KR20220153500A

KR20220153500A - 이차전지 보호 회로, 전지 팩, 전지 시스템 및 이차전지 보호 방법

Info

Publication number: KR20220153500A
Application number: KR1020220052811A
Authority: KR
Inventors: 타케시 야마구치; 이와오 키타무라
Original assignee: 미쓰미덴기가부시기가이샤
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2022-11-18
Also published as: JP2022174708A; JP6947999B1; CN115333181A; JP2022174475A; US20220368141A1

Abstract

(과제)
이차전지가 병렬 접속되는 구성에 있어서, 이차전지 사이에 흐르는 과대한 전류의 억제.
(해결 수단)
이차전지의 전극과 부하 및 충전기의 단자 사이의 충전 경로에 직렬로 삽입되는 충전 제어 트랜지스터에 의해 상기 충전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과충전으로부터 보호하고, 상기 전극과 상기 단자 사이의 방전 경로에 직렬로 삽입되는 방전 제어 트랜지스터에 의해 상기 방전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과방전으로부터 보호하는 이차전지 보호 회로로서, 상기 전극과 상기 단자 사이의 전위차에 따라, 전위차 검출 신호를 출력하는 전위차 검출 회로와, 상기 과충전이 과충전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 또는 상기 과방전이 과방전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 충전 제어 트랜지스터 또는 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 전위차를 제어하는 전위차 제어 회로를 갖추는 이차전지 보호 회로.

Description

이차전지 보호 회로, 전지 팩, 전지 시스템 및 이차전지 보호 방법{SECONDARY BATTERY PROTECTION CIRCUIT, BATTERY PACK, BATTERY SYSTEM AND METHOD FOR PROTECTING SECONDARY BATTERY}

본 개시는 이차전지 보호 회로, 전지 팩, 전지 시스템 및 이차전지 보호 방법에 관한 것이다.

종래부터 이차전지의 부극과, 부하 또는 충전기의 그라운드에 접속되는 마이너스 단자 사이의 전류 경로에 직렬로 삽입되는 트랜지스터를 오프시킴으로써, 이차전지를 과방전 등으로부터 보호하는 이차전지 보호 집적 회로를 내장하는 전지 팩이 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).

일본 특개 2019-106870호 공보

그러나, 이차전지와 보호 회로를 각각 갖추는 복수의 전지 팩을 병렬 접속한 구성에서는, 과충전 또는 과방전에 대한 보호 동작 상태로부터 복귀할 때, 병렬 접속된 전지 팩의 이차전지 사이에서 과대한 전류가 발생할 우려가 있다.

본 개시는 이차전지가 병렬 접속되는 구성에 있어서, 이차전지 사이에 흐르는 과대한 전류를 억제 가능한 이차전지 보호 회로, 전지 팩, 전지 시스템 및 이차전지 보호 방법을 제공한다.

본 개시의 하나의 양태에서는,

이차전지의 전극과 부하 및 충전기의 단자 사이의 충전 경로에 직렬로 삽입되는 충전 제어 트랜지스터에 의해 상기 충전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과충전으로부터 보호하고, 상기 전극과 상기 단자 사이의 방전 경로에 직렬로 삽입되는 방전 제어 트랜지스터에 의해 상기 방전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과방전으로부터 보호하는 이차전지 보호 회로로서,

상기 이차전지의 과충전을 검출하는 과충전 검출 회로와,

상기 이차전지의 과방전을 검출하는 과방전 검출 회로와,

상기 전극과 상기 단자 사이의 전위차에 따라, 전위차 검출 신호를 출력하는 전위차 검출 회로와,

상기 과충전이 상기 과충전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 또는 상기 과방전이 상기 과방전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 충전 제어 트랜지스터 또는 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 전위차를 제어하는 전위차 제어 회로를 갖추는 이차전지 보호 회로가 제공된다.

본 개시의 하나의 양태에 의하면, 이차전지가 병렬 접속되는 구성에 있어서, 이차전지 사이에 흐르는 과대한 전류를 억제할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 전지 시스템의 하나의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2는 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 하나의 비교형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 3은 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로의 하나의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 4는 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 5는 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 하나의 비교형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 6은 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 7은 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 하나의 비교형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 8은 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 9는 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 10은 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 하나의 비교형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 11은 쌍방의 전지 팩 각각의 이차전지 보호 회로에 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다.
도 12는 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로의 구성예를 보다 상세하게 나타내는 도면이다.
도 13은 차동 앰프의 기동 조건의 일례를 나타내는 도면이다.
도 14는 과충전 상태시에 충전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 과방전 상태시에 방전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로의 상태 천이를 예시하는 도면이다.
도 17은 제2 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로의 구성예를 보다 상세하게 나타내는 도면이다.
도 18은 과충전 상태시에 충전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 19는 과방전 상태시에 방전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

이하, 본 개시의 실시형태를 도면에 따라 설명한다.

<제1 실시형태>

도 1은 제1 실시형태에 따른 전지 시스템의 하나의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 1은 제1 실시형태에 따른 전지 시스템(301)에 부하(90) 및 충전기(91)를 접속한 구성예를 나타낸다. 도 1에 나타내는 전지 시스템(301)은 병렬로 접속된 복수(이 예에서는 2개)의 전지 팩(100, 200)을 갖춘다. 전지 팩(200)은 전지 팩(100)과 동일한 구성이므로, 전지 팩(200)의 구성의 설명에 대해서는 전지 팩(100)의 설명을 원용하는 것으로 생략한다.

전지 팩(100)은 이차전지(70)와 전지 보호 장치(80)를 내장하여 갖춘다.

이차전지(70)는 충방전 가능한 전지의 일례이다. 이차전지(70)는 단자(PP)와 단자(PM)에 접속되는 부하(90)에 전력을 공급한다. 이차전지(70)는 단자(PP)와 단자(PM)에 접속되는 충전기(91)에 의해 충전되는 것이 가능하다. 이차전지(70)의 구체예로서 리튬 이온 전지나 리튬 폴리머 전지 등을 들 수 있다. 전지 팩(100, 200)은 부하(90)에 내장되어도 되고, 외부 부착되어도 된다.

부하(90)는 전지 팩(100, 200)의 이차전지(70)를 전원으로 하는 부하의 일례이다. 부하(90)의 구체예로서 휴대전화, 스마트폰, 태블릿 등의 전자 기기를 들 수 있다. 부하(90)는 이들 기기에 한정되지 않는다.

전지 보호 장치(80)는 이차전지(70)를 전원으로 하여 동작하는 이차전지 보호 장치의 일례이며, 이차전지(70)의 충방전을 제어함으로써 이차전지(70)를 과충전이나 과방전 등으로부터 보호한다. 전지 보호 장치(80)는 단자(PP), 단자(PM), 단자(BP), 단자(BM), 스위치 회로(3) 및 전지 보호 회로(10)를 갖춘다.

단자(PP)는 부하 플러스측 단자의 일례이며, 부하(90) 및 충전기(91)의 고전위측 전원 단자가 접속된다. 단자(PM)는 부하 마이너스측 단자의 일례이며, 부하(90) 및 충전기(91)의 저전위측 전원 단자가 접속된다. 단자(BP)는 전지 정극측 단자의 일례이며, 이차전지(70)의 정극(71)에 접속된다. 단자(BM)는 전지 부극측 단자의 일례이며, 이차전지(70)의 부극(72)에 접속된다.

단자(BP)와 단자(PP)는 플러스측 전류 경로(9a)에 의해 접속되어 있다. 플러스측 전류 경로(9a)는 단자(BP)와 단자(PP) 사이의 전원 경로이며, 충전 전류 또는 방전 전류가 흐른다. 플러스측 전류 경로(9a)는 이차전지(70)의 정극(71)과 단자(PP) 사이의 충방전 전류 경로의 일례이다.

단자(BM)와 단자(PM)는 마이너스측 전류 경로(9b)에 의해 접속되어 있다. 마이너스측 전류 경로(9b)는 단자(BM)와 단자(PM) 사이의 전류 경로이며, 충전 전류 또는 방전 전류가 흐른다. 마이너스측 전류 경로(9b)는 이차전지(70)의 부극(72)과 단자(PM) 사이의 충방전 전류 경로의 일례이다.

스위치 회로(3)는 단자(BM)와 단자(PM) 사이의 마이너스측 전류 경로(9b)에 직렬로 삽입된다. 스위치 회로(3)는 예를 들면 충전 제어 트랜지스터(1)와 방전 제어 트랜지스터(2)를 갖추고, 충전 제어 트랜지스터(1)와 방전 제어 트랜지스터(2)가 직렬로 접속된 직렬 회로이다. 충전 제어 트랜지스터(1)는 이차전지(70)의 충전 경로를 차단하는 충전 경로 차단부의 일례이며, 방전 제어 트랜지스터(2)는 이차전지(70)의 방전 경로를 차단하는 방전 경로 차단부의 일례이다. 도 1의 경우, 충전 제어 트랜지스터(1)는 이차전지(70)의 충전 전류가 흐르는 전류 경로(9b)를 차단하고, 방전 제어 트랜지스터(2)는 이차전지(70)의 방전 전류가 흐르는 전류 경로(9b)를 차단한다. 트랜지스터(1. 2)는 전류 경로(9b)의 도통/차단을 전환하는 스위칭 소자이며, 전류 경로(9b)에 직렬로 삽입되어 있다. 트랜지스터(1, 2)는 예를 들면 N채널형의 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)이다.

충전 제어 트랜지스터(1)는 드레인과 소스 사이에 이차전지(70)의 충전 전류의 방향과는 반대의 방향을 순방향으로 하는 기생 다이오드(1a)를 가진다. 충전 제어 트랜지스터(1)는 충전 제어 트랜지스터(1)의 기생 다이오드(1a)의 순방향이 이차전지(70)의 방전 전류가 흐르는 방향에 일치하도록 전류 경로(9b)에 직렬로 삽입된 스위치 소자이다.

방전 제어 트랜지스터(2)는 드레인과 소스 사이에 이차전지(70)의 방전 전류의 방향과는 반대의 방향을 순방향으로 하는 기생 다이오드(2a)를 가진다. 방전 제어 트랜지스터(2)는 방전 제어 트랜지스터(2)의 기생 다이오드(2a)의 순방향이 이차전지(70)의 충전 전류가 흐르는 방향에 일치하도록 전류 경로(9b)에 직렬로 삽입된 스위치 소자이다.

전지 보호 회로(10)는 이차전지 보호 회로의 일례이다. 전지 보호 회로(10)는 이차전지(70)를 전원으로 하여 동작한다. 전지 보호 회로(10)는 예를 들면 이차전지(70)의 정극(71)과 부극(72) 사이의 전지 전압("셀 전압"이라고도 부른다)으로 동작하는 집적 회로(IC)이다.

전지 보호 회로(10)는 스위치 회로(3)를 제어함으로써 이차전지(70)를 과방전 등으로부터 보호한다. 예를 들면 전지 보호 회로(10)는 충전 제어 트랜지스터(1)를 오프로 함으로써 이차전지(70)를 충전 이상(예를 들면 과충전, 충전 방향의 과전류(충전 과전류) 등)으로부터 보호한다. 한편, 전지 보호 회로(10)는 방전 제어 트랜지스터(2)를 오프시킴으로써 이차전지(70)를 방전 이상(예를 들면 과방전, 방전 방향의 과전류(방전 과전류) 등)으로부터 보호한다.

전지 보호 회로(10)는 예를 들면 충전 제어 단자(단자(CO)), 방전 제어 단자(단자(DO)), 감시 단자(단자(VM)), 전원 단자(단자(VDD)) 및 그라운드 단자(단자(VSS))를 갖춘다. 이들 단자는 전지 보호 회로(10)의 내부 회로를 전지 보호 회로(10) 외부와 접속하기 위한 외부 접속 단자이다.

단자(CO)는 충전 제어 트랜지스터(1)의 게이트(제어 단자)에 접속되고, 충전 제어 트랜지스터(1)를 온 및 오프시키는 신호를 출력한다. 단자(DO)는 방전 제어 트랜지스터(2)의 게이트(제어 단자)에 접속되고, 방전 제어 트랜지스터(2)를 온 및 오프시키는 신호를 출력한다.

단자(VM)는 단자(PM)의 전위의 감시에 사용되며, 단자(PM)에 접속되어 있다. 단자(VM)는 예를 들면 전지 보호 회로(10) 내의 검출 회로가 부하(90) 또는 충전기(91)의 접속의 유무를 감시하는 것에 사용되며, 트랜지스터(1, 2)와 단자(PM) 사이에서 마이너스측 전류 경로(9b)에 접속되어 있다.

단자(VDD)는 전지 보호 회로(10)의 전원 단자이며, 이차전지(70)의 정극(71) 및 플러스측 전류 경로(9a)에 접속되어 있다. 단자(VSS)는 전지 보호 회로(10)의 그라운드 단자이며, 이차전지(70)의 부극(72) 및 마이너스측 전류 경로(9b)에 접속되어 있다. 단자(VSS)는 트랜지스터(1, 2)와 단자(BM) 사이에서 마이너스측 전류 경로(9b)에 접속되어 있다.

전지 보호 회로(10)는 단자(VDD)와 단자(VSS) 사이의 전원 전압(Vd)을 감시한다. 전지 보호 회로(10)는 소정의 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되면, 충전 제어 트랜지스터(1)를 오프로 한다. 전지 보호 회로(10)는 소정의 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되면, 충전 제어 트랜지스터(1)를 온으로 한다. 전지 보호 회로(10)는 소정의 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되면, 방전 제어 트랜지스터(2)를 오프로 한다. 전지 보호 회로(10)는 소정의 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되면, 방전 제어 트랜지스터(2)를 온으로 한다.

이어서 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 동작에 대해 설명한다.

또한 설명의 편의상, 전지 팩(100)에 있어서, 전지 보호 회로(10), 충전 제어 트랜지스터(1), 방전 제어 트랜지스터(2)를 각각 IC1, SW1, SW2로 정의한다. 마찬가지로 전지 팩(200)에 있어서, 전지 보호 회로(10), 충전 제어 트랜지스터(1), 방전 제어 트랜지스터(2)를 각각 IC2, SW3, SW4로 정의한다. 또 전지 팩(100)에 있어서, Bat1 및 B1-는 각각 전지 팩(100)의 이차전지(70) 및 전지 팩(100)의 단자(BM)를 나타낸다. 전지 팩(200)에 있어서, Bat2 및 B2-는 각각 전지 팩(200)의 이차전지(70) 및 전지 팩(200)의 단자(BM)를 나타낸다.

도 2는 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 하나의 비교형태에 따른 전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 2는 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100, 200)의 쌍방의 이차전지(70)가 과충전이 되고, 소정의 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되면, IC1은 SW1을 오프로 하고, IC2는 SW3을 오프시킨다.

과충전 상태의 전지 팩(100, 200)을 통상 상태로 복귀시킬 때, SW1의 다이오드(1a)를 경유하여 전지 팩(100)의 이차전지(70)를 방전시키고, SW3의 다이오드(1a)를 경유하여 전지 팩(200)의 이차전지(70)를 방전시킬 필요가 있다. SW1, SW3이 함께 오프인 과충전 상태에서는 각각의 이차전지(70)를 각각의 다이오드(1a) 경유로 방전시킬 수 있다. 그러나, 전지 전압이 저하되고, 먼저 전지 팩(200)의 이차전지(70)가 과충전으로부터 복귀하면, SW3만이 온이 된다. 복귀한 전지 팩(200)의 이차전지(70)에 대해서만 방전이 개시되며, 과충전 상태의 전지 팩(100)의 이차전지(70)에 대해서는 SW1의 다이오드(1a) 경유로의 방전을 할 수 없다.

더욱 방전이 진행되어, 전지 팩(200)의 출력 전압이 저하되면, 과충전 상태의 전지 팩(100)의 이차전지(70)에 대해서도 SW1의 다이오드(1a) 경유로의 방전이 가능하게 된다. 이것에 의해 전지 팩(100)의 이차전지(70)의 전압도 내려가, 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 IC1에 의해 검출되면, IC1은 SW1을 오프로 하고, 전지 팩(100)의 이차전지(70)는 과충전으로부터 복귀한다.

이때, 먼저 복귀한 전지 팩(200)의 전지 전압과 나중에 복귀한 전지 팩(100)의 전지 전압 사이에는 다이오드 방전분의 전위차가 있는 점에서, 전지 팩(100)이 과충전 복귀한 시점에 전지 팩(100)과 전지 팩(200) 사이에 과대한 전류(Ip1)가 발생한다. 예를 들면 전지 사이의 토탈 저항을 50mΩ, 다이오드의 순방향 전압(VF)을 0.7V로 하면, 전지 팩(200)의 단자(PM)로부터 전지 팩(100)의 단자(PM)로 흐르는 전류(Ip1)의 전류값은 14A정도가 된다.

한편, 도 3은 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 4는 쌍방의 전지 팩(100. 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 4는 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과충전 검출 전압(VDET1)을 넘고나서 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 상태로 돌아갈 때까지, 방전 전류가 흐르는 방향에서 단자(B1-)와 단자(PM)의 전위차가 일정하게 되도록 충전 제어 트랜지스터(1)를 포화 영역에서 제어한다. 이것에 의해 전지 팩(200)이 과충전 상태로부터 복귀한 후에 전지 팩(100)이 과충전 상태로부터 복귀할 때, 전지 팩(200)과 전지 팩(100) 사이의 전지 전압의 차를 작게 할 수 있으므로, 복귀시의 전지 사이의 전류(Ip1)를 억제할 수 있다. 예를 들면 전지간 토탈 저항을 50mΩ, 차동 앰프(21)에 의해 일정하게 제어되는 전위차를 50mV로 하면, 전류(Ip1)의 전류값은 1A정도로 억제된다.

전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 과충전 상태가 검출되면, 단자(VM)의 전위로부터 단자(VSS)의 전위를 뺀 차를 일정값(예를 들면 50mV)으로 유지하면서, 충전 제어 트랜지스터(1)에 방전 방향의 전류를 흘린다. 이것에 의해 이차전지(70)의 방전을 촉진시킬 수 있다.

도 5는 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 하나의 비교형태에 따른 전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩(100)이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 5는 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100)의 이차전지(70)만이 과충전이 되고, 소정의 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되면, IC1은 SW1을 오프로 한다(IC2는 SW3을 온인채로 유지).

과충전 상태의 전지 팩(100)을 통상 상태로 복귀시킬 때, SW1의 다이오드(1a)를 경유하여 전지 팩(100)의 이차전지(70)를 방전시킬 필요가 있다. 쌍방의 과충전 상태로부터의 복귀의 경우와 마찬가지로, 전지 팩(200)의 출력 전압이 전지 팩(100)의 전지 전압보다 다이오드의 순방향 전압분만큼 낮아지고, 전지 팩(100)의 전원 전압(Vd)이 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮아지면, 전지 팩(100)은 복귀한다.

따라서, 전지 팩(100)이 과충전 상태로부터 복귀했을 때, 다이오드 방전분의 전위차가 전지 팩(100)과 전지 팩(200) 사이에 있는 점에서, 과충전 복귀한 시점에 전지 팩 사이에 과대한 전류(Ip1)가 발생한다.

한편, 도 6은 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩(100)이 과충전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 6은 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100)의 전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과충전 검출 전압(VDET1)을 넘고나서 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 상태로 돌아갈 때까지, 방전 전류가 흐르는 방향에서 단자(BM)와 단자(PM)의 전위차가 일정하게 되도록 충전 제어 트랜지스터(1)를 포화 영역에서 제어한다. 이것에 의해 전지 팩(100)이 과충전 상태로부터 복귀할 때, 전지 팩(200)과 전지 팩(100) 사이의 전지 전압의 차를 작게 할 수 있으므로, 복귀시의 전지 사이의 전류(Ip1)를 억제할 수 있다.

이어서 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 동작에 대해 설명한다.

도 7은 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 하나의 비교형태에 따른 전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 7은 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100, 200)의 쌍방의 이차전지(70)가 과방전이 되고, 소정의 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되면, IC1은 SW2를 오프로 하고, IC2는 SW4를 오프시킨다.

과방전 상태의 전지 팩(100, 200)을 통상 상태로 복귀시킬 때, SW2의 다이오드(2a)를 경유하여 전지 팩(100)의 이차전지(70)를 충전하고, SW4의 다이오드(2a)를 경유하여 전지 팩(200)의 이차전지(70)를 충전할 필요가 있다. SW2, SW4가 함께 오프인 과방전 상태에서는 각각의 이차전지(70)를 각각의 다이오드(2a) 경유로 충전할 수 있다. 그러나, 전지 전압이 상승하고, 먼저 전지 팩(200)의 이차전지(70)가 과방전으로 복귀하면, SW4만이 온이 된다. 복귀한 전지 팩(200)의 이차전지(70)에 대해서만 충전이 개시되고, 과방전 상태의 전지 팩(100)의 이차전지(70)에 대해서는 SW2의 다이오드(2a) 경유로의 충전을 할 수 없다.

더욱 충전이 진행되고, 전지 팩(200)의 출력 전압이 상승하면, 과방전 상태의 전지 팩(100)의 이차전지(70)에 대해서도, SW2의 다이오드(1a) 경유로의 충전이 가능하게 된다. 이것에 의해 전지 팩(100)의 이차전지(70)의 전압도 올라가고, 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 전원 전압(Vd)이 IC1에 의해 검출되면, IC1은 SW2를 오프로 하고, 전지 팩(100)의 이차전지(70)는 과방전으로 복귀한다. 충전기(91)가 접속되어도 전지 팩의 출력 전압은 상승한다.

이 때, 먼저 복귀한 전지 팩(200)의 전지 전압과 나중에 복귀한 전지 팩(100)의 전지 전압 사이에는 다이오드 방전분의 전위차가 있는 점에서, 전지 팩(100)이 과방전 복귀한 시점에 전지 팩(100)과 전지 팩(200) 사이에 과대한 전류(Ip2)가 발생한다. 예를 들면 전지 사이의 토탈 저항을 50mΩ, 다이오드의 순방향 전압(VF)을 0.7V로 하면, 전지 팩(100)의 단자(PM)로부터 전지 팩(200)의 단자(PM)로 흐르는 전류(Ip2)의 전류값은 14A정도가 된다.

한편, 도 8은 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)의 구성예를 나타내는 도면이다. 도 9는 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)를 적용한 구성에 있어서, 쌍방의 전지 팩(100, 200)이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 9는 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과방전 검출 전압(VDET2)을 밑돌고나서 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 상태로 돌아갈 때까지, 충전 전류가 흐르는 방향에서 단자(B1-)와 단자(PM)의 전위차가 일정하게 되도록 방전 제어 트랜지스터(2)를 포화 영역에서 제어한다. 이것에 의해 전지 팩(200)이 과방전 상태로부터 복귀한 후에 전지 팩(100)이 과방전 상태로부터 복귀할 때, 전지 팩(200)과 전지 팩(100) 사이의 전지 전압의 차를 작게 할 수 있으므로, 복귀시의 전지 사이의 전류(Ip2)를 억제할 수 있다. 예를 들면 전지간 토탈 저항을 50mΩ, 차동 앰프(31)에 의해 일정하게 제어되는 전위차를 50mV로 하면, 전류(Ip2)의 전류값은 1A정도로 억제된다.

전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 과방전 상태가 검출되면, 단자(VSS)의 전위로부터 단자(VM)의 전위를 뺀 차를 일정값(예를 들면 50mV)으로 유지하면서, 방전 제어 트랜지스터(2)에 충전 방향의 전류를 흘린다. 이것에 의해 이차전지(70)의 충전을 촉진시킬 수 있다.

도 10은 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 하나의 비교형태에 따른 전지 보호 회로를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩(100)이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 10은 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100)의 이차전지(70)만이 과방전이 되고, 소정의 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되면, IC1은 SW2를 오프로 한다(IC2는 SW4를 온인채로 유지).

과방전 상태의 전지 팩(100)을 통상 상태로 복귀시킬 때, SW2의 다이오드(2a)를 경유하여 전지 팩(100)의 이차전지(70)를 충전할 필요가 있다. 쌍방의 과방전 상태로부터의 복귀의 경우와 마찬가지로, 전지 팩(200)의 출력 전압이 전지 팩(100)의 전지 전압보다 다이오드의 순방향 전압분만큼 높아지고, 전지 팩(100)의 전원 전압(Vd)이 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높아지면, 전지 팩(100)은 복귀한다.

따라서, 전지 팩(100)이 과방전 상태로부터 복귀했을 때, 다이오드 방전분의 전위차가 전지 팩(100)과 전지 팩(200) 사이에 있는 점에서, 과방전 복귀한 시점에 전지 팩 사이에 과대한 전류(Ip2)가 발생한다.

한편, 도 11은 쌍방의 전지 팩(100, 200) 각각의 전지 보호 회로(10)에 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)를 적용한 구성에 있어서, 한쪽의 전지 팩(100)이 과방전 상태로부터 복귀할 때의 파형을 예시하는 도면이다. 또한 도 11은 단자(PP)를 0볼트 기준으로 한 파형을 나타낸다.

전지 팩(100)의 전지 보호 회로(10A)는 전원 전압(Vd)이 과방전 검출 전압(VDET2)을 밑돌고나서 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 상태로 돌아갈 때까지, 충전 전류가 흐르는 방향에서 단자(BM)와 단자(PM)의 전위차가 일정하게 되도록 방전 제어 트랜지스터(2)를 포화 영역에서 제어한다. 이것에 의해 전지 팩(100)이 과방전 상태로부터 복귀할 때, 전지 팩(200)과 전지 팩(100) 사이의 전지 전압의 차를 작게 할 수 있으므로, 복귀시의 전지 사이의 전류(Ip2)를 억제할 수 있다.

도 12는 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)의 구성예를 보다 상세하게 나타내는 도면이다. 전지 보호 회로(10A)는 과충전 검출 회로(41), 과충전 복귀 검출 회로(42), 과방전 검출 회로(43), 과방전 복귀 검출 회로(44), 과전류 검출 회로(45)를 갖춘다.

과충전 검출 회로(41)는 소정의 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 경우, 과충전 검출 전압(VDET1)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 것을 나타내는 과충전 검출 신호를 출력한다. 또 과충전 복귀 검출 회로(42)는 소정의 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 경우, 과충전 복귀 전압(VRET1)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 것을 나타내는 과충전 복귀 검출 신호를 출력한다. 과충전 검출 전압(VDET1)은 과충전 검출용의 역치이며, 과충전 복귀 전압(VRET1)은 과충전 복귀 검출용의 역치이다. 과충전 복귀 전압(VRET1)은 과충전 검출 전압(VDET1)보다 낮은 전압값으로 설정된다.

과방전 검출 회로(43)는 소정의 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 경우, 과방전 검출 전압(VDET2)보다 낮은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 것을 나타내는 과방전 검출 신호를 출력한다. 또 과방전 복귀 검출 회로(44)는 소정의 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 경우, 과방전 복귀 전압(VRET2)보다 높은 전원 전압(Vd)이 검출되고 있는 것을 나타내는 과방전 복귀 검출 신호를 출력한다. 과방전 검출 전압(VDET2)은 과방전 검출용의 역치이며, 과방전 복귀 전압(VRET2)은 과방전 복귀 검출용의 역치이다. 과방전 복귀 전압(VRET2)은 과방전 검출 전압(VDET2)보다 높은 전압값으로 설정된다.

과전류 검출 회로(45)는 단자(VM)와 단자(VSS) 사이의 전압인 감시 전압(VI)을 감시하여, 단자(PM)와 단자(BM) 사이에 흐르는 과전류를 검출한다.

과전류 검출 회로(45)는 소정의 방전 과전류 검출 전압(VDET3)보다 높은 감시 전압(VI)이 검출되고 있는 경우, 방전 과전류가 검출되고 있는 것을 나타내는 방전 과전류 검출 신호를 출력하는 방전 과전류 검출 회로를 가진다. 과전류 검출 회로(45)는 소정의 방전 과전류 복귀 전압(VRET3)보다 낮은 감시 전압(VI)이 검출되고 있는 경우, 방전 과전류가 흐르고 있지 않은 것을 나타내는 방전 과전류 복귀 검출 신호를 출력하는 방전 과전류 복귀 검출 회로를 가진다. 방전 과전류 검출 전압(VDET3)은 방전 과전류 검출용의 역치이며, 방전 과전류 복귀 전압(VRET3)은 방전 과전류 복귀 검출용의 역치이다.

과전류 검출 회로(45)는 소정의 충전 과전류 검출 전압(VDET4)보다 낮은 감시 전압(VI)이 검출되고 있는 경우, 충전 과전류가 검출되고 있는 것을 나타내는 충전 과전류 검출 신호를 출력하는 충전 과전류 검출 회로를 가진다. 과전류 검출 회로(45)는 소정의 충전 과전류 복귀 전압(VRET4)보다 높은 감시 전압(VI)이 검출되고 있는 경우, 충전 과전류가 흐르고 있지 않은 것을 나타내는 충전 과전류 복귀 검출 신호를 출력하는 충전 과전류 복귀 검출 회로를 가진다. 충전 과전류 검출 전압(VDET4)은 충전 과전류 검출용의 역치이며, 충전 과전류 복귀 전압(VRET4)은 충전 과전류 복귀 검출용의 역치이다.

전지 보호 회로(10A)는 차동 앰프(21), 차동 앰프(31), 제1 전위차 제어 회로(20), 제2 전위차 제어 회로(30)를 갖춘다.

차동 앰프(21)는 제1 전위차 검출 회로의 일례이며, 단자(BM)와 단자(PM) 사이(단자(VSS)와 단자(VM) 사이)의 전위차(Δ1)에 따라 제1 전위차 검출 신호(b1)를 출력한다. 차동 앰프(31)는 제2 전위차 검출 회로의 일례이며, 단자(BM)와 단자(PM) 사이(단자(VSS)와 단자(VM) 사이)의 전위차(Δ2)에 따라 제2 전위차 검출 신호(b2)를 출력한다.

제1 전위차 제어 회로(20)는 과충전이 과충전 검출 회로(41)에 의해 검출되고 있는 경우, 제1 전위차 검출 신호(b1)를 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 피드백하여 이차전지(70)를 방전시키는 방향의 전류가 충전 제어 트랜지스터(1)에 흐르도록 전위차(Δ1)를 제어한다. 이것에 의해 상기 서술한 바와 같이, 과충전 상태에서, 전위차(Δ1)를 다이오드(1a)의 순방향 전압보다 낮은 값으로 제어할 수 있으므로, 상기한 복귀시의 과대한 전류(Ip1)를 억제할 수 있다.

제2 전위차 제어 회로(30)는 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되고 있는 경우, 제2 전위차 검출 신호(b2)를 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 피드백하여 이차전지(70)를 충전하는 방향의 전류가 방전 제어 트랜지스터(2)에 흐르도록 전위차(Δ2)를 제어한다. 이것에 의해 상기 서술한 바와 같이, 과방전 상태에서, 전위차(Δ2)를 다이오드(2a)의 순방향 전압보다 낮은 값으로 제어할 수 있으므로, 상기한 복귀시의 과대한 전류(Ip2)를 억제할 수 있다.

전지 보호 회로(10A)는 충전 제어 회로(22), 제1 전환 회로(23)를 갖춘다. 충전 제어 회로(22)는 과충전이 과충전 검출 회로(41)에 의해 검출되고 있지 않은 경우, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 충전 제어 트랜지스터(1)를 제어하는 충전 제어 신호(a1)를 출력한다. 제1 전환 회로(23)는 과충전이 과충전 검출 회로(41)에 의해 검출되면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 출력하는 신호를 충전 제어 신호(a1)로부터 제1 전위차 검출 신호(b1)로 전환한다. 이것에 의해 과충전이 검출되고 있지 않은 경우에는, 충전 제어 회로(22)는 충전 제어 신호(a1)에 의해 충전 제어 트랜지스터(1)를 온 또는 오프로 제어할 수 있다.

제1 전환 회로(23)는 과충전의 복귀가 과충전 복귀 검출 회로(42)에 의해 검출되면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 출력하는 신호를 제1 전위차 검출 신호(b1)로부터 충전 제어 신호(a1)로 전환한다. 이것에 의해 과충전으로부터 복귀하면, 충전 제어 회로(22)는 충전 제어 신호(a1)에 의해 충전 제어 트랜지스터(1)를 온 또는 오프로 제어할 수 있다.

제1 전환 회로(23)는 충전 과전류가 과전류 검출 회로(45)에 의해 검출되고 있는 경우, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 충전 제어 트랜지스터(1)를 오프시키는 충전 제어 신호(a1)를 출력한다. 이것에 의해 충전 제어 회로(22)는 충전 제어 신호(a1)에 의해 충전 과전류를 차단할 수 있다.

전지 보호 회로(10A)는 방전 제어 회로(32), 제2 전환 회로(33)를 갖춘다. 방전 제어 회로(32)는 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되고 있지 않은 경우, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 방전 제어 트랜지스터(2)를 제어하는 방전 제어 신호(a2)를 출력한다. 제2 전환 회로(33)는 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 출력하는 신호를 방전 제어 신호(a2)로부터 제2 전위차 검출 신호(b2)로 전환한다. 이것에 의해 과방전이 검출되고 있지 않은 경우에는, 방전 제어 회로(32)는 방전 제어 신호(a2)에 의해 방전 제어 트랜지스터(2)를 온 또는 오프로 제어할 수 있다.

제2 전환 회로(33)는 과방전의 복귀가 과방전 복귀 검출 회로(44)에 의해 검출되면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 출력하는 신호를 제2 전위차 검출 신호(b2)로부터 방전 제어 신호(a2)로 전환한다. 이것에 의해 과방전으로부터 복귀하면, 방전 제어 회로(32)는 방전 제어 신호(a2)에 의해 방전 제어 트랜지스터(2)를 온 또는 오프로 제어할 수 있다.

제2 전환 회로(33)는 방전 과전류가 과전류 검출 회로(45)에 의해 검출되고 있는 경우, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 방전 제어 트랜지스터(2)를 오프시키는 방전 제어 신호(a2)를 출력한다. 이것에 의해 방전 제어 회로(32)는 방전 제어 신호(a2)에 의해 방전 과전류를 차단할 수 있다.

전지 보호 회로(10A)는 충전기(91)의 접속을 검출하는 충전기 접속 검출 회로(50)와, 충전기 접속 검출 회로(50)에 접속되는 제어 회로(46)를 갖춘다. 충전기 접속 검출 회로(50)는 예를 들면 저항(51), 스위치(52) 및 모니터 회로(53)를 가진다. 제어 회로(46)는 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되면, 방전 제어 회로(32)의 출력에 기초하여 스위치(52)를 온시킴으로써 단자(VM)를 저항(51)을 통하여 단자(VDD)의 전위에 풀업한다. 이것에 의해 단자(PP)와 단자(PM) 사이가 오픈되면, 단자(VM)의 전위는 단자(VDD)의 전위에 고정되고, 충전기(91)가 단자(PP)와 단자(PM) 사이에 접속되면, 단자(VM)의 전위는 충전기(91)의 출력 전압분만큼 단자(VDD)의 전위보다 저하된다. 충전기 접속 검출 회로(50)는 단자(VM)에 있어서의 이 전위 변화를 모니터 회로(53)에 의해 모니터함으로써 충전기(91)의 접속 유무를 검출한다.

제어 회로(46)는 충전기(91)의 접속이 충전기 접속 검출 회로(50)에 의해 검출되고 또한 과방전 복귀가 과방전 복귀 검출 회로(44)에 의해 검출된 경우, 스위치(52)를 오프시킴으로써 단자(VDD)로의 단자(VM)의 풀업을 해제한다.

모니터 회로(53)는 스위치(52)에 의해 단자(VDD)의 전위에 풀업 가능한 입력부를 가진다. 모니터 회로(53)는 예를 들면 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 인버터 회로이다.

단자(PP)와 단자(PM) 사이에 충전기(91)가 접속되면, 단자(VM)의 전위는 단자(VSS)의 전위 이하로 저하된다. 이것에 의해 모니터 회로(53)의 CMOS 인버터의 입력부는 하이 레벨로부터 로우 레벨로 변화하고, 모니터 회로(53)의 CMOS 인버터의 출력부는 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변화한다. 제어 회로(46)는 모니터 회로(53)의 CMOS 인버터의 출력이 로우 레벨로부터 하이 레벨로 변화하는 것을 검출함으로써 충전기(91)의 접속을 검지한다.

이어서 차동 앰프(21, 31)의 동작에 대해, 보다 상세하게 설명한다.

도 13은 차동 앰프의 기동 조건의 일례를 나타내는 도면이다. 충전 이상 및 방전 이상이 검출되고 있지 않은 상태(통상 상태)에서는 차동 앰프(21, 31)는 어느 것이나 사용되지 않는다(오프 상태). 과충전이 검출된 상태(과충전 상태)에서는 차동 앰프(31)는 사용되지 않고(오프 상태), 차동 앰프(21)는 사용된다(온 상태). 이 과충전 상태에서는 단자(BM)와 단자(PM) 사이의 전위차(Δ1)가 차동 앰프(21)의 피드백에 의해 제어된다. 과방전 상태 1(과방전이 검출되고, 또한 충전기의 접속이 검출되며 또는 다른 전지 팩의 출력이 있는 상태)에서는 차동 앰프(21)는 사용되지 않고(오프 상태), 차동 앰프(31)는 사용된다(온 상태). 과방전 상태 1에서는 단자(BM)와 단자(PM) 사이의 전위차(Δ2)가 차동 앰프(31)의 피드백에 의해 제어된다. 과방전 상태 2(병렬 접속의 모든 전지 팩에서 과방전이 검출된 상태(스탠바이 상태))에서는 차동 앰프(21, 31)는 어느 것이나 사용되지 않는다(오프 상태).

도 14는 과충전 상태시에 충전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 차동 앰프(21)는 단자(VM)(단자(PM))에 접속되는 비반전 입력부와, 단자(VSS)(단자(BM))보다 정전압(Va)(예를 들면 +50mV) 높은 전위에 접속되는 반전 입력부와, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 접속되는 단자(CO)에 접속되는 출력부를 가진다.

이와 같은 구성에 의해, 차동 앰프(21)는 단자(PM)가 (단자(BM)+정전압(Va))보다 높은 전위가 되고자 하면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 상승시킨다. 이것에 의해 포화 영역에서 동작하는 충전 제어 트랜지스터(1)의 입출력 임피던스는 감소되므로, 단자(PM)의 전위를 저하시키는 부귀환을 걸 수 있다. 따라서, 차동 앰프(21)는 이차전지(70)를 방전시키는 방향(단자(PM)로부터 단자(BM)로의 방향)의 전류를 충전 제어 트랜지스터(1)에 흘리면서, 단자(PM)와 단자(BM) 사이의 전위차를 정전압(Va)으로 제어할 수 있다.

한편, 차동 앰프(21)는 단자(PM)가 (단자(BM)+정전압(Va))보다 낮은 전위가 되면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 저하시키므로, 충전 제어 트랜지스터(1)의 입출력 임피던스는 증가한다. 그 결과, 충전 제어 트랜지스터(1)는 오프 상태로 천이된다. 따라서, 차동 앰프(21)는 이차전지(70)를 충전하는 방향(단자(BM)로부터 단자(PM)로의 방향)의 전류를 충전 제어 트랜지스터(1)의 오프에 의해 차단할 수 있다.

도 15는 과방전 상태시에 방전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 차동 앰프(31)는 단자(VSS)(단자(BM))에 접속되는 비반전 입력부와, 단자(VM)(단자(PM))보다 정전압(Vb)(예를 들면 +50mV) 높은 전위에 접속되는 반전 입력부와, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 접속되는 단자(DO)에 접속되는 출력부를 가진다.

이와 같은 구성에 의해, 차동 앰프(31)는 단자(PM)가 (단자(BM)-정전압(Vb))보다 낮은 전위가 되고자 하면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 상승시킨다. 이것에 의해 포화 영역에서 동작하는 방전 제어 트랜지스터(2)의 입출력 임피던스는 감소되므로, 단자(PM)의 전위를 상승시키는 부귀환을 걸 수 있다. 따라서, 차동 앰프(31)는 이차전지(70)를 충전하는 방향(단자(BM)로부터 단자(PM)로의 방향)의 전류를 방전 제어 트랜지스터(2)에 흘리면서, 단자(BM)와 단자(PM) 사이의 전위차를 정전압(Vb)으로 제어할 수 있다.

한편, 차동 앰프(31)는 단자(PM)가 (단자(BM)-정전압(Vb))보다 높은 전위가 되면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 저하시키므로, 방전 제어 트랜지스터(2)의 입출력 임피던스는 증가한다. 그 결과, 방전 제어 트랜지스터(2)는 오프 상태로 천이된다. 따라서, 차동 앰프(31)는 이차전지(70)를 방전시키는 방향(단자(PM)로부터 단자(BM)로의 방향)의 전류를 방전 제어 트랜지스터(2)의 오프에 의해 차단할 수 있다.

도 16은 제1 실시형태에 따른 이차전지 보호 회로의 상태 천이를 예시하는 도면이다. 도 12를 참조하여, 도 16에 대해 설명한다.

통상 상태는 과충전 및 과방전이 검출되고 있지 않은 상태이다. 통상 상태에서는 충전 제어 회로(22)는 단자(CO)에 출력하는 신호로서 충전 제어 신호(a1)를 제1 전환 회로(23)에 의해 선택하고, 충전 제어 트랜지스터(1)를 온시키는 하이 레벨의 충전 제어 신호(a1)를 단자(CO)에 출력한다. 또 통상 상태에서는 방전 제어 회로(32)는 단자(DO)에 출력하는 신호로서 방전 제어 신호(a2)를 제2 전환 회로(33)에 의해 선택하고, 방전 제어 트랜지스터(2)를 온시키는 하이 레벨의 방전 제어 신호(a2)를 단자(DO)에 출력한다.

통상 상태에 있어서, 과충전이 과충전 검출 회로(41)에 의해 검출되면(과충전 검출 신호가 출력되면), 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 통상 상태로부터 과충전 상태로 천이된다. 과충전 상태는 과충전이 과충전 검출 회로(41)에 의해 검출되고 있는 상태(과충전 검출 신호가 출력되고 있는 상태)이다. 과충전 상태에서는 충전 제어 회로(22)는 단자(CO)에 출력하는 신호로서 제1 전위차 검출 신호(b1)를 제1 전환 회로(23)에 의해 선택하고, 충전 제어 트랜지스터(1)를 포화 영역에서 동작시키는 제1 전위차 검출 신호(b1)를 단자(CO)에 출력한다. 한편, 과충전 상태에서는 방전 제어 회로(32)는 통상 상태와 동일한 동작을 한다.

과충전 상태에 있어서, 과충전 복귀가 과충전 복귀 검출 회로(42)에 의해 검출되면(과충전 복귀 검출 신호가 출력되면), 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 과충전 상태로부터 통상 상태로 복귀한다.

통상 상태에 있어서, 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되면(과방전 검출 신호가 출력되면), 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 통상 상태로부터 과방전 상태로 천이된다. 과방전 상태는 과방전이 과방전 검출 회로(43)에 의해 검출되고 있는 상태(과방전 검출 신호가 출력되고 있는 상태)이다. 과방전 상태에서는 방전 제어 회로(32)는 단자(DO)에 출력하는 신호로서 제2 전위차 검출 신호(b2)를 제2 전환 회로(33)에 의해 선택하고, 방전 제어 트랜지스터(2)를 포화 영역에서 동작시키는 제2 전위차 검출 신호(b2)를 단자(DO)에 출력한다. 한편, 과방전 상태에서는 충전 제어 회로(22)는 통상 상태와 동일한 동작을 한다. 또 과방전 상태에서는 제어 회로(46)는 충전기 접속 검출 회로(50)의 스위치(52)를 온시킴으로써 단자(VM)를 단자(VDD)의 전위에 풀업한다.

과방전 상태로 천이되면, 그 천이 시점에서는 충전기(91)는 접속되어 있지 않을 것이므로, 전지 보호 회로(10A)는 스탠바이 상태로 천이되고, 과방전 복귀 검출 회로(44)를 셧다운한다. 예를 들면 과방전 상태에 있어서, 충전기(91)의 접속이 충전기 접속 검출 회로(50)에 의해 검출되지 않는 상태가 소정 시간 이상 계속되면, 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 과방전 상태로부터 스탠바이 상태로 천이된다.

스탠바이 상태에서는 방전 제어 회로(32)는 단자(DO)에 출력하는 신호로서 방전 제어 신호(a2)를 제2 전환 회로(33)에 의해 선택하고, 방전 제어 트랜지스터(2)를 오프 상태로 하는 로우 레벨의 방전 제어 신호(a2)를 단자(DO)에 출력한다. 한편, 스탠바이 상태에서는 충전 제어 회로(22)는 과방전 상태와 동일한 동작을 한다.

스탠바이 상태에 있어서, 충전기(91)의 접속이 충전기 접속 검출 회로(50)에 의해 검출되면, 스탠바이 상태가 해제되어 과방전 복귀 검출 회로(44)는 기동하고, 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 스탠바이 상태로부터 과방전 상태로 천이된다. 스탠바이 상태로부터 과방전 상태로 천이되면, 제2 전위차 제어 회로(30) 및 과방전 복귀 검출 회로(44)가 동작한다. 이것에 의해 과방전 상태에 있어서, 제2 전위차 검출 신호(b2)에 의한 방전 제어 트랜지스터(2)의 포화 영역에서의 피드백 동작이 가능하게 됨과 아울러, 과방전 복귀의 검출이 가능하게 된다. 과방전 복귀가 과방전 복귀 검출 회로(44)에 의해 검출되면(과방전 복귀 검출 신호가 출력되면), 전지 보호 회로(10A)의 동작 상태는 과방전 상태로부터 통상 상태로 복귀한다.

<제2 실시형태>

도 17은 제2 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10B)의 구성예를 보다 상세하게 나타내는 도면이다. 제2 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10B)는 전류 경로(9a)에 직렬로 삽입된 충전 제어 트랜지스터(1) 및 방전 제어 트랜지스터(2)에 의해 이차전지(70)를 보호하는 점에서, 제1 실시형태에 따른 전지 보호 회로(10A)와 상이하다. 제2 실시형태에 있어서, 제1 실시형태와 마찬가지의 구성 및 효과에 대한 설명은 상기 서술한 설명을 원용함으로써 생략한다.

제2 실시형태에서는 트랜지스터(1, 2)는 예를 들면 P채널형의 MOSFET이다. 전지 보호 회로(10B)는 예를 들면 충전 제어 단자(단자(CO)), 방전 제어 단자(단자(DO)), 감시 단자(단자(VP)), 전원 단자(단자(VDD)) 및 그라운드 단자(단자(VSS))를 갖춘다.

단자(VP)는 단자(PP)의 전위의 감시에 사용되며, 단자(PP)에 접속되어 있다. 단자(VP)는 예를 들면 전지 보호 회로(10B) 내의 충전기 접속 검출 회로(50)가 부하(90) 또는 충전기(91)의 접속의 유무를 감시하는 것에 사용되며, 트랜지스터(1, 2)와 단자(PP) 사이에서 플러스측 전류 경로(9a)에 접속되어 있다.

과전류 검출 회로(45)는 단자(VP)와 단자(VDD) 사이의 전압인 감시 전압(VI)을 감시하여, 단자(PP)와 단자(BP) 사이에 흐르는 과전류를 검출한다.

방전 제어 트랜지스터(2)의 오프에 의해 이차전지(70)의 방전이 정지되고 또한 스위치(52)의 온에 의해 단자(VP)가 단자(VSS) 단자에 풀다운되어 있는 상태를 풀다운 상태(pd)라고 정의한다. 풀다운 상태(pd)에서는 단자(VP)의 전위는 스위치(52)의 온에 의해, 단자(VSS)의 전위로 저하되고 있다. 이 풀다운 상태(pd)에 있어서, 단자(PP)와 단자(PM) 사이에 충전기(91)가 접속되면, 단자(VP)의 전위는 단자(VDD)의 전위 이상으로 상승한다. 따라서, 충전기 접속 검출 회로(50)는 풀다운 상태(pd)에 있어서 단자(VP)의 전위가 소정의 기준 전위(Vvp)보다 상승한 것을 모니터 회로(53)에 의해 검출한 경우, 충전기(91)가 접속되었다고 판정할 수 있다.

도 18은 과충전 상태시에 충전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 차동 앰프(21)는 단자(VP)(단자(PP))에 접속되는 비반전 입력부와, 단자(VDD)(단자(BP))보다 정전압(Va)(예를 들면 +50mV) 낮은 전위에 접속되는 반전 입력부와, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 접속되는 단자(CO)에 접속되는 출력부를 가진다.

이와 같은 구성에 의해, 차동 앰프(21)는 단자(PP)가 (단자(BP)-정전압(Va))보다 낮은 전위가 되고자 하면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 저하시킨다. 이것에 의해 포화 영역에서 동작하는 충전 제어 트랜지스터(1)의 입출력 임피던스는 감소되므로, 단자(PP)의 전위를 상승시키는 부귀환을 걸 수 있다. 따라서, 차동 앰프(21)는 이차전지(70)를 방전시키는 방향(단자(BP)로부터 단자(PP)로의 방향)의 전류를 충전 제어 트랜지스터(1)에 흘리면서, 단자(BP)와 단자(PP) 사이의 전위차를 정전압(Va)으로 제어할 수 있다.

한편, 차동 앰프(21)는 단자(PP)가 (단자(BP)-정전압(Va))보다 높은 전위가 되면, 충전 제어 트랜지스터(1)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 상승시키므로, 충전 제어 트랜지스터(1)의 입출력 임피던스는 증가한다. 그 결과, 충전 제어 트랜지스터(1)는 오프 상태로 천이된다. 따라서, 차동 앰프(21)는 이차전지(70)를 충전하는 방향(단자(PP)로부터 단자(BP)로의 방향)의 전류를 충전 제어 트랜지스터(1)의 오프에 의해 차단할 수 있다.

도 19는 과방전 상태시에 방전 제어 트랜지스터를 제어하는 차동 앰프의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 차동 앰프(31)는 단자(VDD)(단자(BP))에 접속되는 반전 입력부와, 단자(VP)(단자(PP))보다 정전압(Vb)(예를 들면 +50mV) 낮은 전위에 접속되는 비반전 입력부와, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 접속되는 단자(DO)에 접속되는 출력부를 가진다.

이와 같은 구성에 의해, 차동 앰프(31)는 단자(PP)가 (단자(BP)+정전압(Vb))보다 높은 전위가 되고자 하면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 저하시킨다. 이것에 의해 포화 영역에서 동작하는 방전 제어 트랜지스터(2)의 입출력 임피던스는 감소하므로, 단자(PP)의 전위를 저하시키는 부귀환을 걸 수 있다. 따라서, 차동 앰프(31)는 이차전지(70)를 충전하는 방향(단자(PP)로부터 단자(BP)로의 방향)의 전류를 방전 제어 트랜지스터(2)에 흘리면서, 단자(PP)와 단자(BP) 사이의 전위차를 정전압(Vb)으로 제어할 수 있다.

한편, 차동 앰프(31)는 단자(PP)가 (단자(BP)+정전압(Vb))보다 낮은 전위가 되면, 방전 제어 트랜지스터(2)의 제어 단자에 인가되는 출력 전압을 상승시키므로, 방전 제어 트랜지스터(2)의 입출력 임피던스는 증가한다. 그 결과, 방전 제어 트랜지스터(2)는 오프 상태로 천이된다. 따라서, 차동 앰프(31)는 이차전지(70)를 방전시키는 방향(단자(BP)로부터 단자(PP)로의 방향)의 전류를 방전 제어 트랜지스터(2)의 오프에 의해 차단할 수 있다.

이상, 이차전지 보호 회로, 전지 팩, 전지 시스템 및 이차전지 보호 방법을 실시형태에 의해 설명했는데, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시형태의 일부 또는 전부와의 조합이나 치환 등의 각종 변형 및 개량이 본 발명의 범위 내에서 가능하다.

또 예를 들면 충전 제어 트랜지스터(1)와 방전 제어 트랜지스터(2)의 배치 위치는 도시하는 위치에 대하여 서로 치환되어도 된다. 또 스위치 회로(3)는 전지 보호 회로(10)에 내장되어도 된다.

1…충전 제어 트랜지스터
2…방전 제어 트랜지스터
3…스위치 회로
10, 10A, 10B…전지 보호 회로
20…제1 전위차 제어 회로
21…차동 앰프
22…충전 제어 회로
23…제1 전환 회로
30…제2 전위차 제어 회로
31…차동 앰프
32…방전 제어 회로
33…제2 전환 회로
41…과충전 검출 회로
42…과충전 복귀 검출 회로
43…과방전 검출 회로
44…과방전 복귀 검출 회로
45…과전류 검출 회로
46…제어 회로
50…충전기 접속 검출 회로
70…이차전지
80…전지 보호 장치
100, 200…전지 팩
301…전지 시스템

Claims

이차전지의 전극과 부하 및 충전기의 단자 사이의 충전 경로에 직렬로 삽입되는 충전 제어 트랜지스터에 의해 상기 충전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과충전으로부터 보호하고, 상기 전극과 상기 단자 사이의 방전 경로에 직렬로 삽입되는 방전 제어 트랜지스터에 의해 상기 방전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과방전으로부터 보호하는 이차전지 보호 회로로서,
상기 이차전지의 과충전을 검출하는 과충전 검출 회로와,
상기 이차전지의 과방전을 검출하는 과방전 검출 회로와,
상기 전극과 상기 단자 사이의 전위차에 따라, 전위차 검출 신호를 출력하는 전위차 검출 회로와,
상기 과충전이 상기 과충전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 또는 상기 과방전이 상기 과방전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 충전 제어 트랜지스터 또는 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 전위차를 제어하는 전위차 제어 회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제1항에 있어서, 상기 전위차 제어 회로는, 상기 과충전이 상기 과충전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 충전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 이차전지를 방전시키는 방향의 전류가 상기 충전 제어 트랜지스터에 흐르도록 상기 전위차를 제어하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제2항에 있어서, 상기 과충전이 상기 과충전 검출 회로에 의해 검출되고 있지 않은 경우, 상기 충전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 상기 충전 제어 트랜지스터를 제어하는 충전 제어 신호를 출력하는 충전 제어 회로와,
상기 과충전이 상기 과충전 검출 회로에 의해 검출되면, 상기 충전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 출력하는 신호를 상기 충전 제어 신호로부터 상기 전위차 검출 신호로 전환하는 제1 전환 회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제3항에 있어서, 상기 과충전의 복귀를 검출하는 과충전 복귀 검출 회로를 갖추고,
상기 제1 전환 회로는, 상기 과충전의 복귀가 상기 과충전 복귀 검출 회로에 의해 검출되면, 상기 충전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 출력하는 신호를 상기 전위차 검출 신호로부터 상기 충전 제어 신호로 전환하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제3항에 있어서, 상기 이차전지의 충전 과전류를 검출하는 충전 과전류 검출 회로를 갖추고,
상기 제1 전환 회로는, 상기 충전 과전류가 상기 충전 과전류 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 충전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 상기 충전 제어 트랜지스터를 오프시키는 상기 충전 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전위차 제어 회로는, 상기 과방전이 상기 과방전 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 이차전지를 충전하는 방향의 전류가 상기 방전 제어 트랜지스터에 흐르도록 상기 전위차를 제어하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제6항에 있어서, 상기 과방전이 상기 과방전 검출 회로에 의해 검출되고 있지 않은 경우, 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 상기 방전 제어 트랜지스터를 제어하는 방전 제어 신호를 출력하는 방전 제어 회로와,
상기 과방전이 상기 과방전 검출 회로에 의해 검출되면, 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 출력하는 신호를 상기 방전 제어 신호로부터 상기 전위차 검출 신호로 전환하는 제2 전환 회로를 갖추는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제7항에 있어서, 상기 과방전의 복귀를 검출하는 과방전 복귀 검출 회로를 갖추고,
상기 제2 전환 회로는, 상기 과방전의 복귀가 상기 과방전 복귀 검출 회로에 의해 검출되면, 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 출력하는 신호를 상기 전위차 검출 신호로부터 상기 방전 제어 신호로 전환하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제8항에 있어서, 상기 충전기의 접속을 검출하는 충전기 접속 검출 회로를 갖추고,
상기 전위차 제어 회로 및 상기 과방전 복귀 검출 회로는, 상기 충전기의 접속이 상기 충전기 접속 검출 회로에 의해 검출되면 동작하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제9항에 있어서, 상기 충전기 접속 검출 회로는, CMOS 인버터 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제7항에 있어서, 상기 이차전지의 방전 과전류를 검출하는 방전 과전류 검출 회로를 갖추고,
상기 제2 전환 회로는, 상기 방전 과전류가 상기 방전 과전류 검출 회로에 의해 검출되고 있는 경우, 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 상기 방전 제어 트랜지스터를 오프시키는 상기 방전 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 이차전지 보호 회로와,
상기 이차전지와,
상기 충전 제어 트랜지스터와,
상기 방전 제어 트랜지스터
를 갖추는 것을 특징으로 하는 전지 팩.
병렬로 접속된 복수의 전지 팩을 갖추고, 상기 전지 팩은 제12항에 기재된 전지 팩인 것을 특징으로 하는 전지 시스템.
이차전지의 전극과 부하 및 충전기의 단자 사이의 충전 경로에 직렬로 삽입되는 충전 제어 트랜지스터에 의해 상기 충전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과충전으로부터 보호하고, 상기 전극과 상기 단자 사이의 방전 경로에 직렬로 삽입되는 방전 제어 트랜지스터에 의해 상기 방전 경로를 차단함으로써 상기 이차전지를 과방전으로부터 보호하는 이차전지 보호 방법으로서,
상기 이차전지의 과충전을 검출하고,
상기 이차전지의 과방전을 검출하고,
상기 전극과 상기 단자 사이의 전위차에 따라, 전위차 검출 신호를 출력하고,
상기 과충전 또는 상기 과방전이 검출되고 있는 경우, 상기 전위차 검출 신호를 상기 충전 제어 트랜지스터 또는 상기 방전 제어 트랜지스터의 제어 단자에 피드백하여 상기 전위차를 제어하는 것을 특징으로 하는 이차전지 보호 방법.