JP5064914B2 - 充放電制御回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、バッテリの充放電を制御する充放電制御回路、及び、その回路を備えたバッテリ装置に関する。

現在、様々な電子機器が、持ち運ばれて使用されるようになっている。その際、電子機器は、内蔵されたバッテリ装置によって動作している。このバッテリ装置は、バッテリの過充電や過放電、または過電流を検出し、バッテリの充放電を制御する充放電制御回路を備えていて、正常に動作するように構成されている。各検出回路の検出信号は、誤検出を防止するために検出信号を遅延する遅延回路を介して、充放電を制御するスイッチ素子を制御する制御回路に伝達される。一般に遅延回路は、発振回路と分周回路とで構成されており、回路規模上各検出回路共通に設けられる（例えば、特許文献１参照）。

従来の充放電制御回路及びバッテリ装置について説明する。図４は、従来の充放電制御回路及びバッテリ装置の概略を示すブロック図である。

バッテリ装置２００は、一端が外部端子２０４に接続され、他端が電流を制限することができるスイッチ回路２０３を介して外部端子２０５に接続されたバッテリ２０１を備えている。このバッテリ２０１には、バッテリ２０１の電圧及び電流を検出してバッテリ２０１の充放電を制御する充放電制御回路２０２が並列に接続されている。外部端子２０４と外部端子２０５との間には、バッテリ２０１を充電する充電器３０１または負荷３０２が接続されている。

この充放電制御回路２０２は、バッテリ２０１の電圧が充電可能な上限電圧以上になると過充電検出信号を出力する過充電検出回路３０６と、バッテリ２０１の電圧が放電可能な下限電圧未満になると過放電検出信号を出力する過放電検出回路３０７と、スイッチ回路２０３の電流が上限電流以上になると過電流検出信号を出力する過電流検出回路３０８と、夫々の検出信号に対して夫々の遅延時間を計数する遅延回路３０９と、遅延回路３０９によって確定された検出信号からスイッチ回路２０３を制御する信号に変換し出力するロジック回路３０５を備えている。

スイッチ回路２０３は、過充電状態や過放電状態、または過電流状態のときにオフするように制御され、バッテリ２０１の充電電流または放電電流を停止する。
特開２００２−１７６７３０号公報

しかし、従来の充放電制御回路及びバッテリ装置では、パルス充電を行う充電器と負荷が接続された場合に、過充電状態あるいは過放電状態で疑似的な過電流状態と解除を繰り返すことによって、充放電制御回路及びバッテリ装置の正常動作を障る問題がある。

例えば、過放電状態において、断続的なパルス充電行う充電器３０１と負荷３０２が同時に外部端子２０４と２０５の間に接続されている場合に、放電電流が流れないにも拘らず、擬似的な放電過電流が発生してしまうことがある。

図３は、バッテリの過放電状態における擬似的な放電過電流を示す図である。過放電状態では、ロジック回路３０５の出力によって放電用のＦＥＴ３０３はＯＦＦ状態になっていて、放電電流は流れないようになっている。その時、充電電流は放電用のＦＥＴ３０３の寄生ダイオードを経由して流れる。充電器３０１からの充電パルスがある期間Ｔｏｎにおいて、充電器３０１から電池２０１に向って充電電流が流れ、端子１０３の電圧は端子１０２の電圧より寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆ分だけ降下する。充電器３０１からの充電パルスがない期間Ｔｏｆｆにおいては、放電電流と充電電流ともに流れないので、端子１０３の電圧は端子１０２の電圧より電池電圧Ｖbatteryの電圧だけ上昇する。この上
昇した電圧がある所定値以上になると、過電流検出回路３０８は放電過電流が発生したと判断して、疑似的な放電過電流状態が発生する。一方、充電器３０１からの充電パルスがある期間Ｔｏｎにおいては、充電器３０１から電池２０１に向って充電電流が流れるので、電池電圧は所定値以上になり、過放電検出回路３０７は過放電が解除されたと判断する。一般的に過電流遅延時間は、負荷短絡保護のために短く設定しているので、遅延回路を共通にしている場合には、過放電解除の遅延時間が終了しないうちに、疑似的な放電過電流が再びやってくるので、過放電解除ができなくなる可能性がある。

このような状態では、放電過電流状態が解除されずに充電が続けられ、電池２０１の電圧が上限値以上になっても過充電状態を検出できない可能性がある。また、過充電状態でも同様の問題が発生する。従って、不当に過充電状態及び過放電状態が解除されないときがあるので、充放電制御回路及びバッテリ装置は正常に動作できなくなり、安全性が低くなってしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することを目的とする。

本発明では、上記課題を解決するために、バッテリの充放電を制御する充放電制御回路において、バッテリの過充電状態において過電流検出回路の充電過電流検出信号を無効にする手段と、バッテリの過放電状態において過電流検出回路の放電過電流検出信号を無効にする手段を設けたことを特徴とする充放電制御回路を提供する。

また、本発明では、バッテリ装置において、バッテリと、前記バッテリの充電電流または放電電流を制限する電流制限回路と、前述の充放電制御回路と、を備えていることを特徴とするバッテリ装置を提供する。

本発明では、遅延回路が各検出回路共通に設けられた充放電制御回路及びバッテリ装置において、バッテリが過充電状態において過電流検出回路の充電過電流検出信号を無効にする手段と、バッテリの過放電状態において過電流検出回路の放電過電流検出信号を無効にする手段を設けたので、パルス充電を行う充電器が接続されても、過電流の誤検出を防止することができ、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、充放電制御回路及びバッテリ装置の概略を示すブロック図である。

バッテリ装置４００は、一端が外部端子２０４に接続され、他端が電流を制限することができるスイッチ回路２０３を介して外部端子２０５に接続されたバッテリ２０１を備えている。このバッテリ２０１には、バッテリ２０１の電圧及び電流を検出してバッテリ２０１の充放電を制御する充放電制御回路４０２が並列に接続されている。外部端子２０４と外部端子２０５との間に、バッテリ２０１をパルス充電する充電器３０１や負荷３０２が接続される。

スイッチ回路２０３は、充電電流が流れる方向が順方向の寄生ダイオードを備えたＦＥＴ３０３と、放電電流が流れる方向が順方向の寄生ダイオードを備えたＦＥＴ３０４を備えている。

充放電制御回路４０２は、過充電状態、過放電状態、または過電流状態のとき、スイッチ回路２０３をオフにするための充電停止信号または放電停止信号を、スイッチ回路２０３に出力する。また、バッテリ２０１が通常状態のとき、スイッチ回路２０３をオンにするための充電許可信号または放電許可信号を、スイッチ回路２０３に出力している。

この充放電制御回路４０２は、端子１０１および１０２に接続されており、バッテリ２０１の電圧が充電可能な上限電圧以上になる過充電状態を検出する過充電検出回路３０６と、端子１０１および１０２に接続されており、バッテリ２０１の電圧が放電可能な下限電圧未満になる過放電状態を検出する過放電検出回路３０７と、端子１０３に接続されており、スイッチ回路２０３の電流が上限電流以上になる過電流状態を検出する過電流検出回路３０８と、夫々の検出回路と接続されており検出信号を夫々の検出時間に応じた遅延時間分を遅延させる遅延回路３０９と、遅延回路３０９に接続されており遅延回路の出力する検出信号によってスイッチ回路２０３を制御するロジック回路４０５を備えている。

ロジック回路４０５はさらに、過充電状態での充電過電流の検出を無効とする充電過電流誤検出防止手段４０６と、過放電状態での放電過電流の検出を無効とする放電過電流誤検出防止手段４０７を備えている。

次に、バッテリ装置４００の動作について説明する。

バッテリ２０１が過充電状態になると、過充電検出回路３０６は過充電検出信号を遅延回路３０９に出力する。この信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は過充電検出信号をロジック回路４０６に出力する。ロジック回路４０５は、過充電検出信号を受けると、充電停止信号をＦＥＴ３０４に出力する。その結果、ＦＥＴ３０４はオフに制御され、ＦＥＴ３０４の寄生ダイオードは放電電流のみを通過させるので、充電電流は停止する。バッテリ２０１が通常状態になると、過充電検出回路３０６は過充電解除信号を遅延回路３０９に出力する。この信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は過充電解除信号をロジック回路４０５に出力する。ロジック回路４０５は、過充電解除信号を受けると、充電許可信号をＦＥＴ３０４に出力し、ＦＥＴ３０４はオンする。

また、バッテリ２０１が過放電状態になると、過放電検出回路３０７は過放電検出信号を遅延回路３０９に出力する。この信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は過放電検出信号をロジック回路４０６に出力する。ロジック回路４０５は、過放電検出信号を受けると、放電停止信号をＦＥＴ３０３に出力する。その結果、ＦＥＴ３０３はオフに制御され、ＦＥＴ３０３の寄生ダイオードは充電電流のみを通過させるので、放電電流は停止する。バッテリ２０１が通常状態になると、過放電検出回路３０７は過放電解除信号を遅延回路３０９に出力する。この信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は過放電解除信号をロジック回路４０５に出力する。ロジック回路４０５は、過放電解除信号を受けると、放電許可信号をＦＥＴ３０３に出力し、ＦＥＴ３０３はオンする。

また、充電器３０１または負荷３０２に何らかの問題が発生し、スイッチ回路２０３の電流が上限電流以上になると、スイッチ回路２０３のオン抵抗によって充放電制御回路４０２の端子１０２と端子１０３との電圧差が所定値以上になり、過電流検出回路４０８は充電過電流検出信号または放電過電流検出信号を遅延回路３０９に出力する。これらの信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は、これらの信号をロジック回路４０５に出力する。ロジック回路４０５は、充電過電流検出信号を受けると充電停止信号をＦＥＴ３０４に出力し、放電過電流検出信号を受けると放電停止信号をＦＥＴ３０３に出力する。従って、放電電流および充電電流は停止する。スイッチ回路２０３の電流が通常状態になると、過電流検出回路４０８は充電過電流解除信号または放電過電流解除信号を遅延回路３０９に出力する。これらの信号が所定時間続くと、遅延回路３０９は、これらの信号をロジック回路４０５に出力する。ロジック回路４０５は、これらの信号を受けると、ＦＥＴ３０４やＦＥＴ３０４に解除信号を出力し、ＦＥＴ３０４やＦＥＴ３０４はオンする。

ここで、外部端子２０４と外部端子２０５との間に、バッテリ２０１をパルス充電する充電器３０１と負荷３０２が同時に接続された場合について説明する。パルス充電の場合は、充電パルスがある期間Ｔｏｎと充電パルスがない期間Ｔｏｆｆがあり、期間Ｔｏｎに充電器電圧Ｖchargeが印加される。

図２は、バッテリ２０１の過充電状態における擬似的な充電過電流を示す図である。

バッテリ２０１が過充電状態にあり、充放電制御回路４０２がＦＥＴ３０４をオフして充電電流が停止している場合、期間Ｔｏｆｆではバッテリ２０１から負荷３０２に放電電流が流れ、端子１０３の電圧が端子１０２の電圧よりもＦＥＴ３０４の寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ上昇する。また、期間Ｔｏｎでは充電器３０１の電圧によってバッテリ２０１から負荷３０２に放電電流が流れないので、ＦＥＴ３０４の寄生ダイオードが逆バイアスになり、端子１０３の電圧が端子１０２の電圧よりも充電器電圧Ｖchargeからバッテリ電圧Ｖbatteryを減算した電圧だけ降下する。

この電圧降下が所定値以上になると、過電流検出回路４０８は、充電電流が流れていないにも拘らず充電過電流が発生したと誤検出して、充電過電流検出信号を出力する。遅延回路３０９は、充電過電流検出信号を所定時間遅延させた後に、ロジック回路４０５に出力する。

ここで、ロジック回路４０５に設けられた充電過電流誤検出防止手段４０６は、充電過電流検出信号を過充電中の検出信号であると判断して、充電過電流検出信号を無効とし、さらに過電流検出回路４０８に充電過電流の検出を禁止する信号を出力する。

なお、過充電状態では充電電流は禁止されていて、充電過電流が発生することはないので、過電流検出回路４０８が充電過電流を無視することによる不具合は発生しない。

従って、上述したような回路構成の充放電制御回路とすることで、パルス充電を行う充電器が接続されても、過充電状態における充電過電流の誤検出を防止することが出来るので、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

次に、過放電状態における放電過電流の誤検出防止の動作について説明する。図３は、バッテリの過放電状態における擬似的な放電過電流を示す図である。

バッテリ２０１が過放電状態にあり、充放電制御回路４０２がＦＥＴ３０３をオフして放電電流が停止している場合、期間Ｔｏｎでは充電器３０１からバッテリ２０１に充電電流が流れ、端子１０３の電圧が端子１０２の電圧よりもＦＥＴ３０３の寄生ダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ下降する。また、期間ＴｏｆｆではＦＥＴ３０３の寄生ダイオードが逆バイアスになりバッテリ２０１から負荷３０２に放電電流が流れないので、端子１０３の電圧は負荷３０２を介してバッテリ２０１に接続された状態となり、端子１０３の電圧が端子１０２の電圧よりもバッテリ電圧Ｖbatteryの電圧だけ上昇する。

この電圧上昇が所定値以上になると、過電流検出回路４０８は、放電電流が流れていないにも拘らず放電過電流が発生したと誤検出して、放電過電流検出信号を出力する。遅延回路３０９は、放電過電流検出信号を所定時間遅延させた後に、ロジック回路４０５に出力する。

ここで、ロジック回路４０５に設けられた放電過電流誤検出防止手段４０７は、放電過電流検出信号を過放電中の検出信号であると判断して、放電過電流検出信号を無効とし、さらに過電流検出回路４０８に放電過電流の検出を禁止する信号を出力する。

同様に、過放電状態では放電電流は禁止されていて、放電過電流が発生することはないので、過電流検出回路４０８が放電過電流を無視することによる不具合は発生しない。

従って、上述したような回路構成の充放電制御回路とすることで、パルス充電を行う充電器が接続されても、過放電状態における放電過電流の誤検出を防止することが出来るので、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

また、以上の実施形態では、充電過電流誤検出防止手段４０６と放電過電流誤検出防止手段４０７が、過充電状態における充電過電流検出信号と過放電状態における放電過電流検出信号を無効とするような構成として説明したが、過充電状態になったときに充電過電流誤検出防止手段４０６が過電流検出回路４０８に充電過電流の検出を禁止する信号を出力し、過放電状態になったときに放電過電流誤検出防止手段４０６が過電流検出回路４０８に放電過電流の検出を禁止する信号を出力する構成としても良い。

以上説明したように、遅延回路が各検出回路共通に設けられた充放電制御回路及びバッテリ装置であっても、過充電状態における充電過電流の誤検出および過放電状態における放電過電流の誤検出を防止することが出来るので、パルス充電を行う充電器が接続された場合においても安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

図５は、本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置の一実施例を示すブロック図である。本実施例では、検出はアクティブＨｉとしているが、検出はアクティブＬｏであっても同様に実施可能である。

過充電検出回路３０６は、電池２０１が過充電検出電圧以上に充電されると、論理回路５０１を介して過充電検出信号を遅延回路３０９に出力する。遅延回路３０９は、過充電検出遅延時間後に過充電検出遅延時間信号をロジック回路５０２に出力する。ロジック回路５０２は、過充電検出信号と過充電検出遅延時間信号を入力すると、論理回路５０４を介して過充電保護動作信号を充電制御用ＦＥＴ３０４に出力し、オフさせる。

過放電検出回路３０７は、電池２０１が過放電検出電圧以下に放電されると、論理回路５０１を介して過放電検出信号を遅延回路３０９に出力する。遅延回路３０９は、過放電検出遅延時間後に過放電検出遅延時間信号をロジック回路５０２に出力する。ロジック回路５０２は、過放電検出信号と過放電検出遅延時間信号を入力すると、論理回路５０３を介して過放電保護動作信号を充電制御用ＦＥＴ３０３に出力し、オフさせる。

過電流検出回路４０８は、電池への充電電流が充電過電流以上になると、論理回路５０５及び５０１を介して充電過電流検出信号を遅延回路３０９に出力する。遅延回路３０９は、充電過電流検出遅延時間後に充電過電流検出遅延時間信号をロジック回路５０２に出力する。ロジック回路５０２は、充電過電流検出信号と充電過電流検出遅延時間信号を入力すると、論理回路５０４を介して充電過電流保護動作信号を充電制御用ＦＥＴ３０４に出力して、オフさせる。

また過電流検出回路４０８は、電池からの放電電流が放電過電流以上になると、論理回路５０６及び５０１を介して放電過電流検出信号を遅延回路３０９に出力する。遅延回路３０９は、放電過電流検出遅延時間後に放電過電流検出遅延時間信号をロジック回路５０２に出力する。ロジック回路５０２は、放電過電流検出信号と放電過電流検出遅延時間信号を入力すると、論理回路５０３を介して放電過電流保護動作信号を放電制御用ＦＥＴ３０３に出力して、オフさせる。

ここでバッテリ装置が、過充電状態において充電過電流を検出したときの動作を説明する。過充電状態では、ロジック回路５０２は過充電保護動作信号を論理回路５０４に出力すると同時は、論理回路５０５にも出力する。論理回路５０５は、ＮＯＲ回路で構成されていて、入力端子の一つでもＨｉレベルであると、出力はＬｏレベルとなる。従って、過電流検出回路４０８が充電過電流を検出して、充電過電流検出信号を遅延回路３０９に出力しようとしても、論理回路５０５において無効とされる。
すなわち、過充電状態における充電過電流の誤検出を防止することが出来るので、パルス充電を行う充電器と負荷が接続された場合においても、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

また、過放電状態における放電過電流の誤検出も同様に防止することが出来るので、パルス充電を行う充電器と負荷が接続された場合においても、安全性が高い充放電制御回路及びバッテリ装置を提供することが可能となる。

充放電制御回路及びバッテリ装置の概略を示すブロック図である。 バッテリの過充電状態における擬似的な充電過電流を示す図である。 バッテリの過放電状態における擬似的な放電過電流を示す図である。 従来の充放電制御回路及びバッテリ装置の概略を示すブロック図である。 本発明の充放電制御回路及びバッテリ装置の一実施例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１、１０２、１０３、１０４、１０５ 端子
２００、４００ バッテリ装置
２０１ バッテリ
２０２、４０２ 充放電制御回路
２０３ スイッチ回路
２０４、２０５ 外部端子
３０１ 充電器
３０２ 負荷
３０３、３０４ ＦＥＴ
３０５、４０５、５０２ ロジック回路
３０６ 過充電検出回路
３０７ 過放電検出回路
３０８、４０８ 過電流検出回路
３０９ 遅延回路
４０６ 充電過電流誤検出防止手段
４０７ 放電過電流誤検出防止手段
５０１、５０３、５０４、５０５、５０６ 論理回路

Claims (4)

1. バッテリの電圧をモニタした結果に基づいて電流制限回路を制御することによって、前記バッテリの充放電を制御する充放電制御回路であって、
   前記バッテリの両端の電圧を監視して、前記バッテリの過充電状態を検出する過充電検出回路と、
   前記バッテリの両端の電圧を監視して、前記バッテリの過放電状態を検出する過放電検出回路と、
   前記電流制限回路の両端の電圧を監視して、前記バッテリの充電過電流状態または放電過電流状態を検出する過電流検出回路と、
   前記過充電検出回路と、前記過放電検出回路と、前記過電流検出回路の検出信号を遅延させる、各検出回路共通に設けられた一つの遅延回路と、
   前記遅延回路の出力する検出信号に基づいて前記電流制限回路を制御する信号を出力するロジック回路を備え、
   過充電状態において充電過電流の検出を無効とし、過放電状態において放電過電流の検出を無効とすることを特徴とする充放電制御回路。
2. 前記ロジック回路は、
   過充電状態において充電過電流の検出信号を無効にする充電過電流誤検出防止手段と、
   過放電状態において放電過電流の検出信号を無効にする放電過電流誤検出防止手段と、を備えていることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
3. 前記ロジック回路は、
   過充電状態において、前記過電流検出回路に充電過電流の検出を禁止する信号を出力する充電過電流誤検出防止手段と、
   過放電状態において、前記過電流検出回路に放電過電流の検出を禁止する信号を出力する放電過電流誤検出防止手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載の充放電制御回路。
4. バッテリと、
   前記バッテリの充電電流または放電電流を制限する電流制限回路と、
   請求項１から３のいずれかに記載の充放電制御回路と、
   を備えていることを特徴とするバッテリ装置。

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