TW201611467A

TW201611467A - 充放電控制電路以及電池裝置

Info

Publication number: TW201611467A
Application number: TW104122104A
Authority: TW
Inventors: Shinya Fukuchi
Original assignee: Seiko Instr Inc
Priority date: 2014-07-09
Filing date: 2015-07-08
Publication date: 2016-03-16
Also published as: US9774194B2; CN105322612A; TWI562501B; US20160013668A1; KR20160008115A; JP2016019387A; CN105322612B; JP6370137B2

Abstract

本發明提供一種電路面積小的充放電控制電路、以及小型化的電池裝置。本發明將定電流電路及外部電阻連接於電壓監視端子，根據外部輸入使端子電壓上拉或下拉。而且，根據外部輸入切換比較器的輸出邏輯、過量充電檢測及過量放電檢測。

Description

充放電控制電路以及電池裝置

本發明是有關於一種偵測二次電池的電壓或異常的充放電控制電路以及電池裝置，且特別是有關於一種檢測過量充電及過量放電的電路。

電池裝置主要作為用來驅動攜帶用電子機器（負載）的電源。電池裝置具備過量充電保護功能，即，於因充電導致連接於負載的二次電池的電壓增加而超出過量充電檢測電壓（以下，稱為VCU）時，保護電池不受過量充電的影響。而且，具備過量放電保護功能，即，於因放電導致二次電池的電壓減少而低於過量放電檢測電壓（以下，稱為VDL）時，保護電池不受過量放電的影響（例如參照專利文獻1）。

圖3是表示習知的電池裝置的電路圖。習知的電池裝置具備串聯連接的二次電池10、二次電池11、充放電控制電路100、充電控制用場效應電晶體（Field Effect Transistor，FET）21、放電控制用FET22、及負載連接端子23、負載連接端子24。充放電控制電路100具備控制電路110、輸出電路111、輸出電路112、比較器（comparator）113、比較器114、比較器115、比較器116、基準電壓電路117、基準電壓電路118、及電阻電路120、電阻電路121、電阻電路122、電阻電路123、電阻電路124、電阻電路125、電阻電路126、電阻電路127。比較器113、比較器114檢測過量充電。比較器115、比較器116檢測過量放電。

習知的電池裝置以下述方式動作而控制二次電池的充放電。二次電池10的電壓，即，電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓小於VCU時，充電控制用FET閘極連接端子104輸出高位準（High），將充電控制用FET21接通（ON）。因此，二次電池10、二次電池11為可充電的狀態。電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓為VCU以上時，充電控制用FET閘極連接端子104輸出低位準（Low），將充電控制用FET21斷開（OFF）。因此，二次電池10、二次電池11處於禁止充電的狀態，保護電池不受過量充電的影響。對於二次電池11的電壓，即，電壓監視端子102-電壓監視端子103間電壓亦同樣地檢測且控制。

二次電池10的電壓，即，電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓超過VDL時，放電控制用FET閘極連接端子105輸出High，將放電控制用FET22接通。因此，二次電池10、二次電池11處於可放電的狀態，可驅動連接於負載連接端子23-負載連接端子24間的負載。二次電池10的電壓，即，電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓為VDL以下時，放電控制用FET閘極連接端子105輸出Low，將放電控制用FET22斷開。因此，二次電池10、二次電池11處於禁止放電的狀態，保護電池不受過量放電的影響。對於二次電池11的電壓，即，電壓監視端子102-電壓監視端子103間電壓亦同樣地檢測且控制。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2002-204532號公報 [發明欲解決的課題]

然而，上述充放電控制電路存在如下課題：胞元數每增加一個便要追加基準電壓電路、過量充電檢測用比較器及電阻電路、過量放電檢測用比較器及電阻電路，伴隨著胞元數的增加，電路的面積變大。

本發明是為了解決如上所述的課題而創作，其提供一種電路面積小的充放電控制電路、以及小型化的電池裝置。 [解決課題的手段]

為了解決習知的課題，本發明的電池裝置設為如下構成。本發明的電池裝置具備數量與胞元數相同的比較器、電阻電路、以及根據外部輸入而動作的定電流電路、及用來使電壓監視端子上拉（Pullup）或下拉（Pulldown）的電阻。 [發明效果]

根據本發明的電池裝置，可對每一個胞元削減比較器及電阻電路，因此可減小電路面積。因此，可提供電路面積小的充放電控制電路、以及小型化的電池裝置。

以下，參照圖式對具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置進行說明。圖1是具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置的方塊圖。

本實施方式的電池裝置具備串聯連接的二次電池10、二次電池11、充放電控制電路200、充電控制用FET21、放電控制用FET22、外部電阻30、及負載連接端子23、負載連接端子24。充放電控制電路200具備控制電路110、輸出電路111、輸出電路112、比較器113、比較器114、基準電壓電路117、基準電壓電路118、電阻電路120、電阻電路121、電阻電路122、電阻電路123、定電流電路131、定電流電路132、及開關（switch）133、開關134。而且，充放電控制電路200具備電壓監視端子101、電壓監視端子102、電壓監視端子103、充電控制用FET閘極連接端子104、放電控制用FET閘極連接端子105、及輸入端子106、輸入端子107。電壓監視端子101兼為第一電源端子，電壓監視端子103兼為第二電源端子。

二次電池10中，正極端子連接於負載連接端子23及電壓監視端子101，負極端子連接於外部電阻30的一端及二次電池11的正極端子。二次電池11中，負極端子連接於放電控制用FET22的源極及電壓監視端子103。外部電阻30的另一端連接於電壓監視端子102。於充電控制用FET閘極連接端子104連接有充電控制用FET21的閘極，於放電控制用FET閘極連接端子105連接有放電控制用FET22的閘極。充電控制用FET21中，汲極連接於放電控制用FET22的汲極，源極連接於負載連接端子24。

電阻120及電阻121串聯連接於電壓監視端子101-電壓監視端子102間。電阻122及電阻123串聯連接於電壓監視端子102-電壓監視端子103間。開關134及定電流電路132串聯連接於第一電源端子-電壓監視端子102間。開關133及定電流電路131串聯連接於電壓監視端子102-第二電源端子間。比較器113中，反相輸入端子經由基準電壓電路117而連接於電壓監視端子102，非反相輸入端子連接於電阻120與電阻121的連接點。比較器114中，反相輸入端子經由基準電壓電路118而連接於電壓監視端子103，非反相輸入端子連接於電阻122與電阻123的連接點。控制電路110中，於輸入端子連接有比較器113及比較器114的輸出端子以及輸入端子106、輸入端子107，輸出端子連接於輸出電路111及輸出電路112的輸入端子，控制端子連接於比較器113、比較器114、及開關133、開關134。

其次，對具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置的動作進行說明。例如當對輸入端子106、輸入端子107輸入Low的控制訊號時，充放電控制電路200監視二次電池10、二次電池11的過量充電，於超出過量充電檢測電壓（以下，稱為VCU）時保護電池不受過量充電的影響。而且，例如當對輸入端子106輸入High的控制訊號，對輸入端子107輸入Low的控制訊號時，充放電控制電路200監視二次電池10的過量放電，於低於過量放電檢測電壓（以下，稱為VDL）時，保護電池不受過量放電的影響。具體而言，控制電路110根據輸入至輸入端子106、輸入端子107的控制訊號，對比較器113、比較器114、及開關133、開關134的動作進行控制，並切換過量充電與過量放電而對其進行監視。

[監視二次電池的過量充電的情況] 控制電路110以如下方式進行控制，即，當對輸入端子106、輸入端子107輸入Low的控制訊號時，開啟（Open）開關133、開關134。比較器113將電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓經電阻120及電阻121分壓所得的電壓與基準電壓電路117的基準電壓進行比較。比較器114將電壓監視端子102-電壓監視端子103間電壓經電阻122及電阻123分壓所得的電壓與基準電壓電路118的基準電壓進行比較。

比較器113及比較器114根據來自控制電路110的控制訊號將輸出邏輯設定為正邏輯。當非反相輸入端子的電壓成為反相輸入端子的電壓以上，即，二次電池的電壓成為VCU以上時，比較器113及比較器114輸出High的訊號。

當自比較器113或比較器114輸入High的訊號時，控制電路110判斷二次電池為過量充電充狀態，而對輸出電路111輸出High的訊號，並自充電控制用FET閘極連接端子104輸出Low的訊號，藉此將充電控制用FET21斷開而禁止對二次電池10、二次電池11充電。

當自比較器113及比較器114輸入Low的訊號時，控制電路110判斷二次電池並非過量充電充狀態，而對輸出電路111輸出Low的訊號，並自充電控制用FET閘極連接端子104輸出High的訊號，藉此將充電控制用FET21接通而允許對二次電池10、二次電池11充電。

[監視二次電池的過量放電的情況] 充放電控制電路200於對輸入端子106輸入High的控制訊號，對輸入端子107輸入Low的控制訊號時，監視二次電池10的過量放電，且於對輸入端子106輸入Low的控制訊號，對輸入端子107輸入High的控制訊號時，監視二次電池11的過量放電。

控制電路110以下述方式進行控制，即，當對輸入端子106輸入High的控制訊號，對輸入端子107輸入Low的控制訊號時，使開關133短路（Short）並開啟開關134。即，電壓監視端子102被定電流電路131下拉，定電流自二次電池11經由外部電阻30流動。

若將定電流電路131流通的電流值設為IPD，將外部電阻30的電阻值設為R，則電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓成為對二次電池10的電壓加上電壓IPD×R所得的值。因此，比較器113於將電壓監視端子101-電壓監視端子102間電壓經電阻120及電阻121分壓所得的電壓與基準電壓電路117的基準電壓進行比較時，檢測VDL＝VCU－IPD×R。

比較器113根據來自控制電路110的控制訊號將輸出邏輯設定為負邏輯。當非反相輸入端子的電壓小於反相輸入端子的電壓，即，二次電池10的電壓小於VDL時，比較器113輸出High的訊號。

當自比較器113輸入High的訊號時，控制電路110判斷二次電池10為過量放電充狀態，而對輸出電路112輸出High的訊號，並自放電控制用FET閘極連接端子105輸出Low的訊號，藉此將放電控制用FET22斷開而禁止自二次電池10、二次電池11放電。

控制電路110以如下方式進行控制，即，當對輸入端子106輸入Low的控制訊號，對輸入端子107輸入High的控制訊號時，開啟開關133並使開關134短路。即，電壓監視端子102被定電流電路132上拉，定電流經由外部電阻30朝二次電池10流動。

因此，比較器114於將電壓監視端子102-電壓監視端子103間電壓經電阻122及電阻123分壓所得的電壓與基準電壓電路118的基準電壓進行比較時，檢測VDL＝VCU－IPD×R。

充放電控制電路200監視二次電池11的過量放電，於低於VDL時，保護電池不受過量放電的影響。若將定電流電路132流通的電流值設為IPU，則VDL成為VCU－IPU×R。

比較器114根據來自控制電路110的控制訊號將輸出邏輯設定為負邏輯。當非反相輸入端子的電壓小於反相輸入端子的電壓，即，二次電池11的電壓小於VDL時，比較器114輸出High的訊號。

當自比較器113輸入High的訊號時，控制電路110判斷二次電池11為過量放電充狀態，而對輸出電路112輸出High的訊號，並自放電控制用FET閘極連接端子105輸出Low的訊號，藉此將放電控制用FET22斷開而禁止自二次電池10、二次電池11放電。

而且，當自比較器113以及比較器114輸入Low的訊號時，控制電路110判斷二次電池10以及二次電池11並非過量放電充狀態，而對輸出電路112輸出Low的訊號，並自放電控制用FET閘極連接端子105輸出High的訊號，藉此將放電控制用FET22接通而允許自二次電池10、二次電池11放電。

於對二次電池的過量放電進行監視的情況下，藉由切換Low與High的控制訊號並將切換後的控制訊號輸入至輸入端子106及輸入端子107而分時監視。而且，於檢測過量放電之後，即便輸入端子106、輸入端子107均成為Low，亦不改變檢測狀態，即，維持對輸出電路112的輸出訊號。

如以上所說明般，根據具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置，對於應檢測過量充電及過量放電的二次電池，只要有一組由比較器及電阻電路形成的電壓檢測電路，便可檢測過量充電及過量放電，因此可減小電路面積。

另外，本實施方式的電池裝置是以由充放電控制電路所構成的示例進行說明，該充放電控制電路具備兩個二次電池10、二次電池11、及用來監視該些二次電池的電壓的電壓監視端子101、電壓監視端子102、電壓監視端子103，但二次電池只要為多個，則並不限定於兩個。

而且，於本實施方式中，以具備輸入端子106、輸入端子107而輸入控制訊號的方式構成，但該訊號的邏輯或構成並不限定於此，例如充放電控制電路亦可具備該功能。

而且，構成為控制電路110根據控制訊號而切換比較器113、比較器114的輸出邏輯，但並不限定於此，例如亦可構成為利用控制電路110切換比較器113、比較器114的輸出邏輯而進行判斷。而且，雖設為具備外部電阻30的構成，但亦可於電壓監視端子102內部設置電阻。

10、11‧‧‧二次電池
21‧‧‧充電控制用FET
22‧‧‧放電控制用FET
23、24‧‧‧負載連接端子
30‧‧‧外部電阻
100、200‧‧‧充放電控制電路
101、102、103‧‧‧電壓監視端子
104‧‧‧充電控制用FET閘極連接端子
105‧‧‧放電控制用FET閘極連接端子
106、107‧‧‧輸入端子
110‧‧‧控制電路
111、112‧‧‧輸出電路
113、114、115、116‧‧‧比較器
117、118‧‧‧基準電壓電路
120、121、122、123、124、125、126、127‧‧‧電阻電路
131、132‧‧‧定電流電路
133、134‧‧‧開關
VCU‧‧‧過量充電檢測電壓

圖1是具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置的方塊圖。圖2是具備本實施方式的充放電控制電路的電池裝置的時序圖。圖3是具備習知的充放電控制電路的電池裝置的方塊圖。

10、11‧‧‧二次電池

21‧‧‧充電控制用FET

22‧‧‧放電控制用FET

23、24‧‧‧負載連接端子

30‧‧‧外部電阻

101、102、103‧‧‧電壓監視端子

104‧‧‧充電控制用FET閘極連接端子

105‧‧‧放電控制用FET閘極連接端子

106、107‧‧‧輸入端子

110‧‧‧控制電路

111、112‧‧‧輸出電路

113、114‧‧‧比較器

117、118‧‧‧基準電壓電路

120、121、122、123‧‧‧電阻電路

131、132‧‧‧定電流電路

133、134‧‧‧開關

200‧‧‧充放電控制電路

Claims

一種充放電控制電路，其特徵在於包括：第一電壓監視端子、第二電壓監視端子、第三電壓監視端子，連接有第一二次電池以及第二二次電池；第一電阻電路，連接於上述第一電壓監視端子與上述第二電壓監視端子之間；第二電阻電路，連接於上述第二電壓監視端子與上述第三電壓監視端子之間；第一基準電壓電路，連接於上述第二電壓監視端子；第二基準電壓電路，連接於上述第三電壓監視端子；第一比較器，於其第一輸入端子連接上述第一電阻電路的輸出端子，於其第二輸入端子連接上述第一基準電壓電路的輸出端子；第二比較器，於其第一輸入端子連接上述第二電阻電路的輸出端子，於其第二輸入端子連接上述第二基準電壓電路的輸出端子；控制電路，於其第一輸入端子以及第二輸入端子連接上述第一比較器以及上述第二比較器的輸出端子，根據輸入至上述第一輸入端子以及上述第二輸入端子的訊號來監視上述二次電池的狀態；第一定電流電路，連接於上述第一電壓監視端子與上述第二電壓監視端子之間，接通與斷開由上述控制電路的第一控制訊號所控制；第二定電流電路，連接於上述第二電壓監視端子與上述第三電壓監視端子之間，接通與斷開由上述控制電路的第二控制訊號所控制；以及電阻，設置於上述第一二次電池與上述第二二次電池的連接點和上述第一定電流電路與上述第二定電流電路的連接點之間，上述控制電路將上述第一定電流電路以及上述第二定電流電路斷開而監視上述第一二次電池以及上述第二二次電池的過量充電，上述控制電路將上述第二定電流電路接通而監視上述第一二次電池的過量放電，將上述第一定電流電路接通而監視上述第二二次電池的過量放電。
如申請專利範圍第1項所述的充放電控制電路，其中上述第一比較器以及上述第二比較器根據上述控制電路的控制訊號來切換輸出邏輯。
一種電池裝置，包括：如申請專利範圍第1項或第2項所述的充放電控制電路；第一二次電池，連接於上述第一電壓監視端子與上述第二電壓監視端子之間；以及第二二次電池，連接於上述第二電壓監視端子與上述第三電壓監視端子之間。