TWI899372B - 充放電控制電路及電池裝置 - Google Patents

充放電控制電路及電池裝置

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Abstract

本發明提供一種充放電控制電路，其在二次電池的充電路徑與放電路徑並非相同的情況下，當在對負載停止放電的狀態下連接了充電器時，可抑制充電控制FET的發熱。充放電控制電路使用使放電路徑開閉的放電控制FET及使充電路徑開閉的充電控制FET對充放電進行控制，包括：充放電監視電路；以及控制電路，根據來自充放電監視電路的檢測信號及充電器的負極的電壓，使連接於二次電池與負載之間的放電控制FET及連接於放電控制FET與充電器之間的充電控制FET導通/斷開，並使放電路徑及充電路徑分別開閉，控制電路在使放電控制FET斷開、使充電控制FET導通之後，當探測到充電器的負極的電壓為規定的電壓以上時，使充電控制FET斷開。

Description

充放電控制電路及電池裝置
本發明是有關於一種充放電控制電路及電池裝置。
一般而言，電池裝置為了保護二次電池而包括對過放電、過充電等進行檢測，並對二次電池的充放電進行控制的充放電控制電路。所述充放電控制電路在檢測到過放電的情況下阻斷從二次電池向負載的放電路徑，在檢測到過充電的情況下阻斷從充電器向二次電池的充電路徑。
在此種電池裝置中，若將因連接異常的充電器而產生的充電過電流的大小與因所連接的負載異常而產生的放電過電流的大小進行比較，則放電過電流大多比充電過電流大。因此，作為使放電路徑開閉的放電控制場效電晶體（Field Effect Transistor，FET），需要電流耐受性高的放電控制FET。另一方面，作為使充電路徑開閉的充電控制FET，可使用電流耐受性比放電控制FET低的廉價的充電控制FET。由此，提出了可將充電路徑與放電路徑分離，並在充電控制FET中使用電流耐受性低的廉價的充電控制FET的充放電控制電路（例如，參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2018-183000號公報
[發明所要解決的問題]
然而，在對將充電路徑與放電路徑分離的電池裝置的充放電進行控制的充放電控制電路中，在因過電流或過放電等而使放電控制FET斷開的狀態下，在連接充電器而使充電控制FET導通的情況下，若負載的電阻低，且充電器的等效串聯電阻高，則負載引起的電壓降變小。因此，當充電器的負極側的電壓變高時，與二次電池的負極側的充電路徑串聯連接的充電控制FET的閘極-源極間電壓降低，導通電阻上升而發熱，因此若在所述狀態下持續通電則有劣化之虞。因此，在現有的充放電控制電路中，需要在連接了負載的狀態下不連接充電器。
本發明是鑒於所述問題而成，其目的在於在本發明的一個面向中提供一種電池裝置，其在二次電池的充電路徑與放電路徑並非相同的情況下，當在對負載停止放電的狀態下連接了充電器時，可抑制充電控制FET的發熱。 [解決問題的技術手段]
為了解決所述問題，本發明的一實施方式中的充放電控制電路使用放電控制FET及充電控制FET對二次電池的充放電進行控制，所述放電控制FET與負載串聯連接，並使針對所述負載的放電路徑開閉，所述充電控制FET連接於所述放電控制FET與充電器之間，並使基於所述充電器的充電路徑開閉，且所述充放電控制電路的特徵在於包括： 充放電監視電路，連接於所述二次電池的正極及負極，並監視所述二次電池的充放電狀態；以及 控制電路，根據來自所述充放電監視電路的表示所述二次電池的充放電狀態的檢測信號及所述充電器的負極的電壓，進行以下控制：使在所述放電路徑中連接於所述二次電池與所述負載之間的所述放電控制FET、及在所述充電路徑中連接於所述放電控制FET與所述充電器之間的所述充電控制FET分別導通/斷開，並使所述放電路徑及所述充電路徑分別開閉， 所述控制電路在使所述放電控制FET斷開、使所述充電控制FET導通之後，當探測到所述充電器的負極的電壓為規定的電壓以上時，使所述充電控制FET斷開。 [發明的效果]
在本發明的一個面向中，可提供一種電池裝置，其在二次電池的充電路徑與放電路徑並非相同的情況下，當在對負載停止放電的狀態下連接了充電器時，可抑制充電控制FET的發熱。
以下，參照附圖對本發明的實施方式進行說明。
圖1是表示本發明的一實施方式中的電池裝置的方塊圖。 本實施方式的電池裝置100包括：二次電池SC、與二次電池SC連接的充放電控制電路10、放電控制FET 11、充電控制FET 12、充放電端子P+、充電端子CHA-、以及放電端子DIS-。
在充放電端子P+與充電端子CHA-之間連接有充電器BC，且形成有圖1中虛線所示的充電路徑。另外，在充放電端子P+與放電端子DIS-之間連接有負載LD，且形成有圖1中虛線所示的放電路徑。再者，電池裝置100用於使連接有負載LD的產品運作。
充放電控制電路10包括：正極電源端子VDD、負極電源端子VSS、外部負電壓輸入端子VM、放電控制端子DO、充電控制端子CO、充放電監視電路10a、以及控制電路10b。
正極電源端子VDD連接於二次電池SC的正極、充電器BC的正極及充放電端子P+。負極電源端子VSS連接於二次電池SC的負極及放電控制FET 11。
充放電監視電路10a連接於正極電源端子VDD及負極電源端子VSS，且當檢測到二次電池SC的過充電時，將過充電檢測信號CONT_CO1（未顯示）輸出至控制電路10b。另外，充放電監視電路10a當檢測到二次電池SC的過放電時，將過放電檢測信號輸出至控制電路10b。
控制電路10b當從充放電監視電路10a被輸入過充電檢測信號CONT_CO1時，將使充電控制FET 12斷開的充電禁止信號輸出至充電控制端子CO。另外，控制電路10b在允許二次電池SC的充電的情況下，將使充電控制FET 12導通的充電允許信號輸出至充電控制端子CO。
控制電路10b當從充放電監視電路10a被輸入過放電檢測信號時，將使放電控制FET 11斷開的放電禁止信號輸出至放電控制端子DO。另外，控制電路10b在允許二次電池SC的放電的情況下，將使放電控制FET 11導通的放電允許信號輸出至放電控制端子DO。
外部負電壓輸入端子VM是為了檢測連接了充電器BC而對充電端子CHA-的電壓進行檢測的端子，且連接於充電端子CHA-。
放電控制FET 11的汲極連接於充電控制FET 12的汲極，源極連接於二次電池SC的負極。放電控制FET 11的閘極連接於放電控制端子DO，且藉由從控制電路10b輸出的放電控制信號CONT_DO進行導通/斷開。 再者，即使放電控制FET 11被斷開，也藉由內部寄生二極管流動充電電流。 另外，放電控制信號CONT_DO有放電禁止信號及放電允許信號此兩種。
充電控制FET 12的汲極連接於放電控制FET 11的汲極，源極連接於充電端子CHA-。充電控制FET 12的閘極連接於充電控制端子CO，且藉由從控制電路10b輸出的充電控制信號CONT_CO（未顯示）進行導通/斷開。 充電控制信號CONT_CO有充電禁止信號及充電允許信號此兩種。充電控制信號CONT_CO為對過充電檢測信號CONT_CO1及後述的發熱控制信號CONT_CO2進行邏輯運算的結果。 再者，即使充電控制FET 12被斷開，也藉由內部寄生二極管流動放電電流。
放電控制FET 11與充電控制FET 12的連接部經由放電端子DIS-連接於負載LD的一端。所述連接部為充電路徑與放電路徑的分歧點，放電控制FET 11配置於充電路徑與放電路徑的共同路徑上，充電控制FET 12僅配置於充電路徑上。
如此，充放電控制電路10的控制電路10b基於來自充放電監視電路10a的兩種檢測信號及由外部負電壓輸入端子VM檢測到的充電端子CHA-的電壓，向放電控制FET 11及充電控制FET 12分別輸出各種控制信號而對二次電池SC的充放電進行控制。
而且，本實施方式的控制電路10b從探測到過放電的充放電監視電路10a被輸入過放電檢測信號，並在連接有負載LD的狀態下使放電控制FET 11斷開之後，連接充電器BC並輸出發熱控制信號CONT_CO2而使充電控制FET 12導通。在此情況下，控制電路10b當探測到由外部負電壓輸入端子VM檢測到的電壓為規定的電壓以上時，輸出使充電控制FET 12斷開的發熱控制信號CONT_CO2。由此，控制電路10b使充電控制FET 12斷開來抑制充電控制FET 12的發熱。 再者，發熱控制信號CONT_CO2有使充電控制FET 12導通的信號及使充電控制FET 12斷開的信號此兩種。 以下，詳細說明充電控制FET 12的發熱及對其發熱進行抑制。
首先，考慮在藉由向負載LD的放電，成為過放電狀態而使放電控制FET 11斷開之後，連接充電器BC而使充電控制FET 12導通的情況下的電流。
圖2是表示在本實施方式中，在連接有負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的電流的電路圖。在此情況下，若負載LD的電阻低且充電器BC的等效串聯電阻高，則由負載LD引起的電壓降變小，因此電流如圖2中虛線所示那樣流動，放電端子DIS-及充電端子CHA-的電壓不會降低至VSS。於是，充電控制FET 12的閘極-源極間電壓降低而導通電阻變高，若在所述狀態下持續通電則會發熱。因此，在現有的充放電控制電路中，有充電控制FET 12劣化之虞。 接著，使用時序圖對所述狀態進行說明。
圖3是在現有的充放電控制電路中，在連接負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的時序圖。 在圖3中的（1）中，當在連接有負載LD的狀態下因過電流或過放電等而放電控制FET 11成為斷開時，負載LD的電阻小，因此放電端子DIS-及充電端子CHA-的電壓上升至VDD。其後，當在圖3中的（2）中連接充電器BC時，如圖2所說明那樣，充電端子CHA-的電壓不會降低至VSS，因此充電控制FET 12的閘極-源極間電壓降低。於是，充電控制FET 12的導通電阻變高，若在所述狀態下持續通電，則充電控制FET 12會發熱。因此，在現有的充放電控制電路中，需要不將負載LD與充電器BC同時連接。 因此，本實施方式的控制電路10b輸出發熱控制信號CONT_CO2來進行充電控制FET 12的導通/斷開控制，以使得充電控制FET 12不發熱。
圖4是在本實施方式中，在連接有負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的時序圖。 在圖4中的（1）中，當在連接有負載LD的狀態下因過電流或過放電等而放電控制FET 11成為斷開時，與圖3同樣地，放電端子DIS-及充電端子CHA-的電壓上升至VDD的電壓。探測到充電端子CHA-的電壓成為基準電壓Vref以上的控制電路10b輸出發熱控制信號CONT_CO2而使充電控制FET 12斷開。此時，CO端子電壓下降至充電端子CHA-的電壓，並與充電端子CHA-的電壓一起上升。
其後，當在圖4中的（2）中連接充電器BC時，充電端子CHA-的電壓下降，在（3）中探測到充電端子CHA-的電壓小於作為規定電壓的基準電壓Vref的控制電路10b輸出發熱控制信號CONT_CO2而使充電控制FET 12導通。於是，在圖4中的（4）中，在充放電控制電路10連接有充電器BC，但由於充電器BC的等效串聯電阻大，因此充電端子CHA-的電壓受影響而變高。此時，探測到充電端子CHA-的電壓成為基準電壓Vref以上的控制電路10b輸出發熱控制信號CONT_CO2而使充電控制FET 12斷開。 然後，探測到充電端子CHA-的電壓下降且小於Vref的控制電路10b輸出發熱控制信號CONT_CO2而使充電控制FET 12導通，並重複（3）與（4）。 如此，控制電路10b藉由根據充電端子CHA-的電壓使充電控制FET 12導通/斷開，可抑制充電控制FET 12的發熱。
圖5是表示根據本實施方式中的控制電路的一部分的電路圖，且是實現圖4所示的時序圖的電路圖的一部分的例子。 如圖5所示，控制電路10b包括：將從內部所設置的基準電壓產生電路產生的基準電壓Vref與外部負電壓輸入端子VM的電壓進行比較的比較器A、被輸入比較器A的輸出N1及放電控制信號CONT_DO的反及閘（NAND gate）B、以及使來自反及閘B的輸出反轉並作為發熱控制信號CONT_CO2輸出的反閘（NOT gate）C。 再者，從反閘C的後級輸出的發熱控制信號CONT_CO2與充放電監視電路10a的過充電檢測信號CONT_CO1一起進行邏輯運算並輸出至充電控制端子CO。
在放電控制信號CONT_DO為放電禁止信號的情況下，所述控制電路10b輸出和將外部負電壓輸入端子VM的電壓與基準電壓Vref進行比較的結果對應的發熱控制信號CONT_CO2，由此可實現圖4所示的時序圖。
如此，本實施方式的充放電控制電路10在因過電流或過放電等而使放電控制FET 11斷開之後，連接充電器BC而使充電控制FET 12導通的情況下，即使在負載LD的電阻低、充電器BC的等效串聯電阻高時，也可抑制充電控制FET 12的發熱。
再者，在本實施方式的充放電控制電路10中，如圖4所示，充電控制信號CONT_CO處於振盪狀態，因此在充電控制FET 12發熱時，也可不使充電控制FET 12導通。具體而言，也可如圖6所示，在圖5的控制電路10b的一部分加入附加電路並使充電控制FET 12在一定時間內不導通。
＜控制電路的一部分的變形例＞ 圖6是表示本實施方式中的控制電路的一部分的變形例的電路圖。 如圖6所示，控制電路10b除了圖5所示的反及閘B及反閘C之外，更包括附加電路D。 再者，反及閘B及反閘C與圖5的說明相同，因此省略。
附加電路D在探測到充電器BC的負極的電壓為規定的電壓以上，並使充電控制FET 12斷開之後的一定時間內，將使充電控制FET 12導通的充電控制信號延遲。所述附加電路D包括：反及閘Da、延遲部Db、反閘Dc、或反或閘（NOR gate）Dd、正反器（flip-flop）De、以及反閘Df。
反及閘Da被輸入使比較器A的輸出反轉的信號N1X及時脈輸出信號Q0，並輸出至延遲部Db及反或閘Dd。延遲部Db使反及閘Da的輸出延遲一定時間，並經由反閘Dc輸出至反或閘Dd。 再者，所述延遲部Db例如可為電阻電容（Resistance Capacitance，RC）濾波器，也可將時鐘、計數器等組合而形成。
反或閘Dd將來自反及閘Da的輸出直接輸入至其中一個端子，並且將經過延遲部Db及反閘Dc的來自反及閘Da的輸出輸入至另一個端子，並輸出至正反器De。
由延遲部Db、反閘Dc與反或閘Dd形成所謂的單脈衝產生電路。
正反器De被輸入來自反或閘Dd的輸出及經由反閘Df的信號N1X，並輸出至反及閘B。 再者，在本變形例的正反器De中，使用了反或閘，但不限於此，例如也可使用反及閘。
所述附加電路D藉由輸入至反及閘Da的信號N1X來設定正反器De，且在時脈輸出信號Q0從L電平變為H電平時，單脈衝產生電路輸出一個脈衝，由此將正反器De復位。
如此，圖6所示的控制電路10b的一部分的變形例在使充電控制FET 12斷開之後，無法將充電控制FET 12控制為在一定時間內導通，由此可更可靠地抑制充電控制FET 12的發熱。
以上描述了本發明的一實施方式，但本發明不限定於所述實施方式，當然在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變更或組合。
在本實施方式中，將放電控制FET 11及充電控制FET 12連接於二次電池SC的負極側，但不限於此，也可連接於二次電池SC的正極側。再者，在將放電控制FET 11及充電控制FET 12連接於二次電池SC的正極側的情況下，需要將放電控制FET 11及充電控制FET 12設為P通道（P channel）Pch。
10:充放電控制電路 10a:充放電監視電路 10b:控制電路 11:放電控制FET 12:充電控制FET 100:電池裝置 VDD:正極電源端子 VSS:負極電源端子 VM:外部負電壓輸入端子 DO:放電控制端子 CO:充電控制端子 P+:充放電端子 CHA-:充電端子 DIS-:放電端子 SC:二次電池 BC:充電器 LD:負載 D:附加電路
圖1是表示本發明一實施方式中的電池裝置的方塊圖。 圖2是表示在本實施方式中，在連接有負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的電流的電路圖。 圖3是在現有的電池裝置中，在連接有負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的時序圖。 圖4是在本實施方式中，在連接有負載的狀態下使放電控制FET斷開之後連接有充電器的情況下的時序圖。 圖5是表示本實施方式中的控制電路的一部分的電路圖。 圖6是表示本實施方式中的控制電路的一部分的變形例的電路圖。
10:充放電控制電路
10a:充放電監視電路
10b:控制電路
11:放電控制FET
12:充電控制FET
100:電池裝置
VDD:正極電源端子
VSS:負極電源端子
VM:外部負電壓輸入端子
DO:放電控制端子
CO:充電控制端子
P+:充放電端子
CHA-:充電端子
DIS-:放電端子
SC:二次電池
BC:充電器
LD:負載

Claims (3)

  1. 一種充放電控制電路，其使用放電控制場效電晶體及充電控制場效電晶體對二次電池的充放電進行控制，所述放電控制場效電晶體與負載串聯連接，並使針對所述負載的放電路徑開閉，所述充電控制場效電晶體連接於所述放電控制場效電晶體與充電器之間，並使基於所述充電器的充電路徑開閉，所述充放電控制電路包括：充放電監視電路，連接於所述二次電池的正極及負極，並監視所述二次電池的充放電狀態；以及控制電路，根據來自所述充放電監視電路的表示所述二次電池的充放電狀態的檢測信號及所述充電器的負極的電壓，進行以下控制：使在所述放電路徑中連接於所述二次電池與所述負載之間的所述放電控制場效電晶體、及在所述充電路徑中連接於所述放電控制場效電晶體與所述充電器之間的所述充電控制場效電晶體分別導通/斷開，並使所述放電路徑及所述充電路徑分別開閉，所述控制電路在當所述負載連接時使所述放電控制場效電晶體斷開、根據所述充電器連接使所述充電控制場效電晶體導通之後，當探測到所述充電器的負極的電壓為規定的電壓以上時，使所述充電控制場效電晶體斷開，其中在所述充電器連接及所述充電控制場效電晶體導通之後，所述負載引起的電壓降變小。
  2. 如請求項1所述的充放電控制電路，其中所述控制電路更包括延遲電路，所述延遲電路在探測到所述充電器的負極的電壓為規定的電壓以上，並將所述充電控制場效電晶體控制為斷開之後的一定時間內，將使所述充電控制場效電晶體導通的信號延遲。
  3. 一種電池裝置，包括：二次電池；充放電端子及充電端子，連接有負載；充電控制場效電晶體，其一端連接於所述充電端子；放電控制場效電晶體，其一端連接於所述充電控制場效電晶體的另一端，另一端連接於所述二次電池的負極；外部負電壓輸入端子，連接於所述充電控制場效電晶體；以及如請求項1或2所述的充放電控制電路，連接於所述二次電池、所述充電控制場效電晶體、所述放電控制場效電晶體、所述充放電端子及外部負電壓輸入端子。
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