TWI483512B - 電池狀態監視電路及電池裝置 - Google Patents

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TWI483512B TW099102456A TW99102456A TWI483512B TW I483512 B TWI483512 B TW I483512B TW 099102456 A TW099102456 A TW 099102456A TW 99102456 A TW99102456 A TW 99102456A TW I483512 B TWI483512 B TW I483512B
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Kazuaki Sano
Wataru Sakamoto
Toshiyuki Koike
Muneharu Kawana
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Seiko Instr Inc
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Description

電池狀態監視電路及電池裝置
本發明係關於監視電池之狀態之電池狀態監視電路，及搭載複數個電池狀態監視電路之電池裝置。
第2圖表示具備有以往之電池狀態監視電路之電池裝置之電路圖。
電池裝置係具備有串聯連接之n個電池BT1 ~BTn 、並聯連接於各電池BT1 ~BTn 之每個的n個之開關(電量平衡(Cell Balance)用開關電路)SW1 ~SWn 、對應於各電池BT1 ~BTn 而個別設置之n個電池狀態監視電路BMF1 ~BMFn 、第1電晶體(充電用p通道電晶體)10、第2電晶體(放電p通道型電晶體)11、第1電阻元件(第1偏壓用電阻元件)20、第2電阻元件(第2偏壓用電阻元件)21、過電流檢測電路X，和第1外部端子30及第2外部端子31。
電池狀態監視電路BMF1 具備有過充電檢測電路A1 、第1NOR電路B1、第1輸出電晶體C1 、第1反相器D1 、第2反相器E1 、第1電流源F1 、過放電檢測電路G1 、第2NOR電路H1 、第2輸出電晶體I1 、第3反相器J1 、第4反相器K1 、第2電流源L1 、電量平衡電路M1 、過放電電量平衡電路XC1 、第1OR電路XD1 、第1電壓監視端子PA1 、第2電壓監視端子PB1 、第1發送端子PC1 、第2發 送端子PD1 、第1接收端子PE1 、第2接收端子PF1 及控制端子PG1 。再者，具備如此之構成要素之電池狀態監視電路BMF1 係當作1晶片之IC(半導體裝置)而被構成。並且，在上述構成要素中，第1NOR電路B1 、第1輸出電晶體C1 、第1反相器D1 、第2反相器E1 、第1電流源F1 構成過充電資訊通訊電路，第2NOR電路H1 、第2輸出電晶體I1 、第3反相器J1 、第4反相器K1 、第2電流源L1 構成過放電資訊通訊電路。
過放電電量平衡電路XC1 係由第5反相器XA1 ，和第1AND電路XB1 構成，第1OR電路XD1 係接受過放電電量平衡電路XC1 和電量平衡電路M1 之輸出，經控制端子PG1 將控制訊號輸出至開關SW1 。
其他電池狀態監視電路BMF2 ~BMFn 因具備有與電池狀態監視電路BMF1 相同之構成要素，故僅改變符號而予以圖示。例如，電池狀態監視電路BMF2 中之過充電檢測電路之符號設為A2 ，電池狀態監視電路BMFn 中之過充電檢測電路之符號設為An 。即使針對其他構成要素也相同。
電池狀態監視電路BMFn 應連接於第1接收端子PEn 及第2接收端子PFn ，不存在輸出訊號的電池狀態監視電路。因此，接收過充電檢測訊號之第1接收端子PEn 被下拉。
過電流檢測電路X係被設置在第1外部端子30和第2外部端子31之放電路徑之間，將輸出端子連接於電池狀態監視電路BMFn 之第2接收端子PFn 。過電流檢測電路X因藉由電壓檢測出過電流，故由將電流變換成電壓之元件，例如電阻元件和檢測出電壓之比較電路等構成。
第2圖所示之電池裝置係藉由在第1外部端子30和第2外部端子31之間連接負荷或充電器，執行放電或充電。
通常狀態時，即是電池BT1 ～BTn 之所有電壓在含於過充電電壓以下且過放電電壓以上之範圍時，電池狀態監視電路BMF1 之過充電檢測電路A1 係將低位準之過充電檢測訊號輸出至第1NOR電路B1 。
此時，電池狀態監視電路BMF2 之第1輸出電晶體C2 因成為接通(ON)(針對該理由於後述)，電池狀態監視電路BMF1 之第2反相器E1 之輸入端子成為低位準，低位準之輸出訊號從第1反相器D1 被輸出至第1NOR電路B1 。第1NOR電路B1 因輸入低位準之過充電檢測訊號和低位準之第1反相器D1 之輸出訊號，故將高位準之否定邏輯和訊號輸出至第1輸出電晶體C1 之閘極端子。依此，因第1輸出電晶體C1 成為接通，故第1發送端子PC1 成為低位準，第1電晶體10成為接通。
在此，針對電池狀態監視電路BMF2 之第1輸出電晶體C2 成為接通之理由予以說明。最下段之電池狀態監視電路BMFn 之第1接收端子PEn 因與BTn 之負極端子連接，故第2反相器En 之輸入端子隨時成為低位準。因此，第1反相器Dn 隨時將低位準之輸出訊號輸出至第1NOR電路Bn ，過充電檢測電路An 係將低位準之過充電檢測訊號輸出至第1NOR電路Bn 。依此，第1NOR電路Bn 係將高位準之否定邏輯和訊號輸出至第1輸出電晶體Cn 之閘極端子，電池狀態監視電路BMFn 之第1電晶體Cn 成為接通。
依此，電池狀態監視電路BMFn-1 之第2反相器En-1 之輸入端子成為低位準，低位準之輸出訊號從第1反相器Dn-1 被輸出至第1NOR電路Bn-1 。另外，過充電檢測電路An-1 ，因將低位準之過充電檢測訊號輸入至第1NOR電路Bn-1 ，故第1NOR電路Bn-1 係將高位準之否定邏輯和訊號輸出至第1輸出電晶體Cn-1 之閘極端子。依此，電池狀態監視電路BMFn-1 之第1輸出電晶體Cn-1 成為接通。
上述般之動作係以上段側之電池狀態監視電路和下段側之電池狀態監視電路重複，電池狀態監視電路BMF2 之第1輸出電晶體C2 成為接通。
再者，在如此之通常狀態時，電池狀態監視電路BMF1 之過放電檢測電路G1 ，係將低位準之過放電檢測訊號輸出至第2NOR電路H1 。此時，因電池狀態監視電路BMF2 之第2輸出電晶體I2 也成為接通，故電池狀態監視電路BMF1 之第4反相器K1 之輸入端子成為低位準，低位準之輸出訊號從第3反相器J1 被輸出至第2NOR電路H1 。第2NOR電路H1 因輸入低位準之過充電檢測訊號和低位準之第3反相器J1 之輸出訊號，故將高位準之否定邏輯和訊號輸出至第2輸出電晶體I1 之閘極端子。依此，因第2輸出電晶體I1 成為接通，故第2發送端子PD1 成為低位準，第2電晶體11成為接通。
如上述般，因在通常狀態時，第1電晶體10及第2電晶體11成為接通，故電池裝置成為可充電及放電之狀態。
接著，針對於過放電狀態時，即是，在第1外部端子30和第2外部端子31之間連接負荷，電池BT1 ～BTn 放電，該些電池BT1 ～BTn 之至少一個電壓成為過放電電壓以下之情形予以說明。並且，在以下，假設電池BT1 之電壓高於過放電電壓，並且電池BT2 之電壓低於過放電電壓之時，在以下說明。
此時，電池狀態監視電路BMF2 之過放電檢測電路G2 係將高位準之過放電檢測訊號輸出至第2NOR電路H2 。然後，第2NOR電路H2 係將低位準之否定邏輯和訊號輸出至第2輸出電晶體I2 之閘極端子。依此，第2輸出電晶體I2 成為截止。
第4反相器K1 之輸入端子係藉由第2電流源L1 而被上拉至高位準，高位準之輸出訊號自第3反相器J1 被輸出至第2NOR電路H1 。然後，第2NOR電路H1 係將低位準之否定邏輯和訊號輸出至第2輸出電晶體I1 之閘極端子。依此，第2輸出電晶體I1 成為截止。
如上述般，當第2輸出電晶體I1 成為截止時，因第2電晶體11之閘極藉由第2電阻元件21成為高位準，第2電晶體11成為截止，故禁止對負荷放電。
再者，因電池BT1 之電壓高於過放電電壓，故過放電檢測電路G1 輸出低位準之訊號。因此，第1AND電路XB1 因輸入來自第5反相器XA1 之高位準之訊號和來自第3反相器J1 之高位準之訊號，故將高位準之訊號，即是過放電電量平衡訊號輸出至第1OR電路XD1 。
此時，藉由接收過放電電量平衡訊號，第1OR電路XD1 通過控制端子PG1 而使開關SW1 接通，電池BT1 經開關SW1 而放電。當進行放電，電池BT1 之電壓到達至過放電電壓時，自過放電檢測電路G1 輸出高位準之過放電檢測訊號，其結果第1OR電路XD1 通過控制端子PG1 使開關SW1 截止停止放電。
藉由上述般之動作，電池BT1 和電池BT2 中之任一者成為過放電電壓附近之電壓。如此藉由取得電量平衡，可以增長電池裝置之運轉時間。
過電流檢測電路X係檢測出連接於電池裝置之第1外部端子30和第2外部端子31之間的負荷流通過大放電電流(之後稱為「過電流」)。過電流檢測電路X係在無檢測出過電流之狀態下，將第2接收端子PFn 下拉至低位準。當產生過電流時，過電流檢測電路X藉由停止第2接收端子PFn 之下拉，將過電流檢測資訊傳達至電池狀態監視電路BMFn 。
如此一來，因第2電流源Ln 上拉第4反相器Kn 之輸入端子，故經電池狀態監視電路BMFn 之過放電資訊通訊電路而訊號被傳達至次段之電池狀態監視電路BMFn-1 ，最終電池狀態監視電路BMF1 禁止對負荷放電(參照專利文獻1)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特願2007-178834號公報
但是，在第2圖之例中，藉由過電流之檢測，禁止對負荷放電之時，則有同時藉由各電池之電量平衡用開關電路SW1 ~SWn 被接通，各電池之放電進行之問題。
即是，各電池狀態監視電路經第2接收端子PF1 ~PFn 而接收訊號時，該為來自過放電檢測之訊號，或來自過電流檢測之訊號，各電池狀態監視電路無法辨識。因此，例如即使藉由過電流檢測，欲停止放電之時，各電池狀態監電路係視為任一電池狀態監視電路已執行過放電檢測而輸出過放電電量平衡訊號，使得電量平衡用開關電路接通。如此在檢測出過電流之後，所有之電池之電壓下降至過放電電壓，再次充電電池裝置而至恢復電壓為止無法使用，明顯使用便利性惡化。
本發明係鑑於上述情形而所研究出，其目的在於提供即使追加過電流檢測功能使用便利性亦佳之電池狀態監視電路及電池裝置。
為了達成上述目的，本發明之電池狀態監視電路為對應於串聯連接之複數電池之各個而設置之電池狀態監視電路，具備：輸出過充電檢測訊號之過充電檢測電路、輸出過放電檢測訊號之過放電檢測電路、過放電電量平衡電路、將經第1接收端子而接收到之過充電訊號從第1發送端子發送至外部之過充電資訊通訊電路、將經第2接收端子而接收到之過放電訊號從第2發送端子發送至外部之過放電資訊通訊電路，過放電電量平衡電路係於過放電檢測訊號為過放電檢測否狀態，過放電訊號為過放電狀態，過充電訊號為過充電狀態否之時，輸出電量平衡訊號。
若藉由本發明時，不用在電池狀態監視電路上追加端子，於藉由過電流檢測電路檢測出放電過電流之時，不使過放電電量平衡(Cell Balance)發揮功能，能夠禁止放電。
第1圖為本發明之實施型態所涉及之電池裝置之電路圖。
本發明之實施型態所涉及之電池裝置，係具備有串聯連接之n個電池BT1 ~BTn 、並聯連接於各電池BT1 ~BTn 之每個的n個開關(電量平衡(Cell Balance)用開關電路)SW1 ~SWn 、對應於各電池BT1 ~BTn 而個別設置之n個電池狀態監視電路BNF1 ~BNFn 、第1電晶體(充電用p通道電晶體)10、第2電晶體(放電p通道型電晶體)11、第1電阻元件(第1偏壓用電阻元件)20、第2電阻元件(第2偏壓用電阻元件)21、過電流檢測電路X，和第1外部端子30及第2外部端子31。
電池狀態監視電路BNF1 具備有過充電檢測電路A1 、第1NOR電路B1 、第1輸出電晶體C1 、第1反相器D1 、第2反相器E1 、第1電流源F1 、過放電檢測電路G1 、第2NOR電路H1 、第2輸出電晶體I1 、第3反相器J1 、第4反相器K1 、第2電流源L1 、電量平衡電路M1 、過放電電量平衡電路XC1 、第1OR電路XD1 、第1電壓監視端子PA1 、第2電壓監視端子PB1 、第1發送端子PC1 、第2發送端子PD1 、第1接收端子PE1 、第2接收端子PF1 及控制端子PG1 。再者，具備如此之構成要素之電池狀態監視電路BNF1 係當作1晶片之IC(半導體裝置)而被構成。並且，在上述構成要素中，第1NOR電路B1 、第1輸出電晶體C1 、第1反相器D1 、第2反相器E1 、第1電流源F1 構成過充電資訊通訊電路，第2NOR電路H1 、第2輸出電晶體I1 、第3反相器J1 、第4反相器K1 、第2電流源L1 構成過放電資訊通訊電路。
過放電電量平衡電路XC1 係由第5反相器XA1 、第6反相器XE1 、3輸入之第2AND電路XF1 所構成。第2AND電路XF1 之輸入，係經第5反相器XA1 連接過放電檢測電路G1 之輸出端子，經第3反相器J1 和第4反相器K1 而連接第2接收端子PF1 ，經第6反相器XE1 而連接第1接收端子PE1 。
第1OR電路XD1 係接受過放電電量平衡電路XC1 和電量平衡電路M1 之輸出，經控制端子PG1 將控制訊號輸出至開關SW1 。
其他電池狀態監視電路BNF2 ～BNFn 因具備有與電池狀態監視電路BNF1 相同之構成要素，故僅改變符號而予以圖示。例如，電池狀態監視電路BNF2 中之過充電檢測電路之符號設為A2 ，電池狀態監視電路BNFn 中之過充電檢測電路之符號設為An 。即使針對其他構成要素也相同。
過電流檢測電路X係被設置在第1外部端子30和第2外部端子31之放電路徑之間，將輸出端子連接於電池狀態監視電路BNFn 之第1接收端子PEn 及第2接收端子PFn 。過電流檢測電路X因藉由電壓檢測出過電流，故由將電流變換成電壓之元件，例如電阻元件和檢測出電壓之比較電路等構成。
本發明之實施型態所涉及之電池裝置係藉由在第1外部端子30和第2外部端子31之間連接負荷或充電器，執行放電或充電。本發明之實施型態所涉及之電池裝置之過電流檢測時以外之動作因與以往之電池裝置相同，故省略說明。
說明本發明之實施型態所涉及之電池裝置之過電流檢測時之動作。
過電流檢測電路X係在無檢測出過電流之狀態下，將第1接收端子PEn 及第2接收端子PFn 下拉至低位準。
過電流檢測電路X係當檢測出過電流時，從輸出端子輸出高位準之電壓。因此，由於最端段之電池狀態監視電路BNFn 之第2接收端子PFn 成為高位準，將過電流檢測資訊，即是放電之禁止傳達至電池狀態監視電路BNFn 。然後，因第2電流源Ln 上拉第4反相器Kn 之輸入，故經電池狀態監視電路BNFn 之過放電資訊通訊電路而訊號被傳達至次段之電池狀態監視電路BNFn-1 ，最終電池狀態監視電路BNF1 截止第2電晶體11，依此禁止對負荷放電。
電池BTn 之電壓高於過放電電壓時，過放電檢測電路Gn 輸出低位準之訊號。因此，第2AND電路XFn 係輸入來自第5反相器XAn 之高位準之訊號和第3反相器Jn 之高位準之訊號。
在此，過電流檢測電路X也連接於最端段之電池狀態監視電路BNFn 之第1接收端子PEn 。即是，藉由過電流檢測電路X將第1接收端子PEn 之電壓設為高位準，第6反相器XEn 之輸出成為低位準，第2AND電路XFn 輸出不成為高位準。因此，即使藉由過電流檢測，第1OR電路XDn 之輸出維持低位準，開關SWn 不接通，過放電電量平衡不發揮功能。
再者，經電池狀態監視電路BNFn 之過充電資訊電路訊號也傳達至次段之電池狀態監視電路BNFn-1 ，故同樣電池狀態監視電路BNFn-1 之電量平衡用開關SWn-1 也不接通。
如此一來，若藉由第1圖所示之本發明，因僅在過放電電量平衡電路追加簡單電路，於過電流檢測時可以使過放電電量平衡不發揮功能，故提升使用便利性。
BT1 ～BTn ．．．電池
SW1 ～SWn ．．．開關
BM1 ～BMn ．．．電池狀態監視電路
10．．．第1電晶體
11．．．第2電晶體
20．．．第1電阻元件
21．．．第2電阻元件
30．．．第1外部端子
31．．．第2外部端子
A1 ．．．過充電檢測電路
B1 ．．．第1NOR電路
C1 ．．．第1輸出電晶體
D1 ．．．第1反相器
E1 ．．．第2反相器
F1 ．．．第1電流源
G1 ．．．過充電檢測電路
H1 ．．．第2NOR電路
I1 ．．．第2輸出電晶體
J1 ．．．第3反相器
K1 ．．．第4反相器
L1 ．．．第2電流源
M1 ．．．電量平衡電路
PA1 ．．．第1電壓監視端子
PB1 ．．．第2電壓監視端子
PC1 ．．．第1發送端子
PD1 ．．．第2發送端子
PE1 ．．．第1接收端子
PF1 ．．．第2接收端子
PG1 ．．．控制端子
XC1 ．．．過放電電量平衡電路
XD1 ．．．第1OR電路
XA1 ．．．第5反相器
XB1 ．．．第1AND電路
XE1 ．．．第6反相器
XF1 ．．．第2AND電路
X．．．過電流檢測電路
第1圖為本發明之實施型態所涉及之電池裝置之電路圖。
第2圖為以往之電池裝置之電路圖。
BT1 ～BTn ．．．電池
SW1 ～SWn ．．．開關
BM1 ～BMn ．．．電池狀態監視電路
10．．．第1電晶體
11．．．第2電晶體
20．．．第1電阻元件
21．．．第2電阻元件
30．．．第1外部端子
A1 ．．．過充電檢測電路
B1 ．．．第1NOR電路
C1 ．．．第1輸出電晶體
D1 ．．．第1反相器
E1 ．．．第2反相器
F1 ．．．第1電流源
G1 ．．．過充電檢測電路
H1 ．．．第2NOR電路
I1 ．．．第2輸出電晶體
J1 ．．．第3反相器
K1 ．．．第4反相器
L1 ．．．第2電流源
M1 ．．．電量平衡電路
PA1 ．．．第1電壓監視端子
PB1 ．．．第2電壓監視端子
PC1 ．．．第1發送端子
PD1 ．．．第2發送端子
PE1 ．．．第1接收端子
PF1 ．．．第2接收端子
PG1 ．．．控制端子
XC1 ．．．過放電電量平衡電路
XD1 ．．．第1OR電路
XA1 ．．．第5反相器
XE1 ．．．第6反相器
XF1 ．．．第2AND電路
X．．．過電流檢測電路

Claims (2)

  1. 一種電池狀態監視電路，其特徵為具備：第1電壓監視端子，其係被使用於與一個電池之正極端子連接；第2電壓監視端子，其係被使用於與上述電池之負極端子連接；第1發送端子；第2發送端子；第1接收端子；第2接收端子；控制端子；過充電檢測電路，其係根據上述第1電壓監視端子和上述第2電壓監視端子之間之電壓，檢測出上述電池是否為過充電狀態，並輸出表示該檢測結果之過充電檢測訊號；過放電檢測電路，其係根據上述第1電壓監視端子和上述第2電壓監視端子之間之電壓，檢測出上述電池是否為過放電狀態，並輸出表示該檢測結果之過放電檢測訊號；過放電電量平衡電路，其係根據上述第1電壓監視端子和上述第2電壓監視端子之間之電壓，檢測出是否必須將上述電池予以電量平衡(Cell Balance)控制，並將表示該檢測結果之電量平衡訊號輸出至上述控制端子；過充電資訊通訊電路，其係於經上述第1接收端子而 接收到之表示其他電池是否過充電狀態之過充電訊號，和上述過充電檢測訊號之至少一方表示過充電狀態之時，將表示過充電狀態之過充電訊號從上述第1發送端子發送至外部；及過放電資訊通訊電路，其係於經上述第2接收端子而接收到之表示其他電池是否過放電狀態之過放電訊號，和上述過放電檢測訊號之至少一方表示過放電狀態之時，將表示過放電狀態之過放電訊號從上述第2發送端子發送至外部，上述過放電電量平衡電路係輸入上述過放電檢測訊號和上述過放電訊號和上述過充電訊號，於上述過放電檢測訊號為過放電檢測否狀態，上述過放電訊號為過放電狀態，上述過充電訊號為過充電狀態否之時，輸出上述電量平衡訊號。
  2. 一種電池裝置，其特徵為具備：第1外部端子及第2外部端子；被串聯連接之複數電池；對應於上述複數電池之各個而設置之如申請專利範圍第1項所記載之電池狀態監視電路；電量平衡用開關電路，其係被並聯連接於上述複數電池之各個，因應自對應於各電池之上述電池狀態監視電路之控制端子所輸出之電量平衡訊號，而切換2端子間之連接和非連接；充電用開關電路，其係被設置在上述第1外部端子和 上述複數之電池間，切換上述複數之電池之充電之許可或禁止；放電用開關電路，其係被設置在上述第1外部端子和上述複數之電池間，切換上述複數之電池之放電之許可或禁止；及過電流檢測電路，其係被設置在上述第2外部端子和上述複數電池間，檢測出是否為上述複數電池之充電過電流狀態，並輸出表示該檢測結果之過電流檢測訊號；上述電池狀態監視電路之第1電壓監視端子係與對應於各個之電池之正極端子連接，上述第2電壓監視端子係與對應於各個之電池之負極端子連接，上述第1發送端子係與鄰接之一方之電池狀態監視電路之第1接收端子連接，第2發送端子係與鄰接之一方之電池狀態監視電路之第2接收端子連接，上述第1接收端子係與鄰接之另一方之電池狀態監視電路之第1發送端子連接，第2接收端子係與鄰接之另一方之電池狀態監視電路之第2發送端子連接，上述過電流檢測電路之輸出端子係連接於對應於上述串聯連接之複數電池內之上述第2外部端子側之電池的上述電池狀態監視電路之第1接收端子及第2接收端子。
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