JP5462043B2 - バッテリ状態監視回路及びバッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の電圧や異常を検知するバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置に関し、特に充放電制御回路内に温度センサを搭載したバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置に関する。

図３に、従来の温度センサを搭載したバッテリ装置の回路図を示す。従来の温度センサを搭載したバッテリ装置は、二次電池１０１と、過充電検出回路３０１と、過放電検出回路３０５と、制御回路３０２と、過熱検出回路３０４と、温度センサ３０７と、過電流検出回路３０３と、放電ＦＥＴ３０６と、充電ＦＥＴ３０８と、外部端子１０６と、外部端子１０７とを備えている。

接続としては、二次電池１０１の正極側が過充電検出回路３０１と過放電検出回路３０５と外部端子１０６に接続され、負極側が放電ＦＥＴ３０６のソースに接続される。制御回路３０２には、過充電検出回路３０１の出力と過放電検出回路３０５の出力と過電流検出回路の出力と過熱保護回路３０４の出力が接続される。放電ＦＥＴ３０６は、ゲートに制御回路３０２の出力に接続され、ドレインが充電ＦＥＴ３０８のドレインに接続される。充電ＦＥＴ３０８は、ゲートが制御回路３０２の出力に接続され、ソースが過電流検出回路３０３の入力と外部端子１０７に接続される。

充電ＦＥＴ３０８が充電時に過電流で異常過熱状態になると、過熱検出回路３０４は制御回路３０２に異常状態であることを通知し、制御回路３０２は充電ＦＥＴ３０８のゲートをＬレベルにして充電電流を切断させるように動作する。したがって、充電制御用の充電ＦＥＴ３０８を異常過熱から保護することができる。

特開２００７−１２４７７５号公報

バッテリ装置は、二次電池電圧が０Ｖの状態で充電する時にも、温度センサ回路による過熱保護が必要となる。温度センサ回路の電源は、二次電池側からとると電池電圧が０Ｖ時に動作せず過熱保護が働かないため、外部端子間からとっている。しかしながら従来の技術では、温度センサ回路の消費電流が自動復帰回路の負荷となり、自動復帰機能で過電流保護状態から復帰する時に正常に動作しないという課題があった。自動復帰回路の出力電流は電池の消耗を抑えるため微小であり、自動復帰回路の出力電流を過熱保護回路で全て消費し、自動復帰動作を妨げているからである。

本発明は、以上のような課題を解決するために考案されたものであり、自動復帰機能が正常に動作し、低消費電力化を行うことができるバッテリ状態監視回路及びバッテリ装置を提供するものである。

従来の課題を解決するために、本発明のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置は以下のような構成とした。

二次電池の状態を検出および制御する充放電制御回路と、自動復帰回路と、温度センサ回路と、を備えるバッテリ状態監視回路で、自動復帰回路の出力端子つまり過電流検出端子の電圧と二次電池の電圧を比較し、その比較結果の出力信号で温度センサ回路の動作を制御するコンパレータを備える。

本実施形態のバッテリ装置によれば、過電流検出端子の電圧が二次電池の正極の電圧より大きくなるまで、すなわち充電器が接続されるまで温度センサ回路の動作を止めることで過電流保護状態からの自動復帰機能を正常に動作させることができる。コンパレータの電源は自動復帰回路の出力すなわち過電流検出端子から得るが、コンパレータの消費電流は極微小であるため、自動復帰の動作を妨げない。

第一の実施形態のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 第二の実施形態のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。 従来のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。

本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、第一の実施形態のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。
本実施形態のバッテリ装置は、二次電池１０１と、放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２と、充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３と、負荷１０４または充電器１０５が接続される外部端子１０６及び１０７と、抵抗１０８と、自動復帰回路１１１と、コンパレータ１１２と、温度センサ回路１１３と、充放電制御回路１１４と、０Ｖ充電制御回路１１５と、ＮＭＯＳトランジスタ１１６とダイオード１１７とを備えている。

自動復帰回路１１１、充放電制御回路１１４は二次電池１０１を電源として用いている。コンパレータ１１２、温度センサ回路１１３、０Ｖ充電制御回路１１５は、正極電源を過電流検出端子１２３に接続し、負極電源を二次電池１０１の負極に接続して用いている。

自動復帰回路１１１の出力は過電流検出端子１２３に接続される。コンパレータ１１２は、非反転入力端子は過電流検出端子１２３に接続され、反転入力端子は二次電池１０１の正極に接続され、出力は温度センサ回路１１３に接続される。温度センサ回路１１３の出力は充放電制御回路１１４に接続される。充放電制御回路１１４は、入力は過電流検出端子１２３に接続され、一方の出力は放電制御出力端子１２１に接続され、もう一方の出力はＮＭＯＳトランジスタ１１６のゲートに接続される。ＮＭＯＳトランジスタ１１６は、ソースは二次電池１０１の負極に接続され、ドレインはダイオード１１７のカソードに接続される。ダイオード１１７のアノードは充電制御出力端子１２２に接続される。０Ｖ充電制御回路１１５は、入力は電流検出端子１２３に接続され、充放電制御回路１１４に含まれている。放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２は、ゲートは放電制御出力端子１２１に接続され、ソースは二次電池１０１の正極に接続され、ドレインは充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３のドレインに接続される。充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３は、ゲートは充電制御出力端子１２２に接続され、ソースは外部端子１０６に接続される。抵抗１０８は、一方は充電制御出力端子１２２に接続され、もう一方は外部端子１０６に接続される。過電流検出端子１２３は外部端子１０６に接続され、外部端子１０７は二次電池１０１の負極に接続される。

コンパレータ１１２は、非反転入力端子に正のわずかなオフセットをもたせてあり、過電流検出端子１２３の電圧が二次電池１０１の正極の電圧よりオフセット電圧だけ高くなるとＨレベルの信号を出力する。温度センサ回路１１３は、コンパレータ１１２からＬレベルの信号を入力すると動作を停止し、Ｈレベルの信号を入力すると動作を開始する。

次に、第一の実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
外部端子１０６と１０７の間に重負荷が接続されると、充放電制御回路１１４が過電流を検出して、過電流保護機能が動作して放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２をオフさせる。過電流検出端子１２３の電圧は０Ｖ近辺まで低下する。自動復帰回路１１１は、重負荷が取り除かれた時の自動復帰に備えて動作し、過電流検出端子１２３に電流を流す。その後、重負荷が取り除かれると過電流検出端子１２３の電圧は徐々に上昇していく。この時、コンパレータ１１２には非反転入力端子に正のわずかなオフセットをもたせてあるため、出力はＬレベルの信号を出力し温度センサ回路１１３の回路動作を止めている。そして、充放電制御回路１１４は重負荷が取り除かれたことを検知して放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２をオンさせる。こうして過電流検出端子１２３の電圧は二次電池１０１の正極と同じ電圧になる。

コンパレータ１１２の非反転入力端子の正のオフセット電圧は、放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２のオン抵抗と充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３のオン抵抗の和に、充電器１０５の充電電流を乗じた値より低い電圧に設定する。また、電源は自動復帰回路１１１の出力すなわち外部端子１０６から得るが、コンパレータ１１２の消費電流は極微小で設計するため自動復帰の動作を妨げることはない。

その後、外部端子１０６と１０７の間に充電器１０５が接続されると、過電流検出端子１２３の電圧が上昇し二次電池１０１の正極の電圧より大きくなる。そして、コンパレータ１１２の出力にはＨレベルの信号が出力され温度センサ回路１１３が動作する。このように、温度センサ回路１１３は過電流検出端子１２３の電圧が二次電池１０１の正極の電圧より大きくなるまで動作しない。このため、自動復帰機能を問題なく動作させることができる。

温度センサ回路１１３は過電流検出端子１２３の電圧が二次電池１０１の正極の電圧より大きい時のみ動作する。つまり、外部端子１０６と１０７の間に充電器１０５が接続された時のみ動作する。このため、充電器１０５が接続されていない通常状態では温度センサ回路１１３は動作せず低消費電流化を行うことができる。

続いて二次電池１０１が０Ｖ付近まで放電された状態における充電時の過熱保護の動作を説明する。充電器１０５が接続されると０Ｖ充電制御回路１１５が動作し、充放電制御回路１１４の出力を介してＮＭＯＳトランジスタ１１６のゲートの電圧をＨレベルにしオンさせる。すると、外部端子１０６から抵抗１０８、充電制御出力端子１２２、ダイオード１１７、ＮＭＯＳトランジスタ１１６を経由して二次電池１０１の負極に電流が流れていく。この電流により、抵抗１０８の両端に電圧降下が発生し、充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３のソース−ゲート間電圧が大きくなる。そして充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３がオンする。充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３がオンする必要条件はゲート−ソース間電圧にＶＴＨ以上の電圧が印加されることである。二次電池１０１は０Ｖであるため、充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３の導通によりソースの電圧が下降するが、ゲート−ソース間電圧がＶＴＨ以上の電圧で停止する。この時の外部端子１０６と１０７間の電圧は、ダイオード１１７のＶｆ電圧と充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３のＶＴＨの和にほぼ等しい電圧になる。この電圧は二次電池１０１の正極電圧より高いため、コンパレータ１１２はＨレベルを出力する。そして、温度センサ回路１１３を動作させるのに十分高い電圧であるため、回路動作を開始し過熱保護機能が働く。

図２は、第二の実施形態のバッテリ状態監視回路を備えたバッテリ装置の回路図である。図１との違いは、放電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０２を放電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０１に、充電制御用ＰｃｈＦＥＴ１０３を充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２に、ＮＭＯＳトランジスタ１１６をＰＭＯＳトランジスタ２１１に変更した点である。

接続に関しては、自動復帰回路１１１、充放電制御回路１１４は二次電池１０１を電源として用いている。コンパレータ１１２、温度センサ回路１１３、０Ｖ充電制御回路１１５は、負極電源を過電流検出端子１２３に接続し、正極電源を二次電池１０１の正極に接続して用いている。

ＰＭＯＳトランジスタ２１１は、ゲートは充放電制御回路１１４の出力に接続され、ソースは二次電池１０１の正極に接続され、ドレインはダイオード２１２のアノードに接続される。ダイオード２１２のカソードは充電制御出力端子１２２に接続される。放電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０１は、ゲートは放電制御出力端子１２１に接続され、ソースは二次電池１０１の負極に接続され、ドレインは充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２のドレインに接続される。充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２は、ゲートは充電制御出力端子１２２に接続され、ソースは外部端子１０７に接続される。抵抗１０８は、一方は充電制御出力端子１２２に接続され、もう一方は外部端子１０７に接続される。過電流検出端子１２３は外部端子１０７に接続され、外部端子１０６は二次電池１０１の正極に接続される。

次に動作について説明する。外部端子１０６と１０７の間に重負荷が接続されると、充放電制御回路１１４が過電流を検出して過電流保護機能が動作し、放電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０１をオフさせる。そして過電流検出端子１２３の電圧は外部端子１０６とほぼ同じ電圧になる。自動復帰回路１１１は重負荷が取り除かれた時の自動復帰に備えて動作し、過電流検出端子１２３から電流を二次電池１０１の負極に電流を流していく。その後、重負荷が取り除かれると過電流検出端子１２３の電圧は徐々に下降する。この時、コンパレータ１１２は非反転入力端子に正のわずかなオフセットをもたせてあるため、出力はＬレベルの信号を出力し、温度センサ回路１１３の回路動作を止めている。そして、充放電制御回路１１４は重負荷が取り除かれたことを検知して放電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０１をオンさせる。こうして過電流検出端子１２３の電圧は二次電池１０１の負極と同じ電圧になる。

コンパレータ１１２の非反転入力端子の正のオフセット電圧は、放電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０１のオン抵抗と充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２のオン抵抗の和に、充電器１０５の充電電流を乗じた値より低い電圧に設定する。また、電源は自動復帰回路１１１の出力すなわち外部端子１０６から得るが、コンパレータ１１２の消費電流は極微小で設計するため自動復帰の動作を妨げることはない。

その後、外部端子１０６と１０７の間に充電器１０５が接続されると、過電流検出端子１２３の電圧が下降し二次電池１０１の負極の電圧より小さくなる。そして、コンパレータ１１２の出力にはＨレベルの信号が出力され温度センサ回路１１３が動作する。このように、温度センサ回路１１３は過電流検出端子１２３の電圧が二次電池１０１の負極の電圧より小さくなるまで動作しないため、自動復帰機能を問題なく動作させることができる。

温度センサ回路１１３は過電流検出端子１２３の電圧が二次電池１０１の負極の電圧より小さい時のみ動作する。つまり、外部端子１０６と１０７の間に充電器１０５が接続された時のみ動作する。このため、充電器１０５が接続されていない通常状態では温度センサ回路１１３は動作せず低消費電流化を行うことができる。

続いて二次電池１０１が０Ｖ付近まで放電された状態における充電時の過熱保護の動作を説明する。充電器１０５が接続されると０Ｖ充電制御回路１１５が動作し、充放電制御回路１１４の出力を介してＰＭＯＳトランジスタ２１１のゲートの電圧をＬレベルにしオンさせる。すると、二次電池１０１の正極から、ＭＯＳトランジスタ２１１、ダイオード２１２、充電制御出力端子１２２、抵抗１０８を経由して外部端子１０７に電流が流れていく。この電流により、抵抗１０８の両端に電圧降下が発生し、充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２のソース−ゲート間電圧が大きくなる。そして充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２がオンする。充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２がオンする必要条件はであるゲート−ソース間電圧がＶＴＨ以上の電圧が印加されることである。二次電池１０１は０Ｖであるため、充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２の導通によりソースの電圧が上昇するが、ゲート−ソース間電圧がＶＴＨ以上で停止する。この時の外部端子１０６と１０７間の電圧は、ダイオード２１２のＶｆ電圧と充電制御用ＮｃｈＦＥＴ２０２のＶＴＨの和にほぼ等しい電圧になる。この電圧は二次電池１０１の負極電圧より低いため、コンパレータ１１２はＨレベルを出力する。そして、温度センサ回路１１３を動作させるのに十分高い電圧であるため、回路動作を開始し過熱保護機能が働く。

１０１ 二次電池
１０４ 負荷
１０５ 充電器
１０９ バッテリ状態監視回路
１１１ 自動復帰回路
１１２ コンパレータ
１１３ 温度センサ回路
１１４ 充放電制御回路
１１５ ０Ｖ充電制御回路
１２１ 放電制御出力端子
１２２ 充電制御出力端子
１２３ 過電流検出端子

Claims (4)

1. 二次電池の状態を検出および制御する充放電制御回路と、自動復帰回路と、温度センサ回路と、を備えるバッテリ状態監視回路であって、
   前記自動復帰回路の出力端子の電圧と前記二次電池の電圧を比較し、その比較結果の信号を前記温度センサ回路に出力し、前記温度センサ回路の動作を制御するコンパレータを備える事を特徴とするバッテリ状態監視回路
2. 二次電池の状態を検出および制御する充放電制御回路と、自動復帰回路と、温度センサ回路と、０Ｖ充電制御回路と、放電制御出力端子と、充電制御出力端子と、過電流検出端子と、ゲートが前記０Ｖ充電制御回路の出力に接続され、ソースが二次電池の負極に接続され、ドレインが前記充電制御出力端子に接続されたＮチャネル型トランジスタと、を備えるバッテリ状態監視回路であって、
   前記自動復帰回路の出力端子の電圧と前記バッテリの電圧を比較し、その比較結果の信号を前記温度センサ回路に出力し、前記温度センサ回路の動作を制御するコンパレータを備える事を特徴とするバッテリ状態監視回路。
3. 二次電池の状態を検出および制御する充放電制御回路と、自動復帰回路と、温度センサ回路と、０Ｖ充電制御回路と、放電制御出力端子と、充電制御出力端子と、過電流検出端子と、ゲートが前記０Ｖ充電制御回路の出力に接続され、ソースが二次電池の正極に接続され、ドレインが前記充電制御出力端子に接続されたＰチャネル型トランジスタと、を備えるバッテリ状態監視回路であって、
   前記自動復帰回路の出力端子の電圧と前記バッテリの電圧を比較し、その比較結果の信号を前記温度センサ回路に出力し、前記温度センサ回路の動作を制御するコンパレータを備える事を特徴とするバッテリ状態監視回路。
4. 充放電が可能な二次電池と、
   前記二次電池の充放電経路に設けられた充放電制御スイッチと、
   前記二次電池の電圧を監視し、前記充放電制御スイッチを開閉することによって前記二次電池の充放電を制御する請求項１から３のいずれかに記載のバッテリ状態監視回路と、を備えたバッテリ装置。

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