JP4392103B2 - 充放電制御回路および充電式電源装置 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二次電池の充放電を制御する充放電制御回路と該充放電制御回路を内蔵する二次電池の充電式電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の二次電池からなる充電式電源装置としては、図５に回路ブロック図を示すような電源装置が知られている。例えば、特開平４−７５４３０号「充電式の電源装置」にこのような構造が開示されている。即ち外部端子 −Ｖ０又は＋Ｖ０ にスイッチ回路１０２を介して二次電池１０１が接続されている。さらに、二次電池１０１に並列に充放電制御回路１１０が接続されている。この充放電制御回路１１０は、二次電池１０１の電圧を検出する機能を備えている。二次電池１０１が過充電状態（電池が所定の電圧値より高い状態。以降、この状態を過充電保護状態と呼ぶ）、または過放電状態（電池が所定の電圧値より低い状態。以降、この状態を過放電保護状態と呼ぶ）のいずれかの場合は、スイッチ回路１０２がＯＦＦするように充放電制御回路１１０から信号が出力される。また、外部端子 ＋Ｖ０がある電圧に達した時にスイッチ回路１０２がＯＦＦするようにして、放電をＳＴＯＰすることでスイッチ回路１０２に流れる電流を制限することが可能である。
【０００３】
すなわち、過大な電流が流れた時に放電を停止（過電流制御）することができる。以降、この状態の事を過電流保護状態と呼ぶ。これらの状態から電池を保護するのが充放電制御回路の役割である。
【０００４】
例えば、リチウムイオン電池の充放電を制御する場合、リチウムイオン電池を過充電から保護するため、端子電圧が所定レベル以上となったことが検出された場合遅延回路により与えられる所定の遅延時間後にスイッチ回路のスイッチ素子をオフにして、充電を禁止する構成が一般に採用されている。
【０００５】
この結果、過渡的な電池電圧の変化に応答することなく、過充電状態を確実に検出して二次電池が過充電状態となることがないよう二次電池への充電が制御される。充放電制御回路では、このほか、過放電を検出して二次電池から負荷への電流供給を停止させる制御、及び二次電池から負荷への過電流を検出して二次電池から負荷への電流供給を停止させる制御も同様に行われるが、これらの制御においても同様の理由で遅延回路がそれぞれ用いられている。例えば、リチウムイオン電池の充放電を制御する場合、遅延時間は数百mSから数S必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、遅延回路を内蔵した充放電制御回路の場合、回路の端子数の制限により遅延時間を外部から変更できる端子を準備できない場合がある。この場合に過充電検出電圧、過放電検出電圧の試験を行うと、それぞれの試験毎にそれぞれの遅延時間以上の時間待たないと出力信号が出力されない。出力信号を確認するためにはそれぞれの遅延時間以上の時間待つ必要があり、充放電制御回路の試験時間を延ばし回路製造コストを上げてしまう場合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は従来のこのような課題を解決するため、充電式電源装置の充電器接続端子に規定以上の電圧がかかった場合、内部制御回路の遅延時間を短くするテストモードに入れることにより試験時間を短縮し製造コストを下げることが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の充放電制御回路を含む充電式電源装置のブロック図である。以下にこの発明の実施例を図１に基づいて説明する。本回路図は過充電検出回路のみ記述している。外部電源端子＋ＶＯ にはスイッチ回路１０２を介して二次電池１０１の正極が接続されている。二次電池１０１の電圧は前記充放電制御回路１１０において検出され、この検出結果に応じてスイッチ回路１０２がオン、オフ制御される。
【０００９】
充放電制御回路１１０は、過充電検出コンパレータ１１３の入力端子に所定の基準電圧Ｖｒを与えるための基準電圧回路１１６、二次電池１０１の端子電圧を分圧するため抵抗器Ｒ０、Ｒ１から成る電圧分割回路１１１、過電流検出用の端子電圧を分圧するため抵抗器Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４から成る電圧分割回路１１２、電圧検出コンパレータ１１４、１１５の入力端子に所定の基準電圧Ｖｒを与えるための基準電圧回路１１７、１１８、内部制御回路１２０、内部遅延回路１２１を備えている。過電流検出用端子は、スイッチ回路１０２と充電器接続端子の間に接続されている。
【００１０】
前記スイッチ回路１０２は充放電制御回路１１０の出力によって制御されている。二次電池１０１へ充電を行うための充電器１０４及び二次電池１０１が電流を供給する負荷１０３は、外部電源端子＋ＶＯと−ＶＯとの間に接続される。
【００１１】
過充電検出コンパレータ１１３は、二次電池１０１の端子電圧を電圧分割回路１１１の抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ１で分圧した分圧出力を基準電圧回路１１６の基準電圧Ｖｒと比較して過充電状態を検出する機能を備えている。過充電検出コンパレータ１１３はその正相入力端子に入力されている前記分圧出力電圧のレベルが基準電圧Ｖｒより大きくなったときにその出力が高レベルとなる。
【００１２】
電圧検出コンパレータ１１４、１１５は、過電流検出用の端子電圧を電圧分割回路１１２の抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３と抵抗Ｒ４で分圧した分圧出力を基準電圧回路１１７、１１８の基準電圧Ｖｒと比較して電圧を検出する機能を備えている。電圧検出コンパレータ１１４はそのせい逆相入力端子に入力されている前記分圧出力電圧のレベルが基準電圧Ｖｒより大きくなったときにその出力が低レベルとなる。電圧検出コンパレータ１１５はその正相入力端子に入力されている前記分圧出力電圧のレベルが基準電圧Ｖｒより大きくなったときにその出力が高レベルとなる。
【００１３】
内部制御回路１２０は過充電検出コンパレータ１１３と電圧検出コンパレータ１１４、１１５の出力とを入力信号として、内部遅延回路１２１に信号を出力する。内部遅延回路１２１は内部制御回路１２０の出力を入力信号として、規定された遅延時間の後スイッチ回路１０２を制御する信号を出力する。
【００１４】
過充電状態になると、過充電検出コンパレータ１１３は出力が高レベルとなり、内部制御回路１２０は内部遅延回路１２１に制御信号を出力する。内部遅延回路１２１はその出力電圧を入力信号として規定された遅延時間ｔ１の後、スイッチ回路１０２を制御する信号を出力する。
【００１５】
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ１以上に上がると電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間が短かくなる制御信号を出力する状態にしその状態を保持する。過充電状態になると、過充電検出コンパレータ１１３は出力が高レベルとなり、内部制御回路１２０は内部遅延回路１２１に制御信号を出力する。内部遅延回路１２１はその出力電圧を入力信号として規定された遅延時間ｔ２の後、スイッチ回路１０２を制御する信号を出力する。このため一度過電流検出端子が規定以上の電圧Ｖ１になると、遅延時間は短いままとなる。この後は、過充電遅延時間が短い状態で過充電検出電圧の測定が可能である。
【００１６】
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ２以下に下がると電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間が短かくなる制御信号を出す状態を解除し、通常の遅延時間ｔ１とする。このため一度過電流検出端子が規定以下の電圧Ｖ２になるとテストモードを解除し通常の状態になる。
この回路構成にすると、異常に高電圧の充電器が接続され、過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ１以上になった場合、異常充電器が接続されたとしてスイッチ回路１０２をオフ状態にすることも可能である。この場合充放電制御回路１１０の遅延時間は短い状態となり、二次電池１０１に高電圧がかかる時間を短く保護することが可能である。
内部遅延回路の一例を図２で説明する。定電流源２０３、２０４はそれぞれｉ１、ｉ２の電流を供給する。ｉ１、ｉ２の電流値は違う値になっており、ｉ１よりもｉ２のほうが大きいとする。Ｐｃｈトランジスタ２０１、２０２は、それぞれ入力信号１、入力信号２によってオン、オフ状態を切り替える。 Ｐｃｈトランジスタ２０１、２０２どちらがオン、オフされるかは、内部遅延回路が制御する。Ｎｃｈトランジスタは遅延時間が必要ない場合容量２０５を放電し、電圧検出コンパレータ２０７の出力を低レベルとする。
【００１７】
通常状態では、過充電を検出すると内部制御回路はＮｃｈトランジスタをオフし、Ｐｃｈトランジスタ２０１がオンし、Ｐｃｈトランジスタ２０２をオフにする制御信号を内部遅延回路に出力する。この時定電流ｉ１により容量２０５を充電し、電圧が上昇する。容量２０５の電圧が基準電圧源２０６の出力電圧Ｖｒを超えると、電圧検出コンパレータ２０７の出力が高レベルとなる。この信号によりスイッチ回路を制御する。この時の遅延時間は
ｔ１＝ＣＶｒ／ｉ１ となる。
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ１以上に上がると、遅延時間が短いテストモードになる。この時過充電を検出すると、内部制御回路１２０はＮｃｈトランジスタをオフし、Ｐｃｈトランジスタ２０２がオンし、Ｐｃｈトランジスタ２０１はオフにする制御信号を内部遅延回路に出力する。この時定電流ｉ２により容量２０５を充電し、電圧が上昇する。容量２０５の電圧が基準電圧源２０６の出力電圧Ｖｒを超えると、電圧検出コンパレータ２０７の出力が高レベルとなる。この信号をによりスイッチ回路をオフする。この時の遅延時間は
ｔ２＝ＣＶｒ／ｉ２ となる。
このときｔ１＞ｔ２ となり遅延時間を切り替えることが可能となる。
ここにあげた遅延回路は一例であり、クロック周波数発生回路とカウンターの構成の遅延回路においてカウンターのカウント数を切り替えることにより、遅延時間を切り替えることも可能である。
【００１８】
またこのほかの別の手段で遅延時間を切り替えることの可能な遅延回路を使用してもよい。また、図３の様にＶＳＳ側にスイッチを入れて充電式電源装置を構成することも可能である。
【００１９】
この場合過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ１以下になると電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１５の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間を短くする制御状態になり、その状態を保持する。このため一度過電流検出端子が規定以下の電圧Ｖ１になると、遅延時間は短いままとなる。この後は、過充電遅延時間が短い状態で過充電検出電圧の測定が可能である。
【００２０】
過電流検出端子の電圧が規定電圧Ｖ２以上なると電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになる。内部制御回路１２０は電圧検出コンパレータ１１４の出力が高レベルになると、内部遅延回路１２１の遅延時間が短くする制御状態を解除し、通常の遅延時間ｔ１とする。このため一度過電流検出端子が規定以上の電圧Ｖ２になるとテストモードを解除し通常の状態になる。
【００２１】
以上の説明は過充電についてのみ説明しているが、過放電についても同様に回路を構成することが可能である。また、電圧の検出手段としてコンパレータを用いているが、ＣＭＯＳトランジスタのしきい値を用い電圧を検出する電圧検出手段でも同様に回路を構成することが可能である。またその他の電圧検出手段でも同様に構成できることは明らかである。また、図４のように二次電池を複数直列に接続する場合も、同様に構成可能である。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、充電式電源装置の充電器接続端子に規定以上の電圧がかかった場合、内部制御回路の遅延時間を短くするテストモードに入れることにより試験時間を短縮し製造コストを下げることが可能となる。また、異常電圧の充電器が接続された場合、遅延時間を短く二次電池を保護することが可能となり、二次電池に長時間過大な電圧がかかることを防ぐことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の充電式電源装置の回路ブロックを示した説明図である。
【図２】本発明に使用される遅延回路の一例を示した説明図である。
【図３】本発明の充電式電源装置の別の回路ブロックを示した説明図である。
【図４】本発明の充電式電源装置の別の回路ブロックを示した説明図である。
【図５】従来の充電式電源装置の回路ブロックを示した説明図である。
【符号の説明】
１０１・・・二次電池
１０２・・・スイッチ回路
１０３・・・負荷
１０４・・・充電器
１１０・・・充放電制御回路
１１１、１１２・・・電圧分圧回路
１１３、１１４、１１５・・・電圧検出コンパレータ
１１６、１１７、１１８・・・基準電圧
１２０・・・内部制御回路
１２１・・・内部遅延回路
２０１、２０２・・・Pchトランジスタ
２０３、２０４・・・定電流源
２０５・・・コンデンサ
２０６・・・基準電圧
２０７・・・電圧検出コンパレータ
２０８・・・Nchトランジスタ

Claims (2)

  1. 二次電池の充放電を監視するための電圧検出手段と、
    過電流用電圧検出手段と、
    前記電圧検出手段及び前記過電流用電圧検出手段からの信号を入力処理して充放電を制御する制御信号を出力する内部制御回路と、
    前記制御信号を入力して一定遅延時間の後に制御信号を出力する遅延回路と、
    前記過電流用電圧検出手段が接続される過電流検出端子と、
    前記過電流検出端子に接続された電圧検出回路と、を備えた充放電制御回路であって、
    前記過電流検出端子に規定電圧以上の電圧が印加された場合に、前記遅延回路の遅延時間を前記規定電圧未満の電圧が前記過電流検出端子に印加される時の遅延時間よりも短くする事を特徴とした充放電制御回路。
  2. 外部電源端子と、
    前記外部電源端子に接続されたスイッチ回路と、
    前記スイッチ回路に接続された二次電池と、
    前記外部電源端子と前記スイッチ回路と前記二次電池に接続された請求項１に記載の充放電制御回路と、を備えた充電式電源装置。
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