방전 제어 장치를 2개 설치함으로써, 만일, 제1 충방전 제어 장치(24)를 동작할 수 없었던 경우에 있어서도, 제2 충방전 제어 장치(24)가 동작하기 때문에, 배터리 장치의 안전성을 높일 수 있다.
일본국 특허공개 2002-34163호 공보
그러나 도 4와 같은 종래의 기술에서는, 검출 정밀도가 좋은 과전류 검출 기능을 실현하기 위해서는, 이하와 같은 과제가 있었다.
충방전 제어 회로(14)는, 음극 전원 단자(19)와 과전류 검출 단자(22) 사이의 전압에 의해 배터리 장치에 흐르는 전류를 감시하고 있다. 그 전압의 정밀도는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)와 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 온 저항의 정밀도에 의해 결정한다. 일반적으로, 전계 효과 트랜지스터의 온 저항은 제조 편차가 크다. 따라서, 4개의 전계 효과 트랜지스터를 선별하여, 원하는 온 저항만을 사용할 필요가 있고, 제조 코스트가 높아져 버린다는 과제가 있었다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 배터리 장치는 이하와 같은 구성으로 했다.
제1 충방전 제어 장치는 충방전 제어 스위치의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하고, 제2 충방전 제어 장치는 전류 센스 저항의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하는 구성으로 하고, 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터를 원하는 온 저항값으로 선별하고, 제1 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는 원하는 온 저항값의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성하고, 제2 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는 원하는 온 저항값 이외의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성한다.
본 발명의 배터리 장치에 의하면, 제1 충방전 제어 장치와 제2 충방전 제어 장치를 구비한 배터리 장치로서, 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터를 원하는 온 저항값으로 선별하고, 제1 충방전 제어 장치는 원하는 온 저항값의 전계 효과 트랜지스터를 이용하고, 제2 충방전 제어 장치는 제도가 좋은 전류 센스 저항을 이용하므로, 충방전 전류의 검출 정밀도를 향상할 수 있다. 또, 제2 충방전 제어 장치의 전계 효과 트랜지스터는 원하는 온 저항값 이외의 것을 이용하므로, 제조 코스트의 상승을 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
도 2는, 본 실시 형태의 배터리 장치의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 3은, 충방전 제어 장치를 이용한 배터리 장치의 회로도이다.
도 4는, 종래의 안전성을 높인 배터리 장치의 회로도이다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태의 배터리 장치의 회로도이다.
본 실시 형태의 배터리 장치는, 2차 전지(11)와, 제1 충방전 제어 장치(24)와, 제2 충방전 제어 장치(44)와, 외부 양극 단자(25) 및 외부 음극 단자(26)를 구비하고 있다.
제1 충방전 제어 장치(24)는, 충방전 제어 회로(14)와, 충방전 제어 스위치(23)와, 저항(12 및 15)과, 용량(13)을 구비하고 있다. 충방전 제어 스위치(23)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)로 구성되어 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.
제2 충방전 제어 장치(44)는, 충방전 제어 회로(34)와, 충방전 제어 스위치(43)와, 전류 센스 저항(49), 저항(12 및 15)과, 용량(13)을 구비하고 있다. 충방전 제어 스위치(43)는, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)와, Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)로 구성되어 있다. 충방전 제어 회로(34)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(42)와, 외부 전위 입력 단자(41)를 구비하고 있다.
본 실시 형태의 배터리 장치는, 외부 양극 단자(25) 및 외부 음극 단자(26)에 대해서, 제2 충방전 제어 장치(44), 제1 충방전 제어 장치(24), 2차 전지(11), 의 순서로 접속된다. 즉, 외부 양극 단자(25), 2차 전지(11)의 양극, 2차 전지(11)의 음극, 충방전 제어 스위치(23), 전류 센스 저항(49), 충방전 제어 스위치(43), 외부 음극 단자(26)의 순서로 접속된다.
제1 충방전 제어 장치(24)는, 이하와 같이 접속된다.
저항(12)은, 한쪽의 단자가 2차 전지(11)의 양극에 접속되고, 다른쪽의 단자가 용량(13)의 한쪽의 단자 및 충방전 제어 회로(14)의 양극 전원 단자(18)에 접속된다. 용량(13)은, 다른쪽의 단자가 2차 전지(11)의 음극 및 충방전 제어 회로(14)의 음극 전원 단자(19)에 접속된다. Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)는, 소스 및 백 게이트가 2차 전지(11)의 음극에 접속되고, 게이트는 충방전 제어 회로(14)의 방전 제어 신호 출력 단자(20)에 접속되고, 드레인은 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 드레인에 접속된다. Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)는, 게이트가 충방전 제어 회로(14)의 충전 제어 신호 출력 단자(21)에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 저항(15)의 한쪽의 단자에 접속된다. 저항(15)은, 다른쪽의 단자는 충방전 제어 회로(14)의 과전류 검출 단자(22)에 접속된다.
제2 충방전 제어 장치(44)는, 이하와 같이 접속된다.
저항(12)은, 한쪽의 단자가 2차 전지(11)의 양극에 접속되고, 다른쪽의 단자가 용량(13)의 한쪽의 단자 및 충방전 제어 회로(34)의 양극 전원 단자(18)에 접속된다. 용량(13)은, 다른쪽의 단자는 제1 충방전 제어 장치(24)의 저항(15)의 한쪽의 단자 및 충방전 제어 회로(34)의 음극 전원 단자(19)에 접속된다. 전류 센스 저항(49)은, 한쪽의 단자는 제1 충방전 제어 장치(24)의 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17)의 소스 및 백 게이트에 접속되고, 다른쪽의 단자는 과전류 검출 단자(42)에 접속된다. Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)는, 소스 및 백 게이트가 전류 센스 저항(49)의 다른쪽의 단자에 접속되고, 게이트는 충방전 제어 회로(34)의 방전 제어 신호 출력 단자(20)에 접속되고, 드레인은 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)의 드레인에 접속된다. Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(37)는, 게이트가 충방전 제어 회로(34)의 충전 제어 신호 출력 단자(21)에 접속되고, 소스 및 백 게이트는 저항(15)의 한쪽의 단자에 접속된다. 저항(15)은, 다른쪽의 단자는 충방전 제어 회로(34)의 외부 전위 입력 단자(41)에 접속된다.
다음에, 본 실시 형태의 배터리 장치의 방전 과전류 검출 동작에 대해 설명한다.
2차 전지(11)가 과충전 검출 전압 이하 또한 과방전 검출 전압 이상일 때, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16, 36)와 Nch 충전 제어 전계 효과 트랜지스터(17, 37)는 온하도록 제어된다. 이 상태로 외부 양극 단자(25), 외부 음극 단자(26)의 사이에 부하가 접속되면, 방전 전류는 전류 센스 저항(49)을 흐른다.
제2 충방전 제어 장치(44)는, 전류 센스 저항(49)의 양단의 전압을 과전류 검출 단자(42)에 의해 감시한다. 충방전 제어 회로(34)는, 과전류 검출 단자(42)의 전압이 방전 과전류 검출 전압(V42)을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하고, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(36)를 오프시키고, 방전 과전류 보호를 건다. 따라서, 제2 충방전 제어 장치(44)의 방전 과전류 검출 전류치(IDOP41)는, 전류 센스 저항(49)의 저항값을 R49로 하면, 다음식과 같이 된다.
IDOP41=V42/R49
또, 방전 전류는, 제1 충방전 제어 장치(24)의 충방전 제어 스위치(23)를 흐른다. 제1 충방전 제어 장치(24)는, 충방전 제어 스위치(23)의 양단의 전압을 과전류 검출 단자(22)에 의해 감시한다. 충방전 제어 회로(14)는, 과전류 검출 단자(22)의 전압이 방전 과전류 검출 전압(V22)을 상회한 경우에, 방전 제어 신호 출력 단자(20)로부터 방전 정지 신호를 출력하고, Nch 방전 제어 전계 효과 트랜지스터(16)를 오프시키고, 방전 과전류 보호를 건다. 따라서 제1 충방전 제어 장치(24)의 방전 과전류 검출 전류치(IDOP24)는, 충방전 제어 스위치(23)의 온 저항값을 R23으로 하면, 다음의 식과 같이 된다.
IDOP24=V22/R23
여기서, 방전 과전류 검출 전류치(IDOP24)는, 충방전 제어 스위치의 온 저항값(R23)에 의존하고, 방전 과전류 검출 전류치(IDOP41)는 전류 센스 저항(49)의 저항값(R49)에 의존한다. 즉, 충방전 제어 스위치(23)의 온 저항값은 원하는 저항값에 대해서 정밀도를 필요로 하고, 충방전 제어 스위치(43)의 온 저항값은 정밀도를 필요로 하지 않는다.
그래서, 전계 효과 트랜지스터를 온 저항값에 대해서 원하는 저항값으로 선별을 한다. 그리고, 온 저항값이 원하는 저항값에 대해서 가까운 것(A)과, 그렇지 않은 것(B)의 두 개로 나눈다. 나누는 방법은, 예를 들면, A가 50% 이상이 되도록 설정한다. 그리고, 충방전 제어 스위치(23)에는 적어도 A의 전계 효과 트랜지스터를 사용하여, 충방전 제어 스위치(43)로서 B의 전계 효과 트랜지스터를 사용한다. 이렇게 함으로써, 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터를 선별했다고 해도, 정밀도가 나쁜 것을 폐기하는 일이 없기 때문에, 선별 폐기에 의해 코스트 업하는 일은 없다. 또, 충방전 경로에 전류 센스 저항을 1개 추가할 뿐이므로, 충방전 경로의 저항값은 높아지는 일이 없다. 그리고, 본 실시 형태의 배터리 장치는, 방전 과전류 검출 전류 정밀도를 향상하는 것이 가능해진다. 또, 같은 방법으로 충전 과전류 검출 전류 정밀도의 향상도 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 장치는, 충방전 제어 스위치의 온 저항을 이용하여 과전류 검출하는 제1 충방전 제어 장치와, 전류 센스 저항을 이용하여 과전류 검출하는 제2 충방전 제어 장치를 구비했기 때문에, 충방전 경로의 저항값이 높아지는 일이 없고, 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터의 선별에 의한 코스트 업도 없고, 정밀도가 좋은 과전류 검출 기능을 실현하는 것이 가능하다.
도 2는, 본 실시 형태의 배터리 장치의 다른 예를 나타내는 회로도이다.
도 1의 배터리 장치와의 차이는, 제1 충방전 제어 장치(24)와 제2 충방전 제어 장치(44)의 접속 관계를 바꿔 넣은 것이다. 본 실시 형태의 배터리 장치는, 이와 같이 구성해도 같은 효과를 얻을 수 있다.
또한, 배터리의 충방전 전류만, 방전 전류만, 혹은 충전 전류만의 제어를 행하는 경우에도 본 발명을 이용할 수 있는 것은 자명이다.
이상과 같이 본 실시 형태의 배터리 장치는, 제1 충방전 제어 장치와 제2 충방전 제어 장치를 구비한 배터리 장치로서, 충방전 경로의 저항값의 상승과 제조 코스트의 상승을 억제하고, 과전류 검출 전류 정밀도가 높고 안전성이 높은 배터리 장치가 된다.
11: 2차 전지 14, 34: 충방전 제어 회로
24, 44: 충방전 제어 장치 23, 43: 충방전 제어 스위치

Claims (2)

  1. 2차 전지와, 상기 2차 전지와 병렬로 접속된 제1 충방전 제어 장치 및 제2 충방전 제어 장치를 구비한 배터리 장치로서,
    상기 제1 충방전 제어 장치는, 충방전 제어 스위치의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하고,
    상기 제2 충방전 제어 장치는, 전류 센스 저항의 양단에 발생하는 전압으로 충방전 전류를 감시하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 충방전 제어 스위치를 구성하는 전계 효과 트랜지스터를 원하는 온 저항값으로 선별하고,
    상기 제1 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는, 상기 원하는 온 저항값의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성하고,
    상기 제2 충방전 제어 장치의 충방전 제어 스위치는, 상기 원하는 온 저항값 이외의 전계 효과 트랜지스터에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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