JP6385310B2 - バッテリ装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次電池の充放電を制御する充放電制御装置を備えたバッテリ装置に関する。

図３に、従来のバッテリ装置の回路図を示す。
従来のバッテリ装置は、二次電池１１と、充放電制御装置２３と、外部正極端子２４と、外部負極端子２５を備えている。充放電制御装置２３は、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６と、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７と、充放電制御回路１４と、抵抗１２、１５と、容量１３とを備えている。充放電制御回路１４は、正極電源端子１８と、負極電源端子１９と、放電制御信号出力端子２０と、充電制御信号出力端子２１と、過電流検出端子２２とを備えている。

充放電制御回路１４は、正極電源端子１８、負極電源端子１９の間に印加される電圧によって二次電池１１の電圧を監視している。二次電池１１の電圧が過充電検出電圧を上回った場合に、充電制御信号出力端子２１から充電禁止信号を出力し、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７をオフさせ、充電を停止する。これを過充電検出機能と呼ぶ。二次電池１１の電池電圧が過放電検出電圧を下回った場合に、放電制御信号出力端子２０から放電停止信号を出力し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６をオフさせ、放電を停止する。これを過放電検出機能と呼ぶ。

また、充放電制御回路１４は、過電流検出端子２２の電圧によってバッテリ装置に流れる電流を監視している。過電流検出端子２２の電圧が放電過電流検出電圧を上回った場合に、放電制御信号出力端子２０から放電停止信号を出力し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６をオフさせ、放電を停止する。これを放電過電流検出機能と呼ぶ。過電流検出端子２２の電圧が充電過電流検出電圧を下回った場合に、充電制御信号出力端子２１から充電禁止信号を出力し、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７をオフさせ、充電を停止する。これを充電過電流検出機能と呼ぶ。

現在では、さらに安全なバッテリ装置を提供するため、充放電制御装置を２つ備えたバッテリ装置がよく用いられている。バッテリ装置は、充放電制御装置を２つ設けることで、万が一、第一の充放電制御装置が動作できなかった場合においても、第二の充放電制御装置が動作するため、バッテリ装置の安全性を高めることが出来る。

特開２００２−３４１６３号公報

しかしながら、従来の充放電制御装置を２つ備えたバッテリ装置では、第二の充放電制御装置が放電過電流検出をした後に、第一の充放電制御装置が過放電検出し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタがオフしてしまうため、放電過電流の原因となった負荷を外しても第二の充放電制御装置の過電流検出端子の電圧に変化が起きないため、通常状態に復帰できない場合がある、という課題があった。

従来の課題を解決するために、本発明のバッテリ装置は以下のような構成とした。
第一の充放電制御トランジスタと、二次電池の電圧を検知し充放電を制御する第一の充放電制御回路と、を有する第一の充放電制御装置と、第一の充放電制御トランジスタを介して外部端子と接続された第二の充放電制御トランジスタと、二次電池の電圧を検知し充放電を制御する第二の充放電制御回路と、を有する第二の充放電制御装置と、を備え、第二の充放電制御回路の過電流検出端子と外部端子の間にスイッチ回路を備え、スイッチ回路は、第二の充放電制御回路の放電停止信号によってオンすることを特徴とするバッテリ装置。

本発明によれば、第二の充放電制御回路が放電過電流検出した場合に、外部負極端子と第二の充放電制御回路の過電流検出端子が同電圧となるようにし、過電流検出端子の電圧が放電過電流解除回路の閾値を上回ることで、放電過電流の原因となった負荷を外した場合に、放電過電流解除回路の閾値を下回り、通常状態に復帰出来るようになり、安全性が高く、使い勝手のよいバッテリ装置の提供が可能となる。

本実施形態の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の他の例を示す回路図である。 従来のバッテリ装置の回路図である。

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の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１１と、第一の充放電制御装置２３と、第二の充放電制御装置４３と、外部正極端子２４と、外部負極端子２５と、スイッチ回路５３とを備えている。

第一の充放電制御装置２３は、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６と、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７と、充放電制御回路１４と、抵抗１２及び１５と、容量１３とを備えている。充放電制御回路１４は、正極電源端子１８と、負極電源端子１９、放電制御信号出力端子２０と、充電制御信号出力端子２１と、過電流検出端子２２とを備えている。スイッチ回路５３はＰｃｈ電界効果トランジスタ５１、５２で構成されている。 充放電制御回路１４は、制御回路２６と、放電過電流検出回路２７と、放電過電流解除回路２８とを備えている。

第二の充放電制御装置４３は、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６と、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ３７と、充放電制御回路３４と、抵抗３２、３５と、容量３３とを備えている。充放電制御回路３４は、正極電源端子３８と、負極電源端子３９、放電制御信号出力端子４０と、充電制御信号出力端子４１と、過電流検出端子４２とを備えている。充放電制御回路３４は、制御回路４６と、放電過電流検出回路４７と、放電過電流解除回路２８とを備えている。

二次電池１１は、正極は外部正極端子２４と抵抗１２、３２に接続され、負極は容量３３と負極電源端子３９とＮｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６のソース及びバックゲートに接続される。正極電源端子３８は、抵抗３２と容量３３の接続点に接続される。Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６は、ゲートは放電制御信号出力端子４０に接続され、ドレインはＮｃｈ充電制御電界効果トランジスタ３７のドレインに接続される。Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ３７は、ゲートは充電制御信号出力端子４１に接続され、ソース及びバックゲートは容量１３と負極電源端子１９とＮｃｈ放電制御電界効果トラ
ンジスタ１６のソース及びバックゲート、及び抵抗３５の一方の端子（ノード６０と称する）に接続される。抵抗３５の他方の端子は、過電流検出端子４２とＰｃｈ電界効果トランジスタ５１のソース及びバックゲートに接続される。Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５１のゲートは放電制御端子４０とＰｃｈ電界効果トランジスタ５２のゲートに接続される。Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５１のドレインは、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５２のドレインと接続される。Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５２のソース及びバックゲートは、外部負極端子２５、抵抗１５の一方の端子、Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７のソース及びバックゲートに接続される。抵抗１５の他方の端子は、過電流検出端子２２と接続される。正極電源端子１８は、抵抗１２と容量１３の接続点に接続される。Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６のゲートは、放電制御端子２０と接続され、ドレインはＮｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７のドレインと接続される。Ｎｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７のゲートは、充電制御端子２１と接続される。

次に、本実施形態のバッテリ装置の動作について説明する。
二次電池１１が過充電検出電圧以下かつ過放電検出電圧以上である時、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６、３６とＮｃｈ充電制御電界効果トランジスタ１７、３７はオンするように制御される。この状態で、外部正極端子２４と外部負極端子２５の間に接続された負荷に放電電流が流れると、負極電源端子１９と外部負極端子２５の間に電圧差が発生する。第一の充放電制御装置２３は、この電圧差を過電流検出端子２２によって監視し、放電過電流検出回路２７で設定した放電過電流検出電圧を上回った場合に、放電制御端子２０から放電停止信号を出力し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６をオフさせ、放電過電流保護をかける。

制御回路２６は、放電過電流状態では放電過電流検出端子２２と負極電源端子１９をショートして、放電過電流の原因となった負荷が外された時に、過電流検出端子２２の電圧が低下するようにしている。放電過電流解除回路２８は、閾値を放電過電流検出電圧よりも高い値に設定している。過電流検出端子２２の電圧が放電過電流解除回路２８の閾値を上回っていない場合は、放電過電流状態の解除は放電過電流検出電圧を下回ることで行われる。過電流検出端子２２の電圧が放電過電流解除回路２８の閾値を上回ると、放電過電流解除回路２８が動作し、放電過電流状態を放電過電流解除回路２８の閾値で解除する。従って、負荷が外された場合に通常状態へ復帰しやすいように制御している。

放電過電流保護機能が動作してＮｃｈ放電制御電界効果トランジスタ１６がオフすると、外部負極端子２５及び過電流検出端子２２の電圧は、負荷によって外部正極端子２４に近い値になる。このとき、過電流検出端子２２の電圧は放電過電流解除回路２８の閾値を上回るので、負荷が外された時に高い電圧である放電過電流解除回路２８の閾値で放電過電流状態を解除するため使い勝手が良くなる。

次に、第二の充放電制御装置４３の放電過電流保護がかかった場合について考える。第二の充放電制御装置４３は、負極電源端子３９とノード６０の間に発生する電圧差を過電流検出端子４２によって監視し、放電過電流検出回路４７で設定した放電過電流検出電圧を上回った場合に、放電制御端子４０から放電停止信号を出力し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６をオフさせ、放電過電流保護をかける。

第二の充放電制御回路３４が放電停止信号を出力した時に、スイッチ回路５３がオンし、第二の充放電制御回路３４の過電流検出端子４２と外部負極端子２５を同じ電圧にする。こうすることで、第二の充放電制御装置４３の放電過電流保護が働いた場合に、過電流検出端子４２は放電過電流解除回路４８の閾値を確実に上回ることができ、放電過電流の原因となった負荷を外した場合に高く設定した放電過電流解除回路４８の閾値により放電過電流状態を解除できるようになるため、通常状態に復帰がしやすく使い勝手の良いバッ
テリ装置の提供が可能になる。

なお、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５１のソース及びバックゲートは、第二の充放電制御回路３４の過電流検出端子４２に接続されるとしたが、ノード６０に接続してもよい。また、バッテリの放電電流のみの制御を行う場合にも本発明を利用できることは自明のことである。

以上により、本実施形態のバッテリ装置は第二の充放電制御装置が放電過電流検出した場合に、外部負極端子と第二の充放電制御回路の過電流検出端子を同電圧とするスイッチ回路を設けることで、原因となった負荷を外した時に、放電過電流状態を解除し通常状態に復帰できることができ、安全性が高く、使い勝手の良いバッテリ装置とすることができる。

図２は、本実施形態のバッテリ装置の他の例を示す回路図である。図１のバッテリ装置との違いは、第二の充放電制御装置の過電流検出を抵抗に電流が流れて発生する電圧を監視するようにしたことである。第二の充放電制御装置６３に抵抗４９を、第二の充放電制御回路３４の過電流検出端子５０を追加したことと、過電流検出端子４２を外部電圧入力端子６２としたことである。

抵抗４９は、一方の端子は二次電池１１の負極端子と容量３３と負極電源端子３９の接続点に接続され、他方の端子はＮｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６のソース及びバックゲートと過電流検出端子５０に接続される。過電流検出端子５０は、制御回路４６、放電過電流検出回路４７に接続され、外部電圧入力端子６２は放電過電流解除回路４８と制御回路４６に接続される。その他は、図１のバッテリ装置と同様の接続である。

次に、図２のバッテリ装置の動作について説明する。
第一の充放電制御装置２３による放電過電流保護の動作は図１のバッテリ装置の動作と同様である。

第二の充放電制御装置６３の放電過電流保護がかかった場合について考える。第二の充放電制御装置６３は、抵抗４９の両端に発生する電圧差を過電流検出端子５０によって監視し、放電過電流検出回路４７で設定した放電過電流検出電圧を上回った場合に、放電制御端子４０から放電停止信号を出力し、Ｎｃｈ放電制御電界効果トランジスタ３６をオフさせ、放電過電流保護をかける。第二の充放電制御回路５４が放電停止信号を出力した時に、スイッチ回路５３がオンし、第二の充放電制御回路５４の外部電圧入力端子６２と外部負極端子２５を同電圧とする。こうすることで、第二の充放電制御装置６３の放電過電流保護が働いた場合に、外部電圧入力端子６２は放電過電流解除回路４８の閾値を確実に上回ることができ、放電過電流の原因となった負荷を外した場合に高く設定した放電過電流解除回路４８の閾値により放電過電流状態を解除できるようになるため、通常状態に復帰がしやすく使い勝手の良いバッテリ装置の提供が可能になる。

なお、Ｐｃｈ電界効果トランジスタ５１のソース及びバックゲートは、外部電圧入力端子６２に接続されるとしたが、ノード６０に接続してもよい。
抵抗に電流が流れることで発生する電圧差によって過電流検出をする充放電制御装置を第二の充放電制御装置のみとしたが、第一の充放電制御装置も、抵抗に電流が流れることで発生する電圧差によって過電流検出をする充放電制御装置としてもよい。
また、バッテリの放電電流のみの制御を行う場合にも本発明を利用できることは自明のことである。

以上により、第一の実施形態のバッテリ装置は第二の充放電制御装置が放電過電流検出
した場合に、外部負極端子と第二の充放電制御回路の外部電圧入力端子を同電圧とするスイッチ回路を設けることで、原因となった負荷を外した時に、放電過電流状態を解除し通常状態に復帰できることができ、安全性が高く、使い勝手の良いバッテリ装置とすることができる。

１１ 二次電池
１４、３４、充放電制御回路
２３、４３、６３ 充放電制御装置
２６、４６ 制御回路
２７、４７ 放電過電流検出回路
２８、４８ 放電過電流解除回路
５３ スイッチ回路

Claims (1)

1. 二次電池と、
   第一の充放電制御トランジスタと、前記二次電池の電圧を検知し充放電を制御する第一の充放電制御回路と、を有する第一の充放電制御装置と、
   前記第一の充放電制御トランジスタを介して外部端子と接続された第二の充放電制御トランジスタと、前記二次電池の電圧を検知し充放電を制御する第二の充放電制御回路と、を有する第二の充放電制御装置と、
   を備えたバッテリ装置であって、
   前記第二の充放電制御回路の過電流検出端子と前記外部端子の間にスイッチ回路を備え、
   前記スイッチ回路は、前記第二の充放電制御回路の放電停止信号によってオンする
   ことを特徴とするバッテリ装置。

Images