KR20170064467A - 충방전 제어 회로 및 배터리 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 병렬로 접속된 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로 및 배터리 장치로서, 저손실이면서 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공하는 것.
(해결 수단) 병렬로 접속된 2차 전지의 전압 차이를 검출하는, 또는 병렬로 접속된 2차 전지에 각각 접속되어 충방전을 제어하는 충방전 제어 스위치에 역방향의 전류가 흐른 것을 검출하는 전압 검출부를 형성하는 구성으로 했다.

Description

충방전 제어 회로 및 배터리 장치{CHARGING/DISCHARGING CONTROL CIRCUIT AND BATTERY APPARATUS}
본 발명은 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치에 관한 것이다.
복수의 2차 전지를 병렬로 접속하여 형성한 배터리 장치는 하나의 2차 전지가 내부 쇼트를 일으켰을 경우에 다음과 같은 문제가 발생한다.
내부 쇼트된 2차 전지는 내부 저항 및 출력 전압이 저하되므로, 병렬로 접속되어 있는 다른 정상인 2차 전지로부터 역방향으로 전류가 흐른다. 그 역방향 전류는 내부 쇼트된 2차 전지의 내부 저항이 낮기 때문에 대전류가 될 가능성이 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 종래의 배터리 장치는 각 2차 전지와 직렬로 전류 검출 회로를 구비하고, 예를 들어 전류가 흐르는 방향이 정상인 2차 전지와 역방향인 것을 검출하면 그 방전 경로를 차단한다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2001－185228호
그러나, 종래의 배터리 장치는 각 2차 전지와 직렬로 전류 검출 회로를 구비하므로, 전류 검출 회로의 전류 검출용 저항에 의해 손실이 커진다는 결점이 있었다.
본 발명은 이상과 같은 과제를 해결하기 위해서 고안된 것이고, 2차 전지의 출력 전압이 저하되는 경우가 없는 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공한다.
종래의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 충방전 제어 회로 및 배터리 장치는 다음과 같은 구성으로 했다.
병렬로 접속된 2차 전지의 전압의 차이를 검출하는, 또는 병렬로 접속된 2차 전지에 각각 접속되어 충방전을 제어하는 충방전 제어 스위치에 역방향의 전류가 흐른 것을 검출하는 전압 검출부를 형성하는 구성으로 했다.
본 발명의 충방전 제어 회로에 의하면, 전류 검출 회로의 전류 검출용 저항에 의한 손실이 없고, 또한 안전성이 높은 충방전 제어 회로 및 배터리 장치를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 배터리 장치의 전압 검출부의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다.
도 4 는 제 2 실시형태의 배터리 장치의 전압 검출부의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다.
배터리 장치 (100) 은 2차 전지 (1a, 1b) 와 충방전 제어 스위치 (2a, 2b) 와 충방전 제어 회로 (10) 을 구비하고 있다. 충방전 제어 회로 (10) 은 적어도 전압 검출부 (11) 과 제어부 (12) 를 구비하고 있다.
2차 전지 (1a) 는 충방전 제어 스위치 (2a) 를 개재하여 외부 단자 (EB＋) 와 외부 단자 (EB－) 사이에 접속된다. 2차 전지 (1b) 는 충방전 제어 스위치 (2b) 를 개재하여 외부 단자 (EB＋) 와 외부 단자 (EB－) 사이에 접속된다. 충방전 제어 회로 (10) 은 전원 단자 (VDD) 가 2차 전지 (1a, 1b) 의 정극 단자 및 외부 단자 (EB＋) 와 접속되고, 전원 단자 (VSS1) 가 2차 전지 (1a) 의 부극과 접속되고, 전원 단자 (VSS2) 가 2차 전지 (1b) 의 부극과 접속되고, 제어 신호 출력 단자 (COa) 는 충방전 제어 스위치 (2a) 의 제어 단자에 접속되고, 제어 신호 출력 단자 (COb) 는 충방전 제어 스위치 (2b) 의 제어 단자에 접속된다.
전압 검출부 (11) 은 전원 단자 (VSS1) 와 전원 단자 (VSS2) 의 전압 차이가 소정치 이상이 되면 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하여 검출 신호를 출력한다. 제어부 (12) 는 전압 검출부 (11) 의 검출 신호를 받아, 충방전 제어 스위치 (2a) 또는 충방전 제어 스위치 (2b) 를 제어하여 정상인 2차 전지로부터 내부 쇼트된 2차 전지에 전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 2 는 제 1 실시형태의 배터리 장치 (100) 의 전압 검출부 (11) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
전압 검출부 (11) 은 비교기 (111 및 113) 과 전압원 (112 및 114) 를 구비하고 있다. 전압원 (112 및 114) 는 2차 전지의 내부 쇼트를 검출하기 위한 소정치의 전압을 출력한다.
비교기 (111) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 전원 단자 (VSS2) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 전압원 (112) 를 개재하여 전원 단자 (VSS1) 가 접속된다. 비교기 (113) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 전원 단자 (VSS1) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 전압원 (114) 를 개재하여 전원 단자 (VSS2) 가 접속된다.
전압 검출부 (11) 은 다음과 같이 하여 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출한다.
2차 전지 (1a) 와 2차 전지 (1b) 가 정상이면 거의 동등한 전압으로 되어 있으므로, 전원 단자 (VSS1) 와 전원 단자 (VSS2) 는 거의 동등한 전압으로 되어 있다. 따라서, 비교기 (111 및 113) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압보다 반전 입력 단자 － 의 전압이 높기 때문에, 비검출을 나타내는 L 레벨의 신호를 출력한다.
여기서, 전원 단자 (VSS1) 의 전압이 전원 단자 (VSS2) 의 전압보다 전압원 (112) 가 출력하는 소정의 전압보다 낮아지면, 비교기 (111) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 즉, 전압 검출부 (11) 은 2차 전지 (1a) 의 내부 쇼트를 검출한다. 그리고, 제어부 (12) 는 비교기 (111) 이 출력하는 검출 신호를 받아, 제어 신호 출력 단자 (COa) 로부터 충방전 제어 스위치 (2a) 의 제어 단자에 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.
또, 전원 단자 (VSS2) 의 전압이 전원 단자 (VSS1) 의 전압보다 전압원 (114) 가 출력하는 소정의 전압보다 낮아지면, 비교기 (113) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 즉, 전압 검출부 (11) 은 2차 전지 (1b) 의 내부 쇼트를 검출한다. 그리고, 제어부 (12) 는 비교기 (113) 이 출력하는 검출 신호를 받아, 제어 신호 출력 단자 (COb) 로부터 충방전 제어 스위치 (2b) 의 제어 단자에 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 장치 (100) 에 의하면, 전원 단자 (VSS1) 와 전원 단자 (VSS2) 의 전압을 비교하여 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하는 전압 검출부 (11) 을 구비하였으므로, 2차 전지의 출력 전압이 저하되지 않고 안전성이 높은 배터리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 도 2 에 나타낸 전압 검출부 (11) 은 전원 단자 (VSS1) 와 전원 단자 (VSS2) 의 전압의 차이가 소정치 이상이 된 것을 검출하여 검출 신호를 출력할 수 있다면 이 회로로 한정되는 것은 아니다.
또, 전압 검출부 (11) 은 전원 단자 (VDD) 와 전원 단자 (VSS1) 나 전원 단자 (VSS2) 의 전압 차이가 소정치 이하로 된 것을 검출해도 되고, 전원 단자 (VDD) 와 전원 단자 (VSS1) 의 전압 차이와 전원 단자 (VDD) 와 전원 단자 (VSS2) 의 전압 차이가 소정치 이상으로 된 것을 검출해도 된다.
또, 충방전 제어 회로 (10) 은 내부 쇼트를 검출한 2차 전지에 접속된 충방전 제어 스위치를 오프하도록 설명했지만, 모든 충방전 제어 스위치를 오프하도록 해도 된다.
도 3 은 본 발명의 제 2 실시형태의 배터리 장치의 블록도이다.
배터리 장치 (200) 은 적어도 전압 검출부 (21) 과 제어부 (22) 를 갖는 충방전 제어 회로 (20) 을 구비하고 있다.
충방전 제어 회로 (20) 은 전원 단자 (VDD) 가 2차 전지 (1a, 1b) 의 정극 단자 및 외부 단자 (EB＋) 와 접속되고, 전원 단자 (VSS1) 가 2차 전지 (1a) 의 부극과 접속되고, 전원 단자 (VSS2) 가 2차 전지 (1b) 의 부극과 접속되고, 과전류 검출 단자 (VM) 가 외부 단자 (EB－) 와 접속되고, 제어 신호 출력 단자 (COa) 는 충방전 제어 스위치 (2a) 의 제어 단자에 접속되고, 제어 신호 출력 단자 (COb) 는 충방전 제어 스위치 (2b) 의 제어 단자에 접속된다.
전압 검출부 (21) 은 전원 단자 (VSS1) 와 과전류 검출 단자 (VM) 간의 전압 및 전원 단자 (VSS2) 와 과전류 검출 단자 (VM) 간의 전압으로부터 충방전 제어 스위치 (2a) 와 충방전 제어 스위치 (2b) 에 흐르는 전류의 방향을 검출하고, 그 전류의 방향이 상이하면 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하여 검출 신호를 출력한다. 제어부 (22) 는 전압 검출부 (21) 의 검출 신호를 받아, 충방전 제어 스위치 (2a) 또는 충방전 제어 스위치 (2b) 를 제어하고, 정상인 2차 전지로부터 내부 쇼트된 2차 전지에 전류가 흐르는 것을 방지한다.
도 4 는 제 2 실시형태의 배터리 장치 (200) 의 전압 검출부 (21) 의 일례를 나타내는 회로도이다.
전압 검출부 (21) 은 비교기 (211, 213, 221, 223) 과 전압원 (212, 214, 222, 224) 를 구비하고 있다. 전압원 (212 및 214) 는 2차 전지 (1b) 의 내부 쇼트를 검출하기 위한 소정치의 전압을 출력한다. 전압원 (222 및 224) 는 2차 전지 (1a) 의 내부 쇼트를 검출하기 위한 소정치의 전압을 출력한다.
비교기 (211) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 전압원 (212) 를 개재하여 전원 단자 (VSS2) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 과전류 검출 단자 (VM) 가 접속된다. 비교기 (213) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 과전류 검출 단자 (VM) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 전압원 (214) 를 개재하여 전원 단자 (VSS1) 가 접속된다.
비교기 (221) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 과전류 검출 단자 (VM) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 전압원 (222) 를 개재하여 전원 단자 (VSS2) 가 접속된다. 비교기 (223) 은 비반전 입력 단자 ＋ 에 전압원 (224) 를 개재하여 전원 단자 (VSS1) 가 접속되고, 반전 입력 단자 － 에 과전류 검출 단자 (VM) 가 접속된다.
따라서, 비교기 (211) 은 충방전 제어 스위치 (2b) 에 전류가 충전 방향으로 흐르고 있을 때에 H 레벨의 신호를 출력하고, 비교기 (213) 은 충방전 제어 스위치 (2a) 에 전류가 방전 방향으로 흐르고 있을 때에 H 레벨의 신호를 출력하고, 비교기 (221) 은 충방전 제어 스위치 (2b) 에 전류가 방전 방향으로 흐르고 있을 때에 H 레벨의 신호를 출력하고, 비교기 (213) 은 충방전 제어 스위치 (2a) 에 전류가 충전 방향으로 흐르고 있을 때에 H 레벨의 신호를 출력한다.
전압 검출부 (21) 은 다음과 같이 하여 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출한다.
2차 전지 (1a) 와 2차 전지 (1b) 가 정상이면, 충방전 제어 스위치 (2a) 와 충방전 제어 스위치 (2b) 는 같은 방향으로 충방전 전류가 흐르고 있다. 따라서, 비교기 (211 및 213) 은 일방이 H 레벨이고 타방이 L 레벨인 신호를 출력하고, AND 회로 (215) 는 L 레벨의 신호를 출력한다. 또, 비교기 (221 및 223) 은 일방이 H 레벨이고 타방이 L 레벨인 신호를 출력하고, AND 회로 (225) 는 L 레벨의 신호를 출력한다.
여기서, 2차 전지 (1a) 가 내부 쇼트되면, 2차 전지 (1b) 로부터 2차 전지 (1a), 충방전 제어 스위치 (2a), 충방전 제어 스위치 (2b) 로 전류가 흐른다. 그리고, 전원 단자 (VSS1) 의 전압이 과전류 검출 단자 (VM) 의 전압보다 전압원 (224) 가 출력하는 소정의 전압보다 높아지면 비교기 (223) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 또, 전원 단자 (VSS2) 의 전압이 과전류 검출 단자 (VM) 의 전압보다 전압원 (222) 가 출력하는 소정의 전압보다 낮아지면 비교기 (221) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 즉, 전압 검출부 (21) 은 2차 전지 (1a) 의 내부 쇼트를 검출한다. 그리고, 제어부 (22) 는 전압 검출부 (21) 이 출력하는 검출 신호를 받아, 제어 신호 출력 단자 (COa) 로부터 충방전 제어 스위치 (2a) 의 제어 단자에 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.
또, 2차 전지 (1b) 가 내부 쇼트되면, 2차 전지 (1a) 로부터 2차 전지 (1b), 충방전 제어 스위치 (2b), 충방전 제어 스위치 (2a) 로 전류가 흐른다. 그리고, 전원 단자 (VSS1) 의 전압이 과전류 검출 단자 (VM) 의 전압보다 전압원 (214) 가 출력하는 소정의 전압보다 낮아지면 비교기 (213) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 또, 전원 단자 (VSS2) 의 전압이 과전류 검출 단자 (VM) 의 전압보다 전압원 (212) 가 출력하는 소정의 전압보다 높아지면 비교기 (211) 은 비반전 입력 단자 ＋ 의 전압이 반전 입력 단자 － 의 전압보다 높아지므로, 검출을 나타내는 H 레벨의 신호를 출력한다. 즉, 전압 검출부 (21) 은 2차 전지 (1b) 의 내부 쇼트를 검출한다. 그리고, 제어부 (22) 는 전압 검출부 (21) 이 출력하는 검출 신호를 받아, 제어 신호 출력 단자 (COb) 로부터 충방전 제어 스위치 (2b) 의 제어 단자에 스위치를 오프하는 신호를 출력한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 배터리 장치 (200) 에 의하면, 충방전 제어 스위치 (2a) 와 충방전 제어 스위치 (2b) 에 흐르는 전류가 역방향으로 된 것에 의해 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하는 전압 검출부 (21) 을 구비하였으므로, 2차 전지의 출력 전압이 저하되지 않고 안전성이 높은 배터리 장치를 제공할 수 있다.
또한, 도 4 에 나타낸 전압 검출부 (21) 은 충방전 제어 스위치 (2a) 와 충방전 제어 스위치 (2b) 에 흐르는 전류가 역방향으로 된 것을 검출하여 검출 신호를 출력할 수 있다면 이 회로로 한정되는 것은 아니다.
또, 충방전 제어 회로 (20) 은 내부 쇼트를 검출한 2차 전지에 접속된 충방전 제어 스위치를 오프하도록 설명했지만, 모든 충방전 제어 스위치를 오프하도록 해도 된다.
10, 20 충방전 제어 회로
11, 21 전압 검출부
12, 22 제어부
111, 113, 211, 213, 221, 223 비교기

Claims (6)

  1. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로로서,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전원 단자와,
    상기 제 1 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 1 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 2 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 2 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 1 의 제 2 전원 단자의 전압과 상기 제 2 의 제 2 전원 단자의 전압 차이가 소정의 전압 이상이 된 것을 검출하고, 상기 제 1 의 2차 전지 또는 상기 제 2 의 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하는 전압 검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  2. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 병렬로 접속된 제 1 항에 기재된 충방전 제어 회로와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 상기 제 2 의 외부 단자의 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 충방전 제어 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  3. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로로서,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전원 단자와,
    상기 제 1 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 1 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 2 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 2 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 1 전원 단자의 전압과 상기 제 1 의 제 2 전원 단자의 전압과의 차이와, 상기 제 1 전원 단자의 전압과 상기 제 2 의 제 2 전원 단자의 전압과의 차이가 소정의 전압 이상이 된 것을 검출하고, 상기 제 1 의 2차 전지 또는 상기 제 2 의 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하는 전압 검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  4. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 병렬로 접속된 제 3 항에 기재된 충방전 제어 회로와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 상기 제 2 의 외부 단자의 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 충방전 제어 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
  5. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 충방전을 제어하는 충방전 제어 회로로서,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 제 1 전극이 접속되는 제 1 전원 단자와,
    상기 제 1 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 1 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 2 의 2차 전지의 제 2 전극이 접속되는 제 2 의 제 2 전원 단자와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지의 제 2 전극과 각각 접속된 제 1 및 제 2 의 충방전 제어 스위치와 상기 제 2 의 외부 단자 사이의 전압이 입력되는 전압 검출 단자와,
    상기 제 1 의 제 2 전원 단자의 전압과 상기 제 2 의 제 2 전원 단자의 전압과 상기 전압 검출 단자의 전압에 의해 상기 제 1 및 제 2 의 충방전 제어 스위치에 역방향의 전류가 흐른 것을 검출하고, 상기 제 1 의 2차 전지 또는 상기 제 2 의 2차 전지가 내부 쇼트된 것을 검출하는 전압 검출부를 구비한 것을 특징으로 하는 충방전 제어 회로.
  6. 제 1 및 제 2 의 외부 단자 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 2차 전지와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 병렬로 접속된 제 5 항에 기재된 충방전 제어 회로와,
    상기 제 1 및 제 2 의 2차 전지와 상기 제 2 의 외부 단자의 사이에 접속된 제 1 및 제 2 의 충방전 제어 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 배터리 장치.
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